(57)【要約】【課題】各球面ころ３、３のスキューによる摩擦及び発熱を十分に抑制できる構造を得られる製造方法を実現する。【解決手段】外輪軌道５を形成する為の加工条件を次の様に定めて、その加工条件でこの外輪軌道５を形成する。先ず、スキューによる摩擦及び発熱を十分に抑制できる、この外輪軌道５と上記各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数の範囲を設定する。次に、この摩擦係数の範囲、及び、運転条件から予想される油膜厚さから、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲を設定する。そして、この設定範囲を通る三次元負荷曲線を有する様な表面性状が得られる加工条件を決定する。これにより、上記外輪軌道５の摩擦係数を、確実に所望の範囲にできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状凹面である外輪軌道を、その内周面に形成した外輪と、この外輪軌道と対向する１対の内輪軌道を、その外周面に形成した内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に、２列に分けて、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられた球面ころとを備えた自動調心ころ軸受の製造方法であって、上記外輪軌道を形成する為の加工条件を以下の順序で定め、その加工条件でこの外輪軌道を形成する自動調心ころ軸受の製造方法。
(1) 上記外輪軌道と上記各球面ころの転動面との間の摩擦係数の下限値を、上記内輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の摩擦係数よりも大きい値に、上限値を、上記外輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の発熱が許容値を超えない値に、それぞれ設定する。
(2) 上記摩擦係数の下限値及び上限値、並びに、運転条件から予想される上記外輪軌道と上記各球面ころの転動面との間の油膜厚さから、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲を設定する。
(3) この設定範囲内を通る三次元負荷曲線を有する様な表面性状を得られる加工条件を決定する。
【請求項２】
三次元負荷曲線と油膜厚さの高さとの交点での負荷面積比を、この三次元負荷曲線の山部側のコア部の負荷面積比以下とする、請求項１に記載した自動調心ころ軸受の製造方法。
【請求項３】
外輪軌道を、研削後、超仕上により加工する、請求項１又は請求項２に記載した自動調心ころ軸受の製造方法。
【請求項４】
運転条件から予想される外輪軌道と各球面ころの転動面との間の油膜厚さを０．５μｍとし、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲を１１．８〜２１．７％に設定する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受の製造方法により製造される自動調心ころ軸受であって、外輪軌道の軸方向に関する表面粗さと円周方向に関する表面粗さとを、ほぼ同じとした自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る自動調心ころ軸受は、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する為に、製紙機械、金属の圧延機等、各種産業機械装置のロール等の回転支持部に組み込んだ状態で使用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば重量の嵩む軸をハウジングの内側に回転自在に支承する為に従来から、例えば特許文献１、２に記載された様な自動調心ころ軸受が使用されている。図１は、この様な自動調心ころ軸受の従来構造の１例を示している。この自動調心ころ軸受は、互いに同心に組み合わされた外輪１と内輪２との間に、複数の球面ころ３、３を転動自在に配列して成る。そして、１対の保持器４、４により、これら複数の球面ころ３、３の分離防止を図っている。これら各保持器４、４は、金属板をプレス成形して成る、所謂プレス保持器である。
【０００３】
上記外輪１の内周面には、単一の中心を有する球状凹面である外輪軌道５を形成している。又、内輪２の外周面の幅方向（図１の左右方向）両側には、それぞれが上記外輪軌道５と対向する、１対の内輪軌道６、６を形成している。又、上記複数の球面ころ３、３は、その最大径部が各球面ころ３、３の軸方向長さの中央部にある対称形（ビヤ樽形）或は、最大径部が中央部から軸方向にずれた非対称形で、上記外輪軌道５と上記１対の内輪軌道６、６との間に、２列に分けて、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けている。
【０００４】
上述の様に構成される自動調心ころ軸受により、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する場合、外輪１をハウジングに内嵌固定し、内輪２を回転軸に外嵌固定する。回転軸と共に内輪２が回転する場合には、複数の球面ころ３、３が転動して、この回転を許容する。ハウジングの軸心と回転軸の軸心とが不一致の場合、外輪１の内側で内輪２が調心する（外輪１の中心軸に対し内輪２の中心軸を傾斜させる）事で、この不一致を補償する。この場合に於いて、外輪軌道５は単一球面状に形成されている為、上記複数の球面ころ３、３の転動は、不一致補償後に於いても、円滑に行なわれる。
【０００５】
上述の様に作用する自動調心ころ軸受の場合、調心時に、外輪軌道５とこれら各球面ころ３、３の転動面との間で、各球面ころ３、３の幅方向（図１の左右方向）の滑りが生じる。又、上記自動調心ころ軸受の場合、これら各球面ころ３、３にスキューが生じ易い。従って、自動調心ころ軸受の場合、これら外輪軌道５と各球面ころ３、３との接触部で発熱や早期剥離が生じ易くなる。この為、例えば特許文献３〜６に記載されている様に、上記外輪軌道５と各球面ころ３、３との接触部で生じる発熱や早期剥離を抑える技術が、従来から知られている。
【０００６】
このうちの特許文献３には、外輪軌道又は内輪軌道と各球面ころの転動面との各接触部のそれぞれの摩擦係数を規制し、これら各球面ころのスキューを抑制する技術が記載されている。又、特許文献４には、外輪軌道に互いに交差する網目状の加工目を形成して、この外輪軌道の軸方向と円周方向との表面粗さをほぼ一定とした技術が記載されている。又、特許文献５には、外輪軌道と内輪軌道との中心線粗さを規制する技術が記載されている。更に、特許文献６には、外輪軌道若しくは内輪軌道の軸方向と円周方向との算術平均粗さ（Ｒa1、Ｒa2）、及び、これら両算術平均粗さの比（Ｒa1／Ｒa2）をそれぞれ規制すると共に、上記外輪軌道若しくは内輪軌道の軸方向と円周方向との表面粗さの突出谷部平均深さ（Ｒvk1 、Ｒvk2 ）を規制する技術が記載されている。
【０００７】
上述した各特許文献のうち、特許文献３〜５に記載された技術は、各球面ころのスキューを抑制して、外輪軌道とこれら各球面ころの転動面との接触部での発熱や早期剥離の発生を抑える。これに対して、上記特許文献６に記載された技術は、外輪軌道若しくは内輪軌道の表面性状を規制する事により、表面に良好な油溜を存在させ、これら外輪軌道若しくは内輪軌道と各球面ころの転動面との接触部の潤滑特性を良好にして、この接触部で発熱や早期剥離が発生する事を抑える。
【０００８】
上述した何れの発明の場合も、軌道面の表面性状を規制する為に二次元のパラメータを考慮している。又、上記各特許文献のうち、特許文献３〜５に記載された発明は、各球面ころのスキューによる摩擦及び発熱を抑制する事を目的としているが、この為には、軌道輪と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を考慮する必要がある。特に、上記特許文献３に記載されている様に、外輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を、内輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の摩擦係数よりも大きくする事が、これら各球面ころのスキューを防止する上で重要となる。但し、上記摩擦係数は、軌道面と各球面ころの転動面との間の発熱が許容値を超えない値とする必要もある。この様に、各球面ころのスキューに重要な影響を及ぼす摩擦係数は、軌道面の表面に存在する山の高さやこの山の割合等の三次元的な性状に依存する。言い換えれば、軌道面と各球面ころの転動面との三次元的な接触状態が、上記摩擦係数に大きな影響を及ぼす。この為、上記各特許文献３〜５に記載された発明の様に、軌道面の表面性状を二次元のパラメータで評価する構造の場合、上記摩擦係数を所定の範囲内に制御できるとは限らない。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１５７１１６号公報
【特許文献２】特許第３５２９１９１号公報
【特許文献３】特公昭５７−６１９３３号公報
【特許文献４】特開２００５−９０６１５号公報
【特許文献５】特開２００５−３０４２５号公報
【特許文献６】特開２００４−３５３７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、各球面ころのスキューによる摩擦及び発熱を十分に抑制できる構造を得られる製造方法を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の対象となる自動調心ころ軸受は、前述の図１に示した従来から知られている自動調心ころ軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数個の球面ころとを備える。
このうちの外輪は、球状凹面である外輪軌道を、その内周面に形成している。
又、上記内輪は、上記外輪軌道と対向する１対の内輪軌道を、その外周面に形成している。
又、上記各球面ころは、上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、２列に分けて、両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられている。
【００１２】
特に、本発明の自動調心ころ軸受の製造方法は、上記外輪軌道を形成する為の加工条件を以下の順序で定め、その加工条件でこの外輪軌道を形成する。
(1) 上記外輪軌道と上記各球面ころの転動面との間の摩擦係数の下限値を、上記内輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の摩擦係数よりも大きい値に、上限値を、上記外輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の発熱が許容値を超えない値に、それぞれ設定する。尚、「発熱が許容値を超えない値」は、例えば、自動調心ころ軸受を組み込む回転支持部の運転条件を考慮して、早期に焼き付きが生じない様に設定する。
(2) 上記摩擦係数の下限値及び上限値、並びに、運転条件から予想される上記外輪軌道と上記各球面ころの転動面との間の油膜厚さから、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲を設定する。上記「運転条件」として、例えば、自動調心ころ軸受を組み込む回転支持部の運転速度、この回転支持部に作用する荷重、潤滑油の種類、供給方法及び供給量等がある。
(3) 上記設定範囲内を通る三次元負荷曲線を有する様な表面性状を得られる加工条件を決定する。
【００１３】
尚、上記摩擦係数と油膜厚さの高さでの負荷面積比（＝金属接触による荷重支持割合）との関係は、次式の様に推定する。
摩擦係数＝（金属接触による荷重支持割合）×（金属接触の摩擦係数）
＋（流体潤滑による荷重支持割合）×（流体潤滑の摩擦係数）―――（Ａ）
又、「金属接触による荷重支持割合」と「流体潤滑による荷重支持割合」との関係は、
（流体潤滑による荷重支持割合）＝１００−（金属接触による荷重支持割合）（％）
―――（Ｂ）となる。従って、上記摩擦係数の下限値及び上限値を設定し、「金属接触の摩擦係数」及び「流体潤滑の摩擦係数」の値が分かれば、上記（Ａ）、（Ｂ）両式から、上記「金属接触による荷重支持割合」（即ち、油膜厚さの高さでの負荷面積比）の範囲を導き出せる。
【００１４】
又、前記三次元負荷曲線は、日本工業規格（ＪＩＳ）に明確な定義がない為、次の様に定義する。図２に、国際規格：ＩＳＯ  １３５６５−２記載の断面曲線による二次元負荷曲線を示す。この二次元負荷曲線を、次の方法により三次元に拡張する。
先ず、測定面上の各点（ｘi ，ｙj ）での高さｚ（ｘi ，ｙj ）をそれぞれ求め、この測定面全体の負荷曲線を求める。この様にして求めた三次元負荷曲線を図３に示す。そして、この図３に示した三次元負荷曲線に基づいて、ＩＳＯ  １３５６５に規定される二次元負荷曲線のＭr1、Ｍr2（コア部の負荷長さ率）等と同様に、Ｓr1、Ｓr2等を算出する。尚、ｘi はｉ番目のＸ方向座標、ｙj はｊ番目のｙ方向座標である。又、図３に示す記号の意味は次の通りである。
Ｓk ：コア部のレベル差
Ｓpk：突出山部の高さ
Ｓvk：突出谷部の深さ
Ｓr1：山部側のコア部の負荷面積比
Ｓr2：谷部側のコア部の負荷面積比
尚、上述の各パラメータは、テーラーホブソン社製解析ソフト「タリマップ」により自動的に算出する事ができる。
【００１５】
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、三次元負荷曲線と油膜厚さの高さとの交点での負荷面積比を、この三次元負荷曲線の山部側のコア部の負荷面積比（Ｓr1）以下となるものとする。
又、上述した様な性状を有する外輪軌道を得る為に好ましくは、請求項３に記載した様に、この外輪軌道を、研削後、超仕上により加工する。
又、本発明の具体的な数値として、例えば、請求項４に記載した様に、運転条件から予想される外輪軌道と各球面ころの転動面との間の油膜厚さを０．５μｍとし、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲を１１．８〜２１．７％に設定する。
更に、上述の各製造方法により製造された自動調心ころ軸受で、請求項５に記載した様に、外輪軌道の軸方向に関する表面粗さと円周方向に関する表面粗さとを、ほぼ同一とする事が好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述の様に構成する本発明の場合には、外輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を、三次元的な性状を考慮して規制している為、これら各球面ころのスキューによる摩擦及び発熱を十分に抑制できる。
即ち、本発明の場合、前記（Ａ）式から明らかな様に、上記摩擦係数が所定の範囲内となる様に、金属接触による荷重支持割合の範囲を決定し、上記外輪軌道を、この範囲を通る三次元負荷曲線を有する様な表面性状としている。この為、上記摩擦係数を所定の範囲内に確実に規制でき、上記各球面ころのスキューによる摩擦及び発熱を十分に抑制できる。この結果、自動調心ころ軸受の長寿命化を図れる。
【００１７】
又、請求項２に記載した様に、三次元負荷曲線と油膜厚さの高さとの交点での負荷面積比を、この三次元負荷曲線の山部側のコア部の負荷面積比（Ｓr1）以下となるものとすれば、油膜厚さが変動しても摩擦係数が変化しにくくなる。即ち、三次元負荷曲線は、一般的に（例えば、研削面や超仕上面の場合）、前述の図３から明らかな様に、負荷面積比がＳr1よりも０に近い領域では、等価領域（負荷面積比がＳr1〜Ｓr2）よりも、負荷面積比の変化に対する高さの変化率が大きい事が分かっている。従って、負荷面積比がＳr1よりも０に近い領域では、油膜厚さの高さが大きく変化したとしても、所定の負荷面積比の範囲から外れにくい。即ち、摩擦係数が変化しにくい。この為、請求項２に記載した発明の場合、油膜厚さが変動し易い運転条件であっても、スキューによる摩擦や発熱を抑制できる。
【００１８】
更に、上述の各製造方法により製造された自動調心ころ軸受で、請求項５に記載した様に、外輪軌道の軸方向に関する表面粗さと円周方向に関する表面粗さとを、ほぼ同一とすれば、スキュー抑制の効果を高める事ができ、自動調心ころ軸受の長寿命化をより図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［実施の形態の第１例］
図１、４を参照しつつ、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例に就いて説明する。尚、図４及び、後述する図５〜７は、前述の図３に示した三次元負荷曲線の一部（左上部）に相当する部分を抜き出して示したものである。又、本発明の特徴は、外輪軌道５と各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数を所定の範囲内に確実に規制すべく、この外輪軌道５の表面性状を三次元的に考慮して、この外輪軌道５に加工を施す点にある。自動調心ころ軸受自体の構造及び作用は、前述の図１に示した従来構造と同様である為、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００２０】
本例の場合、上記外輪軌道５を形成する為の加工条件を以下の順序で定め、その加工条件でこの外輪軌道５を形成する。
(1) 上記外輪軌道５と上記各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数の下限値を、内輪軌道６とこれら各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数よりも大きい値に、上限値を、上記外輪軌道５とこれら各球面ころ３、３の転動面との間の発熱が許容値を超えない値に、それぞれ設定する。
(2) 上記摩擦係数の下限値及び上限値、並びに、運転条件から予想される上記外輪軌道５と上記各球面ころ３、３の転動面との間の油膜厚さから、この油膜厚さの高さ（図４の破線）での負荷面積比の範囲（Ｓrmin〜Ｓrmax）を設定する。
(3) 上記図４に示す様に、この設定範囲内を通る三次元負荷曲線を有する様な表面性状を得られる加工条件を決定する。
【００２１】
即ち、本例の場合、先ず、目標とする摩擦係数の範囲を定め、この摩擦係数の範囲を満たす、上記図４に実線で示した三次元負荷曲線を得る。そして、この三次元負荷曲線を満たす様な加工条件を、実験等により決定する。例えば、上記外輪軌道５の加工は、研削後、超仕上で行なう事が好ましいが、上記三次元負荷曲線を有する表面性状を得られる様に、砥粒の形状や粒度、外輪の回転速度及び砥石の揺動速度等の加工条件を調整する。例えば、超仕上げ砥石として、ＣＢＮ砥粒にビトリファイド結合剤を用いたものを使用し、超仕上げ時の外輪の回転速度を、粗加工時の回転速度よりも低速とする加工方法等が挙げられる。そして、この加工条件が定まれば、上記外輪軌道５と上記各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数を、上述の目標の範囲、即ち、「内輪軌道６とこれら各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数」よりも大きく、「上記外輪軌道５とこれら各球面ころ３、３の転動面との間の発熱が許容値を超えない値」以下となる範囲に確実に規制できる。この結果、スキューによる摩擦や発熱を抑制できる。尚、上述の加工条件で加工する場合に、上記外輪軌道５の軸方向に関する表面粗さと円周方向に関する表面粗さとを、ほぼ同一とすれば、スキュー抑制の効果を高める事ができ、自動調心ころ軸受の長寿命化をより図れる。
【００２２】
［実施の形態の第２例］
図１、５を参照しつつ、請求項２に対応する、本発明の実施の形態の第２例に就いて説明する。本例の場合、上述の第１例の条件に加えて、三次元負荷曲線と油膜厚さの高さ（図５の破線）との交点ａでの負荷面積比Ｓraを、この三次元負荷曲線の山部側のコア部の負荷面積比（Ｓr1）以下とする。即ち、本例の場合、上記Ｓraが、外輪軌道５と各球面ころ３、３の転動面との間の摩擦係数の下限値と上限値、及び、運転条件から予想される上記外輪軌道５と上記各球面ころ３、３の転動面との間の油膜厚さから設定した、この油膜厚さの高さでの負荷面積比の範囲（Ｓrmin〜Ｓrmax）内であり、上記Ｓr1よりも小さい。上記外輪軌道５を、この様な条件を満たす三次元負荷曲線を有する表面性状に加工すれば、油膜厚さが変動し易い運転条件であっても、スキューによる摩擦や発熱を抑制できる。
【００２３】
即ち、本例の三次元負荷曲線は、図５から明らかな様に、負荷面積比がＳr1よりも０に近い領域では、等価領域（負荷面積比がＳr1〜Ｓr2：図３参照）よりも、負荷面積比の変化に対する高さの変化率（傾き）が大きい。従って、上記交点ａでの負荷面積比Ｓraを、傾きが大きい上記Ｓr1よりも０に近い領域に存在させる事により、上記Ｓrmin〜Ｓrmaxの範囲で、上記交点ａが上記図５の上下に比較的大きく変動可能である。この為、油膜厚さの高さ（交点ａ）が大きく変化したとしても、所定の負荷面積比の範囲（Ｓrmin〜Ｓrmax）から外れにくい（即ち、摩擦係数が変化しにくい）。この為、本例の場合、油膜厚さが変動し易い運転条件であっても、スキューによる摩擦や発熱を抑制できる。
その他の構造及び作用は、上述の実施の形態の第１例と同様である。
【実施例１】
【００２４】
請求項１に対応する実施例に就いて説明する。
本実施例の場合、先ず、軌道面と各球面ころとの金属接触の摩擦係数を０．１、流体潤滑の摩擦係数を０．０４９とする。又、内輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を０．０５４以下とする。更に、外輪軌道とこれら各球面ころの転動面との間の発熱の許容値を超えない様な摩擦係数の値を０．０６とする。この為、本実施例の場合、目標とする外輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数は、０．０５５〜０．０６とする。又、本実施例の場合、運転条件から予想される油膜厚さを０．５μｍとする。
【００２５】
上記各値を、次式に代入する事により、油膜厚さの高さでの負荷面積比、即ち、金属接触による荷重支持割合ｘの範囲を求める。
摩擦係数＝（金属接触による荷重支持割合）×（金属接触の摩擦係数）
＋（流体潤滑による荷重支持割合）×（流体潤滑の摩擦係数）−−−（Ａ）  ０．０５５〜０．０６＝ｘ×０．１＋（１−ｘ）×０．０４９｛前記（Ｂ）式より｝
ｘ＝０．１１８〜０．２１７＝１１．８〜２１．７％
この結果、Ｓrminが１１．８％、Ｓrmaxが２１．７％となる。
この様な範囲を満たす様な三次元負荷曲線として、例えば、図６に示す様な三次元負荷曲線が得られる。
上述の様に求めた三次元負荷曲線（即ち、高さが０．５μｍで、負荷面積比が１１．８〜２１．７％の範囲を通る三次元負荷曲線）を有する様に、外輪軌道を、例えば、研削後、超仕上により仕上げれば、この外輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を、上述の目標の値である０．０５５〜０．０６の範囲内に確実に規制できる。
【実施例２】
【００２６】
請求項２に対応する実施例に就いて説明する。
本実施例の場合、上述の実施例１の条件に加えて、図７に示す様に、三次元負荷曲線と油膜厚さの高さとの交点ａでの負荷面積比Ｓraを、この三次元負荷曲線の山部側のコア部の負荷面積比Ｓr1以下とする。この様に求めた三次元負荷曲線（即ち、高さが０．５μｍで、負荷面積比が１１．８〜２１．７％の範囲を通り、且つ、三次元負荷曲線と油膜厚さの高さとの交点が、山部側のコア部の負荷面積比以下である三次元負荷曲線）を有する様に、外輪軌道を、例えば、研削後、超仕上により仕上げれば、この外輪軌道と各球面ころの転動面との間の摩擦係数を、上述の目標の値である０．０５５〜０．０６の範囲内に確実に規制できる。又、油膜厚さが変動し易い運転条件であっても、スキューによる摩擦や発熱を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の対象となる自動調心ころ軸受の１例を示す半部断面図。
【図２】ＩＳＯ  １３５６５−２記載の断面曲線による二次元負荷曲線を示す図。
【図３】二次元負荷曲線を三次元に拡張したものを示す図。
【図４】請求項１の要件を満たす三次元負荷曲線の一部を示す図。
【図５】請求項２の要件を満たす三次元負荷曲線の一部を示す図。
【図６】請求項１に対応する実施例１の三次元負荷曲線の一部を示す図。
【図７】請求項２に対応する実施例２の三次元負荷曲線の一部を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１    外輪
２    内輪
３    球面ころ
４    保持器
５    外輪軌道
６    内輪軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007333161.tif 000007
【図６】
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【図７】
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