JP2022102497A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱い性に優れるとともに、優れた耐クリープ性を有する転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の玉４とを備え、外輪３がハウジング１０に嵌合される軸受であって、ハウジング１０との嵌め合い面となる外輪外径面３ａに表面被膜を有し、表面被膜は、平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含むバインダーと固体潤滑剤とを含み、固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、および黒鉛を含む。【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関し、特に、自動車用トランスミッションのシャフトやモータ軸などの支持に適用される自動車用転がり軸受に関する。

近年、自動車分野などの産業分野においては、省エネルギー化のために回転機械の小型・軽量化が進められている。このような要求から転がり軸受の軌道輪を薄肉にする傾向がある。そのため、転がり軸受の仕様や荷重条件によって、転がり軸受の固定輪が、ハウジングに対して相対的に回転するクリープが発生するおそれがある。クリープが生じると、固定輪とハウジングが擦れ、ハウジングに摩耗が生じる結果、回転機械の不具合などに繋がるおそれがある。

上記のようなクリープを防止する対策として、種々の手段が提案されている。例えば特許文献１では、ハウジングの嵌め合い面となる外輪の外径面などに所定の被膜が形成されている。この被膜は、ベース材と硬化剤からなる有機バインダーと、固体潤滑剤粉末と、摩擦摩耗調整剤とを含む焼成膜である。この被膜は、一般的なハウジングの材料（例えばアルミニウム合金など）よりも柔らかいため、クリープの発生により、固定輪がハウジングと擦れる場合であってもハウジングの摩耗が防止される。

特許第６３３８０３５号公報

ところで、上記特許文献１の被膜には、ハウジングを摩耗させずに耐久性・耐摩耗性を得るため、摩擦摩耗調整剤として酸化アンチモンが用いられている。しかし、酸化アンチモンはその有害性から、２０１７年に特定化学物質障害予防規則の第２類に指定され、作業環境測定の実施や、発散抑制装置の設置、特殊健康診断が義務化されるなど、非常に取り扱いにくい物質である。そのため、上記被膜は取り扱い性の面で改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、取り扱い性に優れるとともに、優れた耐クリープ性を有する転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体とを備え、上記外輪が固定ハウジングに嵌合されるか、または上記内輪が固定軸に嵌合される軸受であって、上記転がり軸受は、上記固定ハウジングまたは上記固定軸との嵌め合い面となる外輪外径面または内輪内径面に表面被膜を有し、上記表面被膜は、平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含むバインダーと固体潤滑剤とを含み、上記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、および黒鉛を含むことを特徴とする。

上記２種以上の熱硬化性樹脂が、重量平均分子量１００００以上３００００以下のポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂Ａと、重量平均分子量５０００以上１００００未満のＰＡＩ樹脂Ｂからなることを特徴とする。

上記ＰＡＩ樹脂Ａと上記ＰＡＩ樹脂Ｂの質量比が、２０：８０～５０：５０であることを特徴とする。

上記固体潤滑剤は、上記黒鉛の含有量を１とした場合に、上記ＰＴＦＥ樹脂を質量比２～６で含み、上記二硫化モリブデンを質量比７～１２で含むことを特徴とする。

上記バインダーの含有量に対する上記固体潤滑剤の含有量の割合が０．２～０．６であることを特徴とする。

上記表面被膜が形成される面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ、尖り度Ｓｋｕが１以上であることを特徴とする。

上記２種以上の熱硬化性樹脂が、重量平均分子量１００００以上３００００以下のＰＡＩ樹脂Ａと、重量平均分子量５０００以上１００００未満のＰＡＩ樹脂Ｂからなり、上記ＰＡＩ樹脂Ａと上記ＰＡＩ樹脂Ｂの質量比が、２０：８０～５０：５０であり、上記固体潤滑剤は、上記黒鉛の含有量を１とした場合に、上記ＰＴＦＥ樹脂を質量比２～６で含み、上記二硫化モリブデンを質量比７～１２で含み、上記バインダーの含有量に対する上記固体潤滑剤の含有量の割合が０．２～０．６であり、上記表面被膜が形成される面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ、尖り度Ｓｋｕが１以上であることを特徴とする。

上記表面被膜が形成される面がリン酸マンガン処理またはリン酸亜鉛処理された面であることを特徴とする。

上記表面被膜の膜厚をｈ［単位：μｍ］、上記表面被膜が形成される軌道輪の径方向における最小肉厚をＨ［単位：ｍｍ］としたとき、膜厚比（ｈ／Ｈ）が１．５４以上であることを特徴とする。

自動車用トランスミッションに用いられることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、固定ハウジングまたは固定軸との嵌め合い面となる外輪外径面または内輪内径面に表面被膜を有し、表面被膜は、平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含むバインダーと固体潤滑剤とを含み、固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ樹脂、および黒鉛を含むので、相手材である固定ハウジングや固体軸への攻撃性が低減されるとともに、表面被膜自身の低摩擦性、耐摩耗性を両立させることができる。また、上記表面被膜は取り扱いがしにくい酸化アンチモンを含まないので、取り扱い性に優れるとともに、優れた耐クリープ性を発揮できる。

上記２種以上の熱硬化性樹脂が、重量平均分子量１００００以上３００００以下のＰＡＩ樹脂Ａと、重量平均分子量５０００以上１００００未満のＰＡＩ樹脂Ｂからなるので、焼成温度１５０℃以下、焼成時間３０分以内の条件で硬化させることができ、軸受の寸法変化などを防止できる。

さらに、ＰＡＩ樹脂ＡとＰＡＩ樹脂Ｂの質量比が、２０：８０～５０：５０であるので、相手材の攻撃性の低減や表面被膜自身の耐摩耗性の向上を図ることができる。

表面被膜が形成される面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ、尖り度Ｓｋｕが１以上であるので、表面被膜の剥離を抑制しやすく、ひいては、耐クリープ性の向上に繋がる。

表面被膜の膜厚をｈ［単位：μｍ］、表面被膜が形成される軌道輪の径方向における最小肉厚をＨ［単位：ｍｍ］としたとき、膜厚比（ｈ／Ｈ）が１．５４以上であるので、例えば、一般的な荷重条件で使用される軸受において、クリープ自体の発生を抑制できる。

本発明の転がり軸受の一例を示す拡大断面図である。 表面被膜を説明するための図である。 本発明における表面被膜の膜厚比を説明するための図である。 膜厚比とクリープ速度との関係を示す図である。 ブロックオンリング試験の概要図である。

本発明の転がり軸受の一例について、図１を用いて説明する。図１の転がり軸受１は、例えば、自動車のトランスミッションに使用される。転がり軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の玉（転動体）４とを備える。玉４は、保持器５によって一定間隔に整列して保持されている。玉４周囲の軸受空間にはグリース７が充填されており、シール部材６によって軸受空間が密封されている。

転がり軸受１において、内輪２および外輪３はいずれも鋼材からなっている。上記鋼材には、軸受材料として一般的に用いられる任意の材料を用いることができる。例えば、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５など；ＪＩＳ Ｇ ４８０５）、浸炭鋼（ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０など；ＪＩＳ Ｇ ４０５３）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど；ＪＩＳ Ｇ ４３０３）、冷間圧延鋼などを用いることができる。また、玉４には、上記の鋼材やセラミックス材料を用いることができる。

図１に示すように、内輪内径面２ａで形成される転がり軸受１の軸孔には回転軸９（例えばトランスミッションに備わる回転軸）が挿入される。また、外輪外径面３ａがハウジング１０（例えばトランスミッションのケースの一部）に嵌合される。ハウジング１０は、例えばアルミニウム合金製やアルミニウム製である。転がり軸受１は外輪３が固定ハウジングに嵌合された内輪回転型の軸受であり、内輪２が回転輪、外輪３が固定輪である。内輪回転型の軸受の場合、ハウジング１０との嵌め合い面となる外輪外径面３ａで滑りが生じ、外輪３が回転するおそれがある。本発明の転がり軸受１は、外輪外径面３ａに後述の表面被膜８が形成されているので、優れた耐クリープ性を有する。この表面被膜８には酸化アンチモンが含まれていない。本発明において、耐クリープ性とは、相手材の摩耗および被膜自身の摩耗を抑制するという意味を含む。

図２は、外輪外径面の断面概略図を示す。図２において、表面被膜８は、外輪外径面３ａに形成されており、表面被膜８が形成される外輪外径面３ａが下地処理されている。図２に示すように、表面被膜８は、平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含むバインダー（Ｂ）と、固体潤滑剤とを含み、特に、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、ＰＴＦＥ樹脂、および黒鉛（Ｃ）の３つの成分を必須にしている。ＰＴＦＥ樹脂を加えることで摩擦係数を低減し、さらに二硫化モリブデンおよび黒鉛との相乗効果により大きな荷重条件においても低摩擦性および耐摩耗性の実現を可能としている。

固体潤滑剤の上記３つの成分の含有量は特に限定されないが、質量比で、黒鉛、ＰＴＦＥ樹脂、二硫化モリブデンの順に大きくなることが好ましい。さらに、黒鉛の含有量を１とした場合に、ＰＴＦＥ樹脂を質量比２～６で含み、二硫化モリブデンを質量比７～１２で含むことがより好ましい。二硫化モリブデンは、その潤滑機構として、層状格子構造を持ち、滑り運動により薄層状に容易にせん断して、摩擦抵抗を低下させることが知られており、二硫化モリブデンを質量比で最も多く含むことで、低摩擦性をより向上できる。

固体潤滑剤の各成分の平均粒子径は、表面被膜の膜厚や耐摩耗性などを考慮して２０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、二硫化モリブデンの平均粒子径が１μｍ～２０μｍ、ＰＴＦＥ樹脂の平均粒子径が１～１０μｍ、黒鉛の平均粒子径が１～１０μｍである。なお、平均粒子径は、例えば、レーザー光散乱法を利用した粒子径分布測定装置などを用いて測定することができる。

ＰＴＦＥ樹脂としては、－（ＣＦ_２－ＣＦ_２)ｎ－で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（－Ｃ_ｐＦ_２ｐ－Ｏ－）（ｐは１－４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ_２）_ｑ－）（ｑは１－２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。また、ＰＴＦＥ樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。

黒鉛の形状としては、りん片状、粒状、球状などがあるが、いずれも使用できる。

上記表面被膜には上記３つの成分に加えて、二硫化タングステンなどの他の固体潤滑剤を含んでいてもよい。

図２に示す表面被膜８のバインダーＢは平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含み、必要に応じて硬化剤を含む。２種以上の熱硬化性樹脂のうち、平均分子量が大きい熱硬化性樹脂（例えば、重量平均分子量が１００００以上３００００以下）は、特に密着性の強化に寄与し、平均分子量が小さい熱硬化性樹脂（例えば、重量平均分子量が５０００以上１００００未満）は、特に相手材の摩耗低減に寄与する。バインダーＢに含まれる各熱硬化性樹脂は、平均分子量が互いに異なっていればよく、ＰＡＩ樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などをそれぞれ使用できる。これらの中でも、高い強度を有する観点から、ＰＡＩ樹脂またはＰＩ樹脂を用いることが好ましい。

バインダーＢとしては、特に、重量平均分子量が異なる２種のＰＡＩ樹脂と硬化剤を組み合わせることが好ましい。硬化剤としては、特に限定されないが、例えばＰＡＩ樹脂のベースバインダーにおいては、硬化剤としてエポキシ樹脂を用いることが好ましい。２種のＰＡＩ樹脂として、例えば、重量平均分子量が１００００以上３００００以下（好ましくは１００００以上２５０００以下）のＰＡＩ樹脂Ａと、重量平均分子量が５０００以上１００００未満のＰＡＩ樹脂Ｂとの組み合わせが挙げられる。この場合、分子量が大きいＰＡＩ樹脂Ａは、靭性の付与による密着性の強化に寄与し、分子量が小さいＰＡＩ樹脂Ｂは、相手材の摩耗低減に寄与する。これらの含有量は、質量比でＰＡＩ樹脂Ａ：ＰＡＩ樹脂Ｂ：硬化剤＝１～１０：１～６：１が好ましい。さらに、ＰＡＩ樹脂ＡとＰＡＩ樹脂Ｂの質量比は２０：８０～８０：２０が好ましく、耐クリープ性の観点から２０：８０～５０：５０がより好ましい。

ところで、熱硬化性樹脂を使用した表面被膜をコーティングする場合、硬化のために焼成が必要になり、焼成温度が高くなったり、焼成時間が長くなることで不具合が生じるおそれがある。これに対して、例えばエポキシ樹脂などの硬化剤を用いることで、比較的低温、短時間で熱硬化性樹脂を硬化させることができる。例えば、焼成条件を１５０℃以下、３０分以内という条件に設定でき、軸受の焼き戻し温度付近の温度で焼成が可能になることから、軸受の変形などを防ぐことができる。

なお、上述の重量平均分子量が異なる２種のＰＡＩ樹脂に、さらに、重量平均分子量が異なる熱硬化性樹脂（例えばＰＡＩ樹脂）を組み合わせてもよい。また、硬化剤を、重量平均分子量が異なる２種以上のＰＩ樹脂と組み合わせてもよい。

表面被膜８において、バインダーの含有量に対する固体潤滑剤の含有量の割合（固体潤滑剤／バインダー）が質量比で０．２～１であることが好ましい。質量比が０．２未満であると、表面被膜８の耐摩耗性が低下するおそれがあり、質量比が１より大きいと、固体潤滑剤の保持性の低下や相手材への攻撃性が増大するおそれがある。上記質量比は、耐クリープ性の観点から０．２～０．６がより好ましい。なお、バインダーの含有量にはエポキシ樹脂などの硬化剤も含まれる。

なお、表面被膜８には、上記のバインダーおよび固体潤滑剤以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で各種充填材を配合できる。例えば、ＰＴＦＥ樹脂の分散を促進させるためにフッ素系界面活性剤などを配合してもよい。

図２に示すように、表面被膜８が形成される面は、表面被膜８と軌道輪との密着性強化のため、下地処理されていることが好ましい。下地処理として、例えばリン酸マンガン処理、リン酸亜鉛処理、リン酸カルシウム処理などのリン酸化成処理が施される。なお、リン酸マンガン処理に用いる処理液には、亜鉛やカルシウムなどの他の元素が含まれていてもよい。例えば、リン酸化成処理では、基材となる軌道輪を処理液に浸漬したり、軌道輪の表面に処理液をスプレーすることなどが行われる。リン酸化成処理により得られたリン酸塩被膜の膜厚は、例えば１μｍ～５μｍである。

下地処理された面８ａは、軌道輪と表面被膜８の密着性を向上させるため、結晶粒が小さく、緻密で均一化しやすく、さらに表面の尖り度が比較的高いことが好ましい。この面８ａの表面粗さについて、具体的には、算術平均粗さＲａが０．１μｍ～１．０μｍであることが好ましく、０．１μｍ～０．５μｍであることがより好ましい。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠して算出される数値であり、接触式または非接触式の表面粗さ計などを用いて測定される。

また、下地処理された面８ａは、尖り度Ｓｋｕが１～１０であることが好ましく、尖り度Ｓｋｕが３を超え１０以下であることがより好ましい。Ｓｋｕは、ＩＳＯ２５１７８に規定された表面性状パラメータであり、測定された領域の高さの平均の面を基準表面とした時の、基準表面に対する高さを示すパラメータである。Ｓｋｕ＝３の場合は、表面凹凸は正規分布であることを示し、Ｓｋｕ＞３の場合は表面に鋭い山や谷が多いことを示し、Ｓｋｕ＜３の場合は、表面が平坦であることを示す。尖り度Ｓｋｕを３を超え１０以下にすることで、表面被膜の密着性をより向上できる。

図２では下地処理としてリン酸化成処理を施し、表面被膜８と外輪３との間にリン酸塩被膜が介在しているが、これに限らず、外輪外径面３ａに下地処理として粗面化処理などを施し、その表面に直接、表面被膜８を形成してもよい。この場合も、上述の算術平均粗さＲａや尖り度Ｓｋｕは各数値範囲を満たすことが好ましい。粗面化処理としては、ショットブラスト法などの機械的粗面化法、グロー放電やプラズマ放電処理などの電気的粗面化法、アルカリ処理などの化学的粗面化法などが採用できる。なお、リン酸塩被膜を介在させる場合であっても、必要に応じて、外輪外径面３ａに上記の粗面化処理を施してもよい。

図３において、表面被膜８の膜厚ｈは、例えば１０μｍ～５０μｍに設定される。特に、膜厚ｈ［単位：μｍ］は、表面被膜８が形成される軌道輪の径方向における最小肉厚をＨ［単位：ｍｍ］としたとき、膜厚比（ｈ／Ｈ）が所定の閾値以上になるように設定されることが好ましい。後述の実施例で示すように、本発明では、膜厚比とクリープ速度との間に線形の関係が成り立つことを見出し、さらに膜厚比が大きくなるほどクリープ速度が低下することを見出した。この知見に基づいて、クリープ速度がゼロになる膜厚比以上、つまり膜厚ｈを所定の閾値以上に設定することで、クリープ自体の発生を抑えることができる。

上記の閾値は、軸受の基本動定格荷重（Ｃ）に対する負荷荷重（Ｐ）の割合（Ｐ／Ｃ）に応じて設定される。例えば、Ｐ／Ｃ＝０．１の場合、該閾値は１．５４に設定され、Ｐ／Ｃ＝０．４の場合、該閾値は７．０５に設定される。このような観点より、例えばＰ／Ｃ＝０．１以下で使用される軸受であって、該軸受の外輪の径方向における最小肉厚Ｈが４．０４ｍｍの場合には、膜厚ｈが６．３μｍ以上に設定されることが好ましい。

本発明の転がり軸受は、優れた耐クリープ性を有するので、クリープの発生が懸念されるような軸受に好適である。例えば、自動車用トランスミッションに用いられる軸受やモータ軸の軸受などに適用される。

本発明の転がり軸受の構成は、上記図１の構成に限らない。例えば、図１では玉軸受を示したが、本発明の転がり軸受は、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などにも適用できる。

また、図１では、転がり軸受として内輪回転型の軸受を示したが、外輪回転型の軸受にも適用できる。この外輪回転型の場合には、固定軸との嵌め合い面となる内輪内径面に上述の表面被膜が形成される。

＜クリープ摩耗試験＞
実施例１および比較例２～３について、表２に示す配合割合で、バインダーおよび固体潤滑剤の各成分などをＮ－メチル－２－ピロリドンに分散させ、塗工液を調製した。表２中の硬化剤にはエポキシ樹脂を用いた。表２中のＰＡＩ樹脂Ａの重量平均分子量（Ｍｗ）は２００００であり、ＰＡＩ樹脂Ｂの重量平均分子量（Ｍｗ）は５６００であった。試験軸受の外輪外径面に、下地処理としてリン酸マンガン処理を施した後、上記塗工液を塗布した。その後、１２０℃で３０分焼成して、外輪外径面に表面被膜を形成した。該表面被膜の膜厚は２０μｍ程度であった。

比較例１には、試験軸受として表面被膜を形成していない軸受（標準軸受）を用いた。

上記で得た試験軸受の外輪をアルミニウム合金製のハウジングに嵌合して、表１に示す条件でクリープ摩耗試験を実施し、摩耗量を評価した。結果を表２に示す。表２中のハウジング摩耗深さは、軸受との嵌め合い面となるハウジング内径面の形状から測定した。また、軸受摩耗量は、軸受の試験前後の外径の変化から測定した。摩耗総和は両者を合算した値である。

表２に示すように、３つの成分の固体潤滑剤を含む表面被膜が形成された実施例１は、被膜が形成されていない比較例１よりも、耐摩耗性が格段に向上した。また、実施例１は、酸化アンチモンを含む表面被膜を有する比較例２～３と比較しても、同等もしくはそれ以上の結果が得られた。実施例１の表面被膜は、酸化アンチモンを含まないことから、比較例２～３に比べて取り扱い性に優れる。

続いて、下地処理された面の表面粗さの影響を評価するべく、表１で示した条件でクリープ摩耗試験を実施した。この試験では、試験終了後に目視により表面被膜の剥離の有無を観察した。なお、実施例２～３の表面被膜の組成は、上述の実施例１と同じである。結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例２では表面被膜の剥離が確認されなかったのに対して、実施例３では表面被膜の剥離が一部確認された。この結果より、表面被膜が形成される面のＲａは１以下（好ましくは０．５以下）に設定することが好ましい。

＜クリープ速度試験＞
上述した実施例１と同じ組成の表面被膜を、膜厚を変えて試験軸受の外輪外径面に形成した。得られた試験軸受の外輪をアルミニウム合金製のハウジングに嵌合して、表４に示す条件でクリープ速度試験を実施した。この試験では、外輪の所定の周方向位置にマーキングし、その位置をビデオカメラで撮影することで、一分間に外輪がどれだけ回転したかを測定した。クリープ速度は、その移動量を１秒あたりに換算して算出した。結果を表５に示す。なお、比較例１は、表面被膜が形成されていない軸受を用いた結果である。また、深溝玉軸受軸受６２０８の外輪の径方向における最小肉厚Ｈは４．０４ｍｍであった。

表５に示すように、表面被膜が形成された実施例４～５は、被膜が形成されていない比較例１よりも、クリープ速度が大幅に低減した。また、実施例４および５の結果から、同寸法の転がり軸受の場合、表面被膜の膜厚が厚くなるほどクリープ速度が低下することが分かった。つまり、膜厚比（ｈ／Ｈ）の値が大きくなるほどクリープ速度が低下することになる。得られた膜厚比とクリープ速度との関係について図４を用いて説明する。

図４は、横軸に膜厚比をとり、縦軸にクリープ速度をとったグラフである。図４に示すように、クリープ速度と膜厚比の関係は線形関係（一次関数）になる。得られた実験結果からクリープ速度をｙ、膜厚比をｘとして近似式を算出すると、下記の式（１）で表すことができる。
ｙ＝－０．１５６ｘ＋１．１０・・・（１）
上記の式（１）から、クリープ速度がゼロとなる膜厚比を算出すると７．０５になる。この場合、Ｐ／Ｃ＝０．４の高荷重条件下でクリープを抑制するためには、膜厚比７．０５以上が必要になるといえる。

ところで、市場ではＰ／Ｃ＝０．４のような高負荷条件で使用される環境下は限られている。また、膜厚比が７．０５以上になるように塗工液を塗布するのは高コストになり、過剰スペックになるおそれがある。そのため、トランスミッションなどで頻繁に使用される条件としてＰ／Ｃ＝０．１を考慮する。Ｐ／Ｃ＝０．１（試験荷重２．９１ｋＮ）とした条件で、表面被膜が形成されていない軸受（膜厚比：ゼロ）を用いてクリープ速度試験を実施したところ、クリープ速度は０．２４ｍｍ／ｓｅｃであった。その結果を、図４のグラフにプロットした。

図４において、Ｐ／Ｃ＝０．１の場合もＰ／Ｃ＝０．４と同様に、クリープ速度と膜厚比とが線形関係になり、また同じ傾きになると仮定し、標準軸受を用いた試験結果をｙ切片として、直線を引くと図示のようになる。この直線は、下記の式（２）で表すことができる。
ｙ＝－０．１５６ｘ＋０．２４・・・（２）
上記の式（２）から、クリープ速度がゼロとなる膜厚比を算出すると１．５４になる。この場合、Ｐ／Ｃ＝０．１の低荷重条件下でクリープを抑制するためには、膜厚比１．５４以上が必要になるといえる。

上記の試験では、特定の型番の軸受を用いたが、他の型番であっても、軌道輪の径方向の最小肉厚が既知であれば、クリープ速度と膜厚比の関係から低荷重（Ｐ／Ｃ＝０．１程度）の場合には膜厚比１．５４以上、高荷重（Ｐ／Ｃ＝０．４程度）の場合には７．０５以上といったように、クリープの発生を防止するための必要な膜厚を設定することができる。なお、表面被膜の膜厚は、厚くなるほど耐クリープ性の効果は大きくなるが、製造面やコストなどを考慮して決定される。

＜ブロックオンリング試験＞
以下では、参考例としてブロックオンリング試験を実施して、表面被膜の組成について評価した。ブロックオンリング試験では、図５に示すように、リング外径面に表面被膜１３が形成されたリング１４を回転させながらブロック１２に摺動させた。試験条件は表６に示すとおりである。なお、リングとして、表７の試験ではＳＣＭ４２０を用い、表８の試験ではＳＵＪ２を用いた。試験終了後、１００００回後の表面被膜の摩耗量およびブロック摩耗量を測定した。

ブロックオンリング試験における表面被膜の各組成を表７および表８に示す。表７および表８中のＰＡＩ樹脂Ａ、ＰＡＩ樹脂Ｂの重量平均分子量（Ｍｗ）は、表２と同じであり、表７および表８中のＰＡＩ樹脂Ｃの重量平均分子量（Ｍｗ）は２２０００であった。なお、各表面被膜とリングとの間には表面粗さが同程度のリン酸マンガン被膜が介在している。結果を表７および表８に併記する。

表７に示す参考例１の表面被膜の組成は、上述の実施例１とほぼ同じである。一方、参考例２の表面被膜は、バインダーの熱硬化性樹脂として１種類のＰＡＩ樹脂Ｃを用いている。結果より、参考例２の方が参考例１よりもブロック摩耗量が多くなり、相手材への攻撃性が高くなる傾向があった。

表８に示す参考例３の表面被膜の組成は、上述の参考例１と同じである。参考例４の結果より、表面被膜において固体潤滑剤の比率が高くなると、ブロック摩耗量が多くなり、相手材への攻撃性が高くなる傾向があった。また、参考例５（ＰＡＩ樹脂ＡとＰＡＩ樹脂Ｃ）、参考例８（ＰＡＩ樹脂Ａ単独）、および上述の参考例２（ＰＡＩ樹脂Ｃ単独）の結果を踏まえると、相手材への攻撃性の観点からは、熱硬化性樹脂としてＰＡＩ樹脂ＡとＰＡＩ樹脂Ｂを組み合わせることが好ましいといえる。さらに、参考例３、６、７の結果を踏まえると、耐摩耗性の観点から、重量平均分子量５０００以上１００００未満のＰＡＩ樹脂Ｂの含有量が重量平均分子量１００００以上３００００以下のＰＡＩ樹脂Ａの含有量よりも多いことが好ましい。

本発明の転がり軸受は、取り扱い性に優れるとともに、優れた耐クリープ性を有するので、クリープの発生が懸念される軸受に好適であり、例えば自動車用トランスミッションの軸受に適用される。

１ 転がり軸受
２ 内輪
２ａ 内輪内径面
３ 外輪
３ａ 外輪外径面
４ 玉
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース
８ 表面被膜
８ａ 下地処理された面
９ 回転軸
１０ ハウジング（固定ハウジング）
１１ ブロックオンリング試験機
１２ ブロック
１３ 表面被膜
１４ リング

Claims (10)

1. 軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体とを備え、前記外輪が固定ハウジングに嵌合されるか、または前記内輪が固定軸に嵌合される軸受であって、
   前記転がり軸受は、前記固定ハウジングまたは前記固定軸との嵌め合い面となる外輪外径面または内輪内径面に表面被膜を有し、
   前記表面被膜は、平均分子量が異なる２種以上の熱硬化性樹脂を含むバインダーと固体潤滑剤とを含み、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、および黒鉛を含むことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記２種以上の熱硬化性樹脂が、重量平均分子量１００００以上３００００以下のポリアミドイミド樹脂Ａと、重量平均分子量５０００以上１００００未満のポリアミドイミド樹脂Ｂからなることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記ポリアミドイミド樹脂Ａと前記ポリアミドイミド樹脂Ｂの質量比が、２０：８０～５０：５０であることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受。
4. 前記固体潤滑剤は、前記黒鉛の含有量を１とした場合に、前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂を質量比２～６で含み、前記二硫化モリブデンを質量比７～１２で含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の転がり軸受。
5. 前記バインダーの含有量に対する前記固体潤滑剤の含有量の割合が０．２～０．６であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の転がり軸受。
6. 前記表面被膜が形成される面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ、尖り度Ｓｋｕが１以上であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の転がり軸受。
7. 前記２種以上の熱硬化性樹脂が、重量平均分子量１００００以上３００００以下のポリアミドイミド樹脂Ａと、重量平均分子量５０００以上１００００未満のポリアミドイミド樹脂Ｂからなり、前記ポリアミドイミド樹脂Ａと前記ポリアミドイミド樹脂Ｂの質量比が、２０：８０～５０：５０であり、
   前記固体潤滑剤は、前記黒鉛の含有量を１とした場合に、前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂を質量比２～６で含み、前記二硫化モリブデンを質量比７～１２で含み、
   前記バインダーの含有量に対する前記固体潤滑剤の含有量の割合が０．２～０．６であり、
   前記表面被膜が形成される面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ、尖り度Ｓｋｕが１以上であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
8. 前記表面被膜が形成される面がリン酸マンガン処理またはリン酸亜鉛処理された面であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の転がり軸受。
9. 前記表面被膜の膜厚をｈ［単位：μｍ］、前記表面被膜が形成される軌道輪の径方向における最小肉厚をＨ［単位：ｍｍ］としたとき、膜厚比（ｈ／Ｈ）が１．５４以上であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項記載の転がり軸受。
10. 自動車用トランスミッションに用いられることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項記載の転がり軸受。

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