JP6983029B2

JP6983029B2 - 軸受装置の冷却構造

Info

Publication number: JP6983029B2
Application number: JP2017197620A
Authority: JP
Inventors: 惠介那須; 真人吉野; 智彦小畑
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: JP2019070428A

Description

この発明は、軸受装置の冷却構造に関し、例えば、工作機械の主軸および主軸に組み込まれる軸受装置の冷却構造に関する。

工作機械の主軸装置では、加工精度を確保するために、装置の温度上昇は小さく抑える必要がある。しかしながら最近の工作機械では、加工能率を向上させるため高速化の傾向にあり、主軸を支持する軸受からの発熱も高速化と共に大きくなってきている。また、装置内部に駆動用のモータを組込んだいわゆるモータビルトインタイプが多くなってきており、装置の発熱要因ともなってきている。

発熱による軸受の温度上昇は、予圧の増加をもたらす結果となり、主軸の高速化、高精度化を考えると極力抑えたい。主軸装置の温度上昇を抑える方法として、冷却用の圧縮エアを軸受に送り、軸受の冷却を行う方法がある（例えば、特許文献１）。特許文献１では、外輪間座に設けられたノズル孔から、外輪間座と内輪間座の間の空間に圧縮エアを噴射する。この圧縮エアを回転方向に角度を付けて噴射して旋回流とすることで、内輪間座および内輪をより効果的に冷却する。内輪間座を通過した圧縮エアは、転がり軸受に隣接する外輪間座の端面に設けられた排気口や、軸受内部を通ってから外部に排出される。

特開２０１５−１８３７３８号公報

圧縮エアによる冷却は、例えば圧縮エアに潤滑剤を混合して転がり軸受を潤滑する場合に適用できる。いわゆる、エアオイル潤滑やオイルミスト潤滑である。この場合、軸受内部を通る圧縮エアの量が多過ぎると、エアオイル等の円滑な給排気が阻害される可能がある。また、回転によって転がり軸受の軸端付近に生じるエアカーテン状の空気流の膜や回転中の転動体に圧縮エアが衝突することで、騒音が大きくなる可能性がある。

圧縮エアによる冷却は、軸受をグリース潤滑する場合にも適用できる。その場合、軸受内部を通る圧縮エアの量が多いと、圧縮エアが軸受内部のグリースを排出してしまい、潤滑不良を誘発する可能性がある。

この発明の目的は、軸受冷却のために固定側間座と回転側間座との間に吹き込まれた圧縮エアを、固定側間座に設けられた排出口から円滑に排出することで、圧縮エアが転がり軸受の内部を多く流れることによる弊害を排除または軽減できる軸受装置の冷却構造を提供することである。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および前記固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および前記回転側間座が、前記固定部材および前記回転部材のうちの回転部材に設置された軸受装置において、
前記固定側間座における前記回転側間座と対向する周面に開口する出口から前記回転側間座における前記固定側間座と対向する周面に向けて圧縮エアを吐出するノズル孔が設けられ、かつ前記固定側間座の軸方向端面に、前記ノズル孔から吐出された圧縮エアの排気口が設けられ、前記ノズル孔が前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設けられていると共に、前記排気口が前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設けられていることを特徴とする。
例えば、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記回転側軌道輪が内輪である。その場合、前記固定部材および回転部材は、例えばそれぞれハウジングおよび軸である。

この構成によると、固定側間座に設けられたノズル孔より冷却用の圧縮エアを回転側間座の周面に向けて吐出する。ノズル孔は回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、ノズル孔から吐出された圧縮エアは、回転側間座の周面に沿って旋回しながら軸方向に流れ、この間に回転側間座を冷却する。圧縮エアが旋回するため、軸方向にまっすぐ流れる場合と比べて、圧縮エアが回転側間座の周面と接している時間が長く、回転側間座を効率良く冷却することができる。

回転側間座の周面を通過した圧縮エアは、固定側間座の軸方向端面に設けられた排気口や、転がり軸受の内部を通って外部に排出される。排気口も回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、旋回流となっている圧縮エアが排気口から円滑に排出される。それにより、転がり軸受の内部を通る圧縮エアの量を減らして、圧縮エアが転がり軸受の内部を多く流れることによる弊害を排除また軽減することができる。
具体的には、転がり軸受をエアオイル潤滑やオイルミスト潤滑する場合、エアオイル等の円滑な給排気が阻害されることを防止できると共に、転がり軸受の軸端付近に生じるエアカーテン状の空気流の膜や回転中の転動体に圧縮エアが衝突することによる騒音を抑制できる。また、転がり軸受をグリース潤滑する場合、圧縮エアが軸受内部のグリースを排出してしまうことを防止できる。

この発明において、前記ノズル孔および前記排気口の各個数は同数の複数であり、これらノズル孔および排気口がそれぞれ円周方向に等配で設けられているのが好ましい。
この場合、ノズル孔から吐出される圧縮エアにより、回転側間座を円周方向均等に冷却することができる。また、回転側間座の周面を通過した圧縮エアが、各排気口から均等に排出される。このため、圧縮エアの排出が円滑に行われる。

前記ノズル孔と前記排気口の配置につき、任意の一つの前記ノズル孔の前記出口からこのノズル孔に対して前記回転側間座の回転方向の一つ前側に位置する前記排気口までの円周方向の距離が、任意の一つの前記排気口からこの排気口に対して前記回転側間座の回転方向の一つ前側に位置する前記ノズル孔の前記出口までの円周方向の距離よりも長いのが望ましい。
このようなノズル孔と排気口の位置関係であると、圧縮エアが回転側間座の周面に接している時間が長くなり、冷却効果が高い。

この発明において、前記転がり軸受が、前記固定側軌道輪と前記回転側軌道輪との間の軸受内部に封入されたグリースにより潤滑される場合、前記回転側間座における前記固定側軌道輪に隣接する軸方向端部に、前記固定側間座の側に張り出して前記ノズル孔から吐出された圧縮エアが前記軸受内部へ流入することを阻止する障害壁が設けられているとよい。
障害壁が設けられていると、圧縮エアが転がり軸受の軸受内部へ流入することが阻止される。このため、軸受内部に封入されたグリースが圧縮エアで排除されることが防がれ、良好な潤滑状態を維持することができる。

この発明の軸受装置の冷却構造は、転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および前記固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および前記回転側間座が、前記固定部材および前記回転部材のうちの回転部材に設置された軸受装置において、前記固定側間座における前記回転側間座と対向する周面に開口する出口から前記回転側間座における前記固定側間座と対向する周面に向けて圧縮エアを吐出するノズル孔が設けられ、かつ前記固定側間座の軸方向端面に、前記ノズル孔から吐出された圧縮エアの排気口が設けられ、前記ノズル孔が前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設けられていると共に、前記排気口が前記回転側間座の回転方向の前方へ傾斜させて設けられていため、軸受冷却のために固定側間座と回転側間座との間に吹き込まれた圧縮エアを、固定側間座に設けられた排出口から円滑に排出することで、圧縮エアが転がり軸受の内部を多く流れることによる弊害を排除または軽減できる。

この発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を備えた工作機械主軸装置の断面図である。同軸受装置の主要部の拡大断面図である。同軸受装置の外輪間座の一部分を展開して表した図である。図１のIV−IV断面図である。この発明の第２の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の主要部の断面図である。図５のVI−VI断面図である。この発明の第３の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の主要部の断面図である。図７の部分拡大図である。この発明の第４の実施形態に係る軸受装置の冷却構造の主要部の断面図である。図９の部分拡大図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図４はこの発明の第１の実施形態に係る軸受装置の冷却構造を示す。この例の軸受装置の冷却構造は、工作機械の主軸装置に適用されている。ただし、工作機械の主軸装置だけに限定されるものではない。

図１に示すように、軸受装置Ｊは、軸方向に並ぶ二つの転がり軸受１，１を備え、各転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５がそれぞれ介在している。外輪２および外輪間座４がハウジング６に設置され、内輪３および内輪間座５が主軸７に嵌合している。転がり軸受１はアンギュラ玉軸受であり、外輪２と内輪３の各軌道面間に複数の転動体８が介在している。各転動体８は、保持器９により円周等配に保持される。二つの転がり軸受１，１は互いに背面組合せで配置されており、外輪間座４と内輪間座５の幅寸法差により、各転がり軸受１，１の初期予圧を設定して使用される。

この実施形態では、転がり軸受１は内輪回転で使用される。よって、外輪２、内輪３が、それぞれ請求項で言う「固定側軌道輪」、「回転側軌道輪」に相当し、外輪間座４、内輪間座５が「固定側間座」、「回転側間座」に相当する。また、主軸７が「回転部材」に相当し、ハウジング６が「固定部材」に相当する。後で示す他の実施形態についても同様である。

外輪２，２および外輪間座４は、例えばハウジング６に対して隙間嵌めとされ、ハウジング６の段部６ａと端面蓋４０とにより軸方向の位置決めがされる。また、内輪３，３および内輪間座５は、例えば主軸７に対して締まり嵌めとされ、両側の位置決め間座４１，４２により軸方向の位置決めがされる。なお、図の左側の位置決め間座４２は、主軸７に螺着させたナット４３により固定される。

冷却構造について説明する。
図２は軸受装置の冷却構造の主要部を拡大して示す断面図である。外輪間座４は、外輪間座本体１１と、この外輪間座本体１１とは別部材からなるリング状の潤滑用ノズル１２，１２とを有する。外輪間座本体１１は断面略Ｔ字形状に形成され、この外輪間座本体１１の軸方向両側に潤滑用ノズル１２，１２がそれぞれ対称配置で固定されている。外輪間座本体１１の内径寸法は、潤滑用ノズル１２，１２の内径寸法よりも大きい。これにより、外輪間座４の内周面に、外輪間座本体１１の内周面と、この内周面に続く潤滑用ノズル１２，１２の側面とで構成される凹み部１３が形成されている。この凹み部１３は、断面長方形の環状溝である。外輪間座４の凹み部１３以外の内周面、すなわち潤滑用ノズル１２，１２の内周面と、内輪間座５の外周面とは、微小な径方向隙間δａを介して対向している。これにより、前記凹み部１３と内輪間座５の外周面との間に、他よりも径方向幅の広い空間１４が形成されている。

前記外輪間座本体１１には、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアＡを吐出するノズル孔１５が設けられている。ノズル孔１５の出口１５ａは、外輪間座４の内周面の前記凹み部１３に開口している。この例では、複数個（例えば３個）のノズル孔１５が設けられており、それぞれが円周方向等配に配置されている。

図１のIV−IV断面図である図４に示すように、各ノズル孔１５は、それぞれ内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。つまり、外輪間座４の軸心に垂直な断面における任意の半径方向の直線Ｌから、この直線Ｌと直交する方向にオフセットした位置にある。ノズル孔１５をオフセットさせる理由は、圧縮エアＡを内輪間座５の回転方向に旋回流として作用させて、冷却効果を向上させるためである。なお、図１、図２では、外輪間座４を、ノズル孔１５の中心線を通る断面で表示している。

外輪間座本体１１の外周面には、軸受外部から各ノズル孔１５に圧縮エアＡを導入するための導入溝１６が形成されている。この導入溝１６は、外輪間座４の外周面における軸方向中間部に設けられ、各ノズル孔１５に連通する円弧状に形成されている。導入溝１６は、外輪間座本体１１の外周面において、後述のエアオイル供給経路（図示せず）が設けられる円周方向位置を除く円周方向の大部分を示す角度範囲にわたって設けられている。図１のように、ハウジング６に圧縮エア導入経路４５が設けられ、この圧縮エア導入経路４５に導入溝１６が連通するように構成されている。ハウジング５の外部には、圧縮エア導入孔４５に圧縮エアＡを供給するエア供給装置（図示せず）が設けられている。

潤滑構造について説明する。
図１に示すように、外輪間座４は、転がり軸受１の軸受内部にエアオイルを供給する前記潤滑用ノズル１２，１２を有する。各潤滑用ノズル１２は、軸受内部に突出して内輪３の外周面との間でエアオイル通過用の環状隙間δｂを介して対向する先端部３０を含む。換言すれば、潤滑用ノズル１２の先端部３０が、内輪３の外周面に被さるように軸受内部に進入して配置される。また、潤滑用ノズル１２の先端部３０は、保持器９の内周面よりも半径方向の内方に配置されている。

図２に示すように、潤滑用ノズル１２には、この潤滑用ノズル１２と内輪３の外周面間の前記環状隙間δｂにエアオイルを供給するエアオイル供給孔３１が設けられている。このエアオイル供給孔３１は、軸受側に向かうに従い内径側に至るように傾斜し、先端部３０の内周側に出口が開口している。エアオイル供給孔３１には、ハウジング６および外輪間座本体１１に設けられたエアオイル供給経路（図示せず）を通ってエアオイルが供給される。内輪３の外周面におけるエアオイル供給孔３１の延長線上の箇所には、環状凹み部３ａが設けられている。
潤滑用ノズル１２から吐出されたエアオイルの油が前記環状凹み部３ａに溜り、この油が、内輪３の回転に伴う遠心力により、傾斜面である内輪３の外周面に沿って軸受中心側へと導かれる。

排気構造について説明する。
外輪間座本体１１の軸方向端に、排気口１７が設けられている。排気口１７は例えば図３の展開図に示すような矩形に切り欠かれた形状であり、外輪間座本体１１に隣接して転がり軸受１の外輪２が配置されることで、軸受装置Ｊの内部と外部とを連通する開口形状となる。排気口１７の個数はノズル孔１５と同数（例えば３個）であり、ノズル孔１５と同様に、各排気口１７が円周方向に等配で設けられている。また、排気口１７も、ノズル孔１５と同様に、内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。

図２ではノズル孔１５と排気口１７が同一断面に図示されているが、実際には図４に示すように、ノズル孔１５と排気口１７の位置は円周方向にずれている。ノズル孔１５および排気口１７は、次のように円周方向に配置してある。すなわち、任意の一つのノズル孔１５の出口１５ａからこのノズル孔１５に対して内輪間座５の回転方向の一つ前側に位置する排気口１７までの円周方向距離Ｍが、任意の一つの排気口１７からこの排気口１７に対して内輪間座５の回転方向の一つ前側に位置するノズル孔１５の出口１５までの円周方向距離Ｎよりも長くなっている。ここで、ノズル孔１５の位置は、出口１５ａの中心の円周方向位置としている。また、排気口１７の位置は、排気口１７の内径端の円周方向中央位置としている。
このようにノズル孔１５および排気口１７を配置することにより、圧縮エアＡを軸受装置Ｊの内部になるべく長時間滞留させることができる。

図１において、ハウジング６には、冷却用の圧縮エアおよび潤滑用のエアオイルを軸受装置Ｊから排気する排気経路４６が設けられている。排気経路４６は、前記排気口１７に連通する径方向排気孔４８と、この径方向排気孔４８に連通する軸方向排気孔４９とを有する。

上記構成からなる軸受装置の冷却構造の作用について説明する。
外輪間座４に設けられたノズル孔１５より、冷却用の圧縮エアＡが内輪間座５の外周面に向けて吹き付けられる。このとき、圧縮エアＡが狭いノズル孔１５内から広い空間１４に吐出されることで、圧縮エアＡが断熱膨張する。ノズル孔１５内における圧縮エアの体積をＶ１、温度をＴ１とし、空間１４での圧縮エアの体積をＶ２、温度をＴ２とした場合、気体の状態方程式、熱力学の第１法則より、Ｖ１＜Ｖ２、Ｔ１＞Ｔ２となる。すなわち、空間１４では、圧縮エアＡの温度が下がると共に、体積が増加する。体積が増加することで、圧縮エアＡの流速が増大する。このように、低温で高速の圧縮エアＡを内輪間座５に吹き付けることで、内輪間座５を効率良く冷却する。

空間１４から出た圧縮エアＡは、内輪間座５の外周面および内輪３の外周面に沿って軸方向の外側へ流れる。この間も、内輪間座５および内輪３を冷却する。ノズル孔１５が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、圧縮エアＡは、内輪間座５の外周面および内輪３の外周面に沿って旋回しながら軸方向に流れる。旋回しながら軸方向に流れると、軸方向にまっすぐ流れる場合と比べて、圧縮エアＡが内輪間座５の外周面および内輪３の外周面と接している時間が長くなる。また、前述のように、圧縮エアＡが軸受装置Ｊの内部になるべく長時間滞留するように、ノズル孔１５および排気口１７が円周方向に配置されている（Ｍ＞Ｎ）。これらのことから、内輪間座５および内輪３をより一層効率良く冷却することができる。

内輪間座５の外周面および内輪３の外周面を通過した圧縮エアＡは、外輪間座４の軸方向端面に設けられた排気口１７や、転がり軸受１の内部を通って外部に排出される。排気口１７もノズル孔１５と同様に、内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、旋回流となっている圧縮エアＡが排気口１７から円滑に排出される。それにより、転がり軸受１の内部を通る圧縮エアＡの量を減らして、圧縮エアＡが転がり軸受１の内部を多く流れることによる弊害を排除または軽減することができる。この実施形態のように、転がり軸受１をエアオイル潤滑する場合、エアオイルの円滑な給排気が阻害されることを防止できる。また、この実施形態のように、潤滑用ノズル１２の先端部３０が軸受内部に進入している場合、圧縮エアＡが回転中の転動体９に衝突することによる騒音を低減できる。

ノズル孔１５および排気口１７の各個数は同数の複数であり、これらノズル孔１５および排気口１７がそれぞれ円周方向に等配で設けられているため、ノズル孔１７から吐出される圧縮エアＡにより、内輪間座５および内輪３を円周方向均等に冷却することができる。また、内輪間座５の外周面および内輪３の外周面を通過した圧縮エアＡが、各排気口１７から均等に排出される。このため、圧縮エアＡの排出が、より一層円滑に行われる。

［第２の実施形態］
図５、図６はこの発明の第２の実施形態を示す。この軸受装置Ｊも転がり軸受１をエアオイル潤滑するが、第１の実施形態と違って、図５に示すように、一体型である外輪間座４に圧縮エアＡを吐出するノズル孔１５とエアオイル供給孔３１とが設けられている。

この軸受装置Ｊでは、ノズル孔１５の出口１５ａが開口する外輪間座４の内周面に、第１の実施形態の外輪間座４のような凹み部１３（図２参照）が形成されていない。その代わり、内輪間座５に、外周面と内周面とを貫通する孔２０が円周方向に等配で複数（この例では１０個）設けられている。各孔２０は、内輪間座５の軸方向中間部に設けられている。孔２０の形状は、例えば丸孔形状である。この孔２０も、内径側に行くに従い内輪間座５の回転方向の前方に傾斜している。孔２０を設けることで、ノズル孔１５から吐出された圧縮エアＡの一部が、主軸７の外周面に当たるようになっている。

エアオイル供給孔３１は、外輪間座４の側面部に開口し、転がり軸受１の軸受内部に面している。第１の実施形態のように、外輪間座４におけるエアオイル供給孔３１が設けられている部分が軸受内部に突出していない。エアオイル供給孔３１は、吐出されたエアオイルが内輪３の軌道面と転動体８との境界付近に当たるように、転がり軸受１に向かうに従い内径側に位置するように傾斜している。エアオイル供給孔３１には、ハウジングに設けられたエアオイル供給経路（図示せず）から、外輪間座４に設けられた径方向孔２１（図６）を通って、エアオイルが供給される。

第１の実施形態と同様に、外輪間座４の軸方向端面に、排気口１７が設けられている。排気口１７の形状は前記同様である。排気口１７の個数はノズル孔１５と同数（例えば３個）である。図６に示すように、ノズル孔１５および排気口１７は、共に円周方向に等配で設けられている。また、ノズル孔１５および排気口１７は、共に内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。ノズル孔１５および排気口１７の円周方向の配置は、第１の実施形態と同じである。

この軸受装置の冷却構造の場合、ノズル孔１５より冷却用の圧縮エアＡを内輪間座５の外周面に吹き付けて内輪間座５を冷却すると共に、圧縮エアＡの一部が内輪間座５に形成された孔２０を通って主軸７に当たることで主軸７を直接冷却する。その後、圧縮エアＡは、内輪間座５の外周面に沿って軸方向の外側へ流れる。ノズル孔１５が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、圧縮エアＡは内輪間座５の外周面に沿って旋回しながら軸方向に流れ、この間に内輪間座５を効率良く冷却する。

内輪間座５を冷却した後、圧縮エアＡは、外輪間座４の排気口１７や転がり軸受１の内部を通って外部に排出される。排気口１７も内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、旋回流となっている圧縮エアＡが排気口１７から円滑に排出される。それにより、転がり軸受１の内部を通る圧縮エアＡの量を減らして、圧縮エアＡが転がり軸受１の内部を多く流れることによる弊害を排除または軽減することができる。この実施形態のように、転がり軸受１をエアオイル潤滑する場合には、エアオイルの円滑な給排気が阻害されることを防止できる。また、この実施形態のように、外輪間座４の一部が軸受内部に突出していない場合、回転によって転がり軸受１の軸端付近に生じるエアカーテン状の空気流の膜に圧縮エアＡが衝突することで生じる騒音を低減できる。

上記各実施形態は転がり軸受１をエアオイル潤滑する形式であるが、この発明は転がり軸受をグリース潤滑する形式にも適用できる。

［第３の実施形態］
図７はグリース潤滑である軸受装置の断面図、図８はその部分拡大図である。この軸受装置Ｊも、エアオイル潤滑の軸受装置と同様に、軸方向に並ぶ複数の転がり軸受１，１の外輪２，２間および内輪３，３間に、外輪間座４および内輪間座５をそれぞれ介在させている。各転がり軸受１としてアンギュラ玉軸受が使用されている。外輪２および内輪３の各軌道面間に複数の転動体８が介在され、これら転動体８が保持器９により円周等配に保持される。加えて、グリース潤滑であるこの軸受装置Ｊは、外輪２の軸方向両端に、外輪２と内輪３との間の軸受内部空間Ｓ１を密封するシール部材５１，５２がそれぞれ取り付けられている。

外輪間座４は断面形状が略Ｔ字状であり、Ｔ字の縦線部分である内側突出部４ａの内周面と内輪間座５の外周面とが径方向隙間δ１を介して対向している。外輪間座４には、内径側突出部４ａの内周面に出口１５ａを開口させて、内輪間座５の外周面に向けて冷却用の圧縮エアＡを吐出するノズル孔１５が設けられている。ノズル孔１５の数は例えば３個であり、各ノズル孔１５は円周方向に等配とされている。また、図示しないが、各ノズル孔１５は、それぞれ内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。

外輪間座４の外周面には、軸受装置Ｊの外部から前記各ノズル孔１５に圧縮エアＡを導入するための導入溝１６が形成されている。また、外輪間座４の軸方向端面には、ノズル孔１５から吐出された圧縮エアＡの排出口１７が設けられている。排出口１７は、第１の実施形態と同様の切欠き状であり、ノズル孔１５と同様に、それぞれ内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてある。

内輪間座５は、軸方向両端部に外径側に張り出す障害壁５３を有する。この例では、障害壁５３は、軸方向の転がり軸受１に近い側ほど外径側への張り出し量が大きいテーパ形状である。なお、この構成の内輪間座５は、外輪間座４を組立可能にするため、すなわち外輪間座４の内周と障害壁５３との干渉を防ぐために、軸方向中間部が分割された二つの内輪間座分割体からなる。

図８に示すように、前記障害壁５３の外径端は、外輪間座４の内周面と僅かな径方向隙間δ２を介して対向している。また、障害壁５３の端面は前記軸方向内側のシール部材５１と僅かな軸方向隙間δ３を介して対向している。これにより、シール部材５１と障害壁５３とでラビリンスシール効果を持つラビリンスシール部５５が構築され、このラビリンスシール部５５により軸受内部空間Ｓ１と間座空間Ｓ２とが隔てられている。

この軸受装置Ｊは、運転時等に、軸受装置Ｊの外部に設けた圧縮エア供給装置から送られる冷却用の圧縮エアＡが、外輪間座４のノズル孔１５から内輪間座５の外周面に向けて供給される。この圧縮エアＡは、内輪間座５に衝突した後、内輪間座５の外周面に沿って軸方向両側へ流れ、さらに内輪間座５の障害壁５３のテーパ状外径面に沿って外径側へ導かれて、外輪間座５の排気口１７から排出される。障害壁５３によって圧縮エアＡを外径側へ導くことに加えて、ノズル孔１５と同じように排気口１７が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、間座空間Ｓ２での圧縮エアＡの流れ、ならびに間座空間Ｓ２からの圧縮エアＡの排出がスムーズになる。圧縮エアＡが間座空間Ｓ２を通過する間に、軸受装置Ｊおよびこの軸受装置Ｊに支持された主軸７の熱を奪う。それにより、軸受装置Ｊおよび主軸７が効率良く冷却される。

内輪間座５の軸方向両端に障害壁５３が設けられていることにより、圧縮エアＡが軸受内部空間Ｓ１へ流入することが阻止される。特にこの実施形態では、軸受内部空間Ｓ１と間座空間Ｓ２とがラビリンスシール部５５により隔てられているため、圧縮エアＡの軸受内部空間Ｓ１への流入をより一層効果的に阻止できる。さらに、間座空間Ｓ２において圧縮エアＡがスムーズに流れるため、間座空間Ｓ２の内圧が軸受内部空間Ｓ１の内圧よりも低くなっており、圧縮エアＡが軸受内部空間Ｓ１に流入し難い。これらのことから、圧縮エアＡが軸受内部空間Ｓ１に流入することを極力抑えることができ、軸受内部空間Ｓ１に封入されたグリースが圧縮エアＡで排除されることが防がれる。そのため、良好な潤滑状態を維持することができる。

［第４の実施形態］
図９はグリース潤滑である軸受装置の他の例の断面図、図１０はその部分拡大図である。この軸受装置Ｊが、第３の実施形態と異なる点は、内輪間座５に形成された障害壁の形状である。他は、第３の実施形態と同じである。

図９に示すように、内輪間座５は、中央の円筒体５ａと、その軸方向両側の障害壁形成体５ｂ，５ｂとからなる。各障害壁形成体５ｂは、軸方向端に障害壁６１が設けられている。障害壁形成体５ｂにおける障害壁６１を除く部分は、円筒体５ａと同じ外径の円筒状である。

図１０に示すように、障害壁６１は、外径側に延びるつば状部６１ａと、このつば状部６１ａの外径端から軸方向内側に延びる円筒状部６１ｂとからなる。つば状部６１ａの外径端は、転がり軸受１の外輪２の内周面近くまで延びている。円筒状部６１ｂの軸方向内側端は、外輪間座４の内径側突出部４ａと微小な隙間６２を介して対向しており、この対向部分でラビリンスシールＬＳが構成されている。

障害壁形成体５ｂの円筒状部分、障害壁６１のつば状部６１ａ、円筒状部６１ｂ、および外輪間座４の内径側突出部４ａの内側に、冷却用空間Ｓ３が形成される。また、障害壁６１の円筒状部６１ｂと、外輪間座４におけるＴ字の横線部分である円筒部４ｂとの間に、排気用空間Ｓ４が形成される。これら冷却用空間Ｓ３と排気用空間Ｓ４は、ラビリンスシールＬＳとして構成された前記隙間６２を介して繋がっている。

軸受内部空間Ｓ１と冷却用空間Ｓ２とは、障害壁６１によって完全に隔離されている。また、障害壁６１のつば状部６１ａの外径端が外輪３の内周面近くまで延びていることに加えて、障害壁６１のつば状部６１ａが軸方向内側のシール材５１と僅かな軸方向隙間６３を介して対向していることにより、軸受内部空間Ｓ１と排気用空間Ｓ４との間に、ラビリンスシール効果を持つラビリンスシール部が構築されている。

この軸受装置Ｊは、運転時等に、外輪間座４のノズル孔１５から冷却用の圧縮エアＡを内輪間座５の外周面に向けて吐出することで、内輪間座５を冷却する。その後、圧縮エアＡは内輪間座５の外周面に沿って軸方向の両側に流れる。軸方向の両側には転がり軸受１があるが、内輪間座５の軸方向両端部に障害壁６１が設けられているため、圧縮エアＡが軸受内部へ流入しにくい。また、障害壁６１の一部がラビリンスシールＬＳとして構成されているため、内輪間座５の外周面に吹き付けられ後の圧縮エアＡの排気が抑制されて、圧縮エアＡが冷却用空間Ｓ３に留まる時間が長くなり、内輪間座５を効率良く冷却することができる。それにより、内輪間座５およびそれに接する転がり軸受１の内輪３がより一層効率よく冷却される。

冷却用空間Ｓ３の圧縮エアＡは、時間をかけて少しずつ隙間６２を通って排気用空間Ｓ４へ流れ、さらに排気用空間Ｓ４から排気口１７を通って軸受装置Ｊの外部へ排出される。ノズル孔１５と同じように排気口１７が内輪間座５の回転方向の前方へ傾斜させてあるため、排気口１７からの圧縮エアＡの排出はスムーズに行われる。

障害壁６１が設けられているため、冷却用空間Ｓ３から軸受内部空間Ｓ１へ直接に圧縮エアＡが流れ込むことはない。また、軸受内部空間Ｓ１と排気用空間Ｓ４との間にラビリンスシール部が構築されているため、排気用空間Ｓ４から軸受内部空間Ｓ１へ圧縮エアＡが流れ込むこともほとんどない。このため、軸受内部に封入されているグリースが圧縮エアＡで吹き飛ばされることが防がれ、良好な潤滑状態を維持することができる。

以上の各実施形態では、転がり軸受１を内輪回転で使用する場合を示したが、外輪回転で使用する場合も、この発明を適用することができる。その場合、例えば内輪３の内周に嵌合する軸（図示せず）が固定部材、外輪２の外周に嵌合するローラ（図示せず）が回転部材である。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…転がり軸受
２…外輪（固定側軌道輪）
３…内輪（回転側軌道輪）
４…外輪間座（固定側間座）
５…内輪間座（回転側間座）
６…ハウジング（固定部材）
７…主軸（回転部材）
１５…ノズル孔
１５ａ…出口
１７…排気口
５３，６１…障害壁
Ａ…圧縮エア
Ｊ…軸受装置

Claims

転がり軸受の内外に対向する固定側軌道輪および回転側軌道輪にそれぞれ隣り合って固定側間座および回転側間座が設けられ、前記固定側軌道輪および前記固定側間座が、固定部材および回転部材のうちの固定部材に設置され、前記回転側軌道輪および前記回転側間座が、前記固定部材および前記回転部材のうちの回転部材に設置された軸受装置において、
前記固定側間座における前記回転側間座と対向する周面に開口する出口から前記回転側間座における前記固定側間座と対向する周面に向けて圧縮エアを吐出するノズル孔が設けられ、かつ前記固定側間座の軸方向端面に、前記ノズル孔から吐出された圧縮エアの排気口が設けられ、前記ノズル孔の出口が前記ノズル孔の入口よりも前記回転側間座の回転方向の前方に位置するように前記ノズル孔が径方向に対して傾斜させて設けられていると共に、前記排気口の出口が前記排気口の入口よりも前記回転側間座の回転方向の前方に位置するように前記排気口が径方向に対して傾斜させて設けられていることを特徴とする軸受装置の冷却構造。
請求項１に記載の軸受装置の冷却構造において、前記固定側軌道輪が外輪であり、前記回転側軌道輪が内輪である軸受装置の冷却構造。
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記ノズル孔および前記排気口の各個数は同数の複数であり、これらノズル孔および排気口がそれぞれ円周方向に等配で設けられている軸受装置の冷却構造。
請求項３に記載の軸受装置の冷却構造において、任意の一つの前記ノズル孔の前記出口からこのノズル孔に対して前記回転側間座の回転方向の一つ前側に位置する前記排気口までの円周方向の距離が、任意の一つの前記排気口からこの排気口に対して前記回転側間座の回転方向の一つ前側に位置する前記ノズル孔の前記出口までの円周方向の距離よりも長い軸受装置の冷却構造。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の軸受装置の冷却構造において、前記転がり軸受は、前記固定側軌道輪と前記回転側軌道輪との間の軸受内部に封入されたグリースにより潤滑され、前記回転側間座における前記固定側軌道輪に隣接する軸方向端部に、前記固定側間座の側に張り出して前記ノズル孔から吐出された圧縮エアが前記軸受内部へ流入することを阻止する障害壁が設けられた軸受装置の冷却構造。