(57)【要約】【課題】工作機械の主軸等、高速回転する部材に用いられる場合であっても、潤滑油膜を長期に亘って維持し、急激な温度上昇や焼き付きの発生を抑制することができ、さらに、摺動時の振動を抑制して、軸受性能を向上することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】保持器１０のポケットの内面と、被案内面１２ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍであり、最大高さＲｔが１０．１〜１０２．９μｍに設定される。これにより、表面粗さを形成する凹部に潤滑油が保持され、この凹部から保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面にグリースが供給されるので、接触界面に油膜を途切れることなく形成することが可能である。さらに、特異的に高い山部や低い谷部の発生を抑えて、摺動時の振動を抑制し、軸受性能を向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面が形成された外周面を有する内輪と、
外輪軌道面が形成された内周面を有する外輪と、
前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
前記複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットと、前記内輪又は前記外輪に案内される被案内面と、を有する保持器と、
を備えた転がり軸受であって、
前記保持器は、合成樹脂製保持器であり、
前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍであり、最大高さＲｔが１０．１〜１０２．９μｍであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、凹凸の平均間隔ＲＳｍが２９．３〜２１３．２μｍであ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】
前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、前記ポケットの内径をＲ（ｍｍ）、前記転動体の直径をｒ（ｍｍ）とし、Ｔ＝（Ｒ×ｒ）／２（Ｒ−ｒ）としたとき、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦６．３３×１０−４であることを特徴とする請求項１又は２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、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工作機械の主軸用軸受には、円筒ころ軸受やアンギュラ玉軸受等の転がり軸受が使用されている。これらの転がり軸受の保持器としては、綿布補強のフェノール樹脂を切削加工した保持器や、ガラス繊維で補強したポリアミド６６樹脂等を材料とする、いわゆるプラスチック保持器（合成樹脂製保持器）が用いられる。プラスチック保持器は、軽量なので回転時の遠心力が小さく、さらに自己潤滑性を有するので、高速回転に有利である。これらのプラスチック保持器を使用した高速回転用転がり軸受にあっては、通常、保持器が軸受外輪によって回転案内される外輪案内方式が採用される。
【０００３】
また、これらの転がり軸受の潤滑法としては、グリース潤滑、オイルエア潤滑、ジェット潤滑等が、使用条件やコストによって適宜、選択されているが、一般的には、低コストでメンテナンスも容易なことから初期封入によるグリース封入潤滑が利用されることが多い。
【０００４】
ところで、近年、工作機械の分野では、切削能力を向上させて加工時間を短縮する方向にあり、それに伴い主軸の回転数を高速化する傾向が顕著である。そのため、高速回転する主軸を支承する軸受に供給する潤滑油量も微量（必要最小限の量）となる傾向にある。
【０００５】
しかしながら、例えばグリース潤滑のように、回転中に外部から軸受内部に潤滑油が供給されない場合には、時間の経過と共に潤滑油が一時的或いは継続的に不足して、潤滑油膜が途切れがちになってしまう。このような厳しい潤滑条件では、十分な潤滑を得ることが困難である。
【０００６】
特許文献１及び２に記載の軸受用保持器では、保持部のポケットの内面を粗面化することによって、ポケット内の基油の保持力を向上させることを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９８４６９号公報
【特許文献２】特開平１１−１０８０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の軸受用保持器では、表面粗さのパラメータとして、算術平均粗さＲａが用いられている。しかしながら、図１１に示すように、算術平均粗さＲａが同じ場合において、最大高さＲｔが大きいと、周辺に対して特異的に高い山部や低い谷部が存在する表面であることが考えられる。特異的に高い山部や低い谷部が存在すると（図１１（ｂ）のＸＩ、ＸＩ´参照）、摺動時に振動の原因となり、軸受の性能としては好ましくなく、寿命にも悪影響を及ぼす可能性がある。特許文献１や２に記載の軸受用保持器では、算術平均粗さＲａと最大高さＲｔの両方を考慮して粗面化する点については記載されていない。
【０００９】
また、特許文献１及び２記載の軸受用保持器では、保持器のポケットの内面のみを粗面化しており、上述した外輪案内方式の転がり軸受のように高速域での使用を想定していないものと考えられる。保持器が外輪又は内輪に案内される方式の軸受では、保持器と転動体との摺動部のみならず、保持器と外輪又は内輪との摺動部が発熱して高温になり、場合によっては焼きついて回転停止に到るという問題が発生することがあった。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、工作機械の主軸等、高速回転する装置に用いられる場合であっても、潤滑油膜を長期に亘って維持し、急激な温度上昇や焼き付きの発生を抑制することができ、さらに、摺動時の振動を抑制して、軸受性能を向上することができ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】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内輪軌道面が形成された外周面を有する内輪と、
外輪軌道面が形成された内周面を有する外輪と、
前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
前記複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットと、前記内輪又は前記外輪に案内される被案内面と、を有する保持器と、
を備えた転がり軸受であって、
前記保持器は、合成樹脂製保持器であり、
前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍであり、最大高さＲｔが１０．１〜１０２．９μｍであることを特徴とする転がり軸受。
（２）  前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、凹凸の平均間隔ＲＳｍが２９．３〜２１３．２μｍであることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３）  前記転動体が当接する前記ポケットの内面と、前記被案内面との少なくとも一方の表面粗さは、前記ポケットの内径をＲ（ｍｍ）、前記転動体の直径をｒ（ｍｍ）とし、Ｔ＝（Ｒ×ｒ）／２（Ｒ−ｒ）としたとき、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦６．３３×１０−４であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の転がり軸受によれば、保持器の転動体が当接する前記ポケットの内面と、被案内面との少なくとも一方の算術平均粗さを１．０〜９．８μｍに設定したことで、表面粗さを形成する凹部に潤滑油が保持され、この凹部からポケット内面と転動体表面との接触界面や、保持器と内輪又は外輪との接触界面に潤滑剤が供給されるので、接触界面に油膜を途切れることなく形成することが可能である。
この結果、高速回転化によって潤滑条件が厳しくなった場合であっても、上記接触界面に油膜が途切れることなく形成されるため、急激な温度上昇や焼き付きを、従来よりも長期に亘り抑制することが可能である。
さらに、上記算術平均粗さＲａの規定を満たす表面の最大高さＲｔを１０．１〜１０２．９μｍとしたので、特異的に高い山部や低い谷部の発生を抑えて、摺動時の振動を抑制し、軸受性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の要部断面図である。
【図２】軸受試験機としてのスピンドル装置を示す断面図である。
【図３】保持器の被案内面の断面形状を示す図である。
【図４】凹凸の平均間隔ＲＳｍを説明するための図である。
【図５】スキューネスを説明するための図である。
【図６】等価半径Ｔを用いて表面粗さの無次元化を説明するための図である。
【図７】算術平均粗さＲａと焼き付き寿命比との関係を説明するグラフである。
【図８】最大高さＲｔと焼き付き寿命比との関係を説明するグラフである。
【図９】凹凸の平均間隔ＲＳｍと焼き付き寿命比との関係を説明するためのグラフである。
【図１０】Ｒａ／Ｔと焼き付き寿命比との関係を説明するためのグラフである。
【図１１】最大高さＲｔを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る転がり軸受の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態の転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受１は、工作機械の主軸等、高速回転する装置に用いられ、内周面に外輪軌道面２ａを有する外輪２と、外周面に内輪軌道面３ａを有する内輪３と、外輪軌道面２ａ及び内輪軌道面３ａとの間に接触角αを持って転動自在に配置される複数の玉（転動体）４と、複数の玉４を周方向に所定の間隔で保持する保持器１０と、外輪２の内周面と内輪３の外周面との間に存在する軸受空間の軸方向両端部開口を塞ぐようにそれぞれ配設され、軸受内部を密封する一対のオイルシール５と、を備える。なお、本実施形態では、アンギュラ玉軸受１は、軸受空間内に初期封入されたグリースによって潤滑されるグリース封入潤滑で使用される。
【００１６】
保持器１０は、周方向に所定の間隔で形成され、それぞれ玉４を保持する複数の円筒状のポケット１１を有する。また、保持器１０は、軸方向両側に位置する一対のリング部１２のうち、一方（図１中、右側）のリング部１２の被案内面１２ａ（外周面）が、外輪２の外輪軌道面２ａに対して反カウンターボア側の案内面２ｂ（内周面）に案内される外輪案内方式である。
【００１７】
ここで、保持器１０は、ポリアミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の合成樹脂を主材料として射出成型によって形成されており、当該射出成形時に金型から、玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａに対して通常よりも大きな表面粗さが転写される。ここで、表面粗さを機械加工ではなく、射出成形時の金型によって付与される構成としたのは、射出成形時に材料が高温となることでポケット１１の内面１１ａや被案内面１２ａの表面に表面層が形成され、これによって耐摩耗性が向上するからである。なお、同様の効果は、ショット加工によって表面粗さを玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａに付与する方法でも期待できるが、その場合、残留メディアの影響を無くすために、ステンレスメディアを用いたショット加工が望ましい。
【００１８】
具体的に、保持器１０のポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａに付与される表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さＲａを１．０〜９．８μｍに、最大高さＲｔを１０．１〜１０２．９μｍに設定される。これにより、表面粗さを形成する凹部にグリースが保持され、この凹部から保持器１０のポケット１１の内面１１ａと玉４の表面との接触界面、及び保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面にグリースが供給されるので、接触界面に油膜を途切れることなく形成することが可能である。
【００１９】
これにより、高速回転化によって潤滑条件が厳しくなった場合であっても、上記接触界面に油膜を途切れることなく形成されるため、急激な温度上昇や焼き付きを、従来よりも長期に亘り抑制することが可能である。
【００２０】
また、保持器１０には、耐摩耗性や機械的強度の向上のために、ガラス繊維や炭素繊維等の充填材による強化を施しても良いが、保持器１０のポケット１１の内面１１ａと玉４の表面との接触界面、及び保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面で生成される充填材を含む摩耗粉が異物として作用し、切削摩耗が増大する虞がある。しかしながら、本実施形態では、保持器１０や転動体が案内される方向と平行に存在する表面粗さ、すなわち周方向や転動体の回転方向に沿って形成された凹凸により、摩耗粉が接触界面から容易に排除され、耐摩耗性を向上させることが可能である。また、案内される方向と直角方向の表面粗さや凹凸も本発明の範囲とすることにより耐摩耗性はより向上するので好ましい。
【００２１】
なお、算術平均粗さＲａが１．０μｍ未満の範囲では、表面粗さを形成する凹部のグリース保持量が少なくなり、保持器１０のポケット１１の内面１１ａと玉４の表面との接触界面、及び、保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面に対するグリース供給が不十分となってしまう。また、算術平均粗さＲａが９．８μｍを超えると、当該粗さ自体が、高精度の高速回転が要求される工作機械の主軸用軸受の回転精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００２２】
また、玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａに付与される表面粗さは、最大高さＲｔを１０．１〜１０２．９μｍとしている。このように最大高さＲｔを規定することで、特異的に高い山部や低い谷部の発生を抑えることができ、摺動時の振動が抑制され、軸受性能を向上することができる。
【００２３】
さらに、玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａに付与される表面粗さは、凹凸の平均間隔ＲＳｍを２９．３〜２１３．２μｍとすることが好ましい。これは、算術平均粗さＲａが同じ場合において、凹凸の平均間隔ＲＳｍが大きい面というのは、図４（ｂ）に示すように、凹凸の数が少なく、ひとつひとつの凹凸の幅が大きい形状が考えられる。このような形状をしていると、付与した凹凸のくぼみのなかに転動体が落ち込むといったことが発生し（図４（ｂ）のＩＶ参照）、振動や破損の原因となり得る。また、凹凸の平均間隔ＲＳｍが本発明の範囲から外れる場合には、接触面積のなかに、油だまりとなる凹部が存在しない瞬間が発生し、凹凸を付与したことによる耐焼付き性向上効果を最大限に引き出すことが難しくなる。このため、上記指定範囲内のＲＳｍに設定されることが望ましい。
【００２４】
また、玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定されるスキューネスＲＳｋが２以下、好ましくは０以下に設定されることが、振動を小さくし、寿命を長くする上で好ましい。
前述のように、保持器表面には潤滑剤の供給や摩耗粉の排出を促すための凹部が多数存在していることが重要であり、ポケット１１の内面１１ａや被案内面１２ａには、先鋭な（尖っている）凸部は少ないほど好ましい。スキューネスＲＳｋは歪度ともよばれる表面形状をあらわすパラメータであるが、スキューネスＲＳｋが０以下（または負）であれば、図５（ｂ）に示すように、その表面の断面形状は緩慢な曲線状の凸部が連続して存在する状態となっており好ましい。一方、スキューネスＲＳｋが正であると、図５（ａ）に示すように、その表面の断面形状は先鋭な（尖った）凸部が連続して存在する状態となり、軸受の振動や寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。このような理由から、保持器表面に付与する形状はスキューネスＲＳｋが大きくとも２以下でなければならず、より高い効果を期待する場合は負であることが望ましい。これは、スキューネスＲＳｋが２以下であれば、運転初期に起きる摩耗やなじみとよばれる現象により、表面の突出した凸部が除去され、スキューネスＲＳｋが小さくなることが期待できるからである。
【００２５】
また、玉４としては、セラミックボールが使用されることが好ましい。
窒化珪素のようなセラミックボールは軽量・高剛性・低熱膨張・低摩擦・低発熱といった特徴があり、軸受が高速で使用されるような場合には特に、耐焼付き性向上に効果がある。また、本発明のような表面形状を付与した保持器１０とともに使用すると、相乗効果によりさらに高い耐焼付き性向上効果が期待できる。これは、セラミックボールが硬いため、同じ荷重が加わったときに、樹脂の変形量が大きくなり、凹部に蓄えられていた潤滑剤がより効率的に供給されるためである。
【００２６】
また、玉４の表面粗さは、Ｒａ≦０．０５μｍ、外輪２の案内面２ｂの表面粗さは、Ｒａ≦１．０μｍと、いずれも滑らかであるほうが、軸受寿命の観点から好ましい。これは、保持器１０よりも軸受鋼のほうが硬いため、玉４の表面や案内面２ｂが粗いと、保持器１０の摩耗を促進してしまい、付与した表面形状が早期に摩滅してしまう恐れがあるためである。よって、潤滑剤供給および摩耗粉トラップ効果は保持器表面の凹凸が担い、玉４および案内面２ｂは保持器１０を摩耗させないよう上記規定の範囲内であることが望ましい。
【００２７】
以上、説明したように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１によれば、保持器１０の玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍに設定される。これにより、表面粗さを形成する凹部に潤滑油が保持され、この凹部からポケット１１の内面１１ａと玉４の表面との接触界面や、保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面にグリースが供給されるので、接触界面に油膜を途切れることなく形成することが可能である。これにより、高速回転化によって潤滑条件が厳しくなった場合であっても、上記接触界面に油膜が途切れることなく形成されるため、急激な温度上昇や焼き付きを、従来よりも長期に亘り抑制することが可能である。
また、保持器１０に、耐摩耗性や機械的強度の向上のためにガラス繊維や炭素繊維等の充填材による強化を施した場合であっても、保持器１０と転動体が案内される方向と平行に存在する表面粗さにより、摩耗粉が接触界面から容易に排除され、耐摩耗性を向上させることが可能である。
さらに、上記算術平均粗さＲａの規定を満たす表面の最大高さＲｔを１０．１〜１０２．９μｍとしたので、特異的に高い山部や低い谷部の発生を抑えて、摺動時の振動を抑制し、軸受性能を向上することができる。
【００２８】
また、保持器１０の被案内面１２ａの表面粗さは、凹凸の平均間隔ＲＳｍを２９．３〜２１３．２μｍとしたので、凹凸の幅の大きさが適度に設定され、より耐焼き付き性を向上させることが可能である。また、案内される方向と直角方向の表面粗さや凹凸も本発明の範囲とすることにより耐摩耗性はより向上するので好ましい。
【００２９】
また、保持器１０の被案内面１２ａ及びポケット１１の内面１１ａの表面粗さは、保持器１０の射出成形時に金型からの転写、又はステンレスメディアを用いたショット加工によって付与されるので、被案内面１２ａ及び内面１１ａに表面層が形成され、耐摩耗性を向上させることが可能である。
【００３０】
なお、上記実施形態では、玉４が当接するポケット１１の内面１１ａ及びリング部１２の被案内面１２ａの表面粗さについて規定しているが、表面粗さなどのパラメータを規定する際、適用する軸受の大きさや名番、使用条件等によって最適値が変わる。例えば、小さな軸受の保持器１０に表面形状を付与する場合、その転動体および保持器１０のポケット内径も当然小さくなり、それに応じて、転動体とポケット面の接触面積も小さくなる。このとき、効果を発現するために必要な表面粗さを規定する算術平均粗さＲａ、最大高さＲｔ、凹凸の平均間隔ＲＳｍは小さくなる。なぜなら、付与した表面粗さにおける凹凸が接触面積に対して極端に大きいと、付与した凹凸のくぼみのなかに転動体が落ち込む、といったことが発生し、振動や破損の原因となり得る。また、大きな軸受の保持器１０に表面形状を付与する場合、それに応じて、効果を発言するために必要な表面粗さを規定する算術平均粗さＲａ、最大高さＲｔ、凹凸の平均間隔ＲＳｍは大きくなる。なぜなら、軸受サイズが大きくなると、保持器表面に加わる荷重も大きくなる傾向にあるため、付与した表面粗さが小さすぎると、使用している間に付与した形状が摩耗・摩滅してしまい、十分な耐久性を発揮できない、といった問題が発生する可能性があるためである。そのため、それぞれの大きさの軸受で表面形状の効果を十分に発揮するため、表面粗さの算術平均粗さＲａ、最大高さＲｔ、凹凸の平均間隔ＲＳｍを、転動体の直径ｒと保持器１０のポケット内径Ｒの関係から求められる等価半径Ｔという値によって無次元化することで、どのような大きさの軸受保持器にも技術を応用できるようにした。
【００３１】
即ち、図６に示すように、２つの曲面の接触を、１つの曲面と１つの平面の接触に置き換えて考えたとき、置き換えた１つの曲面の半径を等価半径Ｔとよび、曲面が内接する場合に、内側の曲面の半径をｑ、外側の曲面の半径をＱとすると、Ｔ＝（Ｑ×ｑ）／（Ｑ−ｑ）と表される。また、２つの曲面が接触する際の接触面積は、等価半径に大きく影響を受ける、ということが理論的に導かれている。
【００３２】
この考えを、保持器１０のポケット面と転動体の関係に適用した場合、本発明において、保持器１０のポケット面内径をＲ、転動体の直径をｒとすると、
Ｑ＝Ｒ／２、ｑ＝ｒ／２
に相当するので、
Ｔ＝（Ｑ×ｑ）／（Ｑ−ｑ）に、Ｑとｑを代入すると、
Ｔ＝（（Ｒ／２）×（ｒ／２））／（Ｒ／２−ｒ／２）となり、
Ｔ＝（Ｒ×ｒ）／２（Ｒ−ｒ）となる。
【００３３】
また、表面粗さやディンプルを表面に付与する際、この接触面積の大きさが、効果の有無や大きさに影響しており、接触面積が大きいときには、大きな表面粗さを付与すべきであり、接触面積が小さいときには、小さな表面粗さを付与すべきである、ということを新たに見出し、表面粗さのＲａを等価半径のＴで割り、Ｒａ／Ｔとして無次元化することにより、どの様な大きさの保持器にも対応できる値とした。
また、上記と同様に、最大高さＲｔ、凹凸の平均間隔ＲＳｍも、Ｔを用いてＲｔ／Ｔ、ＲＳｍ／Ｔとして無次元化した。
【００３４】
具体的に、Ｒａ／Ｔは、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦６．３３×１０−４、好ましくは、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦４．２１×１０−４に設定され、これにより、耐焼付き性向上が期待できる。また、Ｒｔ／Ｔは、４．６７×１０−５≦Ｒｔ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦５．４７×１０−３、好ましくは、４．６７×１０−５≦Ｒｔ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦４．２１×１０−３に設定され、ＲＳｍ／Ｔは、１．４０×１０−４≦ＲＳｍ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦８．７９×１０−３、好ましくは、１．４０×１０−４≦ＲＳｍ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦８．４１×１０−３に設定される。これらの規定を満たすとき、耐焼付き性向上がさらに期待できる。なお、無次元化のため、Ｒａ、Ｒｔ、ＲＳｍといったパラメータ、およびポケット面内径Ｒ、転動体の直径ｒ、等価半径Ｔの単位は揃えている。
【００３５】
なお、本発明は、前述した各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。
【００３６】
例えば、上述の実施形態においては、保持器１０が外輪２に案内される外輪案内方式であるとしたが、内輪案内方式としてもよい。この場合、内輪の案内面（外周面）に案内される保持器の被案内面（内周面）の表面粗さは、少なくとも算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍに、最大高さＲｔが１０．１〜１０２・９μｍに設定され、望ましくは凹凸の平均間隔ＲＳｍが２９．３〜２１３．２μｍに設定される。このように構成することで、保持器の被案内面と内輪の案内面との接触界面に油膜が途切れることなく形成され、且つ接触界面から摩耗粉が排出され易いため、急激な温度上昇や焼き付きを、従来よりも長期に亘り抑制することが可能である。
【００３７】
また、少なくとも保持器１０の被案内面に、本発明の表面粗さが付与される限り、保持器１０の外周面又は内周面全体に表面粗さを付与してもよく、保持器１０の全面に表面粗さを付与してもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態においては、保持器１０のポケット１１のうち、玉４が当接する内面１１ａに表面粗さを付与するとしたが、保持器１０のポケット１１の全面に表面粗さを付与しても構わない。
【００３９】
また、転がり軸受としては、アンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、円筒ころ軸受等、任意の転がり軸受として構わない。
【００４０】
（実施例１）
次に、図１に示すような外輪案内方式のアンギュラ玉軸受１（型番：７０ＢＮＲ２０ＨＴＶ１Ｖ）を、図２に示すような軸受試験機としてのスピンドル装置２０に組み込んで、焼き付き寿命を評価した。
【００４１】
スピンドル装置２０は、工作機械用のスピンドル装置であり、回転軸２１が、その工具側（軸方向前方、図２中左側）を支承する２列のアンギュラ玉軸受１、１（前側軸受）と、反工具側（軸方向後方、図２中右側）を支承する２列の後側軸受６０、６０と、によって、ハウジングＨに回転自在に支持されている。ハウジングＨは、工具側から順に、前蓋３１、外筒３３、後蓋３４によって構成されている。回転軸２１の工具側には、軸中心を通り軸方向に形成された工具取付孔２４が設けられており、工具取付孔２４は、刃具などの不図示の工具を回転軸２１に取付けるために使用される。
【００４２】
そして、回転軸２１を不図示のモータによって回転数１６０００ｍｉｎ−１（ｄｍｎ値
１４２万）で回転駆動することにより、アンギュラ玉軸受１の耐久試験を行った。なお、それぞれのアンギュラ玉軸受１の内部に封入されるグリース量は２．６ｇに設定され、耐久試験中、ハウジングＨを構成する外筒３３は、不図示の冷却機構によって冷却された。
【００４３】
ここで、表１に示すように、アンギュラ玉軸受１には、ポケット１１の内面１１ａと被案内面１２ａの表面粗さがそれぞれ異なる、射出成型によって形成されたＰＰＳからなる保持器１０を適用して、耐久試験を行った。なお、ポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａの表面粗さは、実施例と比較例１−２、１−３では、射出成形するときの金型の表面にショットピーニングにより、ランダムな凹凸を付与しており、射出成形で保持器を作製する際に、金型の表面形状が保持器表面に転写される。また、比較例１−１の保持器１０は、ポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａに何の処理も施していない射出成型によって形成されたＰＰＳからなるものである。
【００４４】
【表１】
2014095469.tif 000003
【００４５】
表１及び図７〜図９には、外輪２の温度を測定することによって焼き付き寿命を判定した結果が示されており、比較例１−１の焼き付き寿命を１として表した。ポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａの算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍの範囲内に設定された実施例１−１〜１−９においては、比較例１−１〜１−３に比べて焼き付き寿命が向上しているのがわかる。これは、耐久試験終了後にもポケット１１の内面１１ａ及び被案内面１２ａに、表面粗さを構成する凹部が残存しており、グリースが保持され易く、ポケット１１の内面１１ａと玉４、及び保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの潤滑を助ける効果があったためであると考えられる。また、算術平均粗さＲａが上記範囲を満たすと共に、最大高さＲｔが１０．１〜１０２．９μｍ、且つ凹凸の平均間隔ＲＳｍが２９．３〜２１３．２μｍの範囲内であれば、より高い耐久寿命が得られることが明らかとなった。なお、例として、図３に、実施例１−２に係る被案内面１２ａの断面形状を示した。
【００４６】
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同様に、図１に示すような外輪案内方式のアンギュラ玉軸受１（型番：７０ＢＮＲ２０ＨＴＶ１Ｖ）を、図２に示すような軸受試験機としてのスピンドル装置２０に組み込んで、焼き付き寿命を評価した。但し、実施例２では、表２に示すように、ポケット１１の内面１１ａ、及び被案内面１２ａ（外周面）の表面粗さがそれぞれ異なり、射出成型によって形成されたＰＰＳからなる保持器１０を適用し、耐久試験を行った。また、表面粗さは、射出成形するときの金型の表面にショットピーニングにより、ランダムな凹凸を付与しており、射出成形で保持器を作製する際に、金型の表面形状が保持器表面に転写される。ここで、比較例２−１の保持器はポケット面及び被案内面１２ａに何の処理も施していない射出成型によって形成されたＰＰＳからなるものである。その他の試験条件などは、実施例１と同様とする。
【００４７】
【表２】
2014095469.tif 000004
【００４８】
表２には、外輪２の温度を測定することによって焼き付き寿命を判定した結果が示されており、比較例２−１を１として表した。表２からわかるように、いずれの実施例２−１〜２−３においても焼付き寿命が向上しており、焼付き防止効果があると言える。実施例においては、試験終了後にも表面に凹部が残存しており、グリースが保持されやすく、保持器ポケット１１の内面１１ａと玉４、および被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの間の潤滑を助ける効果があったものと考えられる。また、表面形状を付与する部位は、玉４や外輪２の案内面２ｂと摺動する、ポケット１１の内面１１ａあるいは被案内面１２ａが考えられるが、被案内面１２ａに付与することが好ましく、ポケット１１の内面１１ａに付与することがより好ましく、両方に付与することが更に好ましい。
【００４９】
（実施例３）
また、実施例３では、実施例１と同様に、図１に示すような外輪案内方式のアンギュラ玉軸受１を、図２に示すような軸受試験機としてのスピンドル装置２０に組み込んで、焼き付き寿命を評価した。但し、実施例３では、表３に示すように、保持器１０のポケット１１の内面１１ａの表面粗さと等価半径Ｔがそれぞれ異なり、射出成型によって形成されたＰＰＳからなる保持器１０を適用し、耐久試験を行った。保持器１０は、ポケット１１の内径Ｒが３．５８〜２６．２１ｍｍのものが使用され、玉４は、直径ｒが３．１８〜２５．５ｍｍのものが使用される。また、ポケット１１の内面１１ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａが１．０〜９．８μｍ、最大高さＲｔが１０．１〜１０２．９μｍ、凹凸の平均間隔ＲＳｍが２９．３〜２１３．２μｍの範囲にあるものが使用されている。なお、実施例１と同様に、ポケット面の表面粗さはショットピーニングにより金型に付与されたものを保持器表面に転写したものである。また、比較例３−１の保持器１０は、ポケット面に何の処理も施していない射出成型によって形成されたＰＰＳからなるものである。また、比較例３−２の保持器１０は、射出成型によって形成されたＰＰＳからなり、射出成型時に金型から転写されたものである。その他の試験条件などは、実施例１と同様とする。
【００５０】
【表３】
2014095469.tif 000005
【００５１】
表３〜５と図１０には、外輪２の温度を測定することによって焼き付き寿命を判定した結果が示されており、いずれも未処理の保持器を用いた比較例３−１を寿命比１として表した。表３及び図１０に示す実施例３−１〜３−１１からわかるように、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦６．３３×１０−４であるとき、耐焼付き性向上の効果が期待できる。好ましくは、２．３３×１０−６≦Ｒａ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦４．２１×１０−４に設定されることで、比較例３−１に対して、寿命比が２倍以上となり、耐焼付き性向上の効果がより期待できる。
【００５２】
表４は、Ｒａ／Ｔの上記範囲を満たす実施例３−１２〜３−２１を示しており、４．６７×１０−５≦Ｒｔ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦５．４７×１０−３であるとき、耐焼付き性向上の効果が期待できる。好ましくは、４．６７×１０−５≦Ｒｔ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦４．２１×１０−３に設定されることで、比較例３−１に対して、寿命比が５倍以上となり、耐焼付き性向上の効果がより期待できる。
【００５３】
【表４】
2014095469.tif 000006
【００５４】
表５は、Ｒａ／Ｔ、及びＲｔ／Ｔの上記範囲を満たす実施例３−２２〜３−２９を示しており、１．４０×１０−４≦ＲＳｍ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦８．７９×１０−３であるとき、耐焼付き性向上の効果が期待できる。好ましくは、１．４０×１０−４≦ＲＳｍ／Ｔ（ｍ／ｍ）≦８．４１×１０−３に設定されることで、比較例３−１に対して、寿命比が５倍以上となり、耐焼付き性向上の効果がより期待できる。
【００５５】
【表５】
2014095469.tif 000007
【００５６】
（実施例４）
また、実施例３と同様の試験で、玉４としてセラミック球を使用した場合と、ＳＵＪ２球を使用した場合の結果を示す。保持器１０は同じサイズで、未処理のもの（比較例４−１、４−２）と、実施例３と同様の表面形状を持つよう加工されたもの（実施例３のＲａ／Ｔ、Ｒｔ／Ｔ、ＲＳｍ／Ｔの規定範囲内である実施例４−１、４−２）を使用した。また、保持器１０を未処理、玉４としてＳＵＪ２球を用いた比較例４−１の場合の寿命比を１とした。
したがって、表６に示すように、セラミック球を用いることで、保持器１０の耐焼付き寿命向上効果が大きくなり、寿命が延びたことがわかる。
【００５７】
【表６】
2014095469.tif 000008
【００５８】
（実施例５）
また、実施例３と同様の実験で、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で定義されるスキューネスＲＳｋの影響について試験した結果を表７に示す。保持器１０は同じサイズであり、上述のＲａ、Ｒｔ、ＲＳｍの規定範囲内であるものを実施例５−１〜５−６として使用した。また、比較例５−１として、保持器１０が未処理の場合の寿命比を１とした。
したがって、表７に示すように、スキューネスを−２．０〜１．９の範囲内にすることで、より高い効果が期待できることがわかる。
【００５９】
【表７】
2014095469.tif 000009
【００６０】
（実施例６）
また、実施例３と同様の実験で、転動体粗さおよび案内面粗さの影響について試験した結果を表８に示す。保持器１０は同じサイズであり、上述のＲａ、Ｒｔ、ＲＳｍの規定範囲内で、同様の形状になるよう加工したものを使用し、表８に示す、転動体粗さＲａと案内面粗さＲａがそれぞれ異なる転動体と外輪を使用した実施例６−１〜６−３４について、耐久試験を行った。また、比較例６−１として、保持器未処理の場合の寿命比を１とした。
したがって、表８に示すように、転動体粗さＲａを０．０５μｍ以下、および案内面粗さＲａを１．０μｍ以下にすることで、より高い効果が期待できることがわかる。
【００６１】
【表８】
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【符号の説明】
【００６２】
１      アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
２      外輪
２ａ    外輪軌道面
２ｂ    案内面
３      内輪
３ａ    内輪軌道面
４      玉（転動体）
５      オイルシール
１０    保持器
１１    ポケット
１１ａ  内面
１２    リング部
１２ａ  被案内面
２０    スピンドル装置
２１    回転軸
２４    工具取付孔
３１    前蓋
３３    外筒
３４    後蓋
６０    後側軸受
Ｈ      ハウジング
α      接触角
【図１】
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【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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【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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