JP2015218851A

JP2015218851A - 転動装置

Info

Publication number: JP2015218851A
Application number: JP2014104336A
Authority: JP
Inventors: 理恵武田; Rie Takeda; 智弘元田; Toshihiro Motoda
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】工作機械に使用される軸受に於いて、静止状態から１秒以内に数万回転まで加速し、再び数秒で静止状態に戻すという急加減速運転条件での使用厳しい使用環境下でも、従来よりも優れた耐摩耗性や耐焼付き性が得られる転動装置を提供する。【解決手段】内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面とが、共にＲｋ≰０．１０３μｍである、あるいは、内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面の何れか一方、または両方がＲｋｕ≰２３．３であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は転動装置に関し、より詳細には、転動体転送面及び内外輪軌道面の表面性状を規定して耐摩耗性や耐焼付き性を向上させた転動装置に関する。

転動装置の転動体転送面や内外輪軌道面の表面性状は耐摩耗性や耐焼付き性に影響し、高速回転される工作機械の主軸支持用軸受等のように使用環境の厳しい場合に特に重要になる。そこで、特許文献１では、外輪軌道面と転動体転送面に微小くぼみを付与することで油膜の形成能力を向上させ、早期剥離や焼付きの発生を抑制しており、くぼみの面積率を１０〜４０％とし、粗さパラメータＲｓｋを−１．６以下に規定している。

また、特許文献２では、境界潤滑下で使用される転がり軸受を想定し、油膜形成が不十分な状態でも相手部材が損傷しない粗さの組み合わせにより、ピーリングや焼付きの発生を防止しており、転がり接触面を形成する面それぞれの中心線平均粗さσ_１、σ_２を共に０．１５〜０．５μｍとし、σ_１／σ_２またはσ_２／σ_１を３以下に規定している。

特開２００７−８５５１２号公報特開平６−５０３４４号公報

しかしながら、特許文献１で規定する表面性状では、グリースが接触面から取り除かれ、戻ってこないような条件では効果が期待できない。また、特許文献２による表面性状の規定は、相手材の粗さを小さくすることが難しい針状ころ軸受を想定しており、他の軸受にも適用できるかは不明である。

工作機械の加工条件は年々厳しくなってきおり、それに伴って工作機械に使用される軸受の使用条件も過酷になってきおり、近年では、静止状態から１秒以内に数万回転まで加速し、再び数秒で静止状態に戻すという急加減速運転条件での使用が多く行われている。しかし、このような過酷使用条件では、特許文献１、２で規定するような表面性状では対応しきれなくなってきている。

そこで本発明は、厳しい使用環境下でも、従来よりも優れた耐摩耗性や耐焼付き性が得られる転動装置を提供することを目的とする。

使用環境の厳しい軸受の潤滑性を向上させる技術の一つとして、接触面に特殊な形状を付与する方法があり、本発明では転動体転送面、内輪軌道面、外輪軌道面に対し、それぞれの表面に潤滑性を向上させる形状を付与することにより摩耗や焼付きを抑制する。即ち、上記課題を解決するために本発明は、下記の転動装置を提供する。
（１）内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面とが、共にＲｋ≦０．１０３μｍであることを特徴とする転動装置。
（２）内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面の何れか一方、または両方がＲｋｕ≦２３．３であることを特徴とする上記（１）記載の転動装置。

本発明の転動装置は、転動体転送面、内輪軌道面及び外輪軌道面をそれぞれ特定の表面パラメータを持つ平滑面とし、これら平滑面同士を接触させて金属接触が起こらないようにしたことにより、厳しい使用環境下でも優れた耐摩耗性や耐焼付き性を示す。

本発明の転動装置の一例である円筒ころ軸受を示す断面図である。焼付き時間評価結果を示すグラフである。Ｒｋの最大値と焼付き時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において転動装置の種類には制限はないが、例えば図１に示す円筒ころ軸受を例示することができる。図示される円筒ころ軸受１０は、内輪１１と、つば付外輪１２との間に、複数の円筒ころ１３が外輪案内型の樹脂製保持器１４を介して周方向に転動可能に配設されており、軸受内の潤滑は、例えば軸受側面に設置された潤滑油供給装置のノズル（図示せず）からオイルエア等の潤滑油を軸受内に供給することによりなされる。

本発明では、円筒ころ１３の転送面と、内輪１１の軌道面またはつば付外輪１２の軌道面との両方を、Ｒｋ≦０．１０３μｍにする。好ましくは、円筒ころ１３の転送面、内輪１１の軌道面及びつば付外輪１２の軌道面の全てを、Ｒｋ≦０．１０３μｍにする。このような平滑面同士が接触することにより、枯渇潤滑のように厳しい使用条件でも円筒ころ１３と、内輪１１の軌道面やつば付き外輪１２の軌道面とが金属接触とはならず、耐摩耗性や耐焼付き性が大きく向上する。尚、好ましくは、Ｒｋ≦０．０８μｍとする。

上記Ｒｋの規定に加えて、円筒ころ１３の転送面と、内輪１１の軌道面またはつば付外輪１２の軌道面との何れか一方、好ましくは円筒ころ１３の転送面と、内輪１１の軌道面またはつば付外輪１２の軌道面の両方、特に好ましくは円筒ころ１３の転送面、内輪１１の軌道面及びつば付外輪１２の軌道面の全てを、Ｒｋｕ≦２３．３とすることにより、更に耐焼付き性に優れるようになる。尚、好ましくは、Ｒｋｕ≦１０とする。

尚、Ｒｋ及びＲｋｕは、接触式粗さ測定機を用い、カットオフフィルターλｃ＝０．２５、測定長さ５λｃとして軸方向に測定した粗さ形状から求められる。

上記の表面パラメータを満足するためには、例えば、粗い砥石を用いた研削仕上面に、超仕上加工またはラップ加工を長時間施したり、鏡面ショット加工を施せばよい。

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１〜５、比較例１〜３）
二円筒試験機を用い、内輪軌道面及び転動体転送面を模して表面粗さの違いによる耐摩耗・耐焼付き効果を評価した。内輪軌道面用試験片及び転動体転送面用試験片の表面パラメータ（Ｒａ、Ｒｋｕ、Ｒｋ）を表１に示すが、実施例では、粗い砥石を用いた研削仕上面に、超仕上加工またはラップ仕上加工を長時間かけて行い、内輪軌道面用試験片及び転動体転送面用試験片の各表面パラメータを表記値とした。また、比較例では、超仕上加工を実施例よりも短い時間行い、内輪軌道面用試験片及び転動体転送面用試験片の各表面パラメータを表記値とした。尚、実施例及び比較例とも、試験片を３個ずつ作製した。

二円筒試験は、実際の円筒ころ軸受の急加減速運転時に最も潤滑状態が過酷となる回転数０ｍｉｎ^−１付近の低転がり・低滑り速度・低滑り率を再現して行った。また、荷重は、実機と同様に面圧が１ＧＰａとなる荷重とし、潤滑剤としてグリースを試験片表面に薄く塗布して枯渇潤滑状態とした。そして、トルク上昇して試験機が停止するまでの時間を焼付き時間として求めた。結果を表２及び図２に示す。また、図３に、Ｒｋの最大値と焼付き時間との関係を示す。

実施例では、内輪軌道面用試験片及び転動体転送面用試験片ともにＲｋ≦０．１０３μｍを満たしており、比較例１〜３の平均焼付き時間に対し１．５倍以上の耐焼付き性を示した。更に、実施例４、５では、内輪軌道面用試験片及び転動体転送面用試験片ともにＲｋｕ≦２３．３も満たしており、焼付き時間が６倍以上に延びている。

また、比較例３は、軌道面転送面用試験片のみＲｋを満足しているものの、耐焼付き性の向上には殆ど寄与していない。これは、一方のみ平滑面であっても、他方の凸部により油膜の突き破りが起こることが原因であると考えられる。

このように、転動体転送面と内外輪の軌道面との両方を特定の表面パラメータを持つ平坦にすることにより、枯渇潤滑下でも油膜が維持されて金属接触が起こらず、耐焼付き性が向上する。

１０円筒ころ軸受
１１内輪
１２つば付外輪
１３円筒ころ
１４保持器

Claims

内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面とが、共にＲｋ≦０．１０３μｍであることを特徴とする転動装置。
内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方と、転動体転送面の何れか一方、または両方がＲｋｕ≦２３．３であることを特徴とする請求項１記載の転動装置。