(57)【要約】【課題】軸受内部に設ける簡易構造でありながら、外部からのクーラント液や異物の侵入を防止し得るシール構造を有するアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】工作機械主軸などを支持するアンギュラ玉軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の玉４と、玉４を保持する保持器５と、シール部材７とを備えてなり、シール部材７は、外輪３に一端部を固定され、内輪２との間に隙間を有し、シール部材７の内径部７ｃおよび軸受外側端面７ｄから選ばれる少なくとも１つの部位に、繊維を植毛してなる植毛部６を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器と、シール部材とを備えてなるアンギュラ玉軸受であって、
前記シール部材は、前記外輪に一端部を固定され、前記内輪との間に隙間を有し、該シール部材の内径部および軸受外側端面から選ばれる少なくとも１つの部位に、繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とするアンギュラ玉軸受。
【請求項２】
前記植毛部が、繊維長さの異なる複数種の繊維から構成されることを特徴とする請求項１記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項３】
前記植毛部が、前記隙間と同じ繊維長さの繊維と、前記隙間より短い繊維長さの繊維とから構成されることを特徴とする請求項２記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項４】
前記植毛部が、前記シール部材の内径部および軸受外側端面に形成され、前記内径部の植毛部と前記端面の植毛部とが非連続であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項５】
前記繊維が合成樹脂繊維であり、前記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のアンギュラ玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械主軸の支持などに使用されるアンギュラ玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の中でもアンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と比較的大きなアキシアル荷重とからなる合成荷重を受け止めることができる。このため、工作機械、医療機器、建設機械、農業機械など、重負荷下で、その荷重方向がさまざまである環境下でも高速回転することが必要とされる用途に用いられることが多い。工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受には、加工能率を上げるために安定して高速回転することが要求され、その潤滑には、潤滑油を外部から供給するオイルミスト潤滑やエアオイル潤滑、軸受内部にグリースを封入するグリース潤滑などが採用されている。
【０００３】
また、工作機械では、切削加工時、加工対象と刃物の潤滑と冷却を行なうため、クーラント液を加工対象と刃物に供給している。その際、工作機械の主軸を支持しているアンギュラ玉軸受内部にクーラント液や、異物が侵入すると、軸受潤滑に影響を及ぼし、軸受焼付を引き起こす可能性がある。クーラント液や異物が主軸内部へ侵入することを防止するため、主軸先端のシール構造は、工夫が施されているが、それでも、軸受内部まで侵入し、不具合を誘発する場合がある。
【０００４】
工作機械スピンドルのような高速運転の主軸を支持するアンギュラ玉軸受では、高速運転時の発熱量が大きく、回転トルクも大きくなることから、そのシール構造を非接触タイプにすることが多い。例えば、特許文献１では、内輪シール溝とシールリップとの接触による発熱を防止するシール付き転がり軸受が提案されている。図５に示すように、この転がり軸受１１は、内輪１２と外輪１３と玉１４と保持器１５を備え、内外輪間の軸受空間の端部を封止する一対のシール１６、１６を、外輪１３に設けられたシール取付溝に嵌合させて取付け、シール１６のシールリップ１６ａを、内輪１２の外径面に設けた環状の内輪シール溝１２ａ内に位置させ、内輪シール溝１２ａの内輪端面側の内側面とシールリップ１６ａの側面との間の距離を、シールリップ１６ａと内輪シール溝１２ａが非接触に保持される距離としている。
【０００５】
その他、付帯設備を設けてエアパージを実施してシールを確実にするスピンドル構成が知られている。この方法では、エアを外部へ吹き出すことで、クーラント液や異物の侵入を防止する。特に、スピンドルの内側の気圧を外側より高くしてクーラント液や異物の侵入を防止することで、シールをより確実にできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０１６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エアパージを実施した技術は、付帯設備としてエア供給装置が必要となることや、環境負荷の低減のためにエアの消費量の抑制と供給するエアの高い清浄度の維持と水分除去とを継続して管理することが必要となる。このため、こうした管理が困難な場合や、コストを重視する汎用スピンドルには適さない。
【０００８】
また、上述のように、これら付帯設備などのシール構造の工夫があるとしても、その中にクーラント液や異物が侵入するおそれがある。特許文献１のようなシールと内輪との間に隙間（クリアランス）を持たせた非接触シールの場合、使用条件によっては、クーラント液や異物の軸受内部への侵入を十分に防止することができない。最終的な軸受内部へのクーラント液や異物の侵入をより確実に防止するため、軸受自体のシール構造の改良も望まれている。
【０００９】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、軸受内部に設ける簡易構造でありながら、外部からのクーラント液や異物の侵入を防止し得るシール構造を有するアンギュラ玉軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のアンギュラ玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器と、シール部材とを備えてなるアンギュラ玉軸受であって、上記シール部材は、上記外輪に一端部を固定され、上記内輪との間に隙間を有し、該シール部材の内径部および軸受外側端面から選ばれる少なくとも１つの部位に、繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする。
【００１１】
上記植毛部が、繊維長さの異なる複数種の繊維から構成されることを特徴とする。また、上記植毛部が、上記隙間と同じ繊維長さの繊維と、上記隙間より短い繊維長さの繊維とから構成されることを特徴とする。
【００１２】
上記植毛部が、上記シール部材の内径部および軸受外側端面に形成され、上記内径部の植毛部と上記端面の植毛部とが非連続であることを特徴とする。
【００１３】
上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のアンギュラ玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器と、シール部材とを備えてなり、上記シール部材は、外輪に一端部を固定され、内輪との間に隙間を有し、該シール部材の内径部（シールリップ）および軸受外側端面から選ばれる少なくとも１つの部位に、繊維を植毛してなる植毛部を有するので、工作機械などに使用する際において、付帯設備などを必要とせず簡易な構造で軸受外部からのクーラント液や異物の侵入を防止または抑制できる。
【００１５】
植毛部が、繊維長さの異なる複数種の繊維から構成され、例えば、上記隙間と同じ繊維長さの繊維と、上記隙間より短い繊維長さの繊維とから構成されるので、繊維と内輪との接触によるトルク増加を抑えつつ、クーラント液や異物の侵入をより防止できる。
【００１６】
また、シール部材の内径部と軸受外側端面の両方に植毛部を設けることで、シール端面にクーラント液や異物を吸着でき、軸受内への侵入を抑制できる。また、内径部の植毛部と軸受外側端面の植毛部とを非連続にすることで、シール端面、シール内径、軸受内部の経路でクーラント液などが侵入することを抑制できる。
【００１７】
また、上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であるので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、かつ、均質で密な植毛部となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。
【図２】本発明の他の例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。
【図３】本発明の他の例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。
【図４】本発明の他の例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。
【図５】従来のアンギュラ玉軸受（非接触シール）の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のアンギュラ玉軸受の一実施例について図１に基づき説明する。図１は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（シール内径部）を有するアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図中黒矢印が、軸受外部からのクーラント液および異物の侵入方向である（図２〜図４も同じ）。図１に示す形態のアンギュラ玉軸受１は、内輪２と外輪３との間の軌道空間に複数の玉４が周方向に配列され、内輪２および外輪３と、玉４とが所定の接触角θを有して設けられている。これらの玉４は、保持器５により周方向等間隔に保持されている。内輪２の外径面には、軌道面２ａの片側（図中左側）に、外径が外側へ次第に小径となるカウンタボア２ｂが設けられている。軌道面２ａの反対側の肩部には、環状のシール溝２ｃが設けられている。アンギュラ玉軸受１は、軸受内部に封入したグリースで潤滑を行なうものである。また、保持器５は、外輪案内方式であり、保持器５の外径面が外輪３の内径面と接触することで外輪３に案内される。
【００２０】
外輪３には、内外輪間の軸受空間を封止するため、外輪３の軸方向両端部に一対の環状のシール部材７、７が設けられている。シール部材７は、芯金７ａとゴム成形体などの弾性部材７ｂとからなる複合体である。シール部材７は、それぞれ、その一端部が外輪３に固定され、内輪２との間に隙間（クリアランス）を有している。詳細には、一方のシール部材７（図中左側）は、内輪２の外径面におけるカウンタボア２ｂの位置で、その内径部７ｃが内輪２と非接触となるように配置されている。また、他方のシール部材７（図中右側）は、内輪２のシール溝２ｃ内で、その内径部７ｃが内輪２と非接触となるように配置されている。
【００２１】
シール部材７の内径部７ｃに、繊維を植毛してなる植毛部６が形成されている。この形態では、植毛部６を構成する短繊維の繊維長さは単一であり、その長さは上記隙間と同程度としている。植毛部６の繊維先端が、内輪２のカウンタボア２ｂとシール溝２ｃにそれぞれ摺接することで、シール部材７と内輪２との上記隙間をシールしている。これにより、既存のシール部材の構造を変更することなしに、シール性の向上が図れ、軸受外部からのクーラント液や異物の侵入を防止または抑制できる。
【００２２】
本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図２に基づき説明する。図２は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（軸受外側端面）を有するアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図２に示す形態のアンギュラ玉軸受１では、シール部材７の軸受外側端面７ｄに植毛部６を形成している。この形態では、シール部材７の内径部には植毛部を形成していない。それ以外の全体構成は、図１に示す形態のアンギュラ玉軸受と同様である。
【００２３】
軸受外側端面７ｄの植毛部６により、シールリップに到達する前のクーラント液や異物を吸着できるため、これらの軸受内部への侵入を抑制できる。また、植毛部６が形成されている軸受外側端面７ｄは、内径部と比較して他部材との干渉が少なく、また内輪回転軸受では遠心力も受けないため、植毛部の脱落などが発生しにくく、長期にわたり安定して上記効果が期待できる。
【００２４】
本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図３に基づき説明する。図３は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（シール内径部）を有するアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図３に示す形態のアンギュラ玉軸受１では、図１と同様に、シール部材７の内径部７ｃに植毛部６を形成している。この形態では、植毛部６を形成する短繊維として、繊維長さの異なる複数種の繊維を使用している。それ以外の全体構成は、図１に示す形態のアンギュラ玉軸受と同様である。
【００２５】
シール部材７の内径部７ｃに形成された植毛部６は、シール部材７と内輪２との隙間をシールするために、繊維先端を内輪２のカウンタボアとシール溝に摺接させている。この摺接によりトルクや発熱が増加するため、これを抑制する必要がある。例えば、繊維長さを調整し、上記隙間と同程度とすることで、接触が軽接触になりトルク増加を防止できる。図３の形態において、植毛部６を形成する短繊維として、上記隙間と同じ繊維長さの繊維と、該隙間より短い繊維長さの繊維を使用することで、内輪２に対して、短い繊維は接触せず、長い繊維は軽接触となり、トルクや発熱の増加を抑制できる。また、これらを組み合わせた植毛構造により、十分なシール性も有する。
【００２６】
本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図４に基づき説明する。図４は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（シール内径部と軸受外側端面）を有するアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図４に示す形態のアンギュラ玉軸受１では、図１と同様にシール部材７の内径部７ｃに植毛部６を形成し、図２と同様にシール部材７の軸受外側端面７ｄに植毛部６を形成している。それ以外の全体構成は、図１に示す形態のアンギュラ玉軸受と同様である。
【００２７】
この形態では、図１と図２の植毛部の組み合わせにより、クーラント液や異物の軸受内部への侵入をより防止できる。ここで、シール部材７において、内径部７ｃの植毛部と軸受外側端面７ｄの植毛部とが連続して形成されている場合、該植毛部を伝って、シール端面、シール内径部、軸受内部の経路でクーラント液などが侵入するおそれがある。このため、これらの植毛部は非連続とすることが好ましい。
【００２８】
以上の図１〜図４に示す形態は、適宜組み合わせて適用できる。また、図１〜図４の形態において、植毛部６は、内径部７ｃおよび軸受外側端面７ｄそれぞれの全面でなく一部に形成する形態としてもよい。また、シール部材の構造は、図示した例に限定されず、板状の金属板からなるシールドや、ゴム成形体単独、ゴム成形体とプラスチック板、セラミック板との複合体であってもよい。
【００２９】
保持器５は、樹脂製のもみ抜き型保持器であり、円環状の保持器本体に転動体である玉を保持するポケット部が周方向に一定間隔で設けられている。樹脂製保持器は、例えば、フェノール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。特に高温時の弾性率が高く、高速回転に対応し得ることからフェノール樹脂が好ましい。
【００３０】
また、保持器について樹脂製保持器の場合を説明したが、本発明のアンギュラ玉軸受ではこれに限定されず、金属材料など、任意の材料を採用できる。また、保持器形式についても特に限定されず、冠形保持器や波形保持器などであってもよい。
【００３１】
植毛部６は、短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。保持器の案内面のような曲面においても、多量の繊維を短時間で密に垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。また、静電吹き付け植毛（ファイバーコート）も採用できる。
【００３２】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００３３】
繊維（短繊維）の形状としては、植毛部の形成箇所において、軸受機能に悪影響を与えるような他部材との干渉がない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１〜４０％が好ましい。短繊維の形状として、ストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、いずれも使用できる。また、短繊維の断面形状として、円形や多角形状があり、いずれも使用できる。
【００３４】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００３５】
本発明のアンギュラ玉軸受は、潤滑剤（主にグリース）で潤滑される。これら潤滑剤は内・外輪間の軸受空間に封入され、転走面などに介在して潤滑がなされる。潤滑油やグリースとしては、通常、アンギュラ玉軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。
【００３６】
本発明の転がり軸受では、上述したようにシール部材に植毛部を形成するので、特に内径部に形成した場合には、外部からの異物に対する高いシール性と同時に、軸受内部のグリースの漏れに対する高いシール性も備える。よって、例えば、トルク低減のために低粘度基油や、混和ちょう度の大きいグリースを使用した場合でも、グリースや基油の漏れを防止できる。このため、各種グリースを広く使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のアンギュラ玉軸受は、軸受内部に設ける簡易構造でありながら、外部からのクーラント液や異物の侵入を防止し得るシール構造を有するので、種々の用途におけるアンギュラ玉軸受に利用できる。特に、高速回転で使用され、クーラント液や異物が混入しやすい工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  アンギュラ玉軸受
２  内輪
３  外輪
４  玉
５  保持器
６  植毛部
７  シール部材
【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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