(57)【要約】【課題】  軌道輪と、この軌道輪と別部材の鍔部材とを備えると共に、寿命が長くて、耐摩耗性に優れ、かつ、トルクを低減できて、回転性能に優れるころ軸受を提供すること。【解決手段】  鍔本体６の材料としてＳＡＣＭ６４５を採用する。上記鍔本体６の軸受中心側の部分の表層部に、窒化処理により窒化層４を形成し、更に、鍔本体６の窒化層４上に、鍔本体６の窒化層４上の軸受中心側の略全表面を被覆するように、ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００以上で、膜厚が１〜３μｍのＤＬＣ膜１０を形成する。【選択図】  図１
2005155839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、上記外輪と上記内輪との間に配置された複数のころと、上記外輪および上記内輪とは別部材であると共に、上記ころの端面が接触する鍔部材とを備えるころ軸受であって、
上記鍔部材は、
ＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれか１つからなると共に、少なくとも一部の表層部に窒素を含む窒化層を有する鍔本体と、
上記窒化層を被覆すると共に、上記ころの端面が摺動する硬質被膜と
を備えることを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
請求項１に記載のころ軸受において、
上記硬質被膜は、ビッカース硬さが１０００以上で、かつ、膜厚が１〜３μｍのダイアモンドライクカーボン膜であることを特徴とするころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ころ軸受としては、例えば、特開平２００１−８２４６６号公報（特許文献１）に記載されているような、軌道輪と、ころの端面が接触する鍔部材とが、別部材であるものがある。
【０００３】
上記軌道輪と鍔部材とを別部材で構成したころ軸受では、上記鍔部材は、普通焼入がされた軸受鋼（ＳＵＪ２等）や浸炭焼入がされた浸炭焼入鋼（ＳＡＥ５１２０等）等、転がり軸受で用いられる材料からなる鍔本体と、この鍔本体のころ側の端面を被覆すると共に、ころの端面が摺動する硬質被膜とを備える。
【０００４】
上記ころ軸受では、上記鍔本体のころ側の端面におけるころが摺動する部分を硬質被膜で被覆することによって、ころの端面と、上記硬質被膜におけるころの端面が摺動する部分との間の摩擦を低減して、ころと、鍔部材の焼付を抑制すると共に、この摩擦に起因する摩擦トルクを低減してころ軸受の運転コストを削減するようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記ころ軸受では、上記鍔本体に硬質被膜を被覆する際に、上記転がり軸受で用いられる材料の焼き戻し温度を超える２００℃〜５００℃の熱処理を必要とし、この熱処理中に、上記鍔本体を構成する材料である上記転がり軸受で用いられる材料の焼き戻しが起こって、上記鍔本体が軟化したり、歪んで寸法精度がくるったりして、ころ軸受の寿命の低下、耐摩耗性の低下、トルクの増大、振動等の発生による回転性能の悪化等を招くという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−８２４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、軌道輪と、この軌道輪と別部材の鍔部材とを備えると共に、寿命が長くて、耐摩耗性に優れ、かつ、トルクを低減できて、回転性能に優れるころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明のころ軸受は、外輪と、内輪と、上記外輪と上記内輪との間に配置された複数のころと、上記外輪および上記内輪とは別部材であると共に、上記ころの端面が接触する鍔部材とを備えるころ軸受であって、上記鍔部材は、ＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれか１つからなると共に、少なくとも一部の表層部に窒素を含む窒化層を有する鍔本体と、上記窒化層を被覆すると共に、上記ころの端面が摺動する硬質被膜とを備えることを特徴としている。
【０００８】
尚、この明細書では、上記ＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１は、夫々ＪＩＳ規格のＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１をさすものとする。
【０００９】
また、上記窒化層は、該硬質被膜の上記ころの端面が摺動する部分の下に少なくとも形成されていれば良く、該硬質被膜の下に窒化層が存在しない部分が存在しても良い。
【００１０】
上記発明によれば、上記鍔本体の材料として、焼き戻し温度が非常に高いＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれか１つを採用したので、鍔本体を硬質被膜で被覆する際の熱処理で、鍔本体の焼き戻しが起こって鍔本体の硬度が軟化したり、鍔本体が歪んで鍔本体の寸法精度が変化して鍔部材と軌道輪との接合部付近ががたついたりすることがない。したがって、鍔本体の材料強度が低下することがないので、鍔部材の寿命を長くすることができると共に、がたつきによる振動等の発生を抑制できて、ころ軸受の回転性能を向上させることができる。
【００１１】
また、上記発明によれば、上記鍔本体を、硬質被膜により被覆しているので、上記ころの端面と、上記硬質被膜における上記ころの端面が摺動する部分との間に生じる摩擦力を小さくできて、この摩擦力に起因するトルクを小さくできて、運転コストを低減できると共に、上記ころと上記鍔部材の焼付を抑制することができる。
【００１２】
また、上記発明によれば、上記鍔本体の材料が、窒化を行い易いＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれかであるので、鍔本体の少なくとも一部の表層部に、硬質被膜と相性が良くて浸炭よりも表面硬度が非常に高いと共に、上記ころとの摩擦が小さい窒化層を、窒化処理によって容易に形成できる。したがって、この鍔本体の少なくとも一部の表層部に形成された窒化層上に、窒化層と相性が良い硬質被膜を容易に形成できると共に、仮に窒化層上の硬質被膜が剥がれたとしても、上記硬度が高く上記ころとの摩擦が小さい窒化層を上記硬質被膜の代わりに代用することができて、鍔部材ところの端面との摩擦を抑制できる。したがって、窒化層上の硬質被膜が剥がれた場合においても、鍔部材ところの焼付を抑制できると共に、トルクを低減できて運転コストを低減できる。
【００１３】
また、一実施形態のころ軸受は、上記硬質被膜が、ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００以上で、かつ、膜厚が１〜３μｍのダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜であることを特徴としている。
【００１４】
上記実施形態によれば、上記硬質被膜として、結晶構造が非晶質で、かつ、非常に滑らかな表面をもつ連続膜であるＤＬＣ膜を採用したので、鍔部材におけるＤＬＣ膜の被覆部分の表面硬度を高くできると共に、この被覆部分の表面の表面平滑性を優れたものにできる。したがって、この被覆部分の表面の磨耗を抑制できて、この表面ところとの摩擦を小さくできる。
【００１５】
また、上記実施形態によれば、上記ＤＬＣ膜のビッカース硬さを、１０００以上と高く設定しているので、十分な耐摩性を有するとともに、摩擦係数が小さくなる。また、ＤＬＣ膜の膜厚を、１〜３μｍに設定したので、膜の早期損耗と剥離を抑制できて、膜の耐久性を向上でき、長期間適切な膜を維持できる。すなわち、膜厚が１μｍより小さければ、膜の摩耗により早期に基面が露出するおそれがでる。一方、膜厚が３μｍより大きければ、膜と基面の密着性が低下して、膜が剥離するおそれがある。上記実施形態によれば、ＤＬＣ膜の膜厚を、１〜３μｍに設定したので、上記ころと上記鍔部材との間に生じる摩擦力を更に低減できて、トルクを更に低減できると共に、上記ころと上記鍔部材の焼付を確実に抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のころ軸受によれば、鍔本体の材料として、焼き戻し温度が非常に高いＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれか１つを採用したので、鍔本体を硬質被膜で被覆する際の熱処理で、鍔本体の焼き戻しが起こって鍔本体の硬度が軟化したり、鍔本体が歪んで鍔本体の寸法精度が変化して鍔部材と軌道輪との接合部付近ががたついたりすることがなくて、鍔部材の寿命を長くすることができると共に、がたつきによる振動等の発生を抑制できてころ軸受の回転性能を向上させることができる。
【００１７】
また、上記発明によれば、上記鍔本体を、硬質被膜により被覆しているので、上記ころの端面と、上記硬質被膜における上記ころの端面が摺動する部分との間に生じる摩擦力を小さくできて、この摩擦力に起因するトルクを小さくできて、運転コストを低減でき、かつ、上記ころと上記鍔部材の焼付を抑制することができる。
【００１８】
また、上記発明によれば、上記鍔本体の材料が、窒化処理を行い易いＳＡＣＭ６４５、ＳＫＨ５１およびＳＤＫ６１のうちのいずれかであるので、鍔本体の少なくとも一部の表層部に窒化層を容易に形成できて、更に、この窒化層の表面に窒化層と相性が良い硬質被膜を容易に形成できると共に、膜の密着性が増大して耐久性が向上する。
【００１９】
また、上記発明によれば、仮に鍔部材の表層部の硬質被膜が剥がれたとしても、硬度が高い上記窒化層を上記硬質被膜の代わりに代用することができるので、鍔部材ところの焼付を抑制できると共に、トルクを低減できて運転コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、この発明のころ軸受の第１実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。
【００２２】
この円錐ころ軸受は、普通焼入がされた高炭素クロム軸受鋼の一種であるＳＵＪ２製の内輪１と、軸受鋼製の外輪２と、円錐ころ３と、鍔部材５とを備える。
【００２３】
上記円錐ころ３は、内輪１の外周円錐面と外輪２の内周円錐面との間に、保持器７によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てて複数配置されている。
【００２４】
上記鍔部材５は、ＳＡＣＭ６４５からなる鍔本体６と、この鍔本体６の軸受中心側（内輪１および円錐ころ３側）の表面全面を略被覆すると共に、円錐ころ３の大端面９が接触する部分を含む硬質被膜の一例としてのダイアモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）１０とを備える。
【００２５】
上記鍔本体６の軸受中心側の部分の表層部には、窒素を含む窒化層４が形成されている。この窒化層４は、鍔本体６の軸受中心側の表面の略全面に化学研磨を施して、その表面の略全面の粗さを非常に小さな値にして、その表面の略全面を光沢のある面に研磨した後、窒化処理を行って、鍔本体６の軸受中心側の表面全面を高温のアンモニアガスに長時間曝して窒素を上記表層部に浸入させることにより、上記表層部に形成されている。
【００２６】
また、上記ＤＬＣ膜１０は、２００℃〜５００℃の熱処理を行うスパッタ法やＰＶＤ法によって、窒化層４の軸受中心側の表面の略全面を被覆するように、該表面の略全面上に形成されている。また、上記ＤＬＣ膜１０は、ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００以上で、膜厚が１〜３μｍに設定されている。
【００２７】
上記ＤＬＣ膜１０の軸受中心側の表面形状は、内輪１の大径側の端部の表面（端面および端部外周面）の形状に略対応する形状をしている。上記鍔部材５は、ＤＬＣ膜１０の軸受中心側の表面を内輪１の大径側の端部の表面に嵌め込むように、内輪１の大径側の隣接部周辺に配置されている。
【００２８】
また、上記ＤＬＣ膜１０は、径方向の外方に、円錐ころ３の大径側の端面９の径方向の内方部分を支持する端面８を有している。この端面８は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０.０４μｍ以下に設定されており、内輪１の端部外周面から、その端部外周面の法線方向に略沿って径方向の外方に延びている。この端面８の径方向の略中央部は、円錐ころ３の大端面９が接触する接触部分（円錐ころ３の大端面９が摺動する摺動部分）となっている。
【００２９】
尚、図１において、上記窒化層４とＤＬＣ膜１０は、誇張されて描かれている。
【００３０】
上記円錐ころ軸受によれば、鍔本体６の材料が、焼き戻し温度が５００℃以上のＳＡＣＭ６４５であるので、鍔本体６をＤＬＣ膜１０で被覆する際の２００℃〜５００℃の熱処理で、鍔本体６の硬度が焼き戻しにより軟化したり、鍔本体６が歪んで鍔本体６の寸法精度が変化して鍔部材５と内輪１との接合部付近ががたついたりすることがない。したがって、鍔本体６の材料強度が低下することがないので、鍔部材５の寿命を長くすることができると共に、がたつきによる振動等の発生を抑制できて回転性能を向上させることができる。
【００３１】
また、上記円錐ころ軸受によれば、上記鍔本体６を、硬質被膜の一例であるＤＬＣ膜１０で被覆しているので、円錐ころ３の大端面９と、この大端面９と接触するＤＬＣ膜１０の端面８の接触部分との間に生じる摩擦力を小さくできる。したがって、この摩擦力に起因するトルクを小さくできて、運転コストを低減できると共に、円錐ころ３の大端面９と、ＤＬＣ膜１０の端面８における円錐ころ３の接触部分の焼付を抑制することができる。
【００３２】
また、上記円錐ころ軸受によれば、鍔本体６に化学研磨を施して、鍔本体６における化学研磨を行った面の粗さを非常に小さくしてから、窒化処理を行ったので、窒素の上記表層部への浸入を円滑にできて、窒化層４を歪が少ない高品質層にできる。
【００３３】
また、上記円錐ころ軸受によれば、上記鍔本体６の材料が、窒化を行い易いＳＡＣＭ６４５であるので、鍔本体６の軸受中心側の表層部に、硬度が高くて硬質被膜と相性が良いと共に、円錐ころ３との摩擦が小さい窒化層４を、窒化処理により容易に形成できる。したがって、この鍔本体６の窒化層４上に、窒化層４と相性が良いＤＬＣ膜１０を容易に形成でき、かつ、仮に窒化層４上のＤＬＣ膜１０が剥がれたとしても、硬度が高い窒化層４をＤＬＣ膜１０の代わりに代用することができて、鍔部材５と円錐ころ３との大端面９との摩擦を抑制できる。したがって、窒化層４上のＤＬＣ膜１０が剥がれた場合においても、鍔部材５と円錐ころ３の焼付を抑制できると共に、トルクを低減できて運転コストを低減できる。
【００３４】
また、上記円錐ころ軸受によれば、硬質被膜として、結晶構造が非晶質で、かつ、非常に滑らかな表面をもつ連続膜であるＤＬＣ膜１０を採用したので、鍔部材５におけるＤＬＣ膜１０の被覆部分の表面硬度を高くできると共に、この表面の表面平滑性を優れたものにできる。したがって、この表面の磨耗を抑制できて、この表面ところとの摩擦を小さくできる。
【００３５】
また、上記円錐ころ軸受によれば、上記ＤＬＣ膜１０のビッカース硬さを、１０００以上と高く設定しているので、十分な耐摩性を有すると共に、摩擦係数が小さくなる。また、上記ＤＬＣ膜１０の膜厚を、１〜３μｍに設定したので、ＤＬＣ膜１０の早期損耗と剥離を抑制できて、ＤＬＣ膜１０の耐久性を向上でき、長期間適切なＤＬＣ膜１０を維持できる。すなわち、ＤＬＣ膜の膜厚が１μｍより小さければ、ＤＬＣ膜の摩耗により早期に基面が露出するおそれがでる。一方、ＤＬＣ膜の膜厚が３μｍより大きければ、ＤＬＣ膜と基面の密着性が低下して、ＤＬＣ膜が剥離するおそれがある。上記円錐ころ軸受によれば、ＤＬＣ膜１０の膜厚を、１〜３μｍに設定したので、円錐ころ３の大端面９と、端面８との間に生じる摩擦力を更に低減できて、トルクを更に低減できると共に、円錐ころ３の大端面９と端面８の焼付を確実に抑制できる。
【００３６】
また、上記円錐ころ軸受によれば、上記端面８の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０.０４μｍ以下にしたので、円錐ころ３の大端面９と端面８における円錐ころ３の接触部分との間の摩擦力を低減できる。したがって、トルクを更に低減できると共に、大端面９と端面８の焼付を更に抑制することができる。
【００３７】
尚、上記円錐ころ軸受では、鍔本体６の材料が、ＳＡＣＭ６４５であったが、鍔本体の材料として、ＳＡＣＭ６４５の代わりに、ＳＫＨ５１またはＳＤＫ６１を用いても、鍔本体の材料としてＳＡＣＭ６４５を用いた場合に実現できる全ての作用効果、すなわち、円錐ころと鍔部材の焼付の防止やトルクの低減等を実現することができる。
【００３８】
また、上記円錐ころ軸受では、硬質被膜として、ＤＬＣ膜１０を採用したが、この発明のころ軸受では、硬質被膜として、ＴｉＣ等の炭化物硬質被膜、ＣｒＮやＴｉＮやＴｉＡｌＮ等の窒化物硬質被膜、ＴｉＣＮ等の炭窒化物硬質被膜、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物硬質被膜、または、ＷＣ／Ｃ（タングステンカーバイドカーボン）等の硬質被膜を採用しても良い。
【００３９】
また、上記円錐ころ軸受では、内輪１と外輪２の材料として、ＳＵＪ２を採用したが、この発明のころ軸受では、内輪と外輪の材料として、他の高炭素クロム軸受鋼や浸炭焼入がされた浸炭焼入鋼（ＳＡＥ５１２０）等の軸受用鋼、その他転がり軸受で用いられる材料を採用しても良い。
【００４０】
また、上記円錐ころ軸受では、鍔本体６の軸受中心側の表層部全体を窒化したが、鍔本体における表層部の窒化領域は、円錐ころが接触する硬質被膜の部分の下層の表層部領域を含んでいれば良く、必ずしも鍔本体の軸受中心側の表層部全体を窒化する必要はない。
【００４１】
また、上記円錐ころ軸受では、鍔本体６の軸受中心側の表面全面を、略ＤＬＣ膜１０で被覆したが、この発明のころ軸受では、ころが鍔本体と直接接触しないように鍔本体の軸受中心側の少なくとも一部を被覆すれば良い。
【００４２】
（第２実施形態）
図２は、この発明のころ軸受の第２実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。
【００４３】
この円筒ころ軸受は、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製の内輪３１と、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製の外輪３２と、この外輪３２の軸方向の一端の周辺に配置された第１の鍔部材３３と、外輪３２の軸方向の他端の周辺に配置された第２の鍔部材３４と、外輪３２の軸方向の寸法と略同じ軸方向の寸法を有する円筒ころ３５とを備える。上記第１の鍔部材３３と外輪３２は、図示しないボルトで結合する等、適宜周知の方法で結合、固定される。また、同様に、第２の鍔部材３４と外輪３２も、図示しないボルトで結合する等、適宜周知の方法で結合、固定される。
【００４４】
上記円筒ころ３５は、内輪３１の外周円筒面と外輪３２の内周円筒面との間に、保持器３８によって保持された状態で、周方向に略等間隔に複数個配置されている。また、上記外輪３２の軸方向の両端面４０,４１の夫々は、略内輪３１の中心軸（円筒ころ軸受の中心軸）３９と垂直に交わる平面内に存在している。
【００４５】
上記第１および第２の鍔部材３３,３４の夫々は、ＳＡＣＭ６４５からなる鍔本体５６,５７と、この鍔本体５６,５７の軸受中心側（外輪３２および円筒ころ３５側）の表面全面を略被覆すると共に、円筒ころ３５の両端面４５,４６が接触する硬質被膜の一例としてのダイアモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）５０,５１とを備える。
【００４６】
上記鍔本体５６,５７の夫々の軸受中心側の部分の表層部には、窒素を含む窒化層６０,６１が形成されている。この窒化層６０,６１は、鍔本体５６,５７の軸受中心側の表面の略全面に化学研磨を施して、その表面の略全面の粗さを非常に小さな値にしてその表面を光沢のある面に研磨した後、窒化処理を行って、鍔本体５６,５７の軸受中心側の表面全面を高温のアンモニアガスに長時間曝して窒素を上記表層部に浸入させることにより、上記表層部に形成されている。
【００４７】
また、上記ＤＬＣ膜５０,５１の夫々は、２００℃〜５００℃の熱処理を行うスパッタ法やＰＶＤ法によって、窒化層６０,６１の軸受中心側の表面の略全面を被覆するように、該表面の略全面上に形成されている。また、上記ＤＬＣ膜６０,６１は、ビッカース硬さ（ＨＶ）が１０００以上で、膜厚が１〜３μｍに設定されている。
【００４８】
上記第１および第２の鍔部材３３,３４は、略同一の筒状の部材であり、軸方向の肉厚が、径方向の肉厚（内周面から外周面までの肉厚）よりも薄くなっている。また、上記第１および第２の鍔部材３３,３４の径方向の肉厚は、外輪３２の径方向の肉厚（内周面から外周面までの肉厚）よりも厚くなっている。上記第１および第２の鍔部材３３,３４の夫々の外輪３２よりも径方向の内側部分は、鍔になっている。上記第１および第２の鍔部材３３,３４の外輪３２側の端面４８,４９における外輪３２の両端面４０,４１よりも径方向の内方の部分は、円筒ころ３５の両端面４５,４６を支持している。上記第１および第２の鍔部材３３,３４は、外輪３２の両端面４０,４１に、上記端面４８,４９を当接させた状態で、外輪３２の両側に略対称に配置されている。
【００４９】
尚、図２において、上記窒化層６０,６１とＤＬＣ膜５０,５１は、誇張されて描かれている。
【００５０】
上記第２実施形態の円筒ころ軸受は、鍔部材３３,３４が２つある点が、鍔部材５が１つしかない上記第１実施形態の円錐ころ軸受と本質的に異なっている。このことから、上記第２実施形態の円筒ころ軸受が、上記第１実施形態の円錐ころ軸受が有する作用効果の全てを有し、かつ、上記円筒ころ軸受に、上記第１実施形態の円錐ころ軸受で挙げられた変形例をそのまま適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１,３１  内輪
２,３２  外輪
３  円錐ころ
４,６０,６１  窒化層
５  鍔部材
６,５６,５７  鍔本体
８  端面
９  円錐ころの大端面
１０,５０,５１  ＤＬＣ膜
３３  第１の鍔部材
３４  第２の鍔部材
３５  円筒ころ
４５,４６  円筒ころの端面
４８  第１の鍔部材の外輪側の端面
４９  第２の鍔部材の外輪側の端面
【図１】
2005155839.tif 000003
【図２】
2005155839.tif 000004