JP6617714B2

JP6617714B2 - 転がり軸受

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Publication number: JP6617714B2
Application number: JP2016556610A
Authority: JP
Inventors: 美昭勝野; 晋哉中村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: KR101983922B1; EP3214159A4; EP3214159B1; CN107002757A; CN107002757B; KR20170066533A; TWI607160B; EP3214159A1; TW201629363A; JPWO2016068215A1; WO2016068215A1

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

近年、工作機械用主軸装置の高速化は著しく発展しており、また、環境対策・省エネ化・省資源化の要望も強いことから、軸受の潤滑方法としてグリース潤滑が注目されている。グリース潤滑としては、軸受組込時に軸受空間に封入されたグリースで潤滑を行う方式や、ハウジングの外部に設けられたグリース補給手段からグリースを適宜のタイミングで補給して潤滑を行う方式が知られている。

例えば、特許文献１に記載のスピンドル装置では、ハウジングの外部に設けられたグリース補給手段から、グリース供給管及びハウジング内に形成されたグリース供給経路を介して、転がり軸受の軸受空間に微量のグリースを適宜のタイミングで補給している。

また、グリース潤滑される従来の軸受としては、グリース溜まり部品を転がり軸受から分離した形で形成し、固定側軌道輪に隣接して配置するようにしたグリース溜まり部品及び転がり軸受が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のグリース溜まり部品は、内部にグリース溜まりとなる環状の容器部と、容器部から突出して形成され隣接配置された転がり軸受の軌道面近傍まで挿入される軸受内挿入部と、を有する。このグリース溜まり部品は、容器部内のグリースを軸受内挿入部の先端吐出口から転がり軸受の軌道面に供給する。

日本国特許第４０５１５６３号公報日本国特開２００８−２４０８２８号公報

ところで、グリースには、基油、増ちょう剤、添加剤が含まれている。グリースを軸受外部から補給する方式では、軸受の使用条件や周囲の温度条件によっては、ちょう度の数値が小さく比較的硬いグリースが使用される場合もある。また、圧力により増ちょう剤が基油と分離してグリース全体として硬化又は固化する場合もある。そのようなケースでは、ハウジング内の配管経路が長かったり、配管経路が途中で屈曲、又は直角に折れ曲がった部位が数箇所存在したりする場合、増ちょう剤の固化程度によっては、グリースを軸受に吐出する際の配管抵抗が大きくなる懸念がある。その場合には、吐出圧力を増大させる必要があった。また、ハウジング外部から軸受内部へグリースを供給するために、ハウジング内供給経路やグリース補給装置が別途必要になる等、コスト面で不利があった。

また、特許文献２に記載の転がり軸受にグリース溜まり部品を組み合わせる構造とした場合、構造が複雑な複数の部品を組合せる必要があり、製作費用が嵩む要因となる。更に、グリースの供給は、転がり軸受の運転・停止に伴うグリース溜まりでのヒートサイクルによる圧力変動を利用して、グリースから分離した基油を軸受内挿入部の先端から供給する方式である。このため、ヒートサイクルによる圧力変動だけでは、工作機械主軸用軸受のように高速回転する用途（ｄｍｎ５０万以上、より好ましくはｄｍｎ１００万以上）において、潤滑が不足する可能性があった。

グリースの供給制御は、軸受の運転状態（回転速度や運転時間等）によって供給量や供給タイミングを適切に調整することが望ましい。そのためには、軸受の運転状態を監視する必要があり、制御の複雑化や、ランニングコストの増大を招き、煩わしいメンテナンスを要することになる。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のグリースに代わり、周囲温度によって半固体状と液状とに変化可能なワックス系潤滑剤を軸受内に封入して、特別な制御を要することなく、長期間に亘って安定した潤滑が可能な転がり軸受を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１）外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間の軸受内空間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内輪と前記外輪のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に位置され前記軸受内空間を塞ぐシール部材と、を有する工作機械用の転がり軸受であって、
前記シール部材は、軸方向外側に膨らむ貯油スペースを有し、
前記貯油スペースには、潤滑油とワックスとを含み、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記シール部材は、前記貯油スペースが前記内輪と前記外輪の端面から軸方向外側に突出したことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３）前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の端面より軸方向内側に配置されたことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（４）前記外輪と前記内輪は、軸受幅をＢ、軸受高さをＨとした場合に、１．５≦Ｂ／Ｈ≦３を満足することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の転がり軸受。
（５）前記軸受内空間には、前記転がり軸受の運転時に想定される最高温度よりも高い前記液状化点を有する前記ワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の転がり軸受。
（６）前記軸受内空間には、グリースが封入され、
前記グリースは、前記ワックス系潤滑剤と親和性及び浸潤性を有する基油成分を含んで構成されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の転がり軸受。
（７）前記ワックス系潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１つに記載の転がり軸受。
尚、請求項１に記載の「ワックス系潤滑剤」とは、潤滑油とワックスとを含む潤滑剤を言い、また、「液状化点」とは、ワックス系潤滑剤が半固体状態から液体状態に、或いは液体状態から半固体状態に変化するときの温度を言う。また、「液状化点」は、例えば日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章雑則第６９条の２（液状の定義）に従っている。

本発明の転がり軸受によれば、従来のグリースに代わり、周囲温度によって半固体状と液状との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が軸受内に封入される。このため、軸受温度が所定温度の液状化点を越えた場合には、ワックス系潤滑剤が液状化して軸受空間に移動するので、軸受空間内の潤滑油量を増加させることができる。よって、特別な制御を要することなく、転がり軸受の長期間にわたる安定した潤滑が可能となる。

本発明の実施形態を説明するための図で、転がり軸受の一部分を切り欠いた部分断面図である。図１に示す転がり軸受の要部拡大断面図である。ワックス系潤滑剤の液状化点を説明する説明図である。転がり軸受の第１の変形例の要部拡大図である。転がり軸受の第２の変形例の要部拡大図である。第２の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。第３の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、転がり軸受の一部分を切り欠いた部分断面図である。

本構成の転がり軸受１００は、ラジアル形の深溝玉軸受であって、内輪１３と、外輪１５と、転動体である玉１７と、シール部材１９とを有し、軸受内部とシール部材１９には、グリース２１と、ワックス系潤滑剤２３とが設けられている。以下の説明では、本転がり軸受１００を、工作機械の主軸装置の駆動用として使用される高速（スピンドル）モータ（図示略）に適用する場合を想定して説明する。

外輪１５の内周面には、外輪軌道面２５が形成される。内輪１３の外周面には、内輪軌道面２７が形成される。外輪軌道面２５と内輪軌道面２７との間には、転動自在となった複数の玉１７が周方向に沿って配置される。

玉の材質には、軸受鋼やステンレス鋼、セラミック等を用いることができる。また、防錆性が必要な使用環境においては、ＳＵＳ４４０Ｃ、或いはＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４等を用いることもできる。玉１７は、保持器２９の各ポケットに保持されて円周方向に等間隔に配される。保持器２９の材質には、炭素鋼、ＳＵＳ３０４の他、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂材料を用いることができる。

シール部材１９は、内輪１３と外輪１５のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に配置され、軸受内空間３１を塞ぐ。また、シール部材１９は、外輪１５及び内輪１３を軸方向の両側から挟むように、一対が転がり軸受１００の両端部に取り付けられる。一対のシール部材１９は、外輪１５と内輪１３との間の軸受内空間３１を密封、又は密封状態に近い状態にする。

シール部材１９は、環状に形成され、外径側に形成されるバネ部３３が、外輪１５の内周に形成されたシール部材保持溝３５に嵌着される。シール部材保持溝３５に保持されたシール部材１９は、内径側が内輪１３の外周面に接近して配置される。シール部材１９の内径側端部は、内輪１３と接触しても、非接触であってもよい。シール部材１９は、金属材料、ゴム等の弾性材料、金属の芯金にゴム等を被覆した複合材料とすることができる。本構成例では、金属材料をシール部材保持溝３５に挿入後、カールしたバネ部３３を加締める形でシール部材保持溝３５内に固定している。また、シール部材１９の内径側端部は、内輪１３と非接触状態となっている。

本構成例において、シール部材１９は、内輪１３と外輪１５の端面から軸方向外側に膨らむ貯油スペース３７が形成されている。

図２は図１に示す転がり軸受の要部拡大断面図である。以降の説明では、図１に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡略化する。

シール部材１９の突出部分は、図２に示す断面において台形状となる。この台形状は、斜辺部３９が玉１７に向かうに従って、軸受半径の外側に傾斜している。斜辺部３９の先端は、上記のバネ部３３に接続される。

斜辺部３９とバネ部３３との間には、屈曲された屈曲部４１が形成される。この屈曲部４１の径方向位置は、外輪１５の外輪内径面４３よりも半径方向内側（図２の下側）に配置される。これにより、貯油スペース３７から後述する潤滑油が軸受内空間３１へ移動しやすくなっている。

転がり軸受１００は、内輪１３の外周面及び外輪１５の内周面との間の軸受内空間３１に適量のグリース２１が封入されている。また、シール部材１９の貯油スペース３７には、ワックス系潤滑剤２３が封入されている。

軸受内空間３１に封入されるグリース２１としては、一般的なグリース２１が適用可能であるが、詳細を後述するワックス系潤滑剤２３と親和性及び浸潤性を有するグリース、例えば、ワックス系潤滑剤２３の潤滑油と同一成分の基油を含んで構成されるものが好ましい。

軸受内空間３１に封入されるグリース２１の量は、回転に伴う粘性抵抗による昇温と、グリース寿命とのバランスから、軸受内空間３１の空間容積の１０〜２０％とすることが好ましい。これにより、主軸装置の慣らし運転時間を短縮でき、メンテナンス時における軸受交換後の運転復帰時間を短縮することができる。尚、図示例ではグリース２１が軸受内空間３１内に隙間なく充填された状態で示されているが、実際には上記の通り、適宜な隙間空間を有している。

ワックス系潤滑剤２３は、潤滑油とワックスとを基本成分とする。ワックス系潤滑剤２３は、潤滑油及びワックスともに、十分な潤滑性を有し、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、液状化点を越えたときの液状状態と、液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なものである。

ワックスはその融点よりも低温では固化又は半固化しており、融点以上では液状となり、流動性を持つようになる。このように、ワックス単体であれば、ワックスの融点付近の温度を境にして、全体として半固体状と液状とに可逆変化する。これに対し本発明のワックス系潤滑剤は、潤滑油（液体）とワックス（半固体）との混合体（ワックス（溶質）に潤滑油（希薄液）を加えた希薄溶液に相当）である。そのため、ワックス系潤滑剤は、ワックスの融点より低い温度で、半固体状から液状に変化する。

半固体状から液状に変化する温度（以下、「液状化点」と称する）は、含まれるワックスの融点及び潤滑油との混合比率と密接な関係がある。すなわち、「ワックスの融点＞液状化点」となることから、含まれるワックスと潤滑油との混合比率で液状化温度をワックスの融点以下の所定の温度に制御することができる。

具体的には、潤滑油及びワックスの種類、並びに両者の混合比率により、液状化点とワックスの融点との温度差を約１０〜３０℃にすることができる。また、ワックス系潤滑剤は、含まれるワックスの種類及び潤滑油との混合比率等を調整することにより、温度に応じて液状と半固体状とに可逆的に変化するものとすることができる。

尚、液状及び液状化点は、図３に示すように、下記のようにして確認する。この方法は、日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章雑則第６９条の２（液状の定義）に従った方法である。
（１）試験物品（ワックス系潤滑剤）を２本の試験管（直径３０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）のＬａ線（高さ５５ｍｍ）まで入れる。
（２）一方の試験管（液状判断用試験管）を孔穴の無いゴム栓で密栓する。
（３）他方の試験管（温度測定用試験管）を、温度計を付けたゴム栓で密栓する。尚、温度計は、その先端が試験物品の表面より３０ｍｍの深さになるように挿入し、試験管に対して直立させる。
（４）２本の試験管を、液状確認温度±０．１℃に保持された恒温槽中に、Ｌｂ線（試験物品の表面よりも３０ｍｍ上方）が恒温槽の水面下に没するように直立させて静置する。
（５）温度測定用試験管中の試験物品の温度が液状確認温度±０．１℃になってから、１０分間そのままの状態を保持する。
（６）液状判断試験管を恒温水槽から水平な台上に直立したまま取り出し、直ちに台の上に水平に倒し、試験物品の先端がＬｂ線に到達するまでの時間を計測する。
（７）試験物品がＬｂ線に達するまでの時間が９０秒以内であるとき、試験物品が「液状」であると判断する。
（８）そして、恒温水槽の温度を種々変更して（１）〜（７）を行い、液状になった温度を「液状化点」とする。
尚、液状化点とは、水の凝固点（０°／純水、大気圧下）のような定点温度ではなく、ある特定温度に対して略±２℃程度の範囲で定義、数値化される。

或いは、コーンプレート型粘度計（Ｅ型粘度計）を用い、温度を徐々に高めて行き、粘度変化が一定になった温度が液状化点近傍に現れるため、この温度を液状化点と見做すこともできる。

貯油スペース３７に封入されるワックス系潤滑剤２３は、４０℃の動粘度が５〜２００ｍｍ²／ｓの潤滑油（添加剤を含む）が９０〜６０％と、ワックスが１０〜４０％とを含んで構成されている。ワックス系潤滑剤２３は、１０〜７０℃の温度範囲内の所定温度に液状化点を有する。

例えば、液状化点を４７℃とした場合、ワックス系潤滑剤２３は、４７℃を越えた場合に液体状態となり、４７℃以下の場合は半固体状態となる。ワックス系潤滑剤２３は、その周囲温度によって液体状態と半固体状態とに変化する。また、ワックス系潤滑剤２３は、グリース２１のように増ちょう剤を含まず、一定の圧力が負荷されても固化しない特長を有する。

ワックス系潤滑剤２３に適用される潤滑油としては、合成油、鉱物油の種類を問わず、単独、混合の別を問わず、あらゆる潤滑油が使用可能である。合成油としては、エステル系、炭化水素系、エーテル系等いずれも使用できる。また、鉱物油としては、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等いずれも使用できる。

一方、ワックスは、常温で固体又は半固体状であり、アルキル基を有する有機物である。本実施形態のワックスとしては、天然ワックス、合成ワックスの種類を問わず、単独・混合の別を問わず、あらゆるワックスが使用可能である。但し、軸受内部で潤滑油との混合物になるため、潤滑油との相溶性が高いものが好ましい。天然ワックスとしては、動・植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックスいずれも使用できる。合成ワックスとしては、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、油脂系合成ワックス（エステル、ケトン類、アミド）、水素化ワックス等が挙げられる。

好ましい潤滑油とワックスとの組み合わせとして、相溶性の観点から、潤滑油にエステル油を用いた場合、ワックスにはマイクロクリスタリンワックスを用いることができる。

例えば、上述の４７℃の液状化点を有するワックス系潤滑剤の一例としては、ジエステル油（ジオクチルセバケート）が７８．５質量％、マイクロクリスタリンワックス（融点８２℃）が１５質量％、酸化防止剤、極圧剤、その他を含む添加剤が６．５質量％からなるものが挙げられる。

また、３８℃の液状化点を有する他のワックス系潤滑剤の一例としては、ジエステル油（ジオクチルセバケート）が８３質量％、マイクロクリスタリンワックス（融点７２℃）が１０．５質量％、酸化防止剤、極圧剤、その他を含む添加剤が６．５質量％からなるものが挙げられる。

また、潤滑油とワックスとの混合比率は、両者の合計量に対しワックスが１０〜４０質量％で、潤滑油が９０〜６０質量％であることが好ましい。ワックスの混合比率が大きくなるほどワックス系潤滑剤が半固体状であるときの流動性が悪くなり、４０質量％を超えると輸送性が悪くなる。特に流動性を重視する場合は、ワックスの混合比率を１０質量％以上２０質量％未満とし、潤滑油の混合比率を９０質量％以下８０質量％超にすることが好ましい。尚、ワックスは、潤滑油やグリースの油性向上剤として添加されることもあるが、本発明のワックス系潤滑剤では、上記のようにワックスの添加量を一般的な添加剤量よりも多くすることにより、グリースと同等の半固体状の性質（増ちょう剤としての機能）を保持する。

更に、ワックス系潤滑剤には、目的に応じて種々の添加剤を添加することができる。例えば、いずれも公知の酸化防止剤や防錆剤、極圧剤等を適量添加することができる。

ワックス系潤滑剤を調製するには、ワックスを融点以上の温度に加熱して液状とし、そこへ潤滑油又は添加剤を添加した潤滑油を加えて十分に混合した後、ワックスの融点未満の温度（通常は液状化点以下程度）に冷却すればよい。或いは、潤滑油又は添加剤を添加した潤滑油と、固形のワックスとを適当な容器に入れ、全体をワックスの融点以上の温度まで加熱して混合した後、液状化点以下の温度まで冷却してもよい。

ワックス系潤滑剤２３は、主軸運転前又は運転初期においては、貯油スペース３７内で半固体状態で貯留される。主軸運転により軸受内部が昇温すると、軸受内で発生する熱Ｑが玉１７側から軸受外側に向けて伝達される。

発生する熱Ｑが貯油スペース３７のワックス系潤滑剤２３に到達して、ワックス系潤滑剤２３が液状化点以上の温度に達すると、軸受内空間３１と連通する貯油スペース３７のワックス系潤滑剤２３は、その一部が液体の潤滑油に変化する。この潤滑油は、転がり軸受１００の軸受内空間３１に図中矢印Ｒで示す方向に浸潤・移動して、転がり軸受１００の外輪軌道面２５、内輪軌道面２７、玉１７の表面に供給される。

このとき、シール部材１９の斜辺部３９には、軸受回転による遠心力によって潤滑油が集中し、斜辺部３９の傾斜に沿って軸受内空間３１に流れ込む。軸受内空間３１に流れ込んだ潤滑油は、外輪内径面４３に沿って外輪軌道面２５、玉１７の表面、内輪軌道面２７、及び保持器２９に供給される。

ワックス系潤滑剤２３は、上記のように液化して転がり軸受１００の潤滑剤として供された後、転がり軸受１００の回転速度の低下や運転停止等によって軸受内部の温度が液状化点未満になると、再び半固体状に変化する。

ワックス系潤滑剤２３の液状化点は、上述したように、ワックス系潤滑剤２３の成分を調整することで、１０〜７０℃の範囲内で任意の温度に設定することができる。これにより、転がり軸受１００の運転条件、すなわち、適用する回転機械の使用実績、検証実験・耐久性評価試験等による軸受温度に合わせて最適量の潤滑油を供給できる。つまり、必要なときに必要なだけ、ワックス系潤滑剤２３が液状化した潤滑油を転がり軸受内部へ供給可能となる。

また、玉軸受では、接触角線を赤道として玉が回転する結果、玉がポンプ効果を発揮し、潤滑剤が封入されている空間に気流が発生する。そのため、流動性の良いワックス系潤滑剤を用いることで、軸受内での潤滑剤の滞留を防止でき、軸受の温度上昇を防止する効果を奏する。

液状化点は、使用されるワックスの融点と、潤滑油との混合比率により、ワックスの融点より低くすることができる。
例えば、マイクロクリスタリンワックスは、融点が６７〜９８℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を３５〜５０℃の範囲の所定の温度に設定することができる。また、パラフィンワックスは、融点が４７〜６９℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を２０〜３５℃の範囲の所定の温度に設定することができる。

また、液状化点は、基本的には軸受周囲の環境温度や軸受の運転温度を鑑み、一般的には、１０〜７０℃が適正であるが、適用用途が工作機械用転がり軸受（工作機械主軸用転がり軸受やボールねじ軸端サポート用転がり軸受など）の場合、以下に述べる理由から、３０〜７０℃が好ましく、４０〜７０℃がより好ましい。

工作機械が使用される周囲環境条件は、周辺温度の変化に伴う部材の熱変位を最小限に抑えて、被加工部品の加工精度を確保するため、周囲環境は２０〜２５℃程度に空調管理されている場合が多い。したがって、液状化点の下限を３０℃に設定すれば、停止状態では、液状化点以下なので、ワックス系潤滑剤２３は液状化せず、軸受内部や貯油部分に維持される。そして、ワックス系潤滑剤２３が貯油された軸受やスピンドルを、停止或いは、停止状態のまま在庫保管しておいても、液状化することなく軸受内部及び周辺部に保持されるので、通常のグリース同様、長期にわたって潤滑機能が損なわれない。したがって、液状化点を３０〜７０℃とすることが好ましい。

また、工作機械に使用される軸受は、回転数が増加するほど軸受内部温度が上昇するので、適正な潤滑状態を維持するため、より多くの潤滑油を転がり接触面に供給する必要がある。通常の回転条件（低速〜中速回転域）での連続運転や、低速回転と最高速回転を交互に繰り返す運転条件の場合、軸受温度はおおむね４０℃以下であり、潤滑油量は転がり接触面近傍の潤滑剤で十分である。
しかしながら、最高回転での連続加工の場合、或いは、回転数は低くても重切削加工を連続して行う場合、軸受温度が４０℃を上回る場合があり、この場合、転がり接触面の潤滑油が不足する虞れがある。このため、液状化点の下限を４０℃に設定することで、この時に、軸受周辺のワックス系潤滑剤２３が液状化し、転がり接触面に不足する潤滑油を補充することができ、不意の焼き付きなどの不具合を未然に防止することができる。したがって、液状化点を４０〜７０℃とすることがより好ましい。

次に、上記した構成の作用を説明する。
本構成の転がり軸受１００は、軸受内空間３１に、適量のグリース２１が封入され、貯油スペース３７には、適量のワックス系潤滑剤２３が封入されている。グリース２１は、前述したように、ワックス系潤滑剤２３と同一成分の基油を含み、ワックス系潤滑剤２３との親和性を有している。

転がり軸受１００の内部温度が比較的低い、転がり軸受１００の運転初期においては、転がり軸受１００は、軸受内空間３１に封入されているグリース２１により潤滑される。

グリース２１の基油は、繊維構造の増ちょう剤により保持されており、増ちょう剤の繊維間を毛細管現象により移動する。また、工作機械の主軸装置、或いは、主軸駆動用の高速（スピンドル）モータのように高速回転する場合、軸受周辺部の温度が上昇することで近傍のグリース２１は、昇温して液状化する。このため、基油の流動が容易となり、高速回転でのグリース寿命が延びる。

転がり軸受１００は、主軸装置の運転に伴って、軸受内部の温度が徐々に上昇する。そして、貯油スペース内のワックス系潤滑剤２３の内、転がり軸受側の部分が液状化点（例えば４７℃）に達すると、ワックス系潤滑剤２３の液状化が始まる。そして、貯油スペース３７のワックス系潤滑剤２３が液状化した潤滑油は、軸受内空間３１へ移動して軸受内空間３１のグリース２１に自動的に補給される。

軸受内空間３１のグリース２１は、通常のグリース潤滑でのグリース寿命を維持できる。しかし、グリース２１は液体の潤滑油と比較して流動性に乏しいので、転がり軸受１００の潤滑に寄与するグリース２１は、転がり軸受１００の最近傍のグリース内の基油成分に限られる。

これに対して、本構成のワックス系潤滑剤２３は、転がり軸受１００の発熱、温度上昇により半固体から液体に変化する。このため、貯油スペース内のワックス系潤滑剤２３が液状化した潤滑油は、貯油スペース３７から転がり軸受内のグリース２１に浸潤・移動して、徐々に転がり軸受内に供給される。その結果、ワックス系潤滑剤２３からの補油作用によって、転がり軸受１００の潤滑寿命を飛躍的に延長することが可能となる。

また、転がり軸受１００は高速回転すればするほど、転がり接触部や保持器案内面で潤滑油が多く必要とされる。一方、転がり軸受１００の温度は、高速回転するほど上昇し、この熱が軸受全体に伝達される。このため、貯油スペース内のワックス系潤滑剤２３の液状化が温度上昇に応じて促進され、より多くの潤滑油が転がり軸受１００に供給される。

つまり、最適な液状化点を設定しておけば、外部から指令を与えずとも、回転速度に対応した適切な潤滑油量を自動的にコントロールして補給することができる。例えば、軸受の回転数が所定の回転数以上となったとき、ワックス系潤滑剤２３が液状化して潤滑油が補給されるような液状化点に設定すれば、所定の回転数以上の高速回転時に供給される潤滑油量を自動的に増加させることができ、耐焼付性が向上する。

また、潤滑油量がさほど必要でない低速回転時においては潤滑油の補給を自動的に休止できる。即ち、液状化点を低速回転時の軸受内温度より高温側に設定し、潤滑油が必要となる特定回転数以上となった場合に、ワックス系潤滑剤２３が液状化して潤滑油が補給されるようにする。これにより、潤滑剤寿命を大幅に延ばすことが可能となる。

更に、転がり軸受１００の運転温度が比較的低く、特別な冷却構造が必要ない場合、又は、常に一定回転数で連続運転する場合等、軸受温度がある所定の範囲内に収まる場合には、想定される軸受温度に合わせてワックス系潤滑剤２３の液状化点を設定すればよい。その場合でも、ワックス系潤滑剤２３の補給量を最適にして潤滑寿命を長期化することができる。

また、一般的な主軸装置は、冷媒供給路に供給される冷媒によって転がり軸受１００を冷却し、軸受の温度変化による加工精度の低下を抑制している。その場合、軸受温度は、転がり軸受１００の運転条件によって変化するため、軸受温度をセンサで検出し、検出された軸受温度に応じて、軸受に供給する潤滑油量をフィードバック調整している。

したがって、上記一般的な主軸装置では、転がり軸受１００の運転温度に応じた制御が必要となる。ところが、本構成の転がり軸受１００によれば、軸受外部からの制御は不要であり、必要量の潤滑油が自動的に軸受内空間３１に供給される。

また、本構成においては、ワックス系潤滑剤２３と親和性のあるグリース２１を転がり軸受１００の軸受内空間３１に封入しているが、グリース２１ではなく、他のワックス系潤滑剤２３Ａを軸受内空間３１に封入してもよい。この場合、転がり軸受１００の想定される最高運転温度（例えば、６５℃前後）よりも他のワックス系潤滑剤２３Ａの液状化点を高く（例えば、液状化点７０℃）設定しておけば、転がり軸受内の他のワックス系潤滑剤２３Ａは常に半固体状態を維持している。すなわち、他のワックス系潤滑剤２３Ａは、通常のグリース２１と同様の挙動を示して、転がり軸受１００を潤滑する。

仮に、他のワックス系潤滑剤２３Ａの液状化点を、想定される最高運転温度より低く設定した場合には、運転温度が液状化点を越えた時点で、他のワックス系潤滑剤２３Ａの液状化が進み、転がり軸受内の潤滑剤が外部に流出してしまう虞れがある。この場合、他のワックス系潤滑剤２３Ａは、運転温度が低い初期潤滑にしか寄与できなくなる可能性がある。そこで、他のワックス系潤滑剤２３Ａの液状化点を最高運転温度より高い温度に設定することで、上記の問題を回避することができる。

このように、転がり軸受１００では、転がり軸受１００の運転温度に合わせて、半固体と液状とに可逆変化する液状化点を最適値に設定することで、最適量の潤滑油を連続的に軸受内へ供給できる。これにより、外部から指令を与えずとも、回転速度（軸受温度）に対応した適切な潤滑油量のコントロールが可能となる。

また、転がり軸受１００では、内外輪側端部より、外側へ突出してシール部材１９が形成される。このシール部材１９では、所望の容積とした貯油スペース３７を、転がり軸受１００に簡便に取り付けることができる。

更に、ワックス系潤滑剤２３は、発熱、温度上昇することによって半固体から液状に変化する。液状化した潤滑油は、貯油スペース３７と連通した軸受内空間３１のグリース２１に浸潤・移動する。この際、グリース２１の親和性によって、潤滑剤がグリース２１を通過しやすくなり、軸受内への潤滑剤の補給が促進可能となる。

次に、上記構成の転がり軸受の第1の変形例を説明する。
図４は転がり軸受の第１の変形例の要部拡大図である。
本変形例の転がり軸受１１０は、シール部材１９の屈曲部４１と外輪内径面４３との位置関係が異なる他は、前述の転がり軸受１００と同様の構成である。

本構成の断面台形状のシール部材１９の屈曲部４１における内側縁部の直径ｄは、外輪内径面４３の内径Ｄと略一致している。したがって、シール部材１９の斜辺部３９の内側面は、外輪内径面４３と段付き部を有さずに滑らかに接続される。

本構成によれば、貯油スペース３７から液状化して流入する潤滑油が斜辺部３９から外輪内径面４３に抵抗なく流動し、潤滑油が外輪軌道面２５や玉１７の表面に供給される。これにより、潤滑油を滞留させることなく、高効率で軸受内空間３１へ移動させることができる。

次に、上記構成の転がり軸受の第２の変形例を説明する。
図５は転がり軸受の第２の変形例の要部拡大図である。
本構成の転がり軸受１２０は、軸受内空間３１及び貯油スペース３７に、転がり軸受１２０の運転時に想定される最高温度よりも高い液状化点を有するワックス系潤滑剤４９が封入される。

この転がり軸受１２０では、軸受が到達する最高温度以下で、ワックス系潤滑剤４９は、ワックス状態を保持する。つまり、最高温度以下で、ワックス系潤滑剤４９は、通常のグリース２１と同様の挙動を示す。

転がり軸受１２０の温度が、想定される最高温度以上に高くなった場合、液状化された潤滑油が軸受内に供給され、転がり軸受１２０の焼き付きが抑制される。したがって、液状化点が最高温度以下であった場合に、焼き付き前のワックス系潤滑剤４９が液化して外部へ流出することを防止できる。これにより、運転温度以下の初期潤滑を円滑に行え、転がり軸受１２０の過加熱時における保護を確実に行うことができる。

次に、転がり軸受の第２の構成例を説明する。
図６は第２の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。
本構成の転がり軸受２００においては、シール部材５３が、内輪１３と外輪１５の端面より軸方向内側に配置されている。つまり、外輪１５のシール部材保持溝３５より軸受外側に形成される端部内径面５７と、内輪の端部外径面５５とを軸方向に延長して、シール部材５３を軸受端面より内側に収容している。

この転がり軸受２００によれば、シール部材５３が、内輪１３と外輪１５の端面から外側へ突出しなくなる。つまり、シール部材５３は、転がり軸受１００の軸心に沿う方向に出っ張りがなくなり、軸受の配置自由度が高められ、周辺部品との干渉によりシール部材５３が損傷することを防止できる。

次に、転がり軸受の第３の構成例を説明する。
図７は第３の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。
本構成の転がり軸受３００は、シール部材６１が軸方向外側に大きく突出せず、シール部材６１の軸方向内側の軸受内空間３１にワックス系潤滑剤２３の貯油スペースを設けた構成となっている。

本構成の転がり軸受３００においては、外輪１５と内輪１３が、軸受幅をＢ、軸受高さをＨとした場合に、１．５≦Ｂ／Ｈ≦３を満足する。そのため、軸受内空間３１は、ワックス系潤滑剤２３を配置するだけの十分なスペースを有している。

この転がり軸受３００では、軸受幅と軸受高さとが１．５≦Ｂ／Ｈに設定されることで、貯油スペース３７の容積の確保が容易となる。また、軸受中心部から貯油スペース３７が適度に離れるので、熱伝達の少ない部分が形成できる。そのため、ワックス系潤滑剤２３は、軸受運転時に全てが液状化されずに、ワックス状での保持が可能となる。

尚、Ｂ／Ｈ＞３に設定した場合は、転がり軸受３００の軸方向スペースが大きくなり、回転機器が大きくなる不利が生じる。

したがって、本構成の転がり軸受によれば、貯油スペース３７に、周囲温度によって半固体状と液状とに変化可能なワックス系潤滑剤２３を封入することで、長期間に亘って安定した潤滑が可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本構成例では、ラジアル形の深溝玉軸受に貯油スペース３７を設けて、ワックス系潤滑剤２３を貯留するように説明したが、この軸受形式に限定されず、ころ軸受を含む他の任意の形式の軸受にも本発明を適用することができる。
更に、転がり軸受を工作機械の主軸装置の駆動用として使用される高速（スピンドル）モータに適用した例について説明したが、これに限らず、一般産業機械用転がり軸受、他のモータ用転がり軸受等の高速回転する装置の転がり軸受としても適用することができ、同様の効果を奏する。

本出願は２０１４年１０月２９日出願の日本国特許出願（特願２０１４−２２０６９４）、及び２０１５年９月２９日出願の日本国特許出願（特願２０１５−１９１１９１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１３内輪
１５外輪
１７転動体
１９，５３，６１シール部材
２１グリース
２３，２３Ａ，４９ワックス系潤滑剤
２５外輪軌道面
２７内輪軌道面
３１軸受内空間
３７貯油スペース
１００，１１０，１２０，２００，３００転がり軸受

Claims

外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間の軸受内空間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内輪と前記外輪のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に位置され前記軸受内空間を塞ぐシール部材と、を有する工作機械用の転がり軸受であって、
前記シール部材は、軸方向外側に膨らむ貯油スペースを有し、
前記貯油スペースには、潤滑油とワックスとを含み、１０〜７０℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする転がり軸受。
前記シール部材は、前記貯油スペースが前記内輪と前記外輪の端面から軸方向外側に突出したことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の端面より軸方向内側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
前記外輪と前記内輪は、軸受幅をＢ、軸受高さをＨとした場合に、１．５≦Ｂ／Ｈ≦３を満足す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。
前記軸受内空間には、前記転がり軸受の運転時に想定される最高温度よりも高い前記液状化点を有する前記ワックス系潤滑剤が封入され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。
前記軸受内空間には、グリースが封入され、
前記グリースは、前記ワックス系潤滑剤と親和性及び浸潤性を有する基油成分を含んで構成され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。
前記ワックス系潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能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。