JP3182954U - 軸受け構造およびこれを備えた粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予圧抜けを防止する転がり軸受けを利用した軸受け構造を提供する。
【解決手段】回転支軸１０を一対の転がり軸受け２６，２７を介して軸受けケース２４に挿通支持すると共に、転がり軸受け２６，２７の内輪２６ａ，２７ａおよび外輪２６ｂ，２７ｂを締め切りにより位置設定し、内輪同士の間にスペーサ３１を挟持介在すると共に、外輪同士の間にスペーサ３４と皿バネ３９を挟持介在する。
【選択図】図４

Description

本考案は、転がり軸受けを利用した軸受け構造と、これを備えた粉砕装置に関する。

転がり軸受けを利用した軸受け構造においては、回転軸の振れ精度の向上や振動や騒音の低減のために、軸心方向の負荷（アキシャル負荷）を予圧として転がり軸受けに付与することになる。

予圧を付与する手段としては、転がり軸受けを一定位置に組付けた状態で内輪あるいは外輪を軸心方向に締め込んで予圧を付与する「定位置予圧方式」と、コイルバネやゴム等の弾性体を用いて転がり軸受けの内輪あるいは外輪を軸心方向に弾性押圧しておく「定圧予圧方式」とが適宜利用される（例えば、特許文献１，２参照）。

実開昭５０−１００６０７号公報 特開２０００-５５０４５号公報

粉砕ロータをハウジング内で高速回転させる粉砕装置においては、粉砕時に発生する摩擦熱で、例えば食品やトナー等の粉砕対象物が溶融したり変質したりすることを防止するために、粉砕ロータやこれに対向してハウジングに組み込まれるライナーを冷却する必要がある。そこで、低温（例えば−１５°Ｃ程度）の冷媒を、粉砕ロータの回転支軸に形成した軸内通路を介して粉砕ロータの内部に形成した冷却ジャケットに供給させる冷却手段が利用される。

このような冷却手段を備えた粉砕装置における粉砕ロータの回転支軸を支持する軸受け構造では、回転支軸内を流入する冷媒によって転がり軸受けの内輪が大きく熱収縮して、予圧が大きく低減してしまう、いわゆる「予圧抜け」が発生する。

熱収縮による「予圧抜け」を抑制する手段としては、冷却に伴う予圧減少を見越して十分大きい予圧を付与しておくことが考えられるのであるが、このように大きい予圧を付与した場合、常温での運転などにおいて、過大な予圧によって軸受け寿命の低下、異常発熱、駆動トルクの増大、などが発生するおそれがあり、むやみに予圧を大きく設定することはできない。

本考案は、このような実情に着目してなされたものであって、回転支軸を転がり軸受けを介して軸受けケースに支持する場合に、「予圧抜け」を抑制すると共に、常温での運転等においても良好な予圧状態で円滑な回転運転を行うことができる軸受け構造、および、この軸受け構造を有効に利用した粉砕装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案では次のように構成している。

（１）本考案に係る軸受け構造は、回転支軸が、少なくとも一対の転がり軸受けを介して軸受けケースに挿通支持されると共に、転がり軸受けの内輪が締め切りにより位置設定され、
内輪同士の間にスペーサが挟持介在されると共に、外輪同士の間にスペーサと皿バネとが挟持介在される。

本考案の軸受け構造によると、常温での運転においては、回転軸の振れ精度向上、及び振動や騒音を抑制した予圧を、内外輪を締め切り固定する「定位置予圧」と皿バネの弾力を用いた「定圧予圧」とを組み合わせて付与することができる一方、例えば、回転支軸内に冷媒を流入させた運転時等には、内輪などの熱収縮より、「定位置予圧方式」によって得られる予圧は低減するが、外輪を弾性予圧する皿バネによって、予圧の低減を補い、振動や騒音のない円滑な運転が続行される。

また、外輪を弾性予圧する弾性体としての皿バネは、圧縮コイルバネに比べて軸心方向にコンパクトに組み込むことができるものでありながら、設定予圧荷重を大きく確保することができる。

（２）本考案に係る軸受け構造の好ましい実施態様では、前記回転支軸は、冷媒が流入する軸内通路を備え、内輪同士の間に挟持されるスペーサの軸心方向寸法が、外輪同士の間に挟持されるスペーサと皿バネとを合わせた軸心方向の寸法よりも小さく設定される。

この実施態様によると、常温において、内輪に挟持されるスペーサの軸心方向寸法と、外輪に挟持されるスペーサと皿バネとの軸心方向寸法とを、適切に設定することで常温での運転において回転軸の振れ精度向上、及び振動や騒音を抑制した予圧を付与することができる。

また、回転支軸に形成された軸内通路に冷媒を流入させた運転時には、内輪などの熱収縮より、予圧は低減するが、外輪を弾性予圧する皿バネによって予圧の低減を補い、振動や騒音のない円滑な運転が続行される。

（３）本考案に係る軸受け構造の他の実施態様では、前記軸受けケースに形成されたオイル供給孔と、外輪用の前記スペーサに形成された連通孔とが連通され、オイル供給孔を介して供給された潤滑オイルが、スペーサの前記連通孔を通して軸受けケース内の軸受け空間に供給される。

この実施態様によると、外輪用のスペーサは予圧付与用の皿バネと接する部材であると共に、潤滑オイル供給用の部材として利用される。

（４）本考案に係る粉砕装置は、上記（１）または（２）に記載の軸受け構造で粉砕ロータの回転支軸を支持するものである。

本考案の粉砕装置によると、回転支軸を支持する転がり軸受けでの熱収縮による予圧抜けを抑制して、円滑な運転を行うことができる。

（５）本考案に係る粉砕装置の好ましい実施態様では、前記回転支軸の冷媒が流入する前記軸内通路が、前記粉砕ロータの内部に形成された冷却ジャケットに連通接続される。

この実施態様によると、粉砕ロータを的確に冷却して、溶融や変質の発生なく粉砕対象物を好適に粉砕処理することができる。

（６）本考案に係る粉砕装置の他の実施態様では、前記回転支軸をその一端側から巻き掛け駆動すると共に、回転支軸の駆動側を上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の軸受け構造で支持する。

この実施態様によると、回転支軸の駆動側において巻き掛けられるベルトの張力などによって大きいラジアル荷重変動がもたらされるが、予圧を好適に付与された転がり軸受けを用いた軸受け構造によって回転支軸の駆動側を高い耐久性で適切に支持することができる。

このように、本考案によれば、転がり軸受けを介して軸受けケースに支持した回転支軸が、例えば冷却されて内輪やスペーサが軸心方向に大きく収縮しても、付与された予圧が大きく低減することを確実に防止して、円滑に回転支軸を回転作動させることができる軸受け構造、および、この軸受け構造を有効に利用した粉砕装置を提供することができる。

図１は本考案の一実施形態の粉砕装置の正面図である。 図２は粉砕装置を駆動側から見た側面図である。 図３は粉砕装置の主要部を示す縦断正面図である。 図４は駆動側の軸受け構造を拡大した縦断側面図である。

以下、本考案の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に本考案の一実施形態に係る粉砕装置全体の正面図が、図２にその側面図が、また、図３に主要部の縦断正面図それぞれ示されている。

この粉砕装置は、数十ないし数百μｍ程度の粉体を数μｍ程度の超微細な粉体に粉砕処理するものであって、ベース１上に設置した横向き筒状のケーシング２に、粉砕ロータ３を水平軸心ｘ周りに回転自在に収容支持し、ケーシング２の一端側に設けた供給口４から原料粉体を投入し、粉砕ロータ３の高速回転によって所定の粒度にまで粉砕された粉体を、ケーシング２の他端側に設けた排出口５から取り出すよう構成されている。

ケーシング２は水平軸心ｘを通る傾斜分割線ｓに沿って分割可能な二つ割り構造に構成されており、その上半部を、水平軸心ｘと平行する支点ｙ周りに揺動開放することでケーシング２の内部メンテナンスや清掃を行うことが可能となっている。揺動側に粉砕ロータ３を取り付けることが可能である為、粉砕ロータ３を垂直に吊り上げ、メンテナンスや清掃作業が容易になっている。また、ケーシング２の内周には、軸心方向に分割された複数の周壁部材６備えられると共に、その内周にはライナ７が設けられ、ライナ７の内周と粉砕ロータ３の外周とが所定の間隙をもって対向するよう構成されている。

周壁部材６の内部には冷却ジャケット８が備えられており、外部から供給された冷媒を冷却ジャケット８に流入させることで、ライナ７を強制冷却するようになっている。

粉砕ロータ３は、図３に示すように、ケーシング２における左右の側壁部２ａ，２ｂに亘って水平に支持された回転支軸１０に外嵌固着して構成されており、回転支軸１０の一端側に連結固定した小径の受動プーリ１２を、図２に示すように、ベース１上に設置したモータ１３で駆動される大径の駆動プーリ１４にベルト１５を介して増速駆動状態に巻き掛け連動することで、粉砕ロータ３が、例えば数千ｒｐｍで高速回転駆動されるようになっている。

粉砕ロータ３は複数の部材を軸心方向に連結して構成されたものであって、その内部には、環状に連続する複数（この例では４個）の冷却ジャケット１６が軸心方向に並列形成されると共に、各冷却ジャケット１６同士が通路１７を介して順次連通されている。また、両端の冷却ジャケット１６が、回転支軸１０の両端から軸心ｘに沿って穿設された軸内通路１８，１９にそれぞれ連通されている。

回転支軸１０の駆動側端部に、回転ジョイント２０を介して冷媒供給管２１が接続されると共に、回転支軸１０の他端部に回転ジョイント２２を介して冷媒排出管２３が接続されている。回転支軸１０の駆動側端部から軸内通路１８に供給された冷媒は、各冷却ジャケット１６を順次流入した後、他方の軸内通路１９を経て回転支軸１０の他端部から排出され、これによってロータ本体４が強制的に冷却されて、粉砕時の摩擦熱で粉体が溶融したり変質することなく粉砕処理が行われるようになっている。

ハウジング２における左右の側壁部２ａ，２ｂには、軸受けケース２４，２５がそれぞれ嵌合挿通されてボルト連結され、これら両軸受けケース２４，２５に亘って回転支軸１０が回転自在に挿通支持されている。

ベルト張力を受けてラジアル荷重やモーメント荷重が大きく変動して作用する駆動側においては、図４に示すように、転がり軸受けの一例である一対のアンギュラ玉軸受け２６，２７が、内輪側に大きい作用点間距離をもたらす接触角αａ，αｂをもって並ぶ仕様、いわゆる背面合わせ仕様で軸受けケース２４に組み込まれ、また、駆動側とは反対側においても、図３に示すように、駆動側と同サイズ以下の一対のアンギュラ玉軸受け４１，４２が軸受けケース２５に組み込まれている。

駆動側の軸受けケース２４における粉砕ロータ側には、回転支軸１０の外周に摺接する一対のオイルシール２９が装着支持されると共に、軸受けケース２４の駆動側の外端部には、キャップ部材３０がボルト連結されており、これらオイルシール２９とキャップ部材３０との間に、アンギュラ玉軸受け２６，２７を油密状に及び気密状に収容支持する軸受け空間が形成されている。

図４に示すように、一対のアンギュラ玉軸受け２６，２７の内輪２６ａ，２７ａは、リング状のスペーサ３１を挟んで回転支軸１０に外嵌装着されると共に、粉砕ロータ側（図では左側）の内輪２７ａは、回転支軸１０の段差ｄに当接支持され、また、駆動側（図では右側）の内輪２６ａは、回転支軸１０に外嵌装着されたスリーブ３２の端部に当接支持されている。また、スリーブ３２自体は、回転支軸１０にねじ止め固定されるロックナット３３による軸心方向への締め付け力を伝達し、内輪２６ａ、スペーサ３１、内輪２７ａが固定される。

他方、一対のアンギュラ玉軸受け２６、２７の外輪２６ｂ，２７ｂは、リング状のスペーサ３４と皿バネ３９を挟んで軸受けケース２４に内嵌装着されると共に、ロックナット３３による内輪締付力が、アンギュラ玉軸受のボールによって外輪へ伝達され、接触角αａ，αｂによる分力で外輪２６ｂ、スペーサ３４、外輪２７ｂが固定される。

軸受けケース２４には、潤滑オイルを注入するオイル供給孔３６が半径方向に穿設されると共に、外輪用のスペーサ３４の周方向には、前記オイル供給孔３６に接続される連通孔３７が備えられており、オイル供給孔３６から注入された潤滑オイルが両アンギュラ玉軸受け２６，２７に供給されるようになっている。キャップ部材３０にオイルシール３８が装着されており、オイルシール３８と、粉砕ロータ側に配備した一対の前記オイルシール２９とで、軸受けケース２４内に形成された軸受け空間からの潤滑オイル流出が阻止されるようになっている。

また、一対のオイルシール２９の間には、軸受ケース２４の半径方向に穿設された気体導入孔３５があり、軸受空間圧力よりも高い圧力の気体を供給することで粉砕ロータ側へのオイル流出阻止をより確実なものとしている。

上記のように構成された駆動側の軸受け構造において、本実施形態では、一対のアンギュラ玉軸受け２６，２７に以下のようにして予圧が付与されている。

すなわち、この軸受け構造においては、アンギュラ玉軸受け２６，２７における内輪の外端位置を当接によって締め切り固定する「定位置予圧」の形態が取られており、常温において、スペーサ３１の軸心方向寸法Ｌａがスペーサ３４と扁平状態まで圧縮変形させた皿バネ３９とを合わせた軸心方向寸法Ｌｂよりも小さく設定されている（Ｌａ＜Ｌｂ）。この設定によって各外輪２６ｂ，２７ｂに互いに離反する方向のアキシャル荷重を与えられて、それぞれのボールに押し付けられる予圧状態が得られる。さらに、圧縮変形させた皿バネ３９の弾力が、各外輪２６ｂ，２７ｂを互いに離反する方向への予圧として付加されている。

このように、常温では外輪２６ｂ，２７ｂに、締め込みによる「定位置予圧」と皿バネ３９の弾力を加えた予圧が付与されているが、運転状態では回転支軸１０の軸内通路１８に低温（例えば−１５°Ｃ程度）の冷媒が流入して、アンギュラ玉軸受け２６，２７の内輪２６ａ，２７ａおよびスペーサ３１をはじめとして、回転支軸１０に外嵌接触する部材が軸心方向及び直径方向に熱収縮する。

これに対して、皿バネ３９によって弾性予圧される各外輪２６ｂ，２７ｂは、内輪２６ａ，２７ａの軸心方向への熱収縮に対応して互いに離反する方向に変位し、かつ、アンギュラ玉軸受けの接触角αａ，αｂによって、直径方向へも変位して内外輪とボールとのクリアランスを零に維持する。これによって、内輪２６ａ，２７ａおよびスペーサ３１に熱収縮が発生しても、アンギュラ玉軸受け２６，２７の予圧が極端に低下する状態、いわゆる予圧抜け状態に至ることが阻止される。

また、反駆動側の軸受ケース２５とキャップ部材２８との空間は駆動側と同様、もしくは相当の構造となっている。

（他の実施形態）
本考案は、以下のような形態で実施することもできる。

（１）上記実施形態では、一対のアンギュラ玉軸受け２６，２７をスペーサ３１，３４を介して背中合わせに配備した仕様の場合を例示しているが、特にラジアル荷重の大きい使用条件では、隣接して２個づつ並べた２組のアンギュラ玉軸受けを内外のスペーサ３１，３４を挟んで背中合わせに配備した仕様に展開して実施することもできる。

（２）転がり軸受けは必ずしもアンギュラ玉軸受けに限られることはなく、円錐コロ軸受けや深溝玉軸受けを使用することもできる。

（３）皿バネ３９をスペーサ３４の両端に配備すれば、より大きい変位吸収容量で予圧付与を行うことができる。

（４）軸受けケース２４と２５、及びキャップ部材３０と２８に取り付くオイルシール２９と３８として、一般的なリップ付きのゴム製オイルシールやラビリンス型のシールリングを利用することもできる。

（５）上記実施形態では、粉砕装置に適用したが、本考案の軸受け構造は、粉砕装置に限らず、乾燥機や混合機、造粒機等の回転支軸を有する他の装置にも適用できるものであり、また、回転支軸の冷却用途に限らず、他の用途にも使用できるものである。

（６）皿バネ３９を複数枚重ねて配置することも可能で、枚数を増やすことで予圧の大きさを変更することができる。

（７）なお、運転条件によっては、スペーサ３１の軸心方向寸法Ｌａをスペーサ３４と皿バネ３９の軸心方向寸法Ｌｂよりも大きく（Ｌａ＞Ｌｂ）しても、各軸心方向寸法Ｌａ，Ｌｂの寸法差が皿バネ３９の変位量範囲内であれば、皿バネ３９の弾力による予圧によって使用することができる。

３ 粉砕ロータ
８ 冷却ジャケット
１０ 回転支軸
１８ 軸内通路
２４ 軸受けケース
２６ 転がり軸受け（アンギュラ玉軸受け）
２６ 内輪
２６ｂ 外輪
２７ 転がり軸受け（アンギュラ玉軸受け）
２７ａ 内輪
２７ｂ 外輪
２９ オイルシール
３０ キャップ部材
３１ スペーサ（内輪用）
３４ スペーサ（外輪用）
３６ オイル供給孔
３７ 連通孔
３９ 皿バネ

Claims (6)

1. 回転支軸が、少なくとも一対の転がり軸受けを介して軸受けケースに挿通支持されると共に、転がり軸受けの内輪が締め切りにより位置設定され、
   内輪同士の間にスペーサが挟持介在されると共に、外輪同士の間にスペーサと皿バネとが挟持介在される、
   ことを特徴とする軸受け構造。
2. 前記回転支軸は、冷媒が流入する軸内通路を備え、
   内輪同士の間に挟持されるスペーサの軸心方向寸法が、外輪同士の間に挟持されるスペーサと皿バネとを合わせた軸心方向の寸法よりも小さく設定される、
   請求項１に記載の軸受け構造。
3. 前記軸受けケースに形成されたオイル供給孔と、外輪用の前記スペーサに形成された連通孔とが連通され、オイル供給孔を介して供給された潤滑オイルが、スペーサの前記連通孔を通して軸受けケース内の軸受け空間に供給される、
   請求項１または２に記載の軸受け構造。
4. 前記請求項１ないし３のいずれかに記載の軸受け構造で粉砕ロータの回転支軸を支持する、
   ことを特徴とする粉砕装置。
5. 前記回転支軸の冷媒が流入する前記軸内通路が、前記粉砕ロータの内部に形成された冷却ジャケットに連通接続される、
   請求項４に記載の粉砕装置。
6. 前記回転支軸をその一端側から巻き掛け駆動すると共に、回転支軸の駆動側を前記請求項１ないし３のいずれかに記載の軸受け構造で支持する、
   請求項４または５に記載の粉砕装置。

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