JP4131312B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転する工作機械の主軸などを支持するために、例えばオイルエア・オイルミスト潤滑などを用いて潤滑が行われる軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受の潤滑の態様としては、主としてグリース潤滑と油潤滑とがある。グリース潤滑は、軸受に封入したグリースを用いて潤滑を行うため、外部から供給される潤滑油を用いて潤滑を行う油潤滑に比較すると、一般的には、潤滑しようとする軸受周囲の構造を簡素化でき、また軸受外部からの異物の混入を抑制できるという点で優れているが、軸受内部を冷却しにくく高速回転に対応しがたいという問題がある。
【０００３】
これに対し、油潤滑は、外部から比較的低い温度の潤滑油を供給することで、軸受内部から積極的に冷却し、それにより十分な潤滑油膜を形成することができる。油潤滑の１タイプであるオイルエア・オイルミスト潤滑は、圧縮エアにより潤滑油を軸受装置内部へと搬送できるため、より効率よく潤滑が行えるという特徴を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オイルエア・オイルミスト潤滑は、エアと共に潤滑油を噴出するノズルを介して行われる。ところが、ノズルから噴出されるエアにより、回転上昇に伴って風切り音（Ｚ・Ｆｃ成分）が顕著になるという問題が生じる。このため、オイルエア・オイルミスト潤滑においては、ノズルの位置や形状、数などを微妙に調整することで、騒音の低減を図る試みがなされているが、未だ十分な静音化は図れていないというのが現状である。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされ、風切り音などの騒音を抑制し、より静音化を図ることができる軸受装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、本発明による軸受装置は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複数の転動体と、を有する軸受装置において、前記内輪の外周面を、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在させ、かつ前記転動体に向かうにつれて拡径する形状とし、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路と、前記供給路の供給口に形成されたエアだまりとを備えた潤滑油供給部材が、前記外輪側に設けられ、前記エアだまりは、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在した前記内輪の外周面に対向する位置に配置され、前記エアだまりと前記転動体との間において前記内輪の外周面に対して隙間をもって対向する対向面が設けられ、前記対向面は、前記外輪の端面より軸線方向外方に位置するようになっており、前記供給路から前記エアだまりに向かってエアと共に噴出し、前記内輪の外周面に対して供給された潤滑油は、遠心力により前記外周面を伝わって前記転動体に供給されるようになっているものである。
【０００７】
【作用】
本発明者らの研究結果によれば、オイルエア・オイルミスト潤滑における風切り音は、ノズルを側面から軸受内部に向けて、高速回転する軸受内部に直接エアと共に潤滑油を噴出することに起因して顕著に発生することが判明した。しかしながら、ノズルを軸受内部に向けなければ、風切り音は減少するものの、軸受内部に供給される単位時間当たりの潤滑油量も減少してしまい、効率的な潤滑を行えないという問題が生じる。
【０００８】
これに対し、本発明による軸受装置によれば、前記内輪の外周面を、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在させ、かつ前記転動体に向かうにつれて拡径する形状とし、エアと共に噴出し、前記内輪の外周面に対して供給された潤滑油を、遠心力により前記外周面を伝わって前記転動体に供給することで、軸受内部に供給される単位時間当たりの潤滑油量を維持しつつ、風切り音の減少を図ることができるのである。尚、ここでいう内輪とは、例えば内輪と、それに隣接して配置される内輪間座との組み合わせなども含むものである。
【０００９】
更に、前記軸受装置が、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路を有し、前記供給路の供給口には、エアだまりが形成されていると、軸受内部に付与されるエア圧力を緩和させることができ、風切り音をより低減できる。
【００１０】
又、前記軸受装置が、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路を有し、前記供給路の供給口と連通する空間には、エア抜き路が形成されていると、軸受内部に付与されるエア圧力を緩和させることができ、風切り音をより低減できる。このとき、前記供給路の供給口に、エアだまりが形成されている場合には、エア抜き路とエアだまりとの配置の位相をずらすと好ましい。
【００１１】
更に、前記軸受装置が、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路を有し、前記供給路を挟んで前記軸受装置の反対側には、前記軸受装置内に供給された潤滑油を排出する排出手段が形成されていると、軸受内部にエアが貯留してしまうという不具合を解消できる。
【００１２】
又、前記軸受装置が、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路を有し、前記供給路から供給された潤滑油を貯留する貯留部が形成されていると、例えば起動時に発生しやすい、潤滑油膜が希薄な状態での金属接触音を緩和させることができ、また供給されるべき潤滑油が何らかのトラブルで供給されなくなったような場合でも、軸受焼き付きなどを回避できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる第１の実施の形態による軸受装置の軸線方向断面図である。図１において、軸受装置１００は、不図示のハウジングに取り付けられた外輪１１と、不図示の軸に嵌合された内輪１２と、両輪１１，１２の間に転動自在に配置された転動体である複数の玉１３と、玉１３を保持する保持器１４とを含むアンギュラコンタクト玉軸受１０と、外輪１１に隣接して不図示のハウジングに取り付けられた潤滑油供給部材１５と、内輪１２に隣接して不図示の軸に嵌合されたブッシュ１６とから構成されている。
【００１４】
内輪１２は、外輪１１の図１における右端（外方端）より右方に延在し、かつアンギュラコンタクト玉軸受１０の内部に向かうにつれ拡径する外周面１２ａを有している。一方、潤滑油供給部材１５は、エア・潤滑油供給源Ｐに接続されるよう半径方向外方に向かって開口した導入路１５ａと、導入路１５ａより小径の供給路１５ｂと、潤滑油供給部材１５の内周側に設けられ、供給路１５ｂの供給口周囲に開口した周方向に連続する溝であるエアだまり１５ｃとを有している。エアだまり１５ｃは、内輪１２の外周面１２ａの図における右端（外方端）に対向する位置に配置されている。エアだまり１５ｃのアンギュラコンタクト玉軸受１０側に隣接して、内輪１２の外周面１２ａに対してわずかな隙間を持って対向する対向面１５ｄが形成されている。
【００１５】
軸受装置１００の動作について説明すると、不図示のハウジングに対して不図示のシャフトが回転する際に、エア・潤滑油供給源Ｐからエアが混在する潤滑油が圧送され、潤滑油供給部材１５の導入路１５ａを介して、供給路１５ｂに供給される。ここで、供給路１５ｂの内径が絞られているので、潤滑油は内輪１２の回転速度に応じた適量ずつ供給されるようになっている。
【００１６】
供給路１５ｂから噴出された潤滑油は、エアだまり１５ｃ内の空間を通過して、内輪１２の外周面１２ａに付着する。このとき、外周面１２ａと潤滑油供給部材１５の対向面１５ｄとの間の隙間が小さく形成されているので、供給路１５ｂから噴出する潤滑油が直接アンギュラコンタクト玉軸受１０内に飛びこむことが阻止され、それにより騒音防止が図られている。一方、内輪１２が回転しているので、外周面１２ａに付着した潤滑油は、遠心力によりそこを伝わって、内輪１２の軌道面１２ｂに至り、玉１３の外周面に付着して潤滑を行うようになっている。尚、玉１３に供給される潤滑油の量は、それが受ける遠心力、すなわち内輪１２の回転数に応じて増減するので、回転速度が高いときは比較的多量の潤滑油を供給することで、焼き付きなどの不具合を抑制し、一方、回転速度が低いときは比較的少量の潤滑油を供給することで、撹拌抵抗の抑制や潤滑油の消費の抑制を図ることができる。
【００１７】
更に、本実施の形態によれば、潤滑油供給部材１５の内周側に、エアだまり１５ｃを形成しているので、供給路１５ｂから潤滑油に混在して供給されるエアの圧力変動を緩和できる。エアだまり１５ｃを設けない場合には、調整されないエア圧により、外周面１２ａと潤滑油供給部材１５の対向面１５ｄとの間の隙間を介してアンギュラコンタクト玉軸受１０側に潤滑油が勢いよく押し出される恐れもあるが、かかるエアだまり１５ｃを設けることで、潤滑油の伝達を内輪１２の外周面１２ａにのみ制限し、より安定的な潤滑を行うことができる。
【００１８】
本実施の形態の騒音低減効果について説明する。図２は、本実施の形態と類似するが、内輪の形状と潤滑の形態が異なる比較例を示す断面図である。アンギュラコンタクト玉軸受１０’は、内輪１２’の外周面が、軸受１１より図における右端（外方端）から突出しておらず、また潤滑油供給部材１５’は、エア・潤滑油供給源Ｐに接続されたノズル１５ａ’を有している。ノズル１５ａ’から噴射される潤滑油は、直接アンギュラコンタクト玉軸受１０’の内部に飛び込んで、内輪１２の外周面や玉１３の表面に付着して潤滑を行うようになっている。
【００１９】
図３は、図２の比較例と、図１の実施の形態とを同じ条件（２００００回転／分）で動作させたときにおける騒音の周波数分析結果を示す図であり、横軸に周波数、縦軸に音の強さをとっている。図３（ａ）に示すように、比較例の場合には、３６２７Ｈｚに風切り音が発生している。これに対し、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、同一周波数にピーク波形が無く、すなわち風切り音が消失していることが判る。このように本実施の形態によれば、より静音化を図ることができる軸受装置を提供できるのである。
【００２０】
図４は、第２の実施の形態を示す図１と同様な図である。図４に示す実施の形態である軸受装置２００は、図１の実施の形態に対し、潤滑油供給部材の構成のみが異なるので、それ以外の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２１】
図４において、潤滑油供給部材２５は、導入路２５ａ、供給路２５ｂ、エアだまり２５ｃ、対向面２５ｄについては、上述した実施の形態と同様な構成であるが、エア抜き路であるエアの排気溝２５ｅを、潤滑油供給部材２５の図における左端（軸受側端）に設け内外周を連通するようにした点が異なっている。エアの排気溝２５ｅは、供給路２５ｂに対して、軸線回りに１８０度位相をずらして配置するのが好ましく、よって図４においては点線で示されている。
【００２２】
本実施の形態によれば、供給路２５ｂからエアだまり２５ｃに噴出されたエアが、排気溝２５ｅを介して外部へと排出されるようになっているので、エアだまり２５ｃの圧力を下げることができる。エアだまり２５ｃ内の圧力が上昇すると、内輪１２の外周面１２ａと、潤滑油供給部材２５の対向面２５ｄとの間の潤滑油が加圧されて、アンギュラコンタクト玉軸受１０の内部に飛び込み、それにより騒音が発生する恐れがあるが、排気溝２５ｅを設けることによって、このような騒音を抑制することができる。尚、排気溝２５ｅの断面積、位相、数は、軸受の設計回転数や供給路２５ｂの数により適宜決められるが、静止時の潤滑油落下を防止するには、水平方向より上方に設けられているのが好ましい。
【００２３】
図５は、第３の実施の形態を示す図１と同様な図である。図５に示す実施の形態である軸受装置３００も、図１の実施の形態に対し、潤滑油供給部材の構成のみが異なるので、それ以外の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図５において、潤滑油供給部材３５は、導入路３５ａ、供給路３５ｂ、エアだまり３５ｃ、対向面３５ｄについては、上述した実施の形態と同様な構成であるが、エア抜き路であるエアの排気孔３５ｅの位置が異なっている。すなわち、排気孔３５ｅは、導入路３５ａより図における右方（アンギュラコンタクト玉軸受１０から遠い側）に配置されて、潤滑油供給部材３５の内外周を連通している。
【００２５】
本実施の形態によれば、供給路３５ｂからエアだまり３５ｃに噴出されたエアが、排気孔３５ｅを介して外部へと排出されるようになっているので、エアだまり３５ｃの圧力を下げることができる。このとき、エアの流れは、供給路３５ｂからエアだまり３５ｃを介して、これと連通する潤滑油供給部材３５とブッシュ１６との間の環状空間を通過して、排気孔３５ｅに至るようになっており、従って内輪１２の外周面１２ａと、潤滑油供給部材３５の対向面３５ｄとの間の潤滑油を押し出すように作用せず、それにより騒音の発生をより抑制できる。尚、排気孔３５ｅの径、位相、数は、軸受の設計回転数や供給路３５ｂの数により適宜決められるが、静止時の潤滑油落下を防止するには、水平方向より上方に設けられているのが好ましい。
【００２６】
図６は、第４の実施の形態を示す図１と同様な図である。図６に示す実施の形態である軸受装置４００は、図１の実施の形態に対し、内輪間座及び外輪間座を設けている点のみが異なるので、それ以外の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態における外輪間座４２は、単純な短円筒形状であるが、内輪間座４１は、アンギュラコンタクト玉軸受１０側がえぐれており、図に示す断面が円弧状にカットされたような外周面４１ａを有している。排出手段である外周面４１ａは、不図示の軸と共に回転することによって、いわゆるスリンガー効果に基づき負圧領域を形成し、アンギュラコンタクト玉軸受１０内部の潤滑油を強制的に吸い出すことができる。これにより、アンギュラコンタクト玉軸受１０内部の熱を積極的に奪い、また温度の低い潤滑油の導入を促進し、それにより軸受のを効率的に冷却することができる。尚、外周面４１ａのカットは、図に示す断面において円弧状でなく、直線であっても良い。
【００２８】
図７は、第５の実施の形態を示す図５と同様な図である。図７に示す実施の形態である軸受装置５００は、図５の実施の形態に対し、ブッシュの形状のみが異なるので、それ以外の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図７において、ブッシュ５６の外周には、内輪１２から離れた位置において、周方向に連続する***部５６ａが形成されている。従って、潤滑油供給部材３５の供給路３５ｂから噴出された潤滑油は、潤滑油供給部材３５の内周面３５ｆと、ブッシュ５６の外周面５６ｂとの間に形成される貯留部に貯留され、軸受装置５００の静止時にも維持されることとなる。このように貯留された潤滑油は、軸受装置５００の起動時直後などにおいて、供給路３５ｂから噴出される潤滑油量が十分ではないような状況下でも、内輪１２の外周面１２ａの回転と共に、遠心力に基づいて、直ちにアンギュラコンタクト玉軸受１０に向かって供給されるため、焼き付きの抑制などに効果がある。尚、***部５６ａの近傍に排気溝３５ｅを設けると、軸受装置５００の動作時に効率的にエアを排出する効果が期待できる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。たとえば、上述した実施の形態では、いずれも潤滑油供給部材にエアだまりを設けた構成となっているが、エアだまりは必ずしも必須の構成ではなく、比較的一定で低圧でのエア及び潤滑油が供給されるような場合には、図８に示す潤滑油供給部材６５のように、エアだまりを設けることなく、供給路６５ｂを直接内輪１２の外周面１２ａに対向させても良い。又、内輪は必ずしも単一の部材から構成される必要はなく、図９に示すように、軌道面のみを有する内輪部材７２と、テーパ状の外周面７７ａを有する内輪部材７７とで、本発明の内輪を形成するようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明による軸受装置によれば、前記内輪の外周面を、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在させ、かつ前記転動体に向かうにつれて拡径する形状とし、エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路と、前記供給路の供給口に形成されたエアだまりとを備えた潤滑油供給部材が、前記外輪側に設けられ、前記エアだまりは、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在した前記内輪の外周面に対向する位置に配置され、前記エアだまりと前記転動体との間において前記内輪の外周面に対して隙間をもって対向する対向面が設けられ、前記対向面は、前記外輪の端面より軸線方向外方に位置するようになっており、前記供給路から前記エアだまりに向かってエアと共に噴出し、前記内輪の外周面に対して供給された潤滑油を、遠心力により前記外周面を伝わって前記転動体に供給することで、軸受内部に供給される単位時間当たりの潤滑油量を維持しつつ、風切り音の減少を図ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施の形態による軸受装置の軸線方向断面図である。
【図２】本実施の形態と類似するが、内輪の形状と潤滑の形態が異なる比較例を示す断面図である。
【図３】図２の比較例と、図１の実施の形態とを同じ条件（２００００回転／分）で動作させたときにおける騒音の周波数分析結果を示す図である。
【図４】第２の実施の形態を示す図１と同様な図である。
【図５】第３の実施の形態を示す図１と同様な図である。
【図６】第４の実施の形態を示す図１と同様な図である。
【図７】第５の実施の形態を示す図５と同様な図である。
【図８】本実施の形態の変形例を示す図１と同様な図である。
【図９】本実施の形態の変形例を示す図１と同様な図である。
【符号の説明】
１０ アンギュラコンタクト玉軸受
１１ 外輪
１２ 外輪ブッシュ
１３ 玉
１４ 保持器
１５，２５，３５，６５ 潤滑油供給部材
１６，５６ ブッシュ

Claims (4)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複数の転動体と、を有する軸受装置において、
   前記内輪の外周面を、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在させ、かつ前記転動体に向かうにつれて拡径する形状とし、
   エアと共に潤滑油を前記外周面に対して供給する供給路と、前記供給路の供給口に形成されたエアだまりとを備えた潤滑油供給部材が、前記外輪側に設けられ、
   前記エアだまりは、前記外輪の端面より軸線方向外方に延在した前記内輪の外周面に対向する位置に配置され、前記エアだまりと前記転動体との間において前記内輪の外周面に対して隙間をもって対向する対向面が設けられ、前記対向面は、前記外輪の端面より軸線方向外方に位置するようになっており、
   前記供給路から前記エアだまりに向かってエアと共に噴出し、前記内輪の外周面に対して供給された潤滑油は、遠心力により前記外周面を伝わって前記転動体に供給されるようになっている軸受装置。
2. 前記供給路の供給口と連通する空間には、エア抜き路が形成されている請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記供給路を挟んで前記軸受装置の反対側には、前記軸受装置内に供給された潤滑油を排出する排出手段が形成されている請求項１又は２に記載の軸受装置。
4. 前記供給路から供給された潤滑油を貯留する貯留部が形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受装置。

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