(57)【要約】【課題】焼付き寿命及びはく離寿命に優れたころ軸受を提供する。【解決手段】内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配置されたころと、前記内輪及び／又は前記外輪に選択的に形成された鍔と、を備えたころ軸受であって、前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、前記ころの転動面、前記ころの端面、及び前記鍔面のうち、少なくとも前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面に、平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させることにより、前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面が、表面粗さ（Ｒａ）が０．０２〜０．０７μｍであり、かつ、前記表面粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）の比Ｒｚ／ＲａがＲｚ／Ｒａ≦３を満たす研磨面を有していることを特徴とするころ軸受。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配置されたころと、前記内輪及び／又は前記外輪に選択的に形成された鍔と、を備えたころ軸受であって、前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、前記ころの転動面、前記ころの端面、及び前記鍔面のうち、少なくとも前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面に、平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させることにより、前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面が、表面粗さ（Ｒａ）が０．０２〜０．０７μｍであり、かつ、前記表面粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）の比Ｒｚ／ＲａがＲｚ／Ｒａ≦３を満たす研磨面を有していることを特徴とするころ軸受。  
【請求項２】
前記研磨面は、前記ころの転動面又は前記ころの端面のうち面積率で７５％以上９５％以下を有することを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
前記砥粒は、ダイヤモンド、アルミナ又は炭化ケイ素からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のころ軸受。
【請求項４】
前記ころの転動面及び／又は端面における転がり方向に対して平行の表面粗さＲａ（平行）と、前記方向に対して垂直方向の表面粗さＲａ（垂直）の比であるＲａ（平行）／Ｒａ（垂直）をαとするとき、０．８≦α≦１．２を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のころ軸受。
【請求項５】
前記内輪軌道面にりん酸マンガン処理が施してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪、外輪と、両輪間に配置されたころと、内輪及び／又は外輪に選択的に形成された鍔を備えるころ軸受に関し、特に、ころの転動面及び／又はころの端面に弾性体からなりかつ砥粒を含有する粒子を衝突させることによって得られる研磨面を有するころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受を構成する内輪、外輪、ころ、内輪又は外輪に形成される鍔等の摺動部材においては、転動摺動部分の寸法精度とともに、表面粗さに代表される各種表面性状も重要な要素である。これらの表面性状により転動摺動装置の疲れ寿命などが影響を受けることが知られている。
例えば、円筒ころ軸受に使用される円筒ころの仕上げ研磨においては、従来、表面粗さと寸法精度の向上のため、いわゆるラップ加工もしくは超仕上加工が施されていた。ラップ加工の一例としては、特許文献１に示される方式がある。
【０００３】
しかし、ラップ加工もしくは超仕上加工においては、被研磨物の被研磨面に砥石を押し付けて加工しているため、砥石から脱落した砥粒が被研磨面に押し付けられ、突き刺さってしまうことが避けられない。被研磨面に突き刺さって残存する砥粒は、その後の洗浄工程などでは容易に除去できず、最終的な製品になるまで残存することになる。砥粒が突き刺さったままの状態で使用条件が高荷重条件あるいは高速で転動または摺動するような条件では、突き刺さった砥粒に起因して、表面損傷や表面摩耗が発生することになる。
【０００４】
被研磨面に突き刺さって残存する砥粒の数量は、研削液の供給排出や研削液フィルター、砥石の組成などを改善することにより減少せることができるものの、残存する砥粒の数がより小さいほうが円筒ころ軸受の長寿命に寄与する。
また、特許文献２においては、特殊な研磨材や研削液等を使用することなく、既存の研磨材やブラスト加工装置を使用して被加工物の加工表面の面粗度を向上させる方法として、被加工物の加工表面に対して、特定の入射速度と入射角の関係を満たす条件下において圧縮流体と共に研磨材を噴射することを提案している。
【０００５】
しかしながら、上記条件によって得られる摺動部材の表面性状まで規定していないため、軸受の長寿命を図るために最適なものとはいえなかった。
特許文献３においては、複雑な表面でも短時間で仕上げまでの研削あるいは研磨を行うことができ、作業環境も良好に維持することができるワーク表面の研削装置が提案されているが、この装置によって得られる摺動部材の表面性状まで規定していないため、軸受の長寿命を図るために最適なものとはいえなかった。
【０００６】
さらに、特許文献４においては、美観を兼ね備えた転動摺動装置を得るために、弾性体からなり且つ砥粒を含有する研磨粒子を被研磨物に衝突させて仕上げ研磨を行うことにより、被研磨物の表面を光沢度２０以上の仕上げ面とすることを提案している。
しかしながら、焼付き寿命、はく離寿命を向上させるための表面性状を規定する指標としては光沢度では不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０８６３４１号公報
【特許文献２】特開２００５−０２２０１５号公報
【特許文献３】特開平１１−３４７９４５号公報
【特許文献４】特開２００９−１１３１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ころ軸受を構成する内輪、外輪、ころ、内輪又は外輪に形成される鍔等の摺動部材における表面性状の最適な指標を特定することによって、焼付き寿命及びはく離寿命に優れたころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発明者らは、焼付き寿命及びはく離寿命に優れたころ軸受を提供するための摺動部材の表面性状の指標について鋭意研究したところ、表面粗さＲａを規定するだけでは、不十分であり、最大高さＲｚを低減することが有効であることを見出した。特に、表面粗さと最大高さの比Ｒｚ／Ｒａ≦３を満たすことが焼付き寿命及びはく離寿命の向上に有効であることを見出した。さらに、ころ軸受では、ころの凸部は内輪軌道面及び外輪軌道面の凸部よりも転動面及び端面においてより有害であることがわかった。
【００１０】
凸部を低減するためには、鏡面ショット加工が有効である。鏡面ショット加工は、ゴムのような弾性体の表面にダイヤモンドなどの砥粒が含有されたメディアを、エアー圧、機械エネルギーなどを利用して対象物に衝突させて表面を加工する方法である。
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１１】
（１）内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配置されたころと、前記内輪及び／又は前記外輪に選択的に形成された鍔と、を備えたころ軸受であって、前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、前記ころの転動面、前記ころの端面、及び前記鍔面のうち、少なくとも前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面に、平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させることにより、前記ころの転動面及び／又は前記ころの端面が、表面粗さ（Ｒａ）が０．０２〜０．０７μｍであり、かつ、前記表面粗さ（Ｒａ）との最大高さ（Ｒｚ）の比Ｒｚ／ＲａがＲｚ／Ｒａ≦３を満たす研磨面を有していることを特徴とするころ軸受。
【００１２】
（２）前記研磨面は、前記ころの転動面又は前記ころの端面のうち面積率で７５％以上９５％以下を有することを特徴とする上記（１）に記載のころ軸受。
（３）前記砥粒は、ダイヤモンド、アルミナ又は炭化ケイ素からなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のころ軸受。
【００１３】
（４）前記ころの転動面及び／又は端面における転がり方向に対して平行の表面粗さＲａ（平行）と、前記方向に対して垂直方向の表面粗さＲａ（垂直）の比であるＲａ（平行）／Ｒａ（垂直）をαとするとき、０．８≦α≦１．２を満たすことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のころ軸受。
（５）前記内輪軌道面にりん酸マンガン処理が施してあることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のころ軸受。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焼付き寿命及びはく離寿命に優れたころ軸受を提供することができる。また、鏡面ショット加工を行うため、研磨加工時に付着した砥粒を除去することができ、さらに焼付き寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】円筒ころ軸受の断面図を示す。
【図２】鏡面ショット加工方法の模式図を示す。
【図３】実施例の寿命試験の方法を示す。
【図４】実施例のころ軸受の研磨面の光学顕微鏡写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
ころ軸受は、一般に、円筒ころ軸受の場合、図１に示すように、内輪１１、内輪鍔１３、外輪鍔１５、円筒ころ１９から構成されている。
本発明のころ軸受は、外輪と内輪ところとを備える。このうちの外輪は、内周面に外輪軌道を有し、内輪は、外周面に内輪軌道を有する。また、内輪及び外輪には、選択的に鍔が形成されるが、鍔が無い場合もある。
【００１７】
本発明では、内輪及び外輪軌道面、ころの転動面及び端面、及び内輪及び外輪に形成された鍔面のうち、少なくともころの転動面及び／又はころの端面に、平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させることにより表面性状を改善し、焼付き寿命及びはく離寿命を向上させる。
図２は、研磨粒子の衝突による研磨方法を示している。図２に示すように、ころ（転動体）２１の周面部を、図示しない砥石で研削加工した後、平均粒径４５μｍ以上の研磨粒子２５をショットブラスト用ノズル２３からころ２１の周面部に投射して研磨する。
【００１８】
本発明では、内輪及び外輪軌道面、ころの転動面及び端面、及び内輪及び外輪に形成された鍔面のうち、少なくともころの転動面及び／又はころの端面に、平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させて、ころの転動面及び／又はころの端面の表面粗さＲａが０．０２〜０．０７μｍとなるように研磨する。ころの転動面及び／又はころの端面の表面粗さＲａが０．０７を超えると焼付き寿命が低下するため、０．０７以下とする。また、表面粗さＲａが０．０２未満では、粗さの制御のために加工時間がかかりコストが増大し、粗さ制御の効果も飽和してしまうため、０．０２以上とする。表面粗さＲａは、少なくともころの転動面及び／又はころの端面において、０．０２〜０．０７であることが要求されるが、内輪及び外輪軌道面及び内輪及び外輪に選択的に形成された鍔面においてもこの範囲に制御されることがより好ましい。
【００１９】
本発明では、焼付き寿命及びはく離寿命を向上のためには表面粗さＲａを規定するだけでは不十分であり、最大高さＲｚを低減することが有効であることを見出した。内輪及び外輪軌道面、ころの転動面及び端面、及び内輪及び外輪に形成された鍔面のうち、少なくともころの転動面及び／又はころの端面の表面粗さと最大高さの比がＲｚ／Ｒａ≦３とする。Ｒｚ／Ｒａが３を超えると焼き付け寿命が低下するため、３以下とする。Ｒｚ／Ｒａは、少なくともころの転動面及び／又はころの端面において、３以下であることが要求されるが、内輪及び外輪軌道面及び内輪及び外輪に形成された鍔面においても３以下に制御されることがより好ましい。
【００２０】
本発明では、上記のように、表面性状の制御を平均粒径４５μｍ以上の弾性体の表面に砥粒が含有されて構成される研磨粒子を衝突させる鏡面ショット加工により行う。鏡面ショット加工は、一般に、研磨粒子としてゴムのような弾性体の表面に硬質のダイヤモンドなどの研磨材が付着されたものを使用する。この研磨粒子を、エアー圧、インペラ（機械エネルギー）を利用し、対象物に投射させて、表面を加工する方法である。弾性体の平均粒径が４５μｍ未満であると、衝突エネルギーが小さく効率的な研磨が困難となる。
【００２１】
本発明に使用する研磨粒子の弾性体に含有される砥粒は適切な硬度を有する硬質部材であれば特に限定されないが、好ましくは、ダイヤモンド、アルミナ又は炭化ケイ素が使用される。
本発明に使用する研磨粒子の弾性体の材料としては天然ゴム、合成ゴム、天然樹脂、合成樹脂が使用されるが特に限定されない。これらのゴム又は樹脂には、種々の添加剤等が配合されていてもよい。研磨粒子がけ対象物表面に衝突した際には、衝突エネルギーにより発熱するため、弾性体が熱可塑性樹脂もしくはゴムであれば衝突エネルギーにより軟化する傾向にあり、滑走時に被研磨面の形状になり易くなるためより好ましい。
【００２２】
本発明では、少なくともころの転動面及び／又はころの端面の面積率で７５％以上９５％以下の部分が研磨粒子の衝突による研磨面であることが好ましい。研磨面の面積率が７５％未満であると、焼付き寿命及びはく離寿命の向上の効果が低下する傾向にあり、９５％を超えるとかじりが発生するためやはり効果が低下する傾向にあるため、７５〜９５％であることが好ましい。研磨面の面積率は、ころの転動面及び／又はころの端面だけでなく、内輪及び外輪軌道面及び内輪及び外輪に形成された鍔面においても７５〜９５％の範囲であることがより好ましい。
【００２３】
本発明では、ころの転動面及び／又は端面における転がり方向に対して平行の表面粗さＲａ（平行）、垂直方向の表面粗さをＲａ（垂直）の比であるＲａ（平行）／Ｒａ（垂直）をαとするとき、０．８≦α≦１．２を満たすことが好ましい。研磨面は方向性が無いほうが油黙りが生じやすい。αが１．２を超えると油黙りが生じやすくなるため１．２以下とし、また、側方漏れ、遠心力の兼ね合いにより０．８以上とする。
【００２４】
鏡面ショットを施した研磨面においては、研磨粒子が残留する部分の面積割合はなるべく低いほうがよい。本発明において、鏡面ショットを施した面において、硬さＨｖ（ビッカース硬度）８００以上の粒径０．５〜２マイクロｍの粒子の存在する面積割合は０．０５〜１．２％以下であることが好ましい。硬質粒子が残留する面積率が１．２％以上となると著しい寿命低下を引き起こすため、１．２％以下であることが好ましい。硬質粒子が残留する面積率は０．０５％未満では軸受の製鋼時から含まれていた硬質粒子と判別できないため、０．０５％未満については問題としない。
【００２５】
また、Ｈｖ８００以下の粒子であれば、寿命に大きな影響を及ぼさない。一方、Ｈｖ８００以上の粒子が突き刺さって残留すると表面起点型はく離の起点となる。
残留する粒子の粒径は０．５〜２μｍであることが好ましい。粒子が大きいほど寿命の低下が生じるため、粒径が２μｍを超える粒子が存在すると寿命の低下するため好ましくない。また、０．５μｍ未満の粒子は軸受の製鋼時に含まれる可能性があるため、問題としない。
【００２６】
本発明のころ軸受の内面軌道面にはリン酸マンガン処理がされていることが好ましい。リン酸マンガン処理は、被処理面をリン酸マンガン処理液に浸漬することにより耐摩耗性を付与することができる。他の化成処理、例えば、リン酸塩処理、クロメート処理等の処理や、黒染めなどの表面処理でもよい。
【実施例】
【００２７】
以下に実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明する。圧延機ロールネック用円すいころ軸受を用意して、その寿命を評価した。この円すいころ軸受の諸元は次の通りである。
呼び番号：ＨＲ３２０１７ＸＪ
軸受内径：８５ｍｍ
軸受外径：１３０ｍｍ
組立幅  ：２９ｍｍ
基本動定格荷重：１４３０００Ｎ
回転数：１５００ｍｉｎ−１
潤滑剤：グリース（リチウム石けんグリース、１７７ｃＳｔ＠４０度）
また、内輪、外輪、及び転動体はＳＵＪ２鋼で構成されており、その性状は次の通りである。
【００２８】
表面硬さ：ＨＲＣ５８〜６４
表面の残留オーステナイト量：２０〜４５体積％
表面の炭素濃度：０．８〜１．１質量％
表面の窒素濃度：０．０５〜０．３質量％
なお、本実施例においては、内輪、外輪及び転動体には浸炭窒化処理が施されているが、浸炭窒化処理は施さずにズブ焼入れ及び高周波焼入れ処理を施したものでもよい。また、ＳＵＪ２鋼に代えて、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施したものを用いてもよい。
【００２９】
寿命評価のための試験に使用した装置を図３に示した。図３において符号Ｗ は被試験体の円すいころ軸受（ ワーク）であり、符号３１は内輪、符号３２は外輪、符号３３は円すいころ、符号３４は保持器である。寿命試験機の回転軸３６の一端の軸受座３６ａに内輪３１を嵌合することによりワークＷ を装着し、外輪３２は試験機のハウジン３７の外輪嵌合部材３８に嵌合して固定する。回転軸３６には、図示しないラジアル荷重負荷手段によってラジアル荷重Ｆｒを加え、これによりワークＷ にラジアル荷重を負荷する。また、外輪嵌合部材３８には図示しない油圧シリンダによりアキシャル荷重Ｆｓを加え、これによりワークＷ にアキシャル荷重を負荷する。
【００３０】
寿命試験は、水を注水しながら行なった。水の注入条件は、３０ｃｃ／６ｈｒである。置きさび起因のはく離を発生させるため、（１）上記運転で９６時間回転させた後、（２）９６時間回転を停止したまま水を注入した。これによって停止中に置きさびを発生させる。上記の（１）、（２）の工程を（１）→（２）→（１）→（２）→（１）・・・というサイクルで、はく離が発生するまで行う。
【００３１】
本発明において焼付き寿命とは、はく離発生までの寿命いう。本実施例においては、はく離は、トルクが初期の３倍、あるいは軸受温度が２０℃上昇する時点を焼き付きと判定し、はく離発生とみなした。寿命試験の結果を表１に示す。なお、表１における寿命の数値は、比較例１７の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１を参照すると、本発明の実施例である実施例１〜１６は、すべて表面粗さＲａが０．０２〜０．０７μｍの範囲であり、かつ表面粗さRaと最大高さＲｚの比Ｒｚ／Ｒａが３以下であるため、焼き付け寿命が比較例１７の３．２〜１４倍であり、格段に優れていることがわかる。
【００３４】
なお、実施例１２では、研磨面の面積率が７０％であるため、他の実施例ほど寿命が向上していないが、比較例に比べれば格段に向上していることがわかる。また、実施例１３及び１６では、転がり方向に対して平行の表面粗さＲａ（平行）と、垂直方向の表面粗さＲａ（垂直）の比であるαが、０．８≦α≦１．２の範囲外であるため、他の実施例ほど寿命が向上していないが、比較例１７〜２０に比べれば格段に向上していることがわかる。なお、比較例１７〜１９は表面粗さRａが本発明の範囲外であり、比較例２０はＲｚ／Ｒａが本発明の範囲外である。
【００３５】
また、表１において、実施例９と比較例１９のみ、内輪にはリン酸マンガンの被膜を形成している。実施例９は、ころの転動面及び／又はころの端面の表面性状が本発明の範囲を満足し、内輪のリン酸マンガン被膜の形成により、寿命が格段に向上している。しかしながら、比較例１８に示されるように内輪にリン酸マンガン被膜を形成しても、ころの転動面及び／又はころの端面の表面性状が本発明の範囲を満足しない軸受では、ほとんど効果がないことがわかる。  
【００３６】
さらに、実施例１０の研磨面を光学顕微鏡で観察した結果の光学顕微鏡写真を図４に示した。図４の顕微鏡写真を解析した結果、粒径０．５〜２μｍの粒子の存在する面積割合は０．４％であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、焼付き寿命及びはく離寿命に優れたころ軸受を提供することができる。また、鏡面ショット加工を行うため、研磨加工時に付着した砥粒を除去することができ、さらに焼付き寿命を向上させることができるため、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００３８】
１      円筒ころ軸受
１１    内輪
１３    内輪鍔
１５    外輪
１７    外輪鍔
１９    円筒ころ
２１    ころ
２３    ショットブラスト用ノズル
２５    研磨粒子
２７    砥粒
２９    弾性体
３１    内輪
３２    外輪
３３    円すいころ
３４    保持器
３６    回転軸
３６ａ  軸受座
３７    ハウジン
３８    外輪嵌合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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