(57)【要約】【課題】ころ軸受におけるローラ端面と内外輪の突き当て面との間における潤滑油の保持率を高めて、ころ軸受における摩擦損失を低減する。【解決手段】ころ軸受は内輪と外輪との間にローラが組み込まれている。内輪と外輪の少なくとも一方に形成される突き当て面と当該突き当て面に接触するローラの端面との少なくとも一方の表面粗さの算術平均粗さをＲａとし、最大高さをＲｙとし、スキューネスをＲｓｋとしたときに、スキューネスＲｓｋを−１以下とし、最大高さＲｙを３μｍ以下とし、Ｒｙ／Ｒａを６〜１２とする。これにより、摺動面の接触面積を増加させて面圧を低下させることにより面圧強度が向上するとともに、潤滑油が摺動面に補充されて摺動面の摩擦係数を小さくすることができ、さらに、摺動面の耐焼き付け性と耐摩耗性が向上する。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間にローラが組み込まれたころ軸受であって、内輪と外輪の少なくとも一方に形成される突き当て面と当該突き当て面に接触するローラの端面との少なくとも一方の表面粗さの算術平均粗さをＲａとし、最大高さをＲｙとし、スキューネスをＲｓｋとしたときに、前記スキューネスＲｓｋを−１以下とし、前記最大高さＲｙを３μｍ以下とし、Ｒｙ／Ｒａを６〜１２とすることを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
請求項１記載のころ軸受において、前記ローラがテーパ形状であることを特徴とするころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内輪や外輪に形成された突き当て面とこれに接触するローラの端面との摩擦損失を低減するようにしたころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ころ軸受つまりローラベアリングは、内輪と外輪との間に多数のローラが組み込まれた軸受であり、円筒形状のローラが用いられる円筒ころ軸受、テーパ形状のローラが用いられる円錐ないしテーパころ軸受、および球面ローラが用いられる球面ころ軸受、およびニードルローラが用いられるニードルころ軸受などがあり、ローラの形状に応じて種々のタイプに分類される。
【０００３】
このようなローラを内輪と外輪との間に組み込むようにしたころ軸受にあっては、ローラの内輪や外輪に対するスラスト方向の移動を規制するために、内輪と外輪の一方または双方に形成された突き当て面にローラの端面を接触させるようにしている。このため、ローラはその外周面が内輪の外周面と外輪の内周面にころがり接触しながら回転するのに対して、ローラの端面は突き当て面に対して摺動接触することになるので、ころ軸受はこれらの摺動面における摩擦抵抗が大きくなると、摩擦損失が発生する。したがって、回転トルクを伝達する回転軸をころ軸受で支持する場合には、ころ軸受における摩擦損失によって回転トルクの伝達効率を低下させる要因となる。特に、テーパローラが用いられたテーパころ軸受にあっては、テーパローラの端面と突き当て面に大きなスラスト力が加わることになるので、回転トルクの伝達効率を向上するためには摺動面の面圧強度を高めるだけでなく、摺動面の摩擦係数を低減する必要がある。
【０００４】
ローラの転動面つまり外周面と軌道輪つまり内外輪との間の油膜形成を良好に保持するために、たとえば、特許文献１に記載されるように、ローラ外周面の面粗さＲｍｓの軸方向と円周方向の比を規定するようにした技術が提案されている。また、ローラの転がり疲れ寿命を向上するために、たとえば特許文献２に記載されるように、ローラ外周面の微小窪みの表層の硬さを内部に比べて高硬度に規定するようにした技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１６８０２１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平３−１１７７２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ローラベアリングは内輪または外輪の一方または双方に形成された突き当て面にローラの端面が接触するようになっているので、ローラベアリングの寿命を向上させるとともに摩擦損失を低減するには、ローラ転動面と内外輪との間の摩擦係数を低減するだけでなく、ローラ端面と突き当て面との摺動抵抗を低減する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明者によりローラ端面と突き当て面との間の摩擦係数を低減してローラベアリングにより回転自在に支持される回転軸の動力伝達効率を高めるべく、種々の研究と実験が行われた。その結果、摺動面の表面粗さをスキューネスＲｓｋに加えて、突き当て面の表面粗さの最大高さＲｙと算術平均粗さＲａとの比（Ｒｙ／Ｒａ）を所定の範囲に規定することにより、摺動面の面圧強度を保持しつつ潤滑油の保持率を高めることができるということが判明した。
【０００９】
本発明の目的は、ころ軸受におけるローラ端面と内外輪の突き当て面との間における潤滑油の保持率を高めて、ころ軸受における摩擦損失を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のころ軸受は、内輪と外輪との間にローラが組み込まれたころ軸受であって、内輪と外輪の少なくとも一方に形成される突き当て面と当該突き当て面に接触するローラの端面との少なくとも一方の表面粗さの算術平均粗さをＲａとし、最大高さをＲｙとし、スキューネスをＲｓｋとしたときに、前記スキューネスＲｓｋを−１以下とし、前記最大高さＲｙを３μｍ以下とし、Ｒｙ／Ｒａを６〜１２とすることを特徴とする。また、本発明のころ軸受は、前記ローラがテーパ形状であることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、突き当て面やローラ端面の表面粗さを上述した範囲に設定することにより、突き当て面やローラ端面の摺動面の接触面積を増加させて面圧を低下させることにより面圧強度が向上するとともに、摺動面に形成される多数の谷の溝幅が潤滑油の保持性を確保することができる幅となり、摺動面が摺動接触する際には谷の部分から潤滑油が摺動面に補充されて摺動面の摩擦係数を小さくすることができる。これにより、摺動面の耐焼き付け性と耐摩耗性が向上するとともに、ローラに加えられる予圧の経年変化を縮小することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）はころ軸受の一例であるテーパころ軸受を示す断面図であり、図１（Ｂ）は円筒ころ軸受を示す断面図であり、図１（Ｃ）は球面ころ軸受を示す断面図である。
【００１３】
それぞれのころ軸受１０は内輪１１と外輪１２とを有し、これらの間には多数のローラ１３が組み込まれている。図１（Ａ）に示すころ軸受１０は、ローラ１３がテーパ形状となっており、２つの内輪１１を備えた複列のテーパころ軸受つまりテーパローラベアリングである。内輪１１には鍔部１４が設けられており、鍔部１４にはローラ端面１５が摺動接触する突き当て面１６が形成され、ローラ端面１５が突き当て面１６に接触することによってローラ１３のスラスト方向の移動が規制される。なお、図１において符号１７は、多数のローラ１３を内輪１１と外輪１２との間で保持するためのリテーナであり、リテーナ１７によりローラ１３相互は円周方向に位置決めされる。
【００１４】
図１（Ｂ）に示すころ軸受１０は、ローラ１３が円筒形状となった円筒ころ軸受であり、内輪１１と外輪１２にはそれぞれローラ端面１５が摺動接触する突き当て面１６が形成されている。また、図１（Ｃ）に示すころ軸受１０は、ローラ１３が球面となった球面ころ軸受であり、内輪１１にはローラ端面が摺動接触する突き当て面１６が形成されている。
【００１５】
本発明のころ軸受１０においては、ローラ端面１５が摺動接触する摺動面つまり突き当て面１６には、摺動面の摩擦係数μを低減するために、ローラ端面１５との間で潤滑油を保持するように表面粗さが設定されている。ただし、ローラ端面１５を所定の表面粗さとしても良く、突き当て面１６とローラ端面１５の両方を所定の表面粗さに設定するようにしても良い。
【００１６】
図２（Ａ），（Ｂ）は突き当て面１６の表面粗さの一般例を示す粗さ曲線であり、このような表面粗さを示す基本的ファクターとしては、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚおよび二乗平均粗さＲｑがある。算術平均粗さＲａは、以下の式（１）により表される。なお、この式（１）においてＹｉは平均線ｍからの偏差を示す。
【００１７】
【数１】
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最大高さＲｙは、図２（Ａ）に示されるように、粗さ曲線からその平均線ｍの方向に基準長さＬだけ抜き取って、この抜き取り部分の山頂線Ｒｐと谷底線Ｒｖとの間隔の合計値を示す。
【００１８】
十点平均粗さＲｚは、図２（Ｂ）に示されるように、粗さ曲線から平均線ｍの方向に基準長さＬだけ抜き取って、この抜き取り部分の最も高い山頂から５番目までの山頂の標高Ｙｐの絶対値の平均と最も低い谷から５番目までの谷底の標高Ｙｖの絶対値の平均値であり、以下の式（２）により表される。また、二乗平均粗さＲｑは、平均値のまわりの二次モーメントであって、表面粗さの分散を示す指標であり、以下の式（３）により表される。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
【数３】
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上述した二乗平均粗さＲｑと平均線からの偏差Ｙｉにより、スキューネスＲｓｋが以下の式（４）により定義され、さらにクルトシスＲｋｕが以下の式（５）により定義される。
【００２１】
【数４】
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【００２２】
【数５】
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このスキューネスＲｓｋは、平均値のまわりの三次モーメントをＲｑ３で正規化した値であり、表面粗さの平均線ｍに対する偏り、つまり平均値のまわりの非対称性を示す指標である。一方、クルトシスＲｋｕは、平均値まわりの四次モーメントをＲｑ４で正規化した値であり、波形の尖鋭度を示す指標である。
【００２３】
図３（Ａ）はスキューネスＲｓｋが負の場合の表面粗さの一例を示す粗さ曲線図であり、図３（Ｂ）はスキューネスＲｓｋが正の場合の表面粗さの一例を示す粗さ曲線図である。これらの比較から分かるように、スキューネスＲｓｋが負の表面粗さは山の幅が大きくなって表面の面積が増加するので、突き当て面１６をこのような表面粗さにすると、突き当て面１６の接触面積が増加して面圧強度が高くなる。しかしながら、スキューネスＲｓｋが負となる表面粗さに設定しただけでは、谷の溝幅が小さすぎて谷の中での潤滑油の保持性を確保することができない。
【００２４】
図４（Ａ）〜図４（Ｅ）はクルトシスＲｋｕを相違させた場合の表面粗さの変化を模式的に示す粗さ曲線図であり、クルトシスＲｋｕの値が大きくなると、粗さ曲線の尖鋭度が大きくなり、多くの谷部が形成され潤滑油を充分に捕捉することができる。
【００２５】
ところで、表面粗さの最大高さＲｙと算術平均粗さＲａとの比（Ｒｙ／Ｒａ）とクルトシスＲｋｕとには一定の相関関係がある。図５は前述した比（Ｒｙ／Ｒａ）とクルトシスＲｋｕとの関係を示す相関特性図であり、Ｒｙ／Ｒａの値が大きくなるとクルトシスＲｋｕの値も大きくなり、最大高さＲｙと算術平均粗さＲａとを求めると、クルトシスＲｋｕを求めることができる。
【００２６】
発明者は、図１に示すように、突き当て面１６の面圧強度を確保しつつ潤滑油の保持性を高めることができる表面粗さを求めた。表面粗さを調整することによって、突き当て面１６の接触面積を増加させて面圧強度を高めるつつ潤滑油の保持性を高めることができると、突き当て面１６の摩擦係数μを小さくすることができ、結果的にころ軸受１０により回転自在に支持される回転軸のトルク伝達効率ηを高くし、さらに突き当て面１６の耐焼き付け性や耐摩耗性を向上することができる。
【００２７】
図６は突き当て面１６について測定した表面粗さと回転軸のトルク伝達効率との関係を示す実験データであり、縦軸はスキューネスＲｓｋを示し、横軸はＲｙ／Ｒａを示す。図６においては、トルク伝達効率ηが設定値以上になった場合を白抜き三角で示し、トルク伝達効率ηが設定値以下になった場合を黒塗りの四角で示している。この実験結果から、トルク伝達効率ηが所定値以上になるスキューネスＲｓｋは−１以下であることが判明した。
【００２８】
図７はトルク伝達効率ηを向上させることができる表面粗さを示す模式図であり、図７（Ａ）はスキューネスＲｓｋを負に設定した場合の表面粗さを示す。このようにスキューネスＲｓｋを負に設定しただけでは、谷の溝幅が大きく、数が少なくなってしまい、その中で潤滑油を捕捉することができない。これに対して、図７（Ｂ）に示すように、最大高さＲｙを変化させることなく、谷の溝幅を小さくしかつ谷の数を増やせば、潤滑油を充分に保持することができることになる。これにより、摩擦係数μを小さくすることが可能となり、トルク伝達効率ηを高めることができる。図７（Ｂ）に示す表面粗さは、スキューネスＲｓｋを負に設定するとともに、算術平均粗さＲａを小さくしてＲｙ／Ｒａの値を図７（Ａ）よりも大きくすることにより設定される。このように、Ｒｙ／Ｒａの値を大きくするとクルトシスＲｋｕの値が大きくなり、面圧強度を高めつつ潤滑油の保持性が向上して摩擦係数μを小さくすることができる。これに加えて、最大高さＲｙを小さくすれば、図７（Ｂ）に示される波形が相似的に小さくなり、さらに摩擦係数μを小さくすることができる。
【００２９】
このような観点から種々の表面粗さところ軸受を用いた回転軸のトルク伝達効率ηとの関係を実験により求めたところ、図８および図９に示す結果が得られた。これらの実験では、突き当て面１６の接触面積を確保するために突き当て面１６のスキューネスＲｓｋを−１に設定した。
【００３０】
図８はころ軸受１０を用いた回転軸のトルク伝達効率ηと│Ｒｓｋ│×Ｒｙ／Ｒａとの関係を示す実験データであり、伝達効率ηは図８においてａ点に達するまでは、大きく一定値Ｃに向けて増加し、ａ点を過ぎると、ほぼＣの値に漸次接近した。このａ点のＲｙ／Ｒａの下限値は６であり、この値を６以上に設定すると、η＝Ｃの値に漸次接近するが、突き当て面１６の加工効率を考慮すると、１２以下が限度であり、この値は６〜１２の範囲に設定される。
【００３１】
図９はころ軸受１０を用いた回転軸のトルク伝達効率ηと│Ｒｓｋ│／Ｒｙとの関係を示す実験データであり、伝達効率ηは図９においてｂ点に達するまでは、大きく一定値Ｃに向けて増加し、ｂ点を過ぎると、ほぼη＝Ｃの値に漸次接近した。このｂ点の値となる最大高さＲｙの上限値は、スキューネスの絶対値が１であるので、Ｒｙ＝３μｍであった。最大高さＲｙをこれよりも小さい値とすると、η＝Ｃの値に漸次接近する。
【００３２】
このように、突き当て面１６の表面粗さの算術平均粗さをＲａとし、最大高さをＲｙとし、スキューネスをＲｓｋとしたときに、突き当て面１６のスキューネスＲｓｋを−１以下とし、前記最大高さＲｙを３以下とし、Ｒｙ／Ｒａを６〜１２とすることにより、面圧強度を維持しつつ突き当て面１６の摩擦係数を低減してトルク伝達効率を高めることができる。
【００３３】
図１０は図７（Ｂ）に示す表面粗さの突き当て面１６を加工するための内輪１１の製造方法を示す工程図であり、鍛造加工により内輪１１と外輪１２の素材を製造した後に、旋盤などの切削機械により内輪１１の外周面を切削加工して鍔部１４を形成する。このようにして鍔部１４が機械加工された内輪１１は、表面に所定の厚みの表面硬化層を形成するために浸炭焼き入れ処理され、その後に、内輪１１の外周面を形成するために仕上げ研削加工が行われる。その後この仕上げ研削加工面の表面粗さ形状を出すため、更にバレル研磨法によるバレル研磨仕上げ加工が行われる。このバレル研磨仕上げによって、突き当て面１６の面粗度が形成される。
【００３４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、実施の形態においては、テーパころ軸受の内輪１１に形成された突き当て面１６の表面粗さを上述した粗さに設定した場合について説明したが、ローラの端面１５についても同様の表面粗さに設定するようにしても良い。また、外輪１２に突き当て面１６を形成する場合には、その突き当て面１６を同様に処理するようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ころ軸受のローラの端面と、内輪と外輪の少なくとも一方に形成される突き当て面との一方または双方の表面粗さの算術平均粗さをＲａとし、最大高さをＲｙとし、スキューネスをＲｓｋとしたときに、スキューネスＲｓｋを−１以下とし、最大高さＲｙを３μｍ以下とし、Ｒｙ／Ｒａを６〜１２に設定する。これにより、突き当て面とこれに摺動接触するローラ端面との間に充分な潤滑油が保持されるので、摺動面の摩擦抵抗が減少して、摩擦ロスを低減することができる。また、摺動面の面圧強度が向上し、ころ軸受の寿命を長くすることができる。さらに、耐摩耗性が向上するので、ローラに加えられた予圧の経時変化を縮小させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はテーパころ軸受を示す断面図であり、（Ｂ）は円筒ころ軸受を示す断面図であり、（Ｃ）は球面ころ軸受を示す断面図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は突き当て面の表面粗さの一般例を示す粗さ曲線である。
【図３】（Ａ）はスキューネスＲｓｋが負の場合の表面粗さの一例を示す粗さ曲線図であり、（Ｂ）はスキューネスＲｓｋが正の場合の表面粗さの一例を示す粗さ曲線図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）はクルトシスＲｋｕを相違させた場合の表面粗さの変化を模式的に示す粗さ曲線図である。
【図５】表面粗さの最大高さＲｙと算術平均粗さＲａとの比（Ｒｙ／Ｒａ）とクルトシスＲｋｕとの関係を示す相関特性図である。
【図６】多数の突き当て面について測定した表面粗さところ軸受を用いた回転軸のトルク伝達効率との関係を示す実験データである。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は本発明の表面粗さを持つ突き当て面を示す断面図である。
【図８】ころ軸受を用いた回転軸のトルク伝達効率ηと│Ｒｓｋ│×Ｒｙ／Ｒａとの関係を示す実験データである。
【図９】ころ軸受を用いた回転軸のトルク伝達効率ηと│Ｒｓｋ│／Ｒｙとの関係を示す実験データである。
【図１０】本発明の突き当て面の表面粗さを内輪を加工するためのころ軸受の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０    ころ軸受（ローラベアリング）
１１    内輪
１２    外輪
１３    ローラ
１４    鍔部
１５    ローラ端面
１６    突き当て面
【図１】
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【図２】
2004324670.tif 000009
【図３】
2004324670.tif 000010
【図４】
2004324670.tif 000011
【図５】
2004324670.tif 000012
【図６】
2004324670.tif 000013
【図７】
2004324670.tif 000014
【図８】
2004324670.tif 000015
【図９】
2004324670.tif 000016
【図１０】
2004324670.tif 000017