JP2006300257A

JP2006300257A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2006300257A
Application number: JP2005125040A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Sugita; 芳史杉田; Yoshiaki Katsuno; 美昭勝野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】高速回転で使用しても温度上昇が生じにくく且つ損傷が生じにくい転がり軸受を提供する。
【解決手段】アンギュラ玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１と外輪２との間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。この保持器４は、カーボンナノチューブを含有し且つ熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ／Ｋ超過である樹脂組成物で構成されている。また、保持器４の案内形式は、外輪案内形式である。
【選択図】図２

Description

本発明は転がり軸受に関する。

工作機械主軸用の転がり軸受は、高速化への対応から、油潤滑の場合にはｄｍｎ値（ｄｍは転動体のピッチ円直径（ｍｍ）であり、ｎは回転速度（ｍｉｎ^-1）である）２００万以上が可能となっており、さらなる高速化に向けて開発が進められている。また、グリース潤滑の場合には、ｄｍｎ値１４０万〜１５０万への対応が望まれている。
ただし、高速回転時においては、転動体と軌道面との転がり接触部や転動体と保持器ポケット面との滑り接触部において発熱する。転動体の熱容量は軌道輪に比べて小さいため、転動体が最も高温になり、軌道面との転がり接触部において油膜切れによる焼付きが発生するおそれがある。また、高速化に伴って熱膨脹の問題が生じる場合がある。

このような高速化に伴う発熱対策として保持器の伝熱効率を高くすることは有効であり、Ｆｅ，Ｃｕ等の金属製の保持器を用いると、熱伝導率は非常に良好である。例えば、特許文献１には、金属製の高速回転向け保持器を備えたターボチャージャ用回転支持装置が開示されている。
特開２００２−１４７２４７号公報

しかしながら、金属製の保持器の場合は、摩耗により生じた摩耗粉が油，グリース等の潤滑剤中に混入すると、転がり軸受を損傷させるおそれがある。特に、潤滑剤としてグリースを用いた場合は、摩耗粉の混入により流動性不足，固化等の性状劣化がグリースに生じるため、転がり軸受の耐久性が低下するおそれがある。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高速回転で使用しても温度上昇が生じにくく且つ損傷が生じにくい転がり軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ／Ｋ超過である樹脂組成物で前記保持器を構成したことを特徴とする。

このような構成であれば、転動体と軌道面との転がり接触部や転動体と保持器ポケット面との滑り接触部において発生した熱が、保持器を介して外輪へ速やかに伝達する。そのため、高速回転で使用しても転動体の温度上昇が生じにくく、転動体と軌道面との転がり接触部において油膜切れによる焼付きが発生しにくい。また、保持器の摩耗粉が潤滑剤中に混入しても、転がり軸受に損傷が生じにくい。さらに、保持器の摩耗粉により、グリースに動性不足，固化等の性状劣化が生じるおそれがない。

なお、一般的に保持器に用いられる樹脂材料は、熱伝導率が小さいので、上記のような効果がほとんど得られない。例えば、ポリフェニレンスルフィドの熱伝導率は０．２８Ｗ／ｍ／Ｋであり、ナイロン６６の熱伝導率は０．２１Ｗ／ｍ／Ｋである。
また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記樹脂組成物がカーボンナノチューブを含有することを特徴とする。

カーボンナノチューブは、他の一般的なフィラーと比較して熱伝導率が非常に優れているので、樹脂に添加することによって熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ／Ｋ超過である樹脂組成物を容易に得ることができる（図１のグラフを参照）。また、カーボンナノチューブを含有する樹脂組成物は摺動性に優れるため、保持器の摩擦抵抗が低減され、発熱そのものが低減される。なお、図１のグラフは、各種フィラーを含有するポリプロピレン樹脂組成物の熱伝導率を示すものである。

さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記保持器の案内形式が外輪案内形式又は転動体案内形式であることを特徴とする。
本発明における保持器の案内形式は、外輪と保持器が接触する外輪案内形式又は転動体案内形式が好ましい。通常、高速回転中の転がり軸受においては外輪よりも内輪が高温となるので、内輪と外輪とに熱膨張差が生じ、温度が平衡状態である停止状態よりも回転中の方が転がり軸受の内部ラジアルすきまが小さくなったり、予圧が上昇する。その結果、さらなる温度上昇，トルクの増大，寿命の低下が生じるおそれがある。

外輪案内形式であれば、転動体に発生した熱を外輪に伝達することにより、温度上昇を抑制できる。また、転動体案内形式であれば、空冷効果が期待できる。これに対して、内輪案内形式では、転動体の熱が保持器を介して内輪に伝わってしまうため、内輪の温度がさらに上昇する傾向となる。
このように、外輪案内形式又は転動体案内形式を採用することで、転動体の発熱抑制と内外輪の温度差の低減を同時に達成することができるが、保持器と外輪との間のすきまが小さいことから、外輪案内形式の方がより好ましい。

本発明の転がり軸受は、高速回転で使用しても温度上昇が生じにくく且つ損傷が生じにくい。

本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
〔第一実施形態〕
図２は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。図２のアンギュラ玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内周面に軌道面２ａを有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａの間に転動自在に配された複数の転動体３と、両軌道面１ａ，２ａの間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。

この保持器４は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）に１０質量％のカーボンナノチューブ（昭和電工株式会社製のＶＧＮＴ）を添加した樹脂組成物で構成されている。なお、この樹脂組成物の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ／Ｋ超過である。また、この保持器４の案内形式は外輪案内形式であり、軌道面２ａ（軌道溝）を挟む両方の外輪内周面で保持器４が案内されている。

このようなアンギュラ玉軸受においては、転動体３で発生した熱が保持器４に伝わりやすく、その熱が保持器４と外輪２とが接触する案内面から外輪２，ハウジング（図示せず）へと伝達されるため、高速回転で使用しても転動体３の温度上昇が生じにくく、内輪１と外輪２の温度差が小さい。また、転動体３と内輪１，外輪２との転がり接触部において油膜切れによる焼付きが発生しにくい。さらに、保持器４が樹脂組成物製であるので、保持器４の摩耗粉が潤滑剤中に混入しても、アンギュラ玉軸受に損傷が生じにくい。さらに、保持器４の摩耗粉により、グリースに流動性不足，固化等の性状劣化が生じるおそれがない。

よって、このアンギュラ玉軸受は、油潤滑の場合はｄｍｎ値２００万以上、グリース潤滑の場合はｄｍｎ値１４０万〜１５０万という高速回転での使用が可能であり、工作機械主軸用の転がり軸受として好適である。
なお、本実施形態においては、軌道面２ａを挟む両方の外輪内周面が同一高さ且つ同一幅であったが、図３に示すように、軌道面２ａを挟む両方の外輪内周面の高さ及び幅が異なっていてもよい。また、図４に示すように、軌道面２ａを挟む２つの外輪内周面のうち一方のみ（図４においては右側の内周面）で保持器４を案内してもよい。ただし、２つの外輪内周面で保持器４を案内した方が、保持器４と外輪２との接触面積が大きくなり、熱伝導性が良くなるので、排熱性の点から好ましい。

〔第二実施形態〕
図５は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。図５の円筒ころ軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内周面に軌道面２ａを有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａの間に転動自在に配された複数の転動体３と、両軌道面１ａ，２ａの間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。

この保持器４は、第一実施形態と同様の樹脂組成物で構成されている。また、保持器４の案内形式は外輪案内形式であり、軌道面２ａを含む外輪内周面で保持器４が案内されている。このような円筒ころ軸受の作用効果は、第一実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、保持器４の軸方向両端部が径方向外方に突出しており、その２つの突出部が外輪内周面と接触して保持器４が案内されるが、図６に示すように、保持器４の軸方向片端部が径方向外方に突出し、その１つの突出部が外輪内周面と接触して案内されてもよい。また、図５，６の場合は、つばが内輪に設けられていたが、図７に示すように、つばが外輪に設けられていて、つば部分の内周面で保持器４が案内されてもよい。

第一及び第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は第一及び第二実施形態に限定されるものではない。例えば、樹脂の種類，カーボンナノチューブの添加量，保持器の種類は、本発明の目的を達成できるならば第一及び第二実施形態に限定されるものではない。
また、第一及び第二実施形態においては転がり軸受の例としてアンギュラ玉軸受及び円筒ころ軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

各種フィラーを含有するポリプロピレン樹脂組成物における、フィラーの含有量と熱伝導率との関係を示すグラフである。第一実施形態のアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。第一実施形態の変形例を示す部分縦断面図である。第一実施形態の別の変形例を示す部分縦断面図である。第二実施形態の円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。第二実施形態の変形例を示す部分縦断面図である。第二実施形態の別の変形例を示す部分縦断面図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３転動体
４保持器

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ／Ｋ超過である樹脂組成物で前記保持器を構成したことを特徴とする転がり軸受。
前記樹脂組成物がカーボンナノチューブを含有することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
前記保持器の案内形式が外輪案内形式又は転動体案内形式であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。