(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪（２）と、前記外輪（２）の内径に転がり接触する円筒状の複数のころ（３）と、前記複数のころ（３）が転がり接触する外周面をもつ軸（４）とを有するころ軸受（１）の基本定格寿命Ｌ１０を計算するころ軸受の基本定格寿命計算方法であって、
基本動定格荷重をＣ×ｇｎ（Ｎ）、軸受荷重をＰ×ｇｎ（Ｎ）、ここでｇｎは自由落下の標準加速度（ｍ／ｓ２）、としたときに、次式により、前記基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を計算するころ軸受の基本定格寿命計算方法。
Ｌ１０＝ｆ（σ）・（Ｃ／Ｐ）１０／３
ここで、
ｆ（σ）＝７８．３σ―１．４
σ：外輪の内径に発生する引張応力（Ｎ／ｍｍ２）÷ｇｎ
である。
【請求項２】
前記外輪（２）の外径をＤ（ｍｍ）、前記外輪（２）の軸方向長さをｂ（ｍｍ）、前記外輪（２）の径方向厚さをｈ（ｍｍ）、前記ころ（３）の本数をＺとしたときに、前記σを、次式により計算する請求項１に記載のころ軸受の基本定格寿命計算方法。
【数１】
0006777402.tif 000009
ここで、
【数２】
0006777402.tif 000010
である。
【請求項３】
外輪（２）と、前記外輪（２）の内径に転がり接触する円筒状の複数のころ（３）と、前記複数のころ（３）が転がり接触する外周面をもつ軸（４）とを有するころ軸受であって、請求項１または２に記載の基本定格寿命計算方法に基づいて得られる基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を有するころ軸受。
【請求項４】
前記複数のころ（３）の周方向の間隔を保持する保持器をもたない総ころ軸受とされている請求項３に記載のころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ころ軸受の基本定格寿命計算方法、およびその寿命計算方法に基づいて得られるころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受を設計するに際しては、実際に軸受に負荷される荷重に基づいて基本定格寿命Ｌ１０を計算し、その基本定格寿命Ｌ１０が、実際に要求される寿命を上回るように設計が行なわれる。
【０００３】
ここで、基本定格寿命Ｌ１０とは、一群の同じ軸受を同一の条件で回転させたときに、そのうちの９０％（信頼度９０％）の軸受が、転がり疲れによるフレーキングを生じずに回転することができる実質的な総回転数をいう。
【０００４】
すなわち、一群の軸受を寿命に至るまで回転させた場合、それらの軸受の仕様が同一であり、かつ、荷重や回転速度などの使用条件が同一であったとしても、それらの軸受の実際の寿命には一定のばらつきがある。そこで、転がり軸受を設計するに際しては、軸受の寿命を統計的に評価した基本定格寿命Ｌ１０が、軸受寿命の指標として用いられる。
【０００５】
そして、ラジアルころ軸受（すなわち、外輪と、外輪の内径に転がり接触する円筒状の複数のころとを有するころ軸受）の場合、基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）は、次の計算式によって求めることとされている（下記の非特許文献１を参照）。
Ｌ１０＝（Ｃ／Ｐ）１０／３
【０００６】
ここで、基本動定格荷重Ｃ（ｋｇｆ）は、１００万回転の基本定格寿命を与えるような一定荷重であり、軸受荷重Ｐ（ｋｇｆ）は、実際に軸受に負荷されるラジアル方向の一定荷重である。
【０００７】
また、基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を総回転時間Ｌ１０ｈ（時間）に換算する場合、軸受の回転速度をｎ（ｒｐｍ）とすると、上記の式は、次のように書き換えることができる。
Ｌ１０ｈ＝（１０６／６０ｎ）・（Ｃ／Ｐ）１０／３
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本工業規格ＪＩＳＢ１５１８：２０１３「転がり軸受−動定格荷重及び定格寿命」、第１５頁、項目「７．３．１」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願の発明者らは、エンジンの吸排気バルブを動作させる動弁装置のロッカーアームに使用するころ軸受を選定するに際し、上記の計算式により求めた基本定格寿命Ｌ１０ｈが目標時間を上回るように、ころ軸受の選定を行なっていた。
【００１０】
しかしながら、上記の計算式は、軸受の仕様（外輪の剛性）や軸受の使用条件を加味しないものであるため、安全を見込んだ設定になっており、特にロッカーアーム用の軸受では他の用途の軸受よりも実寿命と計算寿命との間の乖離が大きい場合があった。そのため上記の計算式に基づいて選定されるころ軸受の実寿命は、基本定格寿命よりも大幅に長いものとなっている（例えば、実寿命として１年の耐久時間を有する場合でも、計算上では半年程度しか耐久時間を有しないことがある）。したがって、上記の計算式により求められる基本定格寿命に基づいて選定されたころ軸受は、過剰な耐久性能を有する可能性がある。
【００１１】
この発明が解決しようとする課題は、実寿命に対して精度の高いころ軸受の基本定格寿命計算方法を提供することにより、軸受サイズの小型化やコストダウンを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、この発明では、外輪剛性の寿命影響を考慮した以下のころ軸受の基本定格寿命計算方法を提供する。
外輪と、前記外輪の内径に転がり接触する円筒状の複数のころと、前記複数のころが転がり接触する外周面をもつ軸とを有するころ軸受の基本定格寿命Ｌ１０を計算するころ軸受の基本定格寿命計算方法であって、
基本動定格荷重をＣ（ｋｇｆ）、軸受荷重をＰ（ｋｇｆ）としたときに、次式により、前記基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を計算するころ軸受の基本定格寿命計算方法。
Ｌ１０＝ｆ（σ）・（Ｃ／Ｐ）１０／３
ここで、
ｆ（σ）＝７８．３σ−１．４
σ：外輪の内径に発生する引張応力（ｋｇｆ／ｍｍ２）
である。
【００１３】
前記外輪の外径をＤ（ｍｍ）、前記外輪の軸方向長さをｂ（ｍｍ）、前記外輪の径方向厚さをｈ（ｍｍ）、前記ころの本数をＺとしたとき、前記σ（ｋｇｆ／ｍｍ２）は、次式により計算することができる。
【数１】
0006777402.tif 000002
ここで、
【数２】
0006777402.tif 000003
である。
【００１４】
また、この発明では、外輪と、前記外輪の内径に転がり接触する円筒状の複数のころと、前記複数のころが転がり接触する外周面をもつ軸とを有するころ軸受であって、上記の基本定格寿命計算方法に基づいて得られる基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を有するものを併せて提供する。このころ軸受は、前記複数のころの周方向の間隔を保持する保持器をもたない総ころ軸受とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のころ軸受の基本定格寿命計算方法は、従来の基本定格寿命計算方法よりも、実寿命に対して精度の高い基本定格寿命を計算することができる。そのため、軸受サイズの小型化やコストダウンが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態の基本定格寿命計算方法で基本定格寿命を求めるころ軸受の一例を示す断面図
【図２】図１に示すころ軸受の基本定格寿命を測定するために用いた試験装置を示す概略図
【図３】図２に示す試験装置を側方から見た概略図
【図４】軸受荷重を負荷したときの外輪の変形を模式的に示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、この発明の実施形態の基本定格寿命計算方法で基本定格寿命を求めるころ軸受１の一例を示す。
【００１８】
ころ軸受１は、外輪２と、外輪２の内径に転がり接触する円筒状の複数のころ３と、複数のころ３が転がり接触する外周面をもつ軸４を有する。図では、中空の軸４を示したが、中実の軸４を使用することもできる。ころ３は、針状ころ（すなわち、ころ３の直径が通常５ｍｍを超えず、長さが直径の３倍〜１０倍程度のもの）である。外輪２は、鋼材の研削加工によって形成されたソリッド形外輪である。また、ころ軸受１は、複数のころ３の周方向の間隔を保持する保持器をもたない総ころ軸受である。ここで、周方向に隣り合うころ３間の隙間は、その隙間を全周にわたって合計した和が１個分のころ３の直径を超えないように微小とされている。
【００１９】
このころ軸受１は、エンジンの吸排気バルブを動作させる動弁装置のロッカーアームに取り付けて使用される。すなわち、ロッカーアームは動弁装置のカムの外周に押し動かされて揺動する部品であり、このロッカーアームのカムに対する接触が転がり接触となるように、ロッカーアームのカムに対する接触部分にころ軸受１が取り付けられる。ここで、ころ軸受１の軸４はロッカーアームに固定され、ころ軸受１の外輪２の外周が動弁装置のカムの外周と接触する。
【００２０】
このころ軸受１の基本動定格荷重をＣ（ｋｇｆ）、軸受荷重をＰ（ｋｇｆ）としたときに、ころ軸受１の基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）は、次式によって計算することができる。
Ｌ１０＝ｆ（σ）・（Ｃ／Ｐ）１０／３
ここで、
ｆ（σ）＝７８．３σ−１．４
σ：外輪２の内径に発生する引張応力（ｋｇｆ／ｍｍ２）
である。
【００２１】
上記の式において、基本定格寿命Ｌ１０は、一群の同じころ軸受１を同一の条件で回転させたときに、そのうちの９０％（信頼度９０％）の軸受が、転がり疲れによるフレーキングを生じずに回転することができる実質的な総回転数をいう。また、基本動定格荷重Ｃ（ｋｇｆ）は、日本工業規格ＪＩＳＢ１５１８：２０１３「転がり軸受−動定格荷重及び定格寿命」の項目「７．１．１」に規定されているとおり、次式によって求められる荷重である。また、軸受荷重Ｐ（ｋｇｆ）は、実際にころ軸受１に負荷されるラジアル方向の一定荷重であり、σ（ｋｇｆ／ｍｍ２）は、外輪２の外周の一点に軸受荷重Ｐ（ｋｇｆ）を作用させた場合に、その外輪２の内径の荷重作用点の裏側に相当する位置に発生する引張応力である。
【数３】
0006777402.tif 000004
【００２２】
ここで、外輪２の内径に発生する引張応力σとは、図４に示すように、外輪２に荷重Ｐを負荷したときに外輪２を周方向両側に引張るように働く力のことをいい、荷重Ｐに比例する。ここで、外輪２の剛性が弱いと外輪２の真円度が崩れるので、外輪２やころ３の転動面の面圧が局所的に高くなり、軸受１の寿命が低下する。引張応力σが大きくなると、それに伴い外輪２の変形も大きくなるので、引張応力σは、外輪２の変形の度合いを示すパラメータとなる。
【００２３】
図１に示すように、外輪２の外径をＤ（ｍｍ）、外輪２の軸方向長さをｂ（ｍｍ）、外輪２の径方向厚さをｈ（ｍｍ）、ころ３の本数をＺ（本）としたとき、上記の式のσ（ｋｇｆ／ｍｍ２）は、次式により計算することができる。
【数４】
0006777402.tif 000005
ここで、
【数５】
0006777402.tif 000006
である。
【００２４】
上記の式において、α（ｒａｄ）は、各ころ３の接触角であり、ｇ（α）は、外輪２の応力の影響を基本定格寿命Ｌ１０に反映するためのαの関数である。
【００２５】
基本定格寿命Ｌ１０（×１０６回転）を総回転時間Ｌ１０ｈ（時間）に換算する場合、軸受の回転速度をｎ（ｒｐｍ）とすると、上記の式は、次のように書き換えることができる。
Ｌ１０ｈ＝（１０６／６０ｎ）・ｆ（σ）・（Ｃ／Ｐ）１０／３
【００２６】
上記の式でころ軸受１の基本定格寿命Ｌ１０（またはＬ１０ｈ）を計算した場合、従来の基本定格寿命計算方法よりも、実寿命に対して精度の高い基本定格寿命Ｌ１０（またはＬ１０ｈ）を計算することができる。このことを確認するため、以下の試験を行なった。
【００２７】
表１に示すように、まず、外輪２の寸法や基本動定格荷重Ｃなどが異なる複数種類のころ軸受１のサンプルを、各サンプルにつき複数個ずつ準備した。次に、図２、図３に示す試験装置を使用して、ころ軸受１の外輪２に一定のラジアル荷重Ｐを負荷した状態で外輪２を回転させ、ころ軸受１が寿命に至るまでの総回転時間を測定した。
【００２８】
【表１】
0006777402.tif 000007
【００２９】
図２，図３に示すように、試験装置は、ころ軸受１の軸４を固定して支持する軸支持台１１と、ころ軸受１の外輪２の外周に転がり接触しながら回転駆動される駆動ローラ１２と、駆動ローラ１２の中心軸１３を支持するローラ支持部１４と、ローラ支持部１４に取り付けられた振動センサ１５とを有する。
【００３０】
ローラ支持部１４は、駆動ローラ１２からころ軸受１の外輪２の外周に軸受荷重Ｐが作用するように下方に付勢されている。この状態で駆動ローラ１２を連続回転させることにより、ころ軸受１を一定速度で回転させた。このようにころ軸受１が回転した状態で、振動センサ１５で検出される振動が一定以上の大きさになったときに、ころ軸受１が寿命に至ったものとした。そして、ころ軸受１の回転が開始した時点から、ころ軸受１が寿命に至る時点までの総回転時間を測定した。
【００３１】
その後、上記試験で得られた総回転時間に基づいて、各ころ軸受１の実際の基本定格寿命Ｌ１０ｈを求めた。そして、その実際の基本定格寿命Ｌ１０ｈ（実験値）を、発明の実施形態に係る上記の計算式で計算したころ軸受１の基本定格寿命Ｌ１０ｈ（実施例）、および従来方法で計算した基本定格寿命Ｌ１０ｈ（従来例）と比較した。その比較結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
0006777402.tif 000008
【００３３】
この試験結果から、この実施形態の計算方法でころ軸受１の基本定格寿命Ｌ１０ｈを計算した場合、従来の基本定格寿命計算方法よりも、実寿命に対して精度の高い基本定格寿命Ｌ１０ｈが得られることが分かる。
【００３４】
以上のように、この実施形態のころ軸受１の基本定格寿命計算方法によれば、従来の基本定格寿命計算方法よりも、実寿命に対して精度の高い基本定格寿命Ｌ１０（またはＬ１０ｈ）を計算することができる。そのため、ロッカーアームのカムに対する接触部分に取り付けて使用するころ軸受を選定するにあたり、精度の高いころ軸受１の選定が可能であり、軸受サイズの小型化やコストダウンが可能である。
【００３５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１      ころ軸受
２      外輪
３      ころ
４      軸
Ｄ      外輪の外径
ｂ      外輪の軸方向長さ
ｈ      外輪の径方向厚さ
【図１】
0006777402.tif 000011
【図２】
0006777402.tif 000012
【図３】
0006777402.tif 000013
【図４】
0006777402.tif 000014