JP2007177838A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道輪の表面のうち保持器と接触する部分及び保持器の表面に摩耗や損傷が生じにくい転がり軸受を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の玉３と、内輪１及び外輪２の間に複数の玉３を保持する保持器４と、を備えている。そして、内輪１の外周面は、保持器案内面をなしている。保持器４の表面には、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下の銀メッキ被膜６が被覆されている。また、内輪１の外周面には、Ｈｖ１９５０以上の表面硬さを有する硬質被膜７が被覆されている。この表面硬さＨｖは、押し込み荷重９８ｍＮの条件で測定した値である。硬質被膜７の表面粗さＲａは１μｍ以下であることが好ましく、また、硬質被膜７の表面に形成されている空孔の数は、１０個／ｃｍ² 未満であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関する。

ガスタービンに使用される転がり軸受は、高速回転で使用されるので、軌道輪の表面のうち保持器と接触する部分（主に保持器案内面）に摩耗が生じやすい。そこで、このような摩耗を低減するため、前記部分をセラミックスで形成したり、前記部分を、窒化チタン被膜のような耐摩耗性に優れた硬質被膜で被覆する技術が適用されている（特許文献１，２を参照）。

特開昭６４−５８８１４１号公報 米国特許第５１６５８０４号明細書

しかしながら、前記硬質被膜が被覆された軌道輪の表面硬さと、保持器の表面硬さとに差があると、保持器の表面の摩耗が促進されるという問題があった。また、軌道輪と保持器との間に硬い異物が混入した場合に、軌道輪の表面に損傷が生じる場合があった。さらに、前記硬質被膜の表面粗さが粗い場合は、保持器の表面が摩耗する場合があった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、軌道輪の表面のうち保持器と接触する部分及び保持器の表面に摩耗や損傷が生じにくい転がり軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪の表面及び前記外輪の表面のうち前記保持器と接触する部分に、表面硬さＨｖ１９５０以上の硬質被膜を設けたことを特徴とする。
このような硬質被膜を備えているため、軌道輪の表面に摩耗が生じにくく、特に、軌道輪と保持器との間に硬い異物が混入した場合でも、軌道輪の表面に損傷が生じにくい。ただし、表面硬さがＨｖ２５００超過であると、剛性が大きすぎるため、振動等の衝撃に対して弱くなるおそれがある。

また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記保持器の表面のうち前記内輪又は前記外輪と接触する部分に、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下の銀被膜を被覆したことを特徴とする。
保持器に銀被膜が被覆してあれば、保持器の表面に摩耗が生じにくく、また、保持器が軌道輪の表面を摩耗させることが抑制される。銀被膜の厚さが２０μｍ未満であると、保持器や軌道輪に摩耗が生じるおそれがある。一方、８０μｍ超過であると、保持器の寸法公差に悪影響が出るおそれがあり、４０μｍ以下とすることがより好ましい。なお、銀被膜は、メッキにより形成することが好ましい。

さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記硬質被膜は、チタン化合物又はダイヤモンドライクカーボンで構成されていることを特徴とする。
チタン化合物としては、窒化チタンや炭化チタンが好ましい。

さらに、本発明に係る請求項４の転がり軸受は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記硬質被膜の表面粗さＲａは１μｍ以下であり、前記硬質被膜の表面に形成されている空孔の数は、１０個／ｃｍ² 未満であることを特徴とする。
硬質被膜の表面粗さＲａが１μｍ超過であると、保持器の表面に摩耗が生じやすくなる。よって、保持器の表面に銀被膜が被覆してある場合には、銀被膜に摩耗が生じて面荒れが発生する。また、前記空孔の数が１０個／ｃｍ² 以上であると、保持器の表面に摩耗が生じやすくなる。
さらに、本発明に係る請求項５の転がり軸受は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記表面硬さＨｖは、押し込み荷重９８ｍＮの条件で測定した値であることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、軌道輪の表面のうち保持器と接触する部分及び保持器の表面に摩耗や損傷が生じにくい。

本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。図１の深溝玉軸受は、エンジン主軸用の軸受であって、軸方向に分離された２つの分割体１Ａ，１Ａからなる内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の玉３と、内輪１及び外輪２の間に複数の玉３を保持する保持器４と、を備えている。そして、内輪１の外周面は、保持器案内面をなしている。

保持器４の表面には、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下の銀メッキ被膜６が被覆されている。また、内輪１の外周面には、Ｈｖ１９５０以上の表面硬さを有する厚さ３μｍの硬質被膜７が被覆されている。この表面硬さＨｖは、押し込み荷重９８ｍＮの条件で測定した値である。硬質被膜７は、例えば窒化チタンで構成されており、イオンプレーティング法等で成膜することができる。硬質被膜７の表面粗さＲａは１μｍ以下であることが好ましく、また、硬質被膜７の表面に形成されている空孔の数は、１０個／ｃｍ² 未満であることが好ましい。

〔実施例１〕
以下に、第一実施形態の実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述した第一実施形態と同様の構成の深溝玉軸受（内径８０ｍｍ，外径１２０ｍｍ）において、保持器に被覆された銀メッキ被膜の厚さ、内輪の外周面に被覆された硬質被膜の表面硬さ、硬質被膜の表面粗さ、及び硬質被膜の表面に形成されている空孔の数を種々変更したものを用意した（表１を参照）。そして、毎分２００ｍｌの潤滑油（モービル社製のモービルジェットオイルII）をオイルジェット給油で供給しながら、アキシアル荷重１２０Ｎ、回転速度１５０００ｒｐｍの条件で５０時間回転試験を行った。

回転試験終了後、内輪の保持器案内面と保持器の表面を観察し、その損傷の状態を評価した。結果を、表１に示す。なお、表１において、内輪の損傷の有無の欄は、内輪の保持器案内面に深さ５μｍ以上の摩耗痕が発生したか否かを示す。また、保持器の損傷の有無の欄は、保持器の表面（内輪の保持器案内面と接触する部分）に摩耗が発生したか否かを示す。
硬質被膜の表面硬さがＨｖ１２００である実験例１〜４及び実験例９〜１２については、内輪の保持器案内面に摩耗痕が発生したが、硬質被膜の表面硬さがＨｖ１９５０である実験例５〜８及び実験例１３〜１６については、内輪の保持器案内面には摩耗痕が発生しなかった。

また、保持器が銀メッキ被膜を有していない実験例１〜８については、内輪の保持器案内面が硬いために、保持器の表面に摩耗が発生した。保持器が銀メッキ被膜を有している実験例９〜１６については、硬質被膜の表面粗さの影響を受け、Ｒａ０．２μｍである実験例１１，１２，１５，１６は保持器の表面（つまり銀メッキ被膜）に摩耗は発生せず、Ｒａ２μｍである実験例９，１０，１３，１４は保持器の表面に摩耗が発生した。

これらの実験例の他に、実験例１６の軸受において銀メッキ被膜の厚さを５，１０，１５，２０，２５，３０，３５μｍとした場合についても同様に試験したが、厚さが５，１０，１５μｍの場合は保持器の表面（銀メッキ被膜）に摩耗が発生し、厚さが２０，２５，３０，３５μｍの場合は保持器の表面に摩耗は発生しなかった。
さらに、実験例１６の軸受において硬質被膜の表面粗さをＲａ０．５μｍとした場合、Ｒａ０．９μｍとした場合、Ｒａ１．０μｍとした場合についても同様に試験したが、保持器の表面（銀メッキ被膜）に摩耗は発生しなかった。また、Ｒａ１．２μｍとした場合についても同様に試験したが、保持器の表面に摩耗が発生した。

〔第二実施形態〕
図２は、本発明に係る転がり軸受の別の実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。図２の円筒ころ軸受は、エンジン主軸用の軸受であって、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に転動自在に配された複数のころ１３と、内輪１１及び外輪１２の間に複数のころ１３を保持する保持器１４と、を備えている。そして、内輪１１の外周面（すなわち、つばの部分の外周面）は、保持器案内面をなしている。

保持器１４の表面には、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下の銀メッキ被膜１６が被覆されている。また、内輪１１の外周面には、Ｈｖ１９５０以上の表面硬さを有する厚さ３μｍの硬質被膜１７が被覆されている。この表面硬さＨｖは、押し込み荷重９８ｍＮの条件で測定した値である。硬質被膜１７は、例えば窒化チタンで構成されており、イオンプレーティング法等で成膜することができる。硬質被膜１７の表面粗さＲａは１μｍ以下であることが好ましく、また、硬質被膜１７の表面に形成されている空孔の数は、１０個／ｃｍ² 未満であることが好ましい。

〔実施例２〕
以下に、第二実施形態の実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述した第二実施形態と同様の構成の円筒ころ軸受（内径６０ｍｍ，外径１００ｍｍ）において、保持器に被覆された銀メッキ被膜の厚さ、内輪の外周面に被覆された硬質被膜の表面硬さ、硬質被膜の表面粗さ、及び硬質被膜の表面に形成されている空孔の数を種々変更したものを用意した（表２を参照）。そして、毎分２００ｍｌの潤滑油（モービル社製のモービルジェットオイルII）をオイルジェット給油で供給しながら、アキシアル荷重２００Ｎ、回転速度１１９５０ｒｐｍの条件で５０時間回転試験を行った。

回転試験終了後、内輪の保持器案内面と保持器の表面を観察し、その損傷の状態を評価した。結果を、表２に示す。なお、表２において、内輪の損傷の有無の欄は、内輪の保持器案内面に深さ５μｍ以上の摩耗痕が発生したか否かを示す。また、保持器の損傷の有無の欄は、保持器の表面（内輪の保持器案内面と接触する部分）に摩耗が発生したか否かを示す。
硬質被膜の表面硬さがＨｖ１６００である実験例２１〜２４及び実験例２９〜３２については、内輪の保持器案内面に摩耗痕が発生したが、硬質被膜の表面硬さがＨｖ２２５０である実験例２５〜２８及び実験例３３〜３６については、内輪の保持器案内面には摩耗痕が発生しなかった。

また、保持器が銀メッキ被膜を有していない実験例２１〜２８については、内輪の保持器案内面が硬いために、保持器の表面に摩耗が発生した。保持器が銀メッキ被膜を有している実験例２９〜３６については、硬質被膜の表面に形成されている空孔の数の影響を受け、空孔の数が０個／ｃｍ² である実験例３２，３４，３６は保持器の表面（つまり銀メッキ被膜）に摩耗は発生せず、１０個／ｃｍ² である実験例２９，３１，３３，３５は保持器の表面に摩耗が発生した。
これらの実験例の他に、実験例３６の軸受において空孔の数を５個／ｃｍ² とした場合と８個／ｃｍ² とした場合とについても同様に試験したが、保持器の表面（銀メッキ被膜）に摩耗は発生しなかった。

なお、上記の第一及び第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第一及び第二実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受及び円筒ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は深溝玉軸受及びころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

また、硬質被膜の成膜法は特に限定されるものではなく、イオンプレーティング法，反応性スパッタリング法，アーク放電法等が採用可能である。ただし、得られる硬質被膜の表面粗さが良好であることから、イオンプレーティング法，反応性スパッタリング法が好ましく、得られる硬質被膜の表面硬さが高いことから、イオンプレーティング法がより好ましい。

本発明の転がり軸受は、例えば、高速回転で使用される航空機用軸受，工作機械用軸受として好適である。

本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の別の実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。

符号の説明

１，１１ 内輪
２，１２ 外輪
３ 玉
１３ ころ
４，１４ 保持器
６，１６ 銀メッキ被膜
７，１７ 硬質被膜

Claims (5)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪の表面及び前記外輪の表面のうち前記保持器と接触する部分に、表面硬さＨｖ１９５０以上の硬質被膜を設けたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記保持器の表面のうち前記内輪又は前記外輪と接触する部分に、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下の銀被膜を被覆したことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記硬質被膜は、チタン化合物又はダイヤモンドライクカーボンで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
4. 前記硬質被膜の表面粗さＲａは１μｍ以下であり、前記硬質被膜の表面に形成されている空孔の数は、１０個／ｃｍ² 未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受。
5. 前記表面硬さＨｖは、押し込み荷重９８ｍＮの条件で測定した値であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受。

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