JP2005083467A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道輪と円筒ころとの接触部の形状を工夫して無潤滑でも摩耗を防止できる寿命の長い低コストな円筒ころ軸受を提供することにある。
【解決手段】少なくとも相対回転する一対の軌道輪と、これら一対の軌道輪の間に組み込まれる複数個の円筒ころを有して構成される円筒ころ軸受であって、円筒ころは、面取り部と端面部の間を主曲率半径３０ｍｍ以上の円弧形状とすると共に、円筒ころの端面部と軌道輪のつば面の粗さを、夫々中心線平均粗さＲaで0.1μｍ以下とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば低粘度の燃料油や代替フロンのような冷媒などの殆んど潤滑性が期待できない流体に晒された円筒ころ軸受や、低粘度流体も無く、全くの無潤滑・乾燥状態で使用されるような円筒ころ軸受に関する。

従来、流体に晒されて殆んど潤滑性が期待できない環境下で使用される転がり軸受にあっては、軌道輪ところの接触面における摩耗・損傷を防ぐような耐久性を向上する手段を講じている。また、このような軸受では、数ｒｐｍ程度の比較的低速で運転される環境下であっても、例えばP/C（P:等価荷重，C:基本定格荷重）が10％を超えるような高荷重が負荷されたり、内外輪が傾くようなミスアライメントを生じて使用される場合には、ころがスキューすることにより、ころの端面部と軌道輪のつば面の接触部にかじりが生じてしまうおそれがあるため、耐久性を向上する必要があった。

従来、上述のような使用環境下において使用される転がり軸受には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン），ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体），ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などの各種フッ素樹脂を塗布したり、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をスパッタリングなどで被膜処理する等して接触面の摩擦係数を低減させている（例えば特許文献１参照）。
特開平８−９３７７４号公報

しかし、上述のような被膜処理を行っていた従来技術にあっては、被膜箇所などが剥離・摩耗するなどといった被膜強度の面からの軸受全体寿命の問題や、コストが高いといった問題を抱えていた。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、軌道輪と円筒ころとの接触部の形状を工夫して無潤滑でも摩耗を防止できる寿命の長い低コストな円筒ころ軸受を提供することにある。

上記課題を達成するために本発明がなした技術的手段は、少なくとも相対回転する一対の軌道輪と、これら一対の軌道輪の間に組み込まれる複数個の円筒ころを有して構成される円筒ころ軸受であって、円筒ころは、面取り部と端面部の間を主曲率半径３０ｍｍ以上の円弧形状とすると共に、円筒ころの端面部と軌道輪のつば面の粗さを、夫々中心線平均粗さＲaで0.1μｍ以下としたことである。

上記第１の発明において、軌道輪のつば面に研削逃げを設けないか、又は円筒ころ面取りの最小値より低い高さの研削逃げとすることも可能である。

また、上記第１の発明においては、軌道輪間に組み込まれる複数個の円筒ころが、フッ素系樹脂製の保持器又はスペーサで隔離されているものとすることも可能である。この円筒ころ軸受にあっては、極低温の無潤滑条件下で使用されると特に有効性が発揮される。

さらに、上記各発明において、少なくともいずれか一方の軌道輪のつば面と、円筒ころの端面部の双方若しくはいずれかに、ＤＬＣ被膜処理を施すものとすることも可能である。

本発明によれば、摩擦低減用・損傷防止用の被膜処理に頼ることなく、軌道輪つば面と円筒ころとの接触部の形状を工夫して無潤滑でも摩耗・損傷などを防止し、軸受全体の寿命を長くすると共に、製造工程と製造コストを低減し、コスト低減を図り、より信頼性・耐久性のある円筒ころ軸受を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の一実施形態にすぎず、本発明は何等これに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。
本発明にかかる円筒ころ軸受は、少なくとも相対回転可能な一対の軌道輪（内輪と外輪）と、これら内輪と外輪の間に組み込まれる複数個の転動体（円筒ころ）を有する円筒ころ軸受で、内輪又は外輪が、軸又はハウジングに嵌合されて使用される。また、図１で付号６は保持器を示すが、保持器は特に限定されず適宜必要に応じて採用される。
なお、以下に説明する実施例１では、外輪片つば付き円筒ころ軸受（ＮＦ形）、実施例２では内輪両つば付き円筒ころ軸受（Ｎ形）をもって説明するが、本発明は、外輪両つば付き円筒ころ軸受（ＮＵ形）、内輪片つば付き円筒ころ軸受（ＮＪ形）などの円筒ころ軸受全般にわたって適用可能で特にこれらに限定されない。さらに、本実施例では、単列の円筒ころ軸受をもって説明するが、複列の円筒ころ軸受などに本発明を適用することも可能である。

本実施例１では、図１に示すように、内輪１は軌道面両側につば面１ａを有し、外輪２は片方の肩を落とし、他方につば面２ａを有している、外輪片つば付き円筒ころ軸受（ＮＦ形）を一例として挙げて説明する。
本実施例では、円筒ころ４の形状を工夫し、該円筒ころ４の端面部Ｄと内輪１の両つば面１ａ，１ａと外輪２の片つば面２ａの表面粗さを調整した点に特徴的な構成を有しているため、以下その点について詳述し、それ以外の軸受構成については本発明の範囲内で適宜周知構成を適用するなど設計変更可能であるためここでの説明は省略する。

本実施例の円筒ころ４は、図１・図２に示すように、内輪軌道面１ｂと外輪軌道面２ｂに転がり接触する転動面Ａと、内輪１の両つば面１ａ及び外輪２の片つば面２ａに接触する両端面部Ｄと、該両端面部Ｄの縁部を面取りした面取り部Ｃと、該面取り部Ｃと転動面Ａとの間に形成されたクラウニング部Ｂとで構成されている。
また、本実施例では、円筒ころ４の転動面Ａを図２に示すように断面視直線状の直線部（円筒面）としているが、これに限定されるものではなく、断面視曲線状のたる形面などであってもよく任意である。また、クラウニング部ＢのＲ形状も任意で本発明の範囲内で設計変更可能である。

そして、本実施例では、前記面取り部Ｃと端面部Ｄの間をつなぐ円弧形状部分４ａの主曲率、すなわち、軌道輪のつば面１ａ（２ａ）との接触点位置の半径方向Ｒ寸法を３０ｍｍ以上とした。このように面取り部Ｃと端面部Ｄの間をつなぐ円弧形状部分４ａの主曲率を３０ｍｍ以上とすれば、最大面圧を低減することが出来る。なお、好ましくは図４（ｂ）に示すように４０〜５０ｍｍである。

図４は、図３に比較として示す従来から使用されている通常の円筒ころ４１の面取り部Ｃと端面部Ｄをつなぐ部分の円弧形状の主曲率と、本実施例の円筒ころ４の面取り部Ｃと端面部Ｄをつなぐ部分の円弧形状の主曲率の差を明瞭にするために表した円筒ころの要部拡大図である。図４（ａ）は、通常の円筒ころ４１の面取り部Ｃと端面部Ｄをつなぐ円弧形状部分４１ａの円弧形状の主曲率（Ｒ５〜１０）を示し、図４（ｂ）は、本実施例の円筒ころ４の面取り部Ｃと端面部Ｄをつなぐ円弧形状部分４ａの円弧形状の主曲率（Ｒ４０〜５０）を示す。これによれば、主曲率の差が明瞭となる。

内輪１の両つば面１ａと外輪２の片つば面２ａ、及び円筒ころ４の端面部Ｄの表面粗さ（接触面の表面粗さ）は、０．１μｍＲa以下としている。このように接触面の表面粗さを０．１μｍＲa以下に仕上げることにより、接触面のかじりが防止できる。

寸法：φ１０×１０とした前記本実施例の円筒ころ４を複数個組み込んだ外輪片つば付き円筒ころ軸受（ＮＦ形）において、ラジアル荷重１０００kgf、アキシアル荷重５００kgfを負荷して、円筒ころ４の面取り部Ｃと端面部Ｄをつなぐ部分の円弧形状部分４ａの主曲率を変化させた場合に、つば面１ａ（２ａ）と円筒ころ端面部Ｄの接触部に発生する応力をテストした。図５はその結果を示す。

図５の結果から判るように、主曲率の半径が３０ｍｍ以上であると、最大面圧は１２００ＭＰａ以下に低減する。

本実施例２では、内輪１は軌道面両側につば面１ａを有し、外輪２はつば面を有しない内輪両つば付き円筒ころ軸受（Ｎ形）を一例として挙げて説明する。
本実施例２は、図６に示すように、内輪つば面１ａに設けてある研削逃げ（溝）３の高さ（内輪径方向高さ）をＨ２とし、円筒ころ４の面取り部Ｃの最小値（クラウニング部Ｂと面取り部Ｃの境界）５の軌道面１ｂからの高さを面取り寸法Ｈ１とした時に、Ｈ１＞Ｈ２を満足する構成を採用し、円筒ころ４がスキューせずに、ころ端面部Ｄと内輪つば面１ａが直接に接触する場合、ころ端面部Ｄと内輪つば面１ａの接触部にエッジロードが発生しないようにした実施の一例である。なお、図中、Ｈ３はつば面高さ、Ｒはつば角度、Ｌはつばと円筒ころの間のすきま、Ｉは転動面Ａからの距離を夫々示す。
このように研削逃げ溝３の高さを調整した以外は、実施例１と略同じであるため、本実施例２においては、実施例１の説明を援用し、その部分の説明は省略する。
また、本実施例では、内輪つば面１ａの研削逃げ溝３の高さ（内輪径方向高さ）Ｈ２を、円筒ころ４の面取り部Ｃの最小値５の軌道面１ｂからの高さ（面取り寸法Ｈ１）よりも低くした実施の一形態をもって説明するが、前記研削逃げ溝３をあらかじめ設けておかないこととすることも本発明の範囲内で、エッジロードの発生を防ぐことができる。

本実施例３では、特に図示は省略するが、実施例１で説明した円筒ころ軸受構成において、軌道面周方向にて隣り合う円筒ころ４と円筒ころ４の間に、フッ素系樹脂製の円筒ころをスペーサとして組み込んで、各円筒ころ４をこのスペーサにより隔離した実施の一例を示す。なお、このスペーサとしての円筒ころも実施例１で説明した円筒ころ４と略同一形状に構成されるが、本実施例では、このスペーサとしての円筒ころは、実施例１で図示した円筒ころ４と同一長さで、直径を少し小さくした形状とする。
なお、フッ素系樹脂としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン），ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体），ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などが一例として挙げられる。
本実施例の円筒ころ軸受は、特に−２５０℃〜−１８０℃といった極低温の無潤滑環境下で使用される。
このように軌道面周方向にて隣り合う円筒ころ４と円筒ころ４の間に、フッ素系樹脂製の円筒ころをスペーサとして組み込んだ以外は、実施例１と略同じであるため、本実施例３においては、実施例１の説明を援用し、その部分の説明は省略する。

本実施例では、上述の通りフッ素系樹脂からなる円筒ころをスペーサとしているが、他の一般的なスペーサ形状でフッ素系樹脂からなるものであってもよい。また、これらに代えて、円筒ころ軸受に使用される一般的形状の保持器でフッ素系樹脂からなるものを組み込んだ構成も採用でき本発明の範囲内である。

ここで、上述のように面取り部Ｃと端面部Ｄの間を主曲率３０ｍｍ以上の円弧形状にした円筒ころ４と円筒ころ４との間に、フッ素系樹脂製の円筒ころをスペーサとして組み込んだ本実施例３の円筒ころ軸受を、内輪回転速度１０ｒｐｍ、ラジアル荷重０．２Ｃｒ（Ｃｒ：基本動定格荷重）を負荷して回転させ、かじりの発生をテスト・確認した。
その結果、かじりは全く生じず、スムースに回転した。しかも、テスト後の円筒ころ４の転動面Ａや、内輪１・外輪２のつば面１ａ，２ａには、スペーサとしてのフッ素系樹脂製の円筒ころがすべり接触したことにより、フッ素原子が転写痕跡として確認されたり、つば面１ａ，２ａからころ端面部Ｄへの転写も確認され、潤滑に特に有効であることが確認された。

本実施例４では、特に図示は省略するが、実施例１乃至３に記載の円筒ころ軸受において、内輪１のつば面１ａと、円筒ころ４の端面部Ｄの双方に、ＤＬＣ被膜処理を施す実施の一例を示す。
「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）被膜」とは、軽くて摺動性に優れたダイヤモンドに似た物性を持つ炭素膜である。特に限定はされないが、本実施例では、高面圧下でも剥離し難いＤＬＣを採択するのが好ましい。
このようにつば面１ａと、円筒ころ４の端面部Ｄに、ＤＬＣ被膜処理を施すことで摺動性が向上するため、無潤滑環境下で使用しても接触面にかじりなどの損傷が生じない。
なお、本実施例４では、実施例１で説明したように、つば面１ａと円筒ころ端面部Ｄの表面粗さを０．１μｍＲa以下とする構成を採用しているため、被膜面としての表面粗さが細かいため被膜も強固となり剥離し難い。

なお、少なくとも内輪１と外輪２のいずれかの軌道輪のつば面１ａ，２ａと、円筒ころ４の端面部Ｄの双方若しくはいずれかに、ＤＬＣ被膜処理を施すものであれば全て本発明の範囲内である。
このように少なくとも内輪１と外輪２のいずれかの軌道輪のつば面１ａ，２ａと、円筒ころ４の端面部Ｄの双方若しくはいずれかに、ＤＬＣ被膜処理を施す構成以外は、実施例１乃至３と略同じであるため、本実施例４においては、実施例１乃至３の説明を援用し、その部分の説明は省略する。

ここで、本実施例４の円筒ころ軸受に、ラジアル荷重０．３Ｃｒ（Ｃｒ：基本動定格荷重）を負荷し、内輪回転速度２０ｒｐｍで回転させて、かじりの発生をテスト・確認した。その結果、かじりの発生は全く無く、特に、つば面１ａと円筒ころ４の端面部Ｄに設けたＤＬＣ被膜も損傷することなく、軽い滑り接触痕が見られるだけであった。

本発明の円筒ころ軸受の一実施形態の概略を示す縦断面図。 本発明の円筒ころ軸受に組み込まれる円筒ころの一実施形態の概略を示す全体正面図。 通常の円筒ころ軸受の概略を示す全体正面図。 本実施例円筒ころ軸受の面取り部と端面部の間をつなぐ円弧形状の主曲率と通常の円筒ころ軸受の面取り部と端面部の間をつなぐ円弧形状の主曲率を明確にするために拡大して示す要部拡大図。 面取り部と端面部の間をつなぐ円弧形状の主曲率と最大接触面圧との関係を示すテスト結果の図。 実施例２の円筒ころ軸受を構成する内輪と円筒ころの概略を示す断面図。

符号の説明

１：内輪
１ａ：内輪のつば面
２：外輪
２ａ：外輪のつば面
３：研削逃げ
４：円筒ころ
４ａ：円弧形状部分
５：面取り部の最小値
Ａ：転動面
Ｂ：クラウニング部
Ｃ：面取り部
Ｄ：円筒ころ端面部

Claims (5)

1. 少なくとも相対回転する一対の軌道輪と、これら一対の軌道輪の間に組み込まれる複数個の円筒ころを有して構成される円筒ころ軸受であって、
   円筒ころは、面取り部と端面部の間を主曲率半径３０ｍｍ以上の円弧形状とすると共に、
   円筒ころの端面部と軌道輪のつば面の粗さを、夫々中心線平均粗さＲaで0.1μｍ以下としたことを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 軌道輪のつば面に研削逃げを設けないか、又は円筒ころ面取りの最小値より低い高さの研削逃げとしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
3. 複数個の円筒ころは、フッ素系樹脂製の保持器又はスペーサで隔離されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
4. 極低温の無潤滑条件下で使用されることを特徴とする請求項３に記載の円筒ころ軸受。
5. 少なくともいずれか一方の軌道輪のつば面と、円筒ころの端面部の双方若しくはいずれかに、ＤＬＣ被膜処理を施したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の円筒ころ軸受。
   

Images