(57)【要約】【課題】  低粘度、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命が得られるようにする。【解決手段】  遊星歯車装置用軸受の少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４〜１．０μｍの範囲内とし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とする。【選択図】  図１
2006057657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする遊星歯車装置用軸受。
【請求項２】
前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙｍａｘが０．４〜１．０の範囲内であることを特徴とする請求項１の遊星歯車装置用軸受。
【請求項３】
前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）との比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下であることを特徴とする請求項１または２の遊星歯車装置用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、減速機や増速機として利用される遊星歯車装置における軸支持用の軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
保持器付きころは、転動体であるころと保持器とで構成され、ころと外輪となるハウジングおよび内輪となる軸等が線接触する構造であるため、限られたスペースに対して高負荷容量と高剛性が得られる利点がある。したがって、高負荷条件下で偏心回転や公転運動を伴うなど、過酷な使用条件で使用する軸受として好適であり、遊星歯車装置におけるラジアル荷重を受ける軸受として使用されている。
【特許文献１】特開平３−２２３５４８号公報（第１図、第１５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、減速機は小型化、高出力化、潤滑油の低粘度化等により軸受によって使用環境が高荷重・高温化する傾向にあり、潤滑不良による摩耗や表面起点型剥離が発生しやすくなってきている。
【０００４】
特許文献１には、遊星歯車装置用軸受において、転動体の表面に微小な凹凸を形成して油膜形成能力を向上させることが記載されている。この従来の微小凹形状のくぼみは、面粗さをパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）との比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）の値が１．０以下となり（Ｒｑni≧０．１０）、あわせて面粗さのパラメータＳｋ値が−１．６以下となるようにしており、これにより相手面が粗面でも仕上げ面のよい面でも長寿命になるようにしている。
【０００５】
しかしながら、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い場合にはその効果が十分に発揮できない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の遊星歯車装置用軸受は、少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とするものである。
【０００７】
ここに、パラメータＲｙniは基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。
【０００８】
パラメータＳｋは粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。Ｓｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷を極力抑える効果がある。
【０００９】
周知のとおり、ころ軸受は転動体（ころ）の転がり運動によって回転または揺動運動する軸を支持する機械要素である。通常、転動体は内輪の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に介在するが、軸の外周面を直接軌道面とした内輪を有しないタイプも存在する。少なくとも転動体の表面にとしたのは、軌道面にも同様に微小凹形状のくぼみを形成したものを排除しない趣旨であり、また、転動体の転動面のみならず端面にも微小凹形状のくぼみを形成したものを排除しない趣旨である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の遊星歯車装置用軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０であることを特徴とする。パラメータＲｙmaxは基準長毎最大高さの最大値である（ISO 4287:1997）。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の遊星歯車装置用軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）との比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下であることを特徴とする。パラメータＲｑniとは、粗さ中心線から粗さ曲線までの高さの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根であり、別名自乗平均平方根粗さともいう。Ｒｑniは拡大記録した断面曲線、粗さ曲線から数値計算で求められ、粗さ計の触針を幅方向および円周方向に移動させて測定する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、油膜形成能力が向上し、低粘度・希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命となる。したがって、遊星歯車装置の長寿命化に寄与する。とくに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内に設定し、従来よりも小さく抑えたことにより、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能で、従来品に比べ、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、Ｓｋ値については、−１．６以下が表面凹部の形状、分布が加工条件により油膜形成に有利な範囲である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ころ軸受は内輪と外輪と転動体（ころ）とを主要な構成要素としている。そして、転動体の転動面および端面ならびに内外輪の軌道面の少なくとも一つに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成して微小粗面化してある。この微小粗面は、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｑniが０．４μｍ≦Ｒｑni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下、好ましくは−４．９〜−１．６の範囲である。また、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０である。さらに、面粗さを各表面の軸方向と円周方向のそれぞれで求めてパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）の比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下になっている。このような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研摩によって、所望の仕上げ面を得ることができるが、ショット等を用いてもよい。
【００１４】
パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件を例示するならば次のとおりである。なお、これらのパラメータで表される表面性状を、ころ軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム  JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００１５】
図１は遊星歯車装置用軸受の例として、転動体として針状ころ２を保持器３に組み込んだ針状ころ軸受を示し、針状ころ２で相手軸を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図１に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ２の直径Ｄ＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）および軸受Ｃ（実施例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図２ないし図４に示す。具体的には、図２は軸受Ａの表面粗さ、図３は軸受Ｂの表面粗さ、図４は軸受Ｃの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃは１．０以下であり、軸受Ａは１．０前後の値である。
【００１６】
【表１】
2006057657.tif 000003
【００１７】
使用した試験装置は図５に概略図で示したようなラジアル荷重試験機６で、回転軸７の両側に試験軸受１を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研摩仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセフオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）
【００１８】
図６に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸がＬ10寿命（ｈ）を表している。同図から明らかなとおり、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１２１ｈであった。このデータが示すように、実施例である軸受Ｃは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。
【００１９】
図７に示す２円筒試験機を使用して金属接触率を評価した。図７において、駆動側円筒７２（Ｄ円筒：Driver）と従動側円筒７４（Ｆ円筒：Follower）は各々の回転軸の片端に取り付けられ、２本の回転軸７６，７８はそれぞれプーリ８０，８２を介して別々のモータで駆動できるようになっている。Ｄ円筒７２側の軸７６をモータで駆動し、Ｆ円筒７４はＤ円筒７２に従動させる自由転がりにした。Ｆ円筒７４は、表面処理に関して比較例と実施例の２種類を用意した。試験条件等詳細は表２のとおりである。
【００２０】
【表２】
2006057657.tif 000004
【００２１】
金属接触率の比較データを図８に示す。同図は横軸が経過時間、縦軸が金属接触率を表し、図８（Ａ）は比較例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、図８（Ｂ）は実施例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、それぞれ示す。これらの図を対比すれば、比較例に比べて実施例では金属接触率が改善されていることを明瞭に確認できる。言い換えれば、油膜形成率（＝１００％−金属接触率）が、実施例の軸受の方が比較例の軸受に比べて、運転開始時で１０％程度、試験終了時（２時間後）で２％程度、向上している。
【００２２】
図９および図１０は遊星歯車装置の一例としての減速機を示す。この遊星歯車装置は、内歯の太陽歯車であるリング歯車１１と、回転出力部となるキャリア１２と、このキャリア１２に回転自在に支持されて隣接する複数の偏心軸部１３ａ，１３ｂを有する支持軸であるクランク軸１３と、このクランク軸１３の各偏心軸部１３ａ，１３ｂに回転自在に設置されてリング歯車１１とかみ合う複数の遊星歯車１４，１５と、クランク軸１３に回転を入力する回転入力部１６とを有する。リング歯車１１はハウジング１７に固定され、キャリア１２はリング歯車１１と同心に回転自在なように、歯車１１と同心の入力軸１９と、各クランク軸１３に設けられて入力軸１９の歯車部とかみ合う伝達歯車２０とで構成される。クランク軸１３は、キャリア１２の円周方向複数箇所（例えば３箇所）に設けられている。遊星歯車１４，１５は、図１０に示すように、各々保持器付きころ２１を介してクランク軸１３の偏心軸部１３ａ，１３ｂに設置されている。この保持器付きころ２１に、例えば図１の実施の形態の針状ころ軸受が用いられる。
【００２３】
この遊星歯車装置の動作を説明する。中心の入力軸１９を回転させると、伝達歯車２０を介して３本のクランク軸１３が互いに同期して回転する。ここで、１段目の減速が行なわれる。クランク軸１３と遊星歯車１４，１５とは、保持器付きころ２１を介して連結されており、クランク軸１３の振れ回りは、遊星歯車１４，１５が内歯のリング歯車１１の内側を回るときの公転と自転の合成運動に同期する。軸方向に並ぶ２枚の遊星歯車１４，１５は、互いに１８０°位相がずれた状態で内歯の太陽歯車であるリング歯車１１の内周を公転する。このため、２枚の遊星歯車１４，１５の振れ回りによる慣性力は打ち消し合う。内歯リング歯車１１は固定してあり、遊星歯車１４，１５は内歯リング歯車１１の内周を回る。３本のクランク軸１３は、出力部材となるキャリア１２の２枚の円盤部１２ａ、１２ｂの間に挟まっている。したがって、遊星歯車１４，１５の公転は、クランク軸１３の公転を通じてキャリア１２に達し、減速された回転運動が得られる。
【００２４】
この構成の遊星歯車装置は、遊星歯車１４，１５とクランク軸１３の間に介在した保持器付きころ２１に、大きなラジアル負荷が作用し、しかもこの保持器付きころ２１の設置スペーサは、支持構造全体の大型化を避けるために限られたスペースとなる。
【００２５】
このように、この発明のころ軸受（保持器付きころ２１）をクランク軸タイプの遊星歯車装置に適用することにより、保持器付きころ２１の限られたスペース内で負荷容量が大きく得られ、かつ、通油性に優れるという利点により、遊星歯車支持の特徴である高負荷条件下で偏心運動を生じる過酷な使用条件で使用されても、針状ころ２（図１）やクランク軸１３の表面損傷や剥離の問題が生じず、また、針状ころ２と軸１３、遊星歯車１４，１５との金属接触による針状ころ２の過熱が回避され、耐久性を向上させることができる。
【００２６】
図１１は、二つのキャリア３３，３４にそれぞれ遊星歯車３１，３２が単列に配置された遊星歯車装置を示す。同図は、遊星歯車３１，３２とキャリア３３，３４との関係を示すための図であり、遊星歯車装置としての構成は一部を省略して示している。遊星歯車３１は、第一のキャリア３３に設けられた支持軸３３ａに保持器付きころ３５を介して設置される。遊星歯車３１は、キャリア３３の円周方向の３か所に等配されている。他の遊星歯車３２は、第二のキャリア３４に設けられ、支持軸３４ａに、保持器付きころ３６を介して設置されている。遊星歯車３２は、キャリア３４の円周方向の４か所に等配されている。各保持器付きころ３５，３６のころは、遊星歯車３１，３２と支持軸３３ａ，３３ｂの外径面を転動する。遊星歯車３１，３２はケーシングに設けられた内歯の太陽歯車３８とかみ合う。また、一方の遊星歯車３１は、回転軸４０に設けられた第一の外歯太陽歯車４０ａとかみ合い、他方の遊星歯車３１は回転軸４０に設けられた第二外歯太陽歯車４０ｂとかみ合う。各キャリア３３，３４は、内歯の太陽歯車３８と同心に回転自在に設けられる。各保持器付きころ３５，３６に、例えば図１の実施の形態の針状ころ軸受が用いられる。なお、この遊星歯車装置は、斜板型アキシャルプランジャポンプに組み込まれて、ポンプ部の駆動のための斜板３９の駆動に使用されるものである。
【００２７】
このような構成の遊星歯車装置に、その保持器付きころ３５，３６としてこの発明の遊星減速機用軸受を使用した場合も、その大負荷容量で、通油性に優れ、耐久性に優れるという効果が、有効に発揮される。
【００２８】
図１２および図１３は遊星歯車装置のさらに他の例を示す。図１２は、遊星歯車装置を備えた風力発電機用増速機を示す。この増速機は、入力軸４１の回転を増速して低速軸４２に伝達する遊星歯車装置４３と、低速軸４２の回転をさらに増速して出力軸４４に伝達する二次増速装置４５とを備える。遊星歯車装置４３および二次増速装置４５は、共通のケーシング４６内に設けてある。入力軸４１は風車（図示せず）の主軸等に接続され、出力軸４４は発電機（図示せず）に接続される。
【００２９】
遊星歯車装置４３は、旋回自在なキャリア４７の周方向複数箇所に支持軸５０が設けられ、各支持軸５０に遊星歯車４８が保持器付きころ４９を介して回転自在に支持されている。各遊星歯車４８の保持器付きころ４９は、図示の例では２個並べて用いてあるが、１個であってもよい。キャリア４７は、遊星歯車装置４３における入力部となる部材であり、入力軸４１と一体の部材として設けられ、または一体に結合されている。キャリア４７は、入力軸４１の部分で軸受５１を介してケーシング４６に旋回自在に支持されている。キャリア４７に支持された各遊星歯車４８は、ケーシング４６に設けられた内歯の太陽歯車であるリングギヤ５２とかみ合い、かつ、このリングギヤ５２と同心位置に設けられた太陽歯車５３とかみ合う。リングギヤ５２は、ケーシング４６に直接に形成されたものであってもケーシング４６に固定されたものであってもよい。外歯の太陽歯車５３は、遊星歯車装置４３における出力部となる部品であり、低速軸４２に設けられている。低速軸４２は、軸受５４，５５を介してケーシング４６に回転自在に支持されている。
【００３０】
二次増速装置４５は、ギヤ列により構成されている。図示の例では、二次増速装置４５は、低速軸４２に固定されたギヤ５７が中間軸６１の小径側ギヤ５８とかみ合い、中間軸６１に設けられた大径側ギヤ５９が出力軸４４のギヤ６０とかみ合うギヤ列とされている。中間軸６１および出力軸４４は、それぞれ軸受６２，６３によってケーシング４６に回転自在に支持されている。
【００３１】
ケーシング４６の下部は、潤滑油の油浴５６を形成する部分と、その油浴５６の油面レベルＬは遊星歯車４８を支持する保持器付きころ４９が、キャリア４７の旋回によって出入りする高さとされている。各遊星歯車４８を支持する保持器付きころ４９に、例えば図１の実施の形態の遊星減速機用軸受が用いられる。
【００３２】
上記構成の動作を説明する。入力軸４１が回転すると、入力軸４１と一体のキャリア４７が旋回し、キャリア４７の複数箇所に支持された遊星歯車４８が公転移動する。このとき、各遊星歯車４８は、固定のリングギヤ５２とかみ合いながら公転することで自転を生じる。この公転しながら自転する遊星歯車４８に外歯の太陽歯車５３がかみ合っており、そのため、太陽歯車５３は、二次増速装置４５の低速軸４２に設けられたものであり、太陽歯車５３の回転が二次増速装置４５で増速されて出力軸４４に伝えられる。このように、入力軸４１に入力される風車主軸（図示せず）の回転が、遊星歯車装置４３と二次増速装置４５とで大幅に増速されて出力軸４４に伝えられる。そのため、風の状況で風車が非常に低速で回転する場合でも、出力軸４４からは発電が可能な高速回転が得られる。
【００３３】
各遊星歯車４８を支持する保持器付きころ４９の潤滑は、次のように行われる。遊星歯車４８およびその保持器付きころ４９は、キャリア４７の旋回により公転して底に位置した時に油浴５６に浸かり、潤滑油が供給される。
【００３４】
このように、図１の実施の形態の減速機用軸受を増速用の遊星歯車装置４３に適用した場合も、その大負荷容量で、通油性に優れ、耐久性に優れるという効果が、有効に発揮される。
【００３５】
図１４は遊星歯車装置のさらに他の例を示す。入力部材６４の外周に設けられた外歯の太陽歯車６４ａと、ケーシング６５の内周に設けられた内歯の太陽歯車６５ａとの間に複数の遊星歯車６６が円周等間隔に介装され、太陽歯車６５ａ，６４ａの双方とかみ合う。各遊星歯車６５は、それぞれ保持器付きころ６９を介して支持軸７に回転自在に支持され、各支持軸６７は、それぞれキャリアとなる出力部材６８に固定される。
【００３６】
入力部材６４が回転すると、その外周の太陽歯車６４ａとかみ合った遊星歯車６６が、支持軸６７の軸心回りに自転しながら、入力部材６４の軸心回りに公転する。その遊星歯車６６の公転運動が支持軸６７を介して出力部材６８の回転運動に変換され、出力部材６８が所定の減速比で減速されて回転する。
【００３７】
この構成の遊星歯車装置の場合も、その保持器付きころ６９としてこの発明の遊星減速機用軸受を用いたことにより、その大負荷容量で、通油性に優れ、耐久性に優れるという効果が、有効に発揮され。なお、遊星歯車６６を支持軸６７に対して回転自在に支持する保持器付きころ６９は、ケーシング６５内の潤滑油によって潤滑されるが、ケーシング６５内の潤滑油にはギヤ摩耗粉等の異物が混入しており、異物滞留や潤滑油の流通性阻害による軸受寿命低下の問題が起こりやすいものである。しかし、上記構成の保持器付きころ６９の優れた通油性のため、そのような潤滑上の問題が解消し、軸受部の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】針状ころ軸受の断面図
【図２】試験軸受における転動体の仕上げ面状況を示す粗さ曲線図
【図３】試験軸受における転動体の仕上げ面状況を示す粗さ曲線図
【図４】試験軸受における転動体の仕上げ面状況を示す粗さ曲線図
【図５】試験装置の概略図
【図６】寿命試験結果を示すグラフ
【図７】２円筒試験機の全体概略図
【図８】Ａは比較例の金属接触率を示すグラフ、Ｂは実施例の金属接触率を示すグラフ
【図９】遊星減速機の一例の模式図
【図１０】図９の遊星減速機の部分切欠側面図
【図１１】遊星歯車装置の他の例の部分切欠側面図
【図１２】遊星歯車装置を備えた風力発電機用増速機を示す破断側面図
【図１３】図１２の増速機における遊星歯車装置の破断正面図
【図１４】遊星歯車装置の断面図
【符号の説明】
【００３９】
１  軸受
２  転動体
２ａ  くぼみ
３  保持器
【図１】
2006057657.tif 000005
【図２】
2006057657.tif 000006
【図３】
2006057657.tif 000007
【図４】
2006057657.tif 000008
【図５】
2006057657.tif 000009
【図６】
2006057657.tif 000010
【図７】
2006057657.tif 000011
【図８】
2006057657.tif 000012
【図９】
2006057657.tif 000013
【図１０】
2006057657.tif 000014
【図１１】
2006057657.tif 000015
【図１２】
2006057657.tif 000016
【図１３】
2006057657.tif 000017
【図１４】
2006057657.tif 000018