滾動軸承的制作方法

專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及機床用主軸支撐部、滾珠絲杠支撐部等一般工業機械中所使用的帶密封的角接觸球軸承及滾動軸承。
背景技術：
角接觸球軸承一般如圖8所示，使內圈51的負荷側(正面側)的外徑D3較大，并使外圈52的負荷側(背面側)的內徑D4較小，從而可以承擔較高的軸向載荷。內圈51的反負荷側的內徑D2及外圈52的反負荷側的內徑D5，考慮到組裝性而設有將滾道的臺肩的一方降低的被稱為「錐口孔(counter bore)」的圓錐狀的部分。其結果是，內圈外徑D2、D3及外圈內徑D4、D5在左右明顯不同。
即使對這種角接觸球軸承，根據用途或使用方式等，有時也希望與深槽球軸承等同樣地采用密封式。設置密封機構的目的在于，防止保持于軸承內部的潤滑劑泄漏到外部，及防止粉塵、水分等從外部侵入軸承內。在角接觸球軸承采用密封式的情況下，與一般的帶密封球軸承相同，如圖9所示，通過形成安裝槽57、58而將密封55、56固定在外圈52上。密封55、56有2種，即，前端的唇部(lip)與內圈51接觸的接觸型密封和不發生接觸的非接觸型密封。
另外，在機床中，如圖12所示，有以下的形式，即，設置著利用電機71使滾珠絲杠72轉動，與此滾珠絲杠72的轉動相配合而進行往復運動的工作臺73。此種機床在工作臺73上承載加工物74，一邊使工作臺73往復運動，一邊用切削刃75對加工物74進行加工。
此時，滾珠絲杠72一般由軸承76支撐。此軸承76一般使用角接觸球軸承，另外，利用潤滑脂或油進行潤滑。
但是，經常有由加工中產生的加工載荷的振動成分的增加等而造成在所述機床用滾珠絲杠的支撐用軸承上產生振動負荷的情況。當此振動負荷變大時，就會有在所述的支撐用軸承的滾道面上產生微振磨損(fretting)損傷的問題。此種微振磨損損傷是由軸承滾道面的微小滑動、微小滾動、微小振動等造成的，對滾動精度(狀態)的不良等軸承性能的惡化有巨大的影響。
針對于此，在特公平7-92104號公報中，公布有進行碳氮共滲處理的方法。這是通過在滾道面上進行碳氮共滲處理而增加滾道面的硬度、提高抗磨損性的方法。
(本發明要解決的問題)在圖8中所示的以往的角接觸球軸承中，由于外圈52的設置了錐口孔的部分52a在徑向的壁厚較薄，因此設置固定密封55用的安裝槽57，則在該設置了安裝槽57的部分，外圈52的壁厚過薄，從而使外圈52的強度降低。另外，當形成安裝槽57時，從安裝槽57到外圈端面的內周面部分60由于被設成作為導入密封55用的擴徑部分，因此外圈52的實質的正面寬度W變窄。外圈52的端面61是起到軸承的軸方向的定位作用的部分，還是承受預壓載荷的部分。如圖10所示，當并排設置多列此軸承70時，外圈52的端面61承受到巨大的載荷。像這樣并排設置的方式在例如滾珠絲杠的支撐部的軸承等中被一般性采用。因此，外圈58的正面寬度W過小就會引起由強度降低造成的外圈52的變形和軸承的定位不良、預壓不足等問題。正面寬度W雖然受軸承的各部分的尺寸的影響，但是不管怎樣，在錐口孔59的部分設置安裝槽57，就很難確保正面寬度W。
例如，在角接觸球軸承中，一般來說，(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)＝R被設計在0.4～0.7的范圍內。這是因為，所述的比例R小于0.4時，與軸承尺寸相比，載荷承載能力較低，因而不夠經濟，相反，當R在0.7以上時，鋼球53在軸承空間內所占的比例變大，從而難以確保內外圈51、52的足夠的壁厚。所述的比例R即使接近一般的下限值0.4，當在0.44以上時，如果軸承如圖9的提案例那樣設置安裝槽57，也難以充分地確保外圈58的正面寬度W。
作為其對策，認為可以通過縮小鋼球節圓直徑PCD及鋼球直徑d，減小正面側外圈內徑D5(圖8)，而使外圈正面側的壁厚增大。但是，這樣做時，與不安裝密封55的非密封式軸承相比，軸的支撐部的剛性和軸承的載荷負載容量、滾動疲勞壽命就會降低。尤其是，對于機床中的滾珠絲杠的絲杠軸的支撐所用的角接觸球軸承，此種載荷負載容量、滾動疲勞壽命的降低就會成為問題。即，由于機床進給系統的剛性降低與加工精度的降低相關，因此是很嚴重的缺點。對于載荷負載容量、滾動疲勞壽命，也同剛性一樣，其降低也會成為嚴重的缺點。
另一方面，由于內部設計的影響，會產生難以用與非密封式軸承相同的主要尺寸確保密封55及其安裝部位的空間。此時，雖然可以考慮延長軸承的寬度B，但是由于主要尺寸發生改變，因此就會喪失與非密封式軸承的互換性，所以不夠經濟。
本發明的目的之1是，提供一種角接觸球軸承，在采用密封式的同時，不會因密封安裝上的情況而導致套圈的強度降低或正面寬度的降低，并且可以實現與非密封式軸承相同的尺寸的設計，實現實用化。
另外，近年來，在成形用模具等加工機械的機床中，逐漸要求進行更加復雜的形狀的加工。由于此種復雜形狀的加工伴隨著微小進給，因此形狀越復雜，微小進給的頻度就越高。所以，在機床所使用的滾珠絲杠支撐部的滾動軸承的滾道面上，由于頻繁進行搖擺運動，因此會頻繁發生微小滾動。所以，僅如上述那樣實施碳氮共滲處理，就不能充分解決問題，進而使得發生微振磨損的情況增多。
為此，本發明的目的之2是，提供一種滾動軸承，即使在微小進給的頻度增加的用于進行復雜形狀的加工的機床的滾珠絲杠支撐部中使用，也具有耐微振磨損性。

發明內容
本發明的角接觸球軸承在內圈和外圈之間裝有滾動體，至少在一側具有密封，至少一側的密封被以壓入狀態安裝在將內圈或外圈的滾道的臺肩的一方降低的部分即錐口孔的周面部分上。即，以壓入狀態將密封安裝在錐口孔的平坦的周面部分上。
采用此構成，由于配置在套圈的形成了錐口孔的周面部分上的密封是以壓入狀態安裝在所述周面部分上，不設置安裝槽而進行安裝，因此安裝密封后，不會導致套圈的形成了錐口孔的部分的局部薄壁化或正面寬度的減少。通過適當地設計密封的剖面形狀，可以實現利用將密封壓入此種沒有安裝槽的平坦的周面部分而進行的安裝，即，在一定長度上拓寬密封的壓入狀態下的嵌合部分的軸向寬度等，例如在密封的反密封唇部側設置短筒狀部等。由于可以像這樣不設置安裝槽而對密封進行安裝，因此就可以實現具有與非密封式軸承等價的主要尺寸、鋼球節圓直徑、鋼球直徑等的密封式的角接觸球軸承的設計和實用化。其結果是，可以實現在防止潤滑劑向外部泄漏、粉塵或水分等從外部侵入軸承內部方面具有較高的可靠性的角接觸球軸承。另外，可以制出具有與非密封式軸承等價的各部分尺寸的軸承，并可以實現支撐部剛性、載荷負載容量、滾動疲勞壽命也等價的設計，還可以得到與非密封式軸承的互換性。
也可以在所述內圈或外圈的錐口孔的周面部分上形成圓筒面狀的密封安裝面，將所述密封以壓入狀態安裝在該密封安裝面上。
當像這樣將密封安裝面設成圓筒面狀時，易于進行壓入的過盈量控制，可以進行穩定的壓入。在所述周面部分為錐狀面的情況下，即使形成圓筒面狀的密封安裝面，由于與安裝槽不同，對套圈的壁厚和正面寬度的影響很小，因此，實質上，可以制成具有與不將密封安裝面制成圓筒面狀的情況等價的壁厚、正面寬度的套圈。
在本發明中，也可以采用具有以壓入狀態安裝在外圈的正面側的錐口孔的周面部分上的正面側的密封和利用安裝槽安裝在外圈的背面側的內周面上的背面側的密封的軸承。當將密封安裝在安裝槽上時，由于安裝部分的軸向寬度較窄即可，因此雖然像背面側那樣，從外圈的滾道到端面的軸向寬度較窄，但是在徑向的壁厚較厚的位置上不會產生安裝寬度不足的問題，另外也不會由安裝槽的形成而產生強度降低的問題。通過像這樣在外圈的較薄的位置處在平坦的周面部分壓入，在軸向較窄而徑向較厚的部分處安裝在安裝槽上，就可以容易地并且牢固地進行各部分密封的安裝，而不會對套圈產生影響。
在本發明中，各部分的尺寸關系也可以采用以下的關系。即，(軸承寬度)/(內圈內徑)＝0.2～1.0，并且(軸承寬度)/(鋼球直徑)＝1.5～2.2。
雖然角接觸球軸承的主要尺寸，例如內圈外徑、外圈外徑、軸承寬度或高度及倒角部尺寸等，有由國際標準化組織(ISO)標準化(在日本國內是由JIS B 1512規定)的部分、也有未被標準化的部分，但是這些軸承的(軸承寬度)/(內圈內徑)＝S都為0.2～1.0。當S小于0.2時，就無法采用相對于軸承尺寸來說足夠的鋼球尺寸，因而無法獲得足夠的載荷負荷能力。相反，當S超過1.0時，由于軸承的占有空間變大，因此裝置整體變大，所以不夠經濟。另外，(軸承寬度)/(鋼球直徑)＝T由所述的標準化等規定為T＝1.5～2.2。T小于1.5時，鋼球在軸承空間內所占的比例變大，從而難以確保套圈的足夠的壁厚。相反，當T超過2.2時，與軸承尺寸相比，載荷負荷能力較低，因此不夠經濟。在像這樣被設為優選比例的S、T的范圍的軸承中，就可以采用本發明的通過將密封壓入成為錐口孔的平坦的周面部分上而進行安裝的構造，從而可以利用此安裝構造發揮所述的各種作用、效果。
也可以使(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)在0.44以上。
機床的進給系統滾珠絲杠中所使用的角接觸球軸承的(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)＝R的值如在本發明要解決的問題部分中所述的那樣，一般被設定在0.4～0.7的范圍內。所述鋼球的占有比例R即使接近一般的下限值0.4，當在0.44以上的軸承中像以往例子那樣設置安裝槽，則難以充分地確保外圈的正面寬度。
像這樣，以往的軸承為了可以進行密封的安裝，不得不使鋼球的占有比例R極大地降低，從而不得不限制載荷負荷能力，但是，在本發明中由于采用將密封壓入平坦的周面部分的構成，因此能夠安裝密封的同時，使鋼球的占有比例R增大到0.44以上，從而可以實現增大載荷負荷能力的設計。
本發明的角接觸球軸承也可以是滾珠絲杠的絲杠軸的支撐中所使用的軸承。
滾珠絲杠的絲杠軸的支撐中所使用的軸承由于負荷較高的軸向載荷，因此當接觸角在例如30°以上時，則需要具有較大的接觸角的軸承，即軸向載荷負荷能力高的軸承。當接觸角變大時，相應地錐口孔變深，套圈的正面寬度變小。即使在這樣的接觸角較大的軸承中，當采用本發明中的利用向周面部分壓入而進行密封的安裝的構造時，由于沒有強度降低、正面寬度的減少等問題，因此可以實現此安裝。
另外，本發明是由外圈、內圈、滾動體及保持器構成的軸承，通過使用在對內圈及外圈或滾動體的任意一方實施碳氮共滲處理的同時，將以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂封入所述軸承內的滾動軸承，解決了所述的課題之2。
在對內圈及外圈或滾動體的任意一方進行碳氮共滲處理的同時，將以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂封入軸承內。其結果是，形成脲類化合物的薄的氧化膜，并且在此膜上形成具有足夠厚度的油膜。此脲類化合物的薄的氧化膜由于與碳氮共滲層的密合性較高，因此即使頻繁地發生微小滾動，也可以將潤滑脂保持在滾道面上，抑制滾道面上的微振磨損，從而有效地防止耐久性的降低。另外，例如即使滾動體和滾道面間的由潤滑脂形成的油膜發生破裂，使得滾動體和滾道面發生了直接接觸時，利用滾動體或滾道面上的碳氮共滲層的作用，也可以在一定時間內抑制微振損傷的發生及發展。另外，所述的由潤滑脂形成的油膜由于與碳氮共滲層的密合性較高，因此即使發生了破裂，也可以迅速地修復。所以，即使油膜發生破裂而使滾動體和滾道面直接接觸，也可以在發生微振損傷前修復油膜。所以，使得對于微振損傷的耐受性顯著提高。


圖1是本發明的一實施方式的角接觸球軸承的局部剖面圖。
圖2是對該實施方式的軸承和以往的軸承的相同軸承尺寸的設計例進行比較表示的局部剖面圖。
圖3(A)、(B)分別是該實施方式的角接觸球軸承的排列例的剖面圖。
圖4(A)、(B)分別是該實施方式的角接觸球軸承的其它的排列例的剖面圖。
圖5是表示使用了相同角接觸球軸承的機床的進給機構的剖面圖。
圖6是表示本發明的其它的實施方式的角接觸球軸承的局部剖面圖。
圖7是表示本發明的另一個實施方式的角接觸球軸承的局部剖面圖。
圖8是以往的非密封式角接觸球軸承的剖面圖。
圖9是以往的密封式角接觸球軸承的提案例的剖面圖。
圖10是以往的角接觸球軸承的并排設置例的剖面圖。
圖11是表示本發明的角接觸球軸承的例子的剖面圖。
圖12是表示使用了滾珠絲杠支撐用軸承的加工裝置的例子的示意圖。
圖13是表示在實施例1、比較例1～3中使用的軸承的示意圖。
圖14是用于進行法夫納(Fafnir)型微動磨損試驗的組裝圖。
圖15是表示微小搖擺磨損試驗的結果的圖表。
圖16、圖17是表示微小滑動磨損試驗的結果的圖表。
圖18、圖19是表示累積破損幾率試驗的結果的圖表。
其中，1內圈；2外圈；3滾動體；4保持器；5、6滾道；7、8錐口孔；9、10密封；11內周面；11a密封安裝面；12安裝槽；17端面；d鋼球的直徑；PCD節圓直徑；W正面寬度。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發明的第一實施方式進行說明。此角接觸球軸承在作為套圈的內圈1和外圈2的滾道5、6之間，安裝有多個滾動體3，這些滾動體3被保持在保持器4的凹穴4a中。與深槽球軸承相比，內圈1的負荷側(正面側F)的外徑大，外圈2的負荷側(背面側B)的內徑小，生成與滾道5、6的接觸角θ。為了便于軸承組裝，在內圈1的非負荷側上形成有作為將滾道5的一側的臺肩降低的部分的錐口孔7，在外圈2的非負荷側上也形成有作為將滾道6的一側的臺肩降低的部分的錐口孔8。
在內外圈1、2間的軸承空間的兩側上，配置有密封9、10。正面側F的密封被以壓入狀態安裝在形成外圈2的錐口孔8的內周面11的一部分上，背面側B的密封10被安裝在形成于外圈2的內徑面上的安裝槽12中。這些密封9、10既可以是接觸密封，也可以是非接觸密封，在此實施方式中采用接觸密封。
形成外圈2的錐口孔8的內周面11被設成圓錐狀面，其軸承外側的端部附近被設為圓筒面狀的密封安裝面11a。正面側的密封9在基端即反密封唇部上具有短筒狀的嵌合部9a，利用此嵌合部9a使密封以壓入狀態嵌合在所述密封安裝面11a上。由于使正面側的密封9在具有過盈量的條件下壓入嵌合，因此在壓入后密封9不會發生脫落。另外，通過調整所述過盈量，可以自由地選擇此密封9和外圈2的緊迫力。短筒狀的嵌合部9a被制成圓筒狀，外徑面為平行于軸向的面。密封9是將橡膠等彈性體15固定在芯鐵14上的部件，由彈性體15構成的密封唇部9b與內圈1的外周面接觸。芯鐵14被制成L字狀的剖面形狀，其1邊構成所述嵌合部9a。彈性體15的一部分包覆在芯鐵14的基端的短筒狀部分的外周上，利用此彈性體15嵌合在外圈2的密封安裝面11a上，但是，也可以直接地使芯鐵14嵌合在密封安裝面11a上。另外，正面側的密封9的嵌合部9a也可以不將外徑面制成圓筒面，而是采用錐面形狀，利用此錐面形狀也可以對密封9進行固定。當采用錐面形狀時，外圈2的密封安裝面11a被制成錐面，例如被制成從內周面11的其它的部分開始連續的面。
密封安裝面11a可以采用車削精加工，也可以采用研磨精加工，在密封安裝面11a的反壓入側的邊緣，設有在車削刀頭或研磨砂輪加工時用于退刀的退刀槽部13。退刀槽部13雖然也是一種溝槽，但是由于不是用于對正面側密封9進行固定的溝槽，因此槽深較淺，所以不會造成外圈2的壁厚不足。密封唇部9b的形狀可以任意地確定，可以采用接觸型、非接觸型的任意一種形式。
背面側的密封10被制成將彈性體一體化地固定在芯鐵上的部件，并利用彈性體的部分以嵌合狀態被安裝在外圈2的安裝槽12上。從安裝槽12到外圈端面的內周面部分16被制成作為導入背面側密封10用的擴徑部分。背面側密封10的密封唇部10b的形狀也可以采用接觸型、非接觸型的任意一種形式。
與各密封9、10的密封唇部9b、10b相面對的內圈1和外圈2的周面部分，在此實施方式中雖然被制成平面，但是也可以形成油槽，在此油槽內使各密封9、10的密封唇部9b、10b與之接觸或間隙配合。軸承的潤滑形式既可以是脂潤滑，也可以是油潤滑。
當采用此構成時，由于在正面側及背面側上設置了密封9、10，可以形成密封式，并可以構成能夠防止潤滑劑向外部泄漏及粉塵或水分等從外部侵入軸承內部的可靠性高的角接觸球軸承。配置于外圈2的形成有錐口孔8的周面部分11上的正面側密封9由于被設成以壓入狀態安裝在所述周面部分11上的部件，因此可以不設置安裝槽而進行安裝。正面側密封9的形狀只要其固定部位的形狀是可以安裝在平坦的密封安裝面11a上的形狀即可，密封唇部9b的形狀可以任意地確定，可以采用接觸型、非接觸型的任意一種形式。正面側密封9的密封唇部9b的形狀與以往的槽固定式密封的情況相同，因此不會造成防止潤滑劑的泄漏的功能和防止粉塵、水分等從外部侵入軸承內部的功能降低。背面側的密封10雖然安裝在安裝槽12上，但是由于外圈2的背面側的徑向的壁厚較厚，因此不會產生由安裝槽12造成的強度降低的問題。背面側由于從外圈2的滾道6到端面的軸向寬度較窄，因此通過使用安裝槽12，可以易于進行在狹窄空間內的安裝。
這樣，由于可以不設置安裝槽，將正面側的密封9固定在外圈2的形成有錐口孔8的部分上，因此可以防止外圈2的錐口孔8的形成部分的局部的薄壁化，另外還可以確保正面寬度W。另外，還可以使用非密封式軸承情況下的軸承內部空間來固定正面側及背面側的密封9、10。所以，不會造成因為采用密封式而帶來的寬度變化。
根據以上所述，此實施方式的角接觸球軸承可以實現具有與非密封式軸承相同的主要尺寸、鋼球節圓直徑PCD、鋼球直徑d的密封式軸承的設計，在提高對于防止潤滑劑向外部泄漏、粉塵或水分等從外部侵入軸承內部的可靠性的同時，還可以獲得與非密封式軸承等價的支撐部剛性、載荷負載容量、滾動疲勞壽命。所以，此實施方式的角接觸球軸承可以具有與非密封式軸承的互換性。
圖2是為了對將此實施方式的軸承使用在滾珠絲杠支撐用的角接觸球軸承中的具體例(A)和以往的用安裝槽固定密封的角接觸球軸承(B)進行比較，根據實際尺寸以相同尺寸并列表示的圖。軸承尺寸均為內圈內徑(直徑)75mm，軸承寬度20mm，接觸角60°。
R＝(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)＝0.549。
用設置有安裝槽57的現有方式來設計密封式的角接觸球軸承(圖2(B))，則如在本發明要解決的問題部分所述那樣，外圈正面側端面的正面寬度W及外圈52的錐口孔的部分的壁厚，在安裝槽51的部分變得過小，從而引起外圈52的變形和軸承定位不良、預壓不足等問題。
另一方面，在本發明的實施方式的軸承(圖2(A))中，兩側的密封9、10都被固定在外圈2上，背面側密封10是用與以往相同的安裝槽12來固定，而正面側密封9是通過壓入來固定，從而形成密封式軸承。
此時，不會出現像使用安裝槽57的以往的密封固定方式(圖2(B))中所看到的那樣的正面側外圈端面的正面寬度W及錐口孔部8處的外圈壁厚過小的情況，從而形成可以實際使用的設計。
在此實施方式(圖1、圖2(A))中，雖然正面側密封9的軸向定位是通過正面側外圈端面17和密封9的端面的殘差來進行控制，但是，也可以通過將密封9推壓至退刀槽部13與錐口孔部11的交界部來進行定位。
滾珠絲杠支撐用的角接觸球軸承多數情況下如圖3(A)、(B)分別所示那樣，排成2列或3列使用，另外如圖4(A)、(B)那樣排成4列使用等，通過多列組合來構成支撐部。圖3(A)的例子是使2列角接觸球軸承20正面對合排列的例子，以1列來承受軸向載荷。圖3(B)的例子是使3列中的2列(圖中的右側2列)正面對合，并使剩下的1列與相鄰的列朝向相同方向排列，以2列來承受軸向載荷。圖4(A)的例子是使4列中的中央2列正面對合，并使其兩側的列與相鄰的列朝向相同方向(所謂的DFTT組合)，以3列來承受軸向載荷。圖4(B)的例子是使4列中的一側(圖中的右側)的端部的2列正面對合，剩下的2列與相鄰的列朝向相同方向(DTFT組合)，以3列來承受軸向載荷。
當像這樣多列地排列角接觸球軸承20時，在外圈2的正面側端面W上負荷較大的載荷(內圈1的背面側端面也相同)。但是，如果是此實施方式中的角接觸球軸承20，則由于充分地確保了外圈2的正面寬度W，因此也可以用于使所述多列組合的用途。而且，由于具有與非密封式軸承等價的主要尺寸、支撐部剛性、載荷負載容量、滾動疲勞壽命，因此在從非密封式軸承更換為本實施方式的密封式軸承的情況下，不會發生功能上的障礙。
圖5表示使用了此角接觸球軸承的機床的進給機構。工作臺31通過導軌(未圖示)進退自如地設置在基臺32上，，利用驅動電機33的驅動，借助滾珠絲杠34對其進行進退驅動。滾珠絲杠34的螺母35被安裝在工作臺31上，絲杠軸36由兩端的支撐部37、38可以自由轉動地支撐在基臺32上。絲杠軸36借助聯軸器39與驅動電機33的電機軸33a連接在一起。所述各支撐部37、38利用設于套筒37a、38a中的滾動軸承20、41支撐絲杠軸36。其中，驅動電機33側的支撐部37的滾動軸承40所使用的是所述實施方式的角接觸球軸承30。另外，在此支撐部37中，如圖3(A)、(B)，圖4(A)、(B)等所示那樣，排列有多列角接觸球軸承20。
下面對圖1所示的實施方式1的角接觸球軸承20的各部分的尺寸關系進行說明。此尺寸關系是適用于機床的進給系統滾珠絲杠的支撐用的軸承的情況等的例子。
此角接觸球軸承，其S＝(軸承寬度)/(內圈內徑)＝0.2～1.0，并且T＝(軸承寬度)/(鋼球直徑)＝1.5～2.2。
另外，R＝(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)≥0.44，并且R≤0.7。
接觸角θ為30°以上。
滾動軸承的主要尺寸即表示軸承的輪廓的尺寸，為了國際上的互換性和生產的經濟性，由國際標準化機構(ISO)進行了標準化。在日本國內由JIS B 1512所規定。其主要的內容是軸承的內徑、外徑、寬度或高度及倒角尺寸，在將軸承安裝在軸及套筒中時是很重要的尺寸。關于內部構造的尺寸并沒有原則上的規定。雖然滾動軸承的尺寸多數已被規定，但是這是為了實現標準化而為將來準備的，現在實際使用的尺寸并不全是這些尺寸系列。
滾動軸承的主要尺寸雖然有所述那樣已經標準化的尺寸，也有未標準化的尺寸，但是，它們的(軸承寬度)/(內圈內徑)＝S都在0.2～1.0。當S小于0.2時，無法采用相對于軸承尺寸足夠的鋼球尺寸，因而不能獲得足夠的載荷負荷能力。相反，當S超過1.0時，由于軸承的占有空間變大，因此裝置整體變大，從而不夠經濟。
另外，(軸承寬度)/(鋼球直徑)＝T，由所述的標準化等規定為T＝1.5～2.2。當T小于1.5時，鋼球在軸承空間內所占比例變大，從而難以確保套圈的足夠的壁厚。相反，當T超過2.2時，與軸承尺寸相比，載荷負荷能力較低，因而不夠經濟。在像這樣被設為優選比例的S、T的范圍的軸承中，可以采用此實施方式的通過將密封9壓入成為錐口孔8的平坦的周面部分上而進行安裝的構造，從而可以在此情況下發揮所述的各種作用、效果。
另外，機床的進給系統滾珠絲杠等中所使用的角接觸球軸承的(鋼球直徑)/(外圈外徑-鋼球節圓直徑)＝R的值如在本發明要解決的問題部分中所述的那樣，一般被設定在0.4～0.7的范圍內。這是因為，所述的比例R在0.4以下時，與軸承尺寸相比，載荷負荷能力較低，因而不夠經濟，相反，當R在0.7以上時，鋼球在軸承空間內所占比例變大，因而難以確保內外圈的足夠的壁厚。所述鋼球的占有比例R即使接近一般的下限值0.4，在0.44以上的軸承中像以往的圖9的例子那樣設置安裝槽57，則難以充分地確保外圈58的正面寬度W。
像這樣，以往的軸承為了可以進行密封的安裝，不得不使鋼球的占有比例R極大地降低，從而不得不限制載荷負荷能力，但是，在本發明中由于采用將密封壓入平坦的周面部分的構成，因此可以使鋼球的占有比例R大到0.44以上，從而可以實現增大載荷負荷能力的設計。
對于接觸角θ，在機床等的進給系統的滾珠絲杠的支撐用軸承等中，由于負荷較高的軸向載荷，因此采用具有30°以上的接觸角θ的軸承。即，采用軸向載荷負荷能力高的角接觸球軸承30。
而且，所述實施方式雖然對利用安裝槽12將背面側的密封10安裝在外圈2上的例子進行了說明，但是，也可以如圖6所示，將背面側的密封10A也與正面側的密封9相同地以壓入狀態安裝在外圈2的內周面上。此時，背面側的密封10A與正面側的密封9相同，形成在基端具有筒狀的嵌合部10Aa的形狀。在該圖的實施方式中，背面側的密封10A除了與正面側的密封9的直徑不同以外，采用相同的剖面形狀。
另外，雖然所述各實施方式對將密封9、10、10A安裝在外圈2上的情況進行了說明，但是，本發明也可以如圖7所示，適用于將密封9B、10B安裝在內圈1上的情況。此時，采用將安裝在內圈1的錐口孔7的部分上的密封9B以壓入狀態安裝在形成錐口孔7的周面部分上的形式。
雖然所述各實施方式都對密封9、10、10A、9B、10B為將橡膠等的彈性體固定在芯鐵上的部件的情況進行了說明，但是，這些密封9、10、10A、9B、10B也可以是金屬制的密封板，另外還可以是油封型的密封。另外，雖然所述各實施方式對在兩側設置密封9、10、10A的例子進行了說明，但是，即使是根據用途只在軸承端面的一側安裝密封的軸承，在其錐口孔側安裝密封的軸承中，也可以適用本發明。
另外，本發明的滾動軸承如圖11所示，是由外圈83、內圈81、滾動體87及保持器88構成的軸承，是在通過在內圈81及外圈83上進行碳氮共滲處理而設置碳氮共滲處理層85的同時，還將以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂86封入所述軸承內的滾動軸承。另外，雖然在圖11中并無顯示，但是，不在內圈81及外圈83上、而是在滾動體87上設置有碳氮共滲處理層85的滾動軸承也包含在本發明的滾動軸承中。
所述的外圈83、內圈81、滾動體87的材質，可以舉出SUJ 2、SUJ 3或含有C0.1～1.0重量％、Mn0.1～1.0重量％、Cr0.1～20重量％、剩余部分為Fe及不可避免的雜質的鋼。
所謂所述的碳氮共滲處理是使金屬表面硬化的一種手段。實施此碳氮共滲處理是由于利用通常的滲碳處理雖然可以制得堅韌的材質，但是會產生對熱不穩定的情況。針對于此，利用滲氮處理，在硬化材質表面的同時，還使得殘留的奧氏體變得熱穩定，形成耐沖擊性強的材質。另外，可以析出適量的碳化物，不降低斷裂強度，提高疲勞強度。可以在內圈81及外圈83或滾動體87的任意一個上形成此碳氮共滲處理層85。
作為所述的碳氮共滲處理法，可以舉出在滲碳性氣氛中添加了氨氣的高溫氣體中進行了碳氮共滲處理后，進行淬火、回火的方法。
所述的殘留奧氏體量最好為20～40％。當小于20％時，會有不能充分改善滾動疲勞壽命的情況，另一方面，當超過40％時，會有碳氮共滲層的硬度降低而使耐磨損特性降低的情況。
所述潤滑脂86是以脲類化合物作為增稠劑，向其中添加了基礎油的材料。當使用以脲類化合物作為增稠劑的潤滑脂時，在內外圈滾道面上形成脲類化合物的薄氧化膜，并且在此膜上形成具有足夠厚度的油膜。
特別是，當像所述那樣在內外圈滾道面上實施碳氮共滲處理時，即使頻繁發生滾動體的微小滾動，由滾動體和滾道面之間的潤滑脂形成的油膜發生破裂，而使滾動體和滾道面直接接觸時，也可以利用滾動體或滾道面上的碳氮共滲層的作用，抑制微振損傷的發展。另外，由所述的潤滑脂形成的油膜由于與碳氮共滲層的密合性較高，因此即使發生破裂，也可以迅速被修復。所以，利用所述潤滑脂和所述碳氮共滲處理的相乘效果，就可以抑制微振磨損而有效地防止耐久性的降低。
所述的脲類化合物為脂肪族類、脂環族類、芳香族類的任意一種均可，可以將它們以任意的比例混合后使用。在它們當中，以下述的[化1]式表示的二脲或聚脲較好，其中二脲為優選。
(式中，R2為碳數6～15的芳香族類烴基、脂肪族類烴基或脂環族類烴基，R1及R3表示碳數6～12的芳香族類烴基、環己基、碳數7～12的環己烷衍生物、碳數6～20的烷基中的任意一種。)作為所述的基礎油，雖然可以舉出從礦物油、合成烴油及香精油中選擇的一種以上的潤滑油或以任意的配比混合的混合油，但是，在它們當中，優選使用礦物油。礦物油由于與所述的脲增稠劑的相溶性好，潤滑性優良，稠度也適當，因此不會造成潤滑脂泄漏，也不會損害潤滑脂油膜的修補性。
所述增稠劑相對于脲類潤滑脂的混合比例可以是1～40重量％，優選5～20重量％。當小于1重量％時，增稠劑的凝膠硬化不充分，稠度增大，因而容易發生潤滑脂泄漏。另一方面，當超過40重量％時，稠度降低，流動性變差。
而且，在所述的脲類潤滑脂中，在不妨礙脲類潤滑脂的功能的范圍內，可以添加公知的防銹劑或防氧化劑、高壓添加劑、磨損抑制劑、油性劑、防腐蝕劑、流點降低劑、粘度指數提高劑、結構穩定劑、增粘劑、防靜電干擾劑、乳化劑、著色劑等。
所述的潤滑脂86被填充到軸承內部，具體來說，如圖11所示，以覆蓋滾動體87及保持器88的形式被填充在內圈81和外圈83之間的部分。此時，將密封式軸承作為滾動軸承使用時，在軸承的正面部及背面部的與外部的交界部上，由密封89、90所密封。當使用此密封式滾動軸承時，就可以防止潤滑脂86向外部泄漏。此時，也可以不使用密封，而使用密封板。
此2個密封89、90采用異形部件。借此可以容易確認軸承組裝時的方向，從而可以防止組裝錯誤。
對于本發明的滾動軸承的種類雖然沒有特別地限定，但是優選角接觸球軸承。
另外，本發明滾動軸承可以用于滾珠絲杠的支撐部，特別是機床中所使用的滾珠絲杠的支撐部中。在所述機床的滾珠絲杠支撐部中，當用于進行微小進給的頻率增加的復雜形狀的加工的加工中心的滾珠絲杠支撐部中使用時，可以更有效地發揮耐微振磨損特性，因此更加理想。
實施例下面利用實施例進行更加詳細的說明。首先，在下述的實施例1及2中，作為對微振磨損的耐受性的有無的判斷，針對微小滑動磨損及微小搖擺磨損進行了試驗。
使用SUJ 2制的內圈及外圈鋼板，對它們的滾動面進行了碳氮共滲處理。碳氮共滲處理是利用在NX氣體中添加了體積比10％的氨氣的連續式爐中在880℃下保持40分鐘的方法進行的。然后，在180℃下進行2小時的回火，得到了碳氮共滲處理的鋼板。
所得到的鋼板的表面硬度(HRC)為63.2。另外，處理前的HRC為61.9。
(微小搖擺磨損試驗)使進行了所述的碳氮共滲處理的外圈90a及內圈90b與滾動體(SUJ 2制)90c組合，制作了如圖13所示的軸承91(內圈內徑×外圈內徑×寬度＝20mm×40mm×14mm)。此時封入表1中記述的脲類潤滑脂1g(在圖13中，未顯示潤滑脂。)。使用此軸承91，以ASTM D 4170為標準進行了法夫納(Fafnir)型微動磨損試驗。具體來說，如圖14所示，在2個軸承保持部96上分別固定外圈90a及內圈90b，按照圖示的順序將軸93穿到螺栓92。然后，調節螺栓92的旋緊度，利用彈簧94來負荷載荷(載荷＝2.45kN)。將卡盤(chuck)部安裝在試驗機上，利用曲柄桿連接搖擺部95和電機，在大氣中，室溫下，使電機轉動。在搖擺角12deg(臨界搖擺角30deg)、搖擺頻率30Hz的條件下，進行8小時試驗，根據試驗后的內外圈的重量的減少量，對鋼板的磨損特性進行評價。其結果表示在圖15中。
除了使用未進行碳氮共滲處理的SUJ 2制內圈及外圈以及表1中所示的鋰基類潤滑脂以外，與實施例1相同，進行了微小搖擺磨損試驗。其結果表示在圖15中。
除了使用表1中所示的鋰基類潤滑脂作為潤滑脂以外，與實施例1相同，進行了微小搖擺磨損試驗。其結果表示在圖15中。
除了使用表1中所示的脲類潤滑脂作為潤滑脂以外，與比較例1相同，進行了微小搖擺磨損試驗。其結果表示在圖15中。
(結果)從實施例1和比較例1～3清楚地看到，通過在滾道面上進行碳氮共滲處理，并使用脲類化合物作為潤滑脂，就可以大幅度地減少微小搖擺磨損，即由微小滾動引起的磨損。所以，明顯具有對于以此為原因的微振磨損的耐受性。
(微小滑動磨損試驗)將滾動體(SUJ 2制)放置在進行了所述碳氮共滲處理的鋼板上，使用表1中所述的脲類潤滑脂作為潤滑脂，利用下述的方法進行了微小滑動磨損試驗。此時的試驗條件為，加在滾動體上的載荷為98N，滾動體在鋼板上的振幅為0.47mm，振動頻率為30Hz，負荷次數為8.6×105循環，試驗時間為8小時。
然后，用粗糙度檢查儀對與磨損方向成直角的5個以上的點進行測定，以最深的值作為鋼板磨損深度。另外，滾動體的磨損量(υ)是用顯微鏡測定磨損直徑，并用以下的式子算出的。鋼板磨損深度的結果表示在圖16中，滾動體的磨損量的結果表示在圖17中。
υ＝(πh2×(3r-h))/3h＝r-(4r2-c2)1/2/2r鋼球的半徑，h鋼球的磨損深度，c磨損痕的直徑[比較例4]除了使用未進行碳氮共滲處理的SUJ 2制內圈及外圈以及表1中所示的鋰基類潤滑脂以外，與實施例2相同，進行了微小滑動磨損試驗。鋼板磨損深度的結果表示在圖16中，滾動體的磨損量的結果表示在圖17中。
除了使用表1中所示的鋰基類潤滑脂作為潤滑脂以外，與實施例2相同，進行了微小滑動磨損試驗。鋼板磨損深度的結果表示在圖16中，滾動體的磨損量的結果表示在圖17中。
除了使用表1中所示的脲類潤滑脂作為潤滑脂以外，與比較例4相同，進行了微小滑動磨損試驗。鋼板磨損深度的結果表示在圖16中，滾動體的磨損量的結果表示在圖17中。


(結果)從實施例2和比較例4～5清楚地看到，通過在滾道面上進行碳氮共滲處理，并使用脲類化合物作為潤滑脂，可以大幅度地減少微小滑動磨損，即由微小滑動引起的磨損。另外，從實施例2和比較例6可以清楚地看到，實施例2具有充分的耐微小滑動磨損特性。
對SUJ 2制的內圈81及外圈83進行所述的碳氮共滲處理，使之與SUJ 2制的滾動體87組合，制作了圖11所示的角接觸球軸承。然后，將表1所述的脲類潤滑脂作為潤滑脂封入。對此軸承施加載荷6.9kN(徑向載荷)，使之以2000rpm轉動。測定此時的累積破損幾率10％壽命的時間。其結果表示在圖18中。
并且，所謂「累積破損幾率10％壽命」是指，在相同條件下使一組相同軸承各自轉動時，其90％(可靠度90％)可以不發生由滾動疲勞造成的表面剝落(flaking)而轉動的實質的總轉數或運轉時間。
除了對SUJ 2制的內圈81及外圈83進行了如下所示的整體淬火處理以外，與實施例3相同，測定了累積破損幾率10％壽命的時間。其結果表示在圖18中。
而且，所謂整體淬火處理是指，在800～850℃下對軸承鋼加熱、保持后，對其進行淬火處理。由此在鋼中形成馬氏體組織，從而使材料硬化。
除了使用在表1所示的脲類潤滑脂中混入了異物的混合物作為潤滑脂以外，與實施例3相同，測定了累積破損幾率10％壽命的時間。其結果表示在圖19中。
除了對SUJ 2制的內圈81及外圈83進行了如下所示的整體淬火處理以外，與實施例4相同，測定了累積破損幾率10％壽命的時間。其結果表示在圖19中。
(結果)從實施例3、4和比較例7、8清楚地看到，通過在滾道面上進行碳氮共滲處理，并使用脲類化合物作為潤滑脂，所得到的角接觸球軸承具有足夠的耐久性。
(發明的效果)本發明的角接觸球軸承在內圈和外圈之間安裝有滾動體，至少在一側具有密封，至少一側的密封以壓入狀態安裝在錐口孔的周面部分上的密封，因此雖然是密封式，但是不會由密封安裝上的因素導致套圈的強度降低或正面寬度的降低，從而能夠實現與非密封式軸承相同的尺寸的設計和實用化。
另外，本發明的軸承由于在對內圈及外圈或滾動體的任意一方實施碳氮共滲處理的同時，在軸承內封入以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂，因此形成脲類化合物的薄的氧化膜，并且在此膜上形成具有足夠厚度的油膜。此脲類化合物的薄的氧化膜由于與碳氮共滲層的密合性較高，因此即使頻繁地發生微小滾動，也可以將潤滑脂保持在滾道面上，抑制滾道面上的微振損傷，從而有效地防止耐久性的降低。
另外，即使由滾動體和滾道面間的潤滑脂形成的油膜發生破損，而使滾動體和滾道面直接接觸時，也可以利用滾動體或滾道面上的碳氮共滲層的作用，在一定時間內，抑制微振損傷的發生及發展。另外，由所述的潤滑脂形成的油膜由于與碳氮共滲層的密合性較高，因此即使發生破損，也可以迅速地修復。所以，即使油膜發生破損而使滾動體和滾道面直接接觸，也可以在微振損傷發生前對油膜進行修復。所以，使得對于微振損傷的耐受性顯著提高。
另外，此滾珠絲杠支撐用軸承由于具有密封，因此軸承內部被密閉。所以，可以抑制以往的開放式中所看到的潤滑脂的四處飛濺現象。
另外，可以防止冷卻液等異物從環境氣氛侵入潤滑脂內。
另外，由于兩種密封為異形，因此易于確認軸承組裝時的方向，從而可以防止組裝錯誤。
權利要求
1.一種滾動軸承，是由外圈、內圈、滾動體及保持器構成的軸承，其特征是，在對內圈及外圈或滾動體的任意一方進行碳氮共滲處理的同時，在所述軸承內封入有以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂。
2.根據權利要求1所述的滾動軸承，其特征是，所述軸承是角接觸球軸承。
3.根據權利要求1或2所述的滾動軸承，其特征是，所述軸承是密封式軸承。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的滾動軸承，其特征是，其用于滾珠絲杠支撐部。
5.根據權利要求4所述的滾動軸承，其特征是，所述滾珠絲杠支撐部用于機床中。
全文摘要
一種滾動軸承，是由外圈、內圈、滾動體及保持器構成的軸承，其特征是，在對內圈及外圈或滾動體的任意一方進行碳氮共滲處理的同時，在所述軸承內封入有以脲類化合物作為增稠劑使用的潤滑脂。
文檔編號F16C33/66GK1782449SQ20051012720
公開日2006年6月7日 申請日期2002年9月2日 優先權日2001年9月3日
發明者小林梅光, 植田敬一 申請人:Ntn株式會社