JP2006009891A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な温度上昇や焼付き等の原因となるエッジロードが転動体と鍔との接触部に発生することを抑制することのできるころ軸受を提供する。
【解決手段】外輪もしくは内輪又は外内輪両方に鍔７を備えたころ軸受において、鍔７の形状が鍔側軸方向に逃げ溝８がない形状であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、外輪もしくは内輪又は外内輪両方に鍔を備えたころ軸受に関し、特に、鍔の形状に関する。

従来の一般的な円筒ころ軸受の鍔の形状は、図１０に示すように、軌道輪２（この場合は内側軌道輪を図示している）の軌道面３側と鍔７の内壁面である鍔面７ａ側に逃げ溝８を設けた形状となっている。逃げ溝８を設ける理由は、図１１及び図１２に示すように、軌道輪２の軌道面３と鍔７の鍔面７ａを砥石１０により研削加工する際、加工物の大きさによるが、一般的に軌道面はプランジ加工で、鍔面側は端面研削加工が用いられ、特に軌道面のプランジ加工時には被加工面の幅よりも研削用砥石１０の幅を広くする。このため、軌道面と鍔面のように、直交する断面形状の場合、砥石と軌道面および鍔面の被加工面との干渉をなくし、研削残りによる形状の不均一を未然に防ぐことが必要なため、逃げ溝は研削加工上不可欠である（当然、鍔側を端面研削するときも同様である）。
また、円錐ころ軸受の場合においても、逃げ溝を持つ理由は円筒ころ軸受の場合と同じである。

特許文献１に記載されている、転がり軸受の軌道輪製造方法においては、熱処理後の焼入鋼切削工程にて、軌道面とシール溝を加工し、シール取付け溝の高精度化による軸受性能の向上や、軌道面研削時の研削代を小さくすることに伴う製作コスト削減を目的としているが、本発明では、鍔面ところ端面のより良い接触状態を実現させるための鍔の形状に関するものであり、その形状を実現する手段の一例として焼入鋼切削工程を取り上げている。特許文献１に記載のシール溝の加工と本発明における鍔面の加工は、その加工部位の機能及び形状が全く異なっており、加工プロセスの一部が類似しているに過ぎない。

また、特許文献２に記載されている、転がり軸受の軌道輪製造方法においては、軌道輪の製造工程中に焼入鋼切削工程が含まれており、熱処理変形を切削時に除去し、高精度切削により後工程の研磨代を小さくし、加工効率が上がる効果を期待する観点においては本発明と共通するが、特許文献２に記載のものは、研磨代を小さくし加工効率を上げることを第一の目的としており、鍔の形状そのものを特徴とする本発明とは主旨が異なる。

一般に、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等のころ軸受では、複数のころを軌道輪の円周方向に案内するための鍔を軌道輪の端部に設け、この鍔にころの端面を摺接させて構成されている場合が多い。このようなころ軸受は、軌道輪が高速で回転すると、鍔ところとの接触部に摩擦熱が発生し、焼付きを起こす可能性があるため、鍔ところとの接触部に発生する摩擦熱を低減するための構造が種々提案されている。例えば、特許文献３に記載のものは、油膜を形成する機能の改善効果を有する。
特許第３３２１２２８号公報 特開平６−２４６５４７号公報 特開２００２−１８１０５３号公報

一般的に、軸受に使用される保持器の強度向上を図るために、保持器の断面高さを大きくしたいときは、軸受の断面が限られているため、保持器の断面高さに応じた鍔の高さとなり、鍔の高さ決定に対し制約を受けてしまう。ころ端面との接触に寄与できる有効な鍔面は、鍔の高さから鍔側の逃げ溝の高さを差し引いた分に相当する。このため、限られた鍔高さの中で有効な鍔面を出来るだけ大きく確保するためには、鍔面側の逃げ溝の高さを出来る限り低くすることが望ましい。しかし、前述したように、逃げ溝は鍔面の研削加工上必要不可欠なため、鍔の高さ全般にわたって有効な鍔面として利用することができないという問題がある。このため、鍔を有する円筒ころ軸受にアキシアル荷重が負荷されるとき、ころの端面と鍔面との接触部分において、ある面積を持った接触楕円が形成されるが、従来のころ軸受では、有効な鍔面の高さが小さく、かつ、接触楕円が大きい場合、接触楕円が鍔面内に収まらず、鍔面と逃げ溝との境界部において、エッジロードが発生してしまうことがある。このエッジロードに起因した軸受の不具合（例えば急激な温度上昇、焼付き等）が起きることが考えられる。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、急激な温度上昇や焼付き等の原因となるエッジロードが鍔面と逃げ溝との境界部に発生することを抑制することのできるころ軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外輪もしくは内輪又は外内輪両方に鍔を備えたころ軸受において、前記鍔の形状が鍔側軸方向に逃げ溝がない形状であることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載のころ軸受において、前記逃げ溝は黒皮を残さないことを特徴とする。

（作用）
本発明での逃げ形状にすることにより、鍔面側の逃げが無いため、鍔高さ全域にわたり、有効な鍔面が確保される。従って、従来の一般的な逃げ形状の鍔と比較して、有効な鍔面の面積が大きく確保されるので、接触楕円が鍔面からはみ出すことに起因するエッジロードの発生を抑制することができる。

また、本発明では、図６に示すように、有効な鍔面の高さがｈ２となり、従来のころ軸受における有効な鍔面の高さｈ１（図７参照）と比較して、ｈ１＜ｈ２となる。
アキシアル荷重が大きく、比較的大きな接触楕円が形成されると仮定した場合、本発明の逃げ形状を適用した場合のころ端面での荷重分布の模式図を図８に、また、従来の逃げ形状でのころ端面での荷重分布の模式図を図９に示す。

図８及び図９ではころ６が全くスキューやチルトをしていないことを想定して描いているが、軸受運転時にころ６がスキューもしくはチルトを起こした場合には、ころ６の端面と鍔７の鍔面７ａとの接触位置が変化する。本発明によれば、有効な鍔面を従来よりも大きく確保できるため、ころ６のスキューやチルトが発生し、ころ６の端面と鍔７の鍔面７ａとの接触位置が変化する場合でも接触楕円１１がはみ出し難くなる。

さらに、本発明によれば、軌道面側の逃げに関しては、軌道面の研削加工ならびに超仕上げ加工工程に必要な逃げを残しているため、軌道面の加工時に問題となることはない。
また、軌道面側に逃げ溝があることによって、軸受使用中（特に、アキシアル荷重が負荷されているとき）、従来のように鍔軸方向側に逃げの一部がないため、本発明の逃げ溝内の油がころ端面と鍔の接触に対して有効に作用し（特に、内輪回転時の場合など、回転に伴い逃げ溝内の油が遠心力によって鍔面に沿って半径方向に移動するため）、潤滑状態をより良好な状態に保つことができる。

本発明に係るころ軸受によれば、次のような効果を期待できる。
（１）鍔面側に逃げがないため、従来の鍔形状よりも、有効な鍔面の面積を大きく確保することが可能となる。従って、軸受が比較的大きなスラスト荷重を受けるような条件下でも、ころ端面と鍔面との間で形成される接触楕円が従来の鍔形状と比較して、鍔面内に収まり易いので、鍔面からの接触楕円のはみ出しに起因した、エッジロードによる軸受のトラブル（急激な温度上昇、焼付き等）を低減することが可能となる。

（２）軌道面側には逃げ溝を残した形状とするため、この逃げ溝が油溜りの効果を発揮し、鍔面ところ端面の接触部分における潤滑状態を良好な状態に保つことにより、鍔面ところ端面との間にかじりや焼付きが生じることを抑制することができる。
（３）焼入鋼切削加工工程においては、鍔の加工を行なうと同時に、軌道面の粗切削を行なう。その後、後工程の研削加工時の研削代を小さくできるように、軌道面を予め高精度に切削加工しておくことにより、研削時間を短縮でき、軸受軌道輪のトータル加工時間を短縮することができる。

（４）逃げ溝に黒皮が残らないため、逃げ溝部での疲労限度の低下を避けられ、鍔の破壊強度を向上させることが可能となる。
（５）逃げ溝部分に黒皮（熱処理のままの肌）が残らないため、軸受運転時に、表面の参加付着物による潤滑剤への悪影響（黒皮の一部が潤滑剤に混入し、潤滑剤の寿命低下や酸化物による軸受への悪影響が考えられる。）を及ぼす心配がなくなる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るころ軸受の部分断面図、図２は図１に示す内側軌道輪の部分断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るころ軸受１は内側軌道輪２を備えており、この内側軌道輪２の外径面には軌道面３が研削加工後、ＳＦ仕上（超仕上）によって形成されている。また、ころ軸受１は外側軌道輪（外輪）４を備えており、この外側軌道輪４の内径面には軌道面５が研削加工後、ＳＦ仕上によって形成されている。さらに、ころ軸受１は内側軌道輪（内輪）２または外側軌道輪（外輪）４の回転に伴って軌道面３，５を転走する多数の転動体（以下「ころ」と称す）６を備えている。これらのころ６は円筒状に形成されており、内側軌道輪２及び外側軌道輪４の軸方向端部には、ころ６を軌道輪２，４の円周方向に案内するために、鍔７が形成されている。

鍔７はころ６の端面６ａと摺接する内壁面（以下「鍔面」と称す）７ａ（図２参照）を有しており、この鍔面７ａと軌道面３，５との境界部には、図２に示すような形状の逃げ溝８が軌道輪２，４の円周方向に沿って形成されている。なお、図１中９はころ６を保持する保持器である。

図３は、図１及び図２に示すような形状の鍔７を有する軌道輪の製造工程の概略を示す図である。同図に示すように、軌道輪の素形状に鍛造した素材は、旋削→熱処理→平面研削→外径研削→鍔部焼入鋼旋削（＋逃げ溝旋削加工）→軌道面研削→軌道面超仕上げの工程となる。ここで、鍔部の焼入鋼切削時には軌道面の粗切削を行なってもよいし、あるいは軌道輪が内側軌道輪の場合は鍔の外径面、外側軌道輪の場合は鍔の内径面の加工を行なってもよい。
本発明は、軌道輪が内側軌道輪（内輪）の場合には外径研削以降（外側軌道輪（外輪）の場合には外径研削以降）の工程が従来の工程（従来は熱処理前の旋削工程で図１０に示すような逃げ溝を加工）と異なる。

図４は、熱処理以降における軌道輪の製造工程を示す図である。同図に示すように、熱処理が完了した後、平面研削、外径センタレス研削の工程を経て、鍔面７ａ（鍔７の内壁面）および逃げ溝８を焼入鋼切削により本発明における鍔形状となるように加工する。鍔面７ａの研削工程を焼入鋼切削に置き換えることで、鍔面軸方向の逃げが無く、軌道面側の逃げのみを持つ形状の鍔７の加工が可能となる。

図５に、本発明による溝形状を形成した軌道輪（図２）を用いたころ軸受と、従来品の逃げ溝を有する軌道輪（図１０）を用いたころ軸受との回転試験による温度上昇結果を示す。
試験軸受 ＮＪ212ＥＷ（外径110mm、内径60mm、幅22mm）
試験条件 ラジアル荷重：7.84ｋＮ
回転速度：3150min^-1
潤滑油：ＶＧ68（鉱油、動粘度68mm²／s（40℃））
潤滑条件：油浴潤滑（最下部ころのＰＣＤまで）
アキシアル荷重：許容アキシアル荷重（上記回転速度時、約1.8ｋＮ）の0.5倍、1.0倍、1.5倍、2.0倍
ころ保持器を共通に使用し、それぞれＮ＝２のデータを示す。

図５からわかるように、従来品は、許容アキシアル荷重を超えたところから急激に外側軌道輪の温度が上昇するのに対して、本発明の逃げ形状品は許容アキシアル荷重の２倍まで安定した温度上昇推移となる。これは、前述のように、有効鍔面を大きくとることによって、アキシアル荷重の増加に伴う接触楕円のはみ出しによるエッジロードの発生が無く、また、ころと鍔との接触部に油が有効に作用したためと考えられる。

次に、鍔の加工と同時に軌道面の粗切削を行う場合、この方法によれば、熱処理後の切削となるため、素材の熱処理変形を切削時に除去することが可能となり、後工程である軌道面の研削工程での研削代を小さくできるように、予め高精度に切削加工しておくことにより、研削工程での加工時間を節約することができる。
さらに、従来の加工工程で逃げ溝は、熱処理前の切削のときに加工され、熱処理を経て黒皮のままとなっているが、本発明では、熱処理後の切削工程で鍔面を所望の形状へ加工する際、逃げ溝の加工を行なうため黒皮を残さない。黒皮については、例えば、金属材料技術研究所疲れデータシートNo37「機械構造用肌焼きＳＣr420（0.2Ｃ−１Ｃr）の疲れ特性データシート」；科学技術庁 金属材料研究所発行、昭和59年12月25日発行（P５，表７.（ｂ））で言われているように疲労限度が低下するため、黒皮が残らない本発明による逃げ溝を持つころ軸受の鍔の破壊強度は従来の形状を持つころ軸受と比較して有利であることが期待できる。

以上は、鍔を有する円筒ころ軸受に関する説明をしたが、円錐ころ軸受の鍔形状にも適用できる。さらに、複列及び、それ以上の列数の鍔付きのころ軸受の鍔形状にも適用できる。
図１及び図２に示した実施形態では、逃げ溝８を単一の円弧形状としたが、逃げ溝８の形状は単一の円弧形状に限られるものではなく、円弧と直線の組合せであったり、複数の円弧の組合せであったり、加工上実現可能で滑らかな曲線形状で応力集中しない形状であれば、どのような形状でもよい。
なお、本発明の逃げ形状を焼入鋼切削による加工例を挙げたが、当然、研削加工で行なうこともよい。その場合、研削砥石にかなりの制限（逃げ部形状を予め砥石で形成する等）が発生することが予想されるが、いずれの場合も製造上のコストを考慮した上で選定すればよい。

本発明の一実施形態に係るころ軸受の部分断面図である。 図１に示す内側軌道輪の径方向断面図である。 本発明の一実施形態に係るころ軸受の軌道輪を製造するための工程を示すフローチャートである。 図３の熱処理工程以降における軌道輪の製造工程を説明するための図である。 本発明と従来のころ軸受における回転試験による温度上昇結果を示す図である。 本発明のころ軸受における鍔面の有効高さを示す図である。 従来のころ軸受における鍔面の有効高さを示す図である。 本発明のころ軸受におけるころ端面での荷重分布を示す模式図である。 従来のころ軸受におけるころ端面での荷重分布を示す模式図である。 従来のころ軸受における内側軌道輪の部分断面図である。 内側軌道輪の軌道面を研削加工している様子を示す図である。 内側軌道輪の鍔面を研削加工している様子を示す図である。

符号の説明

２ 内側軌道輪（内輪）
３ 内輪軌道面
４ 外側軌道輪（外輪）
５ 外輪軌道面
６ ころ（転動体）
７ 鍔
７ａ 鍔面
８ 逃げ溝
９ 保持器
１０ 砥石
１１ 接触楕円

Claims (2)

1. 外輪もしくは内輪又は外内輪両方に鍔を備えたころ軸受において、前記鍔の形状が鍔側軸方向に逃げ溝がない形状であることを特徴とするころ軸受。
2. 請求項１記載のころ軸受において、前記逃げ溝は黒皮を残さないことを特徴とするころ軸受。

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