JPH0754849A - ころがりまたはすべり運動する機械部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ころがりまたはすべり運動する機械部品の接
触部における油膜形成能力を改善することにより当該部
品の長寿命化を図ることである。 【構成】 ころがりまたはすべり接触面に、ころがりま
たはすべり運動方向を横切る方向の断続溝１５を多数分
散状に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸受、スラスト板、
歯車等のようにころがりまたはすべり運動する機械部品
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械部品の中には、ころがり運動をする
もの、すべり運動をするもの、その両方の運動を同時に
するものがある。本願ではこれらの運動を総称して「こ
ろがりまたはすべり運動」という。

【０００３】ころがりまたはすべり運動をする機械部品
においては、相手部品との接触部分の潤滑状態が良くな
い場合に、接触部品相互間に油膜破断による直接接触が
生じ、その結果接触部に表面損傷を生じることがある。

【０００４】このため従来は機械部品の表面あらさの大
きさをできるだけ小さくして、接触部の油膜破断による
表面損傷の発生を少なくしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】表面あらさの大きさを
できるだけ小さくするために、従来は鏡面仕上げしてい
たが、加工の手間がかかり、コスト高になる問題があっ
た。

【０００６】また、近年は機械部品の摩擦損失を減少す
る目的で、機械部品で使用される潤滑剤の粘度を小さく
したり、機械部品の使用条件が高温化、高速化する傾向
にある。このため、接触部品相互間に形成される油膜厚
さが薄くなり、表面あらさの大きさを極限にまで小さく
した鏡面仕上げの場合でも、接触部品相互間の直接接触
が生じやすくなってきた。

【０００７】そこで、この発明はころがりまたはすべり
運動する機械部品において、表面の微小な形状を改質す
ることによって、接触部の油膜厚さを増大させ、接触部
における表面損傷を防止し、長寿命化を図ることを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明はころがりまたはすべり接触する機械部
品において、ころがりまたはすべり接触面に、ころがり
またはすべり運動の方向を横切る方向の断続溝を分散状
に多数形成した構成としたものである。

【０００９】上記断続溝の表面に占める面積比率を３〜
３０％とし、またその断続溝の最大深さを４μｍとする
ことができる。更に、該断続溝の長さを方向と、ころが
りまたはすべり運動する方向の角度を４５度から９０度
とすることができる。

【００１０】

【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。

【００１１】図１に示した円筒ころ軸受１１は、内輪１
２と外輪１３及び両者の間に挿入された複数個のころ１
４を軸受要素とする。これらの軸受要素のころがり接触
する表面は、内輪軌道面１２ａ、外輪軌道面１３ａ及び
ころ転動面１４ａであり、すべり接触する表面は、外輪
つば面１３ｂ及びころ端面１４ｂである。

【００１２】これらのころがり接触する表面及びすべり
接触する表面の一部又は全部にころがり運動又はすべり
運動の方向を横切る方向に、図２に示すごとく、断続溝
１５が分散状に多数形成される。ここにいう断続溝１５
というのは、溝の長さ方向に連続することなく、機械部
品の接触面の範囲内で途切れた溝をいう。断続溝１５以
外の部分は超仕上げ面１６となっている。なお、図２は
ころ１４について示したが、他の軸受要素についても同
様である。

【００１３】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、直径１２ｍｍの
３種類の試験円筒Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３に形成した断続溝
１５の諸例を示すものである。これらの断続溝１５は研
削砥石の一部を断続的に試験円筒に接触させたものであ
り、その際接触部分に存在する砥粒により断続溝１５が
形成される。図３（Ａ）は断続溝１５の方向が試験円筒
の回転方向（矢印ａ）と直角であり、同（Ｂ）は直角と
斜めの断続溝１５が混在し、同（Ｃ）は方向を異にした
斜めの断続溝１５が混在している。これらの断続溝１５
は、１本だけ独立しているか、又は複数本が密に集合し
たものである。

【００１４】断続溝１５の接触部全面に対する布分密
度、各断続溝１５の長さ、溝の深さは、円筒面と砥石と
の接触状態、砥石の種類等により区々である。

【００１５】図３の（Ａ）〜（Ｃ）の場合、砥粒の粒度
は♯１２０のものを用いたが、♯５４から♯１０００の
どの砥石を用いても有効であった。また、溝の長さは最
大１ｍｍ、幅は最大０．０６ｍｍ、深さは最大０．００
３ｍｍである。なお、（Ｃ）図に示した斜めの角度θは
約６０度である。

【００１６】上記の試験円筒Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３につい
てころがり疲れ寿命試験を行うために、直径２０ｍｍの
相手円筒を製作し、ヘルツの最大接触圧力３ＧＰａ、試
験円筒の負荷速度２０４００ｃｐｍ、タービン油潤滑で
ころがり疲れ寿命試験を行った。

【００１７】この試験は、相手円筒の表面は研削仕上げ
を施し、接触部の油膜パラメータ（油膜長さ／表面粗
さ）が１未満の油膜が形成されにくい潤滑条件下で行っ
た。

【００１８】試験円筒と相手円筒の接触部はだ円形状
で、接触だ円のころがり方向の長さ（短軸長さ）は０．
３８ｍｍ、ころがり方向と直角な方向の長さ（長軸方
向）は８．０８ｍｍであり、試験円筒に付けた断続溝１
５の長さは、それぞれの方向の接触楕円の長さに比べ小
さい。

【００１９】試験結果は、図４に示すように、従来の円
筒の寿命を１としたとき、試験円筒の寿命比は、いずれ
も２以上の値を示した。３種類の試験円筒の寿命の順位
から、断続溝は円筒の回転方向と直角の場合（Ｎｏ．
１）が最も優れているといえるが、角度θが６０度の場
合（Ｎｏ．３）でも、十分に従来の円筒以上の寿命を得
ることができる。

【００２０】図５は、上記試験円筒の一つについて、仕
上げ面の状態を測定した例である。

【００２１】図６は、断続溝１５の面積比率を変えた試
験円筒の油膜形成能力を比較した結果である。

【００２２】試験円筒の大きさは、外径φ１２ｍｍ、幅
１２ｍｍで、試験円筒の材質は軸受鋼第２種（ＳＵＪ
２）、硬度はＨＲＣ６２である。

【００２３】これらの試験円筒の断続溝１５は、砥粒の
粒度を♯２７０としたカップホイールを用いて形成し
た。試験円筒の断続溝１５の長さは、４０μｍ〜１２３
０μｍで、断続溝の幅は３μｍ〜６２μｍである。

【００２４】断続溝１５の面積比率は、金属顕微鏡によ
り観察した試験円筒表面の拡大画像を、画像処理装置を
用いて、溝部と溝部以外の表面とに弁別し、溝の全面積
と観察視野の面積との比率を算出した。

【００２５】油膜形成能力の比較試験は、外径φ４０ｍ
ｍ、幅１２ｍｍ、外径面クラウニング６０ｍｍのＳＵＪ
２製相手円筒（ＨＲＣ６２）と上記形状の試験円筒を、
回転速度０．８ｍ／ｓ、タービン油潤滑、最大接触面圧
１．７ＧＰａのころがり運転条件で行い、試験円筒と相
手円筒の接触部に形成される油膜の形成率を、直流電気
抵抗法を用いて測定した。

【００２６】図６から、断続溝の面積率を３％〜３０％
とすることで、溝を付けない従来の超仕上げ加工を施し
た試験円筒より、油膜形成率を向上させ得ることがわか
る。

【００２７】この油膜形成能力の向上は、断続溝のマイ
クロＥＨＬ効果によるものである。

【００２８】マイクロＥＨＬ効果とは、平滑面を対象と
した従来のＥＨＬ（弾性流体潤滑）理論では取り扱われ
なかった表面あらさの個々の微小凹凸が流体膜の形成に
影響を及ぼすということである。

【００２９】図７は、断続溝の面積率が３％〜３０％で
ある試験円筒の溝の最大深さと、油膜形成率との関係を
示したものである。同図の場合の実験条件は、前記のも
のと同じである。同図から、断続溝１５の最大深さを
０．５〜４μｍとすることで、油膜形成率を著しく向上
させ得ることがわかる。

【００３０】なお、同図の溝の最大深さは、ランクテー
ラホブソン社製のタリサーフＳ５Ｃを用いて、試験円筒
の円周方向１ｍｍの長さの表面あらさを、それそれの試
験円筒につき３箇所測定し、各測定箇所中の最大溝深さ
を求め、それらの平均値として整理した数値で示した。

【００３１】図６及び図７で示した試験円筒の断続溝
は、試験円筒のころがり運動の方向と概ね直角な方向に
溝の長さ方向を配列させたものである。

【００３２】図８に、断続溝１５の面積率が３〜３０％
でありかつ断続溝１５の最大深さが４μｍ以下である断
続溝の長さ方向ところがり運動する方向とのなす角度θ
を変えた試験円筒の場合の油膜形成率の測定結果を示
す。同図の実験条件は、前記のものと同じである。同図
から、断続溝１５の長さ方向ところがり運動する方向と
のなす角度θを４５度から９０度の範囲とすることで、
油膜形成率を向上させ得ることがわかる。

【００３３】以上は、円筒ころ軸受についての実施例を
説明したが、この発明は図９（Ａ）（Ｂ）に示すごとき
すべり軸受のスラスト平板１７に適用することができ
る。この場合は、スラスト平板１７のすべり接触する表
面にその中心に対して放射方向に前述の場合と同様の断
続溝１５を形成する。

【００３４】また、図１０に示すように歯車１８の歯面
に同様の断続溝１５を形成することもできる。同図の一
点鎖線は接触だ円を示す。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、ころ
がり軸受を代表例とするころがりまたはすべり運動する
機械部品の接触部の油膜形成能力を改善することがで
き、該機械部品の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ころがり軸受の一部断面図

【図２】同上のころの一部拡大正面図

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）試験円筒の仕上げ面の顕微鏡写
真の筆写図

【図４】寿命試験結果の図表

【図５】同上の仕上げ面の表面粗さの測定例を示す図

【図６】溝の面積率と油膜形成の関係を示す図表

【図７】溝の最大深さと油膜形成率の関係を示す図表

【図８】溝の角度と油膜形成率の関係を示す図表

【図９】（Ａ）すべり軸受のスラスト平板の断面図 （Ｂ）同上の側面図

【図１０】歯車の一部拡大斜視図

【符号の説明】

１１ 円筒ころ軸受 １２ 内輪 １２ａ 内輪軌道面 １３ 外輪 １３ａ 外輪軌道面 １３ｂ 外輪つば面 １４ ころ １４ａ ころ転動面 １４ｂ ころ端面 １５ 断続溝 １６ 超仕上げ面 １７ スラスト平板 １８ 歯車

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ころがりまたはすべり接触面に、ころが
   りまたはすべり運動の方向を横切る方向の断続溝を分散
   状に多数形成してなるころがりまたはすべり運動する機
   械部品。
2. 【請求項２】 上記断続溝の表面に占める面積比率を３
   〜３０％とした請求項１に記載のころがりまたはすべり
   運動する機械部品。
3. 【請求項３】 上記断続溝の最大深さを０．５〜４μｍ
   とした請求項１又は２に記載のころがりまたはすべり運
   動する機械部品。
4. 【請求項４】 上記断続溝の長さ方向と、ころがりまた
   はすべり運動する方向の角度を４５度から９０度とした
   請求項１乃至３のいずれかに記載のころがりまたはすべ
   り運動する機械部品。