(57)【要約】【課題】摩耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れる転がり軸受を提供すること。【解決手段】鋼製の外輪の内周面及び内輪の外周面に浸炭窒化処理を施し、この鋼は、Ｃを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理を施して表面炭素濃度を０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度を０．２〜０．８質量％とし、保持器を強化繊維を含有する熱溶融可能な合成樹脂から形成し、グリースを封入可能とし、転動体をセラミックス製として転がり軸受を構成する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪とからなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、転動体とからなる転がり軸受において、
前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、
前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくともいずれか一つを強化繊維として含有したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受であって、グリースを潤滑剤として封入可能な構成としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受であって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の転がり軸受であって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の転がり軸受であって、前記転動体をセラミックス製としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
転がり軸受と潤滑油供給装置とからなる転がり軸受システムであって、前記転がり軸受は内輪及び外輪とからなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、転動体とから形成されており、
前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、
前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくともいずれか一つを強化繊維として含有しており、
前記潤滑油供給装置は、前記転がり軸受にオイルエア又はオイルミストのいずれかによって０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎの潤滑油を供給可能な構成を有することを特徴とする転がり軸受システム。
【請求項７】
請求項６に記載の転がり軸受システムであって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成としたことを特徴とする転がり軸受システム。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の転がり軸受システムであって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％であることを特徴とする転がり軸受システム。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の転がり軸受システムであって、前記転動体をセラミックス製としたことを特徴とする転がり軸受システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転条件下の用途で好適に使用される転がり軸受及び転がり軸受システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種工作機械の主軸を支承して回転させる転がり軸受は、内輪及び外輪からなる鋼製の軌道部材、保持器、転動体とから構成されている。そして、保持器のポケット内に収容保持された転動体がポケット内を転動し、内輪と外輪との間で転動体と保持器が周方向に回転し、内輪が主軸とともに外輪に対して回転する。かかる転がり軸受にあっては、保持器を外輪の内周面で案内する外輪案内形式、保持器を内輪の外周面で案内する内輪案内形式、保持器を転動体で案内する転動体案内形式がある。
【０００３】
近年、加工効率と生産性を向上させるため、各種工作機械には高速化が求められており、これらの工作機械の主軸の高速回転化が進み、転がり軸受にも高速回転への対応が要求されている。また、工作精度を向上させるために、振動、音響等の特性に優れた転がり軸受が必要とされている。潤滑をグリースで行う転がり軸受にあっては、ｄｍｎ値（転がり軸受ピッチ円径ｍｍ×回転数ｍｉｎ−１）が１×１０６を超えるような高速回転条件下で使用されるものがあり、潤滑油供給装置がオイルエア又はオイルミストで潤滑油を供給して潤滑を行う転がり軸受にあっては、ｄｍｎ値が２×１０６を超えるような高速回転条件下で使用されるものもある。
【０００４】
そして、高速回転条件下で使用される転がり軸受では、微量の潤滑剤を供給する微量潤滑が多く採用されており、転がり軸受からの発熱量の低減が図られている。すなわち、潤滑油供給装置がオイルエア又はオイルミストで転がり軸受に供給する潤滑油を微少量としたり、グリースの封入量を転がり軸受の軸受空間容積の１０〜２０％としている。なお、軸受空間容積とは、軌道部材の内輪の外周面、外輪の内周面及びシールによって囲まれた空間の容積から転動体及び保持器が占める容積を差し引いた容積のことをいう。
【０００５】
また、微量潤滑を採用する転がり軸受には、合成樹脂組成物から形成した保持器が多く用いられている。この合成樹脂組成物には軽量で柔軟性に優れるポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが用いられており、あるいは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の短繊維を強化繊維として混入し強化した複合材料の形態で使用されてきた。これらの中で、４６ナイロンや６６ナイロンのポリアミド樹脂は材料コストと性能とのバランスの良さから多用されている。また、アンギュラ玉軸受では、フェノール樹脂から形成した外輪案内保持器が用いられている。
【０００６】
しかし、転がり軸受を高速回転条件下で使用すると、保持器に遠心力や振れ周りに起因する大きな力が作用して変形を生じ、保持器のポケット内で転動体が拘束されて、転がり軸受の異常発熱、焼きつき、破損等を生じるおそれがある。かかる高速回転条件下での保持器の変形、転動体の拘束、異常発熱、焼きつき、破損等を防止するべく、転がり軸受の形状に関する発明がこれまでになされている。特開平１１−８２５２０号公報には回転軸受の回転体を保持するための保持構造体の発明が記載されており、本出願人の出願に係る特開平１１−３３６７６７号公報には円筒ころ軸受の発明が記載されており、本出願人の出願に係る特願２００１−２３１６９８号には軸受装置及び工作機械主軸の発明が記載されている。なお、本出願の出願時に、特願２００１−２３１６９８号に記載の発明は公開されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グリースを充填した微量潤滑の外輪案内形式の転がり軸受では、高速回転条件下でグリースに大きな遠心力が作用し、グリースが外輪側へ移動してしまうとともに、グリースが転動体に案内されて保持器のポケットの外へ掻き出され、大半のグリースが保持器に案内されて保持器の外側へ掻き出されてしまい、保持器のポケット内や保持器を案内する外輪の案内面と保持器の間に充分な量のグリースを保持することが困難であった。このため、外輪の案内面上、この案内面と対向する保持器の外周面上、転動体を収容保持する保持器のポケット面上では、保持器の外側へ掻き出されたグリースから漏れ出た基油が油膜を形成しているが、この油膜が一旦切れてしまうと再形成されないおそれがあった。また、保持器を形成する合成樹脂が油を保持できない合成樹脂である場合には、油膜が再形成されないおそれは一層大きくなってしまう。
【０００８】
そして、油膜が切れた状態が続くと、外輪の案内面が保持器と直接接触することとなり、外輪の案内面が磨耗し、磨耗により生じた粉塵などの異物が原因となってグリースを劣化させ、転がり軸受が異常発熱し、ひいては焼きつきや破損等を生じてしまう問題があった。保持器が強化繊維を含有している場合は、外輪の案内面が保持器と直接接触したときに、保持器の表面に露出している強化繊維が案内面と接触し、磨耗を一層顕著なものとしてしまう。
【０００９】
また、内輪案内形式の転がり軸受にあっても同様であり、内輪の案内面から離れた外輪側へグリースの大半は移動してしまう。このため、内輪の案内面への基油の供給はより少なくなり、高速回転条件下での潤滑条件は外輪案内形式の転がり軸受よりも過酷なものとなってしまう。
さらに、潤滑油供給装置がオイルエアやオイルミストによって微量潤滑する転がり軸受においても、供給される潤滑油は微量であり、潤滑油により形成された油膜が一旦切れると再形成されないおそれがある。
【００１０】
したがって、高速回転条件下で使用される外輪案内形式又は内輪案内形式の転がり軸受にあっては、軌道部材の案内面に磨耗を生じやすく、転がり軸受に異常発熱、焼きつき、破損を生じるおそれが大きいという問題があった。
これらの問題は、特開平１１−８２５２０号公報に記載の回転軸受の回転体を保持するための保持構造体の発明、特開平１１−３３６７６７号公報に記載の円筒ころ軸受の発明、特願２００１−２３１６９８号に記載の軸受装置及び工作機械主軸の発明においても充分に解決はされていない。
【００１１】
また、フェノール樹脂から形成した保持器は、射出成型をできず、その生産性が悪く、コストも高くなっていた。
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、保持器を案内する軌道部材の案内面の磨耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れる転がり軸受及び転がり軸受システムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、内輪及び外輪とからなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、転動体とからなる転がり軸受において、前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくともいずれか一つを強化繊維として含有した転がり軸受である。
【００１３】
請求項１の発明によると、軌道部材が保持器を案内する案内面は、浸炭窒化処理がなされて表面炭素濃度が大きくなって転がり疲労強度が向上し、表面窒素濃度が大きくなって耐磨耗性及び耐焼きつき性も向上している。
さらに、保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、保持器の射出成型が可能となるとともに、強化繊維を含有しているので、高速回転条件下で保持器に大きな力が作用してもその形が変形することが防止され、転動体が保持器内で拘束されることも防止され、異常高温、焼きつき、損傷等の発生も防止される。
【００１４】
なお、熱溶融可能な合成樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂等の超エンジニアリングプラスチック等を挙げることができる。
【００１５】
また、転がり軸受に封入されるグリースの量を前記軸受空間容積の１０〜２０％とすると、潤滑不良で転がり軸受が焼きつきを起すことや、グリースの攪拌抵抗により転がり軸受の温度が上昇することが防止される。
請求項２の発明は、請求項１に記載の転がり軸受であって、グリースを潤滑剤として封入可能な構成とした転がり軸受である。
【００１６】
請求項２の発明によると、高速回転条件下で保持器を案内する軌道部材の案内面に存在するグリースが少量となってしまい、案内面で油膜が切れて再形成されない事態が生じても、転がり軸受における案内面の磨耗、焼きつき、異常高温、損傷等が防止される。
また、案内面の磨耗が防止されるので、粉塵などの異物が発生してグリースに混入し、グリースが劣化することも防止される。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受であって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成とした転がり軸受である。
請求項３の発明によると、高速回転条件下で使用される外輪案内形式の転がり軸受において、保持器の変形が防止され、外輪の案内面の磨耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の転がり軸受であって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％である転がり軸受である。
【００１９】
請求項４の発明において使用する鋼材料の各成分の作用及び数値限定の臨界的意義について説明する。
〔Ｃ：０．２〜１．２質量％〕Ｃは焼入れ、焼戻し処理により素地をマルテンサイト化して鋼に硬さを付与する元素であり、転がり軸受として必要な転がり疲労強度を獲得するために不可欠な元素である。軸受部材の表面炭素濃度が低いと転がり疲労強度が低くなるので、鋼中のＣの含有率が０．６〜０．８質量％の範囲の所定値以下の場合には、浸炭処理を施して表面炭素濃度を所定値以上とする必要がある。この浸炭処理時間は材料中のＣの含有率が低いほど長くなる。材料中のＣの含有率が０．２質量％以上であれば、この浸炭処理時間を短くしてコストを低減することができる。
【００２０】
一方、材料中のＣの含有率が多いと巨大炭化物が析出し、これらが欠陥となって転がり疲労寿命が低下する。Ｃの含有率が１．２質量％を超えるとこのような巨大炭化物が析出しやすくなる。このため、Ｃの含有率の上限値を１．２質量％とした。
〔Ｓｉ：０．４〜１．５質量％〕Ｓｉは固溶を強化し、焼戻し軟化抵抗を高くする作用があり、高温強度を向上させる元素である。また、浸炭窒化時に表面の窒素濃度を高くする効果がある。本発明者などによる試験の結果、Ｓｉの含有率が０．４質量％以上であると、０．４質量％未満である場合と比較して格段に耐焼きつき性が向上することがわかった。上限値に関しては、Ｓｉの含有率が１．５質量％を超えると、加工性が低下する可能性があるため、上限値を１．５質量％とした。
【００２１】
〔Ｍｏ：０．５〜１．５質量％〕Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を高くする作用があり、高温強度を向上させる元素である。また、浸炭窒化時に析出する炭化物及び炭窒化物を微細にする作用がある。本発明者などによる試験の結果、Ｍｏの含有率が０．５質量％以上であると、０．５質量％未満である場合と比較して格段に耐焼きつき性が向上することがわかった。上限値に関しては、Ｍｏを１．５質量％を超えて添加してもＭｏ添加による効果は飽和するとともに、Ｍｏは高価な元素であるので、上限値を１．５質量％とした。
【００２２】
〔Ｃｒ：０．５〜２．０質量％〕Ｃｒは焼入れ性を向上させる元素であり、転がり軸受に必要な強度を獲得するためには不可欠な元素である。また、Ｃと結びついて炭化物を形成し、微細な析出物を生じさせるために必要な元素である。焼入れを充分に高くし、且つ炭化物及び炭窒化物を充分に析出させるには０．５質量％以上必要であるため、下限値を０．５質量％とした。
【００２３】
上限値に関しては、Ｃｒの含有率が２．０質量％を超えると、巨大炭化物が析出しやすくなり、この巨大炭化物がが欠陥となって転がり疲労寿命が低下するため、上限値を２．０質量％とした。
〔浸炭窒化処理後の表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％〕転がり軸受として必要な転がり疲労強度を得るためには、表面炭素濃度が０．８質量％以上である必要がある。また、表面炭素濃度が１．３質量％を超えると、巨大炭化物が形成されやすくなり、このような巨大炭化物が欠陥となって転がり疲労寿命が低下することがある。このため、浸炭窒化処理後の表面炭素濃度を０．８〜１．３質量％とした。
【００２４】
〔浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％〕窒素は耐磨耗性及び耐焼きつき性を向上させる作用を有し、特に、耐焼きつき性を著しく向上させるためには、窒素を軸受部材の表面に０．２質量％以上存在させる必要がある。しかしながら、表面窒素濃度が０．８質量％を超えると研削されにくくなるため、転がり軸受の仕上工程である研磨工程の生産性が低下する。このため、浸炭窒化処理後の表面窒素濃度を０．２〜０．８質量％とした。
【００２５】
したがって、かかる組成を有する鋼からなる軌道部材の案内面は耐磨耗性等に優れ、高速回転条件下でも転がり軸受の案内面の磨耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の転がり軸受であって、前記転動体をセラミックス製とした転がり軸受である。
【００２６】
請求項５の発明によると、転動体をセラミックス製としているので、軌道部材や保持器の温度が上昇して高温となる事態が生じても、転動体が変形したり変質したりすることは防止され、転がり軸受の焼きつき等も防止される。また、転動体の密度が小さくなるので、保持器に作用する力が軽減される。
請求項６の発明は、転がり軸受と潤滑油供給装置とからなる転がり軸受システムであって、前記転がり軸受は内輪及び外輪とからなる鋼製の軌道部材と、前記内輪及び外輪のいずれかによって案内される保持器と、転動体とから形成されており、前記内輪の外周面及び前記外輪の内周面うち少なくとも前記保持器を案内する案内面に浸炭窒化処理を施し、前記保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のうち少なくともいずれか一つを強化繊維として含有しており、前記潤滑油供給装置は、前記転がり軸受にオイルエア又はオイルミストのいずれかによって０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎの潤滑油を供給可能な構成を有する転がり軸受システムである。
【００２７】
請求項６の発明によると、高速回転条件下で潤滑油供給装置から転がり軸受に供給される潤滑油の量が微少量であり、軌道部材の案内面で油膜が切れて再形成されない事態が生じても、転がり軸受において案内面の磨耗、焼きつき、損傷、潤滑油の劣化等が防止される。
なお、潤滑油供給装置から供給される潤滑油の量が０．０００５ｍｌ／ｍｉｎよりも少ないと潤滑不良となって転がり軸受に焼きつきを生じ、０．０１ｍｌ／ｍｉｎよりも多いと潤滑油の攪拌抵抗によって転がり軸受の温度上昇が大きなものとなってしまう。したがって、潤滑油の供給量は０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎとする。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項６に記載の転がり軸受システムであって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成とした転がり軸受システムである。
請求項７の発明によると、高速回転条件下で使用される外輪案内形式の転がり軸受を備える転がり軸受システムにおいて、保持器の変形が防止され、外輪の案内面の磨耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、潤滑油に異物が混入して劣化することも防止される。
【００２９】
請求項８の発明は、請求項６又は請求項７に記載の転がり軸受システムであって、前記軌道部材を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有し、且つ浸炭窒化処理が施されて、表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％である転がり軸受システムである。
【００３０】
請求項８の発明かかる組成を有する鋼からなる軌道部材の案内面は耐磨耗性等に優れ、高速回転条件下でも案内面の磨耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、潤滑油に異物が混入して劣化することも防止される。
請求項９の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の転がり軸受システムであって、前記転動体をセラミックス製とした転がり軸受システムである。
【００３１】
請求項９の発明によると、高速回転条件下でも転動体が変形したり変質したりすることは防止され、転がり軸受における焼きつき等も防止される。また、転動体の密度が小さくなるので、保持器に作用する力が軽減される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
まず、図１を参照して本実施の形態の構成を説明する。図１に示すように、従来ある内輪鍔付きＮ型円筒ころ軸受と同様の形状を有する転がり軸受１０がある。転がり軸受１０は軌道部材である外輪１２及び内輪１６、保持器２０、転動体２２とから構成されている。そして、外輪１２の内周面が保持器２０を案内する案内面１４となっており、転がり軸受１０は外輪案内形式の転がり軸受となっている。
【００３３】
外輪１２及び内輪１６はともに鋼製であり、外輪の内周面には浸炭窒化処理が施されて、その表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％、表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％となっている。また、外輪１２及び内輪１６を形成する鋼は、合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％、Ｓｉを０．４〜１．５質量％、Ｍｏを０．５〜１．５質量％、Ｃｒを０．５〜２．０質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素を含有している。
【００３４】
また、内輪１６の外周面の軸方向両端部には鍔１８を設けてあり、両鍔１８の間で転動体２２を案内する構成となっている。
さらに、保持器２０は射出成型により合成樹脂組成物から形成されており、この合成樹脂組成物のマトリックスは超エンジニアリングプラスチックであるＰＥＥＫ樹脂からなり、強化繊維として炭素繊維を３０質量％含有している。そして、保持器２０は、その軸方向両端部が外輪１２の案内面１４で案内される両側案内となっている。
【００３５】
また、転動体２２はセラミックス製の円筒ころであり、保持器２０のポケットに収容保持されており、潤滑剤としてのグリースが軸受空間容積の１０〜２０％封入されている。
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
【００３６】
外輪１２及び内輪１６はともに鋼製であり、この鋼は合金成分としてＣを０．２〜１．２質量％含有しているので、軌道部材中に巨大炭化物が析出することが抑えられ、転がり軸受１０は必要な転がり疲労強度を有し、浸炭処理時間も短くなり処理コストが低減されている。
また、合金成分としてＳｉを０．４〜１．５質量％含有するので、軌道部材の高温強度が向上し、耐焼きつき性も向上しているとともに、加工性が低下することも防止されている。
【００３７】
さらに、合金成分としてＭｏを０．５〜１．５質量％含有するので、軌道部材の高温強度が向上しており、浸炭窒化時に析出する炭化物及び炭窒化物も微細なものとなっている。
また、Ｍｏの含有率は１．５質量％を超えないので、Ｍｏ添加による効果が飽和して、無駄にＭｏを添加することもなく、コストの無駄な上昇が防止されている。
【００３８】
また、合金成分としてＣｒを０．５〜２．０質量％含有するので、軌道部材中に巨大炭化物が析出することが抑えられ、転がり疲労寿命が低下も防止され、必要な強度が獲得され、微細な炭化物及び炭窒化物が充分に析出している。
また、外輪１２の案内面１４における浸炭窒化処理後の表面炭素濃度が０．８〜１．３質量％となっているので、案内面１４で巨大炭化物が析出することが抑えられ、転がり疲労寿命が低下も防止され、充分な転がり疲労強度が得られている。
【００３９】
また、外輪１２の案内面１４における浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％となっているので、案内面１４で耐磨耗性及び耐焼きつき性が向上しているとともに、転がり軸受１０の仕上工程である研磨工程の生産性が低下することも防止されている。
また、保持器２０は熱溶融可能な合成樹脂組成物から射出成型により形成されるのでその生産性は高く、合成樹脂組成物は強化繊維を含有しているので、保持器２０の形状が高速回転条件下で加わる力により変形することが防止されている。
【００４０】
転がり軸受１０を高速回転条件下におくと、転動体２２が保持器２０のポケット内で高速転動し、保持器２０は外輪１２の案内面１４を案内されて周方向に高速回転する。転動体２２がポケット内を高速転動してグリースはポケットの外側に掻き出されてしまうとともに、保持器２０が外輪１２の案内面１４上を回転してグリースは保持器２０の外側に掻き出されてしまう。掻き出されたグリースは保持器２０の外側で土手状に堆積する。この堆積したグリースから基油が漏れ出して、保持器２０のポケットの面、外輪１２の案内面１４、この案内面１４と対向する保持器２０の外周面の上に油膜が形成される。
【００４１】
しかし、転がり軸受１０に封入されているグリースの量は、グリースの粘性に対する抵抗から生じる発熱量を抑えるために軸受空間容積の１０〜２０％としてあり少量であり、大半のグリースは保持器２０の外側で土手状に堆積している。このため、保持器２０のポケットの面、外輪１２の案内面１４、この案内面１４と対向する保持器２０の外周面の上に存在するグリースの量は少なく、グリースから漏れ出て油膜を形成するために用いられる基油の量も少ない。したがって、基油によって形成される油膜が切れて再形成されないこともある。
【００４２】
油膜切れが生じると、保持器２０の表面に露出している強化繊維が外輪１２の案内面１４と接触することとなるが、案内面１４は充分な強度を有しており、案内面１４が保持器２０の表面に露出している強化繊維によって磨耗し、粉塵等の異物を発生させることは防止されている。これにより、異物がグリースに混入してグリースの劣化が生じることも防止される。また、油膜切れによって、転がり軸受１０の温度が上昇するが、案内面１４の高温強度は向上しており、案内面１４が磨耗等することは防止される。さらに、保持器２０は強化繊維を含有しているので、油膜切れによって転がり軸受１０の温度が上昇しても、保持器２０が変形することは防止される。また、転動体２２はセラミック製なので、転がり軸受の温度上昇によって変形等生じることはない。
【００４３】
したがって、本実施の形態にかかる転がり軸受１０を高速回転条件下で安定して使用することが可能となる。
なお、本実施の形態において転がり軸受１０を円筒ころ軸受として説明したが、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円錐ころ軸受等のころ軸受とすることが可能であり、転動体２２が玉である深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラストアンギュラ玉軸受等の玉軸受とすることが可能であることは勿論である。
【００４４】
また、外輪１２の案内面１４のみならず内輪１６の外周面にも浸炭窒化処理を施すことも可能である。
さらに、保持器２０を片側案内とすることも可能であり、内輪案内形式とすることも可能である。なお、内輪案内形式とする場合には、内輪の外周面に浸炭窒化処理を施す。これにより、潤滑条件が過酷な内輪の案内面で磨耗等の発生を防止できる。
【００４５】
また、保持器２０を転動体案内形式とし、外輪の内周面及び内輪の外周面に浸炭窒化処理を施すことが可能であることは勿論である。
また、保持器２０をなす合成樹脂組成物のマトリックスを、ＰＥＥＫ樹脂とする替わりに、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、フッ素樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ＰＥＳ樹脂、ＰＥＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ＰＩ樹脂、ＰＰＳ樹脂等の超エンジニアリングプラスチックとすることが可能であることは勿論である。
【００４６】
また、転がり軸受１０に潤滑剤としてグリースを封入することの替わりに、転がり軸受１０と別途設けてある潤滑油供給装置とから転がり軸受システムを形成し、この潤滑油供給装置からオイルエア又はオイルミストにより潤滑油を転がり軸受１０へ供給可能な構成とすることも可能である。この場合、潤滑油の供給量は、転がり軸受１個あたり０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎとする。適量の潤滑油が常に供給されるので、潤滑不良となって転がり軸受に焼きつきを生じることは防止され、潤滑油の攪拌抵抗によって転がり軸受の温度上昇が大きくなってしまうことも防止される。また、かかる微量潤滑の条件下にあって、前述の油膜切れを生じる事態があっても、外輪１２の案内面１４の磨耗、保持器２０の変形、転動体２２の変形が生じることは防止されており、かかる磨耗や変形に起因する異常高温も防止され、転がり軸受１０の焼きつき、損傷も防止される。内輪案内形式にあっても同様である。
【００４７】
次に、本発明に係る転がり軸受の寿命評価試験を行った結果を説明する。
寿命評価試験において、本発明に係る転がり軸受（発明例）と従来の転がり軸受（従来例）とで、高速回転条件下での転がり軸受の寿命評価を行った。
発明例の転がり軸受は、本実施の形態に説明した内輪鍔つきＮ型円筒ころ軸受と同様の構成を有する。但し、ころは外輪及び内輪と同じ組成の鋼により形成した。また、保持器を形成する合成樹脂組成物のマトリックスをＰＥＥＫ樹脂とし、強化繊維を炭素繊維とし、この炭素繊維の含有率は３０質量％とした。さらに、転がり軸受は、内径７０ｍｍ、外径１１０ｍｍ、ころ径９ｍｍ、ころ長さ９ｍｍ、ころ数２０個、保持器外径９９．５ｍｍとした。
【００４８】
また、比較例の転がり軸受は、外輪、内輪及びころを形成する鋼の組成を除いて発明例の転がり軸受と同様の構成を有する。外輪、内輪及びころは従来の転がり軸受の鋼材として使用されているＳＵＪ２材により形成した。
そして、発明例と比較例の各転がり軸受について以下の２つの条件下で試験を行い評価した。
（１）運転条件１
運転条件１における試験では、発明例と比較例の各転がり軸受を１００時間にわたって連続回転させてから分解し、保持器を案内する外輪の案内面の母線の形状を測定し、外輪の案内面の磨耗状態を評価した。なお、本試験における各転がり軸受の回転数は１３２００ｍｉｎ−１として、ｄｍｎ値が１．２×１０６となるようにした。
【００４９】
この結果、発明例の転がり軸受の外輪案内面に磨耗の発生は認められなかったが、比較例の転がり軸受の外輪案内面には磨耗が生じていた。
（２）運転条件２
運転条件２における試験では、５０００時間を目処として発明例と比較例の各転がり軸受が破損するまで連続回転をさせ、耐久性を評価した。但し、各転がり軸受の回転数は運転条件１の場合と同じにした。
【００５０】
この結果、発明例の転がり軸受は回転時間が５０００時間に達しても異常を生じることなく円滑に回転を続け、５０００時間でその回転を停止させた。回転停止後に発明例の転がり軸受を分解して調べたところ、何ら異常は認められなかった。
一方、比較例の転がり軸受は回転時間が６００時間となったときに回転が止まった。回転停止後、比較例の転がり軸受を分解して調べたところ、内輪鍔、ころの端面、外輪案内面に磨耗の発生が認められた。外輪案内面の磨耗量は１６〜１７μｍとなっていた。また、グリースは黒色に変色して劣化していた。
【００５１】
この寿命評価試験より、本発明に係る転がり軸受は、ｄｍｎ値が１．２×１０６となる高速回転条件下で使用しても、転がり軸受に異常を生じず、グリースを劣化させることもなく連続運転可能であることを確認した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、上記のような転がり軸受であるので、磨耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れる転がり軸受及び転がり軸受システムを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る保持器の軸方向部分断面図である。
【符号の説明】
１０　転がり軸受
１２　外輪
１４　案内面
１６　内輪
１８　鍔
２０　保持器
２２　転動体
【図１】
2004076748.tif 000002
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月4日(2003.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そして、油膜が切れた状態が続くと、外輪の案内面が保持器と直接接触することとなり、外輪の案内面が摩耗し、摩耗により生じた粉塵などの異物が原因となってグリースを劣化させ、転がり軸受が異常発熱し、ひいては焼きつきや破損等を生じてしまう問題があった。保持器が強化繊維を含有している場合は、外輪の案内面が保持器と直接接触したときに、保持器の表面に露出している強化繊維が案内面と接触し、摩耗を一層顕著なものとしてしまう。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
したがって、高速回転条件下で使用される外輪案内形式又は内輪案内形式の転がり軸受にあっては、軌道部材の案内面に摩耗を生じやすく、転がり軸受に異常発熱、焼きつき、破損を生じるおそれが大きいという問題があった。
これらの問題は、特開平１１−８２５２０号公報に記載の回転軸受の回転体を保持するための保持構造体の発明、特開平１１−３３６７６７号公報に記載の円筒ころ軸受の発明、特願２００１−２３１６９８号に記載の軸受装置及び工作機械主軸の発明においても充分に解決はされていない。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、フェノール樹脂から形成した保持器は、射出成型をできず、その生産性が悪く、コストも高くなっていた。
本発明は、上記した従来の技術の問題点を除くためになされたものであり、その目的とするところは、保持器を案内する軌道部材の案内面の摩耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れる転がり軸受及び転がり軸受システムを提供することである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１の発明によると、軌道部材が保持器を案内する案内面は、浸炭窒化処理がなされて表面炭素濃度が大きくなって転がり疲労強度が向上し、表面窒素濃度が大きくなって耐摩耗性及び耐焼きつき性も向上している。
さらに、保持器を形成する熱溶融可能な合成樹脂は、保持器の射出成型が可能となるとともに、強化繊維を含有しているので、高速回転条件下で保持器に大きな力が作用してもその形が変形することが防止され、転動体が保持器内で拘束されることも防止され、異常高温、焼きつき、損傷等の発生も防止される。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項２の発明によると、高速回転条件下で保持器を案内する軌道部材の案内面に存在するグリースが少量となってしまい、案内面で油膜が切れて再形成されない事態が生じても、転がり軸受における案内面の摩耗、焼きつき、異常高温、損傷等が防止される。
また、案内面の摩耗が防止されるので、粉塵などの異物が発生してグリースに混入し、グリースが劣化することも防止される。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受であって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成とした転がり軸受である。
請求項３の発明によると、高速回転条件下で使用される外輪案内形式の転がり軸受において、保持器の変形が防止され、外輪の案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
〔浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％〕窒素は耐摩耗性及び耐焼きつき性を向上させる作用を有し、特に、耐焼きつき性を著しく向上させるためには、窒素を軸受部材の表面に０．２質量％以上存在させる必要がある。しかしながら、表面窒素濃度が０．８質量％を超えると研削されにくくなるため、転がり軸受の仕上工程である研磨工程の生産性が低下する。このため、浸炭窒化処理後の表面窒素濃度を０．２〜０．８質量％とした。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
したがって、かかる組成を有する鋼からなる軌道部材の案内面は耐摩耗性等に優れ、高速回転条件下でも転がり軸受の案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、グリースに異物が混入して劣化することも防止される。
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の転がり軸受であって、前記転動体をセラミックス製とした転がり軸受である。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
請求項６の発明によると、高速回転条件下で潤滑油供給装置から転がり軸受に供給される潤滑油の量が微少量であり、軌道部材の案内面で油膜が切れて再形成されない事態が生じても、転がり軸受において案内面の摩耗、焼きつき、損傷、潤滑油の劣化等が防止される。
なお、潤滑油供給装置から供給される潤滑油の量が０．０００５ｍｌ／ｍｉｎよりも少ないと潤滑不良となって転がり軸受に焼きつきを生じ、０．０１ｍｌ／ｍｉｎよりも多いと潤滑油の攪拌抵抗によって転がり軸受の温度上昇が大きなものとなってしまう。したがって、潤滑油の供給量は０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎとする。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
請求項７の発明は、請求項６に記載の転がり軸受システムであって、前記軌道部材の外輪が前記保持器を案内する構成とした転がり軸受システムである。
請求項７の発明によると、高速回転条件下で使用される外輪案内形式の転がり軸受を備える転がり軸受システムにおいて、保持器の変形が防止され、外輪の案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、潤滑油に異物が混入して劣化することも防止される。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
請求項８の発明かかる組成を有する鋼からなる軌道部材の案内面は耐摩耗性等に優れ、高速回転条件下でも案内面の摩耗、異常高温、焼きつき、損傷等が防止され、潤滑油に異物が混入して劣化することも防止される。
請求項９の発明は、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の転がり軸受システムであって、前記転動体をセラミックス製とした転がり軸受システムである。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、外輪１２の案内面１４における浸炭窒化処理後の表面窒素濃度が０．２〜０．８質量％となっているので、案内面１４で耐摩耗性及び耐焼きつき性が向上しているとともに、転がり軸受１０の仕上工程である研磨工程の生産性が低下することも防止されている。
また、保持器２０は熱溶融可能な合成樹脂組成物から射出成型により形成されるのでその生産性は高く、合成樹脂組成物は強化繊維を含有しているので、保持器２０の形状が高速回転条件下で加わる力により変形することが防止されている。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
油膜切れが生じると、保持器２０の表面に露出している強化繊維が外輪１２の案内面１４と接触することとなるが、案内面１４は充分な強度を有しており、案内面１４が保持器２０の表面に露出している強化繊維によって摩耗し、粉塵等の異物を発生させることは防止されている。これにより、異物がグリースに混入してグリースの劣化が生じることも防止される。また、油膜切れによって、転がり軸受１０の温度が上昇するが、案内面１４の高温強度は向上しており、案内面１４が摩耗等することは防止される。さらに、保持器２０は強化繊維を含有しているので、油膜切れによって転がり軸受１０の温度が上昇しても、保持器２０が変形することは防止される。また、転動体２２はセラミック製なので、転がり軸受の温度上昇によって変形等生じることはない。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
また、外輪１２の案内面１４のみならず内輪１６の外周面にも浸炭窒化処理を施すことも可能である。
さらに、保持器２０を片側案内とすることも可能であり、内輪案内形式とすることも可能である。なお、内輪案内形式とする場合には、内輪の外周面に浸炭窒化処理を施す。これにより、潤滑条件が過酷な内輪の案内面で摩耗等の発生を防止できる。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
また、転がり軸受１０に潤滑剤としてグリースを封入することの替わりに、転がり軸受１０と別途設けてある潤滑油供給装置とから転がり軸受システムを形成し、この潤滑油供給装置からオイルエア又はオイルミストにより潤滑油を転がり軸受１０へ供給可能な構成とすることも可能である。この場合、潤滑油の供給量は、転がり軸受１個あたり０．０００５〜０．０１ｍｌ／ｍｉｎとする。適量の潤滑油が常に供給されるので、潤滑不良となって転がり軸受に焼きつきを生じることは防止され、潤滑油の攪拌抵抗によって転がり軸受の温度上昇が大きくなってしまうことも防止される。また、かかる微量潤滑の条件下にあって、前述の油膜切れを生じる事態があっても、外輪１２の案内面１４の摩耗、保持器２０の変形、転動体２２の変形が生じることは防止されており、かかる摩耗や変形に起因する異常高温も防止され、転がり軸受１０の焼きつき、損傷も防止される。内輪案内形式にあっても同様である。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
また、比較例の転がり軸受は、外輪、内輪及びころを形成する鋼の組成を除いて発明例の転がり軸受と同様の構成を有する。外輪、内輪及びころは従来の転がり軸受の鋼材として使用されているＳＵＪ２材により形成した。
そして、発明例と比較例の各転がり軸受について以下の２つの条件下で試験を行い評価した。
（１）運転条件１
運転条件１における試験では、発明例と比較例の各転がり軸受を１００時間にわたって連続回転させてから分解し、保持器を案内する外輪の案内面の母線の形状を測定し、外輪の案内面の摩耗状態を評価した。なお、本試験における各転がり軸受の回転数は１３２００ｍｉｎ−１として、ｄｍｎ値が１．２×１０６となるようにした。


【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
この結果、発明例の転がり軸受の外輪案内面に摩耗の発生は認められなかったが、比較例の転がり軸受の外輪案内面には摩耗が生じていた。
（２）運転条件２
運転条件２における試験では、５０００時間を目処として発明例と比較例の各転がり軸受が破損するまで連続回転をさせ、耐久性を評価した。但し、各転がり軸受の回転数は運転条件１の場合と同じにした。


【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
この結果、発明例の転がり軸受は回転時間が５０００時間に達しても異常を生じることなく円滑に回転を続け、５０００時間でその回転を停止させた。回転停止後に発明例の転がり軸受を分解して調べたところ、何ら異常は認められなかった。
一方、比較例の転がり軸受は回転時間が６００時間となったときに回転が止まった。回転停止後、比較例の転がり軸受を分解して調べたところ、内輪鍔、ころの端面、外輪案内面に摩耗の発生が認められた。外輪案内面の摩耗量は１６〜１７μｍとなっていた。また、グリースは黒色に変色して劣化していた。


【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、上記のような転がり軸受であるので、摩耗を防止でき、高速回転条件下での使用に好適であり、生産性に優れる転がり軸受及び転がり軸受システムを提供できるという効果がある。