(57)【要約】【課題】鋼球の表面と相手転動面との間の保油効果に優れ、厚い油膜の形成が可能であり、潤滑性を向上させ、鋼球の長寿命化を達成できる鋼球転動構造及び等速自在継手を提供する。【解決手段】転動面とそれにグリース潤滑されて転動する鋼球７とを備える。鋼球７の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化する。鋼球７の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部１５をランダムに配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動面とそれにグリース潤滑されて転動する鋼球とを備えた鋼球転動構造であって、
鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化するとともに、鋼球の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したことを特徴とする鋼球転動構造。
【請求項２】
内径面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面にトラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手において、
前記ボールの表面粗さを外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝の表面粗さに近づけて粗面化するとともに、前記ボールの表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したことを特徴とする等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼球転動構造および等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼球を用いた等速自在継手が使用される条件は、近年多枝にわたり、例えば高温化、高負荷化、高速化などそれぞれにおいて厳しくなっている。そのような状況において、滑り発熱、軸受や継手内部要因による温度上昇、雰囲気など外部要因による温度上昇などにより、継手の温度が上昇する。特に、グリース潤滑においては、グリースにより鋼球の放熱を閉じ込めるので、鋼球は、内側継手部材（内輪）および外側継手部材（外輪）に比べて熱の放散が少なく、温度上昇が大きい。特に、高速回転時において、鋼球の温度上昇が大きくなる。このように、鋼球の温度上昇が大きいと、内外輪に比べて鋼球の表面層に剥離が生じやすくなり、等速自在継手の寿命を短くする。
【０００３】
そこで、従来には、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけるようにしたものがある（特許文献１）。すなわち、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけることによって、鋼球と内外輪間の潤滑性を改善し、鋼球の温度上昇を抑えることにより、表面層の剥離発生をなくし、鋼球の長寿命化を実現するというものである。
【特許文献１】特開昭６１−１６７７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような鋼球転動構造（例えば軸受）では、その剥離寿命の形態は、内部起点型と表面起点型に分けることができる。内部起点型剥離は、潤滑条件が良好な領域で起こり、鋼球の清浄度が向上した今日では、接触応力が大きい場合以外はほとんど発生しない。
【０００５】
これに対して、表面起点剥離は潤滑条件が不十分な領域で起こり、その寿命は弾性流体潤滑理論（ＥＨＬ理論）により求められる油膜パラメータ（接触部の油膜厚さと接触する２物体表面の合成粗さとの比）と相関がある。
【０００６】
表面起点型剥離の発生を抑えるには、油膜パラメータを増大させることが必要であり、そのため、従来から潤滑剤の改良や軸受転走面の表面粗さの向上を図っていた。しかしながら、前記ＥＨＬ理論では、接触面の表面粗さは均一であるとの仮定が前提条件であり、実際の粗さの形態とは一致しない場合がある。
【０００７】
そのため、前記特許文献１に記載のように、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけたのみでは、表面起点型剥離対策として不十分であり、長寿命化を達成できない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、鋼球の表面と相手転動面との間の保油効果に優れ、厚い油膜の形成が可能であり、潤滑性を向上させ、鋼球の長寿命化を達成できる鋼球転動構造及び等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鋼球転動構造は、転動面とそれにグリース潤滑されて転動する鋼球とを備えた鋼球転動構造であって、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化するとともに、鋼球の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したものである。
【００１０】
本発明の鋼球転動構造によれば、鋼球の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（相手転動面との接触部）を迂回し、微小凹部で油量を増加し接触面（鋼球表面）内を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）が鋼球の表面と相手転動面の保油効果をして働く。しかも、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化することによって、鋼球の表面と相手転動面との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。
【００１１】
本発明の等速自在継手は、内径面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面にトラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手において、前記ボールの表面粗さを外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝の表面粗さに近づけて粗面化するとともに、前記ボールの表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したものである。
【００１２】
本発明の等速自在継手によれば、ボールの表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝との接触部）を迂回し、微小凹部で油量を増加し接触面（ボール表面）内を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）がボールの表面とトラック溝表面の保油効果をして働く。しかも、ボールの表面粗さを外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝の表面粗さに近づけて粗面化することによって、ボールの表面と相手転動面（外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝）との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鋼球転動構造では、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化していることと、微小凹部（マイクロオイルポット）が保油効果をして働くことと相俟って、油膜形成能力が極めて向上する。このため、低粘度、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも鋼球の温度上昇を抑えて長寿命化を図ることができる。
【００１４】
本発明の等速自在継手では、ボールの表面粗さを外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝の表面粗さに近づけて粗面化していることと、微小凹部（マイクロオイルポット）が保油効果をして働くことと相俟って、油膜形成能力が極めて向上する。このため、高温、高負荷、高速化においても、ボールの温度上昇を抑えてボール表面層の剥離を防止し、この等速自在継手の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明にかかる鋼球転動構造を使用した等速自在継手を示している。この等速自在継手は、内径面１にトラック溝２が形成された外側継手部材としての外輪３と、外径面４にトラック溝５が形成された内側継手部材としての内輪６と、外側継手部材のトラック溝２と内側継手部材のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール（鋼球）７と、外側継手部材の内径面１と内側継手部材の外径面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備える。このボール７は、内輪６と外輪３との間に封入されるグリース等の潤滑剤によって潤滑される。
【００１７】
また、内輪６の中心孔（内径孔）１０にシャフト１１を挿してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。シャフト１１は止め輪１２により内輪６に対して抜け止めされている。なお、この等速自在継手はバーフィールド型（ＢＪ）を示しているが、アンダーカットフリー型（ＵＪ）等の他の等速自在継手であってもよい。すなわち、転動体としてボールが使用されるものであればよい。
【００１８】
前記ボール７の表面粗さは、内輪６及び外輪３のトラック溝表面粗さに近づけて、粗面化を図っている。この場合、ボール７の表面粗さの下限値は、ボール７の表面粗さをψ１とし、内輪６及び外輪３のトラック溝表面粗さをψ２としたときに、０．１μｍＲａ＜ψ１＜ψ２と設定される。従来のこの種のものは、ボール（鋼球）の表面粗さは、０．００５μｍＲａ（０．２μｍＲｍａｘ）であり、内輪６及び外輪３のトラック溝表面粗さは、０．７５μｍＲａ（３μｍＲｍａｘ）である。このため、ボール７の表面粗さを０．７５μｍＲａ（３μｍＲｍａｘ）程度とする。ここで、Ｒａは、中心線平均高さであり、Ｒｍａｘは最大高さである。また、中心線平均高さは、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を測定長さで割った値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。最大高さは、断面曲線を基準長さを抜き取った部分の最大高さを求めてマイクロメートル（μｍ）で表したものである。
【００１９】
一般に潤滑状態は、接触する両物体の表面粗さσ１、σ２と油膜厚さｈ０によって決定され、このため、次の数１で表される油膜パラメータΛで整理できる。この際、油膜パラメータΛが３以上で理想的な潤滑状態を得ることができる。
【００２０】
【数１】
2008064291.tif 000003
【００２１】
また、図６は、前記数１中の次の数２において、σ２を一定とした場合のσ１の変化による数２の変化を示したものである。この図６から分かるように、σ１の増大によって油膜パラメータΛが減少することが予想される。
【００２２】
【数２】
2008064291.tif 000004
【００２３】
しかしながら、表面粗さの増大による潤滑油の増大による保油効果により油膜厚さｈ０が増大し、結果的に油膜パラメータΛを増大させることができる。特に、σ１とσ２とを同等すれば、数２の値の減少を小さくでき、油膜厚さｈ０は増大する。また、σ２（相手転動面の表面粗さψ２）が大きいほど、σ１（鋼球７の表面粗さψ１）を増加させることにより数２の値の低下が小さい。このため、σ１増大による潤滑油保持効果の油膜パラメータΛへの影響が大きい。すなわち、相手転動面の表面粗さが大きいほどパラメータΛを増大させることができる。このように、潤滑性を向上させる上で、鋼球７の表面粗さを表面粗さが大きい相手転動面に対して近づけるのが好ましいことになる。
【００２４】
本発明では、ボール７の表面に、前記表面粗さを維持しつつ、図２に示すように、大きさ数１０μｍ程度の微小凹部（マイクロオイルスポット）１５を無数にランダムに形成する。図２において、微小凹部１５以外の白い部分は平滑面で、方向性はなく（等方性）、この部分の表面粗さが、内輪６及び外輪３のトラック溝表面粗さと同等とされる。この微小凹部１５は、最適なメディア、砥粒の選定により微細ディンプルを形成することができる。この場合、表面の研削条件を変えることによって、任意の大きさ、任意の数の微小凹部１５を製作できる。この微小凹部１５の深さは約１μｍ程度である。
【００２５】
次に図３は、ボール７の表面を２次元的にトレースしたものであって、表面粗さを表している。この場合、微小凹部１５は深い谷となって現われる。
【００２６】
ところで、図５に示すような潤滑流体流れモデルを形成した場合、潤滑流体の流れは、（Ａ）よりも（Ｂ）、（Ｃ）の方が抵抗が大きく、接触内部に存在する流体の量が増加することになる。このため、転がり接触面の油膜厚さが増すことになる。図５において、ハッチング部が弾性変形による接触部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを示し、破線は潤滑流体の流れを示している。（Ａ）および（Ｃ）は接触部２０ａ、２０ｃが楕円乃至長円状であり、（Ｂ）は接触部２０ｂが円形状である。また、転がり方向と仕上げ面の加工方向が同じ場合を示し、（Ｃ）は、転がり方向と仕上げ面の加工方向が直角の場合を示している。
【００２７】
この潤滑流体流れモデルを、前記等速自在継手にあてはめれば、図４に示すようなモデルにて表すことができる。図４において、ハッチング部が弾性接触部１６を示し、クロスハッチングが微小凹部１５を示し、破線が流体の流れを示す。この場合、転がり方向は図面上の左から右で、潤滑流体は平滑面の接触部を迂回し、微小凹部１５で油量を増加しボール表面上を流れる。このため、油膜を形成することができる。
【００２８】
このように、鋼球（ボール７）の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部１５をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（外輪３及び内輪６のトラック溝表面との接触部）を迂回し、微小凹部１５で油量を増加しボール表面上を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）１５がボール７の表面とトラック溝表面の保油効果をして働く。しかも、ボール７の表面粗さを外輪３及び内輪６のトラック溝表面の表面粗さに近づけて粗面化することによって、ボール７の表面と相手転動面（外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝２、５）との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。このため、ボール７の表面粗さを外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝２、５の表面粗さに近づけて粗面化していることと、微小凹部（マイクロオイルポット）１５が保油効果をして働くことと相俟って、油膜形成能力が極めて向上する。
【００２９】
このように、この鋼球転動構造では、油膜形成能力が極めて向上するので、低粘度、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも鋼球の温度上昇を抑えて長寿命化を図ることができる。
【００３０】
また、鋼球転動構造を用いた等速自在継手では、高温、高負荷、高速化においても、ボール７の温度上昇を抑えてボール表面層の剥離を防止して、この等速自在継手の長寿命化を図ることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、鋼球転動構造として、等速自在継手以外に、鋼球を使用した転がり軸受であってもよい。また、単位面積あたりの微小凹部１５の数や、各微小凹部１５の大きさ、各微小凹部１５の深さ等も、この微小凹部１５を設けることによって、この微小凹部１５に、油分を保持することで、油膜が切れるのを防ぐことができる効果（マイクロオイルポット効果）を得ることができて、油膜形成能力を高めることが可能な範囲で任意に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態を示す鋼球転動構造を使用した等速自在継手の断面図である。
【図２】前記等速自在継手のボールの表面の顕微鏡簡略観察図である。
【図３】前記等速自在継手のボールの表面粗さを示す簡略図である。
【図４】本発明の鋼球転動構造の流体流れモデル図である。
【図５】潤滑流体流れモデル図である。
【図６】鋼球の表面粗さと油膜パラメータに関した係数の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    内径面
２    トラック溝
４    外径面
５    トラック溝
７    ボール
８    ケージ
１５  微小凹部
【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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