(57)【要約】【課題】微量油又は枯渇潤滑下において転動表面のピーリングやはくりなどの損傷を防して転がり軸受の寿命延長を図る。【解決手段】内輪２と外輪４との間に複数の針状ころが配設されたスラスト針状ころ軸受１において、ころ転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げ、且つ前記転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）を基準長さ毎に算出した平均値（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１Ｒｑ，Ｒｐ、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２，３：２００２Ｒｖｋ）がＲｖｋ≧０．３、Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４の関係を満たす。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも一つの転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げ、且つ前記転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）を基準長さ毎に算出した平均値（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１Ｒｑ，Ｒｐ、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２，３：２００２Ｒｖｋ）がＲｖｋ≧０．３、Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４の関係を満たすことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
内輪と外輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも一つの転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げ、且つ前記転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、最大谷深さＲｖ（μｍ）を基準長さ毎に算出した平均値（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４／２００１Ｒｑ，Ｒｐ，Ｒｖ）がＲｐ／Ｒｑ≦１．４、Ｒｖ／Ｒｐ≧３．８の関係を満たすことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記転動体が円筒ころ又は針状ころであることを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記円筒ころ又は前記針状ころの輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍ（μｍ）が３０以上であることを特徴とする請求項３記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体が針状ころとされたスラスト軸受であって、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑが回転輪と静止輪とで異なることを特徴とする請求項３又は４記載の転がり軸受。
【請求項６】
ころの材料が高炭素クロム軸受鋼で浸炭窒化され、表面付加濃度がそれぞれＣ：０．１重量％以上０．５重量％以下、Ｎ：０．１重量％以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
内外輪の少なくとも一方の材料がＣ：０．１２〜０．２３重量％、Ｃｒ：０．８５〜１．２５重量％、Ｍｏ：０．１５〜０．３５重量％の鋼（ＳＣＭ４１５、４２０）であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
内外輪の少なくとも一方の表層部が浸炭窒化されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
保持器が浸炭窒化されていることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
保持器の材料がＳＣＭであることを特徴とする請求項９記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の自動変速機用の針状ころ軸受、空調機用コンプレッサの軸受等に好適な転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の転がり軸受としては、転動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（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２４２１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１のように、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なかなか寿命が延びない用途があることもわかってきた。これは接触部の平滑さを規定していないことに問題あり、本当は油溜りと接触部の平滑さの関係が重要である。
【０００５】
自動変速機用針状ころ軸受等の微量油潤滑において表面を粗くして油溜りを形成した場合、表面接触部の油膜パラメータ（  油膜厚さと粗さの比）  が小さく、特に突起の頻度が多ければ、スキューネスＲｓｋが−１．６以下の負値をとる場合でも金属接触比率が高まりピーリング等による寿命低下をもたらす。
また、自動変速機用や空調機のコンプレッサ用の転がり軸受では潤滑がプアである上に針状ころ軸受であってもしばしば大きな面圧がかかることがあって摩耗が進行しやすく寿命が延びにくい。
【０００６】
更に、スキューネスＲｓｋの値は深い傷が一つあってもパラメータが大幅に負の値を表示してしまう。
本発明はこのような技術的背景を鑑みてなされたものであり、微量油又は枯渇潤滑下において寿命延長を図ることができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
微量油または枯渇潤滑下で、しかも転動体のスキューによる滑り摩擦が避けられず、転走面の粗さも仕上げ研磨面ほど小さくない場合、転動表面は、一定量の油溜りとなるくぼみを有すると同時に、接触面はできるだけ平滑で突起の少ないことが望ましい。
【０００８】
本発明における転動表面の粗さ曲線Ｒｇは、平坦な接触部が平均線より上に現れ、平均線より下の曲線は油溜りを表す谷によるものが支配する。また、曲線部の大半は、平均線より上にくる。
本発明者等は、多数の転動体の加工と粗さ測定、表面観察、軸受回転試験の結果から、転動表面において、突出谷部深さＲｖｋと輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ、輪郭曲線の最大山高さＲｐの関係が次の（１）及び（２）の条件を満たせば、油溜りと接触部の平滑さを両立させることができることを見出した。
（１）粗さの負荷曲線から求められる突出谷部深さＲｖｋ≧０．３μｍとして油溜りを確保する。
（２）基準長さの輪郭曲線の最大山高さＲｐと輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑとの値の比をＲｐ／Ｒｑ≦１．４とすることで接触部の突起を抑え平滑さを出す。
【０００９】
即ち、請求項１に係る発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも一つの転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げ、且つ前記転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）を基準長さ毎に算出した平均値（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１Ｒｑ，Ｒｐ、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２，３：２００２Ｒｖｋ）がＲｖｋ≧０．３、Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
また、転動表面の油溜りを示す谷の最大深さＲｖは、ガウスフィルタによる粗さ曲線において、評価長さをｌｅ、基準長さをλとし、ｌｅをλの整数倍に取ればｌｅ／λ＝ｎ区間における最大谷深さの平均がＲｖとして規定される。同様にＲｐは基準長さにおける最大山高さの平均値である。
本発明者等は、多数の転動体の加工と粗さ測定、表面観察、軸受回転試験の結果から、転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑと輪郭曲線の最大山高さＲｐ、最大谷深さＲｖの関係が次の（３）及び（４）の関係を満たせば、油溜りと接触部の平滑さを両立させることができることを見出した。
（３）Ｒｐ／Ｒｑ≦１．４
（４）Ｒｖ／Ｒｐ≧３．８
（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４／２００１Ｒｑ，Ｒｐ，Ｒｖ）
即ち、請求項２に係る発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも一つの転動表面に微小なくぼみを設けると共に、接触部を平滑に仕上げ、且つ前記転動表面において、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、最大谷深さＲｖ（μｍ）を基準長さ毎に算出した平均値（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４／２００１Ｒｑ，Ｒｐ，Ｒｖ）がＲｐ／Ｒｑ≦１．４、Ｒｖ／Ｒｐ≧３．８の関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
上記各構成によれば、微量油または枯渇潤滑下の環境においても、転動表面のくぼみに溜った油と接触部の平滑さの効果で油膜による相手面との分離を確保できるので、軸受寿命を延ばすことができる。なお、上記のような転動表面は、特許第３０８３１６０号公報に見られる特殊なバレル研磨法や通常の仕上げ研磨と組み合わせる方法などで形成することができる。
【００１２】
更に、請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記転動体が円筒ころ又は針状ころであることを特徴とする。
更に、請求項４に係る発明は、請求項３において、前記円筒ころ又は前記針状ころの輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍ（μｍ）が３０以上であることを特徴とする。輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍは、粗さ曲線において平均線を横切る頻度を表しているが、接触面が平滑であればあるほど油溜りの谷以外では平均線を横切る回数は少ない。従って、好ましくはＲＳｍ≧３０μｍ、より好ましくはＲＳｍ≧４０μｍとする。
【００１３】
更に、請求項５に係る発明は、請求項３又は４において、前記転動体が針状ころとされたスラスト軸受であって、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑが回転輪と静止輪とで異なることを特徴とする。
更に、請求項６に係る発明は、請求項３〜５のいずれか一項において、ころの材料が高炭素クロム軸受鋼で浸炭窒化され、表面付加濃度がそれぞれＣ：０．１重量％以上０．５重量％以下、Ｎ：０．１重量％以上であることを特徴とする。
【００１４】
更に、請求項７に係る発明は、請求項３〜６のいずれか一項において、内外輪の少なくとも一方の材料がＣ：０．１２〜０．２３重量％、Ｃｒ：０．８５〜１．２５重量％、Ｍｏ：０．１５〜０．３５重量％の鋼（ＳＣＭ４１５、４２０）であることを特徴とする。
更に、請求項８に係る発明は、請求項３〜７のいずれか一項において、内外輪の少なくとも一方の表層部が浸炭窒化されていることを特徴とする。
【００１５】
更に、請求項９に係る発明は、請求項３〜８のいずれか一項において、保持器が浸炭窒化されていることを特徴とする。
更に、請求項１０に係る発明は、請求項９において、保持器の材料がＳＣＭであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
（  第１の実施の形態）
図１は試験軸受としてのスラスト針状ころ軸受１を組み込んだ回転試験機の断面図である。このスラスト針状ころ軸受１は、ころ直径φ３ｍｍ、長さ６ｍｍの針状ころ３とされ、内輪２の軌道面と外輪４の軌道面は、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑが０．１０〜０．２６μｍに研磨されている。針状ころ３の数は２５個で保持器５によって周方向に等配に保持されている。軸受の外径は６４ｍｍ、内径は４０ｍｍである。
【００１７】
表１に本発明例１，２及び比較例１，２における針状ころのころ転動面の表面粗さのパラメータ（輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）／輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、突出谷部深さＲｖｋ（μｍ）、輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍ（μｍ））の平均値を示す（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１Ｒｑ，Ｒｐ、ＪＩＳ  Ｂ０６７１−２，３：２００２Ｒｖｋ）。
算出の基準長さは０．２５ｍｍ、測定長さは１．２５ｍｍでガウシアンフィルタを用いて各パラメータの値を算出して平均した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図２及び図３にそれぞれ本発明例１及び本発明例２のころ転動表面の粗さ曲線の例を、図４及び図５にそれぞれ比較例１及び比較例２のころ転動表面の粗さ曲線の例を示す。各図で高さゼロを表す横軸は粗さの平均線である。
本発明例１及び本発明例２のころ転動表面は、微小なくぼみをつけるバレル加工後に仕上げのバレル加工を施して接触部の突起を除去して平滑にしている。また、Ｒｐ／Ｒｑが１．４以下で、輪郭曲線要素の平均長さＲＳｍを４０以上に調整して加工した。これらのころ転動表面を光干渉顕微鏡で観察した画像では油溜りとなるくぼみが得られた上に接触部は平滑であった。
【００２０】
比較例１及び比較例２では、ころ転動表面に油溜りをつける加工も、表面突起を除去する仕上げ加工も特に施していない。これらのころ転動表面も光干渉顕微鏡で観察したが、画像では特に接触部の平滑さが十分に得られていないことがわかった。
ころ転動表面の微小くぼみによる油溜りと接触部の突起の関係を求めるために本発明例１，２及び比較例１，２のころ転動表面の粗さ曲線において，粗さの高さ分布における標準偏差をσとしたとき、σ以上の高さの山の数、−３σ以下の深さの谷の数をカウントした結果を図６に示す。
【００２１】
求め方としてピークの値を損なわないように平滑化したのち微分値が０になる点を求め、さらにこの中でσ以上の点と−３σ以下の点をカウントした。
１ｍｍあたりのσ以上の山の数をＮｐ、−３σ以下の谷の数をＮｖとした。図６から、本発明例１，２は比較例１，２に比べ、突起を示すＮｐが格段に少ない。また、比較例１，２は油溜りを示すＮｖの数も比較的少ない。
【００２２】
次に、針状ころがＳＵＪ２、内外輪がＳＣＭ４１５の浸炭窒化、保持器がＳＣＭ４１５の浸炭窒化とし、本発明例１，２及び比較例１，２の針状ころを組み込んだスラスト針状ころ軸受の回転試験を図１の試験機を用いて行った。
軸受荷重はスラスト負荷５．２ｋＮ、回転速度６０００ｍｉｎ−１とし、潤滑油にはＡＴＦを使用した。
【００２３】
１００時間試験後、ころ転動表面の接触部中央の直径を測り、摩耗量を測定した。本発明例１の摩耗量を１としたときの摩耗量の比較を図７に示す。
図７から、本発明例１，２と比較例１，２の摩耗の違いははっきりしており、表１のパラメータでも区別ができる。本発明例１，２のように、Ｒｖｋが０．３μｍ以上、ＲＳｍが３０（  好ましくは４０）μｍ以上、Ｒｐ／Ｒｑが１．４以下のものは比較例１，２と比較して摩耗が大幅に少なかった。また、比較例１，２ではピーリングと剥離が多数発生し破損したが、本発明例１，２では軽微な摩耗を示したにすぎなかった。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態と同様に、図１の回転試験機を用いる。この試験機に組み込まれた試験軸受としてのスラスト針状ころ軸受１は、ころ直径φ３ｍｍ、長さ６ｍｍの針状ころ３とされ、内輪２の軌道面と外輪４の軌道面は、輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑが０．１８〜０．２４μｍに研磨されている。針状ころ３の数は２５個で保持器５によって周方向に等配に保持されている。軸受の外径は６４ｍｍ、内径は４０ｍｍである。
【００２４】
表２に、本発明例３，４及び比較例３〜５におけるころ転動面の表面粗さのパラメータ（輪郭曲線の二乗平方根高さＲｑ（μｍ）、輪郭曲線の最大山高さＲｐ（μｍ）、最大谷深さＲｖ（μｍ））の平均値を示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
算出の基準長さは０．２５ｍｍで測定長さの中で０．２５ｍｍ毎に各パラメータの値を算出して平均した。表２において、Ｒｓｋはスキューネス、Ｒｋｕはクルトシスを表す（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４／２００１Ｒｑ，Ｒｐ，Ｒｖ，Ｒｓｋ）。
図８及び図９に本発明例３及び本発明例４におけるころ転動表面の粗さ曲線の例を、図１０〜図１２に比較例３〜比較例５のころ転動表面の粗さ曲線の例を示す。なお、各図で高さゼロを表す横軸は粗さの平均線である。また、Ｒｐ，Ｒｖに対応する山の高さ、谷の深さは、この平均線からの距離である。
【００２７】
本発明例３，４は、ころ転動表面に微小くぼみをつけるバレル加工後に仕上げのバレル加工を施して接触部突起を除去して平滑にしたものである。Ｒｖ／Ｒｐが３．８を下回らないように、且つＲｐ／Ｒｑが１．４を越えないように調整加工した。これらのころ転動表面を光干渉顕微鏡で観察した画像では、油溜りとなるくぼみが得られた上に接触部は平滑であった。
【００２８】
比較例３〜５では、ころ転動表面に油溜りをつける加工も、表面突起を除去する仕上げ加工も本発明例３，４より不十分であった。光干渉顕微鏡の画像では、特に接触部の平滑さが十分に得られていないことがわかった。
ころ転動表面の油溜りと接触部の突起の関係を求めるために、本発明例３，４及び比較例３〜５の粗さ曲線において、粗さの高さ分布における標準偏差をσとしたとき、σ以上の高さの山の数、−３σ以下の深さの谷の数をカウントした結果を図１３に示す。
【００２９】
求め方としてピークの値を損なわないように平滑化したのち微分値が０になる点を求め、さらにこの中でσ以上の点と−３σ以下の点をカウントした。１ｍｍあたりのσ以上の山の数をＮｐ、−３σ以下の谷の数をＮｖとした。
図１３から、本発明例３，４は比較例３〜５に比べ、突起を示すＮｐが格段に少ない。また、比較例３，４は油溜りを示すＮｖの数も比較的少ない。
【００３０】
次に、針状ころがＳＵＪ２、内外輪がＳＣＭ４１５の浸炭窒化、保持器がＳＣＭ４１５の浸炭窒化とし、本発明例３，４及び比較例３〜５の針状ころを組み込んだスラスト針状ころ軸受の回転試験を図１の試験機を用いて行った。
軸受荷重はスラスト負荷５．２ｋＮ、回転速度は６０００ｍｉｎ−１とし、潤滑油にはＡＴＦを使用した。
【００３１】
１００時間試験後、ころ転動表面の接触部中央の直径を測り摩耗量を測定した。本発明例３の摩耗量を１としたときの摩耗量の比較を図１４に示す。
図１４から、本発明例３，４と比較例３〜５の摩耗の違いははっきりしていて、表２のパラメータでも区別ができる。比較例３〜５おいては、Ｒｓｋの負の絶対値が大きいものがいいわけではない。本発明例３，４のように、Ｒｐ／Ｒｑが１．４以下、Ｒｖ／Ｒｐが３．８以上のものが摩耗が少なかった。
【００３２】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、転がり軸受としてスラスト針状ころ軸受を例に採ったが、他の転がり軸受に本発明を適用してもよいのは勿論である。
また、上記各実施の形態では、ころの転動表面に本発明を適用した場合を例に採ったが、内外輪の転動表面に本発明を適用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、微量油又は枯渇潤滑下においても、転動表面での油膜の形成と金属接触の防止で有利になり、ピーリングやはくりなどの損傷を防して寿命延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラスト針伏ころ軸受を組み込んだ回転試験機の断面図である。
【図２】本発明例１のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図３】本発明例２のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図４】比較例１のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図５】比較例２のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図６】本発明例及び比較例において、粗さの高さ分布における標準偏差をσとしたとき、σ以上の高さの山の数、−３σ以下の深さの谷の数をカウントしたグラフ図である。
【図７】本発明例及び比較例における摩耗量の比較を示すグラフ図である。
【図８】本発明例３のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図９】本発明例４のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図１０】比較例３のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図１１】比較例４のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図１２】比較例５のころ転動面粗さ曲線を示すグラフ図である。
【図１３】本発明例及び比較例において、粗さの高さ分布における標準偏差をσとしたとき、σ以上の高さの山の数、−３σ以下の深さの谷の数をカウントしたグラフ図である。
【図１４】本発明例及び比較例における摩耗量の比較を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…スラスト針状ころ軸受（転がり軸受）
２…内輪
３…針状ころ（転動体）
４…外輪
５…保持器
【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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