(57)【要約】【課題】潤滑条件の悪い環境下であっても、相手部材との直接接触が生じない安定した充分な厚さの油膜を長期にわたって維持することができる長寿命な転がり摺動部材を簡単に製造することができる方法を提供する。【解決手段】相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触が生じ、その接触面に複数の微小凹部１４が形成されてなる合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、予め所定形状に形成された合金鋼からなる中間素材１１を作製しておき、この中間素材１１に対し、表面に複数の微小凸部１２が形成されてなるローラバニシング加工用の加工体１３を用いてローラバニシング加工を施すことにより、前記相手部材との接触面に複数の微小凹部１４を形成するとともに、それら微小凹部１４が形成されていない部分を仕上げるようにした。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触が生じ、その接触面に複数の微小凹部が形成されてなる合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、予め所定形状に形成された合金鋼からなる中間素材を作製しておき、この中間素材に対し、表面に複数の微小凸部が形成されてなるローラバニシング加工用の加工体を用いてローラバニシング加工を施すことにより、前記相手部材との接触面に複数の微小凹部を形成するとともに、それら微小凹部が形成されていない部分を仕上げることを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項２】
相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触が生じ、その接触面に複数の微小凹部が形成されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、前記複数の微小凹部がローラバニシング加工用の加工体の表面に設けられた複数の微小凸部によって形成されてなることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項３】
前記微小凹部は、その深さが１〜３μｍの範囲内で、かつ寸法が２０〜８０μｍの範囲内である請求項２記載の転がり摺動部材。
【請求項４】
前記微小凹部は、楕円形状であり、かつその長径方向が転がりまたは滑り方向と直交する方向と同一である請求項２または３記載の転がり摺動部材。
【請求項５】
前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける硬さがＨｖ８００以上である請求項２〜４のいずれか一項に記載の転がり摺動部材。
【請求項６】
前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上である請求項２〜５のいずれか一項に記載の転がり摺動部材。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一項に記載の転がり摺動部材を、内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つとして用いてなることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受やカムフォロアローラ等の構成部材のように相手部材との間で転がり接触若しくは滑り接触または両接触が生ずる転がり摺動部材を製造する方法およびそれにより得られた転がり摺動部材、並びにそれを用いた転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、転がり軸受等は、繰り返し荷重がかかるために寿命が短いという問題がある。この問題に対して、本発明者らは、転がり軸受等の製造における仕上げ加工として表面塑性加工の一種であるローラバニシング加工を採用し、軌道面（相手部材との接触面に相当）に残留圧縮応力を付与するとともに硬度を高くすることで内部起点剥離を特に防止する技術を提案し、既に出願している（特願２００２−１３８９７０号、平成１４年５月１４日出願）。
【０００３】
ところで、潤滑条件が悪い環境（潤滑油粘度が低い環境、高温環境等）で使用される転がり軸受は、相手部材との接触面間に安定した充分な厚さの油膜が形成され難いために表面起点剥離が生じ、長期にわたって使用するのが難しいという問題がある。この問題に対して、▲１▼相手部材との接触面に対しバレル加工を施して複数の微小凹部を形成する方策（特許文献１参照）や、▲２▼相手部材との接触面に対しショットブラスト処理を施した後バレル加工を施して複数の微小凹部を形成する方策（特許文献２参照）や、平滑ブロックの表面に電着した砥粒によって複数の微小凹部を形成する方策（特許文献３参照）等が提案されている。このような複数の微小凹部の存在により、潤滑油の保持性が高まり、安定した充分な厚さの油膜が形成されるので、相手部材との直接接触を防止でき、その結果として表面起点剥離を防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２３９５５０号公報（第３頁）
【特許文献２】
特開平８−２３２９６４号公報（第２頁）
【特許文献３】
特開平６−９９３１６号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼の方策では、ドラム中に被加工体と研磨材とを入れて回転させるというバレル加工を採用しているので、微小凹部の形状や大きさを制御しにくいうえ、それら微小凹部の分布についても制御しにくいという問題がある。すなわち、バレル加工によると微小凹部は被加工体と研磨材とのランダムな接触により形成されるので、微小凹部同士がつながった状態で形成されたり、ある部分には多数の微小凹部が形成されているが他の部分には少数の微小凹部しか形成されていなかったりするということが起こりうるからである。そのため、安定した油膜を長期にわたって維持するのが難しいという問題がある。
また、上記▲２▼の方策では、上記▲１▼の問題点である微小凹部の形状、大きさ、分布の制御に関してある程度は改善されているものの、結局はバレル加工を用いているので、より高度な制御を実現できておらず、近年の長寿命化要求に必ずしも充分に対応できているとはいえない。
さらに、上記▲３▼の方策では、砥粒による微小凹部の形成の際に、その微小凹部の周囲に盛り上がった部分が形成されてしまい、それを除去するために別途仕上げ加工が必要になるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、潤滑条件の悪い環境下であっても、相手部材との直接接触が生じない安定した充分な厚さの油膜を長期にわたって維持することができる長寿命な転がり摺動部材を簡単に製造することができる方法、およびそれにより得られた転がり摺動部材、並びにそれを用いた転がり軸受の提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触が生じ、その接触面に複数の微小凹部が形成されてなる合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、予め所定形状に形成された合金鋼からなる中間素材を作製しておき、この中間素材に対し、表面に複数の微小凸部が形成されてなるローラバニシング加工用の加工体を用いてローラバニシング加工を施すことにより、前記相手部材との接触面に微小凹部を形成するとともに、それら微小凹部が形成されてない部分を仕上げることを特徴としている（請求項１）。
【０００８】
上記の製造方法によれば、複数の微小凸部が形成されてなるローラバニシング加工用の加工体を用いてローラバニシング加工を行っているので、相手部材との接触面に微小凹部を形成すると同時に、その微小凹部が形成されていない部分を仕上げすることができる。よって、微小凹部形成後に別途仕上げ加工を行う必要がなくなる。また、接触面の微小凹部は加工体表面の微小凸部の転写により形成されるので、微小凹部の形状、大きさ、分布をより高度に制御することができる。したがって、潤滑条件の悪い環境下であっても安定した充分な厚みの油膜を長期にわたって維持することが可能な転がり摺動部材を簡単に製造することができる。そして、本発明の製造方法は、ローラバニシング加工は回転可能に保持された加工体（ローラ、ボール）の多方向への回転を利用して被加工体の表面を塑性加工する処理であるから表面を鏡面仕上げするために用いられるものである、という技術常識を打破してなされたものであり、上記したような優れた効果を奏する。
【０００９】
本発明の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触が生じ、その接触面に複数の微小凹部が形成されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、前記微小凹部がローラバニシング加工用の加工体の表面に設けられた複数の微小凸部によって形成されてなることを特徴としている（請求項２）。
【００１０】
上記の転がり摺動部材によれば、相手部材との接触面に形成された複数の微小凹部が加工体表面の複数の微小凸部によって形成されているので、微小凹部の形状、大きさ、分布が高度に制御されたものである。すなわち、微小凹部が均一に分散した状態で形成されたものである。よって、従来品と比べ、微小凹部に起因する油膜形成能力がより高いものとなり相手面との直接接触を抑制できるため、表面起点剥離をより防止できるものとなる。また、ローラバニシング加工が施されているので、表面近傍に残留圧縮応力が付与されるとともに加工部分の硬度が高まる結果、内部起点剥離を防止したものとなる。したがって、潤滑条件の悪い環境下においても長期にわたって使用することができる転がり摺動部材を提供できる。
【００１１】
上記の転がり摺動部材において、前記微小凹部は、その深さが１〜３μｍの範囲内で、かつ寸法が２０〜８０μｍの範囲内であることが好ましい（請求項３）。このような微小凹部によって、相手部材との接触面間に充分な潤滑油が保持されるので、特に安定した充分な厚さの油膜が形成される。ここで、微小凹部の深さとは、最も深い部分を基準として測定される値をいい、また微小凹部の寸法とは、接触面に形成される形状において最も直線距離が長い部分を基準として測定される値をいう。そして、微小凹部の寸法の好ましい範囲としては、相手部材との接触部が楕円形状の場合（例えば、玉と軌道の接触の場合）は、当該楕円の短径の１／１０〜短径（１０／１０）である。
【００１２】
また、上記の転がり摺動部材において、前記微小凹部は、楕円形状であり、かつその長径方向が転がりまたは滑り方向と直交する方向と同一であることが好ましい（請求項４）。このような状態で微小凹部が分散していると、潤滑油の保持性が高まるので、特に安定した充分な厚さの油膜が形成される。
【００１３】
さらに、上記の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける硬さがＨｖ８００以上であることが好ましい（請求項５）。これにより、特に内部起点剥離を防止できる結果、上記した表面起点剥離防止効果と相まって、より長寿命な転がり摺動部材となる。
【００１４】
また、上記の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上であることが好ましい（請求項６）。これにより、特に内部起点剥離が防止できる結果、上記した表面起点剥離防止効果と相まって、より長寿命な転がり摺動部材を提供できる。
【００１５】
本発明の転がり軸受は、上記した転がり摺動部材を内輪、外輪および転動体のうちの少なくとも１つとして用いてなることを特徴としている（請求項７）。このような転がり軸受によれば、特に疲労強度が要求される内輪、外輪、転動体として前記した長寿命な転がり摺動部材を用いているので、長期にわたって使用することが可能な転がり軸受となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の転がり摺動部材は、例えば、図１および図２に示すように、軸受鋼からなるものであり、相手部材との接触面１には、多数の楕円形状の微小凹部２が均一に分散された状態で形成されている。なお、微小凹部２が形成されていない部分は、表面粗さＲｚが０．２μｍ以下の平滑面になっている。
【００１７】
楕円形状の微小凹部２は、その深さが１〜３μｍの範囲内で、かつその長径が２０〜８０μｍの範囲内に形成されている。より好ましくは、深さが１〜２μｍの範囲内で、かつ長径が２０〜５０μｍの範囲内である。また、楕円形状の微小凹部２は、その長径方向が相手部材と相対的に転がりまたは滑りが生ずる方向と直交する方向と同一の方向となるように形成されている。このように上記した大きさの楕円形状の微小凹部２が上記した方向にそろった状態で形成されていることにより、相手部材との直接接触が生じ難い非常に安定した充分な厚さの油膜を形成することができる。
なお、接触面１における微小凹部２の存在割合（密度、単位面積あたりの個数等）は、用途や潤滑油の種類等に応じて適宜に設定される。例えば、微小凹部２の寸法により異なるが、通常、３０〜２００個／ｍｍ２が好ましく、特に好ましくは３０〜８０個／ｍｍ２である。
【００１８】
そして、相手部材との接触面１から少なくとも０．１５ｍｍの深さにおける硬さがＨｖ８００以上、より好ましくは少なくとも０．２ｍｍの深さにおいても８００以上に設定されている。また、相手部材との接触面１から少なくとも０．１５ｍｍの深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上、より好ましくは少なくとも０．２ｍｍの深さにおいても８００ＭＰａ以上に設定されている。このように相手部材との接触面１から特定の深さの硬さや残留圧縮応力が特定の範囲に設定されていると、特に疲労強度が高くなるので、非常に内部起点剥離が生じにくく、より劣悪な潤滑環境下でも長寿命な転がり摺動部材となる。
【００１９】
このような転がり摺動部材は、例えばつぎのようにして製造することができる。まず、図３に示すように、軸受鋼からなる素材に対し、公知の鍛造、旋削、熱処理等の各処理を施して、所定形状に形成された中間素材１１を作製する。ついで、図４に示すように、この中間素材１１に対し、複数の微小凸部１２を有し、それ以外の部分が平滑に仕上げされたセラミックス製のローラ１３を強圧で押しつけながら転がり接触させることにより、ローラバニシング加工を施す。これにより、中間素材１１の表面にローラ１３の微小凸部１２がくい込み転写されて微小凹部１４が形成されると同時に、その微小凹部１４が形成されない部分は平滑になる。また、ローラバニシング加工により、表面から０．１５ｍｍの深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上付与されるとともに、硬さがＨｖ８００以上となるので、疲労強度が高いものとなる。このようにして、上記した転がり摺動部材を製造することができる。
【００２０】
（その他の事項）
上記では、微小凹部の形状として楕円形状のものを説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、円形状、長方形形状等であってもよい。
また、ローラバニシング加工用の加工体として、ローラを用いたが、これに限定するものではなく、球状のボールを用いてもよい。また、材質として、セラミックスに限定するものではなく、加工する中間素材１１の表面よりも硬いものであればよく、例えば、高硬度の鋼であってもよい。さらに、微小凸部は加工体表面に接着されたものでもよいが、微小凸部の剥離等を考慮して、一体的に形成されているものが好適である。
さらに、上記では、転がり摺動部材の材料として軸受鋼を用いたが、これに限定するものではなく、肌焼き鋼等のその他の合金鋼を用いてもよい。
【００２１】
上記した転がり摺動部材は、転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触によって寿命に至る各種の部品として用いることができる。例えば、外輪と内輪とその間に配置される転動体とを備えた転がり軸受の内輪、外輪、転動体のうちの少なくとも１つとして用いれば、潤滑環境の悪い環境下で使用される場合であっても、長期にわたって使用することができる転がり軸受を提供できる。
【００２２】
つぎに、本発明の実施例について従来例と併せて説明する。
【００２３】
（実施例１）
軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる素材を準備し、公知の鍛造、旋削、熱処理等の各処理を行い、玉軸受（６２０６）用の内輪素材を作製した。ついで、この内輪素材の軌道面に対し、楕円形状の微小凸部（高さ２μｍ、長径５０μｍ、短径３０μｍ）を有し、その他の部分が平滑に仕上げられたセラミックス製の球状ボールを用いて、ローラバニシング加工を施した。ここで、処理条件は、ワーク回転数１６００ｒｐｍ、ツール送り０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、液圧４０ＭＰａ、使用加工液：水溶性エマルジョン、とした。このようにして、玉軸受用の内輪を製造した。なお、この内輪は、その軌道面に、深さ２μｍ、長径５０μｍ、短径３０μｍの楕円形状の微小凹部が多数、均一に分散した状態で形成されており（微小凹部の密度４２個／ｍｍ２、千鳥配列を複数並列にした規則正しい配列）、しかもそれぞれの長径が転がり接触または滑り接触が生ずる方向と直交する方向と一致するように形成されていた。また、微小凹部が形成されていない部分は表面粗さ０．１５μｍであった。また、軌道面から０．１５ｍｍ深さの硬さがＨｖ８４０であり、かつ軌道面から０．１５ｍｍ深さの残留圧縮応力が８５０ＭＰａであった。
【００２４】
（従来例１）
ローラバニシング加工を行わず、内輪素材に対し、砥石を用いた研磨処理、その後にバレル加工を施した他は、実施例１と同様にして、玉軸受（６２０６）用の内輪を製造した。
【００２５】
（従来例２）
ローラバニシング加工を行わず、内輪素材に対し、砥石を用いた研磨処理、その後にショットブラスト処理、さらにバレル加工を施した他は、実施例１と同様にして、玉軸受（６２０６）用の内輪を製造した。
【００２６】
このようにして得られた実施例１および従来例１，２の玉軸受用の内輪を用いて、つぎのような寿命試験を行った。すなわち、各内輪を、ＪＩＳ　ＳＵＪ２からなりかつ通常の浸炭窒化処理が施されてなる外輪および玉とを組み合わせて玉軸受を組み立てた。そして、これらの玉軸受を使用し、潤滑油を用いて寿命試験（Ｌ１０寿命試験）を行った。
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なお、油膜パラメータΛとは、油膜厚さｈと表面粗さσとの比として表されるもの（Λ＝ｈ／σ）である。
また、上記した試験機は、同時に２個の玉軸受の試験を行うことが可能であり、上記のラジアル荷重は、１つの玉軸受のラジアル荷重を意味する。
また、試験方法は、試験機に同じ内輪を備えた玉軸受を２個セットし、いずれかの玉軸受の内輪が破損するまでの時間を計測するという試験を５回繰り返し、破損までの時間の平均をとったものである。
【００２７】
上記の寿命試験の結果、実施例１の玉軸受のＬ１０寿命は、従来例１、２の玉軸受のそれに対し、２倍以上長かった。したがって、ローラバニシング加工によって微小凹部を形成したもの（実施例１）は、潤滑条件の悪い条件（Λ：０．７〜０．８）でも、バレル加工によるもの（従来例１）、ショットブラスト処理とバレル加工によるもの（従来例２）に比べ、安定した充分な厚さの油膜が長期にわたって維持され、より長寿命化を実現したものであると考えられる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の転がり摺動部材の製造方法によれば、相手部材との接触面に微小凹部を形成すると同時にその微小凹部が形成されていない部分を平滑にすることができるので、安定した充分な厚さの油膜を長期にわたって維持することが可能な転がり摺動部材を簡単に製造することができる。
【００２９】
請求項２に記載の転がり摺動部材によれば、微小凹部の形状、大きさ、分布が高度に制御されているので、従来品と比べ、安定した充分な厚さの油膜を形成することが可能となる。よって、油膜パラメータが小さいような潤滑条件が悪い環境下であっても長期にわたって使用することができる転がり摺動部材を提供することができる。
【００３０】
上記の転がり摺動部材において、前記微小凹部がその深さが１〜３μｍの範囲内で、かつ寸法が２０〜８０μｍの範囲内である場合には、微小凹部に保持される潤滑油が適度となるので、特に良好な油膜が形成される。また、前記微小凹部が楕円形状であり、かつその長径方向が転がりまたは滑り方向と直交する方向と同一である場合には、潤滑油が特に流れにくくなるので、特に良好な油膜が形成される。また、前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける硬さがＨｖ８００以上である場合、あるいは前記相手部材との接触面から少なくとも０．１５ｍｍ深さにおける残留圧縮応力が８００ＭＰａ以上である場合には、特に内部起点剥離を防止できる結果、上記した表面起点剥離防止効果と相まって、より長寿命な転がり摺動部材となる。
【００３１】
請求項７に記載の転がり軸受によれば、特に疲労強度が要求される内輪、外輪、転動体として前記した長寿命な転がり摺動部材を用いているので、長期にわたって使用することが可能な転がり軸受となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり摺動部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す転がり摺動部材の破線Ａで囲まれた部分の拡大図である。
【図３】本発明の転がり摺動部材の製造方法の一例を説明するための模式的な斜視図である。
【図４】本発明の転がり摺動部材の製造方法の一例を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
１１　中間素材
１２　微小凸部
１３　セラミックス製のローラ
１４　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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