JP2013100839A - Roll bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械、直動装置などの可動部の軸受として適用されるころ軸受に関する。 The present invention relates to a roller bearing applied as a bearing for a movable part of an automobile, an agricultural machine, a construction machine, a steel machine, a linear motion device, or the like.
一般に、ころ軸受や玉軸受などの転がり軸受は、主軸などに連結される内輪とその外側に位置する外輪間にころや玉などの転がり部材を複数、保持器によって等間隔に保持した構造となっている。
このような転がり軸受は、高速回転時や高荷重時などに油膜切れを起こさないようにグリースなどの潤滑油を充分に供給する必要があるが、図21に示すように潤滑油が多すぎるとこの潤滑油が転がり部材と転動面との間に溜まってしまい、却って転がり抵抗が増してしまうことが知られている。
In general, a rolling bearing such as a roller bearing or a ball bearing has a structure in which a plurality of rolling members such as a roller or a ball are held at equal intervals by a cage between an inner ring connected to a main shaft or the like and an outer ring positioned outside the inner ring. ing.
Such a rolling bearing needs to supply a sufficient amount of lubricating oil such as grease so as not to cause oil film breakage during high-speed rotation or high load. However, if there is too much lubricating oil as shown in FIG. It is known that this lubricating oil accumulates between the rolling member and the rolling surface, and the rolling resistance increases on the contrary.
そのため、例えば以下の特許文献1や2では、転がり部材の転動面にその転がり方向に沿って複数の(縦)溝を形成し、この(縦)溝で潤滑油を保持することで油膜切れを防止しつつ、この(縦)溝に沿って潤滑油を逃がすことで高速回転時、高荷重時、高粘度油潤滑使用時などの余分な潤滑油による転がり抵抗を低減するようにしている。
一方、このような転がり軸受は、図22に示すように転動面に対する転がり部材の転がり中心Aと転がり時の面圧中心(面圧最大部)Bは、転がり方向にずれており、このずれが高速回転になるに従って大きくなることによっても転がり抵抗が発生することが知られている。
Therefore, for example, in
On the other hand, in such a rolling bearing, as shown in FIG. 22, the rolling center A of the rolling member with respect to the rolling surface and the surface pressure center (surface pressure maximum portion) B at the time of rolling are shifted in the rolling direction. It is known that rolling resistance is also generated by increasing as the rotation speed increases.
そのため、例えば以下の特許文献3などでは、図23に示すように内輪又は外輪の軌道面にその転がり方向と直交する方向に複数の(横)溝を形成し、この(横)溝によって転がり中心Aと転がり時の面圧中心(面圧最大部)Bとの差を小さくすることで転がり部材の転がり抵抗を小さくするようにしている。
ところで、前記特許文献1や2のように、転動方向に延びる(縦)溝に沿って潤滑油を逃がす構造では、その(縦)溝内が既に潤滑油で満たされている場合には、転がり部材転動面との間に溜まった潤滑油の逃げ場所がなくなり、転がり抵抗を充分に低減できないケースが考えられる。
Therefore, in the following
By the way, in the structure in which the lubricating oil is released along the (vertical) groove extending in the rolling direction as in
一方、前記特許文献3に示すような構造では、各(横)溝内に溜まった余分な潤滑油を転がり部材の側部に逃がすことはできるが、転がり部材が各(横)溝とその間のランド部間を交互に転動することになるため、微小な振動が発生してしまうことがある。
そこで、特許文献4には、これらの問題を解決し、より転がり抵抗を低減させる技術が提案されている。
On the other hand, in the structure as shown in
Therefore,
しかし、転がり軸受の使用条件は近年益々厳しくなっており、さらなる転がり抵抗の低減が求められている。また、ころ軸受の場合には、内外輪の軌道面ところとの接触は転がり接触であるが、内外輪に形成されたつばと、ころの端面との接触は滑り接触(摺接)しており、より摩擦力が高く、転がり抵抗が高い。そのため、より転がり抵抗の低減が求められている。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決するために案出されたものであり、転がり抵抗のより低いころ軸受を提供することを課題とする。
However, the usage conditions of rolling bearings have become increasingly severe in recent years, and further reduction in rolling resistance is required. In the case of roller bearings, the contact with the raceway surface of the inner and outer rings is rolling contact, but the contact between the collar formed on the inner and outer rings and the end face of the roller is sliding contact (sliding contact). Higher frictional force and higher rolling resistance. Therefore, a reduction in rolling resistance is further demanded.
Therefore, the present invention has been devised to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a roller bearing having a lower rolling resistance.
以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係るころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数のころとを備え、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方につばが形成されたころ軸受であって、前記ころの端面及び前記つばのころと摺接する面の少なくとも一方に溝が形成されていることを特徴とする。
上記ころ軸受においては、前記つばのころと接する面に形成された溝は、前記ころと前記つばとが摺動する摺動方向に対して斜めに傾斜しており、ランド部を挟んで複数形成されていることが好ましい。
In order to solve the above-described problems, a roller bearing according to an aspect of the present invention includes an inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers arranged to be freely rollable between the inner ring and the outer ring. A roller bearing having a flange formed on at least one of the outer rings, wherein a groove is formed on at least one of an end surface of the roller and a surface in sliding contact with the roller of the collar.
In the roller bearing, a plurality of grooves formed on a surface in contact with the collar roller are inclined with respect to a sliding direction in which the roller and the collar slide, and a plurality of grooves are formed across the land portion. It is preferable that
また、上記ころ軸受においては、前記つばのころと摺接する面に形成された前記溝の前記摺動方向に対する傾斜角度である傾斜角αが、前記ころの摺動方向と直交する方向を基準として−90°を超えかつ+90°未満の範囲であることが好ましい。
さらに、上記ころ軸受においては、前記溝は、その溝の横断方向断面の形状がほぼV字状になっていると共に、溝が形成された面と、断面V字状に形成された溝の内面とで形成される角度βが、15°以上90°未満であることが好ましい。
また、上記ころ軸受においては、前記溝は、平面形状が綾目状に形成されていることが好ましい。
さらに、上記ころ軸受においては、前記溝は、平面形状がV字状に形成されていることが好ましい。
In the roller bearing, an inclination angle α, which is an inclination angle with respect to the sliding direction of the groove formed on the surface in sliding contact with the collar roller, is based on a direction orthogonal to the sliding direction of the roller. It is preferably in the range of more than −90 ° and less than + 90 °.
Further, in the above roller bearing, the groove has a substantially V-shaped cross-sectional shape in the transverse direction, a groove-formed surface, and an inner surface of the groove formed in a V-shaped cross section. Is preferably 15 ° or more and less than 90 °.
In the roller bearing, it is preferable that the groove is formed in a cross-shaped planar shape.
Further, in the roller bearing, it is preferable that the groove is formed in a V shape in a planar shape.
本発明によればころの端面と、つばのころと摺接する面とに溝が形成されている。このような構成により、ころの端面と、つばのころと摺接する面との間に溜まった余分な潤滑剤を確実に排除できる。したがって、本発明のころ軸受は、摺接する部分の摩擦を低減することができるため、転がり抵抗が低い。 According to the present invention, the groove is formed in the end surface of the roller and the surface in sliding contact with the collar roller. With such a configuration, it is possible to reliably remove excess lubricant accumulated between the end surface of the roller and the surface that is in sliding contact with the collar roller. Therefore, since the roller bearing of the present invention can reduce the friction of the sliding contact portion, the rolling resistance is low.
次に、本発明に係るころ軸受の第1の実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係るころ軸受の第1の実施形態である円すいころ軸受11の構造を示す部分縦断面図である。
図1の円すいころ軸受11は、内輪1と、外輪2と、内輪1及び外輪2の間に転動自在に配された複数の円すいころ3と、内輪1及び外輪2の間に複数の円すいころ3を保持する保持器4とで構成されており、内輪1の外周面及び外輪2の内周面の間に形成された軸受内部空間には、図示しない潤滑剤(例えば潤滑油,グリース)が封入されている。なお、保持器4は備えていなくてもよい。
Next, a first embodiment of a roller bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing the structure of a tapered roller bearing 11 which is a first embodiment of a roller bearing according to the present invention.
The tapered roller bearing 11 shown in FIG. 1 includes an
この内輪1の外周面及び外輪2の内周面には、これら各円すいころ3が転動するための軌道面1a及び2aがそれぞれ形成されている。また、内輪1の外周面の軸方向両端部には、大つば5a,小つば5cが径方向外方に突出して設けられている。外輪2には、つばは設けられていない。ただし、図1の例とは逆に、外輪2の内周面の軸方向両端部に径方向内方に突出してつばを設け、内輪1にはつばを設けない構成としてもよいし、内輪1及び外輪2の両方につばを設ける構成としてもよい。
On the outer peripheral surface of the
大つば5aの軸方向内側面である大つば面5b、小つば5cの軸方向内側面である小つば面5dは、円すいころ3を案内し保持する面として機能しており、大つば面5bは円すいころ3の大端面3aと、小つば面5dは円すいころ3の小端面3bとそれぞれ摺接する。大端面3a、小端面3b、大つば面5b、及び小つば面5dには、図2に示す複数の溝6が等間隔かつ複数形成されている。
The
ここで、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝に共通する説明については、溝は符号6を用いるが、大端面3a及び小端面3bの溝について説明する場合には、溝6Aを用いる。また、大つば面5b及び小つば面5dの溝について説明する場合には、溝6Bを用いる。
Here, for the explanation common to the grooves formed on the
このように各円すいころ3の大端面3a及び小端面3bに複数の溝6Aを等間隔かつ複数形成することにより、また、大つば面5b及び小つば面5dに複数の溝6Bを平行に等間隔かつ複数形成することにより、大端面3aと大つば面5b、及び、小端面3bと小つば面5dとの摺接面に対して必要な潤滑剤を確実に供給しつつ、その潤滑剤による転がり抵抗を確実に低減できる。すなわち、図3及び図4に示すように円すいころ3の周囲に多くの潤滑剤が存在していると、円すいころ3の転動に際して大端面3aと大つば面5b、及び、小端面3bと小つば面5dとの間に潤滑剤が溜まってくるが、この部分に溜まった潤滑剤は、順次これら各溝6A及び溝6B内に押し込まれるように移動するため、大量に溜まることがなくなり、その潤滑剤による転がり抵抗を確実に低減できる。なお、図4において、大端面3aに形成された溝6Aは破線で、大つば面5bに形成された溝6Bは実線で示してある。また、図4において大端面3aの溝が形成されていない円形の部分は、大端面3aに形成された窪みの部分であり、図4以降の図面においても同様である。この窪みの部分は形成されていなくてもよく、大端面3aの全体を平坦とし、大端面3aの全面に溝6Aを形成してもよい。
In this way, a plurality of
また、この溝6A及び溝6Bが既に潤滑剤で満たされている場合でも、新たに押し込まれる潤滑剤によって先に充填された潤滑剤がその溝6A及び溝6Bの一端または両端から押し出されるようにして溝6A及び溝6B内から排除されるため、円すいころ3と、大つば5a及び大つば5c間に潤滑剤が大量に溜まることがなくなり、その転がり抵抗を確実に低減できる。したがって、本実施形態に係る円すいころ軸受11は、摺接する部分の摩擦を低減することができるため、転がり抵抗を低減することができる。
Further, even when the
次に、大端面3a及び小端面3bに形成される溝6A、及び、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝6Bについての最良な形態について具体的に説明する。
各溝6Bは、大つば面5b及び小つば面5dにおいては、円すいころ3と摺接する摺動方向に対して斜めに傾斜して形成されており、平行に等間隔かつ複数形成されている。
図5に示すように、大つば面5b及び小つば面5dに形成された溝6Bの摺動方向に対する傾斜角度である傾斜角αは、円すいころ3の摺動方向と直交する方向を基準として−90°を超えかつ+90°未満の範囲であれば特に限定されるものではないが、−45°以上−15°以下及び15°以上45°以下の範囲が好ましい。また、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝6Bの傾斜方向はいずれの方向であっても良い。
Next, the best mode of the
The
As shown in FIG. 5, the inclination angle α, which is the inclination angle with respect to the sliding direction of the
図6は、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝6Bの傾斜角度と転がり抵抗減少割合との関係を示したものであり、この溝6Bの傾斜角αが0°のときに顕著な転がり抵抗減少割合が得られ、−45°以上45°以下の範囲外では、十分な転がり抵抗減少効果が得られないことが分かる。一方、摺動方向に対して直交方向に溝が形成されている方が潤滑剤に添加される添加剤との相性がよく、金属接触が起こりそうな潤滑域でも、摺動方向に沿って溝が形成されている場合に比べて低摩擦になることが知られている。図6においても、−15°超過15°未満の範囲では減少率が最も大きいことがわかる。しかし、傾斜角αが0°に近くなると油膜の形成能力が低いために、軸受寿命が低下することも考えられるため、傾斜角αは、−45°以上−15°以下及び15°以上45°以下の範囲が好ましい。
FIG. 6 shows the relationship between the inclination angle of the
このような構成であれば、十分な転がり抵抗減少効果が得られると共に、添加剤との相性も良く、摺接する部分において、金属接触が起こりやすい潤滑域でも、平滑面や溝が摺動方向に沿って形成されている場合に比べて低摩擦になるため、耐摩耗性及び耐焼付き性を得ることができる。
また、溝6Bの摺動方向の幅aとこれに隣接するランド部7の摺動方向の幅b、及び、溝6Aの横断方向の幅a’とこれに隣接するランド部7の横断方向の幅b’の比率としては、図7(a)、(b)に示すように、a(a’):b(b’)=50:50〜10:90の範囲となるように維持すれば、油膜切れを起こすことなく、高荷重負荷に対する耐久性を発揮することができる。すなわち、ランド部7の摺動方向の幅b又はランド部7の横断方向の幅b’が90%を超えると油膜強化効果が得られず、反対に50%未満であると、高荷重に耐えられなくなるからである。
With such a configuration, a sufficient rolling resistance reduction effect can be obtained, and the compatibility with the additive is good, and the smooth surface and the groove are in the sliding direction even in a lubrication region where metal contact is likely to occur in the sliding contact portion. Since the friction is lower than that in the case of being formed along, it is possible to obtain wear resistance and seizure resistance.
Further, the width a in the sliding direction of the
また、図8に示すように溝6は、その溝の横断方向断面の形状がほぼV字状になっていると共に、溝6が形成された面(大端面3a、小端面3b、大つば面5b又は小つば面5d)と、V字により形成された溝6の内面とで形成される角度βが、15°以上90°未満とすることが好ましい。
このような構成によれば、この溝6内に溜まった潤滑剤が良好に排出されてランド部7側に達するため、良好な油膜強化効果を得ることができる。
In addition, as shown in FIG. 8, the
According to such a configuration, since the lubricant accumulated in the
ここで、角度βを15°以上90°未満としたのは、15°未満では油膜強化効果が少なく、一方90°以上ではエッジロードが発生するおそれがあるからである。角度βは、好ましくは30°以上80°以下、より好ましくは45°以上80°以下とした上で以下に記載する面取り(ダレ)を行うと良い。
また、図8に示すように、溝6Bの深さdはその摺動方向の幅aに対して、0.5a以上5.0a以下とすれば、より確実な油膜強化効果を得ることができる。さらに、溝6Aの深さも、溝6Bと同様の深さにすることにより確実な油膜強化効果を得ることができる。
Here, the reason why the angle β is set to 15 ° or more and less than 90 ° is that if the angle β is less than 15 °, the effect of strengthening the oil film is small, while if it is 90 ° or more, an edge load may occur. The angle β is preferably 30 ° or more and 80 ° or less, more preferably 45 ° or more and 80 ° or less, and chamfering (sagging) described below is performed.
As shown in FIG. 8, if the depth d of the
また、図9に示すように、溝6Bに隣接するランド部7の角を、ランド部7の摺動方向の幅bの15%以下の幅に亘って面取りすれば、円すいころ3の転動時においてランド部7の角部が欠けたりすることがなくなり、高荷重にも耐えることができる。ここで、面取りした幅である面取り量cをランド部7の摺動方向の幅bの15%以下と規定したのは、15%を超えるとランド部7の面積が減ってしまい却って高荷重に不向きになるからであり、好ましくは3%以上10%以下の範囲である。なお、溝6Aに隣接するランド部7の角も、溝6Bに隣接するランド部7と同様に面取りすることにより、確実な油膜強化効果を得ることができる。また、図8及び図9は例として大つば面5bに形成された溝を示したが、大端面3a、小端面3b及び小つば面5dも同様である。
Also, as shown in FIG. 9, if the corner of the
このような条件で大端面3a及び小端面3bに溝6Aを、大つば面5b及び小つば面5dに溝6Bを形成すれば、摺接する部分に充分な油膜強化効果を発揮しつつ、転がり抵抗や摩擦を確実に低減することができる。
なお、溝6は、本実施形態のように、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの全てに形成されていてもよいが、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの少なくとも1つに形成されていればよい。例えば、大端面3aや小端面3bを平滑状態とし、大つば面5b又は小つば面5dのみに溝6Bが形成されていてもよい。
If the
The
また、図10(a)、(b)に示すように、大端面3a及び小端面3bに形成される溝6AのピッチP1と、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝6BのピッチP2と異ならしめるようにすることが好ましい。
このような構成にすれば、大端面3a及び小端面3bに形成された溝6Aと大つば面5b及び小つば面5dに形成された溝6B同士が重なることがなくなるため、油膜切れを解消することができる(溝同士が重なると油膜ができ難い)。また、一方のランド部7の角部などが他方の溝6A又は溝6Bに落ち込む(嵌り込む)ことによる振動の発生も抑制することができる。
Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the pitch P1 of the
With such a configuration, the
さらに、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dに形成される溝6は、例えば機械加工、レーザー、ショット、フォトリソグラフィーなどの公知の機械加工方法によって容易に加工することができるが、研削加工により形成することが好ましい。
なお、研削加工により溝6を形成した場合には、溝6の縁の部分に盛り上がりが発生することがある。この盛り上がりが、初期の転がり抵抗を上昇させる可能性があるので、この縁の部分の盛り上がりを除去するために、弾性体の表面に硬質な微粒子を塗付した粒子を用いて表面にショット加工を施すことで、初期の転がり抵抗を低減させることができる。このようなショット加工としては、例えば鏡面ショット加工があげられる。
Further, the
In addition, when the groove |
また、縁の部分の盛り上がりを除去する加工は、上記の鏡面ショット等に限るものではなく、研磨加工を施すことによっても可能であるが、その場合は、縁の部分の盛り上がりの塑性流動によって溝6が埋没しないように注意が必要である。
なお、この円すいころ軸受11を構成する内輪1や外輪2及び円すいころ3などは、SUJ2〜4、SCr420H、SCM420H、SNCM220H、SNCM420H、SNCM815、SUS440Cなどの従来から多用されている金属材料のみならず、セラミックスや非鉄金属等で製造されていてもよい。
In addition, the processing for removing the bulge at the edge portion is not limited to the above-described mirror shot or the like, and can be performed by polishing. In that case, the groove is formed by the plastic flow of the bulge at the edge portion. Care must be taken so that 6 is not buried.
The
また、溝6の内面に化成処理、固体潤滑剤及び硬質膜等を塗布することにより、更なる転がり抵抗の低減や長寿命化が見込める。特に、固体潤滑剤である二硫化モリブデン(MoS2)のショット加工を行うことで、溝6の内面に二硫化モリブデンの膜を形成することができる。そのため、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの表面が摩耗した場合でも、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの摺接面に固体潤滑剤を供給することができ、耐焼付き性を向上させることができる。また、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン(MoS2)の他、カーボンや高分子といった固体潤滑剤を溝6の表面に埋設してもよい。さらに、ショット加工後に、溝6の内面に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等をスパッタリングなどにより成膜することで、更なる転がり抵抗の低減や長寿命化が見込める。
Further, by applying a chemical conversion treatment, a solid lubricant, a hard film, or the like on the inner surface of the
また、本実施形態では、本発明のころ軸受の一例として、単列円すいころ軸受である円すいころ軸受11を例にして説明したが、これに限られず、本発明は潤滑状態が良好でない環境下で使用されるその他のころ軸受にも好適に用いることができる。例えば、背面組合せ型円すいころ軸受や正面組み合わせ型円すいころ軸受に適用してもよい。また、円筒ころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受に適用してもよい。
In the present embodiment, the tapered
さらに、本発明のころ軸受は、様々な種類の機械装置に対して適用することができる。例えば、リニアガイド、タペットローラ、直動ベアリングの他、鉄鋼関係の各種ロールのロールネック部軸受、製紙関係の各種ロールのロールネック部軸受などの高荷重を受ける軸受、オルタネータ、中間プーリ、電磁クラッチ内蔵コンプレッサ等の自動車の電装補機、水ポンプ等のエンジン補機、鉄道車両の主電動機用軸受、車軸用軸受、各種インバータモータ用軸受などの高速回転用の軸受として適用することができる。 Furthermore, the roller bearing of the present invention can be applied to various types of mechanical devices. For example, bearings that receive high loads, such as linear guides, tappet rollers, linear motion bearings, roll neck bearings for various steel-related rolls, roll neck bearings for various paper-related rolls, alternators, intermediate pulleys, electromagnetic clutches It can be applied as a bearing for high-speed rotation, such as an electrical accessory for an automobile such as a built-in compressor, an engine accessory such as a water pump, a bearing for a main motor of a railway vehicle, an axle bearing, and various inverter motor bearings.
次に図11〜図18は、本発明に係る円すいころ軸受11の他の実施の形態を示したものである。
他の実施の形態として、図11及び図12に示すように大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの少なくとも1つに、溝6A又は溝6Bを、平面形状が綾目状となるように形成しても良い。なお、図11(a)は、大端面3a及び小端面3bに形成された綾目状の溝6Aを示した図であり、図11(b)は、大つば面5b及び小つば面5dに形成された綾目状の溝6Bを示した図である。また、綾目状の溝とは、互いに平行な複数の直線状溝からなる溝群2つが、所定の交差角をもって交わり菱形模様を形成している状態である。溝6A及び溝6Bを平面形状が綾目状になるように形成すれば、大端面3aと大つば面5b、及び、小端面3bと小つば面5dとの摺接する部分において、より優れた低摩擦効果が得られる。
Next, FIGS. 11 to 18 show another embodiment of the tapered
As another embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, at least one of the
また、他の実施形態として、図13〜図15に示すように、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dに溝6A又は溝6Bを、平面形状がV字状となるように形成してもよい。なお、図13(a)は、大端面3a及び小端面3bに形成されたV字状の溝6Aを示した図であり、図13(b)は、大つば面5b及び小つば面5dに形成されたV字状の溝6Bを示した図である。これによって、円すいころ3の摺動に際して大端面3aと大つば面5bとの間、及び、小端面3bと小つば面5dとの間に溜まった潤滑剤が、各溝6A及び溝6B内に押し込まれると共に、この溝6A及び溝6Bが既に潤滑剤で満たされている場合でも、新たに押し込まれる潤滑剤によって先に充填された潤滑剤がその斜め溝の一端または両端から押し出されるようにして逃げる。このため、大端面3aと大つば面5b、及び、小端面3bと小つば面5dとの摺接する部分において、潤滑剤が大量に溜まることがなくなり、その転がり抵抗を確実に低減できる。
Further, as another embodiment, as shown in FIGS. 13 to 15, the
ここで、溝6を平面形状がV字状となるように形成する配置形態としては、特に限定されるものでない。例えば大つば面5b及び小つば面5dに配置される溝6Bは、図15(a)、(b)に示すようにV字状の溝6Bを、その屈曲部6cが摺動方向に重なり合うように配置したり、あるいは図15(c)、(d)に示すようにV字状の溝6Bを、その屈曲部6cが摺動方向と直交する方向に重なり合うように配置しても良い。また、大端面3a及び小端面3bに配置される溝6Aは、図15(e)に示すようにV字状の溝6Aを、その屈曲部6cが円すいころ3の自転方向に重なり合うように配置したり、あるいは図15(f)(g)に示すようにV字状の溝6Aを、その屈曲部6cが円すいころ3の自転方向と直交する方向に重なり合うように配置しても良い。
Here, the arrangement of the
また、図16(a)、(b)に示すように、溝6Aが形成された大端面3a及び小端面3b、溝6Bが形成された大つば面5b及び小つば面5dの少なくとも1つに、この溝6よりも摺動方向の幅が小さい微小溝6dを、この溝6と交差する方向に複数形成すれば、油膜強化効果をさらに向上することができる。
16A and 16B, at least one of the
ここで、これら微小溝6dと溝6の開口部分の合計面積とランド部7の面積の比は、11(溝):89(ランド部)〜60:40とすることが好ましい。また、大つば面5b及び小つば面5dに形成される微小溝6dの摺動方向の幅は、溝6Bの摺動方向の幅の1/100以上1/10以下であることが好ましい。さらに、大端面3a及び小端面3bに形成される微小溝6dの幅は、溝6Aの横断方向の幅の1/100以上1/10以下であることが好ましい。
また、図示するようにこの微小溝6dは、複数本(図の例では3本)を1組として配置しても良い。また、この微小溝6dと溝6との交差角度γは、溝6A又は溝6Bに対して15°以上90°以下の範囲であることが好ましい。
Here, it is preferable that the ratio of the total area of the opening portions of the
Further, as shown in the figure, a plurality of
さらに、図17に示すように、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの少なくとも1つに、方向の異なる2種類のV字状溝(図17(a))、U字状溝(図17(b))、X字状(図17(c))、8の字状溝(図17(d))、3の字状溝(図17(e))、C字状又は楕円状あるいはレンズ形状溝(図17(f))、M字状又はW字状溝(図17(g))の少なくとも1つの形状をした溝を形成すれば、前記各実施形態と同様な作用・効果を得ることが可能となる。なお、図17は例として大つば面5bに形成された溝を示したが小つば面5dも同様である。また、大端面3a及び小端面3bには、図17で示した溝が、円すいころ3の自転方向に沿って形成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 17, at least one of the
さらに、溝6は、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの全面に形成してもよく、部分的に形成してもよい。さらに、溝6を平面形状が綾目状やV字状等となるように形成した場合にも、これら溝6で形成された綾目状やV字状の模様を大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの全面に形成してもよく、部分的に形成してもよい。
Further, the
また、溝6は、大端面3a、小端面3b、大つば面5b及び小つば面5dの少なくとも一つに形成することに加えて、内輪1の軌道面1a、外輪2の軌道面2a及び円すいころ3の転動面3cの少なくとも1つに形成してもよい。溝6を内輪1の軌道面1a、外輪2の軌道面2a及び円すいころ3の転動面3cに形成した場合には、溝6は、円すいころ3の転がり方向に対して斜めに傾斜しているため、図18に示すように円すいころ3の転動面3cは、その一部が常にその溝6、6間のランド部7に接している状態となる。これによって、円すいころ3の転動面3cが溝6内に落ち込むようなことがなくなるため、転動時に微小な振動が発生してしまうこともない。
Further, the
この時、内輪1の軌道面1a、外輪2の軌道面2a及び円すいころ3の転動面3cに形成された溝6の転がり方向に対する傾斜角度である傾斜角α1及びα2は、円すいころ3の転がり方向と直交する方向を基準として−90°を超えかつ+90°未満の範囲であれば特に限定されるものではないが、−45°以上−15°以下及び15°以上45°以下の範囲が好ましい。
At this time, the inclination angles α1 and α2, which are inclination angles with respect to the rolling direction of the
このような構成であれば、十分な転がり抵抗減少効果が得られると共に、添加剤との相性も向上することができるため、耐摩耗性及び耐焼付き性を得ることができる。
このとき、円すいころ3の転動面3cに形成する溝6の傾斜方向は特に限定されるものでなく、内輪1の軌道面1a及び外輪2の軌道面2aに形成される溝6の傾斜方向と異なる方向であっても良い。また、円すいころ3の転動面3cに形成される溝6の傾斜角α2が、内輪1の軌道面1a及び外輪2の転動面2に形成される溝6の傾斜角α1と異ならしめすようにしてもよい。
With such a configuration, a sufficient rolling resistance reduction effect can be obtained, and compatibility with the additive can be improved, so that wear resistance and seizure resistance can be obtained.
At this time, the inclination direction of the
さらに、円すいころ軸受11は、内輪1の軌道面1a及び外輪2の軌道面2aのうち一方の軌道面の幅方向と長手方向における算術平均粗さRa(JIS B0601)を、0.1μm以上0.5μm以下、且つ、内輪1の軌道面1a及び外輪2の軌道面2aのうち一方の軌道面の幅方向と長手方向における表面粗さ曲線の突出谷部平均深さRvk(JIS B0671−2)を0.45μm以上とすることが好ましい。算術平均粗さRaが0.1μm未満であると、転がり抵抗の低減効果は小さくなり、一方、0.5μm超過であると、表面粗さの影響により、油膜が切れて金属接触を生じやすくなるからである。また、突出谷部平均深さRvkが0.45μm以上であると、油溜まりの効果によって、円すいころ3と軌道面1a及び2aとの金属接触が起き難くなるからである。
さらに、ランド部7の算術平均粗さRa(JIS B0601)が、0.2μm以下であることが好ましい。このような構成によれば、円すいころ3と軌道面1a及び2aとの金属接触が起き難くなり、優れた耐摩耗性を発揮できる。
Further, the tapered
Furthermore, the arithmetic average roughness Ra (JIS B0601) of the
以下に、本実施形態の円すいころ軸受の転がり抵抗試験及び耐焼付き性試験について、図19及び20を参照しながら説明する。
まず、転がり抵抗試験について説明する。本試験に用いる円すいころ軸受100は、日本精工株式会社製の呼び番号HR30307C(内径:35mm,外径:80mm,最大幅:22.75mm)の円すいころ軸受である。
Below, the rolling resistance test and seizure resistance test of the tapered roller bearing of this embodiment will be described with reference to FIGS.
First, the rolling resistance test will be described. The tapered
この円すいころ軸受100は、内輪軌道面を有する内輪10と、外輪軌道面を有する外輪20と、内輪軌道面及び外輪軌道面間に転動自在に配設され、転動面を有する円すい状の複数の円すいころ30と、円すいころ30を転動自在に保持するSPCC製の保持器40とからなる。
また、この円すいころ軸受100では、内輪10の軸方向両端部に大つば及び小つばが形成されており、この大つばの軸方向内面(大つば面)が円すいころの大端面に、小つばの軸方向内面(小つば面)が円すいころの小端面にそれぞれ摺接した状態で案内されるように構成されている。
This
Further, in this tapered
内輪10、外輪20及び円すいころ30は、以下に示すようにして作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)からなる素材を内輪、外輪及び円すいころの各形状に加工し、840℃の混合ガス雰囲気(RXガス+エンリッチガス+アンモニアガス)で3時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪10、外輪20及び円すいころ30の各表層部(表面から250μmの深さまでの部分)の残留オーステナイト量を15体積%以上40体積%以下とし、前記表層部の硬さをHRC62〜67(Hv746〜900)に調整した。
The
このようにして作製した円すいころ30の大端面に、以下に記載する大つば面、内輪10の軌道面及び円すいころ30の転動面に形成する、斜め、綾目状及びV字状と同じ溝の形状を、研削加工により形成した。このようにして得られた円すいころ30、内輪10及び外輪20と、SPCC製の保持器40とを用いて、円すいころ軸受100を組み立てて、本実施例1〜3に係る円すいころ軸受を作製した。図19に、円すいころ30の大端面に形成した、斜め、綾目状及びV字状の溝を示す。
The large end surface of the tapered
また、上記のようにして作製した内輪10の大つば面に、摺動方向に対して傾斜角度を45°にして、斜め、綾目状及びV字状の溝を研削加工により形成した。このようにして得られた内輪10、円すいころ30及び外輪20と、SPCC製の保持器40とを用いて、円すいころ軸受100を組み立てて、本実施例4〜6に係る円すいころ軸受を作製した。
In addition, on the large brim surface of the
さらに、上記のようにして作製した内輪10の軌道面に、摺動方向に対して傾斜角度を45°にして、斜め、綾目状及びV字状に溝を研削加工により形成した。このようにして得られた内輪10、円すいころ30及び外輪20と、SPCC製の保持器40とを用いて、円すいころ軸受100を組み立てて、実験例1〜3に係る円すいころ軸受を作製した。
Further, on the raceway surface of the
また、上記のようにして作製した円すいころ30の転動面に、摺動方向に対して傾斜角度を45°にして、斜め、綾目状及びV字状に溝を研削加工により形成した。このようにして得られた円すいころ30、内輪10及び外輪20と、SPCC製の保持器40とを用いて、円すいころ軸受100を組み立てて、実験例4〜6に係る円すいころ軸受を作製した。
In addition, on the rolling surface of the tapered
また、上記のようにして作製した内輪10、外輪20及び円すいころ30と、SPCC製の保持器40とを用いて、円すいころ軸受100を組み立てて比較例1に係る円すいころ軸受を作製した。なお、比較例1に係る円すいころ軸受の内輪10、外輪20及び円すいころ30には、溝は形成されていない。
この転がり抵抗試験は、図20に示す縦型内輪回転式試験機を用いて行った。この試験機は、図20に示すように、主軸221と、この主軸221の軸方向一端部221aに設けられた支持軸受222と、本体部223と、この本体部223の軸方向上端面に設けられた静圧軸受224と、からなり、試験軸受である円すいころ軸受100の内輪10を主軸221に外嵌させ、外輪20を本体部223に内嵌させた状態で使用されるように構成されている。
Moreover, the tapered
This rolling resistance test was conducted using a vertical inner ring rotating tester shown in FIG. As shown in FIG. 20, this testing machine is provided on a
また、静圧軸受224の上方からはアキシャル荷重Faを付与できるように構成されている。さらに、本体部223の側面には、棒材225を介してロードセル226が接続されており、本体部223に加わる動摩擦トルクを検出できるように構成されている。さらに、本体部223の側面には、試験軸受である円すいころ軸受100の転がり面に潤滑油Jを供給するための通路227と、外輪の温度を検出するための熱電対228とが設けられている。
The axial load Fa can be applied from above the
また、この回転試験は、通常量(300ml/min)よりも少ない量の潤滑油Jを供給しつつ、以下に示す条件で内輪10を回転させることで行い、内輪10を一定時間(24時間)回転させた後の回転トルクを測定した。この結果は、比較例1の円すいころ軸受の回転トルクを1とした時の比(回転トルク比)として、表1に併せて示した。また、大つば面に、摺動方向に対して傾斜角度を変えて、斜め、綾目状及びV字状の溝を形成した本実施例に係る円すいころ軸受の転がり抵抗試験の結果を、比較例1の円すいころ軸受の回転トルクを1とした時の比(回転トルク比)として、表2に併せて示した。
〔回転試験条件〕
荷重:9.8kN
回転速度:100min-1
潤滑油:ISO粘度グレードがISOVG32であるタービン油
軸受油量:200ml/min
潤滑油温度:30±3℃
In addition, this rotation test was performed by rotating the
[Rotation test conditions]
Load: 9.8kN
Rotational speed: 100min -1
Lubricating oil: Turbine oil bearing oil whose ISO viscosity grade is ISOVG32: 200 ml / min
Lubricating oil temperature: 30 ± 3 ℃
表1から、本実施例1〜6に係る円すいころ軸受は、比較例1に係る転がり軸受に比して回転トルクが減少していることがわかる。また、実験例1〜6に係る円すいころ軸受も、比較例1に係る円すいころ軸受に比して同様に回転トルクが減少していることがわかる。 From Table 1, it can be seen that the tapered torque bearings according to Examples 1 to 6 have reduced rotational torque as compared to the rolling bearing according to Comparative Example 1. It can also be seen that the tapered torque bearings according to Experimental Examples 1 to 6 are similarly reduced in rotational torque as compared to the tapered roller bearing according to Comparative Example 1.
また、表2から、大つば面に、斜め、綾目状及びV字状の溝を、摺動方向に対して好ましい傾斜角度である15°,30°,45°の角度に形成した実施例4〜6,7,8,10,11,13,14に係る円すいころ軸受の方が、斜め、綾目状及びV字状の溝を傾斜角度60°の角度に形成した実施例9,12,15に係る円すいころ軸受に比して、回転トルクが減少していることがわかる。 In addition, from Table 2, an example in which diagonal, cross-shaped and V-shaped grooves are formed on the large brim surface at angles of 15 °, 30 °, and 45 °, which are preferable inclination angles with respect to the sliding direction. Examples 9 and 12 in which tapered roller bearings according to 4 to 6, 7, 8, 10, 11, 13, and 14 are formed with oblique, cross-shaped and V-shaped grooves at an inclination angle of 60 °. 15, the rotational torque is reduced as compared with the tapered roller bearing according to FIGS.
次に、縦型内輪回転式試験機を用いた耐焼付き性試験について説明する。試験には、回転トルクが最も小さかった実施例13に係る円すいころ軸受と、その実施例13に係る円すいころ軸受の綾目状に形成した溝の内面に、固体潤滑剤である二硫化モリブデン(MoS2)の膜を形成することにより作製した実験例7に係る円すいころ軸受とを用いて行った。これらの円すいころ軸受に、試験前に数的の潤滑油を供給するのみで、給油を行うことなく円すいころ軸受を回転させて、外輪温度が温度100℃を超えるまでの時間を焼付き時間とした。この結果は、比較例1の円すいころ軸受の焼付き時間と併せて表3に示した。 Next, a seizure resistance test using a vertical inner ring rotating tester will be described. In the test, a tapered roller bearing according to Example 13 having the smallest rotational torque, and molybdenum disulfide (solid lubricant) (solid lubricant) on the inner surface of the groove formed in the tapered roller bearing according to Example 13 It was carried out using a tapered roller bearing according to Experimental Example 7 produced by forming a film of MoS 2 ). The time until the outer ring temperature exceeds the temperature of 100 ° C. is determined by rotating the tapered roller bearing without supplying oil only by supplying a few lubricating oils before the test to these tapered roller bearings. did. The results are shown in Table 3 together with the seizure time of the tapered roller bearing of Comparative Example 1.
表3から、比較例1に係る転がり軸受では、回転開始から20分程度で外輪温度が急上昇して焼付きが発生したが、実施例13に係る円すいころ軸受では、比較例1に比して約4倍の焼付き時間となった。また、実験例7に係る円すいころ軸受では、比較例1に比して約5倍の焼付き時間となった。
これらの結果から、耐焼付き性を向上させるには、実験例7のように、綾目状に形成した溝の内面に固体潤滑剤である二硫化モリブデン(MoS2)の膜を形成することが好ましい。
From Table 3, in the rolling bearing according to Comparative Example 1, the outer ring temperature rapidly increased and seizure occurred in about 20 minutes from the start of rotation. However, in the tapered roller bearing according to Example 13, compared to Comparative Example 1. The seizure time was about 4 times. Further, in the tapered roller bearing according to Experimental Example 7, the seizure time was about five times that of Comparative Example 1.
From these results, in order to improve the seizure resistance, a film of molybdenum disulfide (MoS 2 ), which is a solid lubricant, is formed on the inner surface of the groove formed in a tread pattern as in Experimental Example 7. preferable.
1,10 内輪
2,20 外輪
3,30 円すいころ
5a 大つば
5b 大つば面
5c 小つば
5d 小つば面
6,6A,6B 溝
7 ランド部
11 円すいころ軸受
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ころの端面及び前記つばのころと摺接する面の少なくとも一方に溝が形成されていることを特徴とするころ軸受。 A roller bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, wherein a collar is formed on at least one of the inner ring and the outer ring,
A roller bearing, wherein a groove is formed in at least one of an end surface of the roller and a surface in sliding contact with the collar roller.
The roller bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove has a V-shaped planar shape.
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