JP2007170426A

JP2007170426A - 転動装置

Info

Publication number: JP2007170426A
Application number: JP2005364975A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fujita; 慎治藤田; Hiroyuki Uchida; 啓之内田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】高速，高荷重条件下で使用されてもスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が生じにくく長寿命な転動装置を提供する。
【解決手段】ラジアル針状ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えている。そして、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤及びチタンで構成された潤滑被膜が被覆されている。この潤滑被膜は、固体潤滑剤である二硫化モリブデンの粉末とチタン粉末との混合粉末を、噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受，リニアガイド装置，ボールねじ，直動ベアリング等のような転動装置に関する。

一般に、転がり軸受等の転動装置においては、転動装置を構成する内方部材，外方部材と転動体との間で転がり運動が行われ、内方部材，外方部材の軌道面及び転動体の転動面は接触応力を繰り返し受ける。そのため、内方部材，外方部材，転動体を構成する材料には、硬い、負荷に耐える、転がり疲労寿命が長い、滑りに対する耐摩耗性が良好である等の性質が要求される。

そこで、これらの部材を構成する材料には、軸受鋼としては日本工業規格のＳＵＪ２、ステンレス鋼としては日本工業規格のＳＵＳ４４０Ｃや１３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼、そして肌焼鋼としては日本工業規格のＳＣＲ４２０相当の鋼がよく使用されている。これらの材料は、転がり疲労寿命等の必要とされる性質を得るために、軸受鋼やステンレス鋼であれば焼入れ，焼戻しが施され、肌焼鋼であれば浸炭処理又は浸炭窒化処理後に焼入れ，焼戻しが施されて、硬さがＨＲＣ５８以上６４以下とされている。

ところで、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド，直動ベアリング等の転動装置においては、その転がり疲れ寿命が、前述した硬さ以外に潤滑状態と密接に関係していることが知られている。ここで、転がり疲れ寿命とは、転動装置の軌道面又は転動面が回転に伴い繰返し応力を受けることによって材料が疲労し、その表面の一部に剥離が生じるまでの総回転数である。

転がり接触面の潤滑状態の良否は、形成される油膜厚さと表面粗さとの比である油膜パラメータΛ（下記式を参照）によって表され、Λが大きいほど潤滑状態は良い。すなわち、Λが大きい場合には、表面の微小突起間の接触による表面起点剥離が起こりにくくなり、寿命は、主として材料の清浄度，硬さ，材質，熱処理等によって決定する。逆に、Λが小さいほど表面の微小突起間の接触による表面起点剥離，ピーリング損傷，焼付きが生じやすくなり、寿命が大幅に低下することが知られている。
Λ＝ｈ／σ
ｈ：ＥＨＬ油膜厚さ
σ：合成表面粗さ（σ₁ ²＋σ₂ ²）^1/2
σ₁，σ₂は接触する２面の粗さ（二乗平均粗さ）

ここで、ラジアルニードル軸受を例にあげて、さらに詳細に説明する。トランスミッション等に幅広く使用されているプラネタリーギアを軸支するプラネタリーギア用軸受では、外方部材にあたるプラネタリーギアからの力の伝達が滑らかに行われるように、一般に、はすば歯車が使用されるため、力関係から、内方部材にあたるプラネタリーシャフトの走行跡がねじれた形となる。このため、プラネタリーギアとプラネタリーシャフトとの間にあるニードルローラーに対し、不均一な力が作用してエッジロードやスキュー等が発生し、軸受の寿命が低下したり、スミアリングや焼付きが発生しやすい。
この対処のため、従来にあっては、ニードルローラーにクラウニングを施してエッジロードを軽減したり、また、スキュー防止のために、円周方向すきま及びラジアルすきまを精密に管理して、未然にスキュー発生を抑える工夫を施したりしている。

一方、ＣＯ₂排出規制に伴なうエンジンの燃費向上の観点から、高速回転時の回転効率を高めるための潤滑油の低粘度化にあいまって、転動装置の高速回転時の耐焼付き性や希薄潤滑下における耐久性の向上が益々求められるようになってきている。このような用途における針状ころ軸受の潤滑性を確保するために、例えば、ニードルローラーを複列化するとともに、内方部材にあたるプラネタリーシャフトのニードル間位置まで軸端から油穴を設け、当該油穴を通じて給油を行う油穴給油方式が採用されている。しかし、油量が不十分な場合は、転走面にピーリング損傷及び焼付きが発生するおそれがある。

このようなピーリング損傷を防止する技術として、軸方向面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）を１．０以下、且つ、表面粗さの分布曲線の歪み度を指すパラメータＳＫ値をマイナスとなるようにし、さらに、くぼみの占める表面積比率を１０〜４０％となるようにしたオートマチックトランスミッション用軸受が開示されている（特許文献１を参照）。

また、焼付きを防止する技術として、スラスト荷重を受けながらすべり接触するすべり面を備えた機械部品において、前記すべり面に独立した無数の微小くぼみをランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の面粗さをＲｍａｘ０．６〜２．５μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値を−１．６以下とし、且つ、微小くぼみの平均面積を３５〜１５０μｍ²、表面に占める微小くぼみの面積の割合を１０〜４０％とした機械部品が開示されている（特許文献２を参照）。

次に、ボールねじについて述べる。電動射出成形機や電動プレス機等で使用されるボールねじは、瞬間的に高負荷が加わる短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後に逆回転する往復運動の条件下で使用される。このため、ボール転動面での油膜が掻き取られ、ねじ溝とボールとの接触面に潤滑剤が入り難く、油膜形成が不十分となる傾向があり、ねじ軸，ナット，及びボールの転動面に、表面損傷による摩耗，剥離が生じやすいという問題点があった。

特に、転動速度の２倍の速度の相対すべりが生じるボール同士の接触面においては、損傷が著しいものがあった。さらに、高負荷が作用することによる機台の変形、又は取付け時のミスアライメント等が前述したボールの競り合いをさらに顕著にし、一層寿命を低下させていた。
このような用途に使用可能なボールねじとして、ねじ溝，ナット，及び転動体のうちの少なくとも一つの摺接部分に、二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させ、厚み寸法０．５μｍ以下の潤滑剤被膜を形成したものが開示されている（特許文献３を参照）。また、特許文献４には、平均粒子径が約１μｍ〜約２０μｍの二硫化モリブデンを約９５質量％以上含有する、ショットピーニング装置を用いて投射速度１００ｍ／ｓ以上で投射するための二硫化モリブデン投射用材料が開示されている。

特許第２６３４４９５号公報特許第２５４８８１１号公報特開２００４−６０７４２号公報特開２００２−３３９０８３号公報

前述したプラネタリー軸受等においては、潤滑油が供給されにくい構造であることに加えて、近年、トランスミッションの小型化又はＣＶＴ化等により、プラネタリーギア（外方部材）の最高回転速度について更なる高速化の要求があり、それに伴い使用温度の上昇が考えられる。また、プラネタリーギア用ニードル軸受においては、小型化に伴って、今まで以上にスミヤリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が顕著になってきている。

また、前述したボールねじに関しては、さらなる高負荷が要求され、往復運動のストロークもさらに短周期で行われるため、逆回転する際に油膜がほとんど形成されず、ねじ軸，ナット，及びボールの転動面に、表面損傷による摩耗，剥離，焼付き等が顕著に生じるようになってきている。
スミヤリング，焼付き，摩耗，ピーリング等を防止する技術としては、前述の特許文献１に開示のものがあるが、ただ単にくぼみを形成し、油膜溜まりを形成しただけでは、潤滑油のさらなる低粘度化や油量不足に十分に対応できない。また、特許文献２に開示のものも、上記と同様に、潤滑油のさらなる低粘度化や油量不足に十分に対応できない。

ボールねじに関しては、均一に被膜が形成していない場合に固体潤滑材の効果が得られにくいため、特許文献３に記載のもののように膜厚を規定しただけでは不十分である。また、特許文献４に記載のもののように投射材料のみを規定しただけでは、十分な性能が得られず、被膜の膜厚及び被覆率を正確に規定する必要がある。
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、高速，高荷重条件下で使用されてもスミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合が生じにくく長寿命な転動装置を提供することを課題とする。

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の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末を噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成された潤滑被膜が被覆されており、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末を噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成された潤滑被膜が被覆されており、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。

このような構成であれば、前記潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、厳しい潤滑環境下で使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命となる。
潤滑被膜が被覆されている部分が面積率で７５％未満であると、転動装置の寿命が不十分となるおそれがある。一方、９５％超過としても、それ以上の長寿命化は期待できないばかりか、潤滑被膜が脱落しやすくなる。潤滑被膜が脱落すると、異物となって音響不良及び振動を引き起こすおそれがある。

また、混合粉末を噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより、潤滑被膜が被覆される部分（母材）の表面活性が高められるため、潤滑被膜の密着性が向上する。
さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、請求項１又は請求項２に記載の転動装置において、前記チタン粉末の平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記混合粉末中の前記チタン粉末の割合が１質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする。

混合粉末中にチタン粉末を混合することにより、母材の表面活性を高めることができ、これにより潤滑被膜と母材との密着性が向上する。チタン粉末の割合が１質量％未満であると、表面活性を十分に高めることが難しくなる。一方、３０質量％超過であると、密着性は向上するものの、潤滑被膜に占めるチタンの割合が高くなるため、潤滑被膜の潤滑性が不十分となるおそれがある。

また、チタン粉末の平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下であれば、前述の噴射条件で潤滑被膜を形成し母材に固着させることができるとともに、母材の表面活性を高めることができる。平均粒径が１０μｍ未満であると、粉末の質量が小さいため、母材の表面との衝突時に母材の表面活性を十分に高めることができないおそれがある。一方、５０μｍ超過であると、チタン粉末が母材の表面に残留した場合に、転動装置に対して異物として作用するおそれがあり、表面起点型剥離を引き起こして大幅に寿命が低下するおそれがある。

さらに、本発明に係る請求項４の転動装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転動装置において、前記潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする。
このような構成であれば、転動装置がより長寿命となる。潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ未満であると、潤滑性が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、潤滑被膜の厚さは０．１μｍ以上とすることがより好ましく、０．６μｍ以上とすることがさらに好ましい。また、潤滑被膜の厚さが８μｍ超過であると、潤滑被膜の強度が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、潤滑被膜の厚さは４μｍ以下とすることがより好ましい。

さらに、本発明に係る請求項５の転動装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記潤滑被膜が被覆された部分に、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けたことを特徴とする。
このような構成であれば、ディンプル内に固体潤滑剤が充填され、潤滑被膜が被覆された部分と潤滑被膜との密着性が向上するため、ディンプルがない場合と比較して転動装置がより長寿命となる。また、転動装置の駆動時にはディンプル内に固体潤滑剤がトラップされるので、潤滑被膜の効果が長く維持される。さらに、ディンプルの深さが前述の範囲内であれば、転動装置として音響性能に問題が生じることはなく、また、表面粗さの低下による寿命の低下も生じることはない。

このような効果を得るためには、ディンプルの深さを０．１μｍ以上とする必要がある。ただし、ディンプルの深さを５μｍ超過としても、それ以上の効果は期待できないので、ディンプルの深さは５μｍ以下とすることが好ましい。なお、このような効果をさらに確実なものにするためには、ディンプルの深さを０．２μｍ以上３μｍ以下とすることがより好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下とすることがさらに好ましい。

さらに、本発明に係る請求項６の転動装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の転動装置において、前記潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする。
前記潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ超過であると、潤滑条件が厳しくなり表面起点型剥離が発生するおそれがある。また、音響特性及び振動特性が不十分となるおそれがある。一方、中心線平均粗さＲａを０．１μｍ未満とすると、転動装置が高価となってしまうおそれがある。

なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。また、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。

本発明の転動装置は長寿命である。

本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態であるラジアル針状ころ軸受の構造を示す縦断面図である。
図１のラジアル針状ころ軸受は、軌道面１ａを有する内輪１（内方部材）と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを有する外輪２（外方部材）と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体３と、両軌道面１ａ，２ａ間に複数の転動体３を保持する保持器４と、を備えている。なお、保持器４は備えていなくてもよい。

そして、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤及びチタンで構成された潤滑被膜（図示せず）が被覆されている。この潤滑被膜は、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末を、噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成されたものである。

また、使用した固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムのうちの少なくとも１種である。さらに、チタン粉末の平均粒径は１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、混合粉末中のチタン粉末の割合は１質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。

さらに、この潤滑被膜の厚さは、０．０５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。また、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも潤滑被膜が被覆された部分には、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けることが好ましい。さらに、潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。
このようなラジアル針状ころ軸受は、潤滑被膜により金属間接触が抑制されるので、厳しい潤滑環境下で使用された場合でも、スミアリング，焼付き，摩耗，ピーリング等の不具合の発生が低減され長寿命である。

なお、本実施形態においては、転動装置の例としてラジアル針状ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類はラジアル針状ころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，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。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。さらに、本発明はトロイダル無段変速機に対しても適用することができる。

〔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。種々のラジアル針状ころ軸受（内径１５ｍｍ，外径２５ｍｍ，幅３５ｍｍ）を試験軸受として用意して回転試験を行い、その寿命を評価した。試験軸受であるラジアル針状ころ軸受の構成は、内輪の軌道面，外輪の軌道面，及び転動体の転動面のうち転動体の転動面のみに、固体潤滑剤及びチタンで構成された潤滑被膜を被覆した点以外は、前述した図１のラジアル針状ころ軸受と同様である。
後述する前処理の種類、該前処理により転動体の転動面に形成されたディンプルの深さ、チタン粉末の平均粒径、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末中のチタン粉末の割合、転動体の転動面に被覆された潤滑被膜の面積率、及び潤滑被膜の厚さは、表１〜５に示す通りである。

ここで、試験軸受であるラジアル針状ころ軸受の製造方法について説明する。まず、内輪，外輪，及び転動体はＳＵＪ２を素材とし、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアガスとを含む雰囲気中で８４０〜８８０℃で３時間浸炭窒化処理を施した後、油焼入れ及び焼戻しを施したものである。このような処理により、表面層の残留オ−ステナイト量は１５〜４０体積％、表面硬さはＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整されている。なお、浸炭窒化処理は施さず、ズブ焼入れを施したものでもよい。また、ＳＣＭ４２０，ＳＣｒ４２０等の鋼を素材とし、浸炭窒化処理又は浸炭処理を施して表面を硬化させたものでもよい。

こうして得られた転動体の転動面に前処理を施して、ディンプルを形成した。ディンプルの形成方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理及びバレル処理を採用した。ショットピーニング処理は、ショットピーニング装置を用いて行った。ショット材にはＪＩＳＲ６００１に規定された平均粒径４５μｍの鋼球，ＳｉＣ，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ガラスビーズ等を用い、噴射速度８０ｍ／ｓ以上、噴射圧力０．３〜０．９ＭＰａ、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で、ショット材を転動体の転動面に噴射した。なお、一度に処理する転動体の量は１〜６ｋｇとした。

バレル処理は、種々のメディアや添加剤を配合したものを用いて転動体の転動面に大きな凹凸を形成する粗加工と、プラトー部の粗さを整える仕上げ加工とを行った。なお、転動体の転動面に、ショットピーニング処理とバレル処理との両方を施してもよい。
ディンプルの深さを測定する方法は、以下の通りである。三次元非接触表面形状計測システムにより、転動体の転動面を１００倍の倍率で３０視野観察し、得られた画像を断面プロファイルに変換した。そして、Ｘ方向及びＹ方向それぞれの５つの断面において、ディンプルの深さを測定し、その結果を平均した。

次に、ディンプルを形成した転動体の転動面に、固体潤滑剤及びチタンで構成された潤滑被膜を被覆した。潤滑被膜を被覆する方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理を採用した。ショット材には、二硫化モリブデン粉末（固体潤滑剤）とチタン粉末との混合粉末を用い、噴射速度８０ｍ／ｓ以上、噴射圧力０．３〜０．９ＭＰａ、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で、前記混合粉末を転動体の転動面に噴射した。このチタン粉末の平均粒径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、混合粉末中のチタン粉末の割合は１質量％以上３０質量％以下である。なお、一度に処理する転動体の量は１〜６ｋｇとした。

被覆された潤滑被膜の面積率を測定する方法は、以下の通りである。電子線マイクロアナライザーにより、転動体の転動面を２０００倍の倍率で３０視野観察した。そして、一辺２００μｍの正方形部分を１０００倍に拡大した場合に、モリブデンの特性Ｘ線強度が潤滑被膜を被覆する前の特性Ｘ線強度の１０倍以上である領域に潤滑被膜が被覆されているとし、その結果を画像解析して潤滑被膜の面積率を導出し、その結果を平均した。

また、潤滑被膜の厚さを測定する方法は、以下の通りである。転動体を切断し、その断面をバフ研磨で鏡面仕上げした。電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、鏡面仕上げした断面を５０００倍の倍率で３０視野観察した。各視野において、潤滑被膜の厚さが大きい方から３点と、厚さが小さい方から３点を選択し、これら６点の平均値を求め、この平均値をその視野の潤滑被膜の厚さとした。そして、３０視野の潤滑被膜の厚さの平均値を求めた。

図２に、転動体の転動面に被覆した潤滑被膜の断面のＳＥＭ像を示す。この潤滑被膜の厚さは、最大２．５μｍ、最小０．５μｍ程度である。
なお、本実施例においては固体潤滑剤として二硫化モリブデンを用いたが、ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド（ナイロン），ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムが使用可能である。

また、潤滑被膜を被覆した後に微小硬度計を用いて表面硬さを測定したところ、潤滑被膜が被覆された転動面は、最表面から２〜１５μｍの深さ位置までの部分の硬さが勾配を有していた。そして、最も硬い部分の硬さは７１０〜１１３０Ｈｖであり、固体潤滑剤のショットピーニング処理前の硬さに比べて、５〜２０％向上していた。

次に、回転試験による寿命の評価方法について説明する。軸受の寿命の評価には、図３に示す試験機を使用した。すなわち、ラジアル針状ころ軸受１０の内輪が、図示しない支持軸受を介して試験機に取り付けられた軸１２に固定されており、ラジアル針状ころ軸受１０の一部分は、油浴２０内の潤滑油２２に浸漬されている。そして、Ａ方向に荷重をかけることによって、ラジアル針状ころ軸受１０にラジアル荷重を負荷し、回転させる。

下記のような条件でラジアル針状ころ軸受の回転試験を行い、振動値が初期値の５倍となるか、又は、外輪が１６０℃となった時点で回転試験を停止した。振動値が５倍となった場合は、実体顕微鏡で損傷の有無を確認し、損傷がある場合は寿命とし、損傷がない場合は回転試験を再開した。また、外輪が１６０℃となった場合は、焼付きが生じたと判断し、寿命とした。
回転速度：１２０００ｍｉｎ^-1
荷重：動定格荷重の２５％（Ｐ／Ｃ＝０．２５）
潤滑油：市販の自動変速機用潤滑油（ＡＴＦ）
雰囲気温度：室温（約２８℃）
初期の軸受温度：外輪の外径において１３０〜１４０℃
試験個数：１種の軸受につき１０個

回転試験の結果（寿命）を表１〜５に示す。また、潤滑被膜の面積率と軸受の寿命との相関を、図４のグラフに示す。なお、表１〜５及び図４のグラフにおける寿命の数値は、比較例１の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
この比較例１は、前述の特許文献１に記載されている技術が適用された軸受であり、独立した無数の微小くぼみをすべり面にランダムに設け、この微小くぼみを設けた面の表面粗さをＲｍａｘ１．０μｍ、表面粗さのパラメータＳＫ値を−２．０、微小くぼみの平均面積を８０μｍ²、表面に占める微小くぼみの面積の割合いを２５％としてある。
なお、比較例１は前処理としてバレル処理が施されており、比較例２は前処理として二段ショットピーニング処理が施されており、比較例３は前処理としてＳＦ処理が施されている。

実施例１〜３６は、潤滑被膜の面積率が７５％以上、又は、７５％以上９５％以下であるので、比較例１と比べて格段に長寿命（５．６以上）であった。例えば、実施例２と比較例６、実施例５と比較例７、実施例１９と比較例８、実施例１０と比較例９は、それぞれ潤滑被膜の厚さは同一で面積率が異なるという組合せであるが、いずれの組合せでも寿命は比較例よりも実施例の方が優れていた。このことから、寿命に対しては潤滑被膜の面積率が最も重要な因子であり、潤滑被膜の厚さを規定しただけでは十分な長寿命化ができない場合があることが分かる。

また、図４のグラフから分かるように、前処理により転動体の転動面にディンプルを形成した実施例９〜２２（グラフでは黒丸印でプロットしてある）は、前処理がなくディンプルを有していない実施例１〜８（グラフでは黒三角印でプロットしてある）と比べて、より長寿命であった。
さらに、実施例９〜２２と実施例３５，３６との比較から、ディンプルの深さは０．１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましいことが分かる。さらに、実施例２７〜３４から、潤滑被膜の厚さは０．１μｍ以上８μｍ以下とすることが好ましく、０．６μｍ以上４μｍ以下とすることがより好ましいことが分かる。

さらに、混合粉末中のチタン粉末の割合は、実施例２３，２４から１質量％以上３０質量％以下であることが好ましいことが分かり、実施例１２〜１６から５質量％以上２０質量％以下であることがより好ましいことが分かる。さらに、実施例２５，２６から、チタン粉末の平均粒径は１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましいことが分かる。
比較例４，５は、潤滑被膜を形成するショットピーニング処理の際に、ショット材として固体潤滑剤のみを使用しチタン粉末を使用しなかった例であるが（噴射速度１２０ｍ／ｓ以上、噴射圧力０．６ＭＰａ）、回転試験の結果は短寿命であり、ショット材として固体潤滑剤とチタン粉末とを使用することが有効であることが分かる。

本発明に係る転動装置の一実施形態であるラジアル針状ころ軸受の構造を示す縦断面図である。潤滑被膜の断面図である。軸受の寿命試験に用いた試験機の構造を説明する図である。潤滑被膜の面積率と軸受の寿命との相関を示すグラフである。

符号の説明

１内輪
１ａ軌道面
２外輪
２ａ軌道面
３転動体
３ａ転動面

Claims

外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上の部分に、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末を噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成された潤滑被膜が被覆されており、
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムのうちの少なくとも１種であることを特徴とする転動装置。
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つは、面積率で７５％以上９５％以下の部分に、固体潤滑剤の粉末とチタン粉末との混合粉末を噴射速度８０ｍ／ｓ以上又は噴射圧力０．３ＭＰａ以上で噴射することにより形成された潤滑被膜が被覆されており、
前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン，ポリエチレン，フッ素樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリオレフィン，ポリエステル，ポリテトラフルオロエチレン，金属石けん，二硫化タングステン，窒化ホウ素，黒鉛，フッ化カルシウム，フッ化バリウム，スズ，スズ合金，鉄，銅，亜鉛，及びクロムのうちの少なくとも１種であることを特徴とする転動装置。
前記チタン粉末の平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記混合粉末中の前記チタン粉末の割合が１質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転動装置。
前記潤滑被膜の厚さが０．０５μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転動装置。
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記潤滑被膜が被覆された部分に、深さ０．１μｍ以上５μｍ以下のディンプルを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転動装置。
前記潤滑被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の転動装置。