JP2006349136A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 微量潤滑方式の転がり軸受における潤滑不足に起因する摩耗を抑え、保持器音の発生やトルク変動を防止する。
【解決手段】 外輪と内輪との間に保持器を介して複数の転動体を回動自在に保持してなり、かつ、オイルプレーティング処理及び／または保持器への潤滑油の含浸処理を施してなる微量潤滑方式の転がり軸受であって、前記保持器が、フェノール樹脂積層管からなり、かつ、ポケット面及び案内面の摺動面が、算術平均粗さ１〜１０μｍＲａで、スキューネスが０〜−５で、クルトシスが３０以下であることを特徴とする転がり軸受。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オイルプレーティング処理及び／または保持器への潤滑油の含浸処理を施してなる微量潤滑方式の転がり軸受に関する。

例えば、人工衛星の姿勢制御用フライホールやジャイロスコープ等に使用される転がり軸受では、低トルクあるいはトルクの変動を最小に抑えることが要求されることから、潤滑油の使用量を最小限に留めるとともに安定して潤滑油を供給するために、軸受の内外輪軌道面及び転動体に微量の潤滑油を塗布する「オイルプレーティング処理」を施したり、保持器に潤滑油を含浸させる微量潤滑方式が採られている。保持器としては、布ベースのフェノール樹脂積層管からなる保持器に、各種潤滑油を含浸したものが広く使用されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）

"Oil Exchange Between Ball Bearing and Cotton-Phenolic Ball-Bearing Retainers" ; P.A.Bertrand, D.J.Carre, R.Bauer, TRIBOLOGY TRANSACTIONS, Vol.38(1995), No.2, 342-352 "Oil absorption into cotton-phenolic materials" ; P.A.Bertand, J.Mater.Res. Vol.8, No.7, Jul. 1993）

しかし、潤滑油を含浸させたフェノール樹脂積層管製の保持器を組み込んだ微量潤滑方式の転がり軸受では、保持器音が発生することがある。この保持器音は、転動体（玉やころ）と保持器とが滑り接触するポケット面、軌道輪の外径部分及び保持器の内径部分の摩擦係数が高く、転動体、軌道輪及び保持器の相互作用により発生することが報告されている（例えば、「転がり軸受の振動・音響」、NSK Journal, No.661(1996), 13-22）。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、微量潤滑方式の転がり軸受における潤滑不足に起因する摩耗を抑え、保持器音の発生やトルク変動を防止することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記の転がり軸受を提供する。
（１）外輪と内輪との間に保持器を介して複数の転動体を回動自在に保持してなり、かつ、オイルプレーティング処理及び／または保持器への潤滑油の含浸処理を施してなる微量潤滑方式の転がり軸受であって、
前記保持器が、フェノール樹脂積層管からなり、かつ、ポケット面及び案内面の摺動面が、算術平均粗さ１〜１０μｍＲａで、スキューネスが０〜−５で、クルトシスが３０以下であることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記転動体がセラミックス製であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明において、軸受自体の構造には制限がなく、内輪と外輪との間に複数の転動体を保持器により転動自在に保持して構成されている。尚、転動体は、耐摩耗性に優れることから、セラミックス製であることが好ましく、セラミックス材料として窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等が挙げられる。また、転動体は、金属製のコアの表面に、これらセラミックス製の被膜を成膜したものであってもよい。更に、オイルプレーティング処理を施したり、保持器に潤滑油を含浸させる微量潤滑方式が採られる。

本発明において、保持器は、布ベースのフェノール樹脂積層管からなり、かつ、ポケット面及び案内面の摺動面が下記のような特定の表面性状となっている。下記の算術平均粗さ、スキューネス及びクルトシスの何れか１つでも下記の範囲外にあると、所期の効果が得られない。
（１）算術平均粗さ１〜１０μｍＲａ、好ましくは１〜５μｍＲａ
（２）スキューネスが０〜−５、好ましくは０〜−３
（３）クルトシスが３０以下、好ましくは２０以下

算術平均粗さＲａは、以下の式（１）により表される。尚、式（１）においてＹｉは平均線ｍからの偏差を示す。

また、平均値のまわりの二次モーメントは、表面粗さの分散を示す指標であり、二乗平均粗さＲｑと称され、以下の式（２）により表される。

そして、この二乗平均粗さＲｑと、平均線からの偏差Ｙｉとから、スキューネスＲｓｋが以下の式（３）により定義され、更にクルトシスＲｋｕが以下の式（４）により定義される。

尚、スキューネスＲｓｋは、平均値のまわりの三次モーメントをＲｑ^３で正規化した値であり、表面粗さの平均線ｍに対する偏り、つまり平均値のまわりの非対称性を示す指標である。また、クルトシスＲｋｕは、平均値まわりの四次モーメントをＲｑ^４で正規化した値であり、波形の尖鋭度を示す指標である。

上記の表面性状とするには、ショットピーニング、バレル処理、ホーニング、バニシング等の加工を施す。

上記保持器には、潤滑油が含浸される。潤滑油には制限がないが、潤滑性やフェノール樹脂への含浸のしやすさ等を考慮すると、炭化水素系油、芳香族基油、エステル系油、エーテル系油等の合成油が好ましく、また、その動粘度は３０〜２００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることが好ましく、１００〜１５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることがより好ましい。

また、上記と同一の潤滑油を、軌道輪や転動体のオイルブレーティング処理に用いることにより、転がり軸受全体としての潤滑性が増し、好ましい。このオイルプレーティング処理は従来と同様に行うことができ、０．２〜１μｍ程度の薄膜を形成する。

尚、保持器の形状には制限がないが、例えば図１に示すアンギュラ玉軸受用保持器１を例示することができる。

本発明の転がり軸受は、微量潤滑方式であり、しかも摩耗が少なく、トルク変動も抑えられることから、人工衛星の姿勢制御用フライホールやジャイロスコープ等、宇宙空間や真空環境での使用に好適である。

以下、試験例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（試験１）
アンギュラ玉軸受（内径２５ｍｍ、玉径６．３５ｍｍ、玉数１２個）用のフェノール樹脂積層管製保持器（図１参照）を用意し、そのポケット面及び保持器案内面を所定の面とするために、保持器をバレル処理して、算術平均粗さ３．１μｍＲａ、スキューネス−２．２、クルトシス９．２とし、更に４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓの合成油を含浸させて保持器Ａを作製した。

また、比較のために、算術平均粗さ０．５μｍＲａ、スキューネス＋０．６、クルトシス７．７とした以外は同等とした保持器Ｂを作製した。

そして、上記アンギュラ軸受の内輪軌道面及び外輪軌道面に、上記と同一の潤滑油を５〜７ｍｇ塗布し、更に保持器Ａを組み込んで試験軸受Ａを作製した。同様に、保持器Ｂを用いて試験軸受Ｂを作製した。そして、試験軸受Ａ及び試験軸受Ｂについて、回転数７０００ｒｐｍ、予圧１５０Ｎにて１００時間連続回転させた時点でトルクの測定を始めた。

結果を図２に示す。尚、縦軸がトルク（Ｎ・ｍ）であるが、その値は任意であり、変化の状況のみを示している。図示されるように、本発明に従う算術平均粗さ１〜１０μｍＲａで、スキューネスが０〜−５で、クルトシスが３０以下である保持器Ａを備える試験軸受Ａは、トルクの変動が殆ど見られない。

（試験２）
アンギュラ玉軸受（内径２５ｍｍ、玉径６．３５ｍｍ、玉数１２個）用のフェノール樹脂積層管製保持器（図１参照）を用意し、そのポケット面及び保持器案内面の算術平均粗さ、スキューネス、クルトシスの異なる試験用保持器を作製した。

そして、試験１と同様にしてトルクの測定を行った。また、同時に、保持器音の発生状況を観測した。

結果を図３に示すが、算術平均粗さ１〜１０μｍＲａ、スキューネスが０〜−５、クルトシス３０以下の範囲であれば、トルク変動及び保持器音の発生が無いことがわかる。また、算術平均粗さは１〜５μｍＲａ、スキューネスは０〜−３の範囲がより好ましいといえる。

保持器の一例を示す斜視図である。 試験１で得られたトルクの測定結果を示す図である。 試験２で得られた、ポケット面及び保持器案内面の算術平均粗さ、スキューネス、クルトシスと、トルクまたは保持器音との関係を示す図である。

符号の説明

１ 保持器

Claims (2)

1. 外輪と内輪との間に保持器を介して複数の転動体を回動自在に保持してなり、かつ、オイルプレーティング処理及び／または保持器への潤滑油の含浸処理を施してなる微量潤滑方式の転がり軸受であって、
   前記保持器が、フェノール樹脂積層管からなり、かつ、ポケット面及び案内面の摺動面が、算術平均粗さ１〜１０μｍＲａで、スキューネスが０〜−５で、クルトシスが３０以下であることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記転動体がセラミックス製であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。

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