JP2004003577A - 軸受装置及び工作機械主軸 - Google Patents
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Abstract
【課題】
潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸を提供する。
【解決手段】
保持器１４は、外輪１１の内周に対して位置決めされており、すなわち保持器１４の案内面を、外輪１１の軌道面１１ａと対向する保持器外周面１４ａとしているので、内輪１２の外周面１２ｂと、保持器１４の内周面１４ｂとの間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、潤滑油供給装置２０の供給路２０ａから噴射された潤滑油は、この比較的広いスキマから確実に軸受装置１０の内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、保持器１４の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【選択図】 図１
潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸を提供する。
【解決手段】
保持器１４は、外輪１１の内周に対して位置決めされており、すなわち保持器１４の案内面を、外輪１１の軌道面１１ａと対向する保持器外周面１４ａとしているので、内輪１２の外周面１２ｂと、保持器１４の内周面１４ｂとの間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、潤滑油供給装置２０の供給路２０ａから噴射された潤滑油は、この比較的広いスキマから確実に軸受装置１０の内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、保持器１４の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転する工作機械の主軸などを支持する軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を円筒ころ軸受を例にとり説明する。工作機械の主軸を支持する軸受には、加工精度を高く維持するために、高い回転精度と剛性が必要とされている。このような用途に用いられる円筒ころ軸受においては、軸・ハウジングに組込まれた後、軸受内部すきまが５μｍ程度の小さなすきまに調整されて使用されるのが常である。
【０００３】
一方、最近の傾向として加工効率向上のため、主軸の高速化が図られており、軸受にも高速化に対応するよう要求がなされている。かかる用途に対応できる軸受として、外輪つば付・内輪つば無し（ＮＵ型）円筒ころ軸受よりも給油した潤滑油が容易に軸受外部に排出できる内輪つば付、外輪つば無し（Ｎ型）円筒ころ軸受が広く採用されている。又、現在多く使用されている保持器の案内（位置決め）形式には、保持器を銅合金製として内輪つば部外周面で案内をする内輪案内形式と、合成樹脂製でころによって案内をするころ案内形式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工作機械の運転時に軸受が高速回転すると、内部に充填されたグリースやオイルエア潤滑で供給された潤滑油は、遠心力により外輪側に飛ばされてしまい、内輪案内保持器の場合、案内面の潤滑不良により焼付きに至る恐れがある。また、高速回転時には、遠心力による内輪みぞ部の膨張や外筒冷却、機械にビルトインされたモータの影響による内・外輪温度差増大などのため、運転中、軸受の内部すきまが負となりころ荷重が増加してしまうという問題もある。さらに保持器は高速回転時、遠心力によって振れ回り運動をおこすとともに、合成樹脂製の保持器では、強度が低いと変形量が大きくなってしまうという問題もある。特に、ころ案内保持器の場合は、保持器がころをかかえ、ころによって保持器が案内される構成のため、遠心力の影響により保持器の振れ回りが発生したときや、保持器の変形量が大きくなったときには、ポケッ卜部でころを拘束しその運動を阻害してしまい、また保持器にころから過大な荷重が負荷されて、保持器破損の恐れもあった。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
保持器の性能を左右するパラメータとして、保持器の径方向動き量がある。これは、転動体案内の場合は、保持器ポケット部のもたせと転動体とのすきまによる半径方向動き量により決定され、リング案内（外輪内径もしくは内輪外径）の場合は、保持器との径方向すきま（案内すきま）により決定されるものである。この半径方向動き量は、小さすぎると潤滑不良による焼付等の不具合が生じる恐れがあり、特に転動体案内の場合には、転動体を拘束する傾向が生じ運転時に安定した性能が確保できないという問題がある。逆に半径方向動き量が大きすぎると、保持器の振れ回りが大きくなり、それに起因して異音が発生しやすくなる。よって、これらの不具合を回避するためには、最適なすきまを設ける必要があるといえる。
【０００７】
一般的には、軸受のサイズが大きくなるほど、軸受の案内すきまも大きく設定する。その理由を説明する。高速回転になると、保持器自身がもつアンバランス（アンバランスの要因としては、例えば内外径の偏肉やポケットのピッチ不同等があげられる）により、アンバランスが大きい方向へ、案内すきま分偏心して案内される。この時、アンバランスの量と偏心量に応じて遠心力に基づく力が発生し保持器に作用する。軸受サイズが大きくなると、保持器の精度も悪くなるためアンバランスの量も大きくなる。従って、高速回転を達成しようとした場合、保持器の変形を極力抑える必要があり、初期の案内すきまがゼロとならないようにしなくてはならない。保持器を樹脂製とした場合、線膨張係数が軸受鋼に比べ大きい為、温度上昇による案内すきま減少量、保持器の真円度等を考慮し、リング案内の場合は初期設定の案内すきまの７０％以下の変形量に抑えることが望ましい。
【０００８】
従って、かかる目的を達成すべく、本発明の軸受装置は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置において、前記保持器は、樹脂素材から形成され、前記外輪の内周又は前記内輪の外周に対して位置決めされており、軸線方向に並列した一対の環状部と、前記環状部を連結する柱部とを有し、前記環状部の断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、前記ころのＰＣＤをｄｍとしたときに、保持器動案内すきま係数ＡＩが以下の式で表せるものである。
ＡＩ＝（ＬＨ３）／（ｄｍ）２ （１）
０．０６５≧ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２） （２）
【０００９】
【作用】
この発明によれば、前記保持器は、前記外輪の内周に対して位置決めされており、すなわち前記保持器の案内面を、前記外輪の軌道面と対向する保持器外周面としているので、前記内輪の外周面と前記保持器の内周面との間、又は前記外輪の内周面と前記保持器の外周面との間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、オイルエアやオイルミスト潤滑用のノズルから噴射された潤滑油は、この比較的広いスキマから確実に軸受内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、前記保持器の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【００１０】
また、前記保持器をこのように外輪案内又は内輪案内とすることにより、高速回転時の保持器振れ回り量を、案内スキマで規制することができ、さらに保持器の素材として、微量潤滑でも焼付きにくい樹脂素材を使用し、前記環状部の断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、前記転動体のＰＣＤをｄｍとしたときに、（１）、（２）式が成立する設計とすることで、従来の保持器と比較し高剛性化が可能となり、高速回転時の変形量を抑えることが可能となる。
【００１１】
保持器の樹脂素材としては、フェノール樹脂やポリアミド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。さらに、保持器の強度向上のために、ガラス繊維は、１０〜４０重量％、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、３０重量％以上とすると成形性が悪くなり外観も悪くなる。またさらに好ましくは、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る、ガラス繊維の場合は１０〜４０重量％が好ましく、この理由は上記と同様である。
【００１２】
ただし、円筒ころ軸受装置の場合、外輪案内形式で前記保持器の軸線方向幅を、（１）、（２）式を満たすようにすると、円筒ころの組込みをスムーズに行なうために設けられている外輪軌道面のリードイン部と、前記保持器の案内面とが、組込み誤差や運転中の軸伸びによる内輪の軸方向移動により干渉してしまう恐れがあり、それにより保持器の運転にブレーキをかけてしまったり、保持器案内面が摩耗するといった不具合が発生する。これに対し、前記保持器の案内面の外周部に面取りやテーパー加工を施し、外輪の軌道面とリードイン部の交点まで、軸方向に０．５ｍｍ以上のスキマを設けることで、かかる問題を回避することができる。
【００１３】
尚、前記転動体を保持する前記保持器のポケットにおける４つの角部の少なくとも一つに切欠き部を設けることで、前記内輪の軌道面やつば部に給油された潤滑油を、軸受装置の回転速度に応じて、かかる切欠き部を通って速やかに外輪軌道面側に移動させることが可能となる。
【００１４】
又、ポケットの円周方向ころ又は玉案内部形状が平坦面であり、前記軸受装置が支持する軸と平行な構成とすることで、前記ころ又は玉を保持するためのスナップ部は、前記保持器の動き量や寸法公差を考慮し、最悪でも運転中にころ又は玉と干渉しないようにでき、前記ころ又は玉の運動を阻害することなく高速回転が実現できる。加えて、保持器の高速安定化をはかるために、保持器の傾きに対し有利な両側案内とすると好ましい。
【００１５】
円筒ころ軸受での計算例を示す。従来の保持器は、軸受サイズにかかわらず、保持器動案内すきま係数は、ほぼＡＩ＝０．０２（ｍｍ２）となっている。一方、本発明の軸受装置においては、保持器動案内すきま係数の下限が、ＡＩ＝０．０２５（ｍｍ２）であるため、両者の値を用いて計算した結果を比較した。軸受内径４０ｍｍ，７０ｍｍ，１００ｍｍの場合で、計算した回転数（ｄｍｎ値）と変形の関係をそれぞれ図１６〜１８に示す。尚、保持器は、ＰＥＥＫ樹脂を素材として用いたものとして計算した。
【００１６】
図１６〜１８において、高速回転になると、保持器の変形量が大きくなり現行保持器では、ｄｍｎ２３０万程度で保持器変形量が案内すきまの７０％を超えてしまう。実際には、従来の保持器がころ案内であるため、リング案内の場合に比べ、より変形量を抑えなくてはならないという実情がある。保持器の変形量が大きくなると転動体を拘束してしまい、転動体の円滑な転動を阻害してしまう恐れがあるからである。よって、保持器の安定性を保つためにも、案内を外輪案内もしくは内輪案内とし、保持器の変形による案内すきま減少を防ぐためにも高速回転の場合は、ＡＩ＝０．０２５（ｍｍ２）以上に設定する必要があるといえる。尚、ＡＩの上限に関しては、軸受の空間を考慮し、保持器が軸受の端面からはみ出さないような設計を行うと、おのずと（２）式に示す上限値（ＡＩ＝０．０６５（ｍｍ２））が得られ、すなわちＡＩは、０．０６５（ｍｍ２）以下とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる実施の形態による軸受装置を示す軸線方向断面図である。図２は、本実施の形態の軸受装置のみを拡大して示す図である。軸受装置１０は、つばを設けていない外輪１１と、つば１２ａを両端に設けた内輪１２と、両輪１１，１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）１３と、ころ１３を保持する保持器１４とを有している。図１においては、軸受装置１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置２０が設けられている。潤滑油供給装置２０の供給路２０ａは、軸受装置１０の内部に向いており、外部より圧送された潤滑油を噴出可能となっている。
【００１８】
保持器１４は、外輪１１の内周に対して位置決めされており、すなわち保持器１４の案内面を、外輪１１の軌道面１１ａと対向する保持器外周面１４ａとしているので、内輪１２のつば１２ａの外周面１２ｂと、保持器１４の内周面１４ｂとの間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、潤滑油供給装置２０の供給路２０ａから噴射された潤滑油は、図１の矢印で示すように、この比較的広いスキマから確実に軸受装置１０の内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、保持器１４の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【００１９】
また、保持器１４をこのように外輪案内とすることにより、高速回転時の保持器１４の振れ回り量を、案内スキマで規制することができる。さらに保持器１４の素材として、フェノール樹脂やポリアミド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。さらに、保持器の強度向上のために、ガラス繊維は、１０〜４０重量％、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、３０重量％以上とすると成形性が悪くなり外観も悪くなる。またさらに好ましくは、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る、ガラス繊維の場合は１０〜４０重量％が好ましく、この理由は上記と同様である。
【００２０】
又、図２に示すように、保持器１４は、軸線方向に並列した一対の環状部１４ｒと、前記環状部を連結する柱部１４ｐとを有し、環状部１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、ころ１３のＰＣＤをｄｍとしたときに、保持器動案内すきま係数ＡＩは、以下の式により表される。
ＡＩ＝（ＬＨ３）／（ｄｍ）２ （１）
０．０６５≧ＡＩ≧０．０２５ （ｍｍ２） （２）
このように保持器１４を設計することで、従来の保持器と比較し高剛性化が可能となり、高速回転時の変形量を抑えることが可能となる。
【００２１】
ただし、外輪案内形式で保持器１４の環状部１４ｒ（すなわちポケット形状）を（１）、（２）式を満たすように設計すると、円筒ころ１３の組込みをスムーズに行なうために設けられている外輪１１の軌道面１１ａの端部内周に形成されたリードイン部１１ｂと、保持器１４の案内面１４ａとが、組込み誤差や運転中の軸伸びによる内輪１２の軸方向移動により干渉してしまう恐れがあり、それにより保持器１４の運転にブレーキをかけてしまったり、保持器１４の案内面１４ａが摩耗するといった不具合が発生する。本実施の形態では、保持器１４の案内面１４ａの外周端に面取り（又はテーパー）１４ｃを設け、面取り１４ｃの内方端と、外輪１１の軌道面１１ａとリードイン部１１ｂの交点とを、軸方向に０．５ｍｍ以上の距離をもって隔置することで、かかる問題を回避している。
【００２２】
図３は、図１の軸受装置から外輪を取り外し、矢印ＩＩＩ方向に見た図である。図４は、図１の形態の軸受装置から内輪を取り外した状態で、軸線方向に見た図である。図３に示すように、保持器１４がころ１３を保持するポケット１４ｄは、４つの角部に切欠き部１４ｇを設けているので、内輪１２の軌道面やつばに給油された潤滑油を、軸受装置１０の回転速度に応じて、かかる切欠き部１４ｇを通って速やかに外輪１１の軌道面１１ａ（図１）側に移動させることが可能となる。
【００２３】
又、ポケット１４ｄの円周方向ころ案内面１４ｅの形状が、軸線方向の幅ａにわたって平坦となっている。また、ころ１３の両端面に対し、保持器１４の軸線方向案内面１４ｈは、周方向長さｂ（図４参照）で当接している。このとき、案内面１４ｅの幅ａを、ころ長さＬ２の４０〜８０％とし、案内面１４ｈの長さｂをころ怪の４０〜８０％とし、案内面１４ｈのころ１３のＰＣＤからの高さｃ（図４参照）を、ころ１３の外径Ｄの２０〜４０％とすることで、ころ１３と保持器１４の接触面積を小さくするとともに、ころ１３の面取り部１３ａと、案内面１４ｈとの干渉を抑制している。尚、スナップ部１４ｆの面取り角度は、２５〜６０°であると好ましい。尚、スナップ部１４ｆは、連転中保持器１４が半径方向に案内スキマ分移動し、ころ１３がポケットスキマ分円周方向に移動した状態でも、ころ１３と干渉しないような設計となっている。加えて、本実施の形態では、保持器１４の高速安定化をはかるために、保持器１４の傾きに対し有利な両側案内となっているが、片側案内でも良い。
【００２４】
尚、保持器１４の軸線方向案内面１４ｈは、図１４，１５に示す変形例のように省略してもよい。潤滑油が通過できる空間が設けられていればよい。又、アンダーレース潤滑用の保持器として、内輪案内保持器でも同様のことがいえるので、案内は外輪となっているが、内輪側であっても良い。上記実施の形態では、もっぱら円筒ころ軸受について説明したが、玉軸受であっても良い。これらの実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００２５】
図７は、片側案内の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。図７において、軸受装置１１０は、つばを設けていない外輪１１１と、つば１１２ａを両端に設けた内輪１１２と、両輪１１１，１１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）１１３と、ころ１１３を保持する保持器１１４とを有している。図７では図示していないが、軸受装置１１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００２６】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器１１４も、外輪１１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器１１４の案内面を、外輪１１１の軌道面１１１ａと対向する、図７で右方側の環状部１１４ｒの外周面１１４ａのみとしている。かかる実施の形態においては、保持器１１４の右方の環状部１１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００２７】
図８は、つばナシ内輪の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。図８において、軸受装置２１０は、つばを設けている外輪２１１及び内輪２１２と、両輪２１１，２１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）２１３と、ころ２１３を保持する保持器２１４とを有している。図８では図示していないが、軸受装置２１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００２８】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器２１４も、外輪２１１の内周に対して位置決めされており、保持器２１４の案内面を、外輪２１１の軌道面２１１ａと対向する保持器外周面２１４ａとしている。内輪２１２につばを設けていない以外の基本的構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００２９】
図９は、片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図９において、軸受装置３１０は、外輪３１１及び内輪３１２と、両輪３１１，３１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）３１３と、玉３１３を保持する保持器３１４とを有している。図９では図示していないが、軸受装置３１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３０】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器３１４も、外輪３１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器３１４の案内面を、外輪３１１の内周面３１１ａと対向する、図９で右方側の環状部３１４ｒの外周面３１４ａのみとしている。かかる実施の形態においては、保持器３１４の右方の環状部３１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３１】
図１０は、内輪案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１０において、軸受装置４１０は、外輪４１１及び内輪４１２と、両輪４１１，４１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）４１３と、玉４１３を保持する保持器４１４とを有している。図１０に示すように、内輪４１２にアンダーレース潤滑用の給油孔４１２ｂが設けられており、保持器内周面４１４ａに潤滑油が供給される。
【００３２】
本実施の形態の保持器４１４は、内輪４１２の外周に対して位置決めされており、従って保持器４１４の案内面を、内輪４１２の外周面４１２ａと対向する保持器内周面４１４ａとしている。以上のべた主要な相違点以外の基本的構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３３】
図１１は、片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１１において、軸受装置５１０は、外輪５１１及び内輪５１２と、両輪５１１，５１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）５１３と、玉５１３を保持する保持器５１４とを有している。図１１では図示していないが、軸受装置５１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３４】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器５１４も、外輪５１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器５１４の案内面を、外輪５１１の内周面５１１ａと対向する、図１１で右方側の環状部５１４ｒの外周面５１４ａのみとしており、又保持器５１４の一対の環状部５１４ｒの外周面には、内向きに段部５１４ｓが形成されている。かかる実施の形態においては、保持器５１４の右方の環状部５１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３５】
図１２は、両側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１２において、軸受装置６１０は、外輪６１１及び内輪６１２と、両輪６１１，６１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）６１３と、玉６１３を保持する保持器６１４とを有している。図１２では図示していないが、軸受装置６１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３６】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器６１４も、外輪６１１の内周に対して位置決めされており、保持器６１４の案内面を、外輪６１１の内周面６１１ａと対向する保持器外周面６１４ａとしている。かかる実施の形態においては、保持器６１４の環状部６１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３７】
以下、円筒ころ軸受装置に適用される実施例について説明する。実施例の各種断面形状での計算結果を示す。
（計算条件）
保持器外径寸法：９９．５１ｍｍ
ころ径：９ｍｍ
ころ長さ：９ｍｍ
ころ数：２０個
ころＰＣＤ（ｄｍ）：９１ｍｍ
保持器材質：ＰＥＥＫ樹脂
回転数：２５０００回転毎分
案内すきま：０．４ｍｍ
保持器アンバランス：０．５ｇ・ｃｍ
【００３８】
以上の条件による保持器の変形量の計算結果を表１に示す。
【表１】
かかる計算結果を考察するに、表１に示す条件１の場合が、最も小さい変形量となる。高速運転時、保持器の変形量を考慮すると、ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２）が必要となる。
【００３９】
図２に示すように、保持器案内面と有効外輪軌道面幅との軸方向距離に関して、リードイン部１１ｂと外輪内周面１１ａとの交点から０．５ｍｍ以上軸方向に距離が空くように、保持器の案内面位置Ｐを設定した状態で、図５に示すように、保持器外周面１４ａの逃がし形状を変えて考察する。
（ａ）テーパー形状に逃がしたもの
（ｂ）Ｃ面取形状で逃がしたもの
（ｃ）Ｒ面取形状で逃がしたもの
いずれの形状でも問題がないことが判った。
【００４０】
以下、本発明者らが行った比較試験の供試仕様・試験条件を説明する。
軸受仕様：Ｎ型円筒ころ軸受
内径：７０ｍｍ
外径：１１０ｍｍ
ころ径：９ｍｍ
ころ長さ：９ｍｍ
ころＰＣＤ（ｄｍ）：９１ｍｍ
実施例：外輪案内保持器
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１８．５ｍｍ
保持器厚さ：５．２ｍｍ
比較例：ころ案内保持器
材質：ポリアミド６６樹脂
保持器幅：１１．８ｍｍ
保持器厚さ：４．３ｍｍ
試験条件
組込時ラジアル内部すきま：０μｍ
潤滑：オイルエア潤滑
回転数：軸受が回転不能となるまで上昇
【００４１】
比較試験結果を図６に示す。かかる試験によれば、比較例のころ案内保持器では、回転数を１８０００回転毎分にあげたところ、保持器が破断してしまった。保持器自身の強度（断面形状、材質）が弱く、遠心力による振れ回りと径方向変形量でポケット部でころの運動を阻害してしまい、保持器に過大な荷重が負荷し保持器が破断したものである。
【００４２】
一方、本実施例の外輪案内保持器は、温度上昇も比較例のころ案内保持器よリ低く、限界回転数も飛躍的に延び、回転数を３１０００回転毎分にしても問題なく、実施例の形状が有効であることが確認できた。
【００４３】
次に、アンギュラ玉軸受装置に適用される実施例について説明する。実施例の各種断面形状での計算結果を示す。
（計算条件）
軸受内径：６５ｍｍ
保持器外径：８６ｍｍ
玉径：７．１４４ｍｍ
玉数：２８個
玉ＰＣＤ（ｄｍ）：８２ｍｍ
保持器材質：ＰＥＥＫ樹脂
回転数：３００００回転毎分
案内すきま：０．４ｍｍ
保持器アンバランス：０．５ｇ・ｃｍ
【００４４】
以上の条件による保持器変形量の計算結果を表２に示す。
【表２】
【００４５】
かかる計算結果を考察にするに、表２に示す条件１の場合が、最も小さい変形量となる。高速運転時、保持器の変形量を考慮すると、ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２）が必要となる。
【００４６】
以下、本発明者らが行った比較試験の供試仕様・試験条件を説明する。
軸受仕様：アンギュラ玉軸受
内径：６５ｍｍ
外径：１０５ｍｍ
玉径：７．１４４ｍｍ
玉ＰＣＤ（ｄｍ）：８２ｍｍ
玉数：２８個
組合せ：２列背面組合せ（ＤＢ組合せ、定位置予圧）
試験条件
組込時アキシアルばね定数：１００Ｎ／μｍ
潤滑：オイルエア
給油量：０．０３ｃｃ／１６ｍｉｎ
回転数：軸受が回転不能となるまで上昇
実施例：外輪案内保持器（ＡＩ＝０．０４０（ｍｍ２））
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１６ｍｍ
保持器厚さ：４ｍｍ
比較例１：玉案内保持器（従来保持器）
材質：ポリアミド６６
保持器幅：１５ｍｍ
保持器厚さ：２．５ｍｍ
比較例２：外輪案内保持器（ＡＩ＝０．０１３（ｍｍ２））
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１４ｍｍ
保持器厚さ：３ｍｍ
【００４７】
比較試験結果を図１３に示す。かかる試験によれば、比較例１の玉案内保持器では２２０００回転毎分にあげたところ、保持器が溶融してしまった。保持器自身の強度（断面形状、材質）が弱く、遠心力による振れ回りと径方向変計量でポケット部で玉の運転を阻害してしまい、摩擦熱により保持器が溶融破損したものである。
【００４８】
一方、比較例２の外輪案内保持器は、比較例１の保持器よりは昇温、高速性に優れていたが、２９０００回転毎分にあげたところ保持器案内面が摩耗し、ポケット部柱が破損してしまった。比較例１に比べ、保持器の運動は外輪案内とすることにより高速域では安定したものとなったが、保持器断面強度が不足し、運転時の変形量が大きくなり、案内面での油膜形成が困難となり案内面が摩耗してしまった。これは、摩耗することにより、保持器にアンバランスが加わり、さらに変形量が大きくなるため、保持器に過大な応力が発生してしまい柱が破損してしまったためと考えられる。
【００４９】
これに対し、本実施例の外輪案内保持器は、温度上昇も比較例１と比較し低く、比較例２と比較しても限界回転数が増大している。本実施例では、３３０００回転毎分にあげたところで試験機はストップしたが、分解してみると、保持器に異常はなく、内輪の軌道面が焼きついている状態だった。保持器としては、さらに高速回転が可能であることが判断でき、本発明の形状が有効であることが確認できた。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、グリース潤滑でも同様なことがいえる本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施の形態による軸受装置を示す軸線方向断面図である。
【図２】本実施の形態の軸受装置のみを拡大して示す図である。
【図３】図１の軸受装置から外輪を取り外し、矢印ＩＩＩ方向に見た図である。
【図４】図１の形態の軸受装置から内輪を取り外した状態で、軸線方向に見た図である。
【図５】保持器の形状の変形例を示す図である。
【図６】円筒ころ軸受装置における比較例との試験結果を示す図である。
【図７】片側案内の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図８】つばナシ内輪の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図９】片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１０】内輪案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１１】片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１２】両側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１３】アンギュラ玉軸受装置における比較例との試験結果を示す図である。
【図１４】図１の軸受装置の変形例を示す図３と同様な図である。
【図１５】図１の軸受装置の変形例を示す図４と同様な図である。
【図１６】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【図１７】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【図１８】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０、６１０ 軸受装置
１１、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１、６１１ 外輪
１２、１１２，２１２，３１２，４１２，５１２、６１２ 内輪
１３、１１３，２１３ ころ
３１３，４１３，５１３、６１３ 玉
１４、１１４，２１４，３１４，４１４，５１４、６１４ 保持器
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転する工作機械の主軸などを支持する軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を円筒ころ軸受を例にとり説明する。工作機械の主軸を支持する軸受には、加工精度を高く維持するために、高い回転精度と剛性が必要とされている。このような用途に用いられる円筒ころ軸受においては、軸・ハウジングに組込まれた後、軸受内部すきまが５μｍ程度の小さなすきまに調整されて使用されるのが常である。
【０００３】
一方、最近の傾向として加工効率向上のため、主軸の高速化が図られており、軸受にも高速化に対応するよう要求がなされている。かかる用途に対応できる軸受として、外輪つば付・内輪つば無し（ＮＵ型）円筒ころ軸受よりも給油した潤滑油が容易に軸受外部に排出できる内輪つば付、外輪つば無し（Ｎ型）円筒ころ軸受が広く採用されている。又、現在多く使用されている保持器の案内（位置決め）形式には、保持器を銅合金製として内輪つば部外周面で案内をする内輪案内形式と、合成樹脂製でころによって案内をするころ案内形式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工作機械の運転時に軸受が高速回転すると、内部に充填されたグリースやオイルエア潤滑で供給された潤滑油は、遠心力により外輪側に飛ばされてしまい、内輪案内保持器の場合、案内面の潤滑不良により焼付きに至る恐れがある。また、高速回転時には、遠心力による内輪みぞ部の膨張や外筒冷却、機械にビルトインされたモータの影響による内・外輪温度差増大などのため、運転中、軸受の内部すきまが負となりころ荷重が増加してしまうという問題もある。さらに保持器は高速回転時、遠心力によって振れ回り運動をおこすとともに、合成樹脂製の保持器では、強度が低いと変形量が大きくなってしまうという問題もある。特に、ころ案内保持器の場合は、保持器がころをかかえ、ころによって保持器が案内される構成のため、遠心力の影響により保持器の振れ回りが発生したときや、保持器の変形量が大きくなったときには、ポケッ卜部でころを拘束しその運動を阻害してしまい、また保持器にころから過大な荷重が負荷されて、保持器破損の恐れもあった。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
保持器の性能を左右するパラメータとして、保持器の径方向動き量がある。これは、転動体案内の場合は、保持器ポケット部のもたせと転動体とのすきまによる半径方向動き量により決定され、リング案内（外輪内径もしくは内輪外径）の場合は、保持器との径方向すきま（案内すきま）により決定されるものである。この半径方向動き量は、小さすぎると潤滑不良による焼付等の不具合が生じる恐れがあり、特に転動体案内の場合には、転動体を拘束する傾向が生じ運転時に安定した性能が確保できないという問題がある。逆に半径方向動き量が大きすぎると、保持器の振れ回りが大きくなり、それに起因して異音が発生しやすくなる。よって、これらの不具合を回避するためには、最適なすきまを設ける必要があるといえる。
【０００７】
一般的には、軸受のサイズが大きくなるほど、軸受の案内すきまも大きく設定する。その理由を説明する。高速回転になると、保持器自身がもつアンバランス（アンバランスの要因としては、例えば内外径の偏肉やポケットのピッチ不同等があげられる）により、アンバランスが大きい方向へ、案内すきま分偏心して案内される。この時、アンバランスの量と偏心量に応じて遠心力に基づく力が発生し保持器に作用する。軸受サイズが大きくなると、保持器の精度も悪くなるためアンバランスの量も大きくなる。従って、高速回転を達成しようとした場合、保持器の変形を極力抑える必要があり、初期の案内すきまがゼロとならないようにしなくてはならない。保持器を樹脂製とした場合、線膨張係数が軸受鋼に比べ大きい為、温度上昇による案内すきま減少量、保持器の真円度等を考慮し、リング案内の場合は初期設定の案内すきまの７０％以下の変形量に抑えることが望ましい。
【０００８】
従って、かかる目的を達成すべく、本発明の軸受装置は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置において、前記保持器は、樹脂素材から形成され、前記外輪の内周又は前記内輪の外周に対して位置決めされており、軸線方向に並列した一対の環状部と、前記環状部を連結する柱部とを有し、前記環状部の断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、前記ころのＰＣＤをｄｍとしたときに、保持器動案内すきま係数ＡＩが以下の式で表せるものである。
ＡＩ＝（ＬＨ３）／（ｄｍ）２ （１）
０．０６５≧ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２） （２）
【０００９】
【作用】
この発明によれば、前記保持器は、前記外輪の内周に対して位置決めされており、すなわち前記保持器の案内面を、前記外輪の軌道面と対向する保持器外周面としているので、前記内輪の外周面と前記保持器の内周面との間、又は前記外輪の内周面と前記保持器の外周面との間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、オイルエアやオイルミスト潤滑用のノズルから噴射された潤滑油は、この比較的広いスキマから確実に軸受内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、前記保持器の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【００１０】
また、前記保持器をこのように外輪案内又は内輪案内とすることにより、高速回転時の保持器振れ回り量を、案内スキマで規制することができ、さらに保持器の素材として、微量潤滑でも焼付きにくい樹脂素材を使用し、前記環状部の断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、前記転動体のＰＣＤをｄｍとしたときに、（１）、（２）式が成立する設計とすることで、従来の保持器と比較し高剛性化が可能となり、高速回転時の変形量を抑えることが可能となる。
【００１１】
保持器の樹脂素材としては、フェノール樹脂やポリアミド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。さらに、保持器の強度向上のために、ガラス繊維は、１０〜４０重量％、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、３０重量％以上とすると成形性が悪くなり外観も悪くなる。またさらに好ましくは、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る、ガラス繊維の場合は１０〜４０重量％が好ましく、この理由は上記と同様である。
【００１２】
ただし、円筒ころ軸受装置の場合、外輪案内形式で前記保持器の軸線方向幅を、（１）、（２）式を満たすようにすると、円筒ころの組込みをスムーズに行なうために設けられている外輪軌道面のリードイン部と、前記保持器の案内面とが、組込み誤差や運転中の軸伸びによる内輪の軸方向移動により干渉してしまう恐れがあり、それにより保持器の運転にブレーキをかけてしまったり、保持器案内面が摩耗するといった不具合が発生する。これに対し、前記保持器の案内面の外周部に面取りやテーパー加工を施し、外輪の軌道面とリードイン部の交点まで、軸方向に０．５ｍｍ以上のスキマを設けることで、かかる問題を回避することができる。
【００１３】
尚、前記転動体を保持する前記保持器のポケットにおける４つの角部の少なくとも一つに切欠き部を設けることで、前記内輪の軌道面やつば部に給油された潤滑油を、軸受装置の回転速度に応じて、かかる切欠き部を通って速やかに外輪軌道面側に移動させることが可能となる。
【００１４】
又、ポケットの円周方向ころ又は玉案内部形状が平坦面であり、前記軸受装置が支持する軸と平行な構成とすることで、前記ころ又は玉を保持するためのスナップ部は、前記保持器の動き量や寸法公差を考慮し、最悪でも運転中にころ又は玉と干渉しないようにでき、前記ころ又は玉の運動を阻害することなく高速回転が実現できる。加えて、保持器の高速安定化をはかるために、保持器の傾きに対し有利な両側案内とすると好ましい。
【００１５】
円筒ころ軸受での計算例を示す。従来の保持器は、軸受サイズにかかわらず、保持器動案内すきま係数は、ほぼＡＩ＝０．０２（ｍｍ２）となっている。一方、本発明の軸受装置においては、保持器動案内すきま係数の下限が、ＡＩ＝０．０２５（ｍｍ２）であるため、両者の値を用いて計算した結果を比較した。軸受内径４０ｍｍ，７０ｍｍ，１００ｍｍの場合で、計算した回転数（ｄｍｎ値）と変形の関係をそれぞれ図１６〜１８に示す。尚、保持器は、ＰＥＥＫ樹脂を素材として用いたものとして計算した。
【００１６】
図１６〜１８において、高速回転になると、保持器の変形量が大きくなり現行保持器では、ｄｍｎ２３０万程度で保持器変形量が案内すきまの７０％を超えてしまう。実際には、従来の保持器がころ案内であるため、リング案内の場合に比べ、より変形量を抑えなくてはならないという実情がある。保持器の変形量が大きくなると転動体を拘束してしまい、転動体の円滑な転動を阻害してしまう恐れがあるからである。よって、保持器の安定性を保つためにも、案内を外輪案内もしくは内輪案内とし、保持器の変形による案内すきま減少を防ぐためにも高速回転の場合は、ＡＩ＝０．０２５（ｍｍ２）以上に設定する必要があるといえる。尚、ＡＩの上限に関しては、軸受の空間を考慮し、保持器が軸受の端面からはみ出さないような設計を行うと、おのずと（２）式に示す上限値（ＡＩ＝０．０６５（ｍｍ２））が得られ、すなわちＡＩは、０．０６５（ｍｍ２）以下とすることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる実施の形態による軸受装置を示す軸線方向断面図である。図２は、本実施の形態の軸受装置のみを拡大して示す図である。軸受装置１０は、つばを設けていない外輪１１と、つば１２ａを両端に設けた内輪１２と、両輪１１，１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）１３と、ころ１３を保持する保持器１４とを有している。図１においては、軸受装置１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置２０が設けられている。潤滑油供給装置２０の供給路２０ａは、軸受装置１０の内部に向いており、外部より圧送された潤滑油を噴出可能となっている。
【００１８】
保持器１４は、外輪１１の内周に対して位置決めされており、すなわち保持器１４の案内面を、外輪１１の軌道面１１ａと対向する保持器外周面１４ａとしているので、内輪１２のつば１２ａの外周面１２ｂと、保持器１４の内周面１４ｂとの間のスキマを比較的大きく設計することが可能となる。この結果、潤滑油供給装置２０の供給路２０ａから噴射された潤滑油は、図１の矢印で示すように、この比較的広いスキマから確実に軸受装置１０の内部に導入され、遠心力により外輪側に潤滑油が飛ばされ、保持器１４の案内面の潤滑がスムーズに行なえるようになっている。
【００１９】
また、保持器１４をこのように外輪案内とすることにより、高速回転時の保持器１４の振れ回り量を、案内スキマで規制することができる。さらに保持器１４の素材として、フェノール樹脂やポリアミド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。さらに、保持器の強度向上のために、ガラス繊維は、１０〜４０重量％、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、３０重量％以上とすると成形性が悪くなり外観も悪くなる。またさらに好ましくは、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る、ガラス繊維の場合は１０〜４０重量％が好ましく、この理由は上記と同様である。
【００２０】
又、図２に示すように、保持器１４は、軸線方向に並列した一対の環状部１４ｒと、前記環状部を連結する柱部１４ｐとを有し、環状部１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、ころ１３のＰＣＤをｄｍとしたときに、保持器動案内すきま係数ＡＩは、以下の式により表される。
ＡＩ＝（ＬＨ３）／（ｄｍ）２ （１）
０．０６５≧ＡＩ≧０．０２５ （ｍｍ２） （２）
このように保持器１４を設計することで、従来の保持器と比較し高剛性化が可能となり、高速回転時の変形量を抑えることが可能となる。
【００２１】
ただし、外輪案内形式で保持器１４の環状部１４ｒ（すなわちポケット形状）を（１）、（２）式を満たすように設計すると、円筒ころ１３の組込みをスムーズに行なうために設けられている外輪１１の軌道面１１ａの端部内周に形成されたリードイン部１１ｂと、保持器１４の案内面１４ａとが、組込み誤差や運転中の軸伸びによる内輪１２の軸方向移動により干渉してしまう恐れがあり、それにより保持器１４の運転にブレーキをかけてしまったり、保持器１４の案内面１４ａが摩耗するといった不具合が発生する。本実施の形態では、保持器１４の案内面１４ａの外周端に面取り（又はテーパー）１４ｃを設け、面取り１４ｃの内方端と、外輪１１の軌道面１１ａとリードイン部１１ｂの交点とを、軸方向に０．５ｍｍ以上の距離をもって隔置することで、かかる問題を回避している。
【００２２】
図３は、図１の軸受装置から外輪を取り外し、矢印ＩＩＩ方向に見た図である。図４は、図１の形態の軸受装置から内輪を取り外した状態で、軸線方向に見た図である。図３に示すように、保持器１４がころ１３を保持するポケット１４ｄは、４つの角部に切欠き部１４ｇを設けているので、内輪１２の軌道面やつばに給油された潤滑油を、軸受装置１０の回転速度に応じて、かかる切欠き部１４ｇを通って速やかに外輪１１の軌道面１１ａ（図１）側に移動させることが可能となる。
【００２３】
又、ポケット１４ｄの円周方向ころ案内面１４ｅの形状が、軸線方向の幅ａにわたって平坦となっている。また、ころ１３の両端面に対し、保持器１４の軸線方向案内面１４ｈは、周方向長さｂ（図４参照）で当接している。このとき、案内面１４ｅの幅ａを、ころ長さＬ２の４０〜８０％とし、案内面１４ｈの長さｂをころ怪の４０〜８０％とし、案内面１４ｈのころ１３のＰＣＤからの高さｃ（図４参照）を、ころ１３の外径Ｄの２０〜４０％とすることで、ころ１３と保持器１４の接触面積を小さくするとともに、ころ１３の面取り部１３ａと、案内面１４ｈとの干渉を抑制している。尚、スナップ部１４ｆの面取り角度は、２５〜６０°であると好ましい。尚、スナップ部１４ｆは、連転中保持器１４が半径方向に案内スキマ分移動し、ころ１３がポケットスキマ分円周方向に移動した状態でも、ころ１３と干渉しないような設計となっている。加えて、本実施の形態では、保持器１４の高速安定化をはかるために、保持器１４の傾きに対し有利な両側案内となっているが、片側案内でも良い。
【００２４】
尚、保持器１４の軸線方向案内面１４ｈは、図１４，１５に示す変形例のように省略してもよい。潤滑油が通過できる空間が設けられていればよい。又、アンダーレース潤滑用の保持器として、内輪案内保持器でも同様のことがいえるので、案内は外輪となっているが、内輪側であっても良い。上記実施の形態では、もっぱら円筒ころ軸受について説明したが、玉軸受であっても良い。これらの実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。
【００２５】
図７は、片側案内の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。図７において、軸受装置１１０は、つばを設けていない外輪１１１と、つば１１２ａを両端に設けた内輪１１２と、両輪１１１，１１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）１１３と、ころ１１３を保持する保持器１１４とを有している。図７では図示していないが、軸受装置１１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００２６】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器１１４も、外輪１１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器１１４の案内面を、外輪１１１の軌道面１１１ａと対向する、図７で右方側の環状部１１４ｒの外周面１１４ａのみとしている。かかる実施の形態においては、保持器１１４の右方の環状部１１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００２７】
図８は、つばナシ内輪の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。図８において、軸受装置２１０は、つばを設けている外輪２１１及び内輪２１２と、両輪２１１，２１２間に転動自在に配置された複数のころ（転動体）２１３と、ころ２１３を保持する保持器２１４とを有している。図８では図示していないが、軸受装置２１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００２８】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器２１４も、外輪２１１の内周に対して位置決めされており、保持器２１４の案内面を、外輪２１１の軌道面２１１ａと対向する保持器外周面２１４ａとしている。内輪２１２につばを設けていない以外の基本的構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００２９】
図９は、片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図９において、軸受装置３１０は、外輪３１１及び内輪３１２と、両輪３１１，３１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）３１３と、玉３１３を保持する保持器３１４とを有している。図９では図示していないが、軸受装置３１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３０】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器３１４も、外輪３１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器３１４の案内面を、外輪３１１の内周面３１１ａと対向する、図９で右方側の環状部３１４ｒの外周面３１４ａのみとしている。かかる実施の形態においては、保持器３１４の右方の環状部３１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３１】
図１０は、内輪案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１０において、軸受装置４１０は、外輪４１１及び内輪４１２と、両輪４１１，４１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）４１３と、玉４１３を保持する保持器４１４とを有している。図１０に示すように、内輪４１２にアンダーレース潤滑用の給油孔４１２ｂが設けられており、保持器内周面４１４ａに潤滑油が供給される。
【００３２】
本実施の形態の保持器４１４は、内輪４１２の外周に対して位置決めされており、従って保持器４１４の案内面を、内輪４１２の外周面４１２ａと対向する保持器内周面４１４ａとしている。以上のべた主要な相違点以外の基本的構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３３】
図１１は、片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１１において、軸受装置５１０は、外輪５１１及び内輪５１２と、両輪５１１，５１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）５１３と、玉５１３を保持する保持器５１４とを有している。図１１では図示していないが、軸受装置５１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３４】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器５１４も、外輪５１１の内周に対して位置決めされているが、本実施の形態では、保持器５１４の案内面を、外輪５１１の内周面５１１ａと対向する、図１１で右方側の環状部５１４ｒの外周面５１４ａのみとしており、又保持器５１４の一対の環状部５１４ｒの外周面には、内向きに段部５１４ｓが形成されている。かかる実施の形態においては、保持器５１４の右方の環状部５１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３５】
図１２は、両側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。図１２において、軸受装置６１０は、外輪６１１及び内輪６１２と、両輪６１１，６１２間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）６１３と、玉６１３を保持する保持器６１４とを有している。図１２では図示していないが、軸受装置６１０に隣接して、オイルエアやオイルミスト潤滑用の潤滑油供給装置が設けられている。
【００３６】
図２に示す実施の形態と同様に、保持器６１４も、外輪６１１の内周に対して位置決めされており、保持器６１４の案内面を、外輪６１１の内周面６１１ａと対向する保持器外周面６１４ａとしている。かかる実施の形態においては、保持器６１４の環状部６１４ｒの断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬとしている。以上のべた主要な相違点以外の構成については、上述した実施の形態と同様であり、作用・効果も又同様に得られる。
【００３７】
以下、円筒ころ軸受装置に適用される実施例について説明する。実施例の各種断面形状での計算結果を示す。
（計算条件）
保持器外径寸法：９９．５１ｍｍ
ころ径：９ｍｍ
ころ長さ：９ｍｍ
ころ数：２０個
ころＰＣＤ（ｄｍ）：９１ｍｍ
保持器材質：ＰＥＥＫ樹脂
回転数：２５０００回転毎分
案内すきま：０．４ｍｍ
保持器アンバランス：０．５ｇ・ｃｍ
【００３８】
以上の条件による保持器の変形量の計算結果を表１に示す。
【表１】
【００３９】
図２に示すように、保持器案内面と有効外輪軌道面幅との軸方向距離に関して、リードイン部１１ｂと外輪内周面１１ａとの交点から０．５ｍｍ以上軸方向に距離が空くように、保持器の案内面位置Ｐを設定した状態で、図５に示すように、保持器外周面１４ａの逃がし形状を変えて考察する。
（ａ）テーパー形状に逃がしたもの
（ｂ）Ｃ面取形状で逃がしたもの
（ｃ）Ｒ面取形状で逃がしたもの
いずれの形状でも問題がないことが判った。
【００４０】
以下、本発明者らが行った比較試験の供試仕様・試験条件を説明する。
軸受仕様：Ｎ型円筒ころ軸受
内径：７０ｍｍ
外径：１１０ｍｍ
ころ径：９ｍｍ
ころ長さ：９ｍｍ
ころＰＣＤ（ｄｍ）：９１ｍｍ
実施例：外輪案内保持器
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１８．５ｍｍ
保持器厚さ：５．２ｍｍ
比較例：ころ案内保持器
材質：ポリアミド６６樹脂
保持器幅：１１．８ｍｍ
保持器厚さ：４．３ｍｍ
試験条件
組込時ラジアル内部すきま：０μｍ
潤滑：オイルエア潤滑
回転数：軸受が回転不能となるまで上昇
【００４１】
比較試験結果を図６に示す。かかる試験によれば、比較例のころ案内保持器では、回転数を１８０００回転毎分にあげたところ、保持器が破断してしまった。保持器自身の強度（断面形状、材質）が弱く、遠心力による振れ回りと径方向変形量でポケット部でころの運動を阻害してしまい、保持器に過大な荷重が負荷し保持器が破断したものである。
【００４２】
一方、本実施例の外輪案内保持器は、温度上昇も比較例のころ案内保持器よリ低く、限界回転数も飛躍的に延び、回転数を３１０００回転毎分にしても問題なく、実施例の形状が有効であることが確認できた。
【００４３】
次に、アンギュラ玉軸受装置に適用される実施例について説明する。実施例の各種断面形状での計算結果を示す。
（計算条件）
軸受内径：６５ｍｍ
保持器外径：８６ｍｍ
玉径：７．１４４ｍｍ
玉数：２８個
玉ＰＣＤ（ｄｍ）：８２ｍｍ
保持器材質：ＰＥＥＫ樹脂
回転数：３００００回転毎分
案内すきま：０．４ｍｍ
保持器アンバランス：０．５ｇ・ｃｍ
【００４４】
以上の条件による保持器変形量の計算結果を表２に示す。
【表２】
かかる計算結果を考察にするに、表２に示す条件１の場合が、最も小さい変形量となる。高速運転時、保持器の変形量を考慮すると、ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２）が必要となる。
【００４６】
以下、本発明者らが行った比較試験の供試仕様・試験条件を説明する。
軸受仕様：アンギュラ玉軸受
内径：６５ｍｍ
外径：１０５ｍｍ
玉径：７．１４４ｍｍ
玉ＰＣＤ（ｄｍ）：８２ｍｍ
玉数：２８個
組合せ：２列背面組合せ（ＤＢ組合せ、定位置予圧）
試験条件
組込時アキシアルばね定数：１００Ｎ／μｍ
潤滑：オイルエア
給油量：０．０３ｃｃ／１６ｍｉｎ
回転数：軸受が回転不能となるまで上昇
実施例：外輪案内保持器（ＡＩ＝０．０４０（ｍｍ２））
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１６ｍｍ
保持器厚さ：４ｍｍ
比較例１：玉案内保持器（従来保持器）
材質：ポリアミド６６
保持器幅：１５ｍｍ
保持器厚さ：２．５ｍｍ
比較例２：外輪案内保持器（ＡＩ＝０．０１３（ｍｍ２））
材質：ＰＥＥＫ樹脂
保持器案内すきま：０．４ｍｍ
保持器幅：１４ｍｍ
保持器厚さ：３ｍｍ
【００４７】
比較試験結果を図１３に示す。かかる試験によれば、比較例１の玉案内保持器では２２０００回転毎分にあげたところ、保持器が溶融してしまった。保持器自身の強度（断面形状、材質）が弱く、遠心力による振れ回りと径方向変計量でポケット部で玉の運転を阻害してしまい、摩擦熱により保持器が溶融破損したものである。
【００４８】
一方、比較例２の外輪案内保持器は、比較例１の保持器よりは昇温、高速性に優れていたが、２９０００回転毎分にあげたところ保持器案内面が摩耗し、ポケット部柱が破損してしまった。比較例１に比べ、保持器の運動は外輪案内とすることにより高速域では安定したものとなったが、保持器断面強度が不足し、運転時の変形量が大きくなり、案内面での油膜形成が困難となり案内面が摩耗してしまった。これは、摩耗することにより、保持器にアンバランスが加わり、さらに変形量が大きくなるため、保持器に過大な応力が発生してしまい柱が破損してしまったためと考えられる。
【００４９】
これに対し、本実施例の外輪案内保持器は、温度上昇も比較例１と比較し低く、比較例２と比較しても限界回転数が増大している。本実施例では、３３０００回転毎分にあげたところで試験機はストップしたが、分解してみると、保持器に異常はなく、内輪の軌道面が焼きついている状態だった。保持器としては、さらに高速回転が可能であることが判断でき、本発明の形状が有効であることが確認できた。
【００５０】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、グリース潤滑でも同様なことがいえる本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、潤滑性を向上させると共に、保持器の変形や破損などを抑制できる軸受装置及びそれを用いた工作機械主軸が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる実施の形態による軸受装置を示す軸線方向断面図である。
【図２】本実施の形態の軸受装置のみを拡大して示す図である。
【図３】図１の軸受装置から外輪を取り外し、矢印ＩＩＩ方向に見た図である。
【図４】図１の形態の軸受装置から内輪を取り外した状態で、軸線方向に見た図である。
【図５】保持器の形状の変形例を示す図である。
【図６】円筒ころ軸受装置における比較例との試験結果を示す図である。
【図７】片側案内の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図８】つばナシ内輪の実施の形態にかかる円筒ころ軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図９】片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１０】内輪案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１１】片側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１２】両側案内の実施の形態にかかるアンギュラ玉軸受装置の図２と同様な断面図である。
【図１３】アンギュラ玉軸受装置における比較例との試験結果を示す図である。
【図１４】図１の軸受装置の変形例を示す図３と同様な図である。
【図１５】図１の軸受装置の変形例を示す図４と同様な図である。
【図１６】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【図１７】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【図１８】ｄｍｎと保持器変形量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０、６１０ 軸受装置
１１、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１、６１１ 外輪
１２、１１２，２１２，３１２，４１２，５１２、６１２ 内輪
１３、１１３，２１３ ころ
３１３，４１３，５１３、６１３ 玉
１４、１１４，２１４，３１４，４１４，５１４、６１４ 保持器
Claims (2)
- 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に、回転自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受装置において、
前記保持器は、樹脂素材から形成され、前記外輪の内周又は前記内輪の外周に対して位置決めされており、軸線方向に並列した一対の環状部と、前記環状部を連結する柱部とを有し、前記環状部の断面の半径方向長さをＨ、軸線方向長さをＬ、前記ころのＰＣＤをｄｍとしたときに、保持器動案内すきま係数ＡＩが以下の式で表せる軸受装置。
ＡＩ＝（ＬＨ３）／（ｄｍ）２
０．０６５≧ＡＩ≧０．０２５（ｍｍ２） - 請求項１に記載の軸受装置を用いた工作機械主軸。
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