(57)【要約】【課題】  軸受を使用する環境に合わせて、適正な許容回転数を選択できる転がり軸受を提供する。【解決手段】  転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に配置された転動体４とを備える。または、さらに転動体４の間隔を保持する保持器を備える。転動体４は、その半数が炭素鋼により形成した炭素鋼製転動体４ａであり、残りの半数がセラミックスにより形成したセラミックス製転動体４ｂである。また、炭素鋼製転動体４ａとセラミックス製転動体４ｂとは、交互に配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、
外輪と、
前記内輪および前記外輪の間に配置された組成の異なる複数の転動体とを備え、
前記組成の異なる複数の転動体は、交互に配置されている、転がり軸受。
【請求項２】
前記組成の異なる複数の転動体は、正の整数ｎ：１の割合で交互に配置されている、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記転動体は、炭素鋼により形成された転動体を含む、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転動体は、セラミックスにより形成された転動体を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
軸と、
前記軸を支持する転がり軸受とを備える、工作機械の主軸支持構造において、
前記転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された組成の異なる複数の転動体とを備え、前記組成の異なる転動体は、交互に配置されていることを特徴とする、工作機械の主軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受、特に、工作機械の主軸を支持する転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マシニングセンタや旋盤等の工作機械の主軸を支持する軸受は、例えば、特開２００２−１１５０３０号公報（特許文献１）に炭素鋼で形成された転動体を備える転がり軸受が記載されている。
【０００３】
また、より高速回転する軸を支持する軸受には、炭素鋼製転動体を備える軸受と比較して、ｄｍｎ値が高いセラミックスで形成された転動体を備える転がり軸受を用いることが多い。
【０００４】
なお、本明細書中「ｄｍｎ値」とは、軸受内径と外径との平均寸法［ｍｍ］に回転数［ｒｐｍ］を乗じた値で、軸受の許容回転数を指すものとする。
【０００５】
また、炭素鋼製転動体を備える転がり軸受と、セラミックス製転動体を備える転がり軸受とをグリース潤滑下で回転させると、炭素鋼製転動体を備える転がり軸受のｄｍｎ値は６５万であったのに対し、セラミックス製転動体を備える転がり軸受のｄｍｎ値は１４０万であった。
【特許文献１】特開２００２−１１５０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に示したような転がり軸受を工作機械等の主軸支持軸受として使用する場合において、ｄｍｎ値が６５万を超える環境で使用する場合、セラミックス製転動体を備える転がり軸受を選択せざるを得ない。これは、特にｄｍｎ値が６５万を僅かに上回る程度である場合には、過剰仕様となる。
【０００７】
また、セラミックス製転動体は、炭素鋼製転動体と比較して非常に高価であり、セラミックス製転動体を備える軸受を使用した装置は、大幅なコストアップを余儀なくされる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、軸受を使用する環境に合わせて、適正な軸受性能を選択できる転がり軸受を提供することである。
【０００９】
また、そのような転がり軸受を備えた工作機械の主軸支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された組成の異なる複数の転動体とを備える。また、組成の異なる複数の転動体は、交互に配置されている。
【００１１】
組成の異なる複数の転動体は、例えば、ｎ：１の割合で交互に配置されている。ここで、ｎは正の整数である。
【００１２】
上記の通り、組成の異なる材料により形成された転動体を任意の割合で配合することにより、軸受を使用する環境に合わせてｄｍｎ値を設定することが可能となる。その結果、使用環境に応じた適正な仕様の転がり軸受を提供することができる。
【００１３】
また、ヤング率の高いセラミックス製転動体を使用することにより、転がり軸受の剛性の向上が、また、空孔の多いセラミックス製転動体を使用することにより、潤滑性能の向上が期待できる。
【００１４】
さらには、組成の異なる転動体が互いに密度の異なる材料により形成されている場合でも、交互に配置することによって、重心のずれのないバランスのいい軸受を得ることができる。なお、本明細書中「交互に配置する」とは、軸受の重心が軸受回転軸線上に位置するように、組成の異なる転動体を一定の規則で配置することを指すものとする。
【００１５】
転動体は、例えば、炭素鋼により形成された転動体を含む。または、転動体は、例えば、セラミックスにより形成された転動体を含む。上記のように、例えば、炭素鋼製転動体とセラミックス製転動体とを配合した転がり軸受において、炭素鋼製転動体の配合割合を高くすると、ｄｍｎ値、軸受剛性、潤滑性能、および、軸受の価格は相対的に低くなる。一方、セラミックス製転動体の配合割合を高くした場合には、ｄｍｎ値、軸受剛性、潤滑性能、および、軸受の価格は相対的に高くなる。
【００１６】
この発明に係る工作機械の主軸支持構造は、軸と、軸を支持する転がり軸受とを備える。転がり軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された組成の異なる複数の転動体とを備え、組成の異なる複数の転動体は、交互に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
上記鋼製の転がり軸受をマシニングセンタや旋盤等の工作機械の主軸を支持する軸受として使用することにより、各装置の許容回転数に応じた適正な仕様の軸受を提供することが可能となるので、過剰仕様による工作機械のコストアップを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、組成の異なる材料により形成された転動体を任意の割合で交互に配置することにより、軸受性能を任意に設定可能な転がり軸受を得ることができる。
【００１９】
また、そのような転がり軸受を工作機械の主軸を支持する軸受とすることにより、過剰仕様によるコストアップを抑制した支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照して、この発明の一実施形態に係る転がり軸受を説明する。
【００２１】
転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に配置された転動体４と、転動体４の間隔を保持する保持器（図示せず）を備える。また、転がり軸受１の両端面には、潤滑剤としてのグリースを軸受内部に封入する密封シール（図示せず）が配置される。
【００２２】
転動体４は、その半数が炭素鋼により形成した炭素鋼製転動体４ａであり、残りの半数がセラミックスにより形成したセラミックス製転動体４ｂである。また、炭素鋼製転動体４ａとセラミックス製転動体４ｂとは、交互に配置する。
【００２３】
その結果、転動体全てを炭素鋼により形成した転がり軸受１と比較して、ｄｍｎ値の高い転がり軸受１を得ることができる。また、転動体全てをセラミックスにより形成した転がり軸受１と比較すると、安価な転がり軸受１を得ることができる。
【００２４】
さらには、ヤング率の高いセラミックス製転動体４ｂを使用することにより、転がり軸受１の剛性の向上が、また、空孔の多いセラミックス製転動体４ｂを使用することにより、潤滑性能の向上が期待できる。
【００２５】
また、炭素鋼製転動体４ａとセラミック製転動体４ｂとは、互いに密度が異なるが、この場合でも、交互に配置することによって、重心のずれのないバランスのいい転がり軸受１を得ることができる。
【００２６】
上記実施形態の転がり軸受１では、炭素鋼製転動体４ａとセラミック製転動体４ｂとをｎ：１の割合で配置してもよい。なお、ｎは正の整数を指すものとする。
【００２７】
例えば、炭素鋼製転動体４ａとセラミックス製転動体４ｂとを２：１または３：１の割合で配合する場合には、炭素鋼製転動体４ａを２個または３個連続して配置し、その隣にセラミックス製転動体４ｂを配置するとよい。なお、セラミックス製転動体４ｂの配合割合を増やす場合も同様にして配置する。
【００２８】
この場合、炭素鋼製転動体４ａの配合割合を高くすると、ｄｍｎ値、軸受剛性、潤滑性能、および、軸受の価格は相対的に低くなる。一方、セラミックス製転動体４ｂの配合割合を高くした場合には、ｄｍｎ値、軸受剛性、潤滑性能、および、軸受の価格は相対的に高くなる。これにより、転がり軸受１を使用する環境に合わせて、適正な仕様の軸受を得ることができる。
【００２９】
上記実施形態の転がり軸受１では、炭素鋼製転動体４ａとセラミックス製転動体４ｂとを１：１、またはｎ：１の割合で交互に配置した例を示したが、これに限ることなく、任意の割合で交互に配置してもよい。
【００３０】
上記実施形態では、転動体４の組成として炭素鋼およびセラミックスを使用した例を示したが、これに限ることなく、その他の材料を使用することも可能である。また、組成の異なる転動体４は２種類に限られず、３種類、４種類、またはそれ以上であってもよい。
【００３１】
さらには、例えば、転動体全てを炭素鋼により形成した場合でも、炭素、クロム、または、ケイ素等の添加物の含有量を異にする材料や熱処理条件を異にする材料を用いることによっても同様の効果を得ることができる。これは、セラミックス製転動体等、他の材料で転動体を形成する場合についても同様である。
【００３２】
この発明は、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受等、転動体が玉であるかころであるかを問わず、また、単列であるか複列であるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、潤滑剤としてグリース用いた転がり軸受の例を示したが、これに限ることなく、他の潤滑方法、例えば、エアオイル潤滑等であってもよい。
【００３４】
次に、転動体の種類を異ならせた各転がり軸受において、軸受の回転を徐々に高くした場合の外輪の温度変化を確認する実験を行った。
【００３５】
実験に使用した軸受は、炭素鋼製転動体のみを備える転がり軸受、図１に示したような炭素鋼製転動体およびセラミックス製転動体を１：１の割合で交互に配置した複合転がり軸受、および、セラミックス製転動体のみを備える転がり軸受の３種類である。
【００３６】
図２を参照すると、同一の回転条件下では、炭素鋼製転動体のみを備える転がり軸受が最も上昇温度が大きく、セラミックス製転動体のみを備える転がり軸受が最も温度上昇が小さかった。そして、この発明の一実施形態に係る複合転がり軸受はその中間の性能を示すことが確認された。
【００３７】
また、これにより、この発明の一実施形態に係る複合転がり軸受は、炭素鋼製転動体のみを備える転がり軸受と比較して、同一回転数の下では軸受の温度上昇が小さく、また、許容温度を一定とすると、より高速回転に耐え得ることが確認された。
【００３８】
次に、図３を参照して、この発明の一実施形態に係る工作機械の主軸支持構造を説明する。
【００３９】
工作機械等の主軸を回転させる電動機１１は、主軸１２をハウジング１３に固定された転がり軸受１４によって支持し、ロータ１５とステータ１６との間に発生する磁界により、主軸１２を回転させる。なお、軸受冷却ジャケット１７およびモータ冷却ジャケットは、それぞれ軸受およびモータ部分の冷却のために配置される。
【００４０】
上記構成の電動機１１において、主軸１２を支持する転がり軸受１４に図１に示すような転がり軸受を使用する。これにより、電動機１１の許容回転数に応じた適正な仕様の転がり軸受１４を提供することが可能となるので、過剰仕様による工作機械のコストアップを抑制することが可能である。
【００４１】
上記実施形態における工作機械の主軸支持構造は、マシニングセンタや旋盤等の工作機械の主軸支持構造に適用可能である。
【００４２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、工作機械の主軸を支持する転がり軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す概略断面図である。
【図２】この発明に係る転がり軸受の回転速度と外輪の上昇温度との関係を確認する実験結果を示すグラフである。
【図３】この発明に係る工作機械の主軸支持構造である。
【符号の説明】
【００４５】
１  転がり軸受、２  内輪、３  外輪、４  転動体、４ａ  炭素鋼製転動体、４ｂ  セラミックス製転動体、１１  電動機、１２  主軸、１３  ハウジング、１４  転がり軸受、１５  ロータ、１６  ステータ、１７  軸受冷却ジャケット、１８  モータ冷却ジャケット。
【図１】
2006234055.tif 000003
【図２】
2006234055.tif 000004
【図３】
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