JP2005344852A

JP2005344852A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2005344852A
Application number: JP2004165828A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nozaki; 昌之野崎
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】ドライラン状態で使用されても、焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できる転がり軸受を提供することである。
【解決手段】外輪１の保持器案内面５の表面粗さＲａを０．１μｍと細かいものに管理し、保持器案内面５と摺接する保持器４の表面に形成した自己潤滑性皮膜としての銀めっき皮膜６がアブレッシブ摩耗によって剥ぎ取られないようにすることにより、保持器案内面５と保持器４の地肌との金属接触を防止して、ドライラン状態で使用されても、焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライラン状態で高速回転するように使用される転がり軸受に関する。

航空機のエンジンや変速機等に組み込まれる転がり軸受は、潤滑油の供給が遮断され、極少量の初期付着油のみが存在する、いわゆるドライラン状態で高速回転するように使用される。このようなドライラン状態で使用される転がり軸受は、一定時間焼き付きを生じることなく運転可能であることが要求される。この一定時間は数十秒から数十分程度である。

前記ドライラン状態で高速回転するように使用される転がり軸受では、転動接触する転動体と軌道輪の軌道面との間よりも、摺動接触する保持器と軌道輪の保持器案内面との間で焼き付きを生じやすい。このような保持器と軌道輪の保持器案内面間での焼き付きを防止する手段としては、保持器案内面となる外輪の内径面または内輪の外径面と摺接する保持器の外径面または内径面に、自己潤滑性皮膜である銀めっき皮膜を形成する手段が知られている（例えば、非特許文献１参照）。最近では、自己潤滑性皮膜として、燐酸塩皮膜を形成する場合もある。

転がり軸受工学編集委員会、「転がり軸受工学」、第３版、養賢堂、１９７８年１月、ｐ．３６２

上述した保持器に銀めっき皮膜や燐酸塩皮膜の自己潤滑性皮膜を形成した転がり軸受は、鋼製の軌道輪が保持器の自己潤滑性皮膜よりも硬質で、軌道輪の保持器案内面は通常の研削仕上げによって、表面粗さＲａが０．２〜０．６μｍ程度の比較的粗い表面に仕上げられているので、自己潤滑性皮膜が保持器案内面との摺接でアブレッシブ摩耗によって早期に剥ぎ取られる。このため、保持器案内面と保持器の地肌との金属接触による焼き付きが比較的早く発生し、ドライラン状態で要求される焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できない問題がある。

そこで、本発明の課題は、ドライラン状態で使用されても、焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できる転がり軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、軌道輪間に複数の転動体が保持器で保持され、この保持器が前記軌道輪の保持器案内面と摺接する部位の表面に、銀めっき皮膜または燐酸塩皮膜から成る自己潤滑性皮膜を形成された転がり軸受において、前記軌道輪の保持器案内面を表面粗さの細かいものに管理し、前記保持器の自己潤滑性皮膜が剥ぎ取られないようにした構成を採用した。

すなわち、軌道輪の保持器案内面を表面粗さの細かいものに管理し、この保持器案内面と摺接する保持器の自己潤滑性皮膜がアブレッシブ摩耗によって剥ぎ取られないようにすることにより、保持器案内面と保持器の地肌との金属接触を防止して、ドライラン状態で使用されても、焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できるようにした。

前記保持器案内面は、ラッピング仕上げまたはタンブラ仕上げによって、表面粗さの細かいものに管理することができる。

前記保持器案内面の表面粗さＲａは、０．０２５〜０．１μｍとするのが望ましい。表面粗さＲａが０．１μｍを超えると、自己潤滑性皮膜のアブレッシブ摩耗を十分に抑制できず、表面粗さＲａが０．０２５μｍ未満の表面仕上げは非常に手間がかかり、実用性に欠けるからである。

本発明の転がり軸受は、軌道輪の保持器案内面を表面粗さの細かいものに管理し、この保持器案内面と摺接する保持器の自己潤滑性皮膜がアブレッシブ摩耗によって剥ぎ取られないようにしたので、保持器案内面と保持器の地肌との金属接触を防止して、ドライラン状態で使用されても、焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。この転がり軸受は、外輪１と内輪２との軌道輪間に複数のころ３を保持器４で保持した円筒ころ軸受であり、保持器４の外径面に摺接する外輪１の鍔１ａの内径面が保持器案内面５とされ、保持器４の全表面に自己潤滑性皮膜である銀めっき皮膜６が形成されている。外輪１は軸受用鋼で形成され、その保持器案内面５は、ラッピング仕上げによって、表面粗さＲａが０．０２５〜０．１μｍの範囲に管理されている。また、銀めっき皮膜６の厚みは２５〜５０μｍとされている。

図２は、第２の実施形態を示す。この転がり軸受は、外輪１１と内輪１２との軌道輪間に複数のボール１３を保持器１４で保持した玉軸受であり、保持器１４の外径面に摺接する外輪１１の内径面が保持器案内面１５とされ、保持器１４の全表面に自己潤滑性皮膜である燐酸塩皮膜１６が形成されている。この外輪１１も軸受用鋼で形成され、その保持器案内面１５は、ラッピング仕上げによって、表面粗さＲａが０．０２５〜０．１μｍの範囲に管理されている。また、燐酸塩皮膜１６の厚みは１〜３μｍとされている。

上述した各実施形態では、外輪の保持器案内面をラッピング仕上げしたが、これらの保持器案内面はタンブラ仕上げしてもよい。また、自己潤滑性皮膜としての銀めっき皮膜や燐酸塩皮膜は、保持器が保持器案内面と摺接する部位のみに形成してもよい。

前記軌道輪の保持器案内面の表面粗さＲａが、自己潤滑性皮膜を形成した保持器との焼き付きに及ぼす影響を調査する焼き付き試験を行った。この焼き付き試験には、図３（ａ）に示すような回転摺接試験機を用い、その回転軸２１に、軌道輪の保持器案内面を外径面に模擬する軸受鋼製の回転試験片Ａを取り付け、その上方に張り出して、錘（図示省略）で押し付け荷重Ｐを設定する回動自在な支持アーム２２に、銀めっき皮膜または燐酸塩皮膜から成る自己潤滑性皮膜を形成した保持器を模擬する固定試験片Ｂを取り付けて、固定試験片Ｂの下面に回転試験片Ａの外径面を摺接させるようにした。

前記焼き付き試験における試験条件は、ドライラン状態での高速回転を模擬して、回転試験片Ａの外径面に塗布した潤滑油を一定時間の空転で飛ばした後に残る潤滑油のみで、回転試験片Ａの外径面と固定試験片Ｂとの摺接部を潤滑するようにし、回転軸２１の回転速度は１４０００ｒｐｍとした。また、摺接部の押し付け荷重Ｐは基準値（２０Ｎ）とし、一部の試験では基準値の５割増しとした。なお、回転試験片Ａの寸法は、外径４０ｍｍ、幅５ｍｍとした。

前記焼き付き試験における試験時間Ｔは、摺接部で焼き付きが発生するまでとし、この焼き付きが発生するまでの時間Ｔ_Sを耐焼き付き性の評価値とした。また、耐焼き付き性を左右するアブレッシブ摩耗による自己潤滑性皮膜の摩耗量を調べるため、一部の試験では、図３（ｂ）に示すように、固定試験片Ｂの下面の自己潤滑性皮膜に生じる摩耗痕の幅Ｗも測定した。

前記回転試験片Ａとしては、ラッピング仕上げした外径面の表面粗さＲａが０．１μｍのもの（実施例）と、通常の研削仕上げした外径面の表面粗さＲａが０．２μｍおよび０．６μｍのもの（比較例）とを用意した。また、固定試験片Ｂとしては、自己潤滑性皮膜を形成しないもの（比較例）も用意し、自己潤滑性皮膜を形成したものは、銀めっき皮膜の場合は厚みが３０μｍ、燐酸塩皮膜の場合は厚みが２μｍとした。

図４は、前記固定試験片Ｂの自己潤滑性皮膜を銀めっき皮膜とし、回転試験片Ａの外径面の表面粗さＲａを変えたときの、試験時間Ｔに対する摩耗痕の幅Ｗの変化を示す。なお、押し付け荷重Ｐは基準値とし、図４の縦軸は、回転試験片Ａの外径面の表面粗さＲａを０．１μｍとした実施例のものの摩耗痕の幅Ｗを基準値１．０とする相対摩耗痕幅で表した。表面粗さＲａを０．１μｍとした実施例のものは、摩耗痕の幅Ｗが６０秒以降ほとんど増大せずに基準値に保たれ、銀めっき皮膜が剥ぎ取られることなく保持されており、試験時間Ｔが２５０秒経過しても焼き付きが発生していない。これに対して、外径面の表面粗さＲａを０．２μｍおよび０．６μｍとした比較例のものは、いずれも摩耗痕の幅Ｗが増大して銀めっき皮膜が早期に剥ぎ取られ、これに伴って焼き付きも６０秒以下の非常に短時間で発生している。したがって、実施例のものは、外径面が従来レベルの粗い表面粗さとされた比較例のものに対して、耐焼き付き性が著しく向上していることが分かる。

図５は、前記回転試験片Ａの外径面の表面粗さＲａを０．１μｍとし、固定試験片Ｂの皮膜条件を変えたときの、焼き付きが発生するまでの時間Ｔ_Sを示す。なお、押し付け荷重Ｐは基準値とその５割増しの値とし、図５の縦軸は、基準値を１．０とする相対押し付け荷重で表した。固定試験片Ｂに自己潤滑性皮膜が形成されていない比較例のものは、回転試験片Ａの外径面の表面粗さＲａを０．１μｍと細かくしても、焼き付きが発生するまでの時間Ｔ_Sは８０秒以下の短時間となっている。これに対して、回転試験片Ａの外径面の表面粗さＲａを０．１μｍとし、固定試験片Ｂに自己潤滑性皮膜を形成した実施例のものは、焼き付きが発生するまでの時間Ｔ_Sが著しく延長され、押し付け荷重Ｐが基準値の場合に、自己潤滑性皮膜を銀めっき皮膜としたものは約３２０秒、自己潤滑性皮膜を燐酸塩皮膜としたものは約１２００秒となっている。したがって、実施例のものは、いずれも焼き付きなしでの運転可能時間を十分に確保できることが分かる。

第１の実施形態の転がり軸受を示す一部省略縦断面図第２の実施形態の転がり軸受を示す一部省略縦断面図ａは焼き付き試験に用いた回転摺接試験機を示す正面図、ｂはａの固定試験片の下面を示す平面図焼き付き試験における回転試験片の外径面の表面粗さと摩耗痕の幅との関係を示すグラフ焼き付き試験における固定試験片の皮膜条件と焼き付きが発生するまでの時間との関係を示すグラフ

符号の説明

１外輪
１ａ鍔
２内輪
３ころ
４保持器
５保持器案内面
６銀めっき皮膜
１１外輪
１２内輪
１３ボール
１４保持器
１５保持器案内面
１６燐酸塩皮膜
２１回転軸
２２支持アーム

Claims

軌道輪間に複数の転動体が保持器で保持され、この保持器が前記軌道輪の保持器案内面と摺接する部位の表面に、銀めっき皮膜または燐酸塩皮膜から成る自己潤滑性皮膜を形成された転がり軸受において、前記軌道輪の保持器案内面を表面粗さの細かいものに管理し、前記保持器の自己潤滑性皮膜が剥ぎ取られないようにしたことを特徴とする転がり軸受。
前記保持器案内面を、ラッピング仕上げまたはタンブラ仕上げによって、表面粗さの細かいものに管理した請求項１に記載の転がり軸受。
前記保持器案内面の表面粗さＲａを０．０２５〜０．１μｍとした請求項１または２に記載の転がり軸受。