(57)【要約】【課題】転がり軸受アセンブリの円筒ばねの疲労強度を高める処理を、低コストで短時間に行えるようにすることである。【解決手段】外輪２を固定部としてのハウジング８に支持する円筒ばね５の円筒部５ｂを含む全体にラジカル窒化処理を施して、その表層に窒化硬化層を形成することにより、円筒ばね５の疲労強度を高める処理を、低コストで短時間に行うことができるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪側が回転軸に取り付けられる転がり軸受の外輪側に、その外周側を支持するダンパと、軸方向の一端側に延びる円筒部に複数の長円窓が周方向に等配された円筒ばねとが設けられ、外輪側が前記ダンパと円筒ばねを介して固定部に支持される転がり軸受アセンブリにおいて、前記円筒ばねの少なくとも前記円筒部にラジカル窒化処理を施したことを特徴とする転がり軸受アセンブリ。
【請求項２】
前記ラジカル窒化処理による有効窒化深さを３０〜１００μｍとした請求項１に記載の転がり軸受アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の振動や撓みを吸収する円筒ばねとダンパを設けた転がり軸受アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットエンジン等のガスタービンエンジンのように、タービンブレード等の大径寸法の部材が設けられ、比較的細長い主軸を高速回転させるものでは、高速回転に伴って主軸に振動や撓みが生じやすい。このため、このような主軸を支持する軸受には、内輪側が主軸に取り付けられる転がり軸受の外輪側に、その外周側を支持するダンパと、軸方向の一端側に延びる円筒部に複数の長円窓が周方向に等配された円筒ばねとを設け、外輪側をこれらの円筒ばねとダンパを介して固定部に支持し、円筒ばねの弾性変形とダンパとによって主軸の振動や撓みを吸収するようにした転がり軸受アセンブリが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたものでは、外輪の外周側を支持するダンパとして、ピストンを加圧流体で受けるダッシュポットダンパを採用し、円筒ばねとしては、squirrel cage springと呼ばれる円筒部に複数の長円窓を周方向に等配したものを採用している。ダンパとしては、所定のクリアランスを持った二円筒間に溜めたオイルで二円筒間の相対変位を減衰させるスクイズフィルムダンパを採用したものもある。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５０８８８４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の転がり軸受アセンブリは、主軸の振動や撓みを弾性変形で吸収する円筒ばねの円筒部に、繰り返し曲げや捩じりに起因する疲労が生じる。このような疲労に対する十分な疲労強度を確保できるように、負荷される曲げ応力や捩じり応力を考慮して、円筒ばねの材質と寸法が設計されるが、特に、軽量化のために厳しい限界設計が要求される航空機のジェットエンジンに用いられる転がり軸受アセンブリでは、円筒ばねの円筒部にショットピーニング処理を施し、円筒部の表層に残留圧縮応力を生成して、円筒ばねの疲労強度を高めるようにしている。
【０００６】
しかしながら、ショットピーニング処理は、処理部品を一つずつセッティングして処理し、品質保証のために、各処理毎に処理部品の傍らでショットピーニングしたテストピースを破壊試験等によって検査する必要があるので、円筒ばねのコストが高くなるとともに、品質保証検査を含めた処理時間が長くなる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、転がり軸受アセンブリの円筒ばねの疲労強度を高める処理を、低コストで短時間に行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、内輪側が回転軸に取り付けられる転がり軸受の外輪側に、その外周側を支持するダンパと、軸方向の一端側に延びる円筒部に複数の長円窓が周方向に等配された円筒ばねとが設けられ、外輪側が前記ダンパと円筒ばねを介して固定部に支持される転がり軸受アセンブリにおいて、前記円筒ばねの少なくとも前記円筒部にラジカル窒化処理を施した構成を採用した。
【０００９】
前記ラジカル窒化処理は、一種のプラズマ窒化法であり、従来のプラズマ窒化法と同様に、アンモニアと水素の混合ガスを用いて真空容器中の処理部品の表面にグロー放電を行ない、プラズマ中の窒素イオンを処理部品の金属と反応させて表層に窒化硬化層を形成するものであるが、処理部品を加熱手段により３００〜６５０℃程度に加熱することにより、従来よりも低エネルギ状態のプラズマで窒素イオンを効率よく金属と反応させるようにしたものである。
【００１０】
このラジカル窒化処理では、通常１０個以上の複数の処理部品を同一ロットとして、真空容器中で同時に処理することができるとともに、例えば、各ロット毎にテストピースを真空容器中に装入して品質保証用に検査するか、各ロット毎に一つの処理部品を抜き取り検査することができるので、円筒ばねの疲労強度を高める処理を低コストで短時間に行うことができる。
【００１１】
前記ラジカル窒化処理による有効窒化深さは、３０〜１００μｍとするのが望ましい。有効窒化深さが３０μｍ未満では、円筒ばねの疲労限を十分に向上させることができず、１００μｍを超えると、処理時間が長くなるとともに、疲労強度の向上代が殆どなくなるからである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の転がり軸受アセンブリは、外輪側を固定部に支持する円筒ばねの少なくとも円筒部にラジカル窒化処理を施すようにしたので、円筒ばねの疲労強度を高める処理を、低コストで短時間に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態を示す。この転がり軸受アセンブリは、内輪１と外輪２との間に複数のころ３を保持器４で保持した転がり軸受としてのころ軸受と、外輪２に外嵌された環状部５ａから軸方向の一端側に延びる円筒部５ｂに複数の長円窓６が周方向に等配された円筒ばね５と、環状部５ａを介して外輪２の外周側を支持するスクイズフィルムダンパ７とから成る。
【００１４】
前記内輪１は、ジェットエンジンのタービン主軸（図示省略）に内嵌されて取り付けられる。円筒ばね５は、環状部５ａと反対側の軸端部にフランジ部５ｃが設けられ、フランジ部５ｃでジェットエンジンの固定部であるハウジング８に取り付けられる。また、ダンパ７もハウジング８に取り付けられ、外輪２は、円筒ばね５とダンパ７を介してハウジング８に支持されるようになっている。したがって、タービン主軸の高速回転に伴う振動と撓みが、円筒ばね５の弾性変形とダンパ７とによって吸収される。
【００１５】
前記円筒ばね５は耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬで形成され、所定のパターンで熱処理して所定の寸法に研磨仕上げされたのち、円筒部５ｂを含む全体にラジカル窒化処理を施されている。
【００１６】
前述したように、ラジカル窒化処理は、真空容器中の処理部品を加熱手段により加熱するとともに、真空容器中に導いたアンモニアと水素の混合ガスを処理部品の表面にグロー放電させ、低エネルギ状態のプラズマで窒素イオンを処理部品と反応させるものであり、この実施形態では、処理部品としての円筒ばね５の加熱温度を５００℃とし、真空容器の真空度は５．７×１０−３Torrとした。また、ラジカル窒化処理による有効窒化深さは、処理時間を２時間から１２時間まで変化させることにより、３０〜１００μｍとした。
【実施例】
【００１７】
実施例として、上述したように、熱処理、研磨仕上げ後にラジカル窒化処理を施した円筒ばねを用意した。ラジカル窒化処理による有効窒化深さは、３０μｍ（実施例１）、７０μｍ（実施例２）および１００μｍ（実施例３）とした。比較例として、実施例のものと同様に耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬで形成し、熱処理、研磨仕上げ後にショットピーニング処理を施した円筒ばね（比較例１）と、熱処理、研磨仕上げ後に何も処理を施していない未処理の円筒ばね（比較例２）も用意した。
【００１８】
これらの各実施例と比較例の円筒ばねを疲労試験機に取り付け、それぞれの疲労強度を調査する疲労試験を行った。図２は、これらの疲労試験結果を示す。各円筒ばねの疲労強度は、比較例２の未処理の円筒ばねの疲労強度を基準値１００とする疲労強度比で表示した。
【００１９】
この疲労試験結果から分かるように、ラジカル窒化処理を施した各実施例のものは、いずれも未処理の比較例２のものに対して疲労強度が２０％以上向上しており、従来のショットピーニング処理を施した比較例１のものに対しても同等以上の疲労強度を示している。なお、有効窒化深さを１００μｍとした実施例３のものと、有効窒化深さを７０μｍとした実施例２のものとの間には、殆ど疲労強度の向上代が認められず、有効窒化深さは１００μｍで十分であることが分かる。
【００２０】
図３は、第２の実施形態を示す。この転がり軸受アセンブリは、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、円筒ばね５が外輪２と一体とされ、その円筒部５ｂが外輪２から軸方向の一端側に延びるように形成されている点のみが異なる。この外輪２と一体とした円筒ばね５も耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬで形成され、所定のパターンで熱処理して所定の寸法に研磨仕上げされたのち、円筒部５ｂを含む全体にラジカル窒化処理を施されている。
【００２１】
上述した各実施形態では、転がり軸受をころ軸受とし、ダンパをスクイズフィルムダンパとしたが、転がり軸受やダンパは実施形態のものに限定されることはなく、それぞれ任意に選定することができる。また、円筒ばねの素材も実施形態の耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬに限定されることはなく、他の耐熱浸炭鋼等も用いることができる。さらに、円筒ばねのラジカル窒化処理は、円筒部のみに施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態の転がり軸受アセンブリを示す一部省略縦断面図
【図２】図１の円筒ばねの疲労試験結果を示すグラフ
【図３】第２の実施形態の転がり軸受アセンブリを示す一部省略縦断面図
【符号の説明】
【００２３】
１  内輪
２  外輪
３  ころ
４  保持器
５  円筒ばね
５ａ  環状部
５ｂ  円筒部
５ｃ  フランジ部
６  長円窓
７  ダンパ
８  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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