JPH11247863A - 多点接触玉軸受 - Google Patents
多点接触玉軸受Info
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- JPH11247863A JPH11247863A JP10055253A JP5525398A JPH11247863A JP H11247863 A JPH11247863 A JP H11247863A JP 10055253 A JP10055253 A JP 10055253A JP 5525398 A JP5525398 A JP 5525398A JP H11247863 A JPH11247863 A JP H11247863A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ball bearing
- point contact
- contact ball
- hard coating
- raceway
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
- F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
- F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
- F16C19/166—Four-point-contact ball bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
- F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】多点接触玉軸受の軌道輪に表面処理を施すこと
により、耐摩耗性，耐焼付き性に優れた多点接触玉軸受
を提供する。 【解決手段】３点接触，４点接触等の多点接触玉軸受に
おいて、内輪１（合わせ内輪の場合１ａ，１ｂ）、外輪
２の両輪からなる軌道輪の一方または両方の軌道輪の少
なくとも軌道面の表面に、硬質被膜を施した。その被膜
としては、例えばＣｒＮやＴｉＮ，ＴｉＣ等の超硬質被
膜を用いることができる。また、被膜厚さは０．１〜５
μｍの範囲が望ましく、好ましくは０．３〜４μｍ、更
に好ましくは０．５〜３μｍである。
により、耐摩耗性，耐焼付き性に優れた多点接触玉軸受
を提供する。 【解決手段】３点接触，４点接触等の多点接触玉軸受に
おいて、内輪１（合わせ内輪の場合１ａ，１ｂ）、外輪
２の両輪からなる軌道輪の一方または両方の軌道輪の少
なくとも軌道面の表面に、硬質被膜を施した。その被膜
としては、例えばＣｒＮやＴｉＮ，ＴｉＣ等の超硬質被
膜を用いることができる。また、被膜厚さは０．１〜５
μｍの範囲が望ましく、好ましくは０．３〜４μｍ、更
に好ましくは０．５〜３μｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３点接触玉軸受や
４点接触玉軸受等の多点接触玉軸受に係り、特に、軌道
輪の表面に硬質皮膜を施して耐摩耗性，耐焼付き性を向
上させた多点接触玉軸受に関する。
４点接触玉軸受等の多点接触玉軸受に係り、特に、軌道
輪の表面に硬質皮膜を施して耐摩耗性，耐焼付き性を向
上させた多点接触玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６（ａ），（ｂ）に示すように玉と軌
道輪とが３点で接触する３点接触玉軸受や、図７（ａ）
〜（ｃ）に示すように玉と軌道輪とが４点で接触する４
点接触玉軸受のような多点接触玉軸受は、軸方向の移動
量が小さく剛性が高いという利点を有し、且つまた対向
する両方向のアキシアル荷重を支持するコンパクトな機
械設計が可能なことから、純アキシアル荷重だけでなく
ラジアル／アキシアル合成荷重を受ける用途へも応用さ
れている。
道輪とが３点で接触する３点接触玉軸受や、図７（ａ）
〜（ｃ）に示すように玉と軌道輪とが４点で接触する４
点接触玉軸受のような多点接触玉軸受は、軸方向の移動
量が小さく剛性が高いという利点を有し、且つまた対向
する両方向のアキシアル荷重を支持するコンパクトな機
械設計が可能なことから、純アキシアル荷重だけでなく
ラジアル／アキシアル合成荷重を受ける用途へも応用さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
点接触玉軸受に純ラジアル荷重もしくはラジアル成分の
大きなラジアル／アキシアル合成荷重を負荷すると、玉
と内外輪軌道面の接触点において、スピン運動による大
きなすべりが生じるという現象がある。
点接触玉軸受に純ラジアル荷重もしくはラジアル成分の
大きなラジアル／アキシアル合成荷重を負荷すると、玉
と内外輪軌道面の接触点において、スピン運動による大
きなすべりが生じるという現象がある。
【０００４】本願発明者らは、この現象について検討す
るため、表１に示すように内外径が同じ寸法の４種類の
玉軸受Ａ〜Ｄをモデル軸受とし、その特性を計算機によ
ってシミュレート解析した。
るため、表１に示すように内外径が同じ寸法の４種類の
玉軸受Ａ〜Ｄをモデル軸受とし、その特性を計算機によ
ってシミュレート解析した。
【０００５】
【表１】
【０００６】表中、記号Ａは深みぞ玉軸受（６３０８を
ベースとしたもの）、記号Ｂはアンギュラ玉軸受、記号
Ｃは３点接触玉軸受、記号Ｄは４点接触玉軸受である。
アンギュラ玉軸受（Ｂ）は初期接触角３０°を有する。
３点接触玉軸受（Ｃ）の外輪は軸受Ａ，Ｂと同様に単一
円弧形状の軌道みぞ断面をもち、内輪は玉とレストアン
グル３０°で接触するゴシックアーチ型のみぞ断面形状
を有する。４点接触玉軸受（Ｄ）は内外輪ともに玉とレ
ストアングル３０°で接触するゴシックアーチ型のみぞ
断面形状を有するものとした。なお、本シミュレート解
析においては、各軸受の玉径，玉数，軌道みぞ曲率半径
および玉と軌道の表面粗さはすべて同一とした。
ベースとしたもの）、記号Ｂはアンギュラ玉軸受、記号
Ｃは３点接触玉軸受、記号Ｄは４点接触玉軸受である。
アンギュラ玉軸受（Ｂ）は初期接触角３０°を有する。
３点接触玉軸受（Ｃ）の外輪は軸受Ａ，Ｂと同様に単一
円弧形状の軌道みぞ断面をもち、内輪は玉とレストアン
グル３０°で接触するゴシックアーチ型のみぞ断面形状
を有する。４点接触玉軸受（Ｄ）は内外輪ともに玉とレ
ストアングル３０°で接触するゴシックアーチ型のみぞ
断面形状を有するものとした。なお、本シミュレート解
析においては、各軸受の玉径，玉数，軌道みぞ曲率半径
および玉と軌道の表面粗さはすべて同一とした。
【０００７】解析手法には「４点接触玉軸受の性能解
析」（谷口，荒牧，正田：（社）日本トライボロジー学
会，トライボロジー会議１９９６年春の東京講演予稿
集）に記載の方法を採用した。解析対象軸受は、外輪に
静止荷重がかかり内輪回転で用いられるものとする。解
析に用いた運転条件を表２に示す。
析」（谷口，荒牧，正田：（社）日本トライボロジー学
会，トライボロジー会議１９９６年春の東京講演予稿
集）に記載の方法を採用した。解析対象軸受は、外輪に
静止荷重がかかり内輪回転で用いられるものとする。解
析に用いた運転条件を表２に示す。
【０００８】
【表２】
【０００９】各軸受には、ラジアル荷重（４９００Ｎ）
とアキシアル荷重（９８０Ｎ）を負荷した。内輪の回転
数はいずれも７５００ｒｐｍとした。解析結果を図８に
示した。図８は、モデル軸受Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれ
について、ラジアル荷重が負荷される位置にある玉と内
外輪軌道面との接触点におけるＰＶ値の最大値を示して
いる。玉と軌道面との接触点は、実際には表面の弾性変
形により、ヘルツの接触理論で楕円形で表される領域を
もつ面となる。ＰＶ値は、この接触面内の面圧Ｐとすべ
り速度Ｖとの積である。この解析では、玉と内外輪との
接触面内においてＰＶ値を計算しており、ここではその
最大値を示している。ＰＶ値はすべりによる発熱や摩耗
の指標として広く用いられている。ＰＶに表面間のすべ
り摩擦係数μを乗じた値μＰＶは、単位面積・単位時間
当たりのすべりによる摩擦損失を与える。
とアキシアル荷重（９８０Ｎ）を負荷した。内輪の回転
数はいずれも７５００ｒｐｍとした。解析結果を図８に
示した。図８は、モデル軸受Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれ
について、ラジアル荷重が負荷される位置にある玉と内
外輪軌道面との接触点におけるＰＶ値の最大値を示して
いる。玉と軌道面との接触点は、実際には表面の弾性変
形により、ヘルツの接触理論で楕円形で表される領域を
もつ面となる。ＰＶ値は、この接触面内の面圧Ｐとすべ
り速度Ｖとの積である。この解析では、玉と内外輪との
接触面内においてＰＶ値を計算しており、ここではその
最大値を示している。ＰＶ値はすべりによる発熱や摩耗
の指標として広く用いられている。ＰＶに表面間のすべ
り摩擦係数μを乗じた値μＰＶは、単位面積・単位時間
当たりのすべりによる摩擦損失を与える。
【００１０】ラジアル成分の大きなラジアル／アキシア
ル合成荷重を負荷した場合、３点接触玉軸受Ｃや４点接
触玉軸受Ｄにおいて玉と２点で接触する軌道輪では、玉
と軌道面との接触点における最大ＰＶ値が、深みぞ玉軸
受Ａやアンギュラ玉軸受Ｂに比べておよそ２．５から４
倍以上と非常に大きな値となっていることがわかる。こ
のように大きなすべりのもとでは、使用条件によっては
発熱による温度上昇や焼付き、過大な摩耗の進行などの
不具合が生じるおそれがある。
ル合成荷重を負荷した場合、３点接触玉軸受Ｃや４点接
触玉軸受Ｄにおいて玉と２点で接触する軌道輪では、玉
と軌道面との接触点における最大ＰＶ値が、深みぞ玉軸
受Ａやアンギュラ玉軸受Ｂに比べておよそ２．５から４
倍以上と非常に大きな値となっていることがわかる。こ
のように大きなすべりのもとでは、使用条件によっては
発熱による温度上昇や焼付き、過大な摩耗の進行などの
不具合が生じるおそれがある。
【００１１】ここでは、３点接触玉軸受や４点接触玉軸
受にラジアル成分の大きなラジアル／アキシアル合成荷
重を負荷した例を示したが、純ラジアル荷重を負荷した
場合も同様に、玉と２点で接触する軌道輪上で、玉と軌
道面との接触点におけるすべりが大きくなる。また、こ
こでは玉と外輪が１点で接触し、玉と内輪が２点で接触
する３点接触玉軸受についての解析例を示したが、玉が
外輪と２点で接触し内輪と１点で接触するタイプの３点
接触玉軸受についても、同様に荷重条件によっては接触
部のすべりが大きくなる。また、みぞ形状はゴシックア
ーチに限らず、例えば歪円やＶ字型のみぞ断面形状であ
っても、少なくとも一方の軌道輪に玉が２点で接触する
多点接触玉軸受では、玉と軌道表面間のすべり速度が大
きくなる。
受にラジアル成分の大きなラジアル／アキシアル合成荷
重を負荷した例を示したが、純ラジアル荷重を負荷した
場合も同様に、玉と２点で接触する軌道輪上で、玉と軌
道面との接触点におけるすべりが大きくなる。また、こ
こでは玉と外輪が１点で接触し、玉と内輪が２点で接触
する３点接触玉軸受についての解析例を示したが、玉が
外輪と２点で接触し内輪と１点で接触するタイプの３点
接触玉軸受についても、同様に荷重条件によっては接触
部のすべりが大きくなる。また、みぞ形状はゴシックア
ーチに限らず、例えば歪円やＶ字型のみぞ断面形状であ
っても、少なくとも一方の軌道輪に玉が２点で接触する
多点接触玉軸受では、玉と軌道表面間のすべり速度が大
きくなる。
【００１２】そこで本発明は、上記従来の多点接触玉軸
受の問題点に着目してなされたものであり、多点接触玉
軸受の軌道輪に表面処理を施すことにより、耐摩耗性，
耐焼付き性に優れた多点接触玉軸受を提供することを目
的とする。
受の問題点に着目してなされたものであり、多点接触玉
軸受の軌道輪に表面処理を施すことにより、耐摩耗性，
耐焼付き性に優れた多点接触玉軸受を提供することを目
的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の多点接触玉軸受は、内外両輪からなる軌
道輪の一方または両方の軌道輪の少なくとも軌道面の表
面に、硬質被膜を施したことを特徴とする。
めに、本発明の多点接触玉軸受は、内外両輪からなる軌
道輪の一方または両方の軌道輪の少なくとも軌道面の表
面に、硬質被膜を施したことを特徴とする。
【００１４】ここに、前記硬質被膜として、例えばＣｒ
ＮやＴｉＮ，ＴｉＣ等の超硬質被膜を用いることができ
る。また、被膜厚さは０．１〜５μｍの範囲が望まし
く、好ましくは０．３〜４μｍ、更に好ましくは０．５
〜３μｍである、更に好ましい態様として、硬質被膜形
成の下地に窒化処理を行うとよい。その場合の窒素Ｎの
拡散層の深さは、０．１〜６０μｍ、好ましくは０．５
〜３０μｍである。その窒化処理層の上に上記硬質被膜
層を形成する。
ＮやＴｉＮ，ＴｉＣ等の超硬質被膜を用いることができ
る。また、被膜厚さは０．１〜５μｍの範囲が望まし
く、好ましくは０．３〜４μｍ、更に好ましくは０．５
〜３μｍである、更に好ましい態様として、硬質被膜形
成の下地に窒化処理を行うとよい。その場合の窒素Ｎの
拡散層の深さは、０．１〜６０μｍ、好ましくは０．５
〜３０μｍである。その窒化処理層の上に上記硬質被膜
層を形成する。
【００１５】本発明の硬質被膜を施すと、玉と接触する
軌道面の耐摩耗性が高くなり、且つまた潤滑油膜が薄く
なっても従来の軸受鋼製の軸受の場合のように金属対金
属の直接接触が生じないために高い耐焼付き性と耐摩耗
性が得られる。
軌道面の耐摩耗性が高くなり、且つまた潤滑油膜が薄く
なっても従来の軸受鋼製の軸受の場合のように金属対金
属の直接接触が生じないために高い耐焼付き性と耐摩耗
性が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１，図２は本発明の多点接触玉
軸受の実施形態例を示したもので、図１は合わせ内輪３
点接触玉軸受の断面図、図２は合わせ外輪４点接触玉軸
受の断面図である。前者の３点接触玉軸受は、外輪２が
単一円弧形状の軌道みぞ断面２ｍを有し、内輪１（合わ
せ内輪では１ａ，１ｂ）が玉３とレストアングルβで接
触するゴシックアーチ型のみぞ断面１ｍ（図３参照）を
有している。一方、後者の４点接触玉軸受は、外輪２
（合わせ外輪では２ａ，２ｂ）及び内輪１がともに玉３
とレストアングルβで接触するゴシックアーチ型のみぞ
断面１ｍ，２ｍを有する。
を参照して説明する。図１，図２は本発明の多点接触玉
軸受の実施形態例を示したもので、図１は合わせ内輪３
点接触玉軸受の断面図、図２は合わせ外輪４点接触玉軸
受の断面図である。前者の３点接触玉軸受は、外輪２が
単一円弧形状の軌道みぞ断面２ｍを有し、内輪１（合わ
せ内輪では１ａ，１ｂ）が玉３とレストアングルβで接
触するゴシックアーチ型のみぞ断面１ｍ（図３参照）を
有している。一方、後者の４点接触玉軸受は、外輪２
（合わせ外輪では２ａ，２ｂ）及び内輪１がともに玉３
とレストアングルβで接触するゴシックアーチ型のみぞ
断面１ｍ，２ｍを有する。
【００１７】本発明の多点接触玉軸受は，鋼製の両軌道
輪（内輪１，外輪２）の軌道みぞ１ｍ及び２ｍの表面に
硬質被膜５を施している。もっとも当該硬質被膜５を施
すのは必ずしも両方の軌道輪とは限らず、内輪１か外輪
２のどちらか一方のみであってもよい。また、硬質被膜
５を施す箇所は軌道みぞ表面に限定されず、軌道輪のそ
の他の面に及んでも良い。要は、軌道輪と玉との金属対
金属の直接接触で大きなすべりを生じる可能性のある軌
道表面に硬質被膜を施して、金属同士の直接接触を防止
できれば良い。これにより、玉と軌道面との接触部に大
きなすべりが発生する運転条件下にあっても、焼付きや
摩耗といった損傷を防止することができる。
輪（内輪１，外輪２）の軌道みぞ１ｍ及び２ｍの表面に
硬質被膜５を施している。もっとも当該硬質被膜５を施
すのは必ずしも両方の軌道輪とは限らず、内輪１か外輪
２のどちらか一方のみであってもよい。また、硬質被膜
５を施す箇所は軌道みぞ表面に限定されず、軌道輪のそ
の他の面に及んでも良い。要は、軌道輪と玉との金属対
金属の直接接触で大きなすべりを生じる可能性のある軌
道表面に硬質被膜を施して、金属同士の直接接触を防止
できれば良い。これにより、玉と軌道面との接触部に大
きなすべりが発生する運転条件下にあっても、焼付きや
摩耗といった損傷を防止することができる。
【００１８】本発明の硬質被膜は、玉の材料として窒化
珪素などの硬質のセラミックを使用した場合にも適用で
きる。その場合も、内外輪軌道面が硬質被膜で保護され
ているため、軌道の摩耗が少ない。このため、セラミッ
クのもつ低密度，低熱膨張性などの特徴を生かした低ト
ルクで温度上昇も小さい多点接触玉軸受を提供すること
も可能である。
珪素などの硬質のセラミックを使用した場合にも適用で
きる。その場合も、内外輪軌道面が硬質被膜で保護され
ているため、軌道の摩耗が少ない。このため、セラミッ
クのもつ低密度，低熱膨張性などの特徴を生かした低ト
ルクで温度上昇も小さい多点接触玉軸受を提供すること
も可能である。
【００１９】前記硬質被膜としては、例えばＴｉＣ，Ｔ
ｉＮ，ＴｉＣＮ，ＣｒＮ，Ｗx Ｃy等のいわゆる超硬合
金被膜を挙げることができる。これらの被膜種が有効な
理由は、転動体の玉に使われる窒化ケイ素等のセラミッ
クスに比べて被膜硬度が硬いことと、鋼との密着性が比
較的高いことによる。これら硬質被膜の被膜種のいずれ
を採用するかは、当該軸受の運転条件によってその効果
が左右されるが、例えば摩耗粉等の異物混入の運転条件
下ではＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮが被膜寿命にとって効
果が大きい。摺動性ではＣｒＮが比較的有望である。ま
た、高温での被膜硬度を維持するにはＷx Ｃy の適用が
比較的望ましい。さらに、析出した反応生成物の結晶形
態や配向面等については特に限定されないが、例えば一
例として柱状結晶が比較的少ないＣｒＮ被膜や、配向面
では（１１０，２２０）を有する反応生成物が中でも望
ましい。
ｉＮ，ＴｉＣＮ，ＣｒＮ，Ｗx Ｃy等のいわゆる超硬合
金被膜を挙げることができる。これらの被膜種が有効な
理由は、転動体の玉に使われる窒化ケイ素等のセラミッ
クスに比べて被膜硬度が硬いことと、鋼との密着性が比
較的高いことによる。これら硬質被膜の被膜種のいずれ
を採用するかは、当該軸受の運転条件によってその効果
が左右されるが、例えば摩耗粉等の異物混入の運転条件
下ではＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮが被膜寿命にとって効
果が大きい。摺動性ではＣｒＮが比較的有望である。ま
た、高温での被膜硬度を維持するにはＷx Ｃy の適用が
比較的望ましい。さらに、析出した反応生成物の結晶形
態や配向面等については特に限定されないが、例えば一
例として柱状結晶が比較的少ないＣｒＮ被膜や、配向面
では（１１０，２２０）を有する反応生成物が中でも望
ましい。
【００２０】前記硬質被膜の被膜厚さは、０．１〜５μ
ｍが望ましく、好適には０．３〜４μｍ、さらに好適に
は０．５〜３μｍが望ましい。０．１μｍより薄膜では
下地表面の露出が大きくて硬質被膜の性能は低減され、
摺動性，耐摩耗性の向上効果が小さい。一方、５μｍよ
り厚いと硬質被膜の内部応力が大きくなり、下地との密
着性が損なわれるためである。
ｍが望ましく、好適には０．３〜４μｍ、さらに好適に
は０．５〜３μｍが望ましい。０．１μｍより薄膜では
下地表面の露出が大きくて硬質被膜の性能は低減され、
摺動性，耐摩耗性の向上効果が小さい。一方、５μｍよ
り厚いと硬質被膜の内部応力が大きくなり、下地との密
着性が損なわれるためである。
【００２１】前記硬質被膜を施す金属材料（すなわち軌
道輪の鋼種）としては、熱処理工程の焼き戻し時に２次
硬化析出型の共晶炭化物を形成して寸法を安定化させた
材料（高速度鋼，セミハイス，マルテンサイト系ステン
レス）、および構成元素成分によって焼き戻し抵抗性を
向上させ寸法を安定化させた材料（高炭素クロム鋼に準
ずる材料）が好適であり、例えば前者ではＳＫＤ，ＳＫ
Ｈ，Ｍ５０，ＳＵＳ４４０Ｃ材などがあり、後者では合
金鋼材料として、例えば、少なくともＳｉ：０．７〜
１．５重量％，Ｃｒ：０．５〜２．０重量％，Ｍｏ：
０．５〜２．０重量％を含有し、表面に浸炭窒化処理を
予め施した鋼材料が具体的に挙げられる。
道輪の鋼種）としては、熱処理工程の焼き戻し時に２次
硬化析出型の共晶炭化物を形成して寸法を安定化させた
材料（高速度鋼，セミハイス，マルテンサイト系ステン
レス）、および構成元素成分によって焼き戻し抵抗性を
向上させ寸法を安定化させた材料（高炭素クロム鋼に準
ずる材料）が好適であり、例えば前者ではＳＫＤ，ＳＫ
Ｈ，Ｍ５０，ＳＵＳ４４０Ｃ材などがあり、後者では合
金鋼材料として、例えば、少なくともＳｉ：０．７〜
１．５重量％，Ｃｒ：０．５〜２．０重量％，Ｍｏ：
０．５〜２．０重量％を含有し、表面に浸炭窒化処理を
予め施した鋼材料が具体的に挙げられる。
【００２２】下地（軌道面）の窒化処理としてはガス窒
化，イオン窒化，イオン注入などが好適で、窒素の含有
量を適宜にコントロールすることが望ましい。例えば、
これら窒化物層は、拡散層として０．１〜６０μｍが望
ましく、さらには０．５〜３０μｍが好適である。０．
１μｍ未満では表層部の硬さ向上の効果はなく、一方６
０μｍより深いと表面の窒素濃度が高くなって反応析出
物の下地との密着性が損なわれるためである。
化，イオン窒化，イオン注入などが好適で、窒素の含有
量を適宜にコントロールすることが望ましい。例えば、
これら窒化物層は、拡散層として０．１〜６０μｍが望
ましく、さらには０．５〜３０μｍが好適である。０．
１μｍ未満では表層部の硬さ向上の効果はなく、一方６
０μｍより深いと表面の窒素濃度が高くなって反応析出
物の下地との密着性が損なわれるためである。
【００２３】前記硬質被膜の成膜方法は、イオンプレー
ティング，スパッタ等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や、気
相コーティングの１つである化学的蒸着法（ＣＶＤ）等
が望ましい。そのうちでも、被膜生成元素のイオン化率
を高くすることができるアーク放電形高真空イオンプレ
ーティング、あるいは金属ターゲットと反応ガスを共存
させる反応性スパッタリングや、プラズマを利用して気
体分子を非平衡状態で反応させるプラズマＣＶＤ等が好
適である。イオン化効率を高くする理由は、低い反応温
度で成膜できるため処理材料が限定されない利点がある
ためであり、反応性スパッタリングではプラズマを利用
するためさらに低い反応温度で成膜が可能である。ま
た、プラズマＣＶＤは、通常のＣＶＤに比べ析出温度が
１／３〜１／４に低下するため、やはり処理材料が限定
されない利点がある。
ティング，スパッタ等の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や、気
相コーティングの１つである化学的蒸着法（ＣＶＤ）等
が望ましい。そのうちでも、被膜生成元素のイオン化率
を高くすることができるアーク放電形高真空イオンプレ
ーティング、あるいは金属ターゲットと反応ガスを共存
させる反応性スパッタリングや、プラズマを利用して気
体分子を非平衡状態で反応させるプラズマＣＶＤ等が好
適である。イオン化効率を高くする理由は、低い反応温
度で成膜できるため処理材料が限定されない利点がある
ためであり、反応性スパッタリングではプラズマを利用
するためさらに低い反応温度で成膜が可能である。ま
た、プラズマＣＶＤは、通常のＣＶＤに比べ析出温度が
１／３〜１／４に低下するため、やはり処理材料が限定
されない利点がある。
【００２４】なお、一般にラジアル軸受の外輪軌道面は
リング形状部材の内径面にあるため、外径面に軌道面を
もつ内輪に比べると軌道面に被膜を生成することは容易
でない。そこで、４点接触玉軸受の場合、好ましくは外
輪を２個のリングに分割した合わせ外輪とすることによ
り外輪軌道面への硬質被膜の生成を容易にすることがで
きる。３点接触玉軸受の場合は、運転条件によっては内
外輪のうち静止荷重を受ける方の軌道輪を玉と１点で接
触させ、他の軌道輪は玉と２点接触させることにより、
摩耗や焼付きといった損傷を防止する効果がある。内輪
が静止荷重を受ける場合または運転条件によって玉と軌
道面間のすべりが許容できる範囲にあると考えられる場
合には、玉が内輪と１点、外輪と２点でそれぞれ接触す
る３点接触玉軸受の適用が可能である。このとき、好ま
しくは外輪を２つのリング部材で構成し、各々のリング
がそれぞれ一つの軌道面を有する合わせ外輪タイプとす
ることにより、軌道面への被膜生成を容易にすることが
できる。
リング形状部材の内径面にあるため、外径面に軌道面を
もつ内輪に比べると軌道面に被膜を生成することは容易
でない。そこで、４点接触玉軸受の場合、好ましくは外
輪を２個のリングに分割した合わせ外輪とすることによ
り外輪軌道面への硬質被膜の生成を容易にすることがで
きる。３点接触玉軸受の場合は、運転条件によっては内
外輪のうち静止荷重を受ける方の軌道輪を玉と１点で接
触させ、他の軌道輪は玉と２点接触させることにより、
摩耗や焼付きといった損傷を防止する効果がある。内輪
が静止荷重を受ける場合または運転条件によって玉と軌
道面間のすべりが許容できる範囲にあると考えられる場
合には、玉が内輪と１点、外輪と２点でそれぞれ接触す
る３点接触玉軸受の適用が可能である。このとき、好ま
しくは外輪を２つのリング部材で構成し、各々のリング
がそれぞれ一つの軌道面を有する合わせ外輪タイプとす
ることにより、軌道面への被膜生成を容易にすることが
できる。
【００２５】以上説明したような本発明に係る多点接触
玉軸受の用途の例としては、高精度が要求される工作機
械主軸用軸受や、コンパクト化が要求される自動車の駆
動系、メンテナンスが容易な鉄道車両用の軸受などが挙
げられる。 （実施例）次に、実施例により、本発明に係る多点接触
玉軸受の効果を説明する。
玉軸受の用途の例としては、高精度が要求される工作機
械主軸用軸受や、コンパクト化が要求される自動車の駆
動系、メンテナンスが容易な鉄道車両用の軸受などが挙
げられる。 （実施例）次に、実施例により、本発明に係る多点接触
玉軸受の効果を説明する。
【００２６】実施例１：本発明の多点接触玉軸受の耐焼
付性（耐久時間）の膜厚依存性を評価した。供試体とし
て外径６０ｍｍのＭ５０材リングを用い、その表面にア
ーク放電型イオンプレーテイング装置を使ってＣｒＮの
硬質被膜を形成した。膜厚は反応時間をコントロールす
ることによって種々に変化させた。膜厚の測定には蛍光
Ｘ線を用いた。
付性（耐久時間）の膜厚依存性を評価した。供試体とし
て外径６０ｍｍのＭ５０材リングを用い、その表面にア
ーク放電型イオンプレーテイング装置を使ってＣｒＮの
硬質被膜を形成した。膜厚は反応時間をコントロールす
ることによって種々に変化させた。膜厚の測定には蛍光
Ｘ線を用いた。
【００２７】評価には、ティムケン型試験機に準ずるリ
ングオンボール式の摩擦摩耗試験機を用いた。同試験機
に取り付けた供試体リングを５００ｒｐｍで回転させな
がら、その外周面に直径１２．７ｍｍのＳｉ3 Ｎ4 製ボ
ールを３０ｋｇｆの荷重で接触させてオイル潤滑下で運
転した。そして、焼付きにより一定のモータ負荷（モー
タの過電流値）がかかったところで回転を停止させ、そ
の間の運転時間をもって耐久時間とした。得られた結果
を図４に示す。
ングオンボール式の摩擦摩耗試験機を用いた。同試験機
に取り付けた供試体リングを５００ｒｐｍで回転させな
がら、その外周面に直径１２．７ｍｍのＳｉ3 Ｎ4 製ボ
ールを３０ｋｇｆの荷重で接触させてオイル潤滑下で運
転した。そして、焼付きにより一定のモータ負荷（モー
タの過電流値）がかかったところで回転を停止させ、そ
の間の運転時間をもって耐久時間とした。得られた結果
を図４に示す。
【００２８】反応生成物であるＣｒＮ硬質被膜の膜厚が
０．１μｍ未満では耐焼付性の向上効果は認められなか
った。一方、膜厚が５μｍを超えると剥離が発生した。
膜厚０．５〜３μｍであるものが耐久性向上には好まし
く、また配向性のないものに比べて（２２０）の配向面
を形成させたものの方がさらに好ましいことが判明し
た。
０．１μｍ未満では耐焼付性の向上効果は認められなか
った。一方、膜厚が５μｍを超えると剥離が発生した。
膜厚０．５〜３μｍであるものが耐久性向上には好まし
く、また配向性のないものに比べて（２２０）の配向面
を形成させたものの方がさらに好ましいことが判明し
た。
【００２９】実施例２：本発明の多点接触玉軸受につい
ての下地処理の耐焼付性に及ぼす効果について調べた。
ての下地処理の耐焼付性に及ぼす効果について調べた。
【００３０】供試体としてＭ５０材リングを使用し、イ
オン窒化処理，ガス軟窒化処理の２種類の下地処理をし
た材料及び下地処理をしない材料にそれぞれ同じ硬質被
膜処理を施して硬質被膜を形成し、実施例１と同様にし
て耐久時間を調べたものである。
オン窒化処理，ガス軟窒化処理の２種類の下地処理をし
た材料及び下地処理をしない材料にそれぞれ同じ硬質被
膜処理を施して硬質被膜を形成し、実施例１と同様にし
て耐久時間を調べたものである。
【００３１】イオン窒化処理は、８Ｔｏｒｒ以下の低圧
ガス（Ｎ2 十Ｈ2 ）雰囲気中で、供試体リングを陰極と
して５００Ｖの直流電圧を印加し、グロー放電中で窒化
処理を行った。窒化層の厚さは２０〜３０μｍである。
ガス（Ｎ2 十Ｈ2 ）雰囲気中で、供試体リングを陰極と
して５００Ｖの直流電圧を印加し、グロー放電中で窒化
処理を行った。窒化層の厚さは２０〜３０μｍである。
【００３２】ガス軟窒化処理は、水素ガス中にアンモニ
アガスを混ぜ、その混合ガス中で供試体リングを５００
℃，１時間処理して２０μｍの窒化層を形成させた。上
記のイオン窒化処理またはガス軟窒化処理後に、アーク
放電型イオンプレーティング装置を使い供試体リングの
表面にＣｒＮの硬質被膜を２μｍの厚さに成膜した。そ
れら各供試体リングに対しリングオンボール式の摩擦摩
耗試験機による耐久試験を行ない得られた焼付き評価結
果を、図５に示す。比較例として、下地処理なしの材料
に同様の被膜を施した表面についても調べた。図４にも
示したように、下地処理を施さない場合でも硬質被膜の
耐焼付き効果は認められるのであるが、下地に窒化処理
を施した上で硬質被膜を生成した表面は、さらに高い耐
焼付き性を示した。この結果から、下地処理の方法とし
ては、イオン窒化処理が好ましいといえる。
アガスを混ぜ、その混合ガス中で供試体リングを５００
℃，１時間処理して２０μｍの窒化層を形成させた。上
記のイオン窒化処理またはガス軟窒化処理後に、アーク
放電型イオンプレーティング装置を使い供試体リングの
表面にＣｒＮの硬質被膜を２μｍの厚さに成膜した。そ
れら各供試体リングに対しリングオンボール式の摩擦摩
耗試験機による耐久試験を行ない得られた焼付き評価結
果を、図５に示す。比較例として、下地処理なしの材料
に同様の被膜を施した表面についても調べた。図４にも
示したように、下地処理を施さない場合でも硬質被膜の
耐焼付き効果は認められるのであるが、下地に窒化処理
を施した上で硬質被膜を生成した表面は、さらに高い耐
焼付き性を示した。この結果から、下地処理の方法とし
ては、イオン窒化処理が好ましいといえる。
【００３３】本発明に係る多点接触玉軸受によれば、大
きなラジアル荷重を受ける多点接触玉軸受に特有の、玉
と軌道面との接触部に大きなすべりが発生しても焼付き
や摩耗といった損傷を防止することができるという効果
を奏する。また、玉の材料として窒化珪素などの硬質の
セラミックを使用しても、内外輪軌道面が硬質被膜で保
護されるから軌道の摩耗が少なく、そのためにセラミッ
クのもつ低密度，低熱膨張性などの特徴を生かし、低ト
ルクで温度上昇も小さい軸受を供することができるとい
う効果をも有する。
きなラジアル荷重を受ける多点接触玉軸受に特有の、玉
と軌道面との接触部に大きなすべりが発生しても焼付き
や摩耗といった損傷を防止することができるという効果
を奏する。また、玉の材料として窒化珪素などの硬質の
セラミックを使用しても、内外輪軌道面が硬質被膜で保
護されるから軌道の摩耗が少なく、そのためにセラミッ
クのもつ低密度，低熱膨張性などの特徴を生かし、低ト
ルクで温度上昇も小さい軸受を供することができるとい
う効果をも有する。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る多点
接触玉軸受にあっては、内外輪軌道のうち少なくとも一
つの表面に硬質被膜を施すことにより、大きなラジアル
荷重を受ける多点接触玉軸受に特有の、玉と軌道面との
接触部に大きなすべりが発生しても、焼付きや摩耗とい
った損傷を防止することができる。
接触玉軸受にあっては、内外輪軌道のうち少なくとも一
つの表面に硬質被膜を施すことにより、大きなラジアル
荷重を受ける多点接触玉軸受に特有の、玉と軌道面との
接触部に大きなすべりが発生しても、焼付きや摩耗とい
った損傷を防止することができる。
【図１】本発明の３点接触玉軸受の一例の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の４点接触玉軸受の一例の断面図であ
る。
る。
【図３】ゴシックアークミゾの部分拡大断面図である。
【図４】多点接触玉軸受における耐焼付き性の膜厚依存
性を示す評価試験結果の図である。
性を示す評価試験結果の図である。
【図５】本発明の多点接触玉軸受における下地の窒化処
理の違いによる硬質被膜表面の耐焼付き性を示す評価試
験結果の図である。
理の違いによる硬質被膜表面の耐焼付き性を示す評価試
験結果の図である。
【図６】３点接触玉軸受の断面図で、（ａ）は内輪２点
接触、外輪１点接触タイプ、（ｂ）は内輪１点接触、外
輪２点接触タイプのものである。
接触、外輪１点接触タイプ、（ｂ）は内輪１点接触、外
輪２点接触タイプのものである。
【図７】４点接触玉軸受の断面図で、（ａ）は合わせ内
輪、（ｂ）は合わせ外輪、（ｃ）は合わせ内輪および合
わせ外輪のものである。
輪、（ｂ）は合わせ外輪、（ｃ）は合わせ内輪および合
わせ外輪のものである。
【図８】深みぞ玉軸受，アンギュラ玉軸受，３点接触玉
軸受および４点接触玉軸受それぞれについて、ラジアル
／アキシアル合成荷重下の軌道面における最大ＰＶ値を
計算機によってシミュレート解析した結果の一例を示す
図である。
軸受および４点接触玉軸受それぞれについて、ラジアル
／アキシアル合成荷重下の軌道面における最大ＰＶ値を
計算機によってシミュレート解析した結果の一例を示す
図である。
１，ｌａ，ｌｂ 内輪 ２，２ａ，２ｂ 外輪 ３ 玉 ５ 硬質被膜
Claims (1)
- 【請求項１】 内外両輪からなる軌道輪の一方または両
方の軌道輪の少なくとも軌道面の表面に、硬質被膜を施
したことを特徴とする多点接触玉軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10055253A JPH11247863A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 多点接触玉軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10055253A JPH11247863A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 多点接触玉軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11247863A true JPH11247863A (ja) | 1999-09-14 |
Family
ID=12993441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10055253A Pending JPH11247863A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 多点接触玉軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11247863A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002006649A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-24 | Nsk Ltd. | Dispositif de support rotatif pour turbocompresseur |
| WO2002008623A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Nsk Ltd. | Appareil roulant |
| CN101776121A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-07-14 | 河南三维重工有限公司 | 一种三点接触推力球轴承及设计方法 |
| US20240328459A1 (en) * | 2023-04-03 | 2024-10-03 | Aktiebolaget Skf | Bearing unit |
-
1998
- 1998-03-06 JP JP10055253A patent/JPH11247863A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002006649A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-24 | Nsk Ltd. | Dispositif de support rotatif pour turbocompresseur |
| WO2002008623A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Nsk Ltd. | Appareil roulant |
| US6828041B2 (en) | 2000-07-18 | 2004-12-07 | Nsk Ltd. | Rolling apparatus |
| CN101776121A (zh) * | 2010-03-16 | 2010-07-14 | 河南三维重工有限公司 | 一种三点接触推力球轴承及设计方法 |
| US20240328459A1 (en) * | 2023-04-03 | 2024-10-03 | Aktiebolaget Skf | Bearing unit |
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