JPWO2012063499A1 - 作動装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

従来は、滑り接触する面に球を当て塑性変形させて凹部を形成するため表面は加工硬化するから、凹部のつぶされる量が不足して、凹部内の潤滑油による潤滑量が不足する。円錐ころ軸受１の円錐ころ２の大端面２１に、破砕されて表面に角が形成されている炭化ケイ素の０．５〜１００μｍの径の微粒子をショットして、この面を０．５〜１００μｍの範囲内の径で凹状に削り取り、深さ１μｍ以上のものの間隔が２００μｍ以下で、相互に連続せずに離れて形成されている無数の凹部を形成して、これを油溜まりとしている。凹部は削り取られたもので塑性変形によるものでないから表面は硬化していない。

Description

本発明は作動装置とその製造方法に関する。ここでいう作動装置とは、転動体と、この転動体を介して相対運動する二つの部材とからなる装置の総称である。したがって、作動装置には、転動体とこれを挟む２つの軌道輪からなる軸受、転動体とこれにより相対移動する案内レールとスライダとからなるリニアガイド、転動体とこれにより相対移動するねじ軸とナットとからなるボールねじを含むものである。また転動体としては円筒ころ、円錐ころ、針状ころ、ボールなどの各種の転動体が含まれる。
以上から、本発明の作動装置は、転動体とこの転動体を介して相対運動する二つの部材からなる装置、と言い換えることができるし、また本発明の適用を軸受、リニアガイド、又はボールネジに限定するときには、発明の名称を軸受、リニアガイド、又はボールネジと言い換えることもできる。
従来、自動車の差動装置や変速装置をはじめ、転がり軸受その他の前記作動装置が使用される領域では、小型化、高出力化が進んでいる。このため、潤滑油の低粘度化など使用環境が高荷重、高温化する傾向にある。したがって、軸受等の作動装置にとってはこれまで以上に厳しい潤滑環境へ変化しつつあり、潤滑不良による摩耗や表面剥離がますます発生しやすくなっている。
そこで、かかる潤滑環境を改善するため、転動体とこれを介して相対運動する２つの部材のうち少なくともいずれかの相対的に転がり接触又は滑り接触する面に油溜まりを形成する技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、内輪の鍔面にショットブラストを施し、凹凸を設ける技術が開示されている。また、特許文献２には、投射粒子の投射により、摺動部材の摺動面に凹面で構成された微細くぼみを多数形成する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、砥石を使用してころの端面や鍔面を仕上げ、滑らかな平滑部と、この平滑部にランダムに形成した谷部と、からなる仕上げ面とする技術が開示されている。
さらに、特許文献４〜６には、転動体の転動面及び端面並びに内外輪の軌道面及び内輪の大鍔面に、無数の微小凹形状のくぼみをランダムに形成する技術が開示されている。そして、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４〜１．０μｍ、Ｒｙｍａｘを０．４〜１．０μｍ、且つ、粗さ曲線の歪み度を表すＳｋ値を−１．６以下とし、さらに、くぼみの面積率を５〜２０％、平均面積を３０〜１００μｍ2 とすると、ころ軸受の寿命を延長できるとされている。
さらに、特許文献７には、ころ端面に無数の谷をランダムに散在させ、三次元表面粗さのパラメータのうち算術平均粗さＳａを０．１μｍ以下、減衰谷粗さＳｖｋを０．１５〜０．３０μｍとして、耐焼付き性を向上させる技術が開示されている。
特開平５−２４１２３５号公報 特表２００９−５２６１２６号公報 特開平７−４２７４６号公報 特開２００６−９９６２号公報 特開２００６−９９６３号公報 特開２００６−９９６４号公報 特開２００３−２６９４６８号公報
しかしながら、いずれの文献においても、転がり接触又は滑り接触する面に球形などの微細な粒を当てて、前記面を押しつぶし凹ませて塑性変形させることにより微細な凹部を形成するものである。このため、前記塑性変形により、凹部及びその周辺において前記の面は加工硬化することが余儀なくされている。
このように油溜まりとしての凹部やその周辺が硬化していると、凹部表面を相手部材が移動する際に相手部材によって凹部が弾性変形して一時つぶされるはずのところを、凹部のつぶされる量が小さいか或いは全くつぶされないことになる。すると、凹部内に溜められた潤滑油が凹部から前記の接触する面に出ないか、出るとしてもその量が少なくなるから、前記の転がり接触又は滑り接触する面は潤滑不足になるという不具合がある。
そこで、本発明は、かかる不具合を解決して、潤滑性能が高く、したがって摩擦抵抗の低下となる作動装置とその製造方法を提供する。
上記の課題を解決するための手段として、本発明の第１の態様は、転動体と、この転動体を介して相対運動する二つの部材とからなる作動装置において、相互に転がり接触又は滑り接触する二つの面のうちの少なくとも一方の面に、その面を０．５〜１００μｍの範囲内の径で凹状に削り取ってなる独立した凹部を無数に形成し、この凹部を油溜まりとしたことを特徴とする。前記の相互に転がり接触する面としては、作動装置が軸受であればころの転動面又はボールの外面とこれらに接する軌道面が含まれる。また作動装置がリニアガイドであれば、ころの軌道面又はボールの外面とこれらに接する案内レール及びスライダの軌道面が含まれる。また作動装置がボールねじであればボールの外面とこれに接するねじ軸とナットの各ねじ溝が含まれる。また前記の相互に滑り接触する面には、ころが使用される軸受において、ころの端面とこれに接する軸受の軌道輪の鍔の面とが含まれる。また相互に滑り接触する面には、ころが使用されるリニアガイドにおいて、ころの端面とこれが接する相手面とが含まれる。なお、本発明及びその態様の説明において、径とは格別に特定のない限り直径をいう。
第２の態様は、さらに前記凹部の縁に形成された凸部を砥石研磨し、第３の態様は同じくバレル研磨し、第４の態様は同じくゴム状の弾性体の外周に硬質の粒子を固着してなる弾性衝突材で研磨したことをそれぞれ特徴とする。
また第５の態様は、前記凹部は深さが１μｍ以上のものの間隔が２００μｍ以下であり、且つ前記凹部どうしは連続せずに離れて形成されていることを特徴とする。こうすることにより、潤滑性能が好適となり、且つ荷重の負担能力も維持される。
また第６の態様は、前記削り取ってなる凹部が形成された面の面積における前記無数の凹部の面積を合計した面積の割合を１０％以上で４０％以下の範囲にしたことを特徴とする。さらに好ましくは前記面積の割合を１５％以上で３０％以下の範囲にするのがよい。潤滑性能の向上（つまり回転する作動装置にあっては低トルク化）のためには前記面積率の上限は大きいほうが好適であるが、作動装置の負荷能力を維持するためにはその上限は小さいほうがよい。そこで前記の面積率に設定して、潤滑性能を向上させるとともに負荷能力を維持させた。
また第７の態様は、三次元粗さＳａ（算術平均粗さ）を０．１μｍ以上、Ｒｓｋ（表面高さ分布の偏り度、スキューネス）を−１以上としたことを特徴とする。
また第８の態様は、作動装置の製造方法であって、転動体とこの転動体を介して相対運動する二つの部材とからなる作動装置における、相互に転がり接触又は滑り接触する二つの面のうち少なくとも一方の面に、この面を形成する材料よりも硬い材料からなり且つ表面に角のある微粒子を当てることにより、前記少なくとも一方の面を０．５〜１００μｍの径で凹状に削り取って、油溜まりとなる無数の独立した凹部を形成することを特徴とする。
また第９の態様は、前記作動装置の製造時に前記凹部の縁に形成される微小な凸部を砥石研磨により除去することを特徴とする。第１０の態様は第９の態様による除去のときに、転動体とこれを介して相対運動する二つの部材とのうち前記凹部を形成する部材の多数をホルダに保持し、その保持された各部材に対して順次前記微粒子を当てることにより各部材の表面に無数の前記凹部を形成し、その後に、前記多数の部材を前記ホルダに保持したまま、前記凹部が形成された面を順次砥石により研磨して前記微小な凸部を除去するとよい。
また第１１の態様は、作動装置の製造時に、前記微小な凸部の除去をバレル研磨により行い、第１２の態様は同除去をゴム状の弾性体の外周に硬質の粒子を固着してなる弾性衝突材を衝突させて行なうことを特徴とする。ここで、第１３の態様は前記第１２の態様の前記弾性衝突材として、球状のゴム状弾性体の外周に接着剤により無数の硬質の粒子を固着してなり、この無数の弾性衝突材を前記凹状に削り取った面にショットすることにより前記凸部を研磨して除去するものである。
また第１４の態様は、作動装置の製造時に、前記凹部を形成する微粒子として０．５〜１００μｍの径のものを用いることを特徴とする。ここで、第１５の態様は、前記第１４の態様に用いる前記微粒子として、前記硬い材料を砕くことにより表面に角が形成されたものを用い、この微粒子の角により前記少なくとも一方の面を削り取って凹部を形成するとよい。第１６の態様は、この微粒子をショット材として用い、ショットブラストにより前記少なくとも一方の面を削り取るとよい。
また、第１７の態様は、作動装置の製造方法としての別の態様であって、軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数のころと、を備える作動装置を製造する方法であって、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体の少なくとも一つに、少なくとも一つの角部を備える粒子を衝突させるショット加工を施して、その表面全体に、前記衝突による円形の凹部と、その余肉からなる凸部とを形成する第一工程と、前記凸部の一部分を除去して前記凸部を小さくする第二工程と、を備えることを特徴とする。ここで製造される作動装置は、内輪と外輪と複数のころとを備えるものであるため、具体的にはころ軸受である。
また第１８の態様は、前記第１７の態様の作動装置の製造方法において、前記第二工程は、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体のうち前記ショット加工が施された部材に、複数の硬質粒子が表面に備えられた弾性体粒子を衝突させる処理であることを特徴とする。ここで、第１９の態様は、前記第１７又は第１８の態様において、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面のうち前記ショット加工が施された面を研磨し、前記小さくされた凸部を除去して平滑化し前記凹部のみ残す第三工程を備えるものとする。
また、第２０の態様は作動装置としての別の態様であって、軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数のころと、を備える作動装置において、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体の少なくとも一つは、その表面全体に、少なくとも一つの角部を備える粒子の衝突により形成された円形の凹部を有し、その凹部のうち深さ１μｍ以上のものは２００μｍ以下の間隔で均一に配置していることを特徴とする。
ここで、前記第２０の態様における前記内輪、前記外輪、及び前記転動体のうち前記凹部を有する部材は、第２１の態様として、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面のうち前記凹部以外の部分が平滑面となっており、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面以外の表面は、前記凹部と凸部と平滑面とで構成されているとよい。この作動装置も、内輪と外輪と複数のころとを備えるものであるため、具体的にはころ軸受である。
本発明によれば、油溜まりの凹部が、作動装置の転がり接触又は滑り接触する部材の面を削り取ることにより形成されるため、塑性変形は殆ど或いは全くないから、凹部や周辺は硬化されていない。このため、接触する相手部材によって凹部が弾性変形して一時つぶされて小さくなるが、この凹部は独立して形成されているため潤滑油は他に流出することができずに、凹部内に溜められた潤滑油は凹部から当該凹部が形成されている部材の表面に押し出されて相手部材の表面との両面間を潤滑し、したがってこの作動装置の摩擦抵抗を低下させる。よってこの作動装置を使用した機器の駆動力を低減させ、これを回転装置等に使用すれば低速域での低トルク化に寄与することになる。また、前記潤滑により回転装置等の高速域での耐焼付き性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態を示す円錐ころ軸受の一部を示す断面図である。 ショットブラストの加工例を示す説明図である。 本発明の実施形態における凹部の面積率とトルクの関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態のうちの一例に使用する弾性衝突材を示す図であり（ａ）は全体を示し（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。 本発明の第２実施形態を示す円錐ころ軸受の構造を示す縦断面図である。 図５の変形例を示す縦断面図である。 縦型内輪回転式試験機の断面図である。 耐焼付き性の試験結果を示す図である。 ショット加工による母材の硬化を示す図である。 円錐ころ軸受の初期トルクを測定した結果を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明にかかる作動装置の一つの実施形態として単列円錐ころ軸受１の一部を示している。このころ軸受１は、本発明の転動体に相当する円錐ころ２と、この円錐ころ２を介して相対回転する内輪３及び外輪４と、円錐ころ２の保持器５とからなり、内輪３には大鍔３１と小鍔３２が形成されている。内輪３と外輪４との間に円錐ころ２が内設された空隙部内には潤滑剤が配されている。この潤滑剤としては基油と増ちょう剤とを含有するグリース組成物でもよいし潤滑油でもよい。
これまでの説明の範囲において軸受１は周知のものであり、本発明としては作動装置としてこの単列円錐ころ軸受１のほか、他の形態の軸受やリニアガイドやボールねじに適用することもできる。
この軸受１に本発明を適用すると、円錐ころ２の大端面２１と小端面２２と転動面２３のうちから選択された１つの面又は複数の面に油溜まりとなる無数の凹部を形成するものであってもよい。しかし、この実施形態では大端面２１にその凹部を形成する。大端面２１は円錐ころ２のうちでも最も滑り接触する面積が大であるから、ここの摩擦抵抗を低下させることで軸受トルクの低減に最も貢献できる部位だからである。しかしながら、本発明は他の部品や部位に油溜まりの凹部を形成することを排除するものではない。特に大端面２１と小端面２２に凹部を形成してもよい。これらの面は滑り接触する面であるから、ここの摩擦抵抗を低下させることで、軸受トルクの低減に最も貢献できる部位だからである。
円錐ころ２に凹部を形成する一例は次の通りである。つまり、図２に示すように円錐ころ２の多数を回転可能なホルダ６の外周に、その大端面２１を回転外側に向けて等間隔にセットする。その後、ホルダ６を連続又は間欠的に回転させつつ円錐ころ２の外側から大端面２１に向けて微粒子をショットする。このように円錐ころ２を並べて順次加工すると、各円錐ころ２が相互に接触しないから、打痕などの不具合の低減にもなる。
ショット材としての微粒子は円錐ころ２の材料よりも硬質のものであって表面に角のあるものを用いる。微粒子としては他の材料を用いることもできるが、ここでは炭化ケイ素（ＳｉＣ・ビッカース硬度５００以上）を用い、炭化ケイ素の塊を破砕して角張った形状にしている。ショットブラストに使用する微粒子として、ここでは０．５〜１００μｍの径のものを用いる。つまり微粒子の最大の大きさを１００μｍとし最小の大きさを０．５μｍとして、これらの範囲内のものを使用する。これによって円錐ころ２の大端面２１を後述の面積率において削り取って、同寸法の範囲内の凹部とするためである。したがって前記の楕円などの場合は長い方の径を本発明における凹部の径とする。
転がり接触又は滑り接触する部材の表面を削り取って凹部とするものであるため、ショット材としての微粒子としては炭化ケイ素の他のものであっても、ビッカース硬度が５００以上で、しかも表面に１つ又は２つ以上の角があることが好ましい。部材の表面が削り取られるときに、微粒子が部材表面に当たって微粒子の角が部材を削り取る挙動には次のようなものが考えられる。第１は、微粒子は姿勢を大きく変えることなく部材を削り取って跳ね返りながら飛び去るものである。第２は、微粒子が部材に当たってこまのように回転しながら部材をえぐり取って飛び去るものである。第３は、微粒子が部材表面を掬い取るように回転しながら跳ね返って飛び去るものなどである。微粒子にはこれらの各挙動が混在するものと推定される。
この凹部の形成の例では、ショットの圧力としては１４７０ｋＰａ以下とし、ショット時間は２０分以下とした。しかし、深さ１μｍ以上の凹部どうしの間隔が２００μｍ以下で凹部どうしが連続しない条件を満足させるように、圧力及び時間やショット回数等のショット条件を定めるものとする。図２に示したものはショット圧力６００ｋＰａで１０分間ショットした。
こうして微粒子をショットすることによって、微粒子の角により円錐ころ２の大端面２１に０．５〜１００μｍの範囲内の径で凹状に削り取ってなる独立した凹部を無数に形成する。ここでは、円錐ころ２の大端面２１に素材の圧縮などの塑性変形がないから表面が加工硬化されることがない。したがって表面がショット前と同等の硬さのままの凹部を油溜まりとすることができる。前記凹部どうしの間隔は２００μｍ以下であり、且つ前記凹部どうしは連続せずに離れて形成されている。なお、微粒子のショットは所定時間内に何度も繰り返し行ってもよいし、また短時間に１度のショットとしてもよい。
また、凹部の形状は凹部が形成される面を正面から見て円形又はこれに近い形状であることが理想であるが必ずしも円形である必要はない。つまり、本発明での凹部は、接触する相手部材によって凹部が弾性変形して一時つぶされて容積が小さくなる。これにより、凹部内に溜められた潤滑油が凹部から部材の表面（この実施形態では円錐ころ２の大端面２１）に押し出されて相手部材（この実施形態では内輪３の大鍔３１）の表面との両面間を潤滑する。このため、凹部は相手部材の押圧によって一時つぶされたときに内部の潤滑油が逃げ場を失って当該部材の表面に押し出される程度の独立した形状であればよい。したがって、凹部の形状は相手部材の形状にもよるが、相手部材によって或るタイミングにおいて同時に表面全体が塞がれる大きさであればよい。このため、凹部が線状に長いときには上記のように内部の潤滑油が逃げ場を失うことは少ないので、上記のように細長いのはこの発明の凹部としては適当ではない。いかし、凹部を正面から見て最も短い径とこれに直交する方向の径が１：２以内の比であれば楕円などであっても相手部材によって或るタイミングにおいて凹部の表面全体が塞がれるため本発明でいう凹部である。
前記凹部が形成された面の面積における、前記無数の凹部の面積を合計した面積の割合、つまり面積率は１０％以上で４０％以下の範囲とするが、好ましくは１５％以上で３０％以下としたほうがよい。面積率のうち下限について、円錐ころ２の大端面２１に上記寸法の油溜まりの凹部を形成した円錐ころ軸受について上記面積率を変化させてトルクを計測したところ図３のグラフに示される結果を得た。これを見ると、凹部の面積率が５％から１０％に増加するまでの間では軸受のトルクが急激に低下し、１０％に至るとトルクの低下が鈍くなるとともに１５％に至るとさらにトルクの低下が鈍くなる。つまり、凹部の面積率の下限が１０％になるとトルクの減少が十分に表れ、下限が１５％になると２５％に至るまでトルクの減少がさらに顕著になることが分かる。
また、図３には示されていないが、油溜まりの面積率が増加すれば潤滑機能は増大するのであるから２５％を超えてもトルクは僅かずつでもさらに低下するものと推定できる。しかし、この面積率が増加するとこの実施形態では円錐ころ２の大端面２１と内輪３の大鍔３１との接触面積が減少するため、軸受としての負荷容量（負荷能力）の低下と凹部を形成した面の粗さが悪化することになる。このため、負荷容量の低下と面粗さの悪化を防止するために前記面積率の上限が定められるべきである。この点から、上記面積率の上限は４０％であり、さらに十分に負荷容量を確保するために同上限を上記の通り３０％とする。
前記ショット加工された円錐ころ２の大端面２１は、三次元表面粗さパラメータで表すと、Ｓａ（算術平均粗さ）を０．１μｍ以上、Ｒｓｋ（表面高さ分布の偏り度（スキューネス））を−１以上、Ｒｋｕ（表面高さ分布のとがり度（クルトシス））を１０以下としている。ここで、Ｓａ、Ｒｓｋ、Ｒｋｕは、ＩＳＯ２５１７８に企画されているパラメータであり、前記の値は発明者らが非接触表面形状測定機（Ｚｙｇｏ）にて測定した結果である。
円錐ころ２に凹部を形成する他の例は次の通りである。すなわち、多数の円錐ころ２を、開口部を有する回転可能なカゴの中にランダムに入れる。そして、カゴを連続回転させつつカゴの開口部から円錐ころ２に向けて微粒子をショットすることにより、円錐ころ２の全面にショット加工を施している。このように、ショット加工する面を円錐ころ２の大端面２１に特定せず、円錐ころ２の全面に油溜まりとなる無数の凹部を形成している。
この例でも、ショット材の微粒子は表面に角が形成された直径１００μｍ以下の炭化ケイ素とし、ショットの圧力としては１４７０ｋＰａ以下とし、ショット時間は２０分以下とした条件内において、圧力及び時間やショット回数等のショット条件を定めている。ショット加工の条件として、カゴの回転速度を５ｍｉｎ-1とし、円錐ころ２に対するショット圧力６００ｋＰａで５分間ショットを行い、円錐ころ２を製作した。
上記の様に微粒子をショットすることによって、微粒子の角により円錐ころ２の全面に０．５〜１００μｍの範囲内の径で深さが１μｍ以上（且つ望ましくは５μｍ以下）の凹状に削り取ってなる独立した凹部を無数に形成する。このとき、前記凹部どうしの間隔は２００μｍ以下であり、且つ前記凹部どうしは連続せずに離れて形成されている。
前記ショット加工された円錐ころ２の表面は、表面粗さパラメータで表すと、Ｒａ（算術平均高さ）を０．１〜０．２μｍ、Ｒｓｋ（スキューネス）を−１〜−０．２、Ｒｋｕ（クルトシス）を３〜７を満たす状態にある。このため、凹部による油膜形成能力向上により良好なトルク低減効果が得られる。
図１の構造を有するころ軸受１として、呼び番号ＨＴＦＲ４５−２４（内径：４５ｍｍ、外径：９５．２５ｍｍ、最大幅：３５ｍｍ、円錐ころの大径：１３．７７９ｍｍ）の円錐ころ軸受を試験用に作製し、従来品（ショット未加工品）とのトルクを比較した。試験は、温度６０°Ｃ±３°Ｃの鉱油（ＶＧ６８）を、通常の供給量（３００ｍｌ／ｍｉｎ）より少ない２００ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら、アキシャル荷重４ｋＮ、回転速度３００ｍｉｎ-1の条件で内輪３を２４時間回転させた後のトルクを測定した。
結果を下記の表１に示す。
Figure 2012063499
この結果より、従来品（ショット未加工品）に対してトルクが５０％低減し、トルク低減効果を得られることが分かる。
このように、被加工物をカゴの中にランダムに入れて、その外部からショットすることによって前記凹部を形成した転動体や部材の量産が可能になる。
また、前記の凹部を形成するのを転動体や他の部材の一部に限定する場合には、加工しない面にマスクを施せばよい。これには、マスキングテープなどを使用することができる。
以上、それぞれの凹部を形成する例では、本発明をころ軸受１の円錐ころ２に適用した場合について説明したが、これに限らず本発明を、内輪軌道面３３、内輪の大鍔３１、外輪軌道面４１のいずれか１つのみに適用することもできる。また、内輪軌道面３３、内輪の大鍔３１、外輪軌道面４１及び円錐ころ２のうち２つ以上に適用することもできる。
なお、凹部の形成にショット加工を使用したが、他の加工方法を採用することも可能である。
以上により、加工硬化のない凹部による油膜形成能力によって摩擦係数が下がり、特に滑り摩擦が支配的な低速域での低トルク化が可能になる効果がある。
前記のように凹部を形成するにあたり、硬い材料からなり且つ表面に１又は２以上の角のある微粒子を高圧の空気に乗せて当てることにより、部材の表面を無数の凹状に削り取ると、その縁などに凸部が形成されることがある。つまり、凹部の、微粒子が飛び去った側に、削り取りの衝撃によって部材の一部が微粒子の飛散方向へ変形してバリなどの凸部が形成されることがある。この凸部はこれが形成された部材が滑り接触又は転がり接触する相手部材に対して接することにより相手部材に打痕を発生させるなどの攻撃性があるという不具合を生じさせるおそれがある。そこで、凹部の縁などに形成される凸部は次の第１〜第３のうちのいずれかの方法で除去する。なお、次の第１〜第３のうち複数の方法を２段階又は３段階に分けて連続使用することもできる。つまり、凸部の除去に第１次除去、第２次除去、必要によりさらに第３次除去とすることも可能である。
第１の凸部除去方法はバレル研磨である。これは、研磨槽内に研磨対象物であるワークと研磨剤たる微粒子を入れた状態で、研磨槽に回転や振動を加えて、前記微粒子によりワークを研磨するものである。この実施形態においても、このバレル研磨によって円錐ころ２の前記凸部を研磨する。これによって凸部を除去することにより、円錐ころ２が接触する内外輪３、４に対する攻撃性を減少させて、破損や疵の付与などの不具合をなくすものとする。バレル研磨としては回転バレル研磨法、振動バレル研磨法、遠心バレル研磨法のいずれを採用することもできる。
バレル研磨された円錐ころ２の表面は、表面粗さパラメータで表すと、Ｒａ（算術平均高さ）を０．１〜０．２μｍ、Ｒｓｋ（スキューネス）を−１〜−０．２、Ｒｋｕ（クルトシス）の３〜７の範囲を満たす状態にある。よって、凸部が除去された凹部による油膜形成能力向上によって良好なトルク低減効果が得られる。
バレル研磨法は研磨槽内での加工であり、多数のワークを研磨槽に入れて処理することが可能であるから、凹部形成のショット加工をカゴに入れて行うことに続いて行うことにより軸受などの作動装置の量産に貢献できる加工法である。
第２の凸部除去方法は砥石による研磨である。砥石としてはビドリファイド砥石、ダイヤモンド砥石、ボラゾン砥石、ＰＶＡ砥石、スーパーストーンなど研磨用に慣用されているものを用いることができる。
砥石による前記研磨は、図２による前記凹部の形成後に、円錐ころ２をホルダ６に支持させたまま引き続き行ってもよい。つまり、ホルダ６を同様に連続又は間欠回転させながら円錐ころ２の大端面２１に砥石を当てて研磨するのである。こうすることにより、円錐ころ２を並べ替えることなくそのまま凸部の研磨加工をすることができるから、加工に要する時間と手間を減らすことができる。
砥石により研磨された円錐ころ２の表面も、前記第１の除去方法と同様に、表面粗さパラメータで表すと、Ｒａ（算術平均高さ）を０．１〜０．２μｍ、Ｒｓｋ（スキューネス）を−１〜−０．２、Ｒｋｕ（クルトシス）の３〜７の範囲を満たす状態にある。よって、凸部が除去された凹部による油膜形成能力向上によって良好なトルク低減効果が得られる。
第３の凸部除去方法は、図４の弾性衝突材７を用いる方法である。図４は弾性衝突材７の一例を示す断面図であり、球状のゴム状弾性体７１の外周に接着剤により無数の硬質の粒子７２を固着してなる。この無数の弾性衝突材７を前記凹部が無数に形成された面にショットすることにより前記凸部を研磨して除去するものである。ゴム状弾性体７１は天然ゴム又は合成ゴムからなるが、ゴム状の弾性がある素材であれば他の材料のものでも使用できる。ここでは直径１〜６ｍｍの球状をしたものを用いるが、ショットにより後述のように凸部を研磨できれば他の形状でもよいし、大きさも前記範囲にこだわらない。
弾性衝突材７の本体をなすゴム状弾性体７１の外周面には接着剤を介して硬質の粒子７２を可及的に均一に固着してなる。粒子７２はダイヤモンド粒子などのように研磨機能のあるもので、直径は５〜７０μｍのものを用いる。
かかる弾性衝突材７をショット材として前記凹部に形成された面をショットすると、直径がｍｍ単位の弾性衝突材７が１００μｍ以下の径の凹部のある面を研磨する。これにより、凹部の縁などに形成される凸部は研磨されて除去される。このとき弾性衝突材７はその本体がゴム状弾性体７１からなるため、凸部の形状に馴染んで変形しながら凸部を研磨することになる。かくして凸部への接触面積が大きくなるため、凸部の研磨効率が高くなるという効果がある。
弾性衝突材７のショットは、図２による前記凹部の形成後に、円錐ころ２をホルダ６に支持させたまま引き続き行ってもよい。ここでは、円錐ころ２の大端面２１に対して４５度程度の斜め方向から弾性衝突材７をショットする。ゴム状弾性体７１の直径は１ｍｍであり、これに直径１μｍのダイヤモンド粒子が固着されているものを使用し、５分間のショットとする。なお、弾性衝突材７のショット方法としてはブラスト加工でもシリウス加工でもよい。これらの加工方法自体は公知のものを用いることができる。
弾性衝突材７でショット加工された円錐ころ２の表面も、表面粗さパラメータで表すと、Ｒａ（算術平均高さ）を０．１〜０．２μｍ、Ｒｓｋ（スキューネス）を−１〜−０．２、Ｒｋｕ（クルトシス）が３〜７の範囲を満たす状態にあり、凸部が除去された凹部による油膜形成能力向上によって良好なトルク低減効果が得られる。
また、凹部の形成手段として被加工物を前記したようにカゴの中にランダムに入れて外部からショットする場合には、弾性衝突材７のショットも同様にカゴの中に入れてショットすればよい。
以上の弾性衝突材７の各寸法や材質などの条件は被加工物の材質や凹部、凸部の寸法等の条件に応じて変更可能であることは勿論である。
本発明は、例えば、自動車用デファレンシャル、トランスミッション、トランスファー等、油潤滑下の低回転域で使用される軸受に適用すると、トルク低減の効果が大きい。また、この発明の作動装置は、凹部の形成や凸部の除去のためにノズルを加工対象物に向けてショットすればよいため、風車用、建設機械用、鉄鋼用などの大径軸受に適用するのにも好適である。
［第２実施形態］
本発明に係る第２実施態を、図５以下を参照しながら説明する。図５は、本発明に係る作動装置の一つの実施形態である円錐ころ軸受の構造を示す縦断面図である。
図５の円錐ころ軸受は、外周面に軌道面２０１ａを有する内輪２０１と、内輪２０１の軌道面２０１ａに対向する軌道面２０２ａを内周面に有する外輪２０２とを有している。そしてこの軸受は、これら内輪２０１及び外輪２０２と、両軌道面２０１ａ，２０２ａの間に転動自在に配された複数の円錐ころ３と、内輪２０１及び外輪２０２の間に複数の円錐ころ２０３を保持する保持器２０４と、で構成されている。また、内輪２０１の外周面及び外輪２０２の内周面の間に形成された軸受内部空間には、図示しない潤滑剤（例えば潤滑油，グリース）が配されている。なお、保持器２０４は備えていなくてもよい。
また、内輪２０１及び外輪２０２の少なくとも一方には、鍔２０５が形成されている。図５には、内輪２０１の外周面の軸方向一端部（円錐ころ２０３の大端面２３１側の端部）に、鍔２０５が径方向外方に突出して設けられている例が図示されている。外輪２０２には、鍔は設けられていない。ただし、図５の例とは逆に、外輪２０２の内周面の軸方向端部に鍔を設け、内輪２０１には鍔を設けない構成としてもよいし、内輪２０１及び外輪２０２の両方に鍔を設ける構成としてもよい。また、内輪２０１，外輪２０２いずれについても、軸方向一端部（円錐ころ２０３の大端面２３１側の端部又は小端面２３２側の端部）に鍔を設けてもよいし、軸方向両端部（円錐ころ２０３の大端面２３１側の端部及び小端面２３２側の端部）に鍔を設けてもよい。
鍔２０５の内側面２０５ａ、すなわち鍔面は、円錐ころ２０３を案内し保持する面として機能しており、円錐ころ２０３の端面と摺接する。図５の例であれば、円錐ころ２０３の大端面２３１と摺接する。
そして、内輪２０１、外輪２０２、及び円錐ころ２０３には、その表面全体に、少なくとも一つの角部を備える粒子の衝突により削り取られて形成された円形の凹部（図示せず）が複数形成されている。これら凹部は、それぞれ種々の深さを有しているが、その多く（例えば半数以上）は深さ１μｍ以上であり、深さ１μｍ以上の凹部は、２００μｍ以下の間隔で均一に配置されている。
これらの凹部は油溜まりとして機能し、円錐ころ軸受の各摺動部の潤滑性を高める作用を有している。所定深さの円形の凹部が均一に配置されていることにより、優れた油溜まりとして機能し、高い油膜形成能力を発揮する。よって、本実施形態の円錐ころ軸受は長寿命である。特に、円錐ころ２０３の端面（図５の例であれば大端面２３１）と鍔面２０５ａとの間の潤滑性が優れているため、低速回転域では低トルクで、高速回転域では焼付きが生じにくい。
複数の円形の凹部のうち多くのものの深さが１μｍ未満であると、凹部がすぐに摩滅してしまうという不都合が生じるおそれがある。また、深さ１μｍ以上の円形の凹部の間隔が２００μｍ超過であると、低トルクの効果が減少するという不都合が生じるおそれがある。
この円形の凹部は、内輪２０１、外輪２０２、及び円錐ころ２０３の表面全体に形成されている。しかし、円錐ころ軸受の回転時に摺接する両軌道面２０１ａ，２０２ａ、円錐ころ２０３の転動面２０３ａ、鍔面２０５ａ、及び円錐ころ２０３の端面（図５の例であれば大端面２３１）に形成されていることが特に重要である。また、この円形の凹部が、内輪２０１、外輪２０２、及び円錐ころ２０３のうち一つの部材に形成されていれば、円錐ころ軸受の各摺動部の潤滑性が高められる。しかし、これらのうちいずれか２つの部材に形成されていることがより好ましく、前記全ての部材に形成されていることが最も好ましい。
このような本実施形態の円錐ころ軸受の用途は特に限定されるものではないが、自動車のデファレンシャルギア用の円錐ころ軸受（低速回転域で使用されることが多い）として特に好適である。
以下に、上記のような第２実施形態の円錐ころ軸受の製造方法について、詳細に説明する。
まず、内輪２０１、外輪２０２、及び円錐ころ２０３の少なくとも一つに、少なくとも一つの角部を備える粒子を衝突させるショット加工を施す（第一工程）。このようなショット加工により、内輪２０１、外輪２０２、円錐ころ２０３の表面全体に、少なくとも一つの角部を備える粒子の衝突による前記表面の削り取り作用によって円形の凹部が形成される。また、各凹部の周囲に、その余肉からなる凸部が形成される。なお、表面全体ではなく、表面の一部分に円形の凹部を形成したい場合には、円形の凹部を形成しない面にテープなどでマスクをし、円形の凹部を形成したい面のみを露出させればよい。
少なくとも一つの角部を備える粒子を衝突させるショット加工としては、ショットピーニング処理が好適である。少なくとも一つの角部を備える粒子の種類は特に限定されるものではないが、硬質材料が好ましく（ビッカース硬さが５００以上のものがより好ましい）、炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ等のセラミックや金属が好ましい。また、少なくとも一つの角部を備える粒子の形状は特に限定されるものではなく、非球状、具体的には、多角形状，不定形状，針状，グリッド状，砂状などがあげられる。硬質材料製の球状粒子を衝突させても、表面に凹凸を形成することはできるが、表面硬化が生じて、硬くて粗い表面が形成されるために、なじみにくい表面となるおそれがある。
また、少なくとも一つの角部を備える粒子の寸法については、直径は１００μｍ以下が好ましい。少なくとも一つの角部を備える粒子の直径が１００μｍ超過であると、粒子の循環性が不十分となるという不都合が生じるおそれがある。
このような少なくとも一つの角部を備える粒子を衝突させることにより、深さが１μｍ以上で、直径が５０μｍ以下の円形の凹部が、２００μｍ以下の間隔で均一に配置される。
次に、内輪２０１、外輪２０２、及び円錐ころ２０３のうち前記ショット加工が施された部材に、その第一工程時に形成された前記凸部の一部分を除去して各凸部を小さくする処理を施す（第二工程）。この処理は、凸部を小さくすることができれば特に限定されるものではないが、以下のような鏡面加工が好ましい。すなわち、複数の硬質粒子が表面に備えられた弾性体粒子をショットして、前記凸部が形成された表面に衝突させる処理である。なお、上記のような鏡面加工の代わりに研磨加工などを用いても凸部を小さくすることができるが、その場合には、凸部の塑性流動によって円形の凹部が埋没しないように注意する必要がある。
この弾性体粒子は、前記した第１実施形態において使用されて図４に示されるように、粒状弾性体の表面に複数の硬質粒子が接着剤等により固着している構造のものでもよい。また、弾性体と硬質粒子との混合物からなり、表面に硬質粒子が突出しているものでもよい。弾性体の種類は特に限定されるものではないが、ゴムや熱可塑性エラストマ等があげられる。また、硬質粒子の種類は特に限定されるものではないが、アルミナ，ダイヤモンド，炭化ケイ素等があげられる。
硬質粒子が表面に備えられた弾性体粒子全体における硬質粒子の割合は、１０質量％以上９０質量％以下とすることが好ましい。
また、また、この第２実施形態での弾性体粒子の直径は５ｍｍ以下が好ましく、また、硬質粒子の直径は５０μｍ以下が好ましい。弾性体粒子の直径が５ｍｍ超過であると、粒子の循環性が不十分となるという不都合が生じるおそれがある。一方、硬質粒子の直径が５０μｍ超過であると、凸部を除去するだけでなく、表面を粗くしてしまうという不都合が生じるおそれがある。
このような硬質粒子が表面に備えられた弾性体粒子を衝突させることにより、第一工程により形成された各凸部の一部分が除去されて小さな凸部となるので、凸部よりも凹部の方が大きな割合を占める表面となる。
凸部の大きさが、第一工程で形成された状態のままであると、摺接する相手部材の面が該凸部により攻撃されて表面粗さが悪化し、低速回転域においてはトルクが大きくなり、高速回転域においては焼付きが生じやすくなるおそれがある。例えば、鍔面２０５ａに大きな凸部が形成されていると、これと摺接する円錐ころ２０３の端面（図５の例であれば大端面２３１）が凸部により攻撃されて表面粗さが悪化し、上記のような不都合が生じるおそれがある。しかしながら、第二工程により凸部が小さくされていれば、相手部材の面に対する攻撃性が低減されるので、上記のような不都合が生じにくくなる。このため、本実施形態の円錐ころ軸受は低速回転域では低トルクで、高速回転域では焼付きが生じにくい。
次に、内輪２０１の軌道面２０１ａ、外輪２０２の軌道面２０２ａ、及び円錐ころ２０３の転動面２０３ａのうち第一工程のショット加工が施された面を研磨する。この研磨は、砥石による研磨等のような慣用の方法により研磨して、第二工程で小さくされた凸部を完全に除去して平滑化し、前記円形の凹部のみ残す処理を施す（第三工程）。このような処理により、軌道面２０１ａ、軌道面２０２ａ、転動面２０３ａは、平滑面に前記円形の凹部のみが形成された面となる。
そして、内輪２０１の表面のうち軌道面２０１ａ以外の面、外輪２０２の表面のうち軌道面２０２ａ以外の面、円錐ころ２０３の表面のうち転動面２０３ａ以外の面については、第二工程が終了した状態のままである。よって、第二工程で小さくされた凸部がそのまま残っており、平滑面に前記円形の凹部と前記小さくされた凸部とが形成された面となる。
軌道面２０１ａ、軌道面２０２ａ、転動面２０３ａは、平滑に研磨されている上、油溜まりとして機能する複数の凹部を備えているので、本実施形態の円錐ころ軸受は潤滑性が優れており長寿命である。
ここで、第一工程のショットピーニング処理と第二工程の鏡面加工について、さらに具体的に説明する。ショットピーニング処理の条件は特に限定されるものではないが、少なくとも一つの角部を備える粒子のショット圧力を１４７０ｋＰａ以下、ショット時間を２０分以下とすることが好ましい。ショットピーニング処理は、少なくとも一つの角部を備える粒子を噴射するノズルを加工対象物に向けてショットすればいいため、加工対象物のサイズによらず容易に凹部を形成できるという利点がある。また、加工対象物をかご等の容器に入れてショットすれば、容易に加工することができるので、量産性もある加工法である。
第一工程のショットピーニング処理について、具体例を一つ示す。大きな開口部が設けてあるかご状部材の中に複数の円錐ころを入れ、炭化ケイ素の針状粒子（少なくとも一つの角部を備える粒子）を噴射するノズルを開口部付近に設置する。かご状部材を数ｒｐｍの回転速度で回転させながら、直径３０μｍの炭化ケイ素の針状粒子を、ノズルからショット圧力６００ｋＰａで１０分間噴射する。
第一工程のショットピーニング処理を施すことによって、算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下、粗さ曲線の歪み度を表すＳｋを−１．６以下にすることができる。
一方、第二工程の鏡面加工の条件は特に限定されるものではなく、通常のショット条件で行うことができる。第二工程の鏡面加工について、具体例を一つ示す。ショットピーニング処理を施した円錐ころをザル状の容器に入れ、複数のダイヤモンド粒子を接着剤によって表面に固着したゴム粒子を、斜め方向から５分間ショットする。ダイヤモンド粒子の直径は１０μｍであり、ゴム粒子の直径は１ｍｍである。
第二工程の鏡面加工を施すことによって、凸部が小さくなるので、最大高さ粗さＲｚを小さくすることができ、０．４μｍ以上２．０μｍ以下にすることができる。また、鏡面加工を施した表面を非接触表面形状測定機（Ｚｙｇｏ株式会社製）にて測定し３次元表面粗さパラメータで表すと次のようになる。すなわち、算術平均粗さＳａは０．１μｍ以下、表面高さ分布の偏り度（スキューネス）Ｓｓｋは−１以下、表面高さ分布のとがり度（クルトシス）Ｓｋｕは５以上となる。ここで、Ｓａ，Ｓｓｋ，Ｓｋｕは、ＩＳＯ２５１７８に規格されているパラメータである。
なお、第一工程のショットピーニング処理及び第二工程の鏡面加工の条件は、上記のものに限定されるものではなく、条件を適宜変更することにより、摺動面の接触域の大きさに応じて円形の凹部の大きさも変化させることが好ましい。
ただし、円形の凹部の面積を接触域の面積の１０％以上で４０％以下の範囲にし、好ましくは１５％以上で３０％以下の範囲がよい。また円形の凹部の大きさも接触域の大きさの５％〜５０％以下にすることが好ましい。さらに、円形の凹部の深さも、１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。
前記した円形の凹部の面積率（接触域の面積に対する円形の凹部の面積）の比率が１０％未満又は４０％超過であると、油膜形成能力が不十分となるおそれがある。特に、４０％超過では、荷重を支える平滑面が少なくなるため、油膜厚さが薄くなって摩耗が生じるおそれがある。
また、円形の凹部の大きさが接触域の大きさの５％未満又は５０％超過であると、油膜形成能力が不十分となるおそれがある。特に、５０％超過では、円形の凹部の淵の部分で圧力が小さくなり、接触が生じやすくなってしまう。
さらに、円形の凹部の深さが１μｍ未満であると、初期摩耗によって円形の凹部が摩滅してしまうおそれがある。一方、５μｍ超過であると、油が円形の凹部内に流入した場合に、動圧効果が得られにくくなり、油膜形成能力が小さくなるおそれがある。
第一工程及び第二工程の後に、軌道面２０１ａ，軌道面２０２ａ，転動面２０３ａについては、第三工程の研磨により凸部が完全に除去されるので、Ｒａ（Ｓａ）を０．０７μｍ以下にすることができる。例えば、転動体であるころの転動面であれば、センタレス研磨などにより研磨することができる。
このような処理により、加工条件を適宜選択することによって、直径が１０μｍ以上５０μｍ以下、深さが１μｍ以上の円形の凹部を、２００μｍ以下の間隔で均一に形成することができる。
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、本実施形態においてはころ軸受の例として円錐ころ軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々なころ軸受に対して適用することができる。例えば、円筒ころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等である。また、ラジアルころ軸受に限らず、スラストころ軸受にも適用することができる。
さらに、本発明は、ころ軸受に限らず玉軸受にも適用することができる。しかしながら、玉軸受は滑り摩擦の部分が少なく、ほとんどが転がり摩擦に支配されているため、元々軸受トルクが低い。よって、円形の凹部を形成しても、トルクに関しては大幅に低減されることはない。
さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、これ以外の作動装置、すなわちリニアガイドやボールねじ等の直動装置にも適用することができる。特に、転動体としてころを用いるリニアガイドに好適である。
さらに、本発明は、一般的な軸受鋼（ＳＵＪ２）のみならず、セラミックや非鉄金属などで構成されている転がり軸受にも適用することができる。その場合は、ショット加工のショット圧力やショット時間などの条件設定を変更する必要がある場合がある。
さらに、円形の凹部の表面（内面）には、化成処理を施したり、固体潤滑剤や硬質膜を被覆してもよい。そうすれば、さらなる低トルク化や長寿命化が見込まれる。
以下に、この第２実施形態の円錐ころ軸受の製造工程と性能試験について、図面を参照しながら説明する。図６に示す円錐ころ軸受３１０は、日本精工株式会社製の呼び番号ＨＲ３０３０７Ｃ（内径：３５ｍｍ，外径：８０ｍｍ，最大幅：２２．７５ｍｍ）の円錐ころ軸受である。
この円錐ころ軸受３１０は、内輪軌道面（転がり面）３０１ａを有する内輪３０１と、外輪軌道面（転がり面）３０２ａを有する外輪３０２とを有する。そして、この軸受３１０は、これら内輪３０１及び外輪３０２と、複数のころ３０３と、ころ３０３を転動自在に保持する保持器３０４と、からなる。前記ころは、内輪軌道面３０１ａ及び外輪軌道面３０２ａ間に転動自在に配設され、転動面（転がり面）３０３ａを有する円錐状をなす。
また、この円錐ころ軸受３１０では、内輪３０１の軸方向両端部に鍔３０１Ａ，３０１Ｂが形成されており、この鍔３０１Ａ，３０１Ｂに対してころ３０３の軸方向端面が転がり接触した状態で案内されるように構成されている。
内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３は、以下に示すようにして作製した。まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３の各形状に加工し、８４０℃の混合ガス雰囲気（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）で３時間浸炭窒化した後、油焼入れ及び焼戻しを行った。そして、内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３の各表層部（表面から２５０μｍの深さまでの部分）の残留オーステナイト量を１５〜４０体積％とし、前記表層部の硬さをＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。
次に、このようにして得られたころ３０３を、入り口が大きく設けてあるかごの中に入れて、針状のＳｉＣ粒子を噴射するノズルを前記入り口付近に設置する。そして、ころ３０３が入っているかごを数ｒｐｍで回転させながら、ノズルから直径３０μｍほどのＳｉＣ粒子を圧力６００ｋＰａで１０分間噴射した（ショット加工）。
さらに、ころ３０３をザル状の容器に入れて、直径１ｍｍほどのゴムの弾性体に直径１０μｍほどのダイヤモンド粒子が接着剤によって固着している粒子を、斜め方向から約５分間ほどショットした（鏡面加工）。
その後、転動体であるころ３０３の転動面をセンタレス研磨などで研磨することで、転動面の表面粗さをＲａで０．０７μｍ以下とした。
続いて、このようにして得られた内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３と、ＳＰＣＣ製の保持器３０４とを用いて、円錐ころ軸受３１０を組み立てて、以下に示す条件で回転試験を行った。
この回転試験は、図７に示す縦型内輪回転式試験機を用いて行った。この試験機は、図７に示すように、主軸３２１と、この主軸３２１の軸方向一端部３２１ａに設けられた支持軸受３２２と、本体部３２３と、この本体部３２３の軸方向上端面に設けられた静圧軸受３２４と、からなる。そして、試験軸受である円錐ころ軸受３１０の内輪３０１を主軸３２１に外嵌させ、外輪３０２を本体部３２３に内嵌させた状態で使用されるように構成されている。
また、静圧軸受３２４の上方からはアキシャル荷重Ｆａを付与できるように構成されている。さらに、本体部３２３の側面には、棒材３２５を介してロードセル３２６が接続されており、本体部３２３に加わる動摩擦トルクを検出できるように構成されている。さらに、本体部３２３の側面には、試験軸受である円錐ころ軸受３１０の転がり面に潤滑油Ｊを供給するための通路３２７と、転がり面の温度を検出するための熱電対３２８とが設けられている。
また、この回転試験は、通常量（３００ｍｌ／ｍｉｎ）よりも少ない量の潤滑油Ｊを供給しつつ、以下に示す条件で内輪３０１を回転させることで行い、内輪３０１を一定時間（２４時間）回転させた後の軸受トルクを測定した。この結果は、比較例であるＮｏ．５のころ３０３を用いた円錐ころ軸受３１０の軸受トルクを１とした時の比として、表１に併せて示した。
表２中で示す前処理「バレル加工」とは、種々のメディアや添加剤を配合して表面に大きなディンプルを形成する粗加工を大気中で行った後、プラトー部（平滑部）の粗さを整える仕上げ加工を大気中で行い、ころの各表面にディンプルを形成する処理を指す。
〔回転試験条件〕
荷重 ：９．８ｋＮ
回転速度 ：１５００ｍｉｎ-1
潤滑油 ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ ＶＧ３２であるタービン油
軸受油量 ：２００ｍｌ／ｍｉｎ
潤滑油温度：３０±３°Ｃ
Figure 2012063499
表２に示すように、針状のＳｉＣ粒子を用いてショット加工を施した実施例である試験Ｎｏ．１〜４では、上記ショット加工や鏡面加工を施していない比較例である試験Ｎｏ．５よりもトルクの低減が見られた。ＳｉＣ粒子でショット加工をした面は非常に凹凸が微細になっており、その凹凸の深さも鋭角になっていた。
ガラスビーズでショットした際は表面硬化により表面が硬くなることより、表面が粗く硬い表面となっているためになじみにくく、それほど軸受トルクの低下はみられなかった可能性がある。一方、ＳｉＣ粒子でショット加工を行った実施例である試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４では、早期になじみ過程が終わった上に表面に円形の凹部が残っているために、トルクの低減が見られたと考えられる。
ここで、針状のＳｉＣ粒子でころにショット加工をした場合と、直径４０μｍの球状のガラス（シリカ）粒子でころにショット加工をした場合とで、母材の硬化の差異を図９のグラフにより説明する。図９の（ａ）に示すように、未処理のころの硬さは、どの深さにおいてもほぼ同じであった。また、図９の（ｃ）に示すように、針状のＳｉＣ粒子でショット加工をした場合は、未処理品からの硬さの変化はほとんどなかった。これに対して、球状のガラスビーズでショット加工をした場合は、図９の（ｂ）に示すように、母材の表面近傍部分の硬さが上昇した。
また、針状のＳｉＣ粒子でころにショット加工をした場合と、球状のアルミナ粒子でころにショット加工をした場合と、球状のシリカ粒子でころにショット加工をした場合とで、円錐ころ軸受のならし運転時（初期なじみ）におけるトルク値を比較した。図１０に示すように、球状の粒子であると初期トルクが大きく且つ不安定になるのに対し、針状の粒子であると初期トルクが安定しており、未処理品と同レベルであった。
さらに、上記試験軸受を用いて耐焼付き性の試験を行なった。使用した軸受は、針状のＳｉＣ粒子でショット加工を行った試験Ｎｏ．１、２と、未処理の試験Ｎｏ．５である。これらの軸受を用いて、試験前に数滴潤滑油を供給するのみで、無給油で軸受を回転させて、外輪温度が１００°Ｃを超えるまでの試験時間を焼付き時間とした。
結果は図８に示す通りであり、未処理の試験Ｎｏ．５では２０分程度で外輪温度が急上昇して焼付いたが、ショット加工及び鏡面加工を行った試験Ｎｏ．１では９０分程度で焼付き、試験Ｎｏ．２では１２０分経過しても焼付きが生じなかった。
さらに、試験Ｎｏ．１〜５の軸受について寿命試験を行なったところ、未処理品とショット加工品で大きな差はなく、本発明のように転動体であるころの転動面を研磨して凸部を除去することにより、寿命に悪影響を及ばさないことが分かった。
なお、本実施例では、本発明を円錐ころ軸受３１０のころ３０３のみに適用した場合について説明した。しかし、これに限らず本発明を、内輪３０１のみや、外輪３０２のみに適用しても構わないし、内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３のうち二つ以上に適用しても構わない。
また、本実施例では、本発明のころ軸受の一例として単列円錐ころ軸受をあげて説明した。しかし、これに限らず、本発明は、潤滑状態が良好ではない環境下で使用されるその他のころ軸受にも好適に用いることができる。例えば、本発明は、背面組合せ型円錐ころ軸受や正面組合せ型円錐ころ軸受に適用してもよい。また、各種円筒ころ軸受に適用してもよいし、公知の自動調心ころ軸受に適用してもよい。また、スラスト形ころ軸受や針状ころ軸受に関しても同等の効果が得られる。
さらに、本実施例では、ＳｉＣ粒子を一定時間内に何度も母材に衝突させているが、短時間にＳｉＣ粒子を一度のみ衝突させて円形の凹部を点在させてもよい。
さらに、本実施例では、内輪３０１、外輪３０２、及びころ３０３の材料として軸受鋼（ＳＵＪ２）を一例としてあげて説明したが、セラミック，ステンレス，非鉄金属を用いてもよい。また、保持器についても、金属のみならず高分子材料の樹脂などを用いてもよい。
さらに、本実施例では、針状のＳｉＣ粒子のショット加工と鏡面加工で形成した円形の凹部の中に、固体潤滑剤を埋設してもよい。この場合、固体潤滑剤の粒子を高圧力の空気で表面に衝突させることで付着させる加工を用いることが好ましい。また、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などをスパッタなどにより成膜することで、より一層の低トルク、低摩耗が期待できる。
さらに、本実施例では、ころ軸受を一例として説明したが、本発明はこれに限らず、玉軸受やリニアガイド、ボールねじなどの直動装置を含む作動装置全体に適用可能である。また、タペットローラでも効果が得られる。
なお、前記の第１実施形態と第２実施形態を構成する各工程、各方法、各材料、各実施条件の一部を各実施形態間で互換することにより、前記とは別の実施形態とすることも可能である。
１ ころ軸受
２ 円錐ころ
２１ 大端面
２２ 小端面
２３ 転動面
３ 内輪
３１ 大鍔
３２ 小鍔
３３ 内輪軌道面
４ 外輪
４１ 外輪軌道面
５ 保持器
２０１ 内輪
２０１ａ 軌道面
２０２ 外輪
２０２ａ 軌道面
２０３ 円錐ころ
２０３ａ 転動面
２０５ 鍔
２０５ａ 鍔面
２３１ 大端面
３０１ 内輪
３０１ａ 内輪軌道面
３０１Ａ，３０１Ｂ 鍔
３０２ 外輪
３０２ａ 外輪軌道面
３０３ ころ
３０３ａ 転動面
３１０ 円錐ころ軸受

Claims (21)

  1. 転動体と、この転動体を介して相対運動する二つの部材とからなる作動装置において、相互に転がり接触又は滑り接触する二つの面のうちの少なくとも一方の面に、その面を０．５〜１００μｍの範囲内の径で凹状に削り取ってなる独立した凹部を無数に形成し、この凹部を油溜まりとしたことを特徴とする作動装置。
  2. さらに前記凹部の縁に形成された凸部を砥石研磨したことを特徴とする請求項１に記載の作動装置。
  3. さらに前記凹部の縁に形成された凸部をバレル研磨したことを特徴とする請求項１に記載の作動装置。
  4. さらに前記凹部の縁に形成された凸部を、ゴム状の弾性体の外周に硬質の粒子を固着してなる弾性衝突材で研磨したことを特徴とする請求項１に記載の作動装置。
  5. 前記凹部は深さが１μｍ以上のものの間隔が２００μｍ以下であり、且つ前記凹部どうしは連続せずに離れて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作動装置。
  6. 前記凹部が形成された面の面積における前記無数の凹部の面積を合計した面積の割合を１０％以上で４０％以下の範囲にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の作動装置。
  7. 三次元粗さＳａ（算術平均粗さ）を０．１μｍ以上、Ｒｓｋ（表面高さ分布の偏り度、スキューネス）を−１以上としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の作動装置。
  8. 転動体とこの転動体を介して相対運動する二つの部材とからなる作動装置における、相互に転がり接触又は滑り接触する二つの面のうち少なくとも一方の面に、この面を形成する材料よりも硬い材料からなり且つ表面に角のある微粒子を当てることにより、前記少なくとも一方の面を０．５〜１００μｍの径で凹状に削り取って、油溜まりとなる無数の独立した凹部を形成することを特徴とする作動装置の製造方法。
  9. さらに前記凹部の縁に形成される微小な凸部を砥石研磨により除去することを特徴とする請求項８に記載の作動装置の製造方法。
  10. 転動体とこれを介して相対運動する二つの部材とのうち前記凹部を形成する部材の多数をホルダに保持し、その保持された各部材に対して順次前記微粒子を当てることにより各部材の表面に無数の前記凹部を形成し、その後に、前記多数の部材を前記ホルダに保持したまま、前記凹部が形成された面を順次砥石により研磨して前記微小な凸部を除去することを特徴とする請求項９に記載の作動装置の製造方法。
  11. 前記凹部の形成時に当該凹部を形成した面に形成される凸部をバレル研磨により除去することを特徴とする請求項８に記載の作動装置の製造方法。
  12. ゴム状の弾性体の外周に硬質の粒子を固着してなる弾性衝突材を、前記削り取った面に衝突させて、前記削り取り時に前記凹部の縁に形成された凸部を除去することを特徴とする請求項８に記載の作動装置の製造方法。
  13. 前記弾性衝突材は、球状のゴム状弾性体の外周に接着剤により無数の硬質の粒子を固着してなり、この無数の弾性衝突材を前記凹状に削り取った面にショットすることにより前記凸部を研磨して除去することを特徴とする請求項１２に記載の作動装置の製造方法。
  14. 前記微粒子は０．５〜１００μｍの径のものを用いることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の作動装置の製造方法。
  15. 前記微粒子として、前記硬い材料を砕くことにより表面に角が形成されたものを用い、この微粒子の角により前記少なくとも一方の面を削り取って凹部を形成することを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１項に記載の作動装置の製造方法。
  16. 前記の微粒子をショット材として用い、ショットブラストにより前記少なくとも一方の面を削り取ることを特徴とする請求項８〜１５のいずれか１項に記載の作動装置の製造方法。
  17. 軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数のころと、を備える作動装置を製造する方法であって、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体の少なくとも一つに、少なくとも一つの角部を備える粒子を衝突させるショット加工を施して、その表面全体に、前記衝突による円形の凹部と、その余肉からなる凸部とを形成する第一工程と、前記凸部の一部分を除去して前記凸部を小さくする第二工程と、を備えることを特徴とする作動装置の製造方法。
  18. 前記第二工程は、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体のうち前記ショット加工が施された部材に、複数の硬質粒子が表面に備えられた弾性体粒子を衝突させる処理であることを特徴とする請求項１７に記載の作動装置の製造方法。
  19. 前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面のうち前記ショット加工が施された面を研磨し、前記小さくされた凸部を除去して平滑化し前記凹部のみ残す第三工程を備えることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の作動装置の製造方法。
  20. 軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数のころと、を備える作動装置において、前記内輪、前記外輪、及び前記転動体の少なくとも一つは、その表面全体に、少なくとも一つの角部を備える粒子の衝突により形成された円形の凹部を有し、その凹部のうち深さ１μｍ以上のものは２００μｍ以下の間隔で均一に配置していることを特徴とする作動装置。
  21. 前記内輪、前記外輪、及び前記転動体のうち前記凹部を有する部材は、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面のうち前記凹部以外の部分が平滑面となっており、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面、及び前記転動体の転動面以外の表面は、前記凹部と凸部と平滑面とで構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の作動装置。
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