(57)【要約】【課題】高速回転に伴う発熱量を抑制しかつ高剛性で焼付きを防止し、転がり疲労寿命を長くすることができると共に、さらに環境面、コスト面で有利な玉軸受及び工作機械用主軸装置を提供しようとするものである。【解決手段】玉軸受において、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ、玉の直径をＤａ、外輪の外径から内輪の内径を差し引いた値の１／２を軸受断面高さＨとしたとき、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定するとともに、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定し、かつ内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角度を１７°〜２６°に設定するとともに、玉の直径をＤａ＝０．４Ｈ〜０．５６Ｈに設定し、且つ、外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とする。【選択図】  図１１
2004316816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内側軌道溝を有する内輪と、前記内側軌道溝に対向する外側軌道溝を内周面に有する外輪と、前記内側軌道溝と前記外側軌道溝との間に配設された複数の玉とを備え、前記内側軌道溝および前記外側軌道溝の幅方向断面を円弧状に形成した玉軸受において、
前記内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ、前記外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ、前記玉の直径をＤａ、前記外輪の外径から前記内輪の内径を差し引いた値の１／２を軸受断面高さＨとしたとき、前記内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定するとともに、前記外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定し、かつ前記内側軌道溝および前記外側軌道溝に対する前記玉の接触角度を１７°〜２６°に設定するとともに、前記玉の直径をＤａ＝０．４Ｈ〜０．５６Ｈに設定し、且つ
外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
前記玉をセラミック製としたことを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
【請求項３】
前記内輪および前記外輪のうち少なくとも一方は、重量比Ｃを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．４〜１．５％、Ｍｏを０．５〜１．５％、Ｃｒを０．５〜２．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有する鉄鋼材料からなり、かつ浸炭窒化処理を施すことにより、表面炭素濃度が０．８〜１．３％の範囲に設定されていると共に、表面窒素濃度が０．２〜０．８％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受。
【請求項４】
前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔、外輪間座に設けられた補給孔またはハウジングに設けられた補給孔の少なくとも一つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の玉軸受。
【請求項５】
主軸を支持する玉軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
前記玉軸受が請求項１〜４のいずれかに記載の玉軸受であることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の工作機械などに用いられる玉軸受及び工作機械用主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の工作機械は、その生産性を向上させるために、マシニングセンタを中心として、主軸の回転や周辺機器の送りにおいて高速化が進んでいる。これに伴い、前述した主軸や周辺機器の回転軸等を支持する軸受として用いられる玉軸受も高速化を余儀なくされているため、高速化に伴う様々な要求、例えば発熱量の低減、温度上昇の抑制、焼付きの防止、高剛性の確保などが玉軸受に求められている。
【０００３】
従来、この種の玉軸受は、リング状に形成された内輪と、この内輪の外周に同心円状に配置された外輪と、この外輪と内輪との間に転動自在に組み込まれた複数の玉とを備えており、内輪の外周面には内側軌道溝が形成されている。この内側軌道溝は外輪の内周面に形成された外側軌道溝と対向しており、これらの軌道溝は幅方向断面が円弧状に形成されている。
【０００４】
このような玉軸受は、内輪または外輪の回転に伴って玉が軌道溝上を転動すると摩擦熱が玉と軌道溝との間に発生する。このような玉軸受の回転に伴う発熱量は、内輪及び外輪それぞれの軌道溝と玉との接触面における接触圧力と前述した溝と玉の接触面における滑り速度の積が小さいほど低い値を示すことが明らかとなっている。
【０００５】
前述した従来の玉軸受は、玉の直径をＤａとすると内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径が０．５２Ｄａ程度に設定されているとともに、軸受断面高さ（外輪の外径から内輪の内径を差し引いた値の１／２）をＨとすると玉の直径がＤａ＝０．５７Ｈ程度に設定されている。
さらに、玉に作用する遠心力を軽減するために、玉の直径をＤａ＝０．４０Ｈ〜０．５０Ｈに設定した玉軸受や、あるいはジャイロモーメントを軽減するために、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角度を１５°とした玉軸受などが商品化され使用されている。
【０００６】
工作機械主軸の支持用玉軸受は、微量油潤滑下において、高速回転で用いられることが多い。このため、油膜破断が生じ易く、軸受の温度上昇や遠心力の影響により玉と軌道溝との接触面圧が増大することがある。
一方、前述した高速化によって、玉軸受には焼付きがより生じ易くなる。この焼付きを防止するために、従来、玉軸受の潤滑では、取り扱い易く環境面やコスト面で有利な、グリース潤滑が採用されている。
【０００７】
工作機械主軸に用いられるグリース潤滑の転がり軸受は、発熱しないように、初期に封入したグリースのみで潤滑されるのが普通である。グリースを封入した初期段階で、グリースの慣らし運転を行わずに高速回転させると、グリースの噛み込みや攪拌抵抗により異常発熱を起こすため、数時間をかけて慣らし運転を行ってグリースを最適な状態にしている。グリース潤滑の転がり軸受としては、内輪側にグリースだまりを設け、遠心力によりグリースを連続供給する技術やエアを利用して軸受空間に封入したグリースを有効活用する技術が開示されている（特許文献１〜９参照）。
【０００８】
また、玉軸受などの転がり軸受は、互いに同軸上に並設されて用いられることがある。このとき、各軸受の軸方向の相対位置が使用中でも変化しないように、従来から間座などを用いた定位置予圧によって、各軸受間に隙間が生じないようにしていた。
しかし、軸受の高速回転に伴う遠心力や温度上昇で定位置予圧による予圧荷重が過大になることによって玉と軌道溝との接触面圧が増大し、焼付きが生じ易くなる。そこで、温度変化を伴っても、バネや空圧、油圧を用いて軸受間の荷重を略一定に保つ定圧予圧を用いて、軸受の焼付きを抑制して長寿命化を図ってきた。
【０００９】
さらに、玉軸受の剛性を確保し、高速回転に伴う遠心力や温度上昇（内輪と外輪の温度差による影響）による予圧の増加を軽減するために、予圧切替スピンドルも使用されている。
また、軸受の仕様面では、例えば、
▲１▼ＰＶ値（Ｐ；接触面圧、Ｖ；滑り速度）や発熱を抑えるために、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径よりも大きく設定したもの（特許文献１０参照）、
▲２▼上記の内容に加え、内輪および外輪のうち少なくとも一方が重量比でＣを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．７〜１．５％、Ｍｏを０．５〜１．５％、Ｃｒを０．５〜２．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有する鉄鋼材料からなり、かつ浸炭窒化処理した後に焼入れ焼戻し処理することにより、表面炭素濃度を０．８〜１．３％とし、かつ表面窒素濃度を０．２〜０．８％とした低摩擦材料を使用してさらなる低発熱化を図ったもの（特許文献１１参照）、
▲３▼ＰＶ値と発熱を抑えるために、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径よりも大きく設定し、さらに玉径と玉数の関係より剛性、発熱、ＰＶ値の最適なパラメータを導き出すようにしたもの（特許文献１２参照）、
▲４▼内輪の放熱性を良くして外輪との温度差を軽減するために、内輪の幅を外輪の幅より大きく設定し、さらに玉のピッチ円径ＰＣＤ（（内輪内径＋外輪外径）／２）を従来の軸受より小さく設定することにより玉の自転及び公転速度を下げ、軸受の発熱を低減させたもの（特許文献１３参照）、
▲５▼温度上昇を低減させるために、内輪及び外輪のうち少なくとも一方を硬度がＨＲＣ６５以上の粉末高速度鋼で形成し、その粉末高速度鋼で形成した場合の軌道溝の曲率半径を軸受鋼で形成した場合の１．０〜１．１２倍にし、ヘルツ弾性接触面の中に生じるスピン滑り、ジャイロ滑りを減少させ、軸受の温度上昇を低減させるとともに、軌道溝の曲率半径が大きくなったことによる接触面圧の増大による寿命低下を改善したもの（特許文献１４参照）、
▲６▼低速時には剛性を確保し、高速時にはトルク発熱を低減して高速および高剛性の両方を満足する仕様とするために、内輪の外周面と外輪の内周面に形成された軌道溝の曲率半径を連続的に変化させたもの（特許文献１５参照）、
▲７▼玉に作用する遠心力とジャイロモーメントを軽減して発熱の抑制と高速化を図るために、玉の直径を軸受断面高さ（外輪の外径から内輪の内径を差し引いた値の１／２）に対して３２〜３５％に設定したもの（特許文献１６参照）、
▲８▼内部予圧の軽減を図ると共に高速化を達成するために、外輪の溝底肉厚を薄くし、ｄｍｎ値（ｄｍ；玉のピッチ円径、ｎ；回転数）が２００万を超える領域で軸受の内部予圧が増加した際に外輪が膨張変形するようにしたもの（特許文献１７参照）などが提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
実開平１−６７３３１号公報
【特許文献２】
実開平４−１３２２２０号公報
【特許文献３】
実開平６−３５６５９号公報
【特許文献４】
実開平６−３５６５３号公報
【特許文献５】
実開平５−９４５３１号公報
【特許文献６】
実開平５−９４５３２号公報
【特許文献７】
実開平６−３５６５５号公報
【特許文献８】
実開平６−３５６５７号公報
【特許文献９】
実開平５−８６０２９号公報
【特許文献１０】
特開平１１−２７０５６４号公報
【特許文献１１】
再公表特許第ＷＯ００／３７８１３号公報
【特許文献１２】
特開２０００−１４５７９４号公報
【特許文献１３】
特開平１０−２６１３２号公報
【特許文献１４】
実用新案登録第２５２６５７９号公報
【特許文献１５】
特開平９−１７７７９５号公報
【特許文献１６】
特開平１０−２７４２４４号公報
【特許文献１７】
特開平１１−８２４９９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、工作機械主軸などで使用される玉軸受は、高速低発熱の要求に加え、近年、難削材の切削加工も増えてきており、高速高剛性の要求も強くなってきている。また、低コスト化の要求もますます強くなってきている。特に、高速化においては、主軸を支持する軸受はｄｍｎ（＝（軸受内径＋軸受外径）÷２×回転速度（ｒｐｍ））１００万以上という環境で使用されることが珍しくなくなっている。
【００１２】
ところで、グリース潤滑の転がり軸受は、環境面、コスト面で有利な反面、高速回転における寿命が短い傾向がある。グリース潤滑の場合、軸受の転がり疲れ寿命よりも前に、グリース劣化により軸受が焼付いてしまい、回転数が著しく高い場合、短時間でグリースが劣化し、早期に焼付が発生する。特許文献１−９で開示されたグリース潤滑の転がり軸受の技術でも、十分な改善がなされなかった。
【００１３】
また、複数の軸受を軸線に沿って並設する際の予圧方法に関しては、定圧予圧よりも予圧機構の簡略化が可能な定位置予圧が剛性および低コスト化の観点から望ましい。
玉軸受の高速高剛性化のため、軸受自体が高剛性でかつ焼付きに強く、回転による発熱量が低ければ、前述した低コストな潤滑方法や予圧方法を用いても、更なる軸受の高速化を図ることができる。
【００１４】
前述した特許文献１０や特許文献１１に記載されているように、軸受の発熱を下げ、内輪のＰＶ値を低減させるためには、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を大きくすればよいが、工作機械の主軸支持用として実際に使用する場合、玉軸受に要求される性能としては、発熱の抑制や高速化のみではなく、剛性や耐久寿命も当然のことながら挙げられ、さらには工具を主軸から外す際にアンクランプ力として軸受に作用する過大な静的アキシアル荷重に対する負荷容量も要求され、このため、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を玉の直径に対して５２．５〜６０％以下という広い範囲の中で実際に設定するに当たり、曲率半径の上限についても上記使用条件を考慮する必要が生じる。
【００１５】
特許文献１２に開示された玉軸受の場合も同様である。玉軸受の静的な許容アキシアル荷重の考え方としては、玉軸受にアキシアル荷重を負荷した際に玉が内側軌道溝または外側軌道溝のいずれかの肩部に乗り上げる乗り上げ荷重と接触面圧が基本静定格荷重相当となる面圧限界との２種類があり、通常は値の低いほうを限界アキシアル荷重として設定している。ただし、乗り上げ荷重の場合は、軸受の製作誤差や公差範囲のバラ付きや安全率を考慮し、限界アキシアル荷重の７０％を許容アキシアル荷重としている。
【００１６】
面圧限界に関しては、一般的な目安として、次式に示す静許容荷重係数ｆｓが用いられている。
ｆｓ＝Ｃｏ／Ｐｏ
Ｃｏ；基本静定格荷重（Ｎ）
Ｐｏ；静等価荷重（Ｎ）
ここで、玉軸受を工作機械主軸支持用として使用する場合には、静許容荷重係数ｆｓを１．５以上で設定することが望ましく、最大応力を受けている接触部において、転動体の永久変形量と軌道の永久変形量との和が、転動体の直径のほぼ０．０００１倍となる最大応力４２００ＭＰａ（基本静定格荷重：静的許容アキシアル荷重なのでＣｏａ）の８５％、３５７０ＭＰａとすることによりｆｓを１．７〜１．８程度に設定することができるので、最大応力３５７０ＭＰａを静許容面圧としている。
【００１７】
図３２に、玉軸受の仕様を内輪内径；Ｄｉ＝７０ｍｍ、外輪外径；Ｄｏ＝１１０ｍｍ、玉径；Ｄａ＝８．７３１ｍｍ、玉数；２５個、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径；Ｒｏ＝０．５２Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角；１５°、内外輪材質；ＳＵＪ２、玉材質；Ｓｉ３Ｎ４とした場合における内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉと静的許容アキシアル荷重との関係を示す。
【００１８】
高速用途向けにセラミックからなる玉を使用することは、現在では常識の範囲になってきているが、荷重を受ける場合はセラミックの縦弾性係数が軸受鋼に比べて大きいため、同じ荷重を受けても玉と軌道溝との接触応力が大きくなり、静的許容アキシアル荷重も低下してしまう。
静的許容アキシアル荷重は、乗り上げ荷重の前に許容応力により制限されてしまう。図３２に示すように、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉをＲｉ＝０．５２Ｄａに設定した従来の玉軸受と比較した場合、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を大きくすると静的許容アキシアル荷重が大幅に低下してしまうことがわかる。
【００１９】
内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉを０．５８Ｄａに設定すると、静的許容アキシアル荷重が従来の玉軸受に対して６５％のダウンとなり、工作機械主軸としては、容量不足になるという問題が生じる。
内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を大きくすると、軌道溝に接触する玉の接触部（以下「接触楕円」という。）が軸受回転時に小さくなる。これにより、玉の滑りを抑えることが可能となり、ＰＶ値や発熱を低減できるが、当然のことながら接触楕円が小さくなる。このため、接触部の応力が従来の玉軸受に比較して大きくなってしまうため、転がり疲れ寿命も当然低下してしまう。
【００２０】
また、発熱、高速性、剛性に重要なパラメータとして、▲１▼軌道溝の幅断面の幅方向断面の曲率半径、▲２▼玉径、▲３▼接触角が挙げられる、従来例であげた内容は全てにおいて接触角のパラメータを考慮していないものである。
また、工作機械主軸の最近の傾向は、高速化のみでなく変種変量生産に対応するため、様々な回転域での加工が多く、工具変換の頻度が増加している。このような加工条件下で高効率加工を実現するためには、高速回転が可能であることと、主軸の発停時間（急加減速時間）の短縮が不可欠となっている。この急激な回転変動過渡期には、周囲環境変化（モータの発熱、外筒冷却等）が著しく、主軸用軸受は過酷な熱負荷条件下に晒される。簡単に言えば、内外輪温度差がつき軸受の内部予圧が急激に増加し焼付きを起こしてしまうことがある。そのような条件下でも安定した性能を維持する必要があり、軸受のＰＶ値に関して鈍感な設計をする必要がある。
【００２１】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、グリース潤滑で高速回転に伴う発熱量を抑制しかつ高剛性で焼付きを防止し、転がり疲労寿命を長くすることができると共に工作機械主軸用軸受として用いる場合の静的アキシアル負荷容量を確保し、さらに環境面、コスト面で有利な玉軸受及び工作機械用主軸装置を提供しようとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）外周面に内側軌道溝を有する内輪と、前記内側軌道溝に対向する外側軌道溝を内周面に有する外輪と、前記内側軌道溝と前記外側軌道溝との間に配設された複数の玉とを備え、前記内側軌道溝および前記外側軌道溝の幅方向断面を円弧状に形成した玉軸受において、
前記内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ、前記外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ、前記玉の直径をＤａ、前記外輪の外径から前記内輪の内径を差し引いた値の１／２を軸受断面高さＨとしたとき、前記内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定するとともに、前記外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａに設定し、かつ前記内側軌道溝および前記外側軌道溝に対する前記玉の接触角度を１７°〜２６°に設定するとともに、前記玉の直径をＤａ＝０．４Ｈ〜０．５６Ｈに設定し、且つ
外部から供給されるグリースにより潤滑されることを特徴とする玉軸受。
（２）前記玉をセラミック製としたことを特徴とする（１）に記載の玉軸受。
（３）前記内輪および前記外輪のうち少なくとも一方は、重量比Ｃを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．４〜１．５％、Ｍｏを０．５〜１．５％、Ｃｒを０．５〜２．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有する鉄鋼材料からなり、かつ浸炭窒化処理を施すことにより、表面炭素濃度が０．８〜１．３％の範囲に設定されていると共に、表面窒素濃度が０．２〜０．８％の範囲に設定されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の玉軸受。
（４）前記外輪を径方向に貫通する補給孔、前記外輪を軸方向に貫通する補給孔または外輪間座に設けられた補給孔の少なくとも一つを通じて追加グリースが補給されることを特徴とする請求項（１）〜（３）のいずれかに記載の玉軸受。
（５）主軸を支持する玉軸受がハウジング内に装着された工作機械用主軸装置であって、
前記玉軸受が（１）〜（４）のいずれかに記載の玉軸受であることを特徴とする工作機械用主軸装置。
【００２３】
ここで、上述した各成分元素の有効範囲について説明する。
（Ｉ）Ｓｉ；０．４〜１．５重量％
Ｓｉは焼戻し軟化抵抗性に効果のある元素であり、高温強度を向上させると共に高温環境下において圧痕起点型剥離の防止に有効な残留オーステナイトの分解を遅滞させる効果がある。Ｓｉ含有量が０．４重量％を下回ると高温強度が不足すると共に圧痕起点型剥離が生じるようになるので、その下限値を０．４重量％とした。一方、Ｓｉ含有量が１．５重量％を超えると機械的強度が低下すると共に浸炭を阻害するようになるので、その上限値を１．５重量％とした。
（ＩＩ）Ｍｏ；０．５〜１．５重量％
ＭｏはＳｉと同様に焼戻し軟化抵抗性に効果のある元素であり、高温強度を向上させる効果がある。また、Ｍｏは浸炭窒化された表面に微小な炭化物を形成する炭化物形成元素として作用する。Ｍｏ含有量が０．５重量％を下回ると高温強度が不足すると共に、表面に析出する炭化物が不足するようになるので、その下限値を０．５重量％とした。一方、Ｍｏ含有量が１．５重量％を超えると素材の段階で巨大炭化物が生成され、炭化物の脱落を招来して軸受の転がり疲労寿命を低下させるので、その上限値を１．５重量％とした。
（ＩＩＩ）Ｃｒ；０．５〜２．０重量％
ＣｒはＭｏと同様の作用効果を奏する添加元素である。Ｃｒ含有量が０．５重量％を下回ると高温強度が不足すると共に、表面に析出する炭化物の量が不足するようになるので、その下限値を０．５重量％とした。一方、Ｃｒ含有量が２．０重量％を超えると素材の段階で巨大炭化物が生成され、炭化物の脱落を招来して軸受の転がり疲労寿命を低下させるので、その上限値を２．０重量％とした。（ＩＶ）Ｃ；０．２〜１．２重量％
上述のように、残留オーステナイト量が多すぎると残留オーステナイトが分解して形状の経時変化が発生し、軸受の寸法安定性が損なわれる。一方、内輪表面および外輪表面における残留オーステナイトの存在は圧痕起点型剥離の防止に有効である。したがって、表面に残留オーステナイトを存在させた状態で、軸受全体に占める残留オーステナイトの量を抑制する必要がある。このような観点から表面および芯部を含めて平均残留オーステナイトの鋼中に占める量を５体積％以下とするのが好ましく、そのためには残留オーステナイトが依存する炭素濃度を１．２重量％以下にする必要があるので、その上限値を１．２重量％とした。一方、炭素濃度が０．２重量％を下回ると浸炭窒化処理で所望の浸炭深さを得るのに長時間を要し、全体的なコスト上昇を招来するようになるので、その下限値を０．２重量％とした。
（Ｖ）表面炭素濃度；０．８〜１．３重量％
浸炭窒化処理により表面に炭素を付加すると、マトリックスとなるマルテンサイト組織を固溶強化できると共に、極表層部において圧痕起点型剥離の防止に有効な多量の残留オーステナイトを形成することができる。表面炭素濃度が０．８重量％を下回ると表面硬さが不足して転がり疲労寿命や耐摩耗性が低下するので、その下限値を０．８重量％とした。一方、表面炭素濃度が１．３重量％を超えると浸炭窒化処理時に巨大炭化物が析出し、転がり疲労寿命を低下させることになるので、その上限値を１．３重量％とした。
（ＶＩ）表面窒素濃度；０．２〜０．８重量％
浸炭窒化処理により表面に窒素を付加すると焼戻し抵抗が向上して高温強度が増大し、耐摩耗性が向上すると共に極表層部において圧痕起点型剥離の防止に有効な多量の残留オーステナイトを存在させることができる。表面窒素濃度が０．２重量％を下回ると高温強度が低下して耐摩耗性が向上するので、その下限値を０．２重量％とした。一方、表面窒素濃度が０．８重量％を超えると軸受製造時における研削仕上げが困難になり、難研削のために軸受の生産性が低下するので、その上限値を０．８重量％とした。
（ＶＩＩ）その他の成分元素
その他の成分元素として微量のＴｉを添加することが好ましい。Ｔｉを添加すると微細なチタン炭化物（ＴｉＣ）や炭化窒化物（Ｔｉ（Ｃ＋Ｎ））がマトリックス中に析出分散し、耐摩耗性および耐焼付き性を向上させるからである。この場合にＴｉ含有量は０．１〜０．３重量％とすることが望ましい。Ｔｉ含有量が０．１重量％を下回ると炭化物の析出効果が得られなくなるので、その下限値を０．１重量％とする。一方、Ｔｉ含有量が０．３重量％を超えると巨大な析出物が形成されやすくなり、これが欠陥となって転がり疲労寿命を逆に低下させることがあるので、その上限値を０．３重量％とする。因みに、チタン析出物（ＴｉＣ，Ｔｉ（Ｃ＋Ｎ））の大きさが０．１μｍ以下であると、耐摩耗性や耐焼付き性の向上に寄与する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のグリース潤滑される玉軸受について説明するが、まず、本発明に係る玉軸受を選定するに至った経緯について説明する。
工作機械の主軸支持用として最適な玉軸受の仕様を見出すために、本発明者らは、内輪内径を７０ｍｍ、外輪外径を１１０ｍｍ、玉径を８．７３１ｍｍ、玉数を２５個、接触角を１８°、内外輪材質をＳＵＪ２、玉材質をＳｉ３Ｎ４とし、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉ，Ｒｏを玉径Ｄａに対して表１に示すような組合せとした場合のアキシアル剛性、内輪ＰＶ値、外輪ＰＶ値、発熱量、転がり疲労寿命、静的許容アキシアル荷重について計算した。なお、ここでの計算は、回転数；２５０００ｍｉｎ−１、背面組合せ（間座幅２０ｍｍ）、軸嵌め合い；Ｔ２１（しまり嵌め、嵌め合いタイト量；２１μｍ）、ハウジング嵌め合い；Ｌ８（すきま嵌め、嵌め合いルーズ量；８μｍ）、組込み時予圧荷重；アキシアルばね定数１００Ｎ／μｍになる予圧荷重（この組込み時のアキシアルばね定数１００Ｎ／μｍは切削加工可能な剛性目安として使用）、温度条件；外輪温度上昇２４℃、内外輪温度差１６℃の条件で計算した。
【００２５】
【表１】
2004316816.tif 000003
【００２６】
表１に番号１〜２５で示される各玉軸受の回転時（２５０００ｍｉｎ−１）のアキシアルばね定数を図１に示す。同図に示すように、番号１〜２５の中で回転時のアキシアルばね定数が最も高い玉軸受は番号１の玉軸受であり、逆に回転時のアキシアルばね定数が最も低い玉軸受は番号２５の玉軸受である。
番号１の玉軸受と番号２５の玉軸受とを比較すると、番号１の玉軸受は玉の直径をＤａとすると内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉ，Ｒｏが０．５２Ｄａであるのに対し、番号２５の玉軸受は内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉ，Ｒｏが０．６０Ｄａであることから、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉ，Ｒｏが大きいほど回転時のアキシアルばね定数が低下し、回転時のアキシアル剛性が低くなることがわかる。
【００２７】
表１に番号１〜２５で示される各玉軸受の回転時（２５０００ｍｉｎ−１）の内輪ＰＶ値を図２に示す。同図に示すように、番号１〜２５の中で回転時の内輪ＰＶ値が最も高い玉軸受は番号１の玉軸受であり、逆に回転時の内輪ＰＶ値が最も低い玉軸受は番号２０及び２５の玉軸受であり、番号５、１０及び１５の玉軸受も同様である。
【００２８】
番号５、１０、１５、２０及び２５の玉軸受は玉の直径をＤａとすると内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉが０．６０Ｄａであり、このことから、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｏが変わっても内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉが同じ値であれば内輪ＰＶ値は変化しないことがわかり、さらに内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉが大きいほど内輪ＰＶ値を低く抑えられることがわかる。
【００２９】
表１の番号１〜２５で示される各玉軸受の内輪を２５０００ｍｉｎ−１で回転させた時の内輪ＰＶ値と外輪ＰＶ値を図３に示す。同図に示すように、玉軸受の内輪を２５０００ｍｉｎ−１の高速で回転させた場合には、外輪ＰＶ値よりも内輪ＰＶ値のほうが大きくなる。これは、高速回転になると外輪コントロール（外輪と玉とが純転がりに近い状態）になり、玉の自転軸が外輪側の接触角を基準になるため、内輪側の滑りが大きくなり、ＰＶ値が増大するからである。したがって、焼付きを判断するための指標としては、内輪ＰＶ値を採用することが望ましい。
【００３０】
表１の番号１〜２５で示される各玉軸受の回転時（２５０００ｍｉｎ−１）の発熱量を図４に示す。同図に示すように、番号１〜２５の中で発熱量が最も高い玉軸受は番号１の玉軸受であり、逆に発熱量が最も低い玉軸受は番号１０，１５，２０，２５の玉軸受である。番号１０，１５，２０，２５の玉軸受は内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉがＲｉ＝０．６０Ｄａであり、このことから、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉが大きいほど高速回転時の発熱量が低下し、焼付きを抑制できることがわかる。
【００３１】
表１に番号１〜２５で示される各玉軸受の回転時（２５０００ｍｉｎ−１）の転がり疲労寿命を図５に示す。同図に示すように、番号１〜２５の中で転がり疲労寿命が最も長い玉軸受は番号６の玉軸受であり、逆に転がり疲労寿命が最も短い玉軸受は番号２５の玉軸受である。
番号６の玉軸受と番号２５の玉軸受とを比較すると、番号６の玉軸受は内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉがＲｉ＝０．５２Ｄａ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｏがＲｏ＝０．５４Ｄａであるのに対し、番号２５の玉軸受は内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉがＲｉ＝０．６０Ｄａ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｏがＲｏ＝０．６０Ｄａであることから、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉ，Ｒｏが大きいほど転がり疲労寿命が低下することがわかる。
【００３２】
表１に番号１〜２５で示される各玉軸受の回転時（２５０００ｍｉｎ−１）の静的許容アキシアル荷重を図６に示す。同図に示すように、番号１〜２５の中で静的許容アキシアル荷重が最も高い玉軸受は番号１の玉軸受であり、逆に静的許容アキシアル荷重が最も低い玉軸受は番号５，１０，１５，２０，２５の玉軸受である。
【００３３】
番号５，１０，１５，２０，２５の玉軸受は内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉがＲｉ＝０．６０Ｄａであり、このことから、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径Ｒｉが大きいほど静的許容アキシアル荷重が低下してしまうことがわかる。
したがって、玉軸受の発熱量やＰＶ値を低減するためには、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を大きくすれば良いが、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を大きくすると軸受の剛性や寿命が低下すると共に静的許容アキシアル荷重が低下してしまう。これと反対に、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を小さくすると発熱量やＰＶ値が上昇してしまう。
【００３４】
工作機械主軸支持用としては、焼付き指標、発熱量、アキシアル剛性、転がり疲労寿命、静的許容アキシアル荷重の全てにおいてバランスの良好な軸受が求められており、このような観点から、本発明者らは、番号１〜２５で示される各玉軸受のアキシアルばね定数、内輪ＰＶ値、発熱量、転がり疲労寿命、静的許容アキシアル荷重の計算結果を絶対値評価で比較した。ここでの絶対値評価は、各条件において最も優れる値を１００、最も劣る値を０とし、その差分を指数化して絶対値評価を行った。また、高速条件下で最も重要となる焼付き指標−内輪ＰＶ値は重要度を上げ、ランクを２倍として計算した。
【００３５】
上記の絶対値評価で使用した計算式を下記に示す。
（１）剛性（Ｋａ）
ＫａＲａｎｋ＝１００−（ＫａＭａｘ−Ｋａ）／（（ＫａＭａｘ−ＫａＭｉｎ）
／１００）
ＫａＭａｘ；図１の中で最大値を示すアキシアルばね定数
ＫａＭｉｎ；図１の中で最小値を示すアキシアルばね定数
（２）内輪ＰＶ値（Ｐｖ）
ＰｖＲａｎｋ＝（ＰｖＭａｘ−Ｐｖ）／（（ＰｖＭａｘ−ＰｖＭｉｎ）／１００）
ＰｖＭａｘ；図２の中で最大値を示す内輪ＰＶ値
ＰｖＭｉｎ；図２の中で最小値を示す内輪ＰＶ値
（３）発熱量（Ｗ）
ＷＲａｎｋ＝（ＷＭａｘ−Ｗ）／（（ＷＭａｘ−ＷＭｉｎ）／１００）
ＷＭａｘ；図４の中で最大値を示す発熱量
ＷＭｉｎ；図４の中で最小値を示す発熱量
（４）転がり疲れ寿命（Ｌ）
ＬＲａｎｋ＝１００−（ＬＭａｘ−Ｌ）／（（ＬＭａｘ−ＬＭｉｎ）／１００）
ＬＭａｘ；図５の中で最大値を示す転がり疲れ寿命
ＬＭｉｎ；図５の中で最小値を示す転がり疲れ寿命
（５）静的許容アキシアル荷重（Ｆａ）
ＦａＲａｎｋ＝１００−（ＦａＭａｘ−Ｆａ）／（（ＦａＭａｘ−ＦａＭｉｎ）／１００）
ＦａＭａｘ；図６の中で最大値を示す静的許容アキシアル荷重
ＦａＭｉｎ；図６の中で最小値を示す静的許容アキシアル荷重
（６）ＴＯＴＡＬ−Ｒａｎｋ
ＫａＲａｎｋ＋（ＰｖＲａｎｋ×２）＋ＷＲａｎｋ＋ＬＲａｎｋ＋ＦａＲａｎｋ
上述したＫａＲａｎｋ、ＰｖＲａｎｋ、ＷＲａｎｋ、ＬＲａｎｋ、ＦａＲａｎｋ、ＴＯＴＡＬ−Ｒａｎｋの計算結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2004316816.tif 000004
【００３７】
ＴＯＴＡＬ−Ｒａｎｋの評価点は、番号２及び７の玉軸受が最も優れており、最適な仕様と言える。番号２及び７のＴＯＴＡＬ−Ｒａｎｋは、ほぼ同じ値である。
表２のＲａｎｋ係数からいずれかの指標が１００点を取るような軸受仕様は、いずれかの値が０もしくは０に近い値になり、両極端となる。このため、工作機械主軸用としては、あまり良い仕様とは言えない。
【００３８】
表２に示される計算結果から、工作機械主軸支持用として最も適している玉軸受は玉の直径をＤａとすると内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉがＲｉ＝０．５４Ｄａであり、また外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｏがＲｏ＝０．５２Ｄａもしくは０．５４Ｄａであることがわかる。しかし、軸受を実際に製作する際には製作誤差も含まれるため、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｉをＲｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径ＲｏをＲｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａの範囲とするのが望ましい。
【００３９】
次に、本発明者らは、玉の接触角の影響を確認するために、内輪内径を７０ｍｍ、外輪外径を１１０ｍｍ、玉径をＤａ＝８．７３１ｍｍ、玉数を２５個、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝Ｒｏ＝０．５４Ｄａ、内外輪材質をＳＵＪ２、玉材質をＳｉ３Ｎ４とし、玉の接触角をα＝１２°、１５°、１８°、２０°、２２°、２５°、３０°とした場合の内輪ＰＶ値、外輪ＰＶ値、発熱量について計算した。なお、ここでの計算は、回転数；２５０００ｍｉｎ−１、ＤＢ組合せ（間座幅２０ｍｍ）、軸嵌め合い；Ｔ２１（しまり嵌め、嵌め合いタイト量；２１μｍ）、ハウジング嵌め合い；Ｌ８（すきま嵌め、嵌め合いルーズ量；８μｍ）、組込み時予圧荷重；アキシアルばね定数１００Ｎ／μｍになる予圧荷重（この組込み時のアキシアルばね定数１００Ｎ／μｍは切削加工可能な剛性目安として使用）、温度条件；外輪温度上昇２４℃、内外輪温度差１６℃の条件で計算した。その計算結果を図７乃至図９に示す。
【００４０】
図７に示すように、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角がα＝３０°の場合には、ジャイロモーメントの影響により玉の滑りが大きくなるため、内輪ＰＶ値が急激に上昇する。したがって、内輪ＰＶ値を低く抑えるためには、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を３０°より小さい角度にする必要があるが、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を例えば１２°にするとアキシアル剛性が小さくなり、組込み時のアキシアルばね定数を１００Ｎに設定しようとした場合に過大な予圧荷重をかけなくてはならず、回転時の予圧も大きくなる。このため、図７に示すように、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１５°とした玉軸受よりも内輪ＰＶ値が増大するため、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を表１に示す番号７のようにＲｉ，Ｒｏ＝０．５４Ｄａと設定した場合には、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１５°〜２５°とすることが望ましい。
【００４１】
また、図８に示すように、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角がα＝３０°の場合には、ジャイロモーメントの影響により玉の滑りが大きくなるため、発熱量が急激に上昇する。したがって、発熱量を低く抑えるためには、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を３０°より小さい角度にする必要があるが、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角が１５°の場合には、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角が１８°の場合よりも発熱量が増大する。このため、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を表１に示す番号７のようにＲｉ，Ｒｏ＝０．５４Ｄａと設定した場合には、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°〜２５°とすることが望ましい。
【００４２】
さらに、図９に示すように、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角がα＝１５°以下の場合には、上記と同様の理由により、外輪ＰＶ値が増大する。したがって、外輪ＰＶ値を低く抑えるためには、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１５°より大きい角度にする必要があるが、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角が３０°の場合には、ジャイロモーメントの影響により玉の滑りが大きくなり、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角が２５°の場合よりも外輪ＰＶ値が上昇する。このため、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径を表１に示す番号７のようにＲｉ，Ｒｏ＝０．５４ａと設定した場合には、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°〜２５°とすることが望ましい。
【００４３】
以上、図７乃至図９の結果より内側軌道溝及び外側軌道溝に対する玉の接触角は１８°〜２５°とすることが望ましいと言えるが、軸受を実際に製作する際には製作誤差も含まれるため、内側軌道溝及び外側軌道溝に対する玉の接触角は１７°〜２６°とすることが望ましい。
次に、本発明者らは、玉径の確認するために、内輪内径を７０ｍｍ、外輪外径を１１０ｍｍ、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝Ｒｏ＝０．５４Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°、内外輪材質をＳＵＪ２、玉材質をＳｉ３Ｎ４とし、玉径、玉数および断面比（＝玉径／（外輪外径−内輪内径）／２）×１００）を表３に示す組合せとした場合の内輪ＰＶ値を計算した。なお、ここでの計算は、回転数；２５０００ｍｉｎ−１、ＤＢ組合せ（間座幅２０ｍｍ）、軸嵌め合い；Ｔ２１（しまり嵌め、嵌め合いタイト量；２１μｍ）、ハウジング嵌め合い；Ｌ８（すきま嵌め、嵌め合いルーズ量；８μｍ）、組込み時予圧荷重；アキシアルばね定数１００Ｎ／μｍになる予圧荷重（この組込み時のアキシアルばね定数１００Ｎ／μｍは切削加工可能な剛性目安として使用）、温度条件；外輪温度上昇２４℃の条件で計算した。その計算結果を図１０に示す。
【００４４】
【表３】
2004316816.tif 000005
【００４５】
図１０から明らかなように、玉の直径を７．１４４ｍｍ、７．９３８ｍｍとした場合には、内輪と外輪との温度差が大きくなると内輪ＰＶ値が急激に上昇し、内輪と外輪との温度差が３０°付近では内輪ＰＶ値が１９００〜２１００ＭＰａ・ｍ／ｓ程度となる。また、玉の直径を１１．９０６ｍｍ、１２．７ｍｍとした場合は、内輪ＰＶ値の変化は緩やかであるが、元々のＰＶ値自体が高く、内輪と外輪の温度差が３０°付近は、前述の７．１４４ｍｍ、７．９３８ｍｍと同じく内輪ＰＶ値が１９００〜２１００ＭＰａ・ｍ／ｓ程度となる。これに対し、玉の直径を８．７３１ｍｍ、９．５２５ｍｍ、１０．３１９ｍｍ、１１．１１２ｍｍとした場合には、内輪と外輪との温度差が大きくなると内輪ＰＶ値も上昇するが、内輪と外輪との温度差が３０°付近では内輪ＰＶ値が１８００ＭＰａ・ｍ／ｓ程度となる。したがって、軸受断面高さ（外輪の外径から内輪の内径を差し引いた値の１／２）をＨとすると玉の直径ＤａがＤａ＝０．４３７Ｈ〜０．５５６Ｈである場合には、内輪と外輪との温度差に対する内輪ＰＶ値の変化率がほぼ同等となるので、玉の直径ＤａをＤａ＝０．４３７Ｈ〜０．５５６Ｈに設定することにより、内輪と外輪との間に温度差があってもＰＶ値を低くすることができる。
【００４６】
図１１は、本発明の第１実施形態に係るグリース潤滑される玉軸受の部分断面図である。本実施形態の玉軸受（アンギュラ玉軸受）１０は、工作機械の主軸支持用の外輪カウンタボア軸受である。同図に示すように、本発明の一実施形態に係る玉軸受１０は、リング状に形成された内輪１１と、この内輪１１の外周に同心円状に配置された外輪１２とを備えており、内輪１１及び外輪１２のうち少なくとも一方は、重量比でＣを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．４〜１．５％、Ｍｏを０．５〜１．５％、Ｃｒを０．５〜２．０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有する鉄鋼材料からなり、表面炭素濃度が０．３〜１．３％、表面窒素濃度が０．２〜０．８％となるように、浸炭窒化処理が施されている。また、玉軸受１０は内輪１１と外輪１２との間に転動自在に組み込まれた複数の玉１３と、これらの玉１３を保持する保持器１４とを備えており、内輪１１の外周面には内側軌道溝１１ａが形成されている。この内側軌道溝１１ａは外輪１２の内周面に形成された外側軌道溝１２ａと対向しており、これらの軌道溝１１ａ，１２ａは幅方向断面が円弧状に形成されている。
【００４７】
また図１２は、本発明の一実施形態に係る玉軸受の玉と軌道溝との関係を示す図である。図に示すように、内輪１１の外径面には、その円周方向に沿って所定曲率半径の内側軌道溝１１ａが形成され、外輪１２の内径面には、その円周方向に沿い且つ上記内側軌道溝１１ａと径方向で対向した所定曲率半径の外側軌道溝１２ａが形成され、その内側軌道溝１１ａと外側軌道溝１２ａとによって形成される空間内に、複数の玉１３が円周方向に並んで介挿されている。そして、各玉１３は、上記軌道溝１１ａ，１２ａにそれぞれ転がり接触する。そして、本実施の形態では、上記玉１３の直径をＤａとし、上記外側軌道溝１２ａの曲率半径をＲｏ、上記内側軌道溝１１ａの曲率半径をＲｉとした場合に、Ｒｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａ、Ｒｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａを満足するように、転動体である玉１３の直径Ｄａや各軌道溝１１ａ，１２ａの曲率半径Ｒｉ，Ｒｏを決定したものである。
【００４８】
また、本実施形態においては、外輪１２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪１２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔１５が設けられている。補給孔１５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔１５は、外輪１２の内径面の、外輪軌道１２ａに隣接する箇所に開口している。
補給孔１５は、外輪１２の周方向に間隔をあけた複数箇所に設けられてもよい。なお、補給孔１５は、接触部１２ｂのある側に設けられてもよく、接触部１２ｂ以外の部分に設ければよい。
【００４９】
アンギュラ玉軸受１０の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用時には、次のようなグリース補給方法が適用される。すなわち、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の４％以下となるようにグリースショットさせる。なお、一回の補給量は、０．００４ｃｃ〜０．１ｃｃであることが望ましい。ここで、軸受空間容積とは、外輪内径と内輪外径との間にできる空間から、転動体の体積及び保持器の体積を差し引いた容積を意味する。
【００５０】
（実施例）
図１１に示した構成に基づく図１３に示された背面組合せの一対のアンギュラ玉軸受を用いて、本発明の実施例と比較例を表４に示す。また、表４の比較例Ａ、Ｂおよび実施例Ａ、Ｂの内輪を下記の評価条件で５０００ｍｉｎ−１〜３１０００ｍｉｎ−１の速度で回転させたときの外輪の温度変化を図１４に示す。
【００５１】
【表４】
2004316816.tif 000006
【００５２】
［評価条件］
組合せ    ２列背面組合せ（背面組合せ定位置予圧）
潤滑      オイルエア潤滑  給油量  ０．０３ｃｃ／４ｍｉｎ／１Ｂｒｇ
組込時アキシアルぱね定数    １００Ｎ／μｍ
（予圧の影響を受けないように同じばね定数に設定）
駆動方法    ベルト
冷却方法    外筒冷却  冷却油温室温＋３℃（室温２２℃）、６ＮＬ／ｍｉｎ
評価方法    温度上昇、焼き付き限界
図１４に示すように、玉径を７．９３８ｍｍ、玉数を２６個、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ，Ｒｏ＝０．５４Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１５°、内外輪材質をＳＵＪ２、玉材質をセラミックとした玉軸受（比較例Ａ）の場合には、内輪の回転速度が２４０００ｍｉｎ−１を超えると外輪温度が急激に上昇し、内輪の回転速度が２７０００ｍｉｎ−１に達すると焼付きを起こすことがわかる。これに対し、玉径を８．７３１ｍｍ、玉数を２５個、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝０．５８Ｄａ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ＝０．５４Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°、内外輪材質をＳＨＸ（日本精工株式会社商品名、Ｃ；０．２〜１．２重量％、Ｓｉ；０．７〜１．５重量％、Ｍｏ；０．５〜１．５重量％、Ｃｒ；０．５〜２．０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有する鉄鋼材料、表面炭素濃度：０．８〜１．３％、表面窒素濃度：０．２〜０．８％）、玉材質をセラミックとした玉軸受（比較例Ｂ）の場合には、内輪の回転速度が３１０００ｍｉｎ−１に達しても焼付きを起さないことがわかる。
【００５３】
また、玉径を８．７３１ｍｍ、玉数を２５個、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ，Ｒｏ＝０．５４Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°、内外輪材質をＳＵＪ２、玉材質をセラミックとした玉軸受（実施例Ａ）の場合や、玉径を８．７３１ｍｍ、玉数を２５個、内側軌道溝および外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ，Ｒｏ＝０．５４Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１８°、内外輪材質をＳＨＸ、玉材質をセラミックとした玉軸受（実施例Ｂ）の場合も比較例Ｂと同様に、内輪の回転速度が３１０００ｍｉｎ−１に達しても焼付きを起さないことがわかる。
【００５４】
以上のことから、内側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｉ＝０．５３５Ｄａ〜０．５４５Ｄａ、外側軌道溝の幅方向断面の曲率半径をＲｏ＝０．５１５Ｄａ〜０．５４５Ｄａ、内側軌道溝および外側軌道溝に対する玉の接触角を１７°〜２６°、玉の直径を軸受断面高さＨ（外輪の外径から内輪の内径を差し引いた値の１／２）に対して０．４Ｈ〜０．５６Ｈに設定することにより、高速回転に伴う発熱量を抑制して焼付きを防止できると共に転がり疲労寿命を長くすることができ、かつ低コスト化を図ることができる。
【００５５】
さらに、図１１に示した第１実施形態のアンギュラ玉軸受を用いて、以下のような実験を行った。
内径６５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、接触角１８°、玉径７．１４４ｍｍ、使用グリースはイソフレックスＮＢＵ１５（ＮＯＫクリューバー（株）製）、グリース初期封入量は軸受空間容積の１５％（２．３ｃｃ）である、一対のアンギュラ玉軸受により、試験機の回転主軸を支持した。一対のアンギュラ玉軸受は背面組合せとし、軸受間隔は１００ｍｍとした。
【００５６】
（実験１）
試験機の回転主軸をいくつかの設定速度で回転させ、各設定速度における軸受耐久時間を観測した。結果を表１に示す。
【表５】
2004316816.tif 000007
グリース補給がない状態では、ｄｍｎ１２０万で１００００時間を越える耐久時間を達成できなかった。これは、グリース寿命が１００００時間であったことを示している。ｄｍｎ１５０万ではグリース寿命が１０００時間であった。ｄｍｎ１８０万ではグリース寿命が１００時間であった。
表５の結果をグラフ化したものを図１５に示す。図１５から、ｄｍｎの上昇に伴って、グリース寿命時間が指数関数的に短くなることがわかる。
【００５７】
（実験２）
実験１のときと同様な条件で、試験機の回転主軸を一対のアンギュラ玉軸受で支持し、適宜な慣らし運転を行った。慣らし運転後のｄｍｎ１５０万における外輪温度は５５℃であった。なお、ｄｍｎ１５０万におけるグリース寿命は、前述のように１０００時間である。
本実験では、ｄｍｎ１５０万で１０００時間運転を行った時点で、いくつかの設定補給量のグリース補給を行い、その後０からｄｍｎ１５０万に５秒で立ち上げて運転を再開するとともに軸受を観察することで、各設定補給量における耐久時間及び軸受の昇温を測定した。結果を表６に示す。
【表６】
2004316816.tif 000008
補給量が４％以下のときは、初期封入のグリース寿命の半分である５００時間を越えると、焼付が生じた。
一方、補給量が４％を超えると、グリース補給後に軸受が異常昇温（外輪が７５℃以上に急上昇）した。
以上の結果から、グリースの補給間隔は、初期封入のグリース寿命時間の半分以下とし、補給量は軸受空間容積の４％以下とするのが良いことがわかった。
【００５８】
なお、２％のグリース補給を行った後、慣らし運転をした時点で、軸受内部の接触部の脇にかき出されたグリースを採取し、量を測定したところ、２％の量の補給に対し、１．９％の量のグリースがかき出されたことがわかった。これは、転動体（玉）、内外輪の軌道溝及び保持器間に必要最低限のグリースが潤滑膜として保持され、余分なグリースがかき出されたことを示す。
このことから、グリース補給量の下限は軸受空間容積の０．１％であることがわかった。
【００５９】
図１６は、本発明の第２実施形態であるアンギュラ玉軸受２０を示す。なお、内輪軌道溝と外輪軌道溝の幅方向断面の曲率半径、玉の接触角度、玉の直径、グリース潤滑の一回の補給量は第１実施形態と同様である。
アンギュラ玉軸受２０は、内輪２１、外輪２２、内外輪２１の内輪軌道２１ａと外輪２２の外輪軌道２２ａとの間に複数配置された玉２３及び玉２３を円周方向等間隔に保持する保持器２４を備えている。
本実施形態においては、外輪２２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪２２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔２５が設けられている。補給孔２５の外輪内径面側は、グリースだまり２５ａになっている。グリースだまり２５ａの断面積は、補給孔２５の他の部分の断面積より大きい。グリースだまり２５ａを有しているので、補給孔２５は、段付き円柱状空間になっている。グリースだまり２５ａは、外輪２２の内径面の、外輪軌道２２ａに隣接する箇所に位置している。以下に説明する実施形態においても、補給孔がグリースだまりを有してもよい。
【００６０】
図１７は、本発明の第３実施形態に係るアンギュラ玉軸受３０を示す。なお、内輪軌道溝と外輪軌道溝の幅方向断面の曲率半径、玉の接触角度、玉の直径、グリース潤滑の一回の補給量は第１実施形態と同様である。
アンギュラ玉軸受３０は、内輪３１、外輪３２、内輪３１の内輪軌道３１ａと外輪３２の外輪軌道３２ａとの間に複数配置された玉３３及び玉３３を円周方向等間隔に保持する保持器３４を備えている。本実施形態は、内輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪３２の外輪軌道３２ａの、接触部３２ｂのある側（図では右側）の反対側に、外輪３２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔３５が開口している。尚、補給孔３５は、接触部３２ｂのある側であってもよく、接触部３２ｂ以外の部分に設ければよい。
【００６１】
図１８は、本発明の第４実施形態に係るアンギュラ玉軸受４０を示す。なお、内輪軌道溝と外輪軌道溝の幅方向断面の曲率半径、玉の接触角度、玉の直径、グリース潤滑の一回の補給量は第１実施形態と同様である。
アンギュラ玉軸受４０は、内輪４１、外輪４２、内輪４１の内輪軌道４１ａと外輪４２の外輪軌道４２ａとの間に複数配置された玉４３及び外輪案内の保持器４４を備えている。本実施形態は、外輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪４２のカウンタボア側（図では右側）に、外輪４２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔４５が設けられている。補給孔４５は、保持器４４の片側（図では右側）の案内面４４ａに向けて開口している。
【００６２】
図１９は、本発明の第５実施形態に係るアンギュラ玉軸受５０を示す。なお、内輪軌道溝と外輪軌道溝の幅方向断面の曲率半径、玉の接触角度、玉の直径、グリース潤滑の一回の補給量は第１実施形態と同様である。
アンギュラ玉軸受５０は、内輪５１、外輪５２、内輪５１の内輪軌道５１ａと外輪５２の外輪軌道５２ａとの間に複数配置された玉５３及び外輪案内の保持器５４を備えている。本実施形態は、外輪カウンタボア軸受である。
本実施形態においては、外輪５２の反カウンタボア側（図では左側）に、外輪５２を径方向に貫通する補給要素としての補給孔５５が設けられている。補給孔５５は、保持器５４の片側（図では左側）の案内面５４ａに向けて開口している。
【００６３】
図２０は、本発明の第１〜５実施形態に記載のアンギュラ玉軸受を用いて構成される工作機械用主軸装置としてのスピンドル装置を示す図である。ここでは、例として第１実施形態のアンギュラ玉軸受１０を用いている。
【００６４】
軸受１０は、主軸１に外嵌し、そしてハウジング７に内嵌している。主軸１は、軸受１０を介して、ハウジング７に対し回転可能である。軸受１０の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５及び外輪間座６が配置されている。内輪間座５及び外輪間座６の軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９が配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８及び外輪押さえ部材９の間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。
【００６５】
ハウジング７には、ハウジング７を貫通し、各軸受１０の外輪に形成された補給孔に追加グリースを補給するノズル（グリース供給こま）４が固定されている。グリースは、グリース補給器２から補給パイプ３を介してノズル４に供給され、そして径方向に軸受内部に補給される。グリース補給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットする。
【００６６】
図２０では、第１実施形態の軸受１０を例として挙げたが、勿論その他の実施形態２〜５、又はそれらの任意の組合せを代わりに用いてもよい。
また、その他の軸受の外輪に同様の補給孔を設けても同様の効果が期待されることは言うまでもない。
【００６７】
図２１は、以下に説明する第６実施形態に係る転がり軸受２００を用いて構成される工作機械用主軸装置としてのスピンドル装置を示す図である。
【００６８】
軸受２００は、主軸１に外嵌し、ハウジング７に内嵌している。主軸１は、軸受２００を介して、ハウジング７に対し回転可能である。軸受２００の各内輪及び外輪間には、それぞれ主軸１及びハウジング７に沿って配置された内輪間座５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｄ，５００ｅ及び外輪間座６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄ，６００ｅが図視左から順に配置されている。
【００６９】
内輪間座５００ａ及び５００ｅ並びに外輪間座６００ａ及び６００ｅの軸方向両端には、それぞれ内輪押さえ部材８ａ，８ｂ及び外輪押さえ部材９ａ，９ｂが配置され、各間座を介して各軸受に予圧を与えている。内輪押さえ部材８ａ及び外輪押さえ部材９ａ並びに内輪押さえ部材８ｂ及び外輪押さえ部材９ｂの間には、図示せぬ間隙が形成されており、両押さえ部材間にラビリンスを形成している。
【００７０】
図２２は、図２０に示すスピンドル装置の拡大断面図である。ここでは、本発明の第６実施形態に係るアンギュラ玉軸受２００並びにその周辺構造について説明する。
【００７１】
図２２に示す各アンギュラ玉軸受２００は、内輪２０１、外輪２０２、内輪２０１の内輪軌道２０１ａと外輪２０２の外輪軌道２０２ａとの間に複数配置された玉２０３、及び、玉２０３を円周方向等間隔に保持する保持器２０４を備えている。外輪２０２は、玉２０３を接触角を持って保持するためのテーパ部２０２ｂを軸方向片側に有している。以下、テーパ部が形成された軸方向一方を正面側、他方を背面側と呼ぶこととする。
【００７２】
本実施形態においては、各アンギュラ玉軸受２００間には、グリース補給用外輪間座６００ｂが配置されている。グリース補給用外輪間座６００ｂには、ハウジング７を貫通した二つのグリース補給用ノズル４が、グリース補給用外輪間座６００ｂに差し込み固定されている。グリース補給用ノズル４には、外部のグリース供給器２から補給パイプ３を介して追加グリースが供給される。
【００７３】
グリース補給用外輪間座６００ｂは、ノズル４の先端から追加グリースをアンギュラ玉軸受２００内部に補給する補給要素としての補給孔２０５を有している。補給孔２０５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有しており、軸受２００の内側（保持器２０４よりも内径側）に向けて軸方向に開口している。補給孔２０５は、内輪２０１及び外輪２０２間に背面側から軸方向に追加グリースを供給する。供給されるグリースは、主に保持器２０４よりも内径側に供給される。
【００７４】
なお、補給孔２０５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６００ｂの複数箇所に設けられてもよい。また、供給されるグリースは、主に保持器２０４よりも内径側に供給されるほうが好ましいが、外径側に供給してもよい。
【００７５】
各アンギュラ玉軸受２００の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。そして、軸受使用開始後、グリース供給器２は、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔２０５を介して、一回の補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるようにグリースショットする。軸受内部に追加補給されたグリースは、玉２０３の転動に伴い、軸受内部全体に馴染み、不足したグリースを補う。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、グリース補給用外輪間座６００ｄにも、ハウジング７を貫通したグリース補給用ノズル４が差し込み固定されており、上記と同様に構成されている。
【００７６】
図２３は、第６実施形態の第１の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２２０は、軸に外嵌する内輪２２１、ハウジング１０００に内嵌する外輪２２２、内輪２２１の内輪軌道２２１ａと外輪２２２の外輪軌道２２２ａとの間に転動自在に配置された玉２２３、並びに玉２２３を保持する保持器２２４から構成される。
【００７７】
ハウジング１０００は、径方向内側に突出した凸部１０００ａを有する。軸受２２０の外輪２２２は、軸方向背面側で凸部１０００ａに接している。内輪２２１の軸方向背面側には、凸部１０００ａと軸方向に対向する内輪間座５１０ａが配置されている。
【００７８】
一方、外輪２２２の軸方向正面側には、グリース補給用外輪間座６１０が設けられている。グリース補給用外輪間座６１０は、内輪間座５１０ｂと軸方向に対向している。ハウジング１０００におけるグリース補給用外輪間座６１０の外径面に対応する位置には、グリース補給用ノズル４００をグリース補給用外輪間座６１０に差し込むための開口１０００ｂが形成されている。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１０００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃがグリース補給用外輪間座６１０内部に差し込まれている。
【００７９】
グリース補給用外輪間座６１０は、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２２０内部に補給する補給要素としての補給孔２２５を有している。補給孔２２５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２２５は、内輪２２１及び外輪２２２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２２５は、径方向に間隔をあけてグリース補給用外輪間座６１０の複数箇所に設けられてもよい。
【００８０】
図２４は、第６実施形態の第２の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２３０は、軸に外嵌する内輪２３１、ハウジング１１００に内嵌する外輪２３２、内輪２３１の内輪軌道２３１ａと外輪２３２の外輪軌道２３２ａとの間に転動自在に配置された玉２３３、並びに玉２３３を保持する保持器２３４から構成される。
【００８１】
ハウジング１１００は、径方向内側に突出した凸部１１００ａを有する。軸受２３０の外輪２３２は、軸方向正面側で凸部１１００ａに接している。内輪２３１の正面側には、凸部１１００ａに軸方向に対向する内輪間座５２０ｂが配置されている。一方、外輪２２２の軸方向背面側には、内輪間座５２０ａ及び外輪間座６２０がそれぞれに対向して配置されている。
【００８２】
凸部１１００ａの反対側となるハウジング１０００の外径面には、グリース補給用ノズル４００を凸部１１００ａ内に差し込むための開口１１００ｂが形成されている。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１１００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃが凸部１１００ａ内部に差し込まれている。
【００８３】
凸部１１００ａは、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２３０内部に補給する補給要素としての補給孔２３５を有している。補給孔２３５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２３５は、内輪２３１及び外輪２３２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２３５は、径方向に間隔をあけて凸部１１００の複数箇所に設けられてもよい。
【００８４】
また、図２５に第６実施形態の第３の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例は、第２変形例のアンギュラ玉軸受２３０の正面側と背面側を入れ替えたものであり、ハウジング１１００の凸部１１００ａがアンギュラ玉軸受２３０の軸方向背面側に設けられている。その他の構成は、図２４に示したものと同様である。
【００８５】
本変形例において、追加グリースは、凸部１１００ａに形成された補給孔２３５から、内輪２３１及び外輪２３２間に背面側から軸方向に供給される。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
【００８６】
図２６は、第６実施形態の第４の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例に用いられているアンギュラ玉軸受２４０は、軸に外嵌する内輪２４１、ハウジング１２００に内嵌する外輪２４２、内輪２４１の内輪軌道２４１ａと外輪２４２の外輪軌道２４２ａとの間に転動自在に配置された玉２４３、並びに玉２４３を保持する保持器２４４から構成される。外輪１２００の正面側端部には、テーパ部から径方向内側に突出した凸部２４２ｂが形成されている。
【００８７】
軸受２３０の外輪２３２は、軸方向正面側で、即ち、凸部２４２ｂが、外輪間座６３０ｂと接しており、軸方向背面側で、外輪間座６３０ａと接している。内輪２３１の背面側及び正面側には、それぞれ外輪間座６３０ａ及び６３０ｂと径方向に対向する内輪間座５３０ａ及び５３０ｂが配置されている。
【００８８】
ハウジング１２００は、外輪２４２の凸部２４２ｂの反対側となる外径面に、グリース補給用ノズル４００を凸部２４２ｂ内に差し込むための開口１２００ｂを有している。グリース補給用ノズル４００の基部４００ａは、ねじ等の固定部材４００ｂによりハウジング１２００の外径面上に固定されており、基部４００ａから延出した先端部４００ｃが、開口１２００ｂを介して外輪２４２の凸部２４２ｂ内部に差し込まれている。
【００８９】
凸部２４２ｂは、グリース補給用ノズル４００の先端部４００ｃから追加グリースを軸受２４０内部に補給する補給要素としての補給孔２４５を有している。補給孔２４５は、直径０．１〜５ｍｍの円形断面を有している。補給孔２４５は、内輪２４１及び外輪２４２間に正面側から軸方向に追加グリースを供給する。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
なお、補給孔２４５は、径方向に間隔をあけて凸部２４２ｂの複数箇所に設けられてもよい。
【００９０】
また、図２７に第６実施形態の第５の変形例に係るスピンドル装置の拡大断面図を示す。
本変形例は、第４変形例のアンギュラ玉軸受２４０の外輪２４２の変形例であり、外輪２４２の凸部２４２ｂが、アンギュラ玉軸受２４０の軸方向背面側に形成されている。その他の構成は、図２６に示したものと同様である。
【００９１】
本変形例において、追加グリースは、凸部２４２ｂに形成された補給孔２４５から、内輪２４１及び外輪２４２間に背面側から軸方向に供給される。これにより、グリースの欠如による軸受の破損を防止し、軸受の長寿命化が図られる。
【００９２】
上記した第６実施形態および第６実施形態の変形例１〜５のように構成することにより、軸方向に追加グリースを軸受内部に補給することが可能となる。
また、その他の軸受において、同様の補給孔を設けても同様の効果が期待されることは言うまでもない。
【００９３】
（実験３）
次に、図２８に示す回転試験装置（６５ミリ・アンギュラ玉軸受用中間Ｓ／Ｐ）を用いて軸方向からグリース追加供給を行う場合の耐久試験を行った。図２８において、軸１は背面組合せ（ＤＢ）のアンギュラ玉軸受２５０，２５０によりハウジング１５００に対して回転可能に構成されている。
【００９４】
図２９は、図２８のアンギュラ玉軸受２５０及びその周辺部材を示す拡大断面図である。アンギュラ玉軸受２５０は、軸１に固定された内輪２５１、ハウジングに固定された外輪２５２、内輪２５１の内輪軌道２５１ａと外輪２５２の外輪軌道２５２ａとの転動自在に配置された転動体２５３、及び転動体２５３を保持する保持器２５４から構成されている。
【００９５】
各アンギュラ玉軸受２５０の正面側には、内輪間座５５０ａ及び外輪間座６５０ａが、そして背面側には、内輪間座５５０及びグリース供給用外輪間座６５０ｂが、それぞれ内輪２５１及び外輪２５２に隣接配置されている。グリース供給用外輪間座６５０ｂ間には、外輪間座６６０が配置されている。
【００９６】
グリース供給用外輪間座６５０ｂには、ハウジング１５００を介してグリース供給用ノズル４５０が差込固定されている。グリース供給用ノズル４５０には、図示せぬグリース補給器から補給パイプ３を介してグリースが供給される。グリース供給用外輪間座６５０は、アンギュラ玉軸受２５０の正面側に開口した補給孔２５５（φ２．０）を有している。グリース供給用ノズル４５０に供給されたグリースは、先端部４５０ａから補給孔２５５に供給され、軸方向に軸受の軸受空間内に供給される。
【００９７】
実験では、本発明に係る玉軸受の構成である、内径６５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、玉径７．１４４ｍｍ、及び接触角１８°のアンギュラ玉軸受を用いた。潤滑に用いたグリースは、イソフレックスＮＢＵ１５であり、グリース初期封入量は、軸受空間容積の１５％とした。両軸受２５０，２５０は、２０，０００ｍｉｎ−１（ｄｍｎ１８０万）で回転させた。
【００９８】
実験では、比較のため、グリースの追加供給を行わない試験１とグリースの追加供給を行う試験２を行った。試験２では、回転開始後５０時間経過する毎に、０．３ｃｃ（軸受空間容積の１．５％に相当）のグリースを補給孔２５５を介して軸受空間内に追加ショットした。
【００９９】
実験を行った結果、試験１では、実験開始後５００時間後に軸受が焼き付いてしまったため、実験を中止した。一方、試験２では、実験開始後３０００時間が経過しても異常が発生することは無く、無事に実験を終了した。この実験結果から、グリースを補給した場合には、３０００時間以上経過しても何ら軸受に問題は発生せず、軸受の寿命が大幅に延びることが確認された。
【０１００】
次に、本発明の第１〜６実施形態に記載のアンギュラ玉軸受において、一回のグリース補給量を変更した本発明の第７実施形態について説明する。
上記第１〜６実施形態では、焼付きの発生を防止するため、一回のグリース補給量が軸受空間容積の０．１〜４％となるように設定されていたが、さらに、金型用途向けの工作機械等、精度が厳しく要求される装置の主軸に用いられる軸受においては、補給した瞬間の温度の脈動が生じないようにすることが望まれる。このため、第７実施形態においては、一回のグリース補給量を０．００４ｃｃ〜０．１ｃｃとなるように補給する。
【０１０１】
アンギュラ玉軸受の軸受空間には、軸受空間容積の１０〜２０％の量のグリースが初期封入される。ここで、軸受空間容積とは、外輪内径と内輪外径との間にできる空間から、転動体の体積及び保持器の体積を差し引いた容積を意味する。そして、軸受使用時には、次のようなグリース補給方法が適用される。すなわち、適宜なタイミングで（間欠的、定期的に）、補給孔１５を介して、一回の補給量が０．００４ｃｃ〜０．１ｃｃとなるようにグリースショットさせる。グリースショットのバラツキを考慮すると、一回の補給量の上限は、０．１２ｃｃである。また、一回のグリース補給量は、温度の脈動の発生防止を考慮すると、０．０１ｃｃ〜０．０３ｃｃであることが好ましい。以上に示す範囲内のグリースショットを行うことで、グリースの劣化または油膜形成不足による異常昇温の発生および軸受の破損を防止するとともに、グリース補給時の温度の脈動を抑制し、アンギュラ玉軸受が取り付けられる工作機械の軸精度の劣化を防ぐことができる。なお、上記第７実施形態は、上記第１〜第６実施形態に示されたアンギュラ玉軸受の構成のいずれにも適用可能である。
【０１０２】
次に、本発明の第７実施形態について、  内輪内径６５ｍｍ、外輪外径１００ｍｍ、幅１８ｍｍ、玉径７．１４４ｍｍ、接触角１８°のアンギュラ玉軸受７４０，７５０を用いて、グリース補給量と温度の脈動の関係を確認する温度脈動確認試験を行った。温度脈動確認試験に用いられたグリースは、イソフレックスＮＢＵ１５であり、グリースの初期封入量は、軸受空間容積の１５％であった。また、試験条件は、ｄｍｎ＝１８０万であった。
【０１０３】
本脈動確認試験は、図３０に示す試験用主軸装置７００を用いて行われた。試験用主軸装置７００は、支持台７０１上に配置されたハウジングブロック７０２によってハウジング本体７０３が支持される構成を有している。ハウジング本外７０３には、アンギュラ玉軸受７４０，７５０が互いに背面配置で内嵌している。このアンギュラ玉軸受主軸７４０は、主軸７１０に外嵌しており、主軸７１０を回転自在に支承している。
【０１０４】
アンギュラ玉軸受７４０，７５０間には、各アンギュラ玉軸受７４０，７５０の内輪間に内輪間座７１１が、そして各アンギュラ玉軸受７４０，７５０の外輪間に外輪間座７１２がそれぞれ設けられている。また、アンギュラ玉軸受７５０の軸方向後端側（図中右側）には、後端外輪押さえ７１３が設けられている。
また、アンギュラ玉軸受７４０の軸方向前端側（図中左側）には、外輪押さえ部材７１４と内輪押さえ部材７１５が設けられている。各アンギュラ玉軸受７４０，７５０は、外輪押さえ部材７１４及び内輪押さえ部材７１５によって後端外輪押さえ７１３側に軸方向に沿って押圧されている。
【０１０５】
ハウジング７０３には、ノズル部材７３０，７３０が各アンギュラ玉軸受７４０，７５０に対応して取り付けられている。ノズル部材７３０、７３０は、各アンギュラ玉軸受７４０，７５０の外輪に設けられた孔側からグリースを軸受空間内に供給する。本温度脈動確認試験では、グリースは、試験開始後１時間おきに供給するような構成とした。一回のグリース補給時に各軸受に供給されるグリースの量は、０．０３５ｃｃ、０．１０ｃｃ、０．１５ｃｃ、０．３０ｃｃ、０．６０ｃｃとして計５回実験を行った。図３１は、この温度脈動確認試験の結果を示すグラフであり、（ａ）はグリース補給量が０．０３５ｃｃの場合、（ｂ）はグリース補給量が０．１０ｃｃの場合、（ｃ）はグリース補給量が０．１５ｃｃの場合、（ｄ）はグリース補給量が０．３０ｃｃの場合、そして（ｅ）はグリース補給量が０．６０ｃｃの場合を示す。
【０１０６】
図３１（ａ），（ｂ）に示すように、グリース補給量が０．０３５ｃｃ及び０．１０ｃｃの場合には、グリース補給をおこなっても、アンギュラ玉軸受７４０，７５０の軸受温度に全く変化はない。しかしながら、図３１（ｃ）に示すように、グリース補給量が０．１５ｃｃの場合には、グリース補給する毎にアンギュラ玉軸受７４０，７５０の温度が１℃程度上昇しているのがわかる。同様に、図３１（ｄ），（ｅ）に示すように、グリース補給量が０．３０ｃｃ及び０．６０ｃｃの場合にも、グリース補給する毎にアンギュラ玉軸受７４０，７５０の温度が１〜２℃程度上昇しているのがわかる。
【０１０７】
ここで、アンギュラ玉軸受７４０と軸受７５０では、グリース補給前の定常状態での温度が異なっている。この定常状態での温度の差異は、アンギュラ玉軸受７４０と、アンギュラ玉軸受７５０の周辺構造の差異、例えば、ハウジングブロック７０２からの距離の差異や図示せぬ冷却装置との位置関係等により発生した熱の抑制率が異なっているため、定常状態での温度が異なっているものと考えられる。
【０１０８】
いずれにせよ、アンギュラ玉軸受７４０においても、またアンギュラ玉軸受７５０においても、図３１（ｃ）〜図３１（ｅ）に示すように、グリース補給量が０．１５ｃｃ以上の場合には、補給グリースの攪拌抵抗等により軸受が発熱を起こし、軸受の昇温、すなわち温度の脈動が発生していると考えられる。したがって、一回のグリース補給量を０．１ｃｃ以下と設定することにより、温度の脈動が発生しない安定したグリース供給を行うことが可能であることがわかった。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速回転に伴う発熱量を抑制しかつ高剛性で焼付きを防止し、転がり疲労寿命を長くすることができると共に工作機械主軸用軸受として用いる場合の静的アキシアル負荷容量を確保し、さらに環境面、コスト面で有利なグリース潤滑の玉軸受を提供できる。また、この転がり軸受を用いて、高い信頼性を有する工作機械用主軸装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】玉軸受の回転時のアキシアルばね定数を示す図である。
【図２】玉軸受の回転時の内輪ＰＶ値を示す図である。
【図３】玉軸受の回転時の内輪ＰＶ値と外輪ＰＶ値を示す図である。
【図４】玉軸受の発熱量を示す図である。
【図５】玉軸受の転がり疲労寿命を示す図である。
【図６】玉軸受の静的許容アキシアル荷重を示す図である。
【図７】玉軸受の内輪ＰＶ値と接触角との関係を示す図である。
【図８】玉軸受の発熱量と接触角との関係を示す図である。
【図９】玉軸受の外輪ＰＶ値と接触角との関係を示す図である。
【図１０】玉軸受の内輪ＰＶ値と内外輪温度差との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る玉軸受の玉と軌道溝との関係を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る玉軸受が適用された実施例を示す図である。
【図１４】玉軸受の外輪温度と内輪回転数との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第１実施形態を用いた実験結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の第２実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図２０】本発明の第１〜５実施形態に記載の転がり軸受を用いて構成されるスピンドル装置を示す断面図である。
【図２１】本発明の第６実施形態に記載の転がり軸受を用いて構成されるスピンドル装置を示す断面図である。
【図２２】図２１に示すスピンドル装置の拡大断面図であり、本発明の第６実施形態を示す図である。
【図２３】本発明の第６実施形態の第１変形例を示す断面図である。
【図２４】本発明の第６実施形態の第２変形例を示す断面図である。
【図２５】本発明の第６実施形態の第３変形例を示す断面図である。
【図２６】本発明の第６実施形態の第４変形例を示す断面図である。
【図２７】本発明の第６実施形態の第５変形例を示す断面図である。
【図２８】回転試験装置を示す図である。
【図２９】図２８の回転試験装置の拡大図である。
【図３０】本発明の第７実施形態における温度脈動試験に用いられた試験用主軸装置を示す図である。
【図３１】本発明の第７実施形態における脈動確認試験の結果を示すグラフであり、（ａ）はグリース補給量が０．０３５ｃｃの場合、（ｂ）はグリース補給量が０．１０ｃｃの場合、（ｃ）はグリース補給量が０．１５ｃｃの場合、（ｄ）はグリース補給量が０．３０ｃｃの場合、そして（ｅ）はグリース補給量が０．６０ｃｃの場合を示す。
【図３２】玉軸受の静的許容アキシアル荷重と内側軌道溝曲率半径との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０            アンギュラ玉軸受（玉軸受）
１１，２１，３１，４１，５１            内輪
１２，２２，３２，４２，５２            外輪
１３，２３，３３，４３，５３            玉
１４，２４，３４，４４，５４            保持器
１５，２５，３５，４５，５５            補給孔
【図１】
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【図２】
2004316816.tif 000010
【図３】
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【図４】
2004316816.tif 000012
【図５】
2004316816.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004316816.tif 000017
【図１０】
2004316816.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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