(57)【要約】【課題】  潤滑剤を必要とする箇所へ確実に供給すると共に、運転中に軸受内に潤滑剤を滞留させることなく軸受外に排出して発熱を抑え、軸受の高速化を図ることができる円筒ころ軸受および円筒ころ軸受装置を提供する。【解決手段】  この円筒ころ軸受は、内輪５と、つば部４を有する外輪２と、内外輪５，２の軌道面５ａ，２ａ間に介在させた複数のころ６と、これらころ６を保持する保持器７とを備える。外輪２のつば部４に、外輪軌道面２ａの際と軸受外面とにわたって開通する孔４ａを設け、この孔４ａは、少なくとも外輪軌道面２ａの際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状である。【選択図】      図１
2011064209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、つば部を有する外輪と、内外輪の軌道面間に介在させた複数のころと、これらころを保持する保持器とを備えた円筒ころ軸受において、
前記外輪のつば部に、外輪軌道面の際と軸受外面とにわたって開通する孔を設け、この孔は、少なくとも外輪軌道面の際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状であることを特徴とする円筒ころ軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記つば部の孔の前記開口部分は、外輪の軸方向両側のつば部に、円周上に所定間隔おきに複数個それぞれ設けられ、両側のつば部における、孔の開口部分の複数個の円周方向合計長さを、外輪軌道面の円周長さ以上とした円筒ころ軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記つば部の孔は、前記外輪軌道面に繋がる底面を有し、この孔の底面位置をころの端部のチャンファが相対する範囲内とし、前記つば部の孔のうち内径側の面を、つば部のぬすみ部の範囲内に位置させた円筒ころ軸受。
【請求項４】
請求項１において、前記外輪軌道面を含む軌道部と前記つば部とを別体とし、前記孔は、外輪軌道面に開口する開口部分が、円周方向全周にわたって延びるすきまである円筒ころ軸受。
【請求項５】
請求項４において、前記外輪およびつば部のいずれか一方または両方に、前記すきまに連通して、軸受内の潤滑剤を軸受外に排出する径方向の排出孔を設けた円筒ころ軸受。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記内輪およびころのいずれか一方または両方が、セラミックスで構成されている円筒ころ軸受。
【請求項７】
請求項６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円筒ころ軸受。
【請求項８】
請求項６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円筒ころ軸受。
【請求項９】
請求項４ないし請求項８のいずれか１項において、前記つば部は、内外輪の少なくともいずれか一方の軌道輪と同一材質、およびこの軌道輪と同様の熱処理で製作したものである円筒ころ軸受。
【請求項１０】
請求項４ないし請求項８のいずれか１項において、前記つば部のころ接触面に、硬質クロムめっきを施した円筒ころ軸受。
【請求項１１】
請求項４ないし請求項８のいずれか１項において、前記つば部のころ接触面に、ＤＬＣの被膜処理を施した円筒ころ軸受。
【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、エアオイル潤滑、ジェット潤滑、またはミスト潤滑で使用する円筒ころ軸受。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、工作機械用主軸に使用する円筒ころ軸受。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項の円筒ころ軸受と、この円筒ころ軸受の外輪に隣接して設けたノズル部材とを備えた円筒ころ軸受装置であって、
前記ノズル部材に、内外輪間の軸受空間に挿入され潤滑剤を吐出可能なノズル孔を有する環状鍔部を設け、この環状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円筒ころ軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械主軸装置等の高速スピンドルの支持に用いられる円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸に使用される軸受には、高い回転精度と剛性が必要である。また最近では、加工効率の向上のため主軸の高速化が図られており、軸受への高速化要求が高まりつつある。このような要求等に対応できる軸受として、転動体に円筒ころを用いた円筒ころ軸受を、組込み後のすきまを「０」まで小さくして使用することが多い。また、潤滑方法においても省エネルギーの観点から、運転中の動力損失を小さく抑えることができるオイルミストまたはエアオイル等による微量油潤滑が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
円筒ころ軸受には、内輪側にころの案内つばを有するＮ形と、外輪側につばを有するＮＵ形とがある。この二種つば形式の軸受には各々一長一短がある。軸受の潤滑面でみたとき、Ｎ形の円筒ころ軸受は、外輪軌道部が開放されているため運転中の遠心力による油排出が容易であり、油滞留が生じにくく攪拌による発熱を小さく抑えられる利点がある。反面、潤滑を必要とするころを案内するつばが、回転側の内輪にあるため、回転による遠心力によってころ端面とつばとの間への潤滑油供給が難しい。したがって、高速運転すると、つば面の摩耗または過度の昇温等の不具合を生じ易くする。
一方、ＮＵ形の円筒ころ軸受では外輪側につばが形成される構造であり、供給された潤滑油は、遠心力によってつば部に容易に供給することができる利点がある。ただＮＵ形のものは外輪の両側につばがあるため、外輪軌道部からの油排出がされ難くこの油が滞留して発熱の原因となることがある。
【０００４】
外輪側につばが形成された軸受の潤滑方法として、円すいころ軸受に適用される技術が開示されている（特許文献１）。この技術は、外輪とは別体にしたつば輪をセラミックスで構成し、ころ端面間の滑り摩擦を軽減させると共に、つば輪と外輪軌道面間に軸方向のすきまを設けてこのすきまを軸受外に連通させることでつば部での油の滞留を抑制し、油による攪拌抵抗を小さくする旨開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５５４５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円筒ころ軸受を高速運転するためには、潤滑油を必要とする箇所へ確実に供給すると共に、運転中に軸受内に油を滞留させることなく軸受外に排出し発熱を抑えることが課題となる。
特許文献１は、円すいころ軸受に特化した技術であり、つば部に構成された排油部に注目すると、外輪を構成するつば輪を外輪本体とは別体として、前記つば輪と外輪本体との間に、外輪端側に連通する軸方向すきまを設けた排油構造となっている。この技術をＮＵ形円筒ころ軸受に適用する場合、ころ端面と接触するつば面の位置、すなわち両側つば間の寸法（ころの案内すきま）管理が難しい。このことから、開示された先行技術を円筒ころ軸受に適用することは実用上困難と考えられる。したがって、先行技術は、ころの案内つばとして片側のみ必要とする円すいころ軸受だけに適用できる技術であるといえる。
【０００７】
この発明の目的は、潤滑剤を必要とする箇所へ確実に供給すると共に、運転中に軸受内に潤滑剤を滞留させることなく軸受外に排出して発熱を抑え、軸受の高速化を図ることができる円筒ころ軸受および円筒ころ軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の円筒ころ軸受は、内輪と、つば部を有する外輪と、内外輪の軌道面間に介在させた複数のころと、これらころを保持する保持器とを備えた円筒ころ軸受において、前記外輪のつば部に、外輪軌道面の際と軸受外面とにわたって開通する孔を設け、この孔は、少なくとも外輪軌道面の際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、軸受内に供給された潤滑剤が、回転に伴う遠心力により内輪側から外輪側に移動し、つば部および軌道面の潤滑が行われる。外輪軌道面上の潤滑剤は、ころと保持器の回転に伴う空気流により前記孔より軸受外に排出され易くなる。このことから、軌道面上での潤滑剤の滞留を抑制でき、従来のＮＵ形構造に比べいわゆる油攪拌による発熱を低減できる。したがって、軸受の高速化を図ることが可能となる。本発明は、ＮＵ形とＮ形の長所を併せ持つ作用が期待できる円筒ころ軸受となる。特に、前記孔は、少なくとも外輪軌道面の際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状であるため、外輪軌道面上の潤滑剤が、ころと保持器の回転に伴う空気流により円周方向の溝状に沿って円滑に移動し易くなり、孔から軸方向外方にスムーズに排出され得る。孔の前記開口部分を円周方向に延びる溝状の形状とすることで、孔断面を小さくしても潤滑剤の滞留を抑制できるので、つば部の剛性を保持できる。
【００１０】
前記つば部の孔の前記開口部分は、外輪の軸方向両側のつば部に、円周上に所定間隔おきに複数個それぞれ設けられ、両側のつば部における、孔の開口部分の複数個の円周方向合計長さを、外輪軌道面の円周長さ以上としても良い。この場合、外輪軌道面上の潤滑剤が両側のつば部の孔からスムーズに排出され易くなる。したがって、軌道面上の潤滑剤の滞留をより確実に抑制できる。
【００１１】
前記つば部の孔は、前記外輪軌道面に繋がる底面を有し、この孔の底面位置をころの端部のチャンファが相対する範囲内とし、前記つば部の孔のうち内径側の面を、つば部のぬすみ部の範囲内に位置させたものであっても良い。この場合、つば部の孔の底面における角部が、ころの転動面に干渉しないようにでき、また、つば部の孔の内径側の面における角部がころの端面に干渉しないようにできる。したがって、ころやつば部の摩耗または過度の昇温等の不具合を未然に防止できる。
【００１２】
前記外輪軌道面を含む軌道部と前記つば部とを別体とし、前記孔は、外輪軌道面に開口する開口部分が、円周方向全周にわたって延びるすきまであっても良い。
この構成によると、軸受内に供給された潤滑剤が、回転に伴う遠心力により内輪側から外輪側に移動する。この潤滑剤の移動途中、つば部の潤滑を行うと共に、ころの転動面の潤滑を行う。その後、潤滑剤は、円周方向全周にわたって延びるすきま、換言すれば障害物の無い周方向のすきまから滞りなく排出される。この結果、軌道面上での潤滑剤の滞留がなくなり、滞留する潤滑剤に起因する軸受の昇温も解消できることになる。
【００１３】
前記外輪およびつば部のいずれか一方または両方に、前記すきまに連通して、軸受内の潤滑剤を軸受外に排出する径方向の排出孔を設けても良い。この径方向の排出孔により、潤滑剤を軸受箱等の孔を介して軸受外に排出し得る。
【００１４】
前記内輪およびころのいずれか一方または両方が、セラミックスで構成されていても良い。セラミックスと、例えば鋼との線膨張係数の差を考慮すると、セラミックスから成る内輪を用いた軸受は、鋼等から成る内輪を用いた軸受と比較して、運転時におけるころと内外輪間の径方向すきまの減少量が小さくなる。そのため、セラミックスから成る内輪を用いた軸受は、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。前記「予圧過大現象」とは、ころ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。
【００１５】
また、鋼の密度と、セラミックスの密度との差を考慮すると、遠心膨張による予圧過大に対しても、セラミックスから成る内輪を用いた軸受は、鋼から成る内輪を用いた軸受と比較して、特に高速回転時に有利である。さらに、鋼のヤング率と、セラミックスのヤング率とを考慮すると、セラミックスから成る内輪を用いた軸受は、鋼から成る内輪を用いた軸受と比較して、軸受剛性の面でも有利である。
ころもセラミックスで構成すれば、遠心力による転動体荷重の増加や、軸受剛性に対してさらに有利となる。このため、さらなる軸受の高速化が図れる。
【００１６】
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っても良い。
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
【００１７】
前記つば部は、内外輪の少なくともいずれか一方の軌道輪と同一材質、およびこの軌道輪と同様の熱処理で製作したものであっても良い。
使用するつば部の材質は、運転時につば部の先端面がころ端面と滑りながら接触するため、それに耐え得る材質とする必要がある。つば部を、軌道輪と同一材質、およびこの軌道輪と同様の熱処理で製作したものとすることで、ころ端面との滑り接触に耐え得る。
【００１８】
前記つば部のころ接触面に、硬質クロムめっきを施しても良い。この場合にもつば部がころ端面との滑り接触に耐え得る。
前記つば部のころ接触面に、ＤＬＣの被膜処理を施しても良い。この場合、耐摩耗性に対しより信頼性の向上に繋がる。前記「ＤＬＣ」とは、ダイヤモンドライクカーボンの略称である。
【００１９】
円筒ころ軸受は、エアオイル潤滑、ジェット潤滑、またはミスト潤滑で使用するものであっても良い。エアオイル潤滑、ミスト潤滑の場合、微量潤滑が行い易く、運転中の動力損失を小さく抑えることができる。ジェット潤滑の場合、潤滑剤で軸受の冷却機構を兼用させ得る。
【００２０】
円筒ころ軸受は、工作機械用主軸に使用す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である。
【００２１】
この発明の円筒ころ軸受装置は、この発明のいずれかの円筒ころ軸受と、この円筒ころ軸受の外輪に隣接して設けたノズル部材とを備えた円筒ころ軸受装置であって、前記ノズル部材に、内外輪間の軸受空間に挿入され潤滑剤を吐出可能なノズル孔を有する環状鍔部を設け、この環状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である。
【００２２】
この構成によると、保持器の案内方式がころ案内方式ではなく、環状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、ころ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（ノズル部材の環状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。このため、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、および保持器案内部での動力損失低減が可能となる。
【００２３】
また、外輪のつば部に、外輪軌道面と軸受外面とにわたって開通する孔を設け、この孔は、少なくとも外輪軌道面に開口する開口部分が円周方向に延びる形状であるため、軌道面上での潤滑剤の滞留を抑制でき、油攪拌による発熱を低減できる。したがって、軸受の高速化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の円筒ころ軸受は、内輪と、つば部を有する外輪と、内外輪の軌道面間に介在させた複数のころと、これらころを保持する保持器とを備えた円筒ころ軸受において、前記外輪のつば部に、外輪軌道面の際と軸受外面とにわたって開通する孔を設け、この孔は、少なくとも外輪軌道面の際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状であるため、潤滑剤を必要とする箇所へ確実に供給すると共に、運転中に軸受内に潤滑剤を滞留させることなく軸受外に排出して発熱を抑え、軸受の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受およびノズル部材を備えた円筒ころ軸受装置の断面図である。
【図２】同円筒ころ軸受における外輪のつば部の孔配設位置を表す外輪の側面図（図１の外輪のII−II線端面図である。
【図３】同円筒ころ軸受の拡大断面図である。
【図４】同円筒ころ軸受の要部の拡大断面図である。
【図５】同ノズル部材等の拡大断面図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受およびノズル部材を備えた円筒ころ軸受装置の断面図である。
【図７】同円筒ころ軸受装置の排油部の拡大断面図である。
【図８】この発明の円筒ころ軸受装置を備えたスピンドル装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１は、この実施形態に係る円筒ころ軸受装置の断面図を示す。この円筒ころ軸受装置は、工作機械の主軸に使用され、円筒ころ軸受１と、この円筒ころ軸受１の外輪２に隣接して設けたノズル部材３と、内輪位置決め間座１７とを備えている。円筒ころ軸受１は、いわゆるＮＵ形の円筒ころ軸受であって外輪側につば部４が形成される構造である。この円筒ころ軸受１は、内輪５と、外輪２と、これら内外輪５，２の軌道面５ａ，２ａ間に介在させた複数のころ６と、これら複数のころ６を円周方向に所定間隔を隔てて保持する環状の保持器７とを有する。
【００２７】
内輪５は、図示外の主軸の外径面に嵌合される。内輪軌道面５ａは開放され、この内輪軌道面５ａに繋がる軸方向両側の外径面には、内輪軌道面５ａ側を大径とし且つ端面側を小径とするテーパ面５ｂ，５ｂがそれぞれ形成されている。
外輪２は、軸受箱８内に固定される。外輪軌道面２ａの軸方向両側の内径面に、径方向内方に突出するつば部４，４が設けられている。各つば部４に、エアオイルの排気孔となる円弧形状の孔４ａを設けている。前記エアオイルは、搬送エアに潤滑油を混入したものである。前記孔４ａは、外輪軌道面２ａの際と軸受外面とにわたって開通し、図２に示すように、外輪軌道面２ａの際に開口する開口部分が図２矢符Ｌにて表記するように外輪軌道面２ａに沿って円周方向に延びる形状（この例では円弧形状）である。
【００２８】
各つば部４における複数の孔４ａの開口部分は、円周上等配となる位置に設けられる。各孔４ａの開口部分の周方向長さＬ（図２）は、つば部４の強度が確保される範囲で長く確保するのが望ましい。両側のつば部４における孔４ａの開口部分は、両側のつば部４に円周方向に交互に設けられる。この場合、両側のつば部４の各孔４ａの開口部分の周方向長さＬは、均一長さとなる。図１右側のつば部４に孔４ａが設けられた位相位置では、左側のつば部４に孔４ａは設けられていない。図１右側のつば部４における各孔４ａは、図２で実線で表され、図１左側のつば部４における各孔４ａは、図２で点線で表される。このように両側のつば部４に円周方向に交互に孔４ａの開口部分が設けられる。両側のつば部４，４における、孔４ａ，４ａの開口部分の複数個の円周方向合計長さを、外輪軌道面２ａの円周長さ以上としている。
【００２９】
また、図３および図４に示すように、外輪内径面のうち両つば部４，４の軸方向両側に、段部９，９が設けられている。段部９は、孔４ａの深さＬ１を浅くしてこの孔４ａの加工を容易にするために設けられている。外輪２において、段部９の内径位置Ｐ１は、孔４ａの外径側の面４ａａよりも外径側となる位置に設けられる。また、つば部４の強度が確保できる範囲で段部９の径方向位置Ｐ１が決定される。
【００３０】
図４に示すように、つば部４の孔４ａは、外輪軌道面２ａに繋がる底面４ａｂを有する。ころ端面６ａをつば部４に当接させた状態において、この孔４ａの底面位置Ｐ２を、ころ６の端部のチャンファ６ｂが相対する範囲内としている。換言すれば、孔４ａの底面位置Ｐ２がころ転動面６ｃにかからない範囲に規定される。また、つば部４の孔４ａのうち内径側の面４ａｃを、つば部４のぬすみ部４ｎの範囲内に位置させている。前記ぬすみ部４ｎは、外輪軌道面２ａとつば面４ｄの研磨ぬすみである。
【００３１】
ノズル部材等について説明する。
図１、図５に示すように、外輪２の両側には、外輪２に隣接して外輪位置決め間座１０,１０がそれぞれ配置され、各外輪位置決め間座１０の内径面に、環状のノズル部材３が一体に設けられる。外輪位置決め間座１０は、軸受箱８内に固定される。ノズル部材３には、内外輪５，２間の軸受空間に挿入され潤滑剤を吐出可能なノズル孔１１ａを有する環状鍔部１１を設けている。前記ノズル孔１１ａは環状鍔部１１における円周方向複数箇所に設けられる。ただし、環状鍔部１１の１箇所だけにノズル孔１１ａを設けても良い。前記ノズル孔１１ａから、内輪５のテーパ面５ｂに向けて潤滑剤であるエアオイルを吐出させる。
環状鍔部１１の内径面は、内輪５のテーパ面５ｂに沿う斜面に形成され、同テーパ面５ｂとの間は円周の隙間としている。この内輪５のテーパ面５ｂに吐出されて付着した油は、その表面張力と遠心力によって、テーパ面５ｂに沿って軸受内へとエアオイルが円滑に導かれる。ノズル部材３の環状鍔部１１の外径面は、保持器案内面とされ、この保持器案内面で保持器７の内径面を案内させる。
【００３２】
外輪位置決め間座１０に、エアオイルの供給孔１０ａが形成され、この供給孔１０ａはノズル孔１１ａに連通する。また、外輪位置決め間座１０の供給孔１０ａは、軸受箱８のエアオイル供給孔８ａに連通する。円筒ころ軸受装置の外部には、エアオイル供給装置１２が設けられる。このエアオイル供給装置１２より量制御された油を、搬送エアにより、軸受箱８のエアオイル供給孔８ａおよび外輪位置決め間座１０の供給孔１０ａを介して、ノズル孔１１ａより内輪５のテーパ面５ｂに噴射するように構成されている。
【００３３】
具体的なエアオイル流れについて説明する。
図１、図３に示すように、ノズル孔１１ａより内輪５のテーパ面５ｂに吐出されたエアオイルは、同テーパ面５ｂに付着しながら内輪５の回転による遠心力と、油の表面張力とにより内輪５のテーパ面５ｂに沿って軸受１内へと導かれる。移動した油は内輪軌道面５ａのエッジ部より径方向に飛散し、その油で保持器７のポケット７ａところ６との間、およびころ転動面６ｃと内外輪軌道面５ａ，２ａとの間の潤滑がなされる。
保持器７はノズル部材３の先端外径面で案内される。保持器７とノズル部材３との案内部の潤滑は、内輪軌道面５ａのエッジ部からの飛散油、ノズル部材３の内径面からの流出油等によって行われる。
【００３４】
軸受１内へ導かれたエアオイルは、前記回転に伴う遠心力のため図３矢印Ｄ１方向に示す外輪軌道面２ａ側に移動する。前記遠心力によりエアオイルが外輪軌道面２ａ側に流れるため、外輪軌道面部では、つば部４の外側Ａ１に比べ圧力が高くなる。この軸受内外の圧力差により、エアオイルは孔４ａからつば部４の外側にスムーズに排気される。つば部４の外側Ａ１に排気されたエアオイルは、外輪位置決め間座１０に設けた排気孔１０ｂ、排気溝１０ｃ、および軸受箱８の排気孔８ｂ，８ｃを介して外気に放出される。
【００３５】
以上説明した円筒ころ軸受１によると、軸受内に供給されたエアオイルが、回転に伴う遠心力により内輪５側から外輪２側に移動し、つば部４および軌道面５ａ，２ａの潤滑が行われる。外輪軌道面２ａ上のエアオイルは、ころ６と保持器７の回転に伴う空気流により孔４ａより軸受外に排出され易くなる。また、軸受内外の圧力差により、エアオイルは孔４ａからつば部４の外側にスムーズに排気される。このことから、軌道面２ａ上のエアオイルの滞留を抑制でき、従来のＮＵ形構造に比べいわゆる油攪拌による発熱を低減できる。したがって、軸受の高速化を図ることが可能となる。よって、ＮＵ形とＮ形の長所を併せ持つ作用が期待できる円筒ころ軸受を実現できる。
【００３６】
特に、前記孔４ａは、外輪軌道面２ａの際に開口する開口部分が円周方向に延びる溝状の形状であるため、外輪軌道面２ａ上のエアオイルが、ころ６と保持器７の回転に伴う空気流により円周方向の溝状に沿って円滑に移動し易くなり、孔４ａから軸方向外方にスムーズに排出され得る。孔４ａの前記開口部分を円周方向に延びる溝状の形状とすることで、孔断面を小さくしてもエアオイルの滞留を抑制できるので、つば部４の剛性を過度に低下させることがない。つば部４の孔４ａの開口部分は、外輪２の軸方向両側のつば部４に、円周上に所定間隔おきに複数個それぞれ設けられ、両側のつば部４，４における、孔４ａの開口部分の複数個の円周方向合計長さを、外輪軌道面２ａの円周長さ以上としたため、外輪軌道面２ａ上のエアオイルが両側のつば部４，４の孔４ａ，４ａからスムーズに排出され易くなる。したがって、軌道面２ａ上のエアオイルの滞留をより確実に抑制できる。
【００３７】
つば部４の孔４ａは、外輪軌道面２ａに繋がる底面４ａｂを有し、この孔４ａの底面位置Ｐ２をころ６の端部のチャンファ６ｂが相対する範囲内としたため、つば部４の孔４ａの底面４ａｂにおける角部が、ころ６の転動面６ｃに干渉しないようにできる。また、つば部４の孔４ａのうち内径側の面４ａｃを、つば部４のぬすみ部４ｎの範囲内に位置させたため、つば部４の孔４ａの内径側の面４ａｃにおける角部がころ６の端面６ａに干渉しないようにできる。したがって、ころ６やつば部４の摩耗または過度の昇温等の不具合を防止できる。
【００３８】
ノズル部材３の環状鍔部１１の外径面は保持器案内面とされ、この保持器案内面で保持器７の内径面を案内する。このため、保持器を転動体案内とする方式の場合のように、保持器の振れ回りが大きくなったり、ころ６との干渉で保持器７のポケット７ａが損傷するといった問題を回避することができる。
【００３９】
以下、この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００４０】
図６および図７に示す他の実施形態は、図１の実施形態において、外輪軌道面２ａを含む軌道部２Ａとつば部４Ａとを別体としている。エアオイルを排気する孔４ａは、外輪軌道面２ａに開口する開口部分が、円周方向全周にわたって延びるすきまである。前記つば部４Ａは、軸受空間の軸方向内方に突出し、且つ先端面でころ６を案内するつば部分４Ａａを有する。このようにつば部４Ａは、運転時につば部分４Ａａの先端面１３がころ端面６ａと滑りながら接触するため、それに耐え得る材質としている。例えば、つば部４Ａ全体が、内外輪５，２と同じ材質でこれら内外輪５，２と同じ熱処理を施したものが適用される。
【００４１】
つば部４Ａのうち外輪端面に臨むつば部内端面には、エアオイルを軸受箱８の排気孔８ｂ，８ｃを介して外部に排出する溝４Ａｂを設けている。この溝４Ａｂは、つば部内端面における円周上の一部に径方向に開口するように設けている。但し、つば部内端面に溝４Ａｂを設ける代わりに、エアオイルを排出するための溝を、外輪端面に直接加工しても良い。
つば部４Ａのうち外輪位置決め間座１０の押圧面に臨むつば部外端面にも、エアオイルを軸受箱８の排油孔８ｂ，８ｃを介して外部に排出する溝４Ａｃを設けている。この溝４Ａｃは、つば部外端面における円周上の一部に径方向に開口するように設けている。
前記外輪位置決め間座１０には、ノズル孔１１ａが設けられる箇所とは異なる位相位置において、エアオイルを排出する排出孔１０ｂを設けている。この排出孔１０ｂは、軸受空間に連通し軸方向に開口するように形成されている。
【００４２】
図６および図７の構成における具体的なエアオイル流れについて説明する。
ノズル孔１１ａより内輪５のテーパ面５ｂに吐出されたエアオイルは、内輪５の回転による遠心力と、油の表面張力とにより内輪５のテーパ面５ｂに沿って軸受内へと導かれる。軸受内へ導かれたエアオイルは、前記回転に伴う遠心力により外輪方向に流れ、途中つば部４Ａのつば部分４Ａａの潤滑を行うと共に、ころ６の転動面６ｃの潤滑を行う。
潤滑に寄与した油は、外輪２とつば部４Ａとの周方向のすきま４ａから外輪２の両端面側へと回転に伴う空気流と共に移動する。エアオイルは、前記すきま４ａから順次、溝４Ａｂ、軸受箱８の排気孔８ｂ，８ｃを介して外部に排出する。また、運転中のエアオイルは、外輪位置決め間座１０の排出孔１０ｂ、およびつば部４Ａの溝４Ａｃからも外部へ排出される。
【００４３】
この構成によると、軌道部２Ａとつば部４Ａとを別体にしてこの軌道部内周面とつば部４Ａとの間に、油および空気の軸方向流れに対して障害物の無い周方向のすきま４ａを形成したため、つば部４Ａ等に滞留油の発生がなくなり、滞留油の発生に起因する軸受の過度の昇温も解消できることになる。
ノズル部材３の環状鍔部１１の外径面は保持器案内面とされ、この保持器案内面で保持器７の内径面を案内するため、保持器７の振れ回りが大きくなる問題を回避し、ころ６との干渉で保持器７のポケット７ａが損傷するといった問題を回避できる。
つば部４Ａ全体を内外輪５，２と同じ熱処理を施す形態に代えて、つば部４Ａのうち、ころ６が接触する先端面の表面のみ熱処理を施して硬度を高くしても良い。また、前記形態に代えて、つば部４Ａのうち、ころ６が接触する先端面１３の表面に硬質クロムめっきを施しても良い。つば部４Ａを内外輪５，２と同じ材質としさらに先端面１３の表面に、ダイヤモンドライクカーボン膜、略称ＤＬＣ膜等の表面処理を施すことで、耐摩耗性に対しより信頼性の向上に繋がる。
【００４４】
内輪５およびころ６のいずれか一方または両方が、セラミックスで構成されていても良い。
ここで、内輪５と外輪２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５を窒化けい素、外輪２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。このため、運転時には内輪５の方が外輪２よりも温度が高いと想定すると、鋼の線膨張係数に外輪軌道面の寸法を乗じ、さらに外輪温度上昇分を乗じた値と、鋼またはセラミックスの線膨張係数に内輪軌道面の寸法を乗じ、さらに内輪温度上昇分を乗じた値との差が、運転時におけるころ６と内外輪５，２間の径方向すきまに影響する。
上記により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、運転時におけるころ６と内外輪５，２間の径方向すきまの減少が小さくなる。工作機械においては、運転時におけるころ６と内外輪５，２間の径方向すきまは通常負すきまとなるが、この工作機械では、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、前記径方向すきまの負の値としての絶対値が小さくなる。工作機械において運転時における前記径方向すきまが正すきまとなる場合、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、この正すきまの正の値が大きくなる。
このように、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。
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。ころ６もセラミックスで構成すれば、遠心力による転動体荷重の増加や、軸受剛性に対してさらに有利となる。このため、さらなる軸受の高速化が図れる。
【００４５】
セラミックスが後述する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、前述の説明と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。
【００４６】
βサイアロンを主成分とする焼結体について説明する。βサイアロンはＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たす。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、また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。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。
【００４７】
各実施形態では、ノズル孔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たが、潤滑方式としてはこれに限定されるものではない。例えば、冷却と潤滑とを兼ねた潤滑油をノズル孔から噴射させるジェット潤滑方式を採用しても良い。このジェット潤滑の場合、潤滑剤で軸受の冷却機構を兼用させ得る。その他、空気で、潤滑油を霧状にして軸受に吹きつけるミスト潤滑方式を採用しても良い。このミスト潤滑方式の場合、微量潤滑が行い易く、運転中の動力損失を小さく抑えることができる。
【００４８】
図８は、図１または図６の実施形態の円筒ころ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は工作機械に応用されるものであり、主軸の前側（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により支持され、軸方向後側が本実施形態に係る円筒ころ軸受装置（図１または図６）により支持されている。
各転がり軸受の内輪５は主軸１４の外径面に嵌合し、外輪２は軸受箱８の内径面に嵌合している。主軸前側の転がり軸受については、その内輪５が主軸１４の段面１４ａにより、外輪２が外輪位置決め間座１５を介して押さえ蓋１６により、軸受箱８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５が内輪位置決め間座１７により、外輪２が外輪位置決め間座１０を介して押さえ蓋１８により、軸受箱８内に固定されている。軸受箱８は、内周軸受箱８Ａと外周軸受箱８Ｂの二重構造とされ、内外の軸受箱８Ａ，８Ｂ間に冷却溝１９が形成されている。両転がり軸受の外輪２の他方の端面側にはそれぞれ外輪位置決め間座１０が配置され、これら外輪位置決め間座１０，１０間に内周軸受箱８Ａが介在している。主軸１４の後端部には、内輪位置決め間座１７に押し当てて円筒ころ軸受１を固定する軸受固定ナット１９が螺着されている。
【００４９】
前記押さえ蓋１６，１８には、前後の転がり軸受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１２，１２からエアオイルを導入するエアオイル導入孔２０がそれぞれ設けられ、これらエアオイル導入孔２０は内周軸受箱８Ａに設けられたエアオイル供給路２１に連通している。また、押さえ蓋１６，１８には排油孔２２が設けられ、これら排油孔２２は内周軸受箱８Ａに設けられた排気孔８ｃに連通している。
【００５０】
このように構成されたスピンドル装置ＳＭでは、上記した円筒ころ軸受装置を組み込んでいるので、運転中に軸受内に潤滑剤を滞留させることなく軸受外に排出して発熱を抑え、主軸１４の高速化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１…円筒ころ軸受
２…外輪
３…ノズル部材
４，４Ａ…つば部
４ａ…孔（すきま）
５…内輪
６…ころ
７…保持器
１１…環状鍔部
１１ａ…ノズル孔
【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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