(57)【要約】【課題】省スペース化と軽量化を実現しながら、高温高速回転の中で高信頼性と耐磨耗性を維持する円筒ころ軸受装置を提供すること。【解決手段】円筒ころ軸受１６が組み込まれた円筒ころ軸受装置１１の回転軸１２を円筒ころ軸受１６の内輪、として転動体１５を保持する円筒ころ軸受装置１１であって、転動体１５と接触する円筒ころ軸受装置１１の回転軸１２の軌道面１２ａを円筒ころ１４と同質のまたはそれ以上の品質を有する部材によって形成する。【選択図】図２
2013124689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒ころ軸受が組み込まれた装置の回転軸またはハウジングを円筒ころ軸受の内輪、外輪または内外輪として転動体を保持する円筒ころ軸受装置であって、
少なくとも前記転動体と接触する前記装置の回転軸、ハウジングまたはその両方の軌道面が、前記転動体と同質またはそれ以上の品質を有する部材によって形成されることを特徴とする円筒ころ軸受装置。
【請求項２】
前記品質とは材質の清浄度であり、少なくとも１度以上真空溶解を実施して介在物を除去した高清浄鋼を使用することを特徴とする請求項１記載の円筒ころ軸受装置。
【請求項３】
前記品質とは表面硬度であり、ＨＲＣ５８〜６４であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒ころ軸受装置。
【請求項４】
前記品質とは表面加工仕上げの精度であり、０．１ｕｍＲａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の円筒ころ軸受装置。
【請求項５】
前記装置に前記円筒ころ軸受を組み込む寸法精度が、ＪＩＳ規格の精度等級５級、４級またはそれ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の円筒ころ軸受装置。
【請求項６】
前記装置に前記円筒ころ軸受が組み込まれた状態の回転精度が、ＪＩＳ規格の精度等級５級または４級に規定される許容値以下に調整されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒ころ軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪、外輪またはその両方の軌道輪がない円筒ころ軸受を装置の回転軸またはハウジングまたはその両方に直接組み込んだ円筒ころ軸受装置に関し、特に、円筒ころ軸受を組み込む対象を航空ジェットエンジンまたはガスタービンのように高速で回転する主軸を支持する円筒ころ軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、航空ジェットエンジンまたはガスタービンなどの高速で回転する機器に組み込まれる軸受では、高信頼性は基より、高性能、高精度および高耐久性が要求されるが、軸受周辺のスペースが限られるため、軽量化および省スペース化も望まれている。省スペース化のために内輪もしくは外輪がない状態で保持器に代えて凹形状の座間にころを抱きかかさせてころの脱落を防止し（例えば、特許文献１参照）、軸の外周面を内輪軌道面として内輪の収容スペースを削減したころ軸受がある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９２９８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２のように、軸の外周面、またはハウジングの内径面を軌道輪とすると、従来より航空ジェットエンジンの軸受は、ＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用しており、航空ジェットエンジンの主軸およびハウジング材質の清浄度は、直接接触する軸受のころより材質が劣るため、主軸の高速回転に従って転動するころにより回転軸およびハウジングの表面に剥離が生じる。
【０００５】
また、航空ジェットエンジンの主軸およびハウジングの表面は、ころの硬さより低く設計されているので、円筒ころ軸受内に異物が進入すると、ころと主軸またはハウジングとの間で異物を噛み込みやすく、異物の噛み込みによって主軸およびハウジングの表面が早期剥離する。
【０００６】
さらに、航空ジェットエンジンのように高温状態で使用される円筒ころ軸受では、ころと主軸の外周面、またはハウジングの内径面の軌道輪との間に油膜ができにくく、主軸の外周面およびハウジングの内径面の表面の粗さがころの表面粗さに比較して粗い場合、金属接触が多くなり磨耗が発生し易くなる。
【０００７】
航空機ジェットエンジンのように高速回転で使用される軸受にはＪＩＳ  Ｂ  １４１４の精度等級５級または４級が適用されて製造されるが、例えば、主軸の外周面に円筒ころ軸受を組み込むときの精度が悪いと、回転振れが大きくなり、十分な性能が得られない。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、省スペース化と軽量化を実現しながら、高温高速回転の中で高信頼性と耐磨耗性を維持する円筒ころ軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の円筒ころ軸受装置は、円筒ころ軸受が組み込まれた装置の回転軸またはハウジングを円筒ころ軸受の内輪、外輪または内外輪として転動体を保持する円筒ころ軸受装置であって、少なくとも転動体と接触する装置の回転軸、ハウジングまたはその両方の軌道面が、転動体と同質またはそれ以上の品質を有する部材によって形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、省スペース化と軽量化を実現しながら、高温高速回転の中で高信頼性と耐磨耗性を維持する円筒ころ軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の軸方向の断面図
【図２】第１の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の半径方向の拡大断面図
【図３】第２の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の軸方向の断面図
【図４】第２の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の半径方向の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。第１の実施形態は、回転軸外径面を円筒ころ軸受の内輪軌道面とする例であり、第２の実施形態は、ハウジング内径面を円筒ころ軸受の外輪軌道面とする例である。
【００１３】
図１は、第１の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の軸方向の断面図、図２は、第１の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の半径方向の拡大断面図である。図１および図２に示すように、第１実施形態に係る円筒ころ軸受装置１１は、航空ジェットエンジンまたはガスタービンの回転軸１２に、ハウジング１８に嵌合させた外輪１３と円筒ころ１４と保持器１５を備えた円筒ころ軸受１６を組み込み軌道輪固定具１７で固定したものである。
【００１４】
円筒ころ軸受１６の外輪１３および円筒ころ１４は、軸受用鋼であるＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造され、回転軸１２の軌道面１２ａは、ＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼の製造方法と同様に回転軸１２の材料であるニッケルクロムモリブデン鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造される。円筒ころ１４は、保持器１５によって周方向に等配され、外輪１３の軌道面１３ａおよび回転軸１２の軌道面１２ａと線接触しながら転動する。
【００１５】
続いて、外輪１３の軌道面１３ａ、円筒ころ１４および回転軸１２の軌道面１２ａの表面硬さが、ＨＲＣ（ロックウェル硬さ）５８〜６４程度となるように焼入硬化処理後に焼戻し処理が施され、その後に不純物除去加工されて表面粗さが０．１μｍＲａ以下になるように仕上げ加工される。
【００１６】
最後に、回転軸１２の軌道面１２の寸法精度を、ＪＩＳ規格の精度等級５級または４級として加工し、円筒ころ軸受１６が航空ジェットエンジンまたはガスタービンの回転軸１２に組み込まれた状態で回転時の回転軸１２および外輪１３のラジアル振れ、アキシャル振れ、回転軸１２の横振れ及び外輪１３軌道面１３ａの振れを、ＪＩＳ規格の精度等級５級または４級に規定される回転精度の許容値に抑えるよう調整する。
【００１７】
第１の実施形態によれば、航空ジェットエンジンまたはガスタービンの回転軸１２を内輪とすることで円筒ころ軸受１６の内輪を削減したので、円筒ころ軸受装置１１の円筒ころ軸受１６周辺の省スペース化および軽量化が実現できた。
【００１８】
また、回転軸１２の軌道面１２ａを、軸受用鋼であるＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼の製造方法と同様にニッケルクロムモリブデン鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造したので、回転軸１２の軌道面１２ａの剥離がなくなり、回転軸１２の軌道面１２ａの表面硬さを、ＨＲＣ５８〜６４に加工したので、回転軸１２の軌道面１２ａの早期剥離が発生しなくなった。
【００１９】
さらに、回転軸１２の軌道面１２ａを不純物除去加工して表面粗さが０．１μｍＲａ以下になるよう仕上げ加工したので、回転軸１２の軌道面１２ａと円筒ころ１４の金属接触による磨耗の発生がなくなった。
【００２０】
回転軸１２の軌道面１２の寸法精度および回転精度をＪＩＳ規格の精度等級５級または４級としたので、回転振れが押さえられ、内輪を介して円筒ころ軸受を回転軸１２に組み込んだ従来の円筒ころ軸受け装置と同程度の高性能を維持することができた。
【００２１】
なお、回転軸１２全体を、ニッケルクロムモリブデン鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造してもよいし、回転軸１２の軌道面１２ａまたは回転軸１２全体を、ニッケルクロムモリブデン鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去する工程を複数回繰り返した高清浄度鋼を使用して製造してもよい。
【００２２】
また、回転軸１２の軌道面１２ａの表面は、外輪１３の軌道面１３ａおよび円筒ころ１４と同程度の硬さにすることが望ましいが、表面の仕上げ精度は、外輪１３の軌道面１３ａおよび円筒ころ１４と同品質の０．１μｍＲａでもよいし、より高精度の例えば０．０５μｍＲａに加工してもよい。さらに、回転軸１２の軌道面１２の寸法精度および回転精度をＪＩＳ規格の精度等級５級または４級より高精度の２級とすることもできる。
【００２３】
図３は、第２の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の軸方向の断面図、図４は、第２の実施形態に係る円筒ころ軸受装置の半径方向の拡大断面図である。図３および図４に示すように、第２実施形態に係る円筒ころ軸受装置２１は、航空ジェットエンジンまたはガスタービンのハウジング２８に、回転軸２２に嵌合させた内輪２３と円筒ころ２４と保持器２５を備えた円筒ころ軸受２６を組み込み軌道輪固定具２７で固定したものである。
【００２４】
円筒ころ軸受２６の内輪２３および円筒ころ２４は、軸受用鋼であるＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造され、ハウジング２８の軌道面２８ａは、ＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼の製造方法と同様に、ハウジング２８の材料であるステンレス系アルミニウムの合金を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造される。円筒ころ２４は、保持器２５によって周方向に等配され、内輪２３の軌道面２３ａまたはハウジング２８の軌道面２８ａと線接触しながら転動する。
【００２５】
続いて、内輪２３の軌道面２３ａ、円筒ころ２４およびハウジング２８の軌道面２８ａの表面硬さが、ＨＲＣ５８〜６４程度となるように焼入硬化処理後に焼戻し処理が施され、その後に不純物除去加工されて表面粗さが０．１μｍＲａ以下になるように仕上げ加工される。
【００２６】
最後に、ハウジング２８の軌道面２８ａの寸法精度をＪＩＳ規格の精度等級５級または４級として加工し、円筒ころ軸受２６が航空ジェットエンジンまたはガスタービンのハウジング２８に組み込まれた状態で回転時の内輪２２およびハウジング２８のラジアル振れ、アキシャル振れ、内輪２２の横振れ及びハウジング２８の軌道面２８ａの振れを、ＪＩＳ規格の精度等級５級または４級に規定される回転精度の許容値以下に抑えるよう調整する。
【００２７】
第２の実施形態によれば、航空ジェットエンジンまたはガスタービンのハウジング２８を外輪とて円筒ころ軸受２６の外輪を削減したので、円筒ころ軸受装置２１内の円筒ころ軸受２６周辺の省スペース化および軽量化が実現できた。
【００２８】
また、ハウジング２８の軌道面２８ａを、軸受用鋼であるＳＵＪ２鋼またはＭ５０鋼を製造方法と同様にステンレス系アルミニウムの合金を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造したので、ハウジング２８の軌道面２８ａの剥離がなくなり、ハウジング２８の軌道面２８ａの表面硬さをＨＲＣ５８〜６４に加工したので、ハウジング２８の軌道面２８ａの早期剥離が発生しなくなった。
【００２９】
さらに、ハウジング２８の軌道面２８ａを、不純物除去加工して表面粗さが０．１μｍＲａ以下になるよう仕上げ加工したので、ハウジング２８の軌道面２８ａと円筒ころ２４の金属接触による磨耗の発生がなくなった。
【００３０】
ハウジング２８の軌道面２８ａの寸法精度および回転精度をＪＩＳ規格の精度等級５級または４級にしたので、回転振れが押さえられ、外輪を介してハウジング２８に組み込んだ従来の円筒ころ軸受け装置と同程度の高性能を維持することができた。
【００３１】
なお、ハウジング２８全体を、ステンレス系アルミニウムの合金を真空溶融により溶製して介在物を除去した高清浄度鋼を使用して製造してもよいし、ハウジング２８の軌道面２８ａまたはハウジング２８全体をステンレス系アルミニウムの合金を真空溶融により溶製して介在物を除去する工程を繰り返した高清浄度鋼を使用して製造してもよい。
【００３２】
また、ハウジング２８の軌道面２８ａの表面は、円筒ころ軸受２６の内輪２３および円筒ころ２４と同程度の硬さとすることが望ましいが、表面の仕上げ精度は、円筒ころ軸受２６の内輪２３および円筒ころ２４と同品質の０．１μｍＲａでもよいし、より高精度の例えば０．０５μｍＲａに加工してもよい。さらに、ハウジング２８の軌道面２８ａの寸法精度および回転精度をＪＩＳ規格の精度等級５級または４級より高精度の２級としてもよい。
【００３３】
以上詳細に説明したように、第１の実施形態では、回転軸１２の外径面を円筒ころ軸受１６の内輪軌道面１２ａとして内輪を、第２の実施形態は、ハウジング２８の内径面を円筒ころ軸受２６の外輪軌道面２８ａとして円筒ころ軸受の外輪を削減して省スペース化を実現したが、回転軸１２の外径面を円筒ころ軸受の内輪軌道面１２ａとし、ハウジング２８の内径面を円筒ころ軸受の外輪軌道面２８ａとして内輪および外輪の両方を削減してもよい。この場合、軸受周辺の省スペース化および軽量化が最も促進される。
【符号の説明】
【００３４】
１１、２１・・・円筒ころ軸受装置
１２・・・回転軸
１２ａ・・・回転軸の軌道面
１３・・・外輪
１３ａ・・・外輪の軌道面
１４、２４・・・円筒ころ
１５、２５・・・保持器
１６、２６・・・円筒ころ軸受
１７、２７・・・軌道輪固定具
１８、２８・・・ハウジング
２３・・・内輪
２３ａ・・・内輪の軌道面
２８ａ・・・ハウジングの軌道面
【図１】
2013124689.tif 000003
【図２】
2013124689.tif 000004
【図３】
2013124689.tif 000005
【図４】
2013124689.tif 000006