JP2008202682A

JP2008202682A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2008202682A
Application number: JP2007039307A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 崇伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】余分な加工や部品を必要とせずに、内輪の温度が外輪よりも高くなる転がり軸受のラジアル隙間の変化を抑制できるようにすることである。
【解決手段】工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受の内輪１を形成する材料の線膨張係数を、外輪２を形成する材料の線膨張係数よりも小さくし、軸受内部を外輪間座５に設けたノズル５ａから噴射される潤滑油でジェット潤滑することにより、外輪２よりも温度上昇量の大きい内輪１の熱膨張を抑制するとともに、ジェット潤滑の冷却効果によって軸受全体の温度上昇を抑制し、余分な加工や部品を必要とせずに、転がり軸受のラジアル隙間の変化を抑制できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に、内輪と外輪に温度差の生じるものに好適な転がり軸受に関する。

転がり軸受には、使用環境や使用条件によって、内輪と外輪に大きな温度差の生じるものがある。例えば、工作機械の主軸やジェットエンジンのタービン軸等のｄｎ値（軸受内径ｍｍ×回転数ｒｐｍ）が１０^６以上の高速回転で使用される転がり軸受は、全体の温度上昇に伴って、放熱され難く熱容量の小さい内輪が、外輪よりもかなり温度が高くなる。このため、この温度差に伴う内輪と外輪の熱膨張量の差によって、軸受のラジアル隙間が大きく変化する。このようにラジアル隙間が変化して過大になると、転動体と軌道面間ですべりが生じ易くなって、スミアリング等の表面損傷が発生し、ラジアル隙間が過小になると、転動体と軌道面間の接触面圧が高くなって、転動疲労寿命が短くなる問題がある。

このような内輪と外輪の熱膨張量の差によるラジアル隙間の変化を抑制する手段としては、回転軸に設けた軸方向の有底中空穴に潤滑油を供給して、温度上昇量の大きい内輪を間接的に冷却する方法（例えば、特許文献１参照）、内輪に設けた軸方向の貫通孔に潤滑油を噴射して、内輪を直接冷却する方法（例えば、特許文献２参照）、および、内輪と回転軸の間に、冷却油の流路を設けた冷却用スリーブを嵌合する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。

特開平７−１４５８１９号公報実開平６−３７６２４号公報特開平９−３１７７７８号公報

特許文献１および２に記載されたものは、外輪よりも温度上昇量の大きい内輪を冷却するために、回転軸や内輪に潤滑油を供給する軸方向の有底中空穴や貫通孔を形成する必要があるので、これらの余分な加工に手間がかかる問題がある。これらの加工によって、後の熱処理で回転軸や内輪に熱ひずみが生じやすくなる問題もある。特許文献３に記載されたものは、余分な冷却用スリーブを内輪と回転軸の間に嵌合する必要があるので、部品点数が増加するとともに、軸受の組み込みに余分な手間がかかる問題がある。

そこで、本発明の課題は、余分な加工や部品を必要とせずに、内輪の温度が外輪よりも高くなる転がり軸受のラジアル隙間の変化を抑制できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、内輪と外輪の軌道面間に複数の転動体が配列された転がり軸受において、前記内輪を形成する材料の線膨張係数を、前記外輪を形成する材料の線膨張係数よりも小さくし、前記転動体が配列された軸受内部を、ノズルから噴射される潤滑油でジェット潤滑する構成を採用した。

すなわち、内輪を形成する材料の線膨張係数を、外輪を形成する材料の線膨張係数よりも小さくすることにより、外輪よりも温度上昇量の大きい内輪の熱膨張を抑制するとともに、転動体が配列された軸受内部を、ノズルから噴射される潤滑油でジェット潤滑することにより、ジェット潤滑の冷却効果によって軸受全体の温度上昇を抑制して、余分な加工や部品を必要とせずに、転がり軸受のラジアル隙間の変化を抑制できるようにした。

前記内輪を形成する材料はセラミック、前記外輪を形成する材料は鉄系材料とすることができる。

前記転がり軸受は、ｄｎ値１０^６以上の高速回転で使用されるものに好適である。

本発明の転がり軸受は、内輪を形成する材料の線膨張係数を、外輪を形成する材料の線膨張係数よりも小さくし、転動体が配列された軸受内部を、ノズルから噴射される潤滑油でジェット潤滑するようにしたので、外輪よりも温度上昇量の大きい内輪の熱膨張を抑制できるとともに、ジェット潤滑の冷却効果によって軸受全体の温度上昇を抑制することができ、余分な加工や部品を必要とせずに、転がり軸受のラジアル隙間の変化を抑制することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この転がり軸受は、工作機械の主軸を支持し、ｄｎ値１０^６以上の高速回転で使用されるアンギュラ玉軸受であり、図１に示すように、主軸２１に外嵌された内輪１の軌道面１ａと、ハウジング２２に内嵌された外輪２の軌道面２ａの間に、複数の転動体としてのボール３が保持器４で保持され、一方の外輪間座５に設けられたノズル５ａから潤滑油が噴射され、ボール３が配列された軸受内部がジェット潤滑されるようになっている。

前記内輪１は、線膨張係数α_１（＝１０．２×１０^−６／℃）のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃで形成され、外輪２は、線膨張係数α_２（＝１２．５×１０^−６／℃）の高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２で形成されており、内輪１の線膨張係数α_１は外輪２の線膨張係数α_２よりも約２０％小さくなっている。

前記内輪１をＳＵＳ４４０Ｃで形成し、外輪２をＳＵＪ２で形成したアンギュラ玉軸受（実施例）と、内輪１と外輪２をいずれもＳＵＪ２で形成したアンギュラ玉軸受（比較例）について、内輪１の温度θ_１と外輪２の温度θ_２の温度差Δθ（＝θ_１−θ_２）に対するラジアル隙間δの変化を計算で求めた。

図２に、この計算結果を示す。ラジアル隙間δは、温度差Δθがないときを１００％とした。比較例のものは、温度差Δθが３０℃でラジアル隙間δが０％となっているのに対して、実施例のものはラジアル隙間δが２０％近く残っており、ラジアル隙間δの変化をかなり抑制できることが分かる。

表１は、前記内輪１と外輪２を形成する材料の組み合わせの変形例を示す。変形例１は、内輪１の材料を析出硬化型のマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ６３０（α_１＝１０．８×１０^−６／℃）に変更したもの、変形例２は、さらに外輪２の材料もオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４（α_２＝１７．３×１０^−６／℃）に変更したもの、変形例３は、内輪１の材料を窒化珪素系セラミックＳｉ_３Ｎ_４（α_１＝３．０×１０^−６／℃）、外輪２の材料をＳＵＳ４４０Ｃ（α_２＝１０．２×１０^−６／℃）としたものである。

上述した実施形態では、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受としたが、本発明に係る転がり軸受は、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受に限定されることはなく、他の部材を支持する他のタイプの転がり軸受にも適用することができる。

転がり軸受の実施形態を示す縦断面図実施例における内外輪の温度差によるラジアル隙間の変化を示すグラフ

１内輪
２外輪
１ａ、２ａ軌道面
３ボール
４保持器
５外輪間座
５ａノズル

Claims

内輪と外輪の軌道面間に複数の転動体が配列された転がり軸受において、前記内輪を形成する材料の線膨張係数を、前記外輪を形成する材料の線膨張係数よりも小さくし、前記転動体が配列された軸受内部を、ノズルから噴射される潤滑油でジェット潤滑するようにしたことを特徴とする転がり軸受。
前記内輪を形成する材料がセラミック、前記外輪を形成する材料が鉄系材料である請求項１に記載の転がり軸受。
前記転がり軸受が、ｄｎ値１０^６以上の高速回転で使用されるものである請求項１または２に記載の転がり軸受。