JP2009204088A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤の油膜を長期にわたって維持して、急激な温度上昇や焼き付きを抑制することができる円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】円筒ころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に配設される複数の円筒ころ１３と、複数の円筒ころ１３を円周方向に略等間隔に保持する合成樹脂製の保持器１４と、を備え、保持器１４が軌道輪案内形式とされ、保持器１４の案内面１８、及び保持器１４に形成されるポケット部１７の円筒ころ１３と摺接する摺接面１７ａに対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有する表面粗さ面を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒ころ軸受に関し、特に、工作機械等の高速回転する主軸を支持するのに好適な円筒ころ軸受に関する。

工作機械主軸用軸受には、一般に、円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受等が使用されている。これらの軸受の保持器としては、綿布補強のフェノール樹脂を切削加工した保持器や、ガラス繊維で強化した６６ナイロン樹脂等を材料とする合成樹脂製保持器が使用されている。合成樹脂製保持器は、軽量であるため、回転時の遠心力が小さく、また、自己潤滑性を有するため、高速回転に有利である。

高速回転用の転がり軸受に使用される合成樹脂製保持器は、通常、軸受外輪によって回転案内される外輪案内形式が採用される。また、高速回転用の転がり軸受の潤滑方法としては、グリース潤滑、オイルエア潤滑、ジェット潤滑等が使用条件やコストによって適宜選択され利用されているが、一般的には、低コストでメンテナンスも容易なことから、グリース潤滑が利用されることが多い。

近年、工作機械では、切削能力を向上させて加工時間を短縮する傾向にあり、それに伴い、主軸の回転数の高速化が顕著である。そのため、高速回転する主軸を支持する転がり軸受に供給する潤滑剤の量も微量（必要最小限の量）となる傾向にある。

また、潤滑剤の保持力を向上させて発熱を抑制することを目的として、転動体を保持するポケットの内面に、このポケットの深さ方向に沿って延びる平行な細溝が密に並ぶ凹凸面に形成した合成樹脂製の保持器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１８４３１８号公報

しかしながら、上記従来技術では、例えば、グリース潤滑のように、回転中に外部から軸受内部に潤滑剤が供給されない場合には、時間の経過とともに潤滑剤が一時的あるいは継続的に不足し、油膜が途切れがちになってしまい、十分な潤滑性能を得ることが困難である。そのため、保持器と円筒ころとの摺動部、及び保持器と内外輪との摺動部が発熱して高温になり、場合によって焼き付きに到るという問題が発生する場合がある。このような問題は、特に、保持器の案内面と外輪内周面との摺接部、あるいは保持器と円筒ころとの摺接部において生じることが多い。

また、上記特許文献１では、細溝が大きい場合は、機械的な引っ掛かりの原因になったり、部分的に接触面圧が大きくなったりする問題が生じる。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、潤滑剤の油膜を長期にわたって維持して、急激な温度上昇や焼き付きを抑制することができる円筒ころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動可能に配設される複数の円筒ころと、複数の円筒ころを円周方向に略等間隔に保持する合成樹脂製の保持器と、を備え、保持器が軌道輪案内形式とされる円筒ころ軸受であって、保持器の案内面、及び保持器に形成されるポケット部の円筒ころと摺接する摺接面に対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有する表面粗さ面を形成することを特徴とする円筒ころ軸受。
（２）表面粗さ面の算術平均粗さが、Ｒａ０．０５μｍ〜１μｍであることを特徴とする（１）に記載の円筒ころ軸受。

本発明の円筒ころ軸受によれば、保持器の案内面、及び保持器に形成されるポケット部の円筒ころと摺接する摺接面に対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有する表面粗さ面を形成するため、高速回転により潤滑条件が厳しくなった場合でも、保持器の表面粗さ面の凹部に保持される潤滑剤が、保持器の案内面、及びポケット部の摺接面に供給され、且つ摩耗粉が保持器の表面粗さ面の凹部に逃げて容易に排出される。これにより、円筒ころ軸受の急激な温度上昇や焼き付きを長期にわたり抑制することができる。

以下、本発明に係る円筒ころ軸受の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の円筒ころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に配設される複数の円筒ころ１３と、複数の円筒ころ１３を円周方向に略等間隔に保持する保持器１４と、を備える。

保持器１４は、自己潤滑性を有する合成樹脂製で、外輪１１の内周面によって回転案内される外輪案内形式であって、図２に示すように、軸方向に互いに同軸に離間配置される一対の円環部１５と、一対の円環部１５を連結すべく、円周方向に等間隔で配置される複数の柱部１６と、を有する。また、円周方向に互いに隣り合う各柱部１６の間には、円筒ころ１３を転動可能に保持するポケット部１７が形成される。

そして、本実施形態では、図２に示すように、外輪１１の内周面によって案内される保持器１４の案内面１８（一対の円環部１５及び複数の柱部１６の外周面）、及び保持器１４のポケット部１７の円筒ころ１３と摺接する摺接面１７ａ（柱部１６の円周方向を向く面）、即ち、一定方向のすべり接触状態にある面に対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有する表面粗さ面を形成している。なお、案内面１８のすべり方向とは、保持器１４の円周方向（図２の矢印Ａ参照）のことで、摺接面１７ａのすべり方向とは、保持器１４の径方向（図２の矢印Ｂ参照）のことである。

また、本実施形態では、保持器１４の案内面１８及び摺接面１７ａに形成される上記表面粗さ面の表面粗さ（算術平均粗さ）はＲａ０．０５μｍ〜１μｍの範囲内に設定されている。また、上記表面粗さ面は、射出成形の金型の成形面に所定の表面粗さの面を形成することにより、射出成形時に金型の成形面からの転写によって形成される。また、円筒ころ１３に砥粒を電着して保持器１４を加工する方法や、保持器１４と円筒ころ１３との間に砥粒を含むペースト等を供給して共削りする方法などを採用してもよい。

ここで、上記表面粗さ面の表面粗さをＲａ０．０５μｍ〜１μｍの範囲に設定するのは、表面粗さがＲａ０．０５μｍ未満では、上記表面粗さ面の凹部の潤滑剤の保持量が少なくなり、接触界面への十分な潤滑剤の供給が得られないからである。一方、表面粗さがＲａ１μｍを超える粗さに設定されると、その粗さ自体が、高精度の高速回転が要求される工作機械用軸受の回転精度に悪影響を与えてしまう可能性がある。

また、保持器１４の樹脂材料としては、例えば、６６ナイロン、４６ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチツク等を使用することができる。保持器１４の樹脂材料は、特に上記材料に限定されるものではないが、高速回転時の局部発熱にも軟化し難い（熱変形し難い）、耐熱性に優れる樹脂が好ましく、特に、ガラス転移温度が８０℃（さらに好ましくは、１００℃）を超え、融点が２７０℃を超える樹脂が好適である。また、これらの樹脂材料に、炭素繊維、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ等の繊維補強材を添加しても良い。また、これらの樹脂材料に、固体潤滑剤や熱伝導体等の各種の添加剤を添加しても良い。

また、耐摩耗性や機械的強度の向上を目的として、上記のように保持器１４に炭素繊維やガラス繊維などを添加した場合、接触界面で生成される各種繊維補強材を含む摩耗粉が接触界面で異物として作用し、切削摩耗の増大が問題となるが、保持器１４の案内面１８及び摺接面１７ａに形成される上記表面粗さ面の凹部により、摩耗粉が接触界面から容易に排除されるため、保持器１４の耐摩耗性を向上することが可能となる。

次に、本発明の効果を確かめるため、円筒ころ１３及び保持器１４をそれぞれ球材及び平板材に置き換えて、一定荷重のもとで摺動による摩擦試験を行い、摩擦・摩耗特性の評価を行った。
試験条件は次の通りである。
・球材（円筒ころに相当）：３／８ｉｎｃｈ ＳＵＪ２（Ｒａ０．１５μｍ）
・平板材（保持器に相当）：ポリアミド６６（無機フィラー４０重量％）
・垂直荷重：４９Ｎ
・摺動速度：１０ｍｍ／ｓ
・摺動回数：５万回(総すべり距離：５００ｍ)
・雰囲気：グリース潤滑

図３に、平板材に形成される表面粗さ面の表面粗さがＲａ１．２μｍのときの球材の摺動回数ｎと摩擦係数μの経時変化を測定した結果を示す。この結果より、摩擦係数μは、平板板の表面粗さ面の形成方向に対して球材が平行に摺動した方が、直交に摺動した場合と比較して小さく、また、ほぼ一定の値を示し安定していることがわかった。

次に、図４に、平板材の表面粗さ面の表面粗さＲａを変化させ、その表面粗さ面の形成方向に対して球材を平行及び直交に摺動させる摩擦試験を行い、その後の摩耗痕深さｄを測定した結果を示す。この結果より、摩耗痕深さｄは、平板材の表面粗さ面の形成方向に対して球材が平行に摺動した方が、直交に摺動した場合と比較して小さく、また、バラツキも小さいことがわかった。

これらの結果は、平板材の表面粗さ面の形成方向に対して球材が平行に摺動した場合、摩擦方向に対して平行に存在する表面粗さ面の相手部材と接触していない凹部よりグリースが２固体の接触界面に供給されること、及び接触界面より生成される摩耗粉などの異物が、摺動方向と同じ方向、即ち、平行に存在する表面粗さ面の凹部に逃げ、相手部材との摺動により摩擦域より排出されるためと考えられる。

但し、平板材の表面粗さ面の表面粗さがＲａ０．０５μｍ未満の場合、接触界面へのグリース供給機能や接触界面に生成される摩耗粉を排出機能が損なわれるため摩耗が増加してしまう。このため、平板材の表面粗さはＲａ０．０５μｍ以上が好ましい。

以上説明したように、本実施形態の円筒ころ軸受１０によれば、保持器１４の案内面１８、及び保持器１４に形成されるポケット部１７の円筒ころ１３と摺接する摺接面１７ａに対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有するＲａ０．０５μｍ〜１μｍの表面粗さ面を形成するため、高速回転により潤滑条件が厳しくなった場合でも、保持器１４の表面粗さ面の凹部に保持される潤滑剤が、保持器１４の案内面１８、及びポケット部１７の摺接面１７ａに供給され、且つ摩耗粉が保持器１４の表面粗さ面の凹部に逃げて容易に排出される。これにより、円筒ころ軸受１０の急激な温度上昇や焼き付きを長期にわたり抑制することができる。

本発明に係る円筒ころ軸受の一実施形態を説明するための要部断面図である。 図１に示す保持器の斜視図である。 摺動回数ｎと摩擦係数μとの関係を示すグラフ図である。 表面粗さＲａと摩耗痕深さｄとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ 円筒ころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 円筒ころ
１４ 保持器
１５ 円環部
１６ 柱部
１７ ポケット部
１７ａ 摺接面
１８ 案内面

Claims (2)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に配設される複数の円筒ころと、複数の前記円筒ころを円周方向に略等間隔に保持する合成樹脂製の保持器と、を備え、前記保持器が軌道輪案内形式とされる円筒ころ軸受であって、
   前記保持器の案内面、及び前記保持器に形成されるポケット部の前記円筒ころと摺接する摺接面に対して、そのすべり方向と略平行な方向性を有する表面粗さ面を形成することを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 前記表面粗さ面の算術平均粗さが、Ｒａ０．０５μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。

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