(57)【要約】【課題】ピーリング等の表面損傷による早期剥離が生じにくく長寿命な自動調心ころ軸受を提供する。【解決手段】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、を備えている。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、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。外輪３の球面軌道面３ａは、微細溝１０が形成され軸方向及び周方向の表面粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下とされた金属表面に、固体潤滑剤粉末のショットブラストにより固体潤滑剤被膜１１が被覆されてなり、固体潤滑剤被膜１１の厚さは金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下である。そして、外輪３の球面軌道面３ａの軸方向及び周方向の表面粗さは、内輪２の軌道面２ａよりも粗くなっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に複列の軌道面を有する内輪と、該内輪の軌道面に対向する複列一体の球面軌道面を有し前記内輪の外方に配された外輪と、前記両輪の軌道面間に転動自在に配された複列の球面ころと、を備え、前記外輪の軌道面の軸方向及び周方向の表面粗さが前記内輪の軌道面の同表面粗さよりも粗い自動調心ころ軸受において、
前記外輪の軌道面は、微細溝が形成され軸方向及び周方向の表面粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下とされた金属表面に、機械的エネルギーにより固体潤滑剤被膜が被覆されてなり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは前記金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下であることを特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
外面に複列の軌道面を有する内輪と、該内輪の軌道面に対向する複列一体の球面軌道面を有し前記内輪の外方に配された外輪と、前記両輪の軌道面間に転動自在に配された複列の球面ころと、を備え、前記外輪の軌道面の軸方向及び周方向の表面粗さが前記内輪の軌道面の同表面粗さよりも粗い自動調心ころ軸受において、
前記外輪の軌道面は、微細溝が形成され軸方向及び周方向の表面粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下とされた金属表面に、固体潤滑剤粉末のショットブラストにより固体潤滑剤被膜が被覆されてなり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは前記金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下であることを特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項３】
前記固体潤滑剤は鉄よりも卑な金属を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動調心ころ軸受。
【請求項４】
前記固体潤滑剤は少なくとも亜鉛を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動調心ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙機械，工作機械，鉄鋼機械，車両用エンジン等の各種の産業機械では、ロールや回転軸等を支持する軸受として、自動調心ころ軸受が使用されている。この自動調心ころ軸受は、取付け誤差や衝撃荷重等により軌道輪が傾いても軌道輪に対するころの接触状態がほとんど変化しないため、異常荷重の発生を防止できるとともにラジアル負荷能力を大きく確保できるという利点を有している。
【０００３】
このような自動調心ころ軸受のころに負のスキューが生じると、アキシャル荷重が増幅し軸受寿命が低下するので、例えば特許文献１に記載のものにおいては、ころの負のスキューを抑制するために、外輪の軌道面の粗さを内輪の軌道面の粗さより粗くしている。
しかしながら、外輪の軌道面の粗さを内輪の軌道面の粗さより単に粗くしただけでは、ころを軸受の内側に傾かせる負のスキューが生じてアキシャル荷重が増大したり、負のスキューが抑制されても軸受寿命が短くなったりする場合があるため、スキューコントロールが軸受寿命の延長に決定的な効果があるとは言い難い。また、外輪の軌道面の粗さを粗くし過ぎると、油膜厚さに比べて外輪の軌道面の凹凸が大きくなるため、潤滑の状態が悪化し、逆に短寿命となり易い。
【０００４】
そこで、ピーリング等の表面損傷による早期剥離を抑制して自動調心ころ軸受の寿命の延長を図るため、例えば特許文献２，３に記載のものにおいては、外輪の軌道面に綾目状の溝を加工し、表面粗さＲａを０．１μｍ以上０．５μｍ以下としている。なお、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。
【特許文献１】特公昭５７−６１９３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１１９９号公報
【特許文献３】特開２００５−９０６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２，３に記載のものでは、使用条件によっては（特に高荷重条件下では）寿命が十分ではない場合があり、さらなる性能向上が望まれていた。
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し、ピーリング等の表面損傷による早期剥離が生じにくく長寿命な自動調心ころ軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の自動調心ころ軸受は、外面に複列の軌道面を有する内輪と、該内輪の軌道面に対向する複列一体の球面軌道面を有し前記内輪の外方に配された外輪と、前記両輪の軌道面間に転動自在に配された複列の球面ころと、を備え、前記外輪の軌道面の軸方向及び周方向の表面粗さが前記内輪の軌道面の同表面粗さよりも粗い自動調心ころ軸受において、前記外輪の軌道面は、微細溝が形成され軸方向及び周方向の表面粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下とされた金属表面に、機械的エネルギーにより固体潤滑剤被膜が被覆されてなり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは前記金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２の自動調心ころ軸受は、外面に複列の軌道面を有する内輪と、該内輪の軌道面に対向する複列一体の球面軌道面を有し前記内輪の外方に配された外輪と、前記両輪の軌道面間に転動自在に配された複列の球面ころと、を備え、前記外輪の軌道面の軸方向及び周方向の表面粗さが前記内輪の軌道面の同表面粗さよりも粗い自動調心ころ軸受において、前記外輪の軌道面は、微細溝が形成され軸方向及び周方向の表面粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下とされた金属表面に、固体潤滑剤粉末のショットブラストにより固体潤滑剤被膜が被覆されてなり、前記固体潤滑剤被膜の厚さは前記金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項３の自動調心ころ軸受は、請求項１又は請求項２に記載の自動調心ころ軸受において、前記固体潤滑剤は鉄よりも卑な金属を含有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の自動調心ころ軸受は、請求項１又は請求項２に記載の自動調心ころ軸受において、前記固体潤滑剤は少なくとも亜鉛を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自動調心ころ軸受は、ピーリング等の表面損傷による早期剥離が生じにくく長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る自動調心ころ軸受の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係る自動調心ころ軸受の一実施形態の構造を示す縦断面図である。
この自動調心ころ軸受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は図示しない潤滑剤が配されている。この自動調心ころ軸受１の内輪２，外輪３，及び球面ころ４は、高炭素クロム軸受鋼等の金属材料（以降は母材と記すこともある）で構成されている。なお、保持器５や潤滑剤を備えていない構成としてもよい。
【００１１】
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とされており、この球面軌道面３ａは内輪２の軌道面２ａ，２ａと対向している。
そして、内輪２の軌道面２ａ，２ａは、母材の金属表面で構成されており、その表面粗さＲａは、軸方向及び周方向ともに転がり軸受の軌道面における一般的な表面粗さＲａである（通常は０．０５μｍ〜０．１５μｍである）。
【００１２】
これに対して、外輪３の球面軌道面３ａは、母材の金属表面に固体潤滑剤被膜が機械的エネルギーにより被覆されてなる。すなわち、固体潤滑剤粉末のショットブラスト等の方法により、母材の金属表面に固体潤滑剤被膜が被覆されて、外輪３の球面軌道面３ａが構成されている。図２に示すように、この金属表面には綾目状の微細溝１０が形成されていて、その表面粗さＲａ（すなわち、固体潤滑剤被膜が被覆される以前の金属表面の表面粗さＲａ）は軸方向及び周方向ともに内輪２の軌道面２ａ，２ａよりも粗くなっており、０．１μｍ以上１μｍ以下とされている（好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である）。
【００１３】
そして、微細溝１０の凹部が固体潤滑剤で満たされないようにする必要があるので（図３を参照）、この金属表面に被覆される固体潤滑剤被膜１１の厚さは、金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／２以下とする必要がある（図４を参照）。例えば、金属表面の表面粗さＲａが０．５μｍである場合は、固体潤滑剤被膜１１の厚さは０．０５μｍ以上０．２５μｍの範囲内である。
【００１４】
このような固体潤滑剤被膜１１が被覆されているので、金属表面に固体潤滑剤被膜１１が被覆された後の球面軌道面３ａの表面粗さＲａも、軸方向及び周方向ともに内輪２の軌道面２ａ，２ａよりも粗い。なお、固体潤滑剤被膜１１は、外輪３の表面のうち球面軌道面３ａとなる部分のみならず、それ以外の部分にも併せて被覆しても差し支えない。
外輪３の球面軌道面３ａの表面粗さＲａが、軸方向及び周方向ともに内輪２の軌道面２ａ，２ａの表面粗さＲａよりも粗いので、自動調心ころ軸受１はピーリング等の表面損傷による早期剥離が生じにくく長寿命である。また、外輪３の球面軌道面３ａは固体潤滑剤被膜１１を備えているので、自動調心ころ軸受１に高荷重が負荷された際には固体潤滑剤被膜１１が極圧剤として機能し、焼付きや摩耗が抑制される。
【００１５】
固体潤滑剤被膜１１の厚さが金属表面の表面粗さＲａの１／１０未満であると、上記のような効果が十分に得られず、自動調心ころ軸受１が短寿命となるおそれがある。一方、固体潤滑剤被膜１１の厚さが金属表面の表面粗さＲａの１／２超過であると、微細溝１０の凹部内に存在する固体潤滑剤が多くなるため、荷重が負荷された際に微細溝１０の谷部に向かう応力が発生して、外輪３の金属表面へのクラック等の損傷の発生が促進されるおそれがある。
【００１６】
このような不都合がより生じにくくするためには、固体潤滑剤被膜１１の厚さは、金属表面の表面粗さＲａの１／１０以上１／３以下の範囲内であることが好ましく、１／１０以上１／４以下の範囲内であることがより好ましく、微細溝１０の凹凸の高さの平均の１／２である金属表面の表面粗さＲａの約１／４が最も好ましい。ただし、十分な効果を得るためには、固体潤滑剤被膜１１の厚さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
なお、図４に示すように、微細溝１０の凹凸の山部の頂点近傍部分にも固体潤滑剤被膜１１が被覆されるが、この山部の頂点近傍部分は相手面に接触するため、山部の頂点近傍部分に被覆された固体潤滑剤被膜１１は初期摩耗により剥離する（図５を参照）。しかしながら、山部の頂点近傍部分以外の部分（谷部等）に存在する固体潤滑剤被膜１１が残るので、スキューコントロールについては十分な効果が得られ、問題はない。そして、剥離した固体潤滑剤被膜１１は、自動調心ころ軸受１の潤滑剤として作用する。
【００１８】
また、過度の荷重が負荷されたり過度の高速回転で自動調心ころ軸受１が駆動された場合には、微細溝１０の凹凸の山部の頂点近傍部分が摩耗し削られることとなるが（図６を参照）、図５の状態と同様に固体潤滑剤被膜１１は残っているので、スキューコントロールの作用効果に問題は生じない。
また、自動調心ころ軸受１に高荷重が負荷された際には、山部の頂点近傍部分が弾性変形して固体潤滑剤被膜１１が被覆されている部分が相手面との接触表面に露出し、固体潤滑剤被膜１１が相手面と接触するため、金属接触は防止され表面起点による剥離は抑制される。
【００１９】
固体潤滑剤被膜１１の種類は特に限定されるものではないが、外輪３を構成する金属材料の主成分である鉄よりも卑な金属や、少なくとも卑な金属を含有するものが好ましい。また、一種の金属からなるものに限定されず、鉄よりも卑な金属を含有していれば複数の金属からなる混合物又は合金であってもよい。上記被膜を表面に被覆することにより、錆が発生しやすいような環境下（例えば水が侵入した場合）でも鉄よりも卑な金属が優先的に溶け出すので（自己犠牲型防錆作用）、外輪３の発錆が抑制される。また、白色剥離の発生も抑制される。鉄よりも卑な金属としては、亜鉛，アルミニウム，ビスマス等があげられる。
【００２０】
さらに、固体潤滑剤被膜１１を機械的エネルギーを利用して形成したので、従来の被膜形成方法である化成処理やメッキにおいて問題となる侵食や水素脆化が生じることがない。また、機械的エネルギーを利用して形成した固体潤滑剤被膜１１は、母材表面に強固に密着し剥がれにくい。機械的エネルギーを利用した固体潤滑剤被膜１１の形成方法としては、固体潤滑剤の粉末を吹き付けるショットブラストやショットピーニングが、固体潤滑剤被膜１１を短時間且つ容易に形成できるため好ましい。また、固体潤滑剤粉末に適当な媒体を加えてボールミル，バレル処理等の混合処理を施す方法も、機械的エネルギーを利用した固体潤滑剤被膜１１の形成方法として採用可能である。
【００２１】
ショットブラストにより固体潤滑剤の粉末を吹き付ける際の吹きつけ方向は特に限定されるものではなく、金属表面に対して垂直に吹き付けてもよいし、金属表面に対して傾斜した方向から吹き付けても。また、一方向から吹き付けて固体潤滑剤被膜１１を形成してもよいし、多方向から吹き付けて固体潤滑剤被膜１１を形成してもよい。例えば、球面ころ４の移動方向の上流側から下流側に向かって傾斜した方向（図２における下側から上側に向かって傾斜した方向）から吹き付けると、図７に示すような固体潤滑剤被膜１１が形成される。この場合には、膜厚が最大となる部分を固体潤滑剤被膜１１の厚さとする。
【００２２】
なお、ショットブラストにおいては、固体潤滑剤の粉末を空気を用いて噴射してもよいし、窒素や不活性ガスを用いて噴射してもよい。また、このショットブラストに代表される機械的エネルギーを利用した被膜の形成方法は、母材に残留応力が発生するという副次的効果も有している。さらに、このような副次的効果と同様の効果を得るために、前処理としてガラスビーズやＳｉＣ粉末のショットブラストを金属表面に施してもよい。さらに、機械的エネルギーを利用した被膜の形成方法によれば、電気メッキ等では必須のベーキング処理による高温暴露を行う必要がない。
【００２３】
さらに、金属表面に綾目状の微細溝１０を形成する方法は特に限定されるものではないが、例えば、下記のような砥石を使用した方法があげられる。砥石の回転軸を外輪３の中心軸と平行にし、該砥石を周方向に揺動させて外輪３の内周面を研削加工した後に、外輪３を回転させながら粗さの大きい別の砥石を外輪３の軸方向に揺動させて超仕上げ加工する。すると、外輪３の内周面に生じる研削痕（微細溝１０）が図２のように綾目状となり、これにより粗さのばらつきが少なくなる。
【００２４】
さらに、自動調心ころ軸受１を構成する内輪２，外輪３，球面ころ４等の各部材は、同一種の金属材料で構成する必要はなく、例えば、球面ころ４と内輪２，外輪３とを異なる鋼種としてもよい。さらに、自動調心ころ軸受１は、密封装置やその他の付属の部材を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る自動調心ころ軸受の一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】金属表面に形成された綾目状の微細溝を説明する概念図である。
【図３】微細溝の凹部が固体潤滑剤で満たされた状態を説明する断面図である。
【図４】金属表面に被覆された固体潤滑剤被膜を示す断面図である。
【図５】山部の頂点近傍部分に被覆された固体潤滑剤被膜が剥離した状態を説明する断面図である。
【図６】山部の頂点近傍部分が摩耗し削られた状態を説明する断面図である。
【図７】固体潤滑剤の粉末を金属表面に対して傾斜した方向から吹き付けて形成した固体潤滑剤被膜を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      自動調心ころ軸受
２      内輪
２ａ    軌道面
３      外輪
３ａ    球面軌道面
４      球面ころ
１０      微細溝
１１      固体潤滑剤被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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