(57)【要約】【課題】高速条件，高荷重条件，高温環境，不十分な潤滑環境等のような厳しい条件下で使用されても、焼付き，摩耗等の損傷が生じにくく長寿命な転動装置を提供する。【解決手段】スラスト針状ころ軸受は、内輪１と外輪２と転動体３とを備えている。そして、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤のショットピーニング処理による潤滑被膜が被覆されている。この潤滑被膜の厚さは０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも潤滑被膜が被覆されている部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルが形成されている。潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａは１μｍ以下である。固体潤滑剤は二硫化モリブデン，スズ，銅のうちの少なくとも１種である。【選択図】図１
2011021756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、下記の５つの条件Ａ〜Ｅを満足することを特徴とする転動装置。
条件Ａ：前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤のショットピーニング処理による潤滑被膜が被覆されている。
条件Ｂ：前記潤滑被膜の厚さが０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。
条件Ｃ：前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記潤滑被膜が被覆されている部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルが形成されている。
条件Ｄ：前記潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａは１μｍ以下である。
条件Ｅ：前記固体潤滑剤が二硫化モリブデン，スズ，銅のうちの少なくとも１種である。
【請求項２】
前記外方部材、前記内方部材、及び前記転動体のうち前記潤滑被膜が被覆されている部材の材質が、軸受鋼、ステンレス鋼、又は肌焼鋼であることを特徴とする請求項１記載の転動装置。
【請求項３】
前記外方部材、前記内方部材、及び前記転動体のうち前記潤滑被膜が被覆されている部材の表層部の残留オーステナイト量が、２体積％以上３０体積％以下であることを特徴とする請求項２記載の転動装置。
【請求項４】
前記固体潤滑剤の平均粒径が１μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受，リニアガイド装置，ボールねじ，直動ベアリング等のような転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受等の転動装置においては、転動装置を構成する内方部材，外方部材と転動体との間で転がり運動が行われ、内方部材，外方部材の軌道面及び転動体の転動面は接触応力を繰り返し受ける。そのため、内方部材，外方部材，転動体を構成する材料には、硬い、負荷に耐える、転がり疲れ寿命が長い、滑りに対する耐摩耗性が良好である等の性質が要求される。
【０００３】
そこで、これらの部材を構成する材料には、軸受鋼としては日本工業規格のＳＵＪ２、ステンレス鋼としては日本工業規格のＳＵＳ４４０Ｃや１３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼、そして肌焼鋼としては日本工業規格のＳＣＲ４２０相当の鋼がよく使用されている。これらの材料は、転がり疲れ寿命等の必要とされる性質を得るために、軸受鋼やステンレス鋼であれば焼入れ，焼戻しが施され、肌焼鋼であれば浸炭処理又は浸炭窒化処理後に焼入れ，焼戻しが施されて、硬さがＨＲＣ５８以上６４以下とされている。
【０００４】
ところで、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド，直動ベアリング等の転動装置においては、その転がり疲れ寿命が、前述した硬さ以外に潤滑状態と密接に関係していることが知られている。ここで、転がり疲れ寿命とは、転動装置の軌道面又は転動面が回転に伴い繰返し応力を受けることによって材料が疲労し、その表面の一部に剥離が生じるまでの総回転数である。
【０００５】
転がり接触面の潤滑状態の良否は、形成される油膜厚さと表面粗さとの比である油膜パラメータΛ（下記式を参照）によって表され、Λが大きいほど潤滑状態は良い。すなわち、Λが大きい場合には、表面の微小突起間の接触による表面起点剥離が起こりにくくなり、寿命は、主として材料の清浄度，硬さ，材質，熱処理等によって決定する。逆に、Λが小さいほど表面の微小突起間の接触による表面起点剥離，ピーリング損傷，焼付きが生じやすくなり、寿命が大幅に低下することが知られている。
Λ＝ｈ／σ
ｈ：ＥＨＬ油膜厚さ
σ：合成表面粗さ（σ１２＋σ２２）１／２
σ１，σ２は接触する２面の粗さ（二乗平均粗さ）
【０００６】
ここで、ラジアルニードル軸受を例にあげて、さらに詳細に説明する。トランスミッション等に幅広く使用されているプラネタリーギアを軸支するプラネタリーギア用軸受では、外方部材にあたるプラネタリーギアからの力の伝達が滑らかに行われるように、一般に、はすば歯車が使用されるため、力関係から、内方部材にあたるプラネタリーシャフトの走行跡がねじれた形となる。このため、プラネタリーギアとプラネタリーシャフトとの間にあるニードルローラーに対し、不均一な力が作用してエッジロードやスキュー等が発生し、軸受の寿命が低下したり、スミアリングや焼付きが発生しやすい。
この対処のため、従来にあっては、ニードルローラーにクラウニングを施してエッジロードを軽減したり、また、スキュー防止のために、円周方向すきま及びラジアルすきまを精密に管理して、未然にスキュー発生を抑える工夫を施したりしている。
【０００７】
一方、ＣＯ２排出規制に伴なうエンジンの燃費向上の観点から、高速回転時の回転効率を高めるための潤滑油の低粘度化にあいまって、転動装置の高速回転時の耐焼付き性や希薄潤滑下における耐久性の向上が益々求められるようになってきている。このような用途における針状ころ軸受の潤滑性を確保するために、例えば、ニードルローラーを複列化するとともに、内方部材にあたるプラネタリーシャフトのニードル間位置まで軸端から油穴を設け、当該油穴を通じて給油を行う油穴給油方式が採用されている。しかし、油量が不十分な場合は、転走面にピーリング損傷及び焼付きが発生するおそれがある。
【０００８】
このようなピーリング損傷を防止する技術として、軸方向面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）を１．０以下、且つ、表面粗さの分布曲線の歪み度を指すパラメータＳＫ値をマイナスとなるようにし、さらに、くぼみの占める表面積比率を１０〜４０％となるようにしたオートマチックトランスミッション用軸受が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００９】
また、焼付きを防止する技術として、スラスト荷重を受けながらすべり接触するすべり面を備えた機械部品において、前記すべり面に独立した無数の微小くぼみをランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の面粗さをＲｍａｘ０．６〜２．５μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値を−１．６以下とし、且つ、微小くぼみの平均面積を３５〜１５０μｍ２、表面に占める微小くぼみの面積の割合を１０〜４０％とした機械部品が開示されている（特許文献２を参照）。
【００１０】
次に、ボールねじについて述べる。電動射出成形機や電動プレス機等で使用されるボールねじは、瞬間的に高負荷が加わる短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する往復運動の条件下で使用される。このため、ボール転動面での油膜が掻き取られ、ねじ溝とボールとの接触面に潤滑剤が入り難く、油膜形成が不十分となる傾向があり、ねじ軸，ナット，及びボールの転動面に、表面損傷による摩耗，剥離が生じやすいという問題点があった。
【００１１】
特に、転動速度の２倍の速度の相対すべりが生じるボール同士の接触面においては、損傷が著しいものがあった。さらに、高負荷が作用することによる機台の変形、又は取付け時のミスアライメント等が前述したボールの競り合いをさらに顕著にし、一層寿命を低下させていた。
このような用途に使用可能なボールねじとして、ねじ溝，ナット，及び転動体のうちの少なくとも一つの摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突により固着させ、厚み寸法０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成したものが開示されている（特許文献３を参照）。また、特許文献４には、平均粒子径が約１μｍ〜約２０μｍの二硫化モリブデンを約９５質量％以上含有する二硫化モリブデン投射用材料が開示されている。この二硫化モリブデン投射用材料は、ショットピーニング装置を用いて投射速度１００ｍ／ｓ以上で投射される。
【００１２】
前述したプラネタリー軸受等においては、潤滑油が供給されにくい構造であることに加えて、近年、トランスミッションの小型化又はＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）化等により、プラネタリーギア（外方部材）の最高回転速度について更なる高速化の要求があり、それに伴い使用温度の上昇が考えられる。また、プラネタリーギア用ニードル軸受においては、小型化に伴って、今まで以上にスミヤリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が顕著になってきている。
【００１３】
また、前述したボールねじに関しては、さらなる高負荷が要求され、往復運動のストロークもさらに短周期で行われるため、逆回転する際に油膜がほとんど形成されず、ねじ軸，ナット，及びボールの転動面に、表面損傷による摩耗，剥離，焼付き等が顕著に生じるようになってきている。
スミヤリング，焼付き，摩耗，ピーリング等を防止する技術としては、前述の特許文献１に開示のものがあるが、ただ単にくぼみを形成し、油膜溜まりを形成しただけでは、潤滑油のさらなる低粘度化や油量不足に十分に対応できない。また、特許文献２に開示のものも、上記と同様に、潤滑油のさらなる低粘度化や油量不足に十分に対応できない。
【００１４】
ボールねじに関しては、均一に被膜が形成していない場合に固体潤滑剤の効果が得られにくいため、特許文献３に記載のもののように膜厚を規定しただけでは不十分である。また、特許文献４に記載のもののように投射材料のみを規定しただけでは、十分な性能が得られず、被膜の膜厚及び被覆の状態を正確に規定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】日本国特許公報  第２６３４４９５号
【特許文献２】日本国特許公報  第２５４８８１１号
【特許文献３】日本国特許公開公報  ２００４年第６０７４２号
【特許文献４】日本国特許公開公報  ２００２年第３３９０８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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、高速，高荷重条件下で使用されてもスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が生じにくく長寿命な転動装置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】
【００１７】
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、本発明に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されていることを特徴とする。
このような構成であれば、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、例えば油膜パラメータΛが３以下である境界潤滑環境下で使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命となる。
【００１８】
潤滑被膜が被覆されている部分の面積率が７５％未満であると、転動装置の寿命が不十分となるおそれがある。なお、潤滑被膜が被覆されている部分の面積率が９５％超過であると、油溜まり効果が若干低下するおそれがある。また、潤滑被膜が脱落する可能性があるが、脱落した潤滑被膜は、特にグリース潤滑等の場合にはグリース中に混合されて固体潤滑剤として作用する場合もある。また、潤滑被膜は、転動体等の一部の表面のみに形成されていてもよい。
【００１９】
潤滑被膜の厚さは、０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。このような構成であれば、転動装置がより長寿命となる。潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ未満であると、潤滑性が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、潤滑被膜の厚さは０．１μｍ以上とすることがより好ましく、０．６μｍ以上とすることがさらに好ましく、０．９μｍ以上とすることがさらにまた好ましい。また、潤滑被膜の厚さが８μｍ超過であると、潤滑被膜の強度が不十分となるおそれがある。
また、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記潤滑被膜が被覆されている部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを形成してもよい。
【００２０】
このような構成であれば、ディンプル内に固体潤滑剤が充填され、潤滑被膜が被覆された部分と潤滑被膜との密着性が向上するため、ディンプルがない場合と比較して転動装置がより長寿命となる。また、転動装置の駆動時にはディンプル内に固体潤滑剤がトラップされるので、潤滑被膜の効果が長く維持される。このような効果を得るためには、ディンプルの深さを０．１μｍ以上とする必要がある。ただし、ディンプルの深さを５μｍ超過としても、それ以上の効果は期待できないので、ディンプルの深さは５μｍ以下とすることが好ましい。なお、このような効果をさらに確実なものにするためには、ディンプルの深さを０．２μｍ以上３μｍ以下とすることがより好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下とすることがさらに好ましい。なお、潤滑被膜の表面にも、上記と同様のディンプルを形成してもよい。
【００２１】
さらに、前記潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａは１μｍ以下であることが好ましい。このような構成であれば、長寿命であるとともに、転動装置の音響特性が良好である。中心線平均粗さＲａが１μｍ超過であると、潤滑条件が厳しくなり、表面起点型の剥離が発生する場合がある。このような不都合がより生じにくくするためには、中心線平均粗さＲａは０．５μｍ以下とすることがより好ましい。中心線平均粗さＲａの下限値は特に限定されるものではないが、０．１μｍ以上であることが好ましい。０．１μｍ未満であると、微小な凹凸による油溜まり効果が低下するおそれがある。なお、中心線平均粗さＲａを上記のような値としても、潤滑被膜の形成能力が著しく低下することはない。
【００２２】
さらに、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，スズ，銅のうちの少なくとも１種であることが好ましい。特に、転動する部分に潤滑被膜を形成する場合には、スズが好ましい。この時、スズの純度は９５％以上が好ましく、９８％以上がより好ましい。９５％以上であれば、ムラのない潤滑被膜が得られやすい。このような構成により、特に転動する部分におけるスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の少なくとも一つを改善する効果が得られる。
【００２３】
さらに、前記外方部材、前記内方部材、及び前記転動体のうち前記潤滑被膜が被覆されている部材の材質は、軸受鋼、ステンレス鋼、又は肌焼鋼であることが好ましく、その部材の表層部の残留オーステナイト量は、２体積％以上３０体積％以下であることが好ましい。さらに、前記固体潤滑剤の平均粒径は、１μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。また、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【００２５】
また、本発明は、転動装置に使用される転動体の保持器に適用することができる。射出成形法により製造される樹脂製保持器については、前述のディンプルに対応する凸部を金型に設けておけば、表面にディンプルが形成された樹脂製保持器を射出成形法により製造することができる。
さらに、本発明は、転動装置に使用されるシールに適用することができる。すなわち、相手部材と接触するシールの摺接面に前述のような潤滑被膜を被覆してもよい。なお、シールの摺接面と接触する相手部材に潤滑被膜を被覆してもよいし、シールの摺接面及び相手部材の両方に潤滑被膜を被覆してもよい。
【００２６】
さらに、本発明は、転がり軸受の内輪の内周面や、外輪の外周面に適用することができる。すなわち、転がり軸受をハウジングと軸との間に嵌合させる場合には、内輪の内周面のうち軸と接触する部分や、外輪の外周面のうちハウジングと接触する部分に前述のような潤滑被膜を被覆してもよい。
さらに、本発明は、ボールねじ，リニアガイド装置等において転動体同士の間に介装される保持ピースに適用することができる。すなわち、保持ピースの転動体との接触面に前述のような潤滑被膜を被覆してもよい。
【００２７】
さらに、本発明は、クラッチのフリクションプレートに適用することができる。
さらに、本発明は、電動パワーステアリング装置に使用されるウォームホイール減速機のウォームに適用することができる。すなわち、ウォームやホイールのギア歯面に前述のような潤滑被膜を被覆してもよい。
さらに、本発明は、伸縮タイプのステアリング軸に適用することができる。すなわち、互いにスプライン嵌合する雄軸と雌軸の軸方向に延びるトルク伝達溝を前記雄軸の外周面及び前記雌軸の内周面に形成するとともに前記トルク伝達溝に係合するトルク伝達ピンを前記雄軸と前記雌軸との間に配置した車両のステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達ピンの外周面及び前記トルク伝達溝の溝面の少なくとも一方に、前述のような潤滑被膜を被覆してもよい。
【００２８】
さらに、本発明は、相手部材と相対的にすべり接触する摺動面を有する摺動部材に適用することができる。摺動部材の具体例としては、自動車のエンジンを構成するカム及びカムフォロア，ピストンリング，燃料噴射装置，フリクションプレート，クラッチ部品や、すべり軸受を構成するすべり部材や、転がり軸受用，すべり軸受用のリテーナがあげられる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の転動装置は、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、例えば油膜パラメータΛが３以下である境界潤滑環境下で使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る転動装置の第一の実施形態であるスラスト針状ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】潤滑被膜の断面図である。
【図３】軸受の寿命試験に用いた試験機の断面図である。
【図４】潤滑被膜の被覆率と軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【図５】第二の実施形態において、針状ころの表面に形成された潤滑被膜の面積率と、寿命との関係を示すグラフである。
【図６】第三の実施形態のＡに係るスラスト針状ころ軸受の構成を示す部分断面図である。
【図７】第三の実施形態のＡに係るスラスト針状ころ軸受を適用したカーエアコンディショナー用コンプレッサの断面図である。
【図８】第三の実施形態のＢに係る深溝玉軸受の断面図である。
【図９】第四の実施形態において、針状ころの表面に形成された固体潤滑被膜の面積率と、寿命との関係を示すグラフである。
【図１０】第五の実施形態に係る円錐ころ軸受の構成を示す断面図である。
【図１１】第五，第六の実施形態で用いた回転試験機を示す断面図である。
【図１２】第五の実施形態において、固体潤滑被膜の面積率と、軸受トルクとの関係を示すグラフである。
【図１３】第六の実施形態において、固体潤滑被膜の面積率と、焼付き時間との関係を示すグラフである。
【図１４】第七の実施形態に係るタペットローラ軸受の断面図である。
【図１５】図１４のタペットローラ軸受のＡ−Ａ断面図である。
【図１６】図１４のタペットローラ軸受の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１４のタペットローラ軸受の別の変形例を示す断面図である。
【図１８】図１４のタペットローラ軸受の別の変形例を示す断面図である。
【図１９】図１４のタペットローラ軸受の別の変形例を示す断面図である。
【図２０】図１４のタペットローラ軸受の別の変形例を示す断面図である。
【図２１】タペットローラの耐久試験を行う表面損傷試験機の構成を示す断面図である。
【図２２】回転試験前後の表面損傷の発生状況を示す図である。
【図２３】第七の実施形態において、潤滑被膜の被覆率と表面損傷発生率との相関を示すグラフである。
【図２４】第七の実施形態において、潤滑被膜の被覆率とタペットローラ軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【図２５】第八の実施形態に係るボールねじの、ねじ軸およびナットの溝断面を示す図である。
【図２６】ボールねじの一例を示す斜視図である。
【図２７】ボールねじの一例を示す断面図である。
【図２８】保持ピースを有するボールねじの一例を示す部分断面図である。
【図２９】保持ピースの一例を示す断面図である。
【図３０】保持ピースの一例を示す断面図である。
【図３１】第九の実施形態において、保持器の表面に形成された固体潤滑被膜の面積率と寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔第一の実施形態〕
図１は、本発明に係る転動装置の第一の実施形態であるスラスト針状ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１のスラスト針状ころ軸受は、図示しない軸に固定される内輪１（内方部材）と、図示しないハウジングに固定される外輪２（外方部材）と、内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に配された複数の転動体３と、複数の転動体３を両輪１，２の間に保持する保持器４と、を備えている。
【００３２】
そして、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜（図示せず）が被覆されている。この潤滑被膜の厚さは、０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。また、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも潤滑被膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けることが好ましい。さらに、潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａは、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
さらに、転動体３（針状ころ）の有効長さＬｒと転動体３（針状ころ）の中心の軌道直径ＰＣＤとの比（Ｌｒ／ＰＣＤ）が０．１以上で、且つ、軌道面１ａ，２ａの表層部分に３体積％以上の残留が含まれていることが好ましい。
このようなスラスト針状ころ軸受は、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、油膜パラメータΛが３以下である境界潤滑環境下で使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命である。
【００３４】
なお、本実施形態においては、転動装置の例としてスラスト針状ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類はスラスト針状ころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，針状ころ軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。さらに、本発明はトロイダル無段変速機に対しても適用することができる。
【００３５】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、第一の実施形態をさらに具体的に説明する。種々のスラスト針状ころ軸受（内径４０ｍｍ，外径７０ｍｍ，幅５．５ｍｍ）を試験軸受として用意して回転試験を行い、その寿命を評価した。試験軸受であるスラスト針状ころ軸受の構成は、内輪の軌道面，外輪の軌道面，及び転動体の転動面のうち転動体の転動面のみに、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜を被覆した点以外は、前述した図１のスラスト針状ころ軸受と同様である。
転動体の転動面に被覆された潤滑被膜の被覆率，潤滑被膜の厚さ，ディンプルの深さ，及び転動体の転動面の中心線平均粗さＲａは、表１，２に示す通りである。なお、面積率の測定法は後述する。また、後述する前処理を施していないものに関しては、ディンプルの深さを記載していない。
【００３６】
【表１】
2011021756.tif 000003
【００３７】
【表２】
2011021756.tif 000004
【００３８】
ここで、試験軸受であるスラスト針状ころ軸受の製造方法について説明する。まず、内輪，外輪，及び転動体はＳＵＪ２を素材とし、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアガスとを含む雰囲気中で８４０℃で３時間浸炭窒化処理を施した後、油焼入れ及び焼戻しを施したものである。このような処理により、表層部分の残留オ−ステナイト量は１５〜４０体積％、表面硬さはＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整されている。なお、浸炭窒化処理は施さず、ズブ焼入れを施したものでもよい。また、ＳＣＭ４２０，ＳＣｒ４２０等の鋼を素材とし、浸炭窒化処理又は浸炭処理を施して表面を硬化させたものでもよい。
【００３９】
こうして得られた転動体の転動面に前処理を施して、ディンプルを形成した。ディンプルの形成方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理及びバレル処理を採用した。ショットピーニング処理は、ショットピーニング装置を用いて行った。ショット材には日本工業規格ＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球の他、ＳｉＣ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ガラスビーズ等のような被処理表面よりも硬いものを用い、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で、ショット材を転動体の転動面に噴射した。なお、一度に処理する転動体の量は１〜６ｋｇとした。
【００４０】
バレル処理は、種々のメディアや添加剤を配合したものを用いて転動体の転動面に大きな凹凸を形成する粗加工と、プラトー部の粗さを整える仕上げ加工とを行った。なお、転動体の転動面に、ショットピーニング処理とバレル処理との両方を施してもよい。
投射材は、被処理表面の硬さよりも硬いものを使用することが好ましい。例えば、セラミック系のものが使用できる。また、形状は球形よりも多少の角があるものが好ましい。硬くて角を有する投射材を使用することにより、後の潤滑被膜に対するアンカー効果が大きくなる。
ディンプルの深さを測定する方法は、以下の通りである。三次元非接触表面形状計測システムにより、転動体の転動面を１００倍の倍率で３０視野観察し、得られた画像を断面プロファイルに変換した。そして、Ｘ方向及びＹ方向それぞれの５つの断面において、ディンプルの深さを測定し、その結果を平均した。
【００４１】
次に、ディンプルを形成した転動体の転動面に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜を被覆した。潤滑被膜を被覆する方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理を採用した。ショット材である固体潤滑剤には純度９８％以上の錫（平均粒径４５μｍ）を用い、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で、錫を転動体の転動面に噴射した。一度に処理する転動体の質量は、１〜６ｋｇとした
なお、ショット材の粒径と噴射圧力により、ショット材の衝突エネルギーをコントロールして、良好な潤滑被膜を形成することができる。ショット材の粒径は、二硫化モリブデンの場合は１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。また、錫の場合は１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以上６０μｍ以下がさらに好ましい。
【００４２】
また、噴射圧力は１９６ｋＰａ以上１４７０ｋＰａ以下が好ましく、３９２ｋＰａ以上９８０ｋＰａ以下がより好ましい。さらに、噴射速度は１００ｍ／ｓ以上が好ましい。さらに、噴射時間は８ｍｉｎ以上又は８ｍｉｎ超過が好ましく、１０ｍｉｎ以上２０ｍｉｎ未満又は１０ｍｉｎ以上２０ｍｉｎ以下がより好ましい。噴射時間が８ｍｉｎ以上であれば、表面が平滑な潤滑被膜（中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下）を形成することができる。さらに、潤滑被膜が被覆される面の中心線平均粗さＲａ（潤滑被膜を被覆する前の段階での粗さ）は、固体潤滑剤の付着性を良好なものにするためには、１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００４３】
潤滑被膜の面積率を測定する方法は、以下の通りである。電子線マイクロアナライザーにより、転動体の転動面を２０００倍の倍率で３０視野観察した。一辺２００μｍの正方形部分を１０００倍に拡大して錫の特性Ｘ線強度を５カ所測定し、全１５０カ所の平均値を算出した。そして、前記平均値の１０分の１以上の特性Ｘ線強度が検出された領域に潤滑被膜が被覆されていると判定した。３０視野についてその結果を画像解析し、潤滑被膜の面積率の平均値を算出した。
【００４４】
また、潤滑被膜の厚さを測定する方法は、以下の通りである。転動体を切断し、その断面をバフ研磨で鏡面仕上げした。電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、鏡面仕上げした断面を５０００倍の倍率で３０視野観察した。各視野において潤滑被膜の厚さを５点測定し、合計１５０点の平均値を潤滑被膜の厚さとした。
図２に、転動体の転動面に被覆した潤滑被膜の断面のＳＥＭ像を示す。符号Ｌが潤滑被膜であり、符号Ｋが転動体である。この潤滑被膜Ｌの厚さは、最大２．５μｍ、最小０．５μｍ程度である。
【００４５】
なお、本実施例においては固体潤滑剤として錫を用いたが、固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではない。転動装置の転動部品の表面被膜として用いられた場合に必要な強度を有し、且つ、転動部品の素材である鋼と密着性がよいものであればよく、例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化カーバイド、スズ、スズ合金、ニッケル、銅合金、純鉄、純銅、純クロムが挙げられる。
【００４６】
錫を投射する場合は、平均粒径が２〜６μｍのものを用いることが好ましい。比較的大きな粒子を用いることにより、衝突エネルギーが大きく付着しやすい。また、転がり面は摩擦抵抗の影響が相対的に少ないため、比較的軟質でアンカー効果が発揮されやすい錫が好ましい。
また、潤滑被膜を被覆した後に微小硬度計を用いて表面硬さを測定したところ、潤滑被膜が被覆された転動面は、最表面から２〜１５μｍの深さ位置までの部分の硬さが勾配を有していた。そして、最も硬い部分の硬さは７１０〜１１３０Ｈｖであり、未処理のものの硬さに比べて、５〜２０％向上していた。
【００４７】
次に、回転試験による寿命の評価方法について説明する。軸受の寿命の評価には、「特殊鋼便覧  第一版」（電気製鋼研究所編、理工学社、１９６９年５月２５日発行）の第１０〜２１頁に記載のスラスト型軸受鋼寿命試験機を用いた（図３を参照）。この試験機について説明すると、下面に凹部が形成された上側固定部２２と上面に凹部が形成された下側固定部２３とが、Ｏリング２４を介して嵌合されることにより試験室２１が形成され、この試験室２１は密閉可能となっている。そして、スピンドル２５は上側固定部２２に回転可能に支承され、スピンドル２５に取付けられた回転円盤部２５ａの下面と下側固定部２３の上面との間に、試験軸受２６を配置できるように構成されている。
【００４８】
なお、図３における符号３１はスラスト軸受、符号３２はラジアル軸受、符号３３はシール、符号３４は間座である。また、符号２６ａは軸受の上レース、符号２６ｂは軸受のころ及び保持器、符号２６ｃは軸受の下レースである。さらに、符号２７は潤滑油であり、この潤滑油２７は潤滑油供給口（排出口）２８から試験室２１内に供給される。また、符号２９，３０は、それぞれ代替フロン用の導入口、排出口である。代替フロン１３４ａを導入口２９より導入、排出口３０より真空ポンプで吸引し、試験室２１を代替フロン１３４ａで満たした後は、導入口２９，排出口３０をバルブで閉鎖する。
【００４９】
このような試験機を用いて、下記のような条件でスラスト針状ころ軸受の回転試験を行った。そして、振動値が初期値の５倍となるか、又は、下レースが１５０℃となった時点で回転試験を停止した。振動値が５倍となった場合は、実体顕微鏡で損傷の有無を確認し、損傷がある場合は寿命とし、損傷がない場合は回転試験を再開した。また、下レースが１５０℃となった場合は、焼付きが生じたと判断し、寿命とした。
【００５０】
回転速度：２０００ｍｉｎ−１
荷重    ：動定格荷重の２５％（Ｐ／Ｃ＝０．２５）
潤滑剤  ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ１０である鉱油
油膜パラメータΛ：０．１〜１．０
雰囲気温度：室温（約２８℃）
軸受温度：下レースの外径において１００〜１１０℃
試験個数：１種の軸受につき１０個
【００５１】
回転試験の結果（寿命）を表１，２に示す。また、潤滑被膜の被覆率と軸受の寿命との相関を、図４のグラフに示す。なお、表１，２及び図４のグラフにおける寿命の数値は、比較例１の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
この比較例１は、前述の特許文献１に記載されている技術が適用された軸受であり、独立した無数の微小くぼみをすべり面にランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の表面粗さをＲｍａｘ１．０μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値を−２．０、微小くぼみの平均面積を８０μｍ２、表面に占める微小くぼみの面積の割合いを２５％としてある。
なお、比較例１は前処理として二段バレル処理が施されており、比較例２は前処理として二段ショットピーニング処理が施されており、比較例３は前処理として通常のバレル処理（一段バレル処理）が施されている。
【００５２】
実施例１〜２２は、潤滑被膜の被覆が面積率で７５％以上であるので、比較例１と比べて格段に長寿命（５．９以上）であった。比較例４〜７は、潤滑被膜の厚さが好ましい範囲内であり、潤滑被膜の被覆率が好ましい範囲から外れたものであるが、実施例１〜２２と比べて短寿命であった。このことから、潤滑被膜の厚さの規定だけでは不十分であり、潤滑被膜の面積率を規定することが重要であることが分かる。
【００５３】
〔第二の実施形態〕
本発明における潤滑被膜は、不活性ガス又は活性ガスを用いてショット材を加速するショットピーニング法により形成することが好ましい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、Ｋｒガスから選択される一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。また、ＣＦ４ガス、Ｓ２Ｆ６ガス、ＮＨ３ガス、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｃ４Ｈ１０ガス、Ｃ５Ｈ１２ガス、ＲＸガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガス等から選択される一種又は二種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００５４】
これによれば、ショット材が衝突した転動部品の表面を活性化することができるため、大気ガスによりショット材を加速する場合と比べて、表面と潤滑被膜との密着性をさらに向上できる。特に、転動部品の表面に窒化層が形成されるＮ２ガスやＮＨ３ガスを用いたり、転動部品の表面に浸炭層が形成されるＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｃ４Ｈ１０ガス、Ｃ５Ｈ１２ガス、ＲＸガスを用いたりすれば、表面の摩擦係数が小さくなるので、表面と潤滑被膜との密着性をさらに向上させることができる。また、浸炭、窒化、或いは浸炭窒化により、強固な密着性が得られることから、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｃ４Ｈ１０ガス、Ｃ５Ｈ１２ガス、及びＲＸガスから選択される少なくとも一種とＮＨ３ガスとを混合して用いることが好ましい。
【００５５】
なお、ショットピーニング時にショット材を加速する噴射雰囲気のみに不活性ガス又は活性ガスを使用するだけでなく、ショットピーニング装置内で潤滑被膜が施される転動部品が設置される密封容器内に、前記噴射雰囲気で使用されるものと同種のガスを充填することが好ましい。そうすれば、表面と潤滑被膜との密着性をさらに向上させることができる。また、ディンプルを表面に形成する時のショットピーニングにも、本実施形態の各種ガス環境下での処理を適用できる。
潤滑被膜の厚さは、０．０５μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、良好な潤滑状態を保ちながら転動部品として必要な強度を得ることができる。ここで、潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ未満であると、良好な潤滑性が得られなくなり、一方、８．０μｍ超過であると、転動部品として必要な強度が得られなくなる。
【００５６】
さらに、潤滑被膜が形成された表面には、深さが０．１０μｍ以上５．０μｍ以下のディンプル（以降は「微小くぼみ」と記すこともある）が形成されていることが好ましい。これによれば、表面に形成された微小くぼみに潤滑被膜が充填されて、転動部品の表面と潤滑被膜との密着性をさらに向上できる。ここで、微小くぼみが０．１０μｍ未満であると、良好な密着性が得られなくなり、一方、５．０μｍ超過であると、得られる効果が飽和する。
【００５７】
なお、転動部品の表面に微小くぼみを形成する方法は、基本的には第一の実施形態と同様である。特に、微小くぼみ形成後における転動部品の表面の硬さを向上させて、転がり疲れ寿命をさらに長くするために、前記微小くぼみは、ショットピーニング法により形成されており、前記表面の硬さはＨＲＣ５８以上となっていることが好ましい。
さらに、潤滑被膜が形成された前記表面は、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１０μｍ以上１μｍ以下となっていることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下となっていることがより好ましい。これによれば、転動部品の表面と潤滑被膜との密着性をさらに向上できる。ここで、表面の中心線粗さ（Ｒａ）が０．１０μｍ未満であると、表面と潤滑被膜との密着性が不十分になり、一方、１μｍ超過であると、潤滑条件が厳しくなり、表面起点型剥離が生じ易くなる。
【００５８】
なお、内方部材，外方部材，転動体等の転動部品をなす金属素材は、特に限定されるものではなく、例えば、ＳＵＪ２等の軸受鋼に浸炭窒化、焼入れ及び焼戻しを行ったものや、ＳＵＪ２等の軸受鋼に焼入れ及び焼戻し（ずぶ焼）を行ったものや、ＳＣＭ４２０やＳＣｒ４２０等のステンレス鋼に浸炭窒化、浸炭、焼入れ及び焼戻しを行ったものがあげられる。
【００５９】
また、潤滑被膜が形成される転動部品の表面とは、潤滑不良により損傷が生じ易い表面が含まれるのであれば特に限定されない。例えば、内方部材及び外方部材の各軌道面、内方部材及び外方部材の各内外周面、及び転動体の転動面があげられる。
さらに、潤滑被膜の素材としては、転動装置の転動部品の表面被膜として用いられた場合に必要な強度を有し、且つ、転動部品の素材である鋼と密着性がよいものであれば特に限定されない。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化カーバイド、スズ、スズ合金、ニッケル、銅合金、純鉄、純銅、純クロムが挙げられる。
【００６０】
このような潤滑被膜のガス環境下でも適用可能な形成方法としては、例えば、塗布、焼成、溶射、スパッタリング、イオンプレーティング、及びショットピーニングがあげられる。特に、潤滑被膜を形成した後の転動部品の表面の硬さを向上させることを考慮すると、ショットピーニング法を適用することが好ましい。
このような転動装置によれば、内方部材、外方部材、及び転動体の少なくとも一つの表面に特定面積率の潤滑被膜を形成することにより、表面損傷が生じ難くなる。よって、転動装置を、例えば、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用した場合であっても、転がり疲れ寿命を長くできる。また、潤滑被膜の形成方法や膜厚、及び潤滑被膜が形成される表面の形状をさらに特定することにより、内方部材、外方部材、及び転動体の少なくとも一つの表面と潤滑被膜との密着性が向上できるため、転がり疲れ寿命をさらに長くできるとともに、潤滑被膜の剥離により生じる音響不良や振動不良を効果的に抑制できる。
【００６１】
以下、第二の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１に示すスラスト針状ころ軸受と同様の軸受を、以下に示すようにして作製した。なお、このスラスト針状ころ軸受の軸受寸法は、内径が４０ｍｍ、外径が７０ｍｍで、幅が５．５ｍｍとした。
具体的には、まず高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工し、８４０℃の混合ガス雰囲気（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）で３時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪、外輪、及び針状ころの各表層部（表面から２５０μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とし、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。
【００６２】
次に、このようにして得られた針状ころに対して、以下に示す処理を行い、表３中に示すＮｏ．１〜３１の針状ころを完成させた。まず、表３に示す前処理が「有り」の針状ころにおいて、その表面に微小くぼみ（ディンプル）を形成する前処理を行った。
なお、表３中で示す前処理「ショットＡ」とは、ショットピーニング装置を用いて、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ、噴射時間１０〜２０分の条件下で、ショット材としてＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍのＳｉＣをＮ２ガスで加速して噴射することにより、針状ころの各表面にディンプルを形成した処理を指す。
【００６３】
また、表３中で示す前処理「ショットＢ」とは、ショットピーニング装置を用いて、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ、噴射時間１０〜２０分の条件下で、粒径の異なる二種類のショット材（ＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球と平均粒径３μｍのアルミナ）を大気ガスで加速して噴射することにより、針状ころの各表面にディンプルを形成した処理を指す。
【００６４】
さらに、表３中で示す前処理「バレル」とは、種々のメディアや添加剤を配合して表面に大きなディンプルを形成する粗加工を大気中で行った後、プラトー部（平坦部）の粗さを整える仕上げ加工を大気中で行い、針状ころの各表面にディンプルを形成した処理を指す。
その後、前処理後の針状ころの表面におけるディンプルの深さを、以下に示すようにして測定した。まず、三次元非接触表面形状測定システムを用いて、１００倍で３０視野分の観察を行った。次に、得られた画像を断面プロファイルに変換して、ＸＹ方向のそれぞれ５断面を測定した結果の平均値を算出した。この結果は、表３に併せて示した。
【００６５】
そして、前処理を行った後の針状ころ及び前処理を行わなかった針状ころの表面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を、いずれも０．１０μｍ以上５．０μｍ以下となるように調節した。次に、針状ころの表面に潤滑被膜を形成した。具体的には、公知のショットピーニング装置を用いて、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ、噴射時間１０〜２０分の条件下で、ショット材としてスズ（純度９８％以上、平均粒径４５μｍ）をＮ２ガスで加速して噴射することにより、針状ころの各表面に潤滑被膜を形成した。
【００６６】
その後、形成された潤滑被膜の面積率及び膜厚を、第一の実施形態と同様に測定した。さらに、潤滑被膜が形成された後の針状ころにおいて、第一の実施形態と同様に硬さを測定したところ５〜２０％の硬さの向上が認められた。
なお、表３中で比較例として示すＮｏ．２５，Ｎｏ．２６の針状ころは、前処理（ショットピーニングやバレル）を行ってディンプルを形成したが、潤滑被膜を形成していないものである。また、表３中で比較例として示すＮｏ．２７の針状ころは、前処理も潤滑被膜の形成も行っていないものである。さらに、表３中で比較例として示すＮｏ．２８〜Ｎｏ．３１の針状ころは、面積率が本発明の範囲外の潤滑被膜を形成したものである。
【００６７】
次に、このようにして得られた内輪、外輪及び針状ころと、ＳＰＣＣ製の保持器とを用いて、スラスト針状ころ軸受を組み立てた。そして、このスラスト針状ころ軸受に対して、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。
この寿命試験は、第一の実施形態に試験に使用した図３のスラスト型寿命試験機を用いて行った。また、この寿命試験は、初期振動値の５倍に達するか、外輪の外径温度が１５０℃に達するまでスラスト針状ころ軸受を回転させることにより行い、試験開始から試験終了までの時間を寿命とした。
【００６８】
さらに、この寿命試験は、各実施例においてそれぞれ１０回ずつ行い、その平均寿命を算出した。そして、比較例であるＮｏ．２５の針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受の寿命を１とした時の比として、表３に併せて示した。
なお、Ｎｏ．２５の針状ころは、その表面に上述した特許文献１に記載のディンプルを形成した比較例であり、ディンプルを設けた面の最大表面粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ、表面粗さのパラメータ（ＳＫ値）を−２．０、ディンプルの平均面積を８０μｍ２、ディンプルの面積率を２５％としたものである。
このとき、初期振動値の５倍に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、実体顕微鏡で損傷の有無を確認し、損傷が見られた場合には試験を終了して、初期振動値の５倍に達した時間を寿命とし、損傷が見られなかった場合には試験を再開した。
【００６９】
また、外輪の外径温度が１５０℃に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、焼付きによる損傷が生じたものとして判断して試験を終了し、外輪の外径温度が１５０℃に達するまでの時間を寿命とした。
〔寿命試験条件〕
荷重：動定格荷重の１２％（Ｐ／Ｃ＝０．１２）
回転速度：８０００ｍｉｎ−１
潤滑油：鉱油ＶＧ１０
周囲温度：室温（約２８℃）
軸受温度：外輪外径において１００〜１１０℃
油膜パラメータΛ：０．２〜１．０
【００７０】
【表３】
2011021756.tif 000005
【００７１】
表３に示すように、表面に面積率で７５％以上の潤滑被膜が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２４の針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受では、表面に潤滑被膜が形成されていないＮｏ．２５〜Ｎｏ．２７の針状ころや、潤滑被膜の面積率が７５％未満のＮｏ．２８〜Ｎｏ．３１の針状ころを用いた場合と比較して、転がり疲れ寿命が長く、Ｎｏ．２５の５．１倍以上であった。
特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６とＮｏ．７，Ｎｏ．８の結果、及びＮｏ．９〜Ｎｏ．１５とＮｏ．１６の結果から、潤滑被膜の面積率を７５％以上とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
【００７２】
また、Ｎｏ．３とＮｏ．１７，Ｎｏ．１８の結果、Ｎｏ．１１とＮｏ．１９の結果、及びＮｏ．１０とＮｏ．２０の結果から、潤滑被膜の厚さを０．１０μｍ以上８．０μｍ以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
さらに、Ｎｏ．４とＮｏ．２１の結果、及びＮｏ．１２とＮｏ．２２の結果から、不活性ガス又は活性ガスでショット材を加速して衝突させることで潤滑被膜を形成することにより、大気ガスでショット材を加速した場合と比べて、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
【００７３】
さらに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８とＮｏ．９〜Ｎｏ．１６の結果、Ｎｏ．１１とＮｏ．２３の結果、及びＮｏ．１２とＮｏ．２４の結果から、ショットピーニング法によりディンプルの深さを０．１０μｍ以上５．０μｍ以下とすることによって、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。この理由としては、ディンプル深さを上記範囲内にすることにより針状ころの表面に潤滑被膜がさらに密着して形成されるとともに、ショットピーニング法により針状ころの表面の硬さが向上したためであると考えられる。
【００７４】
また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６と、Ｎｏ．２８〜Ｎｏ．３１の結果を用いて、潤滑被膜の面積率と寿命との関係を示す図５のグラフを作成した。図５に示すように、ショットピーニング法によりディンプルの深さを調節した後に潤滑被膜を形成した針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受では、前処理を行わずに潤滑被膜を形成した針状ころを用いたものよりも長寿命であったことが分かる。
【００７５】
以上の結果から、表面に潤滑被膜が特定面積率で形成された針状ころを用いることにより、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用した場合であっても、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。また、針状ころの表面に形成する潤滑被膜の厚さやディンプルの深さについても特定することにより、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命をさらに長くできることが分かった。さらに、潤滑被膜を不活性ガス又は活性ガスでショット材を加速して衝突させるショットピーニング法により形成することにより、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命をさらに長くできることがわかった。
【００７６】
なお、本実施形態では、転動装置の一例としてスラスト針状ころ軸受の場合について説明したが、これに限らず、本発明は、潤滑状態が不良な環境下で使用される他の転動装置にも適用可能である。このような転動装置としては、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、スラスト玉軸受等の玉軸受や、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、スラストころ軸受等のころ軸受や、ボールねじ、リニアガイド、直動ベアリング等の直動装置や、トロイダル型無段変速機等の転がり軸受ユニットが挙げられる。
【００７７】
〔第三の実施形態〕
本実施形態は転がり軸受に係り、具体的には、自動車の自動変速機やエアコンディショナーの空調機に用いられるコンプレッサ等のような潤滑条件が悪く系内酸素濃度が低い状況においても軸受寿命を長期にわたって維持することが可能な転がり軸受に関する。
コンプレッサの一タイプとして、容量可変式のコンプレッサの例を以下に述べる。容量可変式のコンプレッサは、ハウジングに対して駆動軸を回転自在に嵌挿し、この駆動軸に対して斜板を傾斜角度可変に連結し、この斜板に対しウォブル板を摺動自在に取付けてある。斜板とウォブル板との間には、スラスト軸受が配設されている。ウォブル板には、複数のピストンロッドの一端が円周方向等間隔に取付けてあり、このピストンロッドの他端はピストンに連結している。このピストンは、ハウジング内に設けられたシリンダの内部で摺動するように設けられ、このシリンダのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。つまり、斜板が回転すると、ウォブル板が、いわゆるみそすり的動作をし、ピストンロッドを介してピストンを軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている。
【００７８】
コンプレッサの動作時には、斜板を介して駆動軸は力を受けるので、かかる駆動軸をハウジングに対してスラスト方向に支持するスラスト軸受が必要となる。しかるに、かかるスラスト軸受は、駆動軸に連結されベルトから回転量を受けるプーリユニット側に配置されているので、ミスト状になって供給される潤滑油の供給元から遠い位置にあり、それ故、転動体と軌道面との間の油膜形成が悪くなりやすいという問題がある。
【００７９】
このように潤滑条件が悪いだけでなくコンプレッサ特有の問題として、冷媒を封入する際に系内の大気を排気するため系内酸素濃度が低いことが挙げられる。一般に大気中で油膜形成が不十分な時、使用される転がり軸受の転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面などの接触部は油膜破断によって金属接触を引き起こすが、速やかに雰囲気の酸素によって表面酸化膜が形成され、それ以上の金属接触を防止して凝着摩耗を抑制する自己修復作用が存在する。しかし、油膜形成が十分でなくかつ酸素濃度が低い場合はかかる表面酸化が起きないため、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面等が一度接触を起こすと、それ以降の接触は常に金属−金属接触を繰り返し、凝着摩耗が止まることなく進行する。
【００８０】
このように潤滑条件が悪く系内酸素濃度が低い状況においても軸受寿命を長期にわたって維持するため、転動体の表面又は内外輪の転動面の表面に微小なくぼみを無数にランダムに設け、面粗さのパラメータであるスキューネスＲｓｋの値を−１．６以下とすることにより、油溜まりによる油膜形成率を高めて軸受寿命の向上を図るようにしたものが知られている（例えば、日本国特許公報  第２７２４２１９号を参照）。
しかしながら、日本国特許公報  第２７２４２１９号に記載された転がり軸受は、転動体表面又は内外輪の転動面の形状を工夫して長寿命化を図ったものであり、表面損傷を低減するのに有効な手段であるが、転動表面にスキューネスＲｓｋの値を−１．６以下とした油溜りを付ける表面加工を施すだけでは寿命延長に限界があることもわかってきた。
【００８１】
本発明はこのような技術的背景に鑑みてなされたものであり、微量油又は枯渇潤滑下のような潤滑条件が悪い使用条件下においても寿命の延長を図ることができる転がり軸受を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、転動表面を潤滑被膜（以降は固体潤滑剤被膜と記すこともある）で被覆する事とした。即ち、本発明者らは、鋭意研究の結果、固体潤滑剤被膜を転動表面に形成することにより、転動体及び／又は軌道輪における軌道面の早期摩耗を回避できることを見出した。
【００８２】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、複数個の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、前記転動体及び前記保持器を配設した一組の軌道輪とを備えた転がり軸受であって、前記転動体の表面及び／又は前記軌道輪の軌道面に、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化カーバイド、スズ、スズ合金、ニッケル、銅合金、純鉄、純銅、純クロムからなる群から選択された少なくとも一種からなる固体潤滑剤被膜が形成され、かつ、当該固体潤滑剤被膜の占める面積が前記転動体の表面及び／又は前記軌道輪の軌道面に対し７５％以上である転がり軸受である。なお、前記群の中では、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、スズ（Ｓｎ）、及び窒化ホウ素（ＢＮ）が好ましい。
【００８３】
本発明者らの研究によれば、従来の転動体及び軌道輪は通常の焼き入れ焼き戻しを行なっているのみである。それ故、転動体や軌道輪の軌道面の摩耗が早期に増大する傾向があった。これは上述のように、金属接触を繰り返しながら凝着摩耗が進行するためである。これに対し、本発明の上記構成によれば、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面に固体潤滑剤被膜を形成することで、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面での金属間接触が抑えられ、摩耗及びピーリング等の表面損傷が著しく低減される。
【００８４】
前記固体潤滑剤被膜の占める面積は、前記転動体の表面及び／又は前記軌道輪の軌道面に対し７５％以上であることが好ましい。固体潤滑剤被膜をかかる範囲で被膜することにより、効果的に金属間接触を抑え、摩耗及びピーリング等の表面損傷を著しく低減させることができる。
前記固体潤滑剤被膜は、その被膜厚さが０．０５〜８．０μｍであることが好ましい。これにより、更に耐摩耗性能を向上させることができる。
【００８５】
前記転動体の表面及び／又は前記軌道輪の軌道面に、ディンプル形状の窪み（以降はディンプルと記すこともある）が形成されることが好ましい。前記窪みは、その深さが０．１〜５μｍであることが好ましい。これにより、更に耐摩耗性を向上させることができる。
前記固体潤滑剤被膜の表面の中心線平均粗さＲａは、１μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．１５μｍ以上０．４５μｍ以下である。これにより、更に効果的に摩耗を抑制することが可能となる。
【００８６】
前記転動体及び／又は前記軌道輪の表面層に、２〜３０体積％の残留オーステナイト（γＲ）を有することが好ましい。残留オーステナイト（γＲ）量を上記の量にすることで、ショットピーニング加工後の表面形状における凸部を低減することができ、更なる長寿命化が達成される。
本発明に係る転がり軸受によれば、微量油又は枯渇潤滑下のような潤滑条件が悪い使用条件下においても寿命の延長を図ることができる。
【００８７】
以下、図面を参照して、第三の実施形態について詳細に説明する。
〔第三の実施形態のＡ〕
図６は、第三の実施形態のＡに係るスラスト針状ころ軸受２０１の構成を示す部分断面図である。このスラスト針状ころ軸受２０１は、図示しない軸に固定される内輪２１０と図示しないハウジングに固定される外輪２１２とを備えており、該両輪２１０、２１２の対向する軌道面２１０ａ、２１２ａの間に転動自在に配設された転動体としての複数の針状ころ２１４が保持器２１６によって保持されている。
【００８８】
このスラスト針状ころ軸受２０１は、ころ直径３．５ｍｍ、長さ５．８ｍｍの針状ころ２１４とされ、針状ころ２１４の数は２８個で保持器２１６によって周方向に等配に保持されている。スラスト針状ころ軸受２０１の外径は６７ｍｍ、内径は４２ｍｍである。軸受の材料は、内外輪２１０，２１２及び針状ころ２１４はＳＵＪ２、保持器２１６はＳＰＣＣとし、必要に応じて浸炭もしくは浸炭窒化を施した。また、内外輪２１０，２１２は、熱処理後にバリ取とつや出しを目的としてバレル加工で仕上げ、針状ころ２１４は、研削後につや出しを目的としてバレル加工を行って仕上げている。
【００８９】
前記転動体の表面及び／又は前記軌道輪の軌道面には、ＭｏＳ２、Ｓｎ、ＢＮ、及びＷＳ２からなる群から選択された少なくとも一種からなる固体潤滑剤による被膜が形成されている。なお、固体潤滑剤として、上記以外にも、同様な効果を得ることができれば上記の固体潤滑剤に限定されることはなく、他の固体潤滑剤を使用することもできる。他の固体潤滑剤の具体例としては、ポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、金属石鹸、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、錫合金、銅合金等を挙げることができる。
【００９０】
前記固体潤滑剤の平均粒子径は、１〜１００μｍであることが好ましく、１〜６０μｍであることがより好ましく、２〜６０μｍであることが更に好ましい。
固体潤滑剤被膜の形成は、ショットピーニング加工により行うことができる。ショットピーニング加工の条件は、噴射圧力１９６〜１４７０ｋＰａ（より好ましくは３９２〜１４７０ｋＰａ）、噴射時間１０〜２０分、被投射材重量１〜６ｋｇとすることが好ましい。
【００９１】
また、本実施形態に係るスラスト針状ころ軸受２０１は、針状ころ２１４及び／又は内外輪２１０，２１２の軌道面２１０ａ，２１２ａに、前処理として中心線平均粗さＲａが０．１５〜０．４５μｍの凹凸をつけた後に、固体潤滑剤被膜を形成した。
前処理には、バレル加工、ショットピーニング加工等、第一の実施形態と同様の方法を採用することができる。
【００９２】
前記固体潤滑剤被膜の被膜厚さは、０．０５〜８μｍであることが好ましく、０．５〜５μｍであることがより好ましく、０．５〜３μｍであることが更に好ましい。
本実施形態に係るスラスト針状ころ軸受２０１について、固体潤滑剤のショット後に、第一の実施形態と同様にして硬さを測定したところ、５〜２０％の硬さの向上が認められた。
これらの固体潤滑剤被膜の厚さや面積率及び母材最表面からの硬さ勾配は、本発明に係るスラスト針状ころ軸受を特徴付ける値であり、実施例に係るスラスト針状ころ軸受によって得られる効果に関係すると考えられる。
【００９３】
また、針状ころ２１４及び／又は内外輪２１０，２１４の軌道面２１０ａ，２１２ａの残留オーステナイト（γＲ）量は、２〜３０体積％であることが好ましく、１０〜３０体積％であることがより好ましく、２０〜３０体積％であることが更に好ましい。γＲ量を上記の範囲とすることで、ショットピーニング加工後の表面形状を最適化して、より一層の長寿命化が達成される。
【００９４】
〔第三の実施形態のＢ〕
図７は、第三の実施形態のＢに係るスラスト針状ころ軸受２１０を適用したカーエアコンディショナー用コンプレッサ２０２の断面図である。図７において、カーエアコンディショナー用のコンプレッサ２０２である容量可変式のコンプレッサは、ハウジング２２０に対して駆動軸２２２を回転自在に嵌挿し、この駆動軸２２２に対して斜板２２４を傾斜角度可変に連結し、この斜板２２４に対しウォブル板２２６を摺動自在に取付けてある。
【００９５】
斜板２２４とウォブル板２２６との間には、スラスト軸受２２８が配設されている。ウォブル板２２６には、複数のピストンロッド２３０の一端が円周方向等間隔に取付けてあり、このピストンロッド２３０の他端はピストン２３２に連結している。このピストン２３２は、ハウジング２２０内に設けられたシリンダ２２０ａの内部で揺動するように設けられ、このシリンダ２２０ａのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。
【００９６】
駆動軸２２２の図面右端は、クラッチ機構ＣＭを介してプーリ２３４に連結されており、駆動軸２２２のプーリ２３４側外周には、一体的に回転するようにスラスト板２３６が圧入され、スラスト板２３６とハウジング２２０との間には、スラスト針状ころ軸受２０１が配置されている。このコンプレッサ系内は真空排気された後、冷媒及び潤滑油が封止されている。
【００９７】
クラッチ機構ＣＭがオンされると、カーエアコンディショナー用コンプレッサ２０２の動作が開始する。かかる場合、図示しないベルトによりプーリ２３４が駆動すると、駆動軸２２２が回転駆動し、それにより斜板２２４が回転すると、ウォブル板２２６が、いわゆるみそすり的動作をし、ピストンロッド２３２を介してピストン２３０を軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている。
このとき、駆動軸２２２には、冷媒ガスの圧縮力がスラスト力として伝達され、スラスト針状ころ軸受２０１は、スラスト板２３６とハウジング２２０との間で、かかるスラスト力を支持するようになっている。
【００９８】
なお、ピストン２３２の動作に伴って発生する冷媒ブローバイガスが、図７で矢印方向に流れ、その冷媒ブローバイガスに含まれたミスト状の潤滑油を用いて、各部の潤滑を行う。このとき、スラスト針状ころ軸受２０１は、ピストン２３２から離れた位置に配設されているので十分な潤滑油がスラスト針状ころ軸受２０１に行き渡らず、潤滑条件的には厳しくなっている。
そのため、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面に、ＭｏＳ２、Ｓｎ、ＢＮ、及びＷＳ２からなる群から選択された少なくとも一種からなる固体潤滑剤被膜が形成されていない従来のスラスト針状ころ軸受は、一旦油膜破断が起きると金属接触が発生し、凝着摩耗が進行していた。
【００９９】
これに対し、第三の実施形態のＢに係るスラスト針状ころ軸受２０１は、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面にＭｏＳ２、Ｓｎ、ＢＮ、及びＷＳ２からなる群から選択された少なくとも一種からなる固体潤滑剤被膜が形成されているため、特に面圧が高いとされる領域Ｒ（図６中、ダブルハッチングで示す）において、摩耗を抑制することができる。
【０１００】
また、固体潤滑剤被膜が、針状ころ２１４の表面及び／又は内外輪の軌道面２１０ａ，２１２ａの面積率で７５％以上の部分に付着している。被膜面積率が７５％未満の場合は摩耗が大きくなり、満足のいく寿命が得られない。
〔第三の実施形態のＣ〕
図８は、第三の実施形態のＣに係る深溝玉軸受２０３の断面図である。この深溝玉軸受２０３は、例えば、図７における駆動軸２２２の図面左側に配設されているスラスト軸受２３８に代えて使用することができる。
【０１０１】
図８に示すように、本実施形態に係る深溝玉軸受２０３は、図７に示す駆動軸２２２に取り付けられる内輪２４０と、図７に示すハウジング２２０に取り付けられる外輪４２と、これら駆動輪としての内外輪２４０，２４２の間に転動自在に配置された転動体としての玉２４４と、複数の玉２４４を周方向に等間隔に保持する保持器２４６とからなる。
保持器２４６は、２枚の鋼板を折り曲げて組み合わせて形成されているが、その他樹脂で形成しても作用は同じである。
第三の実施形態のＡに係るスラスト針状ころ軸受２０１と同様に、本実施形態に係る深溝軸受２０３においても、同様の処理が有効である。
【０１０２】
〔実施例〕
表４に示すように、前処理の有無、被膜部位、被膜厚さ、被膜面積率、残留オーステナイト（γＲ）量、及び中心線平均粗さを適宜変更して、平均粒径４５μｍの錫を用いて各種スラスト針状ころ軸受を製造した。製造方法は、第一の実施形態と同様である。
残留オーステナイト量（表面γＲ量）の測定は、Ｘ線分析装置を用いて行った。なお、本実施形態における表面γＲ量における「表面」とは、転動面の最表面から２０μｍの深さまでの部分を意味する。
【０１０３】
【表４】
2011021756.tif 000006
【０１０４】
［試験例１］摩耗試験（組み立て高さ減少量の測定）
上記実施例及び比較例のスラスト針状ころ軸受を用い、以下の要領で摩耗試験（組み立て高さ減少量の測定）を行った。なお、転動体及び軌道輪は、軸受鋼（ＳＵＪ２）で構成され、焼入れ（８２０〜８３０℃で０．５〜１時間）及び焼戻し（１６０〜２００℃で１〜２時間）を施した。また、必要に応じて浸炭又は浸炭窒化を施した。更に、内外輪には上記熱処理（焼き入れ及び焼き戻し）後に、バリ取りとつや出しを目的としたバレル加工を行い、ころには研削後につや出しを目的としたバレル加工を行った。
【０１０５】
試験条件
供試軸受サイズ（内径×外径×高さ）：４０×６０×５（ｍｍ）
アキシャル荷重（スラスト力）：１５００Ｎ
回転速度：４０００ｍｉｎ−１
保持器形式：図６に示す１枚保持器
供試時間：５００ｈ
雰囲気：ＨＣＦＣ１３４ａ（ポリアルキレングルコール含有）
組み立て高さの減少量の測定は、試験前後のスラスト針状ころ軸受の組み立て高さｈ（図６参照）を測定し、試験前の高さから試験後の高さを差し引くことにより求めた。結果を表５に示す。
【０１０６】
［試験例２］寿命の評価
上記実施例及び比較例のスラスト針状ころ軸受を用い、以下の要領で寿命の評価を行った。試験に使用した軸受用の寿命試験機は、第一の実施形態で使用したものと同様である。以下の条件で試験を行った。
試験条件
Ｐｍａｘ：１１０００ＭＰａ
回転速度：３０００ｍｉｎ−１
潤滑油  ：ＶＧ１０相当
【０１０７】
なお、試験は試験片（軸受）の振動値が初期値の２倍に達した時点で中断し、試験片（軸受）を観察してピーリングの発生を確認した時点を寿命とした。また、それぞれの実施例や比較例につき３〜５回試験を行い、その結果からワイブルプロットを作成して、Ｌ１０寿命（定格寿命）を求めた。そして、比較例９の寿命値を１として、他の実施例と比較例の寿命比を求めた。結果を表５に示す。
【０１０８】
【表５】
2011021756.tif 000007
【０１０９】
実施例１〜３６に係るスラスト針状ころ軸受は、組み立て高さ減少量に関して、従来品（比較例５及び６）の１０倍以上の耐摩耗性を示すことが判明した。また、寿命に関しては、従来品の１．５倍以上の長寿命化が達成されることが判明した。これは、ショットピーニング加工で被膜厚さ０．０５〜８μｍ、被膜面積率７５％以上の固体潤滑剤被膜を形成することにより、金属間接触や接線力を効果的に抑えたこと、及び母材の最表面部の硬さが増大したことが複合的に作用したためと推測された。
【０１１０】
また、実施例９〜３５に係るスラスト針状ころ軸受は、組み立て高さ減少量に関して、固体潤滑剤をショットピーニング加工する前にショットピーニング加工やバレル加工により前処理を行ったものは粗さＲａが０．１５〜０．４５μｍと前処理を行わないものよりも大きく、従来品の１０倍以上の耐摩耗性を示すことが判明した。寿命に関しては、比較例の２．５倍以上と更に長寿命化が達成されることが判明した。これは、被膜を施す表面の粗さＲａを０．１５〜４．０μｍの範囲で粗くしたことにより、固体潤滑剤のトラップ効果が高まり、固体潤滑剤の効果を持続することができるためと推測された。
【０１１１】
また、実施例１７〜２４に係るスラスト針状ころ軸受は、組み立て高さ減少量に関して、γＲ量を８〜２５％としたものは摩耗量が特に少なく、比較例の１／６０の摩耗量であった。寿命に関しては、寿命比が５．０以上とさらに長寿命化が達成されることが判明した。この理由を明らかにするため、光干渉型三次元形状測定機を用いた調査を行ったところ、母材中に軟質なγＲが８〜２５％の範囲で存在すれば、ショット後の表面凸部が低減されることが判明し、これにより金属間接触を抑える効果がより十分に発揮できたためと推測された。
しかしながら、実施例２５〜２７に示すように、γＲ量を２５％より多くすると、母材の硬さが低下するため、耐摩耗性能は低下する傾向にあり、寿命比は５を下回ることが判明した。
【０１１２】
一方、比較例１は被膜厚さが０．０５μｍ未満と十分な被膜厚さが得られなかったため、耐摩耗性能が得られず、寿命比も低かった。
比較例２も摩耗が大きかったが、これは被膜厚さが８μｍより大きく、局所的に凝集した部分があったため、転動中に被膜が剥れて摩耗が大きくなり、短寿命となったものである。
比較例３及び４はともに被膜の面積率が７５％未満と不十分であったため摩耗が大きく、寿命比も低かった。
【０１１３】
比較例５、６は従来品の例で、前処理でショットピーニング加工を行ったのみで、固体潤滑剤を用いたショットピーニング加工を行わなかったため十分な耐摩耗性を得ることができず、短寿命となった例である。
比較例７はバレル加工仕上げを行わすに研削で仕上げたもの、比較例８はバレル加工仕上げのものであり、いずれも固体潤滑剤を用いたショットピーニング加工を行っていないため摩耗が大きく、寿命比は低かった。
【０１１４】
以上説明したように、本発明によれば、転動体の表面及び／又は軌道輪の軌道面を固体潤滑剤で被覆し、かつ、被膜面積率を７５％以上とすることで、摩耗が低減し長寿命化が可能となる。更に、被膜厚さを０．０５〜８μｍとし、固体潤滑剤を用いたショットピーニング加工の前処理としてのショットピーニング加工やバレル加工を行い、中心線平均粗さＲａを０．１５〜０．４５μｍとし、残留オーステナイト（γＲ）量を８〜２５％とすることで、さらなる長寿命化が達成可能である。
本発明に係る転がり軸受は、上述したカーエアコンディショナー用コンプレッサのほか、産業用、家庭用を問わず冷媒を圧縮するコンプレッサ等に好適に利用可能である。特に、自然冷媒コンプレッサの場合は、冷媒中の酸素分圧が低いため、より効果が明確になる。
【０１１５】
〔第四の実施形態〕
本発明の転動装置に用いられる転動部材（内方部材，外方部材，及び転動体）は、以下のようにして製造することができる。
すなわち、金属からなる素材を所定形状に加工する工程と、熱処理を施す工程と、１００℃以上３００℃以下の条件でショットピーニング処理を施すことにより、転がり面をなす少なくとも一部の表面に、面積率７５％以上の潤滑被膜（以降は固体潤滑被膜と記すこともある）を形成する工程と、を有することを特徴とする転動装置の転動部材の製造方法である。
【０１１６】
本発明によれば、転動部材に対するショットピーニング処理を特定の条件で行うことにより、転動部材の母相が塑性変形を起こして、固体潤滑被膜をなすショット材が母相に拡散結合し易くなるため、転動部材の表面に拡散層を含む強固な固体潤滑被膜を密着して形成できる。また、転動部材の表面に形成する固体潤滑被膜の面積率を特定することにより、転動部材の表面に固体潤滑被膜を密着して形成できるとともに、転動部材に必要な潤滑性を付与できる。
したがって、スミアリング、焼付き、摩耗、ピーリング等の表面損傷が、転動部材に生じ難くなるとともに、固体潤滑被膜の剥離によって生じる音響不良や振動不良を抑制できる。
【０１１７】
なお、ショットピーニング処理の条件は、転動部材の表面に１００℃以上３００℃以下の条件で固体潤滑被膜を形成するのであれば特に限定されない。具体的には、転動部材自身を１００℃以上３００℃以下の温度に加熱した状態で固体潤滑被膜を形成してもよいし、固体潤滑被膜をなすショット材自身を１００℃以上３００℃以下の温度に加熱した状態で転動部材の表面に衝突させ固着させてもよいし、ショットピーニング処理を行う雰囲気全体を１００℃以上３００℃以下の温度に加熱してもよい。
ショットピーニング処理が１００℃以上で行われると、転動部材をなす母相の塑性変形が生じやすくなり、固体潤滑被膜をなすショット材が母相に拡散しやすくなる。一方、ショットピーニング処理が３００℃以下であれば、転動部材をなす母相の変形が少ない。
【０１１８】
また、本発明に係る転動装置の転動部材の製造方法においては、処理温度以外は第一の実施形態と同様に行うことが好ましい。
本発明に係る転動装置の転動部材の製造方法によれば、転動部材に特定の温度条件でショットピーニング処理を施して、転がり面をなす少なくとも一部の表面に特定面積率の固体潤滑被膜を形成することにより、転動部材の表面に固体潤滑被膜を密着して形成できる。そのため、表面損傷が生じ難い転動部材を製造できる。
【０１１９】
また、本発明に係る転動装置の製造方法によれば、固体潤滑被膜の膜厚や、固体潤滑被膜を形成する表面の形状をさらに特定することにより、転動部材の表面に固体潤滑被膜をさらに密着して形成できる。そのため、表面損傷がさらに生じ難い転動部材を製造できる。
よって、本発明の製造方法で製造された転動部材を用いることにより、例えば、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用した場合でも、転がり疲れ寿命が長い転動装置を提供できる。
【０１２０】
以下、第四の実施形態について説明する。第四の実施形態のスラスト針状ころ軸受の構成は、図１の第一の実施形態と同様である。スラスト針状ころ軸受の軸受寸法は、内径が４５ｍｍ、外径が８２ｍｍで、幅が５．５ｍｍとした。
本実施形態では、スラスト針状ころ軸受の内輪（内方部材）、外輪（外方部材）、及び針状ころ（転動体）を、以下に示すようにして作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を内輪、外輪、及び針状ころの各形状に加工し、８４０℃の混合ガス雰囲気（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）で３時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪、外輪、及び針状ころの各表層部（表面から２５０μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とし、前記表層部の硬さをＨＲＣ５８〜６７（Ｈｖ６５３〜９００）に調整した。
【０１２１】
次に、このようにして得られた針状ころに対して、第一の実施形態と同様の処理を行い、表面に錫を被覆して、表６に示すＮｏ．１〜３７の針状ころを完成させた。
さらに、固体潤滑被膜が形成された後の針状ころにおいて、第一の実施形態と同様に硬さを測定したところ、５〜２０％の硬さの向上が認められた。
なお、表６中で比較例として示すＮｏ．２７の針状ころは、その表面に前処理（バレルＡ）を行って、上述した特許文献１に記載のディンプル（最大表面粗さＲａが１．０μｍ，表面粗さのパラメータＳＫ値が−２．０，ディンプルの平均面積が８０μｍ２，ディンプルの面積率を２５％）を形成したが、固体潤滑被膜を形成していないものである。
【０１２２】
続いて、このようにして得られた内輪、外輪及び針状ころと、ＳＰＣＣ製の保持器とを用いて、スラスト針状ころ軸受を組み立てた。そして、このスラスト針状ころ軸受に対して、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。この寿命試験は、図３に示すスラスト型寿命試験機を用いて行った。このスラスト型寿命試験機の構造は、第一の実施形態において述べた通りであるので、その説明は省略する。
【０１２３】
この寿命試験は、初期振動値の５倍に達するか、外輪の外径温度が１５０℃に達するまでスラスト針状ころ軸受を回転させることにより行い、試験開始から試験終了までの時間を寿命とした。
さらに、この寿命試験は、各実施例においてそれぞれ１０回ずつ行い、その平均寿命を算出した。そして、比較例であるＮｏ．２７の針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受の寿命を１とした時の比として、表６に併せて示した。
【０１２４】
このとき、初期振動値の５倍に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、実体顕微鏡で損傷の有無を確認し、損傷が見られた場合には試験を終了して、初期振動値の５倍に達した時間を寿命とし、損傷が見られなかった場合には試験を再開した。また、外輪の外径温度が１５０℃に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、焼付きによる損傷が生じたものとして判断して試験を終了し、外輪の外径温度が１５０℃に達するまでの時間を寿命とした。
【０１２５】
〔寿命試験条件〕
荷重：動定格荷重の１２％（Ｐ／Ｃ＝０．１２）
回転速度：６５００ｍｉｎ−１
潤滑油：ＶＧ３２
周囲温度：室温（約２８℃）
軸受温度：外輪外径において１００〜１１０℃
油膜パラメータΛ：０．２〜０．３
【０１２６】
【表６】
2011021756.tif 000008
【０１２７】
表６に示すように、１００℃以上３００℃以下の条件でショットピーニング処理が施されて、表面に面積率で７５％以上の固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２６の針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受では、表面に固体潤滑被膜が形成されていないＮｏ．２７〜Ｎｏ．２９の針状ころや、上記範囲外の温度で加熱された状態で、固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．３０〜３３の針状ころや、固体潤滑被膜が上記範囲外の面積率で形成されたＮｏ．３４〜３７の針状ころを用いた場合と比べて、転がり疲れ寿命が長く、Ｎｏ．２７の５．６倍以上であった。
【０１２８】
特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６とＮｏ．７，Ｎｏ．８の結果、及びＮｏ．９〜Ｎｏ．１５とＮｏ．１６の結果から、固体潤滑被膜の面積率を７５％以上とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
また、Ｎｏ．３とＮｏ．１７，Ｎｏ．１８の結果、及びＮｏ．１１とＮｏ．１９，Ｎｏ．２０の結果から、固体潤滑被膜の厚さを０．１０μｍ以上８．０μｍ以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
【０１２９】
さらに、Ｎｏ．１１とＮｏ．２１，Ｎｏ．２２の結果から、固体潤滑被膜を形成する表面のディンプルの深さを０．１０μｍ以上５．０μｍ以下に調整することにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
この理由としては、ディンプルの深さをショットピーニング処理により上記範囲内にすることにより、針状ころの表面に固体潤滑被膜がさらに密着して形成されるとともに、針状ころの表面の硬さが向上したためであると考えられる。
【０１３０】
さらに、Ｎｏ．３とＮｏ．２３，Ｎｏ．２４との結果、及びＮｏ．１１とＮｏ．２５，Ｎｏ．２６の結果から、表面の平均線中心粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
続いて、表６で示す結果のうち、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６と、Ｎｏ．３４〜Ｎｏ．３７の結果を用いて、固体潤滑被膜の面積率と寿命との関係を示す図９のグラフを作成した。図９に示すように、面積率で７５％以上の固体潤滑被膜を形成した針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受では、面積率で７５％未満の固体潤滑被膜を形成した針状ころを用いた場合と比べて、長寿命であったことが分かる。
【０１３１】
また、ショットピーニング処理によりディンプルの深さを調節した後に固体潤滑膜を形成した針状ころを用いたスラスト針状ころ軸受では、前処理を行わずに固体潤滑被膜を形成した針状ころを用いた場合よりも長寿命であったことが分かる。
以上の結果から、特定の温度条件でショットピーニング処理が施され、表面に特定面積率の固体潤滑被膜が形成された針状ころを用いることにより、油膜パラメータΛが３以下の潤滑状態が不良の環境下で使用した場合であっても、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。
また、針状ころの表面に形成する固体潤滑被膜の厚さや、表面のディンプルの深さ及び中心線平均粗さについても特定することにより、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命をさらに長くできることが分かった。
【０１３２】
なお、本実施形態では、本発明を、転動装置の一例であるスラスト針状ころ軸受に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明は、潤滑状態が不良な環境下で使用される転動装置で好適に用いることができる。このような転動装置としては、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、スラスト玉軸受等の玉軸受や、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、スラストころ軸受等のころ軸受があげられる。また、ボールねじ、リニアガイド、直動ベアリング等の直動装置や、トロイダル型無段変速機等の転がり軸受ユニットが挙げられる。
また、本実施形態では、本発明の製造方法を、スラスト針状ころ軸受の針状ころのみに適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明は、内輪のみや外輪のみに適用しても構わないし、内輪、外輪、及び針状ころのうち二つ以上に適用しても構わない。
【０１３３】
〔第五の実施形態〕
本発明は、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受等のころ軸受に適用することができる。
転がり軸受は、繰り返し剪断応力を受けて使用される。よって、転がり軸受を構成する転動部材（内輪、外輪、転動体）には、繰り返し剪断応力を受けても転がり疲れ寿命を長くできるように、高硬度、耐高負荷性、及び耐摩耗性が要求されている。
このような転動部材としては、通常、ＳＵＪ２等の軸受鋼や、ＳＣＲ４２０等の肌焼鋼に対して、焼入れ及び焼戻し処理が施されたり、浸炭又は浸炭窒化処理と焼入れ及び焼戻し処理が施されたりすることにより、転がり面をなす表層部の硬さをＨＲＣ５８〜６４としたものが用いられている。
【０１３４】
特に、大きな荷重が加わる回転部を支持する場合には、転動体として円錐ころ、円筒ころ、球面ころ等のころを用いたころ軸受が使用されている。
このようなころ軸受は、玉軸受と比較して、剛性が高く、より高荷重条件下で使用できるが、トルクが大きいため、使用時の回転速度が制限されるという問題がある。このため、ころ軸受の設計を工夫したり、潤滑油の供給方法を工夫したりすることにより、ころ軸受の低トルク化を実現するための技術が提案されている。
【０１３５】
日本国特許公開公報  ２００１年第１２４６１号では、接触角（外輪の軌道面が外輪の中心軸に対して傾斜している角度）αを２２〜２８°とし、円錐ころの大径側端部の直径Ｄａと円錐ころの長さＬとの比Ｄａ／Ｌを０．５１〜１．０とし、複数の円錐ころのピッチ円直径をｄｍとし、円錐ころの数をｚとした場合に、ｋ＝（ｄｍ／Ｄａ）・ｓｉｎ（１８０°／ｚ）で表されるころ数係数ｋを１．１６〜１．３２とすることにより、転がり疲れ寿命及び軸受の剛性を確保しつつ、低トルク化を実現しようとする技術が提案されている。
【０１３６】
日本国公開実用新案公報  平成６年第４０４６０号では、ころに加わる集中荷重の緩和を図るために、ころの中心部に回転軸線に沿う貫通孔を設けたころ軸受において、低トルク化を実現しようとする技術が提案されている。すなわち、ころの貫通孔の内周に螺旋溝を形成することにより、貫通孔内に蓄積された異物の排出を促進し、且つ、ころ自身の冷却能を高めて、ころ軸受の低トルク化を実現しようとする技術である。
【０１３７】
しかしながら、上述した両公報に記載の技術は、いずれも潤滑状態が良好な環境下で使用されるころ軸受を考慮してなされたものである。よって、上述した両公報に記載の技術を潤滑状態が良好ではない環境下で使用されるころ軸受に適用した場合には、軌道輪ところとの転がり面や、軌道輪やころと保持器との接触面で金属接触による摩耗が生じ、ころ軸受の低トルク化を実現するのは難しいという問題がある。
【０１３８】
このため、金属接触による摩耗の発生を抑制することにより、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であっても、ころ軸受の低トルク化を実現するための技術が提案されている。日本国特許公報  第３５６７９４２号では、内輪の軌道面、外輪の軌道面、転動体の転走面、及び保持器の案内面のうち少なくとも一つに、少なくとも二硫化モリブデン、四フッ化エチレンを含む固体潤滑被膜を結合剤を介して形成することが提案されている。
【０１３９】
しかしながら、日本国特許公報  第３５６７９４２号に記載の技術では、固体潤滑被膜を結合剤を介して形成しているため、固体潤滑被膜を構成する固体潤滑剤自体の性能が効果的に得られず、且つ、固体潤滑被膜が剥離し易いという問題がある。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であっても、低トルク化を実現できるころ軸受を提供することを課題としている。
【０１４０】
このような課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設されるころと、を備えたころ軸受において、前記内輪、前記外輪、及び前記ころのうち少なくとも一つにおいて、その転がり面を含む面積率で７５％以上の表面に、固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とするころ軸受を提供する。
これによれば、内輪、外輪、及びころのうち少なくとも一つの構成部材において、その転がり面を含む特定面積率の表面に固体潤滑被膜を形成したことにより、構成部材の表面に固体潤滑被膜を密着して形成できるため、この固体潤滑被膜が形成された構成部材に金属接触による摩耗が生じ難くなる。よって、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であっても、ころ軸受の低トルク化を実現できる。
【０１４１】
本発明のころ軸受において、前記固体潤滑被膜は、０．０５μｍ以上８．０μｍ以下の厚さで形成されていることが好ましい。これによれば、この固体潤滑被膜が形成された構成部材において、金属接触による摩耗の発生を効果的に抑制しつつ、ころ軸受の構成部材として必要な強度を確保できる。よって、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であっても、ころ軸受のさらなる低トルク化を実現できる。
ここで、固体潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ未満であると、構成部材において金属接触による摩耗の発生を効果的に抑制できなくなる。一方、８．０μｍ超過であると、構成部材に対して被膜の付着強度が得られなくなる。
【０１４２】
また、本発明のころ軸受において、前記固体潤滑被膜の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下であることが好ましい。
また、各実施形態に共通であるが、構成部材の表面に固体潤滑被膜をさらに密着して形成するため、ディンプルの形成前又は固体潤滑被膜の形成前の構成部材の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、１μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
さらに、本発明のころ軸受において、前記固体潤滑被膜は、０．１０μｍ以上５．０μｍ以下の深さの微小くぼみ（ディンプル）を有する表面に形成されていることが好ましい。
【０１４３】
これによれば、表面に形成された微小くぼみ（さらには、表面粗さを形成する微小な凹部に）に固体潤滑被膜が充填されて、構成部材の表面に固体潤滑被膜をさらに密着して形成できる。よって、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であっても、ころ軸受のさらなる低トルク化を実現できるとともに、優れた音響特性を実現できる。
ここで、表面の微小くぼみが０．１０μｍ未満であると、構成部材の表面と固体潤滑被膜との密着性が不十分になる。一方、５．０μｍを超えると、微小くぼみにより得られる効果が飽和する。
なお、本発明においてころ軸受の種類は特に限定されるものではなく、例えば、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、及び自動調心ころ軸受が挙げられる。
【０１４４】
また、本発明で用いられる構成部材は、特に限定されるものではなく、例えば、ＳＵＪ２等の軸受鋼や、ＳＣＲ４２０等の肌焼鋼や、ＳＵＳ４４０等のステンレス鋼に、焼入れ及び焼戻し処理を施したり、浸炭又は浸炭窒化処理と焼入れ及び焼戻しとを施したりしたものが挙げられる。
さらに、本発明における転がり面とは、相手部材との転がり面を指し、例えば、内輪及び外輪の軌道面や、ころの転動面を指す。
さらに、本発明において固体潤滑被膜は、少なくとも内輪及び外輪の軌道面や、ころの転動面を含む表面に形成されるのであれば特に限定されないが、少なくともころの転動面を含む表面に形成されることが好ましい。
【０１４５】
さらに、本発明で用いられる固体潤滑被膜の素材としては、ころ軸受の構成部材の表面被膜として用いられた場合に必要な強度を有し、且つ、固体潤滑被膜が形成される構成部材と密着性がよいものであれば特に限定されない。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化カーバイド、スズ、スズ合金、ニッケル、銅合金、純鉄、純銅、純クロムが挙げられる。
さらに、本発明において固体潤滑被膜を形成する方法は、特に限定されるものではなく、第一の実施形態と同様にして形成できる。
【０１４６】
また、本発明のころ軸受によれば、固体潤滑被膜の膜厚や、固体潤滑被膜を形成する表面の形状をさらに特定することにより、潤滑状態が良好ではない環境下で使用された場合であってもさらなる低トルク化を実現できる。
以下、第五の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１０に示す本実施形態の円錐ころ軸受３１０は、日本精工株式会社製の呼び番号ＨＲ３０３０７Ｃ（内径：３５ｍｍ，外径：８０ｍｍ，最大幅：２２．７５ｍｍ）の円錐ころ軸受である。
この円錐ころ軸受３１０は、内輪軌道面（転がり面）３０１ａを有する内輪３０１と、外輪軌道面（転がり面）３０２ａを有する外輪３０２と、内輪軌道面３０１ａ及び外輪軌道面３０２ａ間に転動自在に配設され、転動面（転がり面）３０３ａを有する円錐状の複数のころ３０３と、ころ３０３を転動自在に保持する保持器３０４と、からなる。
【０１４７】
また、この円錐ころ軸受３１０では、内輪３０１の軸方向両端部に鍔部３０１Ａ，３０１Ｂが形成されており、この鍔部３０１Ａ，３０１Ｂに対してころ３０３の軸方向端面が転がり接触した状態で案内されるように構成されている。
内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３は、以下に示すようにして作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３の各形状に加工し、８４０℃の混合ガス雰囲気（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）で３時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３の各表層部（表面から２５０μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とし、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。
【０１４８】
次に、このようにして得られたころ３０３に対して、第一の実施形態と同様の処理を行い、表７に示すＮｏ．１〜２７のころ３０３を完成させた。
固体潤滑剤としてＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径３μｍの二硫化モリブデンを大気中で加速して噴射することにより、ころ３０３の転動面３０３ａを含む表面に固体潤滑被膜を形成した。
【０１４９】
また、表７中に示す被膜形成方法「焼成」とは、上述した日本国特許公報  第３５６７９４２号に記載のものと同様の方法である。すなわち、結合剤としてポリアミドイミドを混入させたアルコール系溶剤中に、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを添加して調整したサスペンジョン液を噴射した後、熱処理により焼成させることにより、ころ３０３の転動面３０３ａを含む表面に固体潤滑被膜を形成した処理である。
【０１５０】
さらに、固体潤滑被膜が形成された後のころ３０３において、第一の実施形態と同様に硬さを測定したところ、５〜２０％の硬さの向上が認められた。
続いて、このようにして得られた内輪３０１、外輪３０２及びころ３０３と、ＳＰＣＣ製の保持器３０４とを用いて、円錐ころ軸受３１０を組み立てて、以下に示す条件で回転試験を行った。
【０１５１】
この回転試験は、図１１に示す縦型内輪回転式試験機を用いて行った。この試験機は、図１１に示すように、主軸３２１と、この主軸３２１の軸方向一端部３２１ａに設けられた支持軸受３２２と、本体部３２３と、この本体部３２３の軸方向上端面に設けられた静圧軸受３２４と、からなり、試験軸受である円錐ころ軸受３１０の内輪３０１を主軸３２１に内嵌させ、外輪３０２を本体部３２３に内嵌させた状態で使用されるように構成されている。
【０１５２】
また、静圧軸受３２４の上方からはアキシャル荷重Ｆａを付与できるように構成されている。さらに、本体部３２３の側面には、棒材３２５を介してロードセル３２６が接続されており、本体部３２３に加わる動摩擦トルクを検出できるように構成されている。さらに、本体部３２３の側面には、試験軸受である円錐ころ軸受３１０の転がり面に潤滑油Ｊを供給するための通路３２７と、転がり面の温度を検出するための熱電対３２８とが設けられている。
【０１５３】
また、この回転試験は、通常量（３００ｍｌ／ｍｉｎ）よりも少ない量の潤滑油Ｊを供給しつつ、以下に示す条件で内輪３０１を回転させることで行い、内輪３０１を一定時間（２４時間）回転させた後の軸受トルクを測定した。この結果は、比較例であるＮｏ．２２のころ３０３を用いた円錐ころ軸受３１０の軸受トルクを１とした時の比として、表７に併せて示した。
【０１５４】
〔回転試験条件〕
荷重：９．８ｋＮ
回転速度：１５００ｍｉｎ−１
潤滑油：タービン油（ＩＳＯ  ＶＧ３２）
軸受油量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
潤滑油温度：３０±３℃
【０１５５】
【表７】
2011021756.tif 000009
【０１５６】
表７に示すように、面積率で７５％以上の表面にショットピーニング処理により固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２１のころ３０３を用いた円錐ころ軸受３１０では、表面に焼成により固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．２２のころ３０３や、表面に固体潤滑被膜が形成されていないＮｏ．２３のころ３０３や、固体潤滑被膜が上記範囲外の面積率で形成されたＮｏ．２４〜２７のころ３０３を用いた場合と比べて、軸受トルクが小さく、Ｎｏ．２２の０．５９倍以下であった。
【０１５７】
特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．６との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１３との結果から、固体潤滑被膜の面積率を７５％以上とすることにより、軸受トルクがさらに小さくなっていることが分かる。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．１４，Ｎｏ．１５との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１６，Ｎｏ．１７との結果から、固体潤滑被膜の厚さを０．１μｍ以上８．０μｍ以下とすることにより、軸受トルクがさらに小さくなっていることが分かる。
【０１５８】
さらに、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１８，Ｎｏ．１９との結果から、固体潤滑被膜を形成する表面のディンプルの深さを０．１０μｍ以上５．０μｍ以下に調整することにより、軸受トルクがさらに小さくなっていることが分かる。
さらに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．２０との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．２１との結果から、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とすることにより、軸受トルクがさらに小さくなっていることが分かる。
【０１５９】
続いて、表７で示す結果のうち、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３と、Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２７の結果を用いて、固体潤滑被膜の面積率と軸受トルクとの関係を示す図１２のグラフを作成した。
図１２に示すように、転動面３０３ａを含む部分に面積率で７５％以上の固体潤滑被膜を形成したころ３０３を用いた円錐ころ軸受３１０では、面積率で７５％未満の固体潤滑被膜を形成したころ３０３を用いた場合と比べて、軸受トルクが小さくなっていることが分かる。
【０１６０】
また、ディンプルの深さを調節するための前処理を行った後に固体潤滑被膜を形成したころ３０３を用いた円錐ころ軸受３１０では、前処理を行わずに固体潤滑被膜を形成したころ３０３を用いた場合と比べて、軸受トルクが小さくなっていることが分かる。
以上の結果から、転動面３０３ａを含む部分に面積率で７５％以上の固体潤滑被膜が形成されたころ３０３を用いることにより、潤滑状態が良好ではない環境下で使用した場合であっても、円錐ころ軸受３１０の軸受トルクを小さくできることが分かった。
【０１６１】
また、ころ３０３の表面に形成する固体潤滑被膜の厚さや、表面のディンプルの深さ及び中心線平均粗さについても特定することにより、潤滑状態が良好ではない環境下で使用した場合であっても、円錐ころ軸受３１０の軸受トルクをさらに小さくできることが分かった。
なお、本実施形態では、本発明を、円錐ころ軸受３１０のころ３０３のみに適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明を、内輪３０１のみや、外輪３０２のみに適用しても構わないし、内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３のうち二つ以上に適用しても構わない。
【０１６２】
また、本実施形態では、本発明のころ軸受の一例として単列円錐ころ軸受をあげて説明したが、これに限らず、本発明は、潤滑状態が良好ではない環境下で使用されるその他のころ軸受にも好適に用いることができる。例えば、本発明は、図１３に示すように、背面組合せ型円錐ころ軸受や正面組合せ型円錐ころ軸受に適用してもよい。また、本発明は、図１４に示すように、各種円筒ころ軸受に適用してもよいし、公知の自動調心ころ軸受に適用してもよい。
【０１６３】
〔第六の実施形態〕
本発明は、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受等のころ軸受、特に、内輪及び外輪のうち少なくとも一つの軌道輪にころを支持する鍔部が形成されたころ軸受に適用することができる。第五の実施形態との差異は、鍔部ところの端面のみ、鍔部のみ、又はころの端面のみに、固体潤滑被膜を設けた点である。
【０１６４】
鍔部を有する軸受においては、軌道面ところとの間の潤滑油膜が十分に形成されていても、鍔部ところとの摺接面に潤滑油膜が十分に形成されないと、ころにスキューが生じて、鍔部ところとの摺接面が外周側にずれやすい。そして、このずれが大きくなると、鍔部ところとの摺接面が小さくなり、摺接面全体の接触圧が増大して潤滑油膜の膜厚が薄くなるとともに、エッジ応力が作用して潤滑油膜が破断し易くなる。この結果、鍔部ところとの摺接面に金属接触が生じ易くなり、かじりや焼付き等の表面損傷が生じ易くなることがある。
【０１６５】
以下、第六の実施形態について説明する。第五の実施形態と同様の処理を、ころを整列状態にして行い、ころの端面のみに二硫化モリブデン被膜を形成した。その後、第五の実施形態と同様に、以下の条件で試験を行った。
〔焼付き試験条件〕
荷重：９．８ｋＮ
回転速度：３００ｍｉｎ−１
潤滑油：タービン油（ＩＳＯ  ＶＧ３２）
軸受油量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
潤滑油温度：３０±３℃
【０１６６】
【表８】
2011021756.tif 000010
【０１６７】
表８に示すように、大径側端面に面積率で７５％以上の表面にショットピーニング処理により固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２１のころを用いた円錐ころ軸受では、表面にスプレー噴射により固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．２２のころや、表面に固体潤滑被膜が形成されていないＮｏ．２３，Ｎｏ．２４のころや、固体潤滑被膜が上記範囲外の面積率で形成されたＮｏ．２５〜Ｎｏ．２８のころを用いた場合と比べて、焼付き時間が長く、Ｎｏ．２２の３．７倍以上であった。
【０１６８】
特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．６との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１３との結果から、ころの大径側端面に形成する固体潤滑被膜の面積率を７５％以上９５％以下とすることにより、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．１４，Ｎｏ．１５との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１６，Ｎｏ．１７との結果から、固体潤滑被膜の厚さを０．１μｍ以上８．０μｍ以下とすることにより、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
【０１６９】
さらに、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．１８，Ｎｏ．１９との結果から、固体潤滑被膜を形成する表面のディンプルの深さを０．１０μｍ以上５．０μｍ以下に調整することにより、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
さらに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５とＮｏ．２０との結果、及びＮｏ．７〜Ｎｏ．１２とＮｏ．２１との結果から、ころの大径側端面をなす表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とすることにより、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
【０１７０】
続いて、表８で示す結果のうち、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３と、Ｎｏ．２５〜Ｎｏ．２８の結果を用いて、ころの大径側端面に形成された固体潤滑被膜の面積率と焼付き時間との関係を示す図１３のグラフを作成した。
図１３に示すように、大径側端面に面積率７５％以上の固体潤滑被膜を形成したころを用いた円錐ころ軸受では、面積率７５％未満の固体潤滑被膜を形成したころを用いた場合と比べて、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
【０１７１】
また、ディンプルの深さを調節するための前処理を行った後に固体潤滑被膜を形成したころを用いた円錐ころ軸受では、前処理を行わずに固体潤滑被膜を形成したころを用いた場合と比べて、焼付き時間がさらに長くなっていることが分かる。
以上の結果から、大径側端面に面積率で７５％以上の固体潤滑被膜が形成されたころを用いることにより、鍔部ところとの摺接面に潤滑油膜が十分に形成され難い環境下で使用された場合であっても、その摺接面に焼付きが生じ難く、円錐ころ軸受の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。
【０１７２】
また、ころの大径側端面をなす表面に形成する固体潤滑被膜の厚さや、その表面のディンプルの深さ及び中心線平均粗さについても特定することにより、鍔部ところとの摺接面に潤滑油膜が十分に形成され難い環境下で使用された場合でも、円錐ころ軸受の転がり疲れ寿命をさらに長くできることが分かった。
なお、本実施形態では、固体潤滑被膜を、円錐ころ軸受のころの大径側端面をなす表面のみに形成した場合について説明したが、これに限らず、固体潤滑被膜を、ころの大径側端面をなす表面に加えて、ころの小径側端面をなす表面に形成してもよいし、ころと摺接する鍔部が形成された内輪の内側面に形成しても構わない。
【０１７３】
また、本実施形態では、本発明を、ころと摺接する鍔部が内輪に形成された円錐ころ軸受に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明を、ころと摺接する鍔部が外輪に形成された円錐ころ軸受に適用しても構わない。
さらに、本実施形態では、本発明のころ軸受の一例として単列円錐ころ軸受をあげて説明したが、これに限らず、本発明は、鍔部ところとの摺接面に潤滑油膜が十分に形成され難い環境下で使用されるその他のころ軸受に適用しても構わない。例えば、図示しないが、公知の円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受等に適用しても構わない。
【０１７４】
〔第七の実施形態〕
本発明は、タペットローラ軸受、特に、内燃機関の燃料噴射装置や給排気弁駆動装置等の被駆動部品に好適に使用されるタペットローラ軸受に適用することができる。
エンジン内部での摩擦低減を図り、燃料消費率を低減することを目的として、クランクシャフトと同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復運動に変換する部分に、タペットローラ軸受を利用することが一般的に行われている。
【０１７５】
例えば、日本国特許公開公報  ２０００年第３４９０７号には、このようなタペットローラ軸受の構造が開示されている。すなわち、エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに固定したカムに対向して、このカムの動きを受ける揺動部材であるロッカーアームが設けられている。このロッカーアームの端部には、一対の支持壁部が互いに間隔を開けて設けられており、この一対の支持壁部の間には鋼製の支持軸が掛け渡されている。この支持軸は、カムの外周面に当接するタペットローラの貫通孔に挿通されており、タペットローラを回転自在に支持している。
【０１７６】
エンジンの運転時には、カムの外周面とタペットローラの外周面、及び、支持軸の外周面とタペットローラの内周面が転がり接触するので、これらの部分はエンジンオイルによって潤滑される。このような構成のタペットローラ軸受が組み込まれたエンジンの動弁機構によれば、ロッカーアームとカムとの間に働く摩擦力が低減されるので、エンジン運転時における燃料消費率の低減が図られる。
【０１７７】
このようなタペットローラ軸受を構成するタペットローラの外周面と相手部材であるカムの外周面との転がり接触部、及び、タペットローラの内周面と相手部材である支持軸の外周面との転がり接触部には、回転時に希薄な潤滑環境下で大きな力が加わるため、これら転がり接触部に摩耗やピーリング等の表面損傷が生じるという問題がある。そこで、両転がり接触部の潤滑性を向上させる様々な工夫が、従来からなされている。
【０１７８】
例えば、日本国特許公報  第２７５８５１８号（以降は文献８−２と記す）には、タペットローラの外周面の表面損傷を低減する有効な手段として、滑り面にランダムに形成した微小なくぼみによる油溜まり効果（マイクロ弾性流体潤滑効果）によって、油膜保持性を向上させる技術が開示されている。また、日本国特許公報  第３４９６２８６号（以降は文献８−３と記す）には、タペットローラの内周面及び支持軸の外周面の表面損傷を低減する有効な手段として、固体潤滑剤被膜を熱硬化性樹脂とともに焼成することによりタペットローラ及び支持軸の表面に表面処理層を形成する技術が開示されている。
【０１７９】
しかしながら、文献８−２に開示の技術は、転動表面の形状を工夫して長寿命化を図ったものであり、表面損傷を低減することに対しては有効な手段であるが、スキューネスＲｓｋの値を−１．６以下とした油溜りを形成する表面加工を転動表面に施すだけでは寿命向上に限界があることも分かってきた。
また、文献８−３に開示の技術のように、固体潤滑剤被膜を熱硬化性樹脂とともに焼成することにより表面処理層を形成すると、焼成のための熱処理が必要となりコストが嵩む。また、熱硬化性樹脂をバインダーとして用いているため、固体潤滑剤の占める割合が限られてしまい固体潤滑剤本来の性能を十分に利用できず、改良の余地が残されていた。
【０１８０】
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、希薄潤滑環境下又は枯渇潤滑環境下において使用されてもスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が生じにくく長寿命なタペットローラ軸受を提供することを課題とする。
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、本発明に係るタペットローラ軸受は、カムの回転に対応して運動するタペットに備えられ、前記カムに当接するローラと、前記ローラを回転自在に支持する支持軸と、を備えるタペットローラ軸受において、前記ローラの前記カムとの当接面，前記ローラの前記支持軸との接触面，及び前記支持軸の前記ローラとの接触面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されていることを特徴とする。
【０１８１】
このような構成であれば、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、例えば希薄潤滑環境下又は枯渇潤滑環境下において使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命となる。潤滑被膜が被覆されている部分が面積率で７５％未満であると、タペットローラ軸受の寿命が不十分となるおそれがある。
【０１８２】
本発明のタペットローラ軸受においては、前記潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。
このような構成であれば、タペットローラ軸受がより長寿命となる。潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ未満であると、潤滑性が不十分となるおそれがある。一方、潤滑被膜の厚さが８μｍ超過であると、潤滑被膜の強度が不十分となり脱落しやすくなる。潤滑被膜が脱落すると、異物となって音響不良及び振動を引き起こすおそれがある。
また、本発明のタペットローラ軸受においては、前記ローラの前記カムとの当接面，前記ローラの前記支持軸との接触面，及び前記支持軸の前記ローラとの接触面のうち少なくとも前記潤滑被膜が被覆された部分に、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けることが好ましい。
【０１８３】
このような構成であれば、ディンプル内に固体潤滑剤が充填され、潤滑被膜が被覆された部分と潤滑被膜との密着性が向上するため、ディンプルがない場合と比較してタペットローラ軸受がより長寿命となる。また、タペットローラ軸受の駆動時にはディンプル内に固体潤滑剤がトラップされるので、潤滑被膜の効果が長く維持される。このような効果を得るためには、ディンプルの深さを０．１μｍ以上とすることが好ましい。ただし、ディンプルの深さを５μｍ超過としても、それ以上の効果は期待できないので、ディンプルの深さは５μｍ以下とすることが好ましい。なお、このような効果をより確実なものにするためには、ディンプルの深さを０．２μｍ以上３μｍ以下とすることがより好ましい。
【０１８４】
さらに、本発明のタペットローラ軸受においては、前記潤滑被膜の表面は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
このような構成であれば、長寿命であるとともに、タペットローラ軸受の音響特性が良好である。中心線平均粗さＲａが１μｍ超過であると、潤滑条件が厳しくなり、表面起点型の剥離が発生する場合がある。なお、中心線平均粗さＲａを上記のような値としても、潤滑被膜の形成能力が著しく低下することはない。
【０１８５】
このような本発明のタペットローラ軸受は長寿命である。
第七の実施形態に係るタペットローラ軸受について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１４は、タペットローラ軸受を軸方向に沿う面で破断した場合の断面図であり、図１５は、図１４のタペットローラ軸受のＡ−Ａ断面図である。なお、以降に示す各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
【０１８６】
図１４，１５のタペットローラ軸受は、エンジン内部での摩擦低減を図り燃料消費率を低減することを目的として、クランクシャフトと同期したカムシャフトの回転を給気弁及び排気弁の往復運動に変換する部分に利用されるものである。
図示しないエンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフト５０１に固定されたカム５０２に対向して、このカム５０２の回転に対応して揺動するロッカーアーム５０３（タペット）が配置されている。ロッカーアーム５０３の端部には一対の支持壁部５０４，５０４が互いに間隔を開けて設けられており、この一対の支持壁部５０４，５０４の間には、鋼製で中空又は中実の支持軸５０５が掛け渡されている。支持軸５０５の両端部には焼入れは施されておらず、支持軸５０５を支持壁部５０４，５０４に固定する際には、この非焼入れ部を支持壁部５０４，５０４に形成した通孔５０７，５０７に嵌入して加締め付けている。
【０１８７】
この支持軸５０５はタペットローラ５０６の中心部に設けられた貫通孔に挿通され、タペットローラ５０６を回転自在に支持している。そして、タペットローラ５０６の外周面が、カム５０２の外周面に当接されている。
そして、タペットローラ５０６のカム５０２との当接面５０６ａ（タペットローラ５０６の外周面），タペットローラ５０６の支持軸５０５との接触面５０６ｂ（タペットローラ５０６の内周面），及び支持軸５０５のタペットローラ５０６との接触面５０５ａ（支持軸５０５の外周面）のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜（図示せず）が被覆されている。
【０１８８】
この潤滑被膜の厚さは、０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。また、タペットローラ５０６のカム５０２との当接面５０６ａ，タペットローラ５０６の支持軸５０５との接触面５０６ｂ，及び支持軸５０５のタペットローラ５０６との接触面５０５ａのうち少なくとも潤滑被膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けることが好ましい。さらに、タペットローラ５０６のカム５０２との当接面５０６ａ，タペットローラ５０６の支持軸５０５との接触面５０６ｂ，及び支持軸５０５のタペットローラ５０６との接触面５０５ａのうち少なくとも潤滑被膜が被覆された部分は、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【０１８９】
このようなタペットローラ軸受は、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、希薄潤滑環境下又は枯渇潤滑環境下において使用されてもスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が生じにくく長寿命である。
なお、タペットローラ５０６の設置部分には、エンジンの運転時にエンジンオイルが供給される。そして、このエンジンオイルによって、カム５０２の外周面とタペットローラ５０６の外周面との間、及び、支持軸５０５の外周面とタペットローラ５０６の内周面との間が潤滑される。
【０１９０】
この際に、支持軸５０５の外周面とタペットローラ５０６の内周面との間に効率良くエンジンオイルが供給されるようにするため、図１６に示すように、支持軸５０５の内部に通油孔５０８を設けてもよい。この図１６に示したタペットローラ軸受の場合は、通油孔５０８の両端部は、支持軸５０５の外周面のうち、タペットローラ５０６の外部に突出した端部と、タペットローラ５０６の内側に配置した中間部とに、それぞれ開口している。そして、この通油孔５０８を通じて、外部空間から支持軸５０５の外周面とタペットローラ５０６の内周面との間に、エンジンオイルが効率良く供給されるようになっている。
【０１９１】
また、タペットローラの回転抵抗を小さくするため、図１７に示すように、タペットローラを二重構造としてもよい。この図１７の場合は、支持軸５０５の周囲に内径側ローラ５０９を回転自在に支持し、さらにこの内径側ローラ５０９の周囲に外径側ローラ５１０を、この内径側ローラ５０９に対して回転自在に支持している。このように、タペットローラを二重構造として、滑り面を２個所にすることにより、カム５０２と当接する外径側ローラ５１０の回転が、円滑に行なわれるようになっている。この場合も、支持軸５０５と内径側ローラ５０９の互いに対向する周面同士の間、及び、内径側ローラ５０９と外径側各ローラ５１０の互いに対向する周面同士の間には、エンジンの運転時にはエンジンオイルを供給し、これら各部分を潤滑する。
【０１９２】
さらに、やはりタペットローラの回転抵抗を小さくするため、図１８に示すように、支持軸５０５とタペットローラ５０６との間にラジアルニードル軸受５１１を介在させ、このラジアルニードル軸受５１１を介してタペットローラ５０６を回転自在に支持してもよい。この図１８の場合も、ラジアルニードル軸受５１１にはエンジンの運転時にエンジンオイルを供給し、このラジアルニードル軸受５１１を構成する複数のニードル５１２の転動面と、支持軸５０５の外周面及びタペットローラ５０６の内周面との転がり接触部の潤滑を行なう。
【０１９３】
さらに、タペットローラ軸受を図１９，２０に示すような構造としてもよい。すなわち、図１９に示す例の場合には、ラジアルニードル軸受５１１を構成する複数のニードル５１２の軸方向両端側に円輪状の滑りワッシャ５１３ａ，５１３ａを設け、図２０に示す例の場合には、複数のニードル５１２及びタペットローラ５０６の軸方向両端側に円輪状の滑りワッシャ５１３ｂ，５１３ｂを、それぞれ設けている。そして、これら滑りワッシャ５１３ａ，５１３ｂにより、ニードル５１２及びタペットローラ５０６の両側面と、１対の支持壁部５０４，５０４（図１４，１７を参照）の内側面とが互いに直接接触しないようにして、これら各接触部の摺動抵抗を低減できるようになっている。
【０１９４】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。前述した図１４のタペットローラ軸受とほぼ同様の構成を有する種々のタペットローラ軸受を用意して回転試験を行い、寿命等の性能を評価した。
ここで、タペットローラ及び支持軸の製造方法について詳細に説明する。まず、タペットローラ及び支持軸は高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材とし、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアガスとを含む雰囲気中で８２０〜８９０℃にて２〜４時間浸炭窒化処理を施した後、さらに６０〜１００℃での油焼入れ、１５０〜１９０℃で２時間の焼戻し、及び研削仕上げを施したものである。
【０１９５】
研削仕上げ後の表面硬さはＨＲＣ６２〜６７、少なくとも厚さ１μｍの表面層の残留オーステナイト量は１５〜４０体積％、前記表面層の炭素含有量は１．０〜２．０質量％、前記表面層の窒素含有量は０．０５〜０．５質量％に調整されている。表面層の表面硬さは、表面損傷を抑制して寿命を向上させるためには、カムよりも硬くすることが好ましく、より長寿命とするためには本実施形態のように浸炭窒化処理を施してＨＲＣ６２以上とすることがより好ましい。
【０１９６】
また、前記表面層の残留オーステナイト量は、表面損傷を抑制するため１５体積％以上とすることが好ましく、表面硬さを保持するため４０体積％以下とすることが好ましい。さらに、表面層の炭素含有量は、摩耗を抑制するため１．０質量％以上とすることが好ましく、巨大炭化物の発生を抑制するため２．０質量％以下とすることが好ましい。さらに、表面層の窒素含有量は、摩耗を抑制するため０．０５質量％以上とすることが好ましく、浸炭窒化層の脱落を抑制するため及び浸炭窒化時間の短縮のため０．５質量％以下とすることが好ましい。さらに、研削仕上げ後の表面粗さは、研削仕上げ後にショットピーニング処理やバレル処理で微細なディンプルを設ける場合には、ディンプル形状や深さを適切にするために１μｍＲａ以下とすることが好ましい。
こうして得られたタペットローラ及び支持軸に、第一の実施形態と同様の処理を施した。処理を施す面は、タペットローラの外周面及び内周面と支持軸の外周面とであるが、以降の説明においてはこれらの面を処理面と記すこともある。固体潤滑剤としては、平均粒径４５μｍの錫粉又は平均粒径３μｍの二硫化モリブデン粉末を用いた。
【０１９７】
なお、本実施例においては固体潤滑剤として錫や二硫化モリブデンを用いたが、固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレン，フッ素樹脂，ナイロン，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石鹸，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，錫合金が使用可能である。ただし、不純物による潤滑被膜の潤滑性の低下や潤滑被膜の剥離を抑制するためには、高純度の固体潤滑剤を用いることが好ましいので、純度９５％以上のものが好ましく、純度９８％以上のものがより好ましい。
また、第一の実施形態と同様にして、潤滑被膜を被覆した後に微小硬度計を用いて表面硬さを測定したところ、５〜２５％の硬さの向上が認められた。
【０１９８】
次に、タペットローラ軸受の性能の評価方法について説明する。タペットローラのカムとの当接面（タペットローラの外周面）には潤滑被膜が被覆してあり、タペットローラの支持軸との接触面（タペットローラの内周面）及び支持軸のタペットローラとの接触面（支持軸の外周面）には潤滑被膜が被覆していないタペットローラ軸受を、図２１に示すような表面損傷試験機に装着して回転させ、タペットローラの外周面に形成される表面損傷の状態とタペットローラ軸受の寿命とを評価した。
タペットローラのカムとの当接面（タペットローラの外周面）に被覆された潤滑被膜の被覆率，潤滑被膜の平均厚さ，ディンプルの深さ，及び前記当接面の中心線平均粗さＲａは、表９，１０に示す通りである。
【０１９９】
【表９】
2011021756.tif 000011
【０２００】
【表１０】
2011021756.tif 000012
【０２０１】
図示しない電動モータにより回転駆動される回転軸５２０の中間部には、カムに相当するリング５２１が取り付けられている。そして、支持軸５０５により回転自在に支持されたタペットローラ５０６の外周面が、負荷用レバー５２２からのラジアル荷重によって、リング５２１の外周面に押圧されている。タペットローラ５０６の外周面とリング５２１の外周面との間に潤滑油を滴下し、タペットローラ５０６の内周面と支持軸５０５の外周面との間には潤滑油を滴下せずに、下記の条件にて回転試験を行った。
タペットローラの回転速度：２０００ｍｉｎ−１
ラジアル荷重            ：１９６０Ｎ
潤滑油                  ：エンジンオイル
潤滑油の温度            ：１１０℃
潤滑油の滴下量          ：０．１ｍｌ／ｍｉｎ
【０２０２】
このような回転試験を２０時間行った後、タペットローラ５０６の外周面の表面損傷を金属顕微鏡により観察した。１０個のタペットローラについて試験を行って、表面損傷が認められたタペットローラの割合を表面損傷発生率として算出した。例えば、全てのタペットローラについて表面損傷が認められなかった場合は、表面損傷発生率は０％である。その結果を表９，１０に示す。なお、回転試験前後のタペットローラの外周面の光学顕微鏡写真を図２２に示す。回転試験前には見られなかった表面の微小剥離（ピーリング）が、回転試験後には見られる。
【０２０３】
実施例１〜２０は、潤滑被膜の被覆が面積率で７５％以上であるので、従来技術（前述の文献８−２に記載の技術）である比較例１と比べて格段に長寿命であり、表面損傷発生率は２０％以下であった。この比較例１は、潤滑被膜を有しておらず、表面粗さのパラメータのスキューネスＲｓｋの値を−１．６以下としたものである。なお、比較例１〜３は潤滑被膜を有しておらず、比較例１は前処理としてバレル処理が施されており、比較例２は前処理として研磨が施されており、比較例３は前処理として二段ショットピーニング処理が施されている。
【０２０４】
実施例１〜６は、前処理が施されておらず微細なディンプルが形成されていないものであり、実施例７〜１２は前処理が施されており微細なディンプルが形成されているものである。図２３のグラフから分かるように、前処理を施して微細なディンプルを形成することが好ましい。
比較例４〜７は、潤滑被膜の厚さが好ましい範囲内であり、潤滑被膜の被覆の面積率が好ましい範囲から外れたものであるが、実施例１〜２０と比べて表面損傷発生率が高かった。このことから、潤滑被膜の厚さの規定だけでは不十分であり、潤滑被膜の被覆の面積率を規定することが重要であることが分かる。
【０２０５】
次に、タペットローラの支持軸との接触面（タペットローラの内周面）又は支持軸のタペットローラとの接触面（支持軸の外周面）には潤滑被膜が被覆してあり、タペットローラのカムとの当接面（タペットローラの外周面）には潤滑被膜が被覆していないタペットローラ軸受を、図２１に示すような表面損傷試験機に装着して回転させ、その寿命を評価した。
潤滑被膜が被覆された部材（タペットローラ又は支持軸），タペットローラの支持軸との接触面（タペットローラの内周面）又は支持軸のタペットローラとの接触面（支持軸の外周面）に被覆された潤滑被膜の被覆の面積率，潤滑被膜の平均厚さ，ディンプルの深さ，及び前記接触面の中心線平均粗さＲａは、表１１，１２に示す通りである。
【０２０６】
【表１１】
2011021756.tif 000013
【０２０７】
【表１２】
2011021756.tif 000014
【０２０８】
回転試験の際には、タペットローラ５０６の外周面とリング５２１の外周面との間に潤滑油を滴下し、タペットローラ５０６の内周面と支持軸５０５の外周面との間には潤滑油を滴下せずに、下記の条件にて回転試験を行った。そして、タペットローラ５０６の内周面に表面損傷が発生してタペットローラ５０６の温度が異常に上昇するまでの時間、著しい振動が発生するまでの時間、又はシャフト５２０を駆動するための電動モータの電流値が過電流値になるまでの時間を寿命とした。
タペットローラの回転速度：２０００ｍｉｎ−１
ラジアル荷重            ：１４７０Ｎ
潤滑油                  ：エンジンオイル
潤滑油の温度            ：１１０℃
潤滑油の滴下量          ：０．４ｍｌ／ｍｉｎ
【０２０９】
評価結果を表１１，１２に併せて示す。また、潤滑被膜の被覆率とタペットローラ軸受の寿命との相関を、図２４のグラフに示す。なお、表１１，１２及び図２４のグラフに示した寿命の数値は、比較例３１のタペットローラ軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。この比較例３１のタペットローラ軸受は、表面に固体潤滑剤を熱硬化性樹脂とともに焼成することにより潤滑被膜を形成する従来技術（前述の文献８−３に記載の技術）によって得られたものである。また、比較例３２，３３は潤滑被膜を有しておらず、比較例３２は前処理としてＳＦ処理が施されており、比較例３３は前処理として二段ショットピーニング処理が施されている。
【０２１０】
表１１，１２から分かるように、実施例３１〜５０は、潤滑被膜の被覆が面積率で７５％以上、又は、７５％以上であるので、従来技術である比較例３１と比べて格段に長寿命（５．３以上）であった。
実施例３１〜３６は、前処理が施されておらず微細なディンプルが形成されていないものであり、実施例３７〜４２は前処理が施されており微細なディンプルが形成されているものである。図２４のグラフから分かるように、前処理を施して微細なディンプルを形成することが好ましい。
比較例３４〜３７は、潤滑被膜の厚さが好ましい範囲内であり、潤滑被膜の被覆の面積率が好ましい範囲から外れたものであるが、実施例３１〜５０と比べて短寿命であった。このことから、潤滑被膜の厚さの規定だけでは不十分であり、潤滑被膜の面積率を規定することが重要であることが分かる。
【０２１１】
〔第八の実施形態〕
本発明は、リニアガイド装置，ボールねじ等の直動装置に適用することができる。すなわち、本発明は、外面に軌道面を有する軸と、前記軸の軌道面に対向する軌道面を有するとともに軸方向に相対移動可能に前記軸に取り付けられた直動体と、前記軸の軌道面と前記直動体の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える直動装置において、前記軸の軌道面、前記直動体の軌道面、及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率が７５％以上の固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されている直動装置である。
【０２１２】
前記潤滑被膜の素材としては、直動装置の構成部材の表面被膜として用いられた場合に必要な強度を有し、且つ、潤滑被膜が形成される構成部材と密着性がよいものであれば特に限定されない。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化カーバイド、スズ、スズ合金、ニッケル、銅合金、純鉄、純銅、純クロムが挙げられる。
このような直動装置には、前記両軌道面間に形成された転動体転動路の終点から始点へ前記転動体を循環させる転動体戻し路を設けてもよい。また、転動体にそれぞれ対面する２つの凹面を有するリテーニングピースを、隣接する転動体の間に配してもよい。さらに、前記転動体の転動面の表面硬さはＨＲＣ６３以上であることが好ましい。
【０２１３】
以下に、本発明の直動装置について、ボールねじを例に詳細に説明する。
従来のボールねじの一例を図２６（斜視図）および図２７（断面図）に示す。このボールねじは、ボールの戻し路としてチューブを用いるチューブ式ボールねじであり、ねじ軸６０１とナット６０２とボール６０３とチューブ６０４とで構成されている。
図２６の符号６０６はチューブ６０４をナット６０２に固定するチューブ押えであり、図２７ではこのチューブ押え６０６が省略されている。ねじ軸６０１の外周面とナット６０２の内周面には、螺旋状の溝６１１，６２１が形成されており、これらの溝６１１，６２１でボール６０３の軌道Ｋが形成されている。そして、ボール６０３がこの軌道Ｋを負荷状態で転動することにより、ナット６０２はねじ軸６０１に対して相対的に直線移動する。
【０２１４】
チューブ６０４は略門形に形成され、その両端部が、ナット６０２をなす円筒に設けた貫通穴６２２内に挿入され、軌道Ｋの始点と終点を連結するように、ねじ軸６０１を挟んで斜向かいに配置されている。したがって、軌道Ｋの終点に達したボール６０３はこのチューブ６０４を通って軌道Ｋの始点に戻される。この例では、ボール循環経路（軌道＋戻し路）を２つ有するため、チューブ６０４を２本備えている。
【０２１５】
電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは、比較的大型で高荷重を受ける。具体的には、瞬間的に高負荷が加わり、短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する往復運動を繰り返す。このような厳しい条件下で使用されるため、前記用途のボールねじとしては、従来より、シングルナットで、組み立てすきまを極僅か（ボール直径に対する比で１／４００程度）にしたものが使用されている。ボールねじの負荷容量を上げて寿命を長くする方法としては、ボール６０３の直径（Ｄ）に対する（ねじ軸６０１およびナット６０２の）溝６１１，６２１の断面円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）を、従来の５２．０〜５４．０％よりも小さくする方法が挙げられる。
【０２１６】
しかしながら、この方法では、従来のボールねじよりもボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなって、滑り成分が大きくなる。これに伴って、接触楕円内における接線力が大きくなるため、表面起点剥離が発生したり、白色組織による内部起点剥離が発生したりする可能性が否定できない。また、ボールねじは玉軸受等の一般的な転がり軸受と比較して、ボールの転がり速度が遅いため、油膜が形成され難い。よって、ボールねじで前記比（Ｒ／Ｄ）を５２．０〜５４．０％よりも小さくする場合には、早期損傷に至らないような対策を講じる必要がある。
【０２１７】
ボールねじの潤滑特性を向上させる対策の従来例としては、以下に示すものが挙げられる。日本国特許公開公報  ２００１年第４９２７４号には、電動射出成形機の駆動系に用いるボールねじの早期剥離を防止するために、特定のグリースを用いることが記載されている。
日本国特許公開公報  平成６年第１０９０２２号（以降は文献９−２と記す）には、転動体を使用した機械部品の転がり摩擦面および滑り摩擦面の少なくとも一部の摩擦面に、金、銀、鉛、亜鉛、錫、インジウム等の軟質金属やポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）やペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＴＡ）等からなる微粒子を、ノズルから空気とともに吹き付けて固体潤滑被膜を形成することが開示されている。
【０２１８】
日本国特許公開公報  ２００４年第６０７４２号（以降は文献９−３と記す）には、ボールねじのねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくともいずれかの摺接部分（表面）に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法が０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成することが開示されている。この文献９−３には、文献９−２の方法で形成された被膜の厚さが１〜５μｍであるのに対して、０．５μｍ以下とすることで、被膜の前記摺接部分に対する固着性が向上して被膜が剥離し難くするとともに、剥離した場合でも寸法変化を小さく抑えることができると記載されている。
【０２１９】
本発明の課題は、負荷容量が大きいボールねじの寿命を長くすることにある。
上記課題を解決するために、本発明は、外周面に螺旋状の溝が形成されたねじ軸と、内周面に螺旋状の溝が形成されたナットと、ねじ軸の溝とナットの溝が互いに対向して形成される軌道と、この軌道の終点と始点を連結する戻し路と、この戻し路内および前記軌道内に配置された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、ねじ軸およびナットの少なくともいずれかは、前記溝の断面がゴシックアーク状（半径が同じで中心が異なる二つの円弧が連結された形状）であり、ボールの直径（Ｄ）に対する前記溝の断面のゴシックアークを形成している円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）が５１．０％以上５２．０％以下であり、前記ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つは、表面に固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とするボールねじを提供する。
【０２２０】
このボールねじによれば、ねじ軸およびナットの少なくともいずれかについて、前記溝の断面をゴシックアーク状とし、前記比（Ｒ／Ｄ）を５１．０％以上５２．０％以下とすることで、負荷容量を大きくできる。また、これに伴って、ボールと軌道をなす溝との接触楕円の長軸が長くなって、滑り成分が大きくなるが、ねじ軸の溝、ナットの溝、およびボールの少なくとも一つの表面に固体潤滑剤被膜が形成されているため、良好な潤滑特性が確保されて、早期損傷が防止される。また、第一〜第七の実施形態と同様に、ねじ軸の溝、ナットの溝、ボール、固体潤滑剤被膜の表面にディンプルを設けてもよい。
【０２２１】
電動射出成形機やプレス機械用のボールねじは前記ボールと軌道の隙間が５μｍ以上７０μｍ以下であるため、前記固体潤滑剤被膜の厚さを０．０５μｍ以上８μｍ以下（好ましくは０．５μｍ以上３．０μｍ以下）とすることで、良好な潤滑特性が得られる。前記固体潤滑剤被膜としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）または錫（Ｓｎ）からなる被膜が例示できる。本発明のボールねじは、前記ボール間に保持ピースが配置されていることが好ましい。
このような本発明によれば、負荷容量が大きく寿命の長いボールねじが提供される。
【０２２２】
以下、第八の実施形態について説明する。図２５は、この実施形態のボールねじのねじ軸およびナットの溝断面を示す図である。ねじ軸６０１の溝６１１の断面は、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ（Ｒ１）で中心Ｏ１１，Ｏ１２が異なる二つの円弧が連結された形状である。ナット６０２の溝６２１の断面も、ゴシックアーク状、すなわち、半径が同じ（Ｒ２＝Ｒ１）で中心Ｏ２１，Ｏ２２が異なる二つの円弧が連結された形状である。また、ボール６０３の直径（Ｄ）に対する溝６１１，６２１の断面円弧の半径（Ｒ）の比（Ｒ／Ｄ）が、５１．０％以上５２．０％以下である。
【０２２３】
そして、ボール６０３の表面に、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）からなる被膜が０．５μｍ以上３．０μｍ以下の厚さで形成されている。また、ねじ軸６０１およびナット６０２の溝６１１，６２１で形成される軌道とボール６０３との隙間は、５μｍ以上７０μｍ以下である。これにより、この実施形態のボールねじは、従来のボールねじよりも負荷容量が大きく、寿命が長くなる。
【０２２４】
なお、この実施形態では、ボール６０３に固体潤滑剤被膜を形成しているが、固体潤滑剤被膜をボール６０３に形成せずに、ねじ軸６０１の溝６１１およびナット６０２の溝６２１のいずれかまたは双方に形成してもよいし、ボール６０３とねじ軸６０１の溝６１１およびナット６０２の溝６２１のいずれかまたは双方とに形成してもよい。また、固体潤滑剤被膜の材質は二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）以外のもの（例えば、前述の文献９−２に記載されているもの）であってもよい。
【０２２５】
また、この実施形態では、ボール同士が接触する総ボール構造のボールねじについて説明したが、本発明のボールねじは、図２８に示すように、ボール６０３間に保持ピース６０７を配置して、保持ピース６０７でボール６０３を保持する構造であってもよい。
保持ピース６０７は、合成樹脂を所定形状に成形して得ることができる。使用できる合成樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６４、芳香族ポリアミド等のポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート系エラストマー、ポリブチレンナフタレート系エラストマー等が挙げられる。また、これらの合成樹脂には、補強材として、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン繊維、カリウムウイスカ、硼酸アルミニウムウイスカ等を配合してもよい。
【０２２６】
保持ピースの形状の例として、図２９および図３０に示すものが挙げられる。図２９の保持ピース６０７は、略円柱状であって、円柱の２つの底面にボール６０３を受ける凹面６７１が形成されている。この保持ピース６０７は、凹面６７１の形状を、曲率半径Ｒがボール６０３の半径ｒよりも大きい球面にしているため、保持ピース６０７の周縁部の厚さＬに対して中央部の厚さｔが小さくなっている。これにより、多数のボール６０３を軌道Ｋ内に配設することができるとともに、ボール６０３と保持ピース６０７との接触面積を小さくして、摺動抵抗を小さくすることができる。
【０２２７】
保持ピース６０７の凹面６７１の形状は、２個の円弧が連結されたゴシックアーク状としたり、円錐形状とすることもできる。また、凹面６７１に貫通穴を設け、この貫通穴内に潤滑剤を保持させて、ボール６０３との接触抵抗を低減させるようにしてもよい。保持ピース６０７が軌道Ｋおよびチューブ６０４内を通過する際に、これらの軌道Ｋ、チューブ６０４、および接続部に干渉せず、滑らかに循環できるように、保持ピース６０７の外径寸法はボール６０３の直径よりも小さく設定される。具体的には、保持ピース６０７の外径寸法を、ボール６０３の直径寸法の０．５倍〜０．９倍とすることが好ましい。
【０２２８】
図３０の保持ピース６７０は、球体の互いに反対側となる二つの側部が凹球面６７２で除去された形状であり、外周が凸面となっている。また、複数の保持ピースを連結部材で連結した部材でボールを保持してもよい。また、本発明のボールねじは、電動射出成形機やプレス機械用以外にも、たとえば自動車のブレーキ用、自動車の無段変速機（ベルト式ＣＶＴ）用などの用途に好適である。
【０２２９】
〔実施例〕
日本精工株式会社製のシングルナットチューブ式ボールねじ「ＢＳ６３１６−１０．５」を用い、ねじ軸およびナットのゴシックアーク状溝断面の円弧の半径（Ｒ＝Ｒ１＝Ｒ２）のボール直径（Ｄ）に対する比（Ｒ／Ｄ）と、固体潤滑剤被膜の材質および膜厚を、下記の表１３に示すように変化させて、寿命試験を行った。
ＭｏＳ２（二硫化モリブデン）被膜およびＳｎ（錫）被膜は、ショットピーニングにより、所定厚さの被膜が得られるように処理時間を調整して形成した。これらの被膜の厚さは、被膜形成前後のボール直径を電気式ダイヤルゲージで測定し、両者の差を２で割ることにより算出した。
「ＢＳ６３１６−１０．５」の諸元は、有効巻き数：３．５巻き×３列、ねじ軸外径：６５ｍｍ、リード：１６ｍｍ、ボール直径：１２．７ｍｍ、ＢＣＤ：６５ｍｍ、単体すきま：２０〜３０μｍである。
【０２３０】
各ボールねじを日本精工株式会社製のボールねじ耐久寿命試験機に装着して、試験荷重（軸方向荷重）：３００ｋＮ、ストローク：８０ｍｍ、回転速度：５００ｍｉｎ−１、温度：ナットの外周部を温度８０℃に保持、潤滑剤：リューベ株式会社製「ＹＳ２グリース」を自動給脂装置にて自動供給の条件で、ボールねじを往復運動させる耐久寿命試験を行った。この試験は、ねじ軸またはナットの溝、あるいはボールのいずれかに剥離が生じるまでの走行距離を寿命として測定した。次に、各サンプルで得られた寿命から、サンプルＮｏ．１０の寿命を「１」とした相対値を算出した。これらの結果も下記の表１３に併せて示す。
【０２３１】
【表１３】
2011021756.tif 000015
【０２３２】
この表から、本発明の実施例に相当するＮｏ．１〜９のボールねじは、比較例に相当する  Ｎｏ．１０〜１３より寿命が長くなった。Ｎｏ．１〜９のうち、固体潤滑剤被膜の膜厚が１．５μｍ以上２．７μｍ以下であるＮｏ．２〜４，７〜９の寿命は、Ｎｏ．１０の１．２８〜１．６７倍であったのに対して、膜厚が０．４μｍであるＮｏ．１、３．６μｍであるＮｏ．５、および５．７μｍであるＮｏ．６の寿命は、Ｎｏ．１０の１．１１〜１．２０倍であった。この結果から分かるように、固体潤滑剤被膜の厚さは０．５μｍ〜３．０μｍであることが好ましい。
Ｎｏ．１２と１３では、固体潤滑剤被膜を厚さ２．２〜２．８μｍで形成しているが、Ｒ／Ｄが本発明の範囲から外れるため、Ｎｏ．１０と同等程度の寿命となった。Ｎｏ．１１では、Ｒ／Ｄを５１．６％としているが固体潤滑剤被膜を形成していないため、Ｎｏ．１０より寿命が短かった。
【０２３３】
〔第九の実施形態〕
本発明は、転動装置に組み込まれる金属製保持器にも適用することができる。転動装置の一例である転がり軸受は、内輪（内方部材）と、外輪（外方部材）と、内輪及び外輪間で転動自在に配設される転動体と、この転動体を内輪及び外輪間で転動可能に支持する保持器と、から構成されている。このような転がり軸受の転がり疲れ寿命（転がり軸受の回転運動に伴って、転がり面に受ける繰り返し剪断応力により転動部品が疲労し、その表面の一部に剥離が生じるまでの総回転数）を長くするために、転がり軸受が使用される環境に応じた保持器を用いることが一般的に行われている。
【０２３４】
例えば、高速回転、自己潤滑性、低摩擦特性、軽量、耐食性、低騒音等が要求される環境下で使用される転がり軸受には、４−６ナイロンや６−６ナイロン等の樹脂製保持器が用いられ、耐熱性や耐久性が要求される環境下で使用される転がり軸受には、削り加工により形成されるもみ抜き保持器やプレス加工により形成される打ち抜き保持器等の金属製保持器が用いられるのが一般的である。
【０２３５】
また、転がり軸受の転がり疲れ寿命は、その転がり面の潤滑状態と密接に関係していることが知られている。つまり、転がり面の潤滑状態の良否は、転がり面の表面粗さと転がり面に形成される油膜厚さとの比である油膜パラメータΛで表わされる。この油膜パラーメータΛは、Λ＝ｈ／σなる式で算出される。なお、この式中の符号ｈはＥＨＬ油膜厚さを指し、σは接触する二面の粗さ（二乗平均粗さ）σ１，σ２の合成表面粗さ√（σ１２＋σ２２）を指す。
【０２３６】
ここで、油膜パラメータΛが大きくなるにつれて、表面の微小突起間の接触による表面起点型剥離が生じ難くなるため、潤滑状態は良くなる。一方、油膜パラメータΛが小さくなるにつれて、表面微小突起間の接触による表面起点型剥離が生じ易くなるため、潤滑状態が不良となる。この結果、転がり面にピーリング損傷や焼付きが生じ易くなるとともに、転動体と保持器との間や、内輪及び外輪と保持器との間で摩耗が生じて、保持器切断等の不具合が生じ易くなるため、転がり疲れ寿命が短くなる。
このような潤滑不良の環境下で使用される軸受としては、例えば、トランスミッション等に使用されるプラネタリーギア用軸受や、エアコンディショナー等に使用されるコンプレッサ用軸受が挙げられる。
【０２３７】
プラネタリーギア用軸受では、プラネタリーギア（内方部材）からプラネタリーシャフト（外方部材）への力の伝達が円滑に行われるように、はすば歯車が使用されているため、プラネタリーシャフトの走行跡がねじれた形状となる。また、このプラネタリーギア用軸受は、１００００ｍｉｎ−１を超える高速回転下で使用される。このため、プラネタリーギアとプラネタリーシャフトとの間に配設される針状ころを保持する保持器は、ねじれや遠心力の作用によりプラネタリーギアと摺接して潤滑状態が不良となるため、摩耗が著しく生じ、最終的には軸受自体が破損する場合がある。
【０２３８】
また、近年のＣＯ２排出規制に伴う燃費向上の観点から、高速回転時の回転効率を高めるために潤滑油の低粘度化が進むにつれて、プラネタリーギア用軸受においても高速回転時の耐焼付き性や耐久性が要求されるようになってきている。
ここで、高速回転下で使用される転がり軸受においては、上述したように樹脂製保持器を用いるのが一般的であるが、プラネタリーギア用軸受では使用温度が１５０℃以上と高温であることから、樹脂製保持器を用いると強度的に不十分となる。よって、プラネタリーギア用軸受では、高速回転下で使用されるにも関わらず、金属製保持器を用いることが多い。
【０２３９】
ところが、高速回転時に耐焼付き性や耐久性を向上させるために、プラネタリーギア用軸受の針状ころを複列化するとともに、軸端から軸受内部まで連通する軸穴を設け、この軸穴を通じて給油を行う軸穴給油方式を採用すると、潤滑油量が不十分である場合には金属製保持器の外周面に摩耗が生じるという問題がある。
一方、コンプレッサ用軸受では、アイドリング時の低速回転から加速時の高速回転まで幅広い回転速度で動作する駆動軸を支持するために、高速回転から低速回転や、無負荷状態から重負荷状態まで幅広い条件下で使用される。このコンプレッサ用軸受でも、上述したプラネタリーギア用軸受と同様に、樹脂製保持器では強度が不十分であることから、金属製保持器が用いられることが多い。
【０２４０】
ところが、このコンプレッサ用軸受を無負荷状態で高速回転すると、振れが大きくなり、潤滑状態が良好ではなくなるため、保持器の外周面が摩耗し易く、また、保持器のポケット部で針状ころがせり出して保持器が破損するという問題がある。
このような摩耗を防止するための技術として、下記のような３つの文献に記載の技術が提案されている。
【０２４１】
日本国特許公報  第２５４８８１１号（以降は文献１０−１と記す）では、スラスト荷重を受けながらすべり接触するすべり面を備えた機械部品において、すべり面に独立した微小くぼみを無数にランダムに設け、この微小くぼみの平均面積を３５〜１５０μｍ２、微小くぼみの面積率を１０〜４０％とすることが提案されている。
日本国特許公開公報  ２００２年第３３９０８３号（以降は文献１０−２と記す）では、平均粒子径が約１〜２０μｍの二硫化モリブデンを約９５重量％以上含有した二硫化モリブデン投射用材料からなる固体潤滑被膜を、金属、樹脂、ガラス、セラミックスのいずれかからなる物質表面に形成することが提案されている。
日本国特許公開公報  ２００４年第６０７４２号（以降は文献１０−３と記す）では、ねじ軸、ナット、及びボールの少なくともいずれか一つの摺接面に、二硫化モリブデンの微粒子を固着させて、厚さ０．５μｍ以下の固体潤滑被膜を形成することが提案されている。
【０２４２】
ところで、近年、装置の小型化に伴い、上述したプラネタリーギア用軸受やコンプレッサ用軸受がより高速回転下及び高温下で使用されるようになってきている。このため、高速回転下及び高温下で使用されても、摩耗が生じ難く、転がり疲れ寿命を長くできる保持器が要求されている。
しかしながら、上述した文献１０−１に記載の技術では、低粘度の潤滑油が使用されたり、潤滑油量が不十分である場合には、微小くぼみ内に潤滑油を十分に保持できず、摩耗を防止することが難しい。
【０２４３】
また、上述した文献１０−２では、固体潤滑被膜の材料を特定したのみであり、摩耗を生じ難くできる固体潤滑被膜の厚さや面積率についての言及がなされていない。
さらに、上述した文献１０−３に記載の技術では、固体潤滑被膜の密着性が不十分であり、固体潤滑被膜が容易に脱落することが考えられる。また、軸受のさらなる高速回転下及び高温化が進むにつれて、厚さが０．５μｍ以下の固体潤滑被膜では対処仕切れない場合がある。
【０２４４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高速回転下及び高温下で使用される転動装置に用いられた場合であっても、摩耗が生じ難く、転がり疲れ寿命を長くできる転動装置用保持器を提供することを課題としている。
このような課題を解決するために、本発明は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置で用いられ、前記内方部材と前記外方部材との間に前記転動体を保持する金属製保持器において、面積率が７５％以上の固体潤滑被膜が形成されている保持器を提供するものである。
【０２４５】
これにより、金属製保持器に良好な潤滑性が付与されて、内方部材及び外方部材や転動体と摺接することによる摩耗が生じ難くなる。このため、高速回転下及び高温下で使用される転動装置に用いた場合であっても、転動装置の転がり疲れ寿命を長くできる。
なお、本発明において、転動装置とは、例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドを指す。ここで、転動装置が転がり軸受の場合には、内方部材及び外方部材は内輪及び外輪を指す。また、転動装置がボールねじの場合には、内方部材及び外方部材はねじ軸及びナットを指す。さらに、転動装置がリニアガイドの場合には、内方部材及び外方部材は案内レール及びスライダを指す。
【０２４６】
また、本発明において、金属製保持器とは、例えば、冷間加工鋼板（ＳＰＣＣ等）及び低合金鋼板（ＳＣＭ４３５等）や、これらに浸炭又は浸炭窒化等の硬化熱処理を施したものや、黄銅等の非鉄材料で形成される保持器を指し、もみ抜き保持器や打ち抜き保持器等が挙げられる。
さらに、本発明において、固体潤滑被膜が形成される保持器の表面とは、摩耗が生じ易い表面が含まれるのであれば特に限定されず、例えば、保持器の外周面、内周面、及びポケット部の表面が挙げられる。
【０２４７】
さらに、本発明において、固体潤滑被膜の素材としては、転動装置用保持器の表面被膜として用いられた場合に必要な強度を有し、且つ、保持器の素材である金属材料との密着性がよいものであれば特に限定されない。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、金属石けん、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、スズ、スズ合金、及び金属酸化物が挙げられる。
このような固体潤滑被膜の形成方法としては、例えば、塗布、焼成、溶射、スパッタリング、イオンプレーティング、及びショットピーニングが挙げられる。特に、固体潤滑被膜を形成した後の保持器の表面の硬さを向上させることを考慮すると、ショットピーニング法を適用することが好ましい。
【０２４８】
また、本発明に係る転動装置用保持器において、前記固体潤滑被膜の厚さは、０．１０μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、良好な潤滑状態を保ちながら保持器として必要な強度が得られるため、転がり疲れ寿命をさらに長くできる。ここで、固体潤滑被膜の厚さが０．１０μｍ未満であると、良好な潤滑性が得られなくなる。一方、８．０μｍ超過であると、保持器として必要な強度が得られなくなる。
【０２４９】
さらに、本発明に係る転動装置用保持器において、前記固体潤滑被膜が形成された前記表面には、深さが０．１０μｍ以上５．０μｍ以下の微小くぼみ（ディンプル）が形成されていることが好ましい。これにより、表面に形成された微小くぼみに固体潤滑被膜が充填されて、保持器の表面に固体潤滑被膜を密着して形成することができるため、転がり疲れ寿命をさらに長くできる。ここで、微小くぼみが０．１０μｍ未満であると、良好な密着性が得られなくなる。一方、５．０μｍ超過であると、得られる効果が飽和する。
【０２５０】
なお、本発明において、保持器の表面に微小くぼみを形成する方法としては、例えば、ＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球や、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、アルミナ、ガラスビーズ等のショット材を用いたショットピーニング方法や、バレル法を単独又は組み合わせて行う方法が挙げられる。
さらに、本発明に係る転動装置用保持器においては、前記微小くぼみがショットピーニング法により形成されていることが好ましい。これにより、微小くぼみ形成後における保持器の表面の硬さが向上するため、転がり疲れ寿命をさらに長くできる。
【０２５１】
このような本発明の転動装置用保持器によれば、その表面に特定面積率の固体潤滑被膜を形成したことにより、内方部材及び外方部材や転動体と摺接することによる摩耗が生じ難くなる。よって、本発明の転動装置用保持器を高速回転下及び高温下で使用される転動装置に用いることにより、転動装置の転がり疲れ寿命を長くできる。
このような保持器を備えた転動装置は、高速回転下及び高温下で使用されても長寿命である。この転動装置においては、保持器と内方部材，外方部材，転動体とが接触する部分に、前述の固体潤滑被膜を形成してもよい。
【０２５２】
すなわち、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内方部材と前記外方部材との間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転動装置において、前記内方部材の前記保持器との接触面，前記外方部材の前記保持器との接触面，前記保持器の前記内方部材との接触面，前記保持器の前記外方部材との接触面，及び前記保持器の前記転動体との接触面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されていてもよい。ここで、内方部材，外方部材の保持器との接触面としては、保持器案内面が挙げられる。また、保持器の内方部材，外方部材との接触面としては、前記保持器案内面と接触する保持器の表面が挙げられる。
【０２５３】
以下、第九の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、スラスト針状ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪軌道面１ａ及び外輪軌道面２ａ間に転動自在に配設される複数の針状ころ３と、針状ころ３を転動可能に保持する保持器４と、からなる。なお、このスラスト針状ころ軸受の軸受寸法は、内径が４０ｍｍ、外径が７０ｍｍで、幅が５．５ｍｍとした。
【０２５４】
第一に、スラスト針状ころ軸受に用いられる冷間圧延鋼板一種（ＳＰＣＣ）製の打ち抜き保持器４を、以下に示すようにして作製した。
まず、表１４に示す前処理「有り」の保持器４においては、その表面に微小くぼみ（ディンプル）を形成する前処理を行った。
なお、表１４中で「前処理有り（ショット）」と示す保持器４には、ショットピーニング装置を用いて、噴射圧力９８〜３９２ｋＰａ、噴射時間１０〜２０分の条件下でショット材としてＪＩＳ  Ｒ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球を噴射することにより、保持器４の各表面にディンプルを形成した。
また、表１４中で「前処理有り（バレル）」と示す保持器４には、種々のメディアや添加剤を配合して表面に大きなディンプルを形成する粗加工を行った後、プラトー部（平坦部）の粗さを整える仕上げ加工を行い、保持器４の各表面にディンプルを形成した。
【０２５５】
次に、保持器４の表面に固体潤滑被膜を形成した。具体的には、ショットピーニング装置を用いて、噴射圧力９８〜３９２ｋＰａ、噴射時間１０〜２０分の条件下でスズを噴射することにより、保持器４の各表面に固体潤滑被膜を形成した。ディンプルの深さ及び面積率は、第一の実施形態と同様に測定した。
第二に、スラスト針状ころ軸受に用いられる内輪１、外輪２、及び針状ころ３を、以下に示すようにして作製した。まず、高炭素クロム軸受用鋼二種（ＳＵＪ２）を所定形状に加工し、８４０℃の混合ガス雰囲気（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）で３時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪１、外輪２、及び針状ころ３の各表層部（表面から２５０μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とし、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。
【０２５６】
このようにして得られた保持器４と、内輪１、外輪２及び針状ころ３とを用いて、スラスト針状ころ軸受を組み立てて、高速回転下及び潤滑不良の環境下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。この寿命試験は、図３に示すスラスト型寿命試験機を用いて行った。このスラスト型寿命試験機の構造は、第一の実施形態において述べた通りであるので、その説明は省略する。
【０２５７】
そして、この寿命試験は、初期振動値の５倍に達するか、外輪２の外径温度が１５０℃に達するまでスラスト針状ころ軸受を回転させることにより行い、試験開始から試験終了までの時間を寿命とした。また、この寿命試験は、各実施例においてそれぞれ１０回ずつ行い、その平均寿命を算出した。そして、比較例であるＮｏ．２３の寿命を１とした時の比として、表１４に併せて示した。
【０２５８】
なお、保持器Ｎｏ．２３は、その表面に上述した文献１０−１に記載のディンプルを形成した比較例であり、ディンプルを設けた面の最大表面粗さ（Ｒａ）を１．０μｍ、表面粗さのパラメータ（ＳＫ値）を−２．０、ディンプルの平均面積を８０μｍ２で、ディンプルの面積率を２５％としたものである。
このとき、初期振動値の５倍に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、実体顕微鏡で損傷の有無を確認し、損傷が見られた場合には試験を終了して、初期振動値の５倍に達した時間を寿命とし、損傷が見られなかった場合には試験を再開した。
【０２５９】
また、外輪２の外径温度が１５０℃に達して試験を終了したスラスト針状ころ軸受においては、焼付きによる損傷が生じたものとして判断して試験を終了し、外輪２の外径温度が１５０℃に達するまでの時間を寿命とした。
〔寿命試験条件〕
荷重：動定格荷重の５％（Ｐ／Ｃ＝０．０５）
回転速度：１２０００ｍｉｎ−１
潤滑油：鉱油ＶＧ１０
周囲温度：室温（約２８℃）
軸受温度：外輪外径において１００〜１１０℃
油膜パラメータΛ：０．１〜０．５
【０２６０】
【表１４】
2011021756.tif 000016
【０２６１】
表１４に示すように、表面に面積率で７５％以上の固体潤滑被膜が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２２の保持器４を用いたスラスト針状ころ軸受では、表面に固体潤滑被膜が形成されていないＮｏ．２３〜Ｎｏ．２５の保持器４や、固体潤滑被膜の面積率が７５％未満のＮｏ．２６〜Ｎｏ．２９の保持器４を用いた場合と比較して、転がり疲れ寿命が長く、Ｎｏ．２３の５．２倍以上であった。
特に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６とＮｏ．７，Ｎｏ．８の結果と、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１５とＮｏ．１６の結果から、固体潤滑被膜の面積率を７５％以上９５％以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
【０２６２】
また、Ｎｏ．３とＮｏ．１７，Ｎｏ．１８の結果と、Ｎｏ．１０，Ｎｏ．１１とＮｏ．１９，Ｎｏ．２０の結果から、固体潤滑被膜の厚さを０．１０μｍ以上８．０μｍ以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。
【０２６３】
さらに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８とＮｏ．９〜Ｎｏ．１６の結果と、Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２とＮｏ．２１，Ｎｏ．２２の結果から、ショットピーニング法によりディンプルの深さを０．１０μｍ以上５．０μｍ以下とすることにより、転がり疲れ寿命がさらに長くなっていることが分かる。この理由としては、ディンプルの深さを上記範囲内にすることで保持器４の表面に固体潤滑被膜がさらに密着して形成されるとともに、ショットピーニング法により保持器４の表面の硬さが向上したためであると考えられる。
【０２６４】
また、得られたＮｏ．１〜Ｎｏ．１６と、Ｎｏ．２６〜Ｎｏ．２９の結果より、固体潤滑被膜の面積率と寿命との関係を示す図３１のグラフを作成した。図３１に示すように、ショットピーニング法によりディンプルの深さを調節した後に固体潤滑被膜を形成した保持器４を用いたスラスト針状ころ軸受では、前処理を行わずに固体潤滑被膜を形成した保持器４を用いたものよりも長寿命であったことが分かる。
以上の結果から、表面に固体潤滑被膜を特定面積率で形成した保持器４を用いることにより、高速回転下及び潤滑不良の環境下で使用した場合であっても、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命を長くできることが分かった。
【０２６５】
また、保持器４の表面に形成する固体潤滑被膜の厚さやディンプルの深さについても特定することにより、スラスト針状ころ軸受の転がり疲れ寿命をさらに長くできることが分かった。
なお、本実施形態では、本発明の転動装置用保持器を、転動装置の一例であるスラスト針状ころ軸受に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明の転動装置用保持器は、潤滑不良により保持器の摩耗が問題となる環境下で使用される転動装置で好適に用いることができる。このような転動装置としては、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、スラスト玉軸受等の玉軸受や、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、スラストころ軸受等のころ軸受や、ボールねじ、リニアガイド、直動ベアリング等の直動装置や、トロイダル型無段変速機等の転がり軸受ユニットが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０２６６】
本発明の転動装置は、工作機械等に適用可能である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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