(57)【要約】【課題】  高速運転時および低速運転時の両方で温度上昇を抑制することができ、保持器音の発生を抑制することができるアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】  本発明のアンギュラ玉軸受は、外輪３と、外輪３の内側に配置された内輪２と、外輪３と内輪２との間に介在する複数のボール４と、ボール４を保持するためのポケット６を複数有する環状の保持器５とを備え、ポケット６は保持器５の外径側に傾斜部１６ｂを有し、傾斜部１６ｂにおいてポケット６の径が保持器５の外径側に向かって減少しているアンギュラ玉軸受である。保持器５が受ける遠心膨張および熱膨張によって、保持器５の案内がボール案内から外輪内径面案内に移行するすきまに設定されている。【選択図】        図３
2006097731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、前記外輪の内側に配置された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に介在する複数のボールと、前記ボールを保持するためのポケットを複数有する環状の保持器とを備え、前記ポケットは前記保持器の外径側に傾斜部を有し、前記傾斜部において前記ポケットの径が前記保持器の外径側に向かって減少しているアンギュラ玉軸受であって、
前記保持器が受ける遠心膨張および熱膨張によって、前記保持器の案内がボール案内から外輪内径面案内に移行するすきまに設定されていることを特徴とする、アンギュラ玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンギュラ玉軸受に関し、より特定的には、工作機の主軸に用いられるアンギュラ玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえばアンギュラ玉軸受などの転がり軸受に合成樹脂製の保持器を用いる技術が開発されつつある。合成樹脂製の保持器は金属製の保持器に比べて軽量であり、保持器とボールとの間の摩擦を低減できるという利点を有している。
【０００３】
図７は、従来のアンギュラ玉軸受の構成を示す部分断面図である。図７に示すように、アンギュラ玉軸受１０１は、外輪１０３と、内輪１０２と、環状の保持器１０５と、ボール１０４とを備えている。外輪１０３と内輪１０２との間に保持器１０５が配置されており、保持器１０５の円周方向に複数のボール１０４の各々が配置されている。保持器１０５には複数のポケット１０６が形成されている。ポケット１０６の各々は、保持器１０５の外径側に形成された円筒部１０６ａと、保持器１０５の内径側に形成された傾斜部１０６ｂとを有している。傾斜部１０６ｂにおけるポケット１０６の内壁面は、円筒部１０６ａにおけるポケット１０６の内壁面に対して傾斜しており、傾斜部１０６ｂにおいてポケット１０６の径が減少している。ボール１０４は、円筒部１０６ａ内で傾斜部１０６ｂに接触した状態でポケット１０６に保持されている。保持器１０５は転動体案内保持器である。すなわち、保持器１０５が外輪１０３に接触せずにボール１０４に接触した状態で、ボール１０４が転動する構成となっている。
【０００４】
図７に示す従来のアンギュラ玉軸受１０１は、運転時に保持器１０５と外輪１０３とが接触しない転動体案内であるため、保持器１０５と外輪１０３との間の滑り発熱が生じない。
【０００５】
一方、アンギュラ玉軸受１０１を高速（ＤＮ値≧約５０００００）運転すると、ボール１０４と外輪１０３および内輪１０２との間の摩擦熱を受けて保持器１０５が変形し、ボール１０４が傾斜部１０６ｂに噛み込まれて発熱し（噛込み発熱し）やすい。その結果、アンギュラ玉軸受１０１には、高速使用時に温度上昇しやすいという問題があった。なお、「ＤＮ値」とは軸受の高速運転の指標となる数値であり、内輪の内径「Ｄ」（ｍｍ）と、軸受の回転速度「Ｎ」（ｒｐｍ）との積で表わされる。
【０００６】
そこで、高速使用時の温度上昇を抑制可能な構成が、たとえば特開平８−４２５７４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１では、たとえばフェノール樹脂よりなる保持器の本体リングに、円筒状のポケットが径方向に穿設されている。言い換えれば、ポケットは傾斜部を有していない。また、特許文献１の保持器は外輪案内保持器である。すなわち、保持器がボールに接触せずに外輪に接触した状態で、ボールが転動する構成となっている。
【０００７】
特許文献１の保持器のポケットは完全な円筒状であるので、ボールがポケットに噛み込まれることがなくなり、ボールの噛込み発熱を抑制することができる。また、特許文献１の保持器を備えたアンギュラ玉軸受を高速運転する場合には、保持器と外輪との間に油膜が形成されて保持器が浮上するため、保持器と外輪との間の滑り発熱を抑制することができる。
【特許文献１】特開平８−４２５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の保持器を備えたアンギュラ玉軸受を低速運転すると、保持器と外輪との間に油膜が形成されにくくなり、保持器と外輪との間に滑り発熱が生じやすくなる。その結果、特許文献１の保持器を備えたアンギュラ玉軸受には、低速使用時に温度上昇しやすいという問題があった。
【０００９】
また、特許文献１の保持器を備えたアンギュラ玉軸受をグリース潤滑下で低速運転すると、保持器音が発生するという問題が生じる。保持器音の発生原因は解明されていなかった。
【００１０】
なお、グリース潤滑以外の潤滑法（たとえばエアオイル潤滑)を用いることは、微量のオイルを空気と混合して供給するような構成がさらに必要となり、潤滑装置の複雑化を招くので、有効な方法でない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、高速運転時および低速運転時の両方で温度上昇を抑制することができ、保持器音の発生を抑制することができるアンギュラ玉軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のアンギュラ玉軸受は、外輪と、外輪の内側に配置された内輪と、外輪と内輪との間に介在する複数のボールと、ボールを保持するためのポケットを複数有する環状の保持器とを備え、ポケットは保持器の外径側に傾斜部を有し、傾斜部においてポケットの径が保持器の外径側に向かって減少しているアンギュラ玉軸受であって、保持器が受ける遠心膨張および熱膨張によって、保持器の案内がボール案内から外輪内径面案内に移行するすきまに設定されている。
【００１３】
本発明のアンギュラ玉軸受によれば、低速運転時にはボール案内の状態になるので、保持器と外輪との間の滑り発熱を防止することができる。これにより、低速使用時の温度上昇を抑制することができ、保持器音の発生を抑止することができる。一方、高速運転時には外輪内径面案内の状態となるので、噛込み発熱しなくなる。また、保持器と外輪との間に油膜が形成されて保持器が浮上するため、保持器と外輪との間の滑り発熱を抑制することができる。したがって、高速使用時の温度上昇を抑制することができる。
【００１４】
本発明のアンギュラ玉軸受において好ましくは、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器の遠心膨張量をａ1とし、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器の熱膨張量をｂ1とし、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器の遠心膨張量をａ2とし、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器の熱膨張量をｂ2とし、静止時の保持器ポケット径方向案内すきまをｃとした場合、静止時の保持器外径案内すきまｄは、ｃ＋ａ1＋ｂ1＜ｄ≦ｃ＋ａ2＋ｂ2の範囲内にある。
【００１５】
本発明のアンギュラ玉軸受によれば、ＤＮ値が４０００００未満の低速運転時には転動体案内の状態になるので、保持器と外輪との間の滑り発熱を防止することができる。これにより、低速使用時の温度上昇を抑制することができ、保持器音の発生を抑止することができる。一方、ＤＮ値が５０００００以上の高速運転時には外輪内径面案内の状態となるので、噛込み発熱しなくなる。また、保持器と外輪との間に油膜が形成されて保持器が浮上するため、保持器と外輪との間の滑り発熱を抑制することができる。したがって、高速使用時の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
本発明のアンギュラ玉軸受において好ましくは、フェノール布積層型樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を保持器は含んでいる。フェノール布積層型樹脂やＰＥＥＫやＰＰＳは、合成樹脂の中でも剛性の高い材料であるため、保持器の剛性を向上することができる。
【００１７】
本発明のアンギュラ玉軸受において好ましくは、内輪が工作機の主軸に固定されている。これにより、工作機の主軸に本発明のアンギュラ玉軸受を用いることができる。本発明のアンギュラ玉軸受は工作機の主軸用の軸受として特に好適である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアンギュラ玉軸受によれば、低速運転時にはボール案内の状態になるので、保持器と外輪との間の滑り発熱を防止することができる。これにより、低速使用時の温度上昇を抑制することができ、保持器音の発生を抑止することができる。一方、高速運転時には外輪内径面案内の状態となるので、噛込み発熱しなくなる。また、保持器と外輪との間に油膜が形成されて保持器が浮上するため、保持器と外輪との間の滑り発熱を抑制することができる。したがって、高速使用時の温度上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態におけるアンギュラ玉軸受の構成を示す部分断面斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。なお、図２のＢ部の構成はＡ部の構成を１８０°回転したものであり、図２のＢ部拡大図は図３とほぼ同様である。よって、Ｂ部については、その説明を省略する。
【００２１】
図１〜図３に示すように、本実施の形態におけるアンギュラ玉軸受１は、外輪３と、内径Ｄの内輪２と、環状の保持器５と、転動体としての複数のボール（または玉）４とを備えている。アンギュラ玉軸受１は、内輪２もしくは外輪３が回転軸Ｌを中心として回転する。内輪２は外輪３の内側に配置されており、外輪３と内輪２との間に保持器５が配置されている。内輪２は転走面２ａを外周に有しており、外輪３は転走面２ａに対向する転走面３ａを有している。また、保持器５はその円周方向に複数のポケット６を有している。複数のボール４は、内輪２の転走面２ａと外輪３の転走面３ａとの間に介在した状態で、複数のポケット６の各々に保持されている。なお、保持器５はたとえばフェノール布積層型樹脂、ＰＥＥＫ、あるいはＰＰＳなどの合成樹脂よりなっており、内輪２、外輪３、およびボール４はたとえば鋼などよりなっている。
【００２２】
ポケット６の各々は、保持器５の内径側に形成された円筒部１６ａと、保持器５の外径側に形成された傾斜部１６ｂとを有している。傾斜部１６ｂにおけるポケット６の内壁面は、円筒部１６ａにおけるポケット６の内壁面に対して傾斜している。傾斜部１６ｂにおいてポケット６の径は保持器５の外径側に向かって減少している。言い換えれば、保持器５の内径側（円筒部１６ａ）におけるポケット６の径は径ｅ１であり、保持器５の外径側におけるポケット６の径は径ｅ２である。径ｅ２は径ｅ１よりも小さい。
【００２３】
アンギュラ玉軸受１は、静止時には大きさｄの保持器外径案内すきまを有している。保持器外径案内すきまの大きさは、外輪３の内径面（外輪３の肩部３ｂの表面）の直径Ｌ１と保持器５の外径面の直径Ｌ２との差で表わされる。外輪３と保持器５との間のすきまが保持器５の全周にわたって一定である場合、図３に示すように、外輪３の肩部３ｂと保持器５との間のすきま（以下、外輪３と保持器５との間のすきまと記す）の大きさはｄ／２となる。
【００２４】
また、アンギュラ玉軸受１は、静止時には大きさｃのポケット径方向径案内すきまを有している。保持器ポケット径方向案内すきまの大きさは、外輪３と内輪２との間で保持器５が移動可能な距離で表わされる。外輪３と内輪２との間で保持器５が移動可能な範囲における中央部に保持器５が存在している場合、図３に示すように、ポケット６の傾斜部１６ｂとボール４との間のすきまの大きさはｃ／２となる。
【００２５】
一方、外輪３と保持器５との間のすきま、およびポケット６の傾斜部１６ｂとボール４との間のすきまは、アンギュラ玉軸受１を立たせた状態（回転軸Ｌが水平な状態）にすると次のように変化する。
【００２６】
図４は、立たせた状態のアンギュラ玉軸受の構成を示す拡大断面図である。（ａ）は図２のＡ部の拡大断面図であり、（ｂ）は図２のＢ部の拡大断面図である。なお、図４に示すアンギュラ玉軸受では、図２のＡ部がＢ部の真上にある状態になっている。
【００２７】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、立たせた状態のアンギュラ玉軸受１においては、保持器５がその自重により下方（図２中Ｂ部の方向）にｃ／２だけ移動して、接触部分２０において傾斜部１６ｂとボール４とが接触する。つまり、Ａ部におけるポケット６の傾斜部１６ｂとボール４との間のすきまはなくなる。これにより、Ａ部における外輪３と保持器５との間のすきまの大きさは（ｃ＋ｄ）／２となる。また、Ｂ部におけるポケット６の傾斜部１６ｂとボール４との間のすきまの大きさはｃとなる。これにより、Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきまの大きさは（ｄ−ｃ）／２となる。すなわち、外輪３と保持器５との間のすきまは、Ａ部よりもＢ部で狭くなる。
【００２８】
本実施の形態では、保持器５が受ける遠心膨張および熱膨張によって、保持器５の案内がボール案内から外輪内径面案内に移行するすきまに設定されている。
【００２９】
具体的には、本実施の形態では、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器５の遠心膨張量をａ1とし、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器５の熱膨張量をｂ1とすると、アンギュラ玉軸受１のポケット径方向案内すきまの大きさｃと、保持器外径案内すきまの大きさｄとの間にはｃ＋ａ1＋ｂ1＜ｄの関係が成り立つ。これにより、ＤＮ値が４０００００未満の低速運転時には、アンギュラ玉軸受１は転動体案内の状態になる。これについて以下に説明する。
【００３０】
図５は、アンギュラ玉軸受を立たせた状態でＤＮ値が４０００００となるように運転した場合の構成を示すＢ部の拡大断面図である。図５を参照して、アンギュラ玉軸受１を運転すると、保持器５の自転に伴なう遠心力により保持器５の外径が増加する。ＤＮ値が４０００００である場合において、保持器５の自転に伴なう遠心力による保持器５の外径の増加量を遠心膨張量ａ1とする。また、アンギュラ玉軸受１を運転すると、主としてボール４と外輪３および内輪２との間の摩擦熱を受けて保持器５が膨張する。ＤＮ値が４０００００である場合において、摩擦熱による保持器５の外径の膨張量を熱膨張量ｂ1とする。
【００３１】
ここで、アンギュラ玉軸受１を立たせた状態で、外輪３と保持器５との間の隙間が最も狭くなるＢ部に注目する。保持器５は全周にわたって均等に遠心膨張及び熱膨張するので、Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきまは、遠心膨張量ａ1と熱膨張量ｂ1との和の２分の１、つまり（ａ1＋ｂ1）／２だけ狭くなる。Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきまは、式（１）で表わされる。
【００３２】
Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきま
＝（ｄ−ｃ）／２−（ａ1＋ｂ1）／２＝（ｄ−ｃ−ａ1−ｂ1）／２    ・・・（１）
本実施の形態では、ｃ＋ａ1＋ｂ1＜ｄであるので、式（１）は常に０より大きい値となる。すなわち、外輪３と保持器５との間にはすきまが存在するので、外輪３と保持器５とが接触することはない。したがって、ＤＮ値が４０００００未満の低速運転時には、アンギュラ玉軸受１は常に転動体案内の状態になる。
【００３３】
また、本実施の形態では、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の遠心膨張量をａ2とし、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の熱膨張量をｂ2とすると、アンギュラ玉軸受１のポケット径方向案内すきまの大きさｃと、保持器外径案内すきまの大きさｄとの間にはｄ≦ｃ＋ａ2＋ｂ2の関係が成り立つ。これにより、ＤＮ値が５０００００以上の高速運転時には、アンギュラ玉軸受１は外輪内径面案内の状態になる。これについて以下に説明する。
【００３４】
図６は、アンギュラ玉軸受を立たせた状態でＤＮ値が５０００００となるように運転した場合の構成を示すＢ部の拡大断面図である。図６を参照して、ＤＮ値が５０００００である場合において、保持器５の自転に伴なう遠心力による保持器５の外径の増加量を遠心膨張量ａ2とする。また、ＤＮ値が５０００００である場合において、摩擦熱による保持器５の外径の膨張量を熱膨張量ｂ2とする。
【００３５】
ここで、アンギュラ玉軸受１を立たせた状態で、外輪３と保持器５との間の隙間が最も狭くなるＢ部に注目する。保持器５は全周にわたって均等に遠心膨張及び熱膨張するので、Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきまは、遠心膨張量ａ2と熱膨張量ｂ2との和の２分の１、つまり（ａ2＋ｂ2）／２だけ狭くなる。Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきまは、式（２）で表わされる。
【００３６】
Ｂ部における外輪３と保持器５との間のすきま
＝（ｄ−ｃ）／２−（ａ2＋ｂ2）／２＝（ｄ−ｃ−ａ2−ｂ2）／２    ・・・（２）
本実施の形態では、ｄ≦ｃ＋ａ2＋ｂ2であるので、式（２）は常に０以下の値となる。すなわち、ＤＮ値が５０００００となるようにアンギュラ玉軸受１を運転すると、外輪３の肩部３ｂと保持器５とは接触する。したがって、ＤＮ値が５０００００以上の高速運転時には、アンギュラ玉軸受１は外輪内径面案内の状態になる。
【００３７】
本実施の形態のアンギュラ玉軸受１によれば、ＤＮ値が４０００００未満の低速運転時には転動体案内の状態になるので、保持器５と外輪３との間の滑り発熱を防止することができる。これにより、低速使用時の温度上昇を抑制することができる。一方、ＤＮ値が５０００００以上の高速運転時には外輪内径面案内の状態となるので、噛込み発熱しなくなる。また、保持器と外輪との間に油膜が形成されて保持器が浮上するため、保持器と外輪との間の滑り発熱を抑制することができる。したがって、高速使用時の温度上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、本願発明者は、アンギュラ玉軸受の保持器音は、フェノール布積層型樹脂製の外輪案内の保持器がＤＮ値４０００００未満の低速運転時に特に発生しやすいことを見出した。本実施の形態のアンギュラ玉軸受１では、ＤＮ値が４０００００未満の低速運転時には、アンギュラ玉軸受１は転動体案内の状態になるので、保持器音の発生を抑止することができる。
【００３９】
なお、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器５の遠心膨張量ａ1、ＤＮ値が４０００００である場合の保持器５の熱膨張量ｂ1、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の遠心膨張量ａ2、およびＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の熱膨張量ｂ2の各々の値は、保持器５の形状および材質や、アンギュラ玉軸受１の形状および材質などにより異なる値であるので、アンギュラ玉軸受１の構成ごとに測定する必要がある。
【００４０】
本願発明者は、上記効果を確認すべく、以下の実験を行なった。フェノール布積層型樹脂よりなる保持器５を用いて、ＢＮＴ０１０相当品であるアンギュラ玉軸受１を製造した。アンギュラ玉軸受１について、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の遠心膨張量ａ2が０．１ｍｍ、ＤＮ値が５０００００である場合の保持器５の熱膨張量ｂ2が０．１ｍｍであったので、保持器ポケット径方向案内すきまｃを０．２ｍｍに調整し、保持器外径案内すきまｄを０．４ｍｍに調整した。その結果、高速運転時および低速運転時の両方で温度上昇を抑制する効果が得られ、保持器音の発生を抑制することができた。
【００４１】
本実施の形態のアンギュラ玉軸受１において、フェノール布積層型樹脂、ＰＥＥＫ、もしくはＰＰＳを保持器は含んでいる。フェノール布積層型樹脂やＰＥＥＫやＰＰＳは合成樹脂の中でも剛性の高い材料であるため、保持器の剛性を向上することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、アンギュラ玉軸受１のポケット径方向案内すきまの大きさｃと、保持器外径案内すきまの大きさｄとの間にはｃ＋ａ1＋ｂ1＜ｄ≦ｃ＋ａ2＋ｂ2の関係が成り立つ場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、保持器が受ける遠心膨張および熱膨張によって、保持器の案内がボール案内から外輪内径面案内に移行するすきまに設定されていればよい。ボール案内から外輪内径面案内に移行するＤＮ値については任意である。
【００４３】
本実施の形態のアンギュラ玉軸受１においては、内輪２が工作機の主軸に固定されている。これにより、工作機の主軸にアンギュラ玉軸受１を用いることができる。アンギュラ玉軸受１は工作機の主軸用の軸受として特に好適である。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアンギュラ玉軸受の構成を示す部分断面斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】（ａ）は、立たせた状態のアンギュラ玉軸受の構成を示すＡ部の拡大断面図である。（ｂ）は、立たせた状態のアンギュラ玉軸受の構成を示すＢ部の拡大断面図である。
【図５】アンギュラ玉軸受を立たせた状態でＤＮ値が４０００００となるように運転した場合の構成を示すＢ部の拡大断面図である。
【図６】アンギュラ玉軸受を立たせた状態でＤＮ値が５０００００となるように運転した場合の構成を示すＢ部の拡大断面図である。
【図７】従来のアンギュラ玉軸受の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０１  アンギュラ玉軸受、２，１０２  内輪、２ａ，３ａ  転走面、３，１０３  外輪、３ｂ  外輪肩部、４，１０４  ボール、５，１０５  保持器、６，１０６  ポケット、１６ａ，１０６ａ  円筒部、１６ｂ，１０６ｂ  傾斜部、２０  接触部分。
【図１】
2006097731.tif 000003
【図２】
2006097731.tif 000004
【図３】
2006097731.tif 000005
【図４】
2006097731.tif 000006
【図５】
2006097731.tif 000007
【図６】
2006097731.tif 000008
【図７】
2006097731.tif 000009