JP2014228053A

JP2014228053A - 自動調心ころ軸受

Info

Publication number: JP2014228053A
Application number: JP2013107840A
Authority: JP
Inventors: 矢部　俊一; Shunichi Yabe; 俊一矢部; 武信稲葉; Takenobu Inaba; 齋藤　剛; Takeshi Saito; 剛齋藤; 佐藤　努; Tsutomu Sato; 努佐藤; 巧哲傅寳; Katsuaki Denpo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】高速運転にも十分に耐え得る長寿命の自動調心ころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪２、外輪３、ころ４及び保持器５を備えた自動調心ころ軸受１において、外輪３の外周面３ｂに、リン酸マンガンからなるリン酸塩被膜を介して二硫化モリブデンからなる固体潤滑被膜が形成されている。リン酸塩被膜と固体潤滑被膜との合計膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下であり、固体潤滑被膜の表面粗さが０．０１μｍＲａ以上１．０μｍＲａ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動調心ころ軸受に関する。

図４に示すように、エレベータ巻上げ機の主軸１０は一対の軸受１１，１２により支持されている、また、主軸１０の一端にはモータ２０が接続され、軸受１１，１２の間にはシーブ２５が設けられており、シーブ２５にはエレベータ籠の昇降に用いるロープが巻回されている。２つの軸受１１，１２は、ハウジング３０に対して僅かな隙間を持って配設されており、モータ２０に遠い側の軸受１１（「固定側軸受」ともいう）は、モータ２０と反対側に受け板があり、動くことができないが、モータ２０に近い側の軸受１２（「自由側軸受」ともいう）は若干動くことが可能である。そして、エレベータが作動すると、自由側軸受１２の外輪の外周面とハウジング３０との間に設けた隙間３５が機能し、両軸受１１，１２の温度が上昇した時に、自由側軸受１２が動いて主軸１０の温度上昇による伸びを吸収するように働く。また、軸受の形式としては、調心性が要求されるため、自動調心ころ軸受が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０８３１２号公報

近年では、建物の高層化に伴ってエレベータもより高速で運転されており、主軸１０を支持する軸受１１，１２に求められる要求性能も高くなってきている。特に、高速化に伴うユニット全体の温度上昇が続くことにより、徐々に自由側軸受１２の動きが悪くなり、主軸１０の温度上昇による伸びを吸収しづらくなることが想定されており、最悪の場合、固定側軸受１１に過大なアキシャル荷重が発生し、固定側軸受１１が損傷するおそれがある。

そこで本発明は、高速運転にも十分に耐え得る長寿命の自動調心ころ軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記の自動調心ころ軸受を提供する。
（１）内輪、外輪、ころ及び保持器を備えた自動調心ころ軸受において、前記外輪の外周面に、リン酸塩被膜を介して固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
（２）前記リン酸塩被膜がリン酸マンガンからなることを特徴とする上記（１）記載の自動調心ころ軸受。
（３）前記固体潤滑被膜が二硫化モリブデンからなることを特徴とする上記（１）または（２）記載の自動調心ころ軸受。
（４）前記リン酸塩被膜と前記固体潤滑被膜との合計膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。
（５）前記固体潤滑被膜の表面粗さが０．０１μｍＲａ以上１．０μｍＲa以下であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。

本発明の自動調心ころ軸受は、外輪の外周面に、摺動性に優れ、耐久性にも優れる固体潤滑被膜を密着性良く形成したことにより、良好な摺動性が長期間維持される。そのため、例えばエレベータ巻上げ機の自由側軸受に使用した場合、軸受の温度上昇に伴う主軸の伸びを解消するように効果的に動き、固定側軸受に過大なアキシャル荷重が発生することを長期にわたり防止でき、軸受の信頼性を格段に向上させることが可能になる。

自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。自動調心ころ軸受の他の例を示す断面図である。リン酸塩被膜及び固体潤滑被膜の形成方法を説明するための模式図である。エレベータ巻上げ機を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明において自動調心ころ軸受の種類や構造には制限はなく、例えば図１に示す自動調心ころ軸受を例示することができる。図示される自動調心ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に転動自在に配された２列の球面ころ４と、内輪２と外輪３との間に球面ころ４を保持する保持器５と、で構成されており、内輪２と外輪３との間に形成される空間に潤滑剤（グリースや潤滑油）が充填されている。また、内輪２の外周面には２列の球面ころ４の軌道面２ａ，２ａが形成され、内輪２の外径は幅方向両端部よりも中央部の方が大きく形成されている。また、外輪３の内周面は、２列一体の球面軌道面３ａとされている。

また、上記では保持器５がプレス保持器であったが、図２に示すように保持器５をもみ抜き保持器とすることもできる。

本発明では、自動調心ころ軸受１の外輪３の外周面３ｂに、リン酸塩被膜を介して固体潤滑被膜を形成したことを特徴とするものであり、図３に示すように、下記手順により各被膜を成形する。

先ず、外輪３を脱脂洗浄後、外周面以外にマスキングを行い、その後、リン酸塩処理を施して、リン酸塩被膜７を形成する（第一工程）。リン酸塩処理の方法は、特に限定されるものではないが、リン酸塩が溶解しているリン酸塩水溶液にマスキングした外輪３を浸漬して、外周面３ｂにリン酸塩被膜７を形成する方法ができる。また、リン酸塩の種類は特に限定されるものではなく、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸カルシウム等が挙げられるが、それ自体に摺動性を有するリン酸マンガンが特に好ましい。

次に、リン酸塩被膜７に、固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングを施して、リン酸塩被膜７の上に固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜８を積層する（第二工程）。これにより、リン酸塩被膜７を介して固体潤滑被膜８が形成され、外輪３の外周面３ｂに優れた潤滑性（摺動性）が付与される。また、リン酸塩被膜７を介在することにより固体潤滑被膜８を外輪３の外周面３ｂに直接形成する場合に比べて、密着性が増して被膜の脱落も防止される。

リン酸塩被膜７によってもある程度の摺動性が付与されるものの、リン酸塩被膜７は表面に微小な凹部が形成される。そのため、外輪３の外周面３ｂの動きをスムーズにするには不十分であり、摩耗しやすく、摩擦もそれほど低くない。しかしながら、その上に固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングが施されるので、リン酸塩被膜７の表面の凹部内に固体潤滑剤が充填されつつ固体潤滑被膜８が形成される。その結果、摺動性が格段に向上すると共に、表面粗さが改善し、外輪３の外周面３ｂの動きがスムーズになる。

固体潤滑被膜８の表面粗さは、０．０１μｍＲａ以上１．０μｍＲａ以下が好ましく、０．０１μｍＲａ以上０．５μｍＲａ以下がより好ましい。エレベータ巻上げ機では、軸受に防錆油等が塗布されることがあるが、表面粗さが０．０１μｍＲａ未満では表面の凹凸が油溜りとして機能しなくなり、防錆油等が保持されにくくなり、好ましくない。表面粗さが 1．０μｍＲａを超えるときは、表面の凹凸によりハウジングへの挿入性が低下し、好ましくない。

ショットピーニングの方法は特に限定されるものではなく、慣用の方法を採用することが可能である。また、固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではなく、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛、窒化ホウ素、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられるが、二硫化モリブデンが特に好ましい。

また、リン酸塩被膜７と固体潤滑被膜８との合計の膜厚は０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上３．０μｍ以下がより好ましい。全体の膜厚が０．１μｍ未満では、摩耗して直ぐに消滅するため好ましくない。全体の膜厚が１０μｍを超えると、被膜が脱落しやすくなり好ましくない。脱落した被膜は異物として作用する。

このようにしてリン酸塩被膜７を介して固体潤滑被膜８を成形した後、グリースや潤滑油を充填して本発明の自動調心ころ軸受が完成する。尚、グリースや潤滑油には制限はない。

また、上記の自動調心ころ軸受は、エレベータの巻上げ機に組み込まれる場合、自由側（図４の軸受１２）に使用することができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１）
試験軸受として、図２に示すようなもみ抜き保持器を有する内径２００ｍｍ、外径３６０ｍｍ、幅１２８ｍｍのエレベータ巻上げ機に使用されている自動調心ころ軸受を用意した。そして、外輪をアセトン中で１０分間超音波洗浄した後に、７０℃で２分間アルカリ脱脂処理を行い、更にイオン交換水で洗浄した後に、４０℃の表面調整剤（日本パーカライジング（株）「プレパレン５５Ａ」と「プレパレン５５Ｂ」とを混合し懸濁させた懸濁液）中で４０秒間前処理を行った。次いで、外輪の外周面以外をマスキングし、マンガンイオンが溶解しているリン酸水溶液に浸漬し、９５℃で１０分間化成処理を施してリン酸マンガン被膜を形成した。リン酸マンガン被膜の膜厚は５μｍで、表面粗さは０．９μｍＲａであった。その後、二硫化モリブデン粉末を用いたショットピーニングを行い、リン酸マンガン被膜の上に二硫化モリブデン被膜を形成した。このショットピーニングはバレルを用いて行い、その条件は、圧力０．５ＭＰａ、処理時間１０分間とした。得られた、リン酸マンガン被膜と二硫化モリブデン被膜との合計膜厚は３．０μｍで、表面粗さは０．３μｍＲａであった。

（比較例１）
実施例１と同様にして外輪の外周面にリン酸マンガン被膜のみを形成し、試験軸受とした。

（比較例２）
リン酸マンガン被膜及び二硫化モリブデン被膜を形成することなく、試験軸受をそのまま使用した。

（比較例３）
リン酸マンガン被膜を形成することなく、実施例１と同様にして外輪の外周面に二硫化モリブデン被膜のみを形成し、試験軸受とした。

上記の実施例１及び比較例１〜３の試験軸受について、図４に示すエレベータ巻取り機における軸受取付状態を模擬した試験機を用い、以下の条件にて運転を行い、ハイスピードカメラで自由側軸受の動きを観察した。そして、比較例２の試験軸受が動かなくなるまでの時間を１とした相対時間を求めた。結果を表１に示す。
・潤滑：グリース（フル充填）
・回転速度：３００ｍｉｎ^−１、１分間回転⇔３０秒停止
・ラジアル荷重：２０００００Ｎ
・ハウジングとの隙間：５０μｍ

表１から、実施例１のように、リン酸マンガン被膜を介して二硫化モリブデン被膜を形成することにより、外輪の外周面の動きを長期間にわたって維持できるようになる。これに対し、比較例１のようにリン酸マンガン被膜のみの場合は、表面の凹凸が存在するために、かえって未処理のものより短くなる。また、比較例３のように、二硫化モリブデン被膜のみの場合は、下地に化学的に結合しているリン酸マンガン被膜が無いために、外周面の表面から二硫化モリブデン被膜が容易に剥がれてしまい、未処理と大きな差異が無い。

１自動調心ころ軸受
２内輪
３外輪
４球面ころ
５保持器
７リン酸塩被膜
８固体潤滑被膜

Claims

内輪、外輪、ころ及び保持器を備えた自動調心ころ軸受において、前記外輪の外周面に、リン酸塩被膜を介して固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
前記リン酸塩被膜がリン酸マンガンからなることを特徴とする請求項１記載の自動調心ころ軸受。
前記固体潤滑被膜が二硫化モリブデンからなることを特徴とする請求項１または２記載の自動調心ころ軸受。
前記リン酸塩被膜と前記固体潤滑被膜との合計膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。
前記固体潤滑被膜の表面粗さが０．０１μｍＲａ以上１．０μｍＲa以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。