CN1549903A - 角接触球轴承及滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种滚动轴承，滚动体(3)安装在内圈(1)和外圈(2)之间，具有密封(9)、(10)。配置在外圈(2)的锥口孔(8)上的密封(9)以压入状态安装在构成锥口孔(8)的圆周面(11)的周面部分上。利用该压入，不用使用安装槽就可以安装密封(9)。另一个密封(10)被安装在安装槽(12)中。在对由外圈、内圈、滚动体及保持器构成的轴承的内圈及外圈或滚动体的任意一方实施碳氮共渗处理的同时，向所述轴承内封入以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂。该轴承虽然是密封式，但是不会由密封安装上的因素导致套圈的强度降低或正面宽度的降低，从而能够实现与非密封式轴承相同的尺寸的设计和实用化，并具有耐微振磨损特性。

Description

角接触球轴承及滚动轴承
技术领域
本发明涉及机床用主轴支撑部、滚珠丝杠支撑部等一般工业机械中所使用的带密封的角接触球轴承及滚动轴承。
背景技术
角接触球轴承一般如图8所示，使内圈51的负荷侧(正面侧)的外径D3较大，并使外圈52的负荷侧(背面侧)的内径D4较小，从而可以承担较高的轴向载荷。内圈51的反负荷侧的内径D2及外圈52的反负荷侧的内径D5，考虑到组装性而设有将滚道的台肩的一方降低的被称为「锥口孔(counter bore)」的圆锥状的部分。其结果是，内圈外径D2、D3及外圈内径D4、D5在左右明显不同。
即使对这种角接触球轴承，根据用途或使用方式等，有时也希望与深槽球轴承等同样地采用密封式。设置密封机构的目的在于，防止保持于轴承内部的润滑剂泄漏到外部，及防止粉尘、水分等从外部侵入轴承内。在角接触球轴承采用密封式的情况下，与一般的带密封球轴承相同，如图9所示，通过形成安装槽57、58而将密封55、56固定在外圈52上。密封55、56有2种，即，前端的唇部(lip)与内圈51接触的接触型密封和不发生接触的非接触型密封。
另外，在机床中，如图12所示，有以下的形式，即，设置着利用电机71使滚珠丝杠72转动，与此滚珠丝杠72的转动相配合而进行往复运动的工作台73。此种机床在工作台73上承载加工物74，一边使工作台73往复运动，一边用切削刃75对加工物74进行加工。
此时，滚珠丝杠72一般由轴承76支撑。此轴承76一般使用角接触球轴承，另外，利用润滑脂或油进行润滑。
但是，经常有由加工中产生的加工载荷的振动成分的增加等而造成在所述机床用滚珠丝杠的支撑用轴承上产生振动负荷的情况。当此振动负荷变大时，就会有在所述的支撑用轴承的滚道面上产生微振磨损(fretting)损伤的问题。此种微振磨损损伤是由轴承滚道面的微小滑动、微小滚动、微小振动等造成的，对滚动精度(状态)的不良等轴承性能的恶化有巨大的影响。
针对于此，在特公平7-92104号公报中，公布有进行碳氮共渗处理的方法。这是通过在滚道面上进行碳氮共渗处理而增加滚道面的硬度、提高抗磨损性的方法。
(本发明要解决的问题)
在图8中所示的以往的角接触球轴承中，由于外圈52的设置了锥口孔的部分52a在径向的壁厚较薄，因此设置固定密封55用的安装槽57，则在该设置了安装槽57的部分，外圈52的壁厚过薄，从而使外圈52的强度降低。另外，当形成安装槽57时，从安装槽57到外圈端面的内周面部分60由于被设成作为导入密封55用的扩径部分，因此外圈52的实质的正面宽度W变窄。外圈52的端面61是起到轴承的轴方向的定位作用的部分，还是承受预压载荷的部分。如图10所示，当并排设置多列此轴承70时，外圈52的端面61承受到巨大的载荷。像这样并排设置的方式在例如滚珠丝杠的支撑部的轴承等中被一般性采用。因此，外圈58的正面宽度W过小就会引起由强度降低造成的外圈52的变形和轴承的定位不良、预压不足等问题。正面宽度W虽然受轴承的各部分的尺寸的影响，但是不管怎样，在锥口孔59的部分设置安装槽57，就很难确保正面宽度W。
例如，在角接触球轴承中，一般来说，(钢球直径)/(外圈外径—钢球节圆直径)＝R被设计在0.4～0.7的范围内。这是因为，所述的比例R小于0.4时，与轴承尺寸相比，载荷承载能力较低，因而不够经济，相反，当R在0.7以上时，钢球53在轴承空间内所占的比例变大，从而难以确保内外圈51、52的足够的壁厚。所述的比例R即使接近一般的下限值0.4，当在0.44以上时，如果轴承如图9的提案例那样设置安装槽57，也难以充分地确保外圈58的正面宽度W。
作为其对策，认为可以通过缩小钢球节圆直径PCD及钢球直径d，减小正面侧外圈内径D5(图8)，而使外圈正面侧的壁厚增大。但是，这样做时，与不安装密封55的非密封式轴承相比，轴的支撑部的刚性和轴承的载荷负载容量、滚动疲劳寿命就会降低。尤其是，对于机床中的滚珠丝杠的丝杠轴的支撑所用的角接触球轴承，此种载荷负载容量、滚动疲劳寿命的降低就会成为问题。即，由于机床进给系统的刚性降低与加工精度的降低相关，因此是很严重的缺点。对于载荷负载容量、滚动疲劳寿命，也同刚性一样，其降低也会成为严重的缺点。
另一方面，由于内部设计的影响，会产生难以用与非密封式轴承相同的主要尺寸确保密封55及其安装部位的空间。此时，虽然可以考虑延长轴承的宽度B，但是由于主要尺寸发生改变，因此就会丧失与非密封式轴承的互换性，所以不够经济。
本发明的目的之1是，提供一种角接触球轴承，在采用密封式的同时，不会因密封安装上的情况而导致套圈的强度降低或正面宽度的降低，并且可以实现与非密封式轴承相同的尺寸的设计，实现实用化。
另外，近年来，在成形用模具等加工机械的机床中，逐渐要求进行更加复杂的形状的加工。由于此种复杂形状的加工伴随着微小进给，因此形状越复杂，微小进给的频度就越高。所以，在机床所使用的滚珠丝杠支撑部的滚动轴承的滚道面上，由于频繁进行摇摆运动，因此会频繁发生微小滚动。所以，仅如上述那样实施碳氮共渗处理，就不能充分解决问题，进而使得发生微振磨损的情况增多。
为此，本发明的目的之2是，提供一种滚动轴承，即使在微小进给的频度增加的用于进行复杂形状的加工的机床的滚珠丝杠支撑部中使用，也具有耐微振磨损性。
发明内容
本发明的角接触球轴承在内圈和外圈之间装有滚动体，至少在一侧具有密封，至少一侧的密封被以压入状态安装在将内圈或外圈的滚道的台肩的一方降低的部分即锥口孔的周面部分上。即，以压入状态将密封安装在锥口孔的平坦的周面部分上。
采用此构成，由于配置在套圈的形成了锥口孔的周面部分上的密封是以压入状态安装在所述周面部分上，不设置安装槽而进行安装，因此安装密封后，不会导致套圈的形成了锥口孔的部分的局部薄壁化或正面宽度的减少。通过适当地设计密封的剖面形状，可以实现利用将密封压入此种没有安装槽的平坦的周面部分而进行的安装，即，在一定长度上拓宽密封的压入状态下的嵌合部分的轴向宽度等，例如在密封的反密封唇部侧设置短筒状部等。由于可以像这样不设置安装槽而对密封进行安装，因此就可以实现具有与非密封式轴承等价的主要尺寸、钢球节圆直径、钢球直径等的密封式的角接触球轴承的设计和实用化。其结果是，可以实现在防止润滑剂向外部泄漏、粉尘或水分等从外部侵入轴承内部方面具有较高的可靠性的角接触球轴承。另外，可以制出具有与非密封式轴承等价的各部分尺寸的轴承，并可以实现支撑部刚性、载荷负载容量、滚动疲劳寿命也等价的设计，还可以得到与非密封式轴承的互换性。
也可以在所述内圈或外圈的锥口孔的周面部分上形成圆筒面状的密封安装面，将所述密封以压入状态安装在该密封安装面上。
当像这样将密封安装面设成圆筒面状时，易于进行压入的过盈量控制，可以进行稳定的压入。在所述周面部分为锥状面的情况下，即使形成圆筒面状的密封安装面，由于与安装槽不同，对套圈的壁厚和正面宽度的影响很小，因此，实质上，可以制成具有与不将密封安装面制成圆筒面状的情况等价的壁厚、正面宽度的套圈。
在本发明中，也可以采用具有以压入状态安装在外圈的正面侧的锥口孔的周面部分上的正面侧的密封和利用安装槽安装在外圈的背面侧的内周面上的背面侧的密封的轴承。当将密封安装在安装槽上时，由于安装部分的轴向宽度较窄即可，因此虽然像背面侧那样，从外圈的滚道到端面的轴向宽度较窄，但是在径向的壁厚较厚的位置上不会产生安装宽度不足的问题，另外也不会由安装槽的形成而产生强度降低的问题。通过像这样在外圈的较薄的位置处在平坦的周面部分压入，在轴向较窄而径向较厚的部分处安装在安装槽上，就可以容易地并且牢固地进行各部分密封的安装，而不会对套圈产生影响。
在本发明中，各部分的尺寸关系也可以采用以下的关系。即，(轴承宽度)/(内圈内径)＝0.2～1.0，并且(轴承宽度)/(钢球直径)＝1.5～2.2。
虽然角接触球轴承的主要尺寸，例如内圈外径、外圈外径、轴承宽度或高度及倒角部尺寸等，有由国际标准化组织(ISO)标准化(在日本国内是由JIS B 1512规定)的部分、也有未被标准化的部分，但是这些轴承的(轴承宽度)/(内圈内径)＝S都为0.2～1.0。当S小于0.2时，就无法采用相对于轴承尺寸来说足够的钢球尺寸，因而无法获得足够的载荷负荷能力。相反，当S超过1.0时，由于轴承的占有空间变大，因此装置整体变大，所以不够经济。另外，(轴承宽度)/(钢球直径)＝T由所述的标准化等规定为T＝1.5～2.2。T小于1.5时，钢球在轴承空间内所占的比例变大，从而难以确保套圈的足够的壁厚。相反，当T超过2.2时，与轴承尺寸相比，载荷负荷能力较低，因此不够经济。在像这样被设为优选比例的S、T的范围的轴承中，就可以采用本发明的通过将密封压入成为锥口孔的平坦的周面部分上而进行安装的构造，从而可以利用此安装构造发挥所述的各种作用、效果。
也可以使(钢球直径)/(外圈外径-钢球节圆直径)在0.44以上。
机床的进给系统滚珠丝杠中所使用的角接触球轴承的(钢球直径)/(外圈外径-钢球节圆直径)＝R的值如在本发明要解决的问题部分中所述的那样，一般被设定在0.4～0.7的范围内。所述钢球的占有比例R即使接近一般的下限值0.4，当在0.44以上的轴承中像以往例子那样设置安装槽，则难以充分地确保外圈的正面宽度。
像这样，以往的轴承为了可以进行密封的安装，不得不使钢球的占有比例R极大地降低，从而不得不限制载荷负荷能力，但是，在本发明中由于采用将密封压入平坦的周面部分的构成，因此能够安装密封的同时，使钢球的占有比例R增大到0.44以上，从而可以实现增大载荷负荷能力的设计。
本发明的角接触球轴承也可以是滚珠丝杠的丝杠轴的支撑中所使用的轴承。
滚珠丝杠的丝杠轴的支撑中所使用的轴承由于负荷较高的轴向载荷，因此当接触角在例如30°以上时，则需要具有较大的接触角的轴承，即轴向载荷负荷能力高的轴承。当接触角变大时，相应地锥口孔变深，套圈的正面宽度变小。即使在这样的接触角较大的轴承中，当采用本发明中的利用向周面部分压入而进行密封的安装的构造时，由于没有强度降低、正面宽度的减少等问题，因此可以实现此安装。
另外，本发明是由外圈、内圈、滚动体及保持器构成的轴承，通过使用在对内圈及外圈或滚动体的任意一方实施碳氮共渗处理的同时，将以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂封入所述轴承内的滚动轴承，解决了所述的课题之2。
在对内圈及外圈或滚动体的任意一方进行碳氮共渗处理的同时，将以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂封入轴承内。其结果是，形成脲类化合物的薄的氧化膜，并且在此膜上形成具有足够厚度的油膜。此脲类化合物的薄的氧化膜由于与碳氮共渗层的密合性较高，因此即使频繁地发生微小滚动，也可以将润滑脂保持在滚道面上，抑制滚道面上的微振磨损，从而有效地防止耐久性的降低。另外，例如即使滚动体和滚道面间的由润滑脂形成的油膜发生破裂，使得滚动体和滚道面发生了直接接触时，利用滚动体或滚道面上的碳氮共渗层的作用，也可以在一定时间内抑制微振损伤的发生及发展。另外，所述的由润滑脂形成的油膜由于与碳氮共渗层的密合性较高，因此即使发生了破裂，也可以迅速地修复。所以，即使油膜发生破裂而使滚动体和滚道面直接接触，也可以在发生微振损伤前修复油膜。所以，使得对于微振损伤的耐受性显著提高。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的角接触球轴承的局部剖面图。
图2是对该实施方式的轴承和以往的轴承的相同轴承尺寸的设计例进行比较表示的局部剖面图。
图3(A)、(B)分别是该实施方式的角接触球轴承的排列例的剖面图。
图4(A)、(B)分别是该实施方式的角接触球轴承的其它的排列例的剖面图。
图5是表示使用了相同角接触球轴承的机床的进给机构的剖面图。
图6是表示本发明的其它的实施方式的角接触球轴承的局部剖面图。
图7是表示本发明的另一个实施方式的角接触球轴承的局部剖面图。
图8是以往的非密封式角接触球轴承的剖面图。
图9是以往的密封式角接触球轴承的提案例的剖面图。
图10是以往的角接触球轴承的并排设置例的剖面图。
图11是表示本发明的角接触球轴承的例子的剖面图。
图12是表示使用了滚珠丝杠支撑用轴承的加工装置的例子的示意图。
图13是表示在实施例1、比较例1～3中使用的轴承的示意图。
图14是用于进行法夫纳(Fafnir)型微动磨损试验的组装图。
图15是表示微小摇摆磨损试验的结果的图表。
图16、图17是表示微小滑动磨损试验的结果的图表。
图18、图19是表示累积破损几率试验的结果的图表。
其中，1：内圈；2：外圈；3：滚动体；4：保持器；5、6：滚道；7、8：锥口孔；9、10：密封；11：内周面；11a：密封安装面；12：安装槽；17：端面；d：钢球的直径；PCD：节圆直径；W：正面宽度。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。此角接触球轴承在作为套圈的内圈1和外圈2的滚道5、6之间，安装有多个滚动体3，这些滚动体3被保持在保持器4的凹穴4a中。与深槽球轴承相比，内圈1的负荷侧(正面侧F)的外径大，外圈2的负荷侧(背面侧B)的内径小，生成与滚道5、6的接触角θ。为了便于轴承组装，在内圈1的非负荷侧上形成有作为将滚道5的一侧的台肩降低的部分的锥口孔7，在外圈2的非负荷侧上也形成有作为将滚道6的一侧的台肩降低的部分的锥口孔8。
在内外圈1、2间的轴承空间的两侧上，配置有密封9、10。正面侧F的密封被以压入状态安装在形成外圈2的锥口孔8的内周面11的一部分上，背面侧B的密封10被安装在形成于外圈2的内径面上的安装槽12中。这些密封9、10既可以是接触密封，也可以是非接触密封，在此实施方式中采用接触密封。
形成外圈2的锥口孔8的内周面11被设成圆锥状面，其轴承外侧的端部附近被设为圆筒面状的密封安装面11a。正面侧的密封9在基端即反密封唇部上具有短筒状的嵌合部9a，利用此嵌合部9a使密封以压入状态嵌合在所述密封安装面11a上。由于使正面侧的密封9在具有过盈量的条件下压入嵌合，因此在压入后密封9不会发生脱落。另外，通过调整所述过盈量，可以自由地选择此密封9和外圈2的紧迫力。短筒状的嵌合部9a被制成圆筒状，外径面为平行于轴向的面。密封9是将橡胶等弹性体15固定在芯铁14上的部件，由弹性体15构成的密封唇部9b与内圈1的外周面接触。芯铁14被制成L字状的剖面形状，其1边构成所述嵌合部9a。弹性体15的一部分包覆在芯铁14的基端的短筒状部分的外周上，利用此弹性体15嵌合在外圈2的密封安装面11a上，但是，也可以直接地使芯铁14嵌合在密封安装面11a上。另外，正面侧的密封9的嵌合部9a也可以不将外径面制成圆筒面，而是采用锥面形状，利用此锥面形状也可以对密封9进行固定。当采用锥面形状时，外圈2的密封安装面11a被制成锥面，例如被制成从内周面11的其它的部分开始连续的面。
密封安装面11a可以采用车削精加工，也可以采用研磨精加工，在密封安装面11a的反压入侧的边缘，设有在车削刀头或研磨砂轮加工时用于退刀的退刀槽部13。退刀槽部13虽然也是一种沟槽，但是由于不是用于对正面侧密封9进行固定的沟槽，因此槽深较浅，所以不会造成外圈2的壁厚不足。密封唇部9b的形状可以任意地确定，可以采用接触型、非接触型的任意一种形式。
背面侧的密封10被制成将弹性体一体化地固定在芯铁上的部件，并利用弹性体的部分以嵌合状态被安装在外圈2的安装槽12上。从安装槽12到外圈端面的内周面部分16被制成作为导入背面侧密封10用的扩径部分。背面侧密封10的密封唇部10b的形状也可以采用接触型、非接触型的任意一种形式。
与各密封9、10的密封唇部9b、10b相面对的内圈1和外圈2的周面部分，在此实施方式中虽然被制成平面，但是也可以形成油槽，在此油槽内使各密封9、10的密封唇部9b、10b与之接触或间隙配合。轴承的润滑形式既可以是脂润滑，也可以是油润滑。
当采用此构成时，由于在正面侧及背面侧上设置了密封9、10，可以形成密封式，并可以构成能够防止润滑剂向外部泄漏及粉尘或水分等从外部侵入轴承内部的可靠性高的角接触球轴承。配置于外圈2的形成有锥口孔8的周面部分11上的正面侧密封9由于被设成以压入状态安装在所述周面部分11上的部件，因此可以不设置安装槽而进行安装。正面侧密封9的形状只要其固定部位的形状是可以安装在平坦的密封安装面11a上的形状即可，密封唇部9b的形状可以任意地确定，可以采用接触型、非接触型的任意一种形式。正面侧密封9的密封唇部9b的形状与以往的槽固定式密封的情况相同，因此不会造成防止润滑剂的泄漏的功能和防止粉尘、水分等从外部侵入轴承内部的功能降低。背面侧的密封10虽然安装在安装槽12上，但是由于外圈2的背面侧的径向的壁厚较厚，因此不会产生由安装槽12造成的强度降低的问题。背面侧由于从外圈2的滚道6到端面的轴向宽度较窄，因此通过使用安装槽12，可以易于进行在狭窄空间内的安装。
这样，由于可以不设置安装槽，将正面侧的密封9固定在外圈2的形成有锥口孔8的部分上，因此可以防止外圈2的锥口孔8的形成部分的局部的薄壁化，另外还可以确保正面宽度W。另外，还可以使用非密封式轴承情况下的轴承内部空间来固定正面侧及背面侧的密封9、10。所以，不会造成因为采用密封式而带来的宽度变化。
根据以上所述，此实施方式的角接触球轴承可以实现具有与非密封式轴承相同的主要尺寸、钢球节圆直径PCD、钢球直径d的密封式轴承的设计，在提高对于防止润滑剂向外部泄漏、粉尘或水分等从外部侵入轴承内部的可靠性的同时，还可以获得与非密封式轴承等价的支撑部刚性、载荷负载容量、滚动疲劳寿命。所以，此实施方式的角接触球轴承可以具有与非密封式轴承的互换性。
图2是为了对将此实施方式的轴承使用在滚珠丝杠支撑用的角接触球轴承中的具体例(A)和以往的用安装槽固定密封的角接触球轴承(B)进行比较，根据实际尺寸以相同尺寸并列表示的图。轴承尺寸均为：内圈内径(直径)75mm，轴承宽度20mm，接触角60°。
R＝(钢球直径)/(外圈外径-钢球节圆直径)＝0.549。
用设置有安装槽57的现有方式来设计密封式的角接触球轴承(图2(B))，则如在本发明要解决的问题部分所述那样，外圈正面侧端面的正面宽度W及外圈52的锥口孔的部分的壁厚，在安装槽51的部分变得过小，从而引起外圈52的变形和轴承定位不良、预压不足等问题。
另一方面，在本发明的实施方式的轴承(图2(A))中，两侧的密封9、10都被固定在外圈2上，背面侧密封10是用与以往相同的安装槽12来固定，而正面侧密封9是通过压入来固定，从而形成密封式轴承。
此时，不会出现像使用安装槽57的以往的密封固定方式(图2(B))中所看到的那样的正面侧外圈端面的正面宽度W及锥口孔部8处的外圈壁厚过小的情况，从而形成可以实际使用的设计。
在此实施方式(图1、图2(A))中，虽然正面侧密封9的轴向定位是通过正面侧外圈端面17和密封9的端面的残差来进行控制，但是，也可以通过将密封9推压至退刀槽部13与锥口孔部11的交界部来进行定位。
滚珠丝杠支撑用的角接触球轴承多数情况下如图3(A)、(B)分别所示那样，排成2列或3列使用，另外如图4(A)、(B)那样排成4列使用等，通过多列组合来构成支撑部。图3(A)的例子是使2列角接触球轴承20正面对合排列的例子，以1列来承受轴向载荷。图3(B)的例子是使3列中的2列(图中的右侧2列)正面对合，并使剩下的1列与相邻的列朝向相同方向排列，以2列来承受轴向载荷。图4(A)的例子是使4列中的中央2列正面对合，并使其两侧的列与相邻的列朝向相同方向(所谓的DFTT组合)，以3列来承受轴向载荷。图4(B)的例子是使4列中的一侧(图中的右侧)的端部的2列正面对合，剩下的2列与相邻的列朝向相同方向(DTFT组合)，以3列来承受轴向载荷。
当像这样多列地排列角接触球轴承20时，在外圈2的正面侧端面W上负荷较大的载荷(内圈1的背面侧端面也相同)。但是，如果是此实施方式中的角接触球轴承20，则由于充分地确保了外圈2的正面宽度W，因此也可以用于使所述多列组合的用途。而且，由于具有与非密封式轴承等价的主要尺寸、支撑部刚性、载荷负载容量、滚动疲劳寿命，因此在从非密封式轴承更换为本实施方式的密封式轴承的情况下，不会发生功能上的障碍。
图5表示使用了此角接触球轴承的机床的进给机构。工作台31通过导轨(未图示)进退自如地设置在基台32上，，利用驱动电机33的驱动，借助滚珠丝杠34对其进行进退驱动。滚珠丝杠34的螺母35被安装在工作台31上，丝杠轴36由两端的支撑部37、38可以自由转动地支撑在基台32上。丝杠轴36借助联轴器39与驱动电机33的电机轴33a连接在一起。所述各支撑部37、38利用设于套筒37a、38a中的滚动轴承20、41支撑丝杠轴36。其中，驱动电机33侧的支撑部37的滚动轴承40所使用的是所述实施方式的角接触球轴承30。另外，在此支撑部37中，如图3(A)、(B)，图4(A)、(B)等所示那样，排列有多列角接触球轴承20。
下面对图1所示的实施方式1的角接触球轴承20的各部分的尺寸关系进行说明。此尺寸关系是适用于机床的进给系统滚珠丝杠的支撑用的轴承的情况等的例子。
此角接触球轴承，其
S＝(轴承宽度)/(内圈内径)＝0.2～1.0，
并且
T＝(轴承宽度)/(钢球直径)＝1.5～2.2。
另外，
R＝(钢球直径)/(外圈外径-钢球节圆直径)≥0.44，
并且
R≤0.7。
接触角θ为30°以上。
滚动轴承的主要尺寸即表示轴承的轮廓的尺寸，为了国际上的互换性和生产的经济性，由国际标准化机构(ISO)进行了标准化。在日本国内由JIS B 1512所规定。其主要的内容是轴承的内径、外径、宽度或高度及倒角尺寸，在将轴承安装在轴及套筒中时是很重要的尺寸。关于内部构造的尺寸并没有原则上的规定。虽然滚动轴承的尺寸多数已被规定，但是这是为了实现标准化而为将来准备的，现在实际使用的尺寸并不全是这些尺寸系列。
滚动轴承的主要尺寸虽然有所述那样已经标准化的尺寸，也有未标准化的尺寸，但是，它们的(轴承宽度)/(内圈内径)＝S都在0.2～1.0。当S小于0.2时，无法采用相对于轴承尺寸足够的钢球尺寸，因而不能获得足够的载荷负荷能力。相反，当S超过1.0时，由于轴承的占有空间变大，因此装置整体变大，从而不够经济。
另外，(轴承宽度)/(钢球直径)＝T，由所述的标准化等规定为T＝1.5～2.2。当T小于1.5时，钢球在轴承空间内所占比例变大，从而难以确保套圈的足够的壁厚。相反，当T超过2.2时，与轴承尺寸相比，载荷负荷能力较低，因而不够经济。在像这样被设为优选比例的S、T的范围的轴承中，可以采用此实施方式的通过将密封9压入成为锥口孔8的平坦的周面部分上而进行安装的构造，从而可以在此情况下发挥所述的各种作用、效果。
另外，机床的进给系统滚珠丝杠等中所使用的角接触球轴承的(钢球直径)/(外圈外径-钢球节圆直径)＝R的值如在本发明要解决的问题部分中所述的那样，一般被设定在0.4～0.7的范围内。这是因为，所述的比例R在0.4以下时，与轴承尺寸相比，载荷负荷能力较低，因而不够经济，相反，当R在0.7以上时，钢球在轴承空间内所占比例变大，因而难以确保内外圈的足够的壁厚。所述钢球的占有比例R即使接近一般的下限值0.4，在0.44以上的轴承中像以往的图9的例子那样设置安装槽57，则难以充分地确保外圈58的正面宽度W。
像这样，以往的轴承为了可以进行密封的安装，不得不使钢球的占有比例R极大地降低，从而不得不限制载荷负荷能力，但是，在本发明中由于采用将密封压入平坦的周面部分的构成，因此可以使钢球的占有比例R大到0.44以上，从而可以实现增大载荷负荷能力的设计。
对于接触角θ，在机床等的进给系统的滚珠丝杠的支撑用轴承等中，由于负荷较高的轴向载荷，因此采用具有30°以上的接触角θ的轴承。即，采用轴向载荷负荷能力高的角接触球轴承30。
而且，所述实施方式虽然对利用安装槽12将背面侧的密封10安装在外圈2上的例子进行了说明，但是，也可以如图6所示，将背面侧的密封10A也与正面侧的密封9相同地以压入状态安装在外圈2的内周面上。此时，背面侧的密封10A与正面侧的密封9相同，形成在基端具有筒状的嵌合部10Aa的形状。在该图的实施方式中，背面侧的密封10A除了与正面侧的密封9的直径不同以外，采用相同的剖面形状。
另外，虽然所述各实施方式对将密封9、10、10A安装在外圈2上的情况进行了说明，但是，本发明也可以如图7所示，适用于将密封9B、10B安装在内圈1上的情况。此时，采用将安装在内圈1的锥口孔7的部分上的密封9B以压入状态安装在形成锥口孔7的周面部分上的形式。
虽然所述各实施方式都对密封9、10、10A、9B、10B为将橡胶等的弹性体固定在芯铁上的部件的情况进行了说明，但是，这些密封9、10、10A、9B、10B也可以是金属制的密封板，另外还可以是油封型的密封。另外，虽然所述各实施方式对在两侧设置密封9、10、10A的例子进行了说明，但是，即使是根据用途只在轴承端面的一侧安装密封的轴承，在其锥口孔侧安装密封的轴承中，也可以适用本发明。
另外，本发明的滚动轴承如图11所示，是由外圈83、内圈81、滚动体87及保持器88构成的轴承，是在通过在内圈81及外圈83上进行碳氮共渗处理而设置碳氮共渗处理层85的同时，还将以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂86封入所述轴承内的滚动轴承。另外，虽然在图11中并无显示，但是，不在内圈81及外圈83上、而是在滚动体87上设置有碳氮共渗处理层85的滚动轴承也包含在本发明的滚动轴承中。
所述的外圈83、内圈81、滚动体87的材质，可以举出SUJ 2、SUJ 3或含有C：0.1～1.0重量％、Mn：0.1～1.0重量％、Cr：0.1～20重量％、剩余部分为Fe及不可避免的杂质的钢。
所谓所述的碳氮共渗处理是使金属表面硬化的一种手段。实施此碳氮共渗处理是由于利用通常的渗碳处理虽然可以制得坚韧的材质，但是会产生对热不稳定的情况。针对于此，利用渗氮处理，在硬化材质表面的同时，还使得残留的奥氏体变得热稳定，形成耐冲击性强的材质。另外，可以析出适量的碳化物，不降低断裂强度，提高疲劳强度。可以在内圈81及外圈83或滚动体87的任意一个上形成此碳氮共渗处理层85。
作为所述的碳氮共渗处理法，可以举出在渗碳性气氛中添加了氨气的高温气体中进行了碳氮共渗处理后，进行淬火、回火的方法。
所述的残留奥氏体量最好为20～40％。当小于20％时，会有不能充分改善滚动疲劳寿命的情况，另一方面，当超过40％时，会有碳氮共渗层的硬度降低而使耐磨损特性降低的情况。
所述润滑脂86是以脲类化合物作为增稠剂，向其中添加了基础油的材料。当使用以脲类化合物作为增稠剂的润滑脂时，在内外圈滚道面上形成脲类化合物的薄氧化膜，并且在此膜上形成具有足够厚度的油膜。
特别是，当像所述那样在内外圈滚道面上实施碳氮共渗处理时，即使频繁发生滚动体的微小滚动，由滚动体和滚道面之间的润滑脂形成的油膜发生破裂，而使滚动体和滚道面直接接触时，也可以利用滚动体或滚道面上的碳氮共渗层的作用，抑制微振损伤的发展。另外，由所述的润滑脂形成的油膜由于与碳氮共渗层的密合性较高，因此即使发生破裂，也可以迅速被修复。所以，利用所述润滑脂和所述碳氮共渗处理的相乘效果，就可以抑制微振磨损而有效地防止耐久性的降低。
所述的脲类化合物为脂肪族类、脂环族类、芳香族类的任意一种均可，可以将它们以任意的比例混合后使用。在它们当中，以下述的[化1]式表示的二脲或聚脲较好，其中二脲为优选。
[化1]
Figure A0281716800161
(式中，R2为碳数6～15的芳香族类烃基、脂肪族类烃基或脂环族类烃基，R1及R3表示碳数6～12的芳香族类烃基、环己基、碳数7～12的环己烷衍生物、碳数6～20的烷基中的任意一种。)
作为所述的基础油，虽然可以举出从矿物油、合成烃油及香精油中选择的一种以上的润滑油或以任意的配比混合的混合油，但是，在它们当中，优选使用矿物油。矿物油由于与所述的脲增稠剂的相溶性好，润滑性优良，稠度也适当，因此不会造成润滑脂泄漏，也不会损害润滑脂油膜的修补性。
所述增稠剂相对于脲类润滑脂的混合比例可以是1～40重量％，优选5～20重量％。当小于1重量％时，增稠剂的凝胶硬化不充分，稠度增大，因而容易发生润滑脂泄漏。另一方面，当超过40重量％时，稠度降低，流动性变差。
而且，在所述的脲类润滑脂中，在不妨碍脲类润滑脂的功能的范围内，可以添加公知的防锈剂或防氧化剂、高压添加剂、磨损抑制剂、油性剂、防腐蚀剂、流点降低剂、粘度指数提高剂、结构稳定剂、增粘剂、防静电干扰剂、乳化剂、着色剂等。
所述的润滑脂86被填充到轴承内部，具体来说，如图11所示，以覆盖滚动体87及保持器88的形式被填充在内圈81和外圈83之间的部分。此时，将密封式轴承作为滚动轴承使用时，在轴承的正面部及背面部的与外部的交界部上，由密封89、90所密封。当使用此密封式滚动轴承时，就可以防止润滑脂86向外部泄漏。此时，也可以不使用密封，而使用密封板。
此2个密封89、90采用异形部件。借此可以容易确认轴承组装时的方向，从而可以防止组装错误。
对于本发明的滚动轴承的种类虽然没有特别地限定，但是优选角接触球轴承。
另外，本发明滚动轴承可以用于滚珠丝杠的支撑部，特别是机床中所使用的滚珠丝杠的支撑部中。在所述机床的滚珠丝杠支撑部中，当用于进行微小进给的频率增加的复杂形状的加工的加工中心的滚珠丝杠支撑部中使用时，可以更有效地发挥耐微振磨损特性，因此更加理想。
实施例
下面利用实施例进行更加详细的说明。首先，在下述的实施例1及2中，作为对微振磨损的耐受性的有无的判断，针对微小滑动磨损及微小摇摆磨损进行了试验。
[碳氮共渗处理]
使用SUJ 2制的内圈及外圈钢板，对它们的滚动面进行了碳氮共渗处理。碳氮共渗处理是利用在NX气体中添加了体积比10％的氨气的连续式炉中在880□下保持40分钟的方法进行的。然后，在180□下进行2小时的回火，得到了碳氮共渗处理的钢板。
所得到的钢板的表面硬度(HRC)为63.2。另外，处理前的HRC为61.9。
[实施例1](微小摇摆磨损试验)
使进行了所述的碳氮共渗处理的外圈90a及内圈90b与滚动体(SUJ 2制)90c组合，制作了如图13所示的轴承91(内圈内径×外圈内径×宽度＝20mm×40mm×14mm)。此时封入表1中记述的脲类润滑脂1g(在图13中，未显示润滑脂。)。使用此轴承91，以ASTM D 4170为标准进行了法夫纳(Fafnir)型微动磨损试验。具体来说，如图14所示，在2个轴承保持部96上分别固定外圈90a及内圈90b，按照图示的顺序将轴93穿到螺栓92。然后，调节螺栓92的旋紧度，利用弹簧94来负荷载荷(载荷＝2.45kN)。将卡盘(chuck)部安装在试验机上，利用曲柄杆连接摇摆部95和电机，在大气中，室温下，使电机转动。在摇摆角12deg(临界摇摆角30deg)、摇摆频率30Hz的条件下，进行8小时试验，根据试验后的内外圈的重量的减少量，对钢板的磨损特性进行评价。其结果表示在图15中。
[比较例1]
除了使用未进行碳氮共渗处理的SUJ 2制内圈及外圈以及表1中所示的锂基类润滑脂以外，与实施例1相同，进行了微小摇摆磨损试验。其结果表示在图15中。
[比较例2]
除了使用表1中所示的锂基类润滑脂作为润滑脂以外，与实施例1相同，进行了微小摇摆磨损试验。其结果表示在图15中。
[比较例3]
除了使用表1中所示的脲类润滑脂作为润滑脂以外，与比较例1相同，进行了微小摇摆磨损试验。其结果表示在图15中。
(结果)
从实施例1和比较例1～3清楚地看到，通过在滚道面上进行碳氮共渗处理，并使用脲类化合物作为润滑脂，就可以大幅度地减少微小摇摆磨损，即由微小滚动引起的磨损。所以，明显具有对于以此为原因的微振磨损的耐受性。
[实施例2](微小滑动磨损试验)
将滚动体(SUJ 2制)放置在进行了所述碳氮共渗处理的钢板上，使用表1中所述的脲类润滑脂作为润滑脂，利用下述的方法进行了微小滑动磨损试验。此时的试验条件为，加在滚动体上的载荷为98N，滚动体在钢板上的振幅为0.47mm，振动频率为30Hz，负荷次数为8.6×105循环，试验时间为8小时。
然后，用粗糙度检查仪对与磨损方向成直角的5个以上的点进行测定，以最深的值作为钢板磨损深度。另外，滚动体的磨损量(υ)是用显微镜测定磨损直径，并用以下的式子算出的。钢板磨损深度的结果表示在图16中，滚动体的磨损量的结果表示在图17中。
υ＝(πh2×(3r-h))/3
h＝r-(4r2-c2)1/2/2
r：钢球的半径，h：钢球的磨损深度，c：磨损痕的直径
[比较例4]
除了使用未进行碳氮共渗处理的SUJ 2制内圈及外圈以及表1中所示的锂基类润滑脂以外，与实施例2相同，进行了微小滑动磨损试验。钢板磨损深度的结果表示在图16中，滚动体的磨损量的结果表示在图17中。
[比较例5]
除了使用表1中所示的锂基类润滑脂作为润滑脂以外，与实施例2相同，进行了微小滑动磨损试验。钢板磨损深度的结果表示在图16中，滚动体的磨损量的结果表示在图17中。
[比较例6]
除了使用表1中所示的脲类润滑脂作为润滑脂以外，与比较例4相同，进行了微小滑动磨损试验。钢板磨损深度的结果表示在图16中，滚动体的磨损量的结果表示在图17中。
[表1]
                                    润滑脂
 商标   厂家   增稠剂 稠度 基础油     基础油粘度(mm2/s)
  40□   100□
  脲类润滑脂  PyronicUniversalN6C   日石三菱   脲 289 矿物油   108.5   11.9
  锂基类润滑脂  AlvaniaNo.2   昭和Shell   锂 277 矿物油   131.5   9.9
(结果)
从实施例2和比较例4～5清楚地看到，通过在滚道面上进行碳氮共渗处理，并使用脲类化合物作为润滑脂，可以大幅度地减少微小滑动磨损，即由微小滑动引起的磨损。另外，从实施例2和比较例6可以清楚地看到，实施例2具有充分的耐微小滑动磨损特性。
[实施例3]
对SUJ 2制的内圈81及外圈83进行所述的碳氮共渗处理，使之与SUJ 2制的滚动体87组合，制作了图11所示的角接触球轴承。然后，将表1所述的脲类润滑脂作为润滑脂封入。对此轴承施加载荷6.9kN(径向载荷)，使之以2000rpm转动。测定此时的累积破损几率10％寿命的时间。其结果表示在图18中。
并且，所谓「累积破损几率10％寿命」是指，在相同条件下使一组相同轴承各自转动时，其90％(可靠度90％)可以不发生由滚动疲劳造成的表面剥落(flaking)而转动的实质的总转数或运转时间。
[比较例7]
除了对SUJ 2制的内圈81及外圈83进行了如下所示的整体淬火处理以外，与实施例3相同，测定了累积破损几率10％寿命的时间。其结果表示在图18中。
而且，所谓整体淬火处理是指，在800～850□下对轴承钢加热、保持后，对其进行淬火处理。由此在钢中形成马氏体组织，从而使材料硬化。
[实施例4]
除了使用在表1所示的脲类润滑脂中混入了异物的混合物作为润滑脂以外，与实施例3相同，测定了累积破损几率10％寿命的时间。其结果表示在图19中。
[比较例8]
除了对SUJ 2制的内圈81及外圈83进行了如下所示的整体淬火处理以外，与实施例4相同，测定了累积破损几率10％寿命的时间。其结果表示在图19中。
(结果)
从实施例3、4和比较例7、8清楚地看到，通过在滚道面上进行碳氮共渗处理，并使用脲类化合物作为润滑脂，所得到的角接触球轴承具有足够的耐久性。
(发明的效果)
本发明的角接触球轴承在内圈和外圈之间安装有滚动体，至少在一侧具有密封，至少一侧的密封以压入状态安装在锥口孔的周面部分上的密封，因此虽然是密封式，但是不会由密封安装上的因素导致套圈的强度降低或正面宽度的降低，从而能够实现与非密封式轴承相同的尺寸的设计和实用化。
另外，本发明的轴承由于在对内圈及外圈或滚动体的任意一方实施碳氮共渗处理的同时，在轴承内封入以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂，因此形成脲类化合物的薄的氧化膜，并且在此膜上形成具有足够厚度的油膜。此脲类化合物的薄的氧化膜由于与碳氮共渗层的密合性较高，因此即使频繁地发生微小滚动，也可以将润滑脂保持在滚道面上，抑制滚道面上的微振损伤，从而有效地防止耐久性的降低。
另外，即使由滚动体和滚道面间的润滑脂形成的油膜发生破损，而使滚动体和滚道面直接接触时，也可以利用滚动体或滚道面上的碳氮共渗层的作用，在一定时间内，抑制微振损伤的发生及发展。另外，由所述的润滑脂形成的油膜由于与碳氮共渗层的密合性较高，因此即使发生破损，也可以迅速地修复。所以，即使油膜发生破损而使滚动体和滚道面直接接触，也可以在微振损伤发生前对油膜进行修复。所以，使得对于微振损伤的耐受性显著提高。
另外，此滚珠丝杠支撑用轴承由于具有密封，因此轴承内部被密闭。所以，可以抑制以往的开放式中所看到的润滑脂的四处飞溅现象。
另外，可以防止冷却液等异物从环境气氛侵入润滑脂内。
另外，由于两种密封为异形，因此易于确认轴承组装时的方向，从而可以防止组装错误。

Claims (11)

1.一种角接触球轴承，其特征是，滚动体安装在内圈和外圈之间，至少在一侧具有密封，至少一侧的密封是以压入状态安装在作为将内圈或外圈的滚道的一侧的台肩降低的部分的锥口孔的周面部分上的密封。
2.根据权利要求1所述的角接触球轴承，其特征是，在所述内圈或外圈的锥口孔的周面部分上形成圆筒面状的密封安装面，在该密封安装面上以压入状态安装有所述密封。
3.根据权利要求1或2所述的角接触球轴承，其特征是，具有以压入状态安装在外圈的正面侧的锥口孔的周面部分上的正面侧的密封，和利用安装槽安装在外圈的背面侧的内周面上的背面侧的密封。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的角接触球轴承，其特征是，(轴承宽度)/(内圈内径)＝0.2～1.0，并且(轴承宽度)/(钢球直径)＝1.5～2.2。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的角接触球轴承，其特征是，(钢球直径)/(外圈外径一钢球节圆直径)为0.44以上。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的角接触球轴承，其特征是，是用于滚珠丝杠的丝杠轴的支撑的轴承。
7.一种滚动轴承，是由外圈、内圈、滚动体及保持器构成的轴承，其特征是，在对内圈及外圈或滚动体的任意一方进行碳氮共渗处理的同时，在所述轴承内封入有以脲类化合物作为增稠剂使用的润滑脂。
8.根据权利要求7所述的滚动轴承，其特征是，所述轴承是角接触球轴承。
9.根据权利要求7或8所述的滚动轴承，其特征是，所述轴承是密封式轴承。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的滚动轴承，其特征是，其用于滚珠丝杠支撑部。
11.根据权利要求10所述的滚动轴承，其特征是，所述滚珠丝杠支撑部用于机床中。
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