JP6016632B2 - 転がり軸受及び工作機械用主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は転がり軸受及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械の主軸や高速モータ等に用いられる転がり軸受及びそれを用いた工作機械用主軸用装置に関する。

近年の工作機械用主軸装置に用いられる軸受は、高効率加工のため高速化が進んでいる。高速回転する軸受において潤滑剤の排出性が悪いと、潤滑剤過多の状態となり、攪拌熱のため異常発熱が起こる。このような場合、軸受温度が異常に上昇し、軸受が破損するおそれがある。

図１０は、従来使用されている円筒ころ軸受１００を示す。円筒ころ軸受１００は、内周面に外輪軌道１０２ａを有する外輪１０２と、外周面に内輪軌道１０３ａを有する内輪１０３と、外輪軌道１０２ａと内輪軌道１０３ａとの間に転動自在に設けられた複数のころ１０４と、複数のころ１０４を保持する複数のポケット１１１を有する保持器１１０と、を備える。ここで、保持器１１０は外輪案内方式であり、保持器１１０の外周面１１０ａが被案内面として機能している。

このような外輪案内方式の保持器１１０においては、保持器１１０の外周面１１０ａと外輪１０２の内周面との間の案内隙間ｇ’が狭いために潤滑剤の排出性が悪く、円筒ころ軸受１００の異常昇温が起こりやすい傾向がある。さらに、このような円筒ころ軸受１００では、外輪軌道１０２ａ及び内輪軌道１０３ａと、ころ（転動体）１０４とが線接触しているため、外輪軌道１０２ａ及び内輪軌道１０３ａと、玉（転動体）とが点接触する玉軸受に比べて、円筒ころ軸受１００が昇温しやすい。

また、グリース潤滑を行う場合には、グリースを軸受に封入した後、封入されたグリースを軸受内部に均等に分散させるために、または余剰グリースを軸受周辺部に移動させるために、いわゆる慣らし運転が不可欠である。このような外輪案内方式の保持器１１０においては、保持器１１０の外周面１１０ａと外輪１０２の内周面との案内隙間ｇ’が狭いために潤滑剤の排出性が悪く、慣らし運転に時間がかかる傾向がある。

潤滑剤の排出性を向上するためには、従来、保持器の被案内面に凹部を設けることが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

日本国特許第３６５１５９１号公報 日本国特許第４３４２６１２号公報

特許文献１及び２記載の転がり軸受によれば、保持器の被案内面に設けられた凹部によって潤滑剤の排出性を向上することができる。しかしながら、潤滑剤が過多である場合には、転がり軸受の異常昇温が起こりやすいという問題があった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑剤の排出性を向上することによって、転がり軸受の異常昇温を抑制すると共に、グリース潤滑を行う場合の慣らし運転に必要な時間を短縮することができる転がり軸受及び工作機械用主軸装置を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する複数のポケットを有する保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器は、軸方向に並んで配置された第１円環部および第２円環部と、前記第１円環部と前記第２円環部とを繋ぐように周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記第１円環部および前記第２円環部は、それぞれの外周面上に周方向に離間して形成された複数の凸状突起部を有し、
前記第２円環部の凸状突起部は、前記第１円環部の凸状突起部とは周方向の異なる位置に形成され、
前記凸状突起部は、前記柱部の外周面よりも大径で円周方向に沿った凸状突起部外周面をそれぞれ有し、
前記外輪の内周面に形成された保持器案内面によって、前記凸状突起部外周面が案内されることを特徴とする転がり軸受。
（２） 前記第１円環部の凸状突起部および前記第２円環部の凸状突起部は、それぞれ周方向に等間隔で配置されたことを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
（３） 前記第１円環部の凸状突起部および前記第２円環部の凸状突起部は、それぞれ前記柱部に軸方向に隣接して配置されたことを特徴とする上記（１）または（２）記載の転がり軸受。
（４） 上記（１）から（３）のいずれかに記載の転がり軸受を備える工作機械用主軸装置。

本発明の転がり軸受および工作機械用主軸装置によれば、保持器の凸状突起部が設けられていない部分から、潤滑剤をスムーズに排出することが可能となる。これにより、転がり軸受の異常昇温を抑制できることができると共に、グリース潤滑を行う場合に慣らし運転の時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 図１の保持器の斜視図である。 図２の保持器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ方向から見た部分上面図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受の保持器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ方向から見た部分上面図である。 本発明の第３実施形態に係る転がり軸受の保持器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ方向から見た部分上面図である。 実施例１、２で使用される試験装置を示す断面図である。 実施例１の試験結果を示すグラフである。 比較例２の転がり軸受に用いられる保持器を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見た部分上面図である。 実施例２の試験結果を示すグラフである。 従来の転がり軸受の断面図である。

以下、本発明に係る転がり軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を図１に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係る円筒ころ軸受１の断面図を示す。図２は図１の保持器１０の斜視図を示す。図３は図２の保持器１０を示し、（ａ）は保持器１０の正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ方向から見た部分上面図である。

図１に示されるように、円筒ころ軸受１は、内周面に外輪軌道面２ａが形成された外輪２と、外周面に内輪軌道面３ａが形成された内輪３と、転動体である複数の円筒ころ４と、外輪２と内輪３との間に配置された保持器１０と、を備えている。保持器１０には複数のポケット１１が形成されており、各ポケット１１には、複数の円筒ころ４が転動自在に保持されている。

図２に示されるように、保持器１０は、軸方向に並んで配置された一対の円環部１２と、両円環部１２間を繋ぐように円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部１６と、を有する。一対の円環部１２と、円周方向に隣り合う２つの柱部１６と、によって、ポケット１１が形成されている。また、柱部１６の軸方向中間部の円周方向両側には、円筒ころ４を確実に保持するためのころ止め部１４が、柱部１６の外周面から突出するように設けられている。

一対の円環部１２の外周面１３には、複数の凸状突起部１５が、円周方向に所定の間隔で形成される。各凸状突起部１５は、柱部１６の外周面よりも大径である凸状突起部外周面１５ａと、凸状突起部外周面１５ａの円周方向両側からそれぞれ円環部１２の外周面１３へと連続する一対の立ち上がり部１５ｂと、を有する。保持器１０は、外輪２の内周面に形成された保持器案内面によって、凸状突起部外周面１５ａが案内される外輪案内方式である。

また、凸状突起部１５は、各円環部１２の外周面１３上で、柱部１６と軸方向に隣接するように配置される。ここで、図２、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１実施形態に用いられる保持器１０において、各円環部１２の複数の凸状突起部１５は、１つおきの柱部１６に対して軸方向に隣接するように配置される。また、一方の円環部１２の凸状突起部１５は、他方の円環部１２の凸状突起部１５が軸方向に隣接していない柱部１６に対して軸方向に隣接するように配置されている。すなわち、凸状突起部１５は、柱部１６の軸方向両側に凸状突起部１５が存在することのないように配置されており、柱部１６の左右交互に千鳥状に配置されるように、一対の円環部１２の外周面上に配置されている。

このように、第１実施形態の円筒ころ軸受１は、外周面１３上に円周方向に所定の間隔で複数の凸状突起部１５が形成された保持器１０を有しており、凸状突起部１５は柱部１６の軸方向のいずれか一方側のみに隣接するように形成されている。従って、柱部１６の軸方向一方側において、凸状突起部外周面１５ａと保持器案内面との間の案内隙間ｇが従来の案内隙間ｇ’と同様であっても、柱部１６の軸方向他方側や、柱部１６が存在しない部分においては、円環部１２の外周面１３と外輪２の内周面（保持器案内面）との間の隙間Ｇが大きい。そのため、この隙間Ｇから潤滑剤をスムーズに排出することができる。また、案内隙間ｇの大きさと隙間Ｇの大きさが異なることにより両円環部１２間で圧力差が生じて空気の対流が起こり、対流作用により潤滑剤の排出がさらに促進される。また、凸状突起部外周面１５ａの円周方向両側からそれぞれ円環部１２の外周面１３へと連続する立ち上がり部１５ｂを有することによって、高速回転時の空気抵抗が緩和されるため、潤滑剤の排出性がさらに向上する。したがって、本実施形態に係る円筒ころ軸受１によれば、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を、図４に基づいて説明する。図４は第２実施形態に係る円筒ころ軸受に用いられる保持器２０を示し、（ａ）は保持器２０の正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ方向から見た部分上面図である。

第２実施形態で用いられる保持器２０は、第１実施形態で用いられる保持器１０と同様に、軸方向に並んで配置された一対の円環部２２と、両円環部２２間を繋ぐように円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部２６と、を有する。一対の円環部２２と、円周方向に隣り合う２つの柱部２６と、によって、ポケット２１が形成されている。また、柱部２６の軸方向中間部の円周方向両側には、柱部２６の外周面から突出するようにころ止め部２４が設けられている。

一対の円環部２２の外周面２３には、複数の凸状突起部２５が、円周方向に所定の間隔で形成される。各凸状突起部２５は、柱部２６の外周面よりも大径である凸状突起部外周面２５ａと、凸状突起部外周面２５ａの円周方向両側からそれぞれ円環部２２の外周面２３へと連続する一対の立ち上がり部２５ｂと、を有する。保持器２０は、外輪の内周面に形成された保持器案内面によって凸状突起部外周面２５ａが案内される外輪案内方式である。

第２実施形態で用いられる保持器２０においても、凸状突起部２５は、柱部２６の軸方向両側に凸状突起部２５が存在することのないように配置されている。さらに保持器２０においては、第１実施形態とは異なり、各円環部１２の複数の凸状突起部１５が、２つおきの柱部１６に対して軸方向に隣接するように配置されている。このような配置により、円筒ころ軸受から潤滑剤をさらにスムーズに排出することができるため、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図５に基づいて説明する。図５は第３実施形態に係るアンギュラ玉軸受に用いられる保持器３０を示し、（ａ）は保持器３０の正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ方向から見た部分上面図である。

図５に示す保持器３０は、第１実施形態で用いられる保持器１０と同様に、軸方向に並んで配置された一対の円環部３２と、両円環部３２間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部３６と、を有する。一対の円環部３２と、円周方向に隣り合う２つの柱部３６と、によって、ポケット３１が形成されている。

一対の円環部３２の外周面３３には、柱部３６の外周面よりも大径の凸状突起部外周面３５ａと、一対の凸状突起部周方向側面３５ｂと、を有する複数の凸状突起部３５が、円周方向に所定の間隔で形成されている。一対の凸状突起部周方向側面３５ｂは、凸状突起部外周面３５ａの円周方向両側において、円環部３２の外周面３３と凸状突起部外周面３５ａとを略直角に接続している。保持器３０は、外輪の内周面に形成された保持器案内面によって凸状突起部外周面３５ａが案内される外輪案内方式である。アンギュラ玉軸受の回転中、凸状突起部外周面３５ａは、凸状突起部周方向側面３５ｂと円環部３２の外周面３３との交差部分に溜まった潤滑剤によって潤滑される。

第３実施形態で用いられる保持器３０においても、凸状突起部３５は、柱部３６の軸方向両側に凸状突起部３５が存在することのないように配置されている。また、第１実施形態で用いられる保持器１０と同様に、各円環部３２の複数の凸状突起部３５が、１つおきの柱部３６に対して軸方向に隣接するように配置されている。このような配置により、アンギュラ玉軸受から潤滑剤をスムーズに排出することができるため、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。

尚、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。上記実施形態では、円筒ころ軸受、アンギュラ玉軸受について説明したが、本発明は、深溝玉軸受、円すいころ軸受など、他の転がり軸受にも適用することができる。また、高速回転での使用を考慮すると、保持器材料としては、金属よりも軽量で、耐摩耗性に優れる合成樹脂が好ましく、フェノール、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミドなどが良い。また、これらに、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などの強化剤が添加されても良い。

また、凸状突起部は、柱部に対して軸方向に隣接するような配置に限定されず、円環部の外周面上のどこに配置されてもよい。例えば、凸状突起部は、ポケットに対して軸方向に隣接するように配置されてもよい。ポケットの軸方向一方側に凸状突起部が隣接する場合であっても、ポケットの軸方向他方側に凸状突起部が配置されない限りは、ポケットの軸方向一方側における案内隙間ｇが、ポケットの軸方向他方側における隙間Ｇと異なる大きさとなり、円環部間で圧力差が生じ、空気の対流が発生する。これにより、対流作用によって潤滑剤の排出が促進されることとなる。尚、凸状突起部の円周方向両側に立ち上がり部を設けるか、または凸状突起部周方向側面を設けるかは、転がり軸受の使用目的に応じて適宜定めることができる。

ここで、転がり軸受の高速回転時における昇温と、保持器の形状との関係について試験を行った。図６は、本試験に使用される評価試験装置５０の断面図であり、試験軸受としての円筒ころ軸受１が、回転軸５２の一端側を支承するようにハウジング５１に対して組み込まれている。円筒ころ軸受１への潤滑剤の供給は、ノズル５３を介して行われる。試験は、図１に示す円筒ころ軸受１（発明例）と、図１０に示す円筒ころ軸受１００（比較例１）を用いて行った。実施例１の試験条件（試験条件１）を以下に示す。

（試験条件１）
・軸受：円筒ころ軸受（Ｎ１０１１ＲＳＴＰＫＲ）
・サイズ：内径Φ５５ｍｍ×外形Φ９０ｍｍ×幅１８ｍｍ
・油量条件：０．０１ｃｃ／１ｓｈｏｔ （２分間隔の間欠給油）
・使用油：タービン油 ＶＧ３２

図７は、実施例１の試験結果を示す。図７より、比較例１の円筒ころ軸受１００は、運転開始から時間が経過して回転が高速になるにつれて急激に昇温しているのに対し、発明例の円筒ころ軸受１０では昇温が抑制されていることが分かる。本試験結果より、本発明例の円筒ころ軸受１では、潤滑剤の排出性が向上しており、異常昇温を抑制可能であることが分かる。

転がり軸受の高速回転時における昇温と、保持器の形状との関係について、実施例１とは試験条件を変更して試験を行った。実施例２の試験においても、実施例１と同様に図６に示される評価試験装置５０が使用される。試験は、図１に示す円筒ころ軸受１（発明例）と、図１０に示す円筒ころ軸受１００（比較例１）と、図８に示す保持器２１０が使用される転がり軸受（比較例２）を用いて行った。本試験の試験条件（試験条件２）を以下に示す。

（試験条件２）
・軸受：円筒ころ軸受（Ｎ１０１１ＲＳＴＰＫＲ）
・サイズ：内径Φ５５ｍｍ×外形Φ９０ｍｍ×幅１８ｍｍ
・油量条件：０．０１ｃｃ／１ｓｈｏｔ （８分間隔の間欠給油）
・使用油：タービン油 ＶＧ３２

図８に示される保持器２１０は、本発明の第１実施形態で用いられる保持器１０と同様に、軸方向に並んで配置された一対の円環部２１２と、両円環部２１２間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部２１６と、を有する。一対の円環部２１２と、円周方向に隣り合う２つの柱部２１６と、によって、ポケット２１１が形成されている。一対の円環部２１２の外周面２１３には、柱部２１６を軸方向両側から挟みこむように、複数の凸状突起部２１５が形成されている。各凸状突起部２１５は、柱部２１６の外周面よりも大径である凸状突起部外周面２１５ａを有する。保持器２１０は、外輪の内周面に形成された保持器案内面によって、凸状突起部外周面２１５ａが案内される外輪案内方式である。

図９は、実施例２の試験結果を示す。図９より、比較例１、２の円筒ころ軸受と比較して、発明例の円筒ころ軸受１の温度上昇が抑制されていることがわかる。本試験結果より、本発明例の円筒ころ軸受１では潤滑剤の排出性が向上しており、昇温が抑制されていることが分かる。

ここで、比較例２の円筒ころ軸受よりも発明例の円筒ころ軸受１において昇温が抑制されているのは、比較例２に使用される保持器２１０においては凸状突出部２１５が柱部２１６の軸方向両側に配置されているのに対し、発明例に使用される保持器１０においては凸状突起部１５が柱部１６の軸方向のいずれか一方側のみに形成されているためであると考えられる。比較例２に使用される保持器２１０の柱部２１６は、外径方向は外輪（不図示）によって、周方向両側は円筒ころ（不図示）によって、また、軸方向両側は凸状突出部２１５によって囲まれており、閉空間が形成されている。この閉空間内では空気の対流が生じにくいため、この閉空間内に入り込んだ潤滑剤は、閉空間から外部へと排出されづらい。

これに対し、発明例の円筒ころ軸受１では、柱部１６の外周側に付着している潤滑剤を、柱部１６の軸方向の片側（凸状突起部１５が形成されない側）からスムーズに排出できる。さらに、保持器１０と外輪２との間に形成される案内隙間ｇと隙間Ｇの大きさが、柱部１６の軸方向両側で異なることにより、両円環部１２間で圧力差が生じて空気の対流が起こる。これにより、対流作用によって潤滑剤の排出がさらに促進されるため、潤滑剤の排出性が向上している。したがって、発明例に係る円筒ころ軸受１によれば、高速回転時の異常昇温を抑制でき、グリース潤滑を行う場合にも慣らし運転の時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。本出願は２０１０年８月１８日出願の日本特許出願（特願２０１０−１８３３４９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ 円筒ころ軸受
２ 外輪
２ａ 外輪軌道面
３ 内輪
３ａ 内輪軌道面
４ 円筒ころ
１０ 保持器
１１ ポケット
１２ 円環部
１５ 凸状突起部
１６ 柱部

Claims (4)

1. 外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する複数のポケットを有する保持器と、を備える転がり軸受であって、
   前記保持器は、軸方向に並んで配置された第１円環部および第２円環部と、前記第１円環部と前記第２円環部とを繋ぐように周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
   前記第１円環部および前記第２円環部は、それぞれの外周面上に周方向に離間して形成された複数の凸状突起部を有し、
   前記第２円環部の凸状突起部は、前記第１円環部の凸状突起部とは周方向の異なる位置に形成され、
   前記凸状突起部は、前記柱部の外周面よりも大径で円周方向に沿った凸状突起部外周面をそれぞれ有し、
   前記外輪の内周面に形成された保持器案内面によって、前記凸状突起部外周面が案内されることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記第１円環部の凸状突起部および前記第２円環部の凸状突起部は、それぞれ周方向に等間隔で配置されたことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記第１円環部の凸状突起部および前記第２円環部の凸状突起部は、それぞれ前記柱部に軸方向に隣接して配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受を備える工作機械用主軸装置。

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