(57)【要約】【課題】被加工物の表面に微細な凹部を放電加工により連続的に形成することができる表面加工方法を提供する。【解決手段】電極工具３の電極８を、工具本体４の表面の絶縁体膜５に設けた凹部６に導電材料７を充填して形成し、この電極工具３の電極８が放電加工位置に繰り返し循環するように電極工具３と被加工物１とを相対移動させ、放電加工位置Ａに移動した電極工具の電極８が被加工物１との間で放電現象を発生した後、この電極８が、電極工具３と被加工物１との相対移動により、再び放電加工位置Ａに移動してくるまでの間に、工具本体４の表面の絶縁体膜５に設けた凹部６に導電材料７を再充填して電極工具３の電極８を修復するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極工具と被加工物の間に電気エネルギーを加えて、電極工具の電極と被加工物の間の放電現象により、電極工具の電極形状を被加工物に転写して被加工物の表面に凹部を形成する放電加工を用いた表面加工方法において、電極工具の電極を、工具本体の表面の絶縁体膜に設けた凹部に導電材料を充填して形成し、この電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するように電極工具と被加工物とを相対移動させ、放電加工位置に移動した電極工具の電極が被加工物との間で放電現象を発生した後、この電極が、電極工具と被加工物との相対移動により、再び放電加工位置に移動してくるまでの間に、工具本体の表面の絶縁体膜に設けた凹部に導電材料を再充填して電極工具の電極を修復するようにしたことを特徴とする表面加工方法。
【請求項２】
電極工具が、円筒形の工具本体と、この工具本体の表面に設けた絶縁体膜と、この絶縁体膜に設けた凹部に充填した導電材料の電極からなり、この電極工具と円柱形の被加工物とを回転運動させ、電極工具と被加工物の回転運動により、電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するようにしたことを特徴とする請求項１記載の表面加工方法。
【請求項３】
電極工具が、板状の工具本体と、この工具本体の表面に設けた絶縁体膜と、この絶縁体膜に設けた凹部に充填した導電材料の電極からなり、この電極工具を往復運動させ、この往復運動する電極工具に対し、円柱形の被加工物を回転運動させ、電極工具の往復運動と被加工物の回転運動により、電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するようにしたことを特徴とする請求項１記載の表面加工方法。
【請求項４】
電極工具が、円筒形の工具本体と、この工具本体の表面に設けた絶縁体膜と、この絶縁体膜に設けた凹部に充填した導電材料の電極からなり、この電極工具を円環状の被加工物の内側に挿入し、この電極工具を回転させながら往復運動させ、この回転・往復運動する電極工具に対し、円環状の被加工物を回転運動させ、電極工具の回転・往復運動と被加工物の回転運動により、電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するようにしたことを特徴とする請求項１記載の表面加工方法。
【請求項５】
請求項１〜４の放電加工を、電極形状の異なる複数の電極工具を用いて複数回実施し、同一の被加工物の表面に、大きさ、深さ、位置の異なる凹部を形成する表面加工方法。
【請求項６】
請求項１〜４の放電加工と、放電加工と異なる別な表面加工方法とを組み合わせて、同一の被加工物の表面に、大きさ、深さ、位置の異なる凹部を形成する表面加工方法。
【請求項７】
請求項５又は６の表面加工方法により、表面に微細な凹部を形成した転がり／すべり部材。
【請求項８】
請求項５又は６の表面加工方法により、転動体、内外輪の少なくとも一つの表面に微細な凹部を形成した転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がりを主体とする相対運動によって摩擦低減を実現する転がり軸受などの機械要素であって、特に、頻繁に起動停止する稼動条件や揺動運動、あるいは低速かつ高荷重といった稼動条件に好適な転がり接触面の表面加工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がり接触部では、物体の相対運動によって発生する物体間に介在する流体の動圧効果によって流体潤滑状態とすることにより、物体の直接的な接触を防止して摩擦、摩耗を低減することができる。
【０００３】
ところが、潤滑油が少量の場合や速度が低い場合には、動圧効果が小さく潤滑油膜が形成されないため、固体接触を生じる危険がある。特に、近年は低トルク化のため、低粘度の潤滑油が用いられ、また、外部から供給される潤滑油量も減少しているので、固体接触状態となる可能性がより一層高くなっている。
【０００４】
しかしながら、接触部近傍の潤滑油量が不足していても、接触部の表面が潤滑油を保持していれば潤滑可能であることから、接触面の表面に微細な凹部を多数設けて、この凹部内に潤滑油を保持しようとする技術が特許文献１に開示されている。この技術によって、低速時の境界潤滑性能を向上させることが可能である。
【０００５】
この特許文献１では、バレル加工によって微細な凹部を形成している。バレル加工によって凹部を形成することは、特許文献２にも開示されている。
【０００６】
さらに、ショットブラスト後にバレル加工することにより、転がり部品の表面に微細な凹凸を形成することが、特許文献３に開示されている。
【０００７】
また、特許文献４には、転がり軸受の転動面に凹部を形成する方法として、熱可塑性樹脂と金属粉末を混合し、熱処理時に樹脂を流出させて凹部を形成するという金属粉末射出成形法が紹介されている。
【０００８】
また、特許文献５には、セラミック製転動体の表面のくぼみを潤滑油溜めに用いることが紹介されている。
【０００９】
また、特許文献６には、微小な凸部が形成されたローラを転がり部材の表面に押し当てるローラバニシング加工により、表面に微小な凹部を形成することが紹介されている。
【００１０】
また、特許文献７には、短パルスレーザを照射することにより、転がり摺動面に微小な凹部を形成する方法が紹介されている。
【００１１】
一方、すべり軸受においては、摺動面に油膜厚さ程度の深さの溝を多数形成することによって潤滑性能を向上させる技術が一般的に用いられている。これは、摺動面の深さが溝の存在によって変化するために流体力学的な動圧作用が発生することを利用している。この効果を転がり軸受に適用した例が特許文献８に開示されている。この特許文献８に開示の技術は、相対的に小さい荷重が加わる部位において、すべりが生じる転動体を動圧作用による圧力で軌道輪に押し付け、すべりを防ごうとするものである。ただし、この特許文献８の技術においては、一般の動圧軸受と同様に、接触部には十分な潤滑油が接触部の外部から供給されることが前提となっている。
【００１２】
また、高面圧を支持するスラスト平面すべり軸受に深い凹部を設けた例が非特許文献１に開示されている。これは熱膨張に伴う凹部からの潤滑油の吐出によって、境界潤滑性能を向上させようとするものである。ただし、この技術は流体力学的な動圧効果の発生を目的としたものではない。
【００１３】
ところで、流体力学的な動圧作用は、主に、流体の粘度、接触面の速度、接触面のくさび形状によって発生する。通常の転がり接触では、部材の接触部は必然的にくさび形状になっているので、一定以上の粘度と速度を与えれば、油膜が形成され、接触面は分離する。
【００１４】
しかしながら、低速での動圧作用を増加させようとするときは、流体の粘度の制御は困難であるから、くさび形状を改善する必要がある。すなわち、マクロな形状によるくさび形状のほかに、ミクロなくさび形状を表面に設けることにより、低速での動圧作用を増加させることが考えられる。
【００１５】
転がり軸受においては、動圧作用を発生する浅い凹部を設けることで、低速での油膜形成性が向上すると考えられる。しかし、低速の場合、接触部への外部からの潤滑油の供給は期待できない。
【００１６】
この発明の発明者らは、頻繁に起動停止する稼動条件や揺動運動、あるいは低速かつ高荷重といった、接触部への外部からの潤滑油の供給が期待できない稼動条件においては、転がり接触部に、潤滑油の存在により動圧作用を発生させる微小な深さの浅い多数の動圧発生凹部を形成し、この動圧発生面に、動圧発生凹部よりも深い潤滑油貯留凹部を設けることにより、深い潤滑油貯留凹部からの潤滑油の供給と浅い微小な多数の動圧発生凹部の動圧作用によって、低速の場合であっても十分な潤滑油膜を形成することができ、接触部の直接接触を防止し、また、極低速でも境界潤滑作用で表面損傷を防ぐことができるということを見出した。
【００１７】
この知見を具体化するためには、大きさ、深さの異なる凹部を転がり接触部に精度よく設けることが肝要であるが、上記従来の技術の加工方法では、凹部の開口面の大きさや深さをμｍオーダで任意に制御することが困難であったり、加工部周辺に不要な凸部が生じたりする問題がある。
【００１８】
このような問題を解決することができる方法として、放電加工による表面加工方法を採用することが考えられる。
放電加工は、大きさ、深さ、位置をμｍオーダに制御した凹部を再現性よく設けることができ、凹部周辺に突起等もほとんど生じない。さらに、同一の面に対して放電加工を複数回行うことで大きさ、深さ、位置の異なる凹部を同一表面に設けることが可能であるから、上記の問題を解決する方法としては好都合である。
【００１９】
ところが、放電加工は、工具である電極が摩耗するので、これを修復する必要がある。この電極の修復に関しては、特許文献９、特許文献１０に開示の技術がある。
しかしながら、これらの電極の修復方法は、修復のために、加工を一時的に中止しなければならないので、連続的な放電加工ができず、大量生産には適さない。
【００２０】
【特許文献１】特開平０２−１６８０２１号公報
【特許文献２】特開平０５−２８８２２１号公報
【特許文献３】特開平０８−２３２９６４号公報
【特許文献４】特開平１０−２２７３１３号公報
【特許文献５】特開２０００−２０５２６７号公報
【特許文献６】特開２００４−１１６７６６号公報
【特許文献７】特開２００５−３２１０４８号公報
【特許文献８】特開２００６−１０５３６１号公報
【特許文献９】特開平１１−３０９６２６号公報
【特許文献１０】特表２００５−５０９５３３号公報
【非特許文献１】H.Kotera、 A.Mori、 N.Tagawa、 PROPOSAL OF A SEIZURE PREVENTING METHOD IN HEAVILY LOADED SLIDING PAIRS、 Synopses of the International TribologyConferenceKobe、 2005、 D-04
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、この発明は、電極の修復を、放電加工を中止することなく行えるようにして、被加工物の表面に微細な凹部を放電加工により連続的に形成することができる表面加工方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明は、電極工具と被加工物の間に電気エネルギーを加えて、電極工具の電極と被加工物の間の放電現象により、電極工具の電極形状を被加工物に転写して被加工物の表面に凹部を形成する放電加工を用いた表面加工方法において、電極工具の電極を、工具本体の表面の絶縁体膜に設けた凹部に導電材料を充填して形成し、この電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するように電極工具と被加工物とを相対移動させ、放電加工位置に移動した電極工具の電極が被加工物との間で放電現象を発生した後、この電極が、電極工具と被加工物との相対移動により、再び放電加工位置に移動してくるまでの間に、工具本体の表面の絶縁体膜に設けた凹部に導電材料を再充填して電極工具の電極を修復するようにしたものである。
【００２３】
工具本体の表面の絶縁体膜の材料としては、各種樹脂やセラミックを用いることができる。
この絶縁体膜には、電極を形成する凹部が設けられている。この凹部の形状は、被加工物の表面に形成する凹部の形状に対応している。絶縁体膜の凹部には、導電材料が充填され、この充填された導電材料が電極として機能するようになっている。工具本体の表面には、この電極が連続的に多数設けられ、工具本体と被加工物とを相対移動させることにより、工具本体に設けた電極が、放電加工位置に次々に移動し、被加工物との間で放電加工が次々に連続的に行われるようにした。
【００２４】
電極工具と被加工物とは、電極工具の電極が放電加工位置に繰り返し循環するように相対移動するように制御され、放電加工位置に移動した電極工具の電極が被加工物との間で放電現象を発生した後、この電極が、電極工具と被加工物との相対移動により、再び放電加工位置に移動してくるようにしている。
【００２５】
そして、放電加工により摩耗した電極が、再び放電加工位置に移動してくるまでの工程中に、工具本体の表面の絶縁体膜に設けた凹部に導電材料を再充填して電極工具の電極を修復するようにしたのである。
【００２６】
この導電材料の再充填方法としては、絶縁体膜に設けた凹部に充填した電極の摩耗部分に、導電体粉末を供給し、この導電体粉末を圧縮ローラにより圧縮して凹部に充填し、工具本体の絶縁体膜の表面に付着する余分な導電体粉末をスクレーパによって削り取るという方法を採用することができる。この方法により、摩耗した電極が再び放電加工位置に移動するまでの間に、摩耗した電極が修復されるので、電極の修復の際に放電加工を中止することなく、放電加工を連続的に行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、この発明によれば、放電加工を行う電極の修復を、放電加工を中止することなく、連続的に行えるので、被加工物の表面に微細な凹部を連続的に形成することができる。
したがって、この発明の表面加工方法を用いると、転がり／すべり部材の表面や、転がり軸受の転動体や内外輪の表面に、放電加工により、微細な凹部を精度よく、効率的に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、ころ等の円柱形の被加工物１の表面に、放電加工により微小な凹部２を形成するこの発明の表面加工方法の一例を示している。
図１の例で使用する電極工具３は、金属等の導電体によって形成された円筒形の工具本体４と、この工具本体４の表面に設けた絶縁体膜５と、この絶縁体膜５に設けた凹部６に導電体粉末７を充填して形成した電極８からなる。この電極８は、工具本体４の外周面に所定間隔で多数設けられている。
【００２９】
電極工具３と円柱形の被加工物１とは、平行な回転軸で互いに逆方向に回転し、電極工具３と被加工物１との間に絶縁油を介在させ、電極工具３と被加工物１との間に印加された直流電圧により、電極工具３と円柱形の被加工物１とが最も近接する位置（図１のＡ）で放電現象が生じるようにしている。この放電現象により、電極工具３の電極８の形状が被加工物１の表面に転写され、被加工物１の表面に電極８の形状に応じた凹部２が形成され、電極８が消耗する。放電は、コンデンサ、あるいはトランジスタ等を利用したパルス放電を利用することができ、放電電圧を制御することにより、凹部２の加工深さを制御することができる。
【００３０】
電極工具３と被加工物１とは、互いに逆方向に周速が一致するように回転運動し、電極工具３の周面の電極８が次々に放電加工位置に繰り返し循環するようになっている。電極８は、放電現象により消耗し、電極８の部分に凹みができる。
【００３１】
この消耗した電極８の凹みは、消耗した電極８が放電加工位置に戻る途中で導電体粉末７によって埋め戻されて修復される。この埋め戻しは、絶縁体膜５に設けた凹部６に充填した電極８の摩耗部分に、導電体粉末７を供給し、この導電体粉末７を圧縮ローラ９により圧縮して凹部６内に導電体粉末７を詰め、工具本体４の絶縁体膜５の表面に付着する余分な導電体粉末７をスクレーパ１０によって削り取るという方法で行っている。
【００３２】
被加工物１が一回転して加工が終了した後、新たな被加工物１をセットし、上記の放電加工を繰り返す。以上のようにして、電極８を修復しながら、放電加工を連続的に行うことができる。
【００３３】
次に、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、板状の電極工具３を用いた表面加工方法であり、加工原理は、図１の例と同一である。
【００３４】
図２の例では、電極工具３が、金属等の導電体で形成された板状の工具本体４と、この工具本体４の表面に設けた絶縁体膜５と、この絶縁体膜５に設けた凹部６に充填した導電材料の電極８からなり、この電極工具３を往復運動させ、この往復運動する電極工具３に対し、円柱形の被加工物１を回転運動させ、電極工具３の往復運動と被加工物１の回転運動により、電極工具３の電極８が放電加工位置Ａに繰り返し循環するようにしている。
【００３５】
消耗した電極８の修復は、被加工物１が１回転して加工が終了した後、新しい被加工物１をセットしている間に、板状の電極工具３を図２（ｃ）の位置まで一旦戻し、次いで図２（ａ）のように、絶縁体膜５に設けた凹部６に充填した電極８の摩耗部分に、導電体粉末７を供給し、この導電体粉末７を圧縮ローラ９により圧縮して凹部６内に導電体粉末７を詰め、工具本体４の絶縁体膜５の表面に付着する余分な導電体粉末７をスクレーパ１０によって削り取るという方法で行っている。
【００３６】
そして、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を繰り返すことにより、新たな被加工物１を連続的に加工することができる。
【００３７】
次に、図３（ａ）、（ｂ）は、円環状の被加工物１の内径面に、微小な凹部２を形成する例を示しており、加工原理は、図１の例及び図２の例と基本的に同一である。
【００３８】
この例では、円筒形の電極工具３を円環状の被加工物１の内側に挿入し、この電極工具３を回転させつつ往復運動させ、この電極工具３に対し、円環状の被加工物１を自転運動させることにより、円環状の被加工物１の内径面に放電加工により微小な凹部２を形成している。
【００３９】
この例では、スクレーパ１０は軸対称の形状であって、周上で電極８と接している。被加工物１の内径面に、例えば凹部２を同一円周上に配置したいときは、絶縁体膜５上の凹部６のパターン、即ち電極８のパターンを、電極工具３の送り速度に応じたピッチでねじれるように配置すればよい。
【００４０】
次に、図４は、この発明の表面加工方法を用いて円筒ころ軸受のころの表面に、微小な凹部２を形成した例であり、この発明の表面加工方法は、特にこのような円筒面の加工に好適である。図４において、符号１１は円筒ころ、１２は外輪、１３は内輪、１４は保持器を示しており、円筒ころ１２の表面に黒丸で現しているのが微小な凹部２である。
【００４１】
この発明の表面加工方法は、工具本体４の表面に絶縁体膜５に設け、この絶縁体膜５に導電材料を充填する凹部６を形成し、凹部６に充填した導電材料が電極８となる電極工具３を用いる。したがって、電極８の形状や配置を任意に設定可能であるから、電極８のパターンの異なる電極工具３を用いた放電加工を繰り返すことにより、大きさ、深さ、位置の異なる凹部を同一表面に容易に設けることが可能であり、転がり／すべり部材の表面に、潤滑油を供給する深い凹部と、動圧作用を発生させる浅い凹部を混在させて設けることも容易に行える。
【００４２】
また、この発明の表面加工方法と異なるエッチング加工やレーザー加工等をこの発明の表面加工方法と組み合わせることにより、異なる種類の凹部を、円筒ころ軸受のころや内輪の表面に形成することができる。さらに、円筒ころ軸受に限らず、その他の転がり軸受にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の表面加工方法の一例を示す概念図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）はこの発明の表面加工方法の他の例を示す概念図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はこの発明の表面加工方法の他の例を示す概念図である。
【図４】この発明の表面加工方法を適用した円筒ころ軸受の概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  被加工物
２  凹部
３  電極工具
４  工具本体
５  絶縁体膜
６  凹部
７  導電体粉末
８  電極
９  圧縮ローラ
１０  スクレーパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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