JP5018335B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受装置に関する。

従来、工作機械等で使用される高速軸受では、流動性の高いオイルと空気を利用して、連続的に軸受内部に補給するオイルエア潤滑や、オイルミスト潤滑が行われている。これらの潤滑は高速回転時に、必要とする分だけ、継続して行われるため、耐焼き付き性を高くできる利点がある。しかし、オイルエア潤滑や、オイルミスト潤滑の場合、低騒音性や耐環境性を考慮した場合、問題があった。オイルエア潤滑や、オイルミスト潤滑の場合、軸受内部に対してオイルエアやオイルミストをノズル孔から絶え間なくかつ勢いよく噴出させているため、気流騒音が発生し、この気流騒音を低減するために消音器等が必要になる。

又、軸受内部に送出されたオイルエアやオイルミストは、絶え間なく、かつ勢いよく噴出されることにより、軸受外部に漏洩するため、作業環境を悪化させる。この作業環境の悪化防止のためには、オイルエアやオイルミストが軸受から漏洩しないシール構成を備える必要がある。

このため、近年、環境対応−省エネの観点から、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑とは異なり、エアを使わない微量油のみの潤滑への変更が模索されている。
特許文献１では、図３に示す転がり軸受用潤滑装置が開示されている。転がり軸受６１を構成する内輪６４は、その外周面に内輪軌道６５を有し、使用時に高速回転する主軸６０に外嵌固定されている。又、転がり軸受６１を構成する外輪６６は、その内周面に外輪軌道６７を有し、ハウジング６８に内嵌支持されている。内輪軌道６５と外輪軌道６７との間には複数個の転動体６９が保持器７０により保持した状態で転動自在に設けられている。

又、主軸６０の周囲には内輪６４を挟持した状態で第１、第２の内輪間座７１、７２が設けられている。一方、ハウジング６８の内側には、外輪６６に隣接した状態で、外輪間座６２を設けている。この外輪間座６２の内側には多孔質の合成樹脂中に潤滑油を保持した固形油、又は大きな粘性を有し、それ自体では流動性が乏しいグリースが保持されている。保油空間６３の基端部開口はハウジング６８の圧力導入路６８ａに連通され、コントローラＣに制御されるポンプＰから圧縮空気が導入可能にされている。

保油空間６３の先端に設けられたノズル孔７３の先端開口は、内輪軌道６５に連なる内輪６４のガイド斜面７４に臨んでいる。高速回転中にノズル孔７３から吐出された潤滑油はガイド斜面７４を介してガイド斜面７４の大径側に位置する内輪軌道６５に移動するようになっている。すなわち、保油空間６３で保持されている潤滑油、或いはグリースは、外輪間座６２に設けたノズル孔７３から吹き出され、転がり軸受６１の内部で転動体６９が設けられた軸受内部空間７５内に吐出されるようになっている。
特開２００２−１６１９２２号公報

ところが、特許文献１の転がり軸受装置では、コントローラＣやポンプＰ等の圧縮空気を供給するための外部装置が必要となるため、コスト高となるとともに、外部装置に接続される圧力導入路６８ａを設ける必要があることから、管路構成が複雑となる問題があった。

本発明の目的は、転がり軸受に潤滑油等の潤滑剤を供給するための外部装置が必要でなく、運転中の軸受付近の温度により、自動的に軸受に潤滑剤を供給することができるとともに、コンパクトな転がり軸受装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングに固定されるとともに内周に外輪軌道面を有する外輪部材と、前記ハウジング内の軸体に固定されるとともに外周に内輪軌道面を有する内輪部材と、両部材を相対回転可能する複数の転動体を備えた軸受を含む転がり軸受装置において、前記外輪部材に隣接するとともに前記ハウジングの支持孔に固定された外輪間座を備え、前記外輪間座には、潤滑剤を収納する収納室と、前記収納室と前記軸受の内部空間とを連通する給油通路が設けられ、前記収納室内には、前記収納室に対して前記潤滑剤を押圧可能に、かつ、移動自在に嵌合されたピストンと、温度に応じて熱膨張する膨張体が設けられ、前記軸体の回転に伴う前記軸受の温度上昇に応じて、前記膨張体が膨張するとともに前記ピストンが押圧されて、自動的に前記収納室内の前記潤滑剤を前記給油通路から前記軸受の内部に送出するように構成され、前記ピストンは、前記膨張体が前記ピストンを熱膨張により押圧していない非押圧状態では、前記収納室に対して前記潤滑剤による圧力に抗して摩擦係止されることを特徴とする転がり軸受装置を要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記膨張体が、温度によって蒸気圧が変化する揮発性の液体、又は気体が封入されている有弾性の袋体を含むことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、軸体が高速回転されて温度上昇すると、膨張体が膨張してピストンを移動させ、同ピストンを介して潤滑剤を押圧する。このため、潤滑剤は給油通路から軸受の内部空間に送出される。この結果、請求項１によれば、転がり軸受に潤滑油等の潤滑剤を供給するための外部装置が必要でなく、運転中の軸受付近の温度により、自動的に軸受に潤滑剤を供給することができるとともに、コンパクトな転がり軸受とすることができる。

また、一旦、熱膨張が停止されて膨張体が熱収縮したとき、ピストンは潤滑剤による圧力に抗して摩擦係止するため変位しない。この結果、膨張体が熱膨張していない状態のときにはピストンの停止位置を保持するための別の部材や機構が不要となる。

請求項２の発明によれば、温度によって蒸気圧が変化する揮発性の液体、又は気体が封入されている有弾性の袋体を含むように膨張体が構成されているため、温度に応じて自動的にピストンを押圧する構成を簡単な構成で容易に実現することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の転がり軸受装置を、グリース潤滑のアンギュラ玉軸受に具体化したを一実施形態を図１を参照して説明する。

図１に示すように、転がり軸受装置（以下、単に軸受装置１０という）は、工作機械のハウジング１２と軸体としての駆動軸１３との間の環状空間に配置されている。
軸受装置１０は、駆動軸１３が圧入される内輪部材１４と、この内輪部材１４に同心に配置されてハウジング１２に圧入される外輪部材１５と、内輪部材１４の外周面に形成された内輪軌道面１６及び外輪部材１５の内周面に形成された外輪軌道面１７の間に転動自在に配置される複数個の転動体としての玉１８とを備えた軸受Ｊ１を備える。前記玉１８は保持器１９により円周方向等配位置に保持されている。又、予め軸受Ｊ１内部に潤滑剤としての潤滑油が塗布されている。

外輪部材１５に隣接して同外輪部材１５を挟持するように円筒状の外輪間座２０，２２が支持孔１１に圧入されて配置され、内輪部材１４に隣接して同内輪部材１４を挟持するように内輪間座２１，２３が駆動軸１３に圧入されて配置されている。外輪間座２０の外輪部材１５とは反対側の端面には環状の収納室２４が形成されている。

収納室２４は、本実施形態では、環状に形成されているが、周方向に始端及び終端を有するように円弧状に形成されていてもよく、この場合、収納室２４は単数又は複数設けられていても良い。収納室２４は潤滑剤補給タンクとなるものである。

収納室２４内には、環状のピストン２５が軸受Ｊ１に向かって移動自在に嵌合されるとともに、収納室２４内において、ピストン２５と囲まれる空間内には潤滑油３０が収納されている。収納室２４の外輪部材１５と反対側の開口は、環状の蓋部材２６が取付け固定されて塞がれている。蓋部材２６には、収納室２４と連通する透孔２６ａが形成されている。この透孔２６ａにより、膨張体２７を収納するピストン２５、蓋部材２６で規定される収納室２４の空間に大気圧が導入可能にされている。

蓋部材２６とピストン２５間には、環状の膨張体２７が収納されている。膨張体２７は、有弾性の材質、例えば、合成ゴムからなるリング状の袋体２８内に揮発性の液体が充填されることにより構成されている。揮発性の液体としては、アルコール系、エーテル系、フッ素化合物系の液体を挙げることができる。特に、これらの液体の中で、室温＋１０℃で気化するものが好ましい。又、揮発性の液体の代わりに、気体を袋体２８に充填してもよい。

なお、袋体２８内に充填する前記液体や気体の選定は、膨張体２７の熱膨張係数が潤滑油３０よりも熱膨張係数が大きくなるように選定することが好ましい。これは、膨張体２７の熱膨張係数を潤滑油３０の熱膨張係数よりも大きくすることにより、膨張体２７によるピストン２５への押圧力を潤滑油３０によるピストン２５への押圧力よりも大にして、ピストン２５を潤滑油３０側へ作動するためである。又、ピストン２５、外輪間座２０は金属で形成され、その熱膨張係数は膨張体２７の熱膨張係数よりも小さくされている。

又、膨張体２７が単一の場合、その最大膨張容積は、収納室２４において、潤滑油３０を収納する容積よりも大きくなるように設定されている。なお、膨張体２７が複数からなる場合には、合計の最大膨張容積が、収納室２４において、潤滑油３０を収納する容積よりも大きくなるように設定すればよい。

なお、本実施形態では、膨張体２７は単一のものとしているが、膨張体２７を２個以上、ピストン２５の周方向に沿って並べて配置してもよい。
又、膨張体２７が膨張した状態で、軸受装置１０が回転を停止した場合、或いは低速回転となった場合は、温度が低くなるため、膨張体２７は収縮する。このため、ピストン２５は、膨張体２７による押圧が解除されるが、膨張体２７によりピストン２５が押圧されていない状態では、潤滑油３０による圧力に抗して収納室２４の内周面に対して摩擦係止されることにより停止保持される。

外輪間座２０の軸方向の端面には、複数のノズル３１が所定間隔をおいて内輪部材１４に対向するように突出され、収納室２４において駆動軸１３の近位側と連通されている。図１では説明の便宜上、ノズル３１が１個のみ図示されているノズル３１の開口３１ａの径は、膨張体２７によりピストン２５が押圧されていない状態では、潤滑油３０がノズル３１から漏出しない径が望ましく、例えば０．０５ｍｍ程度が好ましい。なお、図１では、開口３１ａだけを縮径しているが、ノズル３１全体を同径で形成してもよく、この場合においても、膨張体２７によりピストン２５が押圧されていない状態では、潤滑油３０がノズル３１から漏出しない径が望ましい。

内輪部材１４の対向する軸方向端面１４ａであって、前記ノズル３１と相対する部位には、断面矩形でかつ周方向に沿った環状の溝３４が形成されている。内輪軌道面１６の片寄っている側の反対側には、断面略Ｖ字形のＶ字溝３５が周縁部に沿うように環状に形成されている。このＶ字溝３５は、内輪軌道面１６上の玉１８の接触部を回避する位置に形成されている。

溝３４の角部には、給油通路としての給油孔３６がＶ字溝３５に開口して溝３４とＶ字溝３５とを連通するように形成されている。給油孔３６は、内輪部材１４の周方向に所定間隔置きに複数個（例えば６〜２４箇所）に形成され、溝３４側の開口がＶ字溝３５側の開口よりも駆動軸１３側に近位となるように配置されている。給油孔３６の玉１８側開口の径方向外方側部と玉１８の転動面との間には、環状の隙間３７が設けられている。軸受Ｊ１において、溝３４は内部空間に相当する。

次に、本軸受装置１０の潤滑動作について説明する。
軸受装置１０の使用、すなわち駆動軸１３の軸心回りの回転に伴なう内輪部材１４の回転の際は、予め軸受Ｊ１内部に設けられている潤滑油３０によって軸受Ｊ１内部が潤滑される。そして、軸受装置１０の使用に伴ない軸受装置１０が温度上昇し、室温＋１０℃を越えるようになると、膨張体２７内の液体が気化して飽和蒸気圧が上昇して膨張し、或いは、袋体２８内に気体が充填されている場合には気体が膨張する。この膨張体２７の膨張により、ピストン２５が押圧されて潤滑油３０がノズル３１の開口３１ａから溝３４内に吐出される。

膨張体２７の膨張量は温度に応じて決定されるため、潤滑油３０の吐出量は温度に応じて決定される膨張量に比例して決定される。すなわち、潤滑油３０の吐出量は温度に応じて決定されることになる。

そして、工作機械の駆動により駆動軸１３が回転すると、内輪部材１４が駆動軸１３とともに軸心回りに回転し、潤滑油３０に径方向外方に向かう遠心力が働く。そうすると潤滑油３０は、遠心力の大きさに応じて溝３４から、各給油孔３６を通過してＶ字溝３５に至る。そして、Ｖ字溝３５である程度の量の潤滑油３０が確保されつつ、その潤滑油３０が内輪部材１４の回転とともに使用され、軸受Ｊ１内部を潤滑する。

なお、給油孔３６は、その開口面積よりも大きな面積を有するＶ字溝３５に連通されているので、潤滑油３０は、上記遠心力によって容易にＶ字溝３５に至ることができる。又、仮に過量の潤滑油３０が軸受Ｊ１内部に供給された場合であっても、Ｖ字溝３５に至った潤滑油３０のうち過量の潤滑油３０は、隙間３７から軸受Ｊ１外部へ向けて、排出される。

さて、上記のように構成された軸受装置１０は下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の軸受装置１０は、軸受Ｊ１と、軸受Ｊ１の外輪部材１５に隣接するとともにハウジング１２に固定された外輪間座２０とを備える。そして、軸受装置１０は、潤滑油３０（潤滑剤）を収納する収納室２４と、収納室２４と軸受Ｊ１の溝３４とに連通する給油孔３６（給油通路）と、軸受装置１０の温度上昇時にピストン２５を押圧して潤滑油３０を給油孔３６から軸受Ｊ１の溝３４に送出する膨張体２７とを備えている。

この結果、駆動軸１３（軸体）が高速回転されて軸受装置１０が温度上昇すると、膨張体２７が膨張してピストンを移動させ、ピストン２５を介して潤滑油３０を押圧する。このため、潤滑油３０は給油孔３６から軸受Ｊ１の内部の溝３４に送出される。この結果、転がり軸受に潤滑油３０を供給するための外部装置が必要でなく、運転中の軸受装置１０付近の温度により、自動的に軸受装置１０に潤滑油３０を供給することができるとともに、コンパクトな転がり軸受とすることができる。

（２） 本実施形態の軸受装置１０では、ピストン２５は、膨張体２７により押圧されていない非押圧状態では、収納室２４に対して潤滑油３０による圧力に抗して摩擦係止される。この結果、一旦、熱膨張が停止されて膨張体２７が熱収縮したとき、ピストン２５は潤滑油３０による圧力に抗して摩擦係止するため変位しない。この結果、膨張体２７が熱膨張していない状態のときにはピストン２５の停止位置を保持するための別の部材や機構が不要となる。

（３） 本実施形態の軸受装置１０の膨張体２７は、温度によって蒸気圧が変化する揮発性の液体、又は気体が封入されている有弾性の袋体２８で構成されるようにした。この結果、温度に応じて自動的にピストン２５を押圧する構成を簡単な構成で容易に実現することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の軸受装置１０を図２を参照して説明する。
なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して異なる構成を中心に説明する。第１実施形態では、アンギュラ玉軸受に具体化したが、第２実施形態では、円筒ころ軸受（以下、単に軸受Ｊ２という）に具体化したところが異なっている。

図２に示すように、軸受Ｊ２の外輪部材４５はハウジング１２の支持孔１１に圧入されるとともに、内輪部材４６は駆動軸１３に圧入されている。
軸受装置１０は、図２に示すように、内輪部材４６の外周面に凹設された溝状の内輪軌道面４８及び外輪部材４５の内周面に形成された外輪軌道面４７の間に転動自在に配置される複数個の転動体としての円筒ころ４９とを備えている。

円筒ころ４９は保持器５０により円周方向に等配された位置に保持されている。又、予め軸受Ｊ２内部にグリースＧが設けられている（図２参照）。
前記グリースＧの増稠剤として、例えばウレア系，Ｂａ系，Ｌｉ系が用いられ、基油３０ａとしてエステル＋合成炭化水素系が用いられ、その粘度は４０°Ｃ下で２０〜３０ｍｍ^２／ｓ、グリースＧの稠度はＮＬＧＩ２相当である。基油３０ａは潤滑剤に相当する。

外輪部材４５の軸心方向両端には一対の円筒状をなす外輪間座２０がそれぞれハウジング１２の支持孔１１に圧入されて、外輪部材４５を挟持している。さらに、各外輪間座２０に隣接するようにハウジング１２の支持孔１１には一対の外輪間座２９が圧入されている。又、内輪部材４６は、その軸心方向両端に一対の円筒状の内輪間座２１がそれぞれ配置されて挟持されている。

各外輪間座２０は、収納室２４、ピストン２５、膨張体２７、透孔２６ａを備えた蓋部材２６、及びノズル３１を備え、潤滑油３０の代わりに前記グリースＧの基油３０ａが収納室２４内に収納されている。そして、各ノズル３１の先端は、内輪部材４６の軸心方向の両端面に設けられた各溝３４内に配置され、同溝３４内に基油３０ａを吐出できるようにされている。

各溝３４の角部には、給油通路としての給油孔３６が内輪軌道面４８の軸心方向の両端の角部に開口して溝３４と溝状の内輪軌道面４８とを連通するように形成されている。
給油孔３６は、内輪部材１４の周方向に所定間隔置きに複数個（例えば６〜２４箇所）に形成され、溝３４側の開口が内輪軌道面４８側の開口よりも駆動軸１３側に近位となるように配置されている。本実施形態においても、溝３４は内部空間に相当する。

軸受装置１０の使用、すなわち駆動軸１３の軸心回りの回転に伴なう内輪部材１４の回転の際は、予め軸受Ｊ２内部に設けられているグリースＧによって軸受Ｊ２内部が潤滑される。そして、軸受装置１０の使用に伴ないグリースＧの基油３０ａの量が次第に軸受Ｊ２内部から減少する傾向にあった場合、増稠剤が軸受Ｊ２内部に残留することになる。

そして、軸受装置１０の使用時において、軸受装置１０が温度上昇し、室温＋１０℃を越えるようになると、膨張体２７内の液体が気化して飽和蒸気圧が上昇して膨張し、或いは、袋体２８内に気体が充填されている場合には気体が膨張する。この膨張体２７の膨張により、ピストン２５が押圧されて基油３０ａがノズル３１の開口３１ａから溝３４内に吐出される。

膨張体２７の膨張量は温度に応じて決定されるため、基油３０ａの吐出量は温度に応じて決定される膨張量に比例して決定される。すなわち、基油３０ａの吐出量は温度に応じて決定されることになる。

そして、工作機械の駆動により駆動軸１３が回転すると、内輪部材１４が駆動軸１３とともに軸心回りに回転し、基油３０ａに径方向外方に向かう遠心力が働く。そうすると基油３０ａは、遠心力の大きさに応じて各溝３４から、各給油孔３６を通過して内輪軌道面４８に至る。そして、内輪軌道面４８である程度の量の基油３０ａが確保されつつ、その基油３０ａが内輪部材１４の回転とともに使用されつつ、一方で基油３０ａは増稠剤に保持されることになって、その基油３０ａは内輪部材１４の回転とともに使用され、軸受内部を潤滑する。

このようにして、軸受装置１０の温度に応じて各ノズル３１から基油３０ａを自動補給できる。
第２実施形態は、前記第１実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を奏する。 又、第２実施形態では、さらに下記の効果を奏する。

（１） 本実施形態では、軸受装置１０に基油３０ａの給油通路を設け、グリースＧが不足しやすい基油３０ａを軸受内部に補給するようにしたので、工作機械を分解することなく容易に潤滑油、すなわち基油３０ａを補給することができる。この結果、工作機械を分解してグリースＧを軸受内部に補給する場合に比べて、その手間を大幅に削減することができる。

（２） 又、グリースＧそのものではなく、その基油３０ａのみを補給するようにしたので、増稠剤の量が増加することはなく、この結果、円筒ころ４９の攪拌抵抗の上昇を抑えることができ、特に従来、高速下で使用される軸受におけるグリースＧの短寿命化に伴なう発熱等の不具合を、容易に解消することができる。

（３） さらに、本実施形態では、基油３０ａの補給によって充分な潤滑性を確保することができることから、予め封入するグリースＧ量を過量にする必要がなく、従って、初期のグリース量そのものを減らすことができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１実施形態において、潤滑油の代わりにグリースの基油を収納室２４内に収納するようにしてもよい。

○ 第２実施形態では、グリース潤滑の軸受装置に具体化したが、潤滑油潤滑式の軸受装置に具体化してもよい。すなわち、収納室２４に潤滑剤としての潤滑油を保持するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態の転がり軸受装置の要部断面図。 第２実施形態の転がり軸受装置の要部断面図。 従来例の軸受の断面図である。

符号の説明

１０…軸受装置、１２…ハウジング、１３…駆動軸（軸体）、
１４…内輪部材、１５…外輪部材、
１６…内輪軌道面、１７…外輪軌道面、
１８…玉（転動体）、１９…保持器、
２０…外輪間座、２４…収納室、
２５…ピストン、２７…膨張体、
３０…潤滑油（潤滑剤）、３０ａ…基油（潤滑剤）
３１…ノズル、３１ａ…開口、３４…溝（内部空間）、
３６…給油孔３６（給油通路）、
４５…外輪部材、４７…外輪軌道面、４８…内輪軌道面、
４９…円筒ころ（転動体）、５０…保持器、
Ｊ１…軸受，Ｊ２…軸受。

Claims (2)

1. ハウジングに固定されるとともに内周に外輪軌道面を有する外輪部材と、前記ハウジング内の軸体に固定されるとともに外周に内輪軌道面を有する内輪部材と、両部材を相対回転可能する複数の転動体を備えた軸受を含む転がり軸受装置において、
   前記外輪部材に隣接するとともに前記ハウジングの支持孔に固定された外輪間座を備え、
   前記外輪間座には、潤滑剤を収納する収納室と、前記収納室と前記軸受の内部空間とを連通する給油通路が設けられ、
   前記収納室内には、前記収納室に対して前記潤滑剤を押圧可能に、かつ、移動自在に嵌合されたピストンと、温度に応じて熱膨張する膨張体が設けられ、
   前記軸体の回転に伴う前記軸受の温度上昇に応じて、前記膨張体が膨張するとともに前記ピストンが押圧されて、自動的に前記収納室内の前記潤滑剤を前記給油通路から前記軸受の内部に送出するように構成され、
   前記ピストンは、前記膨張体が前記ピストンを熱膨張により押圧していない非押圧状態では、前記収納室に対して前記潤滑剤による圧力に抗して摩擦係止されることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記膨張体が、温度によって蒸気圧が変化する揮発性の液体、又は気体が封入されている有弾性の袋体を含むことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受装置。

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