JP2009144781A - 転がり軸受及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができ、ひいては潤滑油の無駄が生じるのを防止することができる転がり軸受及び転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】内輪軌道面２ａを有する内輪２と、外輪軌道面３ａの外輪軌道面３ａの軸方向一方側に肩部３ｂが形成された外輪と、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間を転動する複数の転動体４と、複数の転動体４を周方向において所定間隔に保持するとともに、外輪３の肩部３ｂに摺接可能に対向している被案内面５ｃを有する保持器５と、を備えている。保持器５の被案内面５ｃが外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃに摺接することにより保持器５の回転が案内される。外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃと保持器５の被案内面５ｃとの径方向間隔である案内隙間Ｓが、転動体４に近づくにつれて大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受及び給油手段から供給される潤滑油により潤滑される転がり軸受装置に関する。

従来、内輪と、外輪と、これらの間に配置された転動体としての玉と、この玉を保持する保持器とを有するアンギュラ玉軸受として、外輪の一方の肩部と保持器の外周との摺接により保持器の回転が案内される、いわゆる外輪案内タイプのものが提供されている（特許文献１参照）。
一方、必要に応じて必要量の潤滑油を供給するため、転がり軸受の内部に潤滑油を吐出するためのポンプと当該潤滑油を入れるタンクとを有する給油ユニットを備え、この給油ユニットから軸受内部に潤滑油を微量ずつ間欠的に供給する転がり軸受装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−３４７００１号公報 特開２００４−１０８３８８号公報

特許文献１に記載されたアンギュラ玉軸受では、予め塗布する潤滑油の量が少ないと、外輪の肩部と保持器の外周面との摺接部に潤滑不良が生じて保持器に焼付きが生じる一方で、潤滑油の量が過剰であると、余剰の潤滑油が軸受外部に流出することで潤滑油に無駄が生じる等の問題が生じていた。また、特許文献２に記載された転がり軸受装置において、その転がり軸受として外輪案内タイプのアンギュラ玉軸受を用いる場合にも、前記と同様な問題が生じるおそれがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができ、ひいては潤滑油の無駄が生じるのを防止することができる転がり軸受及び転がり軸受装置を提供することを目的としている。

本発明の転がり軸受は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するとともに、前記外輪の肩部に摺接可能に対向している被案内面を有する保持器と、を備え、前記保持器の被案内面が前記外輪の肩部の案内面に摺接することにより前記保持器の回転が案内される転がり軸受において、前記外輪の肩部の案内面と前記保持器の被案内面との径方向間隔である案内隙間が、前記転動体に近づくにつれて大きくなっていることを特徴としている。

この転がり軸受では、外輪の肩部の案内面と保持器の被案内面との径方向間隔である案内隙間が転動体に近づくにつれて大きくなっているので、この案内隙間に従来よりも多くの潤滑油を保持することができる。このように、案内隙間の潤滑油保持機能が向上しているので、潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができる。

上記転がり軸受において、前記外輪の肩部の案内面と前記保持器の被案内面の少なくとも一方が、円すい面であるか、又はその軸線を含む断面が微分可能な曲線を形成している曲面であってもよい。この場合にも、案内隙間における潤滑油の保持機能が向上するので、潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができる。

上記転がり軸受において、前記保持器の被案内面を円筒面とし、前記外輪の肩部の案内面を円すい面とするのが好ましい。保持器の被案内面を円すい面とする場合には、方向性をなくすために保持器の両外周面に円すい面を形成することでアンダーカットが生じ、成形後に保持器の成形品を金型から取り外す際、当該アンダーカットによって取外しが困難となる。しかし、外輪の肩部の案内面を円すい面とする場合には、外輪の肩部を旋削又は研削することにより容易に円すい面を形成することができる。

本発明の転がり軸受装置は、上記転がり軸受と、この転がり軸受に微量の潤滑油を所定間隔毎に供給する給油ユニットとを備えており、前記給油ユニットは、潤滑油を貯留するタンクと、このタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプと、このポンプの吐出口に設けられて潤滑油を吐出する潤滑油吐出ノズルと、前記ポンプを駆動する駆動部とを備え、前記潤滑油吐出ノズルが前記保持器の内周面と前記内輪との間に配置され、前記保持器と前記内輪とが対向している軸方向範囲のいずれかの位置で開口していることを特徴としている。

この転がり軸受装置によれば、上記の転がり軸受が用いられているので、案内隙間における潤滑油の保持機能が向上する。これにより、潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができる。そして、潤滑油吐出ノズルが保持器と内輪とが対向している軸方向範囲のいずれかの位置で開口していることにより、転がり軸受の回転によって生じる風の流れ（エアカーテン）に起因して潤滑油の供給が阻害されるのを防ぎ、潤滑油の油滴を確実に保持器、内輪又は転動体のいずれかに付着させることができる。

本発明の転がり軸受及び転がり軸受装置によれば、案内隙間における潤滑油の保持機能が向上するので、潤滑油の量が少なくても、保持器に焼付きが発生するのを防止することができる。この結果、潤滑油の無駄が生じるのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の概略断面図である。図１における転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、これらの間に配置された転動体としての玉４と、この玉４を保持する保持器５とで構成されるアンギュラ玉軸受である。

内輪２は環状に形成されており、その外周に周方向全周に亘って形成された溝状の内輪軌道面２ａを有している。
外輪３も環状に形成されており、その内周に周方向全周に亘って形成された溝状の外輪軌道面３ａを有している。また、この外輪軌道面３ａの軸方向一方側には、後述する保持器５を案内するために、外輪軌道面３ａの軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部３ｂが形成されている。外輪３は、内輪２と同心に配置されている。

保持器５は、例えば、フェノール樹脂等の合成樹脂からなり、玉４を収容する複数のポケット５ａが周方向において等間隔に設けられており、その外周面５ｂ全体が円筒面とされている。
この保持器５は、内輪２の外周面と外輪３の内周面との間に、内輪２及び外輪３と略同心に配置されており、外輪３の肩部３ｂに摺接可能に対向している被案内面５ｃを有している。そして、保持器５の被案内面５ｃが外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃに摺接することにより保持器５の回転が案内される。
玉４は保持器５の各ポケット５ａに収容されることにより周方向において所定間隔に保持されて、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間を転動する。

図２は、外輪３及び保持器５を説明する拡大断面図である。図２に示すように、外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃと保持器５の被案内面５ｃとの径方向間隔が案内隙間Ｓを構成している。ここで、保持器５の被案内面５ｃは円筒面であり、保持器５の被案内面５ｃと外輪３の案内面３ｃの外部側端部３ｄとの径方向間隔Ｓ１は、例えば０．２〜０．４ｍｍである。外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃは、その案内面３ｃの外部側端部３ｄから転動体側端部３ｅにかけて、徐々に径が大きくなるようにテーパ状に形成された円すい面となっている。この円すい面の角度θは、例えば０．１〜１°であり、案内面３ｃの転動体側端部３ｅの内径ｄ１と外部側端部３ｄの内径ｄ２との差は、例えば０．０１〜０．０１４ｍｍとされている。なお、この角度θは、転がり軸受の大きさ等によって適宜設定することができる。
このように、案内隙間Ｓは、転動体である玉４に近づくにつれて大きくなっている。

転がり軸受１において、保持器５の被案内面５ｃが外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃに摺接することにより保持器５の回転が案内されている。ここで、外輪３の肩部３ｂの案内面３ｃと保持器５の被案内面５ｃとの径方向間隔である案内隙間Ｓが、玉４に近づくにつれて大きくなっていることにより、この案内隙間Ｓに従来よりも多くの潤滑油を保持することができる。このように、案内隙間Ｓの潤滑油保持機能が向上しているので、潤滑油の量が少なくても、保持器５に焼付きが発生するのを防止することができる。また、従来は、保持器５の回転に伴って当該保持器５が振動し、その外周面５ｂが外輪３の軸線に対して傾くことから、外輪３の一方に形成された肩部３ｂの円筒面に保持器５の外周面が斜めに当たることにより接触面圧が玉４側で局所的に高くなっていたが、上記のように案内隙間Ｓを設定することにより、保持器５が外輪３の肩部３ｂに面接触しやすくなり、保持器５に局所的に高い面圧がかかるのが緩和される。これにより、保持器５の焼付きをより効果的に防止することができる。そして、供給される潤滑油の量が少ないことで、転がり軸受１のトルク変動が低減されるとともに、軸受外部への潤滑油漏れが防止できる。これらの結果、潤滑油の無駄が生じるのを防止することができる。

これらのことから、転がり軸受１をオイル潤滑又はオイルエア潤滑する場合には、少ない潤滑油の量で転がり軸受１を潤滑することが可能になる。

図３は、本発明に係る転がり軸受装置の概略断面図である。
図３における転がり軸受装置１０は、上述した転がり軸受１と、給油ユニットＫとを備えている。転がり軸受１は、給油ユニットＫによって軸受内部に微量の潤滑油が所定間隔毎に供給されることにより潤滑される。ここで、「微量の」潤滑油とは、一度に供給される潤滑油の量が、ナノリットル（ｎＬ）オーダーであることを意味している。
図４は、図３における転がり軸受装置１０の側面図であって、給油ユニットＫを説明するためのものである。

給油ユニットＫは、例えば、潤滑油を貯留するタンク６、このタンク６内の潤滑油を吸引して吐出するポンプ７、このポンプ７の吐出口に設けられて潤滑油を吐出する潤滑油吐出ノズル８、及びポンプ７を駆動する駆動部（図示せず）を備えている。
この実施形態では、図３及び図４に示すように、タンク６及びポンプ７が転がり軸受１に内蔵されている。

すなわち、内輪２及び外輪３には、玉４を保持するための部分に加えて、給油ユニット設置用延長部２ｂ，３ｆが形成されており、ポンプ７は、外輪３の給油ユニット設置用延長部３ｆの内周面に着脱可能に取り付けられている。また、タンク６は、軸方向から見て円弧状とされて、ポンプ７と周方向に隣り合うように外輪３の給油ユニット設置用延長部３ｆの内周面に着脱可能に取り付けられており、導管９によってポンプ７と接続されている。

ポンプ７は、圧電素子によって被駆動部であるダイアフラムを往復させることにより、ポンプ７室内にタンク６内の潤滑油を吸引して潤滑油吐出ノズル８から吐出させるダイアフラムポンプとされている。
潤滑油吐出ノズル８は、保持器５の内周面５ｄと内輪２との間に配置され、保持器５と内輪２とが対向する軸方向範囲のいずれかの位置で開口しており、タンク６内の潤滑油を微量ずつ内輪２の内輪軌道面２ａの近傍及び玉４に対して供給する。潤滑油吐出ノズル８が上記の位置で開口していることにより、転がり軸受１の回転によって生じる風の流れ（エアカーテン）に起因して潤滑油の供給が阻害されるのを防ぎ、潤滑油の油滴を確実に保持器５、内輪２又は玉４のいずれかに付着させることができる。
駆動部には、電源電池（又は発電機）又は外部電源の変圧回路、ポンプ制御回路等が設けられており、この駆動部からの電圧信号によって、ポンプ７が駆動され、ポンプ７がタンク６から潤滑油を吸引することによって、潤滑油吐出ノズル８から、玉４及び内輪軌道面２ａ方向に潤滑油が吐出される。

これにより、玉４と内外輪軌道面２ａ，３ａとの間と、保持器５の被案内面５ｃと外輪３の案内面３ｃとの案内隙間Ｓと、玉４とポケット５ａとの間とが潤滑される。

潤滑油における基油の種類としては、エステル系、エーテル系、フッ素系、シリコーン系、合成炭化水素系のいずれを用いてもかまわない。潤滑油として、例えば、フッ化ポリマー油、フッ化ポリエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、ポリフェニルエーテル油、ポリオールエステル油、ポリアルファオレフィン油等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は２種以上を混合して用いることができる。

この転がり軸受装置１０によれば、上記の転がり軸受１が用いられていることにより、潤滑油吐出ノズル８から吐出された潤滑油を外輪３と保持器５との間の案内隙間Ｓにより多く保持することができるので潤滑油の保持機能が向上する。これにより、潤滑油の量が少なくても、保持器５に焼付きが発生するのを防止することができ、潤滑油の無駄を防止することができる。
このように、潤滑油の量が少なくても、軸受内部を潤滑することが可能になるので、転がり軸受装置１０のタンク６へ潤滑油を供給するインターバルを長くすることができ、これにより転がり軸受装置１０のメンテナンス回数を少なくすることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。
上記第１の実施形態に係る転がり軸受１では、外輪３の案内面３ｃを円すい面とし、保持器５の被案内面５ｃを円筒面としているが、これに限られるものではない。案内隙間Ｓが、転動体である玉４に近づくにつれて大きくなればよいのであり、例えば、外輪３の案内面３ｃを円筒面とし、保持器５の被案内面５ｃを円すい面としてもよい。また、両方を円すい面とすることも可能である。また、円すい面とする代わりに、軸線を含む断面で微分可能な曲線を形成している曲面としてもかまわない。

また、上記転がり軸受装置１０では、給油ユニットＫのタンク６及びポンプ７を転がり軸受１に内蔵させているが、タンク６及びポンプ７は、転がり軸受１の外部、例えば、転がり軸受１が取り付けられているハウジング等の適当な位置に取り付けてもよい。また、図５に示すように、給油ユニットＫのすべての構成を転がり軸受１の外部に設けるようにしてもよいし、また、給油ユニットＫのすべての構成を転がり軸受１に内蔵させることも可能である。
転がり軸受装置１０の給油ユニットＫは、軸受内部に微量の潤滑油を供給するものであればよく、上記第２の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、微量の潤滑油を供給可能であれば、オイルミスト潤滑装置やオイルエア潤滑装置、オイルジェット潤滑装置であってもよい。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
図６に示す、内径（Ｄ１）が７０ｍｍ、外径（Ｄ２）が１１０ｍｍ、組立幅（Ｗ）が２０ｍｍであるアンギュラ玉軸受を試料軸受２１とした。この試料軸受２１は、保持器２５が外輪２３の片方の肩部２３ｂで案内されるものであって、肩部２３ｂの案内面２３ｃが円すい面とされており、案内面２３ｃの転動体側端部２３ｅの内径（９５．２１２ｍｍ）と外部側端部２３ｄの内径（９５．２ｍｍ）との差Ｓ２は０．０１２ｍｍであり、外輪２３の案内面２３ｃの角度θは０．１７°である。

試料軸受２１を洗浄脱脂し、外部からマイクロシリンジによって玉２４に１０μＬ、及び保持器２５の被案内面２５ｂと外輪２３の案内面２３ｃに１０μＬの合計２０μＬのスピンドル油（ＶＧ２２）を初期潤滑油として塗布した。
図示しない軸の外周面に内輪間座３２及び玉２４と保持器２５を組み付けた内輪２２を嵌め込み、図示しないハウジングの内周面に外輪間座３３と外輪２３とを嵌め込むことで、試料軸受２１を軸、及び、ハウジングに組み付け、試料軸受２１には１３００Ｎの予圧を付与した。

外輪間座３３の内周には潤滑油吐出ノズル３８につながるポンプ３７と、このポンプ３７に連通する図示しない導管と、この導管に連通する図示しないタンクとが備えられる。潤滑油吐出ノズル３８は保持器２５の内周面と内輪２２の外周面との間の空間であって、保持器２５の内周面と内輪２２の外周面との径方向に重なる範囲で開口している。潤滑油吐出ノズル３８は、保持器２５と内輪２２とに非接触に配置される。潤滑油吐出ノズル３８は円筒形状であり、ポンプ３７から軸方向に延びている。潤滑油吐出ノズル３８の先端には糸４０の一端が固定され、糸４０は、その他端側が玉２４に接触可能な長さを有する。

糸４０の他端側は直接に、又は、供給する潤滑油を介して玉２４に接触する。図７に示すように、糸４０は潤滑油吐出ノズル３８の開口に、周方向３等配（１２０°毎）の間隔で接着固定されている。ポンプ３７が図示しない駆動部によって駆動されたとき、タンク内の潤滑油が吸引され、ポンプ３７から供給される潤滑油は潤滑油吐出ノズル３８の開口から直接に又は糸４０を伝って玉２４、内輪２２及び保持器２５に供給される。糸４０を有することで、潤滑油を糸４０がない場合より、より良好に玉２４に供給することができる。

その後、スピンドル油（ＶＧ２２）を潤滑油吐出ノズル３８の開口から直接に又は糸４０を伝って玉２４に２０ｎＬ／分で吐出し、ジャケット冷却しながら回転速度２００００ｒ／分で８時間回転させ、合否判定を行った。合否判定の基準は、振動値が初期振動値の３倍未満であれば合格（○）、３倍以上であれば不合格（×）とした。なお、８時間以内に振動値が３倍以上になった場合には、その時点で試験を中止した。その結果を表１に示す。

実施例２
試料軸受２１をジャケット冷却しないで回転させたこと以外は、実施例１と同様に試験を行った。その結果を表１に示す。

比較例１
外輪２３の案内面２３ｃを円筒面であって、案内面２３ｃの内径を９５．２ｍｍである試料軸受２１を用いた以外は、実施例１と同様に試験を行った。その結果を表１に示す。

比較例２
外輪２３の案内面２３ｃを円筒面であって、案内面２３ｃの内径を９５．２ｍｍである試料軸受２１を用いてジャケット冷却しないで回転させたこと以外は、実施例１と同様に試験を行った。その結果を表１に示す。

表１に示された結果から、外輪の案内面が円すい面である実施例は、外輪の案内面が従来と同じ円筒面である比較例と対比して、同量の潤滑油を供給したときに非常に長い時間回転できることがわかる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受を示す概略断面図である。 図１の外輪及び保持器を説明する拡大断面図である。 本発明に係る転がり軸受装置を示す概略断面図である。 図３の転がり軸受装置の側面図である。 給油ユニットの他の取り付け位置を説明する概略断面図である。 実施例で用いられる試料軸受の概略断面図である。 図６の潤滑油吐出ノズルと糸とを説明する拡大斜視図である。

符号の説明

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体（玉）
５ 保持器
６ タンク
７ ポンプ
８ 潤滑油吐出ノズル
９ 導管
１０ 転がり軸受装置
Ｋ 給油ユニット
Ｓ 案内隙間

Claims (4)

1. 外周に内輪軌道面を有する内輪と、
   内周に外輪軌道面を有するとともに、この外輪軌道面の軸方向一方側にこの外輪軌道面の軸方向他方側より径方向内方に突出する肩部が形成された外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体と、
   前記複数の転動体を周方向において所定間隔に保持するとともに、前記外輪の肩部に摺接可能に対向している被案内面を有する保持器と、を備え、
   前記保持器の被案内面が前記外輪の肩部の案内面に摺接することにより前記保持器の回転が案内される転がり軸受において、
   前記外輪の肩部の案内面と前記保持器の被案内面との径方向間隔である案内隙間が、前記転動体に近づくにつれて大きくなっていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記外輪の肩部の案内面と前記保持器の被案内面の少なくとも一方が、円すい面であるか、又はその軸線を含む断面が微分可能な曲線を形成している曲面である請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記保持器の被案内面が円筒面であり、前記外輪の肩部の案内面が円すい面である請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受と、この転がり軸受に微量の潤滑油を所定間隔毎に供給する給油ユニットとを備えており、
   前記給油ユニットは、潤滑油を貯留するタンクと、このタンク内の潤滑油を吸引して吐出するポンプと、このポンプの吐出口に設けられて潤滑油を吐出する潤滑油吐出ノズルと、前記ポンプを駆動する駆動部とを備え、
   前記潤滑油吐出ノズルが前記保持器の内周面と前記内輪との間に配置され、前記保持器と前記内輪とが対向している軸方向範囲のいずれかの位置で開口していることを特徴とする転がり軸受装置。

Images