JP2003148491A

JP2003148491A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2003148491A
Application number: JP2001394898A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Ueda; 敬一植田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】耐フレッティング性を有する転がり軸受を提
供することを目的とする。【解決手段】外輪、内輪、転動体及び保持器からなる
軸受であり、内輪及び外輪、又は転動体のいずれかに浸
炭窒化処理を施すと共に、ウレア化合物を増ちょう剤と
して用いたグリースを上記軸受内に封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、転がり軸受に関
し、詳しくは、工作機械のボールねじの支持部に使用さ
れる転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の中には、図２に示すように、
モーター１でボールねじ２を回転させ、このボールねじ
２の回転に合わせて往復動するテーブル３を設けたもの
がある。この工作機械は、テーブル３上に加工物４を載
せ、テーブル３を往復動させながら刃５で加工物４の加
工を行うものである。

【０００３】この場合、ボールねじ２は、一般的に軸受
６で支持されている。この軸受６には、一般にアンギュ
ラ玉軸受が使用され、また、潤滑はグリースや油で行わ
れている。

【０００４】しかし、上記工作機械用ボールねじの支持
用軸受には、加工中に発生する加工荷重の振動成分の増
加等により振動負荷が生じる場合が多い。この振動負荷
が大きくなると、上記の支持用軸受の転走面にフレッテ
ィング摩耗損傷が生じる場合がある。このフレッティン
グ摩耗損傷は、軸受転走面の微小滑り、微小転がり、微
小振動等によって生じるもので、回転精度（調子）の不
良などの軸受性能劣化に大きく影響する。

【０００５】これに対し、特公平７−９２１０４号公報
に、浸炭窒化処理を行う方法が開示されている。これ
は、転走面に浸炭窒化処理を行うことにより、転走面の
硬度を増し、摩耗抵抗を向上させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
おいて、成形用金型等の加工機械等の工作機械において
は、より複雑な形状の加工が求められるようになった。
この複雑形状の加工は、微小送りを伴うので、形状が複
雑になるほど、微小送りの頻度が増加する。このため、
工作機械に使用されているボールねじ支持部の転がり軸
受の転走面において、揺動運動が頻繁に行われ、微小転
がりが頻繁に生じる。このため、上記のように浸炭窒化
処理を施すだけでは不十分となり、フレッティング摩耗
損傷が生じる場合が多くなった。

【０００７】そこで、この発明は、微小送りの頻度が増
加した複雑形状の加工を行うための工作機械のボールね
じ支持部に使用しても、耐フレッティング性を有する転
がり軸受を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、外輪、内
輪、転動体及び保持器からなる軸受であり、内輪及び外
輪、又は転動体のいずれかに浸炭窒化処理を施すと共
に、ウレア化合物を増ちょう剤として用いたグリースを
上記軸受内に封入した転がり軸受を用いることにより上
記課題を解決したのである。

【０００９】内輪及び外輪、又は転動体のいずれかに浸
炭窒化処理を施すと共に、ウレア化合物を増ちょう剤と
して用いたグリースを軸受内に封入する。その結果、ウ
レア化合物の薄い酸化皮膜が形成され、かつその皮膜上
には十分な厚さの油膜が形成される。このウレア化合物
の薄い酸化皮膜は、浸炭窒化層との密着性が高いので、
微小転がりが頻繁に生じても、グリースが転走面上に保
持され、軌道面におけるフレッティング損傷を抑制して
耐久性の低下を効果的に防止することができる。また、
たとえ、転動体と転走面との間のグリースによる油膜が
破断し、転動体と転走面が直接接触した場合でも、転動
体若しくは転走面に施した浸炭窒化層の働きにより、し
ばらくの間は、フレッティング損傷の発生及び進行が抑
制される。また、上記のグリースによる油膜は、浸炭窒
化層と密着性が高いため、破断が生じても、すばやく修
復される。このため、油膜が破断して転動体と転走面が
直接接触しても、フレッティング損傷が発生する前に油
膜を修復することができる。このため、フレッティング
損傷に対する耐性が著しく向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明にかかる転がり軸受は、
図１に示すように、外輪１３、内輪１１、転動体１７及
び保持器１８からなる軸受であり、内輪１１及び外輪１
３に浸炭窒化処理を施して浸炭窒化処理層１５を設ける
と共に、ウレア化合物を増ちょう剤として用いたグリー
ス１６を上記軸受内に封入した転がり軸受である。ま
た、図１には示されていないが、浸炭窒化処理層１５を
内輪１１及び外輪１３のかわりに、転動体１７に設けた
転がり軸受もこの発明の転がり軸受に含まれる。

【００１１】上記の外輪１３、内輪１１、転動体１７の
材質としては、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３や、Ｃ：０．１〜
１．０重量％、Ｍｎ０．１〜１．０重量％、Ｃｒ０．１
〜２０重量％、残部にＦｅ及び不可避的不純物を含有す
る鋼等があげられる。

【００１２】上記浸炭窒化処理とは、金属表面を硬化さ
せる手段の１つである。この浸炭窒化処理を施すのは、
通常の浸炭処理によって強靭な材質を得ることができる
が、熱に対しては不安定な場合がある。これに対し、窒
化処理により、材質表面が硬化されると共に、残留オー
ステナイトが熱に対して安定となり、衝撃に強い材質に
なる。さらに、適当量の炭化物が析出し、割れ強度を下
げることなく、疲労強度を高めることができる。この浸
炭窒化処理層１５は、内輪１１及び外輪１３、又は転動
体１７のいずれかに形成することができる。

【００１３】上記浸炭窒化処理法としては、浸炭性雰囲
気にアンモニアガスを添加した高温ガス中で浸炭窒化処
理したのち、焼入れ、焼戻しする方法があげられる。

【００１４】上記の残留オーステナイト量は、２０〜４
０％が好ましい。２０％未満だと、転がり疲労寿命の改
善が十分になされない場合があり、一方、４０％を超え
ると、浸炭窒化層の硬さが低下して耐磨耗特性が低下す
る場合がある。

【００１５】上記グリース１６は、ウレア化合物を増ち
ょう剤とし、これに基油を加えたものである。ウレア化
合物を増ちょう剤としたグリースを用いると、内外輪転
走面上にウレア化合物の薄い酸化皮膜が形成され、か
つ、その皮膜上には十分な厚さの油膜が形成される。

【００１６】特に、上記のように内外輪転走面に浸炭窒
化処理を施すと、転動体の微小転がりが頻繁に生じて、
転動体と転走面との間のグリースによる油膜が切れ、転
動体と転走面が直接接触した場合でも、転動体若しくは
転走面に施した浸炭窒化層の働きにより、フレッティン
グ摩耗損傷の進行が抑制される。また、上記のグリース
による油膜は、浸炭窒化層と密着性が高いため、破断が
生じても、すばやく修復される。よって、上記グリース
と上記浸炭窒化処理との相乗効果により、フレッティン
グ摩耗を抑制して耐久性の低下を効果的に防止すること
ができる。

【００１７】上記のウレア化合物は、脂肪族系、脂環族
系、芳香族系の何れのものであってもよく、これらを任
意の比率で混合して使用することができる。これらの中
でも、下記の［化１］の式で示されるジウレアまたはポ
リウレアがよく、中でもジウレアが好ましい。

【００１８】

【化１】

【００１９】（式中、Ｒ₂は炭素数６〜１５の芳香族系
炭化水素基、脂肪族系炭化水素基又は脂環族系炭化水素
基であり、Ｒ₁及びＲ₃は炭素数６〜１２の芳香族系炭化
水素基、シクロヘキシル基、炭素数７〜１２のシクロヘ
キシル誘導体、炭素数６〜２０のアルキル基のいずれか
を表す。）

【００２０】上記基油としては、鉱油、合成炭化水素油
およびエーテル油から選ばれる一種以上の潤滑油または
任意の配合比率で混合した混合油があげられるが、これ
らの中でも、鉱油を用いるのが好ましい。鉱油は上述し
たウレア増ちょう剤との相溶性が良好で、潤滑性に優
れ、ちょう度も適当であるため、グリース洩れが無く、
グリース油膜の補修性も損なわれない。

【００２１】上記増ちょう剤のウレア系グリースに対す
る混合割合は、１〜４０重量％がよく、５〜２０重量％
が好ましい。１重量％未満では増ちょう剤のゲル硬化が
不十分で、ちょう度が増大し、グリース洩れが発生しや
すくなる。一方、４０重量％を超えると、ちょう度が低
下してしまい、流動性が悪くなる。

【００２２】なお、上記のウレア系グリースには、ウレ
ア系グリースの機能を阻害しない範囲において、周知の
防錆剤や酸化防止剤、極圧添加剤、摩耗抑制剤、油性
剤、腐食防止剤、流動点降下剤、粘度指数向上剤、構造
安定剤、増粘剤、帯電防止剤、乳化剤、着色剤などを添
加することができる。

【００２３】上記のグリース１６は、軸受内部、具体的
には、図１に示すように、内輪１１と外輪１３との間の
部分に、転動体１７及び保持器１８を覆うように充填さ
れる。このとき、転がり軸受として密封型軸受を使用す
る場合、軸受の正面部及び背面部の外部との境界部で、
シール１９，２０によって密封される。この密封型転が
り軸受を使用すると、グリース１６が外部に漏れるのを
防止できる。このとき、シールのかわりにシールド板を
用いてもよい。

【００２４】この２つのシール１９，２０は、異型とす
る。これにより、軸受組み込み時の方向確認が容易とな
り、組み間違いを防止できる。

【００２５】この発明にかかる転がり軸受の種類として
は、特に限定されないが、アンギュラ玉軸受等が好まし
い。また、この発明にかかる転がり軸受は、ボールねじ
の支持部、特に工作機械に使用されるボールねじ支持部
に用いることができる。上記工作機械のボールねじ支持
部の中でも、微小送りの頻度が増加した複雑形状の加工
を行うためのマシニングセンターのボールねじ支持部に
使用すると、耐フレッティング性をより効果的に発揮す
ることができ、より好ましい。

【００２６】

【実施例】以下、この発明について実施例を用いてより
詳細に説明する。まず、下記の実施例１及び２におい
て、フレッティング摩耗損傷に対する耐性の有無の判断
として、微小滑り摩耗及び微小揺動摩耗について試験を
した。

【００２７】［浸炭窒化処理］ＳＵＪ２製の内輪及び外
輪プレートを用い、これらの転動面に浸炭窒化処理を行
った。浸炭窒化処理は、ＮＸガスに容積比で１０％のア
ンモニアガスを添加した連続炉で８８０℃で４０分間保
持する方法で行った。次いで、１８０℃で２時間焼き戻
しを行い、浸炭窒化処理したプレートを得た。得られた
プレートの表面硬度（ＨＲＣ）は６３．２であった。な
お、処理前のＨＲＣは、６１．９であった。

【００２８】［実施例１］（微小揺動摩耗試験）上記の浸炭窒化処理を施した外輪２０ａ及び内輪２０ｂ
と、転動体（ＳＵＪ２製）２０ｃを組み合わせて図３に
示すような軸受２１を作製した（内輪内径×外輪内径×
幅＝２０ｍｍ×４０ｍｍ×１４ｍｍ）。このとき、表１
に記載のウレア系グリース１ｇを封入した（図３におい
ては、グリースを図示せず。）。この軸受２１を用い
て、ＡＳＴＭＤ４１７０に準拠してファフナ型微動
摩耗試験を行った。具体的には、図４に示すように、２
つの軸受保持部２６に外輪２０ａ及び内輪２０ｂをそれ
ぞれ固定し、図示された順序でボルト２２まで軸２３を
通した。そして、ボルト２２の締め込みを調節してスプ
リング２４により荷重を負荷した（荷重＝２．４５ｋ
Ｎ）。チャック部を試験機にセットして、揺動部２５と
モーターとをクランク棒にて接続し、大気中、室温下
で、モーターを回転させた。揺動角１２ｄｅｇ（臨界揺
動角３０ｄｅｇ）、揺動サイクル３０Ｈｚの条件で８時
間試験を行い、試験後の内外輪の重量減少により、プレ
ートの摩耗特性評価を行った。その結果を図５に示す。

【００２９】［比較例１］浸炭窒化処理を行わないＳＵ
Ｊ２製の内輪及び外輪、並びに表１に示すリチウム系グ
リースを用いた以外は、実施例１と同様にして、微小揺
動摩耗試験を行った。その結果を図５に示す。

【００３０】［比較例２］グリースとして表１に示すリ
チウム系グリースを使用した以外は、実施例１と同様に
して、微小揺動摩耗試験を行った。その結果を図５に示
す。

【００３１】［比較例３］グリースとして、表１に示す
ウレア系グリースを使用した以外は、比較例１と同様に
して、微小揺動摩耗試験を行った。その結果を図５に示
す。

【００３２】（結果）実施例１と比較例１〜３とから、
転走面に浸炭窒化処理を施して、グリースとしてウレア
化合物を用いることにより、微小揺動摩耗、すなわち微
小転がりにより生じる摩耗が大幅に減少することが明ら
かとなった。したがって、これを原因とするフレッティ
ング摩耗に対する耐性を有することが明らかとなった。

【００３３】〔実施例２〕（微小滑り摩耗試験）転動体（ＳＵＪ２製）を、上記の浸炭窒化処理を行った
プレート上に載せ、グリースとして、表１に記載のウレ
ア系グリースを使用し、下記の方法で微小滑り摩耗試験
を行った。このときの試験条件は、転動体に加える荷重
を９８Ｎ、転動体のプレート上での振幅０．４７ｍｍ、
振動数３０Ｈｚ、負荷回数８．６×１０ ⁵サイクル、試
験時間８時間であった。

【００３４】そして、摩耗方向と直角に５点以上タリサ
ーフで測定し、最も深い値をプレート摩耗深さとした。
また、転動体の摩耗量（ν）は、摩耗直径を顕微鏡で測
定し、以下の式を用いて算出した。プレート摩耗深さの
結果を図６に、転動体の摩耗量の結果を図７に示す。 ν＝（πｈ²×（３ｒ−ｈ））／３ｈ＝ｒ−（４ｒ²−ｃ²）^1/2／２ｒ：ボールの半径、ｈ：ボールの摩耗深さ、ｃ：摩耗痕
の直径

【００３５】［比較例４］浸炭窒化処理を行わないＳＵ
Ｊ２製の内輪及び外輪、並びに表１に示すリチウム系グ
リースを用いた以外は、実施例２と同様にして、微小滑
り摩耗試験を行った。プレート摩耗深さの結果を図６
に、転動体の摩耗量の結果を図７に示す。

【００３６】［比較例５］グリースとして表１に示すリ
チウム系グリースを使用した以外は、実施例２と同様に
して、微小滑り摩耗試験を行った。プレート摩耗深さの
結果を図６に、転動体の摩耗量の結果を図７に示す。

【００３７】［比較例６］グリースとして、表１に示す
ウレア系グリースを使用した以外は、比較例４と同様に
して、微小滑り摩耗試験を行った。プレート摩耗深さの
結果を図６に、転動体の摩耗量の結果を図７に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】（結果）実施例２と比較例４〜５とから、
転走面に浸炭窒化処理を施して、グリースとしてウレア
化合物を用いることにより、微小滑り摩耗、すなわち微
小滑りにより生じる摩耗が大幅に減少することが明らか
となった。また、実施例２と比較例６とから、実施例２
は、十分な耐微小滑り摩耗性を有することが明らかとな
った。

【００４０】［実施例３］ＳＵＪ２製の内輪１１及び外
輪１３を上記浸炭窒化処理を施し、ＳＵＪ２製の転動体
１７を組み合わせて、図１に示すアンギュラ玉軸受を作
製した。そして、グリースとして、表１に記載のウレア
系グリースを封入した。この軸受に荷重６．９ｋＮ（ラ
ジアル荷重）をかけ、２０００ｒｐｍで回転させた。そ
のときの累積破損確率１０％寿命の時間を測定した。そ
の結果を図８に示す。なお、「累積破損確率１０％寿
命」とは、一群の同じ軸受を同一条件で個々に回転させ
たとき、その９０％（信頼度９０％）が転がり疲れによ
るフレーキングを生じることなく回転できる実質的な総
回転数又は運転時間をいう。

【００４１】［比較例７］ＳＵＪ２製の内輪１１及び外
輪１３を下記に示すずぶ焼入れ処理を施した以外は、実
施例３と同様にして、累積破損確率１０％寿命の時間を
測定した。その結果を図８に示す。なお、ずぶ焼入れ処
理とは、軸受鋼を８００〜８５０℃に加熱・保持した
後、これを急冷する処理をいう。これにより、鋼中にマ
ルテンサイト組成が形成され、材料が硬化される。

【００４２】［実施例４］グリースとして、表１に記載
のウレア系グリースに異物を混入したものを用いた以外
は、実施例３と同様にして、累積破損確率１０％寿命の
時間を測定した。その結果を図９に示す。

【００４３】［比較例８］ＳＵＪ２製の内輪１１及び外
輪１３を下記に示すずぶ焼入れ処理を施した以外は、実
施例４と同様にして、累積破損確率１０％寿命の時間を
測定した。その結果を図９に示す。

【００４４】（結果）実施例３，４と比較例７，８とか
ら、転走面に浸炭窒化処理を施して、グリースとしてウ
レア化合物を用いることにより、得られるアンギュラ玉
軸受は、十分な耐久性を有することが明らかとなった。

【００４５】

【発明の効果】この発明にかかる軸受は、内輪及び外
輪、又は転動体のいずれかに浸炭窒化処理を施すと共
に、ウレア化合物を増ちょう剤として用いたグリースを
軸受内に封入するので、ウレア化合物の薄い酸化皮膜が
形成され、かつその皮膜上には十分な厚さの油膜が形成
される。このウレア化合物の薄い酸化皮膜は、浸炭窒化
層との密着性が高いので、微小転がりが頻繁に生じて
も、グリースが転走面上に保持され、軌道面におけるフ
レッティング損傷を抑制して耐久性の低下を効果的に防
止することができる。

【００４６】さらに、たとえ、転動体と転走面との間の
グリースによる油膜が破断し、転動体と転走面が直接接
触した場合でも、転動体若しくは転走面に施した浸炭窒
化層の働きにより、しばらくの間は、フレッティング損
傷の発生及び進行が抑制される。また、上記のグリース
による油膜は、浸炭窒化層と密着性が高いため、破断が
生じても、すばやく修復される。このため、油膜が破断
して転動体と転走面が直接接触しても、フレッティング
損傷が発生する前に油膜を修復することができる。この
ため、フレッティング損傷に対する耐性が著しく向上す
る。

【００４７】また、このボールねじ支持用軸受は、シー
ルを有するので、軸受内部が密閉される。このため、従
来の開放型で見られたグリースの飛散が抑制される。

【００４８】さらに、雰囲気からグリース内へのクーラ
ント等の異物の侵入を防止できる。

【００４９】さらにまた、２種類のシールは、異型であ
るので、軸受組み込み時の方向確認が容易となり、組み
間違いを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるアンギュラ玉軸受の例を示す
断面図

【図２】ボールねじ支持用軸受を使用した加工装置の例
を示す模式図

【図３】実施例１、比較例１〜３で用いた軸受を示す模
式図

【図４】ファフナ型微動摩耗試験を行うための組み立て
図

【図５】微小揺動摩耗試験の結果を示すグラフ

【図６】微小滑り摩耗試験の結果を示すグラフ

【図７】微小滑り摩耗試験の結果を示すグラフ

【図８】累積破損確率実験の結果を示すグラフ

【図９】累積破損確率実験の結果を示すグラフ

【符号の説明】

１モーター２ボールねじ３テーブル４加工物５刃６軸受１１内輪１２転走面１３外輪１４転走面１５浸炭窒化処理層１６グリース１７転動体１８保持器１９シール２０シール２０ａ外輪２０ｂ内輪２０ｃ転動体２１軸受２２ボルト２３軸２４スプリング２５揺動部２６軸受保持部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪、内輪、転動体及び保持器からなる
軸受であり、内輪及び外輪、又は転動体のいずれかに浸
炭窒化処理を施すと共に、ウレア化合物を増ちょう剤と
して用いたグリースを上記軸受内に封入した転がり軸
受。
【請求項２】上記軸受がアンギュラ玉軸受である請求
項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】上記軸受は密封型軸受である請求項１又
は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】ボールねじ支持部に使用される請求項１
乃至３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】上記ボールねじ支持部は、工作機械に使
用されるものである請求項４に記載の転がり軸受。