JP6460368B2 - 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。

転がり軸受装置の潤滑方式として、従来から、グリース潤滑が広く用いられている。
グリース潤滑では、高温、高速回転、高荷重などの過酷な潤滑条件下でも潤滑性能を維持するため、軸受の外輪間座にグリース溜りを設け、グリース溜りに保持されているグリースに含まれる基油を、軸受内に供給する。この種の機構を有する転がり軸受装置として、たとえば、下記の特許文献１および２が知られている。

特許文献１は、内輪、外輪、およびこの内輪と外輪と間に介在した転動体としての複数の玉と、この複数の玉を周方向に沿って所定間隔毎に保持する保持器と、前記内輪と外輪と間の環状空間の軸方向一方端を密封するシールと、保持器の回転を案内する外輪の案内面に隣接した環状溝に近接するように設けられ、グリースを溜めた環状のグリース貯留部材とを備える転がり軸受装置を開示している。

特許文献２は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の軌道面間に介在した複数の転動体と、外輪に接して設けられたグリース溜り形成部品と、グリース溜りから外輪軌道面の付近まで連通して、隙間を外輪内径面に沿って形成する隙間形成片とを備える転がり軸受を開示している。

国際公開第２０１０／０１０８９７号 特開２００５−１８０６２９号公報

グリース封入タイプの転がり軸受装置を使用し続けると、グリース溜り内のグリースに含まれる基油が供給されるのに伴い、グリース溜りと軸受との間の連通路付近において割れ（空隙）が生じる場合がある。この割れが周方向全周に亘って連なると、グリース溜りにグリースが残っているにも拘らず、転がり軸受への基油の供給が途絶えるという不具合が発生する。基油の供給が途絶えた場合、転がり軸受内の基油が完全に消費されると軸受の潤滑性能が失われるため、その後は転がり軸受装置を長期に亘って使用することが困難である。

一方、特許文献２には、外輪と隙間形成片との間に微小な隙間が形成された構造によって、グリースの基油を外輪軌道面の付近まで供給できるようにし、軸受の潤滑性能の高寿命化を図る試みが開示されている。しかしながら、この特許文献２に開示の技術では、隙間形成片の形状を精密に設計して微小な隙間を形成する必要があるため、構造が複雑化するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、グリースに含まれる基油を長期に亘って軸受に供給し続けることができ、これにより、長寿命化が実現された転がり軸受装置を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、内輪（５）、外輪（６）、これら内外輪間に配置された複数の転動体（７）、および外周面を有し前記複数の転動体を転動可能に保持する保持器を有する転がり軸受（３）と、前記転がり軸受の軸方向一方側に隣接されており、周方向に沿う溝状に形成されて、グリース（Ｇ）が貯留されたグリース溜り（２５）、および前記グリース溜りと前記転がり軸受内部とを連通させる流通路（２４）が形成された間座（４，１５，１６，１８）とを含み、前記間座は、前記グリース溜りの内周を区画する環状壁面（２３，２３Ａ）を有し、前記環状壁面の前記グリース溜りの前記軸方向の前記転がり軸受側の端部は、前記間座の前記転がり軸受に対向する対向端面（１６Ａ）に連続しており、前記環状壁面の全域が平坦な円筒面で形成されており、前記環状壁面の径方向寸法が、前記保持器の前記外周面の最大の径方向寸法より大きい、転がり軸受装置（１）を提供する。

請求項２に記載の発明は、前記環状壁面は、前記間座の軸線を中心とする円筒面（２３）を有する、請求項１に記載の転がり軸受装置である。
請求項３に記載の発明は、前記環状壁面は、前記転がり軸受側に向かうに従って縮径する、前記間座の軸線を中心とする円錐状面（２３Ａ）を有する、請求項１に記載の転がり軸受装置である。

請求項４に記載の発明は、前記グリース溜りの内周が、前記間座の軸方向における断面視で直線状に構成されており、前記グリース溜りは、前記間座の軸方向における前記転がり軸受側の径方向寸法が、前記間座の軸方向における前記転がり軸受側の反対側と、同じ又は大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置である。
なお、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明によれば、環状壁面は、間座の転がり軸受に対向する対向端面に連続している。また、環状壁面は、グリース溜りの間座の軸方向の転がり軸受側の端部から、グリース溜りの軸方向の転がり軸受側と反対側に延びている。さらに、環状壁面の全域が平坦面によって形成されている。グリース溜りのグリースに含まれる基油は、グリース溜りの内部を流通路に向けて移動するのであるが、環状壁面の全域が平坦面によって形成されているので、グリース溜りの内部に形成される基油の流れは、環状壁面に沿う一方向の流れのみである。すなわち、グリース溜りの内部において、基油の流れ易さに分布が生じるのを回避できる。したがって、グリース割れの発生を効果的に抑制または防止できる。これにより、グリースに含まれる基油を転がり軸受に長期に亘って供給し続けることができ、転がり軸受の潤滑性能の高寿命化を図ることができる。しかも、グリース溜りを区画する環状壁面の全域を平坦面に形成するだけでよいので、転がり軸受装置の構造が複雑化することを防止することもできる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。 図１の要部を拡大した断面図である。 参考形態に係る、グリースに含まれる基油の流れを説明するための拡大図である。 本発明の変形例に係る転がり軸受装置の断面図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置１の断面図である。
転がり軸受装置１は、たとえば工作機械の主軸（転がり軸受が支持される軸）２を支持する装置である。
図１を参照して、転がり軸受装置１は、アンギュラ玉軸受からなる転がり軸受３と、転がり軸受３に隣接して設けられた本発明の間座の例としてのグリース貯留部材４とを含む。

図１に示すように、転がり軸受３は、主軸２に外嵌された内輪５と、工作機械のハウジング（図示しない）に内嵌された外輪６と、内輪５と外輪６との間に介在する転動体７と、複数の転動体７を周方向Ｙに一定間隔おきに保持する円筒状の保持器８と、内輪５と外輪６と間の環状空間の軸方向（主軸２の軸方向）Ｘの一方端（図１の右端であって、グリース貯留部材４とは反対側の端部）を密封するシール９とを含む。図１では、転がり軸受３としてアンギュラ型の玉軸受を採用しているが、これに代えて深溝玉軸受を採用してもよく、その他、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等を用いてもよい。

内輪５の外周の軸方向Ｘの中央部には、転動体７を転走させるための内輪軌道面１０が形成されている。また、内輪５の外周の軸方向Ｘの両端部には、第１シール溝１１が形成されている。軸方向Ｘに関してグリース貯留部材４から遠い側（図１の右側）の第１シール溝１１には、シール９の内周部（シールリップ）が嵌っている。
外輪６の内周の軸方向Ｘの中央部には、転動体７を転走させるための外輪軌道面１２が形成されている。外輪６の内周の軸方向Ｘの両端部には、第２シール溝１３が形成されている。軸方向Ｘに関してグリース貯留部材４から遠い側（図１の右側）の第２シール溝１３には、シール９の外周部（シールリップ）が嵌っている。

軸方向Ｘに関してグリース貯留部材４に近い側（図１の左側）の第２シール溝１３は、グリースＧを溜めるための環状溝１４として機能する。環状溝１４は、外輪６のグリース貯留部材４に近い側の端部に形成された環状の段部２８によって構成されている。段部２８は、外輪軌道面１２につながっている。環状溝１４には予め初期潤滑用のグリースＧが充填されている。

図１に示すように、グリース貯留部材４は、主軸２に外嵌された内輪間座１５と、内輪間座１５との間に環状空間１７が形成されるように内輪間座１５を取り囲んで形成され、工作機械のハウジング（図示しない）に内嵌された外輪間座１６と、内輪間座１５と外輪間座１６との間の環状空間１７に配置されたグリース収容環１８とを含む。
内輪間座１５は、主軸２の外周面に接する円筒状に形成されている。主軸２に外嵌された内輪間座１５は、図１に示すように、軸方向Ｘの一方側端面（図１の右端面）が内輪５の端面に接した状態で位置決めされている。この位置決めは、内輪５および内輪間座１５が連なった円筒体を、軸方向Ｘの両側から挟み込む間座Ｋ１，Ｋ２によってなされている。間座Ｋ１，Ｋ２は、それぞれ、主軸２に固定されている。

外輪間座１６は、筒状の周壁１９および当該周壁１９の軸方向の一端側周縁（図１の右端縁）から径方向内側に延びる円環板状の底壁２０を一体的に有する有底円筒状に形成されている。底壁２０の中央開口を介して外輪間座１６を内輪間座１５に外嵌することによって、外輪間座１６と内輪間座１５との間には、転がり軸受３に対向する側が開放され、その反対側が底壁２０で閉塞された環状空間１７が区画されている。なお、以下において「外輪間座１６の軸方向」とは、外輪間座１６の周壁１９の軸方向を指すものとし、この実施形態では、主軸２の軸方向Ｘに一致する。

また、外輪間座１６は、図１に示すように、軸方向の転がり軸受３側の端面（図１の右端面）が外輪６の端面に接した状態で位置決めされている。この位置決めは、たとえば、ハウジング（図示しない）に固定された位置決め部材（図示しない）によってなされている。
グリース収容環１８は、環状空間１７の内周面を形成する内輪間座１５に沿う筒状部２１と、当該筒状部２１の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３と反対側（図１の左側）の周縁から、径方向外側に延びる円環板状の奥側フランジ部２２とを一体的に有している。外輪間座１６の周壁１９、グリース収容環１８を構成する筒状部２１および奥側フランジ部２２によって、転がり軸受３に面する開口２４を有する断面略コ字環状のグリース溜り２５が区画されている。

奥側フランジ部２２は、環状空間１７にグリース収容環１８を収容したときに、その外周面が外輪間座１６の周壁１９に接するように、環状空間１７にほぼ収まる径で形成されている。
一方、筒状部２１は、奥側フランジ部２２よりも小径を有する環状壁面２３を有している。環状壁面２３によって、グリース溜り２５の内周が区画されている。環状壁面２３の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の端部は、グリース収容環１８の、保持器８に対向する対向端面１８Ａに連続している。また、環状壁面２３の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３と反対側の端部は、奥側フランジ部２２に接続されている。さらに、環状壁面２３の全域が、外輪間座１６の中心軸線を中心とする円筒面によって形成されている。換言すると、グリース溜り２５の内周が、外輪間座１６の軸方向における断面視で直線状に構成されており、グリース溜り２５は、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の径方向寸法が、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の反対側の径方向寸法と同じである。

環状壁面２３の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の端部（図１の右端部）は、転がり軸受３の内部、すなわち内輪５と外輪６との間に入り込んで、環状溝１４の内方領域に位置している。環状壁面２３の軸方向の転がり軸受３側の端部と環状溝１４とによって区画される円環状の隙間が、グリース溜り２５と転がり軸受３の内部（環状溝１４）とを流通可能にする本発明の流通路の例としての開口２４を形成している。

また、グリース貯留部材４には、外輪間座１６の底壁２０およびグリース収容環１８の筒状部２１に跨って形成されたねじ穴２６が形成されている。ねじ穴２６のねじにボルト２７の螺合部を螺合することによって、グリース収容環１８は外輪間座１６に固定されている。ねじ穴２６は、外輪間座１６の径方向から見て、グリース溜り２５の位置と部分的にオーバーラップしている。ねじ穴２６を、奥側フランジ部２２ではなく肉厚の筒状部２１に設けているので、奥側フランジ部２２に設ける場合と比較して、ねじ穴２６の深さを長く設けることができる。これにより、ボルト２７による固定を強固に行うことができる。

グリース溜り２５および環状溝１４に充填されたグリースＧとしては、ウレア化合物、Ｂａコンプレックス石鹸またはＬｉコンプレックス石鹸等を増ちょう剤とし、エステル、ポリアルファオレフィン等を基油としたものを用いることができる。転がり軸受３に対して基油を長期に亘って供給するためにはグリースＧをグリース溜り２５内に留めておく必要があるから、グリースＧの流動を抑制すべく、グリースＧにはある程度の粘性を持たせておくことが好ましい。

図２は、図１の要部を拡大した断面図である。図２を参照しつつ、グリース溜り２５に充填されたグリースＧの基油の流れを説明する。
図２に示すように、転がり軸受装置１では、転がり軸受３の環状溝１４に初期潤滑用のグリースＧが充填されていると共に、グリース溜り２５に補給用のグリースＧが充填されている。この環状溝１４のグリースＧとグリース溜り２５のグリースＧとは、互いに繋がっている。そのため、転がり軸受３の運転によって環状溝１４内のグリースＧの基油が消費されると、その消費に従って、グリース溜り２５に溜められたグリースＧの基油が、転がり軸受３側へと浸透移動する。

この場合、図２に実線矢印で示すように、グリース溜り２５の奥側から開口２４へと向かう外輪間座１６の軸方向に基油の流れが形成される。
図３は、参考形態に係る、グリースＧに含まれる基油の流れを説明するための拡大図である。図１および図２に示す各部と共通する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図３に示す転がり軸受装置２０１は、以下に述べるようなグリース収容環２１８を備えている。グリース収容環２１８は、内輪間座１５に沿う円筒部２２１と、円筒部２２１の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受（図示しない）と反対側（図３の左側）の周縁から径方向外側に延びる円環板状の奥側フランジ部２２２と、円筒部２２１の、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受側（図３の右側）の周縁から径方向外側に延びる円環板状の供給側フランジ部２２３とを一体的に有している。外輪間座１６の周壁１９、グリース収容環２１８を構成する円筒部２２１、奥側フランジ部２２２および供給側フランジ部２２３によって、転がり軸受に対向する開口２２４を有する環状一体なグリース溜り２２５が区画されている。

このようなグリース溜り２２５では、図３に実線矢印で示すように、通常、外輪間座１６の軸方向他方側（図３の左側）から軸方向一方側（転がり軸受側。図３の右側）へ向かう基油の流れが形成されているのであるが、グリース溜り２２５において開口２２４よりも径方向内側でかつ供給側フランジ２２３に近い領域では、供給側フランジ２２３の内壁に沿って、外輪間座１６の径方向内側から径方向外側に向かう、別の基油の流れも形成されている。

図３に示す転がり軸受装置２０１を使用し続けると、開口２２４付近においてグリース割れが生じる場合がある。このようなグリース割れの発生のメカニズムの一つとして、本願発明者は次のようなメカニズムを考えている。すなわち、グリース溜り２２５の開口２２４付近において、互いに交差する向きを有する、外輪間座１６の軸方向他方側（図３の左側）から軸方向一方側（図３の右側）へ向かう基油の流れと、外輪間座１６の径方向内側から径方向外側に向かう基油の流れとが、互いに干渉する結果、開口２２４における基油の流速が低下し、これによって、グリース割れが発生する、というものである。すなわち、グリース収容環２１８が供給側フランジ部２２３を含むことから、グリース溜り２２５内に気油の流れ易さに分布が生じており、これがグリース割れの発生の一因になっている、と本願発明者は考えている。

図２に戻って、環状壁面２３は、グリース収容環１８の、保持器８に対向する対向端面１８Ａと、奥側フランジ部２２とを接続している。また、環状壁面２３の全域が円筒面によって形成されている。グリース溜り２５のグリースＧに含まれる基油は、グリース溜り２５の内部を流通路２４に向けて移動するのであるが、環状壁面２３の全域が円筒面によって形成されているので、グリース溜り２５の内部に形成される基油の流れは、環状壁面２３に沿う一方向の流れのみである。すなわち、グリース溜り２５の内部において、基油の流れ易さに分布が生じるのを回避できる。したがって、グリース割れの発生を効果的に抑制または防止できる。これにより、グリースＧに含まれる基油を転がり軸受３に長期に亘って供給し続けることができ、転がり軸受３の潤滑性能の高寿命化を図ることができる。しかも、グリース溜り２５を区画する環状壁面２３の全域を平坦面に形成するだけでよいので、転がり軸受装置１の構造が複雑化することを防止することもできる。

図４は、本発明の変形例に係る転がり軸受装置の断面図である。
図４に示す変形例では、環状壁面２３Ａによって、グリース溜り２５の内周が区画されている。環状壁面２３Ａの、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の端部は、グリース収容環１８の、保持器８に対向する対向端面１８Ａに連続している。また、環状壁面２３Ａの、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３と反対側の端部は、奥側フランジ部２２に接続されている。筒状部２１の環状壁面２３Ａの全域が、外輪間座１６の中心軸線を中心とする円錐状面によって形成されている。この円錐状面は、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側に向かうに従って縮径している。換言すると、グリース溜り２５の内周が、外輪間座１６の軸方向における断面視で直線状に構成されており、グリース溜り２５は、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の径方向寸法が、外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の反対側の径方向寸法よりも大きい。環状壁面２３Ａの外輪間座１６の軸方向の転がり軸受３側の端部と環状溝１４とによって区画される円環状の隙間が、開口２４を形成している。

環状壁面２３Ａは、グリース収容環１８の、保持器８に対向する対向端面１８Ａと、奥側フランジ部２２とを接続している。環状壁面２３Ａの全域が円錐状面で形成されているので、グリース溜り２５の内部に形成される基油の流れは、環状壁面２３Ａに沿う一方向の流れ（図４に実線矢印で示す）のみである。したがって、グリース溜り２５の内部において、基油の流れ易さに分布が生じるのを回避できる。そのため、グリース割れの発生を効果的に抑制または防止できる。これにより、グリースＧに含まれる基油を転がり軸受３に長期に亘って供給し続けることができ、転がり軸受３の潤滑性能の高寿命化を図ることができる。しかも、グリース溜り２５を区画する環状壁面２３Ａの全域を円錐状面に形成するだけでよいので、転がり軸受装置１の構造が複雑化することを防止することもできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、グリース溜り２５の例として、グリース溜り２５が環状で一体である場合を例に挙げて説明したが、グリース溜り２５は、外輪間座１６の周方向に沿って複数室に分離された構造であってもよい。

また、前述の実施形態では、内輪５および内輪間座１５が、主軸２に伴って回転する回転側であり、外輪６および外輪間座１６が、ハウジング（図示しない）に固定される静止状態にある固定側である場合を例に挙げて説明した。しかし、外輪６および外輪間座１６を回転側とし、内輪５および内輪間座１５を固定側とする場合にも、本願発明を適用できる。

その他、特許請求の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

１…転がり軸受装置、３…転がり軸受、４…グリース貯留部材、５…内輪、６…外輪、７
…転動体、１５…内輪間座、１６…外輪間座、１８…グリース収容環、２１…筒状部、２２…奥側フランジ部、２３…環状壁面、２３Ａ…環状壁面、２４…開口、２５…グリース溜り

Claims (4)

1. 内輪、外輪、これら内外輪間に配置された複数の転動体、および外周面を有し前記複数の転動体を転動可能に保持する保持器を有する転がり軸受と、
   前記転がり軸受の軸方向一方側に隣接されており、周方向に沿う溝状に形成されて、グリースが貯留されたグリース溜り、および前記グリース溜りと前記転がり軸受内部とを連通させる流通路が形成された間座とを含み、
   前記間座は、前記グリース溜りの内周を区画する環状壁面を有し、
   前記環状壁面の前記グリース溜りの前記軸方向の前記転がり軸受側の端部は、前記間座の前記転がり軸受に対向する対向端面に連続しており、
   前記環状壁面の全域が平坦な円筒面で形成されており、前記環状壁面の径方向寸法が、前記保持器の前記外周面の最大の径方向寸法より大きい、転がり軸受装置。
2. 前記環状壁面は、前記間座の軸線を中心とする円筒面を有する、請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記環状壁面は、前記転がり軸受側に向かうに従って縮径する、前記間座の軸線を中心とする円錐状面を有する、請求項１に記載の転がり軸受装置。
4. 前記グリース溜りの内周が、前記間座の軸方向における断面視で直線状に構成されており、
   前記グリース溜りは、前記間座の軸方向における前記転がり軸受側の径方向寸法が、前記間座の軸方向における前記転がり軸受側の反対側と、同じ又は大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。

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