(57)【要約】【課題】高速回転下で使用した場合であっても、潤滑性能の向上を図りつつ、低トルク化や発熱量の減少を図ることができる転がり軸受を提供する。【解決手段】軌道面１ａ，２ａ及び転動面のうち少なくとも一つの転がり面に、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部４を形成した後、潤滑剤に対する接触角が５０°以上となるような撥油膜５を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する複数の転動体と、を備え、前記転がり面が潤滑剤により潤滑される転がり軸受において、
前記軌道面及び前記転動面のうち少なくとも一つの転がり面には、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部が形成された上に、前記潤滑剤に対する接触角が５０°以上となるような撥油膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり面が潤滑剤で潤滑される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸を支持するために用いられる転がり軸受としては、アンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受、或いはこれらを組み合わせたものを用いることが知られている。工作機械の主軸は、加工精度と生産性の向上を図るために回転の高速化が望まれているが、主軸を支持する転がり軸受は高速回転下で使用する程、予荷重が増大してトルクが大きくなるとともに、発熱量が多くなるため、焼付きや軸受損傷が生じ易くなる。また、転がり軸受において発熱量が多くなると、工作機械全体が熱変形して加工精度が低下する場合もある。
【０００３】
例えば、転がり軸受のピッチ円直径ｄm （ｍｍ）と転がり軸受の回転速度（ｍｉｎ-1）との積ｄm ・Ｎが１００万以上の高速回転下で使用した場合に、潤滑性能を向上させるための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が提案されている。
特許文献１では、微量の潤滑油を高速で間欠的に軸受内部に供給することにより、転がり面に潤滑膜を形成することが提案されている。
【０００４】
特許文献２では、所定量のグリースを間欠的に軸受内部に供給することにより、転がり面に潤滑膜を形成することが提案されている。
しかしながら、転がり軸受の高速回転化が進むにつれて、上述した特許文献１や特許文献２に記載の技術のように、転がり面に潤滑膜が十分に形成された状態で使用すると、潤滑性能は向上できるが、低トルク化や発熱量の低減を図ることが難しくなってきている。
【０００５】
このため、特に、低トルク化や発熱量の低減が要求される転がり軸受では、その転がり面に潤滑膜が十分に形成され難い状態で使用する場合がある。そこで、転がり面に潤滑膜が十分に形成されにくい状態で使用された場合であっても、焼付きや軸受損傷を生じ難くするための技術として、特許文献３に記載の技術が提案されている。
特許文献３では、内輪軌道面、外輪軌道面、及び転動面のうち少なくとも一つの転がり面に撥油膜を形成して、軸受内部の潤滑剤（例えば、潤滑油やグリース）をそれ自身の表面張力で転がり面に保持することにより、トルクや発熱量の上昇を抑制し、焼付きや軸受損傷を生じ難くすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３１５０４１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３８４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１７６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、工作機械の更なる加工精度及び生産性の向上を図るために、主軸の更なる高速回転化が進むにつれて、この主軸を支持する転がり軸受においては、潤滑性能の向上を図りつつ、更なる低トルク化や発熱量の減少を図ることが要求されている。また、環境問題の観点から、自動車の燃費や風力発電機の発電効率の向上を図るために、これらに用いられる転がり軸受においては、潤滑性能の向上を図りつつ、更なる低トルク化や発熱量の減少を図ることが要求されている。
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献３に記載の転がり軸受では、高速回転下で使用されると撥油膜が剥離し易くなり、上述した要求に対応できない場合がある。
そこで、本発明は、高速回転下で使用された場合であっても、潤滑性能の向上を図りつつ、低トルク化や発熱量の減少を図ることができる転がり軸受を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する複数の転動体と、を備え、前記転がり面が潤滑剤により潤滑される転がり軸受において、前記軌道面及び前記転動面のうち少なくとも一つの転がり面には、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部が形成された上に、前記潤滑剤に対する接触角が５０°以上となるような撥油膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００９】
本発明によれば、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部を有する転がり面に撥油膜を形成したことにより、撥油膜が転がり面の溝部に保持されて剥離し難くなる。
ここで、転がり面の溝部に撥油膜を保持するために、転がり面に形成する溝部の深さは０．０２μｍ以上とする。一方、低トルク化及び発熱量の減少を図るために、転がり面に形成する溝部の深さは１．０μｍ以下とする。
【００１０】
また、本発明によれば、潤滑剤（例えば、潤滑油やグリース）に対する接触角が５０°以上となるような撥油膜を形成したことにより、高速回転下において、潤滑性能の向上を図りつつ、低トルク化及び発熱量の減少を図ることができる。ここで、撥油膜の潤滑剤に対する接触角は、１８０°に近づく程、油をはじく能力（撥油性）が向上するため、出来るだけ大きくすることが好ましいが、撥油膜の形成コストを考慮して、潤滑剤に対する接触角が１６０°以下となるような撥油膜を形成することが好ましい。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、高速回転下で使用された場合であっても、潤滑性能の向上を図りつつ、転がり軸受の低トルク化及び発熱量の減少を図ることができる。
本発明の転がり軸受は、例えば、工作機械、自動車等のトランスミッション、ターボチャージャ、風力発電機の回転部を支持する転がり軸受として好適に用いることができる。  なお、転がり面に溝部を形成する方法としては、例えば、転がり面にレーザー（フェムト秒レーザー等）を照射する方法が挙げられる。
【００１２】
また、転がり面に撥油膜を形成する方法としては、例えば、撥油剤と希釈剤とを含有する溶液中に内輪、外輪、及び転動体等の転動部材を所定時間浸漬させた後に引きあげて、転動部材に付着した希釈剤を乾燥させる方法や、転動部材の転がり面に撥油剤と希釈剤とを含有する溶液をスプレー噴射により付着させて、転動部材に付着した希釈剤を乾燥させる方法や、転動部材の転がり面にテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂を、スパッタリング、蒸着、及びメッキにより付着させる方法が挙げられる。なお、撥油剤と希釈剤とを含有する溶液を用いる場合には、例えば、溶液中の撥油剤の含有率や、溶液の乾燥前の付着量や、乾燥条件等を変えることにより、潤滑剤に対する接触角を調節できる。
【００１３】
撥油剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤、フッ素系シランカップリング剤、フッ素系ポリマー等のフッ素系処理剤が挙げられる。なお、潤滑剤が、鉱油又は合成油の潤滑油である場合には、撥油剤としてフッ素系界面活性剤を用いることが好ましく、潤滑剤がフッ素系グリース組成物である場合には、撥油剤としてフッ素系シランカップリング剤を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転がり軸受によれば、潤滑剤との接触角が５０°以上となるような撥油膜を、深さが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部を有する転がり面に形成したことにより、高速回転下で使用された場合であっても、撥油膜が剥離し難くなるため、潤滑性能の向上を図るとともに、低トルク化や発熱量の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、転がり軸受の一例として、図１に示すように、呼び番号が７３０５ＡＣＴＹの単列アンギュラ玉軸受（内径：２５ｍｍ，外径：６２ｍｍ，幅：１７ｍｍ）を以下に示す手順で作製した。
この玉軸受は、図１に示すように、互いに対向配置される軌道面（転がり面）１ａ，２ａを有する内輪１及び外輪２と、軌道面１ａ，２ａに対する転動面（転がり面）を有する玉（転動体）３とからなる。
【００１６】
内輪１及び外輪２としては、図２（ａ）に示すように、軌道面１ａ，２ａに溝部４と撥油膜５とが形成された部材１Ａ，２Ａと、図２（ｂ）に示すように、軌道面１ａ，２ａに溝部なしで撥油膜５が形成された部材１Ｂ，２Ｂと、図２（ｃ）に示すように、軌道面１ａ，２ａに溝部も撥油膜４も未形成の部材１Ｃ，２Ｃと、の三種類を用意した。
【００１７】
内輪１及び外輪２のうち部材１Ａ，２Ａは、以下に示す手順で作製した。
まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理を施した。
次に、各軌道面１ａ，２ａにフェムト秒レーザー加工を施して、溝部４を形成した。溝部４の形状は、図３（ａ）に示すように、軌道面１ａ，２ａの円周方向に平行する９本の帯状溝部４を有する形状ａ、又は、図３（ｂ）に示すように、軌道面１ａ，２ａの円周方向に直交する９本の溝部４を有する形状ｂとした。そして、この溝部４の形状ａ，ｂはいずれも、図３に示すように、溝幅ｗが０．０２μｍで、隣接する溝間の隙間ｐが０．０２μｍで、溝深さｄが０．０２μｍ以上０．１０μｍとなるように形成した。
【００１８】
次に、軌道面１ａ，２ａに、撥油剤として下記式（１）で示されるフッ素系界面活性剤（パーフルオロアルキル−エチルアクリレート共重合体，日本メクトロン株式会社製，ノックスガードＳＴ−４３０）と、希釈剤とを含有した溶液をスプレー噴射により付着させた後に希釈剤を乾燥させることにより、軌道面１ａ，２ａに撥油膜５を形成した。この時、撥油膜５の潤滑剤に対する接触角θを変化させるために、乾燥前の溶液の付着量を調整した。
【００１９】
【化１】
2007192330.tif 000003
【００２０】
但し、上記式（１）中のｋ，ｍ，ｎはそれぞれ１〜３０の整数である。
内輪１及び外輪２のうち部材１Ｂ，２Ｂは、以下に示す手順で作製した。
まず、上述と同様の手順で、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理を施した。次に、上述と同様の手順で、各軌道面１ａ，２ａに直接撥油膜５を形成した。
【００２１】
内輪１及び外輪２のうち部材１Ｃ，２Ｃは、上述と同様の手順で、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、熱処理を施すことで作製した。
このようにして得られた内輪１及び外輪２において、各軌道面１ａ，２ａに潤滑剤を滴下して、潤滑剤に対する接触角θを以下に示す条件で測定した。この結果は、表１に示した。
＜接触角測定条件＞
試験機：接触角試験機
試験温度：室温（約２５．０℃）
潤滑剤：ポリーαーオレフィン油（４０℃における動粘度：３０．３ｍｍ2 ／ｓ）
潤滑剤滴下量：３μｌ
接触角の観察条件：潤滑剤を滴下してから６秒後
【００２２】
次に、得られた内輪１及び外輪２と、ＳＵＪ２製で転動面に溝部も撥油膜も未形成の玉３とを用いて、玉軸受を組み立てた。そして、この玉軸受を、高速回転下で使用することを想定した以下に示す条件で運転させることにより、トルク試験を行った。
＜トルク試験条件＞
試験機：日本精工株式会社製トルク試験機
試験開始温度：室温（約２５．０℃）
潤滑剤：ポリーαーオレフィン油（４０℃における動粘度：３０．３ｍｍ2 ／ｓ）
潤滑剤充填量：０．３ｇ
ラジアル荷重：３０Ｎ
アキシャル荷重：４００Ｎ
回転速度：８７００ｍｉｎ-1
【００２３】
このトルク試験では、トルク試験開始から４８０秒経過後のトルクを測定し、Ｎｏ．２３のトルクに対する減少率を算出した。また、軌道面１ａ，２ａに撥油膜５が形成されたＮｏ．１〜Ｎｏ．２２の玉軸受において、トルクが初期値の４０％上昇するまでの回転時間を撥油膜の寿命として測定し、Ｎｏ．１５の寿命を１００％とした時の割合を算出した。この結果は、表１に併せて示した。
【００２４】
【表１】
2007192330.tif 000004
【００２５】
表１に示すように、潤滑剤に対する接触角θが５０°以上の撥油膜５を、溝深さｄが０．０２μｍ以上０．１０μｍ以下の溝部４を有する軌道面１ａ，２ａに形成した玉軸受Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４では、それ以外の玉軸受Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．２３と比べて、回転前後の軸受温度差が小さく、トルク減少率が大きくなっているとともに、撥油膜５の寿命が長くなっていた。
【００２６】
表１のＮｏ．１とＮｏ．２３の結果に基づいて、トルク試験開始から４８０秒経過するまでのトルクを示す図４のグラフを作成した。
図４に示すように、Ｎｏ．１では、約６０秒回転後のトルクが、Ｎｏ．２３の約半分まで低減していた。
また、表１のＮｏ．１とＮｏ．２３の結果に基づいて、軌道面１ａ，２ａに潤滑剤を滴下してから６秒経過するまでの潤滑剤に対する接触角θの経時変化を示す図５のグラフを作成した。
【００２７】
図５に示すように、Ｎｏ．１では、潤滑剤に対する接触角θが、滴下時と滴下してから６秒経過後で略同一となっていたが、Ｎｏ．２３では、時間とともに接触角θが小さくなり、滴下してから６秒経過後の接触角θが滴下時の約１７％となっていた。
さらに、表１の結果に基づいて、軌道面１ａ，２ａにおける潤滑剤に対する接触角θと、トルク減少率との関係を示す図６のグラフを作成した。
【００２８】
図６に示すように、潤滑剤に対する接触角θが５０°以上となると、トルク減少率が３６．７％以上となっていた。
以上の結果から、潤滑剤に対する接触角θが５０°以上の撥油膜５を、溝深さｄが０．０２μｍ以上１．０μｍ以下の溝部４を有する軌道面１ａ，２ａに形成することにより、高速回転下で使用された場合であっても、撥油膜５が剥離し難くなるため、玉軸受のトルクを小さくでき、発熱量を少なくできることが確認できた。
【００２９】
なお、本実施形態では、転がり軸受の一例として単列アンギュラ玉軸受について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、保持器がない転がり軸受（総玉軸受や総ころ軸受等）や、複列の軌道面を有する転がり軸受（複列アンギュラ玉軸受等）や、転動体としてころを用いた転がり軸受（円筒ころ軸受や針状ころ軸受等）に適用してもよい。
また、本実施形態では、内輪及び外輪の軌道面１ａ，２ａを本発明の構成（溝部４及び撥油膜５）とした場合について説明したが、これに限らず、軌道面１ａ，２ａのうち一方を本発明の構成としてもよいし、玉３の転動面を本発明の構成としてもよいし、軌道面１ａ，２ａ及び転動面の全てを本発明の構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の転がり軸受の一例である玉軸受を示す断面図である。
【図２】図１の内輪及び外輪を示す拡大断面図である。
【図３】軌道面に形成した溝部の形状について説明する平面図である。
【図４】玉軸受の回転時間と、トルクとの関係を示す図である。
【図５】軌道面の潤滑剤に対する接触角θの経時変化を示す図である。
【図６】撥油膜の潤滑剤に対する接触角θと、トルク減少率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      内輪
１ａ    軌道面（転がり面）
２      外輪
２ａ    軌道面（転がり面）
３      玉（転動体）
３ａ    転動面（転がり面）
４      溝部
５      撥油膜
【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】
2007192330.tif 000009
【図６】
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