JP5485922B2

JP5485922B2 - 転動装置

Info

Publication number: JP5485922B2
Application number: JP2011016341A
Authority: JP
Inventors: 啓之内田; 武信稲葉; 勝柳本; 慶明松原; 隆久山本
Original assignee: NSK Ltd; Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP2012154463A

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。

転がり軸受においては、軌道輪の軌道面や転動体の転動面に潤滑被膜を設けることにより、潤滑性を向上させて長寿命化する技術が知られている。例えば特許文献１には、クロム粉末又はニッケル粉末のショットピーニングにより潤滑被膜を設ける技術が開示されている。
また、転がり軸受の軌道輪の軌道面に圧縮残留応力を付与することにより、軌道面の損傷を抑制して長寿命化する技術が知られている。特許文献２には、略球状のセラミック粒子のショットピーニングにより圧縮残留応力を付与する技術が開示されている。

特開２００７−１４６８９０号公報特開２００８−１５１２３５号公報特開２００８−５１１８０号公報特許第２９４９７９４号公報特開２００８−１３８２６２号公報特開２００７−５０７６６号公報特開２０００−２３０５４４号公報特開２００６−３２９３１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術により形成された潤滑被膜は、母材の表面に対する密着性が十分ではないという問題があった。そのため、潤滑被膜が母材の表面から剥離して潤滑性が低下し、十分な長寿命化が達成されない場合があった。
また、特許文献２に開示の技術では、母材の表面に被膜が形成されて保護されるわけではないので、希薄潤滑環境下では転がり軸受に潤滑不良が生じるおそれがあるという問題があった。
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、潤滑性に優れ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、本発明の一態様に係る転動装置は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする。

また、本発明の別の態様に係る転動装置は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする。

さらに、本発明のさらに別の態様に係る転動装置は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする。

さらに、本発明のさらに別の態様に係る転動装置は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする転動装置。

これらの各態様に係る転動装置においては、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち前記ショットピーニング処理が施された面は、表面における残留応力が−１５００ＭＰａ以上−５００ＭＰａ以下で、表面から１０μｍ内側の深さ位置における残留応力が−２００ＭＰａ以下であることが好ましい。
また、前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち前記ショットピーニング処理が施された面は、面積率で１％以上の部分に、前記潤滑被膜を備えていることが好ましい。

さらに、前記軟質金属粉末は、平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であり、錫，亜鉛，銅，ニッケル，クロム，及びチタンのうち少なくとも１種を含有するとともに、前記固体潤滑剤粉末は、平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であり、二硫化モリブデン，グラファイト，及びポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも１種を含有することが好ましい。
さらに、前記混合投射材のうちの前記硬質投射材の割合は３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
さらに、前記混合投射材の噴射圧力が０．２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下で、噴射時間が５分以上３０分以下であることが好ましい。

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、本発明における第一部材とは、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、第二部材とは、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、第一部材の軌道面，第二部材の軌道面，及び転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、軟質投射材で構成され複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されているので、潤滑性に優れ長寿命である。

本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。ショットピーニング処理を説明する工程図である。残留応力の測定結果を示すグラフである。

本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１（第一部材）と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２（第二部材）と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１及び外輪２の間に転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆う密封装置５，５（例えば接触又は非接触ゴムシールやシールド）と、を備えており、転動体３の転動を介して内輪１及び外輪２の一方が他方に対して相対回転運動可能となっている。

そして、内輪１と外輪２と密封装置５，５とで囲まれた軸受内部空間内には、両軌道面１ａ，２ａと転動体３の転動面３ａとの潤滑を行う潤滑剤Ｇ（例えば潤滑油，グリース）が配されていて、密封装置５，５により軸受内部空間内に密封されている。なお、保持器４，密封装置５，潤滑剤Ｇは備えていなくてもよい。
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には、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されている。

内輪１，外輪２，及び転動体３は、軸受鋼等の金属材料（母材）で構成されているが、前記ショットピーニング処理の結果、ショットピーニング処理が施された被処理面には、複合組織層１０と、複合組織層１０の上に積層された潤滑被膜１２と、が形成されている（図２を参照）。
複合組織層１０は、硬質投射材が噴射されることにより塑性流動している母材に、軟質投射材が浸透して（入り込んで）なる層である。また、潤滑被膜１２は、複合組織層１０上に軟質投射材が付着して形成された被膜である。

軌道面１ａ，２ａや転動面３ａが潤滑被膜１２で覆われているので、本実施形態の深溝玉軸受は潤滑性に優れており、特に、希薄潤滑環境下においても潤滑不良を起こすことなく、ピーリング等の表面損傷が生じにくくなっている。また、母材と潤滑被膜１２との間に、折り畳み効果によって形成された複合組織層１０が中間層として介在しているので、母材に対する潤滑被膜１２の密着性が優れている。よって、母材からの潤滑被膜１２の剥離が生じにくいので、潤滑性の低下が生じにくい。このようなことから、本実施形態の深溝玉軸受は、潤滑性に優れ長寿命である。

また、混合投射材を噴射することにより、複合組織層１０と潤滑被膜１２が形成されるので、硬質投射材を噴射した後に軟質投射材を噴射する方法と比べると、工程数を削減することができる。また、硬質投射材と軟質投射材を別々に噴射する前記方法では、複合組織層が形成されないので、潤滑被膜が母材から剥離しやすいが、本実施形態のショットピーニング処理によれば複合組織層１０が形成されるため、潤滑被膜１２が母材から剥離しにくい。
深溝玉軸受の潤滑性を十分に高めて長寿命とするためには、被処理面（軌道面１ａ，２ａや転動面３ａ）のうち潤滑被膜を備えている部分は、面積率で１％以上とすることが好ましい。

また、硬質投射材が噴射されることにより、被処理面には高い圧縮残留応力が付与されている。これにより、軌道面１ａ，２ａや転動面３ａの疲労強度が向上するため、本実施形態の深溝玉軸受は長寿命である。疲労強度を十分に向上させるためには、被処理面の表面における残留応力は、−１５００ＭＰａ以上−５００ＭＰａ以下とすることが好ましく、表面から１０μｍ内側の深さ位置における残留応力は、−２００ＭＰａ以下とすることが好ましい。

さらに、硬質投射材は再利用することが可能であるため、噴射後の硬質投射材を回収することにより、繰り返しショットピーニング処理に供することができる。その結果、ショットピーニング処理のコストを低減することができる。なお、混合投射材のうちの硬質投射材の割合は、３０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。３０質量％未満であると、残留応力を十分に付与できないおそれがある。一方、９０質量％超過であると、潤滑被膜１２が形成されにくくなるおそれがある。

さらに、ショットピーニング処理においては、混合投射材の噴射圧力は０．２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下とすることが好ましく、噴射時間は５分以上３０分以下とすることが好ましい。噴射時間が５分未満であると、ショットピーニング処理が十分に施されないおそれがある。一方、３０分を超えて行っても、それ以上の効果が期待できないばかりか、コストが高くなる。
ここで、鉄基セラミックス粉末について詳細に説明する。鉄基セラミックス粉末は、元素としては鉄（Ｆｅ）を主成分とし、ホウ素（Ｂ）を５質量％以上８質量％以下含有する鉄基セラミックスの粉末である。すなわち、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である。

このような組成により、この鉄基セラミックスは、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する鉄基固溶体と、からなり、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の相と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する鉄基固溶体の相との過共晶組織を有する。Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と鉄基固溶体との比率は、面積率で、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物：鉄基固溶体＝５０％：５０％〜９０％：１０％である。なお、この面積率は、鉄基セラミックス粉末を樹脂埋めした試料の反射電子像を画像解析することにより求めることができる。

また、この鉄基セラミックスは、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを、鉄基固溶体とＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有する。
このような鉄基セラミックスは、アトマイズ法又は急冷リボン粉砕法により製造することができる。これらの方法で製造することにより、初晶となる高硬度なＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物を、高靱性な鉄基固溶体もしくは該鉄基固溶体とＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の共晶物が取り囲むミクロ組織とすることができるので、ＨＶ１０００超過という高硬度と一般的なセラミックス以上の高靱性とが両立されるとともに、安価である。

Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物は、Ｆｅ₂Ｂの融点が比較的低温（約１４００℃）であるため、アトマイズ法や急冷リボン粉砕法による製造が可能であるとととに、高硬度（ＨＶ１４００程度）であり、さらに安価な原材料を用いて製造できる。Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の比率が面積率で５０％未満であると、十分な硬度が得られにくく、９０％超過であると、十分な靱性が得られにくい。

また、鉄基固溶体は、硬質相としてＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物を利用していることから、最終凝固部位は高靱性な鉄基固溶体又は鉄基固溶体とＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物となる。また、この鉄基固溶体の構成相は、固溶元素や冷却速度，熱処理などにより、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造となり得るが、両相ともに十分な靱性を有しているため、いずれか一方でも両方でも差し支えない。鉄基固溶体の比率が面積率で１０％未満であると、十分な靱性が得られにくく、５０％超過であると、十分な硬度が得られにくい。

さらに、鉄基セラミックス中のホウ素の含有量が５質量％未満であると、Ｆｅ₂Ｂが少なくなって十分な硬度が得られにくい。一方、８質量％を超えると、Ｆｅ₂Ｂが多すぎるため、十分な靱性が得られにくい。
さらに、鉄基セラミックスが、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを、鉄基固溶体とＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有することにより、高硬度相を高靱性相が取り囲むこととなるので、高硬度と高靱性を両立することができる。

ただし、元素として、５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である鉄基セラミックスを用いることもできる。また、元素として、５質量％以上８質量％以下のホウ素と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である鉄基セラミックスを用いることもできる。さらに、元素として、５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である鉄基セラミックスを用いることもできる。

投射材は大気中で保管されることが多いが、保管時又は使用時に発錆しないことが好ましい。クロム及びニッケルは耐食性を改善する作用を有しているため、クロムの場合は２５質量％以下、ニッケルの場合は１０質量％以下の範囲内で添加することが好ましい。ただし、これらの上限値を超えると融点が上昇し、アトマイズ法や急冷リボン粉砕法による製造が困難となる。
また、チタン及びモリブデンは、いずれも硬度を向上させる目的で添加される。ただし、１０質量％を超えると融点が上昇し、アトマイズ法や急冷リボン粉砕法による鉄基セラミックスの製造が困難となる。

次に、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末について説明する。軟質金属粉末の種類は特に限定されるものではないが、錫，亜鉛，銅，ニッケル，クロム，及びチタンの粉末が好ましい。また、これらの金属の粉末のうち２種以上を混合した混合粉末でもよい。軟質金属粉末の平均粒径は、１μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましい。
また、固体潤滑剤粉末の種類は特に限定されるものではないが、二硫化モリブデン，グラファイト，及びポリテトラフルオロエチレンの粉末が好ましい。また、これらの固体潤滑剤の粉末のうち２種以上を混合した混合粉末でもよい。固体潤滑剤粉末の平均粒径は、１μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましい。
軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の平均粒径が１μｍ未満であると、ショットピーニング処理の際に粉末が舞って飛散しやすいため、処理が困難となるおそれがある。一方、７０μｍ超過であると、被処理面の表面粗さが粗くなるため、軌道面や転動面として不適となるおそれがある。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、内輪１，外輪２，及び転動体３を構成する金属材料（母材）として、ＳＵＪ２，ＳＵＪ３に代表される軸受用の高炭素クロム鋼を用いてもよいし、ＳＣＭ４２０，ＳＣｒ４２０等の浸炭鋼やステンレス鋼を用いてもよい。さらに、内輪１，外輪２，及び転動体３は、同一種の金属材料で構成する必要はなく、例えば、転動体３と内輪１，外輪２とを異なる鋼種としてもよい。

また、本実施形態においては、転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は深溝玉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、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，自動調心ころ軸受，針状ころ軸受，円すいころ軸受，円筒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。

〔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。まず、スラストころ軸受の転動体であるころに、ショットピーニング処理を施して、被処理面の残留応力を測定した結果について説明する。
ガスアトマイズ法により製造した平均粒径４４μｍのＦｅＣｒＢセラミックス粉末と、平均粒径３８μｍの錫粉末と、これら両粉末の混合粉末（ＦｅＣｒＢセラミックス粉末：錫粉末＝３質量部：１質量部）と、を用意して、投射材とした。

直径３ｍｍ、長さ６ｍｍのころの円筒面に各投射材をそれぞれ噴射して（噴射圧力は０．４ＭＰａ、噴射時間は２０分）、ショットピーニング処理を施した。混合粉末を用いてショットピーニング処理を施したころを実施例１、錫粉末を用いてショットピーニング処理を施したころを比較例１、ＦｅＣｒＢセラミックス粉末を用いてショットピーニング処理を施したころを比較例２とする。なお、錫粉末を用いてショットピーニング処理を施したころに関しては、前処理として、ＦｅＣｒＢセラミックス粉末を用いたショットピーニング処理を行い、その後に錫粉末を用いたショットピーニング処理を行っている。

得られた上記３種のころ及び未処理のころについて、表面（円筒面）における残留応力と、表面から所定深さ内側の深さ位置における残留応力とを測定した。結果を図３のグラフに示す。図３のグラフから分かるように、混合粉末を用いてショットピーニング処理を施した場合は、未処理品と比べて、表面における圧縮残留応力が約１．２倍高かった。また、表面から１０μｍ内側の深さ位置においても、表面と同等の圧縮残留応力が付与されていた。
さらに、表面分析により、表面に付着した錫の量を測定した結果、実施例１については面積率で１０％、比較例１については面積率で４０％であった。

次に、ころ軸受の寿命試験を行った。鏡面処理を施したＳＵＪ２製のフラットワッシャーを内外輪とし、これと上記のころ１４個及び保持器を組み立てて、ころ軸受を得た。このころ軸受に、６３７０Ｎのスラスト荷重を印加し、室温下で回転速度１０００ｍｉｎ^-1で回転させた。なお、粘度１０ｃＳｔの鉱油を潤滑剤として用いて、ころ軸受の潤滑を行った。

１種のころ軸受につき５個の軸受の寿命試験を行って、その平均値をそのころ軸受の寿命とした。未処理のころを組み込んだころ軸受の寿命を１とした場合の相対値で、各ころ軸受の寿命を表すと、実施例１のころを組み込んだころ軸受の寿命は２０、比較例１のころを組み込んだころ軸受の寿命１２は、比較例２のころを組み込んだころ軸受の寿命は５であった。このように、実施例１のころを組み込んだころ軸受の寿命は、従来品である比較例１のころを組み込んだころ軸受と比べて、寿命が約１．５倍であった。

１内輪
１ａ軌道面
２外輪
２ａ軌道面
３転動体
３ａ転動面
１０複合組織層
１２潤滑被膜

Claims

互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、
前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする転動装置。
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、
前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする転動装置。
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、
前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする転動装置。
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材の軌道面と前記第二部材の軌道面との間に転動自在に配された転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転動装置において、
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも一つに、鉄基セラミックス粉末からなる硬質投射材と、軟質金属粉末及び固体潤滑剤粉末の少なくとも一方からなる軟質投射材と、を含む混合投射材を噴射するショットピーニング処理が施されていて、前記軟質投射材が母材に浸透してなる複合組織層と、前記軟質投射材で構成され前記複合組織層の上に積層された潤滑被膜と、が形成されており、
前記鉄基セラミックス粉末は、面積率で５０％以上９０％以下のＦｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物と、体心立方格子構造及び／又は面心立方格子構造を有する、面積率で１０％以上５０％以下の鉄基固溶体と、からなり、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体が囲んだミクロ組織、又は、前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物の周りを前記鉄基固溶体と前記Ｆｅ₂Ｂ系鉄基ホウ化物との共晶物が囲んだミクロ組織を有するとともに、元素としては５質量％以上８質量％以下のホウ素と、１０質量％以下のチタン及び１０質量％以下のモリブデンの少なくとも一方と、２５質量％以下のクロム及び１０質量％以下のニッケルの少なくとも一方と、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であることを特徴とする転動装置。
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち前記ショットピーニング処理が施された面は、表面における残留応力が−１５００ＭＰａ以上−５００ＭＰａ以下で、表面から１０μｍ内側の深さ位置における残留応力が−２００ＭＰａ以下である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。
前記第一部材の軌道面，前記第二部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち前記ショットピーニング処理が施された面は、面積率で１％以上の部分に、前記潤滑被膜を備えてい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。
前記軟質金属粉末は、平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であり、錫，亜鉛，銅，ニッケル，クロム，及びチタンのうち少なくとも１種を含有するとともに、前記固体潤滑剤粉末は、平均粒径が１μｍ以上７０μｍ以下であり、二硫化モリブデン，グラファイト，及びポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の転動装置。
前記混合投射材のうちの前記硬質投射材の割合は３０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の転動装置。
前記混合投射材の噴射圧力が０．２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下で、噴射時間が５分以上３０分以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の転動装置。