(57)【要約】ころがり要素軸受は、軌道面が形成された内軌道輪そして外軌道輪と、各軌道輪の軌道面に接触する一連の転動体とを有している。転動体と軌道面との間の接触領域に潤滑剤膜が形成され、各接触領域の入口側で潤滑剤膜が潤滑剤メニスカスを形成する。軸受内では、潤滑剤が不足している状態である。各転動体の表面が潤滑剤で満たされた多数の微少凹部を有し、該凹部は転動体と軌道輪との接触により定まる接触領域にて平坦化されることにより各接触領域の入口側における潤滑剤を解放して上記接触領域から離れてメニスカスの変位を生じせしめる。このメニスカスの変位が各接触領域での潤滑剤膜を増大させ、かくして、軸受内の潤滑状態を改善する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道面が形成された内軌道輪そして外軌道輪と、各軌道輪の軌道面に接触する一連の転動体とを有し、転動体と軌道面との間の接触領域に潤滑剤膜が形成され、各接触領域の入口側で潤滑剤膜が潤滑剤メニスカスを形成するころがり軸受において、潤滑剤が不足している状態で、各転動体の表面が潤滑剤で満たされた多数の微少凹部を有し、該凹部は転動体と軌道輪との接触により定まる接触領域にて平坦化されることにより各接触領域の入口側における潤滑剤を解放して上記接触領域から離れてメニスカスの変位を生じせしめ、このメニスカスの変位が各接触領域での潤滑剤膜を増大させることを特徴とするころがり要素軸受。
【請求項２】
潤滑剤メニスカスは軌道面に関して非ゼロ圧力勾配を形成することとする請求項１に記載のころがり要素軸受。
【請求項３】
多数の凹部は任意形状をなしていることとする請求項１又は請求項２に記載のころがり要素軸受。
【請求項４】
凹部は横方向溝を有してることとする請求項３に記載のころがり要素軸受。
【請求項５】
接触領域から離れてメニスカスが変位した後に得られる潤滑剤膜厚は接触領域の中央部で少なくとも０．０１μｍであることとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載のころがり要素軸受。
【請求項６】
多数の凹部は同一の面パターンをなしていることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載のころがり要素軸受。
【請求項７】
多数の凹部は異なる面パターンをなしていることとする請求項１ないし請求項６のうちの一つに記載のころがり要素軸受。
【請求項８】
転動体は軌道輪が表面張力により潤滑剤層を形成していることとする請求項１ないし請求項７のうちの一つに記載のころがり要素軸受。
【請求項９】
凹部における界面エネルギが該凹部の周囲域の界面エネルギと異なることとする請求項１ないし請求項８のうちの一つに記載のころがり要素軸受。
【請求項１０】
転動体の表面がコーティングされ、凹部がコーティングされておらず、もしくは互いに逆であることとする請求項９に記載のころがり要素軸受。
【請求項１１】
コーティングがダイヤモンド状カーボンコーティングで、凹部が鋼材であることとする請求項１０に記載のころがり要素軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
＜発明の属する技術分野＞
【０００２】
本発明は、潤滑剤が不足している状態で運転されるころがり要素軸受に関する。
＜従来の技術及び発明が解決しようとする課題＞
このような軸受の場合、ころがり要素と軌道輪との間の接触により定まる接触領域に十分な厚さの潤滑剤の膜が形成されるようには、引き込み（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）のための接触領域の入口側で十分な潤滑剤が得られていない。正規の運転状態では、軌道輪ところがり要素との間の膜厚は接触領域での形態、粘性のような潤滑剤の特性そして引き込み粘性によって決まる。潤滑剤の不足状態では、潤滑剤の量も重要な役割を担う。
【０００３】
このような場合、接触領域での潤滑剤の膜厚が小さくなるので、ころがり要素と軌道輪の面、すなわち表面突起が接触してしまう。その結果、軸受の寿命は、凝着摩耗や表面疲労によって、短くなってしまう。
【０００４】
膜厚の減少は、異物混入に起因する寿命の短命化にもつながる。大きな異物が接触領域を自由に通過できなくなり、寿命をさらに短くする窪みをもたらす。
【０００５】
潤滑剤の不足状態は、いくつかの理由により生ずる。例えば、軸受内の潤滑剤の量が、単純に少なすぎるという場合である。潤滑剤の不足状態は、適切な還流が得られないときにも生ずる。軸受内でころ（転動体）が軌道上を過度に転動したときには、潤滑剤は軌道から部分的に流出してしまう。追従する次のころの速度が大きく、あるいは潤滑剤の粘性が大きいときには、潤滑剤が軌道へ還流する（戻る）時間がない。したがって、このころのために残る潤滑剤の量が非常に少なくなり、これは、このころが必要な厚さの膜を形成できないことを意味する。
【０００６】
この問題は、グリース潤滑軸受の場合は一層悪くなり、グリースは、軌道の側方へ押し出され、若干量だけが軌道に残ってその中で流動する。
【０００７】
＜課題を解決するための手段＞
この発明の目的は、たとえ潤滑剤が不足状態であっても、軸受が必要最低限の寿命の確保を可能とするようにして、上記の問題のための解決手段を提供することにある。この目的は、軌道面が形成された内軌道輪そして外軌道輪と、各軌道輪の軌道面に接触する一連の転動体とを有し、転動体と軌道面との間の接触領域に潤滑剤膜が形成され、各接触領域の入口側で潤滑剤膜が潤滑剤メニスカスを形成し、この潤滑剤メニスカスが非潤滑相から潤滑油相へ移行するように設定されているころがり軸受において、潤滑剤が不足している状態で、各転動体の表面が潤滑剤で満たされた多数の微少凹部を有し、該凹部は転動体と軌道輪との接触により定まる接触領域にて平坦化されることにより各接触領域の入口側における潤滑剤を解放して上記接触領域から離れてメニスカスの変位を生じせしめ、このメニスカスの変位が各接触領域での潤滑剤膜を増大させることを特徴とするころがり要素軸受を手段として達成される。
【０００８】
接触領域で膜厚が増加する結果、金属対金属の接触が減少し軸受の寿命が延びる。
【０００９】
微少凹部が形成されたボールをもつころがり要素軸受はそれ自体公知である。しかしながら、このようなころがり要素軸受が潤滑剤不足状態で良好に運転できるということは認識されていなかった。本発明によると、潤滑剤不足状態下でころがり要素軸受は多数の微少凹部が形成されている。この潤滑剤不足状態とは、凹部がない場合、通常、膜厚が接触面を十分に離間させるには小さすぎる。
【００１０】
上述のごとく、潤滑剤不足状態の場合、軌道輪と転動体とをそれらの面を十分に離間させるための潤滑剤が両者間に殆んどない。かかる潤滑剤不足状態はメニスカスの位置における圧力勾配を用いて定めることができる。十分な潤滑が得られるときには、潤滑剤で満たされた接触状態が得られ、これは圧力立上りの始点でゼロ圧力勾配として特徴づけられる。潤滑剤不足のときは接触領域から所定の距離におけるメニスカスを有効的に得る。メニスカスところがり要素そして軌道輪の隣接面の間で定義される潤滑剤量は接触領域の位置における両者の十分な離間を得るには十分でない。
【００１１】
潤滑剤不足状態を定義する他の方法としては、潤滑剤膜厚と隙間との比で定義される部分充填量を考慮することもある。すると、メニスカスは膜厚が隙間から離れる点として定義される。この点がヘルツ接触に近づくと、接触領域が潤滑剤不足とされる。
【００１２】
しかし、本発明によると、この油量は、接触による荷重のもとに幾分平坦化された表面凹部から流出する若干の追加的油量により供給される。すると、この若干の油量は、メニスカスを接触位置から前方に向け移動させ、その結果、潤滑剤不足状態でも接触面同士を良好に離間することとなる。
【００１３】
凹部の形状は適宜決定でき、いかなるパターンによっても形成可能である。
【００１４】
既述のごとく、潤滑剤不足状態での改善された潤滑効果は凹部に潤滑剤を収容している場合に得られる。凹部での潤滑剤を確保するためには、好ましくは、凹部での界面エネルギがピットの周囲の領域の界面エネルギと異なることが良い。
【００１５】
例としては、ころがり要素の表面がコーティングされ、凹部はコーティングされていない。
【００１６】
特に、コーティングはダイヤモンド状カーボンコーティングで、ピットが鋼材である。
【００１７】
＜発明の実施の形態＞
以下、図１ないし図５に示されるグラフを参照しつつ本発明をさらに説明する。
【００１８】
図において、Ｈは接触面同士間の隙間を示す。十分な潤滑状態では、これは膜厚さに対応する。潤滑剤不足状態では、被圧領域での膜厚さに対応する。
【００１９】
図１の正規化されたグラフでは、破線は、微少凹部なしのころがり要素のための軌道ところがり要素との間の接触における潤滑剤膜厚に関している。接触領域においては、潤滑剤層の実際の厚さは約０．１４μｍである。
【００２０】
実線はスナップショトがＸ＝０ピットの位置で取られた接触領域を通る凹部をもつころがり要素の場合の膜厚を表わしている。明らかなことであるが、接触領域内での潤滑剤層の厚さはピットの存在によっては殆んど影響を受けない。
【００２１】
図２の結果は、潤滑剤の不足状態の場合に、接触領域における潤滑剤層の厚さが非常に減少していることを示している。凹部のないころがり要素では、厚さは０．０３６μｍであり、これでは、通常、ころがり要素と軌道の面同士を互いに十分に離間させるには小さすぎる。このように、表面突起は互いに接触し、軸受寿命を短くしてしまう。
【００２２】
しかしながら、凹部のあるころがり要素の場合は、全体としては軸受が潤滑剤の不足状態にあるにも拘らず、接触領域での潤滑剤層の厚さは非常に大きい。接触領域の入口側において、位置Ｘ＝０でピットをもつころがり要素を示す実線は０．０６μｍにも達している。この好ましい効果は、ころがり要素の前方、換言すれば、その上流の位置での油量へのピットからの油の供給によりもたらされる。この油量はころがり要素、軌道の面そしてメニスカスによって定まる。
【００２３】
図３においては、潤滑剤が十分にある状態そして不足している状態で、凹部を有するころがり要素と凹部を有しないころがり要素との間での接触領域における差について直接的な比較がなされている。
【００２４】
図４と図５は、潤滑剤が十分にある状態そして不足している状態について、軌道に対して直角な断面での膜厚を示している。
【００２５】
図１から図４で明らかなように、潤滑剤が十分にある場合に、Ｙ＝０の位置での凹部の存在は、凹部それ自体の位置を除いて、大きい差は生じない。
【００２６】
図２から明らかなように、潤滑剤の不足状態での上流側での膜厚は、凹部付きのころがり要素の場合は平滑なころがり要素に比べて良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸受の軸線に直角な断面にて、潤滑剤が十分な状態での一点接触における膜厚と圧力を図示している。
【図２】潤滑剤不足状態での膜厚と圧力を図示している。
【図３】図１と図２の拡大である。
【図４】軌道面に直角な断面にて、潤滑剤が十分な状態での膜厚を示している。
【図５】潤滑剤不足状態での膜厚を示している。
【図１】
2004503728.tif 000002
【図２】
2004503728.tif 000003
【図３】
2004503728.tif 000004
【図４】
2004503728.tif 000005
【図５】
2004503728.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2004503728.tif 000007
2004503728.tif 000008
2004503728.tif 000009
2004503728.tif 000010
2004503728.tif 000011
2004503728.tif 000012
2004503728.tif 000013
2004503728.tif 000014
2004503728.tif 000015
2004503728.tif 000016
2004503728.tif 000017
【国際調査報告】
2004503728.tif 000018
2004503728.tif 000019
2004503728.tif 000020