(57)【要約】【課題】軌道輪の軌道面の摩耗を低減することができ、かつ軌道面の表面処理が容易な転がり軸受、および軸受軌道面の耐摩耗処理方法を提供する。【解決手段】内輪と外輪との間に転動体が介在する。内輪または外輪である軌道輪１０における母材の軌道面１０ａ下の表層部分は、母材の一般部分１２よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面の耐摩耗層１３である。耐摩耗層１３における微小凹凸面の凹部が埋まる膜厚ｔであって、かつ微小凹凸面に沿う凹凸が表面に存在し、耐摩耗層１３の表面を覆う酸化皮膜１４を有する。この酸化皮膜１４は、母材の耐摩耗層１３より脆い材質である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に転動体が介在し、前記内輪または前記外輪である軌道輪における母材の軌道面下の表層部分が、前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層であり、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部が埋まる膜厚であって、かつ前記微小凹凸面に沿う凹凸が表面に存在し、前記耐摩耗層の表面を覆う酸化皮膜を有し、この酸化皮膜は前記母材の前記耐摩耗層より脆い材質であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受において、内輪と外輪との間に左右２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状の複列自動調心ころ軸受である転がり軸受。
【請求項３】
内輪と外輪との間に転動体が介在する転がり軸受における前記内輪または前記外輪である軌道輪の軌道面の耐摩耗処理方法であって、
前記軌道面にショットピーニング処理を施して、前記軌道輪における母材の前記軌道面下の表層部分に、残留応力を有し前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層を形成する過程と、
前記耐摩耗層の表面を酸化させて、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部の深さ以上の膜厚であって、運転時における前記転動体との回転接触により表面の凹凸が平滑化される酸化皮膜を形成する過程とを含む、
ことを特徴とする軸受軌道面の耐摩耗処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の軸受軌道面の耐摩耗処理方法において、前記酸化皮膜の形成が、クロロゲン酸を用いた表面処理である軸受軌道面の耐摩耗処理方法。
【請求項５】
請求項３に記載の軸受軌道面の耐摩耗処理方法において、前記酸化皮膜の形成が、黒染め処理である軸受軌道面の耐摩耗処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば風力発電装置や産業機械の主軸を支持する複列自動調心ころ軸受等の転がり軸受、およびこの軸受の軌道面を耐摩耗処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の主軸を支持する軸受として、複列自動調心ころ軸受が広く用いられている（例えば特許文献１）。風力発電装置の主軸支持用の軸受には、ブレードやロータヘッドの自重によるラジアル荷重の他に、風力によるアキシアル荷重が作用する。アキシアル荷重が作用した場合、複列自動調心ころ軸受の複列のころのうちアキシアル荷重を受ける列のころが、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に負荷する。ラジアル荷重に比べて一方向のアキシアル荷重が大きいため、軌道輪の軌道面におけるアキシアル荷重を負荷するころ列で摩耗等の表面損傷が生じる場合がある。
【０００３】
軸受摩耗の要因は、主に以下の二つである。
（１）一つは使用条件である。例えば、低速、高荷重で使用される場合、効率化を理由に低粘度油等を使用する場合、小型化のためにサイズの小さな軸受を使用する場合等に摩耗が生じる。
（２）もう一つは、軌道面と転動体とのすべりによる摩耗である。特に複列自動調心ころ軸受は、ころが球面であり差動すべりするため摩耗が生じやすい。
【０００４】
軌道輪の軌道面の耐摩耗性を高めるために、ショットピーニング処理により軌道面の表面を硬化させることが行われている。ショットピーニング処理のままでは表面粗さが粗いため、従来は、ショットピーニング処理後に研摩等の仕上げ加工を行っていた。
【０００５】
また、軸受の軌道面等の表面処理として、植物由来のクロロゲン酸を用いて軌道面の表面に酸化皮膜を形成することが提案されている（非特許文献１）。同文献には、クロロゲン酸による表面処理を行うと、摩耗特性、焼き付き寿命、防錆性等が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／０５００３８号パンフレット
【非特許文献１】田口陽介、板橋恵梨子、三上英信共著、「表面処理剤としての天然抗酸化剤の効果」、NTN TECHNICAL REVIEW No.81 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、風力発電装置の主軸支持用として複列自動調心ころ軸受を用いる場合、アキシアル荷重を負荷するころ列の負荷容量を高めて軸受寿命を延ばすために、サイズの大きな軸受を用いることが考えられるが、これは重量増で高コストになる。
【０００８】
軌道面の耐摩耗性を高めるため表面処理を行う場合、上記従来のように、ショットピーニング処理を行った後、仕上げ加工を行うのは、軌道面の表面処理に２工程を費やすこととなり、製造効率が悪く、コスト増を招く。
【０００９】
この発明の目的は、特に風力発電装置の主軸を支持する軸受等のように低速、高荷重で使用されるのに適し、軌道輪の軌道面の摩耗を低減することができ、かつ軌道面の表面処理が容易な転がり軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、軌道輪の軌道面の摩耗を低減することができ、かつ軌道面の表面処理が容易な軸受軌道面の耐摩耗処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の転がり軸受は、内輪と外輪との間に転動体が介在し、前記内輪または前記外輪である軌道輪における母材の軌道面下の表層部分が、前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層であり、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部が埋まる膜厚であって、かつ前記微小凹凸面に沿う凹凸が表面に存在し、前記耐摩耗層の表面を覆う酸化皮膜を有し、この酸化皮膜は前記母材の前記耐摩耗層より脆い材質であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、使用前の状態における軌道輪の軌道面は、表層部分に耐摩耗層があり、この耐摩耗層の表面を酸化皮膜が覆っている。耐摩耗層の表面は微小凹凸面であり、酸化皮膜の表面は耐摩耗層の微小凹凸面に沿う凹凸状である。この酸化被膜の表面は、その下の耐摩耗層及び母材の層よりも脆い材質となっている。そのため、転がり軸受の運転を開始すると、軌道輪と転動体との回転接触により、酸化皮膜の凸部は容易に摩耗し、平滑化される。このように、転がり軸受を運転することによって自然になじんで、軌道面が平滑化されるため、研摩等の仕上げ加工が不要である。酸化皮膜を形成する処理は、研摩等の仕上げ加工に比べて容易であるため、軌道輪を効率良く、低コストで製作することができる。
【００１２】
この構成の転がり軸受は、軌道面下の表層部分に耐摩耗層を有するため、軌道輪の摩耗が低減されて、転がり軸受の長寿命化を実現できる。また、使用によって軌道輪の軌道面がなじんだ状態では、軌道面が平滑になって軸受の回転抵抗がショットピーニング処理をしただけの物よりも小さい。
【００１３】
転がり軸受は、内輪と外輪との間に左右２列にころが介在し、前記外輪の軌道面が球面状の複列自動調心ころ軸受であってもよい。
複列自動調心ころ軸受は、差動すべりに起因する摩耗が生じやすいので、軌道輪の軌道面に耐摩耗層を設けて硬化するのが有効である。
【００１４】
この発明の軸受軌道面の耐摩耗処理方法は、内輪と外輪との間に転動体が介在する転がり軸受における前記内輪または前記外輪である軌道輪の軌道面に適用され、
前記軌道面にショットピーニング処理を施して、前記軌道輪における母材の前記軌道面下の表層部分に、残留応力を有し前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層を形成する過程と、
前記耐摩耗層の表面を酸化させて、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部の深さ以上の膜厚であって、運転時における前記転動体との回転接触により表面の凹凸が平滑化される酸化皮膜を形成する過程とを含む、
ことを特徴とする。
【００１５】
この耐摩耗処理方法によって、軌道輪の軌道面を表面処理すると、使用前の軌道輪の軌道面は、表層部分に耐摩耗層があり、この耐摩耗層の表面を酸化皮膜が覆った状態となっている。耐摩耗層の表面は微小凹凸面であり、酸化皮膜の表面は耐摩耗層の微小凹凸面に沿う凹凸状である。この酸化被膜の表面は、その下の耐摩耗層および母材の層よりも脆い材質となっている。そのため、転がり軸受の運転を開始すると、軌道輪と転動体との回転接触により酸化皮膜の凸部は容易に摩耗し、平滑化される。このように、転がり軸受を運転することによって自然になじんで、軌道面が平滑化されるため、研摩等の仕上げ加工が不要である。酸化皮膜を形成する処理は、研摩等の仕上げ加工に比べて容易であるため、軌道輪を効率良く、低コストで製作することができる。
【００１６】
前記酸化皮膜の形成は、クロロゲン酸を用いた表面処理であってもよく、また黒染め処理であってもよい。
いずれの処理も、軌道輪を処理液に浸漬しておくだけの簡単な方法で処理することができる。特に、クロロゲン酸は植物由来の成分からなるため、クロロゲン酸を用いた表面処理は環境に優しい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の転がり軸受は、内輪と外輪との間に転動体が介在し、前記内輪または前記外輪である軌道輪における母材の軌道面下の表層部分が、前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層であり、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部が埋まる膜厚であって、かつ前記微小凹凸面に沿う凹凸が表面に存在し、前記耐摩耗層の表面を覆う酸化皮膜を有し、この酸化皮膜は前記母材の前記耐摩耗層より脆い材質であるため、特に風力発電装置の主軸を支持する軸受等のように低速、高荷重で使用されるのに適し、軌道輪の軌道面の摩耗を低減することができ、かつ軌道面の表面処理が容易である。
【００１８】
この発明の軸受軌道面の耐摩耗処理方法は、内輪と外輪との間に転動体が介在する転がり軸受における前記内輪または前記外輪である軌道輪の軌道面に適用され、前記軌道面にショットピーニング処理を施して、前記軌道輪における母材の前記軌道面下の表層部分に、残留応力を有し前記母材の一般部分よりも硬度が高く、かつ表面が微小凹凸面である耐摩耗層を形成する過程と、前記耐摩耗層の表面を酸化させて、前記耐摩耗層における前記微小凹凸面の凹部の深さ以上の膜厚であって、運転時における前記転動体との回転接触により表面の凹凸が平滑化される酸化皮膜を形成する過程とを含むため、軌道輪の軌道面の摩耗を低減することができ、かつ軌道面の表面処理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。
【図２】軌道輪の軌道面に耐摩耗処理を施す過程、および軌道面がなじむ過程の説明図である。
【図３】この発明の異なる実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。
【図４】この発明のさらに異なる実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。
【図５】この発明のさらに異なる実施形態にかかる転がり軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。
この転がり軸受１は、それぞれ軌道輪である内輪２と外輪３との間に幅方向に並ぶ左右２列に、転動体であるころ４が介在した複列自動調心ころ軸受である。内輪２、外輪３、およびころ４は、軸受鋼からなる。外輪３の軌道面３ａは球面状であり、左右各列のころ４は外周面が外輪３の軌道面３ａに沿う断面形状である。言い換えると、ころ４の外周面は、外輪３の軌道面３ａに沿った円弧を中心線Ｃ回りに回転させた回転曲面である。内輪２には、左右各列のころ４の外周面に沿う断面形状の複列の軌道面２ａが形成されている。
【００２１】
図の例では、左右各列のころ４は同形である。すなわち、左右各列のころ４は中心線Ｃに沿った長さが互いに同じであり、かつ接触角θが互いに同じである。また、左右各列のころ４は、いずれも最大径の位置がころ長さの中央に位置する対称ころである。左右各列のころ４は互いに形状が異なっていてもよい。ころの最大径位置は、ころ長さの中央からずれていても良い。
【００２２】
内輪２の外周面の両端には、つば６がそれぞれ設けられている。図の例では、内輪２の外周面の中央部、すなわち左右各列のころ４間の部分に中つばが存在しない。左右各列のころ４間の部分に中つばを設けてもよく、または案内輪を介在させてもよい。左右各列のころ４は、保持器８よりそれぞれ保持される。外輪３の軸方向中央部には、給脂孔９が設けられている。
【００２３】
内輪２および外輪３の軌道面２ａ，３ａには、耐摩耗処理が施されている。図２は、耐摩耗処理の過程を示す説明図である。
【００２４】
耐摩耗処理の第１過程では、図２（Ａ）に示すように、内輪または外輪からなる軌道輪１０の軌道面１０ａにショットピーニング処理を行う。ショットピーニング処理により、無数の鉄あるいは非鉄金属の丸い玉からなるショット１１を高速度で軌道面１０ａの表面に衝突させることで、軌道面１０ａの表層部分に残留内部応力が付与される。残留内部応力が付与された表層部分は、母材の一般部分１２よりも硬度が高い耐摩耗層１３となる。この耐摩耗層１３の表面は、ショット１１の当たった箇所が凹部１３ａとなりショット１１の当たらなかった箇所が凸部１３ｂとして残った微小凹凸面である。ショットピーニング処理後の表面粗さは、例えば０．３Ｒａ以上である。
【００２５】
第２過程では、図２（Ｂ）に示すように、耐摩耗層１３の表面を酸化させて、四三酸化鉄Ｆｅ３Ｏ４の酸化皮膜１４を形成する。耐摩耗層１３の表面部が酸化皮膜１４に変質することによって、酸化皮膜１４の裏側に新たに耐摩耗層１３の凹部１３ａ´および凸部１３ｂ´が形成される。酸化皮膜１４の表面は、第１過程終了時の耐摩耗層１３の表面と同様に凹部１４ａと凸部１４ｂとが並ぶ微小凹凸面である。酸化皮膜１４の膜厚ｔは、第１過程終了時における耐摩耗層１３の凹部１３ａの深さｄと同じか、または若干厚い程度とする。この酸化皮膜１４の形成は、クロロゲン酸を用いた表面処理、または黒染め処理で行う。
【００２６】
上記のように軌道輪１０の軌道面１０ａに耐摩耗処理が施された転がり軸受の運転を開始すると、軌道輪１０と転動体（図示せず）とが回転接触することにより、酸化皮膜１４の凸部１４ｂが摩耗して、図２（Ｃ）のように酸化皮膜１４の表面が平滑化される。
【００２７】
このように、転がり軸受を運転することによって軌道輪１０の軌道面１０ａが自然になじんで、軌道面１０ａが平滑化されるため、従来のように研摩等の仕上げ加工が不要である。酸化皮膜１４を形成するためのクロロゲン酸を用いた表面処理、または黒染め処理は、軌道輪１０を処理液に浸漬しておくだけの簡単な方法で済むため、研摩等の仕上げ加工に比べて容易であり、軌道輪１０を効率良く低コストで製作することができる。また、クロロゲン酸を用いた表面処理の場合は、植物由来のクロロゲン酸を用いるため、環境に優しい。
【００２８】
この軸受軌道輪の耐摩耗処理を転がり軸受の軌道輪に実施すると、軌道輪１０の摩耗が低減されて、転がり軸受の長寿命化を実現できる。特に、差動すべりに起因する摩耗が生じやすい複列自動調心ころ軸受に実施すると有効である。但し、この軸受軌道輪の耐摩耗処理は、複列自動調心ころ軸受以外の転がり軸受に実施してもよい。その場合も、軌道輪１０の摩耗が低減されて、転がり軸受の長寿命化を実現できる。
【００２９】
図３は円すいころ軸受からなる転がり軸受２１に適用した例を示す。軌道輪である内輪２２および外輪２３の各軌道面２２ａ，２３ａに耐摩耗処理が施される。転動体は円すいころ２４である。内輪２２の外周面の両端には、大つば２６および小つば２７がそれぞれ設けられている。各円すいころ２４は、保持器２８よりそれぞれ保持される。
【００３０】
図４は円筒ころ軸受からなる転がり軸受３１に適用した例を示す。軌道輪である内輪３２および外輪３３の各軌道面３２ａ，３３ａに耐摩耗処理が施される。転動体は円筒ころ３４である。外輪３３の内周面の両端には、つば３６がそれぞれ設けられている。各円筒ころ３４は、保持器３８よりそれぞれ保持される。
【００３１】
図５は深溝玉軸受からなる転がり軸受４１に適用した例を示す。軌道輪である内輪４２および外輪４３の各軌道面４２ａ，４３ａに耐摩耗処理が施される。転動体は玉４４である。各玉４４は、保持器４８よりそれぞれ保持される。
【００３２】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。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が意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１，２１，３１，４１…転がり軸受
２，２２，３２，４２…内輪（軌道輪）
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ…軌道面
３，２３，３３，４３…外輪（軌道輪）
３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ…軌道面
４…ころ（転動体）
１０…軌道輪
１０ａ…軌道面
１３…耐摩耗層
１３ａ，１３ａ´…凹部
１３ｂ，１３ｂ´…凸部
１４…酸化皮膜
１４ａ…凹部
１４ｂ…凸部
２４…円すいころ（転動体）
３４…円筒ころ（転動体）
４４…玉（転動体）
【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】
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