滾子軸承的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種滾子軸承，能夠有效抑制擦損磨耗等的產生。圓柱滾子軸承(1)具備：具有外圈滾道面(2a)的外圈(2)；具有與外圈滾道面(2a)對置的內圈滾道面(3a)的內圈(3)；以及以能夠滾動的方式配置在上述外圈滾道面(2a)與內圈滾道面(3a)之間的圓柱滾子(4)。在內圈(3)的內圈滾道面(3a)形成有磷酸錳涂層(6a)，在圓柱滾子(4)的滾動面(4a)形成有類金剛石碳涂層(6b)。
【專利說明】滾子軸承
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及用于風力發電機等的滾子軸承。
【背景技術】
[0002]例如，在配置于風力發電用齒輪箱的軸承中大多使用了中型的滾子軸承。用于風力發電的風車除了通常的發電運轉以外，在由于停電等而電力被切斷時、由于強風等而進行減小轉矩的控制時等，存在進行轉矩不能傳遞至增速機的非正常運轉的情況。此時，特別是搭載于高速軸的滾子軸承以接近無載荷的狀態高速旋轉，所以無法向軸承的滾道面供給足夠的潤滑劑而在旋轉座圈的滾道面、滾子的滾動面產生擦損磨耗(Smearing)(引起多個微小膠著的現象)，滾子軸承的壽命降低。
[0003]因此，以往，為了保護旋轉座圈的滾道面、滾子的滾動面，對該滾道面、滾動面實施利用磷酸猛(manganese phosphate)涂層的表面處理(例如，參照專利文獻I)。
[0004]專利文獻1:日本特開2003-156053號公報
[0005]然而，磷酸錳涂層(coating film)耐負載性差，所以存在容易在上述滾道面、滾動面產生剝離的問題。為了消除該問題，考慮代替上述磷酸錳涂層而在上述滾道面等形成耐負載性優異的類金剛石碳(DLC:diamond like carbon)涂層。然而，在該情況下，由于摩擦系數變小，所以在旋轉座圈的滾道面與滾子的滾動面之間容易產生滑動，存在無法充分抑制擦損磨耗的產生的問題。

【發明內容】

[0006]本發明是鑒于這樣的實際情況而完成的，其目的在于提供一種能夠有效抑制擦損磨耗等產生的滾子軸承。
[0007]用于實現上述目的的本發明的滾子軸承，其特征在于，上述滾子軸承具備:固定環，該固定環具有固定滾道面；旋轉座圈，該旋轉座圈具有與上述固定滾道面對置的旋轉滾道面；以及多個滾子，上述多個滾子以能夠滾動的方式配置在上述固定滾道面與上述旋轉滾道面之間，在上述旋轉滾道面以及上述滾子的滾動面中的一方的面形成有磷酸錳涂層，在上述旋轉滾道面以及上述滾子的滾動面中的另一方的面形成有類金剛石碳涂層。
[0008]根據本發明，在旋轉座圈的旋轉滾道面以及滾子的滾動面中的一方的面形成耐負載性差但摩擦系數大的磷酸錳涂層，并且在另一方的面形成摩擦系數小但耐負載性好的類金剛石碳涂層。即，在上述旋轉滾道輪以及滾動面形成相互彌補缺點的兩種涂層，所以利用摩擦系數大的磷酸錳涂層使旋轉滾道面與滾動面之間難以產生滑動，能夠有效抑制擦損磨耗的產生。另外，利用耐負載性好的類金剛石碳涂層使其表面硬質化，所以能夠有效抑制在形成有上述涂層的面產生剝離。
[0009]另外，優選在上述滾子軸承中，上述一方的面是旋轉滾道面，上述另一方的面是滾子的滾動面。
[0010]在該情況下，由于在旋轉滾道面形成有摩擦系數大的磷酸錳涂層，所以利用上述涂層的摩擦力，能夠將旋轉座圈的旋轉驅動力高效地傳遞至滾子。
[0011]另外，優選在上述旋轉座圈，在旋轉滾道面的至少軸向一側形成有供上述滾子的端面滑動接觸的凸緣面，在上述凸緣面以及上述滾子的端面中的一方的面形成有磷酸錳涂層，在上述凸緣面以及上述滾子的端面中的另一方的面形成有類金剛石碳涂層。
[0012]在該情況下，在旋轉座圈的凸緣面以及滾子的端面也形成相互彌補缺點的兩種涂層，所以利用摩擦系數大的磷酸錳涂層，借助凸緣面與上述端面的滑動接觸阻力而容易使滾子與旋轉座圈一同旋轉，能夠將旋轉座圈的旋轉驅動力更高效地傳遞至滾子。另外，利用耐負載性好的類金剛石碳涂層使其表面硬質化，所以能夠有效抑制在形成有上述涂層的面產生剝離。
[0013]根據本發明的滾子軸承，通過實施利用涂層進行的表面處理，能夠有效抑制擦損磨耗等的產生，能夠延長壽命。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的滾子軸承的剖視圖。
[0015]圖2是表示涂層的耐久試驗的結果的圖。
[0016]圖3是表示上述耐久試驗的試驗裝置的示意圖。
[0017]圖4是表示涂層的摩擦系數的變化的圖。
[0018]圖5是表示測定上述摩擦系數的變化的測定裝置的示意圖。
[0019]圖6是表示本發明的第二實施方式所涉及的滾子軸承的剖視圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，參照附圖對本發明的滾子軸承的實施方式進行詳細說明。
[0021]圖1是本發明的第一實施方式所涉及的滾子軸承的剖視圖。本實施方式的滾子軸承是在風力發電用齒輪箱中支承徑向負載的圓柱滾子軸承I。該圓柱滾子軸承I具備:作為固定環的外圈2、配置成能夠以與該外圈2同軸心狀旋轉的作為旋轉座圈的內圈3、配置成能夠在外圈2與內圈3之間滾動的多個圓柱滾子4、以及用于沿圓周方向以規定間隔保持各圓柱滾子4的保持架5。
[0022]外圈2具有:形成于內周的外圈滾道面(固定滾道面)2a、和在該外圈滾道面2a的軸向兩側朝徑向內側突出形成的凸緣部2b。各凸緣部2b具有供圓柱滾子4的軸向兩側的端面4b分別滑動接觸的凸緣面2bl。
[0023]在內圈3的外周形成有與外圈2的外圈滾道面2a對置的內圈滾道面(旋轉滾道面)3a，在上述外圈滾道面2a與內圈滾道面3a之間以能夠滾動的方式配置有圓柱滾子4。圓柱滾子4的外周面形成為在外圈滾道面2a以及內圈滾道面3a滾動的滾動面4a。
[0024]保持架5具備:在軸向分離地配置的第一圓環部5a和第二圓環部5b、以及多個沿該兩圓環部5a、5b的周方向隔開相等的間隔配置并連結兩圓環部5a、5b的柱部5c。在兩圓環部5a、5b與所鄰接的柱部5c之間形成有5?孔(pocket) 5d,將圓柱滾子4配置在該5?孔5d內。保持架5通過多個兜孔5d將多個圓柱滾子4沿圓周方向以規定間隔加以保持。
[0025]對外圈2的外圈滾道面2a、內圈3的內圈滾道面3a、以及圓柱滾子4的滾動面4a分別實施利用不同的涂層進行的表面處理。具體而言，在外圈滾道面2a以及內圈滾道面3a分別遍及整周地形成有磷酸錳涂層6a。另外，在圓柱滾子4的滾動面4a遍及整周地形成有包含例如碳化鎢碳(WCC)在內的類金剛石碳(DLC)涂層6b。將磷酸錳涂層6a以及類金剛石碳涂層6b的各膜厚分別設定為3 μ m以下。
[0026]圖2是表示進行直到在上述磷酸錳涂層以及類金剛石碳涂層產生剝離為止的耐久試驗的結果的圖。
[0027]該耐久試驗的條件如下所述。第一樣本是在JIS SUJ2制的平板樣本形成有磷酸錳涂層的樣本。另外，第二樣本是在Jis SUJ2制的平板樣本形成有類金剛石碳涂層的樣本。
[0028]如下表示直到在上述第一樣本的磷酸錳涂層產生剝離為止的耐久試驗的方法。
[0029]圖3是表示上述耐久試驗的試驗裝置的示意圖。該試驗裝置具備:具有JIS SUJ2制的環狀的滾道21a的軸向軸承用內圈21、6個JIS SUJ2制的3 / 8英寸的球22、分別保持上述球22的環狀的保持架23、潤滑油24、以及載置第一樣本30并貯存潤滑油24的容器25。環狀的滾道直徑(滾 道21a的槽底的直徑，P.C.D.)為Φ 38mm。
[0030]以使磷酸錳涂層31 (相當于本發明的磷酸錳涂層6a)朝向鉛垂方向的上方側的方式將第一樣本30載置于容器25,在該磷酸猛涂層31上載置被保持于保持架23的6個球22，以將這6個球22收納于滾道21a的方式將內圈21放置在球22的上方。在容器25中，以第一樣本30完全浸沒且浸泡至保持架23的鉛垂方向的大致中間位置的方式貯存潤滑油
24。潤滑油24所使用的是商品名為MEROPA WM320 (Chevron制)。在第一樣本30與內圈21之間，以使球22與第一樣本30之間的接觸面壓力成為規定的值的方式，沿圖中箭頭A方向施加軸向負載，使第一樣本30靜止，使內圈21以UOOmirT1的旋轉速度旋轉。此時的球22的通過速度為36001^11'
[0031]對于耐久試驗，如圖2所示，使上述接觸面壓力以如下方式斷續上升:在步驟SI時為2.0GPa、在步驟S2時為2.6GPa、在步驟S3時為3.lGPa、在步驟S4時為3.5GPa、在步驟S5時為4.1GPa0在各步驟SI?S5中，使內圈21旋轉I X IO7次。
[0032]以下表示直到在上述第二樣本的類金剛石碳涂層產生剝離為止的耐久試驗的方法。
[0033]如圖3所示，在直到在上述磷酸錳涂層31產生剝離為止的耐久試驗所使用的試驗裝置中，代替第一樣本30而使用第二樣本40作為樣本來進行試驗。即，以使類金剛石碳涂層41 (相當于本發明的類金剛石碳涂層6b)朝向鉛垂方向的上方側的方式將第二樣本40載置于容器25，在該類金剛石碳涂層41上載置被保持于保持架23的6個球22，進行與第一樣本30同樣的試驗。
[0034]在圖2中，上述憐酸猛涂層在接觸面壓力為3.1GPa時廣生剝尚，與此相對，上述類金剛石碳涂層在接觸面壓力為4.1GPa時產生剝離。通過該試驗結果可知，類金剛石碳涂層的耐負載性優于磷酸錳涂層。
[0035]圖4是表示磷酸錳涂層以及類金剛石碳涂層在無潤滑下的摩擦系數的變化的圖。
[0036]該摩擦系數的測定方法如下所述。第三樣本是在JIS SUJ2制的平板樣本上形成有磷酸錳涂層的樣本。另外，第四樣本是在Jis SUJ2制的平板樣本上形成有類金剛石碳涂層的樣本。
[0037]以下表示上述第三樣本的磷酸錳涂層的摩擦系數的變化的測定方法。
[0038]圖5是表示測定上述摩擦系數的變化的測定裝置的示意圖。在該測定裝置中，準備JIS SUJ2制的3 / 16英寸的球51和潤滑油(省略圖示)。
[0039]以使磷酸錳涂層61 (相當于本發明的磷酸錳涂層6a)朝向鉛垂方向的上方側的方式配置第三樣本60，在該磷酸錳涂層61上放置有被固定為不滾動的球51。在第三樣本60的表面涂覆有潤滑油。潤滑油使用的是商品名為MEROPA WM320 (Chevron制)。對第三樣本60與球51之間施加軸向負載10N，以使得接觸面壓力成為1.6GPa。在該狀態下，使球51相對于第三樣本60以平均線速度40mm / s相對移動距離10mm，將該相對移動作為圖中箭頭B所示的往復動作連續地持續時間3600s。
[0040]以下表示上述第四樣本的類金剛石碳涂層的摩擦系數的變化的測定方法。
[0041]如圖5所示，對于在上述磷酸錳涂層61的摩擦系數的變化的測定方法中所使用的測定裝置，代替第三樣本60而使用第四樣本70作為樣本進行試驗。即，以使類金剛石碳涂層71 (相當于本發明的類金剛石碳涂層6b)與球51抵接的方式，對第四樣本70進行與第三樣本60同樣的測定。
[0042]在圖4中，磷酸錳涂層的摩擦系數在0.4?0.6的范圍內變化，與此相對，類金剛石碳涂層的摩擦系數在0.2以下變化。通過該結果可知，磷酸錳涂層的摩擦系數比類金剛石碳涂層的摩擦系數大。
[0043]以上，根據本發明的實施方式所涉及的圓柱滾子軸承1，在作為旋轉座圈的內圈3的內圈滾道面3a以及圓柱滾子4的滾動面4a中的一方的面形成耐負載性差但摩擦系數大的磷酸錳涂層6a，并且在另一方的面形成摩擦系數小但耐負載性好的類金剛石碳涂層6b。即，在內圈滾道面3a以及滾動面4a形成相互彌補缺點的兩種涂層，所以利用摩擦系數大的磷酸錳涂層6a，使內圈滾道面3a與滾動面4a之間難以產生滑動，能夠有效抑制擦損磨耗(多個微小的膠著所引起的現象)的產生。另外，利用耐負載性好的類金剛石碳涂層6b使該表面硬質化，所以能夠有效抑制在形成有上述涂層6b的滾動面4a上產生剝離。因此，能夠延長圓柱滾子軸承I的壽命。
[0044]另外，由于在內圈滾道面3a形成有摩擦系數大的磷酸錳涂層6a，所以利用該磷酸錳涂層6a的摩擦力，能夠將內圈3的旋轉驅動力高效地傳遞至圓柱滾子4。
[0045]此外，在本實施方式中，不對作為固定環的外圈2的凸緣面2b1、以及圓柱滾子4的端面4b實施利用涂層進行的表面處理。由此，能夠防止因涂層引起的凸緣面2bl與圓柱滾子4的滑動接觸阻力增大。
[0046]圖6是表示本發明的第二實施方式的滾子軸承的剖視圖。本實施方式與第一實施方式的不同點在于，凸緣面形成于內圈、以及對該凸緣面和圓柱滾子的端面實施利用涂層進行的表面處理。
[0047]在本實施方式中，在內圈3的外周具有凸緣部3b，該凸緣部3b在內圈滾道面3a的軸向兩側朝徑向外側突出而形成。各凸緣部3b具有供圓柱滾子4的各端面4b分別滑動接觸的凸緣面3bl。
[0048]對內圈3的各凸緣面3bl、以及圓柱滾子4的各端面4b分別實施利用不同涂層進行的表面處理。具體而言，在上述各凸緣面3bl的整體形成有磷酸錳涂層6a。另外，在上述各端面4b的整體形成有包含例如碳化鎢碳(WCC)在內的類金剛石碳(DLC)涂層6b。將上述磷酸錳涂層6a以及類金剛石碳涂層6b的各膜厚分別設定為3 μ m以下。
[0049]與之前說明的本發明的實施方式相同，由于對內圈3的內圈滾道面3a以及圓柱滾子4的滾動面4a分別實施了利用磷酸錳涂層6a以及類金剛石碳涂層6b進行的表面處理，所以能夠有效抑制在上述內圈滾道面3a以及滾動面4a產生擦損磨耗等，能夠延長圓柱滾子軸承I的壽命。
[0050]另外，在內圈3的凸緣面3bl以及圓柱滾子4的端面4b也形成相互彌補缺點的兩種涂層，所以利用摩擦系數大的磷酸錳涂層6a，借助凸緣面3bl與圓柱滾子4的端面4b的滑動接觸阻力而容易使圓柱滾子4與內圈3 —同旋轉，能夠將內圈3的旋轉驅動力更高效地傳遞至圓柱滾子4。另外，利用耐負載性好的類金剛石碳涂層6b使其表面硬質化，所以能夠有效抑制在形成有上述涂層6b的端面4b產生剝離。
[0051]此外，本發明不限定于上述的實施方式，能夠適當地變更來進行實施。例如，在上述各實施方式中，在外圈滾道面以及內圈滾道面形成有磷酸錳涂層，在圓柱滾子的滾動面形成有類金剛石碳涂層，但也可以在外圈滾道面以及內圈滾道面形成類金剛石碳涂層，在圓柱滾子的滾動面形成磷酸錳涂層。
[0052]另外，在上述各實施方式中，在外圈滾道面與內圈滾道面分別形成有涂層，但只要至少在旋轉座圈側的內圈滾道面形成涂層即可。
[0053]另外，在第二實施方式中，在凸緣面形成有磷酸錳涂層，在圓柱滾子的端面形成有類金剛石碳涂層，但也可以在凸緣面形成類金剛石碳涂層，在圓柱滾子的端面形成磷酸錳涂層。
[0054]另外，在第二實施方式中，在圓柱滾子的滾動面與端面分別形成有類金剛石碳涂層，但也可以將圓柱滾子的滾動面的類金剛石碳涂層與端面的類金剛石碳涂層相連。另外，也可以在圓柱滾子的滾動面與端面分別形成磷酸錳涂層，在該情況下，可以將圓柱滾子的滾動面的磷酸錳涂層與端面的磷酸錳涂層相連。
[0055]另外，在第二實施方式中，在內圈的內圈滾道面與凸緣面分別形成有磷酸錳涂層，但也可以將內圈的內圈滾道面的磷酸錳涂層與凸緣面的磷酸錳涂層相連。另外，也可以在內圈的內圈滾道面與凸緣面分別形成類金剛石碳涂層，在該情況下，可以將內圈的內圈滾道面的類金剛石碳涂層與凸緣面的類金剛石碳涂層相連。
[0056]另外，在類金剛石碳涂層以及磷酸錳涂層中，可以是一方的涂層形成于內圈的內圈滾道面與圓柱滾子的端面，并且另一方的涂層形成于內圈的凸緣面與圓柱滾子的滾動面。
[0057]另外，在第二實施方式中，在圓柱滾子的端面整體形成有涂層，但只要至少在與凸緣面滑動接觸的部分形成有涂層即可。
[0058]另外，在上述各實施方式的圓柱滾子軸承中，將固定環作為外圈，將旋轉座圈作為內圈，但也可以將固定環作為內圈、將旋轉座圈作為外圈。
[0059]另外，滾子軸承并不局限于徑向圓柱滾子軸承，也可以是推力滾子軸承、圓錐滾子軸承。
[0060]附圖標記說明:
[0061]1:圓柱滾子軸承(滾子軸承)；2:外圈(固定環)；2a:外圈滾道面(固定滾道面);2bl:凸緣面；3:內圈(旋轉座圈);3a:內圈滾道面(旋轉滾道面);3bl:凸緣面；4:圓柱滾子(滾子)；4a:滾動面；4b:端面；6a:磷酸錳涂層；6b:類金剛石碳涂層。
【權利要求】
1.一種滾子軸承，其特征在于， 所述滾子軸承具備: 固定環，該固定環具有固定滾道面； 旋轉座圈，該旋轉座圈具有與所述固定滾道面對置的旋轉滾道面；以及多個滾子，所述多個滾子以能夠滾動的方式配置在所述固定滾道面與所述旋轉滾道面之間， 在所述旋轉滾道面以及所述滾子的滾動面中的一方的面形成有磷酸錳涂層，在所述旋轉滾道面以及所述滾子的滾動面中的另一方的面形成有類金剛石碳涂層。
2.根據權利要求1所述的滾子軸承，其特征在于， 所述一方的面是旋轉滾道面， 所述另一方的面是滾子的滾動面。
3.根據權利要求1或2所述的滾子軸承，其特征在于， 在所述旋轉座圈，在旋轉滾道面的至少軸向一側形成有供所述滾子的端面滑動接觸的凸緣面， 在所述凸緣面以及所述滾子的端面中的一方的面形成有磷酸錳涂層，在所述凸緣面以及所述滾子的端面中的另一方的面形成有類金剛石碳涂層。
【文檔編號】F16C33/66GK103429916SQ201280012396
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月16日 優先權日:2011年3月25日
【發明者】小林康裕, 保坂亮平 申請人:株式會社捷太格特