JP2019157978A - 転動装置、転がり軸受およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズや形状によらず、転動部の油膜形成性が悪い状態で使用されても長寿命を実現できる転動装置、転がり軸受およびそれらの製造方法を提供する。【解決手段】転がり軸受１は、第１の転動部品である外輪１１および内輪１２と、第２の転動部品としての玉１３とを備える。玉１３は、外輪１１および内輪１２に接触する。第１の転動部品としての外輪１１および内輪１２の転動部の表面は等方性の凹凸が形成された表面部分を含む。表面部分上には鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１１Ｂ、１２Ｂが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、転動装置、転がり軸受およびそれらの製造方法に関し、特に、第１および第２の転動部品を備えた転動装置、転がり軸受およびそれらの製造方法に関するものである。

転がり軸受などの転動装置は、転動部の潤滑状態が悪いために転動部の油膜形成が不十分になる環境で使用されると、油膜形成不足に起因した表面損傷（ピーリングなど）が発生する。論文「ころ軸受の疲れ寿命に及ぼす潤滑の影響」（非特許文献１）には、転がり軸受に関して転動部の潤滑状態を表す指標である油膜パラメータΛが１．２以下となる条件では、転がり軸受の寿命は推定計算寿命より短くなることが記載されている。

上記の表面損傷は、たとえば外輪軌道面または内輪軌道面の表面粗さにおける突起と転動体の表面粗さにおける突起とが接触する突起接触部での応力集中が原因である。このような応力集中を抑制する方法としては「突起接触部での応力の緩和」、または「転動部の油膜形成力の向上」が効果的である。

これら２つを同時に成し得る方法として最も一般的なものは、超仕上げ等の機械加工によって転動部の表面粗さを十分に小さくすることである。しかし、転動部の形状や部品の寸法によっては、上記のような機械加工によっても十分に表面粗さを小さくできない場合がある。

これに対して、特開２０１６−１９６９５８号公報（特許文献１）には、運転中に転動部の表面粗さの突起が小さく、なめらかな形状に変化する現象（なじみ）を促進させることで、突起接触部の応力を緩和させ、転動部の表面損傷を抑制する転動装置が記載されている。この特開２０１６−１９６９５８号公報（特許文献１）では、転動部の表面粗さの突起のなじみを促進する方法として、黒染処理が用いられている。

また、特許第２９９７０７４号公報（特許文献２）には、針状ころ軸受の転動体または軌道輪の転動部に特定の表面粗さのパラメータの規格を達成するように微小なくぼみを形成することが開示されている。このような構成を採用することで、特許第２９９７０７４号公報（特許文献２）では、転動部での油膜形成能力を向上させて表面損傷を抑制できるとしている。

特開２０１６−１９６９５８号公報 特許第２９９７０７４号公報

高田浩年、鈴木進、前田悦生、「ころ軸受の疲れ寿命に及ぼす潤滑の影響」、NSK Bearing Journal No.642、ｐ．７−１３

特開２０１６−１９６９５８号公報（特許文献１）に記載された方法では、黒染処理によって転動部に形成された酸化鉄被膜が脱離してしまうと、それ以降の運転期間中に再度突起のなじみが起こる事は期待できない。つまり、一度はなじみの促進によって転動部の表面粗さが改善されるが、たとえば転動部への異物の侵入とその咬み込み等、なんらかの原因により転動部の表面粗さが再度悪化した場合は、転動装置を長寿命化できない可能性が高い。

特許第２９９７０７４号公報（特許文献２）に記載された方法は、特殊なバレル研磨によって転動部に微小なくぼみを形成するが、処理部材のサイズが大きすぎると、バレル研磨時に処理部材同士の接触による打ち傷が発生する恐れがある。また、処理部材の形状によってはバレル研磨によって転動部に微小なくぼみを形成できない場合がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイズや形状によらず、転動部の油膜形成性が悪い状態で使用されても長寿命を実現できる転動装置、転がり軸受およびそれらの製造方法を提供することである。

本開示に従った転動装置は、第１の転動部品と、第２の転動部品とを備える。第２の転動部品は、第１の転動部品に接触する。第１の転動部品の転動部の表面は等方性の凹凸が形成された表面部分を含む。さらに、その表面部分上には鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜が形成されている。

本開示に従った転がり軸受は、上記転動装置により構成される転がり軸受であって、外輪と内輪と複数の転動体とを備える。外輪は内周面に外輪軌道面を有する。内輪は外周面に内輪軌道面を有する。複数の転動体は外輪軌道面と内輪軌道面との間で転動する。外輪および内輪は第１の転動部品からなり、転動体は第２の転動部品からなる。

本開示に従った転がり軸受は、上記転動装置により構成される転がり軸受であって、外輪と内輪と複数の転動体とを備える。外輪は内周面に外輪軌道面を有する。内輪は外周面に内輪軌道面を有する。複数の転動体は外輪軌道面と内輪軌道面との間で転動する。外輪および内輪は第２の転動部品からなり、転動体は第１の転動部品からなる。

本開示に従った転動装置の製造方法は、第１の転動部品および第２の転動部品を準備する工程と、第１の転動部品の転動部に接触するように第２の転動部品を配置する工程とを備える。第１の転動部品および第２の転動部品を準備する工程は、等方性の凹凸を形成する工程と、複合被膜を形成する工程とを含む。等方性の凹凸を形成する工程では、第１の転動部品の転動部の表面に等方性の凹凸を形成する。複合被膜を形成する工程では、第１の転動部品の転動部の表面において等方性の凹凸が形成された表面部分上に、鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜を形成する。

本開示に従った転がり軸受の製造方法は、上記転動装置の製造方法を用いた転がり軸受の製造方法であって、第１の転動部品が、転がり軸受の内輪および外輪と、転がり軸受の複数の転動体とのいずれか一方である。また、第２の転動部品が、内輪および外輪と、複数の転動体とのいずれか他方である。

本開示によれば、サイズや形状によらず、転動部の油膜形成性が悪い状態で使用されても長寿命を実現できる転動装置および転がり軸受が得られる。

本発明の実施の形態１における深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。 図１のＰ部の構成を示す拡大図である。 図２の点線で示した領域ＩＩＩの拡大断面模式図である。 図１に示した深溝玉軸受の製造方法を示すフローチャートである。 図４の部品準備工程を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における図２に対応する深溝玉軸受の構成を示す概略拡大断面図である。 実施例における二円筒試験機の構成を示す概略図である。 比較例の試料の従動側試験片の転動部の試験前における表面形状である。 実施例の試料の従動側試験片の転動部の試験前における表面形状である。 三次元粗さパラメータの測定方法を説明するためのフローチャートである。 各試料の駆動側試験片の転動部の平均突起先端曲率の変化を示すグラフである。 各試料の駆動側試験片の転動部の突起頂点高さの標準偏差の変化を示すグラフである。 実施例の試料の従動側試験片の転動部の試験前における表面形状である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
＜転動装置（転がり軸受）の構成＞
まず、本発明の実施の形態の転動装置の一例としての転がり軸受の構成について説明する。本実施の形態では、転がり軸受の一例として深溝玉軸受について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１は内周面に外輪軌道面１１Ａを有している。内輪１２は外周面に内輪軌道面１２Ａを有している。つまり、外輪１１の内周面には外輪軌道面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪軌道面１２Ａが形成されている。そして、外輪軌道面１１Ａと内輪軌道面１２Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。

さらに、複数の玉１３は外輪軌道面１１Ａと内輪軌道面１２Ａとの間で転動するように構成されている。複数の玉１３は、外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａに玉転動面１３Ａにおいて接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、玉１３においては、その表面全体が玉転動面１３Ａである。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

外輪１１および内輪１２に挟まれる空間、より具体的には外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａに挟まれる空間である軌道空間には、図示しないグリース組成物が封入されている。このグリース組成物により外輪１１および内輪１２の各々と玉１３との間に油膜が形成されている。

図２を参照して、深溝玉軸受１を構成する転動部品としての外輪１１、内輪１２および玉１３について説明する。第１の転動部材としての外輪１１および内輪１２の各々に第２の転動部材としての玉１３は接触している。外輪１１、内輪１２および玉１３のいずれもＪＩＳ規格のＪＩＳ Ｇ ４８０５:２００８に規定されている高炭素クロム軸受鋼からなっている。外輪１１、内輪１２および玉１３の各々は焼入れ処理された後に焼き戻し処理されている。

外輪１１および内輪１２の転動部の表面は焼き戻し処理された後に、後述するように等方性の凹凸が形成された後、化成処理されている。化成処理によって、外輪１１および内輪１２の転動部の表面に鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１１Ｂ、１２Ｂが形成されている。鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１１Ｂ、１２Ｂは、外輪１１および内輪１２の転動部の表面の少なくとも一部に形成されている。鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１１Ｂ、１２Ｂは、外輪１１および内輪１２の転動部の表面の全てに形成されていることが好ましい。

外輪１１の転動部は外輪軌道面１１Ａを含む領域であって、外輪１１の転動部の表面が外輪軌道面１１Ａを構成している。そして、外輪１１の転動部の表面に等方性の凹凸が形成されている。図３に示すように、当該等方性の凹凸上に複合被膜１１Ｂが形成されている。なお図３は、図２において点線四角枠で囲まれた外輪１１の外輪軌道面１１Ａの一部を含む領域ＩＩＩの拡大断面模式図である。内輪１２の転動部は内輪軌道面１２Ａを含む領域であって、内輪１２の転動部の表面が内輪軌道面１２Ａを構成している。そして、内輪１２の転動部の表面に等方性の凹凸が形成されている。当該等方性の凹凸上に複合被膜１２Ｂが形成されている。玉１３の転動部は玉転動面１３Ａを含む領域であって、玉１３の転動部の表面が玉転動面１３Ａを構成している。

ここで、等方性の凹凸が形成された領域とは、図３に示すようにほぼ同等の大きさの凸部２０が分散するように形成された領域を意味する。等方性の凹凸が形成された領域では、第１の方向において測定した第１の算術平均粗さＲａ１と、当該第１の方向と直交する第２の方向において測定した第２の算術平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が０．５以上２以下である。なお、算術平均粗さＲａ１，Ｒａ２の測定は、ＪＩＳ規格Ｂ０６３３ ２００１に従って行うことができる。

また、等方性の凹凸が形成された領域では、表面性状のアスペクト比Ｓｔｒが０．５以上となっている。なお、ＳｔｒはＩＳＯ２５１７８−２で定義されている面粗さパラメータであり、自己相関関数が最も早く特定の値へ減衰する方向の水平距離を、自己相関関数が最も遅く減衰する方向の水平距離で除したものである。

さらに、等方性の凹凸が形成された領域では、表面性状の高さ分布の対象性を表すパラメータであるＳｓｑが０以上となっている。なお、ＳｓｑもＩＳＯ２５１７８−２で定義されている面粗さパラメータである。

外輪１１および内輪１２の転動部の表面に対する加工方法については後述する。玉１３の転動部の表面は、回転砥石を用いた研削または研磨加工により仕上げられている。

外輪１１と玉１３のそれぞれとの間の領域、および内輪１２と玉１３のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータΛの値が１．２以下となっている。油膜パラメータΛは、油膜厚さ（弾性流体潤滑理論で求められる、これらの領域に形成される最小油膜厚さ）と表面粗さ（相対する２面の二乗平均平方根粗さの二乗和の平方根）との比である。

＜作用効果＞
本開示に従った転動装置としての転がり軸受１は、第１の転動部品である外輪１１および内輪１２と、第２の転動部品としての玉１３とを備える。玉１３は、外輪１１および内輪１２に接触する。第１の転動部品としての外輪１１および内輪１２の転動部の表面は等方性の凹凸が形成された表面部分を含む。表面部分上には鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１１Ｂ、１２Ｂが形成されている。

上記転動装置としての転がり軸受１において、等方性の凹凸が形成された表面部分（外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａ）では、たとえば軸受の回転軸方向である第１の方向において測定した第１の算術平均粗さＲａ１と、当該第１の方向と直交する第２の方向において測定した第２の算術平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が０．５以上２以下である。また、この等方性の凹凸が形成された表面部分では、表面性状のアスペクト比Ｓｔｒが０．５以上となっている。さらに、この等方性の凹凸が形成された表面部分では、表面性状の高さ分布の対象性を表すパラメータであるＳｓｑが０以上となっている。

このような第１の転動部品（外輪１１および内輪１２）と第２の転動部品（玉１３）の組み合わせにすることで、玉１３の転動部に存在する表面粗さの突起は、外輪１１および内輪１２の外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａに形成された等方性の凹凸との接触によって軽微な摩耗および塑性変形を起こし、その形状が滑らかになる。その結果、突起の先端曲率や頂点の高さのばらつきが小さくなる。なお、このような現象を本明細書においては突起のなじみと表現する。一般的に、２面の接触では表面粗さの突起の先端曲率や頂点の高さのばらつきが小さくなるほど、突起接触部での接触状態が弾性的になる。これは突起接触部の疲労の進行や摩耗量の低減に繋がる。したがって、玉１３の転動部の突起先端曲率や頂点の高さのばらつきをなじみによって小さくすることで、外輪１１、内輪１２および玉１３の転動部の表面損傷を抑制することができる。これにより、外輪１１、内輪１２または玉１３の転動部の表面損傷による転動装置全体の寿命低下を抑制できる。

本開示に従った転がり軸受１は、上記転動装置により構成される転がり軸受であって、外輪１１と内輪１２と複数の転動体としての玉１３とを備える。外輪１１は内周面に外輪軌道面１１Ａを有する。内輪１２は外周面に内輪軌道面１２Ａを有する。複数の玉１３は外輪軌道面１１Ａと内輪軌道面１２Ａとの間で転動する。外輪１１および内輪１２は第１の転動部品からなり、玉１３は第２の転動部品からなる。

この場合、転動体としての玉１３の表面に存在する表面粗さの突起は、外輪１１および内輪１２の転動部である外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａに形成された等方性の凹凸との接触によって軽微な摩耗および塑性変形を起こし、その形状が滑らかになる。そのため、玉１３の表面における表面粗さの突起の先端曲率や頂点の高さのばらつきが小さくなる。この結果、外輪１１、内輪１２および玉１３における表面損傷を抑制することができる。したがって、潤滑不良によって外輪１１および内輪１２の各々と玉１３との間の油膜形成性が悪くなる条件で転がり軸受１が使用されても、外輪軌道面１１Ａ、内輪軌道面１２Ａおよび玉１３の転動部での表面損傷を抑制することができる。これにより、転がり軸受の一例である深溝玉軸受１の長寿命を実現することができる。

上記深溝玉軸受１において、外輪１１と複数の玉１３のそれぞれとの間の領域、および内輪１２と複数の玉１３のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータの値が１．２以下である。

ここで、上記の突起のなじみという現象は、転動部品の油膜形成性が良好でない条件である油膜パラメータΛが１．２以下の条件において特に進行しやすい。また油膜パラメータΛが１．２以下の条件においては、第１の転動部品としての外輪１１および内輪１２の突起による接触によって第２の転動部品としての玉１３の表面損傷による寿命低下が起こりやすい。このため油膜パラメータΛが１．２以下の条件であることにより、本来であれば寿命低下が起こりやすい条件において、外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａの微小な突起と玉１３の突起との接触による転動部の表面の損傷を抑制する効果を発揮することができる。したがって、転がり軸受１の長寿命を実現することができる。

＜転動装置（転がり軸受）の製造方法＞
図１〜図３に示した深溝玉軸受の製造方法は、図４に示すように部品準備工程（Ｓ１０）と組立工程（Ｓ２０）とを主に備える。部品準備工程（Ｓ１０）では、第１の転動部品としての外輪１１および内輪１２と、第２の転動部品としての複数の玉１３と、保持器１４とを準備する。組立工程（Ｓ２０）では、外輪１１の外輪軌道面１１Ａおよび内輪１２の内輪軌道面１２Ａに接触するように複数の玉１３を配置する。このとき、複数の玉１３は保持器１４に保持されている。

部品準備工程（Ｓ１０）は、図５に示す第１の転動部品の製造工程を含む。図５に示す第１の転動部品の製造工程は、外輪１１または内輪１２の製造工程に対応する。

図５に示す第１の転動部品の製造工程では、まず素材準備工程（Ｓ１１）を実施する。この工程（Ｓ１１）では、第１の転動部品となるべき素材を準備する。当該素材は必要な硬度や組織を得るべく焼入れ処理や焼き戻し処理などの熱処理が施されていることが好ましい。

次に、等方性の凹凸を形成する工程（Ｓ１２）を実施する。この工程Ｓ（１２）では、まず第１化成処理工程（Ｓ１２１）を実施する。工程（Ｓ１２１）では、化成処理のために用意された処理剤を素材の表面に付着させて化成処理を実施する。なお、化成処理とは処理のために用意された処理剤中に被処理部材を浸漬する、もしくは処理剤を被処理部材に塗布することで被処理部材の表面に化学反応による被膜が形成される処理のことである。当該化成処理の結果、素材の表面に被膜（化成処理被膜）が形成される。また、被膜の下地である素材の表面には、優先的にエッチングされた部分が分散配置されることで等方性の凹凸が形成される。処理剤を素材の表面に付着させる方法は、任意の方法を用いることができる。たとえば、処理槽中に保持された処理剤に素材を浸漬する、あるいは素材の表面に処理剤を塗布する、といった方法を用いることができる。

次に、被膜除去工程（Ｓ１２２）を実施する。この工程Ｓ（１２２）では、上記第１化成処理工程Ｓ（１２１）において形成された被膜を除去する。工程（Ｓ１２２）では、被膜を除去するための処理剤を被膜に付着させる。当該処理剤を被膜を付着させる方法は任意の方法を採用できる。たとえば、処理槽中に保持された処理剤に被膜が形成された素材を浸漬する、あるいは被膜が形成された素材の表面に処理剤を塗布する、といった方法を用いることができる。この結果、素材において等方的な凹凸が形成された表面が露出する。

次に、複合被膜形成工程（Ｓ１３）を実施する。この工程（Ｓ１３）では、上記のように等方的な凹凸が形成された素材の表面上に複合被膜を形成する。複合被膜は鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜である。複合被膜を形成する方法としては任意の方法を用いることができるが、たとえば化成処理により複合被膜を形成してもよい。この場合、代表的には黒染処理を用いることができる。

次に、後処理工程（Ｓ１４）を実施する。この工程（Ｓ１４）では、たとえば洗浄処理や組立工程の準備のための機械加工などが実施される。このようにして、第１の転動部品が得られる。また、第２の転動部品としての玉１３や保持器１４については、従来周知の製造工程を実施することにより準備することができる。

＜作用効果＞
本開示に従った転動装置の製造方法は、第１の転動部品（外輪１１、内輪１２）および第２の転動部品（複数の玉１３）を準備する工程である部品準備工程（Ｓ１０）と、第１の転動部品の転動部に接触するように第２の転動部品を配置する工程である組立工程（Ｓ２０）とを備える。工程（Ｓ１０）は、等方性の凹凸を形成する工程（Ｓ１２）と、複合被膜を形成する工程である被膜形成工程（Ｓ１３）とを含む。等方性の凹凸を形成する工程（Ｓ１２）では、第１化成処理工程（Ｓ１２１）により第１の転動部品としての外輪１１、内輪１２の転動部の表面、つまり外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａに等方性の凹凸を形成する。被膜形成工程（Ｓ１３）では、第１の転動部品としての外輪１１、内輪１２の外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａにおいて等方性の凹凸が形成された表面部分上に、鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜を形成する。

このようにすれば、図１〜図３に示した転動装置としての深溝玉軸受１を得ることができる。また、上記のように等方性の凹凸が形成された後、当該凹凸が形成された表面部分上に鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜を形成するので、凹凸が形成された表面部分における凸部の突起のなじみを促進できる。このため、転動装置における表面損傷を抑制し、当該転動装置の長寿命化を図ることができる。

上記転動装置の製造方法において、等方性の凹凸を形成する工程（Ｓ１２）は、第１の転動部品の転動部となるべき部分に化成処理により被膜を形成する工程である第１化成処理工程（Ｓ１２１）と、当該被膜を除去する工程である被膜除去工程（Ｓ１２２）とを含む。上記被膜除去工程（Ｓ１２２）では、上記第１化成処理工程（Ｓ１２１）によって形成された被膜を除去するために用意した処理剤に、被処理部材としての素材を浸漬することが望ましい。このようにすることで、処理剤を保持する処理槽内に素材が収まりさえすれば当該素材のサイズや形状によらず素材の表面に等方性の凹凸を形成することができる。また、バレル研磨のように処理時に素材の表面に打ち傷が発生する危険性も低い。

上記転動装置の製造方法において、複合被膜形成工程（Ｓ１３）では、化成処理により複合被膜１１Ｂ、１２Ｂを形成する。複合被膜１１Ｂ、１２Ｂを形成するために実施する化成処理は、表面調整工程を含まないことが望ましい。そのような化成処理の代表例としては、たとえば黒染処理が挙げられる。黒染処理の場合は、エッチングプロセスにおいて被処理部材としての素材の表面の突起部から優先的に溶出が起こると考えられる。そのため、エッチングプロセス後の表面形状ではエッチング前の表面形状よりも突起部が小さく、なめらかになる。その後、突起が小さくなめらかになった表面形状に沿って、反応過程で析出した難溶性の被膜が堆積する。このため、上記の複合被膜１１Ｂ、１２Ｂをコーティング、塗布等の方法で形成する場合よりも、転動中のなじみを安定して発生させることができる。

言い換えれば、複合被膜形成工程（Ｓ１３）において化成処理によって複合被膜１１Ｂ，１２Ｂを形成した場合、複合被膜１１Ｂ，１２Ｂを形成する化成処理時に既に素材の表面の突起形状が改善されているため、転動中に複合被膜１１Ｂ、１２Ｂが剥がれたとしても転動部の突起先端曲率や頂点の高さのばらつきは小さくなる。また、化成処理では、前述の通り素材のサイズや形状によらず複合被膜１１Ｂ，１２Ｂの形成を行うことができ、処理時の打ち傷の発生リスクが小さい。

図１〜図３に示した転がり軸受の一例の深溝玉軸受１の製造方法は、上記転動装置の製造方法を用いた深溝玉軸受の製造方法であって、第１の転動部品が、内輪１２および外輪１１と、複数の転動体としての玉１３とのいずれか一方である。また、第２の転動部品が、内輪１２および外輪１１と、複数の玉１３とのいずれか他方である。このようにすれば、本開示に従った転がり軸受を得ることができる。なお、上述した実施の形態においては、第１の転動部品が内輪１２および外輪１１であり、第２の転動部品が複数の玉１３である。

（実施の形態２）
＜転動装置（転がり軸受）の構成＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。なお、特に言及しない限り、本実施形態の深溝玉軸受１は上記の本実施の形態１における深溝玉軸受１と同一の構成を備えているため、その説明を繰り返さない。

図６を参照して、本発明の実施の形態２の深溝玉軸受１は、玉転動面１３Ａにモ鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜１３Ｂが形成される一方、外輪１１および内輪１２には複合被膜は形成されていない。この点において、本実施の形態の深溝玉軸受１は、実施の形態１の深溝玉軸受１と異なっている。

＜作用効果＞
図６に示した転がり軸受の一例としての深溝玉軸受１は、実施の形態１における深溝玉軸受１と同様に上記転動装置により構成される転がり軸受であって、外輪１１と内輪１２と複数の転動体としての玉１３とを備える。外輪１１は内周面に外輪軌道面１１Ａを有する。内輪１２は外周面に内輪軌道面１２Ａを有する。複数の玉１３は外輪軌道面１１Ａと内輪軌道面１２Ａとの間で転動する。外輪１１および内輪１２は第２の転動部品からなり、玉１３は第１の転動部品からなる。すなわち、玉１３の表面は等方性の凹凸が形成された表面部分を含み、当該表面部分上には鉄の酸化物および化合物を主成分としる複合被膜１３Ｂが形成されている。なお、玉１３の表面全体に等方性の凹凸が形成されている。

この場合、外輪１１および内輪１２の転動部である外輪軌道面１１Ａ、内輪軌道面１２Ａに存在する表面粗さの突起は、玉１３の表面に形成された等方性の凹凸との接触によって軽微な摩耗および塑性変形を起こし、その形状が滑らかになる。そのため、外輪１１および内輪１２の外輪軌道面１１Ａ、内輪軌道面１２Ａにおける表面粗さの突起の先端曲率や頂点の高さのばらつきが小さくなる。この結果、内輪１２、外輪１１および玉１３における表面損傷を抑制することができる。したがって、潤滑不良によって外輪１１および内輪１２の各々と玉１３との間の油膜形成性が悪くなる条件で転がり軸受が使用されても、外輪軌道面１１Ａ、内輪軌道面１２Ａおよび玉１３の転動部での表面損傷を抑制することができる。これにより、深溝玉軸受１の長寿命を実現することができる。

以上に述べた各実施の形態の構成による作用効果を調べるため、二円筒試験機を用いた突起のなじみ性の評価試験が行なわれた。

図７を参照して、転動疲労性能の評価試験に用いられた二円筒試験機２００について説明する。図７は二円筒試験機２００の概略図を示している。二円筒試験機２００は、駆動側回転軸Ｄ１と、従動側回転軸Ｆ１とを有している。

駆動側回転軸Ｄ１は、図７の左右方向に延びる部材であり、図７における左側の末端部にモータＭが接続されている。このモータＭにより駆動側回転軸Ｄ１は、図７の左右方向に延びる中心軸Ｃ１に対して回転可能となるように構成されている。図７における駆動側回転軸Ｄ１の右側の先端部には駆動側試験片Ｄ２が取り付けられている。駆動側試験片Ｄ２は、第１の転動部品に相当する部材であり、駆動側回転軸Ｄ１の回転に伴い中心軸Ｃ１の周りに回転可能となるように、駆動側回転軸Ｄ１の右側の先端部に固定されている。

一方、従動側回転軸Ｆ１は、図７の左右方向に延びる部材であり、図７の左右方向に延びる中心軸Ｃ２の周りに回転可能となるように構成されている。図７において従動側回転軸Ｆ１は、駆動側回転軸Ｄ１とは逆に、左側が先端部に、右側が末端部になっている。図７における従動側回転軸Ｆ１の左側の先端部には従動側試験片Ｆ２が取り付けられている。従動側試験片Ｆ２は、第２の転動部品に相当する部材であり、従動側回転軸Ｆ１の回転に伴い中心軸Ｃ２の周りに回転可能となるように、従動側回転軸Ｆ１の左側の先端部に固定されている。

駆動側回転軸Ｄ１の先端部は図７の右側を、従動側回転軸Ｆ１の先端部は図７の左側を向いている。しかし駆動側回転軸Ｄ１の中心軸Ｃ１と従動側回転軸Ｆ１の中心軸Ｃ２とは軸方向に一致しておらず、駆動側回転軸Ｄ１の中心軸Ｃ１と従動側回転軸Ｆ１の中心軸Ｃ２とは図７の上下方向に間隔を有している。このため駆動側回転軸Ｄ１の先端部に固定された駆動側試験片Ｄ２と、従動側回転軸Ｆ１の先端部に固定された従動側試験片Ｆ２とは、駆動側回転軸Ｄ１および従動側回転軸Ｆ１のそれぞれの外径面同士が、これらの回転していない状態において外径面接触部ＤＦにて互いに接触するように配置されている。なお互いに接触するように配置される駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２は、これらの下に敷いている、給油用フェルトパッド２０３と接触している。

以上のように設置された二円筒試験機２００の設備の駆動条件を表１に示す。

表１に示すように、二円筒試験機２００には潤滑油として無添加ポリ−α−オレフィン油（ＶＧ６相当）が用いられた。この潤滑油は給油用フェルトパッド２０３内に含浸されており、そこから駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２の外径面に供給された。また試験条件として、駆動側回転軸Ｄ１の中心軸Ｃ１周りの回転数は２０００ｒｐｍとし、従動側試験片Ｆ２に加えられる荷重Ｗ（図７参照）の値は２３０ｋｇｆとされた。ここで荷重Ｗとは、駆動側回転軸Ｄ１の回転時に従動側回転軸Ｆ１が図７の矢印Ｗに示す方向すなわち駆動側回転軸Ｄ１に近づく方向に従動側試験片Ｆ２に対して加える荷重を意味する。駆動側回転軸Ｄ１がモータＭにより中心軸Ｃ１周りに回転するのに伴い、従動側回転軸Ｆ１が中心軸Ｃ２周りに、駆動側回転軸Ｄ１とは互いに逆方向に回転した。これは駆動側試験片Ｄ２と従動側試験片Ｆ２とが互いに接触しているためである。

試験の途中、一定の負荷回数で試験を中断して駆動側試験片Ｄ２の表面粗さ測定を行った。最終的に従動側試験片Ｆ２に加わる総負荷回数が５万回に達した時点で試験が終了された。

試験は計２回行い、それぞれの試験において材質の異なる従動側試験片Ｆ２を用いた。２回の試験に用いられた駆動側試験片Ｄ２および従動側試験片Ｆ２のそれぞれの形状、寸法および材質について表２と表３に示す。ここで２種類の試験とは、本実施の形態の規格外の試験である比較例の試験と、本実施の形態の規格に沿った実施例の試験とを意味する。

駆動側試験片Ｄ２について、比較例、実施例ともにＪＩＳ−ＳＵＪ２製であり、一般的な焼入れ、焼戻しの方法によって端面のロックウェル硬度を、比較例では６１．５ＨＲＣ、実施例は６２．９ＨＲＣになるようにした。

従動側試験片Ｆ２についても、比較例、実施例ともにＪＩＳ−ＳＵＪ２製であり、一般的な焼入れ、焼戻しの方法によって端面のロックウェル硬度を、比較例では６１．５ＨＲＣ、実施例は６２．７ＨＲＣになるようにした。

全ての駆動側試験片Ｄ２は、上記の熱処理後に駆動側試験片Ｄ２の平面視における円形の外径面の軸方向に関する算術平均粗さＲａの値が０．７５０±０．０５０μｍとなるように研磨加工を行った。

全ての従動側試験片Ｆ２は、上記の熱処理後に従動側試験片Ｆ２の平面視における円形の外径面の軸方向に関する算術平均粗さＲａ１の値が０．０１５±０．００５μｍとなるように超仕上げを行った。

比較例の従動側試験片Ｆ２においては、上記の超仕上げ後の軸方向に関する算術平均粗さＲａ１は０．０１９μｍとなった。また、周方向に関する算術平均粗さＲａ２は０．００９μｍとなっており、軸方向と周方向の算術平均粗さの比Ｒａ１／Ｒａ２は２．１１１であった。また表面性状のアスペクト比Ｓｔｒは０．０２４、表面性状のスキューネスＳｓｑは−０．９４９となった。

実施例の従動側試験片Ｆ２においては、上記の超仕上げ後さらに等方性の凹凸の形成とそれを覆う酸化鉄を主成分とする複合被膜を形成するための処理（以後、この処理を等方性表面形成のための処理と呼ぶ）を行った。これによって、実施例における従動側試験片Ｆ２の平面視における円形の外径面の軸方向に関する算術平均粗さＲａ１の試験前の値は１．５５３μｍとなった。また、周方向に関する算術平均粗さＲａ２は１．５３０μｍとなっており、軸方向と周方向の算術平均粗さの比Ｒａ１／Ｒａ２は１．０１５であった。また表面性状のアスペクト比Ｓｔｒは０．９５０、表面性状のスキューネスＳｓｑは０．１３５となった。

図８は、レーザー顕微鏡で測定した比較例の試験前の従動側試験片Ｆ２の転動部の表面形状を示す。図９は、レーザー顕微鏡で測定した実施例の試験前の従動側試験片Ｆ２の転動部の表面形状を示す。図９から分かるように、実施例において等方性の凹凸が形成されていることが確認できる。

実施例における等方性の凹凸を含む表面（等方性表面）形成のための処理には、日本パーカライジング社のケミブラスト処理を適用した。具体的には、超仕上げ加工後の従動側試験片Ｆ２を脱脂・洗浄した後に、化成処理によって鉄の化合物を主成分とする複合被膜を従動側試験片Ｆ２の表面に形成した。その後、専用の処理剤の中に浸漬することで、従動側試験片Ｆ２の表面に形成された複合被膜を除去した。その後さらに、黒染処理によって従動側試験片Ｆ２の表面に酸化鉄を主成分とする複合被膜を形成させた。

以上の各試験片を用いた比較例および実施例のそれぞれについて、第２の転動部品に相当する駆動側試験片Ｄ２の転動部の表面粗さの変化を調査した。

表面粗さの測定では、まずレーザーテック社製のレーザー顕微鏡ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤを用いて表４に示す測定条件で駆動側試験片Ｄ２の転動部の三次元の表面形状を測定した。

測定した表面形状は面内のｘ, ｙ方向に一定ピッチで離散化された高さｚ(ｘ, ｙ)の集合として表現される。表面形状の生データは、駆動側試験片Ｄ２の外径面の巨視的な形状と多くのノイズを含むため、図１０に示す手順で補正し三次元粗さパラメータを測定した。以下、具体的に説明する。

図１０に示すように、補正の工程としては、上述したようにレーザー顕微鏡による表面形状の測定工程（Ｓ１１０）を実施する。次に、円筒形状の補正工程（Ｓ１２０）を実施する。この工程では、工程（Ｓ１１０）で測定した表面形状に二次曲面補正を行うことで、マクロな円筒形状を除去する。

次に、ＬａｎｄＭａｒｋノイズカット工程（Ｓ１３０）を実施する。この工程（Ｓ１３０）では、明らかなノイズを除去するため、ノイズ判定の対象点の周辺３ピクセル四方の範囲に存在する測定点の平均高さと対象点の高さの差が０．３μｍ以上となった時に、対称点のデータはノイズとして判定され、周辺の測定点の高さを昇順に並べた時の中央値に置き換える。

次に、ローパススプラインフィルター工程（Ｓ１４０）を実施する。この工程（Ｓ１４０）では、転動面の加工目のエッジに発生するノイズを除去する。この時のフィルタサイズは１μｍとした。

次に、ローパスガウシアンフィルター工程（Ｓ１５０）を実施する。この工程（Ｓ１５０）では、フィルタサイズ２．５μｍのローパスガウシアンフィルター処理を行い、短波長の表面粗さ成分を除去する。

次に、三次元粗さパラメータの測定工程（Ｓ１６０）を実施する。この工程（Ｓ１６０）では、上記の方法で補正した表面形状を、三谷商事社製のソフトウェア「ＳｕｒｆｔｏｐＥｙｅ」を用いて解析し、三次元粗さパラメータの測定を行った。

図１１に駆動側試験片Ｄ２の転動部の平均突起先端曲率の試験中の変化を示す。図１１に示すグラフの横軸は負荷回数を示し、縦軸は平均突起先端曲率（単位：μｍ^−１）を示す。ここでの平均突起先端曲率は、表面粗さ測定の測定範囲内に存在する全突起の先端近傍の曲率の平均値として示した。この結果から、実施例の場合の方が試験中の駆動側試験片Ｄ２の転動部の突起の先端曲率の低下の程度が大きい事がわかる。

図１２に駆動側試験片Ｄ２の転動部の突起頂点高さの標準偏差の試験中の変化を示す。図１２に示すグラフの横軸は負荷回数を示し、縦軸は突起頂点高さの標準偏差（単位：μｍ）を示す。図１２に示すように、実施例の場合の方が、試験中に駆動側試験片Ｄ２の転動部の突起頂点高さの標準偏差（ばらつき）の低下の程度が大きい事がわかる。

これらの結果から、従動側試験片Ｆ２の転動部に等方性表面形成のための処理を施すことで、駆動側試験片Ｄ２の転動部表面に存在する突起のなじみを促進できることがわかる。

図１３に、実施例における従動側試験片Ｆ２の転動部について、５０００回負荷後の表面形状を示す。なお、試験前の当該部分の表面形状は図９に示されている。図１３と図９とを対比することにより、試験後は、等方性の凹凸における凸部が失われ、凹部のみ残っている事がわかる。この結果から、従動側試験片Ｆ２の転動部の突起のなじみが進行していることが確認できる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。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を意図される。

１ 深溝玉軸受、６ シール部材、７ グリース、１１ 外輪、１１Ａ 外輪軌道面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 複合被膜、１２ 内輪、１２Ａ 内輪軌道面、１３ 玉、１３Ａ 玉転動面、１４ 保持器、２０ 凸部、２００ 二円筒試験機、２０３ フェルトパッド。

Claims (10)

1. 第１の転動部品と、
   前記第１の転動部品に接触する第２の転動部品とを備え、
   前記第１の転動部品の転動部の表面は等方性の凹凸が形成された表面部分を含み、
   前記表面部分上には鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜が形成されている、転動装置。
2. 前記表面部分では、第１の方向において測定した第１の算術平均粗さＲａ１と、前記第１の方向と直交する第２の方向において測定した第２の算術平均粗さＲａ２との比Ｒａ１／Ｒａ２が０．５以上２以下であり、かつ、
   表面性状のアスペクト比Ｓｔｒが０．５以上となっており、かつ、
   表面性状のスキューネスＳｓｑが０以上となっている、請求項１に記載の転動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の転動装置により構成される転がり軸受であって、
   内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間で転動する複数の転動体とを備え、
   前記外輪および前記内輪は前記第１の転動部品からなり、前記転動体は前記第２の転動部品からなる、転がり軸受。
4. 請求項１または請求項２に記載の転動装置により構成される、転がり軸受であって、
   内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間で転動する複数の転動体とを備え、
   前記外輪および前記内輪は前記第２の転動部品からなり、前記転動体は前記第１の転動部品からなる、転がり軸受。
5. 前記外輪と複数の前記転動体のそれぞれとの間の領域、および前記内輪と複数の前記転動体のそれぞれとの間の領域における油膜パラメータの値が１．２以下である、請求項３または４に記載の転がり軸受。
6. 第１の転動部品および第２の転動部品を準備する工程と、
   前記第１の転動部品の転動部に接触するように前記第２の転動部品を配置する工程とを備え、
   前記第１の転動部品および前記第２の転動部品を準備する工程は、
   前記第１の転動部品の前記転動部の表面に等方性の凹凸を形成する工程と、
   前記第１の転動部品の前記転動部の表面において前記等方性の凹凸が形成された表面部分上に、鉄の酸化物および化合物を主成分とする複合被膜を形成する工程とを含む、転動装置の製造方法。
7. 前記等方性の凹凸を形成する工程は、
   前記第１の転動部品の前記転動部となるべき部分に化成処理により被膜を形成する工程と、
   前記被膜を除去する工程とを含む、請求項６に記載の転動装置の製造方法。
8. 前記複合被膜を形成する工程では、化成処理により前記複合被膜を形成する、請求項６〜７のいずれか１項に記載の転動装置の製造方法。
9. 前記化成処理が黒染処理である、請求項８に記載の転動装置の製造方法。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の転動装置の製造方法を用いた転がり軸受の製造方法であって、
    前記第１の転動部品が、前記転がり軸受の内輪および外輪と、前記転がり軸受の複数の転動体とのいずれか一方であり、
    前記第２の転動部品が、前記内輪および前記外輪と、前記複数の転動体とのいずれか他方である、転がり軸受の製造方法。