(57)【要約】【課題】回転速度及び温度に対応して、転がり軸受や回転軸に供給する潤滑油の供給量を調整することにより、高温・高速回転条件下において、良好な潤滑及び冷却を行うことができる転がり軸受及び回転軸冷却構造を提供する。【解決手段】転がり軸受１０は、アンダーレース潤滑され、その内輪１３に、転がり軸受１０の内部に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整可能な給油量調整機構２０を設ける。また、回転軸４１及び転がり軸受６０に設けられる油路４６，４９，５５，５６，５７に回転速度感応式バルブ７０及び温度感応式バルブ８０のいずれかを配設して、回転軸４１の回転速度や温度に対応した量の潤滑油を供給する。【選択図】図１
2010216651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備え、アンダーレース潤滑される転がり軸受であって、
前記内輪は、前記転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整可能な給油量調整機構を備えることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記給油量調整機構は、前記内輪軌道溝の軸方向側方に設けられる内輪外周面と内輪内周面とを連通して径方向に沿って設けられる第１給油路と、前記第１給油路から分岐して前記内輪軌道溝に連通する第２給油路と、前記第１給油路内に配設されるニードルバルブの弁体と、前記ニードルバルブの弁体を前記内輪内周面に向けて付勢するコイルばねと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記第２給油路は、径方向に異なる位置で前記第１給油路から分岐すると共に、複数の流路からなることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、
前記回転軸及び前記転がり軸受の少なくとも一方に設けられる前記潤滑油の油路に配設され、前記回転軸の回転速度に応じて前記潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
【請求項５】
転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、
前記回転軸及び前記転がり軸受の少なくとも一方に設けられる前記潤滑油の油路に配設され、前記回転軸又は前記転がり軸受の温度に応じて前記潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
【請求項６】
前記回転速度感応式バルブは、ニードルバルブと、
前記ニードルバルブの弁体を前記ニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、
前記回転軸の回転に伴い前記弁体に作用する遠心力によって、前記弁体を前記コイルばねの付勢力に抗して移動させ、前記回転速度感応式バルブの開度を前記回転軸の回転速度に応じて連続的に調整することを特徴とする請求項４に記載の回転軸冷却構造。
【請求項７】
前記温度感応式バルブは、ニードルバルブと、
温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成され、温度が上昇したとき前記ニードルバルブの弁体を前記ニードルバルブの流路が広まる方向に付勢する第１感熱式コイルばねと、
温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成され、温度が低下したとき前記弁体を前記流路が狭まる方向に付勢する第２感熱式コイルばねと、を備え、
前記転がり軸受の温度に応じて前記第１及び第２感熱式コイルばねを伸縮させ、前記温度感応式バルブの開度を前記転がり軸受の温度に応じて連続的に調整することを特徴とする請求項５に記載の回転軸冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受及び回転軸冷却構造に関し、より詳細には、ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等に組み込まれて、高温・高速回転条件下において使用される転がり軸受及び回転軸冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等に組み込まれて使用される転がり軸受は、高速回転する回転軸を支持するため、十分な潤滑及び冷却が必要となる。このような高速回転条件下において使用される転がり軸受の潤滑及び冷却を行うことを目的として、従来、内輪の内輪軌道溝に開口部を有する給油孔から転動体に向けて潤滑油を噴出する、所謂、アンダーレースによる潤滑が採用されている。また、高速回転によって温度上昇する回転軸を積極的に冷却することにより、高速回転を可能としたものが提案されている。
【０００３】
従来のアンダーレース潤滑を行う装置としては、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって、内輪の軸方向一端面に形成した環状溝の底部から、給油孔を介して内輪軌道面に設けられたＶ字溝へ潤滑油を供給し、Ｖ字溝の開口部と転動体との間に形成された潤滑油逃がし用の隙間から安定した量の潤滑油を転動体に向けて直接吹き付けて潤滑するようにした転がり軸受装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、転がり軸受の内部に潤滑油を供給する潤滑油噴射ノズルを備えるとともに、外輪と保持器との空隙部に向けて圧縮空気を噴射する圧縮空気噴射ノズルを設け、供給された潤滑油が外輪の軌道面に滞留することを防止して、高温・高速回転条件下において使用される転がり軸受の潤滑及び冷却を行うようにした軸受潤滑装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、内輪に設けられた給油孔に連通して回転軸に穿設された通路内に、潤滑油の流量を調節する流量調節手段を設け、軸受内部に供給される潤滑油の流量を回転軸の回転速度に応じて調節して、潤滑油の安定した供給を図った潤滑油流量調節装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、回転軸を支持する軸受の内外輪温度を測定し、測定された軸受の温度に基づいて、冷却液の温度を独立に制御することで、回転軸が高速回転して軸受が発熱した場合でも、軸受の予圧を適正範囲に抑制するようにした工作機械の回転軸装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
さらに、回転軸を支持する軸受の温度を測定する温度センサを備え、軸受の温度に応じた量の潤滑油を軸受に供給するようにした軸受装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１８２５６０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９２９７１号公報
【特許文献３】特許第３０８４３５６号公報
【特許文献４】特開２００７-９０５１８号公報
【特許文献５】特開２００８-２５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載の転がり軸受装置は、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって、開口部と転動体との間に形成された隙間から、安定して潤滑油を供給するようにしているが、回転速度の変化に伴って給油量を調整する機能を有していない。従って、高速回転時には、十分な量の潤滑油が転がり軸受に供給されずに発熱したり、低速回転時には、潤滑油の供給量が過多となったりして、潤滑油の攪拌抵抗に起因して軸受トルクが増大するなどのおそれがあった。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載の軸受潤滑装置は、内輪の回転に伴う遠心力の作用によって潤滑油が外輪に滞留することを防止し、潤滑油を効率よく循環させて潤滑効率及び冷却効率の向上を図ったものであり、回転速度の変化に伴って給油量を調整することはできない。また、軸受の外部に付帯設備を要する問題点があった。
【００１１】
また、上記特許文献３に記載の潤滑油流量調節装置は、供給する給油量を回転速度に応じて調整することが可能であるが、潤滑油流量調節装置が回転軸に配設されているので、転がり軸受と潤滑油流量調節装置との位置合わせなど、組み付けが複雑であり、改善の余地があった。
【００１２】
また、上記特許文献４及び特許文献５に記載の技術は、回転軸やハウジングに、温度センサを設置するための追加加工が必要であり、量産性に欠ける問題があった。また、回転体から測定データを外部に取り出すためには、一般的にスリップリング、テレメータ、或いは、非接触式測定器などの高価な装置が必要となり、装置が大型化すると共に、コストが増大する問題があった。
【００１３】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な機構によって、回転速度に対応して、或いは軸受温度（回転軸温度）に応じて、回転軸や転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を調整することにより、高温・高速回転条件下において、良好な潤滑及び冷却を行うことができる転がり軸受及び回転軸冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、外輪軌道溝と内輪軌道溝間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備え、アンダーレース潤滑される転がり軸受であって、内輪は、転がり軸受の内部に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整可能な給油量調整機構を備えることを特徴とする転がり軸受。
（２）給油量調整機構は、内輪軌道溝の軸方向側方に設けられる内輪外周面と内輪内周面とを連通して径方向に沿って設けられる第１給油路と、第１給油路から分岐して内輪軌道溝に連通する第２給油路と、第１給油路内に配設されるニードルバルブの弁体と、ニードルバルブの弁体を内輪内周面に向けて付勢するコイルばねと、を備えることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３）第２給油路は、径方向に異なる位置で第１給油路から分岐すると共に、複数の流路からなることを特徴とする（２）に記載の転がり軸受。
（４）転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、回転軸及び転がり軸受の少なくとも一方に設けられる潤滑油の油路に配設され、回転軸の回転速度に応じて潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
（５）転がり軸受で回動自在に支持される回転軸を、潤滑油によって冷却する回転軸冷却構造であって、回転軸及び転がり軸受の少なくとも一方に設けられる潤滑油の油路に配設され、回転軸又は転がり軸受の温度に応じて潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブを備えることを特徴とする回転軸冷却構造。
（６）回転速度感応式バルブは、ニードルバルブと、ニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、回転軸の回転に伴い弁体に作用する遠心力によって、弁体をコイルばねの付勢力に抗して移動させ、回転速度感応式バルブの開度を回転軸の回転速度に応じて連続的に調整することを特徴とする（４）に記載の回転軸冷却構造。
（７）温度感応式バルブは、ニードルバルブと、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成され、温度が上昇したときニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が広まる方向に付勢する第１感熱式コイルばねと、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成され、温度が低下したとき弁体を流路が狭まる方向に付勢する第２感熱式コイルばねと、を備え、転がり軸受の温度に応じて第１及び第２感熱式コイルばねを伸縮させ、温度感応式バルブの開度を転がり軸受の温度に応じて連続的に調整することを特徴とする（５）に記載の回転軸冷却構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の転がり軸受によれば、内輪に設けられる給油量調整機構が、転がり軸受に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて調整するため、各回転速度に応じて過不足なく潤滑油を供給すると共に、効率的に冷却することができ、高温・高速回転の条件でも良好なアンダーレース潤滑を行うことができる。
【００１６】
また、給油量調整機構は、内輪外周面に開口する第１給油路、第１給油路から分岐して内輪軌道溝に連通する第２給油路、ニードルバルブ及びコイルばねを有する回転速度感応式バルブを備えるため、低速回転時には、主に内輪外周面に潤滑油を供給して転がり軸受を潤滑し、転動体による潤滑油の攪拌抵抗を抑制して軸受トルクの低減を図り、高速回転時には、主として内輪軌道溝に潤滑油を供給して、転動体及び内輪軌道溝を十分に潤滑して潤滑不良を防止すると共に、冷却効率を向上させることができる。
【００１７】
さらに、第２給油路は、径方向に異なる位置で第１給油路から分岐し、複数の流路からなるため、回転速度に応じて流路を変更して、内輪軌道溝に供給する潤滑油の供給量を精密且つ連続的に制御し、効率的に転がり軸受の潤滑及び冷却を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の回転軸冷却構造によれば、回転軸の回転速度に応じて回転軸を冷却する潤滑油の供給量を連続的に調整する回転速度感応式バルブが油路に配設されるので、低速回転時には潤滑油の供給量を低減させて回転軸とハウジングとの温度差を略一定に保つと共に、回転軸の回転速度の上昇に伴って潤滑油の供給量を増大させて、回転軸を効率的に冷却することができる。これにより、回転軸の安定した高速回転が可能となる。
【００１９】
さらに、回転軸又は転がり軸受の温度に応じて、潤滑油の供給量を連続的に調整する温度感応式バルブが油路に配設されるので、転がり軸受の温度に応じた量の潤滑油を転がり軸受に供給することができ、転がり軸受及び回転軸を効率的に冷却して、高温・高速回転の条件でも良好な潤滑を行うことができる。
【００２０】
また、回転速度感応式バルブは、ニードルバルブと、ニードルバルブの弁体をニードルバルブの流路が狭まる方向に付勢するコイルばねと、を備え、回転軸の回転に伴い弁体に作用する遠心力によって、弁体をコイルばねの付勢力に抗して移動させ、回転速度感応式バルブの開度を回転軸の回転速度に応じて連続的に調整するようにしたので、簡単な機構で回転軸の回転速度に応じた量の潤滑油を供給することができる。
【００２１】
さらに、温度感応式バルブは、ニードルバルブと、温度に応じて伸縮する形状記憶合金で形成される第１及び第２感熱式コイルばねと、を備え、転がり軸受の温度に応じて第１及び第２感熱式コイルばねを伸縮させ、温度感応式バルブの開度を転がり軸受の温度に応じて連続的に調整するようにしたので、簡単な機構で転がり軸受の温度に応じた量の潤滑油を供給することができる。これにより、回転軸を効果的に冷却して安定した高速回転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る転がり軸受の第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】図１に示す給油量調整機構の周辺の拡大断面図ある。
【図３】内輪停止時における給油量調整機構の作用を説明するための拡大断面図である。
【図４】内輪低速回転時における給油量調整機構の作用を説明するための拡大断面図である。
【図５】内輪中速回転時における給油量調整機構の作用を説明するための拡大断面図である。
【図６】内輪高速回転時における給油量調整機構の作用を説明するための拡大断面図である。
【図７】本発明に係る転がり軸受の第２実施形態を説明するための拡大断面図である。
【図８】本発明に係る回転軸冷却構造の一実施形態を説明するための断面図である。
【図９】図８に示す回転速度感応式バルブの拡大断面図である。
【図１０】図８に示す温度感応式バルブの拡大断面図である。
【図１１】本発明に係る回転軸冷却構造の変形例を説明するための温度感応式バルブの周辺の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る転がり軸受及び回転軸冷却構造の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明に係る転がり軸受の第１実施形態について説明する。
【００２５】
本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道溝１２を有する外輪１１と、外周面に内輪軌道溝１４を有する内輪１３と、保持器１５によって回動自在に保持され、接触角αで外輪軌道溝１２及び内輪軌道溝１４に接触しながら、外輪軌道溝１２及び内輪軌道溝１４間に転動自在に配設される複数の転動体である玉１６と、を備えるアンギュラ玉軸受である。
【００２６】
転がり軸受１０は、内輪１３に給油量調整機構２０を内蔵し、回転速度に応じて潤滑油量を調整して軸受１０の内部に供給する。即ち、内輪１３から潤滑油を供給するアンダーレース潤滑方式の軸受である。
【００２７】
給油量調整機構２０は、図２に示すように、内輪１３の内輪軌道溝１４の軸方向側方に設けられる内輪外周面２１と内輪内周面２２とを連通して径方向に沿って設けられる第１給油路２３と、第１給油路２３の途中から分岐して内輪軌道溝１４に連通する第２給油路２７と、テーパ穴２４内に嵌装されるテーパ状の弁体３０と、テーパ穴２４の底面と弁体３０との間に配置され、弁体３０を内輪内周面２２に向けて常時付勢するコイルばね３１と、を備える。なお、本実施形態では、第１給油路２３、弁体３０及びコイルばね３１により回転速度感応式のニードルバルブが構成される。
【００２８】
第１給油路２３は、内輪内周面２２側から内輪外周面２１側に向かうに従って次第に穴径が細くなるテーパ穴２４と、内輪外周面２１に開口すると共にテーパ穴２４に連通するストレート穴２５と、から構成される。
【００２９】
第２給油路２７は、第１給油路２３に対する傾斜角βが１５°〜７５°で傾斜し、テーパ穴２４の途中から分岐して、内輪軌道溝１４に開口する。第２給油路２７の穴径は、第１給油路２３のストレート穴２５の穴径の２０〜８０％に設定される。また、第２給油路２７は、内輪軌道溝１４に開口するが、その開口は、内輪軌道溝１４と玉１６との接触点Ｐの反対側に配置される（図１参照）ので、第２給油路２７が内輪１３の剛性に与える影響は殆どない。
【００３０】
なお、給油量調整機構２０は、１つでもよいが、給油量調整機構２０の設置による重心位置の変化（バランス不良）を防止するため、周方向に等間隔で複数設ける方が好ましい。また、同様の理由から、弁体３０は、軽金属や樹脂などの軽量素材で成形する方が好ましい。
【００３１】
本実施形態の転がり軸受１０の作用について図３〜図６を参照して説明する。なお、潤滑油は、潤滑油供給装置から不図示の回転軸の給油穴を介して、内輪内周面２２側から第１給油路２３に供給されるものとする。
【００３２】
まず、図３に示すように、内輪１３が停止しているとき、弁体３０は、遠心力が作用していないので、コイルばね３１のばね力によって内輪内周面２２側に位置している。
【００３３】
次に、内輪１３が低速で回転すると、図４に示すように、弁体３０は、遠心力によって径方向外方（図中上方）に移動し、自重及びコイルばね３１のばね力と、弁体３０に作用する遠心力とがバランスする位置に移動する。これにより、テーパ穴２４の内面及び弁体３０の外面間には、比較的大きな環状隙間Ｃが形成される。
【００３４】
この時、潤滑油供給装置から第１給油路２３に供給された潤滑油は、テーパ穴２４及び弁体３０間の環状隙間Ｃを介して弁体３０より下流側の空間に流入し、主として、第２給油路２７よりも相対的に穴径の大きなストレート穴２５から内輪外周面２１に供給される。
【００３５】
内輪外周面２１に供給された潤滑油の一部は、内輪外周面２１に沿って内輪軌道溝１４に供給されて内輪軌道溝１４と玉１６とを潤滑する。従って、過剰な潤滑油が内輪軌道溝１４に供給されることがなく、玉１６による潤滑油の攪拌抵抗が抑制されて、軸受トルクを低減することができる。
【００３６】
次に、内輪１３が中速で回転すると、図５に示すように、弁体３０に作用する遠心力が回転速度に応じて大きくなり、弁体３０は、自重及びコイルばね３１のばね力に抗して更に径方向外方に移動する。これにより、テーパ穴２４及び弁体３０間の環状隙間Ｃが狭められる共に、弁体３０と分岐点側の第２給油路２７の開口との重なりが少なくなるので、ストレート穴２５から内輪外周面２１に供給される潤滑油量が減少し、第２給油路２７から内輪軌道溝１４に供給される潤滑油量が増大する。
【００３７】
次に、内輪１３が高速で回転すると、図６に示すように、弁体３０に作用する遠心力が更に大きくなり、弁体３０は、自重及びコイルばね３１のばね力に抗して更に径方向外方に移動する。これにより、テーパ穴２４及び弁体３０間の環状隙間Ｃが更に狭められる共に、弁体３０と分岐点側の第２給油路２７の開口との重なりが更に少なくなるので、ストレート穴２５から内輪外周面２１に供給される潤滑油量が極小となり、主として第２給油路２７から内輪軌道溝１４に潤滑油が供給される。
【００３８】
この時、ストレート穴２５から内輪外周面２１に供給された潤滑油は、潤滑油に作用する遠心力によって外輪１１側に飛ばされてしまうが、弁体３０によって、内輪１３の回転速度に応じて供給量が調整（増大）された潤滑油が、第２給油路２７から内輪軌道溝１４に供給されるので、内輪軌道溝１４及び玉１６の潤滑不足が防止されると共に、転がり軸受１０が効率的に冷却される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、内輪１３に設けられる給油量調整機構２０が、転がり軸受１０に供給する潤滑油の供給量を回転速度に応じて連続的に調整するので、各回転速度に応じて過不足なく潤滑油を供給すると共に、効率的に冷却することができる。
【００４０】
このように構成された転がり軸受１０は、回転数２４０００ｒｐｍ以上、ｄｍｎ値３００万以上の条件の回転軸に適用可能であり、例えば、ガスタービン、ジェットエンジン、工作機械、及び自動車のターボチャージャー等の高温・高速回転条件下で使用される転がり軸受に好適である。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明に係る転がり軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【００４２】
本実施形態の転がり軸受１０は、図７に示すように、第２給油路２７を構成する３つの流路３５，３６，３７を備える。それぞれの流路３５，３６，３７は、第１給油路２３（テーパ穴２４）内の径方向に異なる位置から分岐し、内輪軌道溝１４にそれぞれ開口する。また、流路３５，３６，３７の開口は、いずれも、内輪軌道溝１４と玉１６との接触点Ｐの反対側に配置される（図１参照）。
【００４３】
また、本実施形態では、流路３５，３６，３７は、流路３５の穴径をｄ１、流路３６の穴径をｄ２、流路３７の穴径をｄ３とすると、穴径ｄ１＞穴径ｄ２＞穴径ｄ３となるように設定されることが好ましい。
【００４４】
そして、内輪１３が回転すると、弁体３０は、回転速度に応じて自重及びコイルばね３１のばね力に抗して図中上方に移動する。これにより、テーパ穴２４及び弁体３０間の環状隙間Ｃが狭められると共に、弁体３０が通過した流路３５，３６，３７が順次開放されるので、ストレート穴２５から内輪外周面２１に供給される潤滑油量が減少し、流路３５，３６，３７から内輪軌道溝１４に供給される潤滑油量が順次増大する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、第２給油路２７は、径方向に異なる位置で第１給油路２３から分岐し、穴径が互いに異なる複数の流路３５，３６，３７からなるため、回転速度に応じて流路３５，３６，３７を変更して、内輪軌道溝１４に供給する潤滑油の供給量を精密且つ連続的に制御し、効率的に転がり軸受１０の潤滑及び冷却を行うことができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００４６】
次に、図８〜図１１を参照して、本発明に係る回転軸冷却構造の一実施形態について説明する。
【００４７】
本実施形態の回転軸冷却構造４０は、図８に示すように、一対の転がり軸受６０によって両端が回転自在に支持される回転軸４１と、回転速度感応式バルブ７０と、温度感応式バルブ８０と、を備える。なお、図８中の符号６１は外輪、６３は内輪、６５は保持器、６６は玉（転動体）である。
【００４８】
回転軸４１は、インナーシャフト４２と、インナーシャフト４２に外嵌されるミドルシャフト４３と、ミドルシャフト４３に外嵌されるアウターシャフト４４と、を備える３重構造の軸である。アウターシャフト４４の両端部は、一対の転がり軸受６０によってハウジング９０に対して回転自在に支持されている。
【００４９】
インナーシャフト４２には、一方の端面から給油穴４５が軸方向に形成されており、給油穴４５は、径方向に形成される第１径方向給油路（油路）４６によってインナーシャフト４２の外周面に連通している。また、他方の端面からは、第１排油穴４７が軸方向に形成されており、この第１排油穴４７は、径方向に形成される第２径方向給油路４８及び第３径方向給油路（油路）４９によってインナーシャフト４２の外周面に連通している。第３径方向給油路４９は、第１排油穴４７から転がり軸受６０に給油するための分岐路として機能する。第１径方向給油路４６の外周面開口部と、第２径方向給油路４８の外周面開口部とは、インナーシャフト４２の外周面に形成される螺旋溝５０によって連通する。
【００５０】
螺旋溝５０は、この螺旋溝５０内を流れる潤滑油によってインナーシャフト４２及びミドルシャフト４３、換言すれば、回転軸４１を冷却する冷却機構として作用する。なお、インナーシャフト４２の外周面に螺旋状に形成される螺旋溝５０の冷却効果は、例えば、中空軸による冷却効果よりも高いが、冷却機構は螺旋溝５０に限定されず、任意の形態が可能である。
【００５１】
ミドルシャフト４３は、インナーシャフト４２に外嵌すると共に、アウターシャフト４４に内嵌する円筒状に形成されており、軸方向一方の端面からは、第３径方向給油路４９と、ミドルシャフト４３の軸方向略中間部の外周面に形成される円周溝状の油溜まり５２と、を連通させる給油穴５１が軸方向に形成されている。また、ミドルシャフト４３の外周面には、それぞれの転がり軸受６０に対応する位置に円周溝５３が形成され、この円周溝５３は、ミドルシャフト４３の外周面とアウターシャフト４４の内周面間に形成される隙間５４を介して油溜まり５２に連通する。また、第３径方向給油路４９は、インナーシャフト４２の第１排油穴４７とミドルシャフト４３の給油穴５１とを連通する。
【００５２】
アウターシャフト４４は、その内外周面を連通するように径方向に形成される径方向給油路（油路）５５を備え、この径方向給油路５５は、ミドルシャフト４３の円周溝５３と転がり軸受６０の内輪６３に形成される径方向給油路５６（油路）とを連通する。また、アウターシャフト４４の端面には、インナーシャフト４２の第１排油穴４７と連通する第２排油穴（油路）５７が形成されている。
【００５３】
そして、本実施形態では、図８に示すように、回転速度感応式バルブ７０は、インナーシャフト４２の第１径方向給油路４６、アウターシャフト４４の径方向給油路５５、及び内輪６３の径方向給油路５６に配設され、温度感応式バルブ８０は、アウターシャフト４４の第２排油穴５７及びインナーシャフト４２の第３径方向給油路４９に配設されている。なお、回転速度感応式バルブ７０及び温度感応式バルブ８０の配置位置は、上記の位置に限定されない。例えば、回転速度感応式バルブ７０は、インナーシャフト４２の第３径方向給油路４９に配設されてもよく、温度感応式バルブ８０は、内輪６３の径方向給油路５６に配設されてもよい。
【００５４】
回転速度感応式バルブ７０は、図９に示すように、給油路４６と一体に形成される流路７１と、流路７１のテーパ穴７２内に嵌装されるテーパ状の弁体７４と、を有するニードルバルブと、テーパ穴７２の底面と弁体７４との間に配置され、弁体７４をテーパ穴７２の底面側に向けて常時付勢するコイルばね（引っ張りコイルばね）７５と、を備える。流路７１は、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が太くなるテーパ穴７２と、テーパ穴７２と内径側流路（図示では給油穴４５）とを連通させるストレート穴７３と、から構成される。また、回転速度感応式バルブ７０は、給油路５５，５６にも同様に配設されている。
【００５５】
このように構成された回転速度感応式バルブ７０では、回転軸４１の回転に伴って回転速度感応式バルブ７０が回転すると、弁体７４が遠心力によって径方向外方（図９の上方）に移動し、自重及びコイルばね７５のばね力と、弁体７４に作用する遠心力とがバランスする位置で停止する。即ち、回転速度感応式バルブ７０の開度は、回転軸４１の回転速度に応じて連続的に調整され、回転速度が増加するに伴って大きくなり、回転速度が低下するに伴って小さくなる。従って、潤滑油の供給量は、回転速度が増加するに伴って増大し、回転速度が低下するに伴って減少する。
【００５６】
温度感応式バルブ８０は、図１０に示すように、給油路４９と一体に形成される流路８１と、流路８１のテーパ穴８２内に嵌装されるテーパ状の弁体８４と、を有するニードルバルブと、テーパ穴８２の底面と弁体８４との間に配置され、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成される第１感熱式コイルばね８５と、テーパ穴８２の開口側と弁体８４との間に配置され、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成される第２感熱式コイルばね８６と、を備える。流路８１は、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が太くなるテーパ穴８２と、テーパ穴８２と内径側流路（図示では第１排油穴４７）とを連通させるストレート穴８３と、から構成される。また、温度感応式バルブ８０は、第２排油穴５７にも同様に配設されており、この場合、第１感熱式コイルばね８５と第２感熱式コイルばね８６が逆に配置されている。なお、第１感熱式コイルばね８５及び第２感熱式コイルばね８６は少なくとも一方であってもよい。
【００５７】
このように構成された温度感応式バルブ８０では、回転軸４１が高速回転して、転がり軸受６０の発熱によって回転軸４１の温度が上昇すると、温度感応式バルブ８０の温度も上昇する。これにより、第１感熱式コイルばね８５が伸長すると共に、第２感熱式コイルばね８６が縮長するので、弁体８４は第１感熱式コイルばね８５と第２感熱式コイルばね８６とのばね力がバランスする位置に移動して停止する。即ち、温度感応式バルブ８０の開度は、温度感応式バルブ８０の温度、換言すれば、回転軸４１の温度に応じて連続的に調整され、温度が上昇するに伴って大きくなり、温度が低下するに伴って小さくなる。従って、潤滑油の供給量は、温度が上昇するに伴って増大し、温度が低下するに伴って減少する。また、第２排油穴５７に配設される温度感応式バルブ８０では、第１感熱式コイルばね８５と第２感熱式コイルばね８６が逆に配置されるため、その動作は、上記した給油路４９に配設される温度感応式バルブ８０の動作とは逆になる。
【００５８】
以下に、本実施形態の回転軸冷却構造４０の作用について説明する。なお、潤滑油は、不図示の潤滑油供給装置からインナーシャフト４２の給油穴４５に供給され、転がり軸受６０の潤滑に使用されなかった潤滑油は、インナーシャフト４２の第１排油穴４７及びアウターシャフト４４の第２排油穴５７から潤滑油供給装置に返送されるものとする。
【００５９】
回転軸４１の回転速度が低速の場合、回転軸４１の温度は低温であり、温度感応式バルブ８０よりも回転速度感応式バルブ７０が主として作用する。即ち、低速回転時においては、回転速度感応式バルブ７０の弁体７４に作用する遠心力は小さく、回転速度感応式バルブ７０の開度が小さい。これにより、給油穴４５に供給された潤滑油は、回転速度感応式バルブ７０によって流量が絞られて、少量の潤滑油が第１径方向給油路４６から螺旋溝５０に供給される。従って、潤滑油による回転軸４１（インナーシャフト４２）の冷却効果は大きくない。一方、低速回転時における転がり軸受６０の発熱は少ないので、これにより、回転軸４１の温度は、略一定に保たれる。
【００６０】
この時、回転軸４１の温度は低いので、第３径方向給油路４９に配設された温度感応式バルブ８０の開度が小さく、螺旋溝５０から第１排油穴４７に供給された潤滑油は、その一部が温度感応式バルブ８０を介して転がり軸受６０に供給され、残りの大部分は第２排油穴５７に配設された温度感応式バルブ８０を介して潤滑油供給装置に返送される。このように、転がり軸受６０に少量の潤滑油を供給することで、転がり軸受６０を適度に冷却すると共に、潤滑油の撹拌抵抗を抑制して軸受トルクを低減することができる。
【００６１】
一方、回転軸４１が高速回転する場合、転がり軸受６０の発熱が大きくなり、回転軸４１の温度が上昇するので、第３径方向給油路４９に配設された温度感応式バルブ８０の開度が温度に応じて大きくなる。また、回転速度感応式バルブ７０の弁体７４に作用する遠心力が大きくなるので、回転速度感応式バルブ７０の開度が回転速度に応じて大きくなる。従って、回転速度感応式バルブ７０を介して第１径方向給油路４６から螺旋溝５０に供給される潤滑油の流量が増大してインナーシャフト４２（回転軸４１）を効果的に冷却する。
【００６２】
また、螺旋溝５０から第２径方向給油路４８を通り第１排油穴４７に供給された潤滑油は、回転軸４１の温度上昇に伴って開度が大きくなった温度感応式バルブ８０を介して、比較的多量（回転軸４１の温度に対応する量）の潤滑油が、給油穴５１に供給され、給油穴５１に供給された潤滑油は、油溜まり５２、隙間５４、円周溝５３、径方向給油路５５、及び径方向給油路５６を通って、転がり軸受６０に供給される。また、転がり軸受６０に供給される潤滑油の流量は、アウターシャフト４４の径方向給油路５５、及び内輪６３の径方向給油路５６に配設される回転速度感応式バルブ７０によっても調整される。
【００６３】
これにより、転がり軸受６０を適正に潤滑すると共に冷却して、内輪６３の温度がハウジング９０の温度より高温になったときに生じる軸受隙間の減少を最小限に抑制して、転がり軸受６０の予圧を適正範囲に維持することができる。
【００６４】
また、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、内輪６３の径方向給油路５６に、回転速度感応式バルブ７０の代わりに、温度感応式バルブ８０が配設されていてもよい。
【００６５】
本変形例では、温度感応式バルブ８０は、図１１に示すように、内輪６３の径方向給油路５６と一体に形成される第１流路８１と、第１流路８１の中間部から分岐して内輪軌道溝６４に開口する第２流路８７と、第１流路８１のテーパ穴８２内に嵌装されるテーパ状の弁体８４と、を有するニードルバルブと、テーパ穴８２の底面と弁体８４との間に配置され、温度が上昇したとき伸長し、温度が低下したとき縮長する形状記憶合金で形成される第１感熱式コイルばね８５と、テーパ穴８２の開口側と弁体８４との間に配置され、温度が上昇したとき縮長し、温度が低下したとき伸長する形状記憶合金で形成される第２感熱式コイルばね８６と、を備える。第１流路８１は、内径側流路（図示では径方向給油路５５）と連通し、内径側から外径側に向かうに従って次第に穴径が細くなるテーパ穴８２と、テーパ穴８２と内輪外周面６３ａとを連通させるストレート穴８３と、から構成される。
【００６６】
このように構成された回転軸冷却構造４０では、一対の転がり軸受６０の一方に大きな負荷が作用し、或いは、いずれか一方の転がり軸受６０に供給される潤滑油の量が少ないなど、それぞれの転がり軸受６０の運転条件が異なると、転がり軸受６０の温度が異なった値となる。このような場合、温度が高い側の温度感応式バルブ８０は、バルブの開度が大きくなって多くの潤滑油を供給し、転がり軸受６０を潤滑すると共に冷却する。一方、温度が低い側の温度感応式バルブ８０は、バルブの開度が小さくなって潤滑油の供給量を絞る。この結果、一対の転がり軸受６０間の温度差が解消されて良好な潤滑が行われる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の回転軸冷却構造４０によれば、特に、工作機械、ガスタービン、ジェットエンジン、及び自動車のターボチャージャー等の高温・高速回転条件下で使用される回転軸４１において、回転軸４１の回転速度の上昇に伴って潤滑油の供給量を連続的に調整し、回転軸４１を効果的に冷却すると共に、転がり軸受６０を潤滑する。また、回転軸４１の温度上昇に伴って、潤滑油の供給量を連続的に調整して転がり軸受６０を冷却し、転がり軸受６０の予圧を適正範囲に抑制することができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、給油量調整機構２０は、弁体３０とコイルばね３１とからなる構造として説明したが、これに限定されるものではなく、回転速度に応じて潤滑油の供給量を調整可能なものであればよく、例えば、電磁バルブなどを用いることができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、弁体７４とコイルばね（引っ張りコイルばね）７５とで回転速度感応式バルブ７０を構成し、弁体８４と温度に応じて伸縮する形状記憶合金で形成される第１及び第２感熱式コイルばね８５、８６とで温度感応式バルブ８０を構成したが、これに限定されず、回転速度又は温度によって潤滑油の流量及び流路を連続的に切り換え可能な構造であればよく、例えば、電磁バルブや形状記憶合金製バルブなどを用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０    転がり軸受（アンギュラ玉軸受）
１１    外輪
１２    外輪軌道溝
１３    内輪
１４    内輪軌道溝
１６    玉（転動体）
２０    給油量調整機構
２１    内輪外周面
２２    内輪内周面
２３    第１給油路
２７    第２給油路
３０    弁体
３１    コイルばね
３５，３６，３７    流路
ｄ１，ｄ２，ｄ３    穴径
４０    回転軸冷却構造
４１    回転軸
４２    インナーシャフト
４３    ミドルシャフト
４４    アウターシャフト
４６    第１径方向給油路（油路）
４８    第２径方向給油路
４９    第３径方向給油路（油路）
５０    螺旋溝
５５    径方向給油路（油路）
５６    径方向給油路（油路）
５７    第２排油穴（油路）
６０    転がり軸受
７０    回転速度感応式バルブ
７１    流路
７４    弁体
７５    コイルばね（引っ張りコイルばね）
８０    温度感応式バルブ
８１    流路
８４    弁体
８５    第１感熱式コイルばね
８６    第２感熱式コイルばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010216651.tif 000008
【図７】
2010216651.tif 000009
【図８】
2010216651.tif 000010
【図９】
2010216651.tif 000011
【図１０】
2010216651.tif 000012
【図１１】
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