JP4353785B2 - 転がり軸受のエアオイル潤滑構造 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械の主軸等の高速回転の支持に使用される転がり軸受のエアオイル潤滑構造に関する。

工作機械の主軸は、加工能率を上げるためますます高速化の傾向にある。このため、軸受の潤滑も、搬送エアに潤滑用オイルを混合して、内輪転走面に直接に噴き付けるエアオイル給油が増加しつつある。しかし、内輪転走面に直接にエアオイルを噴き付けるようにするには、転動体が公転することによって生じる風圧に打ち勝って軌道面に潤滑油を到達させる必要があり、高速回転になるに従い、エア速度を速くする必要がある。このため、エア量の増加によるエネルギ消費が増えると共に、転動体の公転が及ぼすエア流の遮断・貫通の繰り返しによる騒音、つまり風切り音が発生する。

このような直接噴き付け形式のエアオイル潤滑における上記エネルギ消費と騒音を解消したものとして、図４に示す構成のエアオイル潤滑構造が提案されている（例えば特許文献１）。同図のエアオイル潤滑構造は、転がり軸受６１の内輪６２の外径面に、この内輪６２の軌道面６２ａに続く斜面部６２ｂを設け、この斜面部６２ｂに隙間δを持って沿うノズル部材６６を設け、その斜面部６２ｂに円周溝６７を設けたものでる。上記ノズル部材６６には、上記斜面部６２ｂに対面して開口するエアオイルの吐出孔６８を設ける。

同図のエアオイル潤滑構造の場合、搬送エアに混合された潤滑油であるエアオイルは、ノズル部材６６の吐出孔６８から内輪６２の円周溝６７に吐出され、内輪６２の斜面部６２ｂとノズル部材６６間の隙間δから、軸受運転時に生じる負圧吸引作用によって軸受内部へ導かれる。また、斜面部６２ｂに付着した潤滑油の表面張力と、遠心力の斜面部６２ｂの大径側への分力により、軸受内部の軌道面６２ａあるいは保持器６５の内径面へ導かれる。この場合に、内輪６２に設けられた円周溝６７のため、吐出孔６８から吐出されるエアオイルを全周に行き渡らせる作用が得られる。このため、エアオイルの吐出量が少量となって円周上でのエアの出方が不均一となっても、内輪斜面部６２ｂに作用する遠心力のため、油の滞留がなく、安定して軸受内に潤滑油を供給できる。

このように、斜面部６２ｂおよび円周溝６７を設けたことで、軌道面６２ａに直接にエアオイルを噴出せずに、軌道面６２ａへの安定した潤滑油供給が行えて、風切り音による騒音を低下させ、搬送エア量を削減することが可能になる。また、少量エアにおける油の滞留による軸受温度の変動を防止することができる。
特開２００２−５４６４３号公報 特開２００１−２０８０８５号公報

図４に示す従来のエアオイル潤滑構造は、性能面では種々の優れた効果が得られるが、軸受サイズが小さい場合、次のように製作上の課題が生じる。すなわち、軸受サイズが小さくて軸受断面積が狭くなった場合、保持器６５や内輪６２との干渉を避けるために、ノズル部材６６の先端部も小さくする必要がある。しかし、それではノズル部材６６の加工に高精度な加工が要求されて、加工コストが高くなる。また、打ち傷等が生じないように取扱いや組付作業において注意が必要になることから、ノズル部材６６の先端部の寸法縮小には限界がある。
ノズル部材６６における吐出孔６８の孔径は、軸受サイズが小さくなった場合でも、孔詰まり回避、エア流量確保、および加工上の観点から、φ０．８ｍｍ程度を限界として、それ以上小さくすることは避けられている。この点からもノズル部材６６の先端部の寸法縮小は困難である。
また、軸受サイズが小さくなると内輪斜面部６２ｂも小さくなることから、円周溝６７の寸法を十分確保することができない。

なお、他のエアオイル潤滑構造として、軸受の内輪に隣接する間座の外径面に、ノズル部材から噴出するエアオイルを受ける斜面部を形成したものも提案されているが（特許文献２）、このような構造では部品点数が増え、主軸等への組込み作業が煩雑になる。

この発明の目的は、小径サイズの軸受や、軌道面から幅面までの寸法が小さい軸受であっても、別体部品等を追加したり幅寸法・形状を特殊なものとすることなく、低騒音のエアオイル潤滑を安定良く行うことのできる転がり軸受のエアオイル潤滑構造を提供することである。

この発明の転がり軸受のエアオイル潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の軌道面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持って沿うノズル部材を設け、前記内輪の斜面部よりも内輪幅面側に、前記斜面部よりも急傾斜の斜面からなる円周溝側壁面を設け、前記内輪に隣接する内輪間座の外径側の面取状部と前記円周溝側壁面とで断面がＶ字状の円周溝を形成し、前記ノズル部材に、前記円周溝に対面して開口するエアオイルの吐出孔を設けたものである。前記内輪の円周溝側壁面となる斜面は、断面形状が直線状となる面であっても、曲線状となる面であっても良い。

この構成によると、搬送エアに混合された潤滑油であるエアオイルは、ノズル部材の吐出孔から内輪と内輪間座にわたる円周溝に吐出され、内輪の斜面部とノズル部材間の隙間から、軸受運転時に生じる負圧吸引作用によって軸受内部へ導かれる。また、斜面部に付着した潤滑油の表面張力と、遠心力の斜面部の大径側への分力により、軸受内部の軌道面へ導かれる。この場合に、上記円周溝のため、吐出孔から吐出されるエアオイルを全周に行き渡らせる作用が得られる。このため、エアオイルの吐出量が少量となって円周上でのエアの出方が不均一となっても、内輪斜面部に作用する遠心力により、油の滞留がなく、安定して軸受内に潤滑油を供給できる。
このように、内輪の軌道面に直接にエアオイルを噴射せずに軸受内に給油するので、風切り音による騒音を低下させることができる。特に、ノズル部材から噴射されるエアオイルを受ける円周溝を、内輪に設けた円周溝側壁面と、内輪間座の面取状部とで形成しているので、軸受サイズが小さくて内輪斜面部の寸法が小さくなる場合でも、円周溝の寸法を十分に確保することができる。これにより、ノズル部材の先端部の形状・寸法や吐出孔の孔径も、加工性および取扱性に配慮したものができ、別体部品等を追加したり、ノズル部材を特殊な形状・寸法とせずに、低騒音による安定した潤滑が可能となる。

この発明において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受であっても良い。この場合に、前記円筒ころ軸受の内輪が鍔付きであって、前記内輪の斜面部は、内輪の鍔の外径面における軌道面に隣接した円筒面部から幅面側へ延びるものであっても良い。
円筒ころ軸受の場合、軸受サイズが小径の場合だけでなく、負荷容量を大きくする目的で、ころ径長さを長くすることにより、軌道面から幅面までの寸法が小さくなる。そのため、内輪の斜面部を設ける部分の寸法が小さくなる。このような場合でも、円周溝が内輪と内輪間座に渡って形成されるため、円周溝の溝幅寸法が容易に確保できる。

この発明において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であり、前記内輪の斜面部は軸受背面側に設けたものであっても良い。
アンギュラ玉軸受は、一般に内輪の軸受背面側の外径面、つまり内輪正面側の外径面がステップ面とされるため、そのステップ面をエアオイル供給のための斜面部に利用でき、エアオイル供給のために斜面部を特に形成する必要がない。

この発明の転がり軸受のエアオイル潤滑構造は、転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の軌道面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持って沿うノズル部材を設け、前記内輪の斜面部よりも内輪幅面側に、前記斜面部よりも急傾斜の斜面からなる円周溝側壁面を設け、前記内輪に隣接する内輪間座の外径側の面取状部と前記円周溝側壁面とで断面がＶ字状の円周溝を形成し、前記ノズル部材に、前記円周溝に対面して開口するエアオイルの吐出孔を設けたため、小径サイズの軸受や、転走面から幅面までの寸法が小さい軸受であっても、別体部品等を追加したり幅寸法・形状を特殊なものとすることなく、低騒音のエアオイル潤滑を安定良く行うことができる。

この発明の第１の実施形態を図１，図２と共に説明する。転がり軸受１は、内輪２と外輪３の軌道面２ａ，３ａ間に円筒ころからなる複数の転動体４を介在させた円筒ころ軸受である。各転動体４はリング状の保持器５の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット５ａ内に保持される。内輪２は、両側に鍔部を有し、外輪３は鍔無しのものである。
内輪２の外径面には、軌道面２ａに続く斜面部２ｂが設けられ、この斜面部２ｂに隙間δを持って沿うノズル部材６が設けられている。斜面部２ｂは、内輪２の鍔部の外径面における軌道面２ａに隣接した円筒面部から幅面側へ延びるものとされている。内輪２の外径面の前記斜面部２ｂよりも内輪幅面側には、斜面部２ｂよりも急傾斜の斜面からなる円周溝側壁面２ｃが設けられている。この円周溝側壁面２ｃと、内輪２に隣接する内輪間座１１の外径側の面取状部１１ａとで、断面がＶ字状の円周溝７が形成されている。円周溝７は円周方向に延び、環状に形成されている。なお、内輪２は鍔無しのものであっても良い。

ノズル部材６は、その先端部６ａａを保持器５の内径面と内輪２の外径面の間における転動体４の近傍に位置させている。ノズル部材６はリング状の部材であって、軸受１に軸方向に隣接して設けられ、側面の内径部から軸方向に延びる円環状の鍔状部６ａを有している。この鍔状部６ａは、内径面が内輪２の斜面部２ｂと同一角度の傾斜面に形成されて、保持器５の直下まで延び、その先端がノズル部材６の前記先端部６ａａとなる。ノズル部材６の鍔状部６ａと内輪２の斜面部２ｂとの間の隙間δは、内輪２と軸との嵌合、および内輪２の温度上昇と遠心力による膨張とを考慮し、運転中に接触しない範囲で出来るだけ小さな寸法（例えば０．１５〜０．６５ｍｍの範囲）に設定される。

ノズル部材６には、前記円周溝７に対面して吐出口８ａが開口する吐出孔８が設けられている。吐出孔８は、ノズル部材６の円周方向の１か所または複数箇所に設けられている。吐出孔８は、吐出したエアオイルが円周溝７に直接に吹き付け可能なように、吐出口８ａの吐出方向を円周溝７に向け、かつ軸受軸心に対して吐出方向が所定の傾斜角度を持つように設けられている。

ノズル部材６は、軸受１の外輪３を取付けたハウジング９に取付けられる。ノズル部材６のハウジング９への取付けは、外輪間座１０を介して行っても、直接に行っても良い。図１の例は、外輪間座１０を介して取付けた例であり、外輪間座１０の一側面の内径部に形成した環状の切欠凹部１０ａに、ノズル部材６を嵌合状態に設けてある。ノズル部材６の軸受外の内径面は、内輪間座１１に対して接触しない程度に近接している。

ノズル部材６の吐出孔８は、その吐出口８ａの近傍部８ｂが一般部よりも小径の絞り孔に形成されている。吐出孔８の入口は、ハウジング９からノズル部材６にわたって設けられたエアオイル供給路１３に連通している。エアオイル供給路１３は、ハウジング９にエアオイル供給口（図示せず）を有し、ハウジング９の内面にハウジング部出口１３ｂを有している。ハウジング部出口１３ｂは、外輪間座１０の外径面に設けられた環状の連通溝１３ｃに連通し、連通溝１３ｃから、径方向に貫通した個別経路１３ｄを介して、ノズル部材６の各吐出孔８に連通している。エアオイル供給路１３のエアオイル供給口は、圧縮した搬送エアに潤滑油を混合させたエアオイルの供給源（図示せず）に接続されている。ノズル部材６における吐出孔８の入口部の周囲には、円周溝を設けてＯリング等のシール部材１４を設け、外輪間座１０とノズル部材６とをボルト等の締め付け具（図示せず）で締め付け固定することにより、エアオイル供給路１３と吐出孔８との連通部からエアオイルが洩れることを防止している。

上記構成のエアオイル潤滑構造の作用を説明する。エアオイル供給路１３に供給されたエアオイルは、ノズル部材６の吐出孔８を経て内輪２と内輪間座１１の境界部外径面の円周溝７の側壁面２ｃに噴射される。円周溝７の側壁面２ｃに噴射されたエアオイルは、次の形態で軸受１の潤滑に寄与する。
（１）円周溝７の側壁面２ｃに付着した潤滑油は、その表面張力と、遠心力で生じる側壁面２ｃ大径側への分力とにより、内輪斜面部２ｂに導かれ軸受１の内部へ流入する。
（２）円周溝７に滞留するエアオイルは、内輪斜面部２ｂとノズル部材６の先端部６ａａから転動体４または保持器５の内径面に付着し、軸受各部の潤滑油として寄与する。 （３）供給エアが少量となって、円周溝７上で流れが不均一となった場合にも、内輪斜面部２ｂとノズル部材６の円環状鍔状部６ａ間の隙間δで生じる負圧吸引作用と遠心力とにより、エアオイルが軸受内部へ流入する。

このように、このエアオイル潤滑構造では、安定して軸受内に潤滑油を供給でき、内輪２の軌道面２ａに直接にエアオイルを噴射せずに軸受内に給油するので、風切り音による騒音を低下させることができる。
特に、ノズル部材６から噴射されるエアオイルを受ける円周溝７を、内輪２の円周溝側壁面２ｃと内輪間座１１の面取状部１１ａとを合わせて形成しているので、軸受サイズが小さくて内輪斜面部２ｂの寸法が小さくなる場合でも、円周溝７の寸法を十分確保できる。これにより、ノズル部材６における鍔状部６ａの形状・寸法や吐出孔８の孔径もコストおよび取扱性に配慮したものとでき、別体部品等を追加したり、ノズル部材６を特殊な形状・寸法とせずに、低騒音による安定した潤滑が可能となる。小径サイズの軸受１としては、例えば軸受内径がφ５０ｍｍ以下のものが主な対象とされる。
また、軸受１が小径サイズの場合に限らず、負荷容量を大きくすることを目的として、円筒ころからなる転動体４のころ長さを長くしたもの（例えば軸受幅に対してころ長さが３０％〜５０％）では内輪斜面部２ｂの寸法が小さくなる。この場合にも円周溝７を上記合わせ構造のものとすることで、別体部品等を追加したり、ノズル部材６を特殊な形状・寸法とせずに、低騒音による安定した潤滑が可能となる。

図３はこの発明の他の実施形態を示す。この転がり軸受のエアオイル潤滑構造は、図１に示す第１の実施形態において、転がり軸受１を円筒ころ軸受に替えてアンギュラ玉軸受としたものである。内輪２の斜面部２ｂは、内輪２の外径面の片側部分（軸受背面側）のステップ面をそのまま利用している。このステップ面からなる斜面部２ｂの幅面側に、斜面部２ｂよりも急傾斜の斜面からなる円周溝側壁面２ｃが形成されている。転動体４はボールからなる。その他の構成は図１の実施形態の場合と同じである。
アンギュラ玉軸受では、このようにステップ面をエアオイル供給のための内輪斜面部２ｂに利用できるため、より一層製造が簡単になる。

この発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受のエアオイル潤滑構造を示す断面図である。 同エアオイル潤滑構造の要部拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる転がり軸受のエアオイル潤滑構造を示す断面図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ａ…軌道面
２ｂ…斜面部
２ｃ…円周溝側壁面
６…ノズル部材
７…円周溝
８…吐出孔
１１…内輪間座
１１ａ…面取状部
δ…隙間

Claims (4)

1. 転がり軸受の内輪の外径面に、この内輪の軌道面に続く斜面部を設け、この斜面部に隙間を持って沿うノズル部材を設け、前記内輪の斜面部よりも内輪幅面側に、前記斜面部よりも急傾斜の斜面からなる円周溝側壁面を設け、前記内輪に隣接する内輪間座の外径側の面取状部と前記円周溝側壁面とで断面がＶ字状の円周溝を形成し、前記ノズル部材に、前記円周溝に対面して開口するエアオイルの吐出孔を設けた転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
2. 請求項１において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受である転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
3. 請求項２において、前記円筒ころ軸受の内輪が鍔付きであり、前記内輪の斜面部は、内輪の鍔の外径面における軌道面に隣接した円筒面部から幅面側へ延びるものである転がり軸受のエアオイル潤滑構造。
4. 請求項１において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受であり、前記内輪の斜面部は軸受背面側に設けた転がり軸受のエアオイル潤滑構造。

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