JP2020180663A

JP2020180663A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2020180663A
Application number: JP2019085130A
Authority: JP
Inventors: 村田　順司; Junji Murata; 順司村田; 鎌本　繁夫; Shigeo Kamamoto; 繁夫鎌本; 祐樹獅子原; Yuki Shishihara
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-11-05
Also published as: CN111853064A; US20200340532A1; DE102020111121A1; US11199226B2

Abstract

【課題】昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受１０における針状ころ１３の転動面１４に、多数の凹部２０が形成されている。転動面１４に対する凹部２０の開口の面積率は５％以上３７％以下であり、凹部２０の開口の円相当径は１μｍ以上２７μｍ以下であり、凹部２０における転動面１４の法線方向の深さは３μｍ以上１０μｍ以下であり、凹部２０を除いた転動面１４の表面うねりは０．２μｍ以下である。【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

例えば、トランスミッション内の遊星歯車機構に用いられる遊星歯車は、針状ころ軸受を介してキャリアの支持軸に回転自在に支持されている。このような針状ころ軸受は、前記支持軸側から潤滑油を強制給油することによって潤滑されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−０８３８６１号公報

近年、省資源、省エネにより軸受への強制給油量が低減されるとともに、高速回転化により潤滑油が遠心力で飛散することで、軸受内部の潤滑油量が減少する傾向にある。軸受内部の潤滑油量が減少すると、油膜切れが発生し、軸受の昇温や焼付きが問題となる。

そこで、本発明は、昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる転がり軸受を提供することを目的とする。

（１）本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、転動体の転動面、及び転動体が転動する軌道面のいずれかの面に多数の凹部を形成し、その凹部の開口の面積率、円相当径及び深さと、凹部を除いた前記面の表面うねりを適切な範囲に設定することで、前記凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記面における油膜厚さを厚くできることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、第１の軌道面と、第２の軌道面と、これら両軌道面の間に転動可能に配置された複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、前記第１の軌道面、前記第２の軌道面、及び複数の前記転動体の転動面のうち、少なくとも１つの面に、多数の凹部が形成され、前記面に対する前記凹部の開口の面積率は、５％以上３７％以下であり、前記凹部の開口の円相当径は、１μｍ以上２７μｍ以下であり、前記凹部における前記面の法線方向の深さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、前記凹部を除いた前記面の表面うねりは、０．２μｍ以下である、転がり軸受である。

本発明の転がり軸受によれば、第１の軌道面、第２の軌道面、及び転動体の転動面の少なくとも１つの面に形成された多数の凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記面における油膜厚さを厚くすることができる。これにより、前記面において油膜切れが発生するのを抑制できるため、転がり軸受の昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。

（２）前記転動体は、ころであるのが好ましい。この場合、ころを転動体とした転がり軸受の昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。

（３）前記転動体は、針状ころ、円筒ころ、及び棒状ころのいずれかであるが好ましい。この場合、針状ころ、円筒ころ、及び棒状ころのいずれかを転動体とした転がり軸受の昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。

本発明の転がり軸受によれば、昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る転がり軸受を備えた遊星歯車機構を示す一部断面図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。転がり軸受を示す拡大断面図である。評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の面積率としたグラフである。評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の円相当径としたグラフである。評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の深さとしたグラフである。評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部を除く表面の表面うねりとしたグラフである。評価試験の結果を示す表である。

図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受を備えた遊星歯車機構を示す一部断面図である。図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図１及び図２において、遊星歯車機構５０は、例えば、自動車のトランスミッションに用いられる。遊星歯車機構５０は、太陽歯車５１と、内歯車（リングギヤ）５２と、複数の遊星歯車５３と、キャリア５４とを備えている。

太陽歯車５１は、回転軸６１の外周に嵌合されており、回転軸６１と一体に回転可能である。内歯車５２は、太陽歯車５１の径方向外方において太陽歯車５１と同心上に配置されている。太陽歯車５１の外周には、その周方向に複数（本実施形態では３個）の遊星歯車５３が噛み合っている。また、各遊星歯車５３は、内歯車５２の内周に噛み合っている。

キャリア５４は、各遊星歯車５３を転がり軸受１０を介して回転自在に支持する複数のシャフト５５と、各シャフト５５の両端部を支持する一対のキャリア本体５６とを有している。これにより、各遊星歯車５３は、自身を支持しているシャフト５５の軸線回りに自転しながら、太陽歯車５１の外周を公転する。

図３は、転がり軸受を示す拡大断面図である。転がり軸受１０は、針状ころ軸受であり、第１の軌道面１１と、第２の軌道面１２と、複数の針状ころ（転動体）１３と、保持器１５とを備えている。第１の軌道面１１は、シャフト５５の外周面の軸方向中央部に形成されている。第２の軌道面１２は、遊星歯車５３の内周面に形成されている。

図２及び図３において、針状ころ１３は、第１の軌道面１１と第２の軌道面１２との間に転動可能に配置されている。針状ころ１３の外周面は、両軌道面１１，１２を転動する転動面１４とされている。保持器１５は、環状に形成されており、複数の針状ころ１３を周方向に沿って所定間隔毎に保持している。保持器１５は、その外周面が遊星歯車５３の内周面に摺接することによって回転案内される。

シャフト５５内には、転がり軸受１０の内部に潤滑油を強制給油するための油路５７が形成されている。油路５７は、シャフト５５の軸方向一端側（図３では右端側）から軸方向他端側に向かって延び、シャフト５５の軸方向中央部から径方向外側に延びて外周面で開口している。なお、各キャリア本体５６と遊星歯車５３との間には、ワッシャ５８が介在している。

各針状ころ１３の転動面１４には、潤滑油を溜める微小な凹部２０が多数形成されている。これらの微小な凹部２０は、例えば、転動面１４にブラスト加工を施して微小な凹凸部を形成した後に、バレル加工を施して前記凹凸部の凸部を削ることによって形成されている。凹部２０の形状は、潤滑油を溜め易くするために、以下のように設定されている。

転動面１４に対する凹部２０の開口の面積率（以下、単に凹部２０の面積率Ａという）は、５％以上３７％以下（好ましくは８％以上３０％以下）に設定されている。凹部２０の面積率Ａは、転動面１４について観察を行ったときの１視野において、凹部２０の開口の面積を測定し、観察視野の面積に対する割合（％）を算出することによって得ることができる。１視野あたりの観察面積は、例えば０．４ｍｍ^２である。

凹部２０の開口の円相当径（以下、単に凹部２０の円相当径Ｂという）は、１μｍ以上２７μｍ以下（好ましくは８μｍ以上２７μｍ以下）に設定されている。凹部２０の円相当径Ｂは、転動面１４を撮像した画像を処理することにより、転動面１４での凹部２０の開口の面積Ｓを測定し、面積Ｓを用いた次の式により算出することができる。
Ｂ＝２×（Ｓ／π）＾（１／２）

凹部２０の開口から底までの、転動面１４の法線方向の深さ（以下、単に凹部２０の深さＣという）は、３μｍ以上１０μｍ以下（好ましくは３μｍ以上９．６μｍ以下）に設定されている。なお、凹部２０の深さＣの値は、２００１年のＪＩＳＢ０６０１に規定された最大谷深さＰｖの値を示している。
凹部２０を除いた転動面１４の表面うねり（以下、単に表面うねりＤという）は、０．２μｍ以下（好ましくは０．１６μｍ以下）に設定されている。表面うねりＤの値は、２００１年のＪＩＳＢ０６０１に規定された算術平均うねりＷａの値を示している。

次に、本発明の転がり軸受により得られる効果を検証するために、本発明者らが行った評価試験について説明する。評価試験では、３つのサンプル（軸受鋼球）を１組として９組使用し、各組のサンプルには、その表面の一部に多数の凹部を加工した。その加工方法は、基本的には上記のようにブラスト加工後にバレル加工を施す方法を用いた。

そして、各組の３つのサンプルを微量潤滑条件（サンプル表面に低粘度油を５μＬ塗布）で互いに異なる回転速度（０．１ｍ／ｓ，１．０ｍ／ｓ，２．０ｍ／ｓ）で回転させた後、各サンプルについて、相手材と接触する中央部における油膜厚さの変化を測定するとともに、加工面における凹部の面積率，円相当径，深さ、及び表面うねりを測定した。

油膜厚さの変化は、公知の３波長光干渉法（例えば、特開２０１７−２０７３１６号公報参照）を用いて、凹部を加工した加工面の油膜厚さと、凹部を加工していない未加工面の油膜厚さをほぼ同時に測定し、これらの油膜厚さ同士の差を算出した。前記油膜厚さ同士の差は、前記加工面の油膜厚さから前記未加工面の油膜厚さを減算した値であり、以下、この値を油膜厚さの変化量という。油膜厚さの変化量は、その値が大きいほど、前記加工面の油膜厚さが厚いことを示している。

図４は、前記評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の面積率としたグラフである。図４に示すように、凹部の面積率が５％以上３７％以下の範囲内であるときに、油膜厚さの変化量が概ね大きい値となっており、凹部を加工した加工面の油膜厚さが厚くなっている。従って、凹部の面積率を５％以上３７％以下の範囲内に設定することで、凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記油膜厚さを厚くできることが分かる。

図５は、前記評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の円相当径としたグラフである。図５に示すように、凹部の円相当径が１μｍ以上２７μｍ以下の範囲内であるときに、油膜厚さの変化量が概ね大きい値となっており、凹部を加工した加工面の油膜厚さが厚くなっている。従って、凹部の円相当径を１μｍ以上２７μｍ以下の範囲内に設定することで、凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記油膜厚さを厚くできることが分かる。

図６は、前記評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部の深さとしたグラフである。図６に示すように、凹部の深さが３μｍ以上１０μｍ以下の範囲内であるときに、油膜厚さの変化量が概ね大きい値となっており、凹部を加工した加工面の油膜厚さが厚くなっている。従って、凹部の深さを３μｍ以上１０μｍ以下の範囲内に設定することで、凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記油膜厚さを厚くできることが分かる。

図７は、前記評価試験の結果を示すグラフであり、縦軸を油膜厚さの変化量とし、横軸を凹部を除く表面の表面うねりとしたグラフである。図７に示すように、凹部を除く表面の表面うねりが０．２μｍ以下の範囲内であるときに、油膜厚さの変化量が概ね大きい値となっており、凹部を加工した加工面の油膜厚さが厚くなっている。このため、凹部を除く表面の表面うねりを０．２μｍ以下の範囲内に設定することで、凹部に潤滑油が溜まり易くなり、前記油膜厚さを厚くできることが分かる。

図８は、前記評価試験の結果を示す表である。図８に示すように、Ａ〜Ｊの９組のうち、Ｇのサンプル（Ｇ−１，Ｇ−２，Ｇ−３）のみにおいて、油膜厚さの変化量が全てプラスの値を示しており、凹部を加工した加工面の油膜厚さが厚くなっている。そして、Ｇの各サンプルにおける、凹部の面積率は５％以上３７％以下の値（１５％）であり、凹部の円相当径は１μｍ以上２７μｍ以下の値（１５．３１μｍ）である。また、凹部の深さは３μｍ以上１０μｍ以下の値（４．７８８μｍ）であり、凹部を除く表面の表面うねりは０．２μｍ以下の値（０．１４８μｍ）である。従って、凹部の面積率、凹部の円相当径、凹部の深さ、及び凹部を除く表面の表面うねりを、それぞれ前記範囲内に設定することで、凹部に潤滑油が溜まり易くなり、凹部を加工した加工面の油膜厚さを厚くできることが分かる。

以上、本実施形態の転がり軸受１０によれば、針状ころ１３の転動面１４に形成された多数の凹部２０に潤滑油が溜まり易くなり、転動面１４における油膜厚さを厚くすることができる。これにより、転動面１４において油膜切れが発生するのを抑制できるため、転がり軸受１０の昇温を抑えることができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の転がり軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、全ての針状ころ１３の転動面１４に凹部２０を形成しているが、少なくとも１つの針状ころ１３の転動面１４に凹部２０を形成すればよい。また、前記凹部２０は、第１の軌道面１１、第２の軌道面１２、及び針状ころ１３の転動面１４のうち、少なくとも１つの面に形成されていればよい。

また、本発明の転がり軸受は、針状ころ軸受以外に、自動調心ころ軸受、又は円筒ころ軸受等の他のころ軸受であってもよいし、転がり軸受の転動体は、針状ころ以外に、円筒ころ、又は棒状ころ等の他のころであってもよい。また、転がり軸受は、転動体をころとしたころ軸受以外に、転動体を玉とした玉軸受であってもよい。また、本発明の転がり軸受は、トランスミッションの遊星歯車機構に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

１０転がり軸受１１第１の軌道面１２第２の軌道面
１３針状ころ（ころ，転動体）１４転動面２０凹部

Claims

第１の軌道面と、第２の軌道面と、これら両軌道面の間に転動可能に配置された複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記第１の軌道面、前記第２の軌道面、及び複数の前記転動体の転動面のうち、少なくとも１つの面に、多数の凹部が形成され、
前記面に対する前記凹部の開口の面積率は、５％以上３７％以下であり、
前記凹部の開口の円相当径は、１μｍ以上２７μｍ以下であり、
前記凹部における前記面の法線方向の深さは、３μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記凹部を除いた前記面の表面うねりは、０．２μｍ以下である、転がり軸受。
前記転動体は、ころである、請求項１に記載の転がり軸受。
前記転動体は、針状ころ、円筒ころ、及び棒状ころのいずれかである、請求項２に記載の転がり軸受。