(57)【要約】【課題】転動部の油膜形成性が悪い状態で使用されても表面損傷を抑制し長寿命を容易に実現可能な転がり軸受、転動装置および転動装置の製造方法を提供する。【解決手段】転動装置１は、ＳＵＪ２からなる第１の転動部品２０，２１と、第１の転動部品２０，２１に接触し、ＳＵＪ２からなる第２の転動部品２２とを備えている。軌道面２０Ａ，２１Ａのロックウェル硬度はころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも低く、軌道面２０Ａ，２１Ａの算術平均粗さはころ転動面２２Ａの算術平均粗さよりも大きい。ころ転動面２２Ａの算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下、ころ転動面２２Ａの二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０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】
高炭素クロム軸受鋼からなる第１の転動部品と、
前記第１の転動部品に接触し、高炭素クロム軸受鋼からなる第２の転動部品とを備え、
前記第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、前記第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも低く、
前記第１の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは、前記第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さよりも大きく、
前記第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下であり、前記第２の転動部品の転動部の表面の二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下である、転動装置。
【請求項２】
前記第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、前記第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも０．５ＨＲＣ以上低い、請求項１に記載の転動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の転動装置としての転がり軸受であって、
複数の転動体と、
複数の前記転動体の外側において複数の前記転動体に接触するように配置され、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
複数の前記転動体の内側において複数の前記転動体に接触するように配置され、外周面に内輪軌道面を有する内輪とを備え、
前記外輪および前記内輪は前記第１の転動部品であり、複数の前記転動体は前記第２の転動部品である、転がり軸受。
【請求項４】
請求項１または２に記載の転動装置としての転がり軸受であって、
複数の転動体と、
複数の前記転動体の外側において複数の前記転動体に接触するように配置され、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
複数の前記転動体の内側において複数の前記転動体に接触するように配置され、外周面に内輪軌道面を有する内輪とを備え、
前記外輪および前記内輪は前記第２の転動部品であり、複数の前記転動体は前記第１の転動部品である、転がり軸受。
【請求項５】
前記外輪と複数の前記転動体のそれぞれとの間の領域、および前記内輪と複数の前記転動体のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータの値が１．２以下である、請求項３または４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
高炭素クロム軸受鋼からなる第１の転動部品を準備する工程と、
前記第１の転動部品に接触し、高炭素クロム軸受鋼からなる第２の転動部品を準備する工程とを備え、
前記第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、前記第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも低くなるように前記第１および第２の転動部品が加工され、
前記第１の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは、前記第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さよりも大きくなるように前記第１および第２の転動部品が加工され、
前記第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下となり、前記第２の転動部品の転動部の表面の二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下となるように前記第２の転動部品が加工される、転動装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１および第２の転動部品は焼入れ処理された後に焼戻し処理される、請求項６に記載の転動装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の転動部品の転動部の表面は、回転砥石を用いた研削または研磨加工により仕上げられている、請求項６または７に記載の転動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受、転動装置および転動装置の製造方法に関し、特に第１および第２の転動部品を備えた転がり軸受、転動装置および転動装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受などの転動装置は、転動部の潤滑状態が悪いために油膜形成が不十分になる環境下で使用されると、ピーリング、焼き付きなどの表面損傷およびこの表面損傷を起点とした剥離が転動部の表面に発生する。これによりその転動装置の寿命は低下する。たとえば論文「ころ軸受の疲れ寿命に及ぼす潤滑の影響」（非特許文献１）には、転がり軸受における内外輪と転動体との間で、潤滑状態の過酷さを示す油膜パラメータΛの値が約１．２以上になる条件では転がり軸受の寿命は長くなるが、油膜パラメータΛの値が約１．２未満になる条件では転がり軸受の転動部に表面起点型の剥離が起きるため転がり軸受の寿命は低下することが記載されている。
【０００３】
油膜形成性が悪い状態で使われる転がり軸受の表面損傷対策として、たとえば特開２００６−１６１８８７号公報（特許文献１）には、針状ころ軸受のころまたは内外輪の転動部に微小凹部を形成し、その凹部に固体潤滑剤を被覆する方法が記載されている。またたとえば特開平４−２６５４８０号公報（特許文献２）には、転動部に微小凹部をランダムに形成し、油膜形成能力を高める方法が記載されている。さらにこれらの他に、表面損傷対策として、たとえば超仕上げ加工、バレル研磨加工またはバニシング加工などによって転がり軸受の転動部の表面粗さを表面損傷が起きない程度まで小さくする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６１８８７号公報
【特許文献２】特開平４−２６５４８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高田浩年、鈴木進、前田悦生、「ころ軸受の疲れ寿命に及ぼす潤滑の影響」、NSK Bearing Journal No.642、ｐ．７−１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記各特許文献に記載された方法はいずれも転動部に微小凹部を形成するが、その加工工程が複雑である。また超仕上げ加工などによる転がり軸受の転動部の表面粗さを小さくする方法を用いた場合、処理部材の形状および寸法によっては加工が難しいため、十分に表面粗さを小さくすることができない場合や加工そのものが不可能な場合がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動部の油膜形成性が悪い状態で使用されても表面損傷を抑制し長寿命を容易に実現可能な転がり軸受、転動装置および転動装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の転動装置は、高炭素クロム軸受鋼からなる第１の転動部品と、第１の転動部品に接触し、高炭素クロム軸受鋼からなる第２の転動部品とを備えている。第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも低い。第１の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さよりも大きい。第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下であり、第２の転動部品の転動部の表面の二乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）は０．０７以上０．１０以下である。
【０００９】
このようにすれば、第１の転動部品の転動部の表面に存在する微細な突起が第２の転動部品の転動部の表面と接触することにより、第１の転動部品の微細な突起は摩擦や塑性変形によってその形状が滑らかになり、その突起の傾斜角度（または突起の先端の曲率）が小さくなるように変形する。このような現象を本明細書においては突起のなじみと表現する。このため第１および第２の転動部品の転動部の表面における突起同士が接触する部分の局所面圧が低下する。したがって、第１および第２の転動部品の転動部の突起同士の接触による第２の転動部品の転動部の表面の損傷を抑制することができる。これにより第２の転動部品の転動部の表面の損傷による転動装置の寿命低下を抑制することができ、転動装置の長寿命を実現することができる。
【００１０】
上記の転動装置においては、第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、前記第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも０．５ＨＲＣ以上低いことが好ましい。このようにすれば、第１の転動部品の転動部の表面の突起のなじみによりその突起の傾斜角度を小さくすることができ、第２の転動部の表面の損傷を抑制することができる。
【００１１】
本発明の転がり軸受は、上記の転動装置としての転がり軸受である。当該転がり軸受は、複数の転動体と、複数の転動体の外側において複数の転動体に接触するように配置され、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、複数の転動体の内側において複数の転動体に接触するように配置され、外周面に内輪軌道面を有する内輪とを備える。外輪および内輪は第１の転動部品であり、複数の転動体は第２の転動部品である。
【００１２】
外輪および内輪のそれぞれと転動体との間の潤滑状態が良好でなく油膜形成性が良好でない条件で転がり軸受が使用されても、外輪軌道面と内輪軌道面の微小な突起と転動体の突起との接触による転動体の転動部の表面の損傷を抑制することができる。これにより、転がり軸受の長寿命を実現することができる。
【００１３】
本発明の転がり軸受は、上記の転動装置としての転がり軸受である。当該転がり軸受は、複数の転動体と、複数の転動体の外側において複数の転動体に接触するように配置され、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、複数の転動体の内側において複数の転動体に接触するように配置され、外周面に内輪軌道面を有する内輪とを備える。外輪および内輪は第２の転動部品であり、複数の転動体は第１の転動部品である。
【００１４】
外輪および内輪のそれぞれと転動体との間の潤滑状態が良好でなく油膜形成性が良好でない条件で転がり軸受が使用されても、外輪軌道面と内輪軌道面の微小な突起と転動体の突起との接触による外輪および内輪の転動部の表面の損傷を抑制することができる。これにより、転がり軸受の長寿命を実現することができる。
【００１５】
本発明の転がり軸受は、外輪と複数の転動体のそれぞれとの間の領域、および内輪と複数の転動体のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータの値が１．２以下であることが好ましい。
【００１６】
上記の突起のなじみという現象は、転動部品の油膜形成性が良好でない油膜パラメータΛが１．２以下の条件において進行する。また油膜パラメータΛが１．２以下の条件において、第１の転動部品の突起による第２の転動部品の表面損傷による寿命低下が起こりやすい。このため油膜パラメータΛが１．２以下の条件であることにより、本来であれば寿命低下が起こりやすい条件において、外輪軌道面および内輪軌道面の微小な突起と転動体の突起との接触による転動体の転動部の表面の損傷を抑制する効果を発揮することができる。したがって、突起のなじみによる転がり軸受の長寿命を実現することができる。
【００１７】
本発明の転動装置の製造方法においては、まず高炭素クロム軸受鋼からなる第１の転動部品が準備される。第１の転動部品に接触し、高炭素クロム軸受鋼からなる第２の転動部品が準備される。第１の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度は、第２の転動部品の転動部の表面のロックウェル硬度よりも低くなるように第１および第２の転動部品が加工される。第１の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは、第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さよりも大きくなるように第１および第２の転動部品が加工される。第２の転動部品の転動部の表面の算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下となり、第２の転動部品の転動部の表面の二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下となるように第２の転動部品が加工される。このようにすれば、上記のように転動装置の長寿命を実現することができる。
【００１８】
上記の転動装置の製造方法においては、第１および第２の転動部品は焼入れ処理された後に焼戻し処理されることが好ましい。これは転がり軸受の機能を満たすために必要な処理である。
【００１９】
上記の転動装置の製造方法においては、第１の転動部品の転動部の表面は、回転砥石を用いた研削または研磨加工により仕上げられている。言い換えれば、第１の転動部品の転動部の表面には、超仕上げ加工、バレル研磨加工、およびバニシング加工のいずれもなされなくてもよい。つまりこれらの加工を行なわなくても、転動部の表面粗さを表面損傷が起きない程度まで十分に小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、転動部品の転動部の表面の微細な突起がなじみ、それらの突起同士が接触する部分の局所面圧が低下することにより、転動部品の転動部の表面の損傷およびこれに伴う寿命低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態における円錐ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】本実施の形態における円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】本実施の形態における転動装置に含まれる第１および第２の転動部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】第１の転動部品の処理工程を示すフローチャート（Ａ）と、第２の転動部品の処理工程を示すフローチャート（Ｂ）とである。
【図５】本実施例における二円筒試験機の構成を示す概略図である。
【図６】本実施の形態の比較例の条件による試験片の転動部の表面の、耐ピーリング性能評価試験後の顕微鏡拡大写真と、本実施の形態の実施例の条件による試験片の転動部の表面の、耐ピーリング性能評価試験後の顕微鏡拡大写真とである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
まず図１および図２を用いて、本実施の形態の転動装置の一例としての転がり軸受の構成について説明する。なおここでは、転がり軸受の一例として円錐ころ軸受および円筒ころ軸受について説明するが、円錐ころ軸受および円筒ころ軸受以外の種類の転がり軸受についても以下と同様に本実施の形態を適用可能である。
【００２３】
図１を参照して、本実施の形態の円錐ころ軸受２は、環状の外輪２０と、中心線Ｃに関して外輪２０の内側に配置された環状の内輪２１と、外輪２０と内輪２１との間に配置された転動体としての複数のころ２２と、外輪２０、内輪２１および複数のころ２２を保持する円環状の保持器２３とを有している。
【００２４】
外輪２０は、複数のころ２２の外側において複数のころ２２に接触するように配置されている。外輪２０は、中心線Ｃに関する内側に形成される内周面に、外輪軌道面２０Ａを有している。内輪２１は、複数のころ２２の内側において複数のころ２２に接触するように配置されている。内輪２１は、中心線Ｃに関する外側に形成される外周面に、内輪軌道面２１Ａを有している。外輪軌道面２０Ａと内輪軌道面２１Ａとが互いに対向するように、外輪２０と内輪２１とが配置されている。
【００２５】
複数のころ２２は、その表面にころ転動面２２Ａを有している。言い換えれば複数のころ２２のそれぞれはその表面全体がころ転動面２２Ａである。複数のころ２２は外輪軌道面２０Ａと内輪軌道面２１Ａとの間で転動するように構成されている。複数のころ２２はころ転動面２２Ａにおいて、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに接触し、かつ保持器２３により周方向にある間隔のピッチを有するように複数並んで配置される。これにより複数のころ２２のそれぞれは、外輪２０および内輪２１の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。
【００２６】
保持器２３は合成樹脂からなっている。また、円錐ころ軸受２は、外輪転走面２０Ａを含む円錐、内輪転走面２１Ａを含む円錐、およびころ２２が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の１点で交わるように構成されている。以上の構成により、円錐ころ軸受２の外輪２０および内輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２７】
図２を参照して、本実施の形態の円筒ころ軸受３は、環状の外輪３０と、中心線Ｃに関して外輪３０の内側に配置された環状の内輪３１と、外輪３０と内輪３１との間に配置された転動体としての複数のころ３２と、外輪３０、内輪３１および複数のころ３２を保持する円環状の保持器３３とを有している。
【００２８】
外輪３０は、複数のころ３２の外側において複数のころ３２に接触するように配置されている。外輪３０は、中心線Ｃに関する内側に形成される内周面に、外輪軌道面３０Ａを有している。内輪３１は、複数のころ３２の内側において複数のころ３２に接触するように配置されている。内輪３１は、中心線Ｃに関する外側に形成される外周面に、内輪軌道面３１Ａを有している。外輪軌道面３０Ａと内輪軌道面３１Ａとが互いに対向するように、外輪３０と内輪３１とが配置されている。
【００２９】
複数のころ３２は、円筒形状を有しており、その表面にころ転動面３２Ａを有している。言い換えれば複数のころ３２のそれぞれはその表面全体がころ転動面３２Ａである。複数のころ３２は外輪軌道面３０Ａと内輪軌道面３１Ａとの間で転動するように構成されている。複数のころ３２はころ転動面３２Ａにおいて、外輪軌道面３０Ａおよび内輪軌道面３１Ａに接触し、かつ保持器３３により周方向にある間隔のピッチを有するように複数並んで配置される。これにより複数のころ３２のそれぞれは、外輪３０および内輪３１の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。
【００３０】
保持器３３は合成樹脂からなっている。以上の構成により、円筒ころ軸受３の外輪３０および内輪３１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００３１】
図１における外輪２０および内輪２１に挟まれる空間、より具体的には外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに挟まれる空間である軌道空間には、図示しないグリース組成物が封入されている。このグリース組成物により外輪２０および内輪２１の各々ところ２２との間に油膜が形成されている。また外輪２０と複数のころ２２のそれぞれとの間の領域、および内輪２１と複数のころ２２のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータΛの値が１．２以下となっている。なお詳細な説明を省略するが、図２においても上記図１と同様に、外輪軌道面３０Ａおよび内輪軌道面３１Ａに挟まれる空間である軌道空間にはグリース組成物が封入されている。
【００３２】
次に円錐ころ軸受２を構成する転動部品としての外輪２０、内輪２１およびころ２２について説明する。第１の転動部品としての外輪２０および内輪２１のそれぞれに第２の転動部品としてのころ２２が接触している。外輪２０、内輪２１およびころ２２のいずれも高炭素クロム軸受鋼である、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなっている。なお円筒ころ軸受３を構成する外輪３０、内輪３１およびころ３２についても上記と同様である。
【００３３】
本実施の形態においては、たとえば図１の外輪２０の転動部は外輪軌道面２０Ａを含む領域であって、外輪２０の転動部の表面が外輪軌道面２０Ａを構成している。また内輪２１の転動部は内輪軌道面２１Ａを含む領域であって、内輪２１の転動部の表面が内輪軌道面２１Ａを構成している。ころ２２の転動部はころ転動面２２Ａを含む領域であって、ころ２２の転動部の表面がころ転動面２２Ａを構成している。
【００３４】
本実施の形態においては、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度は、ころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも低い。具体的には、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度は、ころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも０．５ＨＲＣ以上低いことが好ましい。
【００３５】
また本実施の形態においては、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１ＡのＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に規格される算術平均粗さ（Ｒａ）は、ころ転動面２２Ａの算術平均粗さよりも大きい。さらに外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１ＡのＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１に規格される二乗平均平方根傾斜（ＲΔｑ）はころ転動面２２Ａの二乗平均平方根傾斜よりも大きい。
【００３６】
具体的には、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さは０．７０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．３０以下にされている。またころ転動面２２Ａの算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下にされている。
【００３７】
なお詳細な説明を省略するが、以上のロックウェル硬度、算術平均粗さおよび二乗平均平方根傾斜の数値および大小関係などの特徴は、図２の外輪３０の外輪軌道面３０Ａ、内輪３１の内輪軌道面３１Ａおよびころ３２のころ転動面３２Ａに対しても同様に成り立つ。
【００３８】
次に図３および図４を用いて、以上の外輪２０、内輪２１およびころ２２のそれぞれの加工方法について説明する。なお詳細説明を省略するが、外輪３０、内輪３１およびころ３２の加工方法についても基本的に同様である。
【００３９】
図３を参照して、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる第１の転動部品としての外輪２０および内輪２１が準備される（Ｓ０１）。またＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる第２の転動部品としてのころ２２が準備される（Ｓ０２）。
【００４０】
図４（Ａ）を参照して、第１の転動部品としての外輪２０および内輪２１については、材料であるＪＩＳ規格ＳＵＪ２が焼入れ処理（Ｓ１１）された後に焼戻し処理（Ｓ１２）される。
【００４１】
その後、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの加工がなされる（Ｓ１３）。このとき、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度は、ころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも低くなるように加工される。また外輪２０の外輪軌道面２０Ａおよび内輪２１の内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さは、ころ２２のころ転動面２２Ａの算術平均粗さよりも大きくなるように加工される。さらに外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの二乗平均平方根傾斜はころ転動面２２Ａの二乗平均平方根傾斜よりも大きくなるように加工される。
【００４２】
具体的には、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度は、ころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも０．５ＨＲＣ以上低くなることが好ましい。外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さは０．７０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．３０以下となるように加工される。
【００４３】
図４（Ｂ）を参照して、第２の転動部品としてのころ２２については、材料であるＪＩＳ規格ＳＵＪ２が焼入れ処理（Ｓ２１）された後に焼戻し処理（Ｓ２２）される。その後ころ２２のころ転動面２２Ａの算術平均粗さが、外輪２０の外輪軌道面２０Ａおよび内輪２１の内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さよりも小さくなるように加工される。具体的には、ころ転動面２２Ａの算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下となるように加工される（Ｓ２３）。
【００４４】
以上の工程（Ｓ１３）および工程（Ｓ２３）における各軌道面の加工は、回転砥石を用いた研削または研磨加工により仕上げられている。つまり特に第１の転動部品としての外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに対して超仕上げ加工、バレル研磨加工、およびバニシング加工のような表面粗さを改善する加工はいずれもなされなくてもよい。たとえば外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａが、その形状および寸法による制約のために、算術平均粗さおよび二乗平均平方根傾斜などを小さくする超仕上げ加工などを行なうことが困難である場合においても、軌道面２０Ａ，２１Ａところ転動面２２Ａとの算術平均粗さおよび二乗平均平方根傾斜の値の組み合わせを上記数値範囲とすればよい。
【００４５】
このようにすれば、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに超仕上げ加工などを行なわなくても、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの突起の先端形状をなじみによって平滑化することができる。このためころ転動面２２Ａに、ピーリングなどの転動疲労による損傷が発生する可能性を低減することができ、当該損傷による転動装置の寿命の低下を抑制することができる。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の円錐ころ軸受２は、外輪２０の転動部の表面としての外輪軌道面２０Ａおよび内輪２１の転動部の表面としての内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度が、ころ２２の転動部の表面としてのころ転動面２２Ａのロックウェル硬度よりも０．５ＨＲＣ以上低くなっている。また外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さが、ころ転動面２２Ａの算術平均粗さよりも大きくなっている。またころ転動面２２Ａの算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下であり、ころ転動面２２Ａの二乗平均平方根傾斜が０．０７以上０．１０以下となるように加工されている。
【００４７】
具体的な算術平均粗さなどを上記の数値範囲の組み合わせとすることにより、たとえばころ転動面２２Ａの算術平均粗さの値が０．０７μｍ未満の場合などに比べて、算術平均粗さの値がころ転動面２２Ａより大きい外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに多数含まれる微小な突起がなじみやすくなる。また、外輪２０および内輪２１の各々の転動部の表面のロックウェル硬度をころ転動面２２Ａの硬度よりも低くすることにより、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの粗さをさらに微小な突起がなじみやすいようにすることができる。
【００４８】
上記２つの作用により、円錐ころ軸受２の運転開始から短時間経過後において、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａがころ転動面２２Ａと接触することにより、ころ転動面２２Ａに存在する粗さの突起が、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに存在する大きな突起を摩耗または塑性変形させる。これにより、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａに存在する大きな突起等のなじみが促進され、当該突起の先端形状が平滑化される。これにより、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの微小な突起と、この突起に接触するころ転動面２２Ａの平坦面または微小な突起との局所的な接触面圧が低下する。このため、たとえば外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの微小な突起に起因するころ転動面２２Ａの損傷の発生を抑制することができる。したがって、たとえば外輪軌道面２０Ａなどの表面に微小な凹部をランダムに形成してそこへ固体潤滑剤を被覆するなどの方法を用いなくても、ころ転動面２２Ａの損傷による円錐ころ軸受２の寿命の低下を抑制することができる。よって、円錐ころ軸受２の長寿命を実現することができる。
【００４９】
また本実施の形態の円錐ころ軸受２によれば、上記のように外輪軌道面２０Ａ、内輪軌道面２１Ａところ転動面２２Ａとの算術平均粗さの値などが調整される。このため、たとえ円錐ころ軸受２が外輪２０および内輪２１ところ２２との間の潤滑状態が良好でないために油膜形成性が良好でない条件で使用されたとしても、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの微小な突起との接触によるころ転動面２２Ａの損傷を抑制することができる。これにより、円錐ころ軸受２の長寿命を実現することができる。
【００５０】
さらに本実施の形態の円錐ころ軸受２においては、外輪２０と複数のころ２２のそれぞれとの間の領域、および内輪２１と複数のころ２２のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータΛの値が１．２以下である。したがって、ころ転動面２２Ａに表面起点型の剥離が起きるために円錐ころ軸受２の寿命が低下しやすい条件において、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの微小な突起との接触によるころ転動面２２Ａの損傷を抑制することができる。これにより、効果的に円錐ころ軸受２の長寿命を実現することができる。
【００５１】
以上の手法によりころ転動面２２Ａの損傷が抑制されるため、本実施の形態においては、外輪軌道面２０Ａ、内輪軌道面２１Ａおよびころ転動面２２Ａに超仕上げ加工、バレル研磨加工、およびバニシング加工のいずれもなされる必要がなくなる。このため円錐ころ軸受２の加工工程を簡略化させることができ、そのコストを低減させることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本実施の形態の円錐ころ軸受２は、基本的に実施の形態１の円錐ころ軸受２と同一の図面を用いて同様に説明可能であるため詳細な説明を省略する。ただし本実施の形態の円錐ころ軸受２は、ころ２２が第１の転動部品として、外輪２０および内輪２１が第２の転動部品として、それぞれ配置されている。この点において本実施の形態の円錐ころ軸受２は、実施の形態１の円錐ころ軸受２と異なっている。
【００５３】
したがって本実施の形態においては、ころ転動面２２Ａのロックウェル硬度が、外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａのロックウェル硬度よりもたとえば０．５ＨＲＣ以上低くなっている。またころ転動面２２Ａの算術平均粗さは外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さよりも大きい。外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの算術平均粗さは０．０７μｍ以上０．１０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．０７以上０．１０以下にされている。さらにころ転動面２２Ａの二乗平均平方根傾斜は外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａの二乗平均平方根傾斜よりも大きい。ころ転動面２２Ａの算術平均粗さは０．７０μｍ以下、二乗平均平方根傾斜は０．３０以下にされている。
【００５４】
なお円筒ころ軸受３についても、円錐ころ軸受２と同様に、ころ３２を第１の転動部品、外輪３０および内輪３１を第２の転動部品として適用させることができる。なおこれらの円錐ころ軸受２および円筒ころ軸受３の製造方法は、第１および第２の転動部品が実施の形態１とは互いに逆になっているものの、基本的に実施の形態１と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施の形態においても、基本的に実施の形態１と同様に、この場合は第２の転動部品である外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａへの損傷を抑制する効果を高めることができる。
【実施例１】
【００５６】
以上に述べた各実施の形態の構成による作用効果を調べるため、２種類の試験片を用いて２種類の耐ピーリング性能評価試験が行なわれた。以下、図５〜図６を用いてこの試験の内容および結果について説明する。
【００５７】
図５を参照して、これは耐ピーリング性能評価試験に用いられた二円筒試験機４を示している。二円筒試験機４は、駆動側回転軸Ｄ１と、従動側回転軸Ｆ１とを有している。
【００５８】
駆動側回転軸Ｄ１は、図５の左右方向に延びる部材であり、図５における左側の末端部にモータＭが接続されている。このモータＭにより駆動側回転軸Ｄ１は、図５の左右方向に延びる中心軸Ｃ１に対して回転可能となっている。図５における駆動側回転軸Ｄ１の右側の先端部には駆動側試験片Ｄ２が取り付けられている。駆動側試験片Ｄ２は、上記の各実施の形態における第１の転動部品に相当する部材であり、駆動側回転軸Ｄ１の回転に伴い中心軸Ｃ１の周りに回転可能となるように、駆動側回転軸Ｄ１の右側の先端部に固定された。
【００５９】
一方、従動側回転軸Ｆ１は、図５の左右方向に延びる部材であり、図５の左右方向に延びる中心軸Ｃ２に対して回転可能となっている。図５において従動側回転軸Ｆ１は、駆動側回転軸Ｄ１とは逆に、左側が先端部に、右側が末端部になっている。図５における従動側回転軸Ｆ１の左側の先端部には従動側試験片Ｆ２が取り付けられている。従動側試験片Ｆ２は、上記の各実施の形態における第２の転動部品に相当する部材であり、従動側回転軸Ｆ１の回転に伴い中心軸Ｃ２の周りに回転可能となるように、従動側回転軸Ｆ１の左側の先端部に固定された。
【００６０】
駆動側回転軸Ｄ１の先端部は図５の右側を、従動側回転軸Ｆ１の先端部は図５の左側を向いている。しかし駆動側回転軸Ｄ１の中心軸Ｃ１と従動側回転軸Ｆ１の中心軸Ｃ２とは一致しておらず、両者は図５の上下方向に間隔を有している。このため駆動側回転軸Ｄ１の先端部に固定された駆動側試験片Ｄ２と、従動側回転軸Ｆ１の先端部に固定された従動側試験片Ｆ２とは、駆動側回転軸Ｄ１および従動側回転軸Ｆ１のそれぞれの外径面同士が、これらの回転していない状態において外径面接触部ＤＦにて互いに接触するように配置されている。なお互いに接触するように配置される駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２は、これらの下に敷いている、給油用フェルトパッド５と接触している。
【００６１】
以上のように設置された二円筒試験機４の設備の駆動条件を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2017150597.tif 000003
【００６３】
表１に示すように、二円筒試験機４には潤滑油として無添加ポリ−α−オレフィン油（ＶＧ５相当）が用いられた。この潤滑油は給油用フェルトパッド５内に含浸されており、そこから駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２の外径面に供給された。また試験条件として、駆動側回転軸Ｄ１の中心軸Ｃ１周りの回転数は２０００ｒｐｍとし、従動側試験片Ｆ２に加えられる荷重Ｗ（図５参照）の値は２３０ｋｇｆとされた。ここで荷重Ｗとは、駆動側回転軸Ｄ１の回転時に従動側回転軸Ｆ１が図５の矢印Ｗに示す方向すなわち駆動側回転軸Ｄ１に近づく方向に従動側試験片Ｆ２に対して加える荷重を意味する。駆動側回転軸Ｄ１がモータＭにより中心軸Ｃ１周りに回転するのに伴い、従動側回転軸Ｆ１が中心軸Ｃ２周りに、駆動側回転軸Ｄ１とは互いに逆方向に回転した。これは駆動側試験片Ｄ２と従動側試験片Ｆ２とが互いに接触しているためである。
【００６４】
そして試験時間は１００分間とし、従動側試験片Ｆ２に加わる総負荷回数が２０万回に達した時点で試験が終了された。以上の条件は、従動側試験片Ｆ２の転動部の表面にピーリングと呼ばれる微小な剥離が発生しやすい条件とした。
【００６５】
次に２種類の試験のそれぞれに用いられた駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２のそれぞれの形状および寸法等について表２および表３を用いて説明する。ここで２種類の試験とは、本実施の形態の規格外の試験である比較例、および本実施の形態に基づく試験である実施例を意味する。まず表２を用いて、２種類の試験のそれぞれに用いられた駆動側試験片Ｄ２の寸法等の条件について説明する。
【００６６】
【表２】
2017150597.tif 000004
【００６７】
表２に示すように、駆動側試験片Ｄ２は、これがセットされる駆動側回転軸Ｄ１をその先端側から平面視したときに円形を有する円筒形状である。その外径の直径は、２種類の試験すなわち比較例および実施例のいずれにおいても同一の４０ｍｍ、その内径の直径は上記２種類のいずれも２０ｍｍである。以下同様に、上記２種類のいずれも軸方向の寸法に相当する幅が１２ｍｍ、軸方向副曲率半径が６０ｍｍである。
【００６８】
試験片の材質は、上記２種類のいずれもＪＩＳ規格ＳＵＪ２とされ、これらはいずれも一般的な焼入れ処理がされた後に焼戻し処理がなされることにより、比較例においてはその幅面のロックウェル硬度が６２．２ＨＲＣとなるように加工され、実施例においてはその幅面のロックウェル硬度が６０．５ＨＲＣとなるように加工された。その後、上記２種類のいずれも、駆動側試験片Ｄ２の平面視における円形の外径面の軸方向に関する算術平均粗さＲａの値が０．６５０μｍ、当該駆動側試験片Ｄ２の円形の外径面の軸方向に関する二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの値が０．２７０となるように研磨加工がなされた。
【００６９】
次に表３を用いて、２種類の試験のそれぞれに用いられた従動側試験片Ｆ２の寸法等の条件について説明する。
【００７０】
【表３】
2017150597.tif 000005
【００７１】
表３に示すように、従動側試験片Ｆ２は、これがセットされる従動側回転軸Ｆ１をその先端側から平面視したときに円形を有する円筒形状である。上記２種類のいずれもその外径の直径は４０ｍｍ、その内径の直径は２０ｍｍであり、軸方向の寸法に相当する幅が１２ｍｍであるが、軸方向副曲率半径を有さないものとした。
【００７２】
試験片の材質は、上記２種類のいずれもＪＩＳ規格ＳＵＪ２とされ、これらはいずれも焼入れ処理がされた後に焼戻し処理がなされることにより、比較例においてはその幅面のロックウェル硬度が６２．２ＨＲＣとなるように加工され、実施例においてはその幅面のロックウェル硬度が６３．０ＨＲＣとなるように加工された。従動側試験片Ｆ２については上記２種類のいずれも、焼戻し処理の後に研磨加工および超仕上げ加工がなされた。これにより、比較例においてはその外径面の算術平均粗さＲａが０．０２０μｍ、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．０１３となるように仕上げられた。また実施例においては、その外径面の算術平均粗さＲａが０．０７０μｍ、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．０７４となるように仕上げられた。
【００７３】
なお比較例の駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２はいずれも幅面ロックウェル硬度が６２．２ＨＲＣとなっているが、このようにするために以下の工程がなされた。まず鋼材を８４０℃で４０分保持後、８０℃の油中で冷却して焼入れされ、その後１８０℃で３時間の焼戻し処理が行なわれた。また実施例の駆動側試験片Ｄ２の幅面ロックウェル硬度は６０．５ＨＲＣとなっているが、このようにするために以下の工程がなされた。まず鋼材を８５０℃で８０分保持後、８０℃の油中で冷却して焼入れされ、その後２２０℃で１００時間の焼戻し処理が行なわれた。また実施例の従動側試験片Ｆ２の幅面ロックウェル硬度は６３．０ＨＲＣとなっているが、このようにするために以下の工程がなされた。まず鋼材を８５０℃で８０分保持後、８０℃の油中で冷却して焼入れされ、その後１８０℃で４時間の焼戻し処理が行なわれた。
【００７４】
以上の各試験片を用いた比較例および実施例のそれぞれの試験を行なった後の、第２の転動部品に相当する従動側試験片Ｆ２の転動部である外径面の平面形状の顕微鏡拡大写真を図６に示す。図６を参照して、比較例の従動側試験片Ｆ２の転動部の表面上には多くのピーリングが発生したが、実施例の従動側試験片Ｆ２の転動部の表面上にはピーリングが発生しなかった。
【００７５】
次に以上の各試験片を用いた比較例および実施例のそれぞれの試験を行なった後の、第１の転動部品に相当する駆動側試験片Ｄ２の転動部の軸方向の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの測定結果を表４に示す。
【００７６】
【表４】
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【００７７】
表４より、比較例の駆動側試験片Ｄ２に比べて、実施例の駆動側試験片Ｄ２の方が二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの値が小さくなった。
【００７８】
この結果から、駆動側試験片Ｄ２の転動部の表面粗さを従動側試験片Ｆ２の転動部の表面粗さよりも大きくし、駆動側試験片Ｄ２の転動部表面の硬度を従動側試験片Ｆ２の転動部表面の硬度よりも軟らかくさせ、従動側試験片Ｄ２の試験前の転動部表面の算術平均粗さを０．０７０μｍ程度、二乗平均平方根傾斜を０．０７４程度とすることが好ましいといえる。このような試験片の組み合わせを適用することにより、駆動側試験片Ｄ２の試験中の転動部のなじみが促進され、駆動側試験片Ｄ２の転動部表面の粗さ突起の傾斜が平滑化され、ピーリングを抑制できることが分かった。
【００７９】
今回開示された各実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００８０】
２  円錐ころ軸受、３  円筒ころ軸受、４  二円筒試験機、５  給油用フェルトパッド、２０，３０  外輪、２０Ａ，３０Ａ  外輪軌道面、２１，３１  内輪、２１Ａ，３１Ａ  内輪軌道面、２２，３２  ころ、２２Ａ，３２Ａ  ころ転動面、２３，３３  保持器、Ｄ１  駆動側回転軸、Ｄ２  駆動側試験片、ＤＦ  外径面接触部、Ｆ１  従動側回転軸、Ｆ２  従動側試験片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017150597.tif 000009
【図４】
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【図５】
2017150597.tif 000011
【図６】
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