(57)【要約】【課題】高速回転する回転軸用の軸受装置について、潤滑油の供給の妨げとなるエアカーテンの発生を抑制し、潤滑効率を向上する。【解決手段】転がり軸受１０を収容するハウジング３０の内部に、転がり軸受１０に潤滑油を供給可能な油孔３３を形成し、その油孔３３の中途に縮径部３３ａを設ける。転がり軸受１０の外輪１２の内径面からハウジング３０の油孔３３の縮径部３３ａにかけては、排気孔５０を貫通させる。ベンチュリ効果により、縮径部３３ａは低圧に保たれているため、縮径部３３ａと排気孔５０とが、アスピレータとして機能し、回転軸２０の回転により転がり軸受１０の内部空間の圧力が上がろうとすると、その内部空間のエアを吸引して減圧させる。したがって、転がり軸受１０の内部空間の圧力上昇およびそれによりエアカーテンの発生が抑制される。この状態で、油孔３３を通じて軸受空間の内部に潤滑油が供給されるため、充分な潤滑がおこなわれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面に軌道面が形成された内輪、前記内輪の外径面と対向する内径面に軌道面が形成された外輪、および前記内輪の軌道面と外輪の軌道面の間に組み込まれた転動体を有する転がり軸受と、
前記転がり軸受の内輪に嵌合された回転軸と、
前記転がり軸受の外輪に嵌合され、前記転がり軸受に潤滑油を供給可能な油孔を内部に有するハウジングと、を備え、
前記ハウジングの油孔には、その中途に縮径部が設けられており、
前記転がり軸受の外輪の内径面から前記ハウジングの油孔の縮径部にかけては、前記転がり軸受の内部空間のエアを吸引可能な排気孔が貫通している軸受装置。
【請求項２】
前記ハウジングの油孔は、
前記縮径部を境に前記潤滑油の流通方向の上流側の上流部と下流側の下流部に区画されており、
前記下流部における前記潤滑油の流通方向に直交する方向の断面積が、前記上流部における前記潤滑油の流通方向に直交する方向の断面積よりも大である請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記油孔に接続されて前記潤滑油を供給可能なポンプをさらに備え、
前記油孔の下流部における潤滑油の流圧は、大気圧よりも大に設定されている請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記転がり軸受の幅面との対向面を有し、前記油孔はこの対向面に潤滑油の噴射口が開口し、
前記排気孔は、前記外輪の内径面において、前記転がり軸受の前記ハウジングの対向面と対向する側の幅面に近接して吸気口が開口する、請求項１から３のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項５】
前記回転軸は、ジェットエンジンの主軸である、請求項１から４のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項６】
前記転がり軸受は、前記転動体が円筒ころの円筒ころ軸受である、請求項１から５のいずれかに記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジンの主軸の軸受として用いられる転がり軸受は、高速条件下で使用されるため、軸受部品間に滑りが発生して発熱につながることから、潤滑油を軸受内部に十分に供給することが求められている。
潤滑油の供給は、転がり軸受の幅面に対向させた給油ノズルから潤滑油をジェット噴射することでも行われるが、軸受部品の高速回転に伴ない、転がり軸受の周囲にはエアカーテンと称される空気の壁が形成されているため、このエアカーテンが障害となって、潤滑油が必要箇所へと十分に届かないことが懸念される。
【０００３】
ところで、特許文献１には、転がり軸受に隣接して、内輪間座と外輪間座からなる間座を設け、その内輪間座と外輪間座の間に給油用の隙間を形成し、その給油用の隙間が、転がり軸受の外輪の端面よりも外輪の軸方向中央に寄った位置に開口するようにし、この開口から軸受内部に潤滑油を吐出する技術が開示されている。
これにより、転がり軸受の周囲に形成されるエアカーテンを避けて、軸受内部に直接的に潤滑油を供給することが可能となる。
ここで、給油用の隙間には、間座の内部に設けられた給油孔を通じて潤滑油が供給され、また、給油用の隙間は、転がり軸受に向けて外径方向に傾斜しているため、給油孔からの圧力と軸受が嵌合する軸の回転で生じる遠心力とで、潤滑油は給油用の隙間から軸受内部へと送られるようになっている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術の場合、潤滑油は給油孔からの圧力と遠心力のみで軸受に供給されているため、上述したような、給油ノズルから潤滑油をジェット噴射するいわゆるジェット潤滑などとは異なり、単位時間当たりの潤滑油の供給量に限度がある。したがって、ジェットエンジンの主軸用軸受のような、超高速域の回転数で用いられる際には、潤滑油の供給量が不十分となることが懸念される。
【０００５】
ここでエアカーテンの発生自体を抑制することが可能になれば、潤滑油を軸受内部に大量に供給可能となるため、このような潤滑油の供給量が不十分になる問題は解決する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９９７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の解決すべき課題は、高速回転する回転軸用の軸受装置について、潤滑油の供給の妨げとなるエアカーテンの発生を抑制し、潤滑効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するため、発明にかかる軸受装置を、外径面に軌道面が形成された内輪、前記内輪の外径面と対向する内径面に軌道面が形成された外輪、および前記内輪の軌道面と外輪の軌道面の間に組み込まれた転動体を有する転がり軸受と、前記転がり軸受の内輪に嵌合された回転軸と、前記転がり軸受の外輪に嵌合され、前記転がり軸受に潤滑油を供給可能な油孔を内部に有するハウジングと、を備え、前記ハウジングの油孔には、その中途に縮径部が設けられており、前記転がり軸受の外輪の内径面から前記ハウジングの油孔の縮径部にかけては、前記転がり軸受の内部空間のエアを吸引可能な排気孔が貫通している構成としたのである。
【０００９】
このように構成すると、給油ポンプ等を用いて油孔に供給された潤滑油は、ベンチュリ効果により、縮径部において圧力が低下する。
回転軸の高速回転により転がり軸受の内部空間の圧力が上がると、低圧に保たれた縮径部とこれに通じる排気孔とが、アスピレータとして機能し、転がり軸受の内部空間のエアを吸引してその内部空間を減圧させる。したがって、転がり軸受の内部空間の圧力上昇とそれに伴うエアカーテンの発生が抑制される。
エアカーテンの発生が抑制された状態で、油孔を通じて軸受空間の内部に潤滑油が供給されるため、充分な潤滑状態を作り出すことが可能となる。
【００１０】
発明にかかる軸受装置において、前記ハウジングの油孔は、前記縮径部を境に前記潤滑油の流通方向の上流側の上流部と下流側の下流部に区画されており、前記下流部における前記潤滑油の流通方向に直交する方向の断面積が、前記上流部における前記潤滑油の流通方向に直交する方向の断面積よりも大である構成を採用することが好ましい。
このように構成すると、ベンチュリ効果により、油孔の出口側に相当する下流部における潤滑油の流圧を高く保つことができるため、油孔から軸受空間の内部への潤滑油の供給をスムーズに行うことができる。
【００１１】
発明にかかる軸受装置において、前記油孔に接続されて前記潤滑油を供給可能なポンプをさらに備え、前記油孔の下流部における潤滑油の流圧は、大気圧よりも大に設定されている構成を採用することが好ましい。
このように構成すると、軸受の内部空間の圧力は大気圧と同程度であるため、潤滑油の流圧を下回るため、潤滑油がその内部空間に流入しやすくなる。
【００１２】
発明にかかる軸受装置において、前記ハウジングは、前記転がり軸受の幅面との対向面を有し、前記油孔はこの対向面に潤滑油の噴射口が開口し、前記排気孔は、前記外輪の内径面において、前記転がり軸受の前記ハウジングの対向面と対向する側の幅面に近接して吸気口が開口する構成を採用することが好ましい。
このように構成すると、転がり軸受の幅面に近接する吸気口からエアが吸引されてその幅面におけるエアカーテンの発生が抑制され、そこに近接する油孔の噴射口から潤滑油が軸受の内部空間に大量に送り込み可能となるため、潤滑状態が一層改善される。
【００１３】
発明にかかる軸受装置は、ジェットエンジンの主軸の軸受用途に好適であるため、前記回転軸は、ジェットエンジンの主軸である構成を採用することができる。
また、発明にかかる軸受装置において、前記転がり軸受は、前記転動体が円筒ころの円筒ころ軸受とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
発明にかかる軸受装置を以上のように構成したので、ジェットエンジンの主軸などの高速回転する軸を軸受する際にも、潤滑油の供給の妨げとなるエアカーテンの発生を抑制することが可能となり、潤滑効率の向上が実現された。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の軸受装置の縦断面図
【図２】実施形態の軸受装置の要部拡大縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１および図２に示す実施形態の軸受装置１は、ジェットエンジン主軸の軸受用として好適に用いられるものであり、高速回転下でも、エアカーテンの発生を抑制し、潤滑油の軸受内部への高い供給性能を実現可能に構成されている。
実施形態の軸受装置１は、円筒ころ軸受１０と、回転軸２０と、ハウジング３０と、ポンプ４０とを備える。
【００１７】
図１および図２のように、円筒ころ軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、転動体としての円筒ころ１３と、保持器１４とを有する。
内輪１１はその外径面に、軸方向中央部の軌道面１１ａと軸方向両端部のつば部１１ｂとを有し、つば部１１ｂの軌道面１１ａとの境界は、円筒ころ１３との干渉を防止するための逃げ部１１ｃとなっている。内輪１１はその内径面が回転軸２０に嵌合している。
外輪１２はその内径面に、内輪１１の軌道面１１ａと対向する軌道面１２ａを有している。
円筒ころ１３は、対向する内輪１１の軌道面１１ａと外輪１２の軌道面１２ａの間に、円筒ころ軸受１０の周方向に等間隔を置いて複数が組み込まれている。
保持器１４は、周方向に並列するポケット１４ａを有し、各ポケット１４ａには、円筒ころ１３が転動可能に保持されている。
【００１８】
図１および図２のように、円筒ころ軸受１０を収容するハウジング３０は、外輪１２に嵌合し、かつ回転軸２０が挿通するための軸穴３１を有している。
軸穴３１の穴縁は、円筒ころ軸受１０の両幅面のうちの一方の幅面に当接しており、ここが幅面に対向する対向面３２となっている。
ハウジング３０の内部には、円筒ころ軸受１０の軸方向とほぼ一致する方向に延びる油孔３３が形成されている。油孔３３の断面形状は図２では略円形としているが、特にこれに限定されず、楕円形、多角形などでもよい。
ハウジング３０の内部には、油孔３３に接続されるポンプ４０が組み込まれており、このポンプ４０を通じて、ハウジング３０外から油孔３３へと潤滑油が供給されるようになっている。
【００１９】
図１および図２のように、油孔３３は、その中途に縮径部３３ａを有しており、縮径部３３ａを境界に、ポンプ４０に近い、潤滑油の流通方向の上流側が上流部３３ｂに、ポンプ４０から離れた、潤滑油の流通方向の下流側が下流部３３ｃに区画されている。図示のように、縮径部３３ａの長さは、円筒ころ軸受１０の軸方向の長さとほぼ等しく、上流部３３ｂおよび下流部３３ｃは、円筒ころ軸受１０の両幅面の傍らにそれぞれ位置している。
下流部３３ｃは、ハウジング３０内で、軸穴３１の孔縁の箇所に位置し、ハウジング３０の対向面３２には、潤滑油の噴射口３３ｄが形成されている。
【００２０】
図２のように、縮径部３３ａ、上流部３３ｂ、下流部３３ｃの潤滑油の流通方向に直交する方向の断面積は、縮径部３３ａの断面積をＡ１、上流部３３ｂの断面積をＡ２、下流部３３ｃの断面積をＡ３としたときに、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３が成立するように寸法が調整されている。
したがって、この油孔３３にポンプ４０から潤滑油を供給すると、ベンチュリ効果により、縮径部３３ａにおける流速をｖ１、上流部３３ｂにおける流速をｖ２、下流部３３ｃにおける流速をｖ３としたときに、流体の連続の式(流体の質量流量Ａｖ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ)より、ｖ１＞ｖ２＞ｖ３が成立する。
また、図２のように、縮径部３３ａにおける流圧をｐ１、上流部３３ｂにおける流圧をｐ２、下流部３３ｃにおける流圧をｐ３としたときに、ベルヌーイの定理(１／２ｖ２＋ｐ／ρ＋ｇｚ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ：ただし、ρは密度、ｇは重力加速度の大きさ、ｚは鉛直方向の座標)よりｐ１＜ｐ２＜ｐ３が成立する。
【００２１】
また、下流部３３ｃにおける流圧ｐ３は、大気圧を上回るように、下流部３３ｃの断面積Ａ３やポンプ４０の供給圧が調整されている。したがって、噴射口３３ｄからは、潤滑油は大気圧を上回る流圧で円筒ころ軸受１０の内部空間に向けて噴射されることになる。
【００２２】
図１および図２のように、ハウジングの噴射口３３ｄに近接する外輪１２の内径面から油孔３３の縮径部３３ａにかけては、排気孔５０が延びている。排気孔５０は、外輪１２の内径面から外径面にかけて貫通する孔と、ハウジング３０の内径面から縮径部３３ａにかけて延びる孔とが位置合わせされることで形成されている。
排気孔５０の穴径は特に限定されるものではないが、図示では均一径となっている。また、排気孔５０の長手方向に直交する方向の断面積は、下流部３３ｃの断面積Ａ３よりも小さくなっている。排気孔５０の断面形状も特に限定されず、円形、楕円形、多角形が例示できる。
排気孔５０の外輪１２の内径面に現れる開口は、吸気口５１となっている。
【００２３】
以上のような油孔３３、排気孔５０、ポンプ４０は、軸受装置１に一つのみ設けてもよいし、円筒ころ軸受１０の周方向に複数が並列するように設けてもよい。複数設けることで潤滑性能が向上する。
【００２４】
実施形態の軸受装置１の構成は以上のようであり、つぎにその作用について説明する。
いまポンプ４０を作動させて油孔３３に潤滑油を供給すると、上述したように油孔３３の縮径部３３ａにおいて低圧状態となる。
【００２５】
回転軸２０が高速回転すると、円筒ころ軸受１０の内部空間の圧力が上昇しそうになるが、この内部空間と排気孔５０で連通する縮径部３３ａは低圧状態にあるため、内部空間のエアは吸気口５１を通じて排気孔５０に吸い込まれて縮径部３３ａ側に排気される。すなわち、縮径部３３ａと排気孔５０とがアスピレータとして機能し、円筒ころ軸受１０の内部空間を減圧させる。
したがって、円筒ころ軸受１０の内部空間の圧力上昇とこれにともなうエアカーテンの発生が抑制され、その内部空間の圧力は大気圧程度に維持される。
油孔３３の噴射口３３ｄからの潤滑油の噴射圧は、大気圧を上回るように調整されているため、潤滑油は円筒ころ軸受１０の内部空間にスムーズに送り込まれる。
【００２６】
今回開示された実施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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲内およびこれと均等の意味でのすべての修正と変形を含む。
【００２７】
転がり軸受の構造は実施形態に限られず、円錐ころ軸受や玉軸受を用いた軸受装置についても、本発明を適用可能である。また、軸受装置の用途も実施形態に限られず、ジェットエンジンの主軸以外の回転軸の軸受用としても本発明を適用可能である。
【００２８】
油孔３３の経路は、中途に縮径部３３ａを形成可能である限りにおいて、実施形態の経路に限定されない。排気孔５０の経路も、外輪１２の内径面から油孔３３の縮径部３３ａを貫通する限りにおいて、実施形態の経路に限定されない。たとえば、油孔３３の経路を軸受１０の幅方向に対して傾斜させたり、排気孔５０の経路を軸受１０の径方向に対して傾斜させたりしてもよい。排気孔５０を実施形態のような軸受の幅方向の一端部のみではなく、幅方向の両端部に形成することもできる。油孔３３の縮径部３３ａの位置および形成長さは実施形態に限定されない。
油孔３３の噴射口３３ｄの開口位置および排気孔５０の吸気口５１の開口位置も、潤滑油の軸受内部への供給および軸受内部のエアの排出という機能を果たす限りにおいて、実施形態に限定されない。
実施形態では、ポンプ４０をハウジング３０内に組み込んでいるが、ハウジング３０に外付けすることもできる。
【符号の説明】
【００２９】
１  実施形態の軸受装置
１０  円筒ころ軸受
１１  内輪
１１ａ  軌道面
１１ｂ  つば部
１１ｃ  逃げ部
１２  外輪
１２ａ  軌道面
１３  円筒ころ
１４  保持器
１４ａ  ポケット
２０  回転軸
３０  ハウジング
３１  軸穴
３２  対向面
３３  油孔
３３ａ  縮径部
３３ｂ  上流部
３３ｃ  下流部
３３ｄ  噴射口
４０  ポンプ
５０  排気孔
５１  吸気口
Ａ１  縮径部の断面積
Ａ２  上流部の断面積
Ａ３  下流部の断面積
ｐ１  縮径部の流圧
ｐ２  上流部の流圧
ｐ３  下流部の流圧
【図１】
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【図２】
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