(57)【要約】【課題】ピーリング等の表面損傷による早期はくりを抑制し、自動調心ころ軸受の長寿命化を図ることである。【解決手段】複列軌道１ａを有する内輪１と、複列一体の球面軌道２ａを有する外輪２と、これら内輪軌道と外輪軌道間に複列に組み込まれる複数個のころ３と、該ころを転動可能に保持する保持器４とから構成され、内輪の軌道径は両端部より中央部が大きく、保持器の幅方向両端面は内輪軌道面の両端部と隙間を介して対向する自動調心ころ軸受において、内輪軌道面における中心線粗さ範囲の上限値をＲａｉ、外輪軌道面における中心線粗さ範囲の下限値をＲａｏとした場合に、Ｒａｏ／Ｒａｉ≧１．５の式を満足し、かつ転動体と軌道輪の残留オーステナイト量γＲの差が体積比で３％以上とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列軌道を有する内輪と、複列一体の球面軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道間に複列に組み込まれる複数個のころと、該ころを転動可能に保持する保持器とから構成され、内輪の軌道径は両端部より中央部が大きく、保持器の幅方向両端面は内輪軌道面の両端部と隙間を介して対向する自動調心ころ軸受において、
内輪軌道面における中心線粗さ範囲の上限値をＲａｉ、外輪軌道面における中心線粗さ範囲の下限値をＲａｏとした場合に、
Ｒａｏ／Ｒａｉ≧１．５の式を満足し、
かつ転動体と軌道輪の残留オーステナイト量γＲの差が体積比で３％以上
であることを特徴とする自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般産業機械、工作機械、振動ふるい、鉄鋼機械、二輪車エンジン等に使用される自動調心ころ軸受に関し、該軸受の長寿命化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動調心ころ軸受は、取付け誤差や衝撃荷重により外輪や内輪が傾斜しても転動体の接触状態は変化しないため、異常荷重の発生を防止できるとともに、ラジアル負荷能力を大きく取ることができる利点がある。
そのため、自動調心ころ軸受は、製紙機械用の各種ロールネック軸受や車両用軸受や各種産業用軸受として広く使用されている。
自動調心ころ軸受において、スキューは発熱の防止や軸受長寿命化に大きく影響する。
この対策として、内輪と転動体間の摩擦係数や外輪と転動体間の摩擦係数を制御するために、軸受の接触面積や軌道面の表面粗さを調整することが実施されている。例えば、内輪軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ以下で、外輪軌道面の表面粗さが０．２μｍＲａ以上にした事例が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５７−６１９３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動調心ころ軸受の場合、上述したようにスキューや、スキッディング等の滑りが生じ、軌道輪、主に内輪にピーリングなどの表面損傷が生じやすく、短寿命となるため、内輪と転動体間の摩擦係数や外輪と転動体間の摩擦係数を制御するために、外輪軌道面の表面粗さを内輪軌道面の表面粗さよりも大きくなるよう調整している。
しかし、外輪軌道面の表面粗さを内輪軌道面の表面粗さよりも粗くして摩擦力を大きくするとスキューの制御や微小滑りの抑制に有効ではあるが、実際、１個の軸受において内輪軌道面および外輪軌道面の表面粗さは、内外輪の場所によってばらつき（円周方向でのばらつき）をもっている。このため内輪軌道面と転動体の接触部および外輪軌道面と転動体の接触部での摩擦力の大きさが軸受の回転に伴い、場所によって変化してしまうため、実際のスキュー抑制や微小領域での滑りを抑制する効果が変動するおそれがある。
例えば、一つの軸受の中で、数箇所の粗さを測定した場合に、個々の粗さの値がばらつきを持っている。加工状態が悪い場合には、粗さの範囲で見た場合に、内輪軌道面の粗さと外輪軌道面の粗さ範囲がかなり近寄ったり、値が重なって内輪軌道面と外輪軌道面の表面粗さが逆転するような部位があると、転動体と内外輪の接触部における摩擦力が変化し、ころの回転が不安定になって、内輪と転動体の接触部で微小な滑りが発生しピーリングなどの表面損傷を生じやすくなる。
したがって、外輪軌道面の表面粗さを内輪軌道面の表面粗さより粗くするだけでは不十分であり、軸受の中での外輪軌道面の粗さ分布と内輪軌道面の粗さ分布を考慮した上で、外輪軌道面と内輪軌道面の表面粗さの比を規定しなければならない。
【０００５】
また、自動調心ころ軸受では、一般的に高温での使用条件下で残留オーステナイトが分解して寸法変化が生じるため、内外輪には２００℃以上の高温焼戻しを施し、残留オーステナイト量をほぼ０％にすることがなされている。
この高温焼戻し処理によって、残留オーステナイトを分解させることは可能であるが、硬さが低下してしまうという弊害があるために、内輪にピーリングなどの表面損傷が生じやすくなり、短寿命となる。
これに対して、外輪を粗くする、すなわち内輪軌道面における中心線粗さ範囲の上限値を、外輪軌道面における中心線粗さ範囲の下限値より大きくすることによって、上述したように内輪におけるピーリング等の表面損傷を抑制することができ、内輪での破損を抑制することができるが、その一方で、粗さの大きい外輪と粗さの比較的良好なころの接触部で摩擦力が大きくすることによって、外輪がころを駆動することとなる。したがつて、外輪軌道面の表面粗さがころの表面に転写される状態となって、ころ表面の疲労が著しく進行するのである。
【０００６】
以上のような状況を鑑みて、本発明者らは、自動調心ころ軸受の長寿命化に関して鋭意研究を進めてきた。その結果、ころの回転運動を安定化することを目的として外輪軌道面の表面粗さを内輪軌道面の表面粗さよりも大きくする場合に、軸受の回転時におけるころと内輪及びころと外輪の接触部で生じる摩擦力の変動を小さくし、摩擦力の変動に起因して発生する接触面での微小な滑りあるいはスキューを抑制するのに、平均粗さだけで外輪軌道面を内輪軌道面よりも粗くするのではなく、内輪軌道面と外輪軌道面の表面粗さのばらつきを考慮することが有効であることを明らかにした。
また、ばらつきを考慮して、内外輪軌道面の表面粗さの関係を適正化することによって、最も表面疲労を受ける部位が内外輪から転動体へ移行するので、ころの材料をピーリングに強い材料・熱処理仕様にすることによって、長寿命化をはかることができることを明らかにした。
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、自動調心ころ軸受の長寿命化を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明がなした技術的手段は、複列軌道を有する内輪と、複列一体の球面軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道間に複列に組み込まれる複数個のころと、該ころを転動可能に保持する保持器とから構成され、内輪の軌道径は両端部より中央部が大きく、保持器の幅方向両端面は内輪軌道面の両端部と隙間を介して対向する自動調心ころ軸受において、内輪軌道面における中心線粗さ範囲の上限値をＲａｉ、外輪軌道面における中心線粗さ範囲の下限値をＲａｏとした場合に、Ｒａｏ／Ｒａｉ≧１．５の式を満足し、かつ転動体と軌道輪の残留オーステナイト量γＲの差（γＲ（転動体）−γＲ（軌道輪））が、体積比で３％以上とすることによって、自動調心ころ軸受のピーリング等の表面損傷による早期はくりを抑制し、長寿命化を図るものである。
【０００８】
外輪の粗さを大きくした場合には内輪での微小滑りが抑制されて、内輪の表面疲労が低減されるが、ころが最も表面疲労を受けやすい部位となり、この現象からすれば、最も疲労を受け易いころを表面疲労に対して強い材料仕様にすることによって、寿命が延長するのである。
このようなピーリングのような表面損傷に対しては、転動体の表面硬さを高くすると同時に残留オーステナイトを残すことが非常に有効である。したがって、本発明に係る転がり軸受においては、転動体であるころを軌道輪よりも硬くし、かつ残留オーステナイトを残すことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態にすぎず何等これに限定して解釈されるものではなく、本発明の範囲内において適宜設計変更可能である。
【００１０】
本実施形態では、例えば図１に示す自動調心ころ軸受をその一例として挙げて説明するが、他の構成の自動調心ころ軸受を本発明の範囲内で適用することは可能である。本実施形態の自動調心ころ軸受は、例えば、一般産業機械、工作機械、振動ふるい、鉄鋼機械、二輪車エンジン等に使用される。
自動調心ころ軸受は、複列軌道（内輪軌道面ともいう）１ａを有する内輪１と、複列一体の球面軌道（外輪軌道面ともいう）２ａを有する外輪２と、これら内輪軌道１ａと外輪軌道２ａ間に複列に組み込まれる複数個のころ３と、該ころ３を転動可能に保持する保持器４とから構成されている。
内輪軌道１ａと外輪軌道２ａは、その両端部の径ｄ１，ｄ２より中央部の径ｄ３，ｄ４が大きく設定されている。保持器４の形状は特に図示例に限定されず他の形態が適用可能であるが、その幅方向両端面４ａは、内輪軌道１ａの両端部と隙間Ｓを介して対向している。
本発明は、内輪軌道面１ａと外輪軌道面２ａの表面粗さ（外輪軌道面における中心線粗さ範囲の下限値Ｒａｏ／内輪軌道面における中心線粗さ範囲の上限値Ｒａｉ≧１．５）を調整すると共に、転動体３と軌道輪１，２の残留オーステナイト量の差を調整（γＲ（転動体）−γＲ（軌道輪）≧３％）する点に特徴的な構成を有するため、その特徴的な構成部分についての説明に留め、その他の構成部分、例えば内輪１・外輪２・ころ３・保持器４などの説明は省略するが、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。
【００１１】
ここで本発明では、内輪軌道面１ａと外輪軌道面２ａの中心線平均粗さを、内輪１、外輪２それぞれの円周上で異なる２箇所以上測定し、平均値に対して標準偏差σを求め、平均値に対して±３σをとった時の粗さを本発明における「粗さ範囲」とする。
内輪軌道面１ａおよび外輪軌道面２ａの粗さ範囲において、内輪軌道面１ａにおける粗さ範囲の上限値をＲａｉ、外輪軌道面２ａにおける粗さ範囲の下限値をＲａｏとする。粗さ範囲ＲａｏとＲａｉの関係を図２に模式的に示す。
本発明においては、粗さ範囲で見た場合に、外輪軌道面２ａの粗さ範囲における下限値Ｒａｏと内輪１の粗さ範囲の上限値Ｒａｉを見た場合、最も外輪軌道面２ａと内輪軌道面１ａの粗さの差が小さくなり、すなわち外輪２ところ３の間、内輪１ところ３の間の摩擦力の差が最小となって、外輪軌道面２ａを粗くすることによってもたらされる効果がもっとも小さくなる状態となる。
また、粗さのばらつきが非常に大きい場合には、粗さの平均値では、外輪軌道面２ａが内輪軌道面１ａよりも粗くなっていても、ＲａｏとＲａｉを比較した場合に、値がほぼ同等であったり（図１比較例ａ）、場合によっては、Ｒａｉの方がＲａｏより粗くなることも予想される（図１比較例ｂ）。このような場合、本来外輪２ところ３の接触部の摩擦力が内輪よりも大きくなければならないのに、部位によっては、内輪１ところ３間の摩擦力の方が大きくなるという逆転現象が生じ、ころ３が公転する間に、摩擦力が大きく変動する結果、ころ３の自公転が不安定となり、内輪１と転動体３の接触部では微小な滑りが誘発され、ピーリングなどの表面疲労が発生しやすい状態となる。
これに対し本実施形態では、少なくとも、内輪軌道面１ａの粗さ範囲の上限値Ｒａｉと外輪軌道面２ａの粗さの下限値Ｒａｏの比が１．５以上として、平均粗さだけではなく、軸受の内部での粗さのばらつきまで考慮することによって、常に内輪軌道面１ａよりも外輪軌道面２ａの粗さが大きい状態を保つことが可能となる。図２に示すように、本実施形態ではＲａｏ／Ｒａｉ＝２．５とする。
これによって軸受の回転時にころ３と軌道輪１，２間の摩擦力が大きく変動しないため、微小な領域での滑りが生じにくくなり、内輪１でピーリングなどの表面損傷を抑制することができる。
【００１２】
ころ３の材料として通常使用されるＳＵＪ２を使用した場合には、軌道輪１，２の熱処理とは異なり、高温焼戻し処理を施さずに焼入れ後の焼戻しを低温の１６０〜２２０℃の範囲で実施することによって、硬さをＨｖ７００以上でかつ残留オーステナイト量γＲを体積比で３〜１２％の範囲で残存させる。
このように構成することで、ピーリングに対して非常に強い。
また、ＳＵＪ２のころを用いた場合には、マルストレッシングに代表される浸炭窒化処理を実施することによって、基地中に窒素が固溶して残留オーステナイト量γＲが増すと同時に、固溶した窒素の効果によって一層ピーリングの発生を抑制することができる。
硬さについては、残留オーステナイト量γＲを３％以上に保てば、必然的に転動体３の方が内外輪１，２よりも硬くなり、一層ピーリング損傷に対しては有効である。硬さの差は、マイクロビッカース硬度でＨｖ３０以上が望ましい。
【００１３】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、実施例１乃至１２及び比較例１乃至７の各軸受について寿命試験を行い、Ｌ１０寿命で評価した実施の一例を説明する。
表１に試験結果を示す。
なお、試験条件は以下のとおりである。
【００１４】
「試験条件」
回転速度：２５ｓ−１（１５００ｒｐｍ）
試験荷重：４５２１７Ｎ
潤滑条件：強制循環油（ＶＧ６８）
軸受仕様：自動調心ころ軸受（型番２２２１１）
内外輪ところの材質は、夫々ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）を用いた。また内外輪およびころの熱処理は以下のとおりである。
＜内外輪＞
８３０〜８５０℃焼入れ      ２２０〜２４０℃×２時間焼戻し
＜ころ＞
▲１▼８３０〜８５０℃焼入れ      １６０〜２６０℃×２時間焼戻し
▲２▼８２０〜８４０℃浸炭窒化後、焼入れ、１６０〜２００℃×２時間焼戻し
内輪軌道面、外輪軌道面の粗さ、転動体の硬さ、残留オーステナイト量を表１に示した。
内外輪軌道面の粗さについては、３箇所で中心線粗さを測定し、標準偏差σから粗さの範囲を求め、ＲａｏとＲａｉを算出した。
【００１５】
【表１】
2005030425.tif 000003
【００１６】
また、図３は、内外輪およびころの熱処理条件を一定にし、Ｒａｏ／Ｒａｉ値と寿命比の関係をまとめた図である。「寿命比」とは、上述した試験条件における計算寿命時間を１とした場合の比率である。
表１によれば、Ｒａｏ／Ｒａｉの値が、比較例１乃至７では、０．１８〜２．５５の範囲であるのに対し、実施例１乃至１２では、１．５１〜４．３８の範囲であり、γＲ（転動体）−γＲ（軌道輪）が、比較例１乃至７では、０〜９．３ｖｏｌ％の範囲であるのに対し、実施例１乃至１２では、３〜９．１ｖｏｌ％の範囲である。
そして、Ｌ１０寿命比が、比較例１乃至７では、１〜１．３の範囲であるのに対し、実施例１乃至１２では、１．５〜２．２の範囲で小さく寿命が短いことがわかる。
内外輪の粗さの関係を見た場合に、図３で示すように、上述したＲａｏ／Ｒａｉの値が実施例１乃至１２のように１．５以上の場合に寿命延長効果は著しいことがわかる。
比較例３乃至７のようにＲａｏ／Ｒａｉの値が１．５より小さい場合は、外輪ところ間の摩擦力の大きさが不足して、ころの回転運動が不安定となった結果、内輪と軌道輪の接触部で滑りが生じてピーリングが発生して短寿命となるが、実施例１乃至１２のようにＲａｏ／Ｒａｉの値が１．５以上の場合は、内輪におけるピーリング等の表面損傷が発生しなくなり、長寿命化していることがわかる。
したがって、本発明では、Ｒａｏ／Ｒａｉの値を１．５以上とする。
また、実施例１２のように、Ｒａｏ／Ｒａｉの比を大きく取りすぎてもその効果が飽和するので、望ましくは、２．０以上３．５以下とする。
特に、外輪軌道面の表面粗さを著しく粗くすると、油膜形成が不十分となって、やはりピーリング等の表面損傷が発生しやすくなるので、外輪軌道面平均粗さの絶対値の上限値は、Ｒａで０．４μｍＲａとするのが望ましい。
また、表１において本発明の実施例は、転動体の硬さを、内外輪の硬さよりも大きく、かつ転動体の残留オーステナイト量の差を３％以上としており、Ｒａｏ／Ｒａｉを１．５以上にして疲労がころに移行した場合でも、表面損傷に対して強い材料仕様にしているので、長寿命である。
また、実施例１２は、ころに浸炭窒化処理を施した場合には、窒素固溶によって残留オーステナイトを高くでき、また硬さも高く保つことができるため、特に寿命延長効果が大きい。
比較例１及び２は、Ｒａｏ／Ｒａｉを１．５以上にしているが、ころが軌道輪と同様に高温焼戻し処理が施されて、軌道輪と転動体の硬さはほぼ同等で、さらに残留オーステナイト量がほぼ０％で、軌道輪と転動体との残留オーステナイト量の差が無い場合である。この場合、上述したように、外輪軌道面の表面粗さを粗くすることによって、表面疲労の発生部位が内輪からころへ移行するが、ころに表面損傷を生じ、ピーリングが発生してしまい、短寿命となっている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、ピーリング等の表面損傷による早期はくりを抑制し、長寿命化を図り得る自動調心ころ軸受が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明自動調心ころ軸受の一実施形態を断面して示す概略全体図。
【図２】外輪軌道面と内輪軌道面の表面粗さの範囲と、外輪の粗さ範囲における下限値Ｒａｏと内輪の粗さ範囲の上限値Ｒａｉとの比率を示す図。
【図３】外輪の粗さ範囲における下限値Ｒａｏと内輪の粗さ範囲の上限値Ｒａｉとの比率の値と寿命比の関係を示す図。
【符号の説明】
１：内輪
１ａ：軌道面
２：外輪
２ａ：軌道面
３：転動体（ころ）
４：保持器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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