JP4075364B2

JP4075364B2 - 円筒ころ軸受

Info

Publication number: JP4075364B2
Application number: JP2001374494A
Authority: JP
Inventors: 敏弘川口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003172360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体としての複数の円筒ころを有する円筒ころ軸受、特に当該軸受が支持する支持対象部品を内外輪の少なくとも一方として用いた円筒ころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えばトランスミッションのカウンターシャフトを回転自在に支持する円筒ころ軸受には、ハウジングに固定された外輪と内輪軌道面としての上記シャフト表面との間で複数の円筒ころを転動させるシャフトダイレクトタイプのものが用いられている。このような円筒ころ軸受では、一般的に、円筒ころの有効軌道部の両端部にクラウニングを形成することにより、当該両端部のシャフトとの接触部での急峻な面圧ピーク（エッジロード）を抑えている。
ところが、上記のような従来の円筒ころ軸受では、円筒ころの上記シャフト（支持対象部品）への組付状態やシャフトの加工精度などに起因して、上記接触部で潤滑不良を発生することがあった。この結果、上記両端部などの円筒ころ表面が傷付いたり、シャフトに表層剥離などの表面損傷が生じたりして早期不具合を発生するという問題があった。
【０００３】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、円筒ころ及び支持対象部品に表層剥離などの表面損傷が発生するのを抑制することができ、よって軸受及び支持対象部品の長寿命化を図ることができる円筒ころ軸受を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の円筒ころ軸受は、軸受用鋼からなる複数の円筒ころと、これらの円筒ころが転動する内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方の軌道面を支持対象部品の表面により構成した円筒ころ軸受であって、
前記複数の各円筒ころの有効軌道部の端部に、クラウニングを施したクラウニング部を形成し、
前記支持対象部品の軸中心に対して、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面の他方の軌道面の軸中心が傾いた状態で発生する油膜切れに起因する前記円筒ころ又は前記支持対象部品の表面損傷を抑制するべく、超仕上砥石によって、前記クラウニング部の表面の粗さを、当該クラウニング部を除く断面直線状の前記有効軌道部の表面の粗さと同等以上にしたことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００５】
上記のように構成された円筒ころ軸受における円筒ころでは、上記クラウニング部の表面粗さを当該クラウニング部以外の有効軌道部の表面粗さと同等以上にすることにより、本発明の発明者は表面剥離などの表面損傷が円筒ころ及び支持対象部品に発生するのを抑制できることを見出した。
【０００６】
また、上記ころ軸受（請求項１）において、前記クラウニング部の表面の十点平均粗さを０．４μｍ以下とすることが好ましい（請求項２）。さらに好ましくは、さらに中心線平均粗さを０．０８μｍ以下とすることが好ましい。このようにクラウニング部の表面の十点平均粗さを０．４μｍ以下とすること、あるいはさらに中心線平均粗さを０．０８μｍ以下とすることによって、本発明の発明者は上記表面損傷をより効果的に抑えられることを見出した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のころ軸受の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、下記の説明では、シャフトダイレクトタイプの円筒ころ軸受を構成した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受の断面図である。図２（ａ）は図１に示した円筒ころの要部構成を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ線で囲んだ部分の拡大図である。尚、図２においては、軸方向（横方向）倍率に比べ径方向（縦方向）倍率を高倍率（２００倍）にしている。以下図３及び図４も同様にしている。
図１において、当該軸受は、外輪１と、内輪としてのシャフト２と、これらの内外輪間に転動自在に配列された複数の円筒ころ３とを備えている。上記外輪１は、軸受鋼や浸炭鋼等の軸受用鋼により構成されており、図示しないハウジングなどに固定されている。また、上記シャフト２は、その表面硬度ＨＲＣが５７〜６０程度の例えば浸炭鋼や炭素鋼に適宜熱処理や高周波焼入れなどで表面硬化処理されたものにより構成されている。
【０００８】
上記円筒ころ３は、例えば軸受用鋼により構成されたものであり、その硬度ＨＲＣが６０〜６７となるように耐熱処理が施されている。この円筒ころ３は、図示しない周知の保持器によって保持された状態または保持器なしの総ころ形式の状態で、油膜を介して外輪１の外輪軌道面１ａ及び内輪軌道面としてのシャフト２の外周面２ａ上を転動する。また、円筒ころ３には、その両側面３ａの間に、上記外輪軌道面１ａ及びシャフト外周面２ａに転がり接触する有効軌道部３ｂが設けられている。
【０００９】
詳細には、図２（ａ）に示すように、円筒ころ３の幅方向（図の左右方向）両端部には、所定の面取りＲ寸法にて形成され、有効軌道部３ｂと各側面３ａとに連続する面取り部３ｃが設けられている。
上記有効軌道部３ｂには、断面直線状に形成された平坦部３ｂ１と、当該有効軌道部３ｂの両端部に設けられ、エッジロードを抑制するためのクラウニング部３ｂ２とが設けられている。このクラウニング部３ｂ２は、例えば所定の曲率からなる断面円弧状のクラウニングを有効軌道部３ｂの両端部に施すことにより形成されたものであり、平坦部３ｂ１と面取り部３ｃとに連続するよう設けられている。
【００１０】
また、上記平坦部３ｂ１及びクラウニング部３ｂ２の表面は、円筒ころ３がセンターレス研削盤にスルーフィードされることにより、当該研削盤にセットされた超仕上砥石で所望の粗さに超仕上加工されている。具体的には、平坦部３ｂ１の表面は、０．４μｍ程度の十点平均粗さＲｚまたは０．０８μｍ程度の中心線平均粗さＲａに仕上げられている。また、図２（ｂ）に示すクラウニング部３ｂ２の表面は、上記研削盤にスルーフィードされる時間を長くすることにより、上記平坦部３ｂ１と同等以上の粗さ、つまり十点平均粗さＲｚが０．４μｍ以下または０．０８μｍ以下の中心線平均粗さＲａに仕上げられている。尚、平坦部３ｂ１とクラウニング部３ｂ２との接続箇所などにばり等が生じる場合は、上記超仕上加工の後にバレル加工やタンブラー加工を実施し、ばり等を除去することが好ましい。
【００１１】
ここで、本発明の発明者が実施した耐久試験について、図１〜図４及び表１を参照して説明する。
この耐久試験では、本発明相当品の試験品１〜４と従来相当品の比較品１，２とを用意して、上記平坦部３ｂ１及びクラウニング部３ｂ２の表面粗さを変化させたときの効果を確認した。上記試験品１，２は図２（ａ）に示した平坦部３ｂ１及びクラウニング部３ｂ２の十点平均粗さＲｚをそれぞれ０．４μｍ及び０．２μｍまたは中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０８μｍ及び０．０４μｍとしたものであり、試験品３，４は同平坦部３ｂ１及びクラウニング部３ｂ２の十点平均粗さＲｚをそれぞれ０．４μｍ及び０．４μｍまたは中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０８μｍ及び０．０８μｍとしたものである。また、比較品１，２は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒ころ４の各側面４ａに連続する、上記面取り部３ｃと同一の面取り部４ｃを当該ころの左右端部に設け、さらに面取り部４ｃの間に、十点平均粗さＲｚをそれぞれ０．４μｍ及び０．６μｍまたは中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０８μｍ及び０．１２μｍとした平坦部４ｂ１及びクラウニング部４ｂ２からなる有効軌道部４ｂを設けたものである。
【００１２】
また、この耐久試験では、円筒ころ３，４及びシャフト２に表面損傷が生じやすいように、シャフト２の軸中心に対して外輪１の軸中心を１０分傾かせた状態でシャフト２に円筒ころ３，４及び外輪１を組付け、かつ外輪１に１４１００Ｎ（１４３８ｋｇｆ）のラジアル荷重を与えた状態で、シャフト２を４０００ｒｐｍで連続回転させた。そして、表１に示すように、これら構成部品に表面損傷が生じるまでの運転時間を確認し、さらに累積破損確率として、１０％の製品が破損するまでのＢ₁₀寿命時間を求めた。尚、表１において、試験数は各組合わせサドンデス試験２個組を２セットで行っている。
【００１３】
【表１】

【００１４】
表１に示すように、上記Ｂ₁₀寿命時間は、試験品１，２が一番長く、ついで試験品３，４及び比較品１，２の順番となった。
また、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば試験品１，２では、円筒ころ３の表面はほとんど傷付いておらず、シャフト２の外周面２ａにわずかに内部起点剥離が生じていた。この内部起点剥離は、シャフト２に対して外輪１及び円筒ころ３を傾かせた状態で組付けたことによるものと考察され、実製品では転がり疲労による早期不具合とならないものである。
一方、比較品１，２では、上記試験品１，２に比べて、短い時間で油膜切れなどの潤滑不良が発生し、図４（ｄ）に示すように、シャフト２の外周面２ａには、試験品１，２に対し、表層剥離が発生していた。また、図４（ｃ）に示すように、クラウニング部４ｂ２、さらには平坦部４ｂ１の表面にも無数の傷が生じていた。
【００１５】
以上のように、本実施形態の円筒ころ軸受では、平坦部３ｂ１とこれの両端に連続するクラウニング部３ｂ２とからなる有効軌道部３ｂにおいて、クラウニング部３ｂ２の表面粗さを、当該クラウニング部３ｂ２以外の有効軌道部３ｂ（すなわち、平坦部３ｂ１）の表面粗さと同等以上に仕上げることにより、表面剥離などの表面損傷がころ及び支持対象部品に発生するのを抑制できることが確認された。また、上記試験品３，４と比較品１，２との試験結果から明らかなように、クラウニング部３ｂ２の十点平均粗さＲｚを０．４μｍ以下または中心線平均粗さＲａを０．０８μｍ以下とすることにより、上記表面損傷をより効果的に抑制できることが確認された。
【００１６】
尚、上記の説明では、シャフトダイレクトタイプの円筒ころ軸受に適用した場合について説明したが、本発明はクラウニング部３ｂ２の表面の粗さを、当該クラウニング部３ｂ２を除く有効軌道部３ｂの表面の粗さと同等以上にしたものであれば何等限定されない。また、円筒ころが転動する内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方の軌道面を支持対象部品の表面により構成した円筒ころ軸受に適用することができる。例えばローラ圧延機において、外輪軌道面としてのロールの内周面に、円筒ころを直接的に転動させる円筒ころ軸受に適用することができる。
【００１７】
また、上記の説明では、円筒ころ３の有効軌道部３ｂの両端部にクラウニング部３ｂ２を形成した場合について説明したが、片方の端部のみにクラウニング部を形成したころにも適用することができる。
また、上記の説明では、所定の曲率からなる断面円弧状のクラウニングを施したクラウニング部３ｂ２について説明したが、クラウニングの形状は上記断面円弧状に限定されない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の円筒ころ軸受によれば、表面剥離などの表面損傷が円筒ころ及び支持対象部品に発生するのを抑制できるので、円筒ころ及び支持対象部品の耐久性を向上させ、当該軸受及び支持対象部品の長寿命化を図ることができる。
【００１９】
請求項２の円筒ころ軸受によれば、上記表面損傷をより効果的に抑えることができるので、円筒ころ及び支持対象部品の耐久性をさらに向上させて、当該軸受及び支持対象部品の寿命もさらに延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受の断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した円筒ころの要部構成を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ線で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】図１に示した円筒ころ軸受の耐久試験の結果を示す図であり、（ａ）は耐久試験後における円筒ころ表面の状態を示す図であり、（ｄ）は耐久試験後におけるシャフト表面の状態を示す図である。
【図４】上記耐久試験における比較品の試験結果を示す図であり、（ａ）は耐久試験前における比較品の円筒ころ表面の状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ線で囲んだ部分の拡大図であり、（ｃ）は耐久試験後における同円筒ころ表面の状態を示す図であり、（ｄ）は耐久試験後におけるシャフト表面の状態を示す図である。
【符号の説明】
１外輪
１ａ外輪軌道面
２シャフト（内輪としての支持対象部品）
２ａ外周面（内輪軌道面）
３円筒ころ
３ｂ有効軌道部
３ｂ２クラウニング部

Claims

軸受用鋼からなる複数の円筒ころと、これらの円筒ころが転動する内輪軌道面及び外輪軌道面の少なくとも一方の軌道面を支持対象部品の表面により構成した円筒ころ軸受であって、
前記複数の各円筒ころの有効軌道部の端部に、クラウニングを施したクラウニング部を形成し、
前記支持対象部品の軸中心に対して、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面の他方の軌道面の軸中心が傾いた状態で発生する油膜切れに起因する前記円筒ころ又は前記支持対象部品の表面損傷を抑制するべく、超仕上砥石によって、前記クラウニング部の表面の粗さを、当該クラウニング部を除く断面直線状の前記有効軌道部の表面の粗さと同等以上にしたことを特徴とする円筒ころ軸受。
前記クラウニング部の表面の十点平均粗さを０．４μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の円筒ころ軸受。