(57)【要約】【目的】  潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を未然に防止する。【構成】  内輪と外輪の両軌道面間に、保持器により転動自在に保持された複数の円すいころを介在させた円すいころ軸受において、ころ係数γがγ＞０．９４であり、かつ、前記軌道面あるいは円すいころの少なくとも一方にリン酸金属塩被膜を形成し、前記軌道面と転動体の被膜厚さの合計を１０ｎｍ以上とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪の両軌道面間に、保持器により転動自在に保持された複数の円すいころを介在させた円すいころ軸受において、ころ係数γがγ＞０．９４であり、かつ、前記軌道面あるいは円すいころの少なくとも一方にリン酸金属塩被膜を形成し、前記軌道面と転動体の被膜厚さの合計を１０ｎｍ以上としたことを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】
前記リン酸金属塩被膜は、内外輪あるいは転動体を、リン酸トリクレジルを含むリン酸トリエステル溶液中に浸漬して形成されている請求項１に記載の円すいころ軸受。
【請求項３】
前記リン酸金属塩被膜の厚さは７０ｎｍ以下とした請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車のトランスミッションの軸支持部に使用される円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のトランスミッションの軸支持部に使用される円すいころ軸受は、円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側端部に小鍔部、大径側端部に大鍔部をそれぞれ有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、転動体である円すいころを円周方向等間隔に保持する鋼板製の保持器とを備えている。
【０００３】
この円すいころ軸受には、保持器が外輪の軌道面と当接しない非接触状態を維持するように組み付けられたものや、外輪の軌道面に当接する案内面を有する保持器が組みつけられたもの（例えば、特許文献１参照）がある。後者のように保持器が外輪と接触するタイプのものは、前者のように保持器が外輪と接触しないタイプのものに比べ、保持器の強度を確保し易いことから、円すいころの充填率を高めることが可能なため、軌道面での最大面圧を低減することが容易である。しかしながら、保持器が外輪と接触するタイプでは、保持器の外周面が外輪の軌道面に接触してその接触部分での摩耗を促進し、引きずりトルクの増大を引き起こす可能性がある。
【０００４】
一方、円すいころ軸受を含む転がり軸受では、ピーリング損傷などの潤滑不良に起因する損傷を防止する手段として、転動体の表面あるいは内外輪の軌道面をランダムな微小粗面に形成し、その微小粗面の粗さを一定範囲に抑えるようにしたものがある（例えば、特許文献２，３参照）。しかしながら、音響が悪化することから、玉軸受には、特許文献２，３に開示されたような手段を採用することが困難である。また、ディンプル形成のために専用の加工設備が必要であり、コストアップの要因となる。
【０００５】
また、転動体の表面下あるいは内外輪の軌道面下に０．０５〜０．５μｍ厚さの化合物反応膜層を形成することにより、低摩耗で耐荷重性、耐焼付き性を十分に向上させた転がり軸受がある（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、ピーリング損傷などの潤滑不良に起因する剥離寿命についてはその効果が明確に開示されていない。
【特許文献１】特開２００３−２８１６５号公報
【特許文献２】特公平５−８７６８８号公報
【特許文献３】実公平６−２０９００号公報
【特許文献４】特許第２９６９７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、自動車のトランスミッションには、近年、ミッションのＡＴ・ＣＶＴ化、低燃費化などのため、低粘度オイルが使用される傾向にあり、また、ミッションの小型化・高出力化により、使用環境が高荷重・高温化する傾向にある。
【０００７】
そのため、軸受にとっては厳しい潤滑環境へと変化しており、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離が内外輪の軌道面などに発生しやすくなってきているというのが現状である。
【０００８】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を未然に防止し得る円すいころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するための技術的手段として、軸受軌道面の油膜形成能力を高め、金属接触の発生率を低くすることが有効であり、また、軌道面の最大面圧の差異がその金属接触の発生率に影響するため、軌道面の最大面圧が低くなるように軸受内の円すいころの充填率を増大させることも有効である。
【００１０】
そこで、本発明は、内輪と外輪の両軌道面間に、保持器により転動自在に保持された複数の円すいころを介在させた円すいころ軸受において、ころ係数γがγ＞０．９４であり、かつ、前記軌道面あるいは円すいころの少なくとも一方にリン酸金属塩被膜を形成し、前記軌道面と転動体の被膜厚さの合計を１０ｎｍ以上としたことを特徴とする。なお、ころ係数γ（ころの充填率）は、γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）の式で定義される。ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径、である。
【００１１】
本発明では、ころ係数γをγ＞０．９４としたことにより、軌道面の最大面圧を低下させることができるので、軌道面の面圧過大による早期破損を防止することができる。また、内外輪の軌道面あるいは転動体の少なくとも一方の軸受金属表面に親油性の高いリン酸金属塩被膜を形成したことにより、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高め、金属接触の発生率を低くすることができるので、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を防止することが可能となる。また、前記軌道面と転動体の被膜厚さの合計は１０ｎｍ以上とする必要がある。この被膜厚さの合計が１０ｎｍより小さいと、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高めることが困難となり、所望の効果を発揮させることができない。
【００１２】
前述のリン酸金属塩被膜は、内外輪あるいは転動体を、リン酸トリクレジルを含むリン酸トリエステル溶液中に浸漬して形成することが可能である。なお、リン酸トリクレジルを含むリン酸トリエステル溶液とは、リン酸トリエステル溶液の代表例としてリン酸トリクレジルを使用する意味である。また、このリン酸金属塩被膜の形成においては、軸受の寸法変化や処理工数を考慮すると、７０ｎｍより大きな厚みを有するリン酸金属塩被膜を形成することは困難であることから、リン酸金属塩被膜の厚さは７０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ころ係数γをγ＞０．９４としたことにより、軌道面の最大面圧を低下させることができるので、軌道面の面圧過大による早期破損を防止することができるのに加え、内外輪の軌道面あるいは転動体の少なくとも一方の軸受金属表面に親油性の高いリン酸金属塩被膜を形成し、また、前記軌道面と転動体の被膜厚さの合計は１０ｎｍ以上としたことにより、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高め、金属接触の発生率を低くすることができるので、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を防止することが可能となる。その結果、信頼性の高い長寿命の転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態における円すいころ軸受は、円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側端部に小鍔部、大径側端部に大鍔部をそれぞれ有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、転動体である円すいころを円周方向等間隔に保持する鋼板製の保持器とを備えている。この円すいころ軸受は、内輪に軸（図示せず）が同軸的に挿着され、外輪がハウジング（図示せず）の内径に取り付けられることにより、例えば自動車のトランスミッションの軸支持部に組み付けられる。
【００１５】
従来の円すいころ軸受は、外輪と保持器との接触を避けた上で保持器の柱幅を確保し、適切な保持器の柱強度と円滑な回転を得るために、ころ係数γをγ≦０．９４としていた。ここで、保持器の径寸法を変更することなく、単純にころの充填率を高めようとすると、保持器の柱が細くなり、充分な柱強度を確保することが困難となる。一方、保持器の柱強度を確保するため、保持器と外輪とのすきまが小さくなる方向に保持器の径寸法を大きくすると、保持器の外周面が外輪の軌道面に接触してその接触部分での摩耗を促進し、引きずりトルクの増大を引き起こす可能性がある。
【００１６】
そこで、この実施形態の円すいころ軸受においては、保持器と外輪とのすきまが小さくなる方向に保持器の径寸法を大きくし、かつ、運転中、保持器が外輪の軌道面と常に当接しない非接触状態を維持する径寸法とすることにより、ころ係数γ（ころの充填率）をγ＞０．９４としている。これにより、保持器の柱強度を確保すると共に、ころの充填率を高めることが可能となる。
【００１７】
一方、この円すいころ軸受は、その材質およびラジアル軸受、スラスト軸受などの形式を特に限定するものではないが、内外輪および転動体はリン酸被膜処理が可能な金属製のものであり、例えば軸受鋼、肌焼鋼、ステンレス鋼、鉋金、鉛やスズを配合したホワイトメタルその他の軸受合金からなる材質が可能である。
【００１８】
前述の円すいころ軸受において、内外輪の軌道面あるいは転動体の少なくとも一方の軸受金属表面に親油性の高いリン酸金属塩被膜を形成する。これにより、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高め、金属接触の発生率を低くすることができるので、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を防止することが可能となる。
【００１９】
また、軌道面と転動体の軸受金属表面に形成されたリン酸金属塩被膜の厚さ合計を１０ｎｍ以上とする。この被膜厚さの合計が１０ｎｍより小さいと、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高めることが困難となり、所望の効果を発揮させることができない。
【００２０】
このリン酸金属塩被膜は、内外輪あるいは転動体を、リン酸トリクレジルを含むリン酸トリエステル溶液中に浸漬して形成することが可能である。このリン酸トリエステルは、（ＲＯ）3Ｐ＝Ｏ（式中、Ｒはアリール基、脂肪族炭化水素基、脂環族炭化水素基を表す）で表される有機リン酸化合物であり、可塑剤などとして市販の工業用材料を用いることができる。これらのリン酸トリエステルの代表例としては、リン酸トリクレジル（ＣＨ3Ｃ6Ｈ4Ｏ）3ＰＯが挙げられる。
【００２１】
また、このリン酸金属塩被膜の形成においては、軸受の寸法変化や処理工数を考慮すると、７０ｎｍより大きな厚みを有するリン酸金属塩被膜を形成することは困難であることから、リン酸金属塩被膜の厚さは７０ｎｍ以下が好適である。さらに、リン酸金属塩被膜を形成するに際しては、反応速度を上げるために加温しながら行えばよい。
【実施例１】
【００２２】
本出願人は、ころ係数γがγ≦０．９４の従来品と、ころ係数γがγ＞０．９４の軸受Ａと本発明品について、過酷潤滑・過大負荷条件下の寿命試験を実施した。その試験結果は、図１に示すとおりである。なお、軸受Ａは、鉄板製の保持器を使用して外輪と保持器が、運転中、常に接触するものである。同図からも明らかなように本発明品については、従来品および軸受Ａに対して異常が発生せず、寿命時間の点でも顕著な効果が得られた。
【００２３】
また、本出願人は、転がり軸受を構成する内外輪あるいは転動体を、リン酸トリクレジルの１００％原液に浸漬し、その軸受金属表面にリン酸金属塩被膜を形成した。
【００２４】
ここで、前述の特許文献４で開示されているように、０．０５〜０．５μｍの化合物反応膜層を形成すると、低摩耗で耐荷重性、耐焼付き性を向上させることができるとされているが、これほど厚い被膜を形成するには、長時間の浸漬が必要であり、製品コストを考慮すると自動車用転がり軸受には不適である。
【００２５】
そこで、リン酸金属塩被膜の形成における処理温度と処理時間は、軸受の寸法変化や処理工数を考慮し、１５０℃×１００ｈを上限として処理可能なリン酸金属塩被膜を形成した軸受を製作し、過酷潤滑環境下での表面起点剥離に対する改善効果を確認した。なお、１５０℃×１００ｈを上限処理条件とした時に形成可能なリン酸金属塩被膜の厚さは、最大７０ｎｍであった。
【００２６】
リン酸金属塩被膜の厚み測定は、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ分析）にて行った。このＸＰＳ分析は、試料表面にＸ線を照射し、試料の最外表面（約数オングストローム）より放出される光電子のエネルギー解析によって試料表面の元素の情報（定性、定量）および結合状態を得るが、さらにアルゴン（Ａｒ）イオン銃を用いて試料表面をスパッタしながら測定を行うことにより、元素の深さ方向、すなわち試料表面下の分布状態の解析を可能としたものである。
【００２７】
本出願人は、前述のようにして形成したリン酸金属塩被膜の厚さを変更し、過酷潤滑下での寿命試験を実施した。その試験データは、図２に示すとおりである。その結果、内外輪の軌道面と転動体のリン酸金属塩被膜の厚さ合計が１０ｎｍ以上であれば、過酷潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高めることが可能になり、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を防止することが可能になることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ころ係数についての過酷潤滑下での寿命試験結果を示す表である。
【図２】リン酸金属塩被膜の厚さについての過酷潤滑下での寿命試験結果を示す表である。
【図１】
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【図２】
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