(57)【要約】【課題】円筒ころ軸受において、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）を小さくでき、かつ保持器による非繰り返し振れの発生要因を抑えて、上記非繰り返し振れをより小さくすることができるものとする。【解決手段】内輪１と外輪２の軌道面１ａ，２ａ間に複数の円筒ころ３が組み込まれ、保持器４で保持された円筒ころ軸受に適用する。円筒ころ３の転動面のうねりのうち、２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を５０ｎｍ以下とする。各円筒ころ３のころ径相互差を１００ｎｍ以下とする。保持器４の最大偏心量が０．３５ｍｍ以下になるように、保持器４の案内隙間、および等配崩れを抑える。ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ内輪軌道面１ａのうねりの片振幅の総和を５ｎｍ以下とする。ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ外輪軌道面手２ａのうねりの片振幅の総和を１０ｎｍ以下とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪の軌道面間に複数の円筒ころが組み込まれ、これら複数の円筒ころを、円周方向に複数並んで設けられた各ポケット内に保持して等配状態に案内する保持器を有する円筒ころ軸受において、
ころ転動面の真円に対するラジアル方向の形状誤差が円周方向に沿って変化するうねりのうち、２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を５０ｎｍ以下とし、各円筒ころのころ径相互差を１００ｎｍ以下とし、保持器の最大偏心量が０．３５ｍｍ以下になるように、保持器の半径方向動き量，および等配崩れを抑えた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、上記２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つころ転動面のうねりの片振幅の総和を２０ｎｍ以下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、
ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ内輪軌道面のうねりの片振幅の総和を５ｎｍ以下とし、
ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ外輪軌道面のうねりの片振幅の総和を１０ｎｍ以下とした円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の主軸や他の用途等に用いられ、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）に優れた円筒ころ軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受の非繰り返し振れ（通称ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ  Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ  Ｒｕｎ−Ｏｕｔ）、また非同期回転振れとも呼ばれる。）を小さくするために、これまでも様々な発明がなされている。代表的なものとして、特許文献１では、内輪軌道面における山数が｛ｎ・Ｚ±１（ｎ：自然数）｝の形状誤差山成分の形状誤差振幅の総和と、外輪軌道面における山数が｛ｎ・Ｚ±１（ｎ：自然数）｝の形状誤差山成分の形状誤差振幅の総和との合計を１０ｎｍ以下に設定し、かつ、各転動体転動面における偶数山の形状誤差山成分の形状誤差振幅の総和を１０ｎｍ以下に設定し、組み込まれる転動体相互の直径での寸法誤差を２０ｎｍ以下に設定することによって、軸受の非繰り返し振れ精度を低減させている。上記各形状誤差振幅は上記特許文献１では両振幅を意味している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３４９３３号公報
【非特許文献１】
ＮＴＮ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ    Ｎｏ．６０（１９９２年発行）  ｐ１１〜１８
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）には保持器に起因する部分がある。しかし、上記の特許文献１の内容には保持器についての考慮がなく、したがってＮＲＲＯの低減が充分ではない。また、非特許文献１では、小径玉軸受６９６のＮＲＲＯの約半分が転動体の公転成分であることが示されている。転動体の公転成分とは、転動体の直径相互差および転動体の等配精度が起因するＮＲＲＯの発生量であり、保持器による転動体の等配精度がＮＲＲＯの減少に寄与することが示されている。つまり、転がり軸受のＮＲＲＯを低減するためには、軌道輪と転動体の精度向上のみではなく、保持器による転動体の等配精度向上を含めて議論しなければならないのである。
また、これまでの開発や発明で行われてきたＮＲＲＯの測定は全て玉軸受のみによって行われており、円筒ころ軸受について行われたものが存在しない。このため、従来技術で案出されているＮＲＲＯの低減方法は、円筒ころ軸受では確認されていない。
【０００５】
この発明の目的は、円筒ころ軸受において、非繰り返し振れを小さくでき、かつ保持器による非繰り返し振れの発生要因を抑えて、上記非繰り返し振れをより小さくできるものを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の円筒ころ軸受は、内輪と外輪の軌道面間に複数の円筒ころが組み込まれ、これら複数の円筒ころを、円周方向に複数並んで設けられた各ポケット内に保持して等配状態に案内する保持器を有する円筒ころ軸受において、
ころ転動面の真円に対するラジアル方向の形状誤差が円周方向に沿って変化するうねりのうち、２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を５０ｎｍ以下とし、各円筒ころのころ径相互差を１００ｎｍ以下とし、保持器の最大偏心量が０．３５ｍｍ以下になるように、保持器の半径方向動き量，および等配崩れを抑えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明は、非繰り返し振れに影響する各精度要因の許容割合を工夫することで、現在ある円筒ころ軸受よりも優れた非繰り返し振れ性能を得ようとするものである。現状、円筒ころ軸受については、非繰り返し振れは分析や研究がなされておらず、先行技術文献がないが、当社や市場に流通している超高精度軸受を測定分析すると、非繰り返し振れは０．２２〜１．０μｍ超の広い範囲にばらついている。これを、上記の最も精度の良い０．２２μｍよりも若干優れた０．２０μｍ以下に押さえ込むために、必要な各軸受精度を分析した。
【０００８】
非繰り返し振れに影響する精度要因としては、ころ径相互差、ころ転動面角数振れ、内輪軌道面角数振れ、外輪軌道面角数振れがある。ここで言う角数振れは各部品面の真円に対する形状誤差が円周方向に沿って生じる各角数のうねり（すなわち各周波数成分のうねり）の振幅の総和のことである。これらの要因による非繰り返し振れの算術和が実際に生じる非繰り返し振れの大きさとなる。このうち、ころ径相互差による影響が最も大きいが、ころ径相互差による影響を測定しようとした場合、保持器最大偏心量の要因を含んだ結果となり、両要因が分離できない。そこで、全体の非繰り返し振れを０．２０μｍ以下に抑え込むについて、まず、ころ径相互差を１００ｎｍ以下とし、また、このときに保持器最大偏心量については、高速回転用軸受として軽量化が図れる樹脂製保持器を考え、樹脂製保持器の精度限界とされている０．３５ｍｍを上限とした。つぎに非繰り返し振れの大きな要因は、ころ転動面角数振れである。ころ転動面角数振れの要因では、ころ転動面の２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を０．０５μｍ（５０ｎｍ）以下に抑え込むことにした。後に試験例を示すように、保持器最大偏心量を０．３５ｍｍとし、ころ径相互差を１００ｎｍとすると、ころ径相互差の要因による非繰り返し振れは０．１μｍに相当する。また、ころ転動面角数振れの０．０５μｍは、非繰り返し振れの０．０５μｍに相当する。したがって、ころ径相互差およびころ転動面角数振れを要因とする非繰り返し振れの和は０．１５μｍになり、目標とする０．２μｍに対する残りの非繰り返し振れの許容量は０．０５μｍになる。
【０００９】
内輪軌道面のうねりの角数振れや外輪軌道面のうねりの角数振れによる非繰り返し振れへの影響度は小さく、上記の非繰り返し振れの残許容量である０．０５μｍ内となるように、内輪軌道面のうねりの角数振れ、および外輪軌道面のうねりの角数振れを収めることは容易である。この範囲の内外輪の角数振れ精度に収めることは、現行の高精度加工で達成することができる。ちなみに、大雑把に見て内輪角数振れでは０．０２〜０．０３０μｍ程度（非繰り返し振れ：０．０３〜０．０６μｍに相当）、外輪角数振れでは０．０２０μｍ（非繰り返し振れ：０．０２μｍに相当）が確保できる。
【００１０】
したがって、ころ転動面の角数振れ、ころ径相互差、および保持器の最大偏心量を上記のように規制することで、現在得られていない０．２μｍ以下の非繰り返し振れとすることが可能になる。この場合に、保持器の最大偏心量となる０．３５ｍｍ以下に製作することは、樹脂保持器でも可能であり、銅や鉄等の無機材料の削り出し保持器であれば、より容易に加工できる。このため、ころ転動面の角数振れ、およびころ径相互差の管理を厳しくすることで、目標の非繰り返し振れ範囲に容易に収めることができる。また、上記のころ転動面の角数振れを５０ｎｍ以下とすること、およびころ径相互差を１００ｎｍ以下とすることは、現在の加工技術でも可能である。内輪軌道面および外輪軌道面の角数振れ精度を厳しくするだけでは、非繰り返し振れの精度向上に限界があり、また効果的に非繰り返し振れを抑えることができないが、このように、ころ転動面の角数振れ、ころ径相互差、および保持器の最大偏心量を規制することで、効果的に非繰り返し振れを小さくすることができる。なお、ころ転動面の角数振れについて、２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つ周波数成分のうねりに限定したのは、これよりも高い周波数成分のうねりについては、振幅が小さく、非繰り返し振れへの影響が実質上で無視できるからである。
【００１１】
この発明において、上記２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つころ転動面のうねりの片振幅の総和は、２０ｎｍ以下とすることがより好ましい。この範囲にころ転動面のうねりの片振幅を抑えると、非繰り返し振れへの影響の少ない要因である内輪軌道面のうねりや、外輪軌道輪のうねりに対する、通常以上の特別な精度管理はほぼ不要になる。
【００１２】
内輪軌道面および外輪軌道面のうねりについては、次の範囲とすることが好ましい。すなわち、ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ内輪軌道面のうねりの片振幅の総和を５ｎｍ以下とし、ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ外輪軌道面のうねりの片振幅の総和を１０ｎｍ以下とする。
内輪軌道面および外輪軌道面のうねりにつき、この範囲まで精度を上げると、上記のころ転動面の角数振れ、ころ径相互差、および保持器の最大偏心量の規制と相まって、非繰り返し振れを例えば０．１７７μｍ以下に抑えることが可能になる。なお、ｎＺ±１の角数を持つうねりに限定したのは、これよりも高い周波数成分のうねりについては、振幅が小さく、非繰り返し振れへの影響が実質上で無視できるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この円筒ころ軸受は、内輪１と外輪２の軌道面１ａ，２ａ間に複数の円筒ころ３が組み込まれ、これら複数の円筒ころ３を、円周方向に複数並んで設けられた各ポケット５内に保持して等配状態に案内する保持器４を有するものである。この円筒ころ軸受は複列とされ、内輪１は各軌道面１ａの両側に鍔部１ｂを有している。外輪２は鍔無しとされている。保持器４は各ころ列毎に設けられている。保持器４は、いわゆる櫛歯型のものであって、リング部４ａの円周方向の複数箇所に柱部４ｂが等間隔で突出しており、各柱部４ｂ間の空間が上記ポケット５となる。保持器４の材質は、樹脂製であっても良く、また銅、鉄、その他の金属等の無機材料の旋削等による削り出し品としても良い。
【００１４】
この円筒ころ軸受は、上記構成において、次のように各精度要因の範囲が設定されている。
▲１▼．円筒ころ３の転動面うねりのうち、２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を５０ｎｍ以下とし、好ましくは２０μｍ以下とする。上記うねりは、円筒ころ３の真円に対するラジアル方向の形状誤差が円周方向に沿って変化するうねりのことである。上記角数を持つうねりの片振幅の総和をを「ころ転動面角数振れ精度」と呼ぶことにする。
▲２▼．各円筒ころ３のころ径相互差は１００ｎｍ以下とする。ころ径相互差は、各列毎に用いられた各円筒ころ３のうち、最大径の円筒ころ３と最小径の円筒ころ３との直径差のことである。
▲３▼．保持器４の最大偏心量が０．３５ｍｍ以下になるように、保持器４の半径方向動き量、ポケット隙間、および等配崩れ等を抑える。保持器４の最大偏心量とは、保持器４の半径方向動き量や、保持器ポケット５の等配精度等に影響を受ける，保持器中心が軸受中心に対して最大に偏心する量のことである。保持器４の半径方向動き量は、内輪案内の場合は内輪１の鍔外径面または軌道面からなる保持器案内面と保持器４の被案内面との隙間であり、外輪案内の場合は外輪２の保持器案内面と保持器４の被案内面との隙間であり、転動体案内の場合は、円筒ころ３がポケット５の内面に当たることで、保持器４が内輪１または外輪２に対して浮き上がり状態に案内される場合の保持器の径方向動き量である。
▲４▼．内輪１については、ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ内輪軌道面のうねりの片振幅の総和を５ｎｍ以下とする。この角数を持つうねりの片振幅の総和を「内輪角数振れ精度」と呼ぶことにする。
▲５▼．外輪２については、ｎＺ±１（ｎ：１〜４の整数、Ｚ：円筒ころの本数）の角数を持つ外輪軌道面のうねりの片振幅の総和を１０ｎｍ以下とする。この角数を持つうねりの片振幅の総和を「外輪角数振れ精度」と呼ぶことにする。
上記内輪１および外輪２のうねりは、それぞれ内輪１および外輪２の軌道面における真円に対するラジアル方向の形状誤差が円周方向に沿って変化するうねりのことである。
【００１５】
この構成の円筒ころ軸受によると、次に試験方法、試験結果を示すように、非繰り返し振れを目標の０．２μｍよりも優れた０．１７７μｍ以内に抑えることができた。試験は、図７に示す円筒ころ軸受用非繰り返し振れ測定器を用いて、図１に示す円筒ころ軸受につき、精度が様々に異なるもの（実施形態品および現行品等）の測定を行った。図７の非繰り返し振れ測定器２０は、回転軸２１に被試験軸受の内輪１を嵌合させて回転駆動し、外輪２に嵌合させたリング部材２２を上下に対向させた静圧軸受２３，２４により回転自在に支持し、回転軸２１の回転駆動時の外輪２の非繰り返し振れを、マイクロセンサ２５で測定するものである。回転軸２１はエアスピンドル（図示せず）に連結されている。
【００１６】
この試験により、以下の結果を得た。測定軸受および測定方法は次のとおりである。
測定軸受：ＮＮ３０２０Ｋ  内径φ１００，外径φ１５０，幅３７
ころ本数：２８本×２列
測定方法：上記の非繰り返し振れ測定器２０により、内輪回転時のハウジング２２の外径の振れを測定し、ＦＦＴ（高速フーリェ変換）分析器で周波数分析をすることにより、内輪角数振れ精度、外輪角数振れ精度、ころ転動面角数振れ精度、および転動体公転精度にそれぞれ起因する非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）の片振幅を測定する。
非繰り返し振れに影響する各部品の精度誤差と発生周波数の関係は、表１の通りであることが一般的に知られているため、ＦＦＴ分析器で周波数分析をすることにより、非繰り返し振れの発生量を計測することが可能になる。測定結果を図２〜図６に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図２に内輪角数振れ精度と外輪角数振れによる非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）の発生量の関係を示す。同図より、内輪角数振れ精度を５ｎｍ以下とすれば、内輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量を１５ｎｍ以下とすることが出来ることが分かる。
図３に外輪角数振れ精度と外輪角数振れによる非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）の発生量の関係を示す。外輪角数振れ精度を１０ｎｍ以下とすれば、外輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量を１２ｎｍ以下とすることが出来ることが分かる。
【００１９】
図４にころ転動面角数振れ精度ところ転動面角数振れによる非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）の発生量の関係を示す。ころ転動面各数振れ精度を５０ｎｍ以下とすれば、ころ転動面角数振れによるＮＲＲＯの発生量を５０ｎｍ以下とすることが出来ることが分かる。
【００２０】
図５にころ径相互差ところ公転周波数で発生する非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）発生量の関係を示す。ころ径相互差が原因となって発生するＮＲＲＯの発生周波数と、保持器４による円筒ころ３の等配崩れが原因となって発生するＮＲＲＯの発生周波数は同一で、ころ公転周波数となっているため、「ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量」を縦軸に用いている。
以上のことより、図５に示すころ公転周波数で発生する非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）の発生は、保持器４の影響を受けているため、注意が必要である。図５は後述する保持器最大偏心量が０．３５ｍｍの保持器４を使用した軸受でデータの採取を行っている。図５より、ころ径相互差を１００ｎｍ以下とすれば、ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量を１００ｎｍ以下とすることが出来ることが分かる。
【００２１】
図６に保持器最大偏心量ところ公転周波数で発生する非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）発生量の関係を示す。ここでも、ころ径相互差が原因となって発生するＮＲＲＯの発生周波数と、保持器４による円筒ころ３の等配崩れが原因となって発生するＮＲＲＯの発生周波数は同一で、ころ公転周波数となっているため、「ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量」を縦軸に用いている。図６は、ころ径相互差が１００μｍのころを使用した軸受でデータの採取を行っている。図６より、保持器最大偏心量を０．３５ｍｍ以下とすれば、ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量を１００ｎｍ以下とすることが出来ることが分かる。好ましくは、保持器最大偏心量を０．２ｍｍ以下とすることで、ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量を更に小さくすることが出来る。しかし、保持器最大偏心量を０．２ｍｍ以下とすることは，軸受の高速回転に適する樹脂材料では困難であり，軸受の高速回転には不利である銅や鉄等の無機材料を旋削することによってのみ可能である。
【００２２】
以上より、
ｎを正の整数、Ｚを転動体の個数としたとき、ｎ＝１〜４までの内輪軌道面の（ｎ・Ｚ±１）の角数を持つうねりの片振幅を総和した値を５ｎｍ以下とし、
ｎを正の整数、Ｚを転動体の個数としたとき、ｎ＝１〜４までの外輪軌道面の（ｎ・Ｚ±１）の角数を持つうねりの片振幅を総和した値を１０ｎｍ以下とし、
ｎを正の整数としたとき、ｎ＝１〜２５までのころ転動面の（２・ｎ）の角数を持つうねりの片振幅の総和を２０ｎｍ以下とし、
１つの軸受中のころ径相互差を１００ｎｍ以下とし、
保持器中心の軸受中心からの偏心量を０．３５ｍｍ以下とすることで、
円筒ころ軸受のラジアル方向のＮＲＲＯを０．２μｍ以下とすることが可能となる。
【００２３】
その内訳は，
内輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量：１５ｎｍ以下
外輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量：１２ｎｍ以下
ころ転動面角数振れによるＮＲＲＯの発生量：５０ｎｍ以下
ころ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量：１００ｎｍ以下（ころ径相互差と保持器最大偏心量による）
となっており、合計すると１７７ｎｍ（＝０．１７７μｍ）以下となることが実験より確認された。
【００２４】
この実施形態では、内輪角数振れ精度および外輪角数振れ精度まで規制することで、１７７ｎｍ以下という高精度の非繰り返し振れとしたが、ころ転動面角数振れ精度、ころ公転周波数、および保持器最大偏心量を上記範囲に規制すれば、これらの要因によって生じるＮＲＲＯの発生量は、１５０ｎｍ（＝０．１５μｍ）以下であり、目標とする０．２μｍ以内のＮＲＲＯには、５０ｎｍの残りが生じる。この５０ｎｍの範囲内に、内輪角数振れ精度および外輪角数振れ精度に起因するＮＲＲＯの発生量を抑えれば良いため、容易に、従来よりも高精度の０．２μｍ以内のＮＲＲＯ発生量に抑えることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態は複列の円筒ころ軸受について説明したが、この発明は単列の円筒ころ軸受にも適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明の円筒ころ軸受は、ころ転動面の２ｎ（ｎ：１〜２５の整数）の角数を持つうねりの片振幅の総和を５０ｎｍ以下とし、各円筒ころのころ径相互差を１００ｎｍ以下とし、保持器の最大偏心量が０．３５ｍｍ以下になるように、保持器の案内隙間，および等配崩れを抑えたため、円筒ころ軸受において、非繰り返し振れを小さくでき、かつ保持器による非繰り返し振れの発生要因を抑えて、上記非繰り返し振れをより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる円筒ころ軸受の部分破断側面図、（Ｂ）はその保持器の部分破断正面図である。
【図２】内輪角数振れ精度と内輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量の関係を示すグラフである。
【図３】外輪角数振れ精度と外輪角数振れによるＮＲＲＯの発生量の関係を示すグラフである。
【図４】ころ転動面角数振れ精度ところ転動面角数振れによるＮＲＲＯの発生量の関係を示すグラフである。
【図５】ころ径相互差ところ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量の関係を示すグラフである。
【図６】保持器最大偏心量ところ公転周波数で発生するＮＲＲＯ発生量の関係を示すグラフである。
【図７】円筒ころ軸受用の非繰り返し振れ測定器の破断正面図である。
【符号の説明】
１…内輪
１ａ…内輪軌道面
２…外輪
２ａ…外輪軌道面
３…円筒ころ
４…保持器
５…ポケット
【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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