(57)【要約】【課題】  軌道輪と、この軌道輪と別部材の鍔形成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Ｍ５０を採用し、鍔本体６の軸受中心側の表面を、ＨＶが１０００以上で１〜３μｍの膜厚を有するＤＬＣ膜１０で被覆する。また、鍔形成部材５と円錐ころ３を、ＤＬＣ膜１０における円錐ころ３側の径方向の外方の端面８の算術平均粗さが０.０４μｍ以下の条件を満たし、かつ、ＤＬＣ膜１０と接触する円錐ころ３の大端面９の接触部分の円錐ころ３の中心軸を含む平面における曲率半径Ｒ１と、円錐ころ３の大端面９と接触するＤＬＣ膜１０の接触部分の内輪１の中心軸４を含む平面における曲率半径Ｒ２とが、Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５の関係を満たすように形成する。【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、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形成部材とを備えるころ軸受であって、
上記鍔形成部材は、耐熱鋼からなる鍔本体と、この鍔本体の少なくとも一部を被覆すると共に、上記ころの端面が摺動する硬質被膜とを含む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、
上記硬質被膜と接触する上記ころの端面の接触部分の上記ころの中心軸を含む平面における曲率半径をＲ１とし、上記ころの端面と接触する上記硬質被膜の接触部分の上記内輪の中心軸を含む平面における曲率半径をＲ２としたとき、
Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５であり、
かつ、上記硬質被膜の上記接触部分の算術平均粗さが、０.０４μｍ以下であることを特徴とするころ軸受。
【請求項３】
請求項１または２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。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のころ軸受において、
上記耐熱鋼は、Ｍ５０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形成部材とが、別部材であるものがある。
【０００３】
上記軌道輪と鍔形成部材とを別部材で構成したころ軸受では、上記鍔形成部材は、普通焼入がされた高炭素クロム軸受鋼（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形成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形成部材とを備えるころ軸受であって、上記鍔形成部材は、耐熱鋼からなる鍔本体と、この鍔本体の少なくとも一部を被覆すると共に、上記ころの端面が摺動する硬質被膜とを含むことを特徴としている。
【０００８】
尚、この明細書では、上記耐熱鋼を、焼き戻し温度が５００℃より高い鋼として定義するものとする。
【０００９】
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５００℃より高い耐熱鋼を採用したので、鍔本体を硬質被膜で被覆する際の２００℃〜５００℃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形成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、鍔形成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。
【００１０】
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の焼付を抑制することができる。
【００１１】
また、一実施形態のころ軸受は、上記硬質被膜と接触する上記ころの端面の接触部分の上記ころの中心軸を含む平面における曲率半径をＲ１とし、上記ころの端面と接触する上記硬質被膜の接触部分の上記内輪の中心軸を含む平面における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５であり、かつ、上記硬質被膜の上記接触部分の算術平均粗さが、０.０４μｍ以下であることを特徴としている。
【００１２】
上記実施形態によれば、Ｒ２／Ｒ１を、Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５に設定したので、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分との間の油膜形成能力を向上させることができて、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分との間の接触面圧を小さくすることができる。また、上記硬質被膜の上記接触部分の算術平均粗さ（Ｒａ）を、０.０４μｍ以下にしたので、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分との間の摩擦力を格段に低減できる。したがって、トルクを更に低減できると共に、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分の焼付を格段に抑制することができる。
【００１３】
Ｒ２／Ｒ１が２.５よりも大きくなると油膜形成能力が低下し、接触面圧が上昇してトルクが大きくなり、耐焼付性も低下する。一方、Ｒ２／Ｒ１が１.２よりも小さくなると接触領域が大きくなりすぎてつば面からはみ出し、エッジロードが発生する。Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５に設定することによって上記作用効果を得ることができるが、Ｒ２／Ｒ１＝１.５〜２.０に設定すると好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
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、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分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、上記ころの端面の上記接触部分と上記硬質被膜の上記接触部分の焼付を確実に抑制できる。
【００１６】
また、一実施形態のころ軸受は、上記耐熱鋼が、Ｍ５０であることを特徴としている。
【００１７】
尚、上記Ｍ５０は、ＡＩＳＩ（アメリカ鉄鋼協会）が規定しているＭ５０鋼をさすものとする。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記耐熱鋼が、焼き戻し温度が非常に高いＭ５０であるので、上記鍔本体の高温にさらされたときの硬さの低下をいっそう小さくできて、上記鍔本体の寸法安定性をいっそう優れたものにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のころ軸受によれば、上記鍔本体の材料として、焼き戻し温度が高い耐熱鋼を採用したので、上記鍔本体を上記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形成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、鍔形成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回転性能を向上させることができる。また、硬質被膜処理後のつば本体に追加工を施す必要がなく、加工コストを低減できる。
【００２０】
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の焼付を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２２】
（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。
【００２３】
この円錐ころ軸受は、浸炭焼入がされた浸炭鋼（ＳＡＥ５１２０）製の内輪１と、浸炭焼入がされた浸炭鋼（ＳＡＥ５１２０）製の外輪２と、普通焼入がされた高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製の複数の円錐ころ３と、鍔形成部材５とを備える。
【００２４】
上記複数の円錐ころ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配置されている。
【００２５】
上記鍔形成部材５は、耐熱鋼の一例としてのＭ５０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。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。
【００２６】
上記ＤＬＣ膜１０の軸受中心側（内輪１および円錐ころ３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おり、鍔形成部材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。また、上記鍔形成部材５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。
【００２７】
また、図１の円錐ころ３周辺の部分模式図である図２に、Ｒ１で示すＤＬＣ膜１０と接触する円錐ころ３の大端面９の接触部分の円錐ころ３の中心軸を含む平面における曲率半径に対する、図２にＲ２で示す円錐ころ３の大端面９と接触するＤＬＣ膜１０の接触部分の内輪１の中心軸４（ころ軸受の中心軸）を含む平面における曲率半径の比Ｒ２／Ｒ１は、Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５に設定されている。尚、図２においては、上記曲率半径Ｒ１と上記曲率半径Ｒ２が、実際よりも誇張されて描かれている。
【００２８】
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℃より大きい耐熱鋼の一例であるＭ５０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、鍔形成部材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、鍔形成部材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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、上記円錐ころ軸受によれば、Ｒ２／Ｒ１を、Ｒ２／Ｒ１＝１.２〜２.５に設定したので、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油膜形成能力を向上させることができて、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接触面圧を小さくすることができる。一般に、大きなアキシアル荷重で使用される場合、円錐ころ軸受の性能向上には、特にこの効果が重要である。また、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、円錐ころ３の大端面９と端面８における円錐ころ３の接触部分の焼付を更に抑制することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
また、上記円錐ころ軸受によれば、焼き戻し温度が非常に高いＭ５０製の鍔本体６を採用したので、鍔本体６が高温にさらされたときの硬さの低下をいっそう小さくできて、寸法安定性をいっそう優れたものにすることができる。
【００３３】
尚、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。
【００３４】
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、浸炭焼入がされた浸炭鋼（ＳＡＥ５１２０）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、普通焼入がされた高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）等、浸炭焼入がされた浸炭焼入鋼（ＳＡＥ５１２０）以外の転がり軸受で用いられる材料を採用しても良い。
【００３５】
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、鍔本体の軸受中心側の表面全面を硬質被膜で被覆する必要がなく、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。
【００３６】
また、上記円錐ころ軸受では、鍔本体６の材料としてＭ５０を採用したが、この発明のころ軸受では、鍔本体の材料は、焼き戻し温度が５００℃より大きい鋼で定義される耐熱鋼であればいかなるものであっても良い。
【００３７】
また、上記円錐ころ軸受では、上記端面８全面の算術平均粗さを、０.０４μｍ以下に設定したが、円錐ころが摺動する硬質被膜の部分の算術平均粗さを０.０４μｍ以下に設定すれば、上記端面８前面の算術平均粗さを、０.０４μｍ以下にした場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３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。
【００３９】
この円筒ころ軸受は、浸炭焼入がされた浸炭鋼（ＳＡＥ５１２０）製の内輪３１と、浸炭焼入がされた浸炭鋼（ＳＡＥ５１２０）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の鍔形成部材３３と、外輪３２の軸方向の他端の周辺に配置された第２の鍔形成部材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普通焼入がされた高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）製の円筒ころ３５とを備える。
【００４０】
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は、略内輪３１の中心軸３９と垂直に交わる平面内に存在している。
【００４１】
上記第１および第２の鍔形成部材３３,３４は、軸方向の外方に配置される鍔本体５６,５７と、この鍔本体５６,５７の円筒ころ３５側の端面全面を被覆するよう配置される硬質被膜の一例としてのＤＬＣ膜５０,５１とを備える。上記ＤＬＣ膜５０,５１は、ビッカース硬さが１０００以上で、膜厚が１〜３μｍに設定されている。
【００４２】
上記第１および第２の鍔形成部材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。上記第１および第２の鍔形成部材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の鍔形成部材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の鍔形成部材３３,３４の円筒ころ３５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の鍔形成部材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。上記第１の鍔形成部材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、固定されている。また、同様に、第２の鍔形成部材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、固定されている。
【００４３】
この円筒ころ軸受においても、第１および第２の鍔形成部材３３,３４の端面４８,４９の算術平均粗さが、０.０４μｍ以下に設定されている。
【００４４】
また、上記ＤＬＣ膜５０,５１と接触する円筒ころ３５の端面４５,４６の接触部分の円筒ころ３５の中心軸を含む平面における曲率半径をＲ１とし、円筒ころ３５の端面４５,４６と接触するＤＬＣ膜５０,５１の接触部分の内輪３１の中心軸３９を含む平面における曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１は、１.２〜２.５に設定されている。
【００４５】
上記第２実施形態の円筒ころ軸受は、鍔形成部材３３,３４が２つある点が、鍔形成部材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】
【００４６】
【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】図１の円錐ころ周辺の拡大模式図である。
【図３】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】
【００４７】
１,３１  内輪
２,３２  外輪
３  円錐ころ
４,３９  内輪の中心軸
５  鍔形成部材
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の鍔形成部材
３４  第２の鍔形成部材
３５  円筒ころ
４５,４６  円筒ころの端面
４８  第１の鍔形成部材の軸方向の内側の端面
４９  第２の鍔形成部材の軸方向の内側の端面
Ｒ１  ＤＬＣ膜と接触する円錐ころの大端面の接触部分の円錐ころの中心軸を含む平面における曲率半径
Ｒ２  円錐ころの大端面と接触するＤＬＣ膜の接触部分の内輪の中心軸を含む平面における曲率半径
【図１】
2005155838.tif 000003
【図２】
2005155838.tif 000004
【図３】
2005155838.tif 000005