JP2014005846A - 転がり軸受及び工作機械用主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器音を抑制可能な転がり軸受及び工作機械用主軸装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、外輪２及び内輪３との間に転動自在に配置される複数のころ４と、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころ４をそれぞれ保持する複数のポケット１１を有する保持器１０と、を備え、保持器１０の案内方式が外輪案内または内輪案内である。保持器１０は、ころ４の軸方向一方側と他方側に保持器案内面をそれぞれ有し、一方側の保持器案内面の幅をΔＬ１、他方側の保持器案内面の幅をΔＬ２、軸方向ポケットすきまをΔＰとすると、ΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ、且つ、ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰを満たす。
【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受及び工作機械用主軸装置に関し、より詳細には、高速回転する工作機械用主軸装置、高速モータ等に用いられる転がり軸受及びそれを用いた工作機械用主軸装置に関する。

最近の工作機械の主軸においては、高効率加工のため高速化が進み、従来の歯車駆動及びベルト駆動では、歯のかみ合い部での摩擦、ベルトのスリップによる発熱など伝達効率がよくないため、カップリングによる駆動モータ直結タイプ若しくは主軸内部にモータを搭載したいわゆる、モータビルトインタイプが主流を占めている。これらの高速主軸の場合、主軸に使用される軸受のｄｍｎ値は５０万以上がほとんどである。また、軸受の転動体に比重の小さい軽量のセラミック材料（例えば、窒化けい素など）を用いて高速回転時の転動体の遠心力を抑えた軸受では、ｄｍｎ値が１００万以上を越えるケースもある。

このような高速回転用途の軸受に使用される保持器では、軽量、かつ耐摩耗性のある合成樹脂材料保持器として、例えば、フェノール、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド（略称：ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（略称：ＰＥＥＫ）、ポリイミドなどが使用されており、さらには強化材として、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などが添加されている場合がある。

保持器は、円周方向に等間隔に形成されたポケットによって、転動体を円周方向に等間隔に配置させる。当然のことながら、転動体を円滑にポケット内で自転させるには、ポケット内面と転動体間に適正なすきま（ポケットすきま）を設ける必要がある。また、内外輪間で保持器は軸受の半径方向にもすきまを設けており、保持器の半径方向動き量は、外輪内周面と保持器外周面間、または、内輪外周面と保持器内周面間のいずれか小さい方のすきま（案内すきま）で規制される。

このような保持器を組み込んだ転がり軸受においては、保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生することがある。保持器音等の発生を抑制する転がり軸受として、例えば特許文献１〜３の転がり軸受が知られている。

特開２００４−１９９２１号公報 特開平１１−３４４０３５号公報 特開平２０００−８１０４２号公報

しかしながら、特許文献１〜３の転がり軸受においても、保持器音の発生を抑制するという点において改善の余地があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器音を抑制可能な転がり軸受及び工作機械用主軸装置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） 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数のころと、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころをそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または内輪案内である転がり軸受であって、
前記保持器は、前記ころの軸方向一方側と他方側に保持器案内面をそれぞれ有し、
一方側の前記各保持器案内面の幅をΔＬ１、他方側の前記保持器案内面の幅をΔＬ２、軸方向ポケットすきまをΔＰとすると、以下の（Ｉ）及び（ＩＩ）式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
ΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ （Ｉ）
ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰ （ＩＩ）
（２） 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数のころと、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころをそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または内輪案内である転がり軸受であって、
前記保持器は、前記ころの軸方向一方側と他方側のいずれか一方に保持器案内面を有し、
前記保持器案内面の幅をΔＬ、軸方向ポケットすきまをΔＰとすると、以下の（ＩＩＩ）式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
ΔＰ≦ΔＬ≦４×ΔＰ （ＩＩＩ）
（３） グリース潤滑で使用され、
前記保持器には、前記ころと前記保持器案内面との間に、グリース溜まりが設けられ、
前記グリース溜まりの幅は、前記保持器案内面の幅以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受。
（４） 前記保持器は、前記保持器案内面が案内輪の案内面端部よりも軸方向内側に設けられ、
前記保持器案内面から前記案内輪の案内面端部までの距離は、前記保持器案内面の幅以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の転がり軸受。
（５） 前記ころと前記保持器との径方向ポケットすきまは、案内すきまの２倍以上、且つ、案内輪の面取り長さ以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の転がり軸受。
（６） 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、該リング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部と、を有し、
前記柱部は、円周方向両側の軸方向中間部に、前記ころ側に突出した爪部を有し、
前記径方向ポケットすきまは、前記爪部の内面から前記保持器の回転軸線と前記ころの回転軸線を結ぶ線分と平行に引いた線と前記ころとの交点との間の距離であることを特徴とする（５）に記載の転がり軸受。
（７）前記ころは、軸方向の両側をそれぞれの端部へ向けて全周に亘って徐々に縮径させてなるクラウニング部と、該クラウニング部を一定の径寸法で連続させてなるころ直線部と、を有し、
前記ポケットには、前記ころ直線部と対向する部分に直線形状を有するポケット直線部が形成され、
前記ポケット直線部の長さが、前記ころ直線部の長さ以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の転がり軸受。
（８） 前記ポケット直線部の長さは、前記ころ直線部の長さから前記軸方向ポケットすきまを差し引いた長さ未満であることを特徴とする（７）に記載の転がり軸受。
（９） （１）〜（８）のいずれかに記載の転がり軸受を備えたことを特徴とする工作機械用主軸装置。

上記（１）及び（２）に記載の転がり軸受によれば、保持器案内面の幅を狭くすることで保持器案内面と案内輪の摺接する面積が小さくなるので、保持器案内面と案内輪間の摩擦が小さくなり、保持器音の発生を抑制することができる。また、グリースが保持器案内面に入り込みやすくなり、保持器音の発生を抑制でき、さらに潤滑特性の向上により軸受の長寿命化することができる。

上記（３）に記載の転がり軸受によれば、ころの近傍にグリース溜まりを設けることにより、さらに潤滑特性の向上により軸受の長寿命化することができる。

上記（４）に記載の転がり軸受によれば、精度不良又は回転輪と固定輪との軸方向熱膨張差等により、保持器案内面が案内輪の案内面端部からはみ出すことが懸念される場合であっても、軸方向のずれに対する許容量を確保することができ、保持器案内面が案内輪の案内面端部からはみ出すことが抑制される。

上記（５）に記載の転がり軸受によれば、ころと保持器との径方向ポケットすきまは、案内すきまの２倍以上であるので、高速回転時に保持器がホワールし回転数に応じた力で外輪に押し付けられて変形しても、径方向ポケットすきまが十分大きく保たれているので、保持器音の発生を抑制することができる。なお、本明細書において、「ホワール」とは、回転軸の触れ回り、及び、遠心力に伴い保持器密度のばらつき等の影響で保持器が楕円状に変形することを含む趣旨である。
また、保持器ところ間の摩擦が増加することがないので、異常昇温により焼きつきも防止することができる。
さらに、径方向ポケットすきまは、案内輪の面取り長さ以下であるので、内輪、保持器、ころを組み付けた組立体を外輪に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころが干渉することが抑制され、組み込み性の悪化を抑制することができる。

上記（６）に記載の転がり軸受によれば、保持器音の発生を抑制しながら、爪部によりころの脱落を確実に防止することができる。

上記（７）に記載の転がり軸受によれば、ポケット直線部の長さがころ直線部の長さ以下であるので、保持器が傾いた際にころ直線部端と保持器直線部が摺接することを抑制することができ、保持器音を抑制することができる。

上記（８）に記載の転がり軸受によれば、保持器は、軸方向ポケットすきまだけ軸方向に動くことができるので、保持器のポケット直線部の長さを、ころ直線部の長さから軸方向ポケットすきまを差し引いた長さ未満とすることで、保持器が軸方向ポケットすきま分移動しても、保持器音を抑制することができる。

上記（９）に記載の工作機械用主軸装置によれば、高速回転させた場合であっても保持器音を抑制することができる。

本発明の一実施形態の転がり軸受の断面図である。 図１の保持器の斜視図である。 図１の転がり軸受の一部を示す平面図である。 図３のＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）はころの平面図である、（ｂ）は保持器の平面図である。 保持器の移動及び変形を説明する転がり軸受の断面図である。 （ａ）図１の転がり軸受におけるグリース溜まりを説明する図であり、（ｂ）比較例の転がり軸受におけるグリース溜まりを説明する図である。 （ａ）図１の転がり軸受におけるスライド許容量を説明する図であり、（ｂ）比較例の転がり軸受におけるスライド許容量を説明する図である。 変形例に係る転がり軸受の断面図である。 図９の転がり軸受の一部を示す平面図である。 保持器が傾いた状態における比較例の転がり軸受の一部を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受について図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の転がり軸受の断面図、図２は図１の保持器の斜視図、図３は図１の転がり軸受の一部を示す平面図、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図、図５（ａ）はころの平面図、図５（ｂ）は保持器の平面図である。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受１は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面２ａを有する外輪２と、外周面に内輪軌道面３ａを有する内輪３と、外輪軌道面２ａ及び内輪軌道面３ａ間に転動自在に配置される複数のころ（転動体）４と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数のころ４をそれぞれ保持する複数のポケット１１を有する保持器１０と、を備え、グリース潤滑で使用される。

ころ４は、図５（ａ）に示すように、回転軸線Ｑ方向の両側をそれぞれの端部へ向けて全周に亘って徐々に縮径させてなるクラウニング部５、５と、これらのクラウニング部５、５を一定の径寸法で連続させてなるころ直線部６と、から構成される。なお、クラウニング部５、５及びころ直線部６の長さや、クラウニング部５、５ところ直線部６との間の傾斜角度などは、使用条件や使用目的などに応じて任意に設定すればよいため、ここでは特に限定しない。

保持器１０は、図２〜４に示すように、軸方向に並んで配置された一対のリング部１２と、両リング部１２間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部１３と、を有し、一対のリング部１２と隣り合う柱部１３によってポケット１１を構成している。

柱部１３の円周方向両側の軸方向中間部には、図５（ｂ）に示すように、直線形状を有するポケット直線部１５が形成されている。このポケット直線部１５は、保持器１０の回転軸線Ｒと平行になるように形成されており、円周側壁部１６を構成している。従って、保持器１０が傾いていない状態においては、保持器１０の回転軸線Ｒところ４の回転軸線Ｑが平面視で一致するので、ポケット直線部１５（円周側壁部１６）ところ直線部６が平行となる（図３参照）。円周側壁部１６は、ころ４の転動面であるころ直線部６と対向し転動体保持面として機能する。

また、柱部１３の円周方向両側の軸方向中間部には、柱部１３の円周側壁部１６から僅かにころ４側に突出し、円筒ころ４を確実に保持するための爪部１４が柱部１３の径方向外面から突出して設けられている。

円周側壁部１６は、図４に示すように回転軸方向から見て平坦面をなしており、爪部１４の内面から回転軸線Ｒと回転軸線Ｑを結ぶ線分Ｘと平行に引いた線Ｙところ４との交点Ｚと、保持器１０の爪部１４の内面との間に、径方向ポケットすきまΔＤが設けられている（図４参照）。軸方向においては、ころ４とポケット１１との間に軸方向ポケットすきまΔＰ（ころ４の円周方向両側にそれぞれΔＰ／２）が設けられている（図３参照）。

また、柱部１３の円周方向両側の軸方向両端部には、円周側壁部１６から窪むようにグリース溜まり１７が設けられている。

リング部１２の軸方向中間部には、周方向に亘って柱部１３の径方向外面よりも大径の環状突起部１８が形成されており、この環状突起部１８の外周面１８ａが保持器案内面として機能している。即ち、保持器１０は、環状突起部１８の外周面１８ａが外輪軌道面２ａによって案内される外輪案内方式である。

ここで、環状突起部１８の外周面１８ａは、一方側の外周面１８ａの幅（軸方向長さ）をΔＬ１、他方側の外周面１８ａの幅（軸方向長さ）をΔＬ２とすると、以下の（Ｉ）及び（ＩＩ）式を満たすように設定される。
ΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ （Ｉ）
ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰ （ＩＩ）
この外周面１８ａの幅ΔＬ１、ΔＬ２は、たわみ等の変動を考慮した実際の幅を意味しており、ΔＬ１＜ΔＬ２、ΔＬ１＝ΔＬ２、ΔＬ１＞ΔＬ２の関係をとり得るが、いずれの場合であっても上記（Ｉ）及び（ＩＩ）式を満たすように設定される。

なお、環状突起部１８は、上記（Ｉ）及び（ＩＩ）式を満たす限り、必ずしもリング部１２の軸方向中間部に形成する必要はないが、環状突起部１８の外周面１８ａがリング部１２の両端部から離れた位置、好ましくは軸方向中間部に形成することにより以下で説明する効果を有する。

図７（ａ）は本実施形態の転がり軸受の断面図であり、（ｂ）比較例の転がり軸受の断面図である。
比較例の転がり軸受１００では、保持器１１０が、リング部１２の外周面１２ａが外輪軌道面２ａによって案内される外輪案内方式であって、図７（ｂ）に示すように、柱部１３の径方向外面よりも大径の両リング部１２の外周面１２ａが保持器案内面として機能している。外周面１２ａの幅ΔＬ１、ΔＬ２は、ΔＬ１＞４×ΔＰ、且つ、ΔＬ２＞４×ΔＰとなっており、外周面１２ａの幅ΔＬ１、ΔＬ２以外、本実施形態の転がり軸受１と同じ構成となっている。

従来の転がり軸受１００によれば、保持器案内面（外周面１２ａ）の幅が広く、外輪軌道面２ａと摺接する面積が大きいので、保持器案内面（外周面１２ａ）と外輪軌道面２ａの摩擦が大きく、保持器音が大きくなっていた。

また、保持器案内面（外周面１２ａ）がころ４のすぐ両脇にあるため、軸受が回転すると保持器１１０の外側にグリース溜まり１９ａができるが、保持器案内面（外周面１２ａ）が広いと基油がこの保持器案内面（外周面１２ａ）と外輪軌道面２ａの間に入り込みにくく、保持器１１０の摩擦が増加するという問題があった。また、保持器１１０の摩擦の増加により、保持器音が発生しやすくなり、軸受寿命が低下するという問題があった。

また、軸受が回転すると保持器１１０の外側にグリース溜まり１９ａができ、ころ４の近傍（両脇）にはグリース溜まりができにくく、そのため、基油がころ４まで届きにくいため油膜が切れやすく、軸受寿命が若干低下するという問題があった。

さらに、従来の転がり軸受１００が工作機械用主軸に組み込まれる場合を想定すると、工作機械用主軸としては内輪回転の場合が主であり、スピンドルの温度分布としては、回転側部材（内輪側）温度＞停止側部材（外輪側）温度となる。また、主軸前側軸受（固定側）と後側軸受（自由側）との間にモータを設けた所謂モータビルトイン主軸の場合、モータの発熱の影響が付加される。その結果、従来の外輪案内の保持器１１０では、自由側軸受となる本軸受部で外輪２に対して内輪側が主軸後方に膨張移動し、保持器案内面（外周面１２ａ）が外輪軌道面２ａからはみ出してしまうおそれがある。

これに対し本実施形態の転がり軸受１によれば、図７（ａ）に示すように、保持器案内面（外周面１８ａ）の幅を狭くすることで保持器案内面（外周面１８ａ）と外輪軌道面２ａの摺接する面積が小さくなるので、保持器案内面（外周面１８ａ）と外輪軌道面２ａとの摩擦が小さくなり、保持器音の発生を抑制することができる。また、基油が保持器案内面（外周面１８ａ）と外輪軌道面２ａの間に入り込みやすくなり、保持器音の発生を抑制でき、潤滑特性の向上により軸受の長寿命化することができる。

また、保持器案内面（外周面１８ａ）の幅ΔＬ１、ΔＬ２を狭くし、ころ軸方向端部より離間した位置に保持器案内面（外周面１８ａ）を形成させているので、環状突起部１８ところ４との間、即ちころ４の両脇に、グリース溜まり１９ｂを確保することができる。グリース溜まり１９ｂの幅（軸方向長さ）は、環状突起部１８の幅ΔＬ１、ΔＬ２以上であることが好ましい。このように、ころ４の近傍にグリース溜まり１９ｂを設けることにより、より多くのグリースを軸受内に残存させることができるので、潤滑特性の向上により軸受の長寿命化することができる。

さらに、保持器案内面（外周面１８ａ）は、案内輪である外輪２の外輪軌道面２ａの端部より従来の転がり軸受１００に比べて軸方向内側に設けられている。環状突起部１８から外輪軌道面２ａの端部までの距離Δｒ１は、保持器案内面（外周面１８ａ）の幅ΔＬ１、ΔＬ２以上であることが好ましい。このように保持器案内面（外周面１８ａ）から外輪軌道面２ａの端部までの距離Δｒ１を大きくすることで、工作機械用主軸装置に組み込まれた際に、主軸装置を構成する部材の精度及び組み込み精度、あるいは上記した運転時の回転輪と固定輪との軸方向熱膨張差により、保持器案内面が案内輪（外輪２）の案内面（外輪軌道面２ａ）端部からはみ出すことが懸念される場合であっても、内輪３のスライド量の限界値が従来の保持器１１０より増加（Δｒ２＜Δｒ１）するので、軸の伸びに対する許容量を増すことができ、保持器案内面（外周面１８ａ）が（外輪２）の案内面（外輪軌道面２ａ）端部からはみ出すことが抑制される。

なお、保持器案内面（外周面１８ａ）の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰより小さくすると、保持器１０の姿勢が安定しなくなり保持器音が大きくなる可能性があることから、軸方向ポケットすきまΔＰ以上に設定している。

さらに、本発明の転がり軸受１では、図３及び図５に示すように、保持器１０のポケット直線部１５の長さＢが、ころ４のころ直線部６の長さＡ以下となるように設定されることが好ましい。

ここで、比較例として、図１１に、保持器のポケット直線部１５の長さＢが、ころ４のころ直線部６の長さＡより大きくなるように設定された転がり軸受を示す。なお、図１１は、Ｂ＝１．１×Ａの場合である。

この比較例の転がり軸受１００では、回転中に保持器１１０が傾いた場合、ころ直線部６とクラウニング部５の接続部である直線部端７が保持器１１０のポケット直線部１５から構成される円周側壁部１６に摺接し、大きな摩擦力が発生する。また、図１１では、クラウニング部５は円周側壁部１６と接触していないが、実際のクラウニング部５と円周側壁部１６との距離は数μｍ程度であるので、直線部端７のみならず、クラウニング部５も円周側壁部１６と接触するおそれがあり、さらに大きな摩擦力が発生するおそれがある。このように、ころ４の直線部端７及びクラウニング部５が、円周側壁部１６と接触し大きな摩擦力が発生することで、保持器音が発生する。

これに対し、保持器１０のポケット直線部１５の長さＢが、ころ４のころ直線部６の長さＡ以下となるように設定することで、回転中に保持器１０が傾いても、直線部端７及びクラウニング部５が、円周側壁部１６と接触することが回避され、大きな摩擦力が発生せず、保持器音の発生が抑制される。

保持器１０のポケット直線部１５の長さＢは、ころ４のころ直線部６の長さＡ未満であることがより好ましく、保持器１０は、軸方向ポケットすきまΔＰ（図３参照）だけ軸方向に動くことができるので、保持器１０のポケット直線部１５の長さＢは、ころ４のころ直線部６の長さＡから軸方向ポケットすきまΔＰを差し引いた、Ａ−ΔＰ未満であることがさらに好ましい。ただし、ポケット直線部１５の長さＢが小さすぎると、保持器１０の強度が得られないため、ポケット直線部１５の長さＢは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

さらに、本発明の転がり軸受１では、径方向ポケットすきまΔＤは、外輪内径（転がり軸受１の回転軸線を通る外輪軌道面２ａ間の径方向距離）と保持器外径（転がり軸受１の回転軸線を通る環状突起部１８の外周面１８ａ間の径方向距離）の差である案内すきまをΔＥとすると、案内すきまΔＥの２倍以上、且つ、案内輪である外輪２の面取り長さＦ（図１参照）以下となるように、その大きさが設定されていることが好ましい。

以下にその理由について、図６に基づいて説明する。図６は、保持器の移動及び変形を説明する転がり軸受の断面図である。
転がり軸受１においては、図６で示したころ４側及びその反対側（図６で示したころ４から１８０°の位置、）でそれぞれ案内すきまΔＥ／２が確保されている。そのため、図６で示したころ４側において、保持器１０は内径側にΔＥ／２だけ動くことができる。図６中、実線は保持器１０の非回転時における中立位置、即ちころの公転軸線（転がり軸受１の回転軸線）と保持器１０の回転軸線が一致した状態の保持器１０の位置を示しており、一点鎖線は、保持器１０が内径側にΔＥ／２だけ動いた状態を示している。したがって、理論上は、径方向ポケットすきまΔＤがΔＥ／２より大きければ、ころ４が保持器１０と接触することがないこととなる。

しかしながら、高速回転時に保持器１０がホワールすると、回転数に応じた力で保持器１０が外輪２に押し付けられて変形する。即ち、保持器１０が内径側にΔＥ／２だけ動いてさらに外輪内周面に押し付けられると、楕円状に変形し、図６で示したころ４側において、保持器１０は内径側にさらに動くこととなる。図６中の二点鎖線は、保持器１０がホワールによりさらに内径側に動いた（変形した）状態を示している。なお、図６中、円周方向における保持器１０の変形については無視している。

保持器１０がホワールにより内径側にさらに動くと、径方向ポケットすきまΔＤはさらに減少する。このホワールによる径方向ポケットすきまΔＤの減少量は、保持器１０の材質、形状等により変わるが、本発明では、ホワールによる保持器１０の移動を案内すきまΔＥの１．５倍以上確保することとし、ΔＥ／２の移動分も考慮して、全体として、径方向ポケットすきまΔＤを、案内すきまΔＥの２倍以上としている。これにより、保持器１０がホワールしても、ころ４が保持器１０と摺接することが防止される。従って、ころ４が保持器１０と摺接することによって摩擦力が大きくなることが抑制され、保持器音の発生が抑制される。

一方で、径方向ポケットすきまΔＤが大きすぎると、ころ４がずれ、内輪３、保持器１０、ころ４を組み付けた組立体を外輪２に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころ４が干渉し、組み込むことが困難となる。そのため、径方向ポケットすきまΔＤを、案内輪である外輪２の面取り長さＦ（図１参照）以下としている。これにより、内輪３、保持器１０、ころ４を組み付けた組立体を外輪２に軸方向から挿入する際に、外輪端部にころ４が干渉することが抑制され、組み込み性の悪化を抑制することができる。

上記実施形態では、一対のリング部１２の軸方向中間部に、周方向に亘って柱部１３の径方向外面よりも大径の環状突起部１８が形成されていたが、必ずしも一対のリング部１２の両方に環状突起部１８が形成されている必要はなく、いずれか一方にのみ環状突起部１８が形成されていてもよい。

図９は、変形例に係る転がり軸受の断面図であり、図１０は図９の転がり軸受の一部を示す平面図である。なお、上記実施形態の転がり軸受１と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例に係る転がり軸受１Ａでは、保持器１０Ａの一方側のリング部１２の軸方向中間部にのみ環状突起部１８が形成され、この環状突起部１８の外周面１８ａが保持器案内面として機能している。また、ころ４Ａは、クラウニング部５、５が形成されていない、直線部６によって構成された単純な円筒ころである。

ここで、環状突起部１８の外周面１８ａは、環状突起部１８の外周面１８ａの幅（軸方向長さ）をΔＬとすると、以下の（ＩＩＩ）式を満たすように設定される。
ΔＰ≦ΔＬ≦４×ΔＰ （ＩＩＩ）

このように、上記（ＩＩＩ）式を満たすことで、本変形例に係る転がり軸受１Ａにおいても上記実施形態の転がり軸受１と同様の作用効果を奏する。その他、上記実施形態の転がり軸受１で説明した、保持器１０のポケット直線部１５の長さＢところ４のころ直線部６の長さＡとの関係、径方向ポケットすきまΔＤと案内すきまをΔＥとの関係についても、本変形例に係る転がり軸受１Ａに適用することで、上記実施形態の転がり軸受１と同様の作用効果を奏する。

＜保持器音評価１＞
続いて、本発明の効果を、以下に示す実施例及び比較例に基づいて検証した。
まず、呼び番号Ｎ１０１１ＫＲ（内径φ５５ｍｍ、外径φ９０ｍｍ、幅１８ｍｍ、外輪つばなし、内輪両つば、ころ径φ８ｍｍ、ころ長さ８ｍｍ）の転がり軸受を用意した。組込後のラジアルすきまを−１５μｍとし、潤滑材としてＮＢＵ８ＥＰ（ＮＯＫクリュ−バー株式会社製）を１．５ｃｃ充填した。

保持器は、カーボン繊維を含有したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなる樹脂性保持器を用いて、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの１〜６倍に変化させたときの、４０００〜１２０００ｒｐｍの回転数における保持器音を評価した。なお、この保持器は、図１に記載の保持器のように保持器案内面が両側に設けられており、ΔＬ１とΔＬ２は等しいものとした。

表１に示すように、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２が軸方向ポケットすきまΔＰと等しいものを実施例１、ΔＰの２〜４倍としたものをそれぞれ実施例２〜４、ΔＰの５、６倍としたものをそれぞれ比較例１、２とした。なお、実施例１〜４及び比較例１、２において、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２以外の条件は全て同じである。

表１には、保持器音評価の結果について３段階で示している。評価は○、△、×の３段階とした。○は、保持器音がなく、使用上全く支障がないことを示しており、△は、小さな保持器音があるものの、使用上支障がないことを示しており、×は、大きな保持器音があり、使用できないことを示している。

表１の結果から、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの５倍、６倍とした比較例１、２では、ほぼ回転数によらず、使用できないほどの大きな保持器音が発生する結果となった。これに対し、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの１〜４倍とした実施例１〜４では、回転数によらず、保持器音が小さいか、又は保持器音がないに分類されており、保持器音が抑制されていることが分かる。

以上説明したように、本発明の転がり軸受１によれば、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２、軸方向ポケットすきまをΔＰとしたときに、ΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ、且つ、ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰとすることにより、保持器案内面と案内輪の摺接する面積が小さくなるので、保持器案内面と案内輪間の摩擦が小さくなり、保持器音の発生を抑制することができることが分かった。

＜潤滑特性評価＞
続いて、呼び番号Ｎ１０１１ＫＲ（内径φ５５ｍｍ、外径φ９０ｍｍ、幅１８ｍｍ、外輪つばなし、内輪両つば、ころ径φ８ｍｍ、ころ長さ８ｍｍ）の転がり軸受を用意した。組込後のラジアルすきまを−５μｍとし、潤滑材としてＮＢＵ８ＥＰ（ＮＯＫクリュ−バー株式会社製）を１．５ｃｃ充填した。

保持器は、カーボン繊維を含有したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなる樹脂性保持器を用いて、１２０００ｒｐｍで２０００時間の耐久試験を行い、グリースの残存割合、油分離率、鉄粉量を評価した。

表２に示すように、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの３倍としたものを実施例５、ΔＰの６倍としたものをそれぞれ比較例３とした。

表２の結果から、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの３倍とした実施例５では、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの６倍とした比較例３に比べて、グリースの残存割合も多く、油分離率が低く、鉄粉量も低くなった。これは、実施例５では、グリース溜まりのスペースが多いことからグリース残存量が多く、またグリース残存量が多いことからころや保持器案内面への潤滑が十分に行われ摩耗が生じなかったものと考えられる。

＜保持器音評価２＞
続いて、上記＜保持器音評価１＞における実施例４、即ち、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの４倍としたものを用いて、ポケット直線部の長さＢところ直線部の長さＡとの関係を変えて、４０００〜１２０００ｒｐｍの回転数における保持器音を評価した。

表３に示すように、ポケット直線部の長さＢところ直線部の長さＡとの関係において、Ｂ＝０．６×Ａとしたものを実施例４ａ、Ｂ＝Ａ−ΔＰとしたものを実施例４ｂ、Ｂ＝Ａとしたものを実施例４ｃ、Ｂ＝１．５×Ａとしたものを実施例４ｄとした。なお、評価基準は、上記した＜保持器音評価１＞と同じである。

表３の結果から、保持器のポケット直線部の長さＢが、ころ直線部の長さＡ以下となるように設定した実施例４ａ〜４ｃでは、回転数によらず、保持器音が小さいか、又は保持器音がないに分類されており、保持器音が抑制されていることが分かる。

このように、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２をΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ、且つ、ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰに設定することに加えて、保持器１０のポケット直線部１５の長さＢがころ直線部６の長さＡ以下とすることで、保持器１０が傾いた際にころ直線部端７とポケット直線部１５とが摺接することを抑制することができ、保持器音をより抑制することができる。

＜保持器音評価３＞
続いて、上記＜保持器音評価１＞における実施例４、即ち、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの４倍としたものを用いて、ころと保持器との径方向ポケットすきまΔＤを変えて、４０００〜１２０００ｒｐｍの回転数における保持器音を評価した。

表４に示すように、径方向ポケットすきまΔＤを案内すきまΔＥの１．５倍としたものを実施例４ｅ、径方向ポケットすきまΔＤを案内すきまΔＥの２倍としたものを実施例４ｆとした。なお、評価基準は、上記した＜保持器音評価１＞と同じである。

表４の結果から、径方向ポケットすきまΔＤを案内すきまΔＥの２倍とした実施例４ｆでは、回転数によらず、保持器音が小さいか、又は保持器音がないに分類されており、保持器音が抑制されていることが分かる。径方向ポケットすきまΔＤを案内すきまΔＥの２倍とした実施例４ｆでは、ΔＥ／２の移動分を除いて、ホワールによる径方向ポケットすきまΔＤの減少分を案内すきま１．５×ΔＥだけ確保しているので（２×ΔＥ−ΔＥ／２）、径方向ポケットすきまΔＤが十分確保され、ころが保持器と接触することがなく、保持器音の発生が抑制されているものと考えられる。

このように、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２をΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ、且つ、ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰに設定することに加えて、径方向ポケットすきまΔＤを、案内すきまΔＥの２倍以上とすることにより、高速回転時に保持器１０がホワールし回転数に応じた力で外輪２に押し付けられて変形しても、径方向ポケットすきまが十分大きく保たれているので、保持器音の発生をより抑制することができる。また、保持器１０ところ４間の摩擦が増加することがないので、異常昇温により焼きつきも防止することができる。

＜保持器音評価４＞
続いて、上記＜保持器音評価１＞における実施例４、即ち、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの４倍としたもの、及び、上記＜保持器音評価１＞における比較例１、即ち、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの５倍としたものを用いて、ポケット直線部の長さＢところ直線部の長さＡとの関係を、Ｂ＝Ａ−２×ΔＰとし、且つ、ころと保持器との径方向ポケットすきまΔＤをΔＤ＝２×ΔＥとし、４０００〜１２０００ｒｐｍの回転数における保持器音を評価した。

表５に示すように、上記＜保持器音評価１＞における実施例４に対応するものを実施例４ｇ、上記＜保持器音評価１＞における比較例１に対応するものを比較例１ａとした。なお、評価基準は、上記した＜保持器音評価１＞と同じである。

表５の結果から、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの４倍として他の条件を好適な条件とした実施例４ｇでは、保持器案内面の幅ΔＬ１、ΔＬ２を軸方向ポケットすきまΔＰの５倍として他の条件を好適な条件とした比較例１ａに比べて、保持器音が抑制されていることが分かる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変更、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では転がり軸受１にクラウニング型のころ４を採用し、変形例に係る転がり軸受１Ａに単純な円筒ころ４Ａを採用したが、ころ４、４Ａはいずれを採用してもよい。
また、例えば、円周側壁部１６は、平面視で直線形状となるポケット直線部１５を有する限り、回転軸方向から見てころ４の曲率に沿って円弧面をなしていてもよい。
また、上記実施形態では、保持器１０の案内方式が外輪案内である転がり軸受１について説明したが、保持器１０の案内方式が内輪案内であってもよい。

１、１Ａ 転がり軸受
２ 外輪
３ 内輪
４、４Ａ ころ
５ クラウニング部
６ ころ直線部
１０、１０Ａ 保持器
１１ ポケット
１２ リング部
１３ 柱部
１４ 爪部
１５ ポケット直線部
１８ 環状突起部
１８ａ 外周面（保持器案内面）
１９ｂ グリース溜まり
Ａ ころ直線部の長さ
Ｂ ポケット直線部の長さ
ΔＤ 径方向ポケットすきま
ΔＥ 案内すきま
Ｆ 面取り長さ
ΔＬ１ 一方側の保持器案内面の幅
ΔＬ２ 他方側の保持器案内面の幅
ΔＬ 保持器案内面の幅
ΔＰ 軸方向ポケットすきま
Ｑ ころの回転軸線
Ｒ 保持器の回転軸線

Claims (9)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数のころと、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころをそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または内輪案内である転がり軸受であって、
   前記保持器は、前記ころの軸方向一方側と他方側に保持器案内面をそれぞれ有し、
   一方側の前記保持器案内面の幅をΔＬ１、他方側の前記保持器案内面の幅をΔＬ２、軸方向ポケットすきまをΔＰとすると、以下の（Ｉ）及び（ＩＩ）式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
   ΔＰ≦ΔＬ１≦４×ΔＰ （Ｉ）
   ΔＰ≦ΔＬ２≦４×ΔＰ （ＩＩ）
2. 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数のころと、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数のころをそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または内輪案内である転がり軸受であって、
   前記保持器は、前記ころの軸方向一方側と他方側のいずれか一方に保持器案内面を有し、
   前記保持器案内面の幅をΔＬ、軸方向ポケットすきまをΔＰとすると、以下の（ＩＩＩ）式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
   ΔＰ≦ΔＬ≦４×ΔＰ （ＩＩＩ）
3. グリース潤滑で使用され、
   前記保持器には、前記ころと前記保持器案内面との間に、グリース溜まりが設けられ、
   前記グリース溜まりの幅は、前記保持器案内面の幅以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器は、前記保持器案内面が案内輪の案内面端部よりも軸方向内側に設けられ、
   前記保持器案内面から前記案内輪の案内面端部までの距離は、前記保持器案内面の幅以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記ころと前記保持器との径方向ポケットすきまは、案内すきまの２倍以上、且つ、案内輪の面取り長さ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
6. 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、該リング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部と、を有し、
   前記柱部は、円周方向両側の軸方向中間部に、前記ころ側に突出した爪部を有し、
   前記径方向ポケットすきまは、前記爪部の内面から前記保持器の回転軸線と前記ころの回転軸線を結ぶ線分と平行に引いた線と前記ころとの交点との間の距離であることを特徴とする請求項５に記載の転がり軸受。
7. 前記ころは、軸方向の両側をそれぞれの端部へ向けて全周に亘って徐々に縮径させてなるクラウニング部と、該クラウニング部を一定の径寸法で連続させてなるころ直線部と、を有し、
   前記ポケットには、前記ころ直線部と対向する部分に直線形状を有するポケット直線部が形成され、
   前記ポケット直線部の長さが、前記ころ直線部の長さ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
8. 前記ポケット直線部の長さは、前記ころ直線部の長さから前記軸方向ポケットすきまを差し引いた長さ未満であることを特徴とする請求項７に記載の転がり軸受。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の転がり軸受を備えたことを特徴とする工作機械用主軸装置。

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