(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪の軌道面の間に、環状の保持器に保持された転動体を介在させた転がり軸受と、前記外輪に隣接して設けたノズル部材とを備えた転がり軸受装置において、
前記ノズル部材は、固定輪である前記外輪と共に固定状態に配置され、前記ノズル部材に、内輪と外輪間の軸受空間に挿入され潤滑剤のノズル孔を有する環状の鍔部を設け、この鍔部の外径面を保持器案内面とし、この保持器案内面で前記保持器の内径面を案内させる転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記内輪の外径面に、軌道面側が大径となる斜面部を設け、前記ノズル部材の前記鍔部に設けられたノズル孔を、前記内輪の前記斜面部に向けて潤滑剤を吐出させるものとした転がり軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ノズル部材の前記鍔部に設けられたノズル孔を、保持器の内径面に向けて潤滑剤を吐出させるものとした転がり軸受装置。
【請求項４】
請求項３において、前記ノズル孔に絞り部を設けた転がり軸受装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記内輪の外径面を斜面部とし、前記鍔部の内径面を前記内輪の外径面に沿う斜面に形成した転がり軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記ノズル部材の前記鍔部における円周方向の複数箇所に前記ノズル孔を設けた転がり軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受である転がり軸受装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転がり軸受がアンギュラ玉軸受である転がり軸受装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ノズル部材の前記ノズル孔から吐出する潤滑剤がエアオイルである転がり軸受装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記ノズル部材の前記ノズル孔から潤滑剤を吐出させる方式がジェット潤滑方式である転がり軸受装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、工作機械の主軸の支持に用いられるものである転がり軸受装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、前記内輪がセラミックスで構成されている転がり軸受装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記セラミックスは、窒化けい素を主成分とする焼結体である転がり軸受装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記セラミックスは、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とする焼結体である転がり軸受装置。
【請求項１５】
請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項において、前記転動体が、前記内輪とは種類の異なるセラミックスで構成されている転がり軸受装置。
【請求項１６】
請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項において、前記内輪は、軌道面よりも軸方向外側に位置する肩部を有し、この肩部の外径面に内径面が嵌合する内輪間座を設け、この内輪間座により前記内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与する転がり軸受装置。
【請求項１７】
請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項において、前記内輪は、軌道面よりも軸方向外側に位置する肩部を有し、この肩部の外周を周方向に沿う繊維からなる繊維性部材で拘束して、前記内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与する転がり軸受装置。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７において、前記内輪および内輪間座の内周に軸が嵌合し、内輪と軸の嵌めあいをしまりばめ、内輪間座と軸の嵌めあいをすきまばめとした転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械用主軸装置等の高速スピンドルの支持に用いられる転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の保持器の案内形式として、外輪案内、内輪案内、転動体（ボールまたはころ）案内の方式がある。工作機械用主軸装置では、転がり軸受が内輪回転で用いられることが多く、内輪案内方式の保持器では遠心力により潤滑油が案内面に保持されにくい。このため、工作機械用主軸装置では、潤滑性の観点から、保持器を外輪案内方式や転動体案内方式とした転がり軸受が用いられる。一方、保持器を転動体案内方式とした転がり軸受の場合、高速回転時に保持器の振れ回りが大きくなる。この点、保持器を外輪案内方式とした転がり軸受では、保持器の振れ回りを外輪で抑えることができるので、工作機械用軸受装置の軸受として、保持器を外輪案内方式とした転がり軸受（例えば特許文献１）を用いると、特に高速回転時において、保持器運動の安定性や案内面での潤滑油確保につき利点が認められる。
【０００３】
また、工作機械用主軸装置の高速化に対応した転がり軸受装置として、内輪の外径面に斜面部を設け、搬送エアに潤滑油を混合したエアオイルを噴射するノズルを有するノズル部材を、前記斜面部に隙間を持って沿わせた環境対応型の潤滑構造を有するものも提案されている（例えば非特許文献１）。この潤滑構造の場合、ノズルから噴射された潤滑油が内輪の外径面に沿って軸受内へと導かれるので、一般的なエアオイル給油の場合のように、保持器と軌道面の隙間から転動体に向けてエアオイルを直接噴射するものに比べて、静音性に優れ、エアおよびオイル流量も少なくて済む。
【０００４】
さらに、非特許文献２、３に、転がり軸受の高速化への対応についての記載がある。非特許文献２には、ファインセラミックス、特に窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料に用いた転がり軸受が紹介されている。また、工作機械主軸用途として、転動体または軌道輪を窒化けい素で構成した例が紹介されている。非特許文献３には、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）を材料に用いた工作機械主軸用転がり軸受が紹介されている。例えば、転動体のみ、転動体と内輪、転動体と内外輪をセラミックスとした構成例が、同文献の図２に示されている。
【特許文献１】特開２０００６−３２９２３３号公報
【非特許文献１】ＮＴＮカタログ  精密転がり軸受  CAT.No2260/J、53ページ
【非特許文献２】精密工学会誌  第５４巻  ７号  1988  1240-1244ページ
【非特許文献３】Koyo ENGINEERING JOURNAL  第１３５号  1989  62-71ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された外輪案内保持器を有する転がり軸受の場合、外輪と保持器の間の案内隙間は通常１／１０mmのオーダであるが、保持器運動の安定性を確保するためには前記案内隙間をできるだけ小さく設定したい。しかし、高速回転時には、発熱と遠心力の影響により、前記案内隙間は静止時よりも小さくなる。近年、保持器を樹脂で成形する例も多いが、外輪を構成する鋼と比較して特に樹脂の線膨張率は大きく、また縦弾性率は小さいため、前記案内隙間は小さくなる。その結果、案内面同士が油膜を介することなく直接に接触して軸受の正常な動作を妨げる恐れがあり、最適設計の妨げとなる。
【０００６】
エアオイルを噴射する潤滑構造を有する非特許文献１に開示の転がり軸受装置の場合も、保持器は外輪案内方式もしくは転動体案内方式となるので、外輪案内方式であれば特許文献１に開示の転がり軸受と同様の問題が生じる。また、転動体案内方式であれば、先述したように保持器の振れ回りが大きくなるとか、転動体との干渉により保持器ポケットが損傷するなどの問題が生じやすい。
【０００７】
非特許文献２，３には、転がり軸受要素（転動体、内外軌道輪）の材料として窒化けい素を用いることで、軸受剛性と高速回転性能が向上することが記載されている。しかし、高速回転のためには、保持器案内部も高速に適した構造にしなければ、軸受全体としての高速回転性は十分ではない。
【０００８】
この発明の目的は、高速回転時の保持器の安定性保持と案内面同士の直接接触の防止、および保持器案内隙間での動力損失低減が可能な転がり軸受装置を提供することである。
この発明の他の目的は、高速回転性能に優れた転がり軸受装置とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪の軌道面の間に、環状の保持器に保持された転動体を介在させた転がり軸受と、前記外輪に隣接して設けたノズル部材とを備えた転がり軸受装置において、前記ノズル部材は、固定輪である前記外輪と共に固定状態に配置され、前記ノズル部材に、内輪と外輪間の軸受空間に挿入され潤滑剤のノズル孔を有する環状の鍔部を設け、この鍔部の外径面を保持器案内面とし、この保持器案内面で前記保持器の内径面を案内させるものとしている。
この構成によると、保持器の案内方式が転動体案内方式ではなく、環状の鍔部で案内する方式であるので、保持器の振れ回りが大きくなったり、転動体との干渉で保持器ポケットが損傷するといった問題を避けることができる。
また、高速回転に起因する案内隙間量の変化も大きくなる方向であり、運転中の案内面同士（ノズル部材の鍔部の保持器案内面と保持器の内径面）の油膜が介在しない直接の接触を確実に防ぐことができる。
さらに、この場合の保持器の案内方式では、外輪案内方式と比較して案内面での滑り速度が小さいため、軸受動力損失も小さく、それだけ軸受温度も抑えられ、予圧管理の面でも有利である。
その結果、高速回転時の保持器の安定性保持と案内面同士の直接接触の防止、および保持器案内隙間での動力損失低減が可能となる。
【００１０】
この発明において、前記内輪の外径面に、軌道面側が大径となる斜面部を設け、前記ノズル部材の前記鍔部に設けられたノズル孔を、前記内輪の前記斜面部に向けて潤滑剤を吐出させるものとしても良い。この構成の場合、ノズル孔から内輪の斜面部に向けて吐出された潤滑剤は、内輪の回転による遠心力と表面張力とにより内輪の斜面部に沿って軸受内へと導かれるので、軸受内への潤滑剤の導入を円滑に行うことができる。
【００１１】
この発明において、前記ノズル部材の前記鍔部に設けられたノズル孔を、保持器の内径面に向けて潤滑剤を吐出させるものとしても良い。この構成の場合、ノズル孔から吐出される潤滑剤により、鍔部の外径面の保持器案内面と保持器の内径面との間に形成される案内隙間の潤滑が可能となる。
【００１２】
この発明において、前記ノズル孔に絞り部を設けても良い。この構成の場合、ノズル部材鍔部の外径面である保持器案内面と保持器の内径面との間に形成される案内隙間を、動圧軸受ではなく定圧型の静圧軸受として構成でき、その静圧軸受効果により、軸受回転速度が低い場合でも、流体潤滑作用により安定して保持器を案内できる。
【００１３】
この発明において、前記内輪の外径面を斜面部とし、前記鍔部の内径面を前記内輪の外径面に沿う斜面に形成しても良い。この構成の場合、鍔部の内径面の斜面と内輪の外径面の斜面部との間に微小隙間が形成されるが、この微小隙間から軸受外へ流出しようとする潤滑剤が、遠心力と内輪斜面部やノズル部材鍔部の内径斜面での表面張力とにより、軸受内へ戻され、効率良く潤滑に供することができる。
【００１４】
この発明において、前記ノズル部材の前記鍔部における円周方向の複数箇所に前記ノズル孔を設けても良い。この構成の場合、軸受内の円周方向に均等に潤滑剤が導入されるので、潤滑性能が向上する。ノズル孔から保持器の内径面に潤滑剤を吐出する場合には、保持器の内径面の全周にわたって均等に潤滑剤が吐出されるので、保持器をバランス良く案内できる。
【００１５】
この発明において、前記転がり軸受が円筒ころ軸受であっても良く、またアンギュラ玉軸受であっても良い。円筒ころ軸受の場合は、軸受の両側にノズル部材を設けて保持器の両側をノズル部材で案内することができる。
【００１６】
この発明において、前記ノズル部材の前記ノズル孔から吐出する潤滑剤がエアオイルであっても良い。エアオイルの場合、微量潤滑が行い易い。
【００１７】
この発明において、前記ノズル部材の前記ノズル孔から潤滑剤を吐出する方式がジェット潤滑方式であっても良い。ジェット潤滑方式であると、潤滑剤で軸受の冷却機能を兼用させることも可能である。
【００１８】
この発明において、前記転がり軸受装置が、工作機械の主軸の支持に用いられるものであっても良い。この場合、主軸の高速化および温度上昇低減が可能となる。
【００１９】
この発明において、前記内輪がセラミックスで構成されていても良い。前記セラミックスは、例えば窒化けい素を主成分とする焼結体、またはＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とする焼結体とすることができる。
【００２０】
セラミックスが窒化けい素を主成分とする焼結体である場合を例にとって説明する。
内輪と外輪の双方を鋼で構成した転がり軸受（鋼製内輪タイプ）と、内輪を窒化けい素、外輪を鋼で構成した転がり軸受（セラミックス製内輪タイプ）とを比較する。鋼の線膨張係数は約１１×１０−６、窒化けい素の線膨張係数は約３．２×１０−６であるから、運転時には内輪の方が外輪よりも温度が高いと想定すると、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、運転時における転動体と内外輪間の径方向すきま（工作機械では通常は負すきま）が大きい（負の値としての絶対値が小さい）。そのため、セラミックス製内輪タイプは、予圧過大現象を緩和することができ、高速回転性能に優れる。予圧過大現象は、転動体を径方向に過度に圧縮する現象であり、転がり軸受の高速回転性を阻害する大きな要因である。
また、鋼の密度は７．８×１０３kg／ｍ３、窒化けい素の密度は３．２×１０３kg／ｍ３であるから、両者の密度の差を考えると、遠心膨張による予圧過大に対しても、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、特に高速回転時に有利である。
さらに、鋼のヤング率は約２１０ＧＰａ、窒化けい素のヤング率は約３１４ＧＰａであるから、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、軸受剛性の面でも有利である。
【００２１】
上の説明は、セラミックスが窒化けい素を主成分とする焼結体である場合についてであるが、セラミックスがβサイアロンを主成分とする焼結体である場合についてもほぼ同様のことが言える。加えて、βサイアロンを主成分とする焼結体は、窒化けい素を主成分とする焼結体よりも低コストで製造できるという利点がある。
【００２２】
内輪をセラミックスで構成する場合、さらに高速化するためには、転動体をセラミックスとするのが良い。前記転動体もセラミックスで構成する場合、前記転動体が、前記内輪とは種類の異なるセラミックスで構成されていても良い。
転動体もセラミックスで構成すれば、内輪をセラミックスで構成した場合と同様に、熱膨張や遠心膨張による予圧過大に対して高速回転時に有利であるため、さらなる軸受の高速化が図れる。その場合、製造面の便宜等を考えて、内輪と転動体とを異なる種類のセラミックスで構成することができる。
【００２３】
この発明において、前記内輪は、軌道面よりも軸方向外側に位置する肩部を有し、この肩部の外径面に内径面が嵌合する内輪間座を設け、この内輪間座により前記内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与するのが良い。あるいは、前記内輪は、軌道面よりも軸方向外側に位置する肩部を有し、この肩部の外周を周方向に沿う繊維からなる繊維性部材で拘束して、前記内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与するようにしても良い。
概略円筒形である内輪に熱や遠心力の影響で径方向の応力が加わる場合、内輪に生じる周方向の応力（たが応力）は、材料力学的に径方向、軸方向の応力よりも絶対値において大きくなる。一般的に、セラミックスは鋼と比較して引っ張り強度が小さいため、たが応力が引っ張り応力として作用する場合に、内輪が損傷する恐れがある。そこで、上記のように、内輪間座または繊維性部材により内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与することで、引っ張り方向に作用するたが応力を打ち消すようにした。それにより、内輪の損傷が防がれ、高速回転に対して強い構造となる。
【００２４】
この発明において、前記内輪および内輪間座の内周に軸が嵌合し、内輪と軸の嵌めあいをしまりばめ、内輪間座と軸の嵌めあいをすきまばめとするのが望ましい。
内輪および内輪間座の内周に軸が嵌合する場合、組立時の嵌めあいにつき、内輪と軸とはしまりばめ内輪間座と軸とはすきまばめ（ケース１）、両方ともしまりばめ（ケース２）、内輪と軸とはすきまばめ内輪間座と軸とはしまりばめ（ケース３）の３通りのケースが考えられる。熱や遠心力による軸の外径面の膨張を考えると、ケース１が、内輪間座により内輪の肩部に対して径方向の圧縮応力を付与するという機能が最も発揮される点で好ましい。また、内輪軌道面の剛性を確保する上でも、ケース１が望ましい。
【００２５】
組立時の内輪と軸の嵌めあい代は、内輪に作用するたが応力を考慮すれば、必要以上に大きくすることは避けるべきである。例えば、工作機械主軸用に多用される内径５０〜１００ｍｍ程度の転がり軸受の場合、低速回転時の剛性確保も考慮して、嵌めあい代は５μｍ未満程度を目安とする。対して、同サイズの鋼製内輪では、ｄｍｎ値が２００万を超える高速回転時の熱や遠心力による膨張を見込んで、嵌めあい代が２０〜３０μｍ必要である。このように、セラミックス製内輪は、鋼製内輪よりも嵌めあい代を小さくできるので、組立時の圧入作業が容易である。
【００２６】
内輪がセラミックスで構成されている場合も、前記転がり軸受が円筒ころ軸受であっても良く、またアンギュラ玉軸受であっても良い。円筒ころ軸受、アンギュラ玉軸受いずれについても、上述の内輪がセラミックスで構成されていることによる効果が有効に発揮される。
【００２７】
内輪がセラミックスで構成されている場合も、前記転がり軸受装置が、工作機械の主軸の支持に用いられるものであって良い。
一般に、工作機械主軸は、内輪回転・外輪静止で運転され、外輪の外径側に設けたハウジングや外筒を強制的に冷却することでスピンドル系を冷却する構造が採用されている。この構造によると、内輪側での放熱性が低い。さらに、最近ではスピンドル内部において軸と一体化したビルトインモータ形式で軸を駆動することが多く、モータの発熱により内輪側が高温環境となりやすい傾向にある。この傾向は、高速回転時に顕著である。このような工作機械の主軸の支持に、内輪がセラミックスで構成された転がり軸受装置を用いれば、より一層の高速回転化を図ることが可能である。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の転がり軸受装置は、内輪と外輪の軌道面の間に、環状の保持器に保持された転動体を介在させた転がり軸受と、前記外輪に隣接して設けたノズル部材とを備えた転がり軸受装置において、前記ノズル部材は、固定輪である前記外輪と共に固定状態に配置され、前記ノズル部材に、内輪と外輪間の軸受空間に挿入され潤滑剤のノズル孔を有する環状の鍔部を設け、この鍔部の外径面を保持器案内面とし、この保持器案内面で前記保持器の内径面を案内させるものとしたため、高速回転時の保持器の安定性保持と案内面同士の直接接触の防止、および保持器案内隙間での動力損失低減が可能となる。
また、内輪をセラミックスで構成することにより、高速回転性能に優れた転がり軸受装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。図１（Ａ）はこの実施形態の転がり軸受装置の断面図を示す。この転がり軸受装置は、工作機械の主軸軸受として用いられるものであって、転がり軸受１と、その外輪３に隣接して設けたノズル部材８とを備える。転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在させた複数の転動体である円筒ころ４と、これらの円筒ころ４を円周方向に所定間隔を隔てて保持する環状の保持器５とでなる円筒ころ軸受である。
内輪２は、軌道面２ａの両側に鍔を有する鍔付き内輪であり、図示しない主軸の外径面に嵌合する。内輪２の軌道面２ａを挟んだ軸方向両側の外径面には、軌道面２ａ側が大径となる斜面部２ｂがそれぞれ設けられている。また、内輪２の各斜面部２ｂには、円周溝６が設けられる。
【００３０】
外輪３は、図示しない軸受箱内に固定される。外輪３の両側には、外輪３に隣接して外輪位置決め間座７がそれぞれ配置され、各外輪位置決め間座７の内径面に環状のノズル部材８が設けられる。外輪位置決め間座７およびノズル部材８には、内外輪２，３等と同じ軸受鋼や、他の適宜の鉄系材料が用いられる。外輪位置決め間座７は軸受箱内に固定される。ノズル部材８には、内輪２と外輪３間の軸受空間に挿入される環状の鍔部８ａが設けられる。これら左右の外輪位置決め間座７およびノズル部材８のそれぞれにわたって、転がり軸受１に潤滑剤としてエアオイルを供給する給油手段９が設けられている。エアオイルは、搬送エアに潤滑油を混入したものである。この給油手段９は、ノズル孔１０、円周溝１１、および給油路１２によって構成される。ノズル孔１０は、ノズル部材８の鍔部８ａにおいて円周方向の複数箇所に設けられ、内輪２の対応する斜面部２ｂの円周溝６に向けて潤滑剤であるエアオイルを吐出させる。なお、ノズル孔１０は、ノズル部材の鍔部８ａの１箇所にだけ設けても良い。円周溝１１は、外輪位置決め間座７とノズル部材８との接面境界部に設けられ、前記複数のノズル孔１０に連通する。給油路１２は、外輪位置決め間座７に設けられ、その外径面から前記円周溝１１に連通する。このように構成された給油手段９により、軸受箱のエアオイル供給路（図示せず）から外輪位置決め間座７の給油路１２に到達したエアオイルが、円周溝１１を経て全周のノズル孔１０から転がり軸受１の内輪斜面部２ｂに向けて吐出される。
【００３１】
図１（Ｂ）に拡大して示すように、前記ノズル部材８の環状の鍔部８ａの外径面８ａａは保持器案内面とされ、この保持器案内面８ａａで保持器５の内径面５ａを案内させる。また、ノズル部材の鍔部８ａの内径面８ａｂは、内輪２の対応する斜面部２ｂに沿って、斜面部２ｂとの間に微小隙間δを形成するように斜面に形成されている。
【００３２】
このように構成された転がり軸受装置では、外輪位置決め間座７の外径側から給油路１２を経て導入されたエアオイルが、円周溝１１を経てノズル部材８のノズル孔１０から内輪２の斜面部２ｂの円周溝６に向けて吐出される。内輪２の円周溝６で受け止められた潤滑油は、内輪２の回転による遠心力と表面張力とにより内輪２の斜面部２ｂに沿って軸受内へと導かれ、主に斜面部２ｂの上端で外径側に飛散した後、保持器５のポケット５ｂと円筒ころ４の間、あるいは円筒ころ４の転動面と内外輪軌道面２ａ，３ａの間の潤滑に用いられる。同時に、軸受内に圧送されるエアの一部は、ノズル部材鍔部８ａの外径面である保持器案内面８ａａと保持器５の内径面５ａとで構成される案内隙間ｇにおいて、円筒ころ４側からノズル部材８側へと移動する。すなわち、案内隙間ｇを潤滑することになる。
ノズル部材鍔部８ａの内径面８ａｂは、内輪斜面部２ｂに沿う斜面に形成され、内輪斜面部２ｂとの間に隙間δを形成しており、この隙間δにおいて、内輪斜面部２ｂに表面張力で付着した油が遠心力の斜面方向成分によって、内輪斜面部２ｂに沿って軸受内へと潤滑油がより円滑に導かれる。また、ノズル孔１０から軸受内にエアオイルを直接噴射するものではないので、軸受回転に伴う風切り音が無く、静音性に優れ、エア流量も少なくて済む。
【００３３】
しかも、ノズル部材８の鍔部８ａの外径面８ａａは保持器案内面とされて、保持器５の内径面５ａを案内するので、保持器５を転動体案内とする方式の場合のように、保持器５の振れ回りが大きくなったり、転動体である円筒ころ４との干渉で保持器５のポケット５ｂが損傷するといった問題を回避することができる。
【００３４】
また、前記案内隙間ｇは、直径に対して幅が狭い、いわゆる真円形短幅ジャーナル動圧軸受を構成しており、油膜による荷重負荷能力や減衰性により、保持器５を安定して非接触で支持することができる。
【００３５】
さらに、先述した従来例（特許文献１）の外輪案内方式と比較すると、この保持器案内方式の場合の方が、保持器５の内径面５ａを案内する保持器案内面８ａａの半径と滑り速度は小さくなる。工作機械用主軸装置に用いられる軸受の内輪は、一般に起動停止時を除けば数千〜数万min -1で高速回転しており、保持器もその４０％程度の速度で回転するので、動圧発生に必要な滑り速度は十分得られる。そこで、実用上の問題は、前記案内隙間ｇでの粘性抵抗トルク損失を低減することであるが、そのトルク損失仕事率は保持器回転速度の２乗と保持器案内面８ａａの半径の３乗の積に比例するため、この保持器案内方式ではトルク損失低減が可能となる。
【００３６】
また、この保持器案内方式では、上記したように新鮮な低温潤滑油が前記案内隙間ｇに常時供給されることで案内隙間ｇが冷却されるので、軸受系の温度上昇を抑えられ、予圧管理の面でも外輪案内方式に比べて有利である。
【００３７】
さらに、この保持器案内方式では、高速回転に起因する案内隙間ｇの変化も大きくなる方向であり、運転中に保持器案内面８ａａと保持器５の内径面５ａとが直接に接触するのを確実に防止することができる。
すなわち、この保持器案内方式では、高速回転時には、保持器５に働く遠心力の作用で前記案内隙間ｇは増大する。同時に、熱膨張の面で見ると、保持器５の内径面５ａだけでなく、保持器案内面８ａａも直径が増大するが、ノズル部材８は鉄系の材料で構成され、保持器５は樹脂や銅系の材料で構成される場合が多く、線膨張係数の違いを考えると、やはり案内隙間ｇは増大する方向にある。これに対して、従来例（特許文献１）の外輪案内方式では、案内隙間は高速回転時に減少する方向にある。したがって、この保持器案内方式では、高速回転時での保持器案内面８ａａと保持器内径面５ａとの直接の接触を確実に回避することができる。
【００３８】
なお、この実施形態では、ノズル孔１０からエアオイルを吐出するエアオイル潤滑の場合を例示して説明したが、潤滑方式としてはこれに限らず、冷却と潤滑を兼ねた潤滑油をノズル孔１０から噴射させるジェット潤滑方式を採用しても同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
図２は、この発明の他の実施形態（第２の実施形態）を示す。この実施形態は、図１の実施形態において、ノズル部材鍔部８ａにおけるノズル孔１０を、鍔部８ａの外径面である保持器案内面８ａａに開口させて、ノズル孔１０から潤滑剤であるエアオイルを保持器５の内径面５ａに向けて吐出させることにより、案内隙間ｇの潤滑を考慮している。この場合も、ノズル孔１０は、ノズル部材鍔部８ａの円周方向の１箇所に設けただけでも、保持器５を案内する機能や潤滑機能を発揮できるが、円周方向の複数箇所に等配して設けた場合には、保持器５を一層バランス良く案内することができる。
【００４０】
また、保持器５の内径面５ａの中央部５ａａは、中央側が大径となる斜面に形成されている。これにより、保持器５の内径面５ａに付着した潤滑油が、遠心力により前記中央部５ａａの斜面に沿って保持器５のポケット５ｂの方向に導かれ、保持器ポケット５ｂと円筒ころ４の間や、円筒ころ４の転動面と内外輪軌道面２ａ，３ａの間の潤滑に供される。
【００４１】
内輪２の軌道面２ａを挟んだ軸方向両側の外径面に、軌道面２ａ側が大径となる斜面部２ｂがそれぞれ設けられていることは、図１の実施形態の場合と同様であるが、その斜面部２ｂに円周溝６は設けられていない。また、ノズル部材の鍔部８ａの内径面８ａｂを、内輪２の対応する前記斜面部２ｂに沿って、斜面部２ｂとの間に微小隙間δを形成するように斜面に形成されていることも、図１の実施形態の場合と同様である。これにより、前記微小隙間δから軸受外へ流出しようとする潤滑油が、遠心力と内輪斜面部２ｂやノズル部材鍔部８ａの内径斜面８ａｂでの表面張力とにより、軸受内へ戻され、潤滑に供される。
【００４２】
図３は、この発明のさらに他の実施形態（第３の実施形態）を示す。この実施形態は、図２の実施形態において、ノズル部材鍔部８ａにおけるノズル孔１０の出口部に、図３（Ｂ）に拡大して示すようにポケット付きオリフィス絞り部１０ａを設けることで、案内隙間ｇを動圧軸受ではなく定圧型の静圧軸受として構成している。なお、絞り部１０ａの絞り形式としては、毛細管絞りや自成絞りなど他の形式のものを採用しても良い。この場合、ノズル孔１０は、ノズル部材鍔部８ａの円周方向に、３箇所から８箇所程度等配して設けると、静圧軸受効果により、軸受回転速度が低い場合でも、流体潤滑作用により安定して保持器５を案内できる。その他の構成および作用効果は、図２の実施形態の場合と同様である。
【００４３】
図４は、この発明のさらに他の実施形態（第４の実施形態）を示す。この実施形態は、図１の実施形態において、転がり軸受１を円筒ころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受としたものである。この場合、ノズル部材８が軸受箱内に固定される。すなわち、この場合のノズル部材８は、図１の実施形態における外輪位置決め間座７とノズル部材８を一体とした部材とされており、このノズル部材８に給油手段９Ａを構成するノズル孔１０、給油路１２、および円周溝１３が設けられている。円周溝１３は、ノズル部材８の外径面に設けられ、ノズル孔１０および給油路１２は、ノズル部材８の円周方向の複数箇所に等配して設けられる。これにより、軸受箱のエアオイル供給路（図示せず）から円周溝１３に導入されたエアオイルが、各給油路１２を経てノズル孔１０に供給される。この場合、ノズル部材８は、アンギュラ玉軸受１の背面側に配置され、正面側には配置されない。その他の構成および作用効果は図１の実施形態の場合と同様である。
【００４４】
図５は、図１および図４の実施形態の転がり軸受装置を備えた高速スピンドル装置の一例を示す。このスピンドル装置２４は工作機械に応用されるものであり、主軸２５の前側（加工側）端部に工具またはワークのチャックが取付けられる。主軸２５は、軸方向前側が２列１組のアンギュラ玉軸受型の転がり軸受装置（図４）により支持され、軸方向後側が円筒ころ軸受型の転がり軸受装置（図１）により支持されている。各転がり軸受１の内輪２は主軸２５の外径面に嵌合し、外輪３は軸受箱２６の内径面に嵌合している。主軸前側の転がり軸受１については、その内輪２が主軸２５の段面２５ａにより、外輪３が外輪位置決め間座７を介して押さえ蓋２８Ａにより、軸受箱２６内に固定されている主軸後ろ側の転がり軸受１については、その内輪２が内輪位置決め間座２７により、外輪３が外輪位置決め間座７を介して押さえ蓋２８Ｂにより、軸受箱２６内に固定されている。軸受箱２６は、内周軸受箱２６Ａと外周軸受箱２６Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱２６Ａ，２６Ｂ間に冷却溝２９が形成されている。両転がり軸受１の外輪３の他方の端面側にはそれぞれ外輪位置決め間座７が配置され、これら外輪位置決め間座７，７間に内周軸受箱２６Ａが介在している。主軸２５の後端部には、内輪位置決め間座２７に押し当てて転がり軸受１を固定する軸受固定ナット３１が螺着されている。
【００４５】
前記押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには、転がり軸受１をエアオイル潤滑する場合の供給源であるエアオイル供給装置３２Ａ，３２Ｂからエアオイルを導入するエアオイル導入孔３３がそれぞれ設けられ、これらエアオイル導入孔３３は内周軸受箱２６Ａに設けられたエアオイル供給路３４に連通している。また、押さえ蓋２８Ａ，２８Ｂには排油孔３５が設けられ、これら排油孔３５は内周軸受箱２６Ａに設けられた排油路３６に連通している。
【００４６】
このように構成されたスピンドル装置２４では、上記した転がり軸受装置を組み込んでいるので、主軸２５の高速化および温度上昇低減が可能となる。
【００４７】
上記各実施形態は、内外輪２，３がいずれも軸受鋼で構成されたものであるが、以下に内輪をセラミックスで構成した転がり軸受装置について説明する。
【００４８】
図６の転がり軸受装置は、図１の転がり軸受装置の内輪２に代えて、内輪２Ａとその両側に配置した２個の内輪間座１３Ａとの組み合わせからなる内輪・間座組合体１４Ａとしたものである。内輪２Ａはセラミックス、例えば窒化けい素を主成分とする焼結体、またはＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とする焼結体で構成される。内輪間座１３Ａは、軸受鋼や、他の適宜の鉄系材料で構成される。
【００４９】
内輪２Ａは、鍔を有しない形状であり、軌道面２ａの内径側に、軌道面２ａの両端よりも軸方向外側に位置する肩部２ｃを有する。この実施形態では、肩部２ｃの外径面は軸方向に平行な面とされている。
【００５０】
内輪間座１３Ａは、円筒ころ４の端面に接する鍔部１３ａを有し、この鍔部１３ａの内径面で内輪２Ａの肩部２ｃの外径面に接するとともに、軸方向内側の端面１３ｃで内輪２Ａの端面に接している。内輪間座１３Ａの鍔部１３ａが内輪２Ａの肩部２ｃに径方向の圧縮応力を付与するように組立てられる。また、内輪間座１３Ａの端面１３ｃが内輪２Ａの端面に接することで、内輪間座１３Ａの位置決めがされる。内輪間座１３Ａの外径面には、内輪２Ａ側が大径となる斜面部１３ｂが設けられている。この斜面部１３ｂに、ノズル１０から吐出される潤滑剤を受ける円周溝６が設けられる。内輪間座１３Ａの軸方向外側には、内輪位置決め間座２７が設けられる。
【００５１】
内輪・間座組合体１４Ａの内周には、軸１５が嵌合している。内輪２Ａと軸１５の嵌めあいはしまりばめ、内輪間座１３Ａと軸１５の嵌めあいはすきまばめとしてある。その理由を説明する。
組立時の嵌めあいにつき、内輪２Ａと軸１５とはしまりばめ、内輪間座１３Ａと軸１５とはすきまばめ（図６）、両方ともしまりばめ（図７）、内輪２Ａと軸１５とはすきまばめ、内輪間座１３Ａと軸１５とはしまりばめ（図８）の３通りのケースが考えられる。熱や遠心力による軸１５の外径面の膨張を考えると、図６の構成が、上述の内輪間座１３Ａにより内輪２Ａの肩部２ｃに対して径方向の圧縮応力を付与するという機能が最も発揮される点で好ましいのである。また、内輪軌道面２ａの剛性を確保する上からも、図６の構成が望ましい。
【００５２】
他は図１の転がり軸受装置と同じ構成である。構成が同じ箇所については、同じ符号を付して、その説明を省略する。この転がり軸受装置も、エアオイルがノズル孔１０から内輪間座１３Ａの斜面部１３ｂの円周溝６に向けて吐出されることにより、図１の転がり軸受装置と同様の作用効果が得られる。
【００５３】
加えて、この転がり軸受装置は、内輪２Ａをセラミックスで構成したことにより、以下の効果が得られる。セラミックスが窒化けい素を主成分とする焼結体である場合を例にとって説明する。
内輪２Ａと外輪３の双方を鋼で構成した転がり軸受装置（鋼製内輪タイプ）と、内輪２Ａを窒化けい素、外輪３を鋼で構成した転がり軸受（セラミックス製内輪タイプ）とを比較する。鋼の線膨張係数は約１１×１０−６、窒化けい素の線膨張係数は約３．２×１０−６であるから、運転時には内輪２Ａの方が外輪３よりも温度が高いと想定すると、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、運転時における転動体である円筒ころ４と内外輪間２Ａ，３の径方向すきま（工作機械では通常は負すきま）が大きい（負の値としての絶対値が小さい）。そのため、セラミックス製内輪タイプは、予圧過大現象を緩和することができ、高速回転性能に優れる。予圧過大現象は、円筒ころ４を径方向に過度に圧縮する現象であり、転がり軸受１の高速回転性を阻害する大きな要因である。
また、鋼の密度は７．８×１０３kg／ｍ３、窒化けい素の密度は３．２×１０３kg／ｍ３であるから、両者の密度の差を考えると、遠心膨張による予圧過大に対しても、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、特に高速回転時に有利である。
さらに、鋼のヤング率は約２１０ＧＰａ、窒化けい素のヤング率は約３１４ＧＰａであるから、セラミックス製内輪タイプは鋼製内輪タイプと比較して、軸受剛性の面でも有利である。
【００５４】
上の説明は、セラミックスが窒化けい素を主成分とする焼結体である場合についてであるが、セラミックスがβサイアロンを主成分とする焼結体である場合についてもほぼ同様のことが言える。
加えて、βサイアロンを主成分とする焼結体は、低圧、例えば１ＭＰａ以下の圧力下で焼結されるため、１０ＭＰａ以上の圧力下で加圧焼結する窒化けい素を主成分とする焼結体よりも低コストで製造できるという利点がある。
なお、βサイアロンについては、後段に詳細な説明を付記してある。
【００５５】
概略円筒形である内輪２Ａに熱や遠心力の影響で径方向の応力が加わる場合、内輪２Ａに生じる周方向の応力（たが応力）は、材料力学的に径方向、軸方向の応力よりも絶対値において大きくなる。一般的に、セラミックスは鋼と比較して引っ張り強度が小さいため、たが応力が引っ張り応力として作用する場合に、内輪２Ａが損傷する恐れがある。そこで、内輪間座１３Ａにより内輪２Ａの肩部２ｃに対して径方向の圧縮応力を付与することで、引っ張り方向に作用するたが応力を打ち消すようにしてある。それにより、内輪２Ａの損傷が防がれて、高速回転に対して十分に対応可能となる。
【００５６】
上述の内輪間座１３Ａにより内輪２Ａの肩部２ｃに対して径方向の圧縮応力を付与するという機能を最も有効に発揮させるには、図６のように、内輪２Ａと軸１５の嵌めあいをしまりばめ、内輪間座１３Ａと軸１５の嵌めあいをすきまばめとするのが望ましい。場合によっては、図７のように、内輪２Ａと軸１５、内輪間座１３Ａと軸１５の両方ともしまりばめとしても良い。
図６および図７のいずれの場合、組立時の内輪２Ａと軸１５の嵌めあい代は、内輪２Ａに作用するたが応力を考慮すれば、必要以上に大きくすることは避けるべきである。例えば、工作機械主軸用に多用される内径５０〜１００ｍｍ程度の転がり軸受の場合、低速回転時の剛性確保も考慮して、嵌めあい代は５μｍ未満程度を目安とする。対して、同サイズの鋼製内輪では、ｄｍｎ値が２００万を超える高速回転時の熱や遠心力による膨張を見込んで、嵌めあい代が２０〜３０μｍ必要である。このように、セラミックス製内輪は、鋼製内輪よりも嵌めあい代を小さくできるので、組立時の圧入作業が容易である。
【００５７】
図９は異なる実施形態を示す。この転がり軸受装置も、内輪２Ｂと２個の内輪間座１３Ｂの組み合わせからなる内輪・間座組合体１４Ｂを備えるが、内輪２Ｂは、円筒ころ４の端面に接する鍔部２ｄを有し、その鍔部２ｄの外側に内輪間座１３Ｂが配置されている。内輪間座１３Ｂは、内輪２Ｂの肩部２ｃに径方向の圧縮応力を付与するように組立てられる。内輪２Ｂの内周が軸１５にしまりばめで嵌合し、内輪２Ｂの端面に接して内輪位置決め間座２７が設けられている。前記同様、内輪２Ｂはセラミックス、例えば窒化けい素を主成分とする焼結体、またはＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とする焼結体で構成され、内輪間座１３Ｂは、軸受鋼や、他の適宜の鉄系材料で構成される。
【００５８】
この転がり軸受は、図６に示すものと同様の作用効果を有する。加えて、鍔部２ｄもセラミックスで構成されていることにより、図６に示すものよりも、鍔部２ｄと円筒ころ４の端面との潤滑性が良く、鍔部２ｄの耐焼付け性に優れるという利点を有する。
【００５９】
内輪２Ｂが鍔部２ｄを有する形状である場合、図１０に示すように、肩部２ｃの外周を周方向に沿う繊維からなる繊維性部材１６で拘束することで、内輪２Ｂの肩部２ｃに径方向の圧縮応力を付与することができる。例えば、繊維性部材１６を肩部２ｃの周囲に３６０度巻き付ける。繊維性部材１６としては、引っ張り強度に優れた炭素繊維やアラミド繊維が適する。特に、負の線膨張係数（−４×１０−６）を有するアラミド繊維を用いれば効果的である。この場合、外径面に内輪２Ｂ側が大径となる斜面部が設けられ、この斜面部に円周溝が設けられた部材（図示せず）を、内輪間座１３Ｂの代わりに用いればよい。
【００６０】
図１１のように、鍔部を有しない内輪２Ｃと鍔部１３ａを有する内輪間座１３Ｃとを組み合わせて内輪・間座組合体１４Ｃを構成した転がり軸受装置において、図６のものよりも内輪２Ｃの肩部２ｃを軸方向外側に延ばして、内輪２Ｃの端面に内輪位置決め間座２７の端面が接するようにしてもよい。その場合、内輪間座１３Ｃの端面１３ｃが内輪２Ｃの段差面２ｅに接することで、内輪間座１３Ｃの位置決めがされる。この構成とすると、図６のものと比較して、内輪２Ｃの内周と軸１５との接触面が広いため、より大きな軌道面２ａの剛性を与えることができる。
【００６１】
また、図１２に示すように、内輪２Ｄと内輪間座１３Ｄとの組立性を向上させるために、内輪２Ｄの肩部２ｃを外側にいくほど小径となるテーパ形状にしてもよい。
【００６２】
図１３の転がり軸受装置は、図４の転がり軸受がアンギュラ玉軸受である転がり軸受装置の内輪２に代えて、内輪２Ｅとその両側に配置した２個の内輪間座１３Ｅ，１７Ｅとの組み合わせからなる内輪・間座組合体１４Ｅとしたものである。内輪２Ｅはセラミックス、例えば窒化けい素を主成分とする焼結体、またはＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とする焼結体で構成される。内輪間座１３Ｅ，１７Ｅは、軸受鋼や、他の適宜の鉄系材料で構成される。
【００６３】
転がり軸受がアンギュラ玉軸受である場合も、転がり軸受が円筒ころ軸受である場合と同様、内輪２Ｅの内径がしまりばめで軸１５に嵌合し、内輪間座１３Ｅ，１７Ｅの鍔部１３ａ，１７ａが内輪２Ｅの肩部２ｃに径方向の圧縮応力を付与するように組立てられる。それにより、転がり軸受が円筒ころ軸受である場合と同様の作用効果を奏する。
【００６４】
図６ないし図１３に示す実施形態では、内輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅのみをセラミックスで構成したが、転動体４もセラミックスで構成してよい。転動体４もセラミックスで構成すれば、内輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅをセラミックスで構成した場合と同様に、熱膨張や遠心膨張による予圧過大に対して高速回転時に有利であるため、さらなる軸受の高速化を図れる。その場合、製造面の便宜等を考えて、内輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと転動体４とを異なる種類のセラミックスで構成することができる。
【００６５】
図１４は、図５の高速スピンドル装置における主軸２５の前側を支持する転がり軸受装置を図１３の転がり軸受装置に、主軸２５の後側を支持する転がり軸受装置を図６の転がり軸受装置にそれぞれ置き換えたものである。図６に示す転がり軸受装置の代わりに、図７ないし図１２のいずれかに示す転がり軸受装置を用いても良い。
一般に、工作機械主軸は、内輪回転・外輪静止で運転され、外輪３の外径側に設けた軸受箱２６に冷却することでスピンドル系を冷却する構造が採用されている。したがって、内輪側での放熱性が低い。さらに、最近ではスピンドル内部において主軸２５（１５）と一体化したビルトインモータ形式で主軸２５を駆動することが多く、モータの発熱により内輪側が高温環境となりやすい傾向にある。この傾向は、高速回転時に顕著である。このような工作機械の主軸２５の支持に、内輪２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅがセラミックスで構成された転がり軸受装置を用いれば、より一層の高速回転化を図ることが可能である。
【００６６】
以下、βサイアロンを主成分とする焼結体について、さらに詳しく説明する。
この焼結体は、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体、またはβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体のことを言う。不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、けい素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも１種類以上を採用することができる。なお、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。
【００６７】
図１５に、βサイアロンを主成分とする焼結体から構成される内輪２Ａの製造方法を示す。
βサイアロン粉末準備工程Ｓ１は、βサイアロンの粉末を準備する工程である。例えば、燃焼合成法を採用することにより、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。
【００６８】
混合工程Ｓ２は、βサイアロン粉末準備工程Ｓ１において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する工程である。焼結助剤を添加しない場合は、この工程を省略することができる。
【００６９】
成形工程Ｓ３は、βサイアロンの粉末、またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、内輪２Ａの概略形状に成形する工程である。具体的には、βサイアロンの粉末、またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒等の成形手法を適用することにより、内輪２Ａの概略形状に成形された成形体を作製する。
【００７０】
焼結前加工工程Ｓ４は、上記成形体を表面加工して、当該成形体が焼結後に所望の内輪２Ａの形状により近い形状となるよう成形する工程である。具体的には、グリーン体加工等の加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後に内輪２Ａの形状により近い形状となるように成形する。この焼結前加工工程Ｓ４は、成形工程Ｓ３において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の内輪２Ａの形状に近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。
【００７１】
焼結工程Ｓ５は、上記成形体を１ＭＰａ以下の圧力下で焼結する工程である。具体的には、上記成形体を、ヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱等の加熱方法により加熱して焼結することにより、内輪２Ａの概略形状を有する焼結体を作製する。
【００７２】
仕上げ工程Ｓ６は、焼結工程Ｓ５において作製された焼結体に対して仕上げ加工を実施することにより、内輪２Ａを完成させる工程である。具体的には、焼結工程Ｓ５において作製された焼結体の表面を研磨することにより、内輪２Ａを完成させる。
【００７３】
ここで、上記焼結工程Ｓ５における焼結により、焼結体の表面から厚さ５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚さ１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である高緻密層が形成されている。したがって、仕上げ工程Ｓ６においては、除去される焼結体の厚みは、特に軌道面となるべき領域において１５０μ以下とすることが好ましい。これにより、内輪軌道面２ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、内輪２Ａの転動疲労寿命を向上させることができる。
【００７４】
サイアロン焼結体の断面における緻密層および高緻密層の形成状態の調査をする試験を行った。試験の手順は以下のとおりである。
【００７５】
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、前記図１５に示す内輪の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行い、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱焼結することで、上記立方体試験片を製造した。
【００７６】
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト‐ＦＡＸ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフィルム株式会社製  ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰ１）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製  ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行って（本試験での２値化閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。
【００７７】
次に、試験結果について説明する。図１６は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図１７は、図１６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図１８は、図１６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理する際に、画像処理を行う領域（評価領域）を示す図である。図１６において、写真上側が試験片の処理側であり、上端が表面である。
【００７８】
図１６および図１７を参照して、図１５に示す内輪の製造方法と同様の方法で作成された試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図１８に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行って白色領域の面積率を算出したところ、表１に示す結果が得られた。表１においては、図１８に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。
【００７９】
【表１】
0005419392.tif 000002
【００８０】
表１を参照して、試験片における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、図１５に示す内輪の製造方法と同様の方法で作成された試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図、（Ｂ）はその部分拡大断面図である。
【図２】（Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図、（Ｂ）はその部分拡大断面図である。
【図３】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図、（Ｂ）はその部分断面図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図５】この発明の転がり軸受装置を備えたスピンドル装置の構成図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受装置の断面図である。
【図１４】図６に示す転がり軸受装置を備えたスピンドル装置の構成図である。
【図１５】βサイアロンを主成分とする焼結体で構成された内輪の製造方法の概略を示す図である。
【図１６】試験片の観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。
【図１７】図１６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。
【図１８】図１６の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理する際に、画像処理を行う領域（評価領域）を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…転がり軸受
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ…内輪
２ａ…軌道面
２ｂ…斜面部
２ｃ…肩部
３ …外輪
３ａ…軌道面
４…円筒ころ（転動体）
５…保持器
５ａ…保持器内径面
８…ノズル部材
８ａ…鍔部
８ａａ…保持器案内面
８ａｂ…鍔部内径面
１０…ノズル孔
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１７Ｅ…内輪間座
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ…内輪・間座組合体
１５…軸
１６…繊維性部材
【図１】
0005419392.tif 000003
【図２】
0005419392.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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