圆柱滚子轴承的制作方法

本发明涉及圆柱滚子轴承，特别涉及适合于机床主轴的圆柱滚子轴承。

背景技术：

在机床主轴中，多使用圆柱滚子轴承作为后侧轴承。圆柱滚子轴承中，内圈轨道面或外圈轨道面与滚动体之间滚动接触并允许轴向的滑动。在机床主轴中，在运转过程中，在固定侧即壳体与自由侧即旋转轴之间产生轴向的热膨胀差。因此，圆柱滚子轴承在轴向上滑动，由此释放由于轴向的热膨胀差而作用于前侧轴承和后侧轴承的轴向载荷，并防止轴承损伤。

另外，作为在机床主轴中使用的圆柱滚子轴承，已知有一种圆柱滚子轴承，为了提高润滑性，在保持架的圆环状部的引导面中，通过在径向外侧的部分形成凹部，在其径向内侧设置对圆柱滚子的滚子端面进行引导的引导用凸部，另外，在凹部的径向外侧部分形成有用于抑制润滑剂向径向外侧移动的润滑剂保持用凸部(例如，参照专利文献1)。

进而，作为实现圆柱滚子轴承的润滑性提高的技术，已知在保持架的兜孔的与滚子端面对置的面上形成有储油用的凹部的结构(例如，参照专利文献2)，以及在兜孔的轴向内壁面形成具有用于减小圆柱滚子的倾倒的厚度的2个突起部，并利用2个突起部之间的凹部以及周围的凹部来保持润滑剂的结构(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4618197号公报

专利文献2：日本专利第3723247号公报

专利文献3：日本特开平10-153217号公报

技术实现要素：

发明欲解决的技术问题

但是，机床主轴用的轴承主要在油气润滑或润滑脂润滑的条件下使用。在油气润滑的条件下使用时，由于低速旋转时等离心力的作用小，油容易滞留在轴承内部，剩余的油被搅拌而使轴承异常升温成为问题。另外，在润滑脂润滑的条件下使用时也同样，在初期暖机运转时，剩余的润滑脂无法顺畅地排出，由此温度升高，暖机运转时间变长成为问题。

另外，为了更好地保持滑动性能，机床主轴所使用的圆柱滚子轴承大多以一定的正的径向间隙被组装。即使在以正的径向间隙组装的情况下，在高速运转中在离心力、热的影响下也大多会变成不会对滑动性能造成影响的程度的负的径向间隙，但由于组装条件的偏差在组装时的正的径向间隙过大，或者在低速运转的条件下使用时没有塞住初始的间隙，在运转中有时也会保持正的径向间隙。而且，后侧轴承有的情况下几乎不受到切削载荷，并且以立轴姿势使用，从而产生圆柱滚子不受到来自外部的载荷而进行运转的状态。由于这样的条件重叠，可能使得圆柱滚子在运转中成为不被轨道圈约束而能够自由移动的状态，引起偏斜运动，滚子端面与凸缘部接触，双方产生磨损损伤。

专利文献1及2所记载的圆柱滚子轴承由于凹部未从内径侧向外径侧贯通，因此虽然能够积存润滑剂，但排出性不好，在以油气润滑、润滑脂润滑的条件使用的情况下存在温度升高的问题。特别是，在润滑脂润滑时，将集中的润滑脂积存于保持架的情况会导致在某温度条件下即使暖机运转结束，在比暖机运转时高的空气温度下使用的情况下，也有润滑脂软化而突发性地飞入轴承内部而升温的可能性。

另一方面，就专利文献3所记载的圆柱滚子轴承而言，虽然润滑剂的排油性良好，但根据兜孔间隙的不同，滚子端面可能进入周围的凹部，圆柱滚子会偏斜。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种即使在油气润滑、润滑脂润滑中也具有良好的润滑性、且能够抑制圆柱滚子的偏斜的圆柱滚子轴承。

用于解决问题的技术手段

本发明的上述目的通过下述结构实现。

(1)一种圆柱滚子轴承，具备：

外圈，所述外圈在内周面形成有外圈滚道面；

内圈，所述内圈在外周面形成有内圈滚道面，且在所述内圈滚道面的轴向两端部具有一对凸缘部；

多个圆柱滚子，多个所述圆柱滚子滚动自如地被配置在所述外圈滚道面和所述内圈滚道面之间；以及

保持架，所述保持架为树脂制且具有一对圆环部和将该一对圆环部在轴向上连结的多个柱部，并且所述保持架形成有将多个所述圆柱滚子旋转自如地分别保持的多个兜孔部，

所述圆柱滚子轴承的特征在于，

在形成所述兜孔部的所述一对圆环部的各内壁面形成有单个凹槽，所述凹槽至少与所述圆柱滚子的滚子端面的中心点对置，且从所述圆环部的内周面开口到外周面，

所述凹槽从所述圆环部与所述柱部之间的兜孔角部向圆周方向离开，

所述凹槽被形成为圆周方向上的宽度从所述凹槽的外周侧端面到内周侧端面相等，或者被形成为所述凹槽的外周侧端面的圆周方向宽度比内周侧端面的圆周方向宽度大，

在将所述凹槽的外周侧端面的圆周方向宽度设为m，将所述圆柱滚子的滚子直径设为d，将所述凸缘部的高度设为h，将所述圆周方向的兜孔间隙设为δp时，满足：

m-δp≤d-h。

发明效果

根据本发明的圆柱滚子轴承，即使在油气润滑、润滑脂润滑时也具有良好的润滑性，且能够抑制圆柱滚子的偏斜。另外，通过m-δp≤d-h的式子来规定凹槽的大小的上限，从而即使在圆周方向上具有兜孔间隙的情况下，也能够通过圆环部的内壁面中的平坦面支承圆柱滚子的滚子端面，抑制圆柱滚子的偏斜运动，进而能够充分确保圆环部的壁厚。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的圆柱滚子轴承的纵剖视图。

图2的(a)是从外径侧观察图1的圆柱滚子轴承用保持架的立体图，(b)是从内径侧观察该保持架的立体图。

图3是表示图1的圆柱滚子轴承用保持架的兜孔的俯视图。

图4是图1的iv-iv线处的剖视图。

图5是为了说明本实施方式所涉及的剩余油的流动而去除内圈后的圆柱滚子轴承的立体图。

图6是用于说明本实施方式所涉及的保持架侧的润滑脂残留位置的保持架的立体图。

图7的(a)是为了说明本实施方式所涉及的滚子侧的润滑脂残留位置而使内圈的一部分断裂的圆柱滚子轴承的立体图，(b)是(a)的vii部放大图。

图8的(a)～(d)是表示圆柱滚子轴承用保持架的凹槽的各变形例的俯视图。

图9的(a)是应用了内圈引导方式的保持架的情况下的圆柱滚子轴承的剖视图，(b)是应用了内圈引导方式的保持架的情况下的圆柱滚子轴承的剖视图。

图10是表示本发明的圆柱滚子轴承用保持架的兜孔的凹槽的另一变形例的剖视图。

符号说明

10圆柱滚子轴承

11外圈

11a外圈滚道面

12内圈

12a内圈轨道面

13圆柱滚子

20保持架

21兜孔部

22圆环部

23柱部

25凹槽

d滚子直径

h凸缘部的高度

m凹槽的外周侧端面的圆周方向宽度

δp圆周方向上的兜孔间隙

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一个实施方式所涉及的圆柱滚子轴承进行详细说明。

如图1所示，圆柱滚子轴承10具备：外圈11，该外圈在内周面形成有外圈滚道面11a；内圈12，该内圈在外周面形成有内圈滚道面12a；多个圆柱滚子13，该多个圆柱滚子滚动自如地被配置在外圈滚道面11a与内圈滚道面12a之间；以及滚子引导方式的保持架20，该保持架形成将多个圆柱滚子13分别旋转自如地保持的多个兜孔部21。内圈12在内圈轨道面12a的轴向两端部具有比内圈轨道面12a向外径侧突出的一对凸缘部12b、12b。

需要说明的是，本实施方式的圆柱滚子轴承10能够适用于主要在机床中使用的油气润滑方式和润滑脂润滑方式中的任一种，即，可以利用油和润滑脂中的任一种润滑剂进行润滑。

作为保持架20，例如可以是带基材的酚醛树脂制，作为基材，在层叠板中可以使用纸、木棉布、石棉布、玻璃纤维布、尼龙织物，在成型品中可以使用木粉、木棉、纸浆、石棉、云母、玻璃纤维等。另外，保持架20包括聚酰胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚等合成树脂材料，根据需要，也可以在该树脂中添加玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等强化材料。或者，保持架20也可以是铜合金、实施了镀银等的铁。

如图2及图3所示，保持架20具有一对圆环部22、22及将一对圆环部22、22沿轴向连结的多个柱部23。在柱部23的轴向中间部具有在轴向上相互分离地配置的一对滚子保持部24、24。一对滚子保持部24、24具备规定的轴向长度，形成为比位于该滚子保持部间的柱部23的侧面向圆周方向突出，并在该滚子保持部的外径侧和内径侧约束圆柱滚子13。另外，柱部23的外周面被设置于比一对圆环部22、22的外径靠内径侧的位置，一对滚子保持部24、24被形成为从柱部23的外周面向外径侧突出。这样，在轴向上分割形成的一对滚子保持部24、24能够在受到因圆柱滚子13的碰撞(競り合い)而产生的力时弹性变形，能够释放柱部23承受的力的一部分。

另外，在形成兜孔部21的一对圆环部22、22的各内壁面形成有单个凹槽25。凹槽25至少与圆柱滚子13的滚子端面13a的中心点o(参照图4)对置，另外，从圆环部22的内周面开口至外周面。

如图3所示，在本实施方式的情况下，凹槽25在圆周方向中间部具有平坦的笔直面30和在该笔直面30的圆周方向两侧设置的截面凹曲面状的弯曲面31、31。另外，凹槽25被形成为以圆周方向上的宽度从该凹槽的外周侧端面25a到内周侧端面25b相等的方式在径向上具有相同的截面形状。

另外，在本实施方式中，凹槽25被形成于圆环部22的从圆环部22与柱部23之间的曲面状的兜孔角部26在圆周方向上离开的位置，在圆环部22的内壁面中的凹槽25的圆周方向两侧分别设置有平坦面22a。因此，若将除兜孔角部26以外的圆环部22的内壁面的圆周方向宽度设为s，则凹槽25的外周侧端面25a的圆周方向宽度m设定为m＜s。

这样的凹槽25在机床主轴中主要使用的润滑方式的油气润滑和润滑脂润滑这两者中具有以下优点。

即，在以油气润滑的方式使用时，如图5所示，因作用于保持架20的离心力，而使成为升温的原因的剩余油从轴承内部被向外部排出，在该过程中，通过从该凹槽25积极地向外圈侧排出，而能够防止油返回到轴承内部。另外，在图5中，x1表示保持架20的公转方向，x2表示圆柱滚子13的自转方向，x3表示剩余油的流动。

另外，在润滑脂润滑的条件下使用时，在初期暖机运转时，该凹槽25同样成为将剩余润滑脂向轴承外部排出的路径，能够缩短暖机运转时间。而且，在暖机完成后，如图6所示，一部分润滑脂g留在该凹槽25内，能够向保持架20的与滚子端面13a接触的接触部供给基础油，因此能够良好地保持润滑性。而且，通过在保持架侧设置凹槽25，而使滚子端面13a的中心部分不与保持架20接触，因此，润滑脂不会因旋转运动而被刮取，润滑脂g的一部分在运转中也持续停留在滚子端面13a的中心部分。

并且，如图7所示，在圆柱滚子13旋转时的离心力作用下，从该残留润滑脂向滚子端面13a的外径侧供给基础油，因此能够良好地保持滚子端面13a与凸缘部12b的凸缘面的滑动接触部的润滑性，能够抑制接触部磨损损伤。另外，图6及图7的(b)中的箭头表示润滑脂的基础油的供给路径。

另外，在本实施方式的圆柱滚子轴承10中，在圆柱滚子13欲偏斜时，被圆环部22的内壁面中的未形成凹槽25的平坦面22a支承，因此能够在提高上述润滑性能的同时也得到缓和偏斜运动的效果。即，即使作为机床主轴的后侧轴承使用的圆柱滚子轴承10以正的径向间隙的状态运转，或者即使在圆柱滚子13不受到来自外部的载荷而运转且圆柱滚子13不被轨道圈约束而自由旋转的情况下，也能够抑制偏斜运动，能够抑制滚子端面13a与凸缘部12b的凸缘面接触而磨损损伤。

在此，如图4所示，在将凹槽25的外周侧端面25a的圆周方向宽度设为m，将圆柱滚子13的滚子直径设为d，将凸缘部12b的高度设为h，将圆周方向上的兜孔间隙设为δp时，形成为满足m-δp≤d-h。由此，能够从凹槽25高效地排出剩余的润滑剂。

另外，即使在圆周方向上具有兜孔间隙δp的情况下，圆柱滚子13的滚子端面13a也被圆环部22的内壁面中的平坦面22a支承，且能够抑制圆柱滚子13的偏斜运动。而且，由于规定了凹槽25的大小的上限，因此能够充分确保圆环部22的壁厚。在此，即使使凹槽25的外周侧端面25a的圆周方向宽度m更大，以增大不能被凹槽25刮取而能够残存于滚子端面13a的润滑脂的面积，也会被凸缘部12b刮取，因此残留于滚子端面13a的润滑脂的面积不会增大到被凸缘部12b刮取而残留的润滑脂的面积以上。因此，能够残存于滚子端面13a的润滑脂的面积的最大值由凸缘部12b的高度h规定，因此圆周方向宽度m也由凸缘部12b的高度h规定。

另外，凹槽25的大小更优选为m-δp≤d-2h。d-2h(＝dgr)表示能够不被凸缘部12b刮取而残留于滚子端面13a的润滑脂的直径。残留于凹槽25内的润滑剂流入平坦面22a，作用于平坦面22a与滚子端面13a的润滑，通过满足m-δp≤d-2h，滚子端面13a中的与凸缘部12b接触的面能够通过旋转而与平坦面22a接触，因此被供给了润滑剂，能够良好地保持滚子端面13a与凸缘部12b的润滑性。

另外，凹槽25的下限优选形成为满足0.2×d≤m-δp。由此，通过确保凹槽25的外周侧端面25a的圆周方向宽度m，而使润滑脂的排油性良好。另外，能够在凹槽25内充分地积存润滑剂，而且，也能够抑制凹槽25刮取能够残存于滚子端面13a的润滑脂。假设m-δp＜0.2×d，则排油性变差，容易引起暖机运转时间变长、由搅拌阻力引起的升温、异常发热，另外，由于在滚子端面13a上能够残存润滑脂的面积变小，因此从滚子端面13a向凸缘部12b的润滑脂基础油的补给量会减少。另外，更优选以满足0.3×d≤m-δp的方式形成凹槽25。由此，能够缩短润滑脂的暖机运转时间、改善异常发热的课题。

如以上说明的那样，根据本实施方式的圆柱滚子轴承10，在形成兜孔部21的一对圆环部22的各内壁面，形成有至少与圆柱滚子13的滚子端面13a的中心点o对置且从圆环部22的内周面开口到外周面的单个的凹槽25，凹槽25从圆环部22与柱部23之间的兜孔角部26在圆周方向上分离。由此，在油气润滑、润滑脂润滑时也具有良好的润滑性，且能够抑制圆柱滚子的偏斜。

需要说明的是，本发明并不限定于前述的实施方式，能够适当地进行变形、改良等。

例如，凹槽25的形状并不限定于上述实施方式，也可以是图8的(a)～图8的(d)所示的形状。

具体而言，如图8的(a)所示，凹槽25a被构成为具有设置于笔直面30的圆周方向两侧的倾斜面32、32，也可以均衡地实现对由凹槽25a引起的应力集中的缓和及排油性的提高。

另外，如图8的(b)所示，凹槽25b被构成为具有笔直面30和与该笔直面30的圆周方向两侧垂直地交叉设置的垂直面33、33，也可以提高排油性。

而且，如图8的(c)所示，凹槽25c也可以由单一的圆弧面34构成，并缓和由凹槽25c引起的应力集中。

另外，如图8的(d)所示，凹槽25d被构成为具有：笔直面30；倾斜面35、35，该倾斜面在该笔直面30的圆周方向两侧以凹槽25d的圆周方向宽度从开口部分朝向笔直面30变宽的方式倾斜，且可以保持更多的润滑剂。

另外，在上述变形例中，凹槽25～25d形成为在径向上具有相同的截面形状的结构，但也可以具有在径向上不同的截面形状，如截面形状随着朝向外圈侧而变大等。

另外，本发明的保持架20并不限定于上述的滚子引导方式，也可以是图9的(a)所示的内圈引导方式、图9的(b)所示的外圈引导方式。

进而，本发明的保持架20的具有滚子保持部24、24的柱部23的形状并不限定于上述实施方式，也可以具有其他形状。

另外，本发明并不限定于单列圆柱滚子轴承，也可以应用于双列圆柱滚子轴承。

此外，在上述实施方式中，凹槽25形成为圆周方向上的宽度从该凹槽的外周侧端面25a到内周侧端面25b相等，但本发明的凹槽并不限定于此，也可以形成为外周侧端面25a的圆周方向宽度m比内周侧端面25b的圆周方向宽度大。例如，如图10所示，凹槽25形成为圆周方向上的宽度从外周侧端面25a到内周侧端面25b逐渐变窄。

另外，在外周侧端面25a的圆周方向宽度m比内周侧端面25b的圆周方向宽度大的情况下，设计成凹槽25的圆周方向宽度的下限的规定对内周侧端面25b的圆周方向宽度ma成立。

即，在凹槽的圆周方向宽度从外周侧端面到内周侧端面相等的上述实施方式以及外周侧端面25a的圆周方向宽度m比内周侧端面25b的圆周方向宽度mb大的变形例的任一个中，凹槽25的内周侧端面25b的圆周方向宽度ma均被形成为满足0.2×d≤ma-δp。

如上所述，在本说明书中公开了以下事项。

(1)一种圆柱滚子轴承，具备：

外圈，所述外圈在内周面形成有外圈滚道面；

内圈，所述内圈在外周面形成有内圈滚道面，且在所述内圈滚道面的轴向两端部具有一对凸缘部；

多个圆柱滚子，多个所述圆柱滚子滚动自如地被配置在所述外圈滚道面和所述内圈滚道面之间；以及

保持架，所述保持架为树脂制且具有一对圆环部和将该一对圆环部在轴向上连结的多个柱部，并且所述保持架形成有将多个所述圆柱滚子旋转自如地分别保持的多个兜孔部，

所述圆柱滚子轴承的特征在于，

在形成所述兜孔部的所述一对圆环部的各内壁面形成有单个凹槽，所述凹槽至少与所述圆柱滚子的滚子端面的中心点对置，且从所述圆环部的内周面开口到外周面，

所述凹槽从所述圆环部与所述柱部之间的兜孔角部向圆周方向离开，

所述凹槽被形成为圆周方向上的宽度从该凹槽的外周侧端面到内周侧端面相等，或者被形成为该凹槽的外周侧端面的圆周方向宽度比内周侧端面的圆周方向宽度大，

在将所述凹槽的外周侧端面的圆周方向宽度设为m，将所述圆柱滚子的滚子直径设为d，将所述凸缘部的高度设为h，将所述圆周方向的兜孔间隙设为δp时，满足：

m-δp≤d-h。

根据该结构，在油气润滑、润滑脂润滑时也具有良好的润滑性，且能够抑制圆柱滚子的偏斜。

另外，通过m-δp≤d-h的式子来规定凹槽的大小的上限，从而即使在圆周方向上具有兜孔间隙的情况下，也能够通过圆环部的内壁面中的平坦面支承圆柱滚子的滚子端面，抑制圆柱滚子的偏斜运动，进而能够充分确保圆环部的壁厚。

另外，本申请基于2018年10月31日申请的日本专利申请(日本特愿2018-205628)，其内容作为参照引用于本申请中。