(57)【要約】【課題】  転がり疲れ寿命の長い総ころ軸受を提供する。【解決手段】  外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を、０．１０μｍ以上０．５μｍ以下とする。【選択図】  図１
2006300258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、
前記外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５μｍ以下となっていることを特徴とする総ころ軸受。
【請求項２】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、
前記外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔は、２０μｍ以下となっていることを特徴とする総ころ軸受。
【請求項３】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、
前記外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５μｍ以下で、前記外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔は、２０μｍ以下となっていることを特徴とする総ころ軸受。
【請求項４】
前記転動面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１０μｍ以下で、前記内輪軌道面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１５μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の総ころ軸受。
【請求項５】
前記外輪軌道面の粗さ形状は、綾目状となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の総ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総ころ軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の一つであるころ軸受に生じる転がり疲労破壊は、内外輪ところとの間に加わる接触面圧により作用する剪断応力や、内外輪ところとの間に生じるすべりにより作用する接線力が起因していることが知られている。このため、転がり疲労破壊を抑制するためには、内外輪ところとの間で接触面圧を小さくするとともに、すべりを抑制する必要がある。
接触面圧を小さくするためには、ころの直径を大きくするか、ころの個数を増やす設計を行うことが有効とされている。したがって、高荷重条件下で使用される風車用の増速機・減速機では、接触面圧を小さくするために、保持器を用いない総ころ軸受が適用されている。
【０００３】
しかしながら、総ころ軸受では、接触面圧を小さくすることはできるが、ころ同士のすべりによって大きな接線力が作用し、ころにピーリング等の表面損傷が発生する場合がある。また、ころ同士の接触面圧は、通常転がり疲労が生じない低面圧であるにも係わらず、ころ同士の接触面に大きなすべりが生じると、転がり疲れ寿命にも悪影響を与える場合がある。
ころ同士の接触面に生じるすべりとしては、隣り合うころ間の自転速度の差による自転すべり等が挙げられる。
【０００４】
自転速度の差による自転すべりは、以下に示す状態で発生する。つまり、一般的にラジアル荷重が主に負荷される総ころ軸受の場合、軸受円周方向に荷重負荷圏と非荷重負荷圏とが生じ、荷重負荷圏ではころが比較的高速で自転するのに対して、非荷重負荷圏ではころが比較的低速で自転するか、全く自転しない状態となる。よって、ころ同士の接触面圧が大きくなる荷重負荷圏と、接触面圧が小さくなる非荷重負荷圏との境界では、隣り合うころの一方が高速で自転し、他方が低速で自転するか、全く自転しない状態となるため、隣り合うころ間に大きなすべりが生じる。ここで、自転速度の差による自転すべりが生じると、ころにピーリング等の損傷が発生する場合がある。
【０００５】
通常、ころ軸受の場合、ころの損傷は、ころの端面に過大面圧（エッジロード）が加わることで生じる。そこで、特許文献１では、エッジロードによって発生する損傷を抑制するために、内輪軌道面及び転動面に、これらの母線の形状が王冠（クラウン）状となるように曲率又はテーパを持たせるクラウニング加工を施して、内輪軌道面のクラウニング量と転動面のクラウニング量との和が所定式を満たすようにすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−６５５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に記載のころ軸受では、エッジロードによってころの端面に生じる損傷を少なくすることはできるが、低面圧下でころ同士の過大すべりによって生じる損傷を少なくすることは難しい。したがって、上述した特許文献１に記載のころ軸受には、ころの損傷を抑制して転がり疲れ寿命を長くするという点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、転がり疲れ寿命の長い総ころ軸受を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の総ころ軸受は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、前記外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る請求項１に記載の総ころ軸受では、ころと接触する外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を特定したことによって、ころと外輪との間の摩擦係数が増加し、ころの動きをコントロールする力（ころと外輪との間に作用する接線力）が大きくなるため、非荷重負荷圏におけるころの自転速度を早くできる。よって、荷重負荷圏におけるころの自転速度と、非荷重負荷圏におけるころの自転速度との差が小さくなるため、荷重負荷圏と非荷重負荷圏との境界におけるころ同士の接触によるすべりを抑制できる。
【０００９】
ここで、図１（ａ）に示すように、外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ未満とすると、表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５μｍ以下とした図１（ｂ）の場合と比べて、ころと外輪との間の摩擦係数を増加する効果が十分に得られない。一方、外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍよりも大きくすると、図１（ｃ）に示すように、外輪軌道面に形成される潤滑油膜の厚さよりも表面の凸部が突出するため、潤滑状態が不良となり、短寿命となる。
【００１０】
なお、外輪の寿命を考慮しつつ、ころと外輪との間の摩擦係数を効果的に増加させるためには、外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を、０．２μｍ以上０．４μｍ以下とすることが好ましい。
また、外輪軌道面の位置によって摩擦係数が異なると、ころの回転運動が不安定となり、長寿命が得られ難くなるため、外輪軌道面の軸方向及び円周方向の全範囲にわたって、表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５μｍ以下とする必要がある。
なお、外輪軌道面の表面粗さを調節する方法としては、外輪軌道面の全範囲にわたる表面粗さを上記範囲に調節できるのであれば特に限定されないが、例えば、超仕上げ加工において砥石を外輪の軸方向に揺動させることにより、研削面の粗さ形状を綾目状（斜めに交差した模様）や格子状に仕上げることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る請求項２に記載の総ころ軸受は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、前記外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔は、２０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る請求項２に記載の総ころ軸受では、ころと接触する外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔（ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定）を特定したことによって、ころと外輪との間の摩擦係数が増加し、ころの動きをコントロールする力（ころと外輪との間に作用する接線力）が大きくなるため、非荷重負荷圏におけるころの自転速度を早くできる。よって、荷重負荷圏におけるころの自転速度と、非荷重負荷圏におけるころの自転速度との差が小さくなるため、荷重負荷圏と非荷重負荷圏との境界におけるころ同士の接触によるすべりを抑制できる。
【００１３】
ここで、外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔が２０μｍより大きくなると、図２（ａ）に示すように、粗さ曲線の局部山頂の平均間隔を２０μｍ以下とした図２（ｂ）の場合と比べて、粗さ曲線の山の個数が少なくなり、ころが転動方向（図２における左右方向）に移動する際の抵抗力が小さくなるため、ころと外輪との間の摩擦係数を増加させる効果が十分に得られなくなる。なお、更なる寿命延長の観点から、外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔の上限値は、１５μｍとすることが好ましい。
【００１４】
一方、外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔を、粗さ曲線における局部山頂の平均間隔を小さくし過ぎても表面の凸部の高さは変わらないため、上述した表面粗さ（Ｒａ）のように、表面の凸部が潤滑油膜から突出することで短寿命となることはない。すなわち、粗さ曲線における局部山頂の平均間隔は、少なくとも上限値以下であれば、ころと外輪との間の摩擦係数を増加させる効果が得られる。なお、現実的な研削性の観点から、外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔の下限値は、０．１μｍとすることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明に係る請求項３に記載の総ころ軸受は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた総ころ軸受において、前記外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５μｍ以下で、前記外輪軌道面の粗さ曲線における局部山頂の平均間隔は、２０μｍ以下となっていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載の総ころ軸受では、上述した請求項１及び請求項２に記載の総ころ軸受の構成要件を両方備えたことによって、上述した請求項１及び請求項２に記載の総ころ軸受よりも、ころと外輪との間の摩擦係数が増加し、ころの動きをコントロールする力（ころと外輪との間に作用する接線力）が大きくなるため、非荷重負荷圏におけるころの自転速度をより早くできる。よって、荷重負荷圏におけるころの自転速度と、非荷重負荷圏におけるころの自転速度との差がより小さくなるため、荷重負荷圏と非荷重負荷圏との境界におけるころ同士の接触によるすべりをより効果的に抑制できる。
【００１７】
ところで、上述した本発明に係る請求項１〜請求項３に記載の総ころ軸受において、ころと外輪との間の摩擦係数を増加させることで、ころ同士の接触によるすべりを抑制したとしても、転動面の表面粗さが大きい場合にはころに損傷が発生し易くなり、上述したすべり抑制効果が十分に得られなくなる場合がある。
また、上述した本発明に係る請求項１〜請求項３に記載の総ころ軸受において、潤滑油膜が十分に形成されない環境下では、使用中に転動面の表面粗さが大きくなってころに損傷が発生し易くなり、上述したすべり抑制効果が十分に得られなくなる場合がある。このような環境下で生じる転動面の表面粗さの増加は、内輪軌道面の表面粗さが大きい程顕著に現れる傾向がある。
【００１８】
よって、上述した本発明に係る請求項１〜請求項３に記載の総ころ軸受において、上述したすべり抑制効果を十分に得るためには、転動面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以下とし、内輪軌道面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１５μｍ以下とすることが好ましい。
さらに、本発明に係る請求項１〜請求項４に記載の総ころ軸受において、外輪軌道面の軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）を上記範囲内に特定するためには、外輪輪軌道面の粗さ形状が、綾目状となっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る総ころ軸受によれば、外輪軌道面の表面粗さ（Ｒａ）及び粗さ曲線における局部山頂の平均間隔の少なくとも一方を特定することによって、ころ同士の接触面に生じる自転速度の差によるすべりが小さくなり、ころの損傷を抑制できるため、転がり疲れ寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図３に示す構成の総ころ軸受（内径１６０ｍｍ，外径２２０ｍｍ，幅３６ｍｍ）を、以下に示す方法で作製した。この総ころ軸受は、図３に示すように、内輪１と、外輪２と、円筒状の複数のころ３と、からなる。ころ３は、内輪１の外周面端部と外輪２の内周面端部に形成された鍔部１０，２０で保持されている。
【００２１】
内輪１、外輪２、及びころ３は、以下の手順で作製した。
まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、Ｒｘガス雰囲気中８３０〜８５０℃で１時間保持することによる焼入れ処理と、１６０〜１８０℃で２時間保持することによる焼戻し処理とをこの順で施した。
次に、内輪軌道面１Ａ、外輪軌道面２Ａ、及び転動面３Ａに、表１に示す各方法の研削加工を施して、内輪１、外輪２、及びころ３を完成させた。
【００２２】
なお、表１に「ストレート研削」で示す研削加工とは、砥石の回転軸と、外輪２の回転軸とを平行にして研削したものを指す。この研削加工後の外輪軌道面２Ａは、図４（ａ）に示すように、外輪２の円周方向に対して平行な縞状の粗さ形状となる。このため、外輪軌道面２Ａの軸方向における表面粗さは、円周方向における表面粗さよりも大きくなり易い。
【００２３】
また、表１に「カップ砥石研削」で示す研削加工とは、外輪２の幅よりも大きな直径を有する円形のカップ砥石を用いて研削したものを指す。この研削加工後の外輪軌道面２Ａは、図４（ｂ）に示すように、外輪２の中央部を頂点とした円弧状の粗さ形状となる。ここで、外輪軌道面２Ａのうち、外輪２の端部では円弧の重複部分が多く、外輪２の中央部では円弧の重複部分が少ないため、端部の表面粗さが中央部の表面粗さよりも大きくなる。この結果、外輪軌道面２Ａの円周方向における表面粗さは、軸方向における表面粗さよりも大きくなり易い。
【００２４】
さらに、表１に「砥石揺動研削」で示す研削加工とは、超仕上げ加工において砥石を外輪２の軸方向に揺動させながら研削したものを指す。この研削加工後の外輪軌道面２Ａは、図４（ｃ）に示すように、その全面にわたって綾目状の粗さ形状となる。このため、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さは均一になり易い。
このようにして得られた内輪１、外輪２、及びころ３において、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）と、内輪軌道面１Ａの軸方向における表面粗さ（Ｒａ）と、転動面３Ａの軸方向における表面粗さ（Ｒａ）とを、それぞれテーラーホブソン株式会社製フォームタリサーフを用いて測定した。なお、表面粗さの測定は、各サンプルについてそれぞれ４回行い、その平均値を算出した。この結果は、表１に併せて示した。
【００２５】
また、外輪軌道面２Ａにおいては、テーラーホブソン株式会社製フォームタリサーフを用いて、図５に示すように、軸方向における粗さ曲線のうち基準長さｌを抜き取った部分の局部山頂の間隔Ｓｉと、山の個数ｎとを測定し、これらを用いて局部山頂の平均間隔Ｓを下記式（１）を用いて算出した（ＪＩＳ  Ｂ０６０１参照）。この結果は、表１に併せて示した。
【００２６】
【数１】
2006300258.tif 000003
【００２７】
次に、得られた内輪１、外輪２、及びころ３を用いて、総ころ軸受を組み立てた。そして、この総ころ軸受について、ころに損傷が発生し易い高荷重条件下で使用することを想定した以下の条件で寿命試験を行った。
この寿命試験は、初期振動値の２倍になるまで内輪１を回転させることで行い、初期振動値の２倍になるまでの回転時間を寿命とした。また、この寿命試験は、各サンプルについてそれぞれ１０回の寿命試験を行って、ワイブル分布関数に基づくＬ10寿命を計算し、Ｎｏ．１２のＬ10寿命を１とした時の比を、表１に併せて示した。
＜寿命試験条件＞
回転速度：５２６ｍｉｎ-1 
試験荷重：６２ｋＮ
潤滑油：ＶＧ３２
【００２８】
【表１】
2006300258.tif 000004
【００２９】
表１に示すように、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）、又は、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓが本発明の範囲内である実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１では、本発明の範囲外である比較例Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１５と比べて、長寿命であり、Ｎｏ．１２の２．８倍以上の寿命が得られた。
【００３０】
このうち、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）と、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓとの両方が本発明の範囲内である実施例Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１では、さらに長寿命であり、Ｎｏ．１２の９．３倍以上の寿命が得られた。
また、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）と、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓに加えて、転動面３Ａ及び内輪軌道面１Ａの表面粗さ（Ｒａ）も特定した実施例Ｎｏ．９とＮｏ．１１では、特に長寿命であり、Ｎｏ．１２の１２．５倍以上の寿命が得られた。
【００３１】
以上の結果から、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）、又は、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓを本発明の範囲内にすることにより、高荷重条件下で使用される総ころ軸受の寿命を長くできることが分かった。    また、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）と、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓとの両方を本発明の範囲内にすることにより、高荷重条件下で使用される総ころ軸受の寿命をより長くできることが分かった。
さらに、外輪軌道面２Ａの軸方向及び円周方向における表面粗さ（Ｒａ）と、外輪軌道面２Ａの粗さ曲線における局部山頂の平均間隔Ｓとに加えて、転動面３Ａ及び内輪軌道面１Ａの表面粗さ（Ｒａ）も特定することにより、高荷重条件下で使用される総ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】外輪ところとの接触状態を示す説明図である。
【図２】外輪ところとの接触状態を示す説明図である。
【図３】本発明に係る総ころ軸受の一例を示す断面図である。
【図４】外輪軌道面の粗さ形状を示す説明図である。
【図５】外輪軌道面の粗さ曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１        内輪
１Ａ      内輪軌道面
２        外輪
２Ａ      外輪軌道面
３        ころ
３Ａ      転動面
【図１】
2006300258.tif 000005
【図２】
2006300258.tif 000006
【図３】
2006300258.tif 000007
【図４】
2006300258.tif 000008
【図５】
2006300258.tif 000009