JP2003042160A - アンギュラ玉軸受及び主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール付きアンギュラ玉軸受において、保持
器の潤滑性を向上させて自励振動を小さく抑え、異常音
の発生と摩擦による発熱を抑制する。また、工作機械用
主軸を支持するために使用されるシール付きアンギュラ
玉軸受の自励振動や摩擦による温度上昇を抑え、工作機
械の加工精度を向上させる。 【解決手段】 本発明のアンギュラ玉軸受１は、保持器
７が、転動体である玉６を保持するための円筒形ポケッ
ト８を周方向に複数有し、ポケット８の端部に玉６と接
触して保持器７のラジアル方向の移動を規制する縮径部
９を形成することにより、玉６案内によって支持される
と共に、合成樹脂材から構成される。また、本発明の主
軸装置２０は、アンギュラ玉軸受１によってスピンドル
２１を支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械用の主軸
装置に関し、詳しくは、主軸を回転支持するために用い
られる、シール付きでグリース潤滑されるアンギュラ玉
軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来のシール付きアンギュラ玉軸
受の要部断面図を示す。アンギュラ玉軸受３０は、内周
面に軌道面３２を有する外輪３１と、外周面に軌道面３
４を有する内輪３３と、外輪３１の軌道面３２と内輪３
３の軌道面３４との間に複数配置された転動体である鋼
球の玉３５とを備えている。また、複数の玉３５は、外
輪３１の内周面と内輪３３の外周面との間に組み込まれ
た環状の保持器３６によって、周方向に間隔を隔てて保
持されている。更に、外輪３１と内輪３３との両側面の
開口部には、非接触型のシール３９，４０が装着されて
いる。

【０００３】外輪３１の内周面には、軌道面３２の片側
一方に肩部３２ａが形成されている。また、内輪３３の
外周面には、玉３５を中心として外輪３１の肩部３２ａ
と対称となる位置に肩部３４ａが形成されている。外輪
３１及び内輪３３のそれぞれの肩部３２ａ，３４ａを形
成することにより、アンギュラ玉軸受３０は、半径方向
のラジアル荷重と共に、軸方向のアキシアル荷重を負荷
することができる。

【０００４】保持器３６は、フェノール樹脂によって環
状に成形され、玉３５を組み入れて保持するための円筒
形ポケット３７を周方向に複数有している。保持器３６
の外径は、外輪３１の肩部３２ａの内径より僅かに小さ
く、保持器３６の内径は、内輪３３の肩部３４ａの外径
より大きく成形されている。保持器３６の外周面と外輪
３１の肩部３２ａの内周面との間には、僅かな案内隙間
３８が形成される。この案内隙間３８内にはグリースが
注入され、外輪３１に対して保持器３６が潤滑される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のシール付きアンギュラ玉軸受３０は、保持器３
６が外輪３１案内によって支持されるため、軸受３０の
高速回転時においては、案内隙間３８のグリース切れの
際、保持器３６に自励振動が起きて異常音が発生してし
まうという問題があった。更に、案内隙間３８における
外輪３１の内周面と保持器３６の外周面とが接触するた
め、軸受３０の回転数の増加に伴って摩擦による発熱量
が多くなり、温度上昇が高くなるという問題があった。
これらの問題に対し、深溝玉軸受で使用される転動体案
内の冠形の保持器を利用することが考えられる。この場
合は保持器と内外輪との摩擦は発生しないが、玉数の多
いアンギュラ玉軸受では強度不足となるため適していな
い。

【０００６】また、一般的に、アンギュラ玉軸受は、軸
の回転精度が要求される工作機械の主軸を支持するため
に利用される。上記のような従来のシール付きアンギュ
ラ玉軸受３０を工作機械の主軸に装備した場合、主軸の
高速回転時には保持器３６の自励振動や摩擦による温度
上昇が発生してしまい、工作機械の加工精度を低下させ
てしまうという問題があった。更に、保持器３６の発生
する異常音により、工作機械の作業時の騒音が増大して
しまうという問題があった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、シール付きアンギュラ玉軸受におい
て、保持器の潤滑性を向上させて自励振動を小さく抑
え、異常音の発生を防ぐと共に摩擦による発熱を低下さ
せることを目的とする。また、工作機械用主軸を支持す
るために使用されるシール付きアンギュラ玉軸受の自励
振動や摩擦による温度上昇を抑え、工作機械の加工精度
を向上させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１に係るアンギュラ玉軸受は、転動体
と、該転動体を保持する環状の保持器と、前記転動体の
内外軌道面を有して前記保持器と共に該転動体を組み込
む内外輪と、該内外輪の両側面開口部にシールを装備し
たアンギュラ玉軸受であって、前記保持器が、合成樹脂
材から構成され、前記転動体を保持するための円筒形ポ
ケットを周方向に複数有し、該ポケットの端部に前記転
動体と接触して該保持器のラジアル方向の移動を規制す
る縮径部を形成することにより、転動体案内によって支
持されることを特徴とする。

【０００９】上記構成のアンギュラ玉軸受によれば、保
持器の縮径部と転動体とが接触して保持器が転動体案内
によって支持されるため、保持器が外輪または内輪の案
内により支持される場合より接触部を少なくすることが
できる。従って、高速回転時のグリース切れが起こりに
くく、保持器の自励振動を抑えて異常音の発生を防止す
ることができる。更に、摩擦による発熱量を減少させ、
温度上昇を抑えることができる。

【００１０】また、上記目的を達成するための本発明の
請求項２に係る主軸装置は、請求項１記載のアンギュラ
玉軸受によって工作機械用主軸を支持したことを特徴と
する。

【００１１】上記構成の主軸装置によれば、請求項１記
載のアンギュラ玉軸受によって工作機械用主軸が支持さ
れるので、該工作機械用主軸の高速回転時においても主
軸の振動と温度上昇を抑制することができる。そのた
め、工作機械の加工精度を向上させることができると共
に、静粛性の高い工作機械用主軸を提供することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアンギュラ玉
軸受の一実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１
は本発明のアンギュラ玉軸受の一実施形態を示す要部断
面図、図２は図１に示した保持器を外径側から見た部分
平面図、図３は図２に示した保持器のＸ−Ｘ方向の部分
断面図、図４は温度上昇比較試験の結果を示す折れ線グ
ラフである。

【００１３】図１に示すように、アンギュラ玉軸受１
は、内周面に軌道面３を有する外輪２と、外周面に軌道
面５を有する内輪４と、外輪２の軌道面３と内輪４の軌
道面５との間に複数配置された転動体である鋼球の玉６
とを備えている。また、複数の玉６は、外輪２の内周面
と内輪４の外周面との間に組み込まれた環状の保持器７
によって、周方向に間隔を隔てて保持されている。更
に、外輪２と内輪４との両側面の開口部には、シール１
０，１１が装着されている。

【００１４】外輪２の内周面には、軌道面３の片側一方
に肩部３ａが形成されている。また、内輪４の外周面に
は、玉６を中心として外輪２の肩部３ａと対称となる位
置に肩部５ａが形成されている。外輪２及び内輪４のそ
れぞれの肩部３ａ，５ａを形成することにより、アンギ
ュラ玉軸受１は、半径方向のラジアル荷重と共に、軸方
向のアキシアル荷重を負荷することができる。

【００１５】シール１０，１１は、非接触型であって、
外輪２の内周面の両側端部近傍に装着される。また、ゴ
ムにより環状に形成されると共に、内部に環状の金属板
を有しており、高速回転時のシール１０，１１の形状を
安定させる。

【００１６】図１〜３に示すように、保持器７は合成樹
脂によって環状に成形され、玉６を組み入れて保持する
ための円筒形ポケット８を周方向に複数有している。該
ポケット８の内径は、玉６の直径より僅かに大きく形成
されている。「合成樹脂材料」としては、ポリアミド６
６やポリアミド４６、ポリフェニレンサルファイド、熱
可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン等を母
材として使用することができる。更に、保持器の強度向
上のために、ガラス繊維を１０〜４０重量％、または炭
素繊維、アラミド繊維を１０〜３０重量％程度添加する
ことが好ましい。また、高速回転の使用を満たすには炭
素繊維やアラミド繊維がより好ましいが使用に応じてガ
ラス繊維も選択できる。炭素繊維やアラミド繊維の添加
量が、１０重量％以下では強度の保持が不十分であり３
０重量％以上とすると成形性が悪くなり外観も悪くな
る。また、更に好ましくは、炭素繊維やアラミド繊維の
添加量を２０〜３０重量％とすると強度、成形性も共に
良好になり、ガラス繊維の場合は１０〜４０重量％が好
ましく、この理由は炭素繊維やアラミド繊維の場合と同
様である。

【００１７】保持器７の外径は、外輪２の肩部３ａの内
径より小さく、また、保持器７の内径は、内輪４の肩部
５ａの外径より大きく成形されている。また、ポケット
８の内径はもみ抜きによって玉６の外径より僅かに大き
く成形されている。保持器７の内周側には、ポケット８
の内側に向かって突出した縮径部９が形成されている。
縮径部９は、それぞれのポケット８の内側に２箇所、保
持器７の周方向に沿った対向位置に設けられている。更
に、縮径部９はポケット８と連続したテーパ状の面を形
成し、玉６との接触によって保持器７のラジアル方向の
移動を規制する。また、縮径部９は、該縮径部９の成形
上、隣接する互いのポケット８，８の間で周方向に帯状
に延設されている。

【００１８】玉６の表面にはグリースが供給され、外輪
２及び内輪４の軌道面３，５、保持器７のポケット８、
及び縮径部９と、玉６との潤滑を図っている。これによ
って、アンギュラ玉軸受１の焼き付きや振動及び異常音
の発生を防止している。

【００１９】上述したように、本実施形態のアンギュラ
玉軸受１は、保持器７は合成樹脂からなり、シール１
０，１１を備えたアンギュラ玉軸受であって、保持器７
が転動体である玉６の案内により支持されている。従っ
て、外輪２または内輪４の案内によって保持器を支持す
る場合と比べて、軸受の回転時における接触部分を少な
くすることができる。これにより、高速回転時のグリー
ス切れが起こりにくくなり、保持器７の自励振動を抑え
て異常音の発生を防止することができる。更に、摩擦に
よる発熱量を減少させ、軸受１の温度上昇を抑えること
ができる。

【００２０】（実施例）次に、シール付きのアンギュラ
玉軸受において、保持器の案内が、従来の外輪案内とし
た場合の比較例と、本願発明に係る転動体案内とした場
合の実施例とを用いて、回転時の温度上昇比較試験を行
った結果を示す。

【００２１】アンギュラ玉軸受は、比較例、実施例共に
７００８ＣＴＹＤＢに両側シールを付けたものを使用し
た。比較例の保持器はフェノール樹脂からなる外輪案内
のものを用い、実施例の保持器はポリアミド６６ナイロ
ン樹脂からなる転動体案内のものを用いた。潤滑材には
グリース（イソフレックスＮＢＵ１５）を用い、グリー
スの封入量は空間容積の１５パーセントとした。試験を
行った軸受の回転数は、２０００〜１８０００毎分回転
であり、２０００毎分回転ごとに温度上昇値を測定し
た。以上の比較試験により得られた結果を図４に示す。
２本の折れ線のうち、三角形で示したものが実施例、四
角形で示したものが比較例の結果である。

【００２２】本比較試験により、２０００〜１８０００
毎分回転時の回転数全域において、比較例に対して実施
例の温度上昇が低く抑制されるという結果が得られた。
特に、１８０００毎分回転の高速回転時では、実施例の
温度上昇が比較例より約４℃低くなった。これは、実施
例が、比較例に対して略２割の発熱抑制効果があること
を示している。以上の結果より、転動体案内の保持器を
使用することによって、シール付きアンギュラ玉軸受の
発熱が従来に比べ低く抑えられることが確認された。

【００２３】次に、本発明に係る主軸装置の一実施形態
を図５に基づいて説明する。図５は、本発明の主軸装置
の一実施形態を示す断面図である。

【００２４】この実施形態による主軸装置２０は、工作
機械に用いられるものである。切削用スピンドル２１
は、その前後部が各々複列に並ぶ軸受１を介してハウジ
ング２２に支持されている。各々の軸受１は、上述した
本発明に係るアンギュラ玉軸受の一実施形態に示したア
ンギュラ玉軸受１と同一であり、２列ずつが互いに背面
を向けて配置されている（ＤＢＢ組合せ）。

【００２５】ハウジング２２の内径面は円筒面とされ、
各々の軸受１の外輪２は、各部の外輪間座２３と共に、
ハウジング２２の両端にボルト締めされた一対の締め付
けリング２４の間に挟み込んで固定されている。スピン
ドル２１は、一端に段差面（図中一番左に配置される軸
受１との接触面）２５を介して大径部２６が形成されて
いて、他端が雄ねじ部分２７になる。各々の軸受１の内
輪４は、スピンドル２１の段差面２５と、内輪間座２９
との間で、雄ねじ部分２７に螺合されたナット２８によ
って挟み付け状態に固定される。

【００２６】上記の構成によれば、スピンドル２１を支
持する軸受として、上述したアンギュラ玉軸受１を使用
している。従って、スピンドル２１の高速回転時におい
ても各々のアンギュラ玉軸受１の振動と温度上昇が抑制
される。即ち、軸受に起因していたスピンドル２１及び
主軸装置２０の振動と温度上昇も抑制されることにな
る。これにより、スピンドル２１の加工精度を向上させ
ることができると共に、静粛性の高い主軸装置２０を提
供することができる。また、切削用スピンドル以外の工
作機械用主軸を支持する場合においても、同様の効果を
得ることができる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。つまり、アンギュラ玉軸受がシール
付きであって、合成樹脂からなる保持器の案内が転動体
案内であれば良い。すなわち、シールの形状や、保持器
を転動体案内とするための支持形状を問わない。また、
更に低発熱化を目的として、転動体にセラミック球を採
用しても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１記
載のアンギュラ玉軸受によれば、保持器が転動体案内に
よって支持されるため、高速回転時のグリース切れが起
こりにくく、保持器の自励振動を抑えて異常音の発生を
防止することができる。更に、摩擦による発熱量を減少
させ、温度上昇を抑えることができる。

【００２９】また、本発明の請求項２記載の主軸装置に
よれば、請求項１記載のアンギュラ玉軸受によって工作
機械用主軸が支持されるので、該工作機械用主軸の高速
回転時においても主軸の振動と温度上昇を抑制すること
ができる。そのため、工作機械の加工精度を向上させる
ことができると共に、静粛性の高い工作機械用主軸を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンギュラ玉軸受の一実施形態を示す
要部断面図である。

【図２】図１に示した保持器を外径側から見た部分平面
図である。

【図３】図２に示した保持器のＸ−Ｘ方向の部分断面図
である。

【図４】温度上昇比較試験の結果を示す折れ線グラフで
ある。

【図５】本発明の主軸装置の一実施形態を示す断面図で
ある。

【図６】従来のアンギュラ玉軸受を示す要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ アンギュラ玉軸受 ２ 外輪 ３ 軌道面 ３ａ 肩部 ４ 内輪 ５ 軌道面 ５ａ 肩部 ６ 玉（転動体） ７ 保持器 ８ ポケット ９ 縮径部 １０ シール １１ シール ２０ 主軸装置 ２１ スピンドル ２２ ハウジング ２３ 外輪間座 ２４ 締め付けリング ２５ 段差面 ２６ 大径部 ２７ 雄ねじ部分 ２８ ナット ２９ 内輪間座

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢倉 健二 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3C045 FD12 FD19 3C048 CC04 DD13 EE10 3J101 AA02 AA32 AA42 AA54 AA62 BA23 BA34 BA44 BA50 DA14 EA36 FA01 FA31 GA31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転動体と、該転動体を保持する環状の保
   持器と、前記転動体の内外軌道面を有して前記保持器と
   共に該転動体を組み込む内外輪と、該内外輪の両側面開
   口部にシールを装備したアンギュラ玉軸受において、前
   記保持器が、合成樹脂材から構成され、前記転動体を保
   持するための円筒形ポケットを周方向に複数有し、該ポ
   ケットの端部に前記転動体と接触して該保持器のラジア
   ル方向の移動を規制する縮径部を形成することにより、
   転動体案内によって支持されることを特徴とするアンギ
   ュラ玉軸受。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンギュラ玉軸受によっ
   て工作機械用主軸を支持したことを特徴とする主軸装
   置。