JPH1182499A - 転がり軸受 - Google Patents
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- JPH1182499A JPH1182499A JP12348798A JP12348798A JPH1182499A JP H1182499 A JPH1182499 A JP H1182499A JP 12348798 A JP12348798 A JP 12348798A JP 12348798 A JP12348798 A JP 12348798A JP H1182499 A JPH1182499 A JP H1182499A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 定位置予圧された玉軸受の高速回転時におけ
る面圧上昇を抑え、寿命を向上させることができる良好
な転がり軸受を提供する。 【解決手段】 アンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）の外輪３
は、ｄｍ・ｎ値が２００万を超える高速回転時に、外輪
３ａが半径方向外方へ膨張変形するようにその溝底肉厚
を設定される。
る面圧上昇を抑え、寿命を向上させることができる良好
な転がり軸受を提供する。 【解決手段】 アンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）の外輪３
は、ｄｍ・ｎ値が２００万を超える高速回転時に、外輪
３ａが半径方向外方へ膨張変形するようにその溝底肉厚
を設定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等の高速
回転する主軸用として使用される転がり軸受に関し、特
に超高速回転するマシニング・センター等の主軸の支持
用として使用されると好適な玉軸受の改良に関する。
回転する主軸用として使用される転がり軸受に関し、特
に超高速回転するマシニング・センター等の主軸の支持
用として使用されると好適な玉軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、軸体としての工作機械の主軸は
高い回転精度と剛性が必要であり、このような主軸の支
持用として組み込まれる転がり軸受であるアンギュラ玉
軸受は、定位置予圧により軸受の内部すきまを小さくし
て使用されているのが常である。その上、最近の動向と
して、工作機械の加工効率向上のために、主軸の高速回
転の要求が増加しており、該主軸の支持用として使用さ
れるアンギュラ玉軸受にも高精度で、かつ、苛酷な使用
条件が強いられてきている。
高い回転精度と剛性が必要であり、このような主軸の支
持用として組み込まれる転がり軸受であるアンギュラ玉
軸受は、定位置予圧により軸受の内部すきまを小さくし
て使用されているのが常である。その上、最近の動向と
して、工作機械の加工効率向上のために、主軸の高速回
転の要求が増加しており、該主軸の支持用として使用さ
れるアンギュラ玉軸受にも高精度で、かつ、苛酷な使用
条件が強いられてきている。
【０００３】ところが、玉軸受が高速回転すると、玉の
遠心力や遠心力による内輪溝の膨張等の影響で、内部す
きまが減少（内部予圧が増加）し、転がり接触部の面圧
が上昇するため、焼付きが生じ易く、また疲れ寿命も低
下する。このような現象は、組み合わせた軸受のアキシ
ャル方向の相対的位置が使用中にも変化しない定位置予
圧方式により予圧を与えられたときに顕著である。
遠心力や遠心力による内輪溝の膨張等の影響で、内部す
きまが減少（内部予圧が増加）し、転がり接触部の面圧
が上昇するため、焼付きが生じ易く、また疲れ寿命も低
下する。このような現象は、組み合わせた軸受のアキシ
ャル方向の相対的位置が使用中にも変化しない定位置予
圧方式により予圧を与えられたときに顕著である。
【０００４】そこで、従来はこの対策として、使用する
玉の径を標準より小さくしたり、玉の材料として密度の
小さいセラミック（窒化ケイ素）を使用する等、玉の遠
心力によるラジアル方向の面圧の増大を軽減する方法
や、特開昭６２−２４０２５号公報等に開示されている
ように、内輪の材料を外輪の材料よりも線膨張係数の小
さい材質とし、軸受の内部すきまの変化を抑制する方法
がとられている。そして、このような対策を施された工
作機械の主軸用の転がり軸受によれば、許容回転速度で
あるｄm ・ｎ値（ｄm は軸受内径と軸受外径との平均
値、ｎは毎分回転数）は最大１５０万〜２００万まで運
転することができる。
玉の径を標準より小さくしたり、玉の材料として密度の
小さいセラミック（窒化ケイ素）を使用する等、玉の遠
心力によるラジアル方向の面圧の増大を軽減する方法
や、特開昭６２−２４０２５号公報等に開示されている
ように、内輪の材料を外輪の材料よりも線膨張係数の小
さい材質とし、軸受の内部すきまの変化を抑制する方法
がとられている。そして、このような対策を施された工
作機械の主軸用の転がり軸受によれば、許容回転速度で
あるｄm ・ｎ値（ｄm は軸受内径と軸受外径との平均
値、ｎは毎分回転数）は最大１５０万〜２００万まで運
転することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、工作機械は
ますます高速回転化する傾向にあり、主軸用の転がり軸
受のアンギュラ玉軸受においても、ｄm ・ｎ値が２００
万を超える領域での運転を可能とする転がり軸受が望ま
れている。しかしながら、前述のような高速回転化の対
策を主軸用の転がり軸受に施しても、許容回転速度であ
るｄm ・ｎ値が２００万を超える高速回転領域では、焼
付きの発生や疲れ寿命の低下を抑制できなかった。した
がって、本発明の目的は上記課題を解消することに係
り、玉軸受の高速回転時におけるラジアル方向の面圧上
昇を抑え、寿命を向上させることができる良好な転がり
軸受を提供することである。
ますます高速回転化する傾向にあり、主軸用の転がり軸
受のアンギュラ玉軸受においても、ｄm ・ｎ値が２００
万を超える領域での運転を可能とする転がり軸受が望ま
れている。しかしながら、前述のような高速回転化の対
策を主軸用の転がり軸受に施しても、許容回転速度であ
るｄm ・ｎ値が２００万を超える高速回転領域では、焼
付きの発生や疲れ寿命の低下を抑制できなかった。した
がって、本発明の目的は上記課題を解消することに係
り、玉軸受の高速回転時におけるラジアル方向の面圧上
昇を抑え、寿命を向上させることができる良好な転がり
軸受を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、軸
体に嵌合される内輪と、ハウジングに保持される外輪と
の間に転動体を備えた転がり軸受において、前記外輪
は、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速回転時に、外輪
溝が膨張変形するようにその溝底肉厚を設定されている
ことを特徴とする転がり軸受により達成される。
体に嵌合される内輪と、ハウジングに保持される外輪と
の間に転動体を備えた転がり軸受において、前記外輪
は、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速回転時に、外輪
溝が膨張変形するようにその溝底肉厚を設定されている
ことを特徴とする転がり軸受により達成される。
【０００７】即ち、上記構成によれば、ｄm ・ｎ値が２
００万を超える高速で転がり軸受が回転すると、玉の遠
心力や遠心力による内輪溝の膨張によって外輪溝が膨張
変形し、転がり接触部の面圧上昇が小さく抑えられる。
また、外輪溝が膨張変形すると、該外輪溝横断面の曲率
半径は静止時に比べて僅かに小さくなるので、外輪と玉
との転がり接触部の面積が増加して面圧が緩和される。
００万を超える高速で転がり軸受が回転すると、玉の遠
心力や遠心力による内輪溝の膨張によって外輪溝が膨張
変形し、転がり接触部の面圧上昇が小さく抑えられる。
また、外輪溝が膨張変形すると、該外輪溝横断面の曲率
半径は静止時に比べて僅かに小さくなるので、外輪と玉
との転がり接触部の面積が増加して面圧が緩和される。
【０００８】ここで、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高
速回転時に、外輪溝が膨張変形するように外輪の溝底肉
厚を設定するには、外輪の外周面の少なくとも１部とハ
ウジングとの間に十分な間隙が生じるようにする。例え
ば、外輪の全外周面と、ハウジングとの間に十分な間隙
をおいて外輪を固定して構成したり、また、外輪の外周
面にその軸方向両端を残して環状凹部を設ける構成や、
外輪の外周面にその軸方向一端を残して環状凹部を設け
る構成とすることもできる。
速回転時に、外輪溝が膨張変形するように外輪の溝底肉
厚を設定するには、外輪の外周面の少なくとも１部とハ
ウジングとの間に十分な間隙が生じるようにする。例え
ば、外輪の全外周面と、ハウジングとの間に十分な間隙
をおいて外輪を固定して構成したり、また、外輪の外周
面にその軸方向両端を残して環状凹部を設ける構成や、
外輪の外周面にその軸方向一端を残して環状凹部を設け
る構成とすることもできる。
【０００９】なお、一般的な軸受鋼を用いる場合には、
前記外輪の溝底肉厚を外輪外径の２．６％以下とすれ
ば、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で回転した際
に、その外輪溝が膨張変形することができる。ただし、
前記溝底肉厚は、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で
回転した際に、その外輪溝が膨張変形するように適宜設
定されるので、玉の比重や、外輪の材質及び幅寸法等を
変更した場合には、必ずしも外輪外径の２．６％以下と
なるものではないが、好ましくは１．１〜２．６％の範
囲に選ぶのが好ましい。１．１％未満となると、外輪の
肉厚が薄くなりすぎ、外輪の強度低下を招き、外輪割れ
変形等が生じ易く結果的に軸受寿命が向上できなくな
り、２．６％を超えると外輪の肉厚が厚くなりすぎて、
変形しにくくなり、転動体荷重による外輪膨張効果が発
揮できにくくなる。また、更に好ましくは前記外輪が、
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成される。
前記外輪の溝底肉厚を外輪外径の２．６％以下とすれ
ば、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で回転した際
に、その外輪溝が膨張変形することができる。ただし、
前記溝底肉厚は、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で
回転した際に、その外輪溝が膨張変形するように適宜設
定されるので、玉の比重や、外輪の材質及び幅寸法等を
変更した場合には、必ずしも外輪外径の２．６％以下と
なるものではないが、好ましくは１．１〜２．６％の範
囲に選ぶのが好ましい。１．１％未満となると、外輪の
肉厚が薄くなりすぎ、外輪の強度低下を招き、外輪割れ
変形等が生じ易く結果的に軸受寿命が向上できなくな
り、２．６％を超えると外輪の肉厚が厚くなりすぎて、
変形しにくくなり、転動体荷重による外輪膨張効果が発
揮できにくくなる。また、更に好ましくは前記外輪が、
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実
施形態に係る転がり軸受を工作機械の主軸の支持用とし
て使用した場合の要部拡大断面図であり、図２及び図３
は図１に示した転がり軸受の静止状態及び運転状態を示
す説明図であり、図４は図１に示した転がり軸受の静止
時及び運転時における変化を示す要部拡大図である。
の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実
施形態に係る転がり軸受を工作機械の主軸の支持用とし
て使用した場合の要部拡大断面図であり、図２及び図３
は図１に示した転がり軸受の静止状態及び運転状態を示
す説明図であり、図４は図１に示した転がり軸受の静止
時及び運転時における変化を示す要部拡大図である。
【００１１】図１に示した工作機械の主軸１１は、転が
り軸受である２列のアンギュラ玉軸受１Ａ，１Ｂを介し
てハウジング１２に支持されている。これらアンギュラ
玉軸受１Ａ，１Ｂは、それぞれ軸体としての主軸１１に
嵌合される内輪２と、ハウジング１２に保持される外輪
３との間に転動体である玉４を備えている。
り軸受である２列のアンギュラ玉軸受１Ａ，１Ｂを介し
てハウジング１２に支持されている。これらアンギュラ
玉軸受１Ａ，１Ｂは、それぞれ軸体としての主軸１１に
嵌合される内輪２と、ハウジング１２に保持される外輪
３との間に転動体である玉４を備えている。
【００１２】これら背面組合せされた前記アンギュラ玉
軸受１Ａ，１Ｂの外輪３，３と内輪２，２との各軸方向
間には、それぞれ外輪間座６及び内輪間座７が配設され
ている。そして、前記外輪間座６を挟むようにして配置
された外輪３，３は、前蓋８の適正な締付け力で、ハウ
ジング１２に対して軸方向に位置決め固定される。一
方、前記内輪間座６を挟むようにして配置された内輪
２，２は、間座１０を介して軸受ナット９で軸方向に締
付け固定される。そこで、これら外輪間座６及び内輪間
座７を適宜寸法調整することにより、前記アンギュラ玉
軸受１Ａ，１Ｂには、定位置予圧により所定の予圧量を
与えることができる。
軸受１Ａ，１Ｂの外輪３，３と内輪２，２との各軸方向
間には、それぞれ外輪間座６及び内輪間座７が配設され
ている。そして、前記外輪間座６を挟むようにして配置
された外輪３，３は、前蓋８の適正な締付け力で、ハウ
ジング１２に対して軸方向に位置決め固定される。一
方、前記内輪間座６を挟むようにして配置された内輪
２，２は、間座１０を介して軸受ナット９で軸方向に締
付け固定される。そこで、これら外輪間座６及び内輪間
座７を適宜寸法調整することにより、前記アンギュラ玉
軸受１Ａ，１Ｂには、定位置予圧により所定の予圧量を
与えることができる。
【００１３】前記アンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）の外輪
３は、圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成さ
れており、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが、従来のアンギュラ
玉軸受における外輪溝の溝底肉厚よりも薄肉化されてい
る。即ち、工作機械の主軸１１の支持用として用いられ
る従来のアンギュラ玉軸受では、外輪溝の溝底肉厚Ｔ
が、外輪外径Ｄの３〜４％に設定されている。これに対
し、本実施形態における前記アンギュラ玉軸受１Ａ（１
Ｂ）の外輪３は、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが、外輪外径Ｄ
の２．６％以下となるように設定されている。
３は、圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成さ
れており、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが、従来のアンギュラ
玉軸受における外輪溝の溝底肉厚よりも薄肉化されてい
る。即ち、工作機械の主軸１１の支持用として用いられ
る従来のアンギュラ玉軸受では、外輪溝の溝底肉厚Ｔ
が、外輪外径Ｄの３〜４％に設定されている。これに対
し、本実施形態における前記アンギュラ玉軸受１Ａ（１
Ｂ）の外輪３は、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが、外輪外径Ｄ
の２．６％以下となるように設定されている。
【００１４】図２に示すように、定位置予圧された静止
状態のアンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）においては、玉４
に対して外輪３及び内輪２より力Ｆ0が作用している
が、図３に示すように運転状態のアンギュラ玉軸受１Ａ
（１Ｂ）では、玉４の遠心力Ｆ 4の影響等により、外輪
３には外輪３ａを半径方向外方へ膨張変形させようとす
る力Ｆ3が作用する。そして、ｄm ・ｎ値が２００万を
超える高速で前記アンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）が回転
されると、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが薄肉化された外輪３
は、図４に想像線で示したように半径方向外方へ膨張変
形させられる。
状態のアンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）においては、玉４
に対して外輪３及び内輪２より力Ｆ0が作用している
が、図３に示すように運転状態のアンギュラ玉軸受１Ａ
（１Ｂ）では、玉４の遠心力Ｆ 4の影響等により、外輪
３には外輪３ａを半径方向外方へ膨張変形させようとす
る力Ｆ3が作用する。そして、ｄm ・ｎ値が２００万を
超える高速で前記アンギュラ玉軸受１Ａ（１Ｂ）が回転
されると、外輪３ａの溝底肉厚Ｔが薄肉化された外輪３
は、図４に想像線で示したように半径方向外方へ膨張変
形させられる。
【００１５】そこで、高速回転による玉４の遠心力Ｆ4
や遠心力による内輪２ａの膨張等がアンギュラ玉軸受１
Ａ（１Ｂ）に生じても、高速回転すればする程、外輪３
の外輪３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すきまの
減少（内部予圧の増加）を抑止するので、転がり接触部
の面圧上昇を小さく抑えることができる。また、外輪３
ａが半径方向外方へ膨張変形すると、図４に想像線で示
したように、該外輪３ａ横断面の曲率半径Ｒ2は，静止
時の該外輪３ａ横断面の曲率半径Ｒ1に比べて僅かに小
さくなるので、半径ｒの玉４と外輪３ａとの転がり接触
部の面積が増加し、面圧上昇が緩和される。
や遠心力による内輪２ａの膨張等がアンギュラ玉軸受１
Ａ（１Ｂ）に生じても、高速回転すればする程、外輪３
の外輪３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すきまの
減少（内部予圧の増加）を抑止するので、転がり接触部
の面圧上昇を小さく抑えることができる。また、外輪３
ａが半径方向外方へ膨張変形すると、図４に想像線で示
したように、該外輪３ａ横断面の曲率半径Ｒ2は，静止
時の該外輪３ａ横断面の曲率半径Ｒ1に比べて僅かに小
さくなるので、半径ｒの玉４と外輪３ａとの転がり接触
部の面積が増加し、面圧上昇が緩和される。
【００１６】なお、本実施形態のアンギュラ玉軸受１Ａ
（１Ｂ）は、上述した如くｄm ・ｎ値が２００万を超え
る高速で回転された際に外輪３が半径方向外方へ膨張変
形するので、図１に示したように、外輪３とハウジング
１２のすきまΔＣは、当該アンギュラ玉軸受１Ａ（１
Ｂ）が最高回転したときの外輪３の膨張量よりも大きい
すきまに設定し、外輪３の膨張変形を阻害しない適正値
とする必要がある。
（１Ｂ）は、上述した如くｄm ・ｎ値が２００万を超え
る高速で回転された際に外輪３が半径方向外方へ膨張変
形するので、図１に示したように、外輪３とハウジング
１２のすきまΔＣは、当該アンギュラ玉軸受１Ａ（１
Ｂ）が最高回転したときの外輪３の膨張量よりも大きい
すきまに設定し、外輪３の膨張変形を阻害しない適正値
とする必要がある。
【００１７】また、前記外輪３は、圧縮残留応力を予め
内在させた浸炭鋼から形成されているので、高速回転時
の膨張変形によって内部に生じる引張り応力を相殺する
ことができる。即ち、高速回転時に膨張変形した外輪の
内部には、引張り応力が作用するので、ｄm （軸受内径
と軸受外径との平均値）が大きい転がり軸受の場合に
は、内部に生じる引張り応力を相殺できるように、圧縮
残留応力を予め内在させた浸炭鋼で外輪を形成するのが
好ましい。
内在させた浸炭鋼から形成されているので、高速回転時
の膨張変形によって内部に生じる引張り応力を相殺する
ことができる。即ち、高速回転時に膨張変形した外輪の
内部には、引張り応力が作用するので、ｄm （軸受内径
と軸受外径との平均値）が大きい転がり軸受の場合に
は、内部に生じる引張り応力を相殺できるように、圧縮
残留応力を予め内在させた浸炭鋼で外輪を形成するのが
好ましい。
【００１８】上述したように、本実施形態のアンギュラ
玉軸受１Ａ（１Ｂ）によれば、定位置予圧方式により予
圧を与えられると共に、ｄm ・ｎ値が２００万を超える
高速で回転された際にも、転がり接触部の面圧上昇によ
る焼付きの発生や、疲れ寿命の低下を防止することがで
きた。したがって、前記主軸１１は、ｄm ・ｎ値が２０
０万を超える高速で回転することが可能となり、工作機
械の加工効率を著しく向上させることができる。
玉軸受１Ａ（１Ｂ）によれば、定位置予圧方式により予
圧を与えられると共に、ｄm ・ｎ値が２００万を超える
高速で回転された際にも、転がり接触部の面圧上昇によ
る焼付きの発生や、疲れ寿命の低下を防止することがで
きた。したがって、前記主軸１１は、ｄm ・ｎ値が２０
０万を超える高速で回転することが可能となり、工作機
械の加工効率を著しく向上させることができる。
【００１９】なお、上記実施形態のアンギュラ玉軸受１
Ａ（１Ｂ）においては、外輪３の溝底肉厚Ｔが、外輪外
径Ｄの２．６％以下となるように設定されているが、本
発明における溝底肉厚Ｔは、ｄm ・ｎ値が２００万を超
える高速で回転した際に、その外輪溝が膨張変形するよ
うに適宜設定されるので、玉４の比重や、外輪３の材質
及び幅寸法等を変更した場合には、必ずしも外輪外径Ｄ
の２．６％以下となるものではなく、これに限定される
ものではない。
Ａ（１Ｂ）においては、外輪３の溝底肉厚Ｔが、外輪外
径Ｄの２．６％以下となるように設定されているが、本
発明における溝底肉厚Ｔは、ｄm ・ｎ値が２００万を超
える高速で回転した際に、その外輪溝が膨張変形するよ
うに適宜設定されるので、玉４の比重や、外輪３の材質
及び幅寸法等を変更した場合には、必ずしも外輪外径Ｄ
の２．６％以下となるものではなく、これに限定される
ものではない。
【００２０】次に図５〜図８に基づいて、本発明の第２
実施形態に係る転がり軸受について説明する。図５は、
本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を工作機械の主
軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面図であ
り、図６及び図７は、図５に示した転がり軸受の静止状
態及び運転状態を示す説明図であり、図８は図５に示し
た転がり軸受の静止時及び運転時における変化を示す要
部拡大図である。
実施形態に係る転がり軸受について説明する。図５は、
本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を工作機械の主
軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面図であ
り、図６及び図７は、図５に示した転がり軸受の静止状
態及び運転状態を示す説明図であり、図８は図５に示し
た転がり軸受の静止時及び運転時における変化を示す要
部拡大図である。
【００２１】図５に示した工作機械の主軸３１は、転が
り軸受であるアンギュラ玉軸受２１を介してハウジング
に支持されている。該アンギュラ玉軸受２１は、軸体と
しての主軸３１に嵌合される内輪２２と、ハウジングに
保持される外輪２３との間に転動体である玉２４を備え
ている。
り軸受であるアンギュラ玉軸受２１を介してハウジング
に支持されている。該アンギュラ玉軸受２１は、軸体と
しての主軸３１に嵌合される内輪２２と、ハウジングに
保持される外輪２３との間に転動体である玉２４を備え
ている。
【００２２】前記アンギュラ玉軸受２１の外輪２３は、
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成されてい
る。そして、外輪２３の外周面には、その両端を残し
て、軸方向長さＬの凹部２３ｂが設けられている。した
がって、外輪溝２３ａの溝底肉厚Ｈは、凹部２３ｂが設
けられている分、従来のアンギュラ玉軸受における外輪
溝の溝底肉厚よりも薄肉化されている。なお、前記凹部
２３ｂの形状は、軸方向に対して平行でも、多少傾きを
つけても、任意の曲率を持っていてもよい。ここで、外
輪２３の外周面は、その両端が残されているので、ハウ
ジングに固定することも可能である。
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成されてい
る。そして、外輪２３の外周面には、その両端を残し
て、軸方向長さＬの凹部２３ｂが設けられている。した
がって、外輪溝２３ａの溝底肉厚Ｈは、凹部２３ｂが設
けられている分、従来のアンギュラ玉軸受における外輪
溝の溝底肉厚よりも薄肉化されている。なお、前記凹部
２３ｂの形状は、軸方向に対して平行でも、多少傾きを
つけても、任意の曲率を持っていてもよい。ここで、外
輪２３の外周面は、その両端が残されているので、ハウ
ジングに固定することも可能である。
【００２３】図６に示すように、静止状態のアンギュラ
玉軸受２１においては、玉２４に対して外輪２３及び内
輪２２より力Ｆ0が作用しているが、図７に示すように
運転状態のアンギュラ玉軸受２１では、玉２４の遠心力
Ｆ4の影響等により、外輪２３には外輪溝２３ａを半径
方向外方へ膨張変形させようとする力Ｆ3が作用する。
そして、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で前記アン
ギュラ玉軸受２１が回転されると、外輪溝２３ａの溝底
肉厚Ｈが薄肉化された外輪２３は、図８に想像線で示し
たように半径方向外方へ膨張変形させられる。
玉軸受２１においては、玉２４に対して外輪２３及び内
輪２２より力Ｆ0が作用しているが、図７に示すように
運転状態のアンギュラ玉軸受２１では、玉２４の遠心力
Ｆ4の影響等により、外輪２３には外輪溝２３ａを半径
方向外方へ膨張変形させようとする力Ｆ3が作用する。
そして、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で前記アン
ギュラ玉軸受２１が回転されると、外輪溝２３ａの溝底
肉厚Ｈが薄肉化された外輪２３は、図８に想像線で示し
たように半径方向外方へ膨張変形させられる。
【００２４】そこで、高速回転による玉２４の遠心力Ｆ
4や遠心力による内輪溝３２ａの膨張等がアンギュラ玉
軸受２１に生じても、高速回転すればする程、外輪２３
の外輪溝２３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すき
まの減少を抑止するので、転がり接触部の面圧上昇を小
さく抑えることができる。また、外輪溝２３ａが半径方
向外方へ膨張変形すると、図８に想像線で示したよう
に、該外輪溝２３ａ横断面の曲率半径Ｒ2は、静止時の
該外輪溝２３ａ横断面の曲率半径Ｒ1に比べて僅かに小
さくなるので、半径ｒの玉２４と外輪溝２３ａとの転が
り接触部の面積が増加し、面圧上昇が緩和される。
4や遠心力による内輪溝３２ａの膨張等がアンギュラ玉
軸受２１に生じても、高速回転すればする程、外輪２３
の外輪溝２３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すき
まの減少を抑止するので、転がり接触部の面圧上昇を小
さく抑えることができる。また、外輪溝２３ａが半径方
向外方へ膨張変形すると、図８に想像線で示したよう
に、該外輪溝２３ａ横断面の曲率半径Ｒ2は、静止時の
該外輪溝２３ａ横断面の曲率半径Ｒ1に比べて僅かに小
さくなるので、半径ｒの玉２４と外輪溝２３ａとの転が
り接触部の面積が増加し、面圧上昇が緩和される。
【００２５】したがって、本実施形態のアンギュラ玉軸
受２１によれば、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で
回転された際にも、転がり接触部の面圧上昇が緩和でき
るので、焼付きの発生や、疲れ寿命の低下を防止するこ
とができる。その結果、前記主軸１１は、ｄm ・ｎ値が
２００万を超える高速で回転することが可能となり、工
作機械の加工効率を著しく向上させることができる。
受２１によれば、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で
回転された際にも、転がり接触部の面圧上昇が緩和でき
るので、焼付きの発生や、疲れ寿命の低下を防止するこ
とができる。その結果、前記主軸１１は、ｄm ・ｎ値が
２００万を超える高速で回転することが可能となり、工
作機械の加工効率を著しく向上させることができる。
【００２６】なお、本第２実施形態において、好ましく
は、転動体の材質をセラミックにして、遠心力による接
触荷重増加や軸受の内部隙間減少を緩和することができ
る。更に好ましくは、内輪にステンレス等の低膨張鋼材
を用いれば、軸受内部隙間の減少を緩和することができ
る。
は、転動体の材質をセラミックにして、遠心力による接
触荷重増加や軸受の内部隙間減少を緩和することができ
る。更に好ましくは、内輪にステンレス等の低膨張鋼材
を用いれば、軸受内部隙間の減少を緩和することができ
る。
【００２７】次に図９に基づいて、本発明の第３実施形
態に係る転がり軸受について説明する。なお、図９は本
発明の第３実施形態に係る転がり軸受を工作機械の主軸
の支持用として使用した場合の要部拡大断面図である。
態に係る転がり軸受について説明する。なお、図９は本
発明の第３実施形態に係る転がり軸受を工作機械の主軸
の支持用として使用した場合の要部拡大断面図である。
【００２８】図９に示した工作機械の主軸５１は、転が
り軸受であるアンギュラ玉軸受４１を介してハウジング
５２に支持されている。該アンギュラ玉軸受４１は、軸
体としての主軸５１に嵌合される内輪４２と、ハウジン
グに保持される外輪４３との間に転動体である玉４４を
備えている。外輪間座４５、内輪間座４６によって、外
輪４３、内輪４２を軸５１とハウジング５２に対し軸方
向の位置決めがなされている。この時（組立時）は、外
輪４３の外周面はハウジング５２に対し遊嵌状態とな
り、ハウジングに対して組み込み易くなっている。しか
し、回転時は回転数が増し、温度上昇や遠心力によりそ
の隙間がなくなり、本願発明の切り欠き効果が生ずるよ
うになっている。
り軸受であるアンギュラ玉軸受４１を介してハウジング
５２に支持されている。該アンギュラ玉軸受４１は、軸
体としての主軸５１に嵌合される内輪４２と、ハウジン
グに保持される外輪４３との間に転動体である玉４４を
備えている。外輪間座４５、内輪間座４６によって、外
輪４３、内輪４２を軸５１とハウジング５２に対し軸方
向の位置決めがなされている。この時（組立時）は、外
輪４３の外周面はハウジング５２に対し遊嵌状態とな
り、ハウジングに対して組み込み易くなっている。しか
し、回転時は回転数が増し、温度上昇や遠心力によりそ
の隙間がなくなり、本願発明の切り欠き効果が生ずるよ
うになっている。
【００２９】前記アンギュラ玉軸受４１の外輪４３は、
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成されてい
る。そして、外輪４３の外周面には、軸受４１の軸線と
直角に交わり、かつ玉４４の中心を含む面より、外輪４
１と玉４４との反接触点側の任意の位置から外輪４１と
玉４４との接触点側に延びる軸方向長さＮの凹部４３ｂ
が設けられている。したがって、外輪溝４３ａの溝底肉
厚Ｊは、凹部４３ｂが設けられている分、従来のアンギ
ュラ玉軸受における外輪溝の溝底肉厚よりも薄肉化され
ている。ここで、外輪４３の外周面は、その一端が残さ
れているので、ハウジングに固定することも可能であ
る。
圧縮残留応力を予め内在させた浸炭鋼から形成されてい
る。そして、外輪４３の外周面には、軸受４１の軸線と
直角に交わり、かつ玉４４の中心を含む面より、外輪４
１と玉４４との反接触点側の任意の位置から外輪４１と
玉４４との接触点側に延びる軸方向長さＮの凹部４３ｂ
が設けられている。したがって、外輪溝４３ａの溝底肉
厚Ｊは、凹部４３ｂが設けられている分、従来のアンギ
ュラ玉軸受における外輪溝の溝底肉厚よりも薄肉化され
ている。ここで、外輪４３の外周面は、その一端が残さ
れているので、ハウジングに固定することも可能であ
る。
【００３０】そして、本実施形態の場合も、第２実施形
態と同様に、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で前記
アンギュラ玉軸受４１が回転されると、外輪溝４３ａの
溝底肉厚Ｊが薄肉化された外輪４３は、半径方向外方へ
膨張変形させられる。そこで、高速回転による玉４４の
遠心力等が生じても、高速回転すればする程、外輪４３
の外輪溝４３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すき
まの減少（内部予圧の増加）を抑止するので、転がり接
触部の面圧上昇を小さく抑えることができる。
態と同様に、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速で前記
アンギュラ玉軸受４１が回転されると、外輪溝４３ａの
溝底肉厚Ｊが薄肉化された外輪４３は、半径方向外方へ
膨張変形させられる。そこで、高速回転による玉４４の
遠心力等が生じても、高速回転すればする程、外輪４３
の外輪溝４３ａは半径方向外方へ膨張変形し、内部すき
まの減少（内部予圧の増加）を抑止するので、転がり接
触部の面圧上昇を小さく抑えることができる。
【００３１】また、外輪溝４３ａが膨張変形すると、該
外輪溝４３ａ横断面の曲率半径は、静止時の該外輪溝４
３ａ横断面の曲率半径に比べて僅かに小さくなるので、
半径ｒの玉４４と外輪溝４３ａとの転がり接触部の面積
が増加し、面圧上昇が緩和される。したがって、本第３
実施形態のアンギュラ玉軸受４１においても第２実施形
態のアンギュラ玉軸受と同様の作用、効果を奏すること
ができる。
外輪溝４３ａ横断面の曲率半径は、静止時の該外輪溝４
３ａ横断面の曲率半径に比べて僅かに小さくなるので、
半径ｒの玉４４と外輪溝４３ａとの転がり接触部の面積
が増加し、面圧上昇が緩和される。したがって、本第３
実施形態のアンギュラ玉軸受４１においても第２実施形
態のアンギュラ玉軸受と同様の作用、効果を奏すること
ができる。
【００３２】
【実施例】下記表１及び表２の如き４種類のアンギュラ
玉軸受の試料を実施例１，２，３，４として作成し、比
較例１として内外輪は軸受鋼より、玉は窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4)で作成し、比較例２として、内輪はステンレス
鋼、外輪は軸受鋼、玉は窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）で作成
し、各試料について外輪軌道径膨張量、回転中の予圧荷
重（実施例１，２のみ）、転がり疲れ寿命比、玉と外輪
溝の接触面圧比の各特性を調べた。その結果を図１０〜
図１３に示す。ただし、実施例１，２の軸受は、第１実
施形態の構成（予圧式）であって、２列背面組合せであ
り、各試料の軸受初期予圧はほぼ０となるようにし、回
転数は４００００ｒｐｍとした。また、実施例３は上述
の第２実施形態の構成であり、実施例４は上述の第３実
施形態の構成であり、いずれも定圧予圧荷重は１００ｋ
ｇｆ、ハウジングと外輪との隙間は０であり、回転数は
３００００ｒｐｍである。
玉軸受の試料を実施例１，２，３，４として作成し、比
較例１として内外輪は軸受鋼より、玉は窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4)で作成し、比較例２として、内輪はステンレス
鋼、外輪は軸受鋼、玉は窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）で作成
し、各試料について外輪軌道径膨張量、回転中の予圧荷
重（実施例１，２のみ）、転がり疲れ寿命比、玉と外輪
溝の接触面圧比の各特性を調べた。その結果を図１０〜
図１３に示す。ただし、実施例１，２の軸受は、第１実
施形態の構成（予圧式）であって、２列背面組合せであ
り、各試料の軸受初期予圧はほぼ０となるようにし、回
転数は４００００ｒｐｍとした。また、実施例３は上述
の第２実施形態の構成であり、実施例４は上述の第３実
施形態の構成であり、いずれも定圧予圧荷重は１００ｋ
ｇｆ、ハウジングと外輪との隙間は０であり、回転数は
３００００ｒｐｍである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】図１０〜図１３の結果から明らかように、
外輪の溝底肉厚を薄くするに従い、外輪軌道径が膨張し
ており、逆に実施例１，２の回転中の予圧荷重は減少し
ている。そして、実施例１では、従来の標準品である比
較例１に比べて転がり疲れ寿命が約３０％増加してお
り、実施例２では約５０％も向上している。また、実施
例３では、従来の標準品である比較例２に比べて転がり
疲れ寿命が約３３％増加しており、実施例４の軸受では
約２８％も向上している。更に、玉と外輪溝の接触面圧
も、比較例１に比べて実施例１は２．６％低下してお
り、実施例２は４％低下している。また、実施例３は約
２％低下しており、実施例４は１．７％低下している。
これらの結果から、実施例１〜４は比較例に比べて耐焼
付き性が向上していることが判る。
外輪の溝底肉厚を薄くするに従い、外輪軌道径が膨張し
ており、逆に実施例１，２の回転中の予圧荷重は減少し
ている。そして、実施例１では、従来の標準品である比
較例１に比べて転がり疲れ寿命が約３０％増加してお
り、実施例２では約５０％も向上している。また、実施
例３では、従来の標準品である比較例２に比べて転がり
疲れ寿命が約３３％増加しており、実施例４の軸受では
約２８％も向上している。更に、玉と外輪溝の接触面圧
も、比較例１に比べて実施例１は２．６％低下してお
り、実施例２は４％低下している。また、実施例３は約
２％低下しており、実施例４は１．７％低下している。
これらの結果から、実施例１〜４は比較例に比べて耐焼
付き性が向上していることが判る。
【００３６】
【発明の効果】本発明の転がり軸受によれば、ｄm ・ｎ
値が２００万を超える高速で転がり軸受が回転すると、
玉の遠心力や遠心力による内輪溝の膨張によって外輪溝
が膨張変形し、転がり接触部の面圧上昇が小さく抑えら
れる。また、外輪溝が膨張変形すると、該外輪溝横断面
の曲率半径は静止時に比べて僅かに小さくなるので、外
輪と玉との転がり接触部の面積が増加して面圧が緩和さ
れる。したがって、玉軸受の高速回転時における面圧上
昇を抑え、寿命を向上させることができる良好な転がり
軸受を提供できる。
値が２００万を超える高速で転がり軸受が回転すると、
玉の遠心力や遠心力による内輪溝の膨張によって外輪溝
が膨張変形し、転がり接触部の面圧上昇が小さく抑えら
れる。また、外輪溝が膨張変形すると、該外輪溝横断面
の曲率半径は静止時に比べて僅かに小さくなるので、外
輪と玉との転がり接触部の面積が増加して面圧が緩和さ
れる。したがって、玉軸受の高速回転時における面圧上
昇を抑え、寿命を向上させることができる良好な転がり
軸受を提供できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を工作
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
【図２】図１に示した転がり軸受の静止状態を示す説明
図である。
図である。
【図３】図１に示した転がり軸受の運転状態を示す説明
図である。
図である。
【図４】図１に示した転がり軸受の静止時及び運転時に
おける変化を示す要部拡大図である。
おける変化を示す要部拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を工作
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
【図６】図５に示した転がり軸受の静止状態を示す説明
図である。
図である。
【図７】図５に示した転がり軸受の運転状態を示す説明
図である。
図である。
【図８】図５に示した転がり軸受の静止時及び運転時に
おける変化を示す要部拡大図である。
おける変化を示す要部拡大図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る転がり軸受を工作
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
機械の主軸の支持用として使用した場合の要部拡大断面
図である。
【図１０】実施例における外輪軌道径膨張量を示すグラ
フである。
フである。
【図１１】実施例における回転中の予圧荷重を示すグラ
フである。
フである。
【図１２】実施例における転がり疲れ寿命比を示すグラ
フである。
フである。
【図１３】実施例における玉と外輪溝の接触面圧比を示
すグラフである。
すグラフである。
１Ａ アンギュラ玉軸受 １Ｂ アンギュラ玉軸受 ２ 内輪 ３ 外輪 ４ 玉 ６ 外輪間座 ７ 内輪間座 ８ 前蓋 ９ 軸受ナット １１ 主軸 １２ ハウジング ２１ アンギュラ玉軸受 ２２ 内輪 ２３ 外輪 ２４ 玉 ３１ 主軸 ４１ アンギュラ玉軸受 ４２ 内輪 ４３ 外輪 ４４ 玉 ５１ 主軸
Claims (1)
- 【請求項１】 軸体に嵌合される内輪と、ハウジングに
保持される外輪との間に転動体を備えた転がり軸受にお
いて、 前記外輪は、ｄm ・ｎ値が２００万を超える高速回転時
に、外輪溝が膨張変形するようにその溝底肉厚を設定さ
れていることを特徴とする転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12348798A JPH1182499A (ja) | 1997-07-15 | 1998-05-06 | 転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19010597 | 1997-07-15 | ||
| JP9-190105 | 1997-07-15 | ||
| JP12348798A JPH1182499A (ja) | 1997-07-15 | 1998-05-06 | 転がり軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1182499A true JPH1182499A (ja) | 1999-03-26 |
Family
ID=26460399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12348798A Pending JPH1182499A (ja) | 1997-07-15 | 1998-05-06 | 転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1182499A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015010648A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 並木精密宝石株式会社 | 軸受機構 |
| CN107165940A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-15 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种自适应高精度的轴承端面固定零件 |
| JP2018066453A (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社ジェイテクト | 転がり軸受 |
-
1998
- 1998-05-06 JP JP12348798A patent/JPH1182499A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015010648A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 並木精密宝石株式会社 | 軸受機構 |
| JP2018066453A (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社ジェイテクト | 転がり軸受 |
| CN107165940A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-15 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种自适应高精度的轴承端面固定零件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050302 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071212 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20071214 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080402 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |