(57)【要約】【課題】  希薄潤滑条件での転動寿命を長くすることができる転がり軸受のなじみ運転方法を提供する。【解決手段】  内輪２及び外輪３の軌道面７，８間に複数の転動体６を介在させた転がり軸受に対するなじみ運転方法である。前記軌道面７，８に前記転動体６よりも小さいなじみ運転用転動体１０を配置し、前記内輪２及び外輪３の一方にオフセットを与えて内輪２及び外輪３の位置を相対的に移動させた状態で、前記なじみ運転用転動体１０を前記軌道面７，８内面に押圧させて運転する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪の軌道面間に複数の転動体を介在させた転がり軸受に対するなじみ運転方法であって、
前記内輪及び外輪の軌道面間に前記転動体よりも小さいなじみ運転用転動体を配置し、前記内輪及び外輪の一方に軸方向の荷重を与えて内輪及び外輪の相対位置を移動させた状態で運転することを特徴とする、転がり軸受のなじみ運転方法。
【請求項２】
前記なじみ運転用転動体は、前記転動体の０．９倍以上の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の転がり軸受のなじみ運転方法。
【請求項３】
前記加重を内輪に負荷し、前記内輪を軸方向にオフセットさせて、前記なじみ運転用転動体を前記軌道面の軸方向に沿った周縁領域に押圧させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の転がり軸受のなじみ運転方法。
【請求項４】
前記加重を内輪に負荷し前記内輪をオフセットさせて運転させた後、逆方向にオフセットさせて運転することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の転がり軸受のなじみ運転方法。
【請求項５】
前記なじみ運転用転動体は、複数の大きさのものに取り替えて繰り返し運転させることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の転がり軸受のなじみ運転方法。
【請求項６】
前記軌道面の間に介在される前記なじみ運転用転動体の個数は、前記転動体よりも少ないことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記転がり軸受が、風力発電装置の主軸、ブレード、又はヨーを支持する転がり軸受であることを特徴とする請求項１から６いずれか１つに記載の転がり軸受のなじみ運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に希薄潤滑条件下で使用される転がり軸受の軌道面の表面粗さを改善させて長寿命化させるなじみ運転の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の寿命は、油膜形成状況が悪くなると低下することが知られている。これは、油膜厚さが転動体と軌道輪の表面粗さよりも小さい場合、転動体と軌道輪の間に油膜が形成されず、両者が直接接触する可能性が高くなるためである。この問題を回避するために、希薄潤滑条件での転動寿命の長寿命化の方法として、特許文献１（特開平６−４２５３６号公報）には、転がり軸受のローラーの表面に、微小な凹凸をランダムに形成し、潤滑油を保持させる技術が公開されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開２０１２−２４６９９７号公報）には、転がり軸受を、軌道面と転動体とに所定以上の接触応力を与えるように、希薄潤滑条件下で転動させるなじみ運転を行ない、内外輪の軌道面または転動体の表面の２乗平均粗さＲｑをなじみ運転前よりも低下させることで、軌道面と転動体との接触における面圧を低下させ、軸受の長寿命化を図る技術が開示されている。
【０００４】
ところで、例えば、風車用ヨー、ブレード軸受などに例示される低速条件で使用される転がり軸受は、油膜が形成されにくく油膜厚さが不十分となるため、一般的に表面を滑らかにする旋削仕上げが施されている。また、需要が期待されている洋上風車を考慮した場合は、メンテナンスのリスクを最小限にとどめる必要があり、転動体や軌道輪の表面損傷を少しでも軽減するために、低コストで軸受軌道輪の粗さを改善させる方法が望まれている。当該粗さの改善には、特許文献２に開示された技術を用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４２５３６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４６９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている技術は、希薄潤滑条件における用途では、転動体と軌道面に付された凹凸よりも油膜厚さが小さくなり、転動体と軌道輪が直接接触するため、好適に使用することができない。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されている技術は、内輪と外輪の軌道面の一部の領域については粗さの改善を行うことができるが、軌道面の全面について粗さ改善をすることができない。特に風車用ヨー、ブレード軸受では、通常条件から強風環境下の幅広い条件下で使用されるため、広域にわたる軌道面の粗さを改善する必要性が高い。
【０００８】
そこで、この発明は、希薄潤滑条件での転動寿命を長くすることができる転がり軸受のなじみ運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明の転がり軸受のなじみ運転方法においては、内輪及び外輪の軌道面間に複数の転動体を介在させた転がり軸受に対するなじみ運転方法であって、
前記内輪及び外輪の軌道面間に前記転動体よりも小さいなじみ運転用転動体を配置し、前記内輪及び外輪の一方に軸方向の荷重を与えて内輪及び外輪の相対位置を移動させた状態で運転することを特徴とする。
【００１０】
また、前記なじみ運転用転動体は、軌道面となじみ運転用転動体の接触箇所を考慮して、前記転動体の０．９倍以上の大きさであることが好ましい。
【００１１】
本発明のなじみ運転方法においては、前記加重を内輪に負荷し、前記内輪を軸方向にオフセットさせて、前記なじみ運転用転動体を前記軌道面の軸方向に沿った周縁領域に押圧させることが好ましい。
【００１２】
また、前記加重を内輪に負荷し前記内輪をオフセットさせて運転させた後、逆方向にオフセットさせて運転することで、軌道面の内壁面の広い範囲になじみ運転用転動体を押圧させることができ、なじみ運転の効果を高めることができる。
【００１３】
さらに、前記なじみ運転用転動体は、複数の大きさのものに取り替えて繰り返し運転させることで軌道面の内壁面の広い範囲になじみ運転用転動体を押圧させることができ、なじみ運転の効果を高めることができる。
【００１４】
前記軌道面の間に介在される前記なじみ運転用転動体の個数は、前記転動体よりも少なくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、転がり軸受に本来用いられる転動体よりも小さいなじみ運転用転動体を用い、内輪と外輪の位置を相対的に移動させてなじみ運転させるため、通常運転とは異なる位置でなじみ運転用転動体と軌道面とが接触する。このため、軌道面の異なる領域の範囲の表面粗さの改善を行うことができる。
【００１６】
なお、本発明において、なじみ運転用転動体は、なじみ運転用に作成された専用の転動体を用いてもよいし、転がり軸受に用いられる転動体を、大きいサイズの同種の転がり軸受用のなじみ運転用転動体として流用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態にかかる転がり軸受のなじみ運転方法のなじみ運転対象となるラジアル深溝玉軸受の断面図である。
【図２】図１の転がり軸受の玉をなじみ運転用転動体に取り換えた状態を示す断面図であり、（ａ）は荷重をかけない状態、（ｂ）は内輪に荷重をかけた状態を示す。
【図３】図２の転がり軸受の部分拡大図であり、なじみ運転により表面粗さが向上する領域を示す図である。
【図４】図２の転がり軸受の玉を別水準のなじみ運転用転動体に取り換えた状態を示す部分拡大図であり、なじみ運転により表面粗さが向上する領域を示す図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるなじみ運転方法の手順を示す図である。
【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を添付図面に基づいて説明する。まず、本実施形態にかかる転がり軸受のなじみ運転方法のなじみ運転対象としての転がり軸受について説明する。この実施形態に係るなじみ運転方法によりなじみ運転される転がり軸受は、例えば、風車用ヨー、ブレード軸受などに例示される希薄潤滑条件で使用される転がり軸受である。これらの転がり軸受は、油膜が形成されにくく油膜厚さが不十分であるため、なじみ運転を行う必要性が高く、また、将来の需要が期待されている洋上風車を考慮した場合は、メンテナンスのリスクを最小限にとどめる必要がある。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態にかかる転がり軸受のなじみ運転方法のなじみ運転対象となるラジアル深溝玉軸受の断面図である。この深溝玉軸受１は、本発明の軌道輪の一例としての内輪２及び外輪３と、内輪２及び外輪３の間に介在された多数の転動体としての玉６とを主要な構成要素としている。なお、図１には図示していないが、内輪２及び外輪３の間には、玉６を一定間隔に保持するポケットを備えた保持器を設けてもよい。また、図１は、開放型の玉軸受を図示しているが、内輪２及び外輪３の隙間を被覆するシールド型又はシール型の玉軸受であってもよい。
【００２０】
内輪２の外周面４及び外輪３の内周面５には、玉６を案内するための凹状の溝として全周にわたって形成された内輪軌道面７及び外輪軌道面８がそれぞれ設けられている。内輪軌道面７及び外輪軌道面８は、玉６の径Ｒ0に対応して、若干の遊びが生じるような大きさで断面円弧状に構成されている。
【００２１】
内輪２、外輪３、及び玉６は、通常の軸受材料を使用することができ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。なお、玉６としては、セラミックスボールを使用することもできる。セラミックスを使用する場合、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳＩＣ）、アルミナ（ＡＩ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、サイアロン等が挙げられる。
【００２２】
図２は、この転がり軸受１の玉６をなじみ運転用綱球１０に取り換えた状態を示す断面図である。なじみ運転用綱球１０は、本発明のなじみ運転用転動体の一例であり、図２（ａ）に示すように、玉６に替えて軌道面７，８の間に配置される。なじみ運転用綱球１０は、玉６に対して−１０％までのサイズに構成され、比較的硬い材質（例えばＤＬＣコーティング、セラミックなど）を用いることが好ましい。また、軌道面７，８間に配置されるなじみ運転用綱球１０の数は、特に制限されるものではないが、玉６よりも少なくすることが好ましい。
【００２３】
本実施形態にかかるなじみ運転方法では、図２（ｂ）に示すように、内輪２に軸方向下向きの荷重Ｆを加え、内輪２を通常位置から軸方向にオフセットさせた状態でなじみ運転させることで軸受の全周をなじませることができる。
【００２４】
本実施形態にかかるなじみ運転方法では、なじみ運転用綱球１０を玉６に較べて１０％ほど小さく構成することで、荷重Ｆにより内輪２が軌道面７，８となじみ運転用綱球１０の遊びに応じたオフセットＳ1が生じるため、なじみ運転用綱球１０が軌道面７，８の一部分に接触する。すなわち、図３に示すように、なじみ運転用綱球１０が軌道面７，８に接触する接触領域１５は、内輪２が通常位置から軸方向（図示下側）にオフセットした結果、内輪２の軌道面７に対しては上方の周縁部分、外輪３の軌道面８に対しては下方の周縁部分となる。
【００２５】
また、なじみ運転用綱球のサイズを異ならせることにより、内輪２のオフセット可能幅がことなりし、なじみ運転用綱球１０が軌道面７，８に接触する接触領域の位置を変更することができる。図４では、図３に示すなじみ運転用綱球１０よりも大きい径Ｒ2（玉６に較べて５％ほど小さい）を有するなじみ運転用綱球１１を使用することにより、オフセットＳ2が小さくなり、なじみ運転用綱球１１が軌道面７，８に接触する接触領域１６の位置が接触領域１５に隣り合う位置となる。
【００２６】
本実施形態にかかるなじみ運転方法の運転条件は、希薄潤滑条件での転動寿命を長くする観点から、接触応力が６００ＭＰａを超える領域となるようにし、回転速度が２．５ｍ／ｓ以下、Ｇｒｕｂｉｎの式に基づく油膜パラメータΛが０．６以下となるようにすることが好ましい。これらの条件は、特許文献２（特開２０１２−２４６９９７号公報）において、効率的に希薄潤滑条件での転動寿命を長くすることができるとして例示されているものである。
【００２７】
接触応力は、なじみ運転直後の転動面は、転動面が塑性変形を伴いながらなじむため、副産物として圧縮残留応力が得られる。この軌道輪の残留圧縮応力を６００ＭＰａに増加させることで、希薄潤滑下での転動寿命の向上を図ることができる。
【００２８】
回転速度については、負荷回数一定の条件では、転動面の２乗平均傾斜Rdqは、転動速度が小さい程低下し易くなり、さらに、転動速度が２．５ｍ／ｓ以下では、転動速度が遅くなる程２乗平均傾斜Rdqが低下し易いという結果に基づくものである。
【００２９】
また、２乗平均傾斜Rdqを低下させるためには、転がり軸受を長時間低速運転して、十分に転動表面をなじませる必要がある。なお、２物体が直接接触するといわれている油膜パラメータΛの条件は０．６以下であるので、なじみ運転は油膜パラメータΛが０．６以下の条件で実施することによりなじみ運転の効果が向上する。
【００３０】
例えば、例えばφ８０のなじみ運転用綱球１０，１１を３個用いて荷重１００ｔでなじみ運転を行う場合、接触領域は２８ｍｍ、その際の接触応力は約３２００ＭＰａとなり３種の転動体を用いることで転動領域全範囲をなじみ運転することが可能になる。
【００３１】
すなわち、使用するなじみ運転用綱球１０，１１のサイズと個数、馴染み装置の荷重負荷能力によりなじみ領域が決定され、必要な転動体の水準が決定される。すなわち、なじみ運転に用いる転動体の種類を増加して装置の負荷荷重が小さい装置を導入すること、又は、負荷荷重が大きい装置を導入してなじみ回数を少なくすることで所定の性能向上を満足するなじみ運転が可能となり、使用する設備に応じて流動的に対応することができる。
【００３２】
本実施形態にかかるなじみ運転方法は、荷重の向き（内輪と外輪の相対的なオフセット方向）及びなじみ運転用綱球１０，１１の組み合わせを異ならせることにより、軌道面７，８となじみ運転用綱球１０，１１とが接触する位置を異ならせ、軌道面７，８の広い範囲に対してなじみ運転を行わせることができる。
【００３３】
例えば、図５に示すように、使用するなじみ運転用綱球を２種類使用し、荷重の向きを対向する２方向とすることにより、４回のなじみ運転により、軌道面７，８の大半の領域をなじませることができる。これらのなじみ運転の順序は特に問われるものではなく、使用する設備などの都合に応じて適宜決定すればよい。
【００３４】
図５（ａ）は、径Ｒ1の小さいなじみ運転用綱球１０を用い、内輪２に下方向にオフセットさせた状態を示す図であり、このなじみ運転では、内輪軌道面７の上側周縁と外輪軌道面８の下側周縁が接触領域１５となる。
【００３５】
図５（ｂ）は、径Ｒ2の大きいなじみ運転用綱球１１を用い、内輪２に下方向にオフセットさせた状態を示す図であり、このなじみ運転では、内輪軌道面７の上側周縁隣接部分と外輪軌道面８の下側周縁隣接部分が接触領域１６となる。
【００３６】
図５（ｃ）は、径Ｒ1の小さいなじみ運転用綱球１０を用い、内輪２に上方向にオフセットさせた状態を示す図であり、このなじみ運転では、内輪軌道面７の下側周縁と外輪軌道面８の上側周縁が接触領域１７となる。
【００３７】
図５（ｄ）は、径Ｒ2の大きいなじみ運転用綱球１１を用い、内輪２に上方向にオフセットさせた状態を示す図であり、このなじみ運転では、内輪軌道面７の下側周縁隣接部分と外輪軌道面８の上側周縁隣接部分が接触領域１８となる。
【００３８】
以上、本実施形態にかかるなじみ運転方法によれば、通常運転とは異なる位置でなじみ運転用転動体と軌道面とが接触する。このため、軌道面の広い範囲の表面粗さの改善を行うことができ、軌道面と転動体との接触における面圧を低下させて軸受の長寿命化を図ることができる。
【００３９】
転がり軸受の例としてラジアル深溝玉軸受を示したが、本発明のなじみ方法これらの転がり軸受に限定されるものではない。例えば、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心玉軸受、スラスト玉軸受など種々の玉軸受に適用可能である。
【００４０】
また、上記実施形態では、内輪に軸方向に沿った方向の荷重をかけているが、外輪に荷重をかけるように構成してもよい。また、加重の方向は、軸方向に沿った方向に限定されるものではなく、軸方向に対して交差する斜め方向、すなわち軸方向成分が含まれる方向であればよい。
【００４１】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１        ：深溝玉軸受
２        ：内輪
３        ：外輪
４        ：内輪外周面
５        ：外輪内周面
６        ：転動体
７        ：内輪軌道面
８        ：外輪軌道面
１０，１１      ：なじみ運転用綱球
１５，１６，１７，１８  ：接触領域
【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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