JP6970454B2 - ベアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベアリング装置に関するものである。

軸に被嵌される外筒と、この外筒の内周面に設けられる転動体保持器と、この転動体保持器に保持され前記外筒の内周面と前記転動体保持器との間に転動自在に配設される転動体とを備え、前記外筒の内周面には、前記転動体の軌道面となる転動体軌道面と、この転動体軌道面の両端部に夫々連設されこの転動体軌道面に対して傾斜する傾斜引込面とが設けられているベアリング装置（例えば、転がり軸受けなど）においては、転動体や転動体軌道面に繰り返し応力が作用するため、外筒の転動体軌道面と傾斜引込面との境界部付近に材料の疲れによるフレーキング（うろこ状の損傷）が発生し、このフレーキングの発生が製品の寿命とされている。

従来、このフレーキングの発生を抑え製品寿命の延命化を目的として、フレーキングが発生し易い外筒の転動体軌道面と傾斜引込面との境界部付近にクラウニング加工を施し微小の擬似Ｒ形状を設ける技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−１６９８３０号公報

しかしながら、このクラウニング加工は砥石若しくは流体による精密な研削が必要であるため、作業が煩雑であるうえにコスト高になってしまう。

本発明は、このような現状に鑑みなされたものであり、簡易に且つ低コストで製造可能でありながらフレーキングの発生を抑制し、定格寿命を十分に満足し得るベアリング装置を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

軸７に被嵌される外筒１と、この外筒１の内周面に設けられる転動体保持器２と、この転動体保持器２に保持され前記外筒１の内周面と前記転動体保持器２との間に転動自在に配設される転動体３とを備え、前記外筒１の内周面には、前記転動体３の軌道面となる転動体軌道面４と、この転動体軌道面４の両端部に夫々連設され該転動体軌道面４に対して傾斜する傾斜引込面５とが設けられているベアリング装置であって、前記転動体軌道面４と前記傾斜引込面５との間に前記傾斜引込面５よりも前記転動体軌道面４に対して傾斜が緩やかな緩傾斜引込面６が設けられ、前記傾斜引込面５は旋盤加工により形成された表面粗さＲｚが１．６μｍ前後の旋盤加工面であり、また、前記緩傾斜引込面６も旋盤加工により形成された旋盤加工面であり、さらに、この緩傾斜引込面６は表面粗さＲｚが前記傾斜引込面５の表面粗さＲｚよりも小さく且つ１．０μｍ≦Ｒｚ≦１．６μｍの旋盤加工面であり、また、前記緩傾斜引込面６の前記転動体軌道面４に対する傾斜角度δと、前記転動体軌道面４に対する前記傾斜引込面５の傾斜角度βとは、０．５度＜δ＜（β／２＋１）度（ただし、δ＜β）の関係式が成立するように設定され、且つ、前記緩傾斜引込面６が設けられる範囲ｗは、下記のように設定され、さらに、前記傾斜引込面５及び前記緩傾斜引込面６は、旋盤加工のみによって形成されていることを特徴とするベアリング装置に係るものである。
記
前記転動体３の直径φが４．７６２ｍｍ以下の場合、前記直径φの３０％〜７０％
前記転動体３の直径φが４．７６２ｍｍ＜φ≦７．１４３ｍｍ以下の場合、前記直径φの２５％〜６５％
前記転動体３の直径φが７．１４３ｍｍ＜φ≦９．５２５ｍｍ以下の場合、前記直径φの２０％〜６０％
前記転動体３の直径φが９．５２５ｍｍ＜φの場合、前記直径φの１５％〜５５％

また、請求項１記載のベアリング装置において、前記傾斜引込面５の傾斜角度βは５°１０’に設定され、前記緩傾斜引込面６の傾斜角度δは３°に設定されていることを特徴とするベアリング装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、簡易に且つ低コストで製造可能でありながらフレーキングが発生しにくく、定格寿命を十分に満足し得る実用的なベアリング装置となる。

本実施例の外筒を示す一部を切り欠いた説明正面図である。 本実施例の外筒の内周面の要部の拡大概略説明断面図である。 従来品の外筒を示す一部を切り欠いた説明正面図である。 従来品の外筒の内周面の要部の拡大概略説明断面図である。 本実施例の耐久性試験の結果を示す表である。 従来品の耐久性試験の結果を示す表である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、軸７と共に負荷部を形成する外筒１の内周面の転動体軌道面４と、この転動体軌道面４に対して傾斜角βの傾斜面に形成され無負荷部を形成する傾斜引込面５との間に、転動体軌道面４に対して傾斜角δの無負荷部を形成する緩傾斜引込面６が設けられている。

この緩傾斜引込面６の傾斜角δは、傾斜引込面５の傾斜角βよりも小さく、且つ傾斜角βとの間に０．５度＜δ＜（β／２＋１）度の関係式が成立する角度に設定されている。このδとβの関係式は実験結果に基づいて本発明者が見出したものである。

本発明は、このような傾斜角βの傾斜引込面５よりも緩やかな緩傾斜引込面６が転動体軌道面４と傾斜引込面５との間に設けられているから、言い換えると、負荷部となる転動体軌道面４に連設される無負荷部において、転動体軌道面４（負荷部）側に緩やかな緩傾斜引込面６及び傾斜引込面５を設け、この傾斜引込面５及び緩傾斜引込面６の傾斜角β，δを上記関係式が成立する角度に設定したから、転動体３や転動体軌道面４に作用する繰り返し応力が軽減され、この緩傾斜引込面６を設けない場合（例えば、クラウニング加工などのフレーキングの発生を抑制する処理が引込面に施されていない従来品）に比べてフレーキングが発生しにくくなり、製品寿命が延長する。

このように、本発明は、簡易に且つ低コストで製造可能な構成でありながらフレーキングが発生しにくく、定格寿命を十分に満足し得る実用的なベアリング装置となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、軸７と、この軸７に被嵌される外筒１と、この外筒１の内周面に設けられる転動体保持器２と、この転動体保持器２に保持され外筒１の内周面と転動体保持器２との間に転動自在に配設される転動体３とを備え、軸７と外筒１とが相対移動する構成で、この軸７と外筒１との間には負荷部が設けられ、外筒１と転動体保持器２との間には無負荷部とリターン部とが設けられ、前記負荷部と前記無負荷部と前記リターン部とで構成される循環部には転動体保持器２により保持される球状の転動体３が配設され、軸７と外筒１との相対移動に伴い転動体３が前記循環部を転動移動するように構成される直動案内装置やボールスプライン装置などの案内装置に構成されるベアリング装置である。

以下、本実施例に係る構成各部について詳述する。

軸７は、金属製（例えば鋼製）であり、図示しないが、丸棒状に形成されている。

また、転動体保持器２は、合成樹脂製若しくは金属製であり、図示しないが、円筒状に形成され、周面に負荷部に配設される負荷部用溝と、外筒１と共に無負荷部を形成する無負荷部形成溝と、外筒１と共にリターン部を形成するリターン部形成溝とが夫々、所定位置に設けられている。

また、外筒１は、軸７と同様に金属製（例えば鋼製）であり、転動体保持器２が挿入嵌合し得る円筒状に形成されている。

外筒１は、図１に示すように、内周面の長手方向（軸方向）中央部に軸７と共に負荷部を形成する転動体軌道面４が設けられ、この転動体軌道面４の両端部に夫々、転動体保持器２と共に無負荷無を形成する傾斜引込面５が設けられている。

転動体軌道面４は、転動体３が円滑に転動するように表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．０９μｍ〜０．１３μｍに設定され、図２に示すように、この外筒１内に挿通される軸７と平行になるように設けられている。

また、傾斜引込面５は、図示するように、転動体軌道面４に対して傾斜角β（約５度前後）の傾斜面に形成され、また、表面粗さＲｚ（最大高さ）は１．６μｍ前後に設定されている。なお、本実施例の傾斜引込面５は、旋盤により形成された旋盤加工面である。

また、本実施例の外筒１の内周面には、図示するように、前述した転動体軌道面４と傾斜引込面５との間にフレーキングの発生を低減するための緩傾斜引込面６が設けられている。

この緩傾斜引込面６は、傾斜引込面５と同様、旋盤加工面であり、また、傾斜引込面５よりも転動体軌道面４に対して緩傾斜となる傾斜面に形成されている。

具体的には、緩傾斜引込面６は、転動体軌道面４に対する傾斜角δが傾斜引込面５の傾斜角βと、０．５度＜δ＜（β／２＋１）度（ただし、δ＜β）の関係を満たす値に設定されている。なお、この緩傾斜引込面６は、転動体軌道面４との境界と傾斜引込面５との境界を繋いだ直線の傾斜角δが前記の関係式を満たしていれば、面形状は平面に限らず凸曲面であっても良い。

また、この緩傾斜引込面６は、表面粗さＲｚが傾斜引込面５の表面粗さＲｚよりも小さく且つＲｚ１．６μｍ以下に設定されている。

具体的には、緩傾斜引込面６の表面粗さＲｚは、旋盤加工で得ることが可能な１．０μｍ≦Ｒｚ≦１．６μｍ（好ましくは１．１μｍ≦Ｒｚ≦１．５μｍ）に設定されている。

また、緩傾斜引込面６は、循環部に配設される転動体３の球径により範囲ｗが決定される構成とされている。なお、本実施例における範囲ｗとは、図２に示すように、負荷部となる転動体軌道面４の延長線方向に沿った方向における長さで規定されるものである。

すなわち、緩傾斜引込面６の範囲ｗを転動体３の球径φに対して一律に設定した場合、球径φが大きくなるに連れ緩傾斜引込面６の範囲ｗが長くなり（領域が広くなり）、この緩傾斜引込面６の範囲ｗが長くなると負荷部の長さが短くなり（領域が狭くなり）、定格荷重（基本動定格荷重）が減少する問題が生じる。本実施例の緩傾斜引込面６は、この負荷部の範囲ｗが短くなり負荷部領域面積が小さくなることにより生じる定格荷重の減少を回避すべく、転動体３の球径φに応じて適宜な範囲ｗに設定されるように構成されている。

また、本実施例の緩傾斜引込面６は、どの球径の場合でも設定される範囲ｗの上限と下限の幅を４０％と一定の幅とすることで、負荷を受ける転動体３の数が従来品と変わらないように（従来品を同数となるように）構成されている。

具体的には、緩傾斜引込面６の範囲ｗは、転動体３の球径φが４．７６２ｍｍ以下の場合は転動体３の球径φの３０％〜７０％に設定され、転動体３の球径φが４．７６２ｍｍ＜φ≦７．１４３ｍｍ以下の場合は転動体３の球径φの２５％〜６５％に設定され、転動体３の球径φが７．１４３ｍｍ＜φ≦９．５２５ｍｍ以下の場合は転動体３の球径φの２０％〜６０％に設定され、転動体３の球径φが９．５２５ｍｍ＜φの場合は転動体３の球径φの１５％〜５５％に設定されている。

本実施例は上述のように構成したから、定格荷重を減少させることなく、転動体３や転動体軌道面４に作用する繰り返し応力が軽減され、この緩傾斜引込面６を設けない場合（例えば、クラウニング加工などのフレーキングの発生を抑制する処理が引込面に施されていない従来品）に比べてフレーキングが発生しにくくなり、製品寿命が延長される。

また、本実施例は、傾斜引込面５及び緩傾斜引込面６が旋盤加工面であるから、旋盤加工により形成する傾斜引込面５の形成作業と共に、緩傾斜引込面６を形成することができる。すなわち、本実施例は、クラウニング加工のような別加工にならず、一つの旋盤加工工程において傾斜引込面５と緩傾斜引込面６とを連続的に加工形成することができるため、簡易に且つ低コストで製造することができるものとなる。

このように、本実施例は、簡易に且つ低コストで製造可能でありながらフレーキングが発生しにくく、定格寿命を十分に満足し得る実用的なベアリング装置となる。

以下は、本実施例の効果を裏付ける実験である。

実験は、本実施例（図１，２参照）と従来品（本実施例の緩傾斜引込面６がない構成、図３，４参照）において夫々同条件で耐久性試験を行い、その結果を比較した。なお、本耐久性試験においては、本実施例及び従来品は、転動体軌道面４（従来品は転動体軌道面14）、傾斜引込面５（従来品は傾斜引込面15）及び緩傾斜引込面６（本実施例のみ）の表面粗さ並びに傾斜角度が下表１のように設定されたものを用いた。また、本実施例においては、緩傾斜引込面６の範囲ｗは約１．２ｍｍ（転動体３の球径の約６０％）とした。また、転動体３は球径φ２のものを用いた。また、耐久性試験の試験方法および条件は以下のとおりとした。

［試験方法］
ベースに設置されたサポートワーク間に架設される駆動軸に試験ワーク（本実施例及び従来品、ただし軸７は除く）を被嵌設置し、試験ワークに負荷荷重を与えてワーク固定状態から駆動軸を駆動させ、定格寿命距離（３２４１ｋｍ）、打切り距離（５０００ｋｍ）に対するフレーキング発生の有無を確認する。試験ワークの荷重位置は最初に負荷を掛ける位置を設置状態において下側に位置する転動体軌道面４とし、この下側の試験終了後、試験ワークを軸方向に反転させて上側に対しても同様の試験を行う。なお、本耐久性試験においては、本実施例及び従来品共に４つの試験ワークを準備し、夫々８回の耐久性試験を行った。

［試験条件］
設定速度：１５００ｍｍ／ｓ
ストローク：３２０ｍｍ
負荷荷重：動定格荷重の２５％
荷重係数（ｆｗ）：１
打切り距離：５０００ｋｍ

図５は本実施例の耐久性試験の結果を示すものであり、図６は従来品の耐久性試験の結果を示すものでる。

図５に示すように、本実施例の耐久性試験においては、Ｎｏ．３の下側の転動体軌道面４に荷重を掛けた際の試験のみにフレーキングの発生が確認された。

具体的には、Ｎｏ．３の試験ワークにおいては、走行距離２９００ｋｍの時点で転動体軌道面４と転動体３の双方にフレーキングが発生したことが確認された。

この結果、本実施例の耐久性試験においては、定格寿命距離、打切り距離の双方共に達成率は８７．５％（達成数７／８）であった。

これに対し、従来品は、図６に示すように、Ｎｏ．１及びＮｏ．４の上下両側の計４つの試験でフレーキングの発生が確認された。

具体的には、フレーキングが発生した４試験のうち、Ｎｏ．４の下側の転動体軌道面４に荷重を掛けた際の試験は、定格寿命距離はクリアし打切り距離に少し及ばない走行距離４８７３ｋｍの時点でフレーキングが発生し、その他の試験については、いずれも定格寿命距離に到達する前にフレーキングが発生した。特にＮｏ．１の上側及びＮｏ．４の上側においては、走行距離３００ｋｍ程度の早期の段階でフレーキングの発生が確認された。

この結果、従来品の耐久性試験においては、定格寿命距離の達成率は６２．５％（達成数５／８）、打切り距離の双方共に達成率は５０．０％（達成数４／８）であった。

以上の結果から、本実施例は従来品を上回る安定的な耐久性を有し、早期のフレーキングの発生が低減され、従来品に比べて製品寿命が延長されることが証明される。

なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ 外筒
２ 転動体保持器
３ 転動体
４ 転動体軌道面
５ 傾斜引込面
６ 緩傾斜引込面
７ 軸

Claims (2)

1. 軸に被嵌される外筒と、この外筒の内周面に設けられる転動体保持器と、この転動体保持器に保持され前記外筒の内周面と前記転動体保持器との間に転動自在に配設される転動体とを備え、前記外筒の内周面には、前記転動体の軌道面となる転動体軌道面と、この転動体軌道面の両端部に夫々連設され該転動体軌道面に対して傾斜する傾斜引込面とが設けられているベアリング装置であって、前記転動体軌道面と前記傾斜引込面との間に前記傾斜引込面よりも前記転動体軌道面に対して傾斜が緩やかな緩傾斜引込面が設けられ、前記傾斜引込面は旋盤加工により形成された表面粗さＲｚが１．６μｍ前後の旋盤加工面であり、また、前記緩傾斜引込面も旋盤加工により形成された旋盤加工面であり、さらに、この緩傾斜引込面は表面粗さＲｚが前記傾斜引込面の表面粗さＲｚよりも小さく且つ１．０μｍ≦Ｒｚ≦１．６μｍの旋盤加工面であり、また、前記緩傾斜引込面の前記転動体軌道面に対する傾斜角度δと、前記転動体軌道面に対する前記傾斜引込面の傾斜角度βとは、０．５度＜δ＜（β／２＋１）度（ただし、δ＜β）の関係式が成立するように設定され、且つ、前記緩傾斜引込面が設けられる範囲ｗは、下記のように設定され、さらに、前記傾斜引込面及び前記緩傾斜引込面は、旋盤加工のみによって形成されていることを特徴とするベアリング装置。
   記
   前記転動体の直径φが４．７６２ｍｍ以下の場合、前記直径φの３０％〜７０％
   前記転動体の直径φが４．７６２ｍｍ＜φ≦７．１４３ｍｍ以下の場合、前記直径φの２５％〜６５％
   前記転動体の直径φが７．１４３ｍｍ＜φ≦９．５２５ｍｍ以下の場合、前記直径φの２０％〜６０％
   前記転動体の直径φが９．５２５ｍｍ＜φの場合、前記直径φの１５％〜５５％
2. 請求項１記載のベアリング装置において、前記傾斜引込面の傾斜角度βは５°１０’に設定され、前記緩傾斜引込面の傾斜角度δは３°に設定されていることを特徴とするベアリング装置。

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