JP2014098458A

JP2014098458A - 自動調心ころ軸受

Info

Publication number: JP2014098458A
Application number: JP2012251315A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kobayashi; 将人小林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】案内輪の振動を抑えつつ、摩耗の低減を図った自動調心ころ軸受を提供する。
【解決手段】外周面に複列の軌道面を有する内輪１と、内周面に前記軌道面に対向する球面状の軌道面を有する外輪２と、前記複列の軌道面間に転動自在に配置される複数のころ３と、前記ころ３の列間に配置されて、前記ころ３を案内する案内輪５とを備えた自動調心ころ軸受において、前記案内輪５が、硬度Ｈｖ３００以下の鋳鉄で形成されている自動調心ころ軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動調心ころ軸受の案内輪の改良に関する。

製紙機械のロール部等に用いられる自動調心ころ軸受は、外輪及び内輪が複列の軌道面を有し、両軌道面間に複数のころ配して構成されており、多くの場合、複列のころがスキューすることなく転動できるように、ころの軸方向端面を案内する案内輪をころの列間に配置することが行われている。

自動調心ころ軸受の高速回転化や高荷重化に伴う、案内輪ところとの接触による案内輪の摩耗も激しくなってきており、特許文献１ではころの端面や案内輪の側面に硬質カーボン膜を形成している。また、特許文献２では、案内輪のころと接触する端面に、ショットピーニング層やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層等の表面硬化層を形成して長寿命化を図っている。また、特許文献３では、保持器のころの転動面及び軸方向両側面と接触する部分と、案内輪の外周面と接触する部分に、摩擦係数を低減させる表面硬化膜を形成している。

これら硬化処理を施す方法の他に、特許文献４では、運転時に発生する振動を低減する制振性を有し、耐久性にも優れる制振材で案内輪を形成している。

特開２００７−１００９３０号公報特開２００７−２７８４９４号公報特開２０１０−２５１８３号公報特開２００９−９２１０４号公報

しかしながら、特許文献１〜３のように表面を硬化処理した案内輪では、ころとの衝突音が大きくなり、振動も大きくなるという問題がある。一方、特許文献４のように制振材で案内輪を形成した場合は、耐久性に劣り、摩耗が多いという問題がある。

そこで本発明は、案内輪の振動を抑えつつ、摩耗の低減を図った自動調心ころ軸受を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は下記の自動調心ころ軸受を提供する。
（１）外周面に複列の軌道面を有する内輪と、内周面に前記軌道面に対向する球面状の軌道面を有する外輪と、前記複列の軌道面間に転動自在に配置される複数のころと、前記ころの列間に配置されて、前記ころを案内する案内輪とを備えた自動調心ころ軸受において、
前記案内輪が、硬度Ｈｖ３００以下の鋳鉄で形成されていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
（２）前記案内輪の表面にディンプルが形成されていることを特徴とする上記（１）記載の自動調心ころ軸受。
（３）前記案内輪の表面にリン酸塩膜が形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の自動調心ころ軸受。
（４）前記案内輪の表面に固体潤滑膜が形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の自動調心ころ軸受。

本発明の自動調心ころ軸受は、案内輪をＨｖ３００以下の比較的軟質の鋳鉄で形成し、更に表面にディンプルを形成したり、リン酸塩膜や固体潤滑膜を形成したため、ころとの衝突音を低減し、振動を抑えるとともに、摩耗を防止することができる。また、低トルクにもなり、温度上昇も抑えられる。

案内輪を備える自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において自動調心ころ軸受は、案内輪を備えるものであれば制限は無く、例えば図１に示す自動調心ころ軸受を例示することができる。図示される自動調心ころ軸受は、外周面に複列の軌道面１ａを有する内輪１と、内周面に内輪１の軌道面１ａに対向する球状の軌道面２ａを有する外輪２と、複列の軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配置される複数のころ３と、を備えている。

この自動調心ころ軸受のころ３は、断面視が略Ｌ字形状の保持器４により、ころ列毎に転動自在に保持されている。また、内輪１の外周面における軸方向中央部１ｂと保持器４の内周面との間には、リング状の案内輪５が配置されている。また、案内輪５は、その内周面（摺接面）５ａが内輪１の外周面における軸方向中央部１ｂと摺接するとともに、その外周面（摺接面）５ｂが２つの保持器４の各内周面の一部と摺接し、さらに、その軸方向両端面（摺接面）５ｃがころ３の軸方向端面と摺接するようになっている。

本発明は、案内輪５を、硬度Ｈｖ３００以下の鋳鉄で形成する。案内輪５を硬度Ｈｖ３００以下の比較的軟質の鋳鉄製にすることにより、ころ３との衝突音の低減、振動の抑制を可能にする。好ましくはＨｖ２００以下とする。

鋳鉄としては、自己潤滑性を持つことから、球状黒鉛鋳鉄が好ましい。

また、案内輪５の表面６には、微細なディンプル（凹部）が多数形成されていることが好ましい。ディンプルの形成には、ショット加工やレーザ加工、圧入加工、エッチング、ショットピーニング加工等を採用することができる。

ディンプルの大きさは、直径１０〜１０００μｍ、深さ１〜５μｍが好ましい。直径が１０μｍ未満及び１０００μｍ超では、潤滑のために封入される潤滑剤による湯膜形成能力が十分ではなくなる可能性がある。深さが１μｍ未満では、ころ３の初期摩耗によってディンプルが摩滅してしまう可能性があり、５μｍを超えると潤滑剤がディンプル内に流入した場合に動圧効果が得られなくなり、油膜形成能力が小さくなる可能性がある。

また、ディンプルの面積率（案内輪５の表面積に占めるディンプルの面積割合）は５〜４０％が好ましい。面積率が５％未満及び４０％超では油膜形成能力が十分ではなく、特に４０％を超えると荷重を支える平滑面が少なすぎて油膜が薄くなり、摩耗しやすくなる。

特に、直径１０〜５０μｍで深さ１μｍ程度のディンプルが、２００μｍ以下の間隔で均一に形成されることが好ましく、上記の加工方法における加工条件を調整する。

また、案内輪５の表面には、リン酸塩膜を形成することが好ましい。リン酸塩の中でも、自己潤滑性を有することから、リン酸亜鉛が好ましい。

リン酸塩膜の形成に当たり、被覆形成処理の前に、案内輪５を、チタン水酸化物の微粒子コロイドを含有する弱アルカリ性の表面調整剤で処理することが好ましい。この処理により、案内輪５に均一に付着したチタン水酸化物の微粒子がリン酸塩の結晶の核となるので、案内輪５にリン酸塩の結晶を微細且つ緻密に析出させることができる。

チタン水酸化物の微粒子を安定して付着させるためには、表面調整剤の温度、ｐＨ、微粒子の濃度を適切な値に設定することが重要であり、雰囲気温度等に応じて適宜設定する。チタン水酸化物の微粒子の付着量が少ないと、リン酸塩の結晶が粗大になるので、アンカー効果が低くなり、接着強度が低下するようになる。

表面調整の後に案内輪５をリン酸素処理液に浸漬すると、微細なリン酸塩の結晶が表面に析出する。この工程においても処理液の温度や全酸度等の条件を適切に設定することが重要である。この条件は、蛍光Ｘ線法で測定されるリン量から換算されるリン酸塩の付着量が５ｇ／ｍ^２以下になるように調整することが好ましい。付着量が５ｇ／ｍ^２を超えても、接着性はそれ以上は向上しないばかりか、リン酸塩の結晶が多層状に析出して剥離するおそれがある。但し、付着量が１ｇ／ｍ^２未満であると、リン酸塩の結晶の密度が不十分となる。このように、リン酸塩膜の膜厚は１〜５μｍが好ましい。

尚、表面調整とは、リン酸塩結晶の起点となるコロイド状の薬剤を用いた処理で、この薬剤としては、例えば、日本パーカライジング株式会社製のプレパレンＺ系，プレパレン４０３１，プレパレン４０４０，プレパレンＸ，プレパレンＷ，プレパレンＶＭ，プレパレン５５，プレパレン４０１５系，プレパレン４０３６などがあげられ、これらに準ずる他のコロイド状の薬剤を用いることも可能である。この表面調整に用いる薬剤は適宜希釈して使用し、一定数量の鋼板を処理するごとに交換することが望ましい。

また、前記化成処理に使用される薬液としては、例えば、日本パーカライジング株式会社製のパルボンドＬ１５Ｃ，パルボンドＬ１８，パルボンド２０，パルボンド３７系，パルボンドＮ１４４，パルボンドＮ１６０，パルボンドＬ３００７，パルボンドＬ３０２７，パルボンド３０５０，パルボンド３１００，パルボンド３１１２系，パルボンド３１１８，パルボンド３１４０，パルボンドＷＬ３５などがあげられ、これらに準ずる他の薬液を用いることも可能である。化成処理に使用される薬液はリン酸溶液であるため、水素イオンの解離状態によって遊離酸度と呼ばれる水素イオンの１次解離濃度と全酸度と呼ばれる全水素イオン解離濃度との調整によって、好適なリン酸塩結晶の被覆量が得られる。

尚、リン酸塩膜は、ディンプルを形成することなく案内輪５に直接形成してもよいし、ディンプルを形成した後に更にリン酸塩膜を形成してもよいが、ディンプルを形成した上にリン酸塩膜を形成することがより好ましい。

リン酸塩膜に代えて、固体潤滑膜を形成してもよい。固体潤滑膜の成膜方法としては、二硫化モリブデンやスズ、亜鉛、銀、銅、金、インジウム、アンチモン等の固体潤滑剤の粒子を案内輪５に噴射して堆積させるショット加工が好ましい。固体潤滑膜の膜厚は１〜１０μmが好ましく、１μｍ以下ではポンホール状に成膜されない部分が多く存在するようになり、１０μｍを超える厚い膜を形成しても更なる効果の向上は望めず、不経済である。尚、二硫化モリブデンの場合、０．５ＭＰａ程度の空気圧で２０分程度噴射することで、５μｍ程度の膜を形成できる。

また、固体潤滑膜は、上記のショット加工の他にも、メッキ加工や蒸着、スパッタリング等の成膜方法によっても形成することができる。

尚、この固体潤滑膜も、ディンプルを形成することなく案内輪５に直接形成してもよいし、ディンプルを形成した後に更に固体潤滑膜を形成してもよいが、ディンプルを形成した上に固体潤滑膜を形成することがより好ましい。

以下に実施例及び比較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。

（実施例１〜６、比較例１）
表１に示すように、実施例１では、硬度Ｈｖ２００の球状黒鉛鋳鉄からなる案内輪を用意した。また、実施例２では、同案内輪に超硬の球を圧入してディンプル（直径：５０〜１００μｍ、深さ：１〜５μｍ、面積率：２０％）を形成した。また、実施例３では、同案内輪に、ディンプルを形成することなく、２μｍのリン酸亜鉛膜を形成した。また、実施例４では、同案内輪に、ディンプルを形成することなく、ショット加工により１μｍの二硫化モリブデン膜を形成した。また、実施例５では、実施例２の案内輪に、更に実施例３と同様のリン酸亜鉛膜を形成した。また、実施例６では、実施例２の案内輪に、更に実施例４と同様の二硫化モリブデン膜を形成した。

また、比較例１として、Ｓ４５Ｃ（Ｈｖ約８００）製の案内輪を用意した。

また、呼び番号２２２１１（内径５５ｍｍ、外径１００ｍｍ、幅２５ｍｍ）の自動調心ころ軸受を想定し、内輪、外輪及びころを、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、８２０〜８４０℃で１時間加熱保持する焼入れ処置と、１６０から８０℃で２時間保持する焼戻し処理を施した、また、外輪については研削加工により軌道面の表面粗さ（Ｒａ）を調整した。

そして、上記の案内輪、外輪、外輪、ころ及び鋼製の保持器を用いて自動調心ころ軸受を組み立て、以下の条件で外輪温度及び振動値を測定した。結果を表１に併記する。
（試験条件）
・回転速度：１５００ｍｉｎ−１
・試験荷重：５０００Ｎ
・潤滑油：Ｒｏ６８

実施例１のように、案内輪を硬度Ｈｖ３００以下の鋳鉄製にすることにより、外輪温度が低く、振動も抑えることができる。また、実施例２〜４のように、ディンプルを形成したり、リン酸亜鉛膜や二硫化モリブデン膜を形成することにより、外輪温度及び振動をより低減することができる。更には、実施例５、６のように、ディンプルの形成と、リン酸亜鉛膜または二硫化モリブデン膜とを併用することにより、外輪温度及び振動が最も低くなる。

また、上記のようにリン酸亜鉛膜と二硫化モリブデン膜とは温度や振動の低下の程度はほぼ同等であるが、耐久性を調べたところ、リン酸亜鉛膜の方がより長時間にわたり外輪温度が低く、振動値も小さかった。

１内輪
２外輪
３ころ
４保持器
５案内輪

Claims

外周面に複列の軌道面を有する内輪と、内周面に前記軌道面に対向する球面状の軌道面を有する外輪と、前記複列の軌道面間に転動自在に配置される複数のころと、前記ころの列間に配置されて、前記ころを案内する案内輪とを備えた自動調心ころ軸受において、
前記案内輪が、硬度Ｈｖ３００以下の鋳鉄で形成されていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
前記案内輪の表面にディンプルが形成されていることを特徴とする請求項１記載の自動調心ころ軸受。
前記案内輪の表面にリン酸塩膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の自動調心ころ軸受。
前記案内輪の表面に固体潤滑剤膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動調心ころ軸受。