(57)【要約】【課題】水等のような低粘度の流体を潤滑剤として使用した場合でも摩擦トルクが低く且つ表面損傷が生じにくい転がり摺動部材を提供する。【解決手段】深溝玉軸受用の内輪１は、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり摺動面である軌道面１ａを備えており、その表面粗さＲａは０．０２μｍ未満に設定されている。この軌道面１ａには、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することにより微細加工が施されていて、転がり摺動方向に対して平行な方向に延びる複数の溝２，２，…が周期的に形成されている。そして、軌道面１ａ全体のうち溝２が形成された部分の合計の面積の割合は、１００面積％未満である。溝２の内面には、短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、線状凹部及び線状凸部は転がり摺動方向に対して直交する方向に延びている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり摺動面を有し且つ４０℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ以下の流体により前記転がり摺動面が潤滑される転がり摺動部材において、前記転がり摺動面の少なくとも一部に、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーの照射による微細加工が施されているとともに、前記転がり摺動面全体の中心線平均粗さＲａが０．０２μｍ未満であることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
耐食性材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項３】
前記微細加工により複数の溝が周期的に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材。
【請求項４】
前記溝は転がり摺動方向に対して平行な方向に延びているとともに、前記転がり摺動面全体のうち前記溝が形成された部分の面積の割合が１００面積％未満であることを特徴とする請求項３に記載の転がり摺動部材。
【請求項５】
前記溝の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記線状凹部及び前記線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の転がり摺動部材。
【請求項６】
前記溝の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記複数の溝のうち前記相手部材との接触点の近傍に位置する溝の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して直交する方向に延び、前記相手部材との接触点から離れて位置する溝の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して鋭角に交差する方向に延びており、前記相手部材との接触点から離れるにしたがって前記線状凹部及び前記線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載の転がり摺動部材。
【請求項７】
前記微細加工により、一辺０．１μｍ以上の矩形の凹部又は直径０．１μｍ以上の円形の凹部が、所定の間隔を空けつつ島状に複数形成されており、前記転がり摺動面全体のうち前記凹部が形成された部分の面積の割合が１００面積％未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材。
【請求項８】
前記凹部の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記線状凹部及び前記線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びていることを特徴とする請求項７に記載の転がり摺動部材。
【請求項９】
前記凹部の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記複数の凹部のうち前記相手部材との接触点の近傍に位置する凹部の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して直交する方向に延び、前記相手部材との接触点から離れて位置する凹部の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して鋭角に交差する方向に延びており、前記相手部材との接触点から離れるにしたがって前記線状凹部及び前記線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項７に記載の転がり摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば転がり軸受の軌道輪のように、相手部材との間で相対的な転がり接触，すべり接触，又は前記両接触を含む接触が生じる転がり摺動面を有する転がり摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり摺動部材の一種である転がり軸受の軌道輪や転動体は、例えば高荷重が作用する環境下や急加速を伴う環境下で使用されると、その接触面に焼付き，スメアリング等の損傷が発生する場合がある。このような転がり軸受においては、転がり接触する軌道面や転動面で表面接触（潤滑膜を介することなく表面突起同士が直接接触することを意味し、金属表面の場合は金属接触と言われる）が発生することを抑えるために、添加剤を含む潤滑油により潤滑が行われている。
【０００３】
ところが、潤滑油膜の形成状態によっては、表面の損傷を有効に抑制することができず、その結果、転がり軸受が短寿命になるという問題があった。このような問題を解決するため、軌道面や転動面に凹凸を形成する表面処理を施して良好な潤滑油膜を形成させるようにした転がり軸受が提案されている。
また、転がり軸受においては、転がり軸受が取り付けられる各種機器の省エネルギー化等のために、摩擦トルクの低下が求められている。一般に、摩擦トルクを低減するためには、潤滑油の使用量を極力少なくして転がり粘性抵抗を低くすることが有効である。ところが、このような潤滑油の少ない環境、例えば油膜パラメータΛ（油膜厚さｈと表面粗さσとの比ｈ／σ）が１〜２程度の環境では、表面同士が直接接触する領域が多く、その領域が起点となって表面損傷を引き起こしやすいという問題があった。
【０００４】
このようなことから、軌道面や転動面の表面状態を高度に制御することが重要となっているが、転がり軸受自体の低価格化が要望されている現状では、製造コストを向上させる表面処理を採用することは困難である。このため、製造コストが高くならないようにして、摩擦トルクの低減と表面損傷の抑制を達成する必要があった。半導体製造装置，洗浄装置，各種ポンプなどにおいては、水を主成分とする流体を転がり軸受やすべり軸受の潤滑剤として使用せざるを得ない場合があるが、このような潤滑剤は粘性が低く潤滑膜形成能力が低いので、その必要性が特に高い。
【０００５】
特許文献１には、短パルスレーザーをパルス幅１〜５ｐｓで照射することにより転がり摺動面に緻密な表面構造が形成されているとともに、転がり摺動面の中心線表面粗さＲａが０．０２〜０．２μｍに設定された転がり摺動部材が開示されている。この転がり摺動部材は、摩擦トルクが低く且つ表面損傷が生じにくいことに加えて安価である。また、特許文献２〜４には、水潤滑に関する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３２１０４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２２９０４３号公報
【特許文献３】特開平６−３８９８２号公報
【特許文献４】特開２００５−６９４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、０．０２〜０．２μｍという中心線表面粗さＲａは機械的な表面粗さとなるため、油膜パラメータΛが低下し表面同士が直接接触しやすいという問題があった。また、転がり摺動面全体に緻密な表面構造が形成されているため、表面同士が直接接触する領域が少なくなり、荷重を支えきれず高荷重に耐えられないおそれがある。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、水等のような低粘度の流体を潤滑剤として使用した場合でも摩擦トルクが低く且つ表面損傷が生じにくい転がり摺動部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり摺動面を有し且つ４０℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ以下の流体により前記転がり摺動面が潤滑される転がり摺動部材において、前記転がり摺動面の少なくとも一部に、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーの照射による微細加工が施されているとともに、前記転がり摺動面全体の中心線平均粗さＲａが０．０２μｍ未満であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る転がり摺動部材の転がり摺動面は、前述のような中心線平均粗さ（以降は表面粗さと記すこともある）Ｒａを有して平滑であるため、十分な油膜パラメータΛとなり表面同士が直接接触しにくい。その上、短パルスレーザーを照射することによって微細加工が施されているので、同程度の表面粗さを有するものの前記微細加工が施されていない転がり摺動面と比べて油膜形成能力が高く、低い油膜パラメータΛであっても良好な潤滑油膜を形成することができる。
【０００９】
そのため、本発明に係る転がり摺動部材は、４０℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ以下の低粘度の流体によって前記転がり摺動面が潤滑される場合でも、摩擦トルクが低く且つ表面損傷が生じにくいので長寿命である。潤滑剤として使用される低粘度の流体としては、水や水を主成分とする潤滑剤があげられる。また、短パルスレーザーを照射すれば簡単，確実，且つ低コストで微細加工を施すことができるので、転がり摺動部材が安価である。
【００１０】
なお、短パルスレーザーの照射によれば、通常の機械的な表面加工処理では困難な微細加工を施すことができる。例えば、形成位置をナノメートルオーダーで制御しつつ微小な凹部を形成することができる。また、短パルスレーザーとは、フェムト秒レーザーのようなパルス幅が非常に小さいレーザーの総称であり、このようなレーザーを用いれば、レーザー波長と略同じかそれよりも短いピッチで周期的に凹部を形成するなどの微細加工を施すことができる。
【００１１】
また、本発明に係る請求項２の転がり摺動部材は、請求項１に記載の転がり摺動部材において、耐食性材料で構成されていることを特徴とする。
このような構成であれば、水のような腐食性の流体を潤滑剤として使用しても転がり摺動部材に腐食が生じにくいので、より長寿命である。耐食性材料としては、耐食鋼（例えばステンレス鋼），耐食性合金鋼（例えばチタン合金），セラミック，樹脂材料等があげられる。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項３の転がり摺動部材は、請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材において、前記微細加工により複数の溝が周期的に形成されていることを特徴とする。
このような構成であれば、潤滑油膜の形成能力が特に高いため、確実に摩擦トルクを低減することができるとともに表面接触の発生を抑制することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る請求項４の転がり摺動部材は、請求項３に記載の転がり摺動部材において、前記溝は転がり摺動方向に対して平行な方向に延びているとともに、前記転がり摺動面全体のうち前記溝が形成された部分の面積の割合が１００面積％未満であることを特徴とする。
前記溝が転がり摺動方向に対して平行な方向に延びて形成されていると、相手部材の荷重を安定して受けることができ、且つ、転がり摺動方向に対して強い潤滑油膜を形成することができる。このため、より一層、摩擦トルクを低減することができるとともに表面接触の発生を抑制することができる。ただし、前記溝が転がり摺動方向に対して角度を有する方向に延びて形成されている場合等、平行以外の角度であっても一定の効果が得られる。
【００１４】
また、転がり摺動面全体のうち前記溝が形成された部分の面積の割合が１００面積％未満であるため、すなわち転がり摺動面全体に前記微細加工が施されているのではなく一部分に施されており、前記微細加工が施されていない平面部分が残存しているため、この残存する平面部分で荷重が支持されることとなる。よって、本発明に係る請求項３の転がり摺動部材は耐荷重性に優れている。さらに、前記溝が油溜まりとなって、潤滑剤が転がり摺動面に効果的に供給されるため摩擦が抑制されるとともに、摩擦が発生した場合には摩耗粉を捕捉するトラップとして機能するので、耐荷重性の向上，摩擦トルクの低減，及び耐摩耗性の向上が促進される。
【００１５】
さらに、本発明に係る請求項５の転がり摺動部材は、請求項３又は請求項４に記載の転がり摺動部材において、
前記溝の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記線状凹部及び前記線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びていることを特徴とする。このような構成であれば、前述した前記溝による効果がより促進される。
【００１６】
さらに、本発明に係る請求項６の転がり摺動部材は、請求項４に記載の転がり摺動部材において、前記溝の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記複数の溝のうち前記相手部材との接触点の近傍に位置する溝の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して直交する方向に延び、前記相手部材との接触点から離れて位置する溝の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して鋭角に交差する方向に延びており、前記相手部材との接触点から離れるにしたがって前記線状凹部及び前記線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が徐々に小さくなっていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成であれば、油膜形成能力がさらに高く、低い油膜パラメータΛであってもより良好な潤滑油膜を形成することができる。
さらに、本発明に係る請求項７の転がり摺動部材は、請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材において、前記微細加工により、一辺０．１μｍ以上の矩形の凹部又は直径０．１μｍ以上の円形の凹部が、所定の間隔を空けつつ島状に複数形成されており、前記転がり摺動面全体のうち前記凹部が形成された部分の面積の割合が１００面積％未満であることを特徴とする。
【００１８】
前記凹部により潤滑剤の転がり摺動面からの漏出が抑制されるので、より長期間にわたって潤滑油膜が保持される。また、この凹部により潤滑剤に動圧が生じるため、表面接触が生じにくい。そのため、摩擦トルクの低減や表面接触の抑制が促進される。さらに、この凹部により、転がり摺動部材の起動・停止に際して潤滑剤が転がり摺動面に効果的に供給される。
【００１９】
さらに、本発明に係る請求項８の転がり摺動部材は、請求項７に記載の転がり摺動部材において、前記凹部の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記線状凹部及び前記線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びていることを特徴とする。このような構成であれば、前述した前記凹部による効果がより促進される。
【００２０】
さらに、本発明に係る請求項９の転がり摺動部材は、請求項７に記載の転がり摺動部材において、前記凹部の内面には、前記短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、前記複数の凹部のうち前記相手部材との接触点の近傍に位置する凹部の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して直交する方向に延び、前記相手部材との接触点から離れて位置する凹部の内面に形成された前記線状凹部及び前記線状凸部は、転がり摺動方向に対して鋭角に交差する方向に延びており、前記相手部材との接触点から離れるにしたがって前記線状凹部及び前記線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が徐々に小さくなっていることを特徴とする。
このような構成であれば、油膜形成能力がさらに高く、低い油膜パラメータΛであってもより良好な潤滑油膜を形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の転がり摺動部材は、水等のような低粘度の流体を潤滑剤として使用した場合でも摩擦トルクが低く且つ表面損傷が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る転がり摺動部材の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明に係る転がり摺動部材の一実施形態である深溝玉軸受用の内輪を示す図であり、図２は、図１に示す内輪の軌道面の一部分（図１のＡ部）を拡大して示した図である。
【００２３】
この内輪１は、高炭素クロム軸受鋼である日本工業規格のＳＵＪ２で構成されており、相手部材である転動体との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり摺動面である軌道面１ａは、その表面粗さＲａが０．０２μｍ未満に設定されている。０．０２μｍ以上であると、表面の凹凸が機械的に粗さとして働き油膜パラメータΛが低下するために金属接触が起こりやすく、焼付きや急激な摩耗等が発生して、長期間にわたって安定的に使用することが困難となるおそれがある。
【００２４】
また、この軌道面１ａには、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することにより微細加工が施されていて、転がり摺動方向に対して平行な方向に延びる複数の溝２，２，…が周期的に形成されている。詳述すると、例えば短パルスレーザーを直線偏光で照射することにより、底部から開口部に向かって広がる凹部が細長く延びた溝が形成され、その結果、溝２，２，…が周期的に並列して形成される。
【００２５】
これらの溝２，２，…の内面には、前述の短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、線状凹部及び線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びている。この交差角度は特に限定されるものではないが、図２の溝２の内面を拡大して示した図３のように、転がり摺動方向に対して直交していることが好ましい。
【００２６】
線状凹部及び線状凸部はナノメートルオーダーの間隔を空けて平行に並んでおり、隣り合う２つの線状凹部の間の距離Ｌ７の平均値は、例えば波長８００ｎｍのレーザーを用いた場合は波長８００ｎｍよりも若干短いか同程度である４００〜８００ｎｍであることが好ましい。この距離Ｌ７が小さすぎたり大きすぎたりすると、潤滑油膜の保持が不十分となるおそれがある。また、距離Ｌ７は１０ｎｍ以上であることが好ましく、レーザー波長及び偏光の度合い等により適宜調整することができる。なお、溝２間の距離Ｌ１及び溝２の幅Ｌ２は、用いる短パルスレーザーのレーザー照射範囲により適宜調節することができ、それぞれ０．１μｍ以上が好ましい。また、Ｌ１とＬ２との比は、０．１以上１０以下であることが好ましい。
【００２７】
また、軌道面１ａ全体に微細加工が施されているのではなく一部分に施されており、微細加工が施されていない平面部分３（微細加工前の表面が残っている部分）が残存している。そして、軌道面１ａ全体のうち溝２，２，…が形成された部分の合計の面積の割合は、１００面積％未満となっている。この平面部分３で荷重が支持されるため、本実施形態の内輪１は耐荷重性に優れている。
【００２８】
この面積の割合は、図２のように溝２が規則的に形成されている場合には、隣り合う溝２間の距離Ｌ１と溝２の幅Ｌ２とから求めることができる。すなわちＬ１／（Ｌ１＋Ｌ２）×１００（％）という式から求めることができる。そして、溝が不規則に形成されている場合等には、電子顕微鏡等を用いて単位面積当たりの面積の割合を測定することにより得ることができる。
【００２９】
このような微細加工が軌道面１ａに施してあるので、この内輪１が組み込まれた軸受は、４０℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ以下の流体（例えば水又は水を主成分とする潤滑剤）で潤滑されていても、摩擦トルクが低く且つ軌道面１ａに表面損傷が生じにくい。また、内輪１は耐食性材料であるＳＵＪ２で構成されているので、水のような腐食性の流体を潤滑剤として使用しても腐食が生じにくく、長寿命である。
【００３０】
内輪１を構成する耐食性材料はＳＵＪ２に限定されるものではなく、他種の耐食鋼でもよいし、耐食性合金鋼（例えばチタン合金），セラミック，樹脂材料等でもよい。セラミックとしては、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ），ジルコニア（ＺｒＯ2 ），アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ホウ素（Ｂ4 Ｃ），ホウ化チタン（ＴｉＢ2 ），窒化ホウ素（ＢＮ），炭化チタン（ＴｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ）等があげられる。これらのうちの複数のセラミックを複合させた複合材料でもよい。
【００３１】
また、樹脂材料としては、耐食性を有する樹脂やその樹脂を含有する樹脂組成物があげられる。そして、その樹脂としては、溶融成形が可能なフッ素樹脂が特に好ましい。樹脂材料で構成された内輪に前述のような微細加工を施す場合には、溶融成形により内輪を製造する際に用いる金型の表面に前述の短パルスレーザーによる微細加工を施し、それを転写することにより内輪の軌道面に微細加工を施すことができる。
【００３２】
このような内輪１は、例えば図４に示すようにして製造することができる。すなわち、まず、ＳＵＪ２製の環状素材１１（図４の（ａ）を参照）に旋削加工を施して、軌道面１２ａ，端面１２ｂ，内周面１２ｃ等を所定形状に加工し（図４の（ｂ）を参照）、得られた中間素材１２に焼入れ処理，焼戻し処理等の熱処理を施す。続いて、熱処理が施された中間素材１２の軌道面１２ａ，端面１２ｂ，内周面１２ｃ等に、研削，研磨等の処理を施して、前記各面を所定精度に仕上げる。この時点で、中間素材１２の軌道面１２ａの表面粗さ（Ｒａ）は、０．３μｍ以下に設定されていることが好ましい。レーザー照射前の表面が粗すぎると、微細加工に支障が出るおそれがある。
【００３３】
次に、中間素材１２の軌道面１２ａに、短パルスレーザ１４を照射する（図４の（ｃ）を参照）。詳述すると、レーザー波長７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下、フルーエンス２８Ｊ／ｃｍ2 以下の照射条件で、短パルスレーザー１４を軌道面１２ａに照射する。これにより、照射された部分がアブレーションされて、加工跡である凹部（溝２）が形成される。この凹部は非熱的過程で形成されているので、アブレーションによる熱影響が小さく高精度である。
【００３４】
レーザーを照射して微細加工を行った際に、バリが生成したり、レーザーで除去されたものが飛散してパーティクルとして軌道面１２ａに堆積したりする場合があるので、そのような場合はレーザークリーニング等により軌道面１２ａのバリやパーティクルを除去してもよい。その後、研削加工等を施すことにより、軌道面１２ａ全体の表面粗さ（Ｒａ）を０．０２μｍ以下に設定する。ただし、軌道面１２ａ全体の表面粗さ（Ｒａ）を０．０２μｍ以下に設定してから、レーザー照射による微細加工を施してもよい。
【００３５】
このようにして得られた内輪１と外輪，転動体，保持器等とを組み立てれば、転がり軸受が得られる。外輪及び転動体も転がり摺動部材であるので、外輪の軌道面や転動体の転動面にも、内輪１と同様の微細加工を施してもよい。
また、保持器は樹脂製であることが好ましい。そうすれば、保持器の案内面の摩擦係数が小さくなり滑らかな回転が得られるので、軸受の転がり寿命に対して悪影響が生じにくい。すなわち、水や水を主成分とする潤滑剤で潤滑される転がり軸受には、一般的にはステンレス鋼製の保持器が採用されるが、ステンレス鋼製の保持器は潤滑性が乏しく、転動体や軌道輪と接触する案内面の摩擦係数が大きくなるため、振動の発生や転がり寿命の低下の原因となるおそれがある。
【００３６】
保持器を構成する樹脂としては、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂や、ポリアミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が好ましい。これらの樹脂の中では、潤滑性に優れるフッ素樹脂が特に好ましい。
なお、本実施形態においては、転がり摺動方向に対して直交する方向に延びる微細な線状凹部及び線状凸部を交互に縞状に形成し、これにより溝２を形成するので、一定波長の直線偏光が用いられる。また、短パルスレーザー１４が照射されない部分に挟まれた溝２を所望の深さにして特定の表面粗さ（Ｒａ）に設定するために、複数回レーザーを走査させてもよい。このようにして、特定の表面粗さ（Ｒａ）で、且つ、レーザー波長よりも短いか同程度の周期で微細な線状凹部及び線状凸部が形成された軌道面１ａを有する内輪１を製造することができる（図４の（ｃ）を参照）。
【００３７】
上記のようにして製造された本実施形態の内輪１は、特定の表面粗さ（Ｒａ）に設定された軌道面１ａ（転がり摺動面）を有しており、且つ、短パルスレーザーを用いた微細加工によってナノメートルオーダーで高度に制御された線状凹部及び線状凸部を有する溝２が形成されているので、潤滑剤（水系潤滑剤，潤滑油等）の良好な保持が可能となり、その結果、４０℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ以下の低粘度の流体を潤滑剤として使用した場合であっても、良好な潤滑油膜を形成することができる。
【００３８】
詳述すると、内輪１は、相手部材である玉（転動体）と転がり接触すると、軌道面１ａの平面部分３に摩耗によって新生面が出現する。この新生面は、酸化されておらず、非常に表面エネルギーが大きいことから、潤滑剤が吸着しやすいという性質を有している。このため、潤滑剤（特に、極圧添加剤）とのなじみが良く、表面粗さ（Ｒａ）は同程度であるが微細加工は施されていない軌道面よりも潤滑膜（油膜）形成能力が高くなる。
【００３９】
また、潤滑剤は溝２に入り込み、入り込んだ潤滑剤が排出される際に軌道面１ａに動圧が生じるため、表面接触が生じにくくなる。よって、油膜パラメータΛが小さくても良好な潤滑油膜が形成される。その結果、本実施形態の内輪１は、摩擦トルクを低減することができるとともに表面接触も抑制することができる。また、潤滑剤の使用量を削減することができるという効果、摩耗粉をトラップして軌道面１ａから除去する効果、軌道面１ａの温度上昇を抑制する効果、及び潤滑剤が最も欠乏して厳しい摩擦条件となる軸受の起動・停止時においても軌道面１ａに潤滑剤が効果的に供給されるという効果が得られる。
【００４０】
さらに、このような内輪１は、これを用いた深溝玉軸受が用いられる各種の機器の省エネルギー化にも寄与する。また、短パルスレーザーの照射により簡単に微細加工を行うことができるので、低コストであるという利点も有する。なお、転がり摺動方向に対して平行な方向に溝２が延びており、溝２に直交する方向（すなわち転がり摺動方向に対して直交する方向）に前記微細な線状凹部及び線状凸部が延びている場合に、上記のような種々の効果が最も大きく得られるが、それ以外の角度であっても一定の効果は得られる。
【００４１】
〔第２の実施形態〕
図５は、第２の実施形態である深溝玉軸受用の内輪の軌道面の一部分を拡大して示した図である。第２の実施形態の内輪の構成及び作用は、第１の実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図５においては、図２と同一又は相当する部分には、図２と同一の符号を付してある。
【００４２】
内輪１の軌道面１ａは、その表面粗さＲａが０．０２μｍ未満に設定されているとともに、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することにより微細加工が施されていて、一辺８μｍ以上１２μｍ以下の長方形状の凹部４，４，…が、所定の間隔を空けつつ島状に複数形成されている。
詳述すると、短パルスレーザーを集光させて軌道面１ａの所望の部分に照射し、シャッターにより短パルスレーザーを断続的に照射しながら内輪１又はレーザーを移動させれば、上記のような長方形状の凹部４，４，…を形成することができる。隣接する長方形状の凹部４間の距離Ｌ３，Ｌ４、及び、長方形状の凹部４の一辺Ｌ５，Ｌ６は、それぞれ０．１μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。
【００４３】
この長方形状の凹部４，４，…により潤滑剤に動圧が生じるため、表面接触が生じにくい。そのため、摩擦トルクの低減や表面接触の抑制が促進される。さらに、この長方形状の凹部４，４，…により、軸受の起動・停止に際して潤滑剤が軌道面１ａに効果的に供給される。
これらの長方形状の凹部４，４，…の内面には、第１の実施形態の場合と同様に、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、線状凹部及び線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びている。この交差角度は特に限定されるものではないが、図３のように直交していることが好ましい。この線状凹部及び線状凸部の作用効果については、第１の実施形態の場合と同様であるため、その説明は省略する。
【００４４】
軌道面１ａ全体に微細加工が施されているのではなく一部分に施されており、微細加工が施されていない平面部分３（微細加工前の表面が残っている部分）が残存している。そして、軌道面１ａ全体のうち長方形状の凹部４，４，…が形成された部分の合計の面積の割合は、１００面積％未満となっている。この平面部分３で荷重が支持されるため、本実施形態の内輪１は耐荷重性に優れている。
【００４５】
この面積の割合は、図５のように凹部４が規則的に形成されている場合には、隣接する長方形状の凹部４間の距離Ｌ３，Ｌ４、及び、長方形状の凹部４の一辺Ｌ５，Ｌ６とから求めることができる。また、同一形状の凹部４が不規則に形成されている場合や凹部４が不定形である場合等には、電子顕微鏡等を用いて単位面積当たりの面積の割合を測定することにより得ることができる。
なお、凹部４の形状は、図６のように円形であってもよい。その場合、円形の凹部５の直径は０．１μｍ以上であることが好ましい。この円形の凹部５の構成及び作用は、上記の長方形状の凹部４と同様であるので、その説明は省略する。なお、図６においては、図５と同一又は相当する部分には、図５と同一の符号を付してある。
【００４６】
〔第３の実施形態〕
図７は、第３の実施形態である深溝玉軸受用の内輪を示す図であり、軌道面に形成された溝や線状凹部及び線状凸部については模式的に示してある。第３の実施形態の内輪の構成及び作用は、第１の実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。なお、図７においては、図１，２と同一又は相当する部分には、図１，２と同一の符号を付してある。
【００４７】
内輪１の軌道面１ａには、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することにより微細加工が施されていて、転がり摺動方向に対して平行な方向に延びる複数の溝２，２，…が周期的に形成されている。これらの溝２，２，…の内面には、前述の短パルスレーザーの照射により、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成されており、線状凹部及び線状凸部は転がり摺動方向に交差する方向に延びている。そして、その交差角度が溝２によって異なっている。
【００４８】
すなわち、内輪１の軌道面１ａと相手部材である転動体１０とは、接触点Ｃにおいて接触しているが、溝２と接触点Ｃとの距離によって、その溝２の内面に形成されている線状凹部及び線状凸部と転がり摺動方向との交差角度が異なる。詳述すると、複数の溝２のうち接触点Ｃの最も近傍に位置する溝２Ａ（以降は直近の溝２Ａと記す）の内面に形成された線状凹部及び線状凸部は、転がり摺動方向に対して直交する方向に延びている。
【００４９】
また、接触点Ｃから離れて位置する溝２Ｂ，２Ｃ（すなわち直近の溝２Ａ以外の溝）の内面に形成された線状凹部及び線状凸部は、転がり摺動方向に対して鋭角に交差する方向に延びている（線状凹部及び線状凸部を縞模様で示した図７を参照）。つまり、接触点Ｃから離れて位置する溝２Ｂ，２Ｃについては、線状凹部及び線状凸部が、転がり摺動方向の下流側から上流側に向かって逆ハの字状に形成されている。
【００５０】
そして、接触点Ｃから離れて位置する溝２Ｂ，２Ｃについては、接触点Ｃから離れるにしたがって線状凹部及び線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が徐々に小さくなっている。つまり、図７の例で言えば、接触点Ｃから比較的遠い溝２Ｃの方が接触点Ｃからの距離が比較的近い溝２Ｂよりも、線状凹部及び線状凸部と転がり摺動方向とのなす角度が小さい。
【００５１】
さらに、図７から分かるように、溝２の内面に形成された線状凹部及び線状凸部は、接触点Ｃを中心として軌道面１ａの幅方向に対称的に形成されている。
このような微細加工を施してあると、油膜形成能力が非常に高くなるので、水や水を主成分とする潤滑剤のような低粘度の潤滑剤で潤滑される場合でも、非常に良好な厚い潤滑油膜が形成される。
【００５２】
第２の実施形態のように溝２の代わりに凹部４，５を形成する場合においても、線状凹部及び線状凸部と転がり摺動方向との交差角度について同様の構成とすれば同様の効果が得られる。
さらに、図７のように軌道溝の肩の近傍に溝２や凹部４，５が形成されていると、軌道溝外の潤滑剤が軌道溝内に引き込まれやすくなる。その結果、前述のような低粘度の潤滑剤で潤滑される場合でも、非常に良好な厚い潤滑油膜が形成される。ただし、軌道溝の肩の近傍に形成された溝２や凹部４，５と転動体１０との間の隙間が大きいと、潤滑剤を引き込む作用が小さくなるので、玉軸受の場合であれば、軌道溝の曲率半径を玉の直径の５０．５％以上５２％以下とすることが好ましい。
【００５３】
なお、第１〜第３の実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は前記各実施形態に限定されるものではない。例えば、第１〜第３の実施形態においては、転がり摺動部材の例として深溝玉軸受の内輪をあげて説明したが、本発明は外輪，転動体，保持器，シールにも適用可能である。また、深溝玉軸受に限らず、他種の転がり軸受の軸受部品にも適用可能である。例えば、アンギュラ玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００５４】
さらに、転がり軸受に限らず、すべり軸受，カムフォロアローラ，一方向クラッチ，直動案内軸受，ボールねじ，直動ベアリング等の他の転動装置の部材にも好適に適用可能である。すべり軸受、カムフォロアローラの端面、一方向クラッチのカム面はすべり接触面を有し、カムフォロアローラの転動面、ころ軸受のころの端面は転がり接触とすべり接触との両接触をする面を有するので、これらの面を有する部材に本発明を適用することができる。
【００５５】
さらに、本発明においては、潤滑剤として水系潤滑剤，潤滑油のみならずグリースを用いてもよい。さらに、レーザー照射による微細加工を施した部分に、ダイアモンドライクカーボン膜等のような硬質薄膜、マイクロショット等による固体潤滑膜、撥油膜を被覆してもよい。さらに、レーザー照射による微細加工は、金属のみならず、上記のような硬質薄膜や固体潤滑膜に施すこともできる。
【００５６】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ＳＵＪ２製の環状素材に旋削加工を施して所定形状に加工し、得られた中間素材に焼入れ処理，焼戻し処理等の熱処理を施した。続いて、中間素材の端面を、研削，研磨等によって所定精度に仕上げた。なお、中間素材の端面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．２５μｍであった。その後、転がり摺動面である端面に対し、レーザー波長８００ｎｍ，パルス幅３ｐｓ，フルーエンス２８Ｊ／ｃｍ2 の条件で短パルスレーザーを直線偏光で照射することにより、端面に複数の溝（幅は１５μｍ以下）が形成され、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１５μｍに設定された環状試片を得た。なお、環状試片の端面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、前記溝の内面には、転がり摺動方向に対して直交する方向に延びる微細な線状凹部及び線状凸部が平均６００ｎｍの間隔で交互に繰り返し形成されており、縞状をなしていた（これを実施例１〜６とする）。
【００５７】
また、同様に短パルスレーザーを断続的に照射することにより、一辺８μｍ以上１２μｍ以下の長方形状の凹部が端面に島状に複数形成され、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１５μｍに設定された環状試片を得た（これを実施例７〜１１とする）。
なお、比較例として、下記のような環状試片を用意した。比較例１は、短パルスレーザーの照射による微細加工が施されていないことを除いては、上記の実施例と同様である。また、比較例２は、端面の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍに設定されている点を除いては、上記の実施例１〜６と同様である。さらに、比較例３は、表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍに設定されている点と、短パルスレーザーの照射による微細加工が端面全面に施されていて端面全体のうち微細加工が施された部分の面積の割合が１００面積％である点と、を除いては、上記の実施例１〜６と同様である。さらに、比較例４は、表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍに設定されている点を除いては、上記の実施例７〜１１と同様である。
【００５８】
このような実施例１〜１１及び比較例１〜４の環状試片の端面に、相手部材である鋼製の平面材（ＳＣＭ４１５製の平面材に普通焼入れを施し、表面粗さＲａを０．０２μｍに仕上げたもの）を水浴中（潤滑剤として水を使用した）で摺動させ、経時的に摩擦係数μを測定した。そして、摩擦係数μが安定した後に、一定期間の摩擦係数μの平均値を得た。また、摩擦係数μが０．２を超えた時点を寿命とした。結果を表１に示す。なお、表１に示した寿命の数値は、比較例１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００５９】
【表１】
2009002436.tif 000003
【００６０】
表１から分かるように、実施例１〜１１は、比較例１と比べて摩擦係数μが低く且つ長寿命であった。また、表面粗さＲａが０．２μｍである比較例２と比べても摩擦係数μが低く且つ長寿命であった。なお、試験終了後に環状試片の端面を観察したところ、各実施例は比較例と比べて表面損傷が少なかった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る転がり摺動部材の一実施形態である深溝玉軸受用の内輪を示す図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示した図である。
【図３】図２の溝の内面を拡大して示した図である。
【図４】内輪の製造工程を説明する図である。
【図５】第２の実施形態である深溝玉軸受用の内輪の軌道面の一部分を拡大して示した図である。
【図６】第２の実施形態の変形例である深溝玉軸受用の内輪の軌道面の一部分を拡大して示した図である。
【図７】第３の実施形態である深溝玉軸受用の内輪を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１      内輪（転がり摺動部材）
１ａ    軌道面（転がり摺動面）
２      溝
３      平面部分
４      長方形状の凹部
５      円形の凹部
Ｃ      接触点
【図１】
2009002436.tif 000004
【図２】
2009002436.tif 000005
【図３】
2009002436.tif 000006
【図４】
2009002436.tif 000007
【図５】
2009002436.tif 000008
【図６】
2009002436.tif 000009
【図７】
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