JP2006194402A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自己潤滑機能を持つ従来の転がり軸受装置に比して、潤滑油をより確実に転動体と軌道輪との間に導くことができ、もって供給した潤滑油をより効率的に潤滑に寄与させることのできる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 内輪１１と外輪１２の間の環状空間内で開口するノズル４３を介して、タンク４１内の潤滑油をポンプ４２により供給する給油ユニット４を備えた転がり軸受装置において、ノズル４３を保持器１４の内周面１４ａと内輪１１の間の空間で開口させるとともに、保持器１４ａの内周面１４ａを、軸方向中心部から少なくともノズル４３の挿入側端部に向けて連続的もしくは断続的に漸次小径となる面とすることにより、保持器１４の回転による遠心力によって当該保持器１４の内周面１４ａ上に滴下した潤滑油を軸方向中心部に向けて流動させ、軸受外部への流出を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は自己潤滑機能を備えた転がり軸受装置に関する。

例えば工作機械等に用いられる各種スピンドル等、比較的高速度で回転する軸の支持にはアンギュラ玉軸受などの転がり軸受が用いられる。このような高速回転軸を支持する転がり軸受に対する潤滑方法としては、従来、主としてオイルエア潤滑方式が多用されている。

オイルエア潤滑方式は、間欠的に供給される微量の潤滑油を配管を通じて圧縮空気により転がり軸受に向けて吹きつける方式であり、高速で回転する転がり軸受の回りに形成されるエアカーテンを突ききって潤滑油を軸受に供給するために、圧縮エアが言わばキャリアとして用いられる。

このようなオイルエア潤滑方式においては、潤滑対象とする転がり軸受が組み込まれているスピンドル等の外部にオイルエア潤滑装置やミキシングバルブ、更にはコンプレッサ並びに外部配管が必要なほか、スピンドル等の内部にもオイルエア用の通路を形成する必要があってコストが高くなるばかりでなく、圧縮エアを用いるが故に騒音レベルが高くなるという問題もある。

このような問題を解決するために、転がり軸受内部に潤滑供給機構を内蔵させてなる転がり軸受装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

この提案技術においては、固定輪側に潤滑油を貯留するタンクおよびポンプを装着するとともに、そのポンプには、内・外輪の間で転動する転動体の直近にまで伸びて開口するノズルを取り付け、転動体に向けて例えば数十ｎｌ（数十μｃｃ）程度の極微量の潤滑油を滴下させるようにしている。この構成により、潤滑油は転がり軸受の回転時に生じるエアカーテンの内側に供給されるために、オイルエア潤滑方式のようにキャリアとしての圧縮エアが不要となって騒音の問題を解消することができるとともに、コンプレッサやオイルエア潤滑装置、更には外部配管および内部配管も不要となって、コスト的にも有利となる。

この種の潤滑機能付きの転がり軸受装置においては、ノズルから供給される潤滑油を転動体と軌道輪間の潤滑にいかに効率的に寄与させるかが重要な問題となる。転がり軸受の回転輪、転動体および保持器は高速度で回転しているので、供給されこれらのいずれかに付着した潤滑油は回転中心から遠ざかる向きの力（以下、遠心力と呼ぶ）を受け、軌道輪と転動体の間に流れ込みにくい場合がある。このような遠心力を考慮したノズルの好適な配置は、図６に軸平行断面図を例示するような位置である。この図６の例では、内輪６１、外輪６２、転動体６３および保持器６４を主たる構成要件とする転がり軸受の直近、例えば固定輪である外輪６２に隣接配置される間座６５に、潤滑油を貯留するタンク（図示略）と、そのタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ６６、そのポンプ６６の吐出口に取り付けられて、保持器６４の内周面と内輪６１の外周面の間にまで伸びてその先端において開口するノズル６７、およびポンプ６６の駆動部（図示略）からなる給油ユニットを固定した構造としている。

このようなノズル６７の配置によると、その先端開口部から保持器の内周面上に供給した潤滑油が、転がり軸受の回転による遠心力により、転動体６３を通じて外輪６２の軌道面に向けて移動するとともに、転動体６３を介して内輪６１の軌道面にも転着され、転がり軸受を有効に潤滑することができる。
特開２００４−１０８３８８号公報

ところで、転がり軸受の内部で開口するノズルから供給した潤滑油には、遠心力のほかに転がり軸受の回転により発生する軸受内部の空気の流れによる力も作用するため、図６に示したようなノズル配置を採用してその殆どを保持器６４の内周面上に供給したとしても、転がり軸受内部の空気の流れの乱れ等に起因して、図６に矢印で示すように、保持器６４の内周面上で転動体６３とは反対側に向けて流動して軸受外に流出する場合もあり、その全量が転がり軸受の潤滑に寄与しているとは言い難い。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来の自己潤滑機能を持つ転がり軸受装置に比して、潤滑油をより確実に転動体と軌道輪との間に導くことができ、以て供給した潤滑油をより効率的に潤滑に寄与させることのできる転がり軸受装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪の間に、複数の転動体が保持器により周方向に一定のピッチで保持された状態で転動自在に配置されてなる転がり軸受と、潤滑油を貯留するタンクに連通し、かつ、上記転がり軸受の内輪と外輪の間に形成される環状空間内で開口するノズルと、そのノズルを介して上記タンク内の潤滑油を転がり軸受に供給するポンプを備えた転がり軸受装置において、上記ノズルが保持器の内周面と内輪の間の空間に挿入されて開口しているとともに、その保持器の内周面が、軸方向中心部から上記ノズル挿入側の端面部に向けて連続的もしくは断続的に漸次小径となっていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記保持器の内周面が、上記ノズルの挿入側と反対側についても、軸方向中心部から当該反対側の端面部に向けて連続的もしくは断続的に漸次小径となっている構成（請求項２）を採用することもできる。

本発明は、保持器の内周面、つまり内輪外周面との対向面を、少なくともノズル挿入側について、軸方向中心部から端面部に向けて漸次小径とすることによって、保持器の内周面に向けて供給した潤滑油に対し、遠心力により軸受の軸方向中心部に向かう力を作用させ、軸受外部に飛散することを防止しようとするものである。

すなわち、潤滑油を供給するためのノズルを保持器と内輪との間の空間に挿入して開口させるとともに、保持器の内面を、ノズルの挿入側の端面部における保持器の内径寸法が軸方向中心部における内径寸法に対して連続的もしくは断続的に漸次小さくなるようなテーパ面もしくはそれに準じた階段状の面もしくは曲面とすることにより、保持器の内周面に供給された潤滑油には、軸受回転に伴う保持器の回転による遠心力により軸方向中心部に向かう力が作用し、軸受外部に流出する潤滑油量を少なく、もしくは無くすることができる。

また、請求項２に係る発明のように、ノズルの挿入側とは軸方向に反対側の保持器内周面についても、上記と同等の端部側ほど小径となるテーパ面もしくは階段状の面または曲面とすることにより、ノズルの吐出口から保持器の内周面に供給した潤滑油が軸方向中心を越えて反対側に向かっても、その潤滑油が当該反対側の端面から軸受外部に流出することを防止することができる。

本発明によれば、転がり軸受の内・外輪間の環状空間内にノズルを挿入して、タンク内の潤滑油を直接的に転がり軸受内部に供給する機能を持つ転がり軸受装置において、供給した潤滑油の軸受外部への流出を抑制することができる結果、潤滑油の使用効率が向上し、潤滑油を貯留するタンクに潤滑油の補充ができないタイプのものにあっては、その寿命を向上させることができ、ま、た潤滑油の補充ができるタイプのものにあっては、その潤滑油の補充インターバルを長くすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の軸平行断面図であり、図２はその外輪用間座３の左側面図である。

この例は、アンギュラ玉軸受１に隣接配置される内輪用間座２および外輪用間座３のうち、固定側の間座である外輪用間座３に、給油ユニット４を配置した例を示している。

アンギュラ玉軸受１は、内輪１１と外輪１２の間に複数の転動体（ボール）１３を保持器１４により周方向に一定の間隔で保持した構造を有し、この例においては外輪１２が固定輪としてハウジングＨ等に組み込まれ、内輪１１の内周面には軸Ｓが固定される。

外輪用間座３に配置されている給油ユニット４は、潤滑油を貯留するタンク４１と、そのタンク４１に管４１ａを介して連通し、タンク４１内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ４２、そのポンプ４２の吐出口に取り付けられたノズル４３、およびポンプ４２の駆動回路４４を主体として構成されており、これらは外輪用間座３の内周面に沿って固定されている。そして、ノズル４３は、図１に示すように転がり軸受１の軸方向一端側から内輪１１と保持器１４の間の空間に挿入され、その先端開口部４３ａは保持器１４の内周面１４ａないしは転動体１３と内輪１１の外周面１１ａの間で開口している。

この給油ユニット４の全体構成例を、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して図３に示す。

ポンプ４２は、ポンプ室４２ａと、そのポンプ室４２ａの一部の壁体を形成するダイアフラム４２ｂと、そのダイアフラム４２ｂに貼り付けられた圧電素子４２ｃ、およびポンプ室４２ａと管４１ａとの接続部設けられた逆止弁４２ｄによって構成されている。駆動回路４４は電源電池４４ａを含み、圧電素子４２ｃに対して例えば矩形の電圧信号を供給する。この構成において、圧電素子４２ｃに矩形の電圧信号が印加されることによりダイアフラム４２ｂが図中上下に変位する。ダイアフラム４２ｂの上方への変位時に逆止弁４２ｄおよび管４１ａを介してタンク４１内の潤滑油をポンプ室４２ａ内に吸引し、続く下方への変位時にポンプ室４２ａ内の潤滑油をノズル４３に向けて吐出し、ノズル４３の先端開口部４３ａから保持器１４の内周面に向けて供給する。ポンプ４２の潤滑油吐出時には、逆止弁４２ｄの存在によってポンプ質４２ａ内の潤滑油は管４１ａ側に戻ることはない。アンギュラ玉軸受１に対する潤滑油の供給量は、おおよそ３０ｎｌ（３０μｃｃ）程度の極微量である。なお、使用条件によっては、潤滑油の供給量は数百ｐｌ〜数百ｎｌに変えることができる。

この実施の形態における最大の特徴は、アンギュラ玉軸受１の保持器１４の内周面１４ａの形状にある。この保持器１４は、全体として略円筒形をなし、その円筒部に転動体１３を収容するためのポケット１４ｂが一定の間隔で形成された樹脂製のもみ抜き保持器であるが、その内周面は、両端部の内径寸法が軸方向中心部の内径寸法よりも小さく、軸方向中心部を挟んでその両側がそれぞれ端部ほど小径となるテーパ面となっている。

以上の本発明の実施の形態によると、ノズル４３の先端開口部４３ａから吐出された潤滑油は保持器１４の内周面１４ａ上に供給され、保持器１４の回転による遠心力の作用によって、その殆どが保持器１４の内周面１４ａ上をその軸方向中心に向けて流動し、端部側に流れて軸受外部に流出することがない。そして、保持器１４の内周面１４ａを軸方向中心に向けて流動した潤滑油は、ポケット１４ｂに至って転動体１３の表面に付着し、その自転並びに公転により、外輪１２の軌道面および内輪１１の軌道面へと導かれ、アンギュラ玉軸受１の全体に行き渡ってこれを効率的に潤滑する。

ここで、以上の実施の形態においては、保持器１４の内周面１４ａの形状を、軸方向中心を挟んでその両側において端部側ほど内径寸法が小さくなる向きのテーパ面としており、これにより、ノズル４３の挿入側の内周面１４ａに供給された潤滑油が、例え軸方向中心部を越えて反対側に流動した場合でも、その反対側の端部から軸受外に流出することを防止することができるのであるが、この反対側のテーパ面については、必ずしも設ける必要はない。図４にその例を軸平行断面図で示す。この例においては、保持器１４の内周面１４ａは、ノズル４３の挿入側の端部と軸方向中心部との間を上記と同様のテーパ面としているが、反対側の端部と軸方向中心部との間の内周面については円筒面としている。このような構成によっても、軸受の使用条件等によっては、先の例と同等の作用効果を奏することができる。

また、以上の実施の形態においては、給油ユニット４をアンギュラ玉軸受１の外部に隣接配置した例を示したが、図５に軸平行断面図を示すように、軸受内部に配置してもよい。すなわち、この図５の例においては、先の例と同様に内輪１０１、外輪１０２、転動体１０３および保持器１０４を備えたアンギュラ玉軸受１０における内輪１０１および外輪１０２の一端側を軸方向に延長して幅寸法を長くし、外輪１０２の延長部分に先の例と同等の給油ユニット４を配置している。この例においても、ポンプ４２の吐出口に取り付けられているノズル４３は、保持器１０４の内周面１０４ａと内輪１０１の間に挿入されて先端で開口しているとともに、保持器１０４の内周面１０４ａは、端部側ほど小径となるテーパ面となっており、上記した各例と同等の作用効果を奏することができる。

更に、以上の各実施の形態においては、保持器の内周面を端部側ほど小径となるテーパ面としたが、端部側ほど階段状に漸次小径となる面もしくは曲面としても実質的に同等の作用効果を奏し得ることは勿論である。

更にまた、以上の各実施の形態においては、転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を用いた例を示したが、本発明の転がり軸受装置は、アンギュラ玉軸受以外の転がり軸受についても等しく適用し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の軸平行断面図である。 図１における外輪用間座３の左側面図である。 本発明の実施の形態における給油ユニットの全体構成例を示す図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の他の実施の形態の軸平行断面図である。 本発明の更に他の実施の形態の軸平行断面図である。 従来の潤滑機能付き転がり軸受装置の構成例を示す軸平行断面図である。

符号の説明

１，１０ アンギュラ玉軸受
１１，１０１ 内輪
１２，１０２ 外輪
１３，１０３ 転動体
１４，１０４ 保持器
１４ａ，１０４ａ 内周面
２ 内輪用間座
３ 外輪用間座
４ 給油ユニット
４１ タンク
４２ ポンプ
４３ ノズル
４３ａ 先端開口部
４４ 駆動回路

Claims (2)

1. 内輪と外輪の間に、複数の転動体が保持器により周方向に一定のピッチで保持された状態で転動自在に配置されてなる転がり軸受と、潤滑油を貯留するタンクに連通し、かつ、上記転がり軸受の内輪と外輪の間に形成される環状空間内で開口するノズルと、そのノズルを介して上記タンク内の潤滑油を転がり軸受に供給するポンプを備えた転がり軸受装置において、
   上記ノズルが保持器の内周面と内輪の間に挿入されて開口しているとともに、その保持器の内周面が、軸方向中心部から上記ノズル挿入側の端面部に向けて連続的もしくは断続的に漸次小径となっていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 上記保持器の内周面が、上記ノズルの挿入側と反対側についても、軸方向中心部から当該反対側の端面部に向けて連続的もしくは断続的に漸次小径となっていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。

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