JP6539014B2 - ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明はころ軸受に関する。

工作機械を用いた加工技術は年々高度化しており、それに伴って、これらの工作機械における軸受の使用条件も過酷になってきている。従来、厳しい環境で使用される軸受においては、接触面に所定の表面形状を設けることにより潤滑性を向上させようとする技術が種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１で提案された技術では、微量油又は枯渇潤滑下において、転動表面のピーリングやはくりなどの損傷を防止することを目的とし、ころ転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げている。また、転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）、最大谷深さＲｖ（μｍ）を、基準長さ毎に算出した平均値が、Ｒｖｋ≧０．３、Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４、Ｒｖ／Ｒｐ≧３．８を満たすことを定め、接触部の突起部を抑え平滑性を向上している。さらに、特許文献１で提案された技術では、輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍ（μｍ）が、ＲＳｍ≧３０を満たすことを定め、油溜りの谷以外の接触面を平滑としている。

また、特許文献２で提案された技術では、厳しい潤滑環境下における高い油膜形成能力を目的とし、転動体表面に微小凹形状のくぼみをランダム且つ無数に形成している。くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙｎｉは、０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍを満たし、且つ平均線からのゆがみ具合を示すＳｋ値は、Ｓｋ≦−１．６を満たし、軸方向面粗さＲｑｎｉ（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑｎｉ（Ｃ）との比の値は、Ｒｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）≦１．０以下を満たす。

特開２００４−１８３７８３号公報 特開２００８−３９１４２号公報

ところで、近年では、静止状態から１秒以内で数万回転まで加速し、再び数秒で静止状態まで戻すという急加減速運転条件で工作機械を使用することが多く行われている。そのため、軸受の潤滑性能をさらに向上することが望まれている。

しかしながら、上記特許文献１において用いられている、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑは、深い傷によって大きく左右される値である。そのため、接触面が十分に平滑でない場合であっても、くぼみが十分に深ければ、Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４を満たしてしまい、平滑性を保証できないおそれがある。

また、上記特許文献２において用いられているＳｋ値は、平均線に対して凹凸がどちらに大きく出ているかを示す値であり、他の粗さパラメータは、接触面とくぼみとを区別せずに平均化した値である。そのため、接触面の平滑性に関する基準は十分とはいえず、潤滑効果の優れた表面形状を定めるには不十分となるおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、厳しい使用条件下においても潤滑性を向上することにより耐磨耗・耐焼付き性を向上することが可能なころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に軌道面を有する内輪と、
内周面に軌道面を有する外輪と、
前記内輪及び前記外輪の軌道面間に転動自在に設けられ、外周面に転動面を有する複数のころと、
を備えるころ軸受であって、
前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記ころの転動面のうちの少なくともいずれかに、円周方向に長さを有する溝部が断続的に複数形成されており、
前記溝部が形成された面の表面粗さを軸方向に測定したとき、
突出谷部深さＲｖｋ／突出山部高さＲｐｋが、各測定結果の平均値として、４．１≦Ｒｖｋ／Ｒｐｋ≦５．６を満たし、
前記表面粗さの平均線からの深さが−０．１μｍ以上である凹部を前記溝部とし、前記平均線における前記溝部の開きを溝幅としたとき、評価長さ１ｍｍあたりの前記溝幅の割合（ｖ／ｌ）（％）が、各測定結果の平均値として、４．２≦（ｖ／ｌ）≦１７．３を満たし、
有効負荷粗さＲｋが、各測定結果の平均値として、０．０７５≦Ｒｋ≦０．０８９を満たし、
評価長さ１ｍｍあたりの溝部の数（本）ｎが、各測定結果の平均値として、３．５≦ｎ≦６．４を満たす、ころ軸受。

本発明のころ軸受によれば、各パラメータにより接触面の表面形状を規定することによって、厳しい使用条件下においても潤滑性を向上することにより、耐磨耗・耐焼付き性を向上することが可能である。

本発明の一実施形態に係るころ軸受の断面図である。 本実施形態における溝部と溝幅を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は実施例１〜４の試験片、（ｅ）（ｆ）は比較例１、２の試験片の表面形状をそれぞれ示す。 実施例１〜４および比較例１、２の試験片の焼付き時間の評価結果である。 Ｒｖｋ／Ｒｐｋと、焼付き時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係るころ軸受について、図１、２を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態に係るころ軸受１０は、内輪１１と外輪１２との間に、円筒形のころ１３が複数配置された、円筒ころ軸受である。各ころ１３は、周方向に等間隔で複数のポケット（不図示）が形成された保持器１４により、周方向の間隔が一定となるように保持されている。

内輪１１の外周面には、内輪軌道面１１ａが設けられ、外輪１２の内周面には、外輪軌道面１２ａが設けられる。外周面に円筒面である転動面１３ａを有する複数のころ１３は、内輪軌道面１１ａと外輪軌道面１２ａとの間で転動する。

本実施形態では、潤滑性能を向上するために、ころ軸受１０を構成する部材同士が接触する面、すなわち、内輪軌道面１１ａ、外輪軌道面１２ａ、および転動面１３ａの少なくともいずれかの表面形状を規定する。以後、これら内輪軌道面１１ａ、外輪軌道面１２ａ、および転動面１３ａを、接触面とも呼ぶ。より具体的には、これらの接触面の少なくともいずれかに、円周方向に長さを有し、潤滑剤を保持できる溝部を断続的に複数形成すると共に、粗さパラメータ等を用いて、当該溝部の形状や溝部以外の接触面の形状を規定している。

ここで、接触面の粗さ形状を、接触式粗さ測定機を使用して、軸方向に測定する。ここで、カットオフ値λｃを０．２５（ｍｍ）、測定長さを５λｃとして、軸方向に測定した粗さ形状から求められた粗さパラメータを用いる。

図２に示すように、本実施形態においては、軸方向に測定した表面粗さの平均線からの深さが−０．１μｍ以上である凹部を溝部とし、それより微小な凹部は溝部とみなさないものとする。平均線からの深さが−０．１μｍ以上である溝部が接触面に形成されていれば、潤滑性を向上することが期待できる。また、平均線における溝部の軸方向の開きを、溝幅ｖとする。

潤滑性の向上により耐摩耗性及び耐焼付き性を有する接触面の表面形状としては、以下の条件Ａ〜Ｄを定める。ここで、ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２：２００２に基づき、Ｒｐｋは突出山部高さ、Ｒｖｋは突出谷部深さ、Ｒｋは有効負荷粗さを示す。また、ｎは、評価長さ１ｍｍあたりの溝部の数（本）とし、（ｖ／ｌ）は、評価長さ１ｍｍあたりの溝幅の割合（％）とする。

条件Ａ：４．１≦Ｒｖｋ／Ｒｐｋ≦７．２
条件Ｂ：０．０７５≦Ｒｋ≦０．０８９
条件Ｃ：３．５≦ｎ≦６．４
条件Ｄ：４．２≦（ｖ／ｌ）≦１７．３

本実施形態のころ軸受は、内輪軌道面１１ａ、外輪軌道面１２ａ、および転動面１３ａの少なくともいずれかが条件Ａを満たしているので、接触面に突出した山部が存在しないことにより、溝部以外の部分の平滑性を保証することができ、荷重による損傷を抑制することができる。また、条件Ａを満たすことにより、接触面における溝部を十分に多くすることができる。これにより、溝部が十分な量の潤滑剤を保持できると共に、当該潤滑剤を接触面へ供給することができるので、潤滑性能を向上することができる。尚、条件Ａにおいては、４．１≦Ｒｖｋ／Ｒｐｋ≦５．６を満たすとさらに好ましい。

また、条件Ｄを満たしているとき、接触面の表面積において溝部が占める割合は、適切な範囲にある。また、条件Ｄを満たしているとき、溝部は潤滑剤保持に十分な容積を有すると共に、潤滑剤を吐き出すのに十分な開きを有するので、潤滑性能を向上することができる。したがって、本実施形態のころ軸受においては、いずれかの接触面が、条件Ａに加え、条件Ｄをも満たすことが好ましい。

有効負荷粗さＲｋは、表面粗さ形状における突出山部・突出谷部を除いた高さを示している。したがって、条件Ｂを満たしているとき、接触面のうち溝部を除いた部分、すなわち荷重を受け持つ面が十分に平滑となり、荷重による損傷を抑制することができる。また、条件Ｃを満たしているとき、接触面の表面積において溝部が占める割合は、適切な範囲にある。したがって、本実施形態のころ軸受においては、いずれかの接触面が、条件Ａ、Ｄに加え、条件Ｂや条件Ｃをも満たすことがより好ましい。

これらの条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いることで、内輪軌道面１１ａ、外輪軌道面１２ａ、および転動面１３ａの少なくともいずれかにおいて、潤滑剤の保持及び供給を行なう溝部や、荷重を受け持つ面の形状や粗さ等を適切に定めることができる。これにより、本実施形態のころ軸受１０は、潤滑性の向上による耐摩耗効果及び耐焼付き効果を得ることができる。

ここで、本発明に係るころ軸受１０の効果を実証するため、二円筒試験機を用いて、本発明で規定した表面形状を接触面に付与することによる耐摩耗効果及び耐焼付き効果を確認した。

内輪軌道面及びころ転動面を模した試験片の一方に、上記条件を満たす表面形状（実施例）または上記条件を満たさない表面形状（比較例）を付与する。実施例の試験片は、粗い砥石を用いた研削仕上げ面に、超仕上げまたはラップ仕上げを施して作製した。ここでは円周方向に沿って研削が行なわれるため、円周方向に長さを有する溝が形成される。また、砥石当たり面の移動や砥粒の脱落により、断続的な溝が形成される。また、比較例の試験片は、研削仕上げにより作製した。対となる試験片には、算術平均粗さＲａ（μｍ）が約０．０５となる研削仕上げ面を付与する。

二円筒試験は実際の円筒ころ軸受を模したすべり速度およびすべり率で行った。荷重は実機と同様にし、潤滑剤としてグリースを試験片表面に薄く塗布した枯渇潤滑状態で試験を行い、トルク上昇により試験機が停止するまでの時間を焼付き時間として効果の確認を行った。

表１、図３は、実施例１〜４及び比較例１、２の試験片の粗さの測定結果を示す。表１に示した算術平均粗さＲａ、有効負荷粗さＲｋ、溝部の数ｎ、ｖ／ｌの値は、各試験片の測定結果の平均値であり、Ｒｖｋ／Ｒｐｋは各測定結果の平均値である。また、表１には、Ｒｖｋ／Ｒｐｋの各測定結果が３．５〜１０の割合（％）も示す。

図４、図５は、試験で得られた各試験片の焼付き時間を比較した結果を示す。前述の条件を満たす実施例１〜４では、条件Ａ及びＤを満たさない比較例１、２の３〜４倍の焼付き時間を示した。さらに、条件Ｂの範囲内でも溝部の数が比較的多い実施例１、２の焼付き時間は、比較例１、２の５〜１０倍となることが分かった。また、図５より、４．１≦Ｒｖｋ／Ｒｐｋ≦５．６を満たしているとき、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かった。尚、条件Ａを満たさない外輪軌道面、内輪軌道面、ころ転動面においては、表面粗さＲａ（μｍ）を、０．０１≦Ｒａ≦０．１０とすることにより、さらに寿命を向上することができる。また、Ｒｖｋ／Ｒｐｋの各測定結果が３．５〜１０の割合を６３〜１００％とすることにより、溝部の数のバラつきを少なくでき、寿命をさらに向上することができる。

以上の結果により、本発明のころ軸受によれば、潤滑性を向上することにより、耐磨耗性及び耐焼付き性を向上することが可能であることがわかる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。前述した実施形態では、ころ軸受として円筒ころ軸受が例示されているが、本発明は、他のころ軸受にも適用可能である。また、上記実施例のように、内輪の軌道面及びころの転動面のうちのいずれかに円周方向に長さを有する溝部が形成される場合には、耐摩耗効果及び耐焼付き効果を特に向上することができるが、これに限定されない。本発明では、内輪の軌道面、外輪の軌道面、及びころの転動面の少なくともいずれかに、円周方向に長さを有する溝部が断続的に複数形成されていれば、耐磨耗・耐焼付き性を向上することが可能である。

１０ ころ軸受
１１ 内輪
１１ａ 内輪軌道面
１２ 外輪
１２ａ 外輪軌道面
１３ ころ
１３ａ 転動面
１４ 保持器

Claims (1)

1. 外周面に軌道面を有する内輪と、
   内周面に軌道面を有する外輪と、
   前記内輪及び前記外輪の軌道面間に転動自在に設けられ、外周面に転動面を有する複数のころと、
   を備えるころ軸受であって、
   前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記ころの転動面のうちの少なくともいずれかに、円周方向に長さを有する溝部が断続的に複数形成されており、
   前記溝部が形成された面の表面粗さを軸方向に測定したとき、
   突出谷部深さＲｖｋ／突出山部高さＲｐｋが、各測定結果の平均値として、４．１≦Ｒｖｋ／Ｒｐｋ≦５．６を満たし、
   前記表面粗さの平均線からの深さが−０．１μｍ以上である凹部を前記溝部とし、前記平均線における前記溝部の開きを溝幅としたとき、評価長さ１ｍｍあたりの前記溝幅の割合（ｖ／ｌ）（％）が、各測定結果の平均値として、４．２≦（ｖ／ｌ）≦１７．３を満たし、
   有効負荷粗さＲｋが、各測定結果の平均値として、０．０７５≦Ｒｋ≦０．０８９を満たし、
   評価長さ１ｍｍあたりの溝部の数（本）ｎが、各測定結果の平均値として、３．５≦ｎ≦６．４を満たす、ころ軸受。

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