JPH0968217A

JPH0968217A - 軸受装置

Info

Publication number: JPH0968217A
Application number: JP7221449A
Authority: JP
Inventors: Hideto Nakao; 英人中尾; Kimiaki Matsukawa; 公映松川; Norihiro Yonezawa; 典洋米沢; Yoshinori Shirafuji; 好範白藤; Kazuyuki Akiyama; 和之穐山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受装置において、軸部の摺動により生じる
装置の焼付けがおこりやすかったこと。【解決手段】軸受部１とこれに相対する軸部２とを備
えた軸受装置において、軸部２の表面に回転軸４の軸方
向に沿って周期的に略台形状の凹凸を有する表面加工部
３を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業機器に搭載さ
れる軸受装置に関するものであり、特に軸受装置の外部
からジャーナル荷重等の負荷荷重を受ける場合におい
て、装置の焼付を抑制する軸受装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】軸受装置において、軸受部に外部からジ
ャーナル荷重などの負荷荷重がかかる場合、その負荷荷
重の大きさが大きくなると軸部の摺動面と、軸受部との
摩擦熱により装置が焼付をおこすため、これを抑制する
工夫がいろいろとなされている。図１２、１３は例えば
実開昭５６−１７１４２３号公報に示された従来の軸受
装置の軸受部の断面を示す図である。図において、５３
は軸受裏金であり、軸受裏金５３は穴５６を有してい
る。５５は熱伝導部材であり、熱伝導部材５５は穴５６
に嵌挿している。熱伝導部材５５は軸受裏金５３よりも
高い熱伝導率を有している。５４は軸受裏金５３の内径
と熱伝導部材５５の一端とに当接させたホワイトメタル
であり、ホワイトメタル５４を有することにより、軸部
（図示せず）との摩擦を軽減することが可能となる。

【０００３】軸受部５０は、穴５６を有する軸受裏金５
３、ホワイトメタル５４、および熱伝導部材５５を備え
ることにより、ホワイトメタル５４の内径よりも内側の
部分に挿入した軸部（図示せず）がその回転軸を中心に
摺動したとき、軸部（図示せず）と、ホワイトメタル５
４との摩擦により発生した熱は熱伝導部材５５に伝導
し、外側へ拡散させることが可能となる。これにより熱
伝導部材５５を有しない軸受装置に比べ、軸受内面の温
度上昇を抑えることが可能となり、よって軸受装置の焼
付を抑制することが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の軸受装置は上記
のように構成されている。従って、軸受部５０は温度上
昇による焼付を抑制するには熱伝導部材５５を必要とす
るため、軸受装置の製造工程が複雑になるとともに、装
置の構成が複雑になり、製造コストが高くなるという問
題点がある。また、軸受部５０の内径と外径との差が小
さくなる場合、つまり、軸受部５０の厚さが薄くなる
と、軸受裏金５３から熱伝導部材５５に伝導する熱が少
なくなるため、軸受装置の焼付は軸受裏金５３の熱伝導
率に依存するようになり、熱伝導部材５５を挿入するこ
とによる効果が小さくなるという問題点があった。ま
た、軸部（図示せず）の表面、および軸部の表面に当接
する軸受部５０の表面は巨視的な見地からは滑らかであ
っても、微視的（数１０〜数１００μｍオーダー）な見
地からは不規則な凹凸を有しており、粗いといえる。

【０００５】従って、軸部の摺動面とこの摺動面に接す
る軸受部５０の表面との間に摩擦を軽減するための潤滑
油をいれた場合、軸部の摺動面、または軸部の摺動面と
接する軸受部５０の表面は微細な加工がなされていない
ため潤滑油の油膜保持能力が低く、油膜が安定して発生
しないため、焼付を抑制する効果が小さかった。本発明
は上記のような問題点を解決するためになされたもので
あり、軸部、または軸部の摺動面と接する軸受部の表面
を特定の条件を満足する形状となるように加工を施すこ
とにより油膜を安定に発生させ、これにより焼付を抑制
するとともに、安価で薄い軸受にも適用できる軸受装置
を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載の軸受装置は、軸受部と、該軸受部に相対する軸部と
を有する軸受装置において、前記軸受部、または前記軸
部のうちの少なくともいずれか一方の表面に所定の方向
に沿って下底の長さに対する上底の長さの比が一定とな
る凹凸を周期的に形成した表面加工部を有するものであ
る。

【０００７】この発明の請求項２に記載の軸受装置は、
軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置
において、前記軸受部、または前記軸部のうちの少なく
ともいずれか一方の表面に前記軸部の軸方向に沿って周
期的に略台形状の凹凸を有する表面加工部を備え、該略
台形の下底の長さの平均値に対する上底の長さの平均値
の比が０．６以上かつ１．０未満としたものである。

【０００８】この発明の請求項３に記載の軸受装置は、
軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置
において、前記軸受部、または前記軸部のうちの少なく
ともいずれか一方の表面に前記軸部の回転方向に沿って
周期的に略台形状の凹凸を有する表面加工部を備え、該
略台形の下底の長さの平均値に対する上底の長さの平均
値の比が０より大きくかつ０．６以下としたものであ
る。

【０００９】この発明の請求項４に記載の軸受装置は、
軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置
において、前記軸受部、または前記軸部のうちの少なく
ともいずれか一方の表面は前記軸部の回転方向に沿って
周期的に略三角形状の凹凸を有する表面加工部を備えた
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の軸受装置を示すための断
面図である。図１において、１は軸受部、２は軸部であ
る。また、軸部２において、軸受部１と摺動する部分の
表面には、一定方向に沿って下底の長さに対する上底の
長さの比が一定となる凹凸を周期的に形成した表面加工
部３を有する。４は軸部２の回転軸であり、軸部２は回
転軸４を中心にして回転する。本実施の形態では表面加
工部３の一例として、回転軸４の軸方向に沿って数１０
〜数１００μｍの周期で略台形形状の凹凸を有するよう
に旋盤などを用いて加工を施している。表面加工部３に
上述のような形状をもたせる方法には例えば、軸部２の
回転方向に沿って削りをいれること等が挙げられる。ま
た、表面加工部３と接する軸受部１の表面は少なくとも
巨視的にみてなめらかである。

【００１１】図２は、図１において回転軸４の軸方向に
沿って周期的に略台形形状の凹凸を有するように加工を
施した表面加工部３のＡ部分の拡大図である。図２にお
いて、３１は略台形の上底、３２は略台形の下底であ
る。

【００１２】本発明の軸受装置は、様々な表面の粗さを
もつ表面加工部３に対し軸受装置の焼付を調べた結果、
表面加工部３の粗さを適切に加工することにより焼付の
起こりにくい軸受装置を得ることを目的とする。ここ
で、表面加工部３の粗さの基準として略台形の下底の長
さの平均値に対する上底の長さの平均値の比を採用し
た。ここで、略台形の下底の長さの平均値に対する上底
の長さの平均値の比を算出する方法について説明する。
まず、表面加工部３に形成された略台形の中のいくつか
｛例えばｎ個（ｎは表面加工部３に形成された略台形の
個数以下の自然数）｝をサンプルする。サンプルしたｎ
個の略台形のうちのｉ番目の略台形において、上底の長
さをU(i)、下底の長さをL(i)とする。

【００１３】また、サンプルしたｎ個の略台形におい
て、上底の長さの平均値をs、下底の長さの平均値をt
、下底の長さの平均値に対する上底の長さの平均値の
比をRとすると、 s = (U(1)+U(2)+・・・+U(i)+・・・+U(n))/n (1) t = (L(1)+L(2)+・・・+L(i)+・・・+L(n))/n (2) R=s/t=(U(1)+U(2)+・・・+U(i)+・・・+U(n))/(L(1)+L(2)+・・・+L(i)+・・・+L(n)) (3) n:平均値をとるためにサンプルした略台形の数 i:１からｎまで間の値をとる自然数となる。よって(3)式よりRの値を算出し、このときの軸
受装置の焼付を調べた。

【００１４】または、(3)式のかわりに W =(U(1)/L(1)+U(2)/L(2)+・・・+U(i)/L(i)+・・・+U(n)/L(n))/n (4) n:平均値をとるためにサンプルした略台形の数 i:１からｎまで間の値をとる自然数を粗さの基準として用いてもよい。

【００１５】図３は実際に軸部２に加工を施し、表面加
工部３を形成したとき、表面加工部３の表面の形状の一
部を示す図である。すなわち、図３は表面粗さ曲線の形
状を測定し、その結果、略台形形状の下底の長さの平均
値tが175μｍ、略台形形状の上底の長さの平均値sが120
μｍ、tに対するsの比Rが0.6857となるときの表面の粗
さの形状を示す図である。

【００１６】図３において、横軸は軸部２の回転軸の軸
方向、縦軸を軸部２の回転軸と垂直な方向である。図３
において、７１は略台形の下底の左端、７２は略台形の
下底の右端、７３は略台形の上底の左端、７４は略台形
の上底の右端である。図３より表面加工部３は回転軸の
軸方向に沿って略台形形状を有しているのがわかる。
よって、回転軸の軸方向に沿って形成された略台形の中
のいくつかをサンプルし、サンプルした個々の略台形に
対し左端７１、右端７２の位置を測定し、これから水平
距離を算出しこれを略台形の下底の長さとする。また、
左端７３、右端７４の位置を測定し、これから上底の長
さを算出する。

【００１７】ここで、Rの値を適当に変化させた種々の
表面加工部３を有する軸部２を用い軸受装置を構成し、
この軸受装置に対し、軸部２を周速2.4(m/s)で回転させ
た状態で軸受部１に外部から負荷荷重を与え、焼付荷重
を測定し、焼付荷重から焼付面圧を算出した。測定に際
し、軸部２の材質にはFC700材（JIS規格）、軸受部１の
材質にはFC250材（JIS規格）を用いた。また、表面加工
部３と軸受部１との間の摩擦を軽減するために、例えば
鉱油系潤滑油などの潤滑油を用いた。Rの値は(3)式より
算出した。また、焼付荷重は表面加工部３と、軸受部１
との摩擦係数が０．６になったときの軸受に加えられる
負荷荷重とした。また、焼付面圧は焼付荷重を軸受投影
面積で割ったものから算出した。ここで、表面加工部を
形成していない場合、すなわち軸部２の摺動面、および
軸部２の摺動面に接する軸受部１の表面に微細な加工を
施していない場合、焼付面圧は４．０（MPa:メガパスカ
ル）である。

【００１８】図４に個々のtに対するsの比Rの値に対す
る焼付面圧の特性を調べた結果を示す。図４において、
横軸はR、縦軸は焼付面圧（MPa:メガパスカル）を表わ
す。図４より、Rの値が0.6から1.0の間では、焼付面圧
の値は表面加工部を形成しない場合に比べ格段に高くな
っているのがわかる。よって、Rの値を0.6から1.0の間
となるように表面加工部３を加工することにより、潤滑
油の油膜保持能力が上昇し、焼付面圧が高くなる。焼付
面圧が高い程、軸受装置は焼付を抑制する。特に、Rの
値が1.0のとき、表面加工部３は、微視的にみて凹凸が
無い滑らかな形状とみなすことができ、このとき焼付面
圧は最大になり、装置は最も焼付にくくなる。よって、
Rの値を適切に調節し表面加工部３を加工することによ
り、構成が簡単であり、焼付を抑制する軸受装置を得る
ことが可能となる。

【００１９】実施の形態２．実施の形態１では軸部２に
回転軸の軸方向に沿って略台形形状を有する表面加工部
３を形成することにより、軸受装置が焼付を抑制するこ
とについて述べた。本実施の形態は、軸部２の摺動面と
当接する軸受部１の表面に軸部２の回転軸の方向に沿っ
て周期的（周期は数１０〜数１００μｍ）に略台形形状
の分布をもつように加工を施した表面加工部を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００２０】図５は本発明の軸受装置の実施の形態の一
例を示す図である。図５において、５は軸受部、７は軸
部、６は軸受部５において、軸部７の摺動面と接する面
に軸部７の回転軸の軸方向に沿って略台形形状となるよ
うに加工を施すことにより、形成した表面加工部であ
る。また、表面加工部６と接する軸部７の表面は少なく
とも巨視的にみて滑らかである。

【００２１】焼付面圧と、表面加工部６の表面粗さ形状
との関係は、表面加工部を形成する位置の違いだけなの
で、実施の形態１の場合と同様の結果となり、すべり軸
受部の摺動面の加工方向に直交する表面粗さの略台形形
状の平均的な下底の長さに対する表面粗さの略台形形状
の平均的な上底の長さの比Rが0.6から1の範囲であれ
ば、油膜保持能力が上がるため、軸部７と軸受部５との
摩擦により生じる摩擦熱が少なくなり焼付きにくくな
る。よって、表面加工部３を適切に設計することによ
り、構成が簡単であり、装置の焼付を抑制する軸受装置
を得ることが可能となる。

【００２２】実施の形態３．実施の形態１、２では軸
部、または軸受部の表面に軸部の回転軸の軸方向に沿っ
て略台形形状を有するように加工を施すことにより、焼
付を抑制する軸受装置がえられることに付いて述べた。
本実施の形態では、軸部の表面に該軸部の回転軸の回転
方向に沿って略台形形状を有するように加工を施したこ
とを特徴とするものである。

【００２３】図６は、実施の形態の一例を示すすべり軸
受装置の断面図である。図６において、１０は軸部であ
り、軸部１０は回転軸１２を中心にして回転する。１１
は軸部１０の摺動面に形成された表面加工部であり、表
面加工部１１は回転軸１２の回転方向に沿って略台形形
状を有するように形成されている。表面加工部１１を上
述のような形状にするには、例えば軸部１０の摺動面に
回転軸１２の回転方向に沿って数１０μｍ〜数１００μ
ｍの間隔で回転軸１２の軸方向に沿って削りなどの加工
を施すこと等が挙げられる。また、表面加工部１１と接
する軸受部１の表面は少なくとも巨視的にみて滑らかで
ある。

【００２４】図７は、軸部１０の摺動面に加工を施し、
表面加工部１１を形成したときの表面の形状を示すため
の図である。図７は表面加工部１１に形成される略台形
において、上底の長さの平均値sが１２５（μｍ）、下
底の長さの平均値tが１８２（μｍ）であり、下底の長
さの平均値tに対する上底の長さの平均値sの比Rが0.686
3であるときの表面加工部１１の形状を示す図である。
図７において、横軸は回転軸１２の基準位置からの回転
変位、縦軸は表面加工部１１の位置を示す。図７に示す
ように、表面加工部１１は回転軸１２の回転方向に沿っ
て略台形形状を有しているのがわかる。

【００２５】本実施の形態では、Rの値を変えた表面加
工部を有する軸部を持つ軸受装置を構成し、この軸受装
置に対して実施の形態１と同様に焼付試験を行い、その
結果、Rの値を適切にすれば焼付を抑制できるととも
に、構成が簡単である軸受装置が得られることを特徴と
する。

【００２６】図８は、軸部１０の材質にFC700材（JIS規
格）、軸受部１の材質にFC250材（JIS規格）を用いて、
図６の構成を有する軸受装置を構成したときのRに対す
る焼付面圧を算出した結果を示す図である。このとき、
表面加工部１１と軸受部との間に鉱油系潤滑油などの潤
滑油をいれ、かつ軸部１０の周速を2.4m/sとした。ま
た、Rは(3)式より算出した。図８において、横軸は表面
加工部１１に形成される略台形において、下底の長さの
平均値に対する上底の長さの平均値の比Rであり、縦軸
は焼付面圧を示す。

【００２７】図８から、図６のような構成を有する軸受
装置ではRの値が0.6以下であれば、潤滑油の油膜保持能
力が高くなり、これにより焼付面圧は高くなり、よって
軸受装置の焼付が抑制されることがわかる。特に、Rの
値が0.0のとき表面加工部１１の形状は、図９に示すよ
うに回転軸１２の回転方向に沿って略三角形形状を有
し、この場合焼付面圧が最大となることがわかる。

【００２８】よって、図６の構成を有する軸受装置にお
いて、Rの値が0.6以下であるように表面加工部１１を形
成することにより焼付面圧が高くなるため、焼付を抑制
する軸受装置が得られる。

【００２９】実施の形態４．実施の形態３では、軸部の
摺動面に該軸部の回転軸の回転方向に沿って略台形形状
を有するように加工を施すことにより装置の焼付を抑制
する軸受装置が得られることについて述べた。本実施の
形態では、軸受部において、軸部の摺動面と接する面に
軸部の回転軸の回転方向に沿って略台形形状を有するよ
うに加工を施した軸受部を有することを特徴とするもの
である。

【００３０】図１０は本実施の形態の一例を示す軸受装
置の断面図である。図１０において、２０は軸受部であ
り、軸受部２０は軸部７の回転軸４の回転方向に沿って
略台形形状を有する表面加工部２１を備えている。表面
加工部２１を上述のような形状を有するようにするに
は、例えば軸部７の摺動面と接する軸受部２０の表面を
回転軸４の回転方向に沿って数１０μｍ〜数１００μｍ
の間隔で回転軸４の軸方向に沿って削りなどの加工を施
すこと等が挙げられる。また、軸受部２０において、表
面加工部２１と接する軸部４の摺動面は少なくとも巨視
的にみて滑らかである。

【００３１】図１０のような構成を有する軸受装置にお
いて、表面加工部２１のRの値と、焼付面圧との関係は
実施の形態３における図８の関係と同じになるため、実
施の形態３と同様、Rの値が0.6以下となるように表面加
工部２１を形成することにより、潤滑油の油膜保持能力
が高く、焼付を抑制するとともに、構成が簡単である軸
受装置を得ることが可能となる。

【００３２】特に、Rの値が0.0のとき表面加工部２１の
形状は、図１１に示すように回転軸４の回転方向に沿っ
て略三角形形状を有し、この場合、焼付面圧が最大とな
り焼付を最も抑制できる軸受装置が得られることがわか
る。

【００３３】

【発明の効果】この発明の請求項１によれば、軸受部
と、該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置におい
て、前記軸受部、または前記軸部のうちの少なくともい
ずれか一方の表面に所定の方向に沿って下底の長さに対
する上底の長さの比が一定となる凹凸を周期的に形成し
た表面加工部を有することにより、装置の焼付を抑制す
ることが可能となる。

【００３４】この発明の請求項２によれば、軸受部と、
該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置において、
前記軸受部、または前記軸部のうちの少なくともいずれ
か一方の表面に前記軸部の軸方向に沿って周期的に略台
形状の凹凸を有する表面加工部を備え、該略台形の下底
の長さの平均値に対する上底の長さの平均値の比が０．
６以上かつ１．０未満とすることにより、装置の焼付を
抑制することが可能となる。

【００３５】この発明の請求項３によれば、軸受部と、
該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置において、
前記軸受部、または前記軸部のうちの少なくともいずれ
か一方の表面に前記軸部の回転方向に沿って周期的に略
台形状の凹凸を有する表面加工部を備え、該略台形の下
底の長さの平均値に対する上底の長さの平均値の比が０
より大きくかつ０．６以下とすることにより、装置の焼
付を抑制することが可能となる。

【００３６】この発明の請求項４によれば、軸受部と、
該軸受部に相対する軸部とを有する軸受装置において、
前記軸受部、または前記軸部のうちの少なくともいずれ
か一方の表面は前記軸部の回転方向に沿って周期的に略
三角形状の凹凸を有する表面加工部を備えたことによ
り、装置の焼付を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における軸受装置示すための図
である。

【図２】実施の形態１における軸受装置において、表
面加工部の形状を示すための図である。

【図３】実施の形態１における軸受装置において、実
際に表面加工部を形成したときの表面の形状を示すため
の図である。

【図４】実施の形態１の軸受装置において、Rに対す
る焼付面圧の関係を示す図である。

【図５】実施の形態２における軸受装置を示すための
図である。

【図６】実施の形態３における軸受装置を示すための
図である。

【図７】実施の形態３の軸受装置において、表面加工
部の形状を示すための図である。

【図８】実施の形態３の軸受装置において、Rに対す
る焼付面圧の関係を示すための図である。

【図９】実施の形態３の軸受装置において、Rが0.0の
ときの軸受装置を示すための図である。

【図１０】実施の形態４における軸受装置を示すため
の図である。

【図１１】実施の形態４の軸受装置において、Rが0.0
のときの軸受装置を示すための図である。

【図１２】従来の軸受装置を示すための図である。

【図１３】従来の軸受装置を示すための図である。

【符号の説明】

１：軸受部２：軸部３：表面加工部
４：回転軸５：軸受部６：表面加工部７：軸部１０：軸部１１：表面加工部１２：回転軸２０：軸受部２１：表面加工部３１：上底３２：下底５０：軸受部５３：軸受裏金５４：ホワ
イトメタル５５：熱伝導部材５６：穴７１：略台形の下底の左端７２：略台形の下底の右
端７３：略台形の上底の左端７４：略台形の上底の右
端

フロントページの続き (72)発明者白藤好範東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者穐山和之東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを
有する軸受装置において、前記軸受部、または前記軸部
のうちの少なくともいずれか一方の表面に所定の方向に
沿って下底の長さに対する上底の長さの比が一定となる
凹凸を周期的に形成した表面加工部を有することを特徴
とする軸受装置。
【請求項２】軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを
有する軸受装置において、前記軸受部、または前記軸部
のうちの少なくともいずれか一方の表面に前記軸部の軸
方向に沿って周期的に略台形状の凹凸を有する表面加工
部を備え、該略台形の下底の長さの平均値に対する上底
の長さの平均値の比が０．６以上かつ１．０未満である
ことを特徴とする軸受装置。
【請求項３】軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを
有する軸受装置において、前記軸受部、または前記軸部
のうちの少なくともいずれか一方の表面に前記軸部の回
転方向に沿って周期的に略台形状の凹凸を有する表面加
工部を備え、該略台形の下底の長さの平均値に対する上
底の長さの平均値の比が０より大きくかつ０．６以下で
あることを特徴とする軸受装置。
【請求項４】軸受部と、該軸受部に相対する軸部とを
有する軸受装置において、前記軸受部、または前記軸部
のうちの少なくともいずれか一方の表面は前記軸部の回
転方向に沿って周期的に略三角形状の凹凸を有する表面
加工部を備えたことを特徴とする軸受装置。