JPH03117723A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ころ軸受、更に詳しくは、相手面が粗面で
も仕上げの良い面でも長寿命を示すころ軸受に関する。

〔従来の技術および解決しようとする課題〕ころ軸受に
おける軌道軸及び転動体の寿命は、軌道面もしくは転勤
面の表面粗さが重要な因子であることは良く知られてお
り、また、一般に転がり疲れ寿命は、硬さと表層の残留
応力に影響され前者の表面粗さについては、従来、軌道
面と転勤面の仕上げをできるだけ滑らかな面にするのが
よいと考えられていたが、軸受の転勤疲労寿命を向上さ
せるための試行錯誤を繰り返すなかで、軌道面又は転勤
面の仕上りを良くしなくても長寿命に効果のあることを
見い出した。

上記のような軌道軸もしくは転動体は、軌道面又は転勤
面をＲ，、，０，３〜０．８μ謬のランダムなすり傷の
粗面に形成した構造であり、長寿命の効果を発揮するこ
とができるが、仕上げ面の良い相手に対しては、油膜形
成が不十分となり、相手面の摩耗や相手面のビーリング
損傷が発生する場合があり、相手面の仕上げ条件に対し
て使用できる範囲が狭いという点で改善の必要性が見い
出された。

また、後者の転がり疲れ寿命は、硬さについて言えば高
硬度が長寿命で、表層の残留応力については圧縮応力の
大きい状態が長寿命であることが知られている。

〔発明の目的〕

そこでこの発明は、軌道軸と転動体における軌道面又は
転勤面の面粗さの評価を軸方向だけでなく転がり方向に
も着目し、軸方向と円周の表面粗さを一定範囲に抑える
ことで油膜形成が有利に行なえ、しかも表面の硬度と表
層の残留反応が好ましい状況を示し、相手面の面粗さの
良否何れにも対応できる長寿命のころ軸受を提供するこ
とが目的である。

（目的を達成するための手段） 上記のような目的を達成するため、この発明は、ころ軸
受における軌道軸の表面及び転動体の表面の少なくとも
一つの表面に、独立した微小な凹形状のくぼみを無数に
ランダムに形成し、この微小なくぼみの表層の硬さを内
部に比べて高硬度とし、合せて表層の圧縮残留応力を積
極的に生成させた構成としたものである。

〔作用〕

軌道軸と転動体の表面の一方又は両方をランダムな微小
粗面に形成し、例えば、この微小粗面の仕上げ面粗さパ
ラメータＲＭＳを軸方向（シ）、円周方向（Ｃ）で求め
、その比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）を１．０以下とし
、合わせてパラメータＳＫ値を軸方向、円周方向とも−
１，６以下とすると、軌道面又は転勤面の油膜形成率が
向上し、相手面の面粗さのいかんにかかわらず相手面に
ピーリング損傷や摩耗の発生がなく、長寿命を得ること
ができる。

また、上記の微小なくぼみを施すことによって、軌道軸
及び転動体の表面が高硬度になり、しかも表層の残留応
力については圧縮応力が大きくなり、転がり疲れ寿命が
向上する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は内輪１と外輪２の内に多数の円筒ころ転動体３
を配置したころ軸受４を例示している。

上記ころ軸受４における内輪１と外輪２の表面又は転動
体３の表面の少なくとも一つの表面がランダムな方向の
微小粗面５に形成され、この微小粗面５は、表面の軸方
向と円周方向のそれぞれを求めてパラメータＲＭＳで表
示したとき、軸方向面相さＲＭ　Ｓ　（Ｌ）と円周方向
の面粗さＲＭ　Ｓ　（Ｃ）の比ＲＭ　Ｓ　（Ｌ）／ＲＭ
　Ｓ　（Ｃ）を１．０以下、例えば、０．７〜１．０に
すると共に、表面粗さのパラメータＳＫ値が軸方向、円
周方向とも−１，６以下になっている。

上記のような表面の粗面条件を得るための表面加工処理
は、特殊なバレル研磨によって、所望する仕上面を得る
ことができる。

前記パラメータＳＫ値とは、表面粗さの分布曲線の歪み
度（ＳＫＥＷＮＥＳＳ）を指し、ガウス分布のような対
象形分布はＳＫ値がＯとなるが、パラメータＳＫ値を円
周方向、軸方向とも−１，６以下とした設定値は、表面
凹部の形状、分布が油膜形成に有利な範囲である。

第２図は標準ころ転動体の仕上げ面状況を、また第３図
に内輪又は転動体の表面に微小粗面加工を施した仕上げ
面状況を比較している。

前記微小粗面５を得るために、ころ軸受の構成部材であ
る内外輪１．２又は転動体３の表面に特殊なバレル研磨
を施すと、微小粗面５を設けた部材の表層の硬さを内部
に比べて高硬度とすることができると同時に、表層の圧
縮残留応力を積極的に生成させることができる。

第４図は表面に微小粗面５を加工したころ転動体と、表
面をミガキタンブラー仕上げした標準ころ転動体の断面
硬度分布の測定結果を示している。

第４図で明らかな如く、標準ころ転動体は表層の硬さと
内部硬度に大きな差はない。

これに対して微小粗面５を加工したころ転動体は、表層
の硬さが内部硬度に対してＨｖで３０〜６０ポイント硬
度アップしている。

次に、表面を研磨仕上げしたころ転動体とミガキタンブ
ラー仕上げしたころ転動体及び微小粗面を加工したこる
転動体の各表層の圧縮残留応力を測定した結果を第５図
に示す。

同図の如く、圧縮残留応力は、研磨仕上げが２５０ＭＰ
ａ、　ミガキタンブラー仕上げが４５０〜５００ＭＰａ
であるのに対し、微小粗面の場合は６００　Ｍ　Ｐａ以
上、具体的には８５０〜９００　Ｍ　Ｐａである。

このように、微小粗面を加工したこる転動体は、表層が
高硬度となると共に、表層の残留応力についても圧縮応
力が大きく、転がり疲れ寿命を向上させることができる
。

次に、内輪の軌道面及び転動体の転勤面に、仕上げ面の
異なる表面処理を施した複数種類の二ドル軸受を製作し
、微小粗面の効果を確認する寿命試験を行なった結果に
ついて説明する。

寿命試験に用いたころ軸受は、第６図に示すように、外
径計−３８ｍｍ、内径ｄｒ＝２８ａｍ、転動体３の直径
Ｄ　＝　５　＋＋＋ｍ、長さＬ＝１３ｍｍで、１４本の
転動体を用いた保持器６付のニードル軸受である。

試験軸受は、内輪が研削仕上げで転動体も標準仕上げの
従来軸受Ａと、内輪の軌道面に微小粗面を加工し、転動
体に標準仕上品を用いたこの発明の第１の軸受Ｂと、内
輪の軌道面及び転動体の転勤面を共に微小粗面に加工し
たこの発明の第２の軸受Ｃとの３種類を製作した。

なお、各試験軸受において、標準仕上げ面と微小粗面加
工を施した仕上げ面の状況は第２図と第３図で示した通
りである。

また、使用した試験装置は、第７図に概略図で示したよ
うなラジアル荷重試験機１１を使用し、回転軸１２の両
側に試験軸受Ａ乃至Ｃを取付け、回転と荷重を与えて試
験を行うものである。

なお、内輪研削仕上面はＲ…ａｘｏ、４〜４−である。

又、軸受Ｂ、Ｃの微小粗面はＲｍａｘ２．５ｐｍ及び４
　ｕｙｒである。アウターレース（外輪）は研削仕上Ｒ
ｍａｘ１．６ｐｍで何れの場合も共通である。

また、試験条件は以下の通りである。

軸受ラジアル荷重　　　１４６５ｋｇｆ回転数　　　　
　　　　３０５Ｏｒｐｍ潤滑剤　　　　　　　　タービ
ン油 以上の条件で各試験軸受Ａ、Ｂ、Ｃに対して行なった試
験結果を第８図と第９図に示す。

第８図は各試験軸受Ａ、ＢＳＣにおける転動体の寿命デ
ータを、第９図は各試験軸受における内輪研削仕上面粗
さと耐久寿命の結果を示している。

上記のような試験結果から明らかなように、この発明の
試験軸受ＢとＣは、従来の試験軸受Ａに比べて全て長寿
命を示した。

即ち、従来の試験軸受Ａに比べ、この発明の試験軸受Ｂ
は約３倍、試験軸受Ｃは約７倍の長寿命となる。

また、上仕上面と粗面の転勤のとき上仕上面側にピーリ
ング損傷が見られることが多いが、この発明の試験軸受
ＢとＣには認められなかった。

第１０図と第１１図は、各試験軸受Ａ、Ｂ、Ｃ０３Ｋ値
、ＲＭＳのＬ／Ｃと寿命（Ｌ、、）を求めた結果を示し
ている。

第１Ｏ図の如く、ＳＫ値−１，６以下の試験軸受Ｂ、Ｃ
では長寿命を示している。

また、軸方向粗さＲＭＳ（Ｌ／Ｃ）は、第１１図の如く
バレル研磨特殊加工の１．０でも長寿命であることが判
明した。

なお、ＲＭＳ（Ｌ／Ｃ）値のみで長寿命軸受の転動体を
評価するには不充分であることも判明した。

次に上記試験条件下において、試験軸受ＡとＢの標準こ
ろとの組合せによるＧｒｕｂｉｎの式に基づく油膜パラ
メータΔの計算値を表１に示す。

計算の結果、油膜パラメータΔは相手面粗さにより大き
く左右され、Ｒｍａｘ２．５μｍでは軸受Ａが１゜１５
、軸受Ｂは０．７８となる。

一般に油膜パラメータと油膜形成率には第１２図に示す
関係があり、寿命の観点からも油膜パラメータは大きい
方が良いと言われているが、寿命試験結果からも明らか
な通り、−概にΔだけでは説明できない。

内輪仕上面の油膜形成状況のＴＲＩ認及び耐ピーリング
性について、２円筒の試験機を用いて、自由転がり条件
下で、本発明試験軸受Ｂ及び従来の試験軸受Ａと同一の
表面状態の試験片を用いて加速ピーリング試験を行なっ
た。油膜形成状態の確認は、直流通電方式により行なっ
た。

試験条件 最大接触面圧　　２２７Ｋｇｆ／ｍｍ”周速　　　　　
　４．２ｍ／ｓｅｅ（２００Ｏｒｐｍ）潤滑剤　　　　
　タービン油 繰り返し負荷回数　　４　、８　Ｘ　１０’　（４ｈｒ
）この試験による油膜の形成率は、第１３図と第１４図
に示す通りであり、本発明試験軸受Ｂの仕上面の油膜形
成率は、従来の試験軸受Ａに比較して運転開始時で２０
％程度油膜形成率が向上した。

また、繰り返し負荷回数１．２Ｘ１０’でほぼ完全に油
膜を形成することが確認された。

更に、従来の試験軸受Ａの仕上面では、長さ０．１閣程
度のピーリングの発生、進展が多数認められるのに対し
、本発明の試験軸受Ｂの仕上面では、損傷は認められな
かった。

〔効果〕

以上のように、この発明によると、ころ軸受における軌
道軸の表面及び転動体の表面の少なくとも一つの表面を
ランダムな微小粗面に形成し、この微小粗面の軸方向及
び円周方向の粗さを一定範囲に抑えるようにしたので、
軌道軸及び転動体の油膜形成に有利となり、相手面が粗
面でも仕上面の良い相手に対しても長寿命を得ることが
でき、相手面の摩耗やピーリング損傷がないという効果
がある。

また、微小粗面の形成により表層の硬さを内部に比べて
高硬度とし、合わせて表層の圧縮残留応力を積極的に生
成させたので、転がり疲れ寿命の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はころ軸受の断面図、第２図と第３図は転動体に
おける仕上げ面状況を示す概略図、第４図は転動体の断
面硬度分布の測定結果を示すグラフ、第５図は転動体表
層の圧縮残留応力を測定した結果を示すグラフ、第６図
は寿命試験に用いたニードル軸受の断面図、第７図は試
験装置の概略図、第８図と第９図の各々は転勤疲労寿命
試験の結果を示すグラフ、第１０図はＳＫ値と寿命の関
係を示すグラフ、第１１図はＲＭ　Ｓ　（Ｌ／Ｃ）値と
寿命の関係を示すグラフ、第１２図は油膜パラメータと
油膜形成率を示す関係図、第１３図と第１４図は油膜形
成率を示すグラフである。 １・・・・・・内輪、　　　　　　　２・・・・・・外
輪、３・・・・・・転動体、　　　　　　４・・・・・
・ころ軸受、５・・・・・・微小粗面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ころ軸受における軌道軸の表面及び転動体の表面
   の少なくとも一つの表面に、独立した微小な凹形状のく
   ぼみを無数にランダムに形成し、この微小なくぼみの表
   層の硬さを内部に比べて高硬度とし、合せて表層の圧縮
   残留応力を積極的に生成させたころ軸受。