(57)【要約】【課題】  転動体と保持器との摩擦係数を低減すると共に、転がり軸受の耐久性を向上させて保持器の破損を防止し、優れた伝達効率と軸受寿命とを有した転がり軸受を提供する。【解決手段】  本発明の転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、外輪２および内輪３間に回動自在に配置された複数の転動体５と、転動体５を転動自在に保持する複数のポケット４ａが形成された金属製保持器４と、を具備する。金属製保持器４は、転動体５が接触するポケット４ａの内面に金属製保持器４の板厚の１％以上且つ９％以下の厚さの窒化層６ｂが形成されている。また、転動体５の表面の面粗さは、０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する複数のポケットが形成された金属製保持器と、を具備する転がり軸受であって、
前記金属製保持器が、少なくとも前記転動体と接触する前記ポケットの内面に、当該金属製保持器の板厚の１％以上且つ９％以下の厚さの窒化層を有していることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転動体の表面粗さが、０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下であることを特徴とする請求項１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、自動車のトランスミッション用軸受、ベルト式ＣＶＴ(無段変速機：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ)用軸受等に用いられる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の寿命に関する指標として、潤滑の良否に大きく影響する油膜形成の程度を表した油膜パラメータΛが用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。油膜パラメータΛは、式（１）により求められる。尚、式（１）において、ｈｍｉｎは最小油膜厚さ、ｈｒ１，ｈｒ２は内側または外側軌道輪と転動体との転がり接触面の自乗平均粗さ、σ１２は軌道輪の中心線平均粗さ（ｈ≒１．１２Ｒ）、σｃは転動体の中心線平均粗さ（ｈ≒１．１２Ｒ）である。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
油膜パラメータΛに関して、その値が大きい程、厚い油膜が形成されて転がり軸受の寿命が長くなることが知られている。そして、Λ≦３の範囲では、いわゆる境界潤滑状態となり、転がり軸受の寿命に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、従来は、軌道輪と転動体との転がり接触面をできるだけ平滑な面に加工し、油膜を十分に形成するようにしていた。尚、油膜を形成する能力は固定輪に比較して回転輪の方が低く、回転輪において油膜を形成することが困難であったので、回転輪の表面粗さをより小さくすることが望ましいとされていた。
【０００５】
また、転がり軸受の長寿命化に関し、鋼球（転動体）の表面粗さと転走面（軌道面）の表面粗さとの関係を、０．０５μｍＲａ＜鋼球の表面粗さ＜転走面の表面粗さ、とし、且つ鋼球の表面粗さを転走面の表面粗さに近づけ、鋼球の表面と内外輪の転走面との間に油膜を形成して潤滑性を向上させることにより、鋼球の温度上昇を抑え、鋼球の表面剥離を防止して長寿命化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
更に、外輪、内輪の各軌道面および転動体の表面のうち、少なくとも外輪軌道面を、深さ０．０００５ｍｍ以上且つ０．００８ｍｍ以下の多数の溝状凹部と、該溝状凹部で仕切られ、且つ溝状凹部を取り除いた粗さを０．０８μｍＲａ以下とされた平滑部と、で形成することにより、外輪軌道面に適度な摩擦係数を持たせて転動体のすべり運動を抑制すると共に、溝状凹部の油溜まり機能も副次的に作用させ、平滑部での金属凝着を防止し、軸受の焼付きを防止するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
一方、転がり軸受用の保持器は、ＳＰＣＣやＳＰＣＥなどの冷間圧延鋼板に純窒化（ＮＨ３ガス窒化）、ガス軟窒化、タフトライド、イオン窒化、などの軟窒化処理を施したプレス保持器（金属製波形保持器）を用いることにより、厳しい潤滑条件下での耐久性を向上させたものがある。窒化処理を施すと母材よりも硬化させることができ、表面硬度Ｈｖ３５０〜６００程度の表面層が形成されて優れた耐久性が得られる。通常、窒化層の厚さは１００μｍ程度とされている。
【非特許文献１】転がり軸受工学編集委員会編「転がり軸受工学」、養賢堂出版、昭和５０年７月１０日第一版、ｐ１７８
【特許文献１】特公平５−３２６０２号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献２】特許公報第２５０８１７８号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、自動車においても省エネルギー化が強く求められており、自動車のトランスミッションの潤滑において、例えば２０ｃｃ／ｍｉｎ以下まで給油量を低減し、または、低粘度の潤滑油を用い、油膜の粘性抵抗を少なくするなどの方法によって燃費向上を図る試みがなされている。そして、ベルト式ＣＶＴにおいては、伝達効率を確保すると共に、運転時に発生する騒音を防止し、駆動側・従動側のプーリおよび無端ベルトの摩耗を抑制することを目的として、ＣＶＴフルードに低粘度のものを用いる傾向がある。
【０００９】
ＣＶＴには標準的な軸受材料（例えば、軸受鋼２種）からなる転がり軸受が一般に使用されており、該軸受の潤滑もＣＶＴフルードを用いて行われているが、低粘度のＣＶＴフルードの使用や給油量の低減と、ベルト変動に伴うアキシャル方向振動との複合作用によって、軸受の軌道輪と転動体との間ですべり運動が発生し、また、転動体と保持器との間で摩耗が発生し、転動体の表面粗さが悪化して、振動や、異物混入による圧混起点型剥離とは異なる早期剥離・摩耗が発生する場合があった。このような使用条件下においては、特許文献１および特許文献２で開示されている転動体と軌道面との間の油膜形成性に着目した表面損傷防止技術では上記の問題に十分に対処することができず、さらなる対策が望まれている。
【００１０】
また、従来の保持器の窒化処理のように、窒化層の厚さを１００μｍ（例えば、保持器の板厚が１ｍｍの場合は窒化層１０％）とした場合、保持器の総合的な強度は向上するが、逆に靱性が低下して変形し難くなるため、金属疲労により保持器が割れる事例が確認されている。
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動体と保持器との摩擦係数を低減すると共に、転がり軸受の耐久性を向上させて保持器の破損（疲労破損、衝撃破損）を防止し、優れた伝達効率と軸受寿命とを有した転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受は、下記の（１）〜（２）を特徴としている。
【００１３】
（１）  外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪間に回動自在に配置された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する複数のポケットが形成された金属製保持器と、を具備する転がり軸受であって、
前記金属製保持器が、少なくとも前記転動体と接触する前記ポケットの内面に、当該金属製保持器の板厚の１％以上且つ９％以下の厚さの窒化層を有していること。
【００１４】
（２）  （１）に記載の転がり軸受において、前記転動体の表面の面粗さは、０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下としたこと。
【００１５】
前記構成による転がり軸受によれば、金属製保持器は、転動体と接触するポケットの内面に、金属製保持器の板厚の１％以上且つ９％以下、好ましくは１％以上且つ５％以下の厚さを有する窒化層を形成されており、これにより、保持器の強度を向上させて保持器の破損（疲労破損、衝撃破損）を防止することができ、また、転動体と保持器との間の摩擦係数を低下させることができる。よって、前述した使用条件下においても、転動体と保持器との間の摩擦によるポケット内面の摩耗を抑制し、玉の表面粗さの悪化を防止することができ、更に、保持器の摩耗粉が外輪軌道輪面または内輪軌道面と玉との間に入り込むことにより発生する表面ピーリング損傷を抑制することができる。
【００１６】
尚、一般に軸受の寸法に応じて保持器の板厚も規定され且つ負荷される荷重も異なり、負荷荷重によって保持器と転動体とに作用する摩擦力も変動する。そして、摩擦力に応じて窒化層の厚みも規定されるものであるので、ポケットの内面に形成される窒化層の厚みを、絶対的な数値（例えば、従来のように１００μｍ）ではなく保持器の板厚に対する割合で規定することにより、寸法の異なる転がり軸受（即ち、板厚の異なる保持器）に対応した最適な窒化層の厚さを規定することができる。
【００１７】
また、転動体の表面の面粗さを０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下とすることにより、転動体と保持器との間の摩擦抵抗を低減させることができ、前述した使用条件下において局所的にメタルコンタクトが発生するような場合でも、保持器の摩耗や表面疲労の進行を抑制すると共に、転動体の表面粗さの悪化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の転がり軸受によれば、転動体と保持器との摩擦係数を低減すると共に保持器の破損（疲労破損、衝撃破損）を防止して、転がり軸受の耐久性を向上させることができ、転がり軸受の伝達効率と寿命とを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態である転がり軸受の部分破断斜視図、図２は図１における保持器に転動体である玉が保持された状態を示す要部拡大断面図である。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、本発明の一実施形態である転がり軸受１は、外輪２と、内輪３と、保持器４と、保持器４のポケット４ａに転動自在に保持された転動体である複数の玉５と、を備えている。そして、複数の玉５は、保持器４のポケット４ａに転動自在に保持されて外輪２の外輪軌道面２ａと内輪３の内輪軌道面３ａとの間に回動自在に配置されている。尚、外輪２、内輪３および玉５は、例えば軸受鋼である軸受鋼２種により形成されている。
【００２２】
保持器４は、例えば、板厚ｔ＝１ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＥ）をプレス加工して半球状凹部６ａが形成された一対の波形板６を、半球状凹部６ａ同士を対向配置して付き合わせ、リベット８で一体に固定して形成されている。即ち、対向配置された一対の半球状凹部６ａ，６ａによって画成された球状空間をポケット４ａとした、いわゆる金属製波形保持器である。保持器４は、純窒化（ＮＨ３ガス窒化）、ガス軟窒化、タフトライド、イオン窒化、などの適宜の処理方法によって軟窒化処理が施されており、玉５と接触する半球状凹部（ポケット内面）６ａには、少なくともその内面側（即ち、玉５との接触面側）から冷間圧延鋼板の板厚ｔの１％以上且つ９％以下、好ましくは１％以上且つ５％以下の厚さを有する窒化層６ｂが形成されている。また、転動体である玉５の表面は研削加工されており、その面粗さは０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下とされている。
【００２３】
本実施形態の転がり軸受１によれば、金属製保持器４は、転動体５と接触するポケット４ａの内面に、金属製保持器４の板厚ｔの１％以上且つ９％以下、好ましくは１％以上且つ５％以下の厚さを有する窒化層６ｂを形成されており、保持器４の強度を向上させて保持器４の破損（疲労破損、衝撃破損）を防止することができ、また、転動体５と保持器４との間の摩擦係数を低下させることができる。これにより、１２０℃を越える高温環境、低粘度のトランスミッション用潤滑油の使用、などの過酷な使用条件下においても、転動体５と保持器４との間のすべり摩擦によるポケット４ａの内面の摩耗を抑制し、玉５の表面粗さの劣化を防止することができる。更に、保持器４の摩耗粉が外輪軌道輪面２ａまたは内輪軌道面３ａと玉５との間に入り込むことにより発生する表面ピーリング損傷を抑制することができる。また、本実施形態の転がり軸受１によれば、転動体５の表面の面粗さを０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下としたので、転動体５と保持器４との間の摩擦抵抗を低減させることができ、前述した過酷な使用条件下において局所的にメタルコンタクトが発生するような場合でも、金属製保持器４の摩耗、表面疲労の進行を抑制すると共に、玉５の表面粗さの劣化を防止することができる。これにより、転がり軸受１の寿命を長期化することができる。
【００２４】
そして、本実施形態の転がり軸受１をベルト式ＣＶＴに用いた場合には、低粘度のＣＶＴフルードの使用が可能となり、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有し、且つ低燃費のトランスミッションユニットを安価に提供することができる。
【実施例】
【００２５】
本発明の効果を確認するため、本発明の転がり軸受に係る実施例、および該実施例と比較するための比較例を用いて行った寿命試験について説明する。
【００２６】
寿命試験に用いた転がり軸受は、実施例及び比較例ともに、ＪＩＳ呼び番号６２０６（内径３０ｍｍ，外径６２ｍｍ，幅１６ｍｍ）であり、カタログ許容回転数は１３０００ｒｐｍである。また、転がり軸受は軸受鋼２種により形成し、内輪および外輪の表面硬度はＨＲＣ５８〜６６、残留オーステナイト量は０．０５〜１５％、転動体の表面硬度はＨＲＣ６２〜６７、内輪および外輪の表面粗さσ１２は０．０３〜０．０５μｍＲａ、転動体の表面粗さσｃは表１に示すものを用いた。初期の油膜パラメータΛは、Λ＝２程度である。
【００２７】
また、保持器は、板厚ｔ＝１ｍｍの鋼板をプレス加工して形成した金属製波形保持器であり、実施例および比較例に用いた保持器のポケット内面には、本出願人の出願である特開２００１−９０７３４号公報に開示されている手法を応用して、５６０℃のＮ２（２０％）＋ＮＨ３（８０％）雰囲気ガス中で純窒化処理を施し、緻密な窒化層をそれぞれ形成した。尚、各実施例および比較例の窒化層厚さは、表１に示す通りの板厚ｔに対する割合においてそれぞれ形成されている。
【００２８】
寿命試験の試験内容を以下に示す。
【００２９】
（試験条件）
試験条件は、実施例、比較例共に下記の通りである。
荷重   ：Ｐ（負荷荷重）／Ｃｒ（新動定格荷重）＝０．２０
内輪回転数    ：１５０００〜５０００ｒｐｍの範囲を２秒間で変速
傾き   ：２／１０００ｒａｄ
潤滑油 ：ＣＶＴフルード（粘度：４０℃において３５ｃＳｔ、１００℃において７ｃＳｔ）
軸受温度      ：１３０℃（一定）
試験時間      ：２５０時間
供試軸受個数  ：各実施例および比較例について５個
【００３０】
（評価方法）
試験開始から２５０時間経過した場合に、または振動値が初期振動値の５倍以上に達した場合に試験を終了し、転がり軸受を分解して剥離および摩耗の有無を目視で確認することにより評価した。なお、試験に供した転がり軸受の計算寿命（基本定格寿命Ｌ１０）は、２０８時間である。
【００３１】
（試験結果）
結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2005249108.tif 000004
【００３３】
表１に示されるように、実施例１，２，３は、ポケット内面に形成された窒化層の厚さが板厚の１％以上且つ５％以下とされており、２５０時間の試験時間経過後にも、それぞれ５個の供試軸受の全てに剥離やピーリング損傷は認められず、良好な状態を維持していた。また、玉の表面粗さは、試験後においても試験前と同レベルであり、０．０１μｍＲａ以下と良好であった。ポケット内面の形状を測定した結果、摩耗の痕跡はなく初期異常の発生もないものと認定される。
【００３４】
実施例４は、２５０時間経過した時点で、１個の供試軸受の保持器に亀裂が認められたものの、５個の転がり軸受の全てにピーリング損傷は認められなかった。保持器に亀裂が生じたことについては、実施例４の保持器は、板厚ｔに対して９％の厚みで深い窒化層を形成されているために比較的硬くなっており、傾き２／１０００ｒａｄでの加減速によって無理な力が作用して疲労亀裂に至ったものと考えられる。
【００３５】
一方、比較例１，２は、それぞれＬ１０（信頼度９０％）寿命で６５時間，５３時間経過した時点で初期振動値の５倍以上の振動値に達し、それぞれ５個の供試軸受の全てにおいて玉または内輪にピーリング損傷が認められた。上記の各試験時間は計算寿命の１／３以下である。比較例１については、試験前の玉表面粗さは０．００５μｍＲａと良好であるが、保持器に窒化層が形成されておらず、ポケット内面の摩耗により生じた摩耗粉が玉と軌道面との間に侵入し、玉にピーリング損傷が発生したものである。比較例２についても、保持器に窒化層が形成されておらず、ポケット内面の摩耗により生じた摩耗粉が玉と軌道面との間に侵入し、内輪にピーリング損傷が発生したものである。尚、比較例２は試験前の玉表面粗さを０．０２μｍＲａと軌道面の表面粗さと同程度に粗くされているが、粗さの差によってピーリング発生箇所が決まるわけではなく、玉が反負荷圏に移動したとき、玉の自転軸が様々に変化して玉の表面全体で負荷を受けることにより玉表面の疲労が緩和されるため、回転輪である内輪にピーリングが発生したものである。
【００３６】
比較例３は、５個中２個がそれぞれ１０４時間および１３０時間経過した時点で初期振動値の５倍以上の振動値に達し、玉にピーリング損傷が認められた。これは、ポケット内面に形成された窒化層の厚さが板厚の０．１％と薄いため、試験後のポケット内面に若干の磨耗が認められ、磨耗粉が玉と軌道面との間に入り込み、玉にピーリング損傷が発生したものである。
【００３７】
比較例４は、５個中１個が９９時間経過した時点で初期振動値の５倍以上の振動値に達し、焼付きおよび保持器の断裂が認められた。これは、試験前の玉表面粗さが０．０２μｍＲａと粗いため油膜形成性が低下しており（即ち、油膜パラメータΛが小さく）、また、保持器のポケット内面に形成された窒化層の厚さが板厚の１５％と厚いため保持器の靱性が低下しており、このため、メタルコンタクトを生じて焼付きが発生した後、玉がロックして保持器に繰り返し引っ張り応力が作用した結果、保持器の断裂に至ったものである。
【００３８】
以上の結果から明らかなように、少なくとも保持器のポケット内面に板厚の１％以上且つ９％以下の窒化層を形成し、玉（転動体）の表面粗さを０．００３μｍＲａ以上且つ０．０１μｍＲａ以下とすることにより、玉と保持器との摩擦係数を低下させ、玉および保持器の磨耗を抑制することができる。好ましくは窒化層の厚さを保持器の板厚の１％以上且つ５％以下とすることにより、より確実に玉および保持器の磨耗を抑制し、また、保持器の強度と靭性を両立させて保持器の破損（疲労破損、衝撃破損）を防止することができる。これにより、過酷な使用条件下（トランスミッション用潤滑油の供給不足、低粘度のトランスミッション用潤滑油の使用、高温環境、等）においても、軸受の早期剥離を防止して軸受寿命を向上させることができる。
【００３９】
尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態及び実施例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の転がり軸受の部分破断斜視図である。
【図２】図１における保持器に玉が保持された状態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    転がり軸受
２    外輪
３    内輪
４    金属製保持器
４ａ  ポケット
５    玉（転動体）
６ｂ  窒化層    
ｔ    板厚
【図１】
2005249108.tif 000005
【図２】
2005249108.tif 000006