JP2009121659A - 転がり部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり接触する接触部の両端部において生じる油膜厚さの薄い領域に、潤滑油を供給することにより、転がり部材の耐摩耗性・摩擦特性を向上させる。
【解決手段】 転がり接触する部材の少なくとも一方の部材の接触領域の転がり方向に対して直行する方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けることにより、潤滑油が不足する接触領域の端部に、穴２内の潤滑油が熱膨張によって排出するようにして、固体接触を軽減できるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、転がりを主体とする相対運動によって摩擦低減を実現する転がり軸受などの機械要素に関し、特に、頻繁に起動停止する稼動条件や揺動運動、あるいは低速かつ高荷重といった稼動条件に好適な転がり部材に関するものである。

転がり軸受などの転がり部材における転がり／すべり接触部では、物体の相対運動によって物体間に介在する流体に動圧効果を発生させて流体潤滑状態とすることにより、物体の直接的な接触を防止して摩擦、摩耗を低減することができる。

ところが、潤滑油が少量の場合や速度が低い場合には、動圧効果が小さく潤滑油膜が形成され難いため、固体接触を生じる危険がある。特に近年は低トルク化のため、低粘度の潤滑油が用いられており、また、外部から供給される潤滑油量も減少している。このため、固体接触状態となる可能性はより一層高くなっている。

従来、接触部近傍の潤滑油量が不足していても、接触部の表面が潤滑油を保持していれば潤滑可能であるから、表面に微細な凹部を多数設けて、この凹部内に潤滑油を保持しようとする技術が特許文献１に開示されている。この技術によって、低速時の境界潤滑性能を向上させることが可能である。

また、境界潤滑性能の向上を目的とした別の技術が特許文献２に開示されている。この技術は、短パルスレーザによって表面に微細な凹凸形状を作成し、凸部が軽微な摩耗を生じた際の新生面に潤滑油を吸着させ、接触面に潤滑油を供給するというものである。

一方、すべり軸受においては、摺動面に油膜厚さ程度の深さの溝を多数形成することによって潤滑性能を向上させる技術が一般的に用いられている。これは、摺動面の深さが溝の存在によって変化するために流体力学的な動圧作用が発生することを利用している。この効果を転がり軸受に適用した例が特許文献３に開示されている。この特許文献３に開示の技術は、軽荷重となるために、すべりが生じる転動体を動圧作用による圧力で軌道輪に押し付け、すべりを防ごうとするものである。

また、高面圧を支持するスラスト平面すべり軸受に深い凹部を設けた例が非特許文献１に開示されている。これは熱膨張に伴う凹部からの潤滑油の吐出によって、境界潤滑性能を向上させようとするものである。ただし、この技術は流体力学的な動圧効果の発生を目的としたものではない。

特開平０２‐１６８０２１号公報 特開２００５‐３２１０４８号公報 特開２００６‐１０５３６１号公報 H.Kotera、 A.Mori、N.Tagawa、 PROPOSAL OF A SEIZURE PREVENTING METHOD IN HEAVILY LOADED SLIDING PAIRS、 Synopses of the International Tribology Conference Kobe、2005、 D-04

従来の技術は、微小な凹凸によって、接触面への潤滑油の供給量を増加させる、あるいは微小な凹部の動圧作用によって、油膜厚さを向上させようとするものである。

ところで、弾性流体潤滑（EHL）条件下の接触面の油膜厚さは、図１０に示すように、転がり接触する接触部の両端部において中央部の油膜厚さに対して馬蹄形の薄い領域が生じる。この油膜厚さの薄い、潤滑の希薄な領域が生じると、この領域から固体同士の接触が発生する。

そこで、この発明は、転がり接触する接触部の両端部において生じる油膜厚さの薄い領域に、潤滑油を供給することにより、転がり部材の耐摩耗性・摩擦特性を向上させようとするものである。

この発明は、転がり接触する部材の少なくとも一方の部材の接触領域の転がり方向に対して直行する方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の穴を設けたものである。
図１には、転がり部材１の接触部に設ける転がり方向の穴２を端部に１列ずつ設けたが、この穴２を複列にしてもよい。また、この転がり方向の穴２は、転がり部材１の接触部の両方に設けてもよいし、少なくとも片方だけに設けてもよいが、接触面への潤滑油の供給量をより増加させるためには、転がり部材１の接触部の両方に設けるのがより好ましい。図１において、ｘは転がり方向、ｙは転がり方向と直行する方向、ｚは油膜圧力の方向を示している。

転がり接触する部材の接触領域に生じる油膜厚さは、通常、０．１μｍ程度の大きさであるため、転がり方向に並ぶ穴２の深さは、その１０倍以上、即ち、１μｍ程度以上あれば、穴２の潤滑油保持効果が十分発揮されると考えられるので、この発明においては、転がり方向に並ぶ穴２の深さの下限を１μｍに規定した。さらに、穴２は深くなればなるほど、加工効率が落ち、また加工法によっては、隣接する穴同士が結合してしまい潤滑油保持効果が損なわれることもあるため、穴２の深さの上限は１００μｍに規定した。

転がり接触する部材の接触領域の端部は、油膜厚さの薄い領域が生じやすいが、この領域に転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の穴２を設けると、潤滑油が不足したとき、接触領域の端部に、穴２内の潤滑油が熱膨張によって排出されるので、固体接触が起こっても、潤滑油により摩耗・摩擦は軽減される。

この発明を適用することができる転がり部材としては、玉と軌道輪を有するラジアル玉軸受、ころと軌道盤を有するスラストころ軸受などがある。

ラジアル玉軸受の場合、玉と軌道輪の接触領域を示す接触楕円の少なくとも一方の部材の転がり方向に対して直行方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けるようにする。また、内外の軌道輪のうち、内輪のみに転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けるようにしてもよい。

スラストころ軸受の場合には、軌道盤に対するころの接触領域の転がり方向に対して直行する方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けるか、あるいはころに対する軌道盤の接触領域の転がり方向に対して直行する方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けるようにする。

上記転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を加工する方法としては、マイクロブラスト、エッチング、放電加工などが考えられる。このうち、マイクロブラストでは加工を必要としない部分を保護するため、マスクが必要となるが、金属表面に深さ１０μｍ程度の穴２を形成することができる。エッチングでは、マイクロブラストと同様、マスクが必要となるが、深さ３０μｍ程度の穴２を形成することができる。また、放電加工では、数十μｍ以上の深さの穴２を形成することができる。

以上のように、この発明に係る転がり部材は、油膜が薄くなる高荷重あるいは低速の場合であっても最小膜厚部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２に保持された潤滑油が熱膨張によって排出され、固体接触を軽減できるので、耐摩耗性・摩擦特性が向上する。

図２は、この発明を、内輪３と外輪４の間に、玉５を入れた深溝玉軸受に適用した例を示している。
この図２の例では、玉５が、内輪３と外輪４に接触する領域、すなわち図２に符号６で示した接触楕円の両端に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けている。この転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２は、内輪３と外輪４の両方に設けているが、より潤滑状態の厳しい内輪３にのみ設けるようにしてもよい。

次に、図３は、この発明を、玉５と内輪３・外輪４が０でない接触角をもっているアンギュラ玉軸受に適用した例を示している。
アンギュラ玉軸受では、接触角が決まっているため、接触楕円６の位置が軌道内部でおおよそ定まっているので、この発明をより一層適用しやすい。そして、使用時に想定される最大の荷重から接触楕円６の大きさが求められるので、その接触楕円６の長軸の両端に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設ければよい。この転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の穴２は、内輪３と外輪４の両方に設けているが、より潤滑状態の厳しい内輪３にのみ設けるようにしてもよい。

図４及び図５は、この発明を、一組の軌道盤７の間に、保持器８付きの玉５を配したスラスト玉軸受に適用した例を示している。
この図４及び図５の例では、玉５が、軌道盤７と接触する領域、即ち、図４に符号６で示した接触楕円の長軸の両端に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設ければよい。穴２は軸受の構造上、軌道盤７に設けることが望ましい。

次に、図６及び図７は、この発明を、一組の軌道盤７の間に保持器８付きの円筒ころ９を配した構造のスラストころ軸受に適用した例を示している。
スラストころ軸受の場合、有効長さ両端ですべりが大きくなって油膜が減少するため、この発明は特に有効である。転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２はころ９に設けることも可能であるが、製造効率の観点から、軌道盤７に設けることが望ましい。

次に、図８及び図９は、この発明を、ラジアルころ軸受に適用した例である。図８は、ころ１０を、内輪１１の鍔で案内するタイプ、図９は、ころ１０を、外輪１２の鍔で案内するタイプである。
そして、図８は、ころ１０の有効長さの両端に転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けた例であり、図９は、鍔のない内輪１１に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴２を設けた例を示している。

図８及び図９は、この発明を、ラジアルころ軸受に適用した例であるが、円すいころ軸受や自動調心ころ軸受にも同様にして適用することができる。

玉の接触部の両端部に転がり方向に並ぶ穴を形成した例を示す説明図である。 この発明を深溝玉軸受に適用した例を示す概略図である。 この発明をアンギュラ玉軸受に適用した例を示す概略図である。 この発明をスラスト玉軸受に適用した例を示す概略図である。 図４の部分拡大縦断面である。 この発明をスラストころ軸受に適用した例を示す概略図である。 図６の部分拡大縦断面である。 この発明を、ころを内輪の鍔で案内するタイプのラジアルころ軸受に適用した例を示す概略図である。 この発明を、ころを外輪の鍔で案内するタイプのラジアルころ軸受に適用した例を示す概略図である。 弾性流体潤滑（EHL）条件下における転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを模式的に表した図である。

符号の説明

１ 転がり部材
２ 穴
３ 内輪
４ 外輪
５ 玉
６ 接触楕円
７ 軌道盤
８ 保持器
９ ころ
１０ ころ
１１ 内輪
１２ 外輪

Claims (7)

1. 転がり部材が転動体と軌道輪、あるいは転動体と一組の軌道盤からなる転がり軸受であり、この転動体と軌道輪、あるいは転動体と一組の軌道盤の接触領域において、少なくとも一方の部材の転がり方向に対して直行する方向の幅端部に、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴を設けたことを特徴とする転がり部材。
2. 転動体と内外の軌道輪のうち内側の軌道輪のみに、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の転がり部材。
3. 転動体と一組の軌道盤のうち、軌道盤のみに、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の転がり部材。
4. 上記転動体がころであり、ころの表面のみに、転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴を設けたことを特徴とする請求項１記載の転がり部材。
5. 転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴をエッチングにより形成した請求項１〜４のいずれかの項に記載の転がり部材。
6. 転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴を放電加工により形成した請求項１〜４のいずれかの項に記載の転がり部材。
7. 転がり方向に並ぶ深さ１μｍ以上、１００μｍ以下の複数の穴をマイクロブラストにより形成した請求項１〜４のいずれかの項に記載の転がり部材。

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