(57)【要約】【課題】  転動装置において転がり摺動する部位の耐摩耗性を向上させるとともに摩擦係数を低減化し、これにより焼き付き等の不具合の発生を防止し、更には回転トルクを小さくすることができる転動装置を提供する。【解決手段】  少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する転動体とを備えた転動装置。前記軌道面及び転動面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着している。  【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する転動体とを備えた転動装置であって、
前記軌道面及び転動面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着していることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する、ころからなる転動体とを備えた転動装置であって、
前記軌道部材がさらに鍔部を有しており、この鍔部の鍔面及び前記ころの端面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着していることを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転動装置に関する。さらに詳しくは、少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する転動体とを備えた転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり摺動接触する（すなわち、転がり接触のみするか、又はすべりを伴って転がり接触する）接触面を有する機械部品として、転がり軸受の軌道輪、転動体、カムフォロア用のローラ等がある。このような機械部品を含む装置として、内輪と外輪の間にテーパ状のころが配設された円すいころ軸受があるが、この円すいころ軸受では、内輪の外周面及び外輪の内周面にそれぞれ形成された軌道面を円すいころがスムーズに転がり摺動するように、液状の潤滑油、常温で半固体状又は粘ちょうなペースト状のグリース、粉末状の固体潤滑剤等の潤滑剤が用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記潤滑剤は、耐久性に劣り寿命が短いため、定期的な交換が必要である。そのため、多量の潤滑剤が必要になるとともに、維持管理が煩雑であるという問題がある。また、潤滑剤が不足して潤滑不良が生じると、円すいころの端面と内輪の外周面に形成された鍔部の鍔面との間に焼き付きが発生し易くなり、この焼き付きが発生すると、軸受として使用することができなくなる。さらに、前記円すいころ軸受を含む軸受の分野においては、摺動する部位の更なる耐摩耗性の向上、及び摩擦係数の低減化、ひいては軸受の回転トルクの低減化が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、転動装置において転がり摺動する部位の耐摩耗性を向上させるとともに摩擦係数を低減化し、これにより焼き付き等の不具合の発生を防止し、更には回転トルクを小さくすることができる転動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の転動装置は、少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する転動体とを備えた転動装置であって、
前記軌道面及び転動面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着していることを特徴としている。
また、少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する、ころからなる転動体とを備えた転動装置であって、
前記軌道部材がさらに鍔部を有しており、この鍔部の鍔面及び前記ころの端面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着していることを特徴としている。
【０００６】
本発明の転動装置では、転がり摺動が行われる部位、すなわち軌道面及び転動面の少なくとも一方、又は鍔部の鍔面及び前記ころの端面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子（以下、粒径が１００ｎｍ以下の微粒子をナノ粒子ともいう）が付着している。このナノ粒子は、ファンデルワールス力等によって、一旦付着するとほとんど離脱不可能なほど強固に転がり摺動面に付着し、当該転がり摺動面上の微小の傷や凹凸（この凹凸には、転がり摺動面の最終仕上面に残された切削目や研削目等も含まれる）を埋める。これにより、転がり摺動面の表面粗度を小さくして、前記軌道部材と転動体との間の摩擦係数を低減化させることができる。また、摩擦係数が低減化されることにより、前記軌道部材と転動体の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、ナノ粒子は、前記微小な傷や凹凸内においてマイクロベアリングとして機能し、そのころがり効果によって、真実接触面における凝着の発生を効果的に防止することができる。その結果、転がり摺動面に、焼き付き等の不具合が発生することがなくなる。ころ軸受においては、潤滑不良に起因して、ころの端面と軌道部材に形成された鍔部の鍔面との間で焼き付き等の不具合が発生することがあるが、前記ころの端面及び鍔部の鍔面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子を付着させることで、かかる焼き付き等の不具合の発生を効果的に防ぐことができ、これによりころ軸受の寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転動装置によれば、転がり摺動する部位の耐摩耗性を向上させるとともに摩擦係数を低減化し、これにより焼き付き等の不具合の発生を防止し、更には回転トルクを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の転動装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「転がり摺動」とは、転がり及びすべりの少なくとも一方を含む接触形態を意味する。また、軌道部材は少なくとも軌道面を有しており、型式によっては、前記軌道面以外に鍔面を有するものとする。転動体は、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有しており、この転動体がころの場合、当該ころは転動面とともに、前記鍔面と転がり摺動するころ端面を有することになる。前記軌道面と転動面との間の接触は、略純粋な転がりだけであり、一方、前記鍔面ところ端面との間の接触には、転がりとすべりの両方が含まれる。前記軌道面、転動面、鍔面及びころ端面を総称的に「転がり摺動面」という。
本発明の転動装置は、少なくとも軌道面を有する軌道部材と、前記軌道面と転がり摺動する転動面を有する転動体とを備えたものであり、玉（ボール）やころ等の転動体と、この転動体が転がり摺動する軌道面を有する、外輪や内輪等の軌道部材とを備えたすべての機械部品が含まれる。このような転動装置の例としては、例えば内輪と外輪との間に玉が配設されたラジアル玉軸受やスラスト玉軸受、前記玉に代えてころが配設されたラジアルころ軸受やスラストころ軸受、直動軸受、ボールネジ、自動車のエンジン等の動弁機構に使用されるカムフォロア等を挙げることができる。
【０００９】
前記軌道部材の軌道面及び前記転動体の転動面の少なくとも一方には、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子、すなわちダイヤモンド又は銀のナノ粒子が付着している。また、前記転動体がころであり、前記軌道部材が鍔部を有している場合、前記ころの端面及び鍔部の鍔面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子が付着している。
前記ナノ粒子は、ファンデルワールス力等によって前記軌道面又は転動面等の転がり摺動面（金属表面）に吸着するが、この吸着力は非常に強固であり、一旦金属表面に付着すると、ほとんど当該金属表面から離脱することができない程である。したがって、一度ナノ粒子を金属表面に付着させると、長期に亘りその付着状態を維持することができる。
なお、ミクロンオーダーの層状固体潤滑材であるグラファイトや二硫化モリブデン等は、ダイヤモンド又は銀のナノ粒子のような吸着作用がなく、金属表面に付着しても、すぐに表面から除去されてしまう。
【００１０】
前記ナノ粒子は転がり摺動面に付着し、当該転がり摺動面上の微小な傷や凹凸（この凹凸には、転がり摺動面の最終仕上面に残された切削目や研削目等も含まれる）内に入り込んで、これらの傷や凹凸を埋める。これにより、前記転がり摺動面の表面粗度が小さくなり、軌道部材と転動体との間の摩擦係数も低減化される。また、摩擦係数が低減化されることにより、前記軌道部材と転動体の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、ナノ粒子は、前記微小な傷や凹凸内においてマイクロベアリングとして機能し、そのころがり効果によって、真実接触面における凝着の発生を効果的に防止することができる。その結果、転がり摺動面に、焼き付き等の不具合が発生することがなくなる。具体的には、従来の円すいころ軸受において、潤滑不良に起因して、円すいころの端面と内輪の外周面に形成された鍔部の鍔面との間で発生しがちであった焼き付きの発生を効果的に防ぐことができ、これにより円すいころ軸受の寿命を延ばすことができる。
【００１１】
ダイヤモンドのナノ粒子は、切削又は研削用として従来より用いられてきたダイヤモンド粒子と異なり、粒子が非常に微細であるためアブレッシブ効果は全くない。また、銀は従来より固体潤滑材として使用されており、本発明では、かかる銀をナノ粒子レベルに微細化している。ダイヤモンドのナノ粒子は、例えば爆薬の起爆により発生する超高圧と高温を利用する爆発合成法（衝撃合成法）により作製することができ、一方、銀のナノ粒子は、例えば高真空チャンバー内で銀を溶融させることにより作製することができる。爆発合成法により得られるダイヤモンドのナノ粒子の粒径は、通常、平均１５ｎｍであり、粒形は略球形である。また、溶融のより得られる銀のナノ粒子の粒径は、通常、３．５〜８．０ｎｍであり、粒形は球形である。
【００１２】
ダイヤモンド又は銀の粒子の粒径が１００ｎｍを超えると、前述した金属表面の微小な傷や凹凸に入り込む割合が少なくなり、また、その吸着力が小さくなり、金属表面の微小な傷や凹凸内に吸着しても、容易に離脱してしまうので、これらの微小な傷や凹凸を長期に亘り埋めることができなくなる。その結果、前述した耐摩耗性の向上や摩擦係数の低減化、更には焼き付き等の不具合の発生防止といった、ナノ粒子による効果を得ることができない。
【００１３】
ダイヤモンド又は銀のナノ粒子は、例えば、当該ナノ粒子自体を直接に軌道部材又は転動体の転がり摺動面と接触させる（例えば、ナノ粒子を付着させた布で転がり摺動面を拭くか、ナノ粒子を含むエアを転がり摺動面に吹き付けるか、又はナノ粒子を均一に分散させた揮発性溶液中に軌道部材や転動体を浸漬させる（このときに超音波等の微小振動を与えてもよい））ことにより、転がり摺動面に付着させることができる。ナノ粒子だけを直接に転がり摺動面に付着させる場合、軌道部材や転動体の表面を乾燥した状態にすることができるため、取り扱いが容易である。
また、前記軌道部材や転動体に対して通常用いられている潤滑剤（液状の潤滑油、常温で半固体状又は粘ちょうなペースト状のグリース、粉末状の固体潤滑剤等の潤滑剤）に前記ナノ粒子を混入したものを、軌道部材や転動体に用いることによっても、転がり摺動面にナノ粒子を付着させることができる。この場合、潤滑剤に対するナノ粒子の配合割合は、本発明においてとくに限定されるものではないが、概ね３〜８０重量％程度が目安である。さらに、前記軌道部材の軌道面や転動体の転動面等の転がり摺動面には、切削や研削等種々の機械加工又は仕上が施されるが、最終仕上をする際に用いられる潤滑剤にナノ粒子を混入させておくことにより、当該ナノ粒子を転がり摺動面に付着させることもできる。
【００１４】
なお、軌道部材又は転動体の転がり摺動面の粗さ（粗度）は、前記ナノ粒子の付着のし易さ、及び転動装置の性能確保という点より、ＲＺ０．２〜ＲＺ２．５程度であるのが好ましい。例えば、円すいころ軸受におけるころ端面の粗さをＲＺ０．２〜ＲＺ１．０にすると、ナノ粒子の付着効率を上げることができ、その結果摩擦係数を低減化させる効果が特に大きくなる。これにより、前記ころ端面と内輪の鍔部の鍔面との間のおける焼き付き等の不具合を長期に亘り防止することができる。
また、前記転動体がころであり、前記軌道部材が鍔部を有している場合において、前記ころの端面及び鍔部の鍔面の少なくとも一方に、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子を付着させるとともに、前記軌道部材の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも一方にも、粒径が１００ｎｍ以下のダイヤモンド又は銀の微粒子を付着せせるようにしてもよい。