(57)【要約】【課題】  産業機械や航空機などのガスタービンに使用される３点接触玉軸受の玉が、ファンブレードオフが起こっても破損し難くすることを課題とする。【解決手段】  内外輪の軌道面４の溝底付近の硬さを、溝底以外の硬さよりも低くして、ＦＢＯ時に軌道面４の玉３接触する箇所の硬さを低下させて変形しやすくしたものであり、内外輪の軌道面４の溝底以外の硬さを、ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６５程度にした場合、溝底付近の硬さを、ＨＲＣ６０以下にしている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外輪と、内外輪間を転動する複数の玉とからなる３点接触玉軸受において、内外輪の軌道面の溝底付近の硬さを、溝底以外の硬さよりも低くしたことを特徴とする３点接触玉軸受。
【請求項２】
前記内外輪の軌道面の溝底以外の硬さが、ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６５程度であり、溝底付近の硬さが、ＨＲＣ６０以下である請求項１記載の３点接触玉軸受。
【請求項３】
前記内外輪の軌道面の溝底以外の部分に、熱処理による浸炭硬化層を設けた請求項１又は２記載の３点接触玉軸受。
【請求項４】
前記内外輪の軌道面の溝底付近に、軟金属によるメッキが施されている請求項１記載の３点接触玉軸受。
【請求項５】
前記軟金属が、銀又は銅である請求項４に記載の３点接触玉軸受。
【請求項６】
前記内外輪が、浸炭鋼によって形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の３点接触玉軸受。
【請求項７】
前記浸炭鋼が、耐熱浸炭鋼である請求項６に記載の３点接触玉軸受。
【請求項８】
前記玉の材質が、耐熱鋼である請求項１〜７のいずれかに記載の３点接触玉軸受。
【請求項９】
前記玉の材質が、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素の中の一つを主成分とする請求項１〜７のいずれかに記載の３点接触玉軸受。
【請求項１０】
ジェットエンジンの主軸に使用される請求項１〜９のいずれかに記載の３点接触玉軸受。
【請求項１１】
内外輪の軌道面を形成する際に、溝底付近の取りしろを多く残して旋削し、その後、溝底付近の取りしろを多く残した材料を熱処理して、浸炭硬化層を形成した後、溝底付近の浸炭硬化層を除去することにより、内輪と外輪を形成することを特徴とする３点接触玉軸受の製造方法。
【請求項１２】
内外輪の軌道面を旋削した後、熱処理する際に、軌道面の溝底付近をマスキングによってマスキングした後、熱処理により軌道面に浸炭硬化層を形成し、その後、溝底付近のマスキング剤を除去することにより、内輪と外輪を形成することを特徴とする３点接触玉軸受の製造方法。
【請求項１３】
内外輪の軌道面を旋削した後、熱処理を行って、軌道面全体に浸炭硬化層を形成した後、溝底付近に軟金属のメッキを施すことにより、内輪と外輪を形成することを特徴とする３点接触玉軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、３点接触玉軸受、特に、産業機械や航空機などのガスタービンに使用される３点接触玉軸受及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機などのジェットエンジンの主軸用に使用される軸受は、主にアキシャル荷重を受ける。
【０００３】
３点接触玉軸受は、アキシャル荷重が大きい条件下での使用に適しているが、ジェットエンジンにおいてファンブレードオフ（Ｆｕｎ Ｂｌａｄｅ Ｏｆｆ  以下、「ＦＢＯ」と略す。）が起こった場合、アキシャル荷重に比べて非常に大きなラジアル荷重を受ける。
【０００４】
ＦＢＯが起こると、航空機は最寄りの空港に安全に着陸する必要があるが、主軸の回転が止まると、ファンが空気抵抗となって飛行に支障をきたすため、主軸用の軸受には、ＦＢＯが起こっても、最低限回転することが要求される。
【０００５】
しかしながら、ＦＢＯ時のラジアル荷重は、非常に大きいので、転動体が損傷し、軸受の回転が妨げられるリスクがある。
【０００６】
このため、特許文献１の発明では、ジェットエンジンの主軸に用いられる軸受の外輪に、弾性部材と振動減衰部を設け、大きなラジアル荷重が働いた場合においても、転動体に過大な力が付加されないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１３８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載の方法では、ＦＢＯ時に転動体に負荷される荷重の軽減効果が十分でない上、構造が複雑で製造コストが高く、また大きなスペースが必要となるという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、軸受の構造を複雑にすることなく、ＦＢＯ時における転動体の破損リスクを低減しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、この発明は、ＦＢＯ時に軌道面の転動体が接触する箇所の硬さを低下させて変形しやすくし、ＦＢＯが起こった際の転動体の破損リスクを低減させたものである。
【００１１】
即ち、この発明は、内外輪の軌道面の溝底付近の硬さを、溝底以外の硬さよりも低くして、ＦＢＯ時に軌道面の転動体が接触する箇所の硬さを低下させて変形しやすくしたものである。
【００１２】
この発明において、内外輪の軌道面の溝底以外の硬さを、ＨＲＣ６０〜ＨＲＣ６５程度にした場合、溝底付近の硬さを、ＨＲＣ６０以下にしている。
【００１３】
ジェットエンジン主軸用３点接触玉軸受の内外輪を、耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬによって形成する場合、溝底付近の軌道面を母材硬さのＨＲＣ４５程度とし、それ以外の箇所の硬さは、従来通り、ＨＲＣ６０〜６５程度とする。ジェットエンジン主軸用３点接触玉軸受の場合、アキシャル荷重が主となる通常運転時には、軌道面と転動体は、比較的大きな接触角を持って接触し、転動体は、ＨＲＣ６０〜６５程度の硬さの軌道面と接触するため、従来のジェットエンジン主軸用３点接触玉軸受と変わらない寿命を有する。
【００１４】
そして、ＦＢＯ時には、ラジアル荷重が大きくなる影響で接触角は０°に近くなり、硬さＨＲＣ４５程度の溝底付近で軌道面と転動体が接触するため、ＨＲＣ６０〜６５程度の軌道面に比べて変形しやすく、接触面に発生する応力が緩和されるため、転動体の破損リスクが低減される。
軌道面の溝底付近の変形のし易さは、材料の降伏強度に依存する。硬さと降伏強度の関係を表１に示す。表１に示すように、硬さをＨＲＣ６０からＨＲＣ４５に下げた場合、降伏強度が３５％程度低下することから、硬さを低下させることは転動体の破損リスクを低減するのに十分な効果を有する。
【００１５】
【表１】
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【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、ジェットエンジンにＦＢＯが起こった場合でも、軸受が破損することなく、回転を続けることができ、航空機は最寄りの空港まで安全に航行し、着陸することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】通常運転時における３点接触玉軸受に加わる負荷の状態を示す概略図である。
【図２】ＦＢＯが起こった場合に３点接触玉軸受に加わる負荷の状態を示す概略図である。
【図３】この発明に係る３点接触玉軸受の軌道面の形成方法の一例を示す概略図である。
【図４】この発明に係る３点接触玉軸受の軌道面の形成方法の他の例を示す概略図である。
【図５】この発明に係る３点接触玉軸受の軌道面の形成方法の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
ジェットエンジン主軸用３点接触玉軸受は、図１に示すように、通常運転時には、アキシャル荷重（Ｆａ）が主となり、内輪１と外輪２の軌道面４と転動体３とは比較的大きな接触角α１を持って接触する。
【００２０】
そして、ＦＢＯが起こった時には、図２に示すように、ラジアル荷重（Ｆｒ）が大きくなる影響で接触角（α２）は０°に近くなる。
【００２１】
このため、この発明は、通常運転時に、大きなアキシャル荷重を受ける接触角α１を含む矢印ａの範囲の内輪１と外輪２の軌道面４を、ＨＲＣ６０〜６５程度の硬さにして、従来のジェットエンジン主軸用３点接触玉軸受と変わらない寿命を有するようにし、ＦＢＯが起こった時に、ラジアル荷重（Ｆｒ）が大きくなる接触角（α２）を含む矢印ｂの範囲の溝底付近の硬さを、ＨＲＣ４５程度にして、接触面に発生する応力を緩和して、転動体３の破損リスクを低減している。
【００２２】
前記玉３は、耐熱鋼又はセラミックによって形成することができる。玉３をセラミックで形成する場合、セラミックは、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素の中の一つを主成分とする。
次に、軌道面４の溝底付近の硬さが、溝底以外の硬さよりも低くする内輪１と外輪２を形成する方法としては、次のような方法がある。
【００２３】
（実施例１）
図３（ａ）に示すように、内外輪の材料Ａとして、耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬを使用し、この材料Ａを、図３（ｂ）に示すように、溝底付近の取りしろを多く残して、軌道面４を、旋削工具５を使用して旋削し、その後、図３（ｃ）に示すように、溝底付近の取りしろを多く残した材料Ａを熱処理して、浸炭硬化層６を形成した後、図３（ｄ）に示すように、溝底付近を旋削又は研削工具７を用いて、溝底付近の浸炭硬化層６を除去すると、図３（ｅ）に示すように、溝底付近がＨＲＣ４５程度の母材が露出し、溝底付近以外の部分がＨＲＣ６０〜６５程度の硬さの浸炭硬化層６が残る。
【００２４】
このようにして、軌道面４の溝底付近の硬さが、溝底以外の硬さよりも低くした内輪１と外輪２を形成することができる。
【００２５】
（実施例２）
図４（ａ）に示すように、内外輪の材料Ａとして、実施例１と同様に、耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬを使用し、図４（ｂ）に示すように、軌道面４を旋削工具５使用して旋削した後、熱処理する際に、図４（ｃ）に示すように、軌道面４の溝底付近をマスキング剤８によってマスキングした後、図４（ｄ）に示すように、熱処理により軌道面４に浸炭硬化層６を形成し、その後、図４（ｅ）に示すように、溝底付近を旋削又は研削工具７を用いて、溝底付近のマスキング剤８を除去すると、マスキング剤８によって浸炭されずに残った、溝底付近のＨＲＣ４５程度の母材が露出する。
このようにして、軌道面４の溝底付近の硬度が、溝底以外の硬度よりも低硬度にした内輪１と外輪２を形成することができる。
【００２６】
（実施例３）
図５（ａ）に示すように、外輪の材料Ａとして、実施例１と同様に、耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬ又は耐熱鋼Ｍ５０を使用し、図５（ｂ）に示すように、軌道面４を旋削工具５によって旋削した後、熱処理を行って、図５（ｃ）に示すように、軌道面４全体をＨＲＣ６０〜６５程度の硬さとし、その後、溝底付近に軟金属のメッキ９を施すことにより、溝底付近の硬さを軟金属の硬さと同等にすることができる。なお、図５は、耐熱浸炭鋼Ｍ５０ＮｉＬを使用した場合についての工程図である。
【００２７】
軟金属のメッキ９としては、銀メッキを使用することができる。銀の硬さは、１３０ＨＶであるから、降伏強度が、硬さ６９４ＨＶ（ＨＲＣ６０）の軌道面よりも８１％程度低下するので、実施例３による方法でも十分な効果を有する。なお、メッキ９としては、銀メッキ以外に銅メッキを用いることもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１  内輪
２  外輪
３  玉
４  軌道面
５  旋削工具
６  浸炭硬化層
７  旋削・研削工具
８  マスキング剤
９  メッキ
【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】
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