(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの内側に配置される回転軸と、前記軸受ハウジングと前記回転軸との間に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、を備える軸受装置であって、
前記転がり軸受は、前記軸受ハウジングに内嵌される外輪と、複数の転動体と、複数の前記転動体を保持する円環状の保持器と、を有し、
前記軸受ハウジングの熱膨張係数は、前記外輪の熱膨張係数より大きく、
前記保持器は、円環状の内径側と外径側とを連通する潤滑油供給孔が形成され、
前記潤滑油供給孔は、前記外径側の開口部における前記潤滑油供給孔の軸線方向が、前記外輪の両端面より外側の前記軸受ハウジングに向けられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記外輪の材料は、鉄系金属材料であり、
前記軸受ハウジングの材料は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記保持器は、軸方向端部の外周面に、周方向に沿って形成された潤滑油反射溝を有し、前記潤滑油反射溝の溝内に、前記潤滑油供給孔の外径側の前記開口部が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記軸受ハウジングの側方に、前記転がり軸受の側面を臨んで配置される潤滑油吐出ノズルを有し、前記潤滑油吐出ノズルから、前記保持器と前記回転軸との間の前記転動体の転がり接触面に向けて潤滑油を供給する潤滑油供給部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の軸受装置。
【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】
転がり軸受の外輪を支持する軸受ハウジングには、軽量化のために比重の小さい非鉄金属材料が使用されることがある。これらの非鉄金属材料の熱膨張係数は、一般的な鉄系の軸受材料の熱膨張係数より大きい。軸受周辺の温度と、回転により発熱する軸受内部との温度差が大きい場合には、軸受ハウジングと外輪との間の締め代が大きくなる。そのため、軸受内部すきまが詰まり、軸受回転時に焼付きを生じる虞がある。
【０００３】
例えば、航空機用のギアボックスにおいては、アルミニウムやマグネシウムがハウジングの材料として標準的に使用されている。このギアボックスの定格運転時においては、ギアボックス内の温度は１００〜２００℃程度となる。一方で、冬の寒冷地で駐機した場合、ギアボックス内の温度はマイナス数十℃にも達する。定格運転時（高温時）に適正なラジアルすきま、つまり、適正な嵌め合い状態となるように転がり軸受を設定すると、上記した低温環境下で運転開始した際に、軸受内部すきまが減少する。すなわち、低温環境下で運転開始すると、転がり軸受内が摩擦により徐々に昇温するが、軸受ハウジングは、転がり軸受の昇温速度よりも遅く温度上昇する。すると、転がり軸受の外輪と軸受ハウジングとの温度差が大きくなり、その結果、熱膨張率差によって外輪と軸受ハウジングとの嵌め合いが締まり、軸受内部すきまが減少する。
【０００４】
このような低温環境下でエンジンをスタートさせたときに、軸受ハウジングが十分に温まっていない状態で軸受の回転速度を上げた場合、すきまの詰まり（負すきま）によって、軸受に焼付き損傷が生じる虞がある。
この焼付き損傷を防ぐためには、十分な暖気運転を行い、軸受ハウジングの温度が上昇した後に軸受回転速度を上げればよい。しかし、その場合には、長時間の暖気運転により燃料を余分に消費し、運用コストが増え、環境への負荷も増大する。暖気運転の代わりにハウジング内にヒータを設置して軸受ハウジングを予熱することも可能であるが、ハウジング構造の複雑化や重量増加等を招くことになる。
そこで、上記のような熱膨張係数に起因する負すきまの発生を回避する技術（例えば特許文献１参照）や、軸受内で潤滑油を供給、攪拌する技術（例えば特許文献２，３参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０２６８２号公報
【特許文献２】特開２００３−５６５７６号公報
【特許文献３】特開２００６−３２２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、内輪の材質をセラミック等の熱膨張係数の低いものに変更して、運転時の負すきまの発生を解消している。しかし、軸受材質は熱膨張係数のみで決定されるものではなく、軸受の適用箇所によっては靱性に劣るセラミックの採用が難しい場合がある。
また、特許文献２においては、軸受保持器に、潤滑油を軸受内部へ供給するための供給孔を設けた構造が提案され、特許文献３においては、保持器の形状を工夫して、軸受回転時に潤滑油が攪拌されるようにした構造が提案されている。しかし、これらの技術は、潤滑油を軸受内部に効率良く供給することや、限られたスペースで十分な潤滑を行うことを目的としており、軸受ハウジングと外輪との負すきまを軽減するものではない。
【０００７】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、転がり軸受の外輪を熱膨張係数の大きな軸受ハウジングに内嵌させた構成であっても、低温環境下で回転駆動を開始した際、負すきまの発生により軸受が損傷を受けることを防止できる軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は下記構成からなる。
（１）軸受ハウジングと、該軸受ハウジングの内側に配置される回転軸と、前記軸受ハウジングと前記回転軸との間に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する転がり軸受と、を備える軸受装置であって、
前記転がり軸受は、前記軸受ハウジングに内嵌される外輪と、複数の転動体と、複数の前記転動体を保持する円環状の保持器と、を有し、
前記軸受ハウジングの熱膨張係数は、前記外輪の熱膨張係数より大きく、
前記保持器は、円環状の内径側と外径側とを連通する潤滑油供給孔が形成され、
前記潤滑油供給孔は、前記外径側の開口部における前記潤滑油供給孔の軸線方向が、前記外輪の両端面より外側の前記軸受ハウジングに向けられていることを特徴とする軸受装置。
（２）前記外輪の材料は、鉄系金属材料であり、
前記軸受ハウジングの材料は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金であることを特徴とする（１）に記載の軸受装置。
（３）前記保持器は、軸方向端部の外周面に、周方向に沿って形成された潤滑油反射溝を有し、前記潤滑油反射溝の溝内に、前記潤滑油供給孔の外径側の前記開口部が形成されたことを特徴とする（１）又は（２）に記載の軸受装置。
（４）前記軸受ハウジングの側方に、前記転がり軸受の側面を臨んで配置される潤滑油吐出ノズルを有し、前記潤滑油吐出ノズルから、前記保持器と前記回転軸との間の前記転動体の転がり接触面に向けて潤滑油を供給する潤滑油供給部を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の軸受装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、転がり軸受の外輪を熱膨張係数の大きな軸受ハウジングに内嵌させた構成であっても、低温環境下で回転駆動を開始した際、負すきまの発生により軸受が損傷を受けることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図で、第１構成例の軸受装置の一部断面図である。
【図２】図１に示す軸受装置の一部拡大断面図である。
【図３】第２構成例の軸受装置の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１構成例＞
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、第１構成例の軸受装置の一部断面図である。
軸受装置１００は、軸受ハウジング１１と、軸受ハウジング１１の内側に配置される回転軸１３と、軸受ハウジング１１と回転軸１３との間に設けられ、回転軸１３を回転可能に支持する転がり軸受１５と、を備える。
【００１２】
転がり軸受１５は、内周面に外輪軌道面１７を有する外輪１９と、外周面に内輪軌道面２１を有する内輪２３と、外輪軌道面１７と内輪軌道面２１との間に配置される複数のころ（転動体）２５と、複数のころ２５を保持する円環状の保持器２７とを有する。本構成の転がり軸受１５は、内輪案内方式の保持器２７が用いられる。
【００１３】
軸受ハウジング１１は、転がり軸受１５の外輪１９が内嵌される環状溝２９を有する。環状溝２９の軸方向一端部には、溝底面から径方向内側に突出して、外輪１９の端面が当接する突き当て部３１が形成される。
【００１４】
回転軸１３は、内輪２３が外嵌される内輪固定面３３と、内輪２３の端面が当接する段部３５とを有する。内輪２３の段部３５側とは軸方向反対側の端面には、スペーサ３７を介して止め具３９が設けられる。止め具３９は、回転軸１３の外径面に形成された雄ねじ部４１に螺合して、内輪２３を回転軸１３に固定する。
【００１５】
また、軸受ハウジング１１の転がり軸受１５が挿入される側方には、潤滑油供給部４３が配置される。潤滑油供給部４３には、転がり軸受１５の側面を臨んで潤滑油吐出ノズル４５が配置される。
【００１６】
潤滑油供給部４３は、図示しない潤滑油ポンプから送油される潤滑油を、潤滑油吐出ノズル４５から転がり軸受１５の転がり接触面に向けて吐出する。潤滑油吐出ノズル４５の向きは、転がり軸受１５の片側端面における内輪２３と保持器２７との間に向けて潤滑油が吐出されるように調整される。
【００１７】
なお、本明細書では、転がり軸受１５の潤滑油供給部４３が配置される側を軸方向外側、軸受ハウジング１１の突き当て部３１や回転軸１３の段部３５が配置される側を軸方向内側と称する。
【００１８】
転がり軸受１５の外輪１９及び内輪２３は、軸受鋼（例えば、JIS G 4805:2008 高炭素クロム軸受鋼鋼材）等の鉄系金属材料からなる。
【００１９】
軸受ハウジング１１は、転がり軸受１５の材質である鉄系材料よりも比重の小さい非鉄金属材料からなる。軸受ハウジング１１の材料に比重の小さい非鉄金属材料を用いることで、軸受装置１００の軽量化に寄与できる。この非鉄金属材料としては、アルミニウム合金又はマグネシウム合金が挙げられる。
【００２０】
具体的には、アルミニウム合金として、１０００系、２０００系（Ａｌ−Ｃｕ系合金）、３０００系（Ａｌ−Ｍｎ系合金）、４０００系（Ａｌ−Ｓｉ系合金）、５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系合金）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金）、７０００系（Ａｌ−Ｚｒ−Ｍｇ系合金）等が一例として挙げられる。また、マグネシウム合金として、Ｍｇ−Ａｌ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−希土類元素系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金等が一例として挙げられる。
【００２１】
上記の軸受ハウジング１１に用いられる非鉄金属材料の熱膨張係数は、いずれも外輪１９の熱膨張係数よりも大きい。つまり、軸受ハウジング１１の熱膨張係数は外輪１９の熱膨張係数より大きい。
【００２２】
一般に、外輪１９と軸受ハウジング１１とのラジアルすきまは、回転軸１３の定格運転時に適正となるすきまに設定される。そのため、軸受装置１００の周囲温度が、定格運転時の軸受雰囲気の温度（例えば、１００〜２００℃程度）から低下する程、熱膨張係数の差によってラジアルすきまが減少する。
【００２３】
例えば、マイナス数十℃の低温環境で回転軸１３の回転駆動をスタートし、軸受ハウジング１１が十分に温まるまでの間、外輪１９と軸受ハウジング１１との嵌め合いは、軸受内部すきまが減少した締まった状態になる。この状態で回転軸１３の回転を増速させると、軸受に焼付き損傷を生じさせることがある。
【００２４】
そこで、本構成の軸受装置１００は、上記損傷の防止のため、転がり軸受１５の保持器２７に、円環状の内径側と外径側とを連通する潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂを形成している。
【００２５】
図２は図１に示す軸受装置の一部拡大断面図である。
保持器２７は、内輪軌道面２１の軸方向両脇の内輪外周面５３Ａ，５３Ｂに当接して案内される。潤滑油供給孔５１Ａは、内輪外周面５３Ａに当接する保持器２７の内径側の案内面５５Ａと、外径側の保持器外周面５７Ａとを貫通して形成される。同様に潤滑油供給孔５１Ｂは、内輪外周面５３Ｂに当接する案内面５５Ｂと、外径側の保持器外周面５７Ｂとを貫通して形成される。これにより、潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂは、保持器２７の内径側と外径側とを連通する。
【００２６】
潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂは、それぞれ転がり軸受１５の径方向から所定角度θだけ軸方向に傾斜して形成される。潤滑油供給孔５１Ａは軸方向外側に向けて傾斜し、潤滑油供給孔５１Ｂは軸方向内側に向けて傾斜している。
【００２７】
そして、保持器外径側の開口部６１Ａにおける潤滑油供給孔５１Ａの軸線方向は、外輪１９の端面６３Ａより軸方向外側の軸受ハウジング１１の領域６５Ａに向けられる。また、保持器外径側の開口部６１Ｂにおける潤滑油供給孔５１Ｂの軸線方向は、外輪１９の端面６３Ｂより軸方向内側の軸受ハウジング１１の領域６５Ｂに向けられる。つまり、開口部６１Ａ，６１Ｂにおける潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂの軸線方向は、外輪１９の両端面６３Ａ，６３Ｂより外側の軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに向けられる。
【００２８】
上記構成の軸受装置１００によれば、図１に示す潤滑油供給部４３の潤滑油吐出ノズル４５から噴射された潤滑油が、保持器２７と内輪２３の軸方向外側の各端面に吹き付けられる。また、回転軸１３は回転駆動され、保持器２７がころ２５の回転に伴って従動回転する。
【００２９】
上記各端面に付着した潤滑油は、保持器２７と内輪２３とが相対回転することで、案内面５５Ａと内輪外周面５３Ａとの隙間に供給される。この隙間に供給された潤滑油は、内輪軌道面２１，外輪軌道面１７、及び保持器２７の案内面５５Ｂと内輪２３の内輪外周面５３Ｂとの間へと供給される。
【００３０】
こうして転がり軸受１５内に供給された潤滑油は、ころ２５が外輪軌道面１７と内輪軌道面２１との間で転がり運動することで、油温が上昇する。
【００３１】
また、転がり軸受１５内に供給された潤滑油は、保持器２７の回転により生じる遠心力によって、転がり軸受１５の外径側へ流動する。その際、保持器２７の案内面５５Ａと内輪外周面５３Ａとの隙間の潤滑油と、案内面５５Ｂと内輪外周面５３Ｂとの隙間の潤滑油は、それぞれ潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂを通じて保持器２７の内径側から外径側へ送られる。
【００３２】
つまり、保持器２７が回転することによって、潤滑油が潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂの開口部６１Ａ，６１Ｂから、軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに向けて噴射される。
【００３３】
領域６５Ａ，６５Ｂに噴射される潤滑油は、軸受内部で油温が上昇している。そのため、軸受ハウジング１１は、吹き付けられた潤滑油からの熱伝達を受けて昇温する。特に、軸受装置１００が低温環境下にある場合には、軸受ハウジング１１の昇温速度は、軸受ハウジング１１が、ころ２５が接する外輪１９を通じて熱伝達されるだけの場合よりも格段に速くなる。
【００３４】
低温環境下で軸受装置１００が運転開始した場合、最初は軸受ハウジング１１と外輪１９との温度は略等しいが、軸受回転に伴って軸受内部の温度が上昇する。すると、軸受ハウジング１１と外輪１９との熱膨張係数の違いにより、軸受内部の温度上昇に伴う嵌め合いの締め代が大きくなり、軸受内部すきまが詰まった状態（負すきまの状態）になる。
【００３５】
本構成の軸受装置１００は、運転開始後に軸受回転によって昇温した潤滑油が、軸受ハウジング１１に吹き付けられる。これにより、軸受ハウジング１１の温度は、迅速に上昇し、軸受回転により昇温する軸受内部の外輪軌道面１７，内輪軌道面２１，ころ２５，保持器２７の温度上昇にいち早く追従する。これにより、軸受ハウジング１１と外輪１９との温度差が小さくなり、嵌め合いの締まり代が小さくなる。その結果、低温環境下で負すきまが増大したままでの運転が回避され、軸受に焼付き損傷等が生じることを未然に防止できる。
【００３６】
軸受ハウジング１１と外輪１９との温度差は、暖気運転で低減できるが、本構成によれば、大きな温度差が発生しにくく、且つ、温度差を生じる期間が短縮される。そのため、軸受の負担が軽減され、暖気運転時間も短縮できる。また、軸受ハウジング１１にヒータ等を設ける必要がないため、軸受ハウジング１１の構造の複雑化や重量増加も回避できる。これにより、軸受ハウジング１１をアルミニウム合金又はマグネシウム合金等の非鉄金属材料で作製しても、熱膨張係数の違いによる影響が軸受装置１００に及ばなくなる。
【００３７】
＜第２構成例＞
図３に第２構成例の軸受装置の一部拡大断面図を示す。
本構成の軸受装置２００は、転がり軸受１６が外輪案内方式の保持器２８を用い、外輪２０が環状部材７１によって軸受ハウジング１１に抜け止めされていること以外は、前述の図１，２に示す軸受装置１００と同様の構成である。そのため、同一の部材に対しては同一の符号を付与することで、その説明を簡略化、又は省略する。
【００３８】
転がり軸受１６の保持器２８は、外輪軌道面１７の軸方向両脇の外輪外周面７３Ａ，７３Ｂに当接する案内面５５Ａ，５５Ｂを有する。これらの案内面５５Ａ，５５Ｂによって、保持器２８が外輪２０に案内される。
【００３９】
保持器２８には、内径側と外径側とを連通する潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂが、それぞれ傾斜して形成される。また、保持器２８は、軸方向端部の外周面に、周方向に沿って形成された潤滑油反射溝７５Ａ，７５Ｂを有する。これら潤滑油反射溝７５Ａ，７５Ｂの溝内に、潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂの開口部６１Ａ，６１Ｂが形成される。
【００４０】
各開口部６１Ａ，６１Ｂから遠心力によって吐出される潤滑油は、軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに向けて吹き付けられる。
【００４１】
この場合の領域６５Ａは、環状部材７１の内周面である。環状部材７１は、吹き付けられる潤滑油によって昇温して、軸受ハウジング１１との当接面を介して軸受ハウジング１１を温める。また、領域６５Ｂについては、前述同様に軸受ハウジング１１を温める。
【００４２】
本構成の軸受装置２００によれば、潤滑油供給部４３の潤滑油吐出ノズル４５から噴射された潤滑油は、保持器２８の内周面と内輪外周面との隙間に吹き付けられる。そして、ころ２５が外輪軌道面１７と内輪軌道面２１の間で転がり運動することで、潤滑油の油温が上昇する。
【００４３】
昇温した潤滑油は、潤滑油供給孔５１Ａ，５１Ｂの開口部６１Ａ，６１Ｂから、軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに向けて噴射される。この場合、潤滑油反射溝７５Ａ，７５Ｂの溝面に当たる潤滑油は、軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに向けて噴射方向が揃えられる。よって、開口部６１Ａ，６１Ｂから噴射される潤滑油は、軸受ハウジング１１の領域６５Ａ，６５Ｂに、より集中して吹き付けられる。
【００４４】
上記構成によれば、潤滑油が軸受ハウジング１１に確実に吹き付けられ、軸受ハウジング１１の昇温効果をより高められる。その結果、軸受ハウジング１１と外輪２０との温度差が小さくなり、焼付き損傷等が発生することをより確実に防止できる。
【００４５】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１１  軸受ハウジング
１３  回転軸
１５，１６  転がり軸受
１９，２０  外輪
２３，２４  内輪
２５  ころ（転動体）
２７，２８  保持器
２９  環状溝
４３  潤滑油供給部
４５  潤滑油吐出ノズル
５１Ａ，５１Ｂ  潤滑油供給孔
６１Ａ，６１Ｂ  開口部
６３Ａ，６３Ｂ  外輪端面
７５Ａ，７５Ｂ  潤滑油反射溝
１００，２００  軸受装置
【図１】
0006451378.tif 000002
【図２】
0006451378.tif 000003
【図３】
0006451378.tif 000004