[0001] 本发明涉及用于风力发电机等的滚子轴承。

[0002] 例如，在配置于风力发电用齿轮箱的轴承中大多使用了中型的滚子轴承。用于风力发电的风车除了通常的发电运转以外，在由于停电等而电力被切断时、由于强风等而进行减小转矩的控制时等，存在进行转矩不能传递至增速机的非正常运转的情况。此时，特别是搭载于高速轴的滚子轴承以接近无载荷的状态高速旋转，所以无法向轴承的滚道面供给足够的润滑剂而在旋转座圈的滚道面、滚子的滚动面产生擦损磨耗(Smearing)(引起多个微小胶着的现象)，滚子轴承的寿命降低。

[0003] 因此，以往，为了保护旋转座圈的滚道面、滚子的滚动面，对该滚道面、滚动面实施利用磷酸锰(manganese phosphate)涂层的表面处理(例如，参照专利文献1)。

[0004] 专利文献1:日本特开2003-156053号公报

[0005] 然而，磷酸锰涂层(coating film)耐负载性差，所以存在容易在上述滚道面、滚动面产生剥离，无法充分提高滚子轴承的寿命的问题。

[0023] 以下，参照附图对本发明的滚子轴承的实施方式进行详细说明。

[0024] 图1是本发明的第一实施方式所涉及的滚子轴承的剖视图。本实施方式的滚子轴承是在风力发电用齿轮箱中支承径向负载的圆柱滚子轴承1。该圆柱滚子轴承1具备:作为固定环的外圈2、配置成能够以与该外圈2同轴心状旋转的作为旋转座圈的内圈3、配置成能够在外圈2与内圈3之间滚动的多个圆柱滚子4、以及用于沿圆周方向以规定间隔保持各圆柱滚子4的保持架5。

[0025] 外圈2具有:形成于内周的外圈滚道面(固定滚道面)2a、和在该外圈滚道面2a的轴向两侧朝径向内侧突出形成的凸缘部2b。各凸缘部2b具有供圆柱滚子4的轴向两侧的端面4b分别滑动接触的凸缘面2b1。

[0026] 在内圈3的外周形成有与外圈2的外圈滚道面2a对置的内圈滚道面(旋转滚道面)3a，在上述外圈滚道面2a与内圈滚道面3a之间以能够滚动的方式配置有圆柱滚子4。圆柱滚子4的外周面形成为在外圈滚道面2a以及内圈滚道面3a滚动的滚动面4a。

[0027] 保持架5具备:在轴向分离地配置的第一圆环部5a和第二圆环部5b、以及多个沿该两圆环部5a、5b的周方向隔开相等的间隔配置并连结两圆环部5a、5b的柱部5c。在两圆环部5a、5b与所邻接的柱部5c之间形成有兜孔(pocket)5d，将圆柱滚子4配置在该兜孔5d内。保持架5通过多个兜孔5d将多个圆柱滚子4沿圆周方向以规定间隔加以保持。

[0028] 对外圈2的外圈滚道面2a、内圈3的内圈滚道面3a、以及圆柱滚子4的滚动面4a分别实施利用不同涂层进行的表面处理。具体而言，在外圈滚道面2a以及内圈滚道面3a分别遍及整周地形成有黑色氧化涂层6a。图2是表示通过电子显微镜拍摄到的黑色氧化涂层6a的表面的附图替换照片。如图2所示，该黑色氧化涂层6a具有的特性是在形成时其表面产生多处龟裂、孔。因此，被供给到该黑色氧化涂层6a上的润滑剂能够存积于上述龟裂、孔。

[0029] 在圆柱滚子4的滚动面4a遍及整周地形成有包含例如碳化钨碳(WCC)在内的类金刚石碳(DLC:diamond like carbon)涂层6b。将黑色氧化涂层6a以及类金刚石碳涂层6b的各膜厚分别设定为3μm以下。

[0030] 对外圈2的各凸缘面2b1、以及圆柱滚子4的各端面4b也分别实施利用不同涂层进行的表面处理。具体而言，在上述各凸缘面2b1的整体形成有黑色氧化涂层6a。另外，在上述各端面4b的整体形成有包含例如碳化钨碳(WCC)在内的类金刚石碳(DLC)涂层6b。将上述黑色氧化涂层6a以及类金刚石碳涂层6b的各膜厚也分别设定为3μm以下。

[0031] 图3是表示进行直到在上述磷酸锰涂层以及类金刚石碳涂层产生剥离为止的耐久试验的结果的图。

[0032] 该耐久试验的条件如下所述。第一样本是在JISSUJ2制的平板样本形成有磷酸锰涂层的样本。另外，第二样本是在JISSUJ2制的平板样本形成有类金刚石碳涂层的样本。

[0033] 如下表示直到在上述第一样本的磷酸锰涂层产生剥离为止的耐久试验的方法。

[0034] 图4是表示上述耐久试验的试验装置的示意图。该试验装置具备:具有JISSUJ2制的环状的滚道21a的轴向轴承用内圈21、6个JISSUJ2制的3/8英寸的球22、分别保持上述球22的环状的保持架23、润滑油24、以及载置第一样本30并贮存润滑油24的容器25。环状的滚道直径(滚道21a的槽底的直径，P.C.D.)为φ38mm。

[0035] 以使磷酸锰涂层31(相当于本发明的磷酸锰涂层6a)朝向铅垂方向的上方侧的方式将第一样本30载置于容器25，在该磷酸锰涂层31上载置被保持于保持架23的6个球22，以将这6个球22收纳于滚道21a的方式将内圈21放置在球22的上方。在容器25中，以第一样本30完全浸没且浸泡至保持架23的铅垂方向的大致中间位置的方式贮存润滑油
24。润滑油24所使用的是商品名为MEROPAWM320(Chevron制)。在第一样本30与内圈21之间，以使球22与第一样本30之间的接触面压力成为规定的值的方式，沿图中箭头A方向-1
施加轴向负载，使第一样本30静止，使内圈21以1200min 的旋转速度旋转。此时的球22-1
的通过速度为3600min 。

[0036] 对于耐久试验，如图3所示，使上述接触面压力以如下方式断续上升:在步骤S1时为2.0GPa、在步骤S2时为2.6GPa、在步骤S3时为3.1GPa、在步骤S4时为3.5GPa、在步7
骤S5时为4.1GPa。在各步骤S1～S5中，使内圈21旋转1×10 次。

[0037] 以下表示直到在上述第二样本的类金刚石碳涂层产生剥离为止的耐久试验的方法。

[0038] 如图4所示，在直到在上述磷酸锰涂层31产生剥离为止的耐久试验所使用的试验装置中，代替第一样本30而使用第二样本40作为样本来进行试验。即，以使类金刚石碳涂层41(相当于本发明的类金刚石碳涂层6b)朝向铅垂方向的上方侧的方式将第二样本40载置于容器25，在该类金刚石碳涂层41上载置被保持于保持架23的6个球22，进行与第一样本30同样的试验。

[0039] 在图3中，上述磷酸锰涂层在接触面压力为3.1GPa时产生剥离，与此相对，上述类金刚石碳涂层在接触面压力为4.1GPa时产生剥离。通过该试验结果可知，类金刚石碳涂层的耐负载性优于磷酸锰涂层。

[0040] 图5是表示磷酸锰涂层、类金刚石碳涂层以及黑色氧化涂层在无润滑下的摩擦系数的变化的图。

[0041] 该摩擦系数的测定方法如下所述。第三样本是在JISSUJ2制的平板样本形成有磷酸锰涂层的样本。另外，第四样本是在JISSUJ2制的平板样本形成有类金刚石碳涂层的样本。对于第五样本，JISSUJ2制的样本是在JISSUJ2制的平板样本形成有黑色氧化涂层的样本。

[0042] 以下表示上述第三样本的磷酸锰涂层的摩擦系数的变化的测定方法。

[0043] 图6是表示测定上述摩擦系数的变化的测定装置的示意图。在该测定装置中，准备JISSUJ2制的3/16英寸的球51和润滑油(省略图示)。

[0044] 以使磷酸锰涂层61(相当于本发明的磷酸锰涂层6a)朝向铅垂方向的上方侧的方式配置第三样本60，在该磷酸锰涂层61上放置有被固定为不滚动的球51。在第三样本60的表面涂覆有润滑油。润滑油使用的是商品名为MEROPAWM320(Chevron制)。对第三样本60与球51之间施加轴向负载10N，以使得接触面压力成为1.6GPa。在该状态下，使球51相对于第三样本60以平均线速度40mm/s相对移动距离10mm，将该相对移动作为图中箭头B所示的往复动作连续地持续时间3600s。

[0045] 以下表示上述第四样本的类金刚石碳涂层的摩擦系数的变化的测定方法。

[0046] 如图6所示，对于在上述磷酸锰涂层61的摩擦系数的变化的测定方法中所使用的测定装置，代替第三样本60而使用第四样本70作为样本进行试验。即，以使类金刚石碳涂层71(相当于本发明的类金刚石碳涂层6b)与球51抵接的方式，对第四样本70进行与第三样本60同样的测定。

[0047] 以下表示上述第五样本的黑色氧化涂层的摩擦系数的变化的测定方法。

[0048] 如图6所示，对于在上述磷酸锰涂层61的摩擦系数的变化的测定方法中所使用的测定装置，代替第三样本60而使用第五样本80作为样本来进行试验。即，使黑色氧化涂层膜81(相当于本发明的黑色氧化涂层膜6a)与球51抵接的方式，对第五样本80进行与第三样本60同样的测定。

[0049] 在图5中，磷酸锰涂层的摩擦系数在0.4～0.6的范围内变化，与此相对，上述类金刚石碳涂层的摩擦系数在0.2以下变化。通过该结果可知，磷酸锰涂层的摩擦系数比类金刚石碳涂层的摩擦系数大。另外，上述黑色氧化涂层的摩擦系数在0.2～0.4的范围内变化。通过该结果可知，黑色氧化涂层的摩擦系数比磷酸锰涂层的摩擦系数小，但比类金刚石碳涂层的摩擦系数大。

[0050] 如上所述，根据本发明的实施方式所涉及的圆柱滚子轴承1，在作为旋转座圈的内圈3的内圈滚道面3a形成有黑色氧化涂层6a，所以能够在形成该涂层6a时所产生的龟裂、孔存积润滑剂。由此，能够在上述内圈滚道面3a保持润滑剂，所以能够有效抑制擦损磨耗的产生。

[0051] 另外，在圆柱滚子4的滚动面4a形成有耐负载性好的类金刚石碳涂层6b，所以能够使该表面硬质化。由此，能够有效抑制在上述滚动面4a产生剥离。

[0052] 另外，介于黑色氧化涂层6a与类金刚石碳涂层6b的接触部之间的润滑油减少，进而，万一在保持于黑色氧化涂层6a上所产生的龟裂、孔的润滑剂的量用完时，利用摩擦系数比类金刚石碳涂层6b的摩擦系数大的黑色氧化涂层6a的摩擦力，能够将内圈3的旋转驱动力高效传递至圆柱滚子4。

[0053] 因而，通过对内圈3的内圈滚道面3a以及圆柱滚子4的滚动面4a实施利用涂层进行的表面处理，能够有效延长圆柱滚子轴承1的寿命。

[0054] 进而，由于在外圈2的凸缘面2b1形成有黑色氧化涂层6a，所以能够在形成该涂层6a时所产生的龟裂、孔存积润滑剂。由此，能够在上述凸缘面2b1保持润滑剂，所以能够有效抑制擦损磨耗的产生。

[0055] 另外，在圆柱滚子4的端面4b形成有类金刚石碳涂层6b，所以能够使该表面硬质化。由此，能够有效抑制在上述端面4b产生剥离。

[0056] 因而，通过对外圈2的凸缘面2b1以及圆柱滚子4的端面4b实施利用涂层进行的表面处理，从而能够进一步延长圆柱滚子轴承1的寿命。

[0057] 图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的滚子轴承的剖视图。本实施方式与第一实施方式的不同点在于凸缘面形成于内圈。

[0058] 在本实施方式中，在内圈3的外周具有在内圈滚道面3a的轴向两侧朝径向外侧突出而形成的凸缘部3b。各凸缘部3b具有供圆柱滚子4的各端面4b分别滑动接触的凸缘面3b1。

[0059] 对内圈3的各凸缘面3b1、以及圆柱滚子4的各端面4b分别实施利用不同涂层进行的表面处理。具体而言，在上述各凸缘面3b1的整体形成有黑色氧化涂层6a。另外，在上述各端面4b的整体形成有包含例如碳化钨碳(WCC)在内的类金刚石碳(DLC)涂层6b。将上述黑色氧化涂层6a以及类金刚石碳涂层6b的各膜厚分别设定为3μm以下。

[0060] 与之前说明的本发明的实施方式相同，对内圈3的内圈滚道面3a以及圆柱滚子4的滚动面4a分别实施利用黑色氧化涂层6a以及类金刚石碳涂层6b进行的表面处理，所以能够有效延长圆柱滚子轴承1的寿命。

[0061] 另外，对内圈3的凸缘面3b1以及圆柱滚子4的端面4b分别实施利用黑色氧化涂层6a以及类金刚石碳涂层6b进行的表面处理，所以能够进一步延长圆柱滚子轴承1的寿命。

[0062] 此外，本发明不限定于上述的实施方式，能够适当地变更来进行实施。例如，在上述各实施方式中，在外圈滚道面以及内圈滚道面形成有黑色氧化涂层，在圆柱滚子的滚动面形成有类金刚石碳涂层，但也可以在外圈滚道面以及内圈滚道面形成类金刚石碳涂层，在圆柱滚子的滚动面形成黑色氧化涂层。

[0063] 另外，在上述各实施方式中，在外圈滚道面与内圈滚道面分别形成有涂层，但只要至少在旋转座圈侧的内圈滚道面形成涂层即可。

[0064] 另外，在上述各实施方式中，在凸缘面形成有黑色氧化涂层，在圆柱滚子的端面形成有类金刚石碳涂层，但也可以在凸缘面形成类金刚石碳涂层，在圆柱滚子的端面形成黑色氧化涂层。

[0065] 另外，在第二实施方式中，在圆柱滚子的滚动面与端面分别形成有类金刚石碳涂层，但也可以将圆柱滚子的滚动面的类金刚石碳涂层与端面的类金刚石碳涂层相连。另外，也可以在圆柱滚子的滚动面与端面分别形成黑色氧化涂层，在该情况下，可以将圆柱滚子的滚动面的黑色氧化涂层与端面的黑色氧化涂层相连。

[0066] 另外，在第二实施方式中，在内圈的内圈滚道面与凸缘面分别形成有黑色氧化涂层，但也可以将内圈的内圈滚道面的黑色氧化涂层与凸缘面的黑色氧化涂层相连。另外，也可以在内圈的内圈滚道面与凸缘面分别形成类金刚石碳涂层，在该情况下，可以将内圈的内圈滚道面的类金刚石碳涂层与凸缘面的类金刚石碳涂层相连。

[0067] 另外，也可以将类金刚石碳涂层以及黑色氧化涂层中的一方的涂层形成于内圈的内圈滚道面与圆柱滚子的端面，并且将另一方的涂层形成于内圈的凸缘面与圆柱滚子的滚动面。

[0068] 另外，在上述各实施方式中，在圆柱滚子的端面整体形成有涂层，但只要至少在与凸缘面滑动接触的部分形成有涂层即可。

[0069] 另外，在上述各实施方式的圆柱滚子轴承中，将固定环作为外圈，将旋转座圈作为内圈，但也可以将固定环作为内圈、将旋转座圈作为外圈。

[0070] 另外，滚子轴承并不局限于径向圆柱滚子轴承，也可以是推力滚子轴承、圆锥滚子轴承。

[0071] 附图标记说明:

[0072] 1：圆柱滚子轴承(滚子轴承);2:外圈(固定环);2a：外圈滚道面(固定滚道面);2b1:凸缘面;3:内圈(旋转座圈);3a：内圈滚道面(旋转滚道面);3b1:凸缘面;4:圆柱滚子(滚子);4a：滚动面;4b:端面;6a:黑色氧化涂层;6b:类金刚石碳涂层。