JP4983402B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ圧縮機械や工作機械の主軸等に使用される転がり軸受装置の潤滑構造に関し、特に高速回転において必要量の潤滑油を軸受内へ確実に供給し、軸受損失を低減させ、かつ安価で良好な軸受潤滑が可能な潤滑油供給方法の改良に関する。

従来のターボ冷凍機等の高速回転する主軸受としては、一般的には、回転軸１に外嵌めされて回転軸１とともに回転する内輪３と、ハウジング２に内嵌めされて固定される外輪４と、その内輪３と外輪４との間に組み込まれる多数の転動体５と、その転動体５を所定間隔で保持する保持器６とからなるアンギュラ玉軸受を組み合わせてなる組合せアンギュラ玉軸受が用いられ、各軸受間には内輪間座７と外輪間座８を配設していた。
この種の軸受構造における潤滑方法としては、例えばジェット潤滑が採用されている。
図５はジェット潤滑構造を採用したこの種の転がり軸受構造の一例であり、外輪４，４間に配設される外輪間座８に潤滑油を供給する為のジェットノズル孔９を設け、潤滑油を強制的に軸受内に供給している。

しかしながら、外部ジェット潤滑によれば、多量の潤滑油を外輪間座８の内周面に設けたジェットノズル孔９より強制的に供給する為、冷却効果が大きく高速軸受には好適な潤滑構造として一般的に適用されている潤滑形式である一方、多量の潤滑油が適宜排出されない場合には、潤滑油が転動体５によって攪拌され発熱するとともに、軸受の動力損失の増大を引き起こす問題点があった。

また、保持器案内形式に関しては、軸受内部に供給された潤滑油が遠心力によって案内面を潤滑しながら排出される為、通常は外輪案内方式が採用されるが、この形式では外輪みぞ部に溜まった油が排出されにくく前述の動力損失増大の一因となっていた。
さらに、ジェットノズル孔９を設けた外輪間座８は、円環の間座に比べ複雑な形状でかつジェットノズル孔９を開ける等の加工を要する為コストアップ要因となる欠点がある。

ジェット潤滑より高速軸受に好適な潤滑構造として、例えば図６に示すように回転軸１側から内輪３に設けた給油孔１０を介して軸受内に潤滑油を供給するいわゆるアンダーレース潤滑構造が知られている。
これはジェット潤滑に比べ、軸受に必要な量だけを供給する事で、潤滑油を転動体５が攪拌する抵抗が減少し軸受の動力損失を低く抑え、さらに内輪案内形式を採用できる為、外輪４の内径と保持器６の外径面で大きなすきまを確保でき、その結果軸受内の油が容易に排出できる事から、油の攪拌損失も低く抑える事が出来る利点がある。

しかしながら、このような従来のアンダーレース潤滑構造の場合、潤滑油を軸１側から軸受内に供給するための給油孔１０を内輪３に設け、オイルスクープ間座２３を取り付けるため、コストアップになるといった欠点があった。
なお、図６と同様に内輪に給油孔を設けたアンダーレース潤滑構造を採用する転がり軸受について特許文献１が知られている。
特開２０００−１９２９７１号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的とするところは、低摩擦損失を重要視するターボ冷凍機等の高速回転する主軸受において、アンダーレース潤滑法を採用した場合に、内輪に給油孔等の複雑形状を必要としない構造とすることで安価な軸受潤滑構造を提供することである。

このような目的を達成するために、第１の発明は、回転軸に外嵌めされた内輪と、
該内輪の外方に配される外輪と、
該内輪と外輪との間に組み込まれる転動体と、
該転動体を所定間隔に保持する保持器と、
前記回転軸に設けた中空部から半径方向の給油穴を通して軸受内に潤滑油を供給するアンダーレース潤滑構造を備えた転がり軸受装置において、
前記内輪の端面には、所定の軸受構成部材が接し、該内輪の端面と接する該軸受構成部材の端面には、前記回転軸に設けた給油穴と連通可能な半径方向のスリットを設け、該軸受構成部材の外径面が、内輪外周面よりも小径に形成されて、内輪との間に段差状の潤滑油案内面を形成し、
前記保持器は、内輪案内で、前記軸受構成部材が接する内輪端面から軸方向に突出する領域を有し、該突出する領域の内径面には、前記スリットに対向して円周方向に連続した環状のスクープ溝を設け、
該スクープ溝は、案内面として機能する保持器内径面よりも大径の凹状に形成され、該スクープ溝の軸方向で保持器内径面寄りの堰を第１の堰、突出端寄りの堰を第２の堰とし、該第１の堰の深さをｈ１、第２の堰の深さをｈ２としたときに、ｈ１＜ｈ２の関係を有し、これにより該第２の堰を形成する前記突出端の半径方向先端は前記内輪外周面を越えて回転軸中心方向まで延びており、
該スクープ溝は、該第１の堰が軸受内に位置することにより前記内輪外周面と対向する領域と、該領域と連続し、かつスリットの外径面におけるスリット底部と対向する領域を有し、
該第２の堰は、前記軸受構成部材の外径面方向に向けてその深さｈ２が形成されることで、該第２の堰の内面側が前記潤滑油案内面と対向していることを特徴とする転がり軸受装置としたことである。

第２の発明は、第１の発明において、スクープ溝は、第１の堰を軸受内方に向けて傾斜状に構成したことを特徴とする転がり軸受装置としたことである。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、内輪は、軸受構成部材の端面と接する側の端面の内径寄りを面取りして周方向傾斜面部を形成し、
軸受構成部材は、スリットを有する端面の内径寄りを面取りして傾斜状の周面部を形成し、
前記内輪の周方向傾斜面部と、前記軸受構成部材の傾斜状の周面部とによって、潤滑油をスリットの半径方向へと案内する案内面を構成していることを特徴とする転がり軸受装置としたことである。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、内輪端面と接する軸受構成部材は内輪間座であることを特徴とする転がり軸受装置としたことである。

第５の発明は、第４の発明において、転がり軸受は複列で、その軸受間に内輪間座が備えられ、回転軸に設けられる給油穴は、回転軸の軸方向に所定間隔をあけて並設され、スリットは、前記給油穴に対向して内輪間座の両端面に設けられていることを特徴とする転がり軸受装置としたことである。

本発明によれば、低摩擦損失を重要視するターボ冷凍機等の高速回転する主軸受において、アンダーレース潤滑法を採用した場合に、内輪に給油孔等の複雑形状を必要としない構造とすることで安価な軸受潤滑構造を提供できる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、本発明の一例として、図に示す形態の転がり軸受装置を挙げて説明するが、本実施形態は本発明の一例にすぎずなんら図示した形態に限定解釈されるものではなく、いわゆるアンダーレース潤滑構造を採用するその他の転がり軸受装置であってもよく本発明の範囲内で設計変更可能である。

図１乃至図３は、ターボ冷凍機等の高速回転する回転軸（主軸）１とハウジング２との間に複列の転がり軸受Ｊ１，Ｊ２を配し、軸受内への潤滑油の給油方式として、アンダーレース潤滑構造を採用している本発明の一実施形態の概略断面図である。

回転軸１は、例えば中空円筒状に形成され、外周面１ａの所定箇所に円周方向に連続する段差部１１を介して小径状に形成した軸受配設領域Ａ１を形成し、前記段差部１１の円周方向に連続する径方向突き当て面１２が一方の転がり軸受Ｊ１の内輪３の端面３ａを受ける面部として機能する。
そして、その軸１の中空部（潤滑油流路）１３の内周面１３ａの所定領域に、円周方向に連続した凹溝形状の潤滑油溜まり部１４を備え、その潤滑油溜まり部１４の底面１４ａの所定位置（最深領域の所定位置）、例えば本実施形態では円周方向で略９０度ずつ間隔をあけた４箇所の位置に潤滑油溜まり部１４内から軸受配設領域Ａ１に貫通する半径方向の給油穴１５を設けている。また、本実施形態では、潤滑油溜まり部１４で回転軸１の軸方向に所定間隔をあけた軸方向同一位置に、給油穴１５を並設し、潤滑油溜まり部１４内で合計８箇所の給油穴１５が設けられている。

潤滑油溜まり部１４は、本実施形態では、前記突き当て面１２から軸方向で所定距離離れた外周面位置（軸受配設領域Ａ１の所定位置Ａ１１）に対応する内周面所定位置１３０ａから凹設領域が開始されている。すなわち、本実施形態における潤滑油溜まり部１４の凹設領域は、突き当て面１２から軸方向に略転がり軸受１個分離れた位置に対応する内周面位置１３０ａから開始され、内輪間座７の１つ分の配設スペースをあけて他方の転がり軸受Ｊ２の内輪端面３ａが内輪間座７の端面７ｂと接する位置と対応する内周面位置１３０ｂまでの領域としている。
従って、本実施形態によれば、このような構成を採用することで、回転軸１の中空部１３から給油穴１５を通して軸受内に潤滑油を供給するアンダーレース潤滑構造としている。

転がり軸受は、回転軸１に外嵌めされる内輪３と、該内輪３の外方に配されてハウジング２に内嵌めされる外輪４と、内輪３と外輪４との間に組み込まれる転動体（玉）５と、該転動体５を所定間隔に保持する保持器６とで構成されたアンギュラ玉軸受Ｊ１，Ｊ２で、このアンギュラ玉軸受Ｊ１，Ｊ２の間に間座を介在させて組み込む背面組合せ形の複列構成が採用されている。
すなわち、本実施形態では、内輪３と外輪４のそれぞれ相対向する端面３ａ・３ｂと４ａ・４ｂには、所定の軸受構成部材としての間座（内輪間座７，外輪間座８）が接し、前記一方の転がり軸受Ｊ１の内輪端面３ａを回転軸１の突き当て面１２に当接するともに、他方の転がり軸受Ｊ２の内輪端面３ｂに軸受ナット１６を押し当てて所定の予圧を付与している。
また、本実施形態において使用される転がり軸受にあっては、図に示す形態のアンギュラ玉軸受Ｊ１，Ｊ２が採用されているが、本発明において使用される転がり軸受は特にこれに限定されるものではなく、他の周知形態の転がり軸受が本発明の範囲内で適宜変更使用可能である。また、転動体５を玉に代えてころを使用することも本発明の範囲内であり設計変更可能である。

内輪間座７は、図１及び図２に示すように、内周面７０が回転軸１の軸受配設領域Ａ１の外周面に外嵌め可能な内径で、かつ内輪３の外径よりも小径に形成される外周面７１を有する円環状に形成される。
また、本実施形態では、内輪間座７の軸方向左右の端面７ａ，７ｂは、それぞれ、端面所定位置から内周面７０方向に向けて傾斜状の周面部７２，７２を形成していることから、内周面７０が外周面７１よりも幅狭な断面視で台形状に形成されている。

そして、一方の内輪３の端面３ａと他方の内輪３の端面３ｂとに接する内輪間座７の軸方向左右の端面７ａ，７ｂには、図２（ａ）（ｂ）に示すように、前記回転軸１に設けた給油穴１５と連通可能な半径方向のスリット１７を設けている。
本実施形態では、周方向で略９０度ずつ間隔をあけた４箇所の位置にそれぞれスリット１７が形成されている。すなわち、左右の端面７ａ，７ｂで、合計８箇所のスリット１７が設けられている。
従って、スリット１７は、前記給油穴１５に対向して内輪間座７の両端面７ａ，７ｂに設けられ、端面視で矩形状に形成され、一方の内輪３の端面３ａと他方の内輪３の端面３ｂとに接する内輪間座７の軸方向左右の端面７ａ，７ｂが接することで、前記各スリット１７が給油穴１５から供給される潤滑油を軸受内部へと案内する流路として機能する。
また、本実施形態の内輪３，３は、その内輪間座７の端面７ａ，７ｂと接する側の端面３ｂ，３ａの内径寄りをそれぞれ面取りして周方向傾斜面部１８，１８を有しているため、内輪間座７の傾斜状の周面部７２，７２とともに潤滑油をスリット１７の半径方向へと案内する案内面として機能する。

保持器６は、図１及び図３に示すように、内輪案内形式で、内周面６ａを内輪３の外周面３ｃよりもわずかに大径で、かつ外周面６ｂを外輪４の内周面４ｃよりも小径に形成し、円周方向に略円筒状の複数個の転動体保持部（ポケット）６ｃを備えた全体円環状に形成されている。そして、保持器６は、前記内輪間座７が接する内輪端面３ａ（又は３ｂ）から軸方向に突出する領域を有している。
その突出する領域は円周方向に連続するとともに、その内周面には、前記スリット１７に対向して円周方向に連続した環状のスクープ溝１９を設けている。

スクープ溝１９は、内輪外周面３ｃと対向して案内面として機能する保持器内周面６ａよりも大径の凹状に形成されている。
このスクープ溝１９の深さは、特に限定はされず本発明の範囲内で設計変更可能であるが、本実施形態では、そのスクープ溝１９の軸方向で保持器内周面６ａ寄りの堰を第１の堰１９ａ、突出端寄りの堰を第２の堰１９ｂとし、その第１の堰１９ａの深さをｈ１、第２の堰１９ｂの深さをｈ２としたときに、ｈ１＜ｈ２の関係を有する構成を採用している。すなわち、このような関係を具備することで、スクープ溝１９に遠心力により押し付けられた潤滑油は、保持器６の案内面（内周面）６ａと内輪外周面３ｃとの間のすきまに効果的に流れ込むこととなる。
また、本実施形態では、スクープ溝１９の一部は軸受内に位置して内輪外周面３ｃと対向している。そして、スクープ溝１９の少なくとも一部は、前記内輪間座７のスリット１７の外径面１７ａにおけるスリット底部１７ｂと同一の軸方向位置にある。

従って、本実施形態によれば、回転軸１の中空部（潤滑油流路）１３に設けた凹溝形状の潤滑油溜まり部１４の底部１４ａに遠心力によって押し付けられた潤滑油は、その潤滑油溜まり部１４から軸外周面（軸受配設領域Ａ１）方向へと半径方向に設けられた各給油穴１５、そして内輪間座７の各スリット１７と内輪端面３ａ，３ｂとの間で形成される各流路を通過してスクープ溝１９方向に向けて噴出する。
このように噴出した潤滑油は、前記スリット１７の半径方向で直上にあるスクープ溝１９で受け止められる。そして、保持器６も内輪３とともに回転しているため、スクープ溝１９に溜まった潤滑油は、遠心力の作用によって圧力が上昇してスクープ溝１９に押し付けられ、保持器６の案内面（内周面）６ａと内輪外周面３ｃとの間のすきまに向けて流れ込むため、軸受内部が潤滑される。

本実施形態によれば、本発明の転がり軸受装置は次の作用効果を奏すると言える。
(1)内輪３に給油穴を形成しなくて済む。
(2)内輪３の端面に接する内輪間座７などの軸受構成部材の端面にスリット１７を設けるだけの加工で済む。
(3)保持器６に円周方向のスクープ溝１９を設けるだけで済む。
従って、この種のアンダーレース潤滑構造を採用する転がり軸受装置と比して、コスト高騰を抑えることができる。
さらに、保持器６の案内形式として、外輪案内形式よりも低摩擦損失である内輪案内形式が採用可能であるため、軸受動力損失の低減にも効果がある。
また、内輪案内形式は保持器６の案内面６ａ摩耗の懸念もあるが、本発明によれば保持器６の案内面（内周面）６ａに直接潤滑油を供給することが可能であるため、保持器６の案内面摩耗に対しても抑止効果がある。
「変形例」

スリット１７の形状及び配設個数は、特に本実施形態に限定されず、給油穴１５と連通し、かつ給油穴１５からの潤滑油を保持器６のスクープ溝１９方向へと供給可能な形状のスリット１７を少なくとも１つ以上備えていればよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
スクープ溝１９は、第１の堰１９ａを、軸受内方に向けて傾斜状に構成することも可能で本発明の範囲内である。このように構成することにより、高速回転になるほど遠心力によって強力にスクープ溝１９内に供給された潤滑油が軸受内に供給される。
潤滑油溜まり部１４は、本実施形態では円周方向に凹溝状に連続している実施の一形態を挙げて説明しているが、潤滑油溜まり部１４は、給油穴１５を配設する周辺領域にのみ断続的に凹設して設けるものであってもよく任意である。

図４は本発明の実施例２を示し、（ａ）は一部省略して示す概略断面図、（ｂ）は間座の概略断面図である。
本実施形態では、回転軸１とハウジング２の間に単列の転がり軸受Ｊ３を配し、軸受内への潤滑油の給油方式として、アンダーレース潤滑構造を採用している本発明の他の実施形態の概略断面図である。

本実施形態では、回転軸１の中空部（潤滑油流路）１３の内周面所定領域に、実施例１と同様に円周方向に連続した凹溝形状の潤滑油溜まり部１４を備えているが、その位置及び領域大きさが異なっている。すなわち、回転軸１の外周に形成されている軸受配設領域Ａ１に外嵌めされる転がり軸受Ｊ３の内輪３の略中央寄り位置に対応する内周面所定位置１３０ｃから潤滑油溜まり部１４の凹設領域が開始され、内輪３の端面３ｂに接する内輪間座７の端面７ｂ位置に対応する内周面所定位置１３０ｄで終了する大きさの凹設領域としている。

そして、潤滑油溜まり部１４の軸方向略中央位置に、潤滑油溜まり部１４から回転軸外周面（軸受配設領域Ａ１）へと半径方向に貫通する給油穴１５を設けている。また、この給油穴１５は、周方向で略９０度ずつ間隔をあけた４箇所の位置にそれぞれ形成されている。

内輪間座７は、内輪端面３ｂと接する側の端面（図４で正面視左側の端面）７ａに、図４に示すように、前記回転軸１に設けた各給油穴１５と連通可能な半径方向のスリット１７を設けている。
本実施形態にあっても、前記実施例１と同様に、周方向で略９０度ずつ間隔をあけた４箇所の位置にそれぞれスリット１７が形成され、それぞれのスリット１７がそれぞれの給油穴１５と連通している。
また、本実施形態でも実施例１と同様に、内輪３は、内輪間座７の端面７ａと接する端面３ｂの内径側に面取り部１８が施されている。
保持器６の構成は実施例１で説明した保持器６と同様であるためその説明を援用し、ここでは説明を省略する。
なお、図中２０は、ハウジング２の端面にボルト２１などで取付固定され、外輪４の端面４ｂを抑える外輪抑え蓋、２２は内輪間座７の一方の端面７ｂ側に接する軸受ナットで、このナット２２の締め付け力で所定の予圧を付与している。
その他の構成及び本実施形態の作用効果は、実施例１と同様であるため、同一箇所に同一符号を付してその説明を援用し、ここでの説明は省略する。

本発明転がり軸受装置の一実施形態を一部省略して示す概略断面図である。 （ａ）は本実施形態に用いられる間座の一実施形態を示す概略断面図、（ｂ）は概略側面図である。 本実施形態の保持器に設けられたスクープ溝の深さを示す拡大概略断面図である。 （ａ）は本発明転がり軸受装置の他の実施形態を一部省略して示す概略断面図、（ｂ）は本実施形態に用いられる間座の一実施形態を示す概略断面図である。 先行技術の一例を一部省略して示す概略断面図である。 先行技術の他の一例を一部省略して示す概略断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
１３ 中空部
１５ 給油穴
３ 内輪
３ａ，３ｂ 端面
４ 外輪
５ 転動体
６ 保持器
１９ スクープ溝
７ 内輪間座
７ａ，７ｂ 端面
１７ スリット
１７ａ 外径面
１７ｂ スリット底部

Claims (5)

1. 回転軸に外嵌めされた内輪と、
   該内輪の外方に配される外輪と、
   該内輪と外輪との間に組み込まれる転動体と、
   該転動体を所定間隔に保持する保持器と、
   前記回転軸に設けた中空部から半径方向の給油穴を通して軸受内に潤滑油を供給するアンダーレース潤滑構造を備えた転がり軸受装置において、
   前記内輪の端面には所定の軸受構成部材が接し、該内輪の端面と接する該軸受構成部材の端面には、前記回転軸に設けた給油穴と連通可能な半径方向のスリットを設け、該軸受構成部材の外径面が、内輪外周面よりも小径に形成されて、内輪との間に段差状の潤滑油案内面を形成し、
   前記保持器は、内輪案内で、前記軸受構成部材が接する内輪端面から軸方向に突出する領域を有し、該突出する領域の内径面には、前記スリットに対向して円周方向に連続した環状のスクープ溝を設け、
   該スクープ溝は、案内面として機能する保持器内径面よりも大径の凹状に形成され、該スクープ溝の軸方向で保持器内径面寄りの堰を第１の堰、突出端寄りの堰を第２の堰とし、該第１の堰の深さをｈ１、第２の堰の深さをｈ２としたときに、ｈ１＜ｈ２の関係を有し、これにより該第２の堰を形成する前記突出端の半径方向先端は前記内輪外周面を越えて回転軸中心方向まで延びており、
   該スクープ溝は、該第１の堰が軸受内に位置することにより前記内輪外周面と対向する領域と、該領域と連続し、かつスリットの外径面におけるスリット底部と対向する領域を有し、
   該第２の堰は、前記軸受構成部材の外径面方向に向けてその深さｈ２が形成されることで、該第２の堰の内面側が前記潤滑油案内面と対向していることを特徴とする転がり軸受装置。
2. スクープ溝は、第１の堰を軸受内方に向けて傾斜状に構成したことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 内輪は、軸受構成部材の端面と接する側の端面の内径寄りを面取りして周方向傾斜面部を形成し、
   軸受構成部材は、スリットを有する端面の内径寄りを面取りして傾斜状の周面部を形成し、
   前記内輪の周方向傾斜面部と、前記軸受構成部材の傾斜状の周面部とによって、潤滑油をスリットの半径方向へと案内する案内面を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受装置。
4. 内輪端面と接する軸受構成部材は内輪間座であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受装置。
5. 転がり軸受は複列で、その軸受間に内輪間座が備えられ、
   回転軸に設けられる給油穴は、回転軸の軸方向に所定間隔をあけて並設され、
   スリットは、前記給油穴に対向して内輪間座の両端面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受装置。
   
   

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