WO2024071273A1 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材 Download PDF

Info

Publication number
WO2024071273A1
WO2024071273A1 PCT/JP2023/035319 JP2023035319W WO2024071273A1 WO 2024071273 A1 WO2024071273 A1 WO 2024071273A1 JP 2023035319 W JP2023035319 W JP 2023035319W WO 2024071273 A1 WO2024071273 A1 WO 2024071273A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
sliding
valley area
less
rlo
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/035319
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
理恵 武田
智弘 元田
Original Assignee
日本精工株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本精工株式会社 filed Critical 日本精工株式会社
Publication of WO2024071273A1 publication Critical patent/WO2024071273A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/32—Balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/37—Loose spacing bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/44—Selection of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating

Definitions

  • the present invention relates to a sliding member in which a low-hardness member and a high-hardness member slide with a lubricant interposed therebetween.
  • Patent Document 1 describes a rolling bearing in which the inner circumferential surface of the cage is roughened with minute micro-recesses and multiple macro-recesses that are larger than the micro-recesses, and the macro-recesses are grooves with a width of more than 0 ⁇ m and not more than 5000 ⁇ m, the grooves are arranged in parallel with a gap between them, and the ratio of the width to the gap is more than 0% and not more than 71.4%. It also describes that the above-mentioned specific surface roughness is imparted to a resin cage such as polyphenyl sulfide or a seal lip as the cage.
  • a resin cage such as polyphenyl sulfide or a seal lip
  • Patent Document 1 does not specifically mention micro recesses. Although it is described that micro recesses move the lubricant by capillary action, there are certain conditions for the roughness at which the lubricant can wet and spread, so sufficient effects cannot be expected.
  • the present invention aims to optimize the geometric relationship between the large waviness and the micro-roughness imparted to the first member in a sliding member in which a first member with low hardness and a second member with high hardness slide with a lubricant interposed therebetween, thereby improving both the retention and wettability of the lubricant and further improving seizure resistance.
  • the mechanism behind improved seizure resistance is thought to be that the large ripples function as oil reservoirs, while the minute irregularities supply the grease base oil and lubricant to the contact surface with the mating material, thereby maintaining good lubrication of the sliding surface for a long time. For this reason, it is necessary to define the shapes of both the large ripples and the minute irregularities to achieve a good balance between oil reservoirs and the supply of lubricant, and by applying this technology to the surface of a low-hardness first component that comes into contact with a high-hardness second component, lubrication is improved and friction and wear are reduced, improving the seizure resistance of the sliding component as a whole and enabling a longer lifespan.
  • a sliding member in which a first member and a second member having a hardness higher than that of the first member slide with a lubricant therebetween, A sliding member, characterized in that an isotropic texture having a valley area of 1000 ⁇ m 2 /mm or more and 20000 ⁇ m 2 /mm or less and an RLo ( ⁇ c: 0.08 mm) of 1% or more and 12% or less is imparted to a contact portion of the first member with the second member.
  • preferred embodiments of the present invention relating to the slide member relate to the following [2] to [8].
  • [4] The sliding member according to [3], wherein the valley area is 8000 ⁇ m 2 /mm or more and 10000 ⁇ m 2 /mm or less.
  • the sliding member of the present invention optimizes the geometric relationship between the large undulations and minute roughness formed on the sliding surface of the low-hardness first member with the high-hardness second member, improving lubrication between the two members and reducing friction and wear, thereby improving seizure resistance and further extending the life of the sliding member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an angular ball bearing as an example of a sliding member according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the results of measuring the surface irregularities of the resin sample used in Experiment 1.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of calculating the valley area.
  • FIG. 3B is a flowchart showing a method for calculating the valley area.
  • FIG. 4 is a graph showing the results of Experiment 1.
  • FIG. 5 is a diagram summarizing the valley area and microroughness of the resin samples used in Experiment 2.
  • FIG. 6 is a diagram summarizing the valley area and microroughness of the resin samples used in Experiment 2.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of Experiment 2.
  • FIG. 5 is a diagram summarizing the valley area and microroughness of the resin samples used in Experiment 2.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of Experiment 2.
  • FIG. 5 is a diagram summarizing the
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining sampling in Experiment 3.
  • FIG. 11 is a graph showing the results (valley area) of Experiment 3.
  • a rolling bearing is described below as an embodiment of the sliding member of the present invention. Note that this embodiment shows only one example of the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment. In addition, various modifications and improvements can be made to this embodiment, and forms incorporating such modifications or improvements can also be included in the present invention.
  • the angular ball bearing shown in FIG. 1 includes an inner ring 1 having a raceway surface 1a on its outer circumferential surface, an outer ring 2 having a raceway surface 2a on its inner circumferential surface that faces the raceway surface 1a of the inner ring 1, a number of rolling elements (balls) 3 arranged to roll freely between the raceway surface 1a of the inner ring 1 and the raceway surface 2a of the outer ring 2, a cage 4 that holds the rolling elements 3 between the inner ring 1 and the outer ring 2, and a contact-type seal 5 that covers the opening of the gap between the inner ring 1 and the outer ring 2.
  • the rolling elements 3 are made of metal or ceramic and correspond to a high-hardness "second member."
  • the gap between the inner ring 1 and the outer ring 2 is filled with a lubricant (not shown) such as grease or lubricating oil and is sealed with the seal 5.
  • the retainer 4 is made of resin, and for example, PPS (polyphenylene sulfide), polyamide, polyacetal, PEEK (polyether ether ketone resin), or fluororesin can be used.
  • the resin retainer 4 corresponds to the "first member" with low hardness. It may also contain reinforcing materials such as glass fiber or carbon fiber.
  • the shape of the retainer 4 is not limited, and it can be applied to all bearing retainers, such as crown-shaped, corrugated, cage-shaped, and horn-shaped.
  • At least the contact surfaces of the retainer 4 with other components are given the specific texture shown below, i.e., a predetermined large waviness and a predetermined minute roughness.
  • the application of large undulations is expected to create an oil pooling effect that retains lubricant in the valleys of the unevenness.
  • Pk and Pvk are both standardized in ISO:21920, with Pk being the level difference of the core part and Pvk being the height of the protruding valley part.
  • Figure 2 shows the results of measuring the unevenness on the surface of each resin sample. Note that the vertical axis of each graph in Figure 2 indicates the depth of the valley ( ⁇ m), and the horizontal axis indicates the measurement position (mm).
  • Figure 3A shows the valley area of resin sample C as an example of the valley area calculation, and the hatched portion in the figure is the valley area, i.e., (Pk + Pvk).
  • FIG. 3B is a flowchart showing the method of calculating the valley area.
  • step S1 surface shape measurement
  • step S2 tilt correction and shape removal processing
  • step S3 load curve creation
  • step S4 Ppk, Pk, Pvk, Pmrk1 calculation.
  • step S5 extraction of cross-sectional profile of Pmrk1 or more
  • step S6 valley area calculation per unit length
  • FIG. 4 the relationship between the valley area and the seizure life is shown in a graph.
  • the valley area and the seizure resistance are in a linear relationship, and when the valley area is 1000 ⁇ m 2 /mm or more, the seizure resistance is about 1.5 times that of resin sample A without oil puddles (resin sample A in FIG. 4).
  • the seizure resistance is about 2.6 times
  • the valley area is 5000 ⁇ m 2 /mm or more
  • the seizure resistance is about 3 times
  • the valley area is 6000 ⁇ m 2 /mm or more
  • the seizure resistance is about 3.5 times, and an excellent seizure resistance effect can be expected.
  • the larger the valley area the larger the unevenness, so there is a concern that it may cause vibration of the cage or acoustic defects. Therefore, it is considered that the valley area is preferably 20000 ⁇ m 2 /mm or less at most.
  • Micro-roughness can be expressed as roughness RLo using a small cutoff filter, and here we use RLo using ⁇ c: 0.08 mm.
  • "RLo" is one of the roughness standards described in ISO:1984, and is called the "extended length of the profile.” The ratio of the length measured on the profile curve to the length of the profile that exceeds 100% is expressed as a "%.” For a smooth surface without any irregularities, it is 0%.
  • each resin sample used in the evaluation is shown in Table 2, and the relationship between the valley area and RLo ( ⁇ c: 0.08 mm) of each resin sample is graphed and shown in Figures 5 and 6.
  • the "micro-roughness" was determined from a 3D profile using a white light interferometric surface profiler Talysurf CCI manufactured by Ametech Corporation.
  • a shape in which the micro-roughness is RLo ( ⁇ c: 0.08 mm) is 1% or more, more preferably 2% or more, even more preferably 3% or more, even more preferably 5% or more, and most preferably 7% or more, and RLo ( ⁇ c: 0.08 mm) is 12% or less, more preferably 10% or less, and most preferably 9% or less is preferable.
  • the texture be an isotropic texture that gives similar values regardless of the direction of measurement. It is believed that by using an isotropic texture, it is possible to expect the oil pooling effect and the effect of supplying lubricant to the contact surface due to micro-roughness to be realized regardless of the sliding direction.
  • RLo ( ⁇ c: 0.08 mm) and valley area were measured for resin sample 10 at four locations in four directions (0°, -45°, 45°, 90°) at equal intervals of 45°.
  • measurements were taken so that the direction perpendicular to the streaks was 0° and the direction parallel to the streaks was 90°.
  • the results are shown in graphs in Tables 4 to 6 and Figs. 10 and 11.
  • Fig. 10 shows the results of RLo
  • Fig. 11 shows the results of the valley area.
  • Table 4 shows the average values of the measured values
  • Table 5 shows the maximum values of the measured values
  • Table 6 shows the minimum values of the measured values.
  • the present invention has been described using a rolling bearing as an example, there are no limitations to the combination of a first member with low hardness and a second member with high hardness.
  • a first member with low hardness and a second member with high hardness there are no limitations to the combination of a first member with low hardness and a second member with high hardness.
  • the isotropic texture with the surface properties defined in the present invention can be imparted to the contact area between the resin member and the metal or ceramic member.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

低硬度の第１部材と高硬度の第２部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材において、第１部材に付与する大きいうねりと微小粗さとの形状的な関係を最適化し、潤滑剤の保持性及び濡れ性の両方を高め、耐焼付き性をより向上させる。第１部材と、第１部材よりも硬度が高い第２部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材は、第１部材における第２部材との接触部分に、谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上２００００μｍ２／ｍｍ以下で、かつ、ＲＬｏ（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上１２％以下である等方性テクスチャが付与されている。

Description

摺動部材
　本発明は、低硬度部材と高硬度部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材に関する。
　２つの部材が潤滑剤を介して摺動する摺動部材において、耐久性を高めるために種々の提案がなされている。一例として、転がり軸受の耐焼付き性を高めて耐久性を改善することを目的として、保持器の表面を粗面化することにより、潤滑剤の保持力を向上させることが行われている。
　例えば、特許文献１には、保持器の内周面において、微小なミクロ凹部と、ミクロ凹部よりも大きい複数のマクロ凹部とを有する粗面を付与するとともに、マクロ凹部を幅０μｍ超、５０００μｍ以下の溝とし、溝は間隔をあけて平行に並べられ、間隔に対する幅の比率を０％超７１．４％以下とした転がり軸受が記載されている。また、保持器として、ポリフェニルサルファイド等の樹脂製保持器やシールリップに、上記した特定の表面粗さを付与することが記載されている。
日本国特許第６４８５０１４号公報
　しかしながら、特許文献１には、ミクロ凹部については具体的な言及はされていない。ミクロ凹部は、毛細管現象により潤滑剤を移動させることが記載されているものの、潤滑剤が濡れ広がる粗さには一定の条件があるため、十分な効果が期待できない。
　そこで、本発明は、低硬度の第１部材と高硬度の第２部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材において、第１部材に付与する大きいうねりと微小粗さとの形状的な関係を最適化し、潤滑剤の保持性及び濡れ性の両方を高め、耐焼付き性をより向上させることを目的とする。
　耐焼付き性向上のメカニズムは、大きなうねりが油だまりとして機能し、微小凹凸がグリースの基油や潤滑油を相手材との接触面に供給する働きをすることにより、摺動面の潤滑状態を長時間良好に保つと考えられる。そのため、大きなうねりと微小凹凸の両方の形状を規定して、油だまりと潤滑剤の供給とを良好に両立することが必要であり、この技術を、低硬度な第１部材における、高硬度な第２部材と接する面に適用することで、潤滑性向上と、摩擦や摩耗低減とが起こり、摺動部材全体としての耐焼付き性を向上させて、長寿命化を図ることができる。
　本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明の上記目的は、摺動部材に係る下記［１］の構成により達成される。
［１］　第１部材と、前記第１部材よりも硬度が高い第２部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材において、
　前記第１部材における前記第２部材との接触部分に、谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上２００００μｍ２／ｍｍ以下で、かつ、ＲＬｏ（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上１２％以下である等方性テクスチャが付与されていることを特徴とする摺動部材。
　また、摺動部材に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［８］に関する。
［２］　前記谷面積が４０００μｍ２／ｍｍ以上１２０００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする［１］に記載の摺動部材。
［３］　前記谷面積が６０００μｍ２／ｍｍ以上１２０００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする［２］に記載の摺動部材。
［４］　前記谷面積が８０００μｍ２／ｍｍ以上１００００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする［３］に記載の摺動部材。
［５］　前記第１部材が樹脂部材であり、前記第２部材が金属部材又はセラミック部材であることを特徴とする［１］～［４］のいずれか１つに記載の摺動部材。
［６］　前記第１部材が転がり軸受の樹脂製保持器であり、前記第２部材が金属製転動体又はセラミック製転動体であることを特徴とする［５］に記載の摺動部材。
［７］　前記第２部材が直動装置の金属製転動体又はセラミック製転動体であり、前記第１部材が前記金属製転動体間又は前記セラミック製転動体間に介在するスペーサであることを特徴とする［５］に記載の摺動部材。
［８］　前記第１部材が樹脂製歯車であり、前記第２部材が金属製歯車又はセラミック製歯車であることを特徴とする［５］に記載の摺動部材。
　本発明の摺動部材によれば、低硬度な第１部材における、高硬度な第２部材との摺接面に形成する大きなうねりと微小粗さとの形状的な関係を最適化したことにより、両部材間での潤滑性を向上させるとともに、摩擦や摩耗を低減させることにより、耐焼付き性を向上させて、摺動部材の更なる長寿命化を図ることができる。
図１は、本発明に係る摺動部材の一例として、アンギュラ玉軸受を示す断面図である。 図２は、実験１で用いた樹脂サンプルの表面の凹凸を測定した結果を示す図である。 図３Ａは、谷面積の算出例を示す図である。 図３Ｂは、谷面積の算出方法を示すフローチャートである。 図４は、実験１の結果を示すグラフである。 図５は、実験２で用いた樹脂サンプルの谷面積と微小粗さとをまとめて示す図である。 図６は、実験２で用いた樹脂サンプルの谷面積と微小粗さとをまとめて示す図である。 図７は、実験２の結果を示すグラフである。 図８は、油だまりが大きい樹脂サンプルのＲＬｏ（λｃ＝０．０８ｍｍ）と焼付き寿命の関係を示すグラフである。 図９は、実験３におけるサンプリングを説明するための模式図である。 図１０は、実験３の結果（ＲＬｏ（λｃ＝０．０８ｍｍ））を示すグラフである。 図１１は、実験３の結果（谷面積）を示すグラフである。
　本発明の摺動部材の一実施形態として、転がり軸受を例示して以下に説明する。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。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
　本実施形態において、転がり軸受の種類には制限はなく、例えば、図１に示す外輪案内式のアンギュラ玉軸受を例示することができる。
　図１に示されるアンギュラ玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１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と、内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａの間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１と外輪２との間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１と外輪２との間の空隙部の開口を覆う接触タイプのシール５を備えている。なお、転動体３は、金属製又はセラミック製であり、高硬度の「第２部材」に相当する。また、内輪１と外輪２との間の空隙部には、グリースや潤滑油などの潤滑剤（図示せず）が充填され、シール５で封止されている。
　保持器４は樹脂製であり、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やポリアミド、ポリアセタール、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、フッ素樹脂を用いることができる。なお、樹脂製の保持器４は、低硬度の「第１部材」に相当する。また、ガラス繊維や炭素繊維などの補強材を更に含有していてもよい。なお、保持器４の形状については限定されず、冠形や波形、かご形、つの形などの軸受保持器全般に適用可能である。
　本実施形態では、保持器４における、少なくとも他部材との接触面、ここでは、保持器４のポケット内面及び外輪案内面に、下記に示す特定のテクスチャ、すなわち、所定の大きいうねりと、所定の微小粗さとを付与している。
　大きいうねりの付与は、凹凸の谷部分に潤滑剤を保持する油だまり効果が期待できる。潤滑剤を保持する谷部分が大きいほど、高い油だまり効果が期待でき、その大小は、断面プロファイルの（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）に相当する部分の面積（谷面積）から算出することができる。なお、Ｐｋ及びＰｖｋは、それぞれＩＳＯ：２１９２０にて規格されており、Ｐｋはコア部のレベル差であり、Ｐｖｋは突出谷部高さである。
　ここで、大きいうねりの油だまり性能を検証するために、下記の実験１を行った。
（実験１：大きいうねりの油だまり性能の検証）
　保持器に見立てた樹脂サンプルと、転動体に見立てた金属部品とを摺動させ、樹脂サンプルの大きいうねりの大きさを示す谷面積を変えて、焼付き寿命を比較する実験を行った。なお、金属部品の表面は、一般的な転動体で使用される研磨仕上げの表面形状とした。樹脂サンプルの谷面積の測定には、触針式の粗さ測定機及び非接触式の白色干渉表面形状測定機を用いた。また、焼付き寿命の測定には、回転式摩擦試験機を用いた。なお、焼付きの判定は、試験中にモニタリングする摩擦係数が所定の値を超えた時点とした。
　樹脂サンプルとして、表１に示すように、谷面積の異なる４種の樹脂サンプルＡ～Ｄを用いた。図２において、各樹脂サンプルの表面における凹凸形状を測定した結果を示す。なお、図２の各グラフにおける縦軸は谷部分の深さ（μｍ）、横軸は測定位置（ｍｍ）を示す。
　また、図３Ａは谷面積の算出例として、樹脂サンプルＣの谷面積を示しており、図中のハッチング部分が、谷面積、すなわち、（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ここで、谷面積の算出方法につき、図３Ｂを参照して説明する。図３Ｂは、谷面積の算出方法を示すフローチャートである。図３Ｂに示すように、まず、対象となるサンプルの表面における凹凸形状を測定する（ステップＳ１：表面形状測定）。続いて、測定された表面形状につき、傾き補正や形状除去処理を行った断面プロファイルを作成し（ステップＳ２：傾き補正・形状除去処理）、得られた断面プロファイルに基づき、負荷曲線を作成する（ステップＳ３：負荷曲線作成）。続いて、その負荷曲線からＰｐｋ、Ｐｋ、Ｐｖｋ及びＰｍｒｋ１をそれぞれ算出する（ステップＳ４：Ｐｐｋ、Ｐｋ、Ｐｖｋ、Ｐｍｒｋ１算出）。さらに、断面プロファイルのうちＰｍｒｋ１以上に相当する部分を抜出し（ステップＳ５：Ｐｍｒｋ１以上の断面プロファイル抜出）、Ｐｋ＋Ｐｖｋに相当する部分のプロファイルを作成した後、その谷部分の面積を算出し、その値を断面プロファイルのデータ長さで除して単位長さあたりの値としたものを、谷面積とする（ステップＳ６：単位長さあたりの谷面積算出）。
　なお、上記で示すＰｐｋ、Ｐｋ、Ｐｖｋ及びＰｍｒｋ１は、ＩＳＯ：２１９２０に定義されているパラメータを使用するものとする。
　続いて、図４において、谷面積と焼付き寿命との関係をグラフ化して示すが、谷面積と耐焼付き性（焼付き寿命）とは直線的な関係にあり、谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上で、樹脂サンプルＡの油だまりなし（図４の樹脂サンプルＡ）の約１．５倍の耐焼付き性を示している。また、谷面積４０００μｍ２／ｍｍ以上で約２．６倍、谷面積５０００μｍ２／ｍｍ以上で約３倍、谷面積６０００μｍ２／ｍｍ以上で約３．５倍の、より高い耐焼付き性を示しており、優れた耐焼付き効果が期待できる。一方、谷面積は大きいほど凹凸が大きくなるため、保持器の振動や音響不良の発生原因になることが懸念される。よって、谷面積は、最大でも２００００μｍ２／ｍｍ以下であることが望ましいと考えられる。
　以上から、大きいうねりについては、（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）に相当する部分の谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上、より好ましくは４０００μｍ２／ｍｍ以上、更に好ましくは５０００μｍ２／ｍｍ以上、より更に好ましくは６０００μｍ２／ｍｍ以上、最も好ましくは８０００μｍ２／ｍｍ以上であり、また、２００００μｍ２／ｍｍ以下、より好ましくは１５０００μｍ２／ｍｍ以下、更に好ましくは１２０００μｍ２／ｍｍ以下、最も好ましくは１００００μｍ２／ｍｍ以下となる形状が良いといえる。
　また、潤滑剤の接触面への供給は、油の濡れ広がりによって起こると考えられ、濡れ広がる速さは、表面の微細な凹凸の有無が関係している。以下、実験２にて、微小粗さの違いによる検証を行った。
（実験２：微小粗さの違いによる検証）
　表２に示すように、油だまりと、微小粗さの異なる樹脂サンプルＣ～Ｃ４及びＤ～Ｄ４を作製した。なお、樹脂サンプルＣ２～Ｃ４として、実験１において優れた耐焼付き性を示した、油だまり「中」の樹脂サンプルＣと同程度の谷面積を持つものを用いるとともに、それぞれ微小粗さが異なるようにした。また、樹脂サンプルＤ２～Ｄ４として、実験１において優れた耐焼付き性を示した、油だまり「大」の樹脂サンプルＤと同程度の谷面積を持つものを用いるとともに、それぞれ微小粗さが異なるようにした。
　微小粗さは、小さなカットオフフィルタを用いた粗さＲＬｏで表現でき、ここではλｃ：０．０８ｍｍを用いたＲＬoを採用している。なお、「ＲＬｏ」とは、ＩＳＯ：１９８４に記載されている粗さ規格の１つであり、「プロファイルの拡張長さ」と呼ばれる。そして、プロファイル曲線に測定された長さと、プロファイルの長さとの比率で１００％を超えた分を「％」で表現する。なお、凹凸のない平滑面では０％となる。
　評価に用いた各樹脂サンプルの表面性状を表２に示すとともに、各樹脂サンプルの谷面積とＲＬｏ（λｃ：０．０８ｍｍ）との関係をグラフ化して、図５及び図６に示す。なお、「微小粗さ」は、アメテック社製の白色干渉式表面形状測定機タリサーフＣＣＩを用いた３Ｄプロファイルから判定した。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　そして、実験１と同様に、転動体に見立てた金属部品を用い、回転式摩擦試験機により焼付き寿命を測定した。その結果を図７に示す。
　図７に示されるように、油だまりが中程度である樹脂サンプルＣ～Ｃ４の比較では、微小粗さの有無や大きさに関係なく、同等の焼付き寿命となった。一方で、油だまりが大きい樹脂サンプルＤ～Ｄ４の比較では、ＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）の上昇がみられた樹脂サンプルＤ３で、微小粗さが「極小」の樹脂サンプルＤと比較して約１．５倍の焼付き寿命を示すことが確認できた。
　図８に、油だまりが大きい樹脂サンプルのＲＬo（λｃ＝０．０８ｍｍ）と焼付き寿命の関係を示す。これらは直線関係にあり、外挿して算出されるＲＬo≒０の際の焼付き寿命を基準とすると、ＲＬo＝１％で約１．５倍、ＲＬo＝２％で約２倍、ＲＬo＝３％で約２．５倍、ＲＬo＝５％で約３．５倍、ＲＬo＝７％で約４．５倍の耐焼付き性を示すことが分かる。
　このことから、微小粗さについては、ＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上、より好ましくは２％以上、更に好ましくは３％以上、更に好ましくは５％以上、最も好ましくは７％以上、また、ＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）が１２％以下、より好ましくは１０％以下、最も好ましくは９％以下となる形状が良いといえる。
　以上から、油だまりとなる谷面積、すなわち、（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）に相当する部分の面積が大きく、微小粗さを示すＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）＝１％以上のテクスチャを付与することにより、特に高い耐焼付き性が期待できることがわかる。
　なお、微小粗さパラメータＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）は大きさに限界があり、現実的に付与できる大きさは、ＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）＝１２％以下と考えられる。
　以上、実験１及び実験２から、（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）に相当する部分の谷面積が、１０００μｍ２／ｍｍ以上、好ましくは６０００μｍ２／ｍｍ以上、また、２００００μｍ２／ｍｍ以下で、かつ、ＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上１２％以下となるテクスチャを付与することにより、高い耐焼付き性を得ることができることが理解される。
　また、テクスチャはいずれの方向に測定した場合でも同様の値が得られる等方性テクスチャであることが好ましい。等方性テクスチャとすることで、摺動方向に関係なく、油だまり効果と微小粗さによる潤滑剤の接触面への供給効果の発現を期待することができると考えられる。
（実験３：各方位において、所定の等方性テクスチャが付与されていることの検証）
　表３に示す表面性状の各樹脂サンプルを用意した。なお、樹脂サンプルは実験２と同等品である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　そして、図９に示すように、樹脂サンプル１０について、４５°等配に４方向(０°、－４５°、４５°、９０°）上の４箇所で、それぞれＲＬo（λc：０．０８ｍｍ）及び谷面積を測定した。なお、筋目を有するテクスチャについては筋目垂直方向を０°、筋目平行方向が９０°となるように測定した。その結果を、表４～６及び図１０～１１にグラフ化して示す。なお、図１０は、ＲＬｏの結果を、図１１は谷面積の結果をそれぞれ示している。また、表４は、各測定値の平均値を示し、表５は、各測定値の最大値を示し、表６は、各測定値の最小値を示している。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　これらの結果に示すように、各方位において、等方的に、（Ｐｋ＋Ｐｖｋ）に相当する部分の谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上２００００μｍ２／ｍｍ以下で、かつ、ＲＬｏ（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上１２％以下であるテクスチャが付与されていることがわかる。
　なお、本発明に関して、転がり軸受を例示して説明したが、低硬度の第１部材と高硬度の第２部材との組み合わせには制限はなく、例えば、直動装置の金属製転動体又はセラミック製転動体と、金属製転動体間又はセラミック製転動体間に介在する樹脂製スペーサとの組み合わせや、樹脂製歯車と、金属製歯車又はセラミック製歯車との組み合わせ等において、樹脂製部材における、金属製部材又はセラミック製部材との接触部分に、本発明で規定する表面性状の等方性テクスチャを付与することができる。
　以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２２年９月２８日出願の日本特許出願（特願２０２２－１５４９４２）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１　内輪
２　外輪
３　転動体（玉）
４　保持器
５　シール
１０　樹脂サンプル

Claims (8)

  1. 　第１部材と、前記第１部材よりも硬度が高い第２部材とが、潤滑剤を介して摺動する摺動部材において、
    　前記第１部材における前記第２部材との接触部分に、谷面積が１０００μｍ２／ｍｍ以上２００００μｍ２／ｍｍ以下で、かつ、ＲＬｏ（λc：０．０８ｍｍ）が１％以上１２％以下である等方性テクスチャが付与されていることを特徴とする摺動部材。
  2. 　前記谷面積が４０００μｍ２／ｍｍ以上１２０００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
  3. 　前記谷面積が６０００μｍ２／ｍｍ以上１２０００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。
  4. 　前記谷面積が８０００μｍ２／ｍｍ以上１００００μｍ２／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の摺動部材。
  5. 　前記第１部材が樹脂部材であり、前記第２部材が金属部材又はセラミック部材であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の摺動部材。
  6. 　前記第１部材が転がり軸受の樹脂製保持器であり、前記第２部材が金属製転動体又はセラミック製転動体であることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材。
  7. 　前記第２部材が直動装置の金属製転動体又はセラミック製転動体であり、前記第１部材が前記金属製転動体間又は前記セラミック製転動体間に介在するスペーサであることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材。
  8. 　前記第１部材が樹脂製歯車であり、前記第２部材が金属製歯車又はセラミック製歯車であることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材。
PCT/JP2023/035319 2022-09-28 2023-09-27 摺動部材 WO2024071273A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-154942 2022-09-28
JP2022154942 2022-09-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024071273A1 true WO2024071273A1 (ja) 2024-04-04

Family

ID=90478025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/035319 WO2024071273A1 (ja) 2022-09-28 2023-09-27 摺動部材

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024071273A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08226526A (ja) * 1994-12-12 1996-09-03 Asmo Co Ltd 部材間低摩擦化構造及びそれにおける摺接面の加工方法、ウォーム減速装置
JPH09317774A (ja) * 1996-05-30 1997-12-09 Koyo Seiko Co Ltd 軸受用保持器およびその製造方法
JP2000297816A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Tsubaki Nakashima Co Ltd リニアガイドウェイ
JP2002147459A (ja) * 2000-11-13 2002-05-22 Ndc Co Ltd オーバレイ層を改質したすべり軸受
JP2021063587A (ja) * 2019-04-26 2021-04-22 日本精工株式会社 摺動部材の摩擦設計方法および表面粗さ管理方法並びに摺動機構の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08226526A (ja) * 1994-12-12 1996-09-03 Asmo Co Ltd 部材間低摩擦化構造及びそれにおける摺接面の加工方法、ウォーム減速装置
JPH09317774A (ja) * 1996-05-30 1997-12-09 Koyo Seiko Co Ltd 軸受用保持器およびその製造方法
JP2000297816A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Tsubaki Nakashima Co Ltd リニアガイドウェイ
JP2002147459A (ja) * 2000-11-13 2002-05-22 Ndc Co Ltd オーバレイ層を改質したすべり軸受
JP2021063587A (ja) * 2019-04-26 2021-04-22 日本精工株式会社 摺動部材の摩擦設計方法および表面粗さ管理方法並びに摺動機構の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11586787B2 (en) Friction design method and surface roughness control method for sliding member and production method for sliding mechanism
JP4754234B2 (ja) 転がり軸受
US5967672A (en) Machine parts making rolling or sliding surfaces formed with discontinuous grooves
JP2001032843A (ja) ころ軸受
US9670959B2 (en) Bearing with improved resistance to micropitting
US9011018B2 (en) Roller bearing
WO2024071273A1 (ja) 摺動部材
KR102647465B1 (ko) 원추 롤러 베어링
EP1770291A1 (en) Rolling bearing
Bowen et al. The hollow roller bearing
WO2015071877A1 (en) Improved torque-transmitting joint and joint components, methods of manufacturing, and methods of inspection
RU2422792C1 (ru) Способ определения базовой динамической грузоподъемности роликового подшипника качения
JP6539014B2 (ja) ころ軸受
CN109989998B (zh) 滚动轴承和包括滚动轴承的旋转装置
TW202413817A (zh) 滑動構件
Creţu Cylindrical roller bearings with profiled contacting surfaces
Takemura et al. Development of a new life equation for ball and roller bearings
JP4461871B2 (ja) シール装置およびそのシール装置を備える軸受装置
US12018719B2 (en) Sliding member
KR20130081128A (ko) 탄성유체윤활해석법을 이용한 테이퍼로울러베어링 설계방법
KR20230124022A (ko) 구름 베어링
JP2008008455A (ja) 密封型転がり軸受
Dunaevsky A Proposed New Film Thickness-Roughness Ratio, Λz, in Rolling Bearings: Notes on an Engineer’s Experience with Surface Texture Parameters
JPH02493Y2 (ja)
JP2004353743A (ja) 自動調心ころ軸受

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23872495

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1