(57)【要約】【課題】保持器の少なくとも摺接面に大きな表面粗さを付与することで、毛細管現象により、そこに付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、摺接面に潤滑剤を供給し、軸受の焼付き寿命をさらに延長させ、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可能な転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪と、外輪と、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、前記被案内面の表面粗さと前記ポケットの内面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることを特徴とする。【選択図】図３
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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、前記被案内面の表面粗さと前記ポケットの内面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器の被案内面ではない周面または端面のうちの、すくなくとも一つの面の算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１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】
なお、特許文献１には、ＨＤＤやＬＢＰ等に対応した小型のミニアチュア玉軸受の保持器が、転動体を保持する保持部を有することが記載されており、保持部の内表面を粗面化することによって、保持部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】
しかしながら、特許文献１記載のミニアチュア玉軸受では、保持器の保持部の内表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。また、グリースを封入しても、実際に潤滑に使われるのはほんの一部に過ぎず、焼き付いた軸受の保持器内周面（外輪案内の場合）、シール裏面、外輪内周面（ポケット案内、内輪案内の場合）などには、十分な基油を含んだグリースが未使用のまま付着している、という事実があり、これらのグリースを有効に活用することで、焼付き寿命をさらに延ばす余地があった。
【０００９】
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、保持器の少なくとも摺接面(ポケット内面、外輪案内の場合は外周面、内輪案内の場合には内周面)に大きな表面粗さを付与することで、毛細管現象により、そこに付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、ポケット内周面などの摺接面に潤滑剤を供給し、軸受の焼付き寿命をさらに延長させ、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可能な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】
【００１０】
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、前記被案内面の表面粗さと前記ポケットの内面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記保持器の被案内面ではない周面または端面のうちの、すくなくとも一つの面の算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、保持器の少なくとも摺接面(ポケット内面、外輪案内の場合は外周面、内輪案内の場合には内周面)に大きな表面粗さを付与することで、毛細管現象により、そこに付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、ポケット内周面などの摺接面に潤滑剤を供給し、軸受の焼付き寿命をさらに延長させ、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る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】算術平均粗さと比移動距離の関係
【図４】基油の移動距離の説明
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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、高速回転する部材に用いられ、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、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。
【００１５】
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を有し、ポケット11には玉4が当接する内面１１ａがある。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。また、保持器１０には、リング部１２の被案内面ではない周面１２ｂ（内周面）と端面１３もある。
【００１６】
ここで、保持器１０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等のエンジニアリングプラスチック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リング部１２の被案内面１２ａや内面１１aや、好ましくは被案内面ではない周面１２ｂ（内周面）や端面１３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、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被案内面１２ａや内面１１a表面にスキン層が形成され、これによって耐摩耗性が向上するからである。
【００１７】
具体的に、保持器１０の被案内面１２ａと内面１１aに付与される表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍ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の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面や、内面１１ａと玉４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。また、前記保持器の被案内面ではない周面または端面のうちの、すくなくとも一つの面の算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍであることが好ましい。本発明によれば、保持器の少なくとも摺接面(ポケット内面、外輪案内の場合は外周面、内輪案内の場合には内周面)や被案内面ではない周面１２ｂ（外輪案内の場合は内周面、内輪案内の場合には外周面）と端面１３等に大きな表面粗さを付与することで、毛細管現象により、そこに付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、ポケットの内面１１ａなどの摺接面に潤滑剤を供給し、軸受の焼付き寿命をさらに延長させ、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る。
【００１８】
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の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの接触界面や、内面１１ａと玉４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に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。
【００１９】
このように、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し、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。
【００２０】
なお、算術平均粗さＲａが０．５μｍ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１０μｍ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。
【００２１】
（実施例）
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：７０ＢＮＲ１０ＨＴＶ１Ｖ）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、表１に示すように、アンギュラ玉軸受１に、被案内面１２ａである外周面、ポケット内面１１ａ、被案内面ではない周面１２ｂの内周面と端面１３の表面粗さが異なり、射出成型によって形成されたＰＰＳの材料であるＰＰＳ−ＣＦ３０からなる保持器１０を適用し、耐久試験を行い、比焼き付き寿命を測定した。なお、被案内面１２ａの表面粗さは射出成型の金型によって付与された。また、比較例２の保持器１０は、被案内面１２ａ等に何の処理も施していないものである。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１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測定した結果が示されており、比較例２の焼き付き寿命を１として表した。被案内面１２ａとポケット内面の算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍの範囲内に設定された実施例１〜３においては、比較例１〜２に比べて焼き付き寿命が向上し、粗く加工する部位が増えることにより更に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、保持器１０の被案内面１２ａと外輪２の案内面２ｂとの潤滑や、ポケットの内面１１ａと玉４との潤滑を助ける効果や、毛細管現象により、そこに付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、保持器１０の被案内面１２ａやポケットの内面１１ａなどの摺接面に潤滑剤を供給する効果等があったためであると考えられる。
【００２７】
また、樹脂材料としてＰＰＳ−ＣＦ３０を用いた平板において、表面の算術平均粗さを変えた試験片を作成し、その表面にグリースを塗布し、表面の油の拡がり具合を測定した。結果を算術平均粗さと比移動距離の関係として、図３に示す。図３の「比移動距離」とは、図４に示したように、初期に付着させたグリースと平板の界面からグリース内の基油が拡がった距離の比であり、Ｒａ＝２．０μｍ距離を１とした時の比である。図３に示したように、算術平均粗さＲａが０．５μｍ〜１０μｍ、好ましくは１μｍ〜１０μｍ、より好ましくは２μｍ〜１０μｍ、であると毛細管現象により、グリース内の基油が平板に拡がっていくことがわかる。この結果から、算術平均粗さＲａを前記の範囲にすることにより、保持器１０に付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、保持器１０の被案内面１２ａやポケットの内面１１ａなどの摺接面に潤滑剤を供給する効果等があると考えられる。
【００２８】
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。
【００２９】
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）とポケットの内面の表面粗さは、少なくとも算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍに設定され、好ましくは前記保持器の被案内面ではない外周面または端面のうちの、すくなくとも一つの面の算術平均粗さＲａが０．５〜１０μｍ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り、保持器１０に付着したグリースから基油が保持器表面を拡がり、保持器１０の被案内面１２ａやポケットの内面１１ａなどの摺接面に潤滑剤を供給する効果等があると考えられる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
１２ｂ  被案内面ではない周面
１３    端面
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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