(57)【要約】【課題】自動調心ころ軸受１の長寿命化をより向上させられる構造を実現する。【解決手段】各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを０．０７μｍＲａ以下とする。又、これら各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを、両内輪軌道８、８の平均粗さ以下とする。これにより、これら各球面ころ４、４の転動面と両内輪軌道８、８との合成粗さを小さくでき、上記自動調心ころ軸受１を高速で使用した場合にも、軸受寿命を十分に、且つ、安定的に確保できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の中心を有する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、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た内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間に、２列に亙って転動自在に設けられた複数の球面ころとを備えた自動調心ころ軸受に於いて、これら各球面ころの転動面の平均粗さが、０．０７μｍＲａ以下である事を特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
各球面ころの転動面の平均粗さが両内輪軌道の平均粗さ以下である、請求項１に記載した自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、製紙機械用、製鋼用等の各種ロールネック軸受、大型車両用や各種産業機械用の軸受等として使用される、自動調心ころ軸受の改良に関する。特に本発明は、自動調心ころ軸受の長寿命化を図るものである。
【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、特許文献１に記載された様な自動調心ころ軸受が使用されている。この様な自動調心ころ軸受に就いて、後述する本発明の実施の形態の１例を示す図１により、簡単に説明する。自動調心ころ軸受１は、互いに同心に組み合わされた、それぞれが軸受鋼（ＳＵＪ２等）製である外輪２と内輪３との間に、やはり軸受鋼製である複数の球面ころ４、４を転動自在に配列して成る。そして、保持器５、５と案内輪６とにより、これら各球面ころ４、４の位置並びに姿勢を規制している。
【０００３】
上記外輪２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７を形成している。又、上記内輪３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７と対向する、１対の内輪軌道８、８を形成している。又、上記複数の球面ころ４、４は、その最大径部が各球面ころ４、４の軸方向中間部に存在するビヤ樽型（一般的には最大径部が軸方向中央部にある対称形）で、上記外輪軌道７と上記１対の内輪軌道８、８との間に、上記各保持器５、５の円周方向複数個所に設けたポケット９、９内に保持された状態で、２列に亙って転動自在に配列されている。
【０００４】
上述の様に構成される自動調心ころ軸受１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、前記外輪２をハウジングに内嵌固定し、上記内輪３を回転軸に外嵌固定する。この回転軸と共にこの内輪３が回転する場合には、上記各球面ころ４、４が転動して、この回転を許容する。上記ハウジングの軸心と上記回転軸の軸心とが不一致の場合、上記外輪２の内側で上記内輪３が調心する（外輪２の中心軸に対し内輪３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、前記外輪軌道７は単一球面状に形成されている為、上記各球面ころ４、４の転動は、不一致補償後に於いても、円滑に行われる。
【０００５】
又、上記自動調心ころ軸受１は、取り付け誤差や衝撃荷重により外輪２と内輪３とのうちの一方の軌道輪が他方の軌道輪に対し傾斜した場合でも、各球面ころ４、４の外輪軌道７及び内輪軌道８に対する接触状態は変化しない。この為、異常荷重の発生を防止できると共に、ラジアル荷重負荷能力を大きくできる。この様な特性を有する自動調心ころ軸受１は、例えば、製紙機械用、製鋼用等の各種ロールネック軸受、車両用軸受や各種産業機械用の軸受等として、広く使用されている。
【０００６】
上述の様な自動調心ころ軸受１の軸受寿命は、回転軸に外嵌固定されこの回転軸と共に回転する内輪３の軌道面（内輪軌道８、８）の剥離寿命に、主として影響される。即ち、前記特許文献１に記載されている様に、軸受寿命に影響を与える各球面ころ４、４の転動面と軌道面との接線力の方向が、転がり方向（公転方向）と同方向である場合に、この軌道面の剥離寿命が低下し易い。上述の様に自動調心ころ軸受１は、通常、使用時には内輪２を回転させる為、内輪軌道８、８と各球面ころ４、４の転動面との接線力の方向は、これら各球面ころ４、４の転がり方向と同方向になる。従って、自動調心ころ軸受１の場合、上記両内輪軌道８、８の剥離寿命が、軸受の寿命に大きな影響を与える。この為、これら両内輪軌道８、８の剥離寿命を向上させられれば、自動調心ころ軸受１の長寿命化を図れる。
【０００７】
一方、上記自動調心ころ軸受１は、使用条件によっては、油膜が十分に形成されるクリーンな環境下で、玉軸受や円筒ころ軸受等の一般的な転がり軸受と異なる原因により、破損が生じる場合がある。即ち、玉軸受や円筒ころ軸受の場合、クリーンな環境下で、各部材の材料に含まれる非金属介在物を起点として、疲労亀裂が発生し進展する、所謂内部起点型により破損する場合が多い。従って、上記玉軸受や円筒ころ軸受の場合、材料の清浄度を良好にすれば、軸受の長寿命化を図れる。これに対して自動調心ころ軸受１の場合、クリーンな環境下で、内輪軌道８、８の表面に微小な塑性流動が若起され、この部分からピーリングクラックが発生し進展して剥離に至る、所謂表面起点型により破損する場合が多い。従って、材料の清浄度を良好にしても、軸受の長寿命化に顕著な効果を示さない場合が多い。
【０００８】
この様な事情に鑑み、前記特許文献１には、外輪軌道、内輪軌道及び各球面ころの転動面の平均粗さをそれぞれ規制した構造が記載されている。即ち、上記特許文献１に記載された構造の場合、外輪軌道の平均粗さを０．１μｍＲａ以上、０．５μｍＲａ以下とし、内輪軌道の平均粗さを０．１５μｍＲａ未満とし、各球面ころの転動面の平均粗さを０．１μｍＲａ未満としている。これにより、内輪軌道の表面に微小塑性流動が生じる事を抑制して、軸受の長寿命化を図れるとしている。但し、その後の研究により、内輪軌道の平均粗さが各球面ころの転動面の平均粗さよりも小さい場合には、軸受の寿命延長の効果を十分に得られない事が分かった。即ち、安定的に軸受の寿命延長を図る為には、各球面ころの転動面の平均粗さを内輪軌道の平均粗さ以下にする必要がある事が分かった。
【０００９】
又、自動調心ころ軸受を高速で使用する場合や低速で使用する場合にも軸受寿命を確保する為には、内輪軌道と各球面ころの転動面との二乗平均粗さの合成粗さを低くする事が重要である。即ち、高速回転域或は低速回転域では、内輪軌道の油膜パラメータであるΛ値を向上させる事が難しいと考えられる。このΛ値とは、油膜厚さｈと合成粗さσとの比（Λ＝ｈ／σ）で定義されるもので、疲労寿命との関係を表すパラメータの１つである。低速回転域では、油膜が形成されにくく、高速回転域では、温度上昇に伴う潤滑油粘度の低下により、油膜厚さが減少する可能性がある。この様に、何れの場合も上記油膜厚さｈを大きくできない可能性がある為、上記合成粗さσを良好に（小さく）する事が、上記Λ値を向上させる上で重要となる。
尚、非特許文献１には、転がり軸受の疲労寿命に関する記述がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３０８２０７号公報
【非特許文献１】日本精工株式会社、“テクニカルレポート  ２．１４  疲労解析”、［online］、［平成２０年２月２５日検索］、インターネット、＜URL ：http://www.jp.nsk.com/tech-support/manual/tec_report/02/02_14.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、自動調心ころ軸受の長寿命化をより十分に図れる構造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】
【００１２】
本発明の自動調心ころ軸受は、外輪と、内輪と、複数の球面ころとを備える。
このうちの外輪は、単一の中心を有する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、上記外輪軌道と内輪軌道との間に、２列に亙って転動自在に設けられている。
【００１３】
特に、本発明の自動調心ころ軸受に於いて、上記各球面ころの転動面の平均粗さが、０．０７μｍＲａ以下である。
この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、各球面ころの転動面の平均粗さを、両内輪軌道の平均粗さ以下とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述の様に本発明の自動調心ころ軸受は、各球面ころの転動面の平均粗さを、０．０７μｍＲａ以下と、十分に小さくしている為、内輪軌道との合成粗さも十分に低くできる。この結果、高速或は低速で使用される自動調心ころ軸受であっても、長寿命化を十分に図れる。
又、請求項２に記載した様に、各球面ころの転動面の平均粗さを、両内輪軌道の平均粗さ以下とすれば、安定的に軸受の寿命延長を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、軸受の長寿命化をより向上させるべく、各球面ころ４、４の転動面の粗さを規制する点にある。その他の構造及び作用は、前述した通りなので、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。本例の自動調心ころ軸受１の場合、各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを、０．０７μｍＲａ以下としている。又、これら各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを、内輪軌道８、８の平均粗さ以下としている。但し、本例の場合、これら内輪軌道８、８の平均粗さは、０．２０μｍＲａ以下としている。又、外輪軌道７の平均粗さは、０．１μｍＲａ以上、０．５μｍＲａ以下としている。
【００１６】
この様に本例の自動調心ころ軸受１の場合、各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを、０．０７μｍＲａ以下と十分に小さくしている為、内輪軌道８、８との合成粗さも十分に低くできる。この結果、上記自動調心ころ軸受１を高速で使用しても、長寿命化を十分に図れる。又、上記各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを、上記両内輪軌道８、８の平均粗さ以下としている為、安定的に軸受の寿命延長を図れる。但し、上記各球面ころ４、４の転動面の平均粗さは、好ましくは０．０３μｍＲａ以上、より好ましくは０．０１μｍＲａ以上とする。即ち、これら各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを０．０１μｍＲａ未満としても、加工コストが嵩む割に、軸受寿命を大きく向上させる事できない（効果が飽和する）。従って、上記各球面ころ４、４の転動面の平均粗さは、０．０１μｍＲａ以上とする事が好ましい。
【００１７】
尚、本例の場合、上記両内輪軌道８、８の平均粗さを０．２０μｍＲａ以下としているが、この平均粗さを０．２０μｍＲａよりも大きくした場合、上記各球面ころ４、４の平均粗さを０．０７μｍＲａ以下としても、合成粗さを十分に小さくできない。この為、自動調心ころ軸受１を高速で使用した場合に、十分に軸受寿命を確保する事が難しくなる。従って、本例の場合、両内輪軌道８、８の平均粗さを、０．２０μｍＲａ以下としている。逆に言えば、本例の場合、上記各球面ころ４、４の転動面の平均粗さを０．０７μｍＲａ以下としている為、上記両内輪軌道８、８の平均粗さを０．２０μｍＲａまで許容できる（十分に軸受寿命を確保できる）。
【００１８】
又、前記外輪軌道７の平均粗さを、０．１μｍＲａ以上とするのは、上記両内輪軌道８、８と上記各球面ころ４、４の転動面との滑りを抑えて、上記両内輪軌道８、８の剥離寿命を確保する為である。即ち、上記外輪軌道７の表面粗さの値が低い（平滑面に近い）場合、軸受の負荷圏では、前記外輪２と上記各球面ころ４、４との間に作用する接線力が小さくなって、これら各球面ころ４、４の自転速度が速くなる傾向となる。即ち、負荷圏では、各球面ころ４、４の自転に基づく周速が公転に基づく移動速度より速くなる傾向になる。従って、上記接線力は、これら各球面ころ４、４の自転速度を小さくする方向に作用する。この為、この接線力が小さい場合、上記各球面ころ４、４の自転速度が速くなって、この自転に基づく周速と公転に基づく移動速度との速度差が大きくなる。この結果、これら各球面ころ４、４の転動面と上記両内輪軌道８、８との間で滑りが大きくなり、これら両内輪軌道８、８に早期に剥離が生じ易くなる。従って、本例の場合、上記外輪軌道７の平均粗さを、０．１μｍＲａ以上とする事により、上記各球面ころ４、４の自転速度を抑制して、これら各球面ころ４、４の転動面と上記両内輪軌道８、８との間で滑りを抑え、上記両内輪軌道８、８に早期に剥離が生じにくくしている。但し、上記外輪軌道７の平均粗さＲａを０．５μｍよりも大きくした場合、この外輪軌道７に剥離が生じ易くなる。従って、本例の場合、上記外輪軌道７の平均粗さＲａを０．５μｍ以下としている。
【実施例】
【００１９】
本発明者は、本発明の効果を確認する為に、以下の試験を行った。この試験では、図２に示す様な、２円筒試験機を使用した。この試験機１０は、２個の円筒部材１１ａ、１１ｂの外周面同士を所定の面圧で押し付けた状態で、相対回転させるものである。これら両円筒部材１１ａ、１１ｂのうち、モータ１２に接続される円筒部材１１ａは、外周面を軸方向にも湾曲させて、この外周面全体を部分球面としている。この様な円筒部材１１ａは、自動調心ころ軸受の球面ころに相当する。一方、上記モータ１２にギア１３を介して接続され、上記円筒部材１１ａよりも減速された回転を伝達される円筒部材１１ｂは、外周面を円筒面としている。この様な円筒部材１１ｂは、自動調心ころ軸受の内輪に相当する。又、上記両円筒部材１１ａ、１１ｂは、それぞれ軸受鋼（ＳＵＪ２）製としている。
【００２０】
上述の様な試験機１０により行った試験の条件は、次の通りである。即ち、両円筒部材１１ａ、１１ｂの外周面同士の接触部の最大面圧を３．２GPa 、この接触部の滑り率を１０％とした。この為に、上記ギア１３のギア比を１０：９とし、球面ころに相当する円筒部材１１ａの回転速度を５００min-1 、内輪に相当する円筒部材１１ｂの回転速度を４５０min-1 とした。又、潤滑油は、「新日本石油社製の、ＦＢＫオイル  ＲＯ６８」を使用した。
【００２１】
試験では、上記両円筒部材１１ａ、１１ｂの外周面の表面粗さが異なるものを、それぞれ３種類ずつ用意した。即ち、球面ころに相当する円筒部材１１ａとしては、外周面の平均粗さが、０．０３μｍＲａ、０．０７μｍＲａ、０．１０μｍＲａの３種類、内輪に相当する円筒部材１１ｂとしては、外周面の平均粗さが、０．０７μｍＲａ、０．１３μｍＲａ、０．２０μｍＲａの３種類、それぞれ用意した。そして、各表面粗さを有する円筒部材１１ａ、１１ｂ同士の組み合わせを変えて、それぞれ試験を行った。この試験では、両円筒部材１１ａ、１ｂを上記試験機１０に組み付けて、これら両円筒部材１１ａ、１１ｂ同士を互いに近づく方向に力を付与しつつ、所定の回転速度で互いに反対方向に回転させた。そして、所定時間経過後、上記試験機１０を停止し、上記両円筒部材１１ａ、１１ｂをこの試験機１０から取り外し、これら両円筒部材１１ａ、１１ｂのうち、内輪に相当する円筒部材１１ｂの外周面の表面性状を調べた。
【００２２】
この円筒部材１１ｂの外周面の表面性状を調べる為に、この外周面の残留応力、回折線半価幅、残留オーステナイト量の変化を、Ｘ線装置により測定した。そして、上記円筒部材１１ｂの外周面の疲労進行度を調べた。この疲労進行度とは、非特許文献１に記載されている様に、複数の軸受に就いて種々の条件により試験を行い、各計測値を蓄積したものをベースに求められるものである。この様な疲労進行度を求めた結果を、図３に示す。この図３から明らかな様に、円筒部材１１ａの外周面（球面ころの転動面に相当）の平均粗さが、０．０７μｍＲａ以下である場合には、円筒部材１１ｂの外周面（内輪軌道に相当）の平均粗さに拘らず、安定して疲労進行度を低くできた。一方、上記円筒部材１１ａの外周面の平均粗さが、０．０７μｍＲａよりも大きい０．１０μｍＲａである場合には、上記円筒部材１１ｂの外周面の平均粗さが、上記円筒部材１１ａの外周面の平均粗さ以下である０．０７μｍＲａで、疲労進行度が高くなった。
【００２３】
上述の試験から、球面ころの転動面（円筒部材１１ａの外周面）の平均粗さが、０．０７μｍＲａ以下では、内輪軌道（円筒部材１１ｂの外周面）の平均粗さに拘らず、安定して疲労進行度を低くできる事が分かった。又、これに加えて、上記球面ころの転動面の平均粗さが上記内輪軌道の平均粗さ以下である場合には、より安定して疲労進行度を低くできる事が分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、自動調心ころ軸受の断面図。
【図２】本発明の効果を確認する為の試験機を示す模式図。
【図３】試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２５】
１    自動調心ころ軸受
２    外輪
３    内輪
４    球面ころ
５    保持器
６    案内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９    ポケット
１０    試験機
１１ａ、１１ｂ  円筒部材
１２    モータ
１３    ギア
【図１】
2009210089.tif 000003
【図２】
2009210089.tif 000004
【図３】
2009210089.tif 000005