転がり摺動部材およびその製造方法

【課題】高い耐摩耗性および耐焼付き性を発揮する転がり摺動部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
円筒ころ軸受１の内輪１０の鍔面１５ａおよび外輪２０の鍔面２３ａを、硬質クロムめっき層１５，２５で構成し、この硬質クロムめっき層１５，２５に塑性加工を施して、当該硬質クロムめっき層１５，２５に生じた亀裂を押し潰した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の軌道輪の相互間に複数個のころを配置したころ軸受では、軌道輪の鍔面と、ころの端面との接触部分で、すべり接触が生じる。そのため、ころ軸受への潤滑油の供給量が不足すると、鍔面ところの端面との接触部分が早期に摩耗したり、焼付きが生じたりすることがある。
【０００３】
そこで、鍔面およびころの端面の少なくとも一方に、硬質クロムめっき層を形成して、前記接触部分の表面の硬さを硬くした転がり軸受が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３２９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、硬質クロムめっき層には、微細な亀裂が発生する。そのため、前記転がり軸受は、特に、高面圧下でのすべり接触により、前記亀裂が起点となって、鍔面やころの端面に摩耗等を生じ易いという欠点が残存している。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、より高い耐摩耗性を発揮することができる転がり摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転がり摺動部材は、金属製の母材の表面に、相手部材と転がり接触および／またはすべり接触する硬質クロムめっき層が形成されている転がり摺動部材であって、前記硬質クロムめっき層に生じた亀裂が、塑性加工によって押し潰されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の転がり摺動部材は、硬質クロムめっき処理により形成された硬質クロムめっき層に生じた亀裂が、塑性加工によって押し潰されているため、前記亀裂を起点とする摩耗、焼付き等の発生を抑制することができる。
したがって、本発明の転がり摺動部材は、特に高面圧下におけるすべり接触や転がり接触に対して、高い耐摩耗性および耐焼付き性を発揮することができる。
【０００９】
前記母材は、転がり軸受の軌道輪の母材または転動体の母材であってもよい。
また、前記母材は、ころ軸受の軌道輪の母材であり、前記硬質クロムめっき層の表面が、前記軌道輪に設けられた鍔面であってもよい。
さらに、前記母材は、ころ軸受用の転動体の母材であり、前記硬質クロムめっき層が、前記転動体の母材の端面に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、前述した転がり摺動部材の製造方法であって、金属製の母材に硬質クロムめっきを施して、当該中間素材の表面に相手部材と転がり接触および／またはすべり接触する硬質クロムめっき層を形成した後、前記硬質クロムめっき層に塑性加工を施して、前記硬質クロムめっき層に生じた亀裂を押し潰すことを特徴としている。
【００１１】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、硬質クロムめっき処理により形成された硬質クロムめっき層に生じた前記亀裂を塑性加工によって押し潰すため、前述した高い耐摩耗性および耐焼付き性を発揮する転がり摺動部材を得ることができる。
【００１２】
前記塑性加工は、ショットピーニング加工、またはボールもしくはローラを用いたバニシング加工が好ましい。これにより、前記亀裂をより効果的に押し潰すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い耐摩耗性を有する転がり摺動部材を得ることができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔転がり摺動部材〕
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を詳細に説明する。図１は、転がり摺動部材としての内輪（軌道輪）１０、外輪（軌道輪）２０および円筒ころ（転動体）３０を備えるＮＵＰ型の円筒ころ軸受１を示す要部断面図である。
【００１５】
前記内輪１０は、内輪軌道面１２を形成した内輪本体１１に、鍔輪１３を組み合わせたものである。前記内輪１０の軸方向一端部の外周側には、第１鍔部１４が突設されており、軸方向他端部には第２鍔部１５が突設されている。前記第１鍔部１４は、内輪本体１１の軸方向一端部に一体形成されており、第２鍔部１５は、前記鍔輪１３の外周部によって構成されている。これら第１，第２鍔部１４，１５の鍔面１４ａ，１５ａに対して、前記円筒ころ３０の端面３３ａ，３３ｂの一部がすべり接触することにより、当該円筒ころ３０の転動が案内される。また、前記第１，第２鍔部１４，１５によって、円筒ころ軸受１に作用するスラスト荷重を受け止めることができる。
【００１６】
この実施の形態においては、前記第２鍔部１５に高面圧のスラスト荷重が付加されることを想定している。このため、前記第１，第２鍔部１４，１５の鍔面１４ａ，１５ａのうちの少なくとも第２鍔部１５の鍔面１５ａは、硬質クロムめっき層１７によって構成されている。この硬質クロムめっき層１７は、内輪１０（鍔輪１３）の母材１６の前記鍔面１５ａに対応する部分の表面に全周に亘って形成されている。
【００１７】
外輪２０は、軸方向中央部の内周側に外輪軌道面２２を形成し、軸方向一端部に第３鍔部２３を、軸方向他端部に第４鍔部２４をそれぞれ形成したものである。前記円筒ころ３０の転動は、前記第３，第４鍔部２３，２４の鍔面２３ａ，２４ａに対して、当該円筒ころ３０の端面３３ａ，３３ｂの一部がすべり接触することによっても案内される。また、前記第３，第４鍔部２３，２４によっても、円筒ころ軸受１に作用するスラスト荷重を受け止めることができる。
【００１８】
この実施の形態においては、前記第３鍔部２３に高面圧のスラスト荷重が付加されることを想定している。このため、前記第３，第４鍔部２３，２４の鍔面２３ａ，２４ａのうちの少なくとも前記第３鍔部２３の鍔面２３ａは、硬質クロムめっき層２５によって構成されている。この硬質クロムめっき層２５は、外輪２０の母材２６の前記鍔面２３ａに対応する部分の表面に全周に亘って形成されている。
【００１９】
各硬質クロムめっき層１７，２５の厚みは、通常、１０〜２０μｍに設定される。また、各硬質クロムめっき層１７，２５は、塑性加工によって厚み方向に圧縮変形されている。これにより、硬質クロムめっき処理によって形成された硬質クロムめっき層１７，２５に生じた亀裂Ｃ〔図２（Ａ）および図３（Ａ）参照〕が押し潰されている〔図２（Ｂ）および図３（Ｂ）参照〕。つまり、前記塑性加工によって、各硬質クロムめっき層１７，２５の深さ方向に伸びる空隙が塞がれる。このように、各硬質クロムめっき層１７，２５における摩耗、焼付き、はく離等の発生の起点となり得る亀裂Ｃが押し潰されているので、各鍔面１５ａ，２３ａは、高面圧下で円筒ころ３０とすべり接触した場合でも、高い耐摩耗性および耐焼付き性を発揮することができる。なお、前記塑性加工としては、後述するショットピーニング加工やバニシング加工等が挙げられる。
【００２０】
〔転がり摺動部材の製造方法〕
つぎに、図４も参照しつつ、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材の製造方法について、図１に示す円筒ころ軸受１の外輪２０を例にとって説明する。
本製造方法では、まず、軸受鋼であるＳＵＪ２からなる素材に、鍛造加工、旋削加工、熱処理及び研削加工をこの順に施して、第３，第４鍔部２３，２４を有する外輪２０の母材２６を形成する。この母材２６の外周面、端面、軌道面２２及び第４鍔部２４の鍔面２４ａには、前記研削加工が施されている。また、前記母材２６の第３鍔部２３の鍔面２３ａに対応する部分にも、前記研削加工が施されている。
【００２１】
ついで、前記母材２６のうちの第３鍔部２３の鍔面２３ａに対応する部分の表面に、硬質クロムめっきを施して、円筒ころ３０の端面３３ａとすべり接触する硬質クロムめっき層２５を形成する。
前記硬質クロムめっき層２５は、電解硬質クロムめっきにより形成することができる。
【００２２】
その後、前記硬質クロムめっき層２５の亀裂を、塑性加工によって押し潰す。この塑性加工としては、微粒子を用いるショットピーニング加工、ボールまたはローラを用いるバニシング加工等が挙げられる。これらのなかでは、加工が容易である観点から、微粒子を用いるショットピーニング加工が好ましい。微粒子を用いるショットピーニング加工は、例えば、粒径が３０〜１００μｍであるスチール製ビーズを、投射圧０．３〜０．５ＭＰａで、前記硬質クロムめっき層２５に投射することにより行うことができる。
その後、母材２６の軌道面２２に相当する部分に超仕上げ加工を施すことにより、目的の外輪２０を得ることができる。
【００２３】
なお、前記実施の形態においては、内輪１０の第２鍔部１５及び外輪２０の第３鍔部２３に、塑性加工が施された硬質クロムめっき層１７，２５をそれぞれ形成しているが、これに代えて、図５に示されるように、円筒ころ３０の母材３２の両端面３３ａ，３３ｂに硬質クロムめっき層３４，３５を形成してもよい。要するに、前記硬質クロムめっき層は、スラスト荷重が付加される部分に形成してあればよい。
【００２４】
また、本発明は、ＮＵ型、ＮＪ型、Ｎ型、ＮＦ型、ＮＨ型等の各種円筒ころ軸受の他、円すいころ軸受にも適用して実施することができる。
また、例えばカムフォロワ等の転がり接触を生じる部材や、歯車等の転がり接触とすべり接触の双方を生じる部材にも適用して実施することができる。
【実施例】
【００２５】
つぎに、実施例および比較例により、本発明の転がり摺動部材を説明する。
〔実施例１および比較例１〜３〕
ＳＵＪ２からなるロックウェルＣ硬さ：６０〜６３に熱処理硬化されたブロックを作成し、このブロックに研削加工を施して、比較例１の試験片（表面粗さＲａ：０．２２μｍ）を得た。
【００２６】
比較例１と同じ試験片を作製し、その表面にラップ処理を施して比較例２の試験片（表面粗さＲａ：０．０１μｍ）とした。
【００２７】
比較例２と同じ試験片を作製し、そのラップ処理面に、電解硬質クロムめっきを施して硬質クロムめっき層を形成し、比較例３の試験片（めっき層のビッカース硬さ：９２０〜９５０、表面粗さＲａ：０．０２μｍ）とした。
【００２８】
比較例３と同じ試験片を作製し、その硬質クロムめっき層に対して、粒径が３０〜１００μｍの微粒子（スチール製ビーズ）を投射圧０．３〜０．５ＭＰａで投射するＷＰＣ処理（登録商標）〔微粒子ピーニング〕によるショットピーニング加工を施し、前記硬質クロムめっき層に生じた亀裂を塑性変形によって押し潰した。ショットピーニング加工後のブロックを、実施例１の試験片（めっき層のビッカース硬さ：１０３０〜１０８０、表面粗さＲａ：０．１０μｍ）とした。
【００２９】
〔試験例１〕
試験片表面の観察
実施例１および比較例３の試験片の表面を電子顕微鏡で観察した。実施例１の試験片の表面を示す図面代用写真を図６に示す。また、比較例３の試験片の表面を示す図面代用写真を図７に示す。なお、図中、（Ｂ）は、（Ａ）に示される試験片の表面を拡大したものである。
【００３０】
図６および図７に示される結果から、硬質クロムめっきを施した比較例３の試験片では、表面に大きな亀裂が存在しているが（図７）、硬質クロムめっき層にショットピーニング加工を施した実施例１の試験片では、表面の亀裂が消滅しているか、微細化している（図６）ことがわかる。
【００３１】
〔試験例２〕
すべり摩耗試験
実施例１および比較例１〜３の試験片のすべり摩耗試験を、ブロックオンリング試験により行った（図８参照）。ブロックオンリング試験は、以下に示すように行った。
ロックウェルＣ硬さが６０〜６３であり、表面粗さＲａが０．２μｍであるＳＵＪ製のリング１１の一部を、油浴（ＶＧ６８鉱油、浴温：４０℃）中に入れ、このリング１１をすべり速度０．３ｍ／ｓで３０分間矢印方向に回転させた。そして、回転しているリング１１の上部に試験片１２を配置し、この試験片１２の上方より、４４３ＭＰａの接触面圧となるように荷重をかけて当該試験片１２とリング１１とを接触させた。
触針式表面粗さ測定機を用いて、試験片の表面の形状を測定した。実施例１および比較例１〜３の各試験片の表面の形状を示すグラフを図９に示す。図中、（Ａ）は、実施例１の試験片の表面の形状、（Ｂ）は、比較例１の試験片の表面の形状、（Ｃ）は、比較例２の試験片の表面の形状、（Ｄ）は、比較例３の試験片の表面の形状を示す。また、図９に示されるグラフに示される各試験片の摩耗深さを表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
図９および表１に示される結果から、実施例１の試験片の摩耗深さは、０．２μｍ以下（測定限界以下）であり、比較例１〜３の試験片の摩耗深さに比べて小さいことがわかる。とくに、実施例１の試験片の摩耗深さは、硬質クロムめっきを施した比較例３の試験片の摩耗深さ〔図９（Ｄ）〕に比べて、より小さくなっているため、実施例１のように、硬質クロムめっき層にショットピーニング加工を施して、前記表面に生じた亀裂を塑性変形によって押し潰すことにより、高い耐摩耗性を得ることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を有する円筒ころ軸受の要部断面図である。
【図２】硬質クロムめっき層を含む部分の断面構造を示す図面代用写真である。
【図３】図２に示される硬質クロムめっき層を含む部分の断面構造を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る転がり摺動部材を有する円筒ころ軸受の要部断面図である。
【図６】実施例１の試験片の表面を示す図面代用写真である。
【図７】比較例３の試験片の表面を示す図面代用写真である。
【図８】試験例２のブロックオンリング試験の概略説明図である。
【図９】実施例１および比較例１〜３の各試験片の試験例２の実施後の表面の形状を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１円筒ころ軸受
１０内輪（軌道輪）
１１内輪本体
１４第１鍔部
１４ａ鍔面
１５ａ鍔面
１６内輪の母材
１７硬質クロムめっき層
２０外輪（軌道輪）
２３ａ鍔面
２４ａ鍔面
２５硬質クロムめっき層
２６外輪の母材
３０円筒ころ（転動体）
３２円筒ころの母材
３３ａ端面
３３ｂ端面
３４硬質クロムめっき層
３５硬質クロムめっき層
Ｃ亀裂

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の母材の表面に、相手部材と転がり接触および／またはすべり接触する硬質クロムめっき層が形成されている転がり摺動部材であって、
前記硬質クロムめっき層に生じた亀裂が、塑性加工によって押し潰されていることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
前記母材が、転がり軸受の軌道輪の母材または転動体の母材である請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項３】
前記母材が、ころ軸受の軌道輪の母材であり、前記硬質クロムめっき層の表面が、前記軌道輪に設けられた鍔面である請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項４】
前記母材が、ころ軸受用の転動体の母材であり、前記硬質クロムめっき層が、前記転動体の母材の端面に形成されている請求項１に記載の転がり摺動部材。
【請求項５】
請求項１に記載の転がり摺動部材の製造方法であって、
金属製の母材に硬質クロムめっきを施して、当該中間素材の表面に相手部材と転がり接触および／またはすべり接触する硬質クロムめっき層を形成した後、前記硬質クロムめっき層に塑性加工を施して、前記硬質クロムめっき層に生じた亀裂を押し潰すことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記塑性加工が、ショットピーニング加工、またはボールもしくはローラを用いたバニシング加工である請求項５に記載の転がり摺動部材の製造方法。

【図１】