(57)【要約】【課題】転がり接触する接触部の両端部に、油膜厚さの薄い領域が生じないようにして、転がり接触する接触部の全体で、十分な油膜厚さを得ることができるようにして、耐摩耗性・摩擦特性を向上させる。【解決手段】転がり接触する部材の少なくとも一方の部材の接触領域の端部に、転がり方向溝５を設けることにより、この転がり方向溝５の深さ分だけ、弾性変形後の油膜厚さが増加するようにして、接触部を潤滑油で分離できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり部材が転動体と軌道輪、あるいは転動体と一組の軌道盤からなる転がり軸受であり、この転動体と軌道輪、あるいは転動体と一組の軌道盤の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたことを特徴とする転がり部材。
【請求項２】
転がり部材が玉と内外の軌道輪を有するラジアル玉軸受であり、この玉と軌道輪の少なくとも一方の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたことを特徴とする転がり部材。
【請求項３】
内外の軌道輪のうち、内側の軌道輪のみに転がり方向溝を設けたことを特徴とする請求項２記載の転がり部材。
【請求項４】
転がり部材が玉と一組の軌道盤を有するスラスト玉軸受であり、この玉と軌道盤の少なくとも一方の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたことを特徴とする転がり部材。
【請求項５】
軌道盤に転がり方向溝を設けたことを特徴とする請求項４記載の転がり部材。
【請求項６】
転がり部材がころと内外の軌道輪を有するラジアルころ軸受であり、このころと軌道輪の少なくとも一方の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたことを特徴とする転がり部材。
【請求項７】
内外の軌道輪のうち、内側の軌道輪のみに転がり方向溝を設けたことを特徴とする請求項６記載の転がり部材。
【請求項８】
転がり部材がころと軌道盤を有するスラストころ軸受であり、軌道盤ところの少なくとも一方の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたことを特徴とする転がり部材。
【請求項９】
軌道盤に転がり方向溝を設けたことを特徴とする請求項８記載の転がり部材。
【請求項１０】
ころと接触する内外の軌道盤のうち、内側の軌道盤に転がり方向溝を設けたことを特徴とする請求項８記載の転がり部材。
【請求項１１】
転がり方向溝の深さが、転がり接触する接触領域の中央部の油膜厚さの１５〜３０％である請求項１〜１０のいずれかの項に記載の転がり部材。
【請求項１２】
転がり方向溝をレーザ加工により形成した請求項１〜１１のいずれかの項に記載の転がり部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がりを主体とする相対運動によって摩擦低減を実現する転がり軸受などの機械要素に関し、特に、頻繁に起動停止する稼動条件や揺動運動、あるいは低速かつ高荷重といった稼動条件に好適な転がり部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受などの転がり部材における転がり／すべり接触部では、物体の相対運動によって物体間に介在する流体に動圧効果を発生させて流体潤滑状態とすることにより、物体の直接的な接触を防止して摩擦、摩耗を低減することができる。
【０００３】
ところが、潤滑油が少量の場合や速度が低い場合には、動圧効果が小さく潤滑油膜が形成され難いため、固体接触を生じる危険がある。特に近年は低トルク化のため、低粘度の潤滑油が用いられており、また、外部から供給される潤滑油量も減少している。このため、固体接触状態となる可能性はより一層高くなっている。
【０００４】
従来、接触部近傍の潤滑油量が不足していても、接触部の表面が潤滑油を保持していれば潤滑可能であるから、表面に微細な凹部を多数設けて、この凹部内に潤滑油を保持しようとする技術が特許文献１に開示されている。この技術によって、低速時の境界潤滑性能を向上させることが可能である。
【０００５】
また、境界潤滑性能の向上を目的とした別の技術が特許文献２に開示されている。この技術は、短パルスレーザによって表面に微細な凹凸形状を作成し、凸部が軽微な摩耗を生じた際の新生面に潤滑油を吸着させ、接触面に潤滑油を供給するというものである。
【０００６】
一方、すべり軸受においては、摺動面に油膜厚さ程度の深さの溝を多数形成することによって潤滑性能を向上させる技術が一般的に用いられている。これは、摺動面の深さが溝の存在によって変化するために流体力学的な動圧作用が発生することを利用している。この効果を転がり軸受に適用した例が特許文献３に開示されている。この特許文献３に開示の技術は、軽荷重となるために、すべりが生じる転動体を動圧作用による圧力で軌道輪に押し付け、すべりを防ごうとするものである。
【０００７】
また、高面圧を支持するスラスト平面すべり軸受に深い凹部を設けた例が非特許文献１に開示されている。これは熱膨張に伴う凹部からの潤滑油の吐出によって、境界潤滑性能を向上させようとするものである。ただし、この技術は流体力学的な動圧効果の発生を目的としたものではない。
【０００８】
【特許文献１】特開平０２‐１６８０２１号公報
【特許文献２】特開２００５‐３２１０４８号公報
【特許文献３】特開２００６‐１０５３６１号公報
【非特許文献１】H.Kotera、 A.Mori、N.Tagawa、 PROPOSAL OF A SEIZURE PREVENTING METHOD IN HEAVILY LOADED SLIDING PAIRS、 Synopses of the International Tribology Conference Kobe、 2005、D-04
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の技術は、微小な凹凸によって、接触面への潤滑油の供給量を増加させる、あるいは微小な凹部の動圧作用によって、油膜厚さを向上させようとするものである。
【００１０】
ところで、弾性流体潤滑（EHL）条件下の接触面の油膜厚さは、図７に示すように、転がり接触する接触部の両端部において中央部の油膜厚さに対して馬蹄形の薄い領域が生じる。この油膜厚さの薄い領域付近では油膜の圧力が低くなるため、転がり接触する接触部に十分な弾性変形が得られない。したがって、この薄い領域での油膜厚さが表面粗さの最大値以下になると部分的に金属接触を生じる。
【００１１】
そこで、この発明は、転がり接触する接触部の両端部に、油膜厚さの薄い領域が生じないようにすることにより、転がり接触する接触部の全体で、十分な油膜厚さを得ることを技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、転がり接触する部材の少なくとも一方の部材の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けたものである。
【００１３】
転がり接触する部材の接触領域の端部は、油膜厚さの薄い領域が生じやすいが、この領域に転がり方向溝を設けると、この溝の深さ分だけ、弾性変形後の油膜厚さが増加し、接触部を潤滑油で分離することが可能となる。
【００１４】
この発明を適用することができる転がり部材としては、玉と軌道輪を有する玉軸受、ころと軌道盤を有するスラストころ軸受などがある。
玉軸受の場合、この玉と軌道輪の接触領域を示す接触楕円の少なくとも一方の部材の端部に、転がり方向溝を設けるようにする。また、内外の軌道輪のうち、内側の軌道輪のみに転がり方向溝を設けるようにしてもよい。
【００１５】
スラストころ軸受の場合には、軌道盤に対するころの接触領域の端部に、転がり方向溝を設けるか、あるいはころに対する軌道盤の接触領域の端部に、転がり方向溝を設けるようにする。
【００１６】
弾性流体潤滑（EHL）解析によれば、転がり方向溝の深さは、転がり接触する接触領域の中央部の油膜厚さの１５〜３０％であることが好ましい。例えば、図８に示すように、玉の接触部の両端部に転がり方向溝を形成した場合、弾性流体潤滑（EHL）解析によれば、溝の深さによって、図９〜図１２に示すような油膜が得られる。図８において、ｘは転がり方向、ｙは転がり方向と直行する方向、ｚは油膜厚さの方向を示している。図９は転がり方向溝を設けていない場合、図１０は、中央油膜厚さに対して、溝の深さを１５％とした場合、図１１は、中央油膜厚さに対して、溝の深さを３０％とした場合、図１２は、中央油膜厚さに対して、溝の深さを６０％とした場合であり、中央油膜厚さに対して、溝の深さを１５％〜３０％とした場合には、最小油膜厚さは増加し、溝の深さを中央油膜厚さの６０％とすると、最小油膜厚さは減少している。したがって、溝の深さは、中央油膜厚さに対して１５％〜３０％の深さにすることが好ましい。
【００１７】
これは、溝が浅いときは、溝部においても圧力が発生し、溝がない場合と同程度の弾性変形を生じるが、溝があるため変形前のすきまが大きい分、最小油膜厚さの部分でのすきまも増加するのに対し、深い溝を設けた場合には、溝部で油膜圧力が発生しないため、実質的に荷重を支持する接触領域が減少したことと同様となり、最小油膜厚さが減少するためと考えられる。
【００１８】
上記転がり方向溝を加工する方法としては、レーザ加工、エッチング、放電加工、マイクロブラストなどが考えられる。このうち、エッチング、放電加工、マイクロブラストは、金属表面に０．１μｍ以下の深さの形状を精度よく加工することが難しい。また、エッチング、マイクロブラストはマスクを作成する必要もある。一方、レーザ加工は、ＮＣ制御を用いれば、マスク等を作成することなく、０．１μｍ以下の深さの形状であっても高精度で加工できるので、転がり方向溝を加工する方法としてはレーザ加工が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、この発明に係る転がり部材は、油膜が薄くなる高荷重あるいは低速の場合であっても最小膜厚部での潤滑油膜厚さを増加させることができ、固体同士の直接接触を防止することができるので、耐摩耗性・摩擦特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、この発明を、内輪１と外輪２の間に、玉３を入れた玉軸受に適用した例を示している。
この図１の例では、玉３が、内輪１と外輪２に接触する領域、図１に符号４で示した接触楕円の両端に、転がり方向溝５を設けている。この転がり方向溝５は、内輪１と外輪２の両方に設けているが、より潤滑状態の厳しい内輪１にのみ設けるようにしてもよい。
【００２１】
次に、図２は、この発明を、玉３と内輪１・外輪２が０でない接触角で接しているアンギュラ玉軸受に適用した例を示している。
アンギュラ玉軸受では、接触角が決まっているため、接触楕円４の位置が軌道内部でおおよそ定まっているので、この発明をより一層適用しやすい。そして、使用時に想定される最大の荷重から接触楕円４の大きさが求められるので、その接触楕円４の長軸の両端に、転がり方向溝５を設ければよい。この転がり方向溝５は、内輪１と外輪２の両方に設けているが、より潤滑状態の厳しい内輪１にのみ設けるようにしてもよい。
【００２２】
次に、図３及び図４は、この発明を、一組の軌道盤６の間に保持器７付きの円筒ころ８を配した構造のスラストころ軸受に適用した例を示している。
スラストころ軸受の場合、有効長さ両端ですべりが大きくなって油膜が減少するため、この発明は特に有効である。転がり方向溝５はころ８に設けることも可能であるが、製造効率の観点から、軌道盤６に設けることが望ましい。
【００２３】
次に、図５及び図６は、この発明を、ラジアルころ軸受に適用した例である。図５は、ころ９を、内輪１０の鍔で案内するタイプ、図６は、ころ９を、外輪１１の鍔で案内するタイプである。
そして、図５は、ころ９の有効長さの両端に転がり方向溝５を設けた例であり、図６は、鍔のない内輪１０に、転がり方向溝５を設けた例を示している。
図５及び図６は、この発明を、ラジアルころ軸受に適用した例であるが、円すいころ軸受や自動調心ころ軸受にも同様にして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明を、玉軸受に適用した例を示す概略図である。
【図２】この発明を、アンギュラ玉軸受に適用した例を示す概略図である。
【図３】この発明を、スラストころ軸受に適用した例を示す概略図である。
【図４】図３の部分拡大縦断面図である。
【図５】この発明を、ころを内輪の鍔で案内するタイプのラジアルころ軸受に適用した例を示す概略図である。
【図６】この発明を、ころを外輪の鍔で案内するタイプのラジアルころ軸受に適用した例を示す概略図である。
【図７】弾性流体潤滑（EHL）条件下における転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを模式的に表した図である。
【図８】玉の接触部の両端部に転がり方向溝を形成した例を示す説明図。
【図９】図８の説明図で転がり方向溝５を設けない場合に転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを示す図。
【図１０】図８の説明図で中央油膜厚さに対して転がり方向溝５の深さを１５％とした場合における転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを示す図。
【図１１】図８の説明図で中央油膜厚さに対して転がり方向溝５の深さを３０％とした場合における転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを示す図。
【図１２】図８の説明図で中央油膜厚さに対して転がり方向溝５の深さを６０％とした場合における転がり部材の接触領域に形成される油膜厚さを示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  内輪
２  外輪
３  玉
４  接触楕円
５  転がり方向溝
６  軌道盤
７  保持器
８  ころ
９  ころ
１０  内輪
１１  外輪
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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