JP2007120712A - 航空機用複列自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機に採用される複列自動調心ころ軸受について、特に高温での使用条件において、特定の部品の摩耗を確実に防止できる複列自動調心ころ軸受とすることである。
【解決手段】内輪１の外周方向に２列の並行する内輪軌道面１ａ、１ｂを形成し、外輪２の内周には２列のころ３に共用される球面状の外輪軌道面２ａを形成し、外輪軌道面２ａおよび内輪軌道面１ａ、１ｂに案内されて回転自在に転動する複列のころ３に接する保持器４を設け、保持器４と内輪１との間のころ３の列同士の間隙に案内輪５を設け、案内輪５、ころ３および内・外輪軌道面１ａ、１ｂ、２ａから選ばれる１以上の部品表面には窒素富化層（図１では５ａ）を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のころ列を備えて回転軸の振れに対して自動調整機能のある航空機用複列自動調心ころ軸受に関する。

図１を利用して説明すると、従来の一般的用途の複列自動調心ころ軸受は、内輪１の外側に複列の内輪軌道面１ａ、１ｂを形成し、外輪２の内側に球面の外輪軌道面２ａを形成し、それら内・外輪１、２の間に、２列のたる形のころ３が保持器４と共に組み込まれた構造である。

そして、保持器４と内輪１の間で内輪外周に沿う２列のころ３の列間における環状間隙には、ころ３の列間隔を保つように案内輪５を設けている。案内輪５は、内輪１、外輪２や保持器４とは別体に形成され、独立して回転可能なものである。

このような複列自動調心ころ軸受は、外輪軌道の中心が軸受の中心にあるため、調心性があり、ハウジングの加工誤差や荷重による軸のたわみなどで生じる外輪と内輪の傾きのある場合などに適用できる。

また、このような複列自動調心ころ軸受は、ラジアル荷重、両方向のアキシアル荷重及びこれらの合成荷重を負荷する能力が高いので、振動や衝撃荷重を受ける用途にも適している。

ところで、転がり軸受の軌道輪および転動体から選択される部品の転動疲労に対して、これらを長寿命で高強度である部品とするために、窒素富化層を形成することが知られている（特許文献１）。

特開２００５−２０１３４９号公報

しかし、上記した従来技術では、一般的な用途で使用される転がり軸受において、転動疲労に対する機械的強度の改善に対応するが、航空機のような特殊な使用環境での複列自動調心ころ軸受は想定されていない。すなわち、使用条件が高空の低圧かつ低温の条件であり、または装置への取り付け対応によって、例えばエンジンなどの高温の条件に曝される航空機用には転用できる技術ではなかった。

特許文献１に記載されているものは、特定の炭素、ケイ素、マンガン、クロムの含有量の鋼を用いて常圧の環境下で適用される技術であり、前記含有成分以外の金属に対する利用性は開示されていない。そのため、ジェットエンジンを搭載した航空機エンジンなどに用いられる軸受として、運転中に２００℃の高温に耐える苛酷な条件での摩耗損傷を回避できるものではない。

そこで、この発明は、上記した問題点を解決して、航空機に採用される複列自動調心ころ軸受について、特に耐熱用使用条件において、摩耗を確実に防止できる複列自動調心ころ軸受とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内輪の外周の周方向に２列の並行する内輪軌道面を形成すると共に、外輪の内周には２列のころ列に共用される球面状の外輪軌道面を形成し、前記外輪軌道面および内輪軌道面に案内されて回転自在に転動する複列のころに接する保持器を設け、この保持器と内輪との間におけるころ列の間隙に案内輪を内輪外周に沿って回転可能に設けた航空機用複列自動調心ころ軸受において、前記案内輪、ころおよび内・外輪軌道面から選ばれる１以上の部品の表面に窒素富化層を設けたことを特徴とする航空機用複列自動調心ころ軸受としたのである。

上記した構成によるこの発明の複列自動調心ころ軸受は、回転時に案内輪、ころおよび内・外輪軌道面から選ばれる１以上の部品が互いにまたは他の部品と窒素富化層を介して摺接する。

詳細には、案内輪がころの端面と内輪と保持器に摺接し、ころの端面が案内輪と摺接し、ころの外周面が内・外輪および保持器と転動状態に接触するから、互いに接触する相手の少なくとも一方の表面には窒素富化層が設けられていることになる。そのため、これらの窒素富化層を有する部品の摩耗量は少なく、結果的に転がり軸受の疲労寿命が延長される。

また、案内輪やころ端面の摩耗粉が、内輪または外輪の軌道面、またはころ転動面に混入した場合でも、ころおよび内・外輪軌道面に圧痕が付き難いので長寿命になる。

上記の案内輪、ころおよび内・外輪軌道面から選ばれる１以上の部品から選ばれる窒素富化層を設けた部品は、耐熱鋼または耐熱浸炭鋼であることが好ましい。

なぜなら、例えば航空機のジェットエンジン用その他の航空機の機体またはその搭載装置用軸受としては２００℃程度の高温でも硬度低下・寸法変化のない耐熱鋼を採用することが好ましく、また遠心力による応力に確実に耐えるために耐熱浸炭鋼が好ましい材料である。

このような軸受部品の材料に対し、耐摩耗性を確実に向上させる緻密で所要の深さの窒素富化層を形成するには、プラズマ窒化処理により形成される窒素富化層であることが好ましい。

この発明は、航空機用複列自動調心ころ軸受において、案内輪、ころおよび内・外輪軌道面から選ばれる１以上の部品の表面に窒素富化層を設けたので、特に高温条件において、摩耗を確実に防止できる複列自動調心ころ軸受となる利点がある。

また、前記部品として耐熱鋼を採用すると、２００℃程度の高温でも硬度低下・寸法変化のない点で好ましく、耐熱浸炭鋼を採用すると、遠心力による応力に確実に耐えるために好ましい航空機用の複列自動調心ころ軸受となる。

窒素富化層をプラズマ窒化処理により形成したものは、耐摩耗性が確実に向上された航空機用の複列自動調心ころ軸受となる。

この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１〜３に示すように、実施形態の航空機用の複列自動調心ころ軸受は、内輪１の外周方向に２列の並行する内輪軌道面１ａ、１ｂを形成しており、また外輪２の内周には２列のころ３に共用される球面状の外輪軌道面２ａを形成している。この軸受には、外輪軌道面２ａおよび内輪軌道面１ａ、１ｂに案内されて回転自在に転動する複列のころ３に接する保持器４が設けられており、さらに保持器４と内輪１との間におけるころ３の列同士の間隙に案内輪５を内輪１の外周（内輪軌道面１ａ、１ｂの間の肩部１ｃ）に沿って回転可能に設けられている。そして、案内輪５、ころ３および内・外輪軌道面１ａ、１ｂ、２ａから選ばれる１以上の部品表面には窒素富化層１ｄ（図３参照）、２ｂ（図３参照）、３ａ（図２参照）、５ａ（図１参照）が設けられている。

このような複列自動調心ころ軸受の各部品の素材は、下記の表１に示す成分の耐熱鋼（Ｍ５０）または耐熱浸炭鋼（Ｍ５０ＮｉＬ）を採用することが好ましい。

そして、これら案内輪５、ころ３および内・外輪軌道面１ａ、１ｂ、２ａに、それぞれ窒素富化層（窒化層とも称される。）１ｄ（図３参照）、２ｂ（図３参照）、３ａ（図２参照）、５ａ（図１参照）を形成するには、いわゆる窒化処理とも略称される周知な手法であって、例えばガス窒化法、塩浴窒化法、ガス軟窒化法、プラズマ窒化法などを採用できる。

ガス窒化法は、アンモニア（ＮＨ₃）ガス中で高温に加熱して鋼の表面に活性窒素を拡散浸透させ、鋼表面に窒化鉄の硬化層を形成するが、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどの安定な硬い窒化物を作る金属元素を含有する合金層は著しく硬化作用を受ける。

塩浴窒化法では、シアン酸ソーダまたはシアン酸カリを含む混合塩を用い、溶解した塩浴中に被処理部品を浸漬して処理する。

ガス軟窒化法は、主として浸炭性ガスとアンモニアガスの混合気の雰囲気中で処理することにより、窒素と炭素を供給し、処理方法としては急熱型変性ガスまたは有機溶剤の熱分解ガスなどの浸炭性ガスまたは窒素ガス雰囲気中にアンモニアガスを添加し、加熱保存して窒素と酸素を同時に侵入拡散させ、表面に炭窒化物層を形成する。

プラズマ窒化法は、窒素と水素の混合ガスの直流グロー放電によって高いエネルギー状態のプラズマを発生させ、ここで得られる窒素分子などのイオンで処理物を加熱昇温すると同時に表面を活性化させ、プラズマ中に形成されたラジカルで窒化反応させる方法である。

このうち、ラジカル窒化法は、処理物の昇温加熱には放電ではなく外熱炉を用い、アンモニアと水素の混合ガスのグロー放電を精密に制御するこによって、イオン密度の小さく低いエネルギー状態のプラズマを発生させながら高活性なラジカル（活性種）を有効に生成させて窒化処理を行なう方法である。

このようなラジカル窒化法は、日本電子工業社製のラジカル窒化装置を用いて行なうことができる。これによると、真空容器を排気後、外部加熱装置により処理物を加熱昇温し、その後、アンモニアと水素の混合ガスをマスフローコントローラーで流量制御し、真空容器内に導入する。処理圧力は自動圧力制御弁にて所定の値に制御し、適正な直流電圧の処理部材への印加によって、ラジカル窒化に好ましいプラズマ状態を形成して窒化処理を行なうことができる。

（実施例１、２）
図１または図２に示すように、複列自動調心ころ軸受（内径８０ｍｍ、外径１４０ｍｍ、幅３３ｍｍ）を作製し、その際に、内・外輪、ころ、案内輪および保持器を耐熱鋼製とし、案内輪（実施例１）またはころ（実施例２）の表面に厚さ７５μｍ程度の窒化層をラジカル窒化処理により形成したものを組込んだ。

得られた実施例１、２の複列自動調心ころ軸受を２４００ｒｐｍで連続２４時間の耐久試験に供し、その結果を図４に示した。

図４の結果からも明らかなように、案内輪およびころの摩耗量は極めて少なく、摩耗量は窒化処理を全く施さなかったブランクに比べて約１５％減少した。

（実施例３、４）
図２または図３に示すように、複列自動調心ころ軸受（内径８０ｍｍ、外径１４０ｍｍ、幅３３ｍｍ）を作製し、その際に、内・外輪、ころ、案内輪および保持器を耐熱浸炭鋼製とし、ころ（実施例３）または軌道輪（実施例４）の表面に厚さ７５μｍ程度の窒化層をラジカル窒化処理により形成したものを組込んだ。

得られた実施例３、４の複列自動調心ころ軸受を２，４００ｒｐｍでの耐久試験に供し、その結果を図５に示した。この場合、内輪・外輪・ころのいずれかに剥離が生じた場合を寿命と判定した。

図５の結果からも明らかなように、案内輪またはころから摩耗粉が軌道面または転動体に混入することを想定しても、軸受の転がり疲労寿命は窒化処理を全く施さなかったブランクに比べて約２倍になった。

実施例１の自動調心ころ軸受の部分断面図 実施例２、３の自動調心ころ軸受の部分断面図 実施例４の自動調心ころ軸受の部分断面図 実施例１、２およびブランクの摩耗量の比を示す図表 実施例３、４およびブランクの寿命の比を示す図表

符号の説明

１ 内輪
１ａ、１ｂ 内輪軌道面
１ｃ 肩部
１ｄ、２ｂ、３ａ、５ａ 窒素富化層
２ 外輪
２ａ 外輪軌道面
３ ころ
４ 保持器
５ 案内輪

Claims (3)

1. 内輪の外周の周方向に２列の並行する内輪軌道面を形成すると共に、外輪の内周には２列のころ列に共用される球面状の外輪軌道面を形成し、前記外輪軌道面および内輪軌道面に案内されて回転自在に転動する複列のころに接する保持器を設け、この保持器と内輪との間におけるころ列の間隙に案内輪を内輪外周に沿って回転可能に設けた航空機用複列自動調心ころ軸受において、
   前記案内輪、ころおよび内・外輪軌道面から選ばれる１以上の部品の表面に窒素富化層を設けたことを特徴とする航空機用複列自動調心ころ軸受。
2. 窒素富化層を設ける部品が、耐熱鋼または耐熱浸炭鋼で形成された部品である請求項１に記載の航空機用複列自動調心ころ軸受。
3. 窒素富化層が、プラズマ窒化処理により形成された窒素富化層である請求項１または２に記載の航空機用複列自動調心ころ軸受。

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