特許 7398932 スラストころ軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-07

(45)【発行日】2023-12-15

(54)【発明の名称】スラストころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/30 20060101AFI20231208BHJP

   F16C 33/34 20060101ALI20231208BHJP

   F16C 33/64 20060101ALI20231208BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20231208BHJP

【ＦＩ】

F16C19/30

F16C33/34

F16C33/64

F16C33/66 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019208661

(22)【出願日】2019-11-19

(65)【公開番号】P2021080999

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-05-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000110859

【氏名又は名称】キヤノンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100148987

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 礼子

(72)【発明者】

【氏名】沢田 博司

【審査官】糟谷 瑛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１０８９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９４１４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／３０－３３／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に互いに対向する一対の軌道輪と、この軌道輪の間に径方向に沿った状態で放射状に配設される複数個のころとを備え、前記一対の軌道輪は、それぞれ、中心孔が設けられたリング状平板体からなるとともに、前記ころは針状ころ又は円筒ころであるスラストころ軸受であって、
少なくともいずれか一方の軌道輪におけるころの接触通過領域と、ころの外周面との少なくともいずれか一方に、複数の微細溝で構成されるグレーティング状凹凸の周期構造を設けたものであり、前記グレーティング状凹凸の周期構造が軌道輪におけるころの接触通過領域の内周側および外周側に設けられ、外周側に設けられた周期構造は、接触通過領域の外周縁よりも外径側にはみ出し、内周側に設けられた周期構造は、接触通過領域の内周縁よりも内径側にはみ出し、接触通過領域の中心線上の差動すべりが生じない範囲は、前記グレーティング状凹凸の周期構造を有さない面としたことを特徴とするスラストころ軸受。

【請求項2】

軸方向に互いに対向する一対の軌道輪と、この軌道輪の間に径方向に沿った状態で放射状に配設される複数個のころとを備えたスラストころ軸受であって、
少なくともいずれか一方の軌道輪におけるころの接触通過領域と、ころの外周面との少なくともいずれか一方に、複数の微細溝で構成されるグレーティング状凹凸の周期構造を設けたものであり、前記グレーティング状凹凸の周期構造が軌道輪におけるころの接触通過領域の内周側および外周側に設けられ、外周側に設けられた周期構造は、接触通過領域の外周縁よりも外径側にはみ出し、内周側に設けられた周期構造は、接触通過領域の内周縁よりも内径側にはみ出し、接触通過領域の中心線上の差動すべりが生じない範囲は、前記グレーティング状凹凸の周期構造を有さない面とし、前記グレーティング状凹凸の周期構造が、前記軌道輪の円周方向に沿って配向していることを特徴とするスラストころ軸受。

【請求項3】

前記グレーティング状凹凸の周期構造の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラストころ軸受。。

【請求項4】

前記グレーティング状凹凸の周期構造は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するものであることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のスラストころ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラストころ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

スラストころ軸受は、針状ころ又は円筒ころが保持器に放射状に組込まれたスラスト保持器付きころと円板状の軌道輪とを組合わせた軸受である。すなわち、スラストころ軸受（スラスト針ころ軸受）は、図１７と図１８とに示すように、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪１、２と、この軌道輪１、２の間に径方向に沿った状態で放射状に配設される複数個のころ３と、軌道輪１、２の間に介在されて複数個のころ３を保持する保持器４とを備える。

【0003】

環境保護の観点から、しゅう動部の摩擦低減と同時に潤滑油の使用量削減が重要な課題となっている。そのため、自動車や産業機器では潤滑油供給を必要最小量とした低摩擦運転が望まれている。また、潤滑油の消費が少ないグリース潤滑の適用拡大も検討されている。

【0004】

各種機器のしゅう動部に数多く使用されているスラスト針状ころ軸受では、図１９に示すように内径側と外径側において、周速差が生じる。この周速差に起因する差動すべりが生じる。すなわち、図１９に示すように、ころ３が矢印Ａ方向に公転すると、内径側が矢印Ａ１のように進み、外径側が矢印Ａ２のうように遅れ、ころ３が矢印Ｂ方向に公転すると、内径側が矢印Ｂ１のように進み、外径側が矢印Ｂ２のうように遅れる。このように、差動すべりが生じた場合、潤滑油が不足すると比較的大きなトルクと摩耗とが発生するため、枯渇潤滑下での摩擦・摩耗特性の向上が求められている。

【0005】

そこで、従来では、特許文献１に記載のように、ころ３に、図２０に示すように、両端部のその外径寸法を軸方向端部側に向かって縮径するクラニング６、６を形成して、軌道輪１、２ところの接触面積を減少させて、差動すべりを低減させたものがある。

【0006】

また、図２１に示すように、ころ３の外径面を円筒面として、軌道輪１、２のころ対応面を膨出させ、この膨出部７、８ところ３の外径面を摺接させるように構成したものがある（特許文献２）。この場合も、軌道輪１、２ところ３の接触面積を減少させて、差動すべりを低減させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００６－２５８２９８号公報

【文献】特開２０１５－０１７６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、ころ３にクラウニング６を形成したり、軌道輪側に膨出部７、８を形成して、差動すべりを低減させたとしても、差動すべりそのものの摩擦を低減できない。すなわち、枯渇潤滑下での摩擦・摩耗効果は乏しいものである。ところで、ころ３にクラウニング６，６を設ける場合、使用される全ころ３に対して設ける必要があり、また、軌道輪側に膨出部７、８を形成する場合、各膨出部の膨出量を精度よく構成する必要があり、これらにおいては生産性に劣り、コスト高となる。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みて、枯渇潤滑下での焼き付きを有効に防止することができるスラストころ軸受を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のスラストころ軸受は、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪と、この軌道輪の間に径方向に沿った状態で放射状に配設される複数個のころとを備えたスラストころ軸受であって、少なくともいずれか一方の軌道輪におけるころの接触通過領域と、ころの外周面との少なくともいずれか一方に、複数の微細溝で構成されるグレーティング状凹凸の周期構造を設けたものである。

【0011】

本発明のスラストころ軸受によれば、ころの外周面と、少なくともいずれか一方における軌道輪のころの接触通過領域との少なくともいずれか一方に、グレーティング状凹凸の周期構造を設けたことによって、周期構造の潤滑油保持や摩耗粉トラップ効果により差動すべりに起因する摩擦が抑制される。さらにグリース潤滑下においては、周期構造のグリース保持や摩耗粉トラップ効果に加えて、油分に対して高い濡れ性を示す周期構造が基油分離を促進することで増ちょう剤が高濃度化され、増ちょう剤由来の保護膜形成が促進されることで差動すべりに起因する摩耗が抑制される。

【0012】

前記グレーティング状凹凸の周期構造が軌道輪におけるころの接触通過領域の外周側と内周側との少なくともいずれか一方に設けられているものであればよい。この場合であっても、グレーティング状凹凸の周期構造を設けたことに起因する作用効果を発揮することができる。

【0013】

外周側に設けられたグレーティング状凹凸の周期構造は、接触通過領域の外周縁よりも外径側にはみ出していても、内周側に設けられたグレーティング状凹凸の周期構造は、接触通過領域の内周縁よりも内径側にはみ出していてもよい。このように、接触通過領域外まで周期構造を設けることによって、周期構造の油分に対する高い濡れ性によって、ころの接触通過領域外に排出された潤滑油やグリースの基油成分が、ころの接触通過領域内に再流入することで枯渇潤滑下での摩擦・摩耗を抑制することができる。

【0014】

接触通過領域の中心線上は差動すべりが生じない。そこで、接触通過領域の中心線上に周期構造を形成しないことで、弾性流体潤滑油膜の形成を阻害せず、良好な油膜形成と差動すべりに起因する摩擦抑制を両立することができる。

【0015】

前記グレーティング状凹凸の周期構造が、前記軌道輪の円周方向に沿って配向しているのが好ましい。このように構成することによって、ころの接触通過領域外に潤滑油やグリースが排出されにくく、周期構造に沿って保持されるため、潤滑油やグリースの担持性が向上し、さらには、摩耗粉のトラップ効果も向上する。

【0016】

前記グレーティング状凹凸の周期構造の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であるのが好ましい。このように構成することによって、油分の保持性、移動性を向上することができる。すなわち、周期構造の凹凸が５０ｎｍ未満では十分な量の油分やグリースを担持できず、凹凸および周期ピッチが１０μｍを超えると油分やグリースが周期構造の凹凸から流出するおそれがある。

【0017】

前記グレーティング状凹凸の周期構造は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するのが好ましい。このように構成することによって、開口部が広くなり、潤滑油やグリースを効率的に取り込むことができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、差動すべりに起因する摩擦・摩耗の低減を図ることができ、しかも、良好な油膜形成を図ることができる。このため、摺動部の摩擦低減と同時に潤滑油の使用量削減が可能なスラストころ軸受を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のスラストころ軸受の要部拡大断面図である。

【図2】軌道輪の簡略図である。

【図3】軌道輪に設けられた周期構造を示し、（ａ）は拡大図であり、（ｂ）は断面プロファイルである。

【図4】ころと周期構造との関係を示す簡略図である。

【図5】本発明のスラストころ軸受のころを示し、（ａ）は周期構造が軸方向中央部に有さないころの簡略図であり、（ｂ）は周期構造がほぼ全周に設けられたころの簡略図である。

【図6】周期構造を形成するためのレーザ表面加工装置の簡略図である。

【図7】親水性表面での接触角を示し、（ａ）が平坦面の場合の説明図であり、（ｂ）が粗い面の場合の説明図である。

【図8】回転トルク測定に用いた試験機の簡略図である。

【図9】潤滑剤にＰＡＯ(ポリアルファオレフィン)を用いた場合の定速なじみ時の摩擦係数を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受の場合を示すグラフ図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のグラフ図である。

【図10】潤滑剤にＰＡＯ(ポリアルファオレフィン)を用いた場合の洗浄回数と摩擦特性の関係を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受の場合を示すグラフ図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のグラフ図である。

【図11】潤滑剤にＰＡＯ(ポリアルファオレフィン)を用いた場合の試験後のニードル表面（ころ表面）を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受のころにおける外端面から１１５０μｍ付近の拡大図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のころにおける外端面から１１５０μｍ付近の拡大図である。

【図12】潤滑剤にＰＡＯ(ポリアルファオレフィン)を用いた場合の試験後のニードル表面（ころ表面）を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受のころにおける中央部付近の拡大図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のころにおける中央部付近の拡大図である。

【図13】潤滑剤にＵ－３Ｐ（脂肪族ウレアグリース）を用いた場合の定速なじみ時の摩擦係数を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受の場合を示すグラフ図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のグラフ図である。

【図14】潤滑剤にＵ－３Ｐ（脂肪族ウレアグリース）を用いた場合の洗浄回数と摩擦特性の関係を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受の場合を示すグラフ図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のグラフ図である。

【図15】潤滑剤にＵ－３Ｐ（脂肪族ウレアグリース）を用いた場合の試験後のニードル表面（ころ表面）を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受のころにおける外端面から１１５０μｍ付近の拡大図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のころにおける外端面から１１５０μｍ付近の拡大図である。

【図16】潤滑剤にＵ－３Ｐ（脂肪族ウレアグリース）を用いた場合の試験後のニードル表面（ころ表面）を示し、（ａ）は周期構造を有さないスラスト針状ころ軸受のころにおける中央部付近の拡大図であり、（ｂ）は両軌道輪の外周側及び内周側に周期構造を設けたスラスト針状ころ軸受のころにおける中央部付近の拡大図である。

【図17】従来のスラストころ軸受の断面図である。

【図18】図１７に示すスラストころ軸受のころと保持器とを示す簡略図である。

【図19】差動すべりを説明する簡略図である。

【図20】クラウニングが形成されたころの簡略図である。

【図21】従来の他のスラストころ軸受の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下本発明の実施の形態を図１～図１６に基づいて説明する。

【0021】

図１は本発明に係るスラストころ軸受５０を示す。スラストころ軸受５０は、針状ころ又は円筒ころが保持器に放射状に組込まれたスラスト保持器付きころと円板状の軌道輪とを組合わせた軸受である。この場合の軸受５０は、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪１１、１２と、この軌道輪１１、１２の間に径方向に沿った状態で放射状に配設される複数個のころ１３と、軌道輪１１、１２の間に介在されて複数個のころ１３を保持する保持器１４とを備える。

【0022】

軌道輪１１、１２は、図２に示すよう、中心孔１１ａ、１２ａが設けられたリング状平板体からなる。そして、一方の軌道輪１１の他の軌道輪１２に対向する面（内面）１１ｂにころ転動面（摺動面）１５が形成され、他方の軌道輪１２の一方の軌道輪１１に対向する面（内面）１２ｂがころ転動面（摺動面）１６とされる。この場合、軌道輪１１、１２は、炭素鋼、銅、アルミニウム、白金、超硬合金等であっても、炭化ケイ素や窒化ケイ素等のシリコン系セラミックスであっても、エンジニアプラスチック等であってもよい。

【0023】

また、潤滑剤としては、ＰＡＯ６（ポリアルファオレフィン）やＵ－３Ｐ（脂肪族ウレアグリース）等を使用できる。ＰＡＯ６は、合成炭化水素は鉱油に近い組成ながら、高粘度指数で低流動点を有し、低温から高温まで使用温度領域が広いという特長を持っている。また、粘度指数が高く、高温においても厚い油膜の保持が可能である点、ワックス分を含まないので、流動点が非常に低く、低温粘度特性が良好なため、内燃機関などの低温始動性や暖気運転時間の短縮が可能である点、および、添加剤の添加効果が高く、熱酸化安定性が良好で、高温での使用、および長寿命化が可能である点等の利点がある。

【0024】

また、ウレアグリースとは、ウレア基（－ＮＨ－ＣＯ－ＮＨ－）を２個以上有する有機化合物を増ちょう剤としたグリースである。また、ウレアグリースには、脂肪族ウレアと、脂環式ウレアと、芳香族ウレアとがある。脂肪族ウレアは、長鎖アルキル基を両末端に用いると耐熱性がリチウム石けんグリース並となる点、短鎖アルキル基を用いると耐熱性が向上する点、脂環式および芳香族ウレアに比べ寿命が短い点の特徴を有する。脂環式ウレアは、増ちょう効果が優れている点、比較的耐熱性に優れている点、せん断安定性に優れている点、寿命が長い点の特徴を有する。芳香族ウレアは、増ちょう効果が脂肪族ウレアや脂環式ウレアよりも劣る点、耐熱性に優れている点、寿命が長い点の特徴を有する。

【0025】

各軌道輪１１、１２の内面には、図２に示すように、それぞれ、外周側及び内周側に複数の微細溝で構成さされるグレーティング状凹凸の周期構造２０（２０Ａ、２０Ｂ）が設けられている。この場合、図４に示すように、外周側の周期構造２０Ａは、ころ１３の接触通過領域Ｒの外周縁よりも外径側にはみ出し、内周側の周期構造２０Ｂは、ころ１３の接触通過領域Ｒの内周縁よりも内径側にはみ出している。

【0026】

また、外周側の周期構造２０Ａと、内周側の周期構造２０Ｂとの間には、周期構造２０を有さない未加工部２１が形成されている。すなわち、この未加工部２１は接触通過領域Ｒの中心線（ピッチ円）Ｐ上に配設され、未加工部２１の範囲としては、その軸方向長さＨ２として、ころの軸方向全長Ｈ１の１／３程度とされる。このため、各周期構造２０Ａ、２０Ｂの幅寸法は、（１－１／３）／２となる。また、外周側の周期構造２０Ａの接触通過領域Ｒのはみ出し量Ｔ1としては、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ程度とし、内周側の周期構造２０Ｂの接触通過領域Ｒのはみ出し量Ｔ２としては、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ程度としている。

【0027】

周期構造２０は、配向方向が周方向であり、図３に示すように、微小の凹部２２と微小の凸部２３とが交互に所定ピッチで配設されてなるものである。周期構造２０の凹凸の高低差（凹部２２の底部から凸部２３の頂点までの高さ）が５０ｎｍ以上１０μｍ以下とするのが好ましい。また、周期構造２０の周期ピッチを１０μｍ以下とするのが好ましい。図３（ａ）は周期構造２０の拡大図を示し、図３（ｂ）は断面プロファイルを示している。このように、周期構造２０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するグレーティング状凹凸の周期構造２０である。

【0028】

周期構造２０は、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的に形成している。具体的には、図６に示すフェムト秒レーザ表面加工装置を使用する。レーザ発生器３１（フェムト秒レーザ発生器）で発生したレーザ（例えば、パルス幅：９００ｆｓ、中心波長１０３０ｎｍ、繰り返し周波数：１～１０００ｋＨｚ、パルスエネルギー：０．２５～４００μＪ／ｐｕｌｓｅ）は、ミラー３２により加工材料Ｗに向けて折り返され、メカニカルシャッタ３３に導かれる。レーザ照射時はメカニカルシャッタ３３を開放し、レーザ照射強度は１／２波長板３４と偏光ビームスプリッタ３６によって調整可能とし、１／２波長版３５によって偏光方向を調整し、集光レンズ（焦点距離：１５０ｍｍ）３７によって、ＸＹθステージ３９上の加工材料Ｗ表面に集光照射する。なお、フェムト秒レーザはフェムト秒（１０００兆分の１秒）オーダーという極端に短い時間単位の中にエネルギーを圧縮した光源である。

【0029】

ところで、固体表面に液滴が接触すると、接触角が形成される。そして、液体Ｓの濡れ性は、以下のWenzelの式（数１）で表される。ここで、θｗは粗い面での接触角を示し、θｅは同じ材質で平坦面（平滑面）での接触角を示す。ｒは表面積倍率（平面に対する粗面の面積比）を示す。

【数1】

【0030】

平坦面（平滑面）において、θｅ＜９０°であれば、粗い面ではθw＜θｅとなる。すなわち、表面積倍率ｒが大きいほど油の接触角が低減する。このため、表面粗さの導入により潤滑油の濡れ性向上が可能となる。

【0031】

本発明のスラストころ軸受によれば、グレーティング状凹凸の周期構造２０を設けたことによって、周期構造２０の潤滑油保持や摩耗粉トラップ効果により差動すべりに起因する摩擦が抑制される。さらにグリース潤滑下においては、周期構造２０のグリース保持や摩耗粉トラップ効果に加えて、油分に対して高い濡れ性を示す周期構造２０が基油分離を促進することで増ちょう剤が高濃度化され、増ちょう剤由来の保護膜形成が促進されることで差動すべりに起因する摩耗が抑制される。

【0032】

このため、本発明では、差動すべりに起因する摩擦・摩耗の低減を図ることができ、しかも、良好な油膜形成を図ることができ、摺動部の摩擦低減と同時に潤滑油の使用量削減が可能なスラストころ軸受を提供できる。しかも、本発明に係るスラストころ軸受として、従来のように、ころ１３にクラウニング６を設けたり、軌道輪１１，１２に膨出部７，８を設ける必要がなくなる。これらを形成するための加工を行う必要がなく、生産性に劣ったり、コスト高となったりすることがない。

【0033】

また、前記実施形態では、両軌道輪１１、１２の内面の外周側と内周側とに周期構造２０を設けているが、いずれか一方の軌道輪１１（１２）のみに設けても、外周側と内周側とのいずれか一方のみであってもよい。すなわち、いずれか一方の軌道輪１１（１２）のみに設ける場合、外周側と内周側と両方に周期構造２０を設けても、外周側にのみ設けたり、内周側にのみに設けたりでき、両軌道輪１１、１２も設ける場合、実施形態のように、外周側と内周側と両方に周期構造２０を設けても、外周側にのみ設けたり、内周側にのみに設けたりできる。

【0034】

未加工部２１を設けないもの、すなわち、外周側の周期構造２０Ａと内周側周期構造２０Ｂとの間にも周期構造２０を設けるものであってもよい。

【0035】

これらのように、いずれか一方の軌道輪１１（１２）のみに設けても、外周側と内周側とのいずれか一方のみに設けた構成であっても、未加工部２１を設けないもの等であっても、周期構造２０を設けたことに起因する作用効果を発揮することができる。

【0036】

また、周期構造２０を、接触通過領域Ｒ外まで周期構造を設けることによって、周期構造の油分に対する高い濡れ性によって、ころ１３の接触通過領域Ｒ外に排出された潤滑油やグリースの基油成分が、ころ１３の接触通過領域内に再流入することで枯渇潤滑下での摩擦・摩耗を抑制することができる。

【0037】

接触通過領域Ｒの中心線Ｐ上は差動すべりが生じない。そこで、接触通過領域Ｒの中心線Ｐ上に周期構造２０を形成しないことで、弾性流体潤滑油膜の形成を阻害せず、良好な油膜形成と差動すべりに起因する摩擦抑制を両立することができる。

【0038】

周期構造２０が、軌道輪１１（１２）の円周方向に沿って配向しているのが好ましい。このように構成することによって、ころ１３の接触通過領域Ｒ外に潤滑油やグリースが排出されにくく、周期構造２０に沿って保持されるため、潤滑油やグリースの担持性が向上し、さらには、摩耗粉のトラップ効果も向上する。

【0039】

周期構造２０の凹凸が５０ｎｍ以上１０μｍ以下かつ周期ピッチが１０μｍ以下であるのが好ましい。このように構成することによって、油分の保持性、移動性を向上することができる。すなわち、周期構造２０の凹凸が５０ｎｍ未満では十分な量の油分やグリースを担持できず、凹凸および周期ピッチが１０μｍを超えると油分やグリースが周期構造の凹凸から流出するおそれがある。

【0040】

周期構造２０は、凸部頂点が非平坦面となって連続的に高さが変化するのが好ましい。このように構成することによって、開口部が広くなり、潤滑油やグリースを効率的に取り込むことができる。

【0041】

ところで、前記実施形態では、軌道輪１１（１２）に周期構造を設けたものであったが、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ころ１３側に周期構造２０を設けてもよい。この場合の周期構造２０は、ころ１３の円周方向に沿って配向している。

【0042】

図５（ａ）では、軸方向両端部側に周期構造２０（２０Ｃ）（２０Ｄ）を設けている。すなわち、ころは、径方向に沿った状態で放射状に配設されるものであるので、一方の周期構造２０Ｃ（２０Ｄ）が外径側に配設され、他方の周期構造２０Ｄ（２０Ｃ）が内径側に配設される。この場合、周期構造２０Ｃ、２０Ｄ間の周期構造が設けられていない未加工部２１Ａの範囲（軸方向長さＬ１）としては、ころ１３の軸方向全長の１／３程度としている。また、各周期構造２０Ｃ、２０Ｄの軸方向長さＬ２、Ｌ３としては、Ｌ２＝Ｌ３としている。なお、Ｌ２＞Ｌ３であっても、Ｌ２＜Ｌ３であってもよい。また、図５（ｂ）では、ころ１３の軸方向全長に周期構造２０を設けている。

【0043】

このようにころ１３側に周期構造２０を設けても、グレーティング状凹凸の周期構造２０を設けたことに起因する作用効果を発揮することができる。

【0044】

本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ころ１３側に周期構造２０を設ける場合、ころ１３側のみに設けても、ころ１３側および軌道輪１１（１２）側の両方に設けてもよい。また、ころ１３側に設ける場合、いずれか一方の周期構造２０Ｃ（２０Ｄ）のみであってもよい。また、ころ１３として、実施形態では、クラウニングを設けないものあったが、クラウニングを設けたものであってもよい。クラウニングを設けた場合であっても、ころ１３の外周面と、軌道輪１１（１２）におけるころの接触通過領域Ｒとの少なくともいずれか一方に周期構造２０を設けることになる。

【0045】

図２に示すグレーティング状凹凸の周期構造では、軌道輪１１（１２）の円周方向に沿って配向しているが、これに限るものではなく、軌道輪１１（１２）の径方向に沿って配向していてもよく、さらには、径方向に沿って所定角度（任意の角度）で配向していてもよい。また、外周側の周期構造２０Ａと内周側の周期構造２０Ｂを設ける場合、周期構造２０Ａと周期構造２０Ｂとの配向方向が同じであっても相違させてもよい。

【0046】

外周側に設けられた周期構造２０（２０Ａ）は、外周側の接触通過領域Ｒよりも外径側にはみ出し、内周側に設けられた周期構造２０（２０Ｂ）は、内周側の接触通過領域Ｒよりも内径側にはみ出していたが、はみ出さないようにしてもよい。はみ出すようにする場合、外周側のみはみ出すようにしたり、内周側のみはみ出したりするようにしてもよい。なお、はみ出さないようにする場合、接触通過領域Ｒの境界線（外周縁又は内周縁）上であっても、境界線より接触通過領域Ｒ内になっていてもよい。

【0047】

周期構造２０を形成する際に、前記実施形態では、パルスレーザであるフェムト秒レーザを用いたが、フェムト秒レーザ以外のピコ秒レーザやナノ秒レーザといったパルスレーザを使用することもできる。

【実施例1】

【0048】

環境保護の観点から、摺動部の摩擦低減と同時に潤滑油の使用量削減が重要な課題となっている。そのため、自動車や産業機器では潤滑油供給を必要最小量とした低摩擦運転が望まれている。また、潤滑油の消費が少ないグリース潤滑の適用拡大も検討されている。各種機器の摺動部に数多く使用されているスラスト針状ころ軸受では、周速差に起因する差動すべりが生じ、潤滑油が不足すると比較的大きなトルクと摩耗が発生するため、枯渇潤滑下での摩擦・摩耗特性の向上が求められている。一方、超短パルスレーザにより形成されるグレーティング状の周期構造２０は、油分に対し高い濡れ性を示し、潤滑油の保持性を向上することができる。また、グリース潤滑下では、基油分離が促進され、高濃度化した増ちょう剤による保護膜が形成されることから、スラストころ軸受やスラスト針状ころ軸受の枯渇潤滑下での摩擦・摩耗特性の向上が期待できる。そこで、スラスト針状ころ軸受のレース面（軌道輪の軌道面：摺動面）にグレーティング状の周期構造を形成し、摩擦・摩耗に及ぼす影響を油膜切れが生じやすい低速条件下において検証した。

【0049】

スラストころ軸受５０として、スラスト針状ころ軸受(ＢＡ２０３５)を用い、図２に示すように、両軌道輪１１，１２の内面１１ｂ、１２ｂに外周側と内周側とのグレーティング状の周期構造(ピッチ約９００ｎｍ、深さ約２５０ｎｍ)２０（２０Ａ，２０Ｂ）を形成し、回転トルク測定を行った。周期構造２０の配向方向は円周方向とした。ニードル（ころ１３）のピッチ径を含む領域(幅２．９ｍｍ)は未加工とし、大きな差動すべりが生じるニードル（ころ１３）の外端面側１ｍｍと内端面側０.５ｍｍは周期構造上を通過する配置とした。比較のため、周期構造２０を形成しない未加工レース（未加工軌道輪）でも回転トルク測定を実施した。

【0050】

試験条件は荷重を４０Ｎとし、潤滑剤はＰＡＯ６(ポリアルファオレフィン)、Ｕ３－Ｐ（脂肪族ウレアグリース）(増ちょう剤量：１３％、基油：ＰＡＯ６、ちょう度：２８２)の２種類とした。この場合、図８に示すような試験機５１を用いた。この試験機５１は、軸受５０を受ける下型５２と、軸受５０を押圧する上型５３と、上型５３から突出される軸部５４とを備える。この場合、軸部５４に矢印Ｘ方向の荷重を付加して、その状態で図示省略の回転駆動機構にて、その軸部５４を中心に矢印Ｙ方向に回転させる。

【0051】

試験前に潤滑剤を上下レース（軌道輪１１、１２の軌道面）にそれぞれ約１５ｍｇずつ付着させ、無負荷にて軸受を回転させて潤滑剤を均等化した。次に、余剰な潤滑剤を除去するため、保持器付さニードルを取り出しエタノールにて超音波洗浄を行った後、なじみを実施した。なじみとして、１０ｍｉｎ毎に各５段階の増速・減速運転(ピッチ径位置での回転速度: ３４.１ｍｍ／ｓ→１８２．６ｍｍ／ｓ→３４．１ｍｍ／ｓ)に続いて、一定速度(５０．５ｍｍ／ｓ)で５時間の運転を行った。

【0052】

なじみを終了した軸受から保持器付きニードルを取り出してエタノールにて超音波洗浄し、一定速度(５０．５ｍｍ／ｓ)で１回目の回転トルク測定を１時間行った。同じ手順で超音波洗浄と回転トルク測定を４回繰り返した。トルク測定回数が増えるほど保持器付きニードルに付著した潤滑剤が除去されるため、厳しい枯渇状態での評価となる。測定で得られた回転トルクをニードルのピッチ半径と荷重で除して摩擦係数を算出した.

【0053】

潤滑剤としてＰＡＯ６(ポリアルファオレフィン)を用いた場合
一定速度(５０．５ｍｍ／ｓ)で５時間のなじみ運転中の摩擦係数を図９に示す。周期構造の有無にかかわらず、なじみ開始９０分後に摩擦係数が最大となり、その後５時間まで摩擦係数の低下が継続した。周期構造形成品のなじみ運転中の最大摩擦係数は未加工品より大きくなったが、５時間後の摩擦係数は未加工品に対し半減した。なじみ終了後に測定した１回目～４回目までの摩擦係数を図１０に示す。測定回数の増加にともない潤滑剤が枯渇するが、周期構造形成品の摩擦係数は全潤滑状態で未加工品より低下した。未加工品は４回目の測定で急激な摩擦係数の上昇が発生したが、周期構造形成品では安定した摩擦係数が維持された。低速条件下での主要な摩擦要因として、ころ１３とレース（軌道輪１１，１２）とのすべり摩擦、保持器１４とレース（軌道輪１１，１２）のすべり摩擦などがあるが、周期構造２０の潤滑油保持や摩擦粉トラップ効果により摩擦の増加が抑制されたと考えられる。一方、未加工品では潤滑油の枯渇により摩擦が増大し、逃げ場のない摩耗粉が大きく成長、移着することで急激な摩擦係数の上昇が発生したと考えられる。

【0054】

大きな差動すべりが生じる外端面から１１５０μｍのニードル表面（ころ表面）の試験後の様子を図１１に示す。未加工レース（周期構造未加工品）を用いたニードル表面（ころ表面）は転がり方向に明瞭な傷が認められたが、周期構造が形成された加工品を用いたニードル表面（ころ表面）では、ほとんど傷の発生が認められなかった。

【0055】

また、差動すべりが生じない 中央部付近のニードル表面の試験後の様子を図１２に示す。中央部付近では差動すべりが生じないため，未加工レース（周期構造未加工品）を用いたニードル表面（ころ表面），周期構造が形成された加工品を用いたニードル表面（ころ表面）ともにほとんど傷の発生が認められなかった。

【0056】

潤滑剤としてＵ３－Ｐ（脂肪族ウレアグリース）を用いた場合
一定速度（５０．５ｍｍ／ｓ)で５時間のなじみ運転中の摩擦係数を図１３に示す。周期構造の有無にかかわらず、ＰＡＯ６潤滑時より摩擦係数が低下した。１００ｍｍ／ｓ以下の低速域では、増ちょう剤由来の付着物により潤滑膜厚が増加し、これが摩擦係数低減の要因と考えられる。未加工品は５時間のなじみ期間中に９％の摩擦増加が見られた。一方、周期構造形成品は、ほぼー定の摩擦係数を維持し、５時間の平均摩擦係数は未加工品に対して１６％低減した。周期構造の基油分離作用で増ちょう剤が高濃度化され、増ちょう剤由来の保護膜形成が促進されたことで摩擦が低減したと考えられる。未加工品では保護膜の剥離速度が形成速度を上回るため、摩擦が増加したと考えられる。なじみ終了後に測定した１回目から４回目までの摩擦係数を図１４に示す。

【0057】

ＰＡ０６潤滑時と同様、周期構造形成品の摩擦係数は全潤滑状態で、未加工品より低下した。また、未加工品は4回目の測定で急激な摩擦係数の上昇が発生したが、周期構造形成品では安定した摩擦係数が維持された。グリース潤滑時では、周期構造のグリース保持や摩耗粉トラップ効果に加えて、油分に対して高い濡れ性を示す周期構造が、増ちょう剤由来の保護膜形成を促進することや転走面外に排出されたグリースが基油分離され、転走面（摺動面）周縁部から基油が再流入することで、枯渇潤滑下での摩擦係数上昇が抑制されたと考えられる。

【0058】

大きな差動すべりが生じる外端面から１１５０μｍのニードル表面（ころ表面）の試験後の様子を図１５に示す。未加工レース（周期構造未加工品）を用いたニードル表面（ころ表面）は転がり方向に明瞭な傷が認められたが、周期構造が形成された加工品を用いたニードル表面（ころ表面）では、ほとんど傷の発生が認められなかった。

【0059】

また、差動すべりが生じない 中央部付近のニードル表面の試験後の様子を図１６に示す。中央部付近では差動すべりが生じないため、未加工レース（周期構造未加工品）を用いたニードル表面（ころ表面）、周期構造が形成された加工品を用いたニードル表面（ころ表面）ともにほとんど傷の発生が認められなかった。

【0060】

このため、スラストころ軸受（スラスト針状ころ軸受）の摩擦・摩耗に及ぼす周期構造の影響について検証した結果、以下の結論を得た。
（１）周期構造が形成された軌道輪は、潤沢潤滑下での摩擦低減効果が認められる。
（２）周期構造が形成された軌道輪は、枯渇潤滑下での焼き付き防止に有効である。
（３）周期構造が形成された軌道輪は、ニードル（ころ）の摩耗低下に有効である。

【符号の説明】

【0061】

１１、１２ 軌道輪
１３ ころ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ 周期構造
２１ 未加工部
５０ 軸受
Ｒ 接触通過領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】