(57)【要約】【課題】高速回転時においても保持器案内面と保持器の内周との隙間を所期の間隔に保つことができ、これにより、高速回転時における転がり軸受の焼付きを防止できる転がり軸受装置を提供すること。【解決手段】  内輪５、外輪６、これら内外輪５，６間に配置された複数の転動体７、およびこれら複数の転動体を保持する保持器８を有する転がり軸受３と、外輪６の軸方向一方側に隣接配置されて当該外輪６に固定的に設けられた環状の外輪間座４であって、保持器８の内周と当接して当該保持器８の内径を案内可能な保持器案内面２３を有する外輪間座４とを含み、外輪間座４の材質の線膨張係数は、保持器８の材質よりも大きい、転がり軸受装置１を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、これら内外輪間に配置された複数の転動体、およびこれら複数の転動体を保持する保持器を有する転がり軸受と、
前記外輪の軸方向一方側に隣接配置されて当該外輪に固定的に設けられた環状の保持器案内部材であって、前記保持器の内周と当接して当該保持器の内径を案内可能な保持器案内面を有する保持器案内部材とを含み、
前記保持器案内部材の材質の線膨張係数は、前記保持器の材質よりも大きい、転がり軸受装置。
【請求項２】
前記保持器案内部材の材質はアルミニウムを含み、
前記保持器の材質はＰＥＥＫを含む、請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記保持器案内部材の材質は亜鉛を含み、
前記保持器の材質はＰＥＥＫを含む、請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記保持器案内部材の材質の、前記保持器の材質に対する線膨張係数比は、１.０を超え２.０以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪、外輪、転動体および保持器を有する転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば玉軸受の保持器は、軌道輪や玉で案内されながら回転する。内輪で保持器を案内する内輪案内方式の玉軸受として、下記の特許文献１が知られている。
特許文献１は、内輪、外輪、およびこの内輪と外輪と間に介在した玉と、これら複数の玉を周方向に沿って所定間隔毎に保持する保持器とを備え、回転状態にある内輪の外周と、保持器の内周とを転がり接触させた玉軸受を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０９４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示す内輪案内方式では、高速回転状態にある内輪が、保持器の内周に直接当接するために、内輪および保持器が発熱する。その結果、外輪に対して内輪が高速回転すると、内輪の案内面と保持器との間で焼付きが発生するおそれもある。
本願発明者は、外輪の軸方向一方側に、外輪に固定的に設けられた環状の保持器案内部材を隣接配置し、保持器案内部材の外周面である保持器案内面と保持器の内周とを転がり接触させることにより、保持器の内径を案内する方式（以下、この方式を「保持器内径案内方式」と言う。）を検討している。保持器内径案内方式では、保持器案内面が、保持器の内周に微小の隙間を介して配置される。保持器案内部材の材質はたとえば鉄であり、保持器の材質はたとえばフェノールである。保持器内径案内方式では、外輪に固定的に設けられた保持器案内面によって保持器が案内されるので、内輪案内方式を採用する場合と比較して保持器等の発熱量を抑制できる。
【０００５】
保持器内径案内方式を採用する場合、外輪に対する内輪の回転速度が高速になると、保持器および保持器案内部材が発熱し、保持器案内部材および保持器がそれぞれ昇温し、保持器案内部材および保持器に熱膨張が生じる結果、保持器案内面と保持器の内周との間の隙間が拡大するおそれがある。当該隙間が大きいと、回転状態にある保持器に対し転がり軸受が転がり軸受装置の半径方向に大きく振れるおそれがある。したがって、当該隙間の拡大につれて、隙間の拡大した分だけ保持器の回転半径が拡大する結果保持器の遠心力が増大し、これにより、保持器と保持器案内面との間に生じる押し付け力も増大する。そして、当該押し付け力が増大する結果、保持器と保持器案内面との間に焼付きが生じるおそれがある。したがって、保持器内径案内方式において、転がり軸受が高速化しても、保持器案内面と保持器の内周との間の隙間が所期の間隔から拡大しない構造が求められている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、高速回転時においても保持器案内面と保持器の内周との隙間を所期の間隔に保つことができ、これにより、高速回転時における転がり軸受の焼付きを防止できる転がり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】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、内輪（５）、外輪（６）、これら内外輪間に配置された複数の転動体（７）、およびこれら複数の転動体を保持する保持器（８）を有する転がり軸受（３）と、前記外輪の軸方向一方側に隣接配置されて当該外輪に固定的に設けられた環状の保持器案内部材（４）であって、前記保持器の内周と当接して当該保持器の内径を案内可能な保持器案内面を有する保持器案内部材とを含み、前記保持器案内部材の材質の線膨張係数は、前記保持器の材質よりも大きい、転がり軸受装置（１）を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記保持器案内部材の材質はアルミニウムを含み、前記保持器の材質はＰＥＥＫを含む、請求項１に記載の転がり軸受装置である。
請求項３に記載の発明は、前記保持器案内部材の材質は亜鉛を含み、前記保持器の材質はＰＥＥＫを含む、請求項１に記載の転がり軸受装置である。
請求項４に記載の発明は、前記保持器案内部材の材質の、前記保持器の材質に対する線膨張係数比は、１.０を超え２.０以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置である。
【０００９】
なお、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、保持器案内部材の保持器案内面と保持器の内周とを転がり接触させる保持器内径案内方式が採用されている。外輪に対する内輪の回転が高速になると、保持器および保持器案内部材が発熱し、保持器案内部材および保持器がそれぞれ昇温する。このときの保持器の昇温（外輪に対し内輪が静止している状態における保持器温度からの昇温）は、保持器案内部材の昇温（外輪に対し内輪が静止している状態における保持器案内部材温度からの昇温）の約２倍であることを、本願発明者は知見した。一方、保持器案内部材の材質の線膨張係数は、保持器の材質の線膨張係数よりも大きくされている。つまり、回転の高速化に伴う保持器案内部材の昇温は保持器の約半分であるが、保持器案内部材の材質の線膨張係数が保持器の材質の線膨張係数よりも大きいので、回転の高速化に伴う昇温の結果、保持器案内部材および保持器が熱膨張しても、熱膨張後の保持器案内面と保持器の内周との間の隙間は所期の間隔からほぼ変化しない。これにより、外輪に対して内輪が高速回転する場合であっても、保持器案内面と保持器の内周との隙間を所期の間隔に保つことができ、これにより、高速回転時における転がり軸受の焼付きを防止できる転がり軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。
【図２】保持器の素材と保持器案内部材の素材との組み合わせを示す図である。
【図３】転がり軸受の回転速度と、外輪および保持器の昇温との関係を示すグラフである
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置１の断面図である。図２は、保持器８の素材と外輪間座４の素材との組み合わせを示す図である。
転がり軸受装置１は、たとえば工作機械の主軸（転がり軸受が支持する軸）２を支持する装置である。
【００１３】
図１を参照して、転がり軸受装置１は、アンギュラ玉軸受からなる転がり軸受３と、転がり軸受３に隣接して設けられた本発明の保持器案内部材としての外輪間座４とを含む。
図１に示すように、転がり軸受３は、主軸２に外嵌固定された内輪５と、工作機械のハウジング（図示しない）に内嵌固定された外輪６と、内輪５と外輪６との間に介在する転動体７と、複数の転動体７を周方向Ｙに一定間隔おきに保持する円筒状の保持器８と、内輪５と外輪６と間の環状空間の軸方向（主軸２の軸方向）Ｘの一方端（図１の右端であって、外輪間座４とは反対側の端部）を密封するシール９とを含む。
【００１４】
図１では、転がり軸受３としてアンギュラ型の玉軸受を採用しているが、これに代えて深溝玉軸受を採用してもよく、その他、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等を用いてもよい。
内輪５は、主軸２と一体回転可能である。内輪５の外周の軸方向Ｘの中央部には、転動体７を転走させるための内輪軌道面１０が形成されている。また、内輪５の、軸方向Ｘに関して外輪間座４から遠い側（図１の右側）の端部には、第１シール溝１１が形成されている。第１シール溝１１には、シール９の内周部（シールリップ）が嵌っている。内輪５の外周において、内輪軌道面１０の、軸方向Ｘに関して外輪間座４に近い側（図１の左側）には、内輪軌道肩部１２が設けられている。内輪５において内輪軌道肩部１２よりも、軸方向Ｘに関して外輪間座４に近づく側（図１の左側）には、内輪軌道肩部１２よりも小径の外周面１３Ａを有する小径部１３が設けられている。外周面１３Ａは、後述する内輪間座２２の外周面２２Ａと同じ径を有している。
【００１５】
保持器８は、円環状をなし、内輪５と同軸状に配置されている。保持器８は、複数のポケット２４が周方向Ｙに等間隔で並んで形成されている。各ポケット２４は、半径方向に関し保持器８の本体を貫通している。保持器８の各ポケット２４には、転動体７が１つずつ配置されている。保持器８の材質はＰＥＥＫである。ＰＥＥＫの線膨張係数は、図２に実施例１として示すように１５である。転がり軸受装置１では、保持器８の案内方式として、外輪間座４の保持器案内面２３と保持器８の内周面１４とを転がり接触させる保持器内径案内方式が採用されている。
【００１６】
外周面１３Ａと、保持器８の、軸方向Ｘに関して外輪間座４に近づく側の端部（図１の左端部）８Ａの内周面１４とによって、後述する保持器案内部２１を収容する円筒状の収容空間１５が区画されている。
外輪６の内周の軸方向Ｘの中央部には、転動体７を転走させるための外輪軌道面１６が形成されている。外輪６の内周の軸方向Ｘの両端部には、第２シール溝１７が形成されている。軸方向Ｘに関して外輪間座４から遠い側（図１の右側）の第２シール溝１７には、シール９の外周部（シールリップ）が嵌っている。
【００１７】
軸方向Ｘに関して外輪間座４に近い側（図１の左側）の第２シール溝１７は、潤滑用のグリース（図示しない）を溜めるための環状溝１８として機能する。環状溝１８は、外輪６の外輪間座４に近い側の端部に形成された環状段部１９によって形成されている。環状段部１９は、外輪軌道面１６につながっている。環状溝１８には、グリース（図示しない）が充填されている。
【００１８】
外輪間座４は、工作機械のハウジング（図示しない）に内嵌固定されている。外輪間座４は、円筒状のボディ２０および当該ボディ２０の径方向の内周縁から、軸方向Ｘの一方側（図１の右側）に延びる円筒状の保持器案内部２１を一体的に有する筒状に一体に形成されており、外輪間座４の材質はアルミニウムである。アルミニウムの線膨張係数は、図２に実施例１として示すように３０である。また、外輪間座４は、図１に示すように、軸方向の転がり軸受３側の端面（図１の右端面）が外輪６の端面に接した状態で位置決めされている。この位置決めは、たとえば、ハウジング（図示しない）に固定された位置決め部材（図示しない）によってなされている。
【００１９】
図１に示すように、転がり軸受装置１は、主軸２に外嵌固定された内輪間座２２を含む。内輪間座２２は、主軸２の外周面に接する円筒状に形成されている。内輪間座２２は、外輪間座４と同軸状をなしている。内輪間座２２は、外輪間座４によって、非接触状態でその外周が取り囲まれている。主軸２に外嵌された内輪間座２２は、図１に示すように、軸方向Ｘの一方側端面（図１の右端面）が内輪５の端面に接した状態で位置決めされている。この位置決めは、内輪５および内輪間座２２が連なった円筒体を、軸方向Ｘの両側から挟み込む間座Ｋ１，Ｋ２によってなされている。間座Ｋ１，Ｋ２は、それぞれ、主軸２に固定されている。
【００２０】
保持器案内部２１の外周面には、内輪間座２２と同軸状をなす円筒面からなる保持器案内面２３が形成されている。保持器案内部２１の先端部２１Ａ（図１の右端部）は、転がり軸受３に形成された収容空間１５、すなわち、内輪５の小径部１３と保持器８との間に入り込んでいる。この状態で、保持器案内部２１の先端部２１Ａは、保持器８の端部８Ａと軸方向Ｘにおいて重なっている。この状態で、保持器案内部２１の先端部２１Ａの保持器案内面２３は、保持器８の端部８Ａの内周面１４と微小な隙間Ｓを空けて対向している。つまり、内輪５が回転状態になるときには、保持器案内部２１の先端部２１Ａの保持器案内面２３が、保持器８の端部８Ａ側の内周面１４に対し、転がり軸受装置１の半径方向における内側から接している。
【００２１】
工作機械の駆動による回転軸２の軸回りの高速回転に伴い、内輪５および内輪間座２２が回転軸２に同伴して回転する。一方、外輪６および外輪間座４はハウジングに固定されており、回転しない。
内輪５の回転に伴い、各転動体７は、自転しながら周方向Ｙに沿って移動する（すなわち、転動する）。また、複数の転動体７の転動に応じて、保持器８全体が、周方向Ｙに沿って移動する（主軸２回りに回転する）。このとき、静止状態にある外輪間座４の保持器案内面２３が、保持器８の内周面１４と接触し、当該内周面１４を案内する。保持器案内面２３による案内により、保持器８は、内外輪５，６に対する姿勢を維持しながら安定的に周方向Ｙに移動できる。
【００２２】
保持器内径案内方式を採用する転がり軸受装置１では、静止状態にある保持器案内面２３によって保持器８が案内されるので、内輪案内方式を採用する場合と比較して保持器等の発熱量を抑制できる。加えて、保持器８の外周面よりも低速の保持器８の内周面１４を案内（転がり接触）するため、保持器案内面２３のすべり速度の低減が図られており、ゆえに焼付け性（高速性）に優れている。
【００２３】
図３は、転がり軸受の回転速度と、外輪および保持器の昇温との関係を示すグラフである。図３において、外輪および保持器の「昇温」とは、転がり軸受の非回転状態における外輪の温度および保持器温度からの昇温を言う。図３は、横型の超高速スピンドル試験機を用いて、内径７０ｍｍ外径１１０ｍｍのアンギュラ型玉軸受（ＴＴ５２６１）を試験対象として常温（たとえば２０〜２５℃）下で実施された試験の結果を示したものである。当該アンギュラ型玉軸受は、潤滑方式としてオイルエア潤滑を採用するものである。なお、図３では、外輪６の温度を、赤外線サームフラフィーおよび熱電対の双方を用いて計測している。
【００２４】
図３から、２００００（ｒｐｍ）以上の高速域では、保持器の昇温が外輪の昇温の約２倍であることをが読み取ることができる。
図３に示す計測結果を、本発明に係る転がり軸受装置１に当てはめて検討する。図３では、オイルエア潤滑を採用するアンギュラ型玉軸受を計測対象としたが、グリース潤滑を採用する転がり軸受装置１の場合も同様の計測結果が得られると考えられる。また、転がり軸受装置１の回転状態においては、外輪間座４は、外輪６と同様に静止状態にあるから、転がり軸受３の高速域における外輪間座４の昇温（内輪５の静止状態における外輪間座４温度からの昇温）は、外輪６の昇温（内輪５の静止状態における外輪６温度からの昇温）と同程度であると考えられる。
【００２５】
したがって、本願発明者は、転がり軸受３の高速域における外輪間座４の昇温は、保持器８の昇温（内輪５の静止状態における保持器８温度からの昇温）の約２倍であることを知得した。換言すると、外輪間座４の回転の高速化に伴う昇温は保持器８の約半分ということになる。
前述のように、外輪間座４の材質であるアルミニウムの線膨張係数は２３であり（つまり保持器案内部２１も同様）、保持器８の材質であるＰＥＥＫの線膨張係数は１５である。すなわち、外輪間座４の材質であるアルミニウムの、保持器８の材質であるＰＥＥＫに対する線膨張係数比は約１．５である。
【００２６】
転がり軸受装置１では、保持器８の案内方式として、保持器案内部２１の保持器案内面２３と保持器８の内周面１４とを転がり接触させる保持器内径案内方式が採用されている。内輪５の回転速度が高速になると、保持器８および保持器案内部２１が発熱し、保持器案内部２１および保持器８がそれぞれ昇温する。内輪５の回転の高速化に伴う、保持器案内部２１の昇温は保持器８の約半分であるが、保持器案内部２１（外輪間座４）の材質（アルムニウム）の、保持器８の材質（ＰＥＥＫ）に対する線膨張係数比が約１．５であるので、内輪５の回転の高速化に伴う昇温の結果、保持器案内部２１および保持器８が熱膨張しても、熱膨張後の保持器案内面２３と保持器８の内周面１４との間の隙間Ｓの、非回転時からの間隔変化は、参考例と比較して小さい。これにより、内輪５が高速回転する場合であっても、保持器案内面２３と保持器８の内周面１４との隙間Ｓを小さく保つことができ、これにより、高速回転時において転がり軸受３の昇温が抑えられ、焼付きを防止できる転がり軸受装置１を提供することができる。
【００２７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、外輪間座４と保持器８との材質の組合せを、アルミニウムとＰＥＥＫとの組である場合を例に挙げて説明したが、図２に実施例２として示すように、亜鉛とＰＥＥＫの組であってもよい。この場合、外輪間座４の材質である亜鉛の線膨張係数は３０であり、保持器８の材質であるＰＥＥＫの線膨張係数は１５である。すなわち、外輪間座４の材質である亜鉛の、保持器８の材質であるＰＥＥＫに対する線膨張係数比は約２．０である。
【００２８】
この場合、内輪５の回転の高速化に伴う、保持器案内部２１の昇温は保持器８の約半分であるが、保持器案内部２１（外輪間座４）の材質（亜鉛）の、保持器８の材質（ＰＥＥＫ）に対する線膨張係数比が約２．０であるので、内輪５の回転の高速化に伴う昇温の結果、保持器案内部２１および保持器８が熱膨張しても、熱膨張後の保持器案内面２３と保持器８の内周面１４との間の隙間Ｓの、非回転時からの間隔変化は、実施例１と比較して小さい。これにより、内輪５が高速回転する場合であっても、保持器案内面２３と保持器８の内周面１４との隙間を小さいままかつ一定に保つことができる。
【００２９】
また、前述の実施形態では、内輪５および内輪間座２２が、主軸２に伴って回転する回転側であり、外輪６および外輪間座４が、ハウジング（図示しない）に固定される静止状態にある固定側である場合を例に挙げて説明した。しかし、外輪６および外輪間座４を回転側とし、内輪５および内輪間座２２を固定側とする場合にも、本願発明を適用できる。
その他、特許請求の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１…転がり軸受装置、３…転がり軸受、４…外輪間座（保持器案内部材）、５…内輪、６…外輪、７…転動体、８…保持器
【図１】
2015218862.tif 000003
【図２】
2015218862.tif 000004
【図３】
2015218862.tif 000005