WO2020189364A1 - アンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to, for example, an angular contact ball bearing and a cage for angular contact ball bearings used for machine tool spindles and the like.
  • Angular contact ball bearings are widely used in support bearings that are operated at high speed, such as machine tool spindles, and outer ring guide cages or rolling element guide cages are often used as the cages (for example, patent documents).
  • the lubrication includes air oil lubrication or oil mist lubrication, which can constantly supply new oil and maintain a stable lubrication state for a long period of time.
  • there is no need for incidental equipment and piping which is economical, and there is extremely little mist generation, and there is environmentally friendly grease lubrication.
  • the air oil is supplied toward the space between the inner ring and the cage so that the lubricant supplied with the compressed air can easily reach the inside of the bearing.
  • the supplied lubricating oil spreads over the inner diameter surface (inner peripheral surface) of the cage and the inner diameter surface of the outer ring by centrifugal force to form an oil film, which is temporarily held.
  • the lubricant temporarily held on the outer ring inner diameter surface and the cage inner diameter surface adheres to the ball surface, and the inner ring raceway surface and the cage pocket surface (contact with the ball).
  • the amount of oil adhering to the ball surface varies depending on the usage conditions, but in the case of continuous operation in the high speed range, the amount of oil adhering to the ball surface is extremely small. Therefore, less oil is carried to the inner ring raceway surface and the cage pocket surface. Further, in recent years, the amount of lubricant supplied to the bearing may be reduced for the purpose of reducing mist in the working environment and reducing the environmental load.
  • the tip of the nozzle provided in the outer ring spacer is positioned near the inner diameter of the cage in the radial direction, and along the inclined surface of the inner ring counter of the adjacent bearing.
  • There is a technology to reduce the amount of lubricant and compressed air by supplying the lubricant. (For example, Patent Document 4)
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-117542 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-145644 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-095469 Japanese Patent No. 4261083
  • the amount of the spray-like lubricating oil sprayed from the supply hole directly adhering to the ball surface and the lubricating oil temporarily adhering to the inner diameter surface of the cage and the inner diameter surface of the outer ring inside the bearing rotate at high speed. There is a portion that moves by and supplies oil to the surface of the ball.
  • As a method of increasing the amount of the lubricant adhering to the inner diameter surface of the cage for example, there is a method of increasing the width of the cage.
  • problems such as interference with peripheral parts and poor handling of the bearing occur.
  • An object of the present invention is an angular contact ball bearing and an angular contact ball that can hold a larger amount of lubricant on the inner peripheral surface of a cage while securing the load capacity of the bearing in a limited space in the bearing. It is to provide a cage for bearings.
  • the angular contact ball bearing of the present invention has a plurality of balls interposed between the inner and outer rings, and these balls are held in pockets provided at a plurality of positions in the circumferential direction of a cylindrical cage in the angular contact ball bearing.
  • the cage has an area ratio of 0.35 or more and 0.5 or less, which is the ratio of the area of the inner peripheral surface of the cage excluding the pocket to the total surface area of the balls obtained by multiplying the surface area of the balls by the number of balls. did.
  • the area of the inner peripheral surface excluding the pocket is a projected area in the radial direction of the inner peripheral surface of the portion of the cage excluding the pocket projected onto a virtual cylindrical surface forming the inner diameter of the cylindrical cage. ..
  • Lubrication is stable when the area ratio, which is the ratio of the area of the inner peripheral surface excluding the pocket in the cage, to the total surface area of the balls is large.
  • the area ratio which is the ratio of the area of the inner peripheral surface excluding the pocket in the cage, to the total surface area of the balls is large.
  • the diameter of the balls is reduced or the number of balls is reduced, and as a result, the load capacity of the bearing is reduced. , Low rigidity.
  • the diameter of the balls is increased or the number of balls is increased to have a high load capacity and high rigidity
  • the area of the inner peripheral surface of the cage becomes small and the holding amount of the lubricating oil decreases.
  • An oil film may be difficult to form, resulting in poor lubrication of the raceway surface. In order to avoid this, if the amount of oil supplied is increased, the scattering of mist discharged from the spindle becomes a problem.
  • the area ratio which is the ratio of the area (projected area) of the inner peripheral surface of the cage excluding pockets to the total surface area of the balls, is 0.35 or more and 0.5 or less, so that the inside of the bearing In a limited space, more lubricant can be retained on the inner peripheral surface of the cage while ensuring the load capacity of the bearing. Since the amount of lubricant adhering to the inner peripheral surface of the cage can be increased without making the cage width wider than the bearing width, there is no possibility that the cage interferes with surrounding parts, and the bearing becomes easier to handle.
  • This angular contact ball bearing may be used for air oil lubrication.
  • the lubricating oil supplied to the bearing space is spread over the inner peripheral surface of the cage and the inner peripheral surface of the outer ring by the centrifugal force due to the rotation of the inner ring, and is temporarily held.
  • Lubricating oil on the inner peripheral surface of the cage and the inner peripheral surface of the outer ring adheres to the ball surface and is carried to the inner ring raceway surface and the pocket of the cage to form a stable oil film for a long period of time and operate smoothly. It becomes possible. Therefore, the bearing life can be effectively extended even with a small amount of lubricant.
  • the cage may be an outer ring guide cage that is guided to the inner peripheral surface of the outer ring.
  • the cage since a part of the lubricant in the bearing passes through the guide surface of the cage that is guided to the inner peripheral surface of the outer ring, it is possible to prevent excessive wear of the guide surface. Therefore, the speed of the bearing can be increased.
  • the cage may be a rolling element guide cage that is guided by the rolling element that is the ball.
  • the radial space between the inner peripheral surface of the outer ring and the cage can be widened, and the lubricant can be efficiently held in the same space.
  • the ball diameter ratio which is the ratio of the ball diameter dimension to the bearing width dimension, may be 0.48 or more and 0.56 or less.
  • the ball diameter ratio to the bearing width dimension is in the range of 0.48 or more and 0.56 or less, and the area ratio, which is the ratio of the area of the inner peripheral surface of the cage excluding pockets to the total ball surface area, is 0.35 or more.
  • the ball diameter ratio to the bearing width dimension is smaller than 0.45, the load capacity of the bearing and the allowable axial load become small, resulting in low rigidity.
  • the bearing temperature during operation becomes high in the high speed range where the dn value obtained by multiplying the inner ring inner diameter of the bearing by the number of revolutions exceeds 1.2 million. It is not suitable for use in applications where the operating temperature is to be reduced, such as machine spindle bearings.
  • the cage for angular contact ball bearings of the present invention has a plurality of balls interposed between the inner and outer rings, and these balls are held in pockets provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the cylindrical cage.
  • the cage for angular contact ball bearings used in The cage has an area ratio of 0.35 or more and 0.5 or less, which is the ratio of the area of the inner peripheral surface of the cage excluding the pocket to the total surface area of the balls obtained by multiplying the surface area of the balls by the number of balls. did.
  • the area ratio which is the ratio of the area of the inner peripheral surface excluding the pocket in the cage to the total surface area of the ball, is 0.35 or more and 0.5 or less, so that the limited space in the bearing can be used.
  • more lubricant can be retained on the inner peripheral surface of the cage while ensuring the load capacity of the bearing. Since the amount of lubricant adhering to the inner peripheral surface of the cage can be increased without making the cage width wider than the bearing width, there is no possibility that the cage interferes with surrounding parts, and the bearing becomes easier to handle.
  • the amount of lubricant adhering to the inner peripheral surface of the cage can be increased without reducing the ball diameter or the number of balls, it is possible to secure the load capacity of the bearing and increase the rigidity of the spindle. It becomes. By preventing poor lubrication due to the retention of the lubricant in this way, it is possible to achieve both a long bearing life and a high load capacity and high rigidity.
  • the present invention includes any combination of claims and / or at least two configurations disclosed in the specification and / or drawings. In particular, any combination of two or more of each claim is included in the present invention.
  • the angular contact ball bearing includes an inner ring 1, an outer ring 2, a plurality of balls 3 interposed between the inner and outer rings 1 and 2, and a cage 4 for holding the plurality of balls 3. .
  • This angular contact ball bearing is used for air oil lubrication, for example, in supplying lubricating oil together with compressed air to the bearing space.
  • the balls 3 are rotatably held by the cage 4 at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the raceway surfaces 1a and 2a are formed on the outer peripheral surface of the inner ring and the inner peripheral surface of the outer ring so that the contact angle ⁇ with the ball 3 becomes a predetermined angle, respectively.
  • a counter bore 2b is provided on one side of the raceway surface 2a, that is, on a portion opposite to the direction in which the contact angle ⁇ is generated, in which the inner diameter gradually increases toward the outside in the axial direction.
  • the cage 4 is an outer ring guide cage guided to the inner peripheral surface of the outer ring.
  • the cage 4 is formed in a cylindrical shape from a resin material such as nylon reinforced with glass fiber or carbon fiber or a high melting point polyamide resin, polyetheretherketone resin (abbreviation: PEEK material), phenol resin or the like.
  • PEEK material polyetheretherketone resin
  • FIG. 2 (A) the cage 4 has a rectangular cross section when the cage 4 is cut by a plane including the axis L (FIG. 1), and FIGS.
  • pockets Pt for holding the ball 3 (FIG. 1) are formed at a plurality of locations in the circumferential direction at the central portion in the axial direction.
  • the radial dimension of the inner peripheral surface 4a of the cage 4 is set to be smaller than the pitch circle diameter PCD of the ball 3.
  • the outer peripheral surface of the cage 4 is set to be larger than the pitch circle diameter PCD and smaller than the inner peripheral surface of the outer ring.
  • the cage 4 has an area ratio of 0.35 or more and 0.5, which is the ratio of the area of the inner peripheral surface 4a excluding the pocket Pt in the cage 4 to the total surface area of the balls obtained by multiplying the surface area of the balls 3 by the number of balls. It is as follows.
  • the area of the inner peripheral surface 4a excluding the pocket Pt is the inner peripheral surface of the portion of the cage 4 excluding the pocket Pt, which forms the inner diameter of the cylindrical cage 4. It is a projected area projected in the radial direction on a virtual cylindrical surface Km.
  • the projected area includes a projection surface portion projected from the outer diameter side to the inner diameter side in the radial direction and a projection surface portion projected from the inner diameter side to the outer diameter side. Therefore, for example, when a chamfered Mt is formed on the inner diameter side edge of the pocket Pt, the area S1 of the portion where the chamfered Mt is projected on the cylindrical surface Km in the radial direction from the outer diameter side to the inner diameter side is also the pocket Pt.
  • the protrusion Tk is moved from the inner diameter side to the outer diameter side.
  • the area S2 of the portion projected in the radial direction is also included in the area of the inner peripheral surface 4a excluding the pocket Pt.
  • the portion of the inner diameter side edge of the pocket Pt where the protrusion Tk is not formed is not included in the area of the inner peripheral surface 4a.
  • the ball diameter ratio which is the ratio of the diameter dimension Bd of the ball 3 to the bearing width dimension H, is 0.48 or more and 0.56 or less.
  • the area of the inner peripheral surface of the cage is such that the inner peripheral surface of the portion of the cage 4A (FIG. 5) excluding the pocket is the inner diameter of the cylindrical cage 4A (FIG. 5). It is a projected area projected in the radial direction on a virtual cylindrical surface Km (FIG. 5) forming the above, and the area ratio is 0.35 or more and 0.5 or less, and the ball diameter ratio is 0.48 or more and 0.56 or less. There is.
  • FIG. 3 is a diagram showing a comparative example of the angular contact ball bearings (bearings B, C, D) of the present embodiment and the conventional angular contact ball bearings (bearings A, E).
  • the bearing A of the conventional example has, for example, an angular contact ball bearing with a nominal number “7014” size and a small diameter ball specification for high speed. Specifically, the diameter of the balls of the bearing A is about 8.731 mm (11/32 inches), and the number of balls is 25.
  • the bearing E of the conventional example has, for example, an angular contact ball bearing with a nominal number “7014” size and a standard ball specification. Specifically, the diameter of the balls of the bearing E is about 11.906 mm (15/32 inches), and the number of balls is 21.
  • the bearings B, C, and D have, for example, the nominal number "7014" size of the angular contact ball bearings, and the area ratio is 0.35 or more and 0.5 or less.
  • the ball diameter ratio is 0.48 or more and 0.56 or less.
  • the diameter of the balls 3 of the bearing C is about 10.319 mm (13/32 inches), and the number of balls is 22.
  • the diameter of the balls 3 of the bearing B is about 9.525 mm (3/8 inch), and the number of balls is 22.
  • the diameter of the balls 3 of the bearing D is about 11.113 mm (7/16 inch), and the number of balls is 20.
  • FIG. 4 is a diagram showing the positioning of the angular contact ball bearing of the present invention with respect to the prior art.
  • the area of low-speed heavy cutting is supported by the bearing E type
  • the area of high-speed light cutting is supported by the bearing A type.
  • spindles B, C, D (FIG. 3, particularly bearing C) specialized in the region (dn value 700 to 1.25 million or less) correspond.
  • Table 1 The results of Table 1 below were obtained when these bearings were subjected to evaluation tests of high speed, load capacity, allowable axial load, and durability during high speed operation. The same test was performed not only on the nominal number "7014" of the angular contact ball bearing but also on other nominal numbers "7020" and the like. As for the test conditions, as shown in FIG. 6, a spindle Sh composed of four rows of angular contact ball bearings Bg in a back combination was used, ceramic balls were used for the rolling elements of each bearing Bg, and VG32 lubricating oil was used.
  • ⁇ It is evaluated that there is no problem with the load capacity when the value obtained from the internal specifications can be received in a single row for heavy cutting of a machining center assuming the use of the same bearing.
  • ⁇ The value obtained from the internal specifications is at a level that needs to be received in parallel in two rows for heavy cutting of a machining center assuming the use of the same bearing.
  • ⁇ The value obtained from the internal specifications is the level at which the unclamping load of the machining center assuming the use of the bearing can be received in a single row with sufficient margin. Is evaluated as having an excellent allowable axial load.
  • ⁇ It is evaluated that there is no problem with the allowable axial load when the value obtained from the internal specifications can receive the unclamping load of the machining center assuming the use of the same bearing in a single row.
  • ⁇ It is evaluated that there is a problem with the allowable axial load when the value obtained from the internal specifications needs to receive the unclamp load of the machining center assuming the use of the same bearing in parallel in two rows.
  • ⁇ Although a noticeable temperature rise and vibration rise were observed within 100 hours after the start of operation, it returned to stability after that, continued operation, and when there was no abnormality inside the bearing after the test, it was evaluated that there was no problem with durability. ⁇ : If a noticeable temperature rise or vibration rise is observed within 100 hours from the start of operation, and surface roughness or wear is observed inside the bearing after the test, it is evaluated that there is a problem with durability.
  • the area ratio which is the ratio of the area of the inner peripheral surface 4a excluding the pocket Pt in the cage 4, to the total surface area of the balls is 0.35 or more and 0.
  • the value is 0.35 or more and 0.
  • the amount of the lubricant adhering to the inner peripheral surface 4a of the cage 4 can be increased without reducing the ball diameter or the number of balls, the load capacity of the bearing is secured and the rigidity of the spindle is increased. Is possible. In this way, it is possible to prevent poor lubrication by holding the lubricant, extend the bearing life, and achieve both high load capacity and high rigidity.
  • air oil lubrication which supplies a very small amount of lubricant, is distributed to the inner peripheral surface 4a of the cage 4 and the inner peripheral surface of the outer ring by the centrifugal force due to the rotation of the inner ring, and is temporarily held.
  • the lubricant on the inner peripheral surface 4a of the cage 4 and the inner peripheral surface of the outer ring adheres to the ball surface and is carried to the inner ring raceway surface 1a and the pocket Pt of the cage 4, so that it can be operated smoothly for a long period of time. It will be possible.
  • the cage 4 is an outer ring guide cage that is guided to the inner peripheral surface of the outer ring. Since a part of the lubricant in the bearing passes through the guide surface of the cage 4 guided to the inner peripheral surface of the outer ring, it is possible to prevent excessive wear of the guide surface. Therefore, the speed of the bearing can be increased.
  • non-contact seals may be provided on the outer peripheral surface of the inner ring at both ends in the axial direction or one end in the axial direction on the inner peripheral surface of the outer ring.
  • a seal mounting groove is formed on the inner peripheral surface of the outer ring, and the base end portion on the outer diameter side of the seal is mounted in the seal mounting groove.
  • the angular contact ball bearing is not limited to air oil lubrication or oil mist lubrication, and may be grease lubrication.

Abstract

このアンギュラ玉軸受は、内外輪（１，２）間に介在する複数のボール（３）を有し、これらボール（３）が円筒形状の保持器（４）の円周方向複数箇所に設けられたポケット（Ｐｔ）に保持されたアンギュラ玉軸受である。保持器（４）は、ボール（３）の表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、保持器（４）における、ポケット（Ｐｔ）を除く内周面（４ａ）の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とした。また軸受幅寸法（Ｈ）に対する、前記ボール（３）の直径寸法（Ｂｄ）の割合であるボール直径比を０．４８以上０．５６以下とした。

Description

アンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器 関連出願
　本出願は、２０１９年３月１８日出願の特願２０１９－０４９３５６の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば、工作機械主軸等に用いられるアンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器に関する。
　工作機械主軸をはじめ、高速運転される支持軸受では、アンギュラ玉軸受が広く使用され、その保持器には、外輪案内保持器または転動体案内保持器が使用されることが多い（例えば、特許文献１～３）。
　その潤滑には、常に新しい油を供給し、長期にわたり安定した潤滑状態を保つことのできるエアオイル潤滑またはオイルミスト潤滑がある。また、付帯設備および配管が不要で経済性に優れ、ミストの発生が極めて少ない、環境に優しいグリース潤滑がある。
　いずれの潤滑方法でも、軸受の内輪内径に回転数を乗じたｄｎ値が７０万を超える高速領域では、転動体に作用する遠心力の低減と、軌道面との接触面積を減らすことによる温度上昇の低減のため、標準のボールサイズに対し、小径ボールを用いた高速仕様のアンギュラ玉軸受が広く使用されている。前記小径ボールを用いることで、高速運転時の温度上昇を抑えられる。
　内輪回転する軸受がエアオイル潤滑で使用される場合、圧縮空気と共に供給された潤滑剤が軸受内部に行き渡り易くなるよう、エアオイルは内輪と保持器の間の空間に向け供給される。供給された潤滑油は、遠心力により、保持器内径面（内周面）および外輪内径面に行き渡り、油膜となり、一時的に保持される。
　高速運転で且つ停止時間が少ない連続稼働では、外輪内径面および保持器内径面に一時的に保持された潤滑剤が、ボール表面に付着し、内輪軌道面および保持器ポケット面（ボールとの接触面）に潤滑剤を運ぶことで、高速運転条件下において、長期にわたり、円滑に運転することが可能となる。
　このボール表面に付着する油の量は、使用条件により変化するが、高速域での連続運転の場合、ボール表面に付着する油の量は、極めて少なくなる。このため、内輪軌道面および保持器ポケット面に運ばれる油も少なくなる。また、昨今は作業環境のミスト低減や環境負荷低減の目的から、軸受内に供給する潤滑剤を減らす場合がある。軸受内部に供給された僅かな潤滑剤を有効に活用するため、外輪間座に設けられたノズル先端を径方向において保持器内径近くに位置させ、隣接する軸受の内輪カウンタ部の傾斜面に沿って潤滑剤が供給されるようにすることで、潤滑剤や圧縮空気を削減する技術がある。（例えば、特許文献４）
特開２０１１－１１７５４２号公報 特開２０１６－１４５６４４号公報 特開２０１４－０９５４６９号公報 特許第４２６１０８３号公報
　エアオイル潤滑の場合、供給孔から噴射され噴霧状になった潤滑油が、直接ボール表面に付着する分と、軸受内部の保持器内径面や外輪内径面に一時的に付着した潤滑油が高速回転により移動し、ボール表面へ油を供給する分がある。
　保持器内径面に潤滑剤の付着量を増やす方法としては、例えば保持器幅を広げる方法がある。しかし、保持器が軸受の幅より外に出ると、周辺の部品との干渉および軸受の取り扱いが悪くなるなど課題が生じる。また、ボール数を減らす、またはボール径を小さくすることで、保持器内径面の面積を増やし、潤滑油の付着量を増やす方法もあるが、軸受の負荷容量が小さくなり、主軸の剛性が低くなる、あるいは、許容アキシアル荷重が低下するなどの課題がある。
　この発明の目的は、軸受内の限られた空間の中で、軸受の負荷容量を確保しつつ、より多くの潤滑剤を保持器の内周面に保持することができるアンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器を提供することである。
　この発明のアンギュラ玉軸受は、内外輪間に介在する複数のボールを有し、これらボールが円筒形状の保持器の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持されたアンギュラ玉軸受において、
　前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とした。
　前記ポケットを除く内周面の面積とは、前記保持器のポケットを除く部分の内周面を、前記円筒形状の保持器の内径を成す仮想の円筒面へ半径方向に投影した投影面積である。
　全ボール表面積に対し、保持器における、ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比が大きいと、潤滑は安定する。しかし、軸受の限られた内部空間では、保持器の内周面の面積を大きくしようとすると、ボールを小径にするか、あるいはボール個数を減らすことになり、結果として軸受の負荷容量が小さくなり、低剛性となる。
　一方、ボールを大径とする、あるいはボール個数を増やし、高負荷容量・高剛性とする場合、保持器の内周面の面積が小さくなり、潤滑油の保持量が減少することから、例えば、油膜が出来にくくなり、軌道面の潤滑不良が生じる場合がある。これを避けるため、供給油量を増やすと、主軸から排出されるミストの飛散が問題となる。
　この構成によると、全ボール表面積に対する、保持器における、ポケットを除く内周面の面積（前記投影面積）の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とすることで、軸受内の限られた空間の中で、軸受の負荷容量を確保しつつ、より多くの潤滑剤を保持器の内周面に保持することができる。保持器幅を軸受幅より広げることなく、保持器の内周面に付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、保持器が周辺の部品と干渉するおそれがなくなり軸受が取扱い易くなる。またボール径を小径化あるいはボール個数を減らすことなく、保持器の内周面に付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、軸受の負荷容量を確保し、主軸の剛性を高めることが可能となる。このように潤滑不良を防止することで、軸受寿命の延伸と、高負荷容量・高剛性とを両立することができる。
　このアンギュラ玉軸受はエアオイル潤滑で使用するものであってもよい。この場合、軸受空間に供給された潤滑油は、例えば、内輪回転による遠心力によって保持器の内周面および外輪内周面に行き渡り、一時的に保持される。保持器の内周面および外輪内周面の潤滑油は、ボール表面に付着し、内輪軌道面および保持器のポケットに運ばれることで、長期にわたり安定して油膜を形成し、円滑に運転することが可能となる。したがって、少ない潤滑剤でも、効果的に軸受寿命の延伸を図ることができる。
　前記保持器は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器であってもよい。この場合、保持器における、外輪内周面に案内される案内面に、軸受内の潤滑剤の一部が通過することから、この案内面に過度の摩耗が生じることを防止し得る。したがって、軸受の高速化を図ることができる。
　前記保持器は、前記ボールである転動体に案内される転動体案内保持器であってもよい。この場合、外輪内周面と保持器との径方向の空間を広げ、同空間に、潤滑剤を効率良く保持することができる。
　軸受幅寸法に対する、前記ボールの直径寸法の割合であるボール直径比を０．４８以上０．５６以下としてもよい。軸受幅寸法に対するボール直径比が０．４８以上０．５６以下の範囲で、且つ、全ボール表面積に対する、保持器における、ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とすると、高速性と高剛性を両立しながら、少ない潤滑剤でも油膜を形成し、軸受寿命の延伸に効果的である。
　軸受幅寸法に対するボール直径比が０．４５より小さい場合、軸受の負荷容量および許容アキシアル荷重が小さくなり、低剛性となる。また軸受幅寸法に対するボール直径比が０．５５より大きい場合、軸受の内輪内径に回転数を乗じたｄｎ値が１２０万を超えるような高速域では、運転時の軸受温度が高くなり、例えば工作機械の主軸軸受のように運転温度を低減させたい用途では使用に適さない。
　この発明のアンギュラ玉軸受用保持器は、内外輪間に介在する複数のボールを有し、これらボールが円筒形状の保持器の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持されたアンギュラ玉軸受に用いられるアンギュラ玉軸受用保持器において、
　前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とした。
　この構成によると、全ボール表面積に対する、保持器における、ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とすることで、軸受内の限られた空間の中で、軸受の負荷容量を確保しつつ、より多くの潤滑剤を保持器の内周面に保持することができる。保持器幅を軸受幅より広げることなく、保持器の内周面に付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、保持器が周辺の部品と干渉するおそれがなくなり軸受が取扱い易くなる。またボール径を小径化あるいはボール個数を減らすことなく、保持器の内周面に付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、軸受の負荷容量を確保し、主軸の剛性を高めることが可能となる。このように潤滑剤の保持による潤滑不良を防止することで、軸受寿命の延伸と、高負荷容量・高剛性とを両立することができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 （Ａ）は同アンギュラ玉軸受の保持器の断面図、（Ｂ）は同保持器の内周面の一部を拡大した見た図、（Ｃ）は同保持器を軸方向に垂直な平面で切断して見た部分拡大断面図である。 同アンギュラ玉軸受と従来例のアンギュラ玉軸受の比較例を示す図である。 従来技術に対する本発明のアンギュラ玉軸受の位置付けを示す図である。 この発明の他の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 高速運転試験機の概略を示す断面図である。
　［第１の実施形態］
　この発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を図１ないし図４と共に説明する。
　図１に示すように、このアンギュラ玉軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２間に介在する複数のボール３と、複数のボール３を保持する保持器４とを備える。このアンギュラ玉軸受は、軸受空間に例えば潤滑油を圧縮空気と共に供給するエアオイル潤滑で使用される。ボール３は、保持器４によって、周方向に所定の間隔で転動自在に保持されている。
　内輪外周面および外輪内周面には、ボール３との接触角αが所定の角度となるように、軌道面１ａ，２ａがそれぞれ形成されている。外輪内周面には、軌道面２ａの片側に、つまり接触角αの生じる方向と反対側部分に、内径が軸方向外側に向かうに従って次第に大径となるカウンターボア２ｂが設けられている。
　＜保持器４等について＞
　図１および図２に示すように、保持器４は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器である。保持器４は、例えば、ガラス繊維またはカーボン繊維等で補強されたナイロンあるいは高融点のポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（略称：ＰＥＥＫ材）、フェノール樹脂等の樹脂材料から円筒形状に形成されている。保持器４は、図２（Ａ）に示すように、この保持器４を軸心Ｌ（図１）を含む平面で切断して見た断面が矩形状であり、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、軸方向中央部にボール３（図１）を保持するポケットＰｔが円周方向複数箇所に形成されている。
　図１に示すように、保持器４の内周面４ａの径方向寸法は、ボール３のピッチ円直径ＰＣＤよりも小さく設定されている。保持器４の外周面は、前記ピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく且つ外輪内周面よりも小さく設定されている。
　特に、保持器４は、ボール３の表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、保持器４におけるポケットＰｔを除く内周面４ａの面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下としている。
　図２（Ｃ）に示すように、前記ポケットＰｔを除く内周面４ａの面積とは、保持器４のポケットＰｔを除く部分の内周面を、前記円筒形状の保持器４の内径を成す仮想の円筒面Ｋｍへ半径方向に投影した投影面積である。なお、投影面積には、半径方向の外径側から内径側へ投影した投影面部分と、内径側から外径側へ投影した投影面部分とを含む。したがって、例えば、ポケットＰｔの内径側縁部に面取りＭｔが形成されている場合、前記面取りＭｔを円筒面Ｋｍへ外径側から内径側へ半径方向に投影した部分の面積Ｓ１も、前記ポケットＰｔを除く内周面４ａの面積に含まれる。また図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、例えば、ポケットＰｔの内径側縁部にボールを保持する突起部Ｔｋが形成されている場合、前記突起部Ｔｋを内径側から外径側へ半径方向に投影した部分の面積Ｓ２も前記ポケットＰｔを除く内周面４ａの面積に含まれる。図２（Ｂ）に示すように、ポケットＰｔの内径側縁部における、突起部Ｔｋが形成されていない部分は、内周面４ａの面積に含まれない。
　さらに、軸受幅寸法Ｈに対するボール３の直径寸法Ｂｄの割合であるボール直径比を０．４８以上０．５６以下としている。後述する転動体案内保持器においても、保持器の内周面の面積は、保持器４Ａ（図５）のポケットを除く部分の内周面を、円筒形状の保持器４Ａ（図５）の内径を成す仮想の円筒面Ｋｍ（図５）へ半径方向に投影した投影面積であり、前記面積比を０．３５以上０．５以下とし、さらにボール直径比を０．４８以上０．５６以下としている。
　＜比較例＞
　図３は、本実施形態のアンギュラ玉軸受（軸受Ｂ，Ｃ，Ｄ）と従来例のアンギュラ玉軸受（軸受Ａ，Ｅ）の比較例を示す図である。
　従来例の軸受Ａは、例えば、アンギュラ玉軸受の呼び番号「７０１４」サイズで、高速のための小径ボール仕様である。具体的に軸受Ａのボールの直径寸法は約８．７３１ｍｍ（１１／３２インチ）、ボール個数は２５個である。
　従来例の軸受Ｅは、例えば、アンギュラ玉軸受の呼び番号「７０１４」サイズで、標準ボール仕様である。具体的に軸受Ｅのボールの直径寸法は約１１．９０６ｍｍ（１５／３２インチ）、ボール個数は２１個である。
　これに対して本実施形態のアンギュラ玉軸受のうち軸受Ｂ，Ｃ，Ｄは、例えば、アンギュラ玉軸受の呼び番号「７０１４」サイズで、前記面積比を０．３５以上０．５以下とし、さらに、前記ボール直径比を０．４８以上０．５６以下としている。
　軸受Ｃのボール３の直径寸法は約１０．３１９ｍｍ（１３／３２インチ）、ボール個数は２２個である。
　軸受Ｂのボール３の直径寸法は約９．５２５ｍｍ（３／８インチ）、ボール個数は２２個である。
　軸受Ｄのボール３の直径寸法は約１１．１１３ｍｍ（７／１６インチ）、ボール個数は２０個である。
　図４は、従来技術に対する本発明のアンギュラ玉軸受の位置付けを示す図である。
　従来は、低速重切削の領域を軸受Ｅタイプ、高速軽切削の領域を軸受Ａタイプで対応していた。最近の工作機械用の主軸では、高速域の運転を制限（ｄｎ値１２５万以下）し、従来以上に高剛性を狙った主軸の要求がある。これに対応するため、その領域（ｄｎ値７０～１２５万以下）に特化した主軸軸受Ｂ，Ｃ，Ｄ（図３、特に軸受Ｃ）が該当する。
　これらの軸受につき、高速性、負荷容量、許容アキシアル荷重および高速運転時の耐久性の評価試験を行ったところ、次の表１の結果を得た。なお、アンギュラ玉軸受の呼び番号「７０１４」だけでなく、他の呼び番号「７０２０」等についても同様の試験を行った。試験条件については、図６に示すように、４列のアンギュラ玉軸受Ｂｇを背面組合せで構成した主軸Ｓｈを用いて、各軸受Ｂｇの転動体にセラミックボールを使用し、ＶＧ３２の潤滑油を使用したエアオイル潤滑で、軸に組込後の予圧荷重１４００Ｎを与えた状態で、内輪回転で回転数１８０００ｒｐｍとし、運転開始から１００ｈの経過とその後の内部状況から判断したものである。表１における評価基準は以下の通りである。
　＜高速性＞
　◎：運転時の外輪温度上昇が、２０℃以下の時、高速性に優れると評価する。
　○：運転時の外輪温度上昇が２０℃を超え、２５℃以下の時、高速性に問題ないと評価する。
　△：運転時の外輪温度上昇が、２５℃を超える時、高速性に問題ありと評価する。
　＜負荷容量＞　＊軸受の内部諸元からの計算値
　◎：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、十分余裕をもって単列で受けることができる水準を、負荷容量に優れると評価する。
　○：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、単列で受けることができる水準を、負荷容量に問題無いと評価する。
　△：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、２列の並列で受ける必要はある水準とする。
　＜許容アキシアル荷重＞＊軸受の内部諸元からの計算値
　◎：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、十分余裕をもって単列で受けることができる水準を、許容アキシアル荷重に優れると評価する。
　○：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、単列で受けることができる水準を許容アキシアル荷重に問題無いと評価する。
　△：内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、２列並列で受ける必要はある水準を許容アキシアル荷重に問題ありと評価する。
　＜高速運転時の耐久性＞
　◎：運転開始100時間迄に、異常温度上昇および異常振動がなく、試験後の軸受内部に異常がない時、耐久性に優れると評価する。
　○：運転開始100時間迄に、目立った温度上昇および振動上昇が認められるも、その後安定に戻り、継続運転し、試験後の軸受内部に異常がない時、耐久性に問題ないと評価する。
　△：運転開始100時間迄に、目立った温度上昇または振動上昇が認められ、試験後の軸受内部に面荒れや摩耗が認められた時、耐久性に問題ありと評価する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜作用効果について＞
　以上説明したアンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器４によれば、全ボール表面積に対する、保持器４における、ポケットＰｔを除く内周面４ａの面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下とすることで、軸受内の限られた空間の中で、軸受の負荷容量を確保しつつ、より多くの潤滑剤を保持器４の内周面４ａに保持することができる。保持器幅を軸受幅より広げることなく、保持器４の内周面４ａに付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、保持器４が周辺の部品と干渉するおそれがなくなり軸受が取扱い易くなる。またボール径を小径化あるいはボール個数を減らすことなく、保持器４の内周面４ａに付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、軸受の負荷容量を確保し、主軸の剛性を高めることが可能となる。このように潤滑剤の保持による潤滑不良の防止や、軸受寿命の延伸、高負荷容量・高剛性を両立することができる。
　このアンギュラ玉軸受は極少量の潤滑剤を供給するエアオイル潤滑が、内輪回転による遠心力によって保持器４の内周面４ａおよび外輪内周面に行き渡り、一時的に保持される。保持器４の内周面４ａおよび外輪内周面の潤滑剤は、ボール表面に付着し、内輪軌道面１ａおよび保持器４のポケットＰｔに運ばれることで、長期にわたり、円滑に運転することが可能となる。
　保持器４は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器である。この保持器４における、外輪内周面に案内される案内面に、軸受内の潤滑剤の一部が通過することから、この案内面に過度の摩耗が生じることを防止し得る。したがって、軸受の高速化を図ることができる。
　＜他の実施形態＞
　図５に示すように、このアンギュラ玉軸受では、保持器４Ａとして、ボール３である転動体に案内される転動体案内保持器が採用されている。その他の構成は前述の実施形態と同様の構成となっている。図５の構成によれば、外輪内周面と保持器４Ａとの径方向の空間を広げ、同空間に潤滑剤を効率良く保持することができる。
　図示しないが、外輪内周面における軸方向両端部または軸方向一端部には、内輪外周面に非接触のシールが設けられていてもよい。例えば外輪内周面にシール取付溝が形成され、このシール取付溝に、シールの外径側の基端部が装着されている。この場合、軸受内部のグリースをより保持することが可能となる。
　アンギュラ玉軸受は、エアオイル潤滑またはオイルミスト潤滑に限定されるものではなく、グリース潤滑であってもよい。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。
１…内輪、２外輪、３…ボール、４，４Ａ…保持器、４ａ…保持器の内周面、Ｐｔ…ポケット

Claims (6)

  1. 　内外輪間に介在する複数のボールを有し、これらボールが円筒形状の保持器の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持されたアンギュラ玉軸受において、
    　前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下としたアンギュラ玉軸受。
  2. 　請求項１に記載のアンギュラ玉軸受において、エアオイル潤滑で使用するアンギュラ玉軸受。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記保持器は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器であるアンギュラ玉軸受。
  4. 　請求項１または請求項２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記保持器は、前記ボールである転動体に案内される転動体案内保持器であるアンギュラ玉軸受。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受において、軸受幅寸法に対する、前記ボールの直径寸法の割合であるボール直径比を０．４８以上０．５６以下としたアンギュラ玉軸受。
  6. 　内外輪間に介在する複数のボールを有し、これらボールが円筒形状の保持器の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持されたアンギュラ玉軸受に用いられるアンギュラ玉軸受用保持器において、
    　前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を０．３５以上０．５以下としたアンギュラ玉軸受用保持器。
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