JP2004316813A - ころ軸受、ころ軸受システム及び工作機械用主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器を案内する軌道部材の案内面の摩耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れるころ軸受、ころ軸受システム及び工作機械用主軸装置を提供する。
【解決手段】内輪の外周面及び外輪の内周面うち少なくとも保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくとも何れか一つを強化繊維として含有し、且つ外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とするころ軸受。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転条件下の用途で好適に使用されるころ軸受及びころ軸受システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種工作機械の主軸を支承して回転させるころ軸受は、内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材、保持器、ころとから構成されている。そして、保持器のポケット内に収容保持されたころがポケット内を転動し、内輪と外輪との間でころと保持器が周方向に回転し、内輪が主軸とともに外輪に対して回転する。係るころ軸受にあっては、保持器を外輪の内周面で案内する外輪案内形式、保持器を内輪の外周面で案内する内輪案内形式、保持器をころで案内するころ案内形式がある。
【０００３】
近年、加工効率と生産性を向上させるため、各種工作機械には高速化が求められており、これらの工作機械の主軸の高速回転化が進み、ころ軸受にも高速回転への対応が要求されている。また、工作精度を向上させるために、振動、音響等の特性に優れたころ軸受が必要とされている。潤滑をグリースで行うころ軸受にあっては、ｄｍｎ値（ころ軸受ピッチ円径ｍｍ×回転数ｍｉｎ^−１）が１×１０^６を超えるような高速回転条件下で使用されるものがあり、潤滑油供給装置がオイルエア又はオイルミストで潤滑油を供給して潤滑を行うころ軸受にあっては、ｄｍｎ値が２×１０^６を超えるような高速回転条件下で使用されるものもある。
【０００４】
そして、高速回転条件下で使用されるころ軸受では、微量の潤滑剤を供給する微量潤滑が多く採用されており、ころ軸受からの発熱量の低減が図られている。即ち、潤滑油供給装置がオイルエア又はオイルミストでころ軸受に供給する潤滑油を微少量としたり、グリースの封入量をころ軸受の軸受空間容積の１０〜２０％としている。尚、軸受空間容積とは、軌道部材の内輪の外周面、外輪の内周面及びシールによって囲まれた空間の容積からころ及び保持器が占める容積を差し引いた容積のことをいう。
【０００５】
また、微量潤滑を採用するころ軸受には、合成樹脂組成物から形成した保持器が多く用いられている。この合成樹脂組成物には軽量で柔軟性に優れるポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが用いられており、あるいは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の短繊維を強化繊維として混入し強化した複合材料の形態で使用されてきた。これらの中で、４６ナイロンや６６ナイロン等のポリアミド樹脂は材料コストと性能とのバランスの良さから多用されている。
【０００６】
しかし、ころ軸受を高速回転条件下で使用すると、保持器に遠心力や振れ周りに起因する大きな力が作用して変形を生じ、保持器のポケット内でころが拘束されて、ころ軸受の異常発熱、焼きつき、破損等を生じるおそれがある。かかる高速回転条件下での保持器の変形、ころの拘束、異常発熱、焼きつき、破損等を防止するべく、ころ軸受の形状に関する発明がこれまでになされており、例えば、回転軸受の回転体を保持するための保持構造体（特許文献１参照）や、本出願人の出願に係る円筒ころ軸受（特許文献２参照）が知られている。また、本出願人の出願に係る特願２００１−２３１６９８には軸受装置及び工作機械主軸の発明が記載されている。尚、本出願の出願時に、特願２００１−２３１６９８に記載の発明は公開されていない。
【特許文献１】
特開平１１−８２５２０号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３６７６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グリースを充填した微量潤滑の外輪案内形式のころ軸受では、高速回転条件下でグリースに大きな遠心力が作用し、グリースが外輪側へ移動してしまうとともに、グリースがころに案内されて保持器のポケットの外へ掻き出され、大半のグリースが保持器に案内されて保持器の外側へ掻き出されてしまい、保持器のポケット内や保持器を案内する外輪の案内面と保持器の間に充分な量のグリースを保持することが困難であった。このため、外輪の案内面上、この案内面と対向する保持器の外周面上、ころを収容保持する保持器のポケット面上では、保持器の外側へ掻き出されたグリースから漏れ出た基油が油膜を形成しているが、この油膜が一旦切れてしまうと再形成されないおそれがあった。また、保持器を形成する合成樹脂が油を保持できない合成樹脂である場合には、油膜が再形成されないおそれは一層大きくなってしまう。
【０００８】
そして、油膜が切れた状態が続くと、外輪の案内面が保持器と直接接触することとなり、外輪の案内面が摩耗し、摩耗により生じた粉塵等の異物が原因となってグリースを劣化させ、ころ軸受が異常発熱し、ひいては焼きつきや破損等を生じてしまう問題があった。保持器が強化繊維を含有している場合は、外輪の案内面が保持器と直接接触したときに、保持器の表面に露出している強化繊維が案内面と接触し、摩耗を一層顕著なものとしてしまう。
【０００９】
また、内輪案内形式のころ軸受にあっても同様であり、内輪の案内面から離れた外輪側へグリースの大半は移動してしまう。このため、内輪の案内面への基油の供給はより少なくなり、高速回転条件下での潤滑条件は外輪案内形式のころ軸受よりも過酷なものとなってしまう。
【００１０】
更に、潤滑油供給装置がオイルエアやオイルミストによって微量潤滑するころ軸受においても、供給される潤滑油は微量であり、潤滑油により形成された油膜が一旦切れると再形成されないおそれがある。
【００１１】
従って、高速回転条件下で使用される外輪案内形式又は内輪案内形式のころ軸受にあっては、軌道部材の案内面に摩耗を生じやすく、ころ軸受に異常発熱、焼きつき、破損を生じるおそれが大きいという問題があった。これらの問題は、上記の特許文献１及び特許文献２に記載の各発明、並びに特願２００１−２３１６９８に記載の軸受装置及び工作機械主軸の発明においても充分に解決はされていない。
【００１２】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、保持器を案内する軌道部材の案内面の摩耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れるころ軸受、ころ軸受システム及び工作機械用主軸装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、ころとからなるころ軸受において、前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくとも何れか一つを強化繊維として含有し、且つ外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とするころ軸受である。
【００１４】
請求項１の発明によると、軌道部材が保持器を案内する案内面は、浸炭窒化処理がなされて表面炭素濃度が大きくなって転がり疲労強度が向上し、表面窒素濃度が大きくなって耐摩耗性及び耐焼きつき性も向上している。また、保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、保持器の射出成型が可能となるとともに、強化繊維を含有しているので、高速回転条件下で保持器に大きな力が作用してもその形が変形することが防止され、ころが保持器内で拘束されることも防止され、異常高温、焼きつき、損傷等の発生も防止される。更に、潤滑用のグリースが順次補給されるため、耐磨耗性及び耐焼きつき性が長期にわたり維持される。
【００１５】
尚、熱溶融可能な合成樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂等の超エンジニアリングプラスチック等を挙げることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のころ軸受であって、前記外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とするころ軸受である。請求項２の発明によると、高速回転条件下で使用される外輪案内形式のころ軸受において、保持器の変形が防止され、外輪の案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のころ軸受であって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とするころ軸受である。
【００１８】
請求項３の発明において使用する鋼材料の各成分の作用及び数値限定の臨界的意義について説明する。
〔Ｃ：０．２〜１．２質量％〕
Ｃは焼入れ、焼戻し処理により素地をマルテンサイト化して鋼に硬さを付与する元素であり、ころ軸受として必要な転がり疲労強度を獲得するために不可欠な元素である。軸受部材の表面炭素濃度が低いと転がり疲労強度が低くなるので、鋼中のＣの含有率が０．６〜０．８質量％の範囲の所定値以下の場合には、浸炭処理を施して表面炭素濃度を所定値以上とする必要がある。この浸炭処理時間は材料中のＣの含有率が低いほど長くなる。材料中のＣの含有率が０．２質量％以上であれば、この浸炭処理時間を短くしてコストを低減することができる。一方、材料中のＣの含有率が多いと巨大炭化物が析出し、これらが欠陥となって転がり疲労寿命が低下する。Ｃの含有率が１．２質量％を超えるとこのような巨大炭化物が析出しやすくなる。このため、Ｃの含有率の上限値を１．２質量％とした。
【００１９】
〔Ｓｉ：０．４〜１．５質量％〕
Ｓｉは固溶を強化し、焼戻し軟化抵抗を高くする作用があり、高温強度を向上させる元素である。また、浸炭窒化時に表面の窒素濃度を高くする効果がある。本発明者等による試験の結果、Ｓｉの含有率が０．４質量％以上であると、０．４質量％未満である場合と比較して格段に耐焼きつき性が向上することがわかった。上限値に関しては、Ｓｉの含有率が１．５質量％を超えると、加工性が低下する可能性があるため、上限値を１．５質量％とした。
【００２０】
〔Ｍｏ：０．５〜１．５質量％〕
Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を高くする作用があり、高温強度を向上させる元素である。また、浸炭窒化時に析出する炭化物及び炭窒化物を微細にする作用がある。本発明者等による試験の結果、Ｍｏの含有率が０．５質量％以上であると、０．５質量％未満である場合と比較して格段に耐焼きつき性が向上することがわかった。上限値に関しては、Ｍｏを１．５質量％を超えて添加してもＭｏ添加による効果は飽和するとともに、Ｍｏは高価な元素であるので、上限値を１．５質量％とした。
【００２１】
〔Ｃｒ：０．５〜２．０質量％〕
Ｃｒは焼入れ性を向上させる元素であり、ころ軸受に必要な強度を獲得するためには不可欠な元素である。また、Ｃと結びついて炭化物を形成し、微細な析出物を生じさせるために必要な元素である。焼入れを充分に高くし、且つ炭化物及び炭窒化物を充分に析出させるには０．５質量％以上必要であるため、下限値を０．５質量％とした。上限値に関しては、Ｃｒの含有率が２．０質量％を超えると、巨大炭化物が析出しやすくなり、この巨大炭化物が欠陥となって転がり疲労寿命が低下するため、上限値を２．０質量％とした。
【００２２】
〔浸炭窒化処理後の表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％〕
ころ軸受として必要な転がり疲労強度を得るためには、表面炭素濃度が０．８質量％以上である必要がある。また、表面炭素濃度が１．３質量％を超えると、巨大炭化物が形成されやすくなり、このような巨大炭化物が欠陥となって転がり疲労寿命が低下することがある。このため、浸炭窒化処理後の表面炭素濃度を０．８〜１．３質量％とした。
【００２３】
〔浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％〕
窒素は耐摩耗性及び耐焼きつき性を向上させる作用を有し、特に、耐焼きつき性を著しく向上させるためには、窒素を軸受部材の表面に０．２質量％以上存在させる必要がある。しかしながら、表面窒素濃度が０．８質量％を超えると研削されにくくなるため、ころ軸受の仕上工程である研磨工程の生産性が低下する。このため、浸炭窒化処理後の表面窒素濃度を０．２〜０．８質量％とした。
【００２４】
従って、かかる組成を有する鋼からなる軌道部材の案内面は耐摩耗性等に優れ、高速回転条件下でもころ軸受の案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。
【００２５】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のころ軸受であって、前記ころをセラミックス製としたことを特徴とするころ軸受である。請求項４の発明によると、ころをセラミックス製としているので、軌道部材や保持器の温度が上昇して高温となる事態が生じても、ころが変形したり変質したりすることは防止され、ころ軸受の焼きつき等も防止される。また、ころの密度が小さくなるので、保持器に作用する力が軽減される。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のころ軸受であって、前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔または外輪間座に設けられた補給孔の少なくとも１つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とするころ軸受である。請求項５の発明によれば、追加グリースが各補給孔を通じて効率良く軸受内に補給される。
【００２７】
請求項６の発明は、ころ軸受とグリース供給装置とからなるころ軸受システムであって、前記ころ軸受は内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、ころとから形成されており、前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくとも何れか一つを強化繊維として含有し、且つ前記グリース供給装置に連結するグリースの補給手段を備え、グリース潤滑されることを特徴とするころ軸受システムである。即ち、請求項６の発明は、請求項１のころ軸受とグリース供給装置とを備えるものであり、従って請求項１の発明による効果が同様に得られる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項６に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とするころ軸受システムである。即ち、請求項７の発明は、請求項２のころ軸受とグリース供給装置とを備えるものであり、従って請求項２の発明による効果が同様に得られる。
【００２９】
請求項８の発明は、請求項６または７に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とするころ軸受システムである。即ち、請求項８の発明は、請求項３のころ軸受とグリース供給装置とを備えるものであり、従って請求項３の発明による効果が同様に得られる。
【００３０】
請求項９の発明は、請求項６〜８の何れか１項に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記ころをセラミックス製としたことを特徴とするころ軸受システムである。即ち、請求項９の発明は、請求項４のころ軸受とグリース供給装置とを備えるものであり、従って請求項４の発明による効果が同様に得られる。
【００３１】
請求項１０の発明は、請求項６〜９の何れか１項に記載のころ軸受システムであって、前記グリース供給装置に連結し前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔または外輪間座に設けられた補給孔の少なくとも１つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とするころ軸受システムである。即ち、請求項１０の発明は、請求項５のころ軸受とグリース供給装置とを備えるものであり、従って請求項５の発明による効果が同様に得られる。
【００３２】
請求項１１の発明は、主軸を支持するころ軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、前記ころ軸受が請求項１〜５の何れか１項に記載のころ軸受であることを特徴とする工作機械用主軸装置である。請求項１１の発明によると、ころ軸受が耐摩耗性及び耐焼きつき性に優れるため、長寿命となる。
【００３３】
請求項１２の発明は、主軸を支持するころ軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、請求項６〜１０の何れか１項に記載のころ軸受システムを備え、前記ころ軸受システムのころ軸受で主軸を支持し、グリース供給装置をハウジング内に備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。請求項１２の発明によると、ころ軸受が耐摩耗性及び耐焼きつき性に優れるため、長寿命となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。尚、以降の説明は、ころ軸受として単列円筒ころ軸受を例示するが、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円錐ころ軸受、更には複列のころ軸受等、ころ軸受全般に適応可能である。
【００３５】
〔ころ軸受〕
図１は、円筒ころ軸受８０の第１実施形態を示す断面図である。図示されるように、円筒ころ軸受８０は、内輪８１、外輪８２、内輪８１の内輪軌道８１ａと外輪８２の外輪軌道８２ａとの間に複数配置された円筒ころ８３及び外輪案内の保持器８４を備えている。また、保持器８４は、外輪８２の外輪軌道８２ａが保持器２０を案内しており、外輪案内形式となっている。
【００３６】
外輪８２及び内輪８１はともに鋼製であり、外輪８２の外輪軌道８２ａには浸炭窒化処理が施されて、その表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％となっている。また、外輪８２及び内輪８１を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有している。
【００３７】
ここで、鋼はＣを０．２〜１．２質量％含有しているので、軌道部材中に巨大炭化物が析出することが抑えられ、円筒ころ軸受８０は必要な転がり疲労強度を有し、浸炭処理時間も短くなり処理コストが低減されている。また、Ｓｉを０．４〜１．５質量％含有するので、軌道部材の高温強度が向上し、耐焼きつき性も向上しているとともに、加工性が低下することも防止されている。更に、Ｍｏを０．５〜１．５質量％含有するので、軌道部材の高温強度が向上しており、浸炭窒化時に析出する炭化物及び炭窒化物も微細なものとなり、しかも含有率が１．５質量％を超えないので、Ｍｏ添加による効果が飽和して、無駄にＭｏを添加することもなく、コストの無駄な上昇が防止されている。また、Ｃｒを０．５〜２．０質量％含有するので、軌道部材中に巨大炭化物が析出することが抑えられ、転がり疲労寿命が低下も防止され、必要な強度が獲得され、微細な炭化物及び炭窒化物が充分に析出している。
【００３８】
また、外輪軌道８２ａにおける浸炭窒化処理後の表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％となっているので、外輪軌道８２ａで巨大炭化物が析出することが抑えられ、転がり疲労寿命が低下も防止され、充分な転がり疲労強度が得られている。更に、外輪軌道８２ａにおける浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％となっているので、外輪軌道８２ａで耐摩耗性及び耐焼きつき性が向上しているとともに、ころ軸受８０の仕上工程である研磨工程の生産性が低下することも防止されている。
【００３９】
また、保持器８４は熱溶融可能な合成樹脂組成物、例えばＰＥＥＫ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ＰＥＳ樹脂、ＰＥＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＩ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の超エンジニアリングプラスチックをマトリクスとし、強化繊維として炭素繊維を３０質量％含有したものを射出成形して得られる。そのため、保持器８４の生産性は高く、また合成樹脂組成物は強化繊維を含有しているので、保持器８４の形状が高速回転条件下で加わる力により変形することが防止されている。また、強化繊維により、昇温した場合でも変形が抑えられる。そして、保持器８４は、その軸方向両端部が外輪８２の外輪軌道８２ａで案内される両側案内となっている。
【００４０】
更に、円筒ころ８３はセラミックス製であり、保持器８４のポケットに収容保持されている。
【００４１】
本実施形態においては、外輪８２に、外輪８２を径方向に貫通する補給孔８５が、軸方向に見て２本設けられている。各補給孔８５は、円筒ころ８３の軸方向両側に位置する保持器８４の案内面に向けて開口しており、追加グリースがこの補給孔８５を通じて軸受内に供給される。また、外輪外径面には、２列の溝８５ｂが設けられており、図示しないグリース供給装置との接続部として機能する。
【００４２】
円筒ころ軸受８０の軸受空間には、軸受空間容積の８〜１５％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔８５を介して保持器８４に向け所定量のグリースＧがショットさせる。ショットされたグリースＧは、軸受回転に伴って、内外輪の軌道面の円周上に均一に塗布される。こうして、ショットされたグリースＧによる新しい油膜が形成される。慣らし運転が終わると、必要最低限のグリース以外は、転動面外側にかき出されて土手のような形状になる。その状態のグリースから微量な基油が漏れて、転動面や保持器案内面が潤滑される。
【００４３】
円筒ころ軸受へのグリースの供給様式は、種々変更可能である。即ち、図２に示す第２実施形態の単列円筒ころ軸受９０は、内輪９１、外輪９２、内輪９１の内輪軌道９１ａと外輪９２の外輪軌道９２ａとの間に複数配置された円筒ころ９３及び外輪案内の保持器９４を備えている。また、外輪軌道９２ａには、同様の浸炭窒化処理が施されている。そして、本実施形態においては、外輪９２の軸方向中央部に、外輪９２を径方向に貫通する補給孔９５が一本設けられている。補給孔９５は、円筒ころ９３の転動面に向けて開口している。外輪外径面の軸方向中央部には、溝９５ｂが設けられている。
【００４４】
図３に示す第３実施形態の単列円筒ころ軸受１００は、内輪１０１、外輪１０２、内輪１０１の内輪軌道１０１ａと外輪１０２の外輪軌道１０２ａとの間に複数配置された円筒ころ１０３及び外輪案内の保持器１０４を備えている。また、外輪軌道１０２ａには、同様の浸炭窒化処理が施されている。そして、本実施形態においては、外輪１０２に、外輪１０２を径方向に貫通する補給孔１０５が軸方向に見て２本設けられている。各補給孔１０５は、円筒ころ１０３の軸方向両端面と保持器１０４の案内面との間に向けて開口している。外輪外径面には、２列の溝１０５ｂが設けられている。尚、図示しないが、軸方向に見て１本の補給孔を設けた構成とすることもできる。
【００４５】
図４に示す第４実施形態の単列円筒ころ軸受１１０は、内輪１１１、外輪１１２、内輪１１１の内輪軌道１１１ａと外輪１１２の外輪軌道１１２ａとの間に複数配置された円筒ころ１１３及び外輪案内の保持器１１４を備えている。また、外輪軌道１１２ａには、同様の浸炭窒化処理が施されている。そして、本実施形態においては、外輪１１２の軸方向中央部に、外輪１１２を径方向に貫通する補給孔１１５が設けられている。補給孔１１５は、グリースをショットするノズル４００の先端のテーパ形状に対応するように、外径面側から内径面側に向かうにつれて直径が減少して円錐台状空間になっている。また、補給孔１１５は、円筒ころ１１３の転動面に向けて開口している。
【００４６】
上記各円筒ころ軸受において、グリースの１回当たりの補給量は軸受空間容積の４％以下が好ましい。この補給量は、以下に示す実験から得られたものである。
【００４７】
図２に示した形態の円筒ころ軸受を用いて、次の実験を行った。即ち、内径９５ｍｍ、外径１４５ｍｍ、ころ径１１ｍｍ、ころ長さ１１ｍｍ、ころ数２７個、軸受空間容積３１ｃｍ^３で、外輪軌道に浸炭窒化処理を施した円筒ころ軸受を用い、グリース（イソフレックスＮＢＵ１５：ＮＯＫクリューバー（株）製）を初期封入量として軸受空間容積の１０％充填し、慣らし運転を行った。慣らし運転後の９０００ｍｉｎ^−１での外輪温度は３５℃であった。その後、イソフレックスＮＢＵ１５を補給量を変えて補給した後、０から９０００ｍｉｎ^−１に２秒で立ち上げて、外輪温度を測定する実験を５回（ｎ１〜ｎ５）行った。尚、補給孔は、図５（ａ）に示すように１箇所に設けた。実験結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１中、◎は外輪温度が４０℃以下であったことを示し、○は外輪温度が４０℃を超え５０℃以下であったことを示し、△は外輪温度が５０℃を超え６０℃以下であったことを示し、×は外輪温度が６０℃を越えたことを示す。
【００５０】
また、図５（ｂ）に示すように、対向する２箇所（１８０°離れた位置）に補給孔からグリースＧを補給して同様の実験を行った。実験結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
更に、図５（ｃ）に示すように、ころところの間全てに設けられた補給孔からグリースＧを補給して同様の実験を行った。実験結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】

【００５４】
表１〜表３からわかるように、２％以下では、補給後の回転で異常昇温は見られなかった。また、４％では、補給箇所を増やすことにより異常昇温を顕著に抑えることができた。即ち、同じ量を補給するにしても、外輪の円周方向に間隔をあけた複数箇所に設けた補給孔からグリースをショットする方が、異常昇温を抑制できることがわかった。一方、４％を越えると、グリースの補給箇所を増やしても、温度にバラツキが出て、安定しない状態であった。
【００５５】
上記の実験から、グリースの一回当たりの補給量は、軸受空間容積の４％以下が好ましいといえる。但し、グリースの供給に同期して一時的に軸受温度が上昇（脈動）する傾向にあり、円筒ころ軸受は他の軸受、例えばアンギュラ玉軸受よりも温度の脈動が顕著に起こりやすい。この温度の脈動は、精度を要求されない通常の使用時には問題とはならないが、金型用途向けの工作機械等、精度が厳しく要求される装置の主軸に用いられる円筒ころ軸受においては、この温度の脈動により軸の長さが変化してしまい、加工精度に影響を及ぼしてしまうおそれがある。そこで、グリースの補給量を減じて、この温度の脈動を抑えることが好ましい。具体的には、一回当たりの補給量を０．００４ｃｃ〜０．１ｃｃ、好ましくは０．００５ｃｃ〜０．０２ｃｃとすることで、温度の脈動も抑制することができ、円筒ころ軸受が適用される工作機械主軸装置の加工精度を高いレベルに保つことが可能となる。
【００５６】
本発明においては、更に、円筒ころ軸受を以下のように設計することが好ましい。円筒ころ軸受は、工作機械等において大きなラジアル荷重を支承するために使用されるが、全周に亙って一様に負荷を受ける状態で使用されることはない。言い換えれば、使用時に円筒ころ軸受は、その円周方向の一部がラジアル荷重を支承する負荷圏となり、直径方向反対側はラジアル荷重を受けない非負荷圏となる。従って円筒ころ軸受の運転時に各円筒ころは、公転運動に伴って、上記負荷圏と非負荷圏とを交互に通過する。そして、これら各円筒ころは、このうちの負荷圏に位置する間は、内輪軌道と外輪軌道との間で強く挟持されるので、姿勢（スキュー角）は殆ど変化せず、安定した状態のまま自転しつつ公転する。これに対して、非負荷圏に位置する各円筒ころは、内輪軌道と外輪軌道とによる拘束を受けず、比較的自由にその姿勢を変化させる。そして、非負荷圏に位置する間に各円筒ころの姿勢が、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するモーメントや、これら各円筒ころの公転運動に伴うこれら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントにより変化すると、これら各円筒ころの自転運動及び公転運動が不安定になる。この結果、これら各円筒ころの端面と鍔との間の摩擦が大きくなり、異常摩耗や焼きつきが発生し易くなる。
【００５７】
そこで、円筒ころ軸受において、各円筒ころの自転軸Ｘ回りの慣性モーメントをＩ_Ｘ とし、これら各円筒ころの中心点でこれら各円筒ころの自転軸Ｘに対し直交するＺ軸回りの慣性モーメントをＩ_Ｚ とし、これら各円筒ころの公転角速度をω_Ｃ とし、これら各円筒ころの自転角速度をω_Ｂ とし、これら各円筒ころのスキュー角をφとし、これら各円筒ころが１回自転する間のスキュー角の変動をΔφとし、これら各円筒ころの動的不釣り合いにより発生する、これら各円筒ころの中心点でこれら各円筒ころの自転軸に対し直交する軸回りのモーメントをＩ_Ｕ とした場合に、Ｓ＝Ｉ_Ｘ ・ω_Ｃ ・ω_Ｂ ・ ｓｉｎφ−（Ｉ_Ｘ −Ｉ_Ｚ ）・ω_Ｃ ^２・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφで表されるジャイロモーメントＳを、各円筒ころの動的不釣り合いにより発生するＺ軸回りのモーメントの最大値Ｕ（＝Ｉ_Ｕ ・ω_Ｂ ^２）と、各円筒ころがスキューする事によりこれら各円筒ころの端面と上記各鍔の内側面とが摺接しつつこれら各円筒ころが自転する場合に、これら各円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントの最大値Ｃ（＝Ｉ_Ｚ ・Δφ・ω_Ｂ ^２）との和以上（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ）とし、更に、各円筒ころがスキューして各円筒ころの端面と各鍔の内側面とが摺接した状態で、各モーメントＳ、Ｕ、Ｃに基づいて摺接点でこれら各円筒ころの端面と各鍔の内側面とを互いに押し付け合う方向に作用する力Ｑと、摺接点での滑り速度Ｖとの積Ｑ・Ｖが６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ 以下となるようにする。以下に、このような構成について更に詳述するが、内輪の外周面に鍔を形成した場合について述べる。
【００５８】
先ず、ジャイロモーメントＳを、上記モーメントの最大値Ｕと、上記モーメントの最大値Ｃとの和以上（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ）として、各円筒ころの姿勢を安定させる点について説明する。
【００５９】
図６に示すように、通常円筒ころ軸受３１（説明のため、補給孔は省略する）では、内輪３３の外周面両端部に形成した１対の鍔３８、３８同士の間隔は、円筒ころ３６の軸方向に亙る長さ寸法よりも僅かに大きくなっている。従って、これら各円筒ころ３６の軸方向両端面と鍔３８、３８の内側面との間には若干の隙間が存在し、この隙間に基づいて、上記各円筒ころ３６は、スキューした状態で、自転しつつ公転する。この様に各円筒ころ３６が、スキューした状態で自転しつつ公転する結果、これら各円筒ころ３６が図７に示す様な歳差運動をして、これら各円筒ころ３６に、次の（１）式に示す様な大きさのジャイロモーメントＳが作用する。
Ｓ＝Ｉ_Ｘ ・ω_Ｃ ・ω_Ｂ ・ ｓｉｎφ−（Ｉ_Ｘ −Ｉ_Ｚ ）・ω_Ｃ ^２・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφ−−− （１）
この（１）式中、Ｉ_Ｘ は、図８に示す様に、各円筒ころ３６の自転軸Ｘ回りの慣性モーメント、Ｉ_Ｚ は同じく各円筒ころ３６の中心点で各円筒ころ６の自転軸Ｘと直交するＺ軸回りの慣性モーメント、ω_Ｂ は各円筒ころ３６の自転角速度、ω_Ｃ は各円筒ころ６の公転角速度、φは各円筒ころ６のスキュー角で、正の値（＞０）である。また、図７中、Ｈは各円筒ころ３６が歳差運動をしている場合の角運動量（ベクトル）を表している。また、ω_Ｃ は各円筒ころ３６の公転角速度である。
【００６０】
一方、従来から知られていた円筒ころ軸受の通常の諸元では、外輪３５を静止させ、内輪３３を回転させる状態で使用する場合には、ω_Ｂ ／（ω_Ｃ ・ ｃｏｓφ）＞１である。この為、外力（ジャイロモーメントＳ以外の力）を考慮しなければ、各円筒ころ３６がスキューした場合にこのジャイロモーメントＳは、これら各円筒ころ３６がスキューしているのと同じ向きに、即ち、スキューを助長し、スキュー角φを大きくしようとする向きに作用する。図９に、各円筒ころ３６がスキューした場合にジャイロモーメントＳがスキュー角φを大きくしようとする向きに作用する範囲｛１−Ｉ_Ｚ ／Ｉ_Ｘ ≦ω_Ｂ ／（ω_Ｃ・ ｃｏｓφ）｝で、且つ、Ｉ_Ｚ ／Ｉ_Ｘ ≧０の範囲を斜線で示す。尚、図９の横軸が各円筒ころ３６の各慣性モーメントＩ_Ｘ 、Ｉ_Ｚ の比Ｉ_Ｚ ／Ｉ_Ｘ であり、縦軸がω_Ｂ ／（ω_Ｃ ・ ｃｏｓφ）である。
【００６１】
一方、各円筒ころ３６には、Ｚ軸回りに発生する動的不釣り合い（アンバランス）によるモーメントＵ_Ｖ が、次の（２）式で表される大きさで、作用する。
Ｕ_Ｖ ＝Ｕ・ｃｏｓ （ω_Ｂ ｔ） −−− （２）
また、この（２）式中、モーメントＵ_Ｖ の最大値であるＵは、次の（２）´式で表される。
Ｕ＝Ｉ_Ｕ ・ω_Ｂ ^２ −−− （２）´
尚、この（２）´式中、Ｉ_Ｕ は各円筒ころ３６の動的不釣り合いにより発生するモーメント、ω_Ｂ は各円筒ころ３６の自転角速度である。また、モーメントＩ_Ｕ は次の（３）式で表される。
Ｉ_Ｕ ＝（Ｍ_６ ／２）・ｅ・Ｌ −−− （３）
この（３）式中、Ｍ_６ は上記各円筒ころ６の質量を、ｅは、図５に示す様に、これら各円筒ころ６の各重心が幾何学的中心からずれており、そのずれ成分をこれら各円筒ころ６の両端部に存在させたと仮定した状態での、これら各円筒ころ６の半径方向の偏心量を、Ｌは、上記各円筒ころ６の軸方向長さを、それぞれ表している。
【００６２】
更に、各円筒ころ３６は、スキューする事でその軸方向両端面外周縁部が各鍔３８、３８の内側面に押し付けられた状態のまま、自転しつつ公転する。この結果、各円筒ころ３６には、各円筒ころ３６や各鍔３８、３８の形状誤差等に基づき、スキュー角φが変化する事に伴って発生するモーメントＣ_Ｖ が、次の（４）式の様な大きさで作用する。
Ｃ_Ｖ ＝Ｃ・ｃｏｓ （ω_Ｂ ｔ＋θ） −−− （４）
尚、この（４）式中、θは、モーメントＵ_Ｖ に対するモーメントＣ_Ｖの位相差を表している。又、この（４）式中、モーメントＣ_Ｖ の最大値であるＣは、次の（４）´式で表される。
Ｃ＝Ｉ_Ｚ ・Δφ・ω_Ｂ ^２ −−− （４）´
この（４）´式中、Δφは各円筒ころ３６が１回自転する毎のスキュー角φの変動量、ω_Ｂ は各円筒ころ３６の自転角速度である。
【００６３】
ここで、各円筒ころ３６の両端面外周縁部が各鍔３８、３８の内側面と接触した状態で自転しているものと仮定し、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から受けるスキューモーメントをＴとすれば、各円筒ころ３６のスキュー角φに関する以下の方程式が得られる。但し、内輪、外輪両軌道３２、３４から各円筒ころ３６に作用するスキューモーメントは小さいものとして無視する。

であるから、上記（５）式は、次の（６）式の様に書き換えられる。
Ｔ＝Ｓ＋Ｕ_Ｖ ＋Ｃ_Ｖ −−− （６）
【００６４】
また、θ＝０、即ち、Ｕ_Ｖ とＣ_Ｖ との位相が互いに一致した場合を考えると、上記（６）式は、
Ｔ＝Ｓ＋（Ｕ＋Ｃ）・ｃｏｓ （ω_Ｂ ｔ） −−− （７）
となる。即ち、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から受けるスキューモーメントＴは、各円筒ころ３６が１回自転する間に周期的に変動する。この様子を示したものが図１１である。
【００６５】
従って、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から受けるスキューモーメントＴが最大となるのは、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８の間で最もスキューした状態で、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から、それぞれスキュー角φが小さくなる方向に押し戻される場合で、且つ、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８の間で最もスキューした状態で、各円筒ころ３６のアンバランスによるスキューモーメントＵ_Ｖ によって各円筒ころ３６が各鍔３８、３８に最も押し付けられる場合である。また、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から受けるスキューモーメントＴが最小となるのは、各円筒ころ３６のスキュー角φが最も小さくなった状態で、各円筒ころ６のスキュー角φが大きくなる際に、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から離れる方向にモーメントＣ_Ｖ が各円筒ころ３６に作用する場合で、且つ、各円筒ころ３６のスキュー角φが最も小さくなった状態で、各円筒ころ３６が各鍔３８、３８から離れる方向にスキューモーメントＵ_Ｖ が各円筒ころ３６に作用する場合である。
【００６６】
上述した様な各モーメントＳ、Ｕ、Ｃ同士の間で、Ｓ≧Ｕ＋Ｃなる関係が成立した場合に就いて説明する。式（７）から常にＴ≧０である為、円筒ころ３６は一定の方向のスキュー角を保ちながら常に鍔３８、３８に押し付けられている状態、即ち、円筒ころ３６は常に鍔３８、３８に案内されながら公転している事になり、鍔３８、３８から離れる事がない。この様に、各円筒ころ３６が、鍔３８、３８に案内される事によって安定した状態のまま自転しつつ公転する為、円筒ころ軸受３１が、前述した様に非負荷圏を有する状態で使用されても、この円筒ころ軸受３１の運転を安定した状態で行なえる。
【００６７】
即ち、この非負荷圏を通過する間中、各円筒ころ３６は、その軸方向両端面を各鍔３８、３８の内側面に押し付けたまま自転しつつ公転し、同じ姿勢のまま（スキュー角φの方向を変えないまま）で、再び負荷圏に入り込む。この為、各円筒ころ３６が１回公転する間に各円筒ころ３６の挙動が不安定になる事はない。
【００６８】
尚、円筒ころ軸受３１の運転時に、各円筒ころ３６のスキュー角φを変える力となり得る要素としては、前述した各モーメントＵ_Ｖ、Ｃ_Ｖ の他に、内輪３３と外輪３５とのミスアライメント、或は内輪軌道３２または外輪軌道３４の形状誤差（傾斜）等により誘発されるスキューモーメントも考えられる。但し、これらにより生じるスキューモーメントは、本発明が対象としている様な、ｄｍｎ値が１０^６を越える様な高速で使用される場合には、各モーメントＳ、Ｕ、Ｃよりも遥かに小さい。従って、ミスアライメントや形状誤差に基づくスキューモーメントは考慮しなくても特に問題とはならない。
【００６９】
次に、各円筒ころ３６の軸方向両端面と各鍔３８、３８の内側面との摺接点で各円筒ころ３６の端面と各鍔３８、３８の内側面とを互いに押し付け合う方向の力Ｑと、摺接点での滑り速度Ｖとの積Ｑ・Ｖを６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ 以下として摺接点での摩擦を抑え、異常摩耗や焼き付きの発生を防止する点に就いて説明する。上述した様に、ジャイロモーメントＳを、それぞれ前述した各モーメントの最大値ＵとＣとの和以上にすれば、各円筒ころ３６の運動は安定し、異常摩耗や焼きつきの防止を図れる。但し、ジャイロモーメントＳが大き過ぎると、各円筒ころ３６の軸方向両端面を各鍔３８、３８の内側面に押し付ける力Ｑが大きくなり過ぎる。そして、この力Ｑが過大になる結果、次の（８）式で表される、摺接点でのＱ・Ｖ値が大きくなり、異常摩耗及び焼きつきが発生し易くなる。
Ｑ・Ｖ＝（Ｍ／Ｂ）・Ｖ −−−−−（８）
尚、この（８）式中、Ｑは各円筒ころ３６が図１３〜図１４に示す様にスキューし、各円筒ころ３６の軸方向両端面の外周縁部と各鍔３８、３８の内側面とが接触した場合に、接触点Ｇで発生する互いに押し付け合う方向の力（ｋｇｆ ）であり、Ｖはこの接触点Ｇでの各円筒ころ３６の軸方向両端面外周縁部と各鍔３８、３８の内側面との間の滑り速度（ｍ／ｓ ）である。また、Ｍは各円筒ころ３６のスキュー角φを小さくする方向に作用するスキューモーメント（ｋｇｆ・ｍ ）で、前述した各モーメントＳ、Ｕ、Ｃの和（Ｍ＝Ｓ＋Ｕ＋Ｃ）である。また、Ｂは図１４に示す様に、各円筒ころ３６をスキューさせた場合に各円筒ころ３６端面と鍔３８の内側面とが当接する部分の長さ（ｍ）である。
【００７０】
この様な前提で、Ｑ・Ｖ値が各円筒ころ３６の軸方向端面及び各鍔３８、３８の内側面の摩耗に及ぼす影響を調べたところ、図１６に示すようにＱ・Ｖ値が６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ 以下（Ｑ・Ｖ≦６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ ）であれば、各円筒ころ３６の軸方向両端面及び各鍔３８、３８の内側面に異常摩耗や焼き付きが発生しない事が分った。尚、図１６の横軸はＱ・Ｖ値のうち、ジャイロモーメントＳにより生じる部分を、同じく縦軸は、このＱ・Ｖ値のうち、各モーメントＵとＣとの和（Ｕ＋Ｃ）により生じる部分を、それぞれ表している。また、図１６において、斜格子で示した範囲から外れる部分のうち、斜線で示した（Ｕ＋Ｃ）＞Ｓなる領域では、図１５（Ａ）に斜線で示した様に、各円筒ころ３６の端面が偏心摩耗する。即ち、（Ｕ＋Ｃ）＞Ｓなる領域では、円筒ころ軸受３１の運転に伴って、各円筒ころ３６が不安定な運動をするので、これら各円筒ころ３６の軸方向端面が偏心摩耗する。これに対して、図１６に梨地模様で示したＳ≧Ｕ＋ＣであるがＱ・Ｖ＞６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ なる領域では、円筒ころ軸受３１の運転に伴う各円筒ころ３６の運動が安定するので、各円筒ころ３６の軸方向端面が図１５（Ｂ）に斜線で示す様に同心円状に摩耗する。但し、同心円状に摩耗するにしても、Ｑ・Ｖ＞６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ である限り、摩耗量は多くなり、焼きつきが発生する可能性もある。
【００７１】
そこで、図１６の斜格子で示した領域、即ち、Ｓ≧Ｕ＋Ｃで、且つＱ・Ｖ≦６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ とすることにより、円筒ころ軸受３１の運転に伴う各円筒ころ３６の運動を安定させ、且つ、摩耗を抑えて焼きつきの危険性を低くすることができる。この様な、２つの条件（Ｓ≧Ｕ＋Ｃ、Ｑ・Ｖ≦６０ｋｇｆ・ｍ／ｓ ）を何れも満たす円筒ころ軸受３１としては、例えば、転動面の直径（外径）Ｄよりも軸方向寸法Ｌが小さい（Ｌ／Ｄ＜１）、所謂短寸ころを使用する事が考えられる。
【００７２】
また、このような条件を満たす円筒ころ軸受３１の運転条件として、例えば下記を例示することができる。
円筒ころの外径Ｄ（ｍｍ）×軸方向寸法Ｌ（ｍｍ） ： ９×９
円筒ころの軸方向両端面と両鍔の内側面との間
に存在する隙間の大きさ ： 約０．０４（ｍｍ）
内輪軌道又は外輪軌道からの鍔の高さｈ（図１） ： ２．６（ｍｍ）
鉛直面に対する鍔（外開き）の内側面の傾斜角度 ： 約４０（分）
円筒ころのアンバランス（Ｉ_Ｕ ） ： ２０（ｍｇ・ｍｍ^２）以下
円筒ころの軸方向端面の直角度 ： ０．００３（ｍｍ）以下
円筒ころ軸受の運転条件 ： ３００００（ｒ．ｐ．ｍ．）以下
【００７３】
更に、本発明の円筒ころ軸受は種々の変更が可能であり、外輪軌道のみならず内輪軌道も浸炭窒化処理を施すことも可能である。また、保持器を片側案内とすることも可能であり、内輪案内形式とすることも可能である。その際、内輪案内形式とする場合には、内輪の外周面に浸炭窒化処理を施す。これにより、潤滑条件が過酷な内輪の案内面で摩耗等の発生を防止できる。また、保持器をころ案内形式とし、外輪軌道及び内輪軌道に浸炭窒化処理を施すことも可能である。更には，補給孔も外輪を径方向に設ける他、図示は省略するが外輪を軸方向に貫通するように設けることもでき、また外輪間座を付設し、この外輪間座に補給孔を設けて軸受の内部にグリースを供給する構成（図１９参照）とすることもできる。
【００７４】
以上詳述したように、本実施の形態に係る円筒ころ軸受は、ｄｍｎ値が１０^６以上となる環境でも長寿命を達成できる。
【００７５】
〔円筒ころ軸受システム〕
本発明はまた、上記の円筒ころ軸受と、グリース供給装置とを備える円筒ころ軸受システムを提供する。図示は省略するが、例えば図４に示した円筒ころ軸受１１０と、図示は省略するグリース供給装置とで構成し、グリース供給装置に接続するノズル４００を円筒ころ軸受１１０の外輪１１２の補給孔１１５に差込み、固定する構成とすることができる。
【００７６】
また、同じく図示は省略するが、外輪間座を付設し、外輪間座に補給孔を設けるとともに、この補給孔にグリース供給装置からのノズルを差込み固定してもよい。
【００７７】
〔工作機械主軸装置〕
図１７は、上記の円筒ころ軸受を用いて構成される工作機械用主軸装置としてのスピンドル装置を示す図である。ここでは、例として図２に示す円筒ころ軸受９０を用いている。
【００７８】
円筒ころ軸受９０は、主軸１に外嵌し、そしてハウジング７に内嵌している。主軸１は、円筒ころ軸受９０を介して、ハウジング７に対し回転可能である。円筒ころ軸受９０の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５及び外輪間座６が配置されている。内輪間座５及び外輪間座６の軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９が配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９の間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。
【００７９】
ハウジング７には、ハウジング７を貫通し、各円筒ころ軸受９０の外輪に形成された補給孔に追加グリースを補給するノズル（グリース供給こま）４が固定されている。グリースは、グリース補給器２から補給パイプ３を介してノズル４に供給され、そして径方向に軸受内部に補給される。グリース補給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、上記した所定量でグリースショットする。
【００８０】
また、図１８に示す構成とすることもできる。図示されるように、円筒ころ軸受２１０は、主軸１に外嵌し、ハウジング７に内嵌している。主軸１は、円筒ころ軸受２１０を介して、ハウジング７に対し回転可能である。円筒ころ軸受２１０の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ，５００ｅ及び外輪間座６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄ，６００ｅが図視左から順に配置されている。内輪間座５００ａ及び５００ｅ並びに外輪間座６００ａ及び６００ｅの軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８ａ，８ｂ及び外輪押さえ部材９ａ，９ｂが配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８ａ及び外輪押さえ部材９ａ並びに内輪押さえ部材８ｂ及び外輪押さえ部材９ｂの間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。
【００８１】
図１９は、図１８に示すスピンドル装置の拡大断面図であるが、円筒ころ軸受２１０は内輪２１１の内輪軌道２１１ａと外輪２１２の外輪軌道２１２ａとの間に保持器２１３で円筒ころ２１３を保持して構成されている。また、円筒ころ軸受２１０の軸方向隣には、グリース補給用外輪間座６００ｄが配置されている。グリース補給用外輪間座６００ｄには、ハウジング７を貫通したグリース補給用ノズル４がグリース補給用外輪間座６００ｄに差し込み固定されている。グリース補給用ノズル４には、外部のグリース供給器２から補給パイプ３を介して追加グリースが供給される。
【００８２】
グリース補給用外輪間座６００ｄは、ノズル４の先端から追加グリースを軸受２１０内部に補給するための補給孔２１５を有している。補給孔２１５は、軸受２１０の内側（保持器２１４よりも内径側）に向けて軸方向に開口している。補給孔２１５は、内輪２１１及び外輪２１２間に背面側から軸方向に追加グリースを供給する。そして、供給されたグリースは、主に保持器２１４よりも内径側に供給される。
【００８３】
尚、補給孔２１５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６００ｄの複数箇所に設けられてもよい。また、供給されるグリースは、主に保持器２１４よりも内径側に供給されるほうが好ましいが、外径側に供給してもよい。
【００８４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００８５】
（実施例１）
試験円筒ころ軸受として、内輪鍔つきＮ型円筒ころ軸受と同様の構成を有し、内径７０ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ころ径９ｍｍ、ころ長さ９ｍｍ、ころ数２０個で、外輪軌道に浸炭窒化処理を施した円筒ころ軸受を用い、外径９９、５ｍｍで炭素繊維を３０質量％含有するＰＥＥＫ樹脂で作製した保持器を組み込み、更にグリース（イソフレックスＮＢＵ１５）を軸受空間容積の１０％充填したものを用いた。尚、外輪、内輪及び円筒ころにはＳＵＪ２材を用いた。そして、慣らし運転を行った後、以下に示す運転条件で回転させて耐久性を評価した。
【００８６】
（比較例１）
また、比較のために、外輪軌道に浸炭窒化処理を施さない以外は上記の同一の円筒ころ軸受を用意し、同様に慣らし運転した後、以下に示す運転条件で回転させて耐久性を評価した。
【００８７】
（１）運転条件１
運転条件１における試験では、実施例１と比較例１の各円筒ころ軸受に、イソフレックスＮＢＵ１５を一回当たりの補給量を０．０１ｃｃとして６時間間隔で補給しながら、回転数１５０００ｍｉｎ^−１、ｄｍｎ値１．３５×１０^６にて１００時間にわたって連続回転させた。回転後に分解し、外輪軌道の母線の形状を測定し、その摩耗状態を評価した。
【００８８】
その結果、実施例１の円筒ころ軸受の外輪案内面に摩耗の発生は認められなかったが、比較例１の円筒ころ軸受の外輪案内面には摩耗が生じていた。
【００８９】
（２）運転条件２
運転条件２における試験では、５０００時間を目処として実施例１と比較例１の各円筒ころ軸受が破損するまで連続回転をさせ、耐久性を評価した。但し、各転がり軸受の回転数は運転条件１の場合と同じにした。
【００９０】
その結果、実施例１の円筒ころ軸受は回転時間が５０００時間に達しても異常を生じることなく円滑に回転を続け、５０００時間でその回転を停止させた。また、回転停止後に実施例１の円筒ころ軸受を分解して調べたところ、何ら異常は認められなかった。一方、比較例１の円筒ころ軸受は回転時間が６００時間となったときに回転が止まった。また、回転停止後、比較例１の円筒ころ軸受を分解して調べたところ、内輪鍔、ころの端面、外輪案内面に摩耗の発生が認められた。外輪案内面の摩耗量は１６〜１７μｍとなっていた。また、グリースは黒色に変色して劣化していた。
【００９１】
（比較例２）
図２０（Ａ）に示す様な、転動面の直径（外径）Ｄと軸方向寸法Ｌと（Ｄ、Ｌに関しては図１０参照）が等しい（Ｌ／Ｄ＝１）等長等径ころ３６ａを使用して円筒ころ軸受３１ａを作製した。尚、円筒ころ軸受３１ａは呼び番号がＮ１０１４に準ずるもので、外径が１１０ｍｍ、内径が７０ｍｍ、幅が２０ｍｍであり、円筒ころの数は１８個である。また、外輪、内輪及び円筒ころにはＳＵＪ２材を用い、外輪軌道に浸炭窒化処理を施した。そして、円筒ころ軸受３１ａにグリース（イソフレックスＮＢＵ１５）を軸受空間容積の１０％充填し、慣らし運転を行った後、回転数を変えながら回転させ、軸受の温度変化を測定した。結果を図２１に示す。
【００９２】
（実施例２）
図２０（Ｂ）に示す様な、本発明の範囲からは外れた円筒ころ軸受１ａと、図１２（Ｂ）に示す様な、転動面の直径（外径）Ｄよりも軸方向寸法Ｌが小さい（Ｌ／Ｄ＜１）短寸ころ３６ｂを使用して同様の円筒ころ軸受３１ｂを作製した。そして、比較例１と同様の試験を行った。結果を同じく図２１に示す。
【００９３】
図２１から明らかな様に、短寸ころ（実施例２）を使用すれば、外輪温度上昇が小さく、耐焼付性が向上することがわかる。
【００９４】
上記の結果から、本発明に係るころ軸受は、ｄｍｎ値が１×１０^６となる高速回転条件下で使用しても、ころ軸受に異常を生じず、グリースを劣化させることもなく連続運転可能であることが確認された。
【００９５】
【発明の効果】
本発明は、上記のようなころ軸受であるので、摩耗を防止でき、高速回転条
件下での使用に好適であり、生産性に優れるころ軸受、ころ軸受システム及び工作機械主軸装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のころ軸受の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のころ軸受の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のころ軸受の第３実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のころ軸受の第４実施形態を示す断面図である。
【図５】グリースの補給量を検証する際のグリースの供給様式を説明するための模式図である。
【図６】円筒ころ軸受の設計例を説明するための部分断面図である。
【図７】円筒ころ軸受の運転時に円筒ころに加わるジャイロモーメントを説明するための模式図である。
【図８】円筒ころの慣性モーメントを説明するための略図である。
【図９】円筒ころがスキューした場合にジャイロモーメントがスキュー角を大きくしようとする向きに作用する範囲を示すグラフである。
【図１０】円筒ころの動的不釣り合いを説明するための略図である。
【図１１】円筒ころに加わるジャイロモーメントとこの円筒ころのスキュー角の変動に伴って発生するモーメントとの関係を示すグラフである。
【図１２】円筒ころがスキューした状態を示す部分断面図である。
【図１３】図１１の上方から見た図である。
【図１４】図１１の側方から見た図である。
【図１５】円筒ころの端面の摩耗状態の２例を示す端面図である。
【図１６】Ｓ≧Ｕ＋Ｃで、且つＱ・Ｖ≦６０ｋｇｆ・ｍ／ｓを満たす範囲を示すグラフである。
【図１７】本発明の工作機械主軸装置の第１実施形態（スピンドル装置）を示す断面図である。
【図１８】本発明の工作機械主軸装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図１９】図１８に示すスピンドル装置の拡大断面図である。
【図２０】実施例２及び比較例２で使用した円筒ころ軸受を示す部分断面図である。
【図２１】実施例２及び比較例２の円筒ころ軸受を用いて行った試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 主軸
２ グリース補給器
３ 補給パイプ
４ ノズル
５ 内輪間座
６ 外輪間座
７ ハウジング
８ 内輪押さえ部材
９ 外輪押さえ部材
８０ 円筒ころ軸受
８１ 内輪
８１ａ 内輪軌道
８２ 外輪
８２ａ 外輪軌道
８３ 円筒ころ
８４ 保持器
８５ 補給孔

Claims (12)

1. 内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、ころとからなるころ軸受において、
   前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、
   前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくとも何れか一つを強化繊維として含有し、且つ
   外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とするころ軸受。
2. 請求項１に記載のころ軸受であって、前記外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とするころ軸受。
3. 請求項１または２に記載のころ軸受であって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とするころ軸受。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のころ軸受であって、前記ころをセラミックス製としたことを特徴とするころ軸受。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のころ軸受であって、
   前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔または外輪間座に設けられた補給孔の少なくとも１つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とするころ軸受。
6. ころ軸受とグリース供給装置とからなるころ軸受システムであって、
   前記ころ軸受は内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、ころとから形成されており、
   前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、
   前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくとも何れか一つを強化繊維として含有し、且つ
   前記グリース供給装置に連結するグリースの補給手段を備え、グリース潤滑されることを特徴とするころ軸受システム。
7. 請求項６に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とするころ軸受システム。
8. 請求項６または７に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とするころ軸受システム。
9. 請求項６〜８の何れか１項に記載のころ軸受システムであって、前記ころ軸受の前記ころをセラミックス製としたことを特徴とするころ軸受システム。
10. 請求項６〜９の何れか１項に記載のころ軸受システムであって、
    前記グリース供給装置に連結し前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔または外輪間座に設けられた補給孔の少なくとも１つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とするころ軸受システム。
11. 主軸を支持するころ軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
    前記ころ軸受が請求項１〜５の何れか１項に記載のころ軸受であることを特徴とする工作機械用主軸装置。
12. 主軸を支持するころ軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
    請求項６〜１０の何れか１項に記載のころ軸受システムを備え、前記ころ軸受システムのころ軸受で主軸を支持し、グリース供給装置をハウジング内に備えることを特徴とする工作機械用主軸装置。

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