(57)【要約】【課題】高速回転時の転動体の撹拌抵抗を減らしてドラッグ発熱の抑制を図り、それにより軸受全体の発熱を有効に抑える。【解決手段】玉３を軸受円周方向から見たときの投影面積をＡ、保持器４の柱部４Ａを軸受円周方向から見たときの投影面が玉３を軸受円周方向から見たときの投影面に対して重なる部分の面積をＢとした場合、ＢがＡの５０％以上となるように設定した。保持器４のポケット４Ｂの内面を、軸受半径方向を軸方向とする円筒面として形成した。保持器の案内形式が内輪案内である場合に、内輪の軌道面と保持器の柱部との間の距離Ｓ２を、内輪の保持器案内面２Ｃと保持器の案内面４Ｃとの間に設定されている案内すきまＳ１よりも大きく設定した。【選択図】図２
2010249274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に軌道面が形成された外輪と、外周面に軌道面が形成された内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、隣接する前記転動体の間に位置する柱部を有し該柱部間に形成されたポケットにそれぞれ前記転動体を収容することで前記転動体を軸受円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、を備えた転がり軸受において、
前記転動体を軸受円周方向から見たときの投影面積をＡ、前記保持器の柱部を軸受円周方向から見たときの投影面が前記転動体を軸受円周方向から見たときの投影面に対して重なる部分の面積をＢとした場合、ＢがＡの５０％以上となるように設定されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器のポケットの内面は、軸受半径方向を軸方向とする円筒面または略円筒面状の曲面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記保持器の案内形式が、内輪案内または外輪案内である場合に、前記内輪または外輪のうちの案内側となる軌道輪の軌道面と前記保持器の柱部との間の距離を、前記案内側となる軌道輪の保持器案内面と前記保持器の案内面との間に設定されている案内すきまよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記案内側となる軌道輪と反対側の軌道輪の、軌道面の両側の内周面または外周面と前記保持器との間の隙間を、軸受軸方向に均一に設定した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。
【請求項５】
前記保持器のポケットの内面に表面硬化処理を施した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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸用アンギュラ玉軸受やハブ用軸受など、高速回転で使用する軸受全般に適用可能な転がり軸受に係り、特に、高速回転域における発熱の抑制に有効な転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、工作機械の主軸用転がり軸受には、図６に示すような玉軸受が広く使用されている。この種の玉軸受は、一般に、内周面１Ａに軌道面１Ｂが形成された外輪１と、外周面２Ａに軌道面２Ｂが形成された内輪２と、外輪１の軌道面１Ｂと内輪２の軌道面２Ｂとの間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）３と、隣接する玉３の間に位置する柱部４Ａを有し該柱部４Ａ間に形成されたポケット４Ｂにそれぞれ玉３を収容することで玉３を軸受円周方向に所定の間隔で保持する保持器４と、を備えている。
【０００３】
この種の主軸用軸受では、高速回転域における発熱をできるだけ抑制したいという要望があり、その発熱要因としては、主に以下のようなものがあると考えられている。
（ａ）軸受軌道面の転がり摩擦
（ｂ）軸受軌道面のすべり摩擦
（ｃ）ポケット面での摩擦（玉／保持器間）
（ｄ）保持器案内面での摩擦（外輪／保持器間または内輪／保持器間）
（ｅ）玉の撹拌抵抗（ドラッグ発熱）
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の玉軸受では、保持器のポケット内周面を円筒形状にするとともに、該内周面に細かな油保持用の溝を設けることで、ポケット面での摩擦を防止することが知られている。また、特許文献２に記載の玉軸受では、保持器の径方向厚さを玉径の４５％以上として、遠心力による保持器の変形を防止し、ポケット面での摩擦を防止することが知られている。さらに、特許文献３に記載のアンギュラ玉軸受では、傾斜部を有するポケットを有する保持器を使用し、運転状態に応じて保持器の案内方式を変え、低速運転時の保持器と外輪との滑り発熱と、高速運転時の玉の保持器への噛み込み発熱を防止している。
【０００５】
また、図５は、低速（１００００rpm）、中速（１５０００rpm）、高速（２００００rpm）で回転する際の上記（ｃ）、（ｅ）の２つの要因による発熱量について調べた結果を示している。
【０００６】
この結果から、高速回転域では、これらの要因のうち、特に玉の撹拌抵抗による問題が非常に大きくなること（高速になるほど、ドラッグ発熱が大きくなること）が分かる。つまり、玉の撹拌抵抗は、高速回転になるほど軸受発熱の支配的な要因となる可能性が高く、この撹拌抵抗の低減は、工作機械用軸受の高速化における重要な検討課題と言うことができる。なお、高速回転域（レイノルズ数Ｒｅ＞４×１０５（ｄｍ１００ｍｍ近傍の軸受が１５０００ｒｐｍ以上）で稼動する場合の攪拌抵抗力Ｆｄは、以下の式により与えられることが知られている。
【０００７】
Ｆｄ＝Ｃｄ・Ａ・０．５ρ・Ｖ２（Ｃｄ：ドラッグ係数、Ａ：断面積、ρ：流体の密度、Ｖ：玉の公転速度）
ここで、Ｃｄ∝Ｒｅ０．５∝Ｖ０．５
よって、Ｆｄ∝Ｖ２．５×Ａ／ν０．５
ただし、Ｒｅ＝Ｌ・Ｖ／ν（Ｌ：代表長さ（半径）、Ｖ：速度、ν：粘度）
【０００８】
即ち、撹拌抵抗の大きさは、例えば、保持器の公転速度（＝玉の速度）の２．５乗として計算することができ、玉が抵抗を受ける面積（ドラッグ面積）に比例することが一般に知られている。但し厳密には、形状や熱流れなどを考慮した予測が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−４２５７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２５６２７号公報
【特許文献３】特開２００６−９７７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１〜３に記載の軸受では、転動体である玉と保持器との間の摩擦による発熱については考慮されているが、ドラッグ発熱の問題については十分な対策がとられて来なかった。特に、特許文献１に記載の玉軸受では、厚みの大きくない保持器４が利用されており、ドラッグ発熱の問題を解決できるものではなかった。また、特許文献２は冠型保持器、特許文献３は傾斜部を有するポケット形状の保持器における対策を施したものであり、ドラッグ発熱については考慮されていなかった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速回転時の転動体の撹拌抵抗を減らしてドラッグ発熱の抑制を図り、それにより、軸受全体の発熱を有効に抑えることができて、高速化を可能にする転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内周面に軌道面が形成された外輪と、外周面に軌道面が形成された内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、隣接する前記転動体の間に位置する柱部を有し該柱部間に形成されたポケットにそれぞれ前記転動体を収容することで前記転動体を軸受円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、を備えた転がり軸受において、
前記転動体を軸受円周方向から見たときの投影面積をＡ、前記保持器の柱部を軸受円周方向から見たときの投影面が前記転動体を軸受円周方向から見たときの投影面に対して重なる部分の面積をＢとした場合、ＢがＡの５０％以上となるように設定されていることを特徴とする転がり軸受。
（２）  前記保持器のポケットの内面は、軸受半径方向を軸方向とする円筒面または略円筒面状の曲面に形成されることを特徴とする上記（１）に記載の転がり軸受。
（３）  前記保持器の案内形式が、内輪案内または外輪案内である場合に、前記内輪または外輪のうちの案内側となる軌道輪の軌道面と前記保持器の柱部との間の距離を、前記案内側となる軌道輪の保持器案内面と前記保持器の案内面との間に設定されている案内すきまよりも大きく設定したことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の転がり軸受。
（４）  前記案内側となる軌道輪と反対側の軌道輪の、軌道面の両側の内周面または外周面と前記保持器との間の隙間を、軸受軸方向に均一に設定したことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の転がり軸受。
（５）  前記保持器のポケットの内面に表面硬化処理を施したことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の転がり軸受では、軸受円周方向から見たときに保持器の柱部が転動体を覆う面積を通常の軸受よりも大きくしている。即ち、転動体の軸受円周方向から見たときの投影面積の５０％以上が、保持器の柱部によって覆われるようにしている。これにより、高速回転域において、転動体が保持器によって覆われていない露出面に生じるドラッグに起因した発熱を有効に低減することができる。例えば、低速回転域では、転動体と保持器の間の潤滑面積を小さくして転動体と保持器の間の発熱を抑えることが、軸受全体の発熱を抑える上で有効であるが、高速回転域では、転動体のドラッグ（撹拌抵抗）による発熱を抑えることが、軸受全体の発熱を抑える上で有効となる。このため、本発明の転がり軸受においては、保持器の柱部の形状に工夫を加えることにより、軸受円周方向から見たときの保持器が転動体を覆う面積を大きく設定して、転動体のドラッグ面積をなるべく少なくしている。これにより、高速回転域における発熱の問題を有効に抑制することができ、一層の高速化が可能になる。
【００１４】
また、通常通りに保持器と転動体間のすきまを均一として、軸受円周方向から見たときの保持器が転動体を覆う面積を大きくすると、通常は、転動体と保持器の間の潤滑面の面積が増えることになるので、転動体と保持器の摩擦による発熱が大きくなってしまう。そこで、上記（２）の構成の転がり軸受では、ポケットの内面を円筒面または略円筒面状の曲面に形成し、転動体と保持器の潤滑面の軸受径方向における長さを必要最小限にしている。そうすることにより、保持器の厚さ（軸受半径方向における保持器の寸法）が増えても、それに伴う転動体と保持器の間の潤滑面の面積が増えなくなり、転動体と保持器の間の発熱の増加を抑えることができる。
【００１５】
また、軸受円周方向から見たときの保持器が転動体を覆う面積を大きくした場合、運転時に、外力や遠心力あるいは熱膨張などで内外輪および保持器が変形することにより、保持器の柱部が内輪または外輪の軌道面に接触するおそれが出てくる。そこで、上記（３）の構成の転がり軸受では、保持器の柱部と軌道面と間の距離を、軌道輪と保持器の案内すきま（軌道輪の保持器案内面の直径と保持器の案内面の直径との差）よりも大きく設定している。それにより、保持器の柱部が軌道面に接触するのを防止することができる。
【００１６】
また、上記（４）の構成の転がり軸受によれば、保持器と軌道面との間の距離を軸方向に均一に設定しているので、設計や性能予測を行う際の基準の明確化を図ることができる。
【００１７】
また、上記（５）の構成の転がり軸受によれば、保持器のポケットの内面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの表面硬化処理を施しているので、転動体と保持器間の発熱をさらに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２実施形態のアンギュラ玉軸受の断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ矢視断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態のアンギュラ玉軸受の要部断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態のアンギュラ玉軸受の要部断面図である。
【図５】玉軸受において、異なる回転数で保持器の厚さを変化させたときのドラッグ発熱と玉／保持器間発熱の変化を示す特性図である。
【図６】従来のアンギュラ玉軸受の構成を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の転がり軸受について図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、本発明の第１実施形態のアンギュラ玉軸受（転がり軸受）は、内周面１Ａに軌道面１Ｂが形成された外輪１と、外周面２Ａに軌道面２Ｂが形成された内輪２と、外輪１の軌道面１Ｂと内輪２の軌道面２Ｂとの間に転動自在に配置された複数の転動体としての玉３と、隣接する玉３の間に位置する柱部４Ａを有し該柱部４Ａ間に形成されたポケット４Ｂにそれぞれ玉３を収容することで玉３を軸受円周方向に所定の間隔で保持する保持器４とを備える。また、このアンギュラ玉軸受は、保持器４の半径方向の厚みｔを単純に従来品よりも大きくすることによって、玉３を軸受円周方向から見たときの投影面積をＡ、保持器４の柱部４Ａを軸受円周方向から見たときの投影面が玉３を軸受円周方向から見たときの投影面に対して重なる部分の面積をＢとした場合、ＢがＡの５０％以上となるように設定している。つまり、軸受円周方向から見たときの保持器４の柱部４Ａによって覆われる玉３の面積を、玉３の全体の投影面積の５０％以上と大きくし、玉３の露出面積であるドラッグ面積〔図１（ａ）中、玉３にメッシュを施した部分〕を５０％未満に減らしている。
【００２１】
また、保持器４のポケット４Ｂの内面を、軸受半径方向を軸方向とする円筒面（または略円筒面状の曲面）として形成し、そのポケット４Ｂの内面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの表面硬化処理を施している。なお、この軸受では、保持器４の案内形式が内輪案内となっており、内輪２の保持器案内面２Ｃと保持器４の案内面４Ｃとの間に案内すきまＳ１（内輪２の保持器案内面２Ｃの直径ｄ１と保持器４の案内面４Ｃの直径ｄ２との差）が設定されている。
【００２２】
このように、玉３の軸受円周方向から見たときの投影面積の５０％以上が保持器４の柱部４Ａによって覆われている場合、高速回転域において、玉３が保持器４によって覆われていない露出面に生じるドラッグに起因した発熱を有効に低減することができる。
【００２３】
例えば、図５に示した特性図から分かるように、低速回転域においては、玉３と保持器４の間の潤滑面積を小さくして玉３と保持器４の間の発熱を抑えることが、軸受全体の発熱を抑える上で有効であると言えるが、高速回転域においては、玉３のドラッグ（撹拌抵抗）による発熱を抑えることが、軸受全体の発熱を抑える上で有効であると言える。そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受では、保持器４の厚みｔを大きくして、軸受円周方向から見たときの保持器４が玉３を覆う面積を大きく設定し、それにより、玉３のドラッグ面積（撹拌抵抗に寄与する露出面積）をなるべく少なくしているのである。
【００２４】
図５に示すように、保持器４の厚さｔが大きくなるほど、玉３が保持器４に隠れる面積が増え、玉３が撹拌抵抗を受ける面積（ドラッグ面積）が小さくなることから、撹拌抵抗は小さくなり、それに伴いドラッグ発熱が小さくなることが認められる。従って、上述のように、玉３が隠れる面積が大きくなったことにより、高速回転域における発熱の問題が有効に抑制されることになり、一層の高速化が可能になる。
【００２５】
また、軸受円周方向から見たときの保持器４が玉３を覆う面積を大きくすると、通常は、玉３と保持器４の間の潤滑面の面積が増えることになるので、玉３と保持器４の摩擦による発熱が大きくなってしまう。その点、本実施形態のアンギュラ玉軸受では、ポケット４Ｂの内面を円筒面（または略円筒面状の曲面）に形成することにより、玉３と保持器４の潤滑面の軸受径方向における長さを必要最小限にしている。
【００２６】
そうすることにより、保持器４の厚さ（軸受半径方向における保持器４の寸法）を増やしても、それに伴う玉３と保持器４の間の潤滑面の面積〔図１（ａ）中、Ｍで示す粗いメッシュ部分〕が増えなくなり、玉３と保持器４の間のすべり摩擦による発熱の増加を抑えることができるようになる。また、ポケット４Ｂの内面を円筒面とした場合は、ポケット４Ｂの穴加工がしやすくなる利点も得られる。
【００２７】
また、この軸受によれば、保持器４のポケット４Ｂの内面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などの表面硬化処理を施しているので、玉３と保持器４間の発熱をさらに軽減することができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図２に示すように、本発明の第２実施形態のアンギュラ玉軸受では、柱部４Ａの半径方向の断面積をより大きくするために、柱部４Ａの断面を玉３の断面に合わせた略円形に形成している。そして、これにより、玉３を軸受円周方向から見たときの投影面積をＡ、保持器４の柱部４Ａを軸受円周方向から見たときの投影面が玉３を軸受円周方向から見たときの投影面に対して重なる部分の面積をＢとした場合、ＢがＡの５０％以上となるように設定している。ここでは、保持器４の厚みｔを第１実施形態と同等に設定しているので、ＢのＡに対する割合は５０％をかなり超えるものとなっている。
【００２９】
従って、軸受円周方向から見たときの玉３の投影面積の多くを保持器４で覆うことができることから、高速回転域において、玉３が保持器４によって覆われていない露出面に生じるドラッグに起因した発熱を有効に低減することができる。この実施形態は、軌道輪（外輪１や内輪２）の軌道溝の深さが大きく、第１実施形態では効果が少ない場合などに有効である。
【００３０】
また、この軸受の場合も、保持器４の案内形式が内輪案内となっており、内輪２の軌道面２Ｂと保持器４の柱部４Ａとの間の距離Ｓ２が、内輪２の保持器案内面２Ｃと保持器４の案内面４Ｃとの間に設定されている案内すきまＳ１よりも大きく設定されている。従って、運転時の内輪２と保持器４の接触を防ぐことができる。
【００３１】
即ち、軸受円周方向から見たときの保持器４が玉３を覆う面積を大きくした場合、運転時に、外力や遠心力あるいは熱膨張などで内外輪１、２および保持器４が変形することにより、保持器４の柱部４Ａが内輪２の軌道面２Ｂに接触するおそれが出てくる。そこで、本実施形態の場合は、保持器４の柱部４Ａと内輪２の軌道面２Ａと間の距離Ｓ２を、内輪２と保持器４の案内すきまＳ１（内輪２の保持器案内面２Ｃの直径ｄ１と保持器４の案内面４Ｃの直径ｄ２との差）よりも大きく設定している。それにより、保持器４の柱部４Ａが内輪２の軌道面２Ｂに接触するのを防止することができる。
【００３２】
その他の構成および作用については、第１実施形態と同じであるから、図中同一部分に同符号を付して説明を省略する。
【００３３】
＜第３実施形態＞
図３に示すように、本発明の第３実施形態のアンギュラ玉軸受では、保持器４の柱部４Ａから軸方向の一端側（外輪１のカウンタボア側）にかけての断面を、外輪１の内周面１Ａの形状に合わせて大きくしている。この場合は、第２実施形態の軸受よりも、玉３を保持器４で覆う面積が大きくなるので、よりドラッグ発熱の軽減量を大きくすることができる。
【００３４】
また、この軸受では、案内側となる内輪２とは反対側の軌道輪である外輪１の、軌道面１Ｂの両側の内周面１Ａと保持器４との間の隙間Ｓ３を軸方向に均一に設定している。このようにすることにより、設計や性能予測を行う際の基準の明確化を図ることができる。
【００３５】
その他の構成および作用については、第２実施形態と同じであるから、図中同一部分に同符号を付して説明を省略する。
【００３６】
＜第４実施形態＞
図４に示すように、本発明の第４実施形態のアンギュラ玉軸受では、保持器４の柱部４Ａの断面を矩形状に形成している。この場合は、第２、第３実施形態の軸受よりも、玉３を保持器４で覆う面積が小さくなるが、柱部４Ａの断面が単純形状になるので、加工が容易にできるようになる。
【００３７】
その他の構成および作用については、第２実施形態と同じであるから、図中同一部分に同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
なお、本発明は、上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。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、保持器４の案内形式が内輪案内である場合を示したが、外輪案内の場合にも適用することができるし、転動体案内にも適用することができる。
【００４０】
その際、外輪案内である場合には、外輪１の軌道面１Ｂと保持器４の柱部４Ａとの間の距離を、外輪の保持器案内面と保持器の案内面との間に設定されている案内すきまよりも大きく設定する。また、必要に応じて、内輪２の軌道面２Ｂの両側の内周面２Ａと保持器４との間の隙間を軸受軸方向に均一に設定する。
【００４１】
また、上記実施形態では、本発明をアンギュラ玉軸受に適用した場合を示したが、他の玉軸受や保持器を有する他のタイプの転がり軸受全般に本発明は適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  外輪（軌道輪）
１Ａ  内周面
１Ｂ  軌道面
２  内輪（軌道輪）
２Ａ  外周面
２Ｂ  軌道面
２Ｃ  保持器案内面
３  玉（転動体）
４  保持器
４Ａ  柱部
４Ｂ  ポケット
４Ｃ  案内面
【図１】
2010249274.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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