JP2008039086A - ころおよびスラストころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受機能を向上することができるころを提供する。
【解決手段】ころ１１の表面には、微小の凹形状のくぼみが設けられており、くぼみが設けられた表面のくぼみの平均面積は、３０〜１００μｍ^２の範囲内である。ころ１１の外径面１３に設けられたフルクラウニングは、第一のクラウニング１４ａと、第二のクラウニング１４ｂと、第三のクラウニング１４ｃとを含む。ころ１１の転動軸心方向の長さがころ１１の径方向の長さの２倍以下である場合には、ころ１１の端面１２ａからころの転動軸心方向の長さの３２％の位置における第一のクラウニング１４ａの曲率半径Ｒ１は、Ｒ５５１〜Ｒ１０００であり、ころ１１の端面１２ａからころの転動軸心方向の長さの２３％の位置における第二のクラウニング１４ｂの曲率半径Ｒ２は、Ｒ３２１〜Ｒ５５０であり、ころ１１の端面１２ａからころの転動軸心方向の長さの１５％の位置における第三のクラウニング１４ｃの曲率半径Ｒ３は、Ｒ２００〜Ｒ３２０である。
【選択図】図１

Description

この発明は、ころおよびスラストころ軸受に関するものである。

回転軸を支持するころ軸受において、スラスト荷重が負荷される場合には、スラストころ軸受が使用される。カーエアコン用コンプレッサやオートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション及びハイブリッド自動車等に使用されるスラストころ軸受は、近年の省燃費化や小型化、高出力化の要求により、高速回転、希薄潤滑環境等、過酷な使用環境下でも使用に耐えうる特性が要求される。過酷な使用環境に耐えうるスラストころ軸受が、特許３６０４４５８（特許文献１）や特許３６６１１３３（特許文献２）、特開平２−１６８０２１号公報（特許文献３）に開示されている。
特許３６０４４５８（段落番号００１８、図３） 特許３６６１１３３（段落番号００２０〜００２１、図１、図２） 特開平２−１６８０２１号公報

特許文献１によると、スラストころ軸受は、ころおよびレース（軌道輪）を有する。ころの転動軸心方向の外周面には、曲率の異なる第一および第二のクラウニングが設けられている。こうすることにより、軌道輪の撓みに応じて、接触面圧を小さくし、過大負荷の発生を抑制して、軸受機能の安定化および寿命の向上を図っている。しかし、ころの径方向の長さところの転動軸心方向の長さとの関係が不明であり、ころのサイズに応じて、最適なクラウニングを形成することができない。

ここで、特許文献２に開示のスラスト針状ころ軸受に含まれるころは、ころの径方向の長さところの転動軸心方向の長さの比が１．２〜２．０であって、軌道面との接触長さがころの転動軸心方向の長さの３／４以下となるようにクラウニングが設けられている。こうすることにより、ころの姿勢を安定させ、寿命の向上等を図ることにしている。

しかし、ころに設けられるクラウニングは部分クラウニングであり、ころの転動軸心方向にクラウニングが設けられていない部分もある。そうすると、上記した過酷な使用環境下において、種々の不具合を生じるおそれがある。

また、特許文献３によると、ころの表面に表面処理を施し、表面粗さに関するパラメータを規定することにより、ころの耐摩耗性を向上させている。具体的には、ころの表面に、表面処理によって微小の凹形状のくぼみを設け、くぼみを設けた表面の回転方向の表面粗さパラメータＲＭＳ（Ｌ）と、これに直交する方向の表面粗さパラメータＲＭＳ（Ｃ）との比であるＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）の値を、１．０以上とし、かつ、表面粗さパラメータＳｋ値を、−１．６以下と規定している。

ここで、表面粗さパラメータＲＭＳとは、粗さ中心線から粗さ曲線までの高さの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根である。別名、自乗平均平方根粗さともいう（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。また、後述する表面粗さパラメータＲｑｎｉと同義である。

また、表面粗さパラメータＳｋ値とは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ＩＳＯ４２８７：１９９７）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。

このように表面粗さパラメータＲＭＳの比等を規定することにより、相手面が粗面または仕上げられた面であっても、ころ等の耐摩耗性を向上させ、寿命を長くしている。

しかし、低粘度のオイルが使用される等、形成される油膜厚さが極端に薄くなる状況においては、耐摩耗性を十分に確保できず、このようなころを備えるころ軸受の長寿命化等を図ることができない。

この発明の目的は、軸受機能を向上することができるころを提供することである。

この発明の他の目的は、軸受機能を向上したスラストころ軸受を提供することである。

この発明に係るころは、外径面にフルクラウニングが設けられている。ころの表面には、微小の凹形状のくぼみが設けられており、くぼみが設けられた表面のくぼみの平均面積は、３０〜１００μｍ^２の範囲内である。フルクラウニングは、ころの転動軸心方向の中央に設けられる第一のクラウニングと、第一のクラウニングに連なるように第一のクラウニングの両端面側に設けられる第二のクラウニングと、第二のクラウニングに連なるように第二のクラウニングの両端面側に設けられる第三のクラウニングとを含む。ここで、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下である場合には、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの３２％の位置における第一のクラウニングの曲率半径Ｒ１は、Ｒ５５１〜Ｒ１０００であり、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの２３％の位置における第二のクラウニングの曲率半径Ｒ２は、Ｒ３２１〜Ｒ５５０であり、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの１５％の位置における第三のクラウニングの曲率半径Ｒ３は、Ｒ２００〜Ｒ３２０である。また、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍よりも長く３倍未満である場合には、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの２２％の位置における第一のクラウニングの曲率半径Ｒ４は、Ｒ５６１〜Ｒ６７０であり、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの１６％の位置における第二のクラウニングの曲率半径Ｒ５は、Ｒ４２１〜Ｒ５６０であり、ころの両端面からころの転動軸心方向の長さの１２％の位置における第三のクラウニングの曲率半径Ｒ６は、Ｒ３１０〜Ｒ４２０である。

このようなころは、サイズに応じて、負荷される荷重を適切に受けることができる。具体的には、ころの転動軸心方向の長さところの径方向の長さの比に応じて、比較的小さな荷重を受ける場合には、大きい曲率半径の第一のクラウニングで荷重を受けることができる。また、比較的大きな荷重や、軸受取付座面の撓みや傾きが小さい場合には、大きい曲率半径の第一のクラウニングおよびやや大きい曲率半径の第二のクラウニングで荷重を受けることができる。さらに大きな荷重や、軸受取付座面の撓みや傾きが大きい場合には、大きい曲率半径の第一のクラウニング、やや大きい曲率半径の第二のクラウニングおよび小さい曲率半径の第三のクラウニングで荷重を受けることができる。そうすると、様々な荷重負荷条件に対して、曲率半径の異なる各クラウニングで適切に荷重を受けることができる。

また、ころの表面に微小の凹形状のくぼみを設け、くぼみが設けられた表面の平均面積の値をこのように規定することによって、適切に油膜を形成することができる。

その結果、寿命や静粛性の向上、トルクの軽減等を図って、軸受機能を向上させることができる。

好ましくは、くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｍａｘ（基準長毎最大高さの最大値）は、０．４〜１．０μｍの範囲内である。表面粗さパラメータＲｙｍａｘとは、基準長毎最大高さの最大値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。表面粗さパラメータＲｙｍａｘをこのような範囲に規定することによっても、さらに適切に油膜を形成することができる。

さらに好ましくは、くぼみが設けられた表面の表面粗さを、表面粗さパラメータＲｑｎｉ（自乗平均平方根粗さ）で表した場合に、ころの転動軸心方向の表面粗さパラメータＲｑｎｉ（Ｌ）ところの周方向の表面粗さパラメータＲｑｎｉ（Ｃ）との比であるＲｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）は、１．０以下である。表面粗さパラメータＲｑｎｉの値についても、このような範囲に規定することにより、さらに適切に油膜を形成することができる。

さらに好ましくは、浸炭窒化処理が施されている。このように構成することにより、強度や靭性等を向上させることができる。

この発明の他の局面においては、スラストころ軸受は、上記したいずれかのころを備え、スラスト荷重を支持する。このようなスラストころ軸受は、寿命や静粛性の向上、トルクの軽減等を図ることができる。

このようなころは、サイズに応じて、負荷される荷重を適切に受けることができる。そうすると、様々な荷重負荷条件に対して、曲率半径の異なる各クラウニングで適切に荷重を受けることができる。また、ころの表面に微小の凹形状のくぼみを設け、くぼみの平均面積をこのように規定することによっても、適切に油膜を形成することができる。その結果、寿命や静粛性の向上、トルクの軽減を図ることができ、軸受機能を向上させることができる。

また、この発明に係るスラストころ軸受によれば、寿命や静粛性の向上を図ることができると共に、トルクの軽減も図ることができ、軸受機能を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であるころを、ころの転動軸心を含む平面で切断した場合のころの一部を示す断面図である。ころ１１の転動軸心方向の長さＬｗは、ころ１１の径方向の長さＤｗの２倍以下である。すなわち、Ｌｗ／Ｄｗ≦２の関係を有する。

図１を参照して、ころ１１は、転動軸心方向の両端に位置する両端面１２ａ、１２ｂと、転動面となる外径面１３を有する。ころ１１の両端面１２ａ、１２ｂは、Ｆ端面、すなわち、平らな端面である。

外径面１３には、フルクラウニングが設けられている。フルクラウニングとは、ころ１１の面取り部を除いた転動軸心方向の全域に対して、クラウニングが設けられた形状をいう。フルクラウニングは、ころ１１の転動軸心方向の中央に設けられる第一のクラウニング１４ａと、第一のクラウニング１４ａに連なるように第一のクラウニング１４ａの両端面１２ａ、１２ｂ側に設けられる第二のクラウニング１４ｂと、第二のクラウニング１４ｂに連なるように第二のクラウニング１４ｂの両端面１２ａ、１２ｂ側に設けられる第三のクラウニング１４ｃとを含む。すなわち、第一〜第三のクラウニング１４ａ〜１４ｃは、滑らかに連なるように設けられている。

ここで、ころの転動軸心方向の長さＬｗの３２％を長さＬ１とすると、ころ１１の一方の端面１２ａからＬ１の位置における第一のクラウニング１４ａの曲率半径Ｒ１は、Ｒ５５１〜Ｒ１０００である。他方の端面１２ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第一のクラウニング１４ａは、ころ１１の両端面１２ａ、１２ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗの３２％の位置における曲率半径Ｒ１が、Ｒ５５１〜Ｒ１０００となるように設けられている。

また、ころの転動軸心方向の長さＬｗの２３％を長さＬ２とすると、ころ１１の一方の端面１２ａからＬ２の位置における第二のクラウニング１４ｂの曲率半径Ｒ２は、Ｒ３２１〜Ｒ５５０である。他方の端面１２ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第二のクラウニング１４ｂは、ころ１１の両端面１２ａ、１２ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗの２３％の位置における曲率半径Ｒ２が、Ｒ３２１〜Ｒ５５０となるように設けられている。

また、ころの転動軸心方向の長さＬｗの１５％を長さＬ３とすると、ころ１１の一方の端面１２ａからＬ３の位置における第三のクラウニング１４ｃの曲率半径Ｒ３は、Ｒ２００〜Ｒ３２０である。他方の端面１２ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第三のクラウニング１４ｃは、ころ１１の両端面１２ａ、１２ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗの１５％の位置における曲率半径Ｒ３が、Ｒ２００〜Ｒ３２０となるように設けられている。

このように構成することにより、ころ１１は、負荷される荷重を適切に受けることができる。具体的には、比較的小さな荷重を受ける場合には、大きい曲率半径Ｒ１の第一のクラウニング１４ａで荷重を受けることができる。また、比較的大きな荷重や、軸受取付座面の撓みや傾きが小さい場合には、大きい曲率半径Ｒ１の第一のクラウニング１４ａおよびやや大きい曲率半径Ｒ２の第二のクラウニング１４ｂで荷重を受けることができる。さらに大きな荷重や、軸受取付座面の撓みや傾きが大きい場合には、大きい曲率半径Ｒ１の第一のクラウニング１４ａ、やや大きい曲率半径Ｒ２の第二のクラウニング１４ｂおよび小さい曲率半径Ｒ３の第三のクラウニング１４ｃで荷重を受けることができる。そうすると、様々な荷重負荷条件に対して、曲率半径の異なる第一〜第三のクラウニング１４ａ〜１４ｃで適切に荷重を受けることができる。

ここで、一方の端面１２ａからころ１１の外径面１３の頂点１５までのころ１１の転動軸心方向の長さをａとし、他方の端面１２ｂからころ１１の外径面１３の頂点１５までのころ１１の転動軸心方向の長さをｂとすると、その長さの差｜ａ−ｂ｜を、ころの転動軸心方向の長さＬｗの４％以下とする。こうすることにより、双方の端面１２ａ、１２ｂ側に設けられた左右の第一、第二および第三のクラウニング１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対し、ころ１１に負荷された荷重をほぼ均等に分配して受けることができる。したがって、ころ１１の挙動を安定させることができる。

また、第一、第二および第三のクラウニング１４ａ〜１４ｃが設けられた部分でのころ１１の真円度を、それぞれ１．５μｍ以下とすることが好ましい。さらに、一方の端面１２ａ側に設けられたクラウニングと、他方の端面１２ｂ側に設けられたクラウニングとのクラウニング量の差は、１μｍ以下とすることが好ましい。このように構成することにより、さらに軸受機能の向上を図ることができる。なお、クラウニング量とは、ころ１１の外径面１３の頂点１５において、ころ１１の転動軸心と平行に仮想の直線を引き、その仮想直線から上記した左右の第一〜第三のクラウニング１４ａ〜１４ｃまでのＬ１、Ｌ２、Ｌ３の位置におけるそれぞれの最短の長さをいう。

図２は、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍より長く３倍未満のころを、ころの転動軸心を含む平面で切断した場合のころの一部を示す断面図であり、図１に対応する。ころ１６の転動軸心方向の長さＬｗ’は、ころ１６の径方向の長さＤｗ’の２倍よりも長く３倍未満である。すなわち、２＜Ｌｗ’／Ｄｗ’＜３の関係を有する。

図２を参照して、上記したころ１１と同様、ころ１６の外径面１８には、フルクラウニングが設けられている。フルクラウニングは、ころ１６の転動軸心方向の中央に設けられる第一のクラウニング１９ａと、第一のクラウニング１９ａに連なるように第一のクラウニング１９ａの両端面１７ａ、１７ｂ側に設けられる第二のクラウニング１９ｂと、第二のクラウニング１９ｂに連なるように第二のクラウニング１９ｂの両端面１７ａ、１７ｂ側に設けられる第三のクラウニング１９ｃとを含む。第一〜第三のクラウニング１９ａ〜１９ｃは、滑らかに連なるように設けられている。

ここで、ころの転動軸心方向の長さＬｗ’の２２％を長さＬ４とすると、ころ１６の一方の端面１７ａからＬ４の位置における第一のクラウニング１９ａの曲率半径Ｒ４は、Ｒ５６１〜Ｒ６７０である。他方の端面１７ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第一のクラウニング１９ａは、ころ１６の両端面１７ａ、１７ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗ’の２２％の位置における曲率半径Ｒ４が、Ｒ５６１〜Ｒ６７０となるように設けられている。

また、ころの転動軸心方向の長さＬｗ’の１６％を長さＬ５とすると、ころ１６の一方の端面１７ａからＬ５の位置における第二のクラウニング１９ｂの曲率半径Ｒ５は、Ｒ４２１〜Ｒ５６０である。他方の端面１７ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第二のクラウニング１９ｂは、ころ１６の両端面１７ａ、１７ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗ’の１６％の位置における曲率半径Ｒ５が、Ｒ４２１〜Ｒ５６０となるように設けられている。

また、ころの転動軸心方向の長さＬｗ’の１２％を長さＬ６とすると、ころ１６の一方の端面１７ａからＬ６の位置における第三のクラウニング１９ｃの曲率半径Ｒ６は、Ｒ３１０〜Ｒ４２０である。他方の端面１７ｂ側においても同じ構成である。すなわち、第三のクラウニング１９ｃは、ころ１６の両端面１７ａ、１７ｂからころの転動軸心方向の長さＬｗ’の１２％の位置における曲率半径Ｒ６が、Ｒ３１０〜Ｒ４２０となるように設けられている。

このように構成することにより、上記したころ１１と同様に、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍よりも長く３倍未満であるころ１６は、負荷される荷重を適切に受けることができる。そうすると、様々な荷重負荷条件に対して、曲率半径の異なる第一〜第三のクラウニング１９ａ〜１９ｃで適切に荷重を受けることができる。

また、一方の端面１７ａからころ１６の外径面１８の頂点２０までのころ１６の転動軸心方向の長さをａ’とし、他方の端面１７ｂからころ１６の外径面１８の頂点２０までのころ１６の転動軸心方向の長さをｂ’とすると、その長さの差｜ａ’−ｂ’｜を、ころの転動軸心方向の長さＬｗ’の３％以下とする。こうすることにより、双方の端面１７ａ、１７ｂ側に設けられた左右のクラウニングに対し、ころ１６に負荷された荷重をほぼ均等に分配して受けることができる。したがって、ころ１６の挙動を安定させることができる。

また、この場合も同様に、第一、第二および第三のクラウニング１９ａ〜１９ｃが設けられた部分でのころ１６の真円度を、それぞれ１．５μｍ以下とすることが好ましい。さらに、一方の端面１７ａ側に設けられたクラウニングと、他方の端面１７ｂ側に設けられたクラウニングとのクラウニング量の差は、１μｍ以下とすることが好ましい。

次に、上記した構成のころを含むスラストころ軸受と、従来のころを含むスラストころ軸受との寿命試験、音響試験およびトルク試験を行った。表１および表２は、実施例１、２と比較例１〜８の構成を示す。表１において示す実施例１および比較例１〜４は、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であるころである。また、表２において示す実施例２および比較例５〜８は、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍より長く３倍未満であるころである。なお、以下の評価試験に関して、用いた軸受サイズについては、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下の場合は、内径φ４１ｍｍ×外径φ５５．６ｍｍ×幅（ころの径方向の長さ）３ｍｍとし、ころの本数を３２本とする。また、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍より長く３倍未満の場合は、内径φ４１ｍｍ×外径φ６０．４ｍｍ×幅（ころの径方向の長さ）３ｍｍとし、ころの本数を３２本とする。なお、以下の表中、「ころ長さ」とは、「ころの転動軸心方向の長さ」を示す。

次に、寿命試験の試験条件を表３に、試験結果を表４および表５に示す。なお、寿命試験の試験結果については、実施例１、２の寿命を１とした寿命比で示している。

表１〜表５を参照して、実施例１と比較例１、実施例２と比較例５とを比較すると、比較例１の寿命は、０．７１、比較例５の寿命は、０．６４であり、いずれも寿命が短くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例１、５は、実施例１、２に対して、ころの外径面の頂点の位置が、ころの転動軸心方向の中央位置からずれているため、ころの挙動が安定しない。そうすると、ころがスキューしやすくなり、ころの滑りが生じてしまう。したがって、油膜切れを引き起こし、金属接触となって接触部が発熱し、表面損傷や表面起点型の剥離が発生したためである。

実施例１と比較例２、実施例２と比較例６とを比較すると、比較例２の寿命は、０．８３、比較例６の寿命は、０．８８であり、いずれも寿命が短くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例２、６は、実施例１、２に対して、各クラウニングの真円度の値が大きい。各クラウニングの真円度の値が大きいと、ころの転動方向の回転が不安定となる。したがって、ころの挙動が安定せず、円滑に回転することができないためである。また、局部的に接触している部分が増加するため、局部的に接触面圧が高くなり、内部起点型の剥離が発生したためである。

実施例１と比較例３、実施例２と比較例７とを比較すると、比較例３の寿命は、０．３６、比較例７の寿命は、０．２９であり、いずれも寿命が短くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例３、７は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが小さく構成されている。したがって、ころの挙動が不安定となり、さらに、全体的に接触面圧が高くなり、内部起点型の剥離が発生したためである。

実施例１と比較例４、実施例２と比較例８とを比較すると、比較例４の寿命は、０．２２、比較例８の寿命は、０．１４であり、いずれも寿命が短くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例４、８は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが大きく構成されている。そうすると、全体的に接触面圧が低くなるが、エッジロードが発生する。したがって、局部的に接触面圧は高くなり、内部起点型の剥離が発生したためである。また、スキューにより、ころの滑りが発生しやすくなる。したがって、油膜切れを引き起こし、金属接触となって接触部が発熱し、表面損傷や表面起点型の剥離が発生したためである。

上記より、比較例１〜４に対して実施例１の方が寿命が長く、比較例５〜８に対して、実施例２の方が寿命が長い。

次に、音響試験の試験条件を表６に、試験結果を表７および表８に示す。また、音響試験の試験結果については、音響値は、試験回数を１０回とした場合の平均値である。

表６〜表８を参照して、実施例１と比較例１、実施例２と比較例５とを比較すると、実施例１の音響値は、６５．２ｄＢＡであるのに対して、比較例１の音響値は、７２．６ｄＢＡであり、実施例２の音響値は、６６．０ｄＢＡであるのに対して、比較例５の音響値は、７２．３ｄＢＡであり、いずれも音響値が高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例１、５は、実施例１、２に対して、ころの外径面の頂点の位置が、ころの転動軸心方向の中央位置からずれている。したがって、ころの挙動が安定しないためである。

実施例１と比較例２、実施例２と比較例６とを比較すると、比較例２の音響値は、７６．２ｄＢＡ、比較例６の音響値は、７７．４ｄＢＡであり、いずれも音響値が高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例２、６は、実施例１、２に対して、各クラウニングの真円度の値が大きい。各クラウニングの真円度の値が大きいと、ころの転動方向の回転が不安定となる。したがって、ころの挙動が安定せず、円滑に回転することができないためである。

実施例１と比較例３、実施例２と比較例７とを比較すると、比較例３の音響値は、７１．９ｄＢＡ、比較例７の音響値は、７１．０ｄＢＡであり、いずれも音響値が高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例３、７は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが小さく構成されている。したがって、ころの挙動が不安定であるためである。

実施例１と比較例４、実施例２と比較例８とを比較すると、比較例４の音響値は、６５．３ｄＢＡ、比較例８の音響値は、６６．０ｄＢＡであり、いずれも実施例１、２と同程度である。これには、以下の理由が考えられる。比較例４、８は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが大きく構成されている。したがって、ころの挙動が安定しているためである。

上記より、比較例１〜３に対して、実施例１の音響値の方が低く、比較例５〜７に対して、実施例２の音響値の方が低い。

次に、トルク試験の試験条件を表９に、試験結果を表１０および表１１に示す。また、トルク試験の試験結果については、実施例１、２の回転トルクを１とした回転トルク比で示している。また、比較例９として、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であって、部分クラウニングが設けられた部分クラウニングころ、比較例１０として、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍より長く３倍未満であって、部分クラウニングが設けられた部分クラウニングころを示している。

表９〜表１１を参照して、実施例１と比較例１、実施例２と比較例５とを比較すると、比較例１の回転トルクは、１．４、比較例５の回転トルクは、１．４であり、いずれもトルクが高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例１、５は、実施例１、２に対して、ころの外径面の頂点の位置が、ころの転動軸心方向の中央位置からずれているため、ころの挙動が安定しない。したがって、ころがスキューしやすくなり、ころの滑りが生じてしまうためである。

実施例１と比較例２、実施例２と比較例６とを比較すると、比較例２の回転トルクは、１．０、比較例６の回転トルクは、１．０であり、いずれも実施例１、２と同程度である。これには、以下の理由が考えられる。比較例２、６は、実施例１、２に対して、各クラウニングの真円度が大きい。各クラウニングの真円度が大きいと、ころの挙動は安定しないが、ころの転動方向の回転が不安定となるだけで、ころの滑りが生じることはないためである。

実施例１と比較例３、実施例２と比較例７とを比較すると、比較例３の回転トルクは、１．１、比較例７の回転トルクは、１．１となり、いずれもトルクが高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例３、７は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが小さく構成されている。したがって、ころの挙動が不安定となり、さらに、全体的に接触面圧が高くなり、弾性ヒステリシス損失が大きくなるためである。

実施例１と比較例４、実施例２と比較例８とを比較すると、比較例４の回転トルクは、１．７、比較例８の回転トルクは、１．９となり、いずれもトルクが高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例４、８は、実施例１、２に対して、各クラウニングＲが大きく構成されている。したがって、ころのスキューにより、ころの滑りが発生しやすくなり、ころの滑りおよびころの滑りによる転がり粘性抵抗が大きくなるためである。

実施例１と比較例９、実施例２と比較例１０とを比較すると、比較例９は、２．５、比較例１０は、３．２となり、いずれもトルクが高くなっている。これには、以下の理由が考えられる。比較例９、１０は、実施例１、２と比べて、有効接触長さが長い。したがって、スキューしやすく、ころの滑りが大きいためである。また、ころの挙動の安定度に関わらず、転がり粘性抵抗が高いためである。

上記より、比較例１、３、４、９に対して実施例１の方がトルクが低く、比較例５、７、８、１０に対して、実施例２の方がトルクが低い。

また、ころの表面に微小の凹形状のくぼみを設けることにより、耐摩耗性等を向上させることができる。微小の凹形状のくぼみは、バレル処理等の表面処理によって設けることができる。バレル処理とは、表面処理を行うころと、メディアとをバレルに投入し、バレルを回転させることにより行う表面処理をいう。バレル処理条件、すなわち、バレルの回転数や回転時間、投入するメディアの粒度や量等によって、表面処理状態が異なる。バレル処理による表面処理によって、ころの表面粗さは変化するが、バレル処理条件を特殊な条件とすることにより、後述するくぼみの平均面積等を、規定の範囲内とすることができる。

なお、表面粗さパラメータＲｙｎｉ、Ｒｙｍａｘ、Ｓｋ、Ｒｑｎｉの算出方法は、以下の通りである。ここで、表面粗さパラメータＲｙｎｉとは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。

パラメータ算出規格 ：ＪＩＳ Ｂ０６０１：１９９４（サーフコム ＪＩＳ１９９４）
カットオフ種別 ：ガウシアン
測定長さ ：５λ
カットオフ波長 ：０．２５ｍｍ
測定倍率 ：×１００００
測定速度 ：０．３０ｍｍ／ｓ
測定装置 ：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密社製）
また、バレル処理による表面処理によって設けられた微小の凹形状のくぼみの面積率、平均面積の定量的測定については、以下の方法で行った。

まず、ころの表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化する。ここで、特開２００１−１８３１２４号公報に開示されている表面性状検査方法および表面性状検査装置を用いれば、精度よく測定することができる。なお、画像の白い部分は表面平坦部、黒い部分は微小の凹形状のくぼみとして解析する。

評価方法は、以下の通りである。

面積率 ：観察視野範囲で２値化しきい値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積 ：黒の面積の合計／総数
観察視野 ：８２６μｍ×６２０μｍ（ころの場合、ころの直径が４未満は、４１３μｍ×３１０μｍが望ましい）
ここで、表面処理を施していないころ、従来の表面処理を施したころ、表面処理条件を変更したころの表面形状を測定した。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、ころの表面の粗さ曲線を表す図であり、ころに対して表面処理を行わなかった場合（図３（Ａ））、従来の表面処理を行った場合（図３（Ｂ））、処理条件を変更して表面処理を行った場合（図３（Ｃ））を示す。また、表１２は、比較例１１として、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であって、上記したフルクラウニングを施し、表面処理を行わなかったころ、比較例１２として、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であって、上記したフルクラウニングを施し、従来の表面処理を行ったころ、実施例３として、ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であって、上記したフルクラウニングを施し、処理条件を変更して表面処理を行ったころのくぼみの平均面積等を算出した表である。

油膜パラメータΛ ：０．１０
図４は、比較例１１、１２および実施例３に示すころを含むスラストころ軸受の寿命結果を示すグラフである。図４において、縦軸は、寿命（時間）を示す。図４を参照して、比較例１１の寿命が２５７時間、比較例１２の寿命が２７８時間であるのに対し、実施例３の寿命は３７５時間と、大幅に寿命が長くなっている。

したがって、ＰＡＧオイルを含む潤滑剤で、油膜パラメータΛが０．１０という過酷な潤滑条件にも関わらず、実施例３に示すころを含むスラストころ軸受は、耐摩耗性が良好である。

また、このようなスラストころ軸受について、金属接触率を測定するピーリング試験を行った。図５は、金属接触率を測定する際に使用した２円筒試験機５１の概略図である。図５を参照して、駆動側円筒５２と従動側円筒５３は、各々の回転軸の片端に取り付けられ、２本の回転軸５４、５５はそれぞれプーリ５６、５７を介して別々のモータで駆動できるようになっている。駆動側円筒５２側の回転軸５４をモータで駆動し、従動側円筒５３は駆動側円筒５２に従動させる自由転がりにした。従動側円筒５３は、表面処理に関して、比較例１３と実施例４の２種類を用意した。

また、詳細な試験条件については、表１３に示す。

このような条件で行った金属接触率の試験結果を図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）は、比較例１３における金属接触率と経過時間を表す図である。図６（Ｂ）は、実施例４における金属接触率と経過時間を表す図である。なお、縦方向、横方向の目盛は、図６（Ａ）および図６（Ｂ）中に示す。図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、実施例４中の黒色で表示されている部分、すなわち、金属接触している部分は、比較例１３に比べて、少なくなっている。具体的には、比較例１３に比べて、実施例４は、油膜形成率（＝１００％−金属接触率）が、運転開始時で１０％程度、試験終了時（２時間経過後）で２％程度、向上している。

このような実施例４に示すころを含むスラストころ軸受は、比較例１３に示すころを含むスラストころ軸受と比較して、油膜形成能力に優れ、金属接触による偏摩耗等を引き起こすことは少なく、適切に相手面との間に油膜を形成することができる。

以上より、外径面に上記した第一〜第三のクラウニングが設けられ、その表面に微小の凹形状のくぼみが設けられ、くぼみの平均面積等が上記した範囲内にあるころは、適切に油膜を形成することができ、かつ、適切に荷重を受けることができる。したがって、寿命や静粛性の向上、トルクの軽減等を図って、軸受機能を向上させることができる。

なお、上記したころは、浸炭窒化処理を行うことにより、長寿命等を実現することができる。ころを８４０℃で２〜３時間浸炭窒化処理し、２３０℃で焼戻した後、上記したようにころにフルクラウニングを設ける。こうすることにより、ころの表層（表面から０．０５ｍｍまで）における残留オーステナイト量を、全体の１５％〜３５％とすることができる。したがって、強度や靭性等を向上させることができ、長寿命を実現して、さらに軸受機能を向上させることができる。

なお、スラストころ軸受に含まれ、上記したころを保持する保持器については、様々な構成のものが適用される。

図７は、上記した構成のころおよび保持器を含み、この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受を軸方向から見た図である。図８は、図７に示すスラストころ軸受を、図７中の線ＶＩＩＩ−Ｏ−ＶＩＩＩで切断した場合の断面図である。図９は、図７においてＩＸで示す部分の拡大図である。図１０は、図８において、Ｘで示す部分の拡大図である。

図７〜図１０を参照して、スラストころ軸受３１は、複数のころ４１と、複数のころ４１を保持する保持器２１とを備える。ころ４１は、上記した構成、すなわち、外径面に第一、第二および第三のクラウニングを含むフルクラウニングが設けられている。また、その表面には微小の凹形状のくぼみが設けられており、ころ４１のくぼみの平均面積等は、上述の通りである。ころ４１の端面４２は、Ａ端面、すなわち、径方向の中央部が、転動軸心方向に膨出しており、その断面が単一の曲率で構成されている端面である。なお、図７〜図１０において、理解の容易の観点から、ころ４１に設けられた微小の凹形状のくぼみおよびころ４１のフルクラウニング形状は、図示していない。

保持器２１は、円板状の部材から構成されており、一対の環状部２３ａ、２３ｂと、ころ４１を保持するためのポケット２２を形成するように、一対の環状部２３ａ、２３ｂを連結する複数の柱部２４とを備える。ポケット２２は、回転軸を中心として、放射状に複数設けられている。各ポケット２２には、ころ４１の脱落を防止するためのころ止め部２５が設けられている。ポケット２２には、ころ４１の移動を許容する遊びが設けられている。ころ４１は、ポケット２２内において、許容範囲内で回転軸方向、径方向、周方向に動くことができ、ころ４１の動くことができる遊隙量は、ころ止め部２５等によって定められる。

複数の柱部２４の径方向の中央部は、回転軸方向に折り返すようにして折り曲げられている。また、保持器２１の外周側および内周側の鍔部２６ａ、２６ｂについても、回転軸方向に折り返すようにして折り曲げられている。鍔部２６ａ、２６ｂおよび柱部２４の断面は、略Ｗ字状である（図８参照）。ポケット２２の外周側の壁面２７ａには、上記したように回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部２６ａが位置している。すなわち、回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部２６ａは、ポケット２２の外周側の壁面２７ａを形成している。

このような構成のスラストころ軸受は、ころ４１の外周側の端面４２とポケット２２の外周側の壁面２７ａが接触する際に、接触面圧Ｐとすべり速度Ｖとを乗じた値であるＰＶ値を低減することができるため、さらに軸受機能を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態においては、バレル処理による表面処理により、ころに微小の凹形状のくぼみを設けたが、これに限らず、ショット、または液体ホーニング処理等の表面処理により、微小の凹形状のくぼみを設け、ころのくぼみの平均面積を上記した範囲内の値にしてもよい。

また、ころの端面は、曲率の異なる複数の曲面から構成されるＡＲ端面、断面が略Ｒ形状であるＲ端面であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、スラストころ軸受に適用した場合について説明したが、これに限らず、ラジアルころ軸受についても適用される。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るころおよびスラストころ軸受は、軸受機能が向上されるため、高速回転、希薄潤滑環境等、過酷な使用条件下において長寿命等が要求されるカーエアコン用コンプレッサやオートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション及びハイブリッド自動車等に、有効に利用される。

ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍以下であるころを、ころの転動軸心を含む平面で切断した場合のころの一部を示す断面図である。 ころの転動軸心方向の長さがころの径方向の長さの２倍より長く３倍未満のころを、ころの転動軸心を含む平面で切断した場合のころの一部を示す断面図である。 ころの表面の粗さ曲線を表す図であり、（Ａ）表面処理なしのころ、（Ｂ）従来の表面処理を施したころ、（Ｃ）条件を変更した表面処理を施したころを示す。 図３に示すころを含むスラストころ軸受の寿命結果を示すグラフである。 金属接触率を測定する２円筒試験機を表す概略図である。 図５に示す試験機で測定した金属接触率を表す図であり、（Ａ）従来の表面処理、（Ｂ）条件を変更した表面処理を施したものである。 この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受を軸方向から見た図である。 図７に示すスラストころ軸受を、図７中の線ＶＩＩＩ−Ｏ−ＶＩＩＩで切断した場合の断面図である。 図７に示すスラストころ軸受のうち、図７中のＩＸで示す部分の拡大図である。 図８に示すスラストころ軸受のうち、図８中のＸで示す部分の拡大図である。

符号の説明

１１，１６，４１ ころ、１２ａ，１２ｂ，１７ａ，１７ｂ，４２ 端面、１３，１８ 外径面、１４ａ，１９ａ 第一のクラウニング、１４ｂ，１９ｂ 第二のクラウニング、１４ｃ，１９ｃ 第三のクラウニング、１５，２０ 頂点、２１ 保持器、２２ ポケット、２３ａ，２３ｂ 環状部、２４ 柱部、２５ ころ止め部、２６ａ，２６ｂ 鍔部、２７ａ，２７ｂ 壁面、３１ スラストころ軸受、５１ ２円筒試験機、５２ 駆動側円筒、５３ 従動側円筒、５４，５５ 回転軸、５６，５７ プーリ。

Claims (5)

1. 外径面にフルクラウニングが設けられたころであって、
   前記ころの表面には、微小の凹形状のくぼみが設けられており、
   前記くぼみが設けられた表面のくぼみの平均面積は、３０〜１００μｍ^２の範囲内であり、
   前記フルクラウニングは、前記ころの転動軸心方向の中央に設けられる第一のクラウニングと、前記第一のクラウニングに連なるように前記第一のクラウニングの両端面側に設けられる第二のクラウニングと、前記第二のクラウニングに連なるように前記第二のクラウニングの両端面側に設けられる第三のクラウニングとを含み、
   前記ころの転動軸心方向の長さが前記ころの径方向の長さの２倍以下である場合には、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの３２％の位置における前記第一のクラウニングの曲率半径Ｒ１は、Ｒ５５１〜Ｒ１０００であり、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの２３％の位置における前記第二のクラウニングの曲率半径Ｒ２は、Ｒ３２１〜Ｒ５５０であり、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの１５％の位置における前記第三のクラウニングの曲率半径Ｒ３は、Ｒ２００〜Ｒ３２０であり、
   前記ころの転動軸心方向の長さが前記ころの径方向の長さの２倍よりも長く３倍未満である場合には、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの２２％の位置における前記第一のクラウニングの曲率半径Ｒ４は、Ｒ５６１〜Ｒ６７０であり、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの１６％の位置における前記第二のクラウニングの曲率半径Ｒ５は、Ｒ４２１〜Ｒ５６０であり、前記ころの両端面から前記ころの転動軸心方向の長さの１２％の位置における前記第三のクラウニングの曲率半径Ｒ６は、Ｒ３１０〜Ｒ４２０である、ころ。
2. 前記くぼみが設けられた表面の表面粗さパラメータＲｙｍａｘ（基準長毎最大高さの最大値）は、０．４〜１．０μｍの範囲内である、請求項１に記載のころ。
3. 前記くぼみが設けられた表面の表面粗さを、表面粗さパラメータＲｑｎｉ（自乗平均平方根粗さ）で表した場合に、
   前記ころの転動軸心方向の表面粗さパラメータＲｑｎｉ（Ｌ）と前記ころの周方向の表面粗さパラメータＲｑｎｉ（Ｃ）との比であるＲｑｎｉ（Ｌ）／Ｒｑｎｉ（Ｃ）は、１．０以下である、請求項１または２に記載のころ。
4. 浸炭窒化処理が施されている、請求項１〜３のいずれかに記載のころ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のころを備え、スラスト荷重を支持する、スラストころ軸受。

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