(57)【要約】【課題】高速回転で使用されても、潤滑性能に優れるとともに低トルク且つ低発熱である転がり軸受を提供する。【解決手段】深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えていて、両軌道面１ａ，２ａと転動体３の転動面３ａとの間が潤滑剤Ｌにより潤滑されている。転動体３はセラミックで構成されており、両軌道面１ａ，２ａと転動面３ａとの少なくとも一方には撥油処理が施されている。そして、この撥油処理により、撥油処理が施された面と潤滑剤Ｌとの接触角θが５０°以上１６０°以下となっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪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、前記両軌道面と前記転動体の転動面との間が潤滑剤により潤滑される転がり軸受において、
前記転動体がセラミックで構成されているとともに、前記両軌道面と前記転動面との少なくとも一方に前記潤滑剤との接触角が５０°以上１６０°以下となるような撥油処理が施されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記撥油処理は、撥油剤からなる撥油被膜を被覆する処理であり、前記撥油被膜が被覆された面には、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下となるように微小凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑剤で潤滑される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸を支持する転がり軸受としては、アンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受、あるいはこれらを組み合わせたものが用いられる。工作機械の主軸は、加工精度と生産性の向上を図るために回転の高速化が望まれているが、主軸を支持する転がり軸受は、高速回転で使用するほど予荷重が増大してトルクが大きくなるとともに発熱量が多くなるため、焼付きや軸受損傷が生じ易くなる。転がり軸受において発熱量が多くなると、工作機械全体が熱変形して加工精度が低下する場合もある。
【０００３】
そこで、上記のような高速回転下における発熱量を低減するための潤滑方法が提案されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、転がり軸受をｄｍＮ値１００万以上の高速回転で使用した場合に、潤滑性能を向上させる技術が記載されている。特許文献１には、微量の潤滑油を高速で間欠的に軸受内部に供給することにより、転がり面に潤滑膜を形成する技術が記載されている。また、特許文献２には、所定量のグリースを間欠的に軸受内部に供給することにより、転がり面に潤滑膜を形成する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３１５０４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３８４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１７６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１，２に記載の転がり軸受は、転がり面に潤滑膜が十分に形成された状態であるので、潤滑性能は向上できるが、転がり軸受の高速回転化がさらに進むと、低トルク化や発熱量の低減を図ることが難しくなる。
低トルク化や発熱量の低減を図るために、転がり面に潤滑膜が十分に形成され難い状態とする技術も提案されている。例えば、特許文献３には、内輪軌道面及び外輪軌道面と転動面とのうち少なくとも一方に、潤滑剤との接触角が２°以上９０°未満となるような撥油処理を施した転がり軸受が記載されている。しかしながら、特許文献３に記載の転がり軸受では、高速回転化がさらに進むと潤滑性能が不十分となるおそれがある。
【０００５】
工作機械の更なる加工精度及び生産性の向上を図るために、主軸の更なる高速回転化が進んでいることから、工作機械の主軸を支持する転がり軸受においては、潤滑性能の向上を図りつつ、更なる低トルク化や発熱量の低減を図ることが要求されている。
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、高速回転で使用されても、潤滑性能に優れるとともに低トルク且つ低発熱である転がり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の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪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、前記両軌道面と前記転動体の転動面との間が潤滑剤により潤滑される転がり軸受において、前記転動体がセラミックで構成されているとともに、前記両軌道面と前記転動面との少なくとも一方に前記潤滑剤との接触角が５０°以上１６０°以下となるような撥油処理が施されていることを特徴とする。
転動体が鋼よりも軽量のセラミックで構成されているので、鋼製の転動体を用いた場合よりも高速回転が可能である。
【０００７】
また、内外輪の軌道面と転動体の転動面との少なくとも一方の転がり面に撥油処理を施すことにより、転がり面と潤滑剤との間の粘着性が小さくなるため、転がり面で潤滑剤が滑りを生じるようになる。その結果、転がり面と潤滑剤との接触面で速度勾配が小さく（つまり、見かけの動粘度が小さく）なるため、転がり軸受の低トルク化及び発熱量の低減が図られる。さらに、転がり面で潤滑剤が滑りを生じることによって、転がり面に潤滑剤が間欠的に供給され易くなるため、転がり面に形成される潤滑膜が厚くなり、潤滑性能の向上が図られる。
【０００８】
転がり面と潤滑剤との接触角が５０°未満であると、撥油処理が施された転がり面の油をはじく能力（撥油性）が不十分となり、トルクが大きくなるとともに発熱量が大きくなるおそれがある。一方、接触角が１６０°超過であると、潤滑性能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、潤滑剤との接触角が９０°以上１６０°以下となるような撥油処理を施すことが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記撥油処理は、撥油剤からなる撥油被膜を被覆する処理であり、前記撥油被膜が被覆された面には、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下となるように微小凹部が形成されていることを特徴とする。
このような構成であれば、微小凹部に撥油剤が保持されるため、長期間にわたって低トルクが維持される。算術平均粗さＲａが０．０５μｍ未満であると、微小凹部に撥油剤が保持されにくくなり、２μｍ超過であると、転がり面が粗くなるため転がり軸受の回転に支障が出るおそれがある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受は、高速回転で使用されても、潤滑性能に優れるとともに低トルク且つ低発熱である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構成を示す部分縦断面図であり、図２は、図１の深溝玉軸受の要部を拡大して示した部分断面図である。
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、両軌道面１ａ，２ａ間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆うシール５，５と、を備えていて、両軌道面１ａ，２ａと転動体３の転動面３ａとの間が潤滑剤Ｌにより潤滑されている。なお、保持器４やシール５は備えていなくてもよい。
【００１２】
この深溝玉軸受においては、転動体３はセラミックで構成されている。セラミックの種類は特に限定されるものではないが、窒化ケイ素，炭化ケイ素，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，二酸化ケイ素等が好ましい。
また、この深溝玉軸受は、両軌道面１ａ，２ａと転動面３ａとの少なくとも一方に撥油処理が施されている（図２においては、両軌道面１ａ，２ａと転動面３ａとの全てに撥油処理が施されている）。そして、この撥油処理により、撥油処理が施された面と潤滑剤Ｌとの接触角θが５０°以上１６０°以下となっている。なお、接触角θは、撥油処理の内容や条件によって調整することができる。例えば、撥油剤を溶剤に溶解した溶液を塗布，噴霧した後に乾燥する撥油処理（詳細は後述する）であれば、溶液中の撥油剤の濃度、乾燥前の溶液の付着量、溶液の乾燥条件等によって調整することができる。
【００１３】
撥油処理の種類は、被処理面に撥油性を付与するものであれば特に限定されないが、撥油剤からなる撥油被膜Ｆを被覆する処理が好ましい（図２を参照）。撥油剤としては、例えばフッ素系界面活性剤，フッ素系シランカップリング剤，フッ素系ポリマーがあげられる。潤滑剤として合成油，鉱油を用いた場合には、フッ素系界面活性剤であるパーフルオロアルキルエチルアクリレート共重合体（例えば日本メクトロン株式会社のノックスガードＳＴ−４３０）を撥油剤として使用することが好ましい。
【００１４】
撥油被膜Ｆは、軌道面１ａ，２ａや転動面３ａに撥油剤を塗布，噴霧した後に乾燥することにより形成することができる。あるいは、内輪１，外輪２，又は転動体３を撥油剤に浸漬し引き上げた後に乾燥してもよい。さらに、撥油被膜Ｆを形成する際には、撥油剤をそのまま使用してもよいが、必要に応じて撥油剤を溶剤（例えばフロンや代替フロン）に溶解し、その溶液を前述のような塗布，噴霧，又は浸漬に使用してもよい。溶剤に溶解した溶液を用いた方が、薄く且つ均一な厚さの撥油被膜Ｆを形成することができる。さらに、ポリテトラフルオロエチレン等で構成された被膜をスパッタリングによって形成することにより、撥油被膜Ｆを形成してもよい。
【００１５】
さらに、撥油被膜Ｆが被覆された面には、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下となるように微小凹部が形成されていることが好ましい。微小凹部を形成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が好ましい。例えば、直径２．５〜６０μｍの略球形のショット材を、噴射圧力０．２〜１ＭＰａで噴射して軌道面１ａ，２ａや転動面３ａに吹き付けると、微小凹部が形成されて算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下となる。なお、ショットピーニングを施した後に、さらにラッピング処理を施してもよい。
【００１６】
このような撥油処理が施されている転がり軸受は、例えば、工作機械、自動車等のトランスミッション、ターボチャージャ、風力発電機の回転部を支持する転がり軸受として好適に用いることができる。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、深溝玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸受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、アンギュラ玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，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。転がり軸受の軌道面は単列でもよいし、複列でもよい。
【００１７】
また、本発明で用いられる潤滑剤の種類は特に限定されるものではないが、例えば、潤滑油やグリースがあげられる。
さらに、撥油処理は、内外輪の軌道面や転動体の転動面のような転がり面に加えて、内外輪の内径面，外径面や、保持器の表面に施してもよい。
【００１８】
〔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。
呼び番号７３０５ＡＣＴＹの単列アンギュラ玉軸受（内径２５ｍｍ，外径６２ｍｍ，幅１７ｍｍ）の転がり面にショットピーニングを施した。すなわち、内外輪の軌道面と転動体の転動面との少なくとも一方に、直径２．５〜６０μｍの略球形のショット材を噴射圧力０．２〜１ＭＰａで噴射して吹き付けるショットピーニングを施し、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下となるように微小凹部を形成した。
【００１９】
そして、ショットピーニングを施した転がり面に、撥油剤からなる撥油被膜を被覆する撥油処理を施した。撥油剤としては、化１に示すようなパーフルオロアルキルアクリレート共重合体（日本メクトロン株式会社のノックスガードＳＴ−４３０）を使用した。ただし、化１中のｌ，ｍ，ｎはそれぞれ１〜３０の整数である。
なお、このアンギュラ玉軸受の内輪及び外輪は鋼製であり、転動体はセラミック製である。
【００２０】
【化１】
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【００２１】
このようなアンギュラ玉軸受に、潤滑油としてポリα−オレフィン油（４０℃における動粘度は３０．３ｍｍ2 ／ｓ）を０．３ｇ充填し、日本精工株式会社製のトルク試験機に装着した。そして、ラジアル荷重３０Ｎ及びアキシアル荷重４００Ｎを負荷して、２５℃の雰囲気下で回転速度８７００ｒｐｍで回転させ、４８０秒間回転させた後のトルク及び軸受温度を測定した。結果を表１に示す。なお、実施例１及び比較例１については、回転開始から４８０秒間のトルクの推移を図３のグラフに示す。
【００２２】
また、潤滑油の濡れ性を比較するために、以下のようにして潤滑油の接触角θを測定した。すなわち、軌道面又は転動面に潤滑油（ポリーαーオレフィン油）を３μｌ滴下し、滴下６秒後の接触角θを接触角試験機を用いて測定した。接触角θの測定時の軸受温度は、室温（約２５．０℃）である。結果を表１に併せて示す。また、撥油処理の有無による接触角θの測定結果の差異を、図４のグラフに示す。
【００２３】
表１から分かるように、実施例１〜３は、内外輪の軌道面及び転動体の転動面のいずれにも撥油処理を施していない比較例１と比べて、低トルクであるとともに、軸受の回転前後の温度差が小さかった（すなわち低発熱であった）。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
次に、実施例１及び実施例２の軸受において接触角θを種々変更したものを種々用意して、上記と全く同様にしてトルクを測定した。結果を表２及び図５のグラフに示す。なお、表２及び図５のグラフに示したトルクの数値は、比較例１のトルクを１００とした場合の相対値である。
【００２６】
表２から分かるように、撥油処理が施された転がり面と潤滑油との接触角θが５０°以上１６０°以下の範囲外である比較例２〜４は、撥油処理が施されていない比較例１とほぼ同等のトルクであったのに対して、接触角θが５０°以上１６０°以下の範囲内である実施例４〜９は、比較例１と比べて大幅に低トルクであった。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
次に、実施例１及び実施例２の軸受において接触角θ及び算術平均粗さＲａを種々変更したものを種々用意して、撥油処理により形成された撥油被膜の耐久性を評価するため回転試験を行った。試験条件は前述のトルク測定の場合と全く同様であり、トルクが回転初期の１．４倍となった時点で撥油被膜が寿命に達したと判定した。結果を表３に示す。なお、表３に示した寿命の数値は、比較例５の寿命を１００とした場合の相対値である。
【００２９】
表３から分かるように、撥油処理が施された転がり面と潤滑油との接触角θが５０°以上１６０°以下の範囲内であり、且つ、撥油被膜が被覆された面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲内である実施例１０〜１５は、撥油被膜が被覆された面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲外である比較例５〜１０と比べて、撥油被膜の耐久性が優れていた。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
次に、実施例１及び実施例２の軸受において接触角θ及び算術平均粗さＲａを種々変更したものを種々用意して、軸受の耐久性を評価するため回転試験を行った。試験条件は前述のトルク測定の場合と全く同様であり、焼付きが生じた時点で軸受が寿命に達したと判定した。ただし、実施例１６〜２１の軸受の転動体はセラミック製であるが、比較例１１〜１６の軸受の転動体は鋼製である。結果を表４に示す。
【００３２】
表４から分かるように、撥油処理が施された転がり面と潤滑油との接触角θが５０°以上１６０°以下の範囲内であり、且つ、撥油被膜が被覆された面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲内である実施例１６〜２１は、撥油被膜が被覆された面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以上２μｍ以下の範囲外である比較例１１〜１６と比べて長寿命であった。
【００３３】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。
【図２】図１の深溝玉軸受の要部を拡大して示した部分断面図である。
【図３】回転開始から４８０秒間の軸受のトルクの推移を示すグラフである。
【図４】撥油処理の有無による接触角θの測定結果の差異を示すグラフである。
【図５】接触角θと軸受のトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      転動体
３ａ    転動面
Ｌ      潤滑剤
Ｆ      撥油被膜
【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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