JPH08166014A - スラスト針状コロ軸受、転がり軸受、およびスラスト針状コロ軸受の保持器 - Google Patents
スラスト針状コロ軸受、転がり軸受、およびスラスト針状コロ軸受の保持器Info
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Abstract
持しつつ動トルクを極力小さくし、かつコロの脱落を防
止し得るスラスト針状コロ軸受を提供する。 【構成】 スラスト針状コロ軸受の針状コロとして、コ
ロの径(Da)と長さ(lr)の比lr/Daが1.2
〜2.0であって、軌道面との接触長さが前記コロの長
さ(lr)の3/4以下となるようなクラウニング部が
形成された針状コロを採用する。
Description
受、転がり軸受、およびスラスト針状コロ軸受の保持器
に関し、特に代替フロン等の環境下で使用するのに好適
なスラスト針状コロ軸受、転がり軸受、およびスラスト
針状コロ軸受の保持器に関する。
と針状コロで構成されており、また、これらと軌道輪を
組み合わせたものも知られており、針状コロとしては、
通常、コロの径(Da)と、コロの長さ(lr)の比
(lr/Da)が1.4〜3.4程度のものが使用され
ている。
の観点から、エアコン用のコンプレッサ等においても、
冷媒としてHCFC134a等の代替フロンの使用が開
始されている。この代替フロンは、従来のCFC(クロ
ロフルオロカーボン)12等に比べて、自己潤滑作用が
乏しいだけでなく、相溶性の観点から作動油として用い
られるPAG(ポリアリキレングリコール)は、吸湿性
が大きいという特徴がある。
で軸受を使用した場合、PAG中に侵入した微量の水分
により微小ピットが発生し、さらに吸水および代替フロ
ンの溶解によりPAGの粘度が低下して潤滑条件が劣化
する等の複合的作用により、剥離、摩耗等の表面損傷を
生じて軸受けが焼き付いてしまい、所期の寿命特性が得
られないという問題が生じる。
材料の耐食性を向上させ、さらに潤滑条件の改善を図る
必要がある。そこで、従来は、耐食性の向上方法として
は、軸受材料としてステンレス鋼(例えばSUS440
C)を使用するのが一般的である。また、潤滑条件の改
善に関しては、作動油を改良して潤滑性を改善するのが
最も効果があるが、相溶性の観点から作動油の選択範囲
が制限されることから大幅な潤滑性の向上は望めない。
滑性を向上させることにより焼き付けを防止する方法が
考えられるが、この方法では、コンプレッサーの冷却性
能が劣化するという新たな問題が生じる。この新たな問
題点を解決する技術としては、保持器の表面処理、すな
わち基板上にフッ化炭素化合物のプラズマ重合層を形成
することによって焼き付けを防止するようにしたものが
知られいてる(特開平2−238094号公報)。
器の材質としては、金属が使用されてきたが、金属製の
保持器では、転動体との間で摩耗が生じやすく、寿命が
短くなるため、特開昭第64−79419号公報、特開
平第4−357323号公報に開示されている通り、樹
脂製の保持器が実現されている。なお、これら樹脂製の
保持器はその全ての部分が樹脂により構成されている。
状コロ軸受において、動トルクを小さくするためにはコ
ロの長さを短くすればよいが、あまり短くするとコロの
姿勢が不安定になったり、コロが保持器から脱落した
り、研削加工が困難になるという問題が生じる。
料としてステンレス鋼を使用すると、軸受のコストが上
昇し、車載用のコンプレッサに適用するのが困難になる
という問題があった。また、上記のように、作動油の改
良による潤滑条件の改善は、十分な効果が得られていな
いという問題もあった。さらに、上記公報の表面処理
(プラズマ重合層の形成)は、量産に適さず製造コスト
のアップを招くと共に、基板のような平面に対しては均
一に表面処理を行えるが、軸受保持器のような複雑な形
状のものに対しては、均一に表面処理を行えないという
問題があった。
(コロ)との間で摩耗が生じやすく、寿命が短くなると
いう問題を解決すべく、保持器の全ての部分を樹脂で構
成すると、金属で構成した場合に比べて剛性が弱くなっ
てしまう。このため、特に、スラスト針状コロ軸受で
は、転動体間の間仕切り部(柱部)や転動体の端面を受
ける外周部の厚さが非常に薄いので、高速で回転する転
動体の遠心力によりクリープ変形を起こすという新たな
問題が生じていた。
もので、第1の目的は、コロの姿勢の安定性、研削加工
の容易性を保持しつつ動トルクを極力小さくし、かつコ
ロの脱落を防止し得るスラスト針状コロ軸受を提供する
ことにある。
くことなく耐食性を向上させ得る転がり軸受を提供する
ことにある。
耗を低減しつつクリープ変形を防止し得るスラスト針状
コロ軸受の保持器を提供することにある。
るため、請求項1記載の発明に係るスラスト針状コロ軸
受は、コロの径(Da)と長さ(lr)の比lr/Da
が1.2〜2.0であって、軌道面との接触長さが前記
コロの長さ(lr)の3/4以下となるようなクラウニ
ング部が形成された針状コロを有している。
記載の発明は、代替フロン及び作動油中で使用される転
がり軸受であって、鋼鉄製の転動体、内輪、外輪の少な
くとも1つの表面に窒素を含有せしめている。
記載の発明に係るスラスト針状コロ軸受の保持器は、少
なくとも転動体と接触する部分の一部が樹脂で形成され
ている。
受では、針状コロの径(Da)と長さ(lr)の比lr
/Daを1.2〜2.0とすることにより、コロの回
転、保持器からの脱落等を防止つつ、可及的に動トルク
を低減すると共に、軌道面との接触長さが針状コロの長
さ(lr)の3/4以下となるようなクラウニング部を
形成することにより、接触部分を少なくして動トルクを
低減している。
は、鋼鉄製の転動体、内輪、外輪の少なくとも1つの表
面に窒素を含有せしめることにより、代替フロン及び作
動油中という微量の水分が発生する環境下で使用しても
ピットが発生しないようにして、コストアップを招くこ
となく耐食性を向上させている。
ロ軸受の保持器では、少なくとも転動体と接触する部分
の一部を樹脂で形成することにより、転動体との間の摩
耗を低減しつつクリープ変形を防止している。
るスラスト針状コロ軸受の針状コロの形状を示す図であ
る。図1(a),(b)に示したように、第1の発明で
は、長さlrの針状コロNRに対して、その両端部分に
長さaのクラウニングを形成することにより、相手軌道
面との接触長さlaが全長lrの3/4以下とし、これ
によりスラスト針状コロ軸受の動トルクを低減してい
る。なお、図1(b)に示したように、針状コロNRの
両端面をアーチ状にすることにより、針状コロNRの両
端面と保持器との接触面積を小さくして、より動トルク
を低減することも可能である。
コロ径Daとコロ長lrとの比(lr/Da)が1.2
〜2.0となるように構成されている(図2(b)参
照)。このように構成したのは、動トルクを低減するた
めには、針状コロNRの長さを短くすればする程よい
が、コロ径Daとコロ長lrとの比(lr/Da)を
1.2より小さくすると、図2(a)に示したように、
針状コロNRが回転したり、保持器から脱落し、さらに
研削加工も困難になるからである。
た根拠をより詳細に説明すると、図3に示したような試
験装置を用いて動トルクを測定した。
れぞれキー3,4により回転軸5に係合され、回転軸5
と一体になって回転する第1の回転体1と第2の回転体
2を有している。また、第1の回転体1と第2の回転体
2との間には、第1の固定部6が設けられ、第1の回転
体1と第1の固定部6、および第2の回転体2と第1の
固定部6の間に、それぞれ試験対象のスラスト針状コロ
軸受Bを配置するようになっている。なお、第1の回転
体1は、軸受7により第2の固定部8に支承され、第2
の回転体2は、軸受9により第3の固定部10に支承さ
れている。
トルク検出用ロードセル12とが取付けられ、第2の固
定部8にはスラスト荷重検出用ロードセル13が取付け
られ、第2の回転体2には回転計14が取付けられてい
る。なお、トルク検出用ロードセル12にはペンレコー
ダ15が接続されている。
42mm、針状コロの直径Da=2mmのスラスト針状
コロ軸受について、荷重1500kgfの下で動トルク
を測定したところ、表1のような結果が得られた。
長)/Da(コロ径)=2.0で、接触長さla=3/
4lrの場合には、動トルクは8〜8.2kgf−cm
となり、実施例2のように、lr/Da=1.4で、接
触長さla=3/4lrの場合には、動トルクは8〜
8.3kgf−cmとなり、実施例3のように、lr/
Da=2.0で、接触長さla=1/4lrの場合に
は、動トルクは8.2〜8.5kgf−cmとなり、実
施例4のように、lr/Da=1.4で、接触長さla
=1/4lrの場合には、動トルクは8〜8.5kgf
−cmとなり、いずれの実施例においても動トルクを良
品レベルの9.0kgf−cm以下にすることができる
ことが判明した。
3.0で、接触長さla=3/4lrの場合には、動ト
ルクは12〜12.5kgf−cmとなって、動トルク
が大きくなり、比較例2のように、lr/Da=1.1
で、接触長さla=3/4lrの場合には、動トルクは
8〜9kgf−cmとなって、動トルクについては問題
ないが、lr/Da=1.1であるので、研削加工が困
難になることが予想される。また、比較例3のように、
lr/Da=2.0で、接触長さla=lr、すなわち
クラウニング部を形成しない場合には、動トルクは12
〜13kgf−cmとなって、動トルクが大きくなり、
比較例4のように、lr/Da=2.0で、接触長さl
a=1/8lrの場合には、動トルクは9〜12kgf
−cmとなって、動トルクのバラツキが大きくなること
が判明した。なお、この場合には、接触長さla=1/
8lrであるので、針状コロの姿勢が非常に不安定にな
ることが予想される。
径Dm=42mm、針状コロの直径Da=2mmのスラ
スト針状コロ軸受について、lr/Da=1.9(すな
わちlr=3.8mm)で、クラウニング部が形成され
ていない針状コロを有する第1の軸受と、lr/Da=
1.9(すなわちlr=3.8mm)で、0.95mm
以上のクラウニング部、すなわち、軌道面との接触長さ
がコロ全長である3.8mmの3/4以下のクラウニン
グ部が形成されている針状コロを有する第2の軸受と、
lr/Da=1.0(すなわちlr=2.0mm)で、
クラウニング部が形成されていない第3の軸受につい
て、荷重を変えて動トルクを測定したところ、図4のよ
うな結果が得られた。
破線は上記第2の軸受、一点鎖線は上記第3の軸受の測
定結果を示しており、実線で示した上記第1の軸受で
は、lr/Daが1.9と比較的小さくても、クラウニ
ング部が形成されていない場合には、動トルクが大きく
なることを示している。また、一点鎖線で示した上記第
3の軸受では、クラウニング部が形成されていなくても
lr/Daが1.0であり、コロ長lrが2.0mmと
短いので動トルクが小さくなることを示しているが、こ
の場合はコロが回転する等して姿勢が不安定になる。一
方、破線で示した上記第2の軸受では、動トルクは上記
第3の軸受に比べるとほんの僅かだけ小さくなるが、姿
勢が不安定になることはない。
lrとの比(lr/Da)が1.2〜2.0となるよう
にし、クラウニングを形成して相手軌道面との接触長さ
laが全長lrの3/4以下となるようにするのが好ま
しい。なお、第1の発明においては、代替フロンおよび
作動油の環境下で使用した場合等において、コロの損傷
を防止するため、保持器をコロ持たせではなくレース持
たせにすることが望ましい。
フルオロカーボン)等の代替フロンとPAG(ポリアリ
キレングリコール)の環境下において水分によって発生
する軸受材料の腐食に対する耐食性を改善すべく、種々
検討した結果、軸受鋼の表面に或る程度の窒素を含有さ
せることが有効であることを見出だした。
ス)および転動体の材料として用い、図5(a)に示す
ように、吸熱形ガスとエンリッチガスとアンモニアガス
の雰囲気の下で、840℃で浸炭窒化処理を行った後、
図5(b)に示すように、180℃で2時間の焼戻しを
行った。この際、表面窒素含有量の調整は、アンモニア
濃度を変更することにより行った。なお、軸受材料は、
SUJ2の他に、ステンレス鋼に属さない低合金鋼、例
えば浸炭鋼を用いてもよい。
て、保持器に対して、まず下地処理として、その表面を
燐酸塩処理した(膜厚5μm)。そして、さらにその上
に二硫化モリブデン(MoS2 )および四フッ化エチレ
ン(PTFE)をポリアミドイミドをバインダーとして
焼成膜(膜厚15μm)を形成した。なお、下地処理に
おいては、燐酸塩処理に代えて浸硫化処理、浸硫窒化処
理、ガス軟窒化処理を行うことも可能であり、以上の下
地処理に先だって浸炭、または浸炭窒化処理を施しても
よい。また、二硫化モリブデンおよび四フッ化エチレン
は、これらを単独で用いてもよい。また、前記下地処理
の後、Ag、Snなどの金属固体潤滑剤層をめっき等に
より設けることも、耐焼付性向上に有益である。
は、ポリアミドイミドに限らずエポキシ樹脂等の他の熱
硬化樹脂を用いることもできる。このような摩擦低減の
ための固体潤滑剤焼成等による表面処理は、保持器以外
の転動体、内輪、外輪の少なくとも1つに施してもよ
い。また、下地処理である前記燐酸塩処理に代えて浸硫
化処理、浸硫窒化処理、ガス軟窒化処理のいずれかを潤
滑膜として単独で用いてもよい。さらに、浸炭、または
浸炭窒化処理のいずれかを施し、その後、浸硫化処理、
浸硫窒化処理、ガス軟窒化処理のいずれかを施したもの
を潤滑膜としてもよい。なお、これら第2の発明の実施
例に係る保持器の表面処理の変形例については、後で詳
述する。
示す図であり、この寿命試験機は、電気製鋼所編「特殊
鋼便覧」(第1版、理工学社、1965年5月25日発
行)の第10頁−第21頁に記載のスラスト形軸受鋼寿
命試験機を基本として、試験室に代替フロンを封入した
状態でその試験部を密閉したものである。
成された上側固定部22と上面に凹部が形成された下側
固定部23とが、Oリング24により嵌合されることに
より密閉空間を形成可能となっている。そして、スピン
ドル25は、下側固定部23と下側固定部23とに支承
され、スピンドル25に取付けられた回転円盤部25a
の下面と下側固定部23の上面との間に、試験対象の試
験片(軸受)26を配置できるように構成されている。
なお、31はスラスト軸受、32はラジアル軸受、33
はシール、34は間座である。
ス、26bは軸受のコロおよび保持器、26cは軸受の
下レースである。また、27は潤滑油であり、この潤滑
油27は潤滑油供給口(排出口)28から試験室21内
に供給される。また、29,30は、それぞれ代替フロ
ン用の導入口、排出口である。代替フロン134aを導
入口29より導入、排出口30より真空ポンプで吸引
し、試験室21を代替フロン134aで満たした後は、
導入口29、排出口30をバルブで閉鎖する。
軸受について、Pmax=2000Mpa、N=490
0c.p.m、雰囲気はHFC134a(1気圧)、潤
滑油はPAG(VG48;3%水含有)という条件の下
で試験を行ったところ、表2〜3に示したような試験結
果が得られた。なお、試験片作成にあたり、熱処理後の
研削取代は、全て片側0.15mmとした。また、試験
部21の振動値が初期値の2倍に達した時点をもって寿
命とした。
ると、試料番号1〜3は、表面処理が施されておらず、
表面粗さも0.1Raと良好ではないが、表面窒素含有
量が少なくとも0.09%である。このため、ピーリン
グが発生し、摩耗度も大きいが、ピットおよび剥離は発
生せず、少なくとも10×106回転(rpm)の耐久
寿命を達成することができる。試料番号4は、表面処理
も施されておらず、表面窒素含有量も0.07%と少な
く、表面粗さも0.1Raと良好ではないため、ピーリ
ング、ピットおよび剥離が発生し、摩耗度も大きいた
め、1×106回転の耐久寿命しか得られない。また、
試料番号5は、表面処理が施されておらず、表面粗さも
0.1Raと良好ではないが、表面窒素含有量が0.6
%と多いため、ピーリングが発生し、摩耗度も大きい
が、ピットおよび剥離は発生せず、13×106回転の
耐久寿命を達成することができる。しかし、このように
表面窒素含有率が0.6%と多くなると、研削性が劣化
し、製造コストが上昇することとなる。
表面粗さも0.1Raと良好ではないが、表面処理が施
されている。このため、ピーリング、ピットおよび剥離
が発生するが、摩耗度が小さくなり、6×106回転の
耐久寿命を達成できる。試料番号7は、表面窒素含有量
が0.03%と少なく、表面粗さも0.1Raと良好で
はなく、表面処理が施されていないため、ピーリング、
ピットおよび剥離が発生し、摩耗度も大きくなり、1×
106回転の耐久寿命しか得られない。
も0.08Ra以上であり良好ではないが、表面窒素含
有量が少なくとも0.09%以上あり、表面処理も施さ
れているため、ピーリングは発生するものの、ピットお
よび剥離は発生せず、摩耗度も小さいため、少なくとも
22×106回転の耐久寿命を達成することができる。
ず、表面粗さも0.1Raと良好ではないが、表面窒素
含有量が少なくとも0.3%である。このため、ピーリ
ングが発生し、摩耗度も大きいが、ピットおよび剥離は
発生せず、10×106回転の耐久寿命を達成すること
ができる。試料番号12は、表面窒素含有量が0.05
%と少なく、表面粗さも0.1Raと良好ではないが、
表面処理が施されている。このため、ピット、剥離、お
よびピーリングが発生するが、摩耗度が小さいため、最
低限5×106回転の耐久寿命は達成することができ
る。
ていないが、表面窒素含有量が少なくとも0.1%以上
あり、表面粗さが少なくとも0.05Ra以下であり良
好であるため、摩耗度は大きいが、ピット、剥離、およ
びピーリングが発生せず、少なくとも20×106回転
の耐久寿命を達成することができる。試料番号19は、
表面処理が施されておらず、表面粗さも0.08Raと
良好ではないが、表面窒素含有量が0.3%であるた
め、ピーリングが発生し摩耗度も大きいが、ピットと剥
離は発生せず、10×106回転の耐久寿命を達成する
ことができる。試料番号20は、表面窒素含有量が0.
07%と少なく、表面処理も施されていないが、表面粗
さが0.01Raと良好であるため、ピットと剥離が発
生し摩耗度も大きいが、油膜の形成が促進されてピーリ
ングは発生せず、最低限5×106回転の耐久寿命は達
成することができる。
0.03%と少ないが、表面処理が施されており、表面
粗さも少なくとも0.05Ra以下であり良好であるた
め、ピーリングが発生するが、ピットと剥離が発生せず
摩耗度も小さいため、10×106回転の耐久寿命を達
成することができる。試料番号25は、表面窒素含有量
が0.03%と少なく、表面粗さも0.07Raと良好
ではないが、表面処理が施されているため、ピット、剥
離、ピーリングは発生するが、摩耗度が小さいため、最
低限5×106回転の耐久寿命は達成することができ
る。試料番号26は、表面窒素含有量が0.03%と少
なく、表面処理も施されていないが、表面粗さが0.0
5Raと良好であるため、ピットと剥離が発生し摩耗度
も大きいが、油膜の形成が促進されてピーリングが発生
しないため、最低限5×106回転の耐久寿命は達成す
ることができる。
少なくとも0.09%以上あり、表面処理も施されてお
り、表面粗さも少なくとも0.05Ra以下であり良好
であるため、ピット、剥離、ピーリングのいずれも発生
せず摩耗度も小さいため、少なくとも50×106回転
の耐久寿命を達成することができる。試料番号36は、
表面粗さが0.07Raであり良好ではないが、表面窒
素含有量が0.3%もあり、表面処理も施されているた
め、ピーリングは発生するもののピットと剥離は発生せ
ず摩耗度も小さいため、少なくとも20×106回転の
耐久寿命を達成することができる。試料番号37は、表
面処理は施されていないが、表面窒素含有量が0.3%
もあり、表面粗さも0.03Raであり良好なので、摩
耗度は大きいが、ピット、剥離、ピーリングのいずれも
発生せず、20×106回転の耐久寿命を達成すること
ができる。試料番号38は、表面窒素含有量が0.07
%と少ないが、表面処理が施されており、表面粗さも
0.03Raであり良好なので、ピットと剥離は発生す
るがピーリングは発生せず、摩耗度も小さいので、10
×106回転の耐久寿命を達成することができる。
てピットおよび剥離の発生を防止し、または表面粗さを
適切に調節して油膜の形成を促進してピーリングの発生
を防止し、または表面処理を施して摩擦を低減すること
によって、ピットが発生してたとえ油膜切れが生じても
表面被膜等の存在により金属接触を防止することによ
り、代替フロン、および水混入潤滑油の環境下でも転が
り軸受の長寿命化を図ることができる。この場合、上記
試験結果から、表面窒素濃度は0.08%〜0.5%と
することが望ましく、表面粗さは0.05Ra以下とす
ることが望ましい。なお、表面窒素濃度の上限を0.5
%としたのは、これ以上の濃度にしても特段に寿命が延
びることがないばかりでなく、研削性の劣化に伴って製
造コストが上昇するからである。
による表面処理は、上記試験においては保持器に対して
のみ施したが、保持器以外の転動体、内輪、外輪の少な
くとも1つに施してもほぼ同等の効果が得られた。
持器を例に詳述する。なお、ここでは、保持器の素材と
しては、冷間圧延鋼板(SPCC)を用い、その形状
は、図21に示すものと同一のものを用いているが、こ
れに限らず、各種の鋼、その他の金属(好ましくは耐食
性を有するもの)を素材とし、圧延でなく切削加工によ
り作られるものでもよい。
スト針状ころ軸受の試験で用いたような、下地処理を施
し、その上に固体潤滑剤を被覆するものと、(B)素地
の鉄と窒素と炭素との化合物、または鉄と窒素と炭素と
硫黄との化合物(ただし、両方とも炭素は除いてもよ
い)を素地表面に形成するものとがある。
剤としては四フッ化エチレン(PTFE)をポリアミド
イミドをバインダとしてコーティングしたものについて
取上げるが、前述したように、これに代え、固体潤滑剤
としては二硫化モリブデン(MoS2 )や二硫化タング
ステン(WS2 )等、他のものを用いてもよく、或い
は、これらの2種類を混合したものでもよい。また、バ
インダとしては、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂等を
適宜選択してもよく、これらいずれの固体潤滑剤、およ
びバインダのであっても、以下に示す試験結果と同等の
作用・効果が得られる。
炭、または浸炭窒化処理、浸硫化、または浸硫窒化処
理、ガス軟窒化処理、燐酸塩処理(例えば燐酸マン
ガン塩被膜処理、燐酸亜鉛被膜処理等)を単独で施す
か、或いは前記の処理を1次処理とし、この1次処
理と、2次処理としての、、またはの少なくとも
いずれかとを組合わせたものを施すことができる。さら
に、、、、またはの下地処理の後、の処理を
施してもよい。
は、表面に凹凸を生じ、その上に塗膜される固体潤滑剤
およびバインダとの接触表面積が増すことにより、バイ
ンダと強く結合することとなり、固体潤滑剤と素地表面
との密着性を高める働きがある。この働きは、1例とし
て燐酸マンガン塩被膜で確認したところ、膜厚は4μm
〜10μmが好ましいことが判明した。すなわち、4μ
m未満の膜厚では、表面の凹凸が十分ではなく、密着性
が不十分となり、膜厚が10μmを越えると、表面が粗
くなりすぎ、上に固体潤滑剤を塗膜した状態でも粗さが
残り、保持器して使用した場合に油膜が切れる部分が生
じる等、潤滑条件が悪化し、また、寸法公差も悪くなる
という不具合を生じる。従って、本実施例では、燐酸塩
処理被膜の膜厚は4μm〜10μmとした。なお、前記
固体潤滑剤の下地処理の他の例としては、後述するよう
に、ここでは、代表例として浸炭窒化処理を取上げた。
物層を形成させる処理として、ガス軟窒化処理があり、
鉄と窒素と硫黄との化合物層を形成させる処理として、
浸硫窒化処理があり、更にこれらの化合物の成分として
炭素を加える処理としては、1次処理としての浸炭、ま
たは浸炭窒化処理と、その後に行う1次処理としてのガ
ス軟窒化処理(または浸硫窒化処理)とを組合わせた処
理などがあり、いずれも保持器の摩耗低減に効果があ
る。また、窒素や炭素は母材(素地)金属との化合物を
形成し、保持器の強度(変形力に対する強度、および疲
労強度)を向上させる効果もある。
に説明する。この試験では、試料の軸受としては、FP
501724およびFP501729(いずれもスラス
トニードル軸受、外径37mm、内径17mm、組立て
た状態での幅が7mm、その保持器(試験対象:試料)
は、図21に示したものと同一形状のプレス成形したS
PCC鋼板製で、外径34mm、内径17mm、高さ最
大2.15mm)のものを用い、転動体(ニードル)お
よび軌道輪は、いずれもSUJ2からなり、表面窒素含
有率0.3重量%、表面粗さ0.03Raのものを使用
した。
略構成を示す図であり、この寿命試験機は、1対の軸受
41a、41bにより回転自在に支持されたシャフト4
2に2つの試験軸受43a、43bを取付け、ガイド4
4で支持されたハウジング45を介してスラスト荷重F
aを試験軸受43a、43bに負荷し、図示省略したモ
ータおよびベルトによりプーリー46を回転駆動するよ
うに構成されている。
a、43bをそれぞれ取付けるためのレース固定部47
aおよびレース回転部48a、レース固定部47bおよ
びレース回転部48bが設けられており、レース回転部
48a,48bはシャフト42と一体になって回転し、
レース固定部47a,47bは回転禁止されるように構
成されている。試験軸受43aの第1軌道輪49、第2
軌道輪50は、それぞれレース固定部47a、レース回
転部48aに係止され、試験軸受43bの第1軌道輪4
9、第2軌道輪50は、それぞれレース固定部47b、
レース回転部48bに係止される。そして、シャフト4
2が回転すると、試験軸受43a、43bの第2軌道輪
50は、転動可能に保持器51に保持されたニードル5
2の作用により、レース回転部48a、48bと一体に
なって回転駆動されるが、試験軸受43a、43bの第
1軌道輪49は、それぞれレース固定47a、47bに
よって回転停止状態が維持される。
スラスト荷重は500kgf、潤滑条件は5gのPAG
オイル(3%の水分を含む)とした。なお、PAGオイ
ルは、試験機に試験軸受43a、43bを組込む前に、
固定側の軌道輪を外した状態で保持器のポケット部に注
射器により滴下して供給した。
する浸炭窒化処理は、吸熱形ガス+エンリッチガス+ア
ンモニアガスの雰囲気で0.5時間行った後、200℃
で2時間の焼戻しを行った。なお、浸炭窒化処理に代え
て例えば浸炭処理を行ってもよい。ガス軟窒化処理は、
500℃から600℃の条件下でアンモニアガスを用い
て1時間の窒化処理を施したものを、200℃で2時間
の焼戻しを行った。
ン酸塩を使い、硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムの硫
黄化合物を添加した塩浴中で560℃で1時間の処理を
行った。また、四フッ化エチレンのコーティングは、ポ
リアミドイミドをバインダーとした有機溶剤をスプレー
にて塗膜し、200℃で1時間の熱処理により形成した
ものである。特に、本実施例では、四フッ化エチレンと
素地表面との密着性を高めるめる目的で、保持器表面に
燐酸マンガン塩被膜処理を施した。
化物(主としてFe3 N)の表面層と窒素の内部拡散層
で形成される。表面窒素濃度は処理温度に依存し、50
0℃以下でも窒素を固溶する窒化物層が形成されるが、
耐摩耗性の点では、特に500℃(さらに好ましくは5
45℃)から600℃でのガス軟窒化処理が好ましい。
また、Fe3 Nとなる窒化物の表面層と窒素の内部拡散
層の硬化層深さは処理時間に依存し、耐摩耗性の向上に
寄与する。さらに、浸炭、もしくは浸炭窒化処理の1次
処理と、ガス軟窒化処理の2次処理とを組合わせること
により、炭素をほとんど固溶しないFe4 Nの組織であ
る拡散層に炭素を固溶させることが可能となり、硬度が
高くなり耐焼付性が向上する。
間に依存する。数μmの化合物層で耐摩耗性は向上する
が、処理温度を500℃から600℃とするのが望まし
い。また、浸炭、もしくは浸炭窒化処理の1次処理と、
浸硫窒化処理の2次処理とを組合わせることにより、炭
素を表面に固溶させた鉄と硫黄と窒素と炭素との化合物
を形成させることが、耐摩耗性と耐焼付性の点で望まし
い。
さを変えて施した保持器を有する軸受について、図7に
示した寿命試験装置を用いて試験した試験結果を図8,
図9に示す。図8は、浸炭窒化処理を予め施した後に、
ガス軟窒化処理、浸硫窒化処理、四フッ化エチレン(P
TFE:下地処理により、膜厚4μm〜5μmの燐酸マ
ンガン処理被膜が形成されたもの)被膜処理をそれぞれ
行った場合の膜厚と保持器の焼付時間との関係を示し、
図9は、浸炭窒化処理を施さずに、図8と同様のガス軟
窒化処理、浸硫窒化処理、PTFE被膜処理をそれぞれ
行った場合の膜厚と保持器の焼付時間との関係を示して
いる。
窒化処理を予め施すか否かに拘らず、ガス軟窒化処理、
浸硫窒化処理、PTFE被膜処理のいずれかを施すと、
保持器の焼付時間は、図8,図9に破線で示した未処理
の場合の焼付時間よりも長くなり、寿命の向上が認めら
れる。
らず、ガス軟窒化処理、または浸硫窒化処理を施すと、
いずれも硬化層深さ(ここでは硬さHvが320〜35
0以上となる深さ、さらに望ましくは硬さHvが450
〜500以上となる深さで定義する。)膜厚が10μm
なったときに未処理の場合より耐摩耗性が向上し、焼付
時間が長くなり、硬化層深さは10μm以上が好ましい
ことが判明した。また、硬化層深さを20μm以上にし
ても、処理時間がかかる割りには焼付時間はそれほど延
びず、寿命向上の効果が上がらないことも判明した。従
って、経済性を考慮すると、ガス軟窒化処理、または浸
硫窒化処理、あるいは浸炭窒化処理とこれらの処理との
組合せによる硬化層深さは、10μm〜20μmとする
のが好ましいことが確認された。
化処理を予め施すか否かに拘らず、ガス軟窒化処理、ま
たは浸硫窒化処理を施した場合より大幅に焼付時間が長
くなり、2μm程度の膜厚で、ガス軟窒化処理、または
浸硫窒化処理の焼付時間の飽和値に匹敵する効果が得ら
れるが判明した。また、PTFE被膜処理の場合、浸炭
窒化処理を予め施したときは膜厚が10μm以上、浸炭
窒化処理を施さないときは膜厚が20μm以上になる
と、寿命向上の効果が飽和することが判明した。なお、
膜厚が30μmを越えると、寸法公差に影響を及ぼし、
転動体との間の隙間が大きくなり過ぎる部分や、小さく
なり過ぎる部分が生じるという不具合が発生することが
確認されているので、これらを考慮すると、PTFE被
膜の膜厚は、2μm〜30μm(好ましくは10μm〜
30μm)が望ましいことが確認された。
9の浸炭窒化処理を施さない場合とを比較すると、浸炭
窒化処理を予め施した場合の方が、ガス軟窒化処理、浸
硫窒化処理、PTFE被膜処理のいずれについても、よ
り寿命が向上していることが分かる。この浸炭窒化処理
による寿命の向上について、ガス軟窒化処理を例にし
て、図10に基づいて説明する。
m)に浸炭窒化処理、またはガス軟窒化処理、または浸
炭窒化処理を予め施した後にガス軟窒化処理を施した場
合の、表面からの深さと硬さ(Hv)との関係を測定し
た結果を示している。
では表面層の硬さは800Hv以上であるが、内部深さ
80μmでは200Hv以下(SPCCの母材硬さ)の
硬さになり、表面から伝えられる応力に対して十分支え
きれない。また、ガス軟窒化処理のみでは、内部硬さは
母材硬さより上昇するが、表面硬さが400Hv以下と
なり他の2つの場合よりは耐摩耗性が劣ることとなる。
合わせた場合は、表面硬さ580Hv、内部硬さ300
Hv以上の耐摩耗性の優れた表面が得られる。つまり浸
炭窒化により表面層が硬化されるが、後のガス軟窒化処
理により表面から芯部に向かって窒素は深く拡散できる
が焼戻りによる硬さ低下が生ずる。つまり、表面層窒化
の侵入拡散による硬さの上昇と焼戻りによる硬さ低下の
両現像が複合されて表面層の硬度は浸炭窒化処理のみよ
りも低く、ガス軟窒化処理のみより高くなり、芯部はガ
ス軟窒化処理と同等になることを示している。さらに、
保持器の疲労度も強くなるため、ころを抱える柱(間仕
切り部)の破損も防止できる。さらに、内部まで硬くな
ることにより、保持器の変形も生じにくくなる。また、
図10に示したように、浸炭窒化処理を施した後にガス
軟窒化処理を施した場合は、浸炭窒化処理だけを施した
場合に比べて、結果のバラツキが小さくなっている。こ
れは、表面層に仮に摩耗または損傷が生じても、下地で
ある浸炭窒化層が支えることにより、信頼性が増すため
と考えられる。
入潤滑環境下においても、スラストニードル軸受の保持
器として、少なくとも窒素を含有させるための所定の処
理を施したものを使用することにより、あるいは所定の
下地処理により素地との密着性を確保した上で固体潤滑
剤を被膜することにより、耐摩耗性および潤滑条件を向
上させて焼付の発生を遅延させることにより、保持器の
長寿命化を達成できるようになる。なお、上記の各種表
面処理を施したのであれば、スラストニードル軸受に限
らず、他のタイプの各種軸受に適用できることは言うま
でもない。また、保持器以外の転動体、軌道輪に適用す
ることも可能である。
は、それぞれ第3の発明の実施例によるスラスト針状コ
ロ軸受の保持器の構成図であり、図11(a)は保持器
の平面図、図11(b)は図11(a)のA−A´断面
図、図11(c)は図11(a)のB−B´断面図、図
11(d)は図11(a)のC−C´断面図である。な
お、図12〜図20においても同様に、(a)を付した
図は保持器の平面図であり、(b)を付した図は(a)
を付した図のA−A´断面図、(c)を付した図は
(a)を付した図のB−B´断面図、(d)を付した図
は(a)を付した図のC−C´断面図である。
受の保持器は、金属製コア、または金属製リングと樹脂
部とにより構成されている。ここで、金属の種類につい
ては特に限定されないが、冷間圧延鋼板(SPCC)等
を使用できる。
品性、耐油性、強度に優れた材料が好ましく、具体的に
は、ナイロン66樹脂、ナイロン46樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂(PPS樹脂)、或いはこれら樹
脂にガラス繊維、炭素繊維等の短繊維を混入して強化し
た材料が好ましい。ナイロン66樹脂は、デュポン
(株)の「ザイテル」、宇部興産(株)の「UBEナイ
ロン」、ピーエーエスエフエンジニアリング プラスチ
ック(株)の「ウルトラミッドA」として、ナイロン4
6樹脂は、帝人(株)の「テイジン46ナイロン」、日
本合成ゴム(株)の「Stanyl」として、PPS樹
脂は、呉羽化学工業(株)の「フォートロンKPS」と
して入手できる。
としては、予め製造された金属製コア、または金属製リ
ングを金型内に装着したとき、転動体案内部の一部また
は全部に相当する部分に空間が形成されるような金型を
用意し、その空間に樹脂を射出成形により形成する方法
や、金属製コア、または金属製リングと樹脂部を別々に
製造し、樹脂のスナップフィット性等を利用して組み立
てる方法がある。
より構成されているが、各ポケット部Pとポケット部P
との間(間仕切り部:柱部)の上面部であってポケット
部の近傍を除く部分、各ポケット部Pの端面と内周面、
および外周面との間は、金属部Mにより構成されてい
る。すなわち、コロの側面と接触するポケット部Pの側
面は樹脂部Rが露出した状態となっており、コロの端面
と接触するポケット部Pの端面は、金属部Mが露出した
状態となっている。なお、各ポケット部Pとポケット部
Pとの間では、図11(d)に示したように、金属部M
の内周側の内面、および外周側の内面に、樹脂部Rの脱
落を防止するための突起部Maが形成されている。
より構成されているが、各ポケット部Pよりも外側の外
周部分は金属部Mにより構成されている。すなわち、コ
ロと接触するポケット部Pの全ての面は、樹脂部Rが露
出した状態となっている。なお、図12(d)に示した
ように、金属部Mの内面の上部と下部には、樹脂部Rの
脱落を防止するための突起部Maが全周に亘って形成さ
れている。
より構成されているが、外周部分は金属部Mにより構成
されている。すなわち、コロと接触するポケット部Pの
全ての面は、樹脂部Rが露出した状態となっている。な
お、金属部Mは、図13(a)、(d)に示したよう
に、各ポケット部Pとポケット部Pとの間では、上面部
分が内周側に突出した状態となっている。
より構成されているが、各間仕切り部の上面部であって
ポケット部の近傍を除く部分、各ポケット部Pの端面か
ら内周側の上面にかけて、各ポケット部Pの端面から外
周側の上面にかけての部分は、金属部Mにより構成され
ている。すなわち、コロの側面と接触するポケット部P
の側面は樹脂部Rが露出した状態となっており、コロの
端面と接触するポケット部Pの端面は、金属部Mが露出
した状態となっている。
より構成されているが、外周部分は金属部Mにより構成
されている。すなわち、コロと接触するポケット部Pの
全ての面は、樹脂部Rが露出した状態となっている。な
お、図15(a)、(d)に示したように、金属部M
は、各ポケット部Pとポケット部Pとの間では、上面部
分が内周側に突出した状態となっており、この突出部分
には、孔Hが形成されていて、この孔Hに樹脂が充填さ
れることにより、金属部Mと樹脂部Rとが強固に結合す
るようになっている。
より構成されているが、各間仕切り部の中層部であって
ポケット部の近傍を除く中層部分と、この中層部分と内
周面との間の中層部および下層部、中層部分と外周面と
の間の中層部および上層部は、金属部Mにより構成され
ている。すなわち、コロの側面と接触するポケット部P
の側面は樹脂部Rが露出した状態となっており、コロの
端面と接触するポケット部Pの端面の一部は、金属部M
が露出した状態となっている。
より構成されているが、各ポケット部Pから外側の外周
部分は金属部Mにより構成されている。すなわち、コロ
の側面と接触するポケット部Pの側面は樹脂部Rが露出
した状態となっており、コロの端面と接触するポケット
部Pの外側の端面は、金属部Mが露出した状態となって
いる。なお、金属部Mは、ポケット部Pの外側の端面と
対向する部分では肉厚が厚くなっており、ポケット部と
金属部Mとの位相がずれないように工夫されている。
より構成されているが、各ポケット部Pから外側の外周
部分は金属部Mにより構成されている。すなわち、コロ
の側面と接触するポケット部Pの側面は樹脂部Rが露出
した状態となっており、コロの端面と接触するポケット
部Pの外側の端面は、金属部Mが露出した状態となって
いる。なお、金属部Mには、その中層部分に凹部が形成
され、樹脂部Rが金属部Mから脱落しないように工夫さ
れている。
より構成されているが、各ポケット部Pよりも外側の外
周部分は金属部Mにより構成されている。すなわち、コ
ロと接触するポケット部Pの全ての面は、樹脂部Rが露
出した状態となっている。なお、金属部Mには、ポケッ
ト部Pの外側の端面との対応部の中層部分には凹部が形
成され、樹脂部Rが金属部Mから脱落しないように工夫
されている。
より構成されている。この図16の樹脂製の保持器は、
射出成型により製造することができる。なお、図21は
従来の冷間圧延鋼板(SPCC)製の保持器を示してお
り、図21(a)は平面図、図21(b)は図21
(a)のC−C´断面図である。
持器を、樹脂部Rの樹脂の種類を替えて作成し、日本精
工(株)製のスラストニードル型寿命試験機により寿命
試験を行ったところ、表4のような試験結果が得られ
た。なお、試験条件は、Pmax=2000MPa、N
=4900c.p.m、雰囲気は代替フロンとしてのH
FC(ハイドロフルオロカーボン)134a(2気
圧)、潤滑油はPAG(ポリアリキレングリコール)と
した。また、試験軸受の寸法は外径37mm、内径17
mm、幅14mmとし、コロ径は2.5mm、コロ長さ
は5.6mmとした。また、耐久寿命の評価は、10×
106回転未満は耐久性なし(×)、10×106回転以
上〜50×106回転未満は耐久性有り(○)、50×
106回転以上は耐久性大いに有り(◎)とした。
して、ナイロン66樹脂とガラス繊維との重量%比が8
0:20の樹脂を用いた場合、軸受の耐久寿命は10×
106回転以上〜50×106回転未満となり、耐久性は
良好となる。試験例2のように、図11の保持器の樹脂
部Rの樹脂として、ナイロン46樹脂とガラス繊維との
重量%比が80:20の樹脂を用いた場合、軸受の耐久
寿命は10×106回転以上〜50×106回転未満とな
り、耐久性は良好となる。また、試験例3のように、図
11の保持器の樹脂部Rの樹脂として、PPS(ポリフ
ェニレンサルファイド)樹脂とガラス繊維との重量%比
が80:20の樹脂を用いた場合、軸受の耐久寿命は5
0×106回転以上となり、耐久性は非常に良好とな
る。
部Rの樹脂として、ナイロン66樹脂とガラス繊維との
重量%比が70:30の樹脂を用いた場合、軸受の耐久
寿命は10×106回転以上〜50×106回転未満とな
り、耐久性は良好となる。試験例5のように、図12の
保持器の樹脂部Rの樹脂として、ナイロン46樹脂とガ
ラス繊維との重量%比が70:30の樹脂を用いた場
合、軸受の耐久寿命は50×106回転以上となり、耐
久性は非常に良好となる。また、試験例6のように、図
12の保持器の樹脂部Rの樹脂として、PPS(ポリフ
ェニレンサルファイド)樹脂とガラス繊維との重量%比
が70:30の樹脂を用いた場合、軸受の耐久寿命は1
0×106回転以上〜50×106回転未満となり、耐久
性は良好となる。
部Rの樹脂として、PPS樹脂とガラス繊維との重量%
比が80:20の樹脂を用いた場合、軸受の耐久寿命は
10×106回転以上〜50×106回転未満となり、耐
久性は良好となる。試験例8のように、図14の保持器
の樹脂部Rの樹脂として、PPS樹脂とガラス繊維との
重量%比が80:20の樹脂を用いた場合、軸受の耐久
寿命は50×106回転以上となり、耐久性は非常に良
好となる。
験例9のように、PPS樹脂とガラス繊維との重量%比
が80:20の樹脂を用いた場合、試験例10のよう
に、ナイロン46樹脂とガラス繊維との重量%比が7
0:30の樹脂を用いた場合、試験例11のように、ナ
イロン66樹脂とガラス繊維との重量%比が80:20
の樹脂を用いた場合、いずれも軸受の耐久寿命は10×
106回転以上〜50×106回転未満となり、耐久性は
良好となる。これに対して、試験例12のように、図2
1の金属製の保持器を用いた場合には、軸受の耐久寿命
は10×106回転未満となり、耐久性がなくなってし
まう。
保持器と転動体の摺動性をみると、上記試験における代
替フロンの雰囲気のような潤滑性に劣る条件下では、金
属製の保持器の場合、保持器と転動体の間に十分な潤滑
油膜は形成されず、金属−金属接触が起こり、急激に摩
耗が進行する。金属−金属接触が起こる理由の1つとし
ては、金属は樹脂に比べて剛性が高く、保持器と転動体
間の接触部に高い応力が発生することが考えられる。
に樹脂材料を使用すると、樹脂は金属に比べて弾性率が
極端に大きく、高い応力を受けても樹脂自体が変形して
応力が分散されることとなる。また、無潤滑下での摩擦
摩耗度は、金属−金属摩擦よりも金属−樹脂摩擦の方が
低くなる性質がある。
持器の方が樹脂製保持器よりも優れている。従って、図
11〜図19の保持器では、金属部Mにより剛性が保た
れるので、高速で回転する転動体の遠心力によってクリ
ープ変形が起こるのを防止でき、また、転動体の案内部
には樹脂部Rが形成されているので、保持器と転動体の
異常摩耗や焼き付けを防止できる。これにより、たとえ
代替フロンの雰囲気のような潤滑性に劣る条件下で使用
しても、軸受の長寿命を達成することができる。
合であっても、低速回転、低荷重用の軸受として利用す
る場合には、剛性がそれほど大きくなくてもクリープ変
形が起こることはないので、簡単に製造できる図20の
樹脂製の保持器を使用し、保持器と転動体の異常摩耗や
焼き付けを防止するだけで、軸受の長寿命を達成するこ
とができる。
9において、浸炭窒化処理の有無に拘らず四フッ化エチ
レン(PTFE)被膜が最も耐焼付性向上に効果のある
ことを確認したが、ここでは、さらに、被膜形成方法に
ついて改良を加えた前記第2の発明の実施例の変形例に
ついて説明する。すなわち、前記第2の発明の実施例で
は、固体潤滑剤としての四フッ化エチレン(PTFE)
等は、エアーを用いたスプレーによってコーティングし
たが、本変形例では、スプレーに拠らず塗布することに
よりコーティングする点で異なる。以下、本変形例を詳
細に説明する。
PCC)を用い、その形状は、図21に示したものと同
一のものを用いるが、これに限らず、各種の鋼、その他
の金属(好ましくは耐食性を有するもの)を素材とし
て、圧延ではなく切削加工により作られたものでもよ
い。
付性の効果の高い四フッ化エチレン(PTFE)をポリ
アミドイミドをバインダーとしてコーティングしたもの
について取り上げるが、前述のように、これに代えて固
体潤滑剤としては、二硫化モリブデン(MoS2)や二
硫化タングステン(WS2)等、他のを用いてもよく、
四フッ化エチレン(PTFE)と上記のうちの1つとを
混合したものでもよい。また、バインダーとしては、ポ
リアミドイミド、エポキシ樹脂等を適宜選択してもよ
く、これらいずれの固体潤滑剤、バインダーであって
も、以下に示す試験結果と同等の作用・効果が得られ
る。
表面に凹凸を生じ、その上に塗膜される固体潤滑剤およ
びバインダーとの接触面積が増すことにより、バインダ
ーと強く結合することになり、固体潤滑剤と素地表面と
の密着性を高める働きがある。この働きは、1例として
燐酸マンガン塩被膜で確認したところ、本変形例の場合
では、1〜10μmの厚さに成膜するのが好ましいこと
が判明した(図22参照)。なお、この確認試験におい
ては、1μm未満の膜厚の燐酸マンガン塩被膜は、処理
温度と処理時間を調節することにより形成した。例え
ば、0.9μmの膜厚の燐酸マンガン塩被膜は、燐酸マ
ンガン水溶液による処理温度を60〜70℃に設定して
10分間処理することにより形成した。また、10μm
を越える膜厚の燐酸マンガン塩被膜は、処理液中の燐酸
マンガン成分の濃度を調整することにより形成した。例
えば、10μmの厚さに成膜する場合は、燐酸マンガン
成分の濃度を4μmの場合の1.2倍にし、40μmの
の厚さに成膜する場合は、燐酸マンガン成分の濃度を4
μmの場合の1.4倍にした。
て、上記の方法により燐酸マンガン塩被膜を各種の膜厚
で形成し、後述する本変形例に係る塗布方式により四フ
ッ化エチレン(PTFE)を2μmの厚さに成膜した場
合の焼付時間を示したものである。図22に示したよう
に、燐酸マンガン塩被膜の膜厚が、1〜10μmの場合
に良好な耐焼付性が実現でき、この範囲から遠ざかる
程、耐焼付性が急激に劣化している。すなわち、上述の
スプレー方式と比較すると、スプレー方式では下限値と
して4μm必要であったが、本変形例の塗布方式では最
低1μmで済む。
は、1.0μm未満の膜厚では、表面の凹凸が十分では
なく、密着性が不十分となり、膜厚が10μmを越える
と、表面が粗くなりすぎ、上に固体潤滑剤を塗膜した状
態でも粗さが残り、保持器として使用した場合に油膜が
切れる部分が生じる等、潤滑条件が悪化するからであ
る。また、膜厚が10μmを越えた場合には、寸法公差
も悪くなるという不具合を生じる。従って、本変形例で
は、燐酸塩処理膜の膜厚は1〜10μmとした。なお、
前記固体潤滑剤の下地としては、燐酸亜鉛、燐酸鉄、燐
酸カルシウム等を用いても、以下に示す試験結果と同等
の作用・効果が得られる。
説明する。この試験では、試料の軸受としては、スラス
トニードル軸受(外径37mm、内径17mm、組立て
た状態での幅が7mm)を用い、その保持器(試験対
象:試料)としては、図21に示したものと同一形状の
プレス成形したSPCC鋼板製で、転動体(ニードル)
および軌道輪は、いずれもSUJ2からなるものを使用
した。
実施例の場合と同様に、図7に示したものを使用した。
この場合の試験条件も、第2の発明の実施例の場合と同
様に、回転速度5000rpm、スラスト荷重500k
gf、潤滑条件は1gのPAGオイルとした。このPA
Gオイルは、試験機に試験軸受43a,43bを組み込
む前に、固定側の軌道輪を外した状態で保持器のポケッ
ト部に注射器により滴下して供給した。
マンガン塩処理を施した。すなわち、保持器をPH10
のアルカリ洗浄液で脱脂した後、亜硝酸ナトリウム溶液
で表面調整を行った。なお、燐酸マンガン塩の結晶を均
一に形成させるべく、亜硝酸ナトリウムの濃度は、3g
/水1lとした。このようにして表面調整を行った後、
マンガン濃度11000ppm、鉄濃度2000ppm
の燐酸と、PH3.0に調整した硝酸との水溶液中で、
95℃で10分間浸せき処理を行うことにより、表面に
約8g/m2 の燐酸マンガン塩結晶を形成した。なお、
このような下地処理を省いてもテフロン(四フッ化エチ
レン)コーティングは可能であるが、耐焼き付き性の面
では、下地処理を施すことが望ましい。
アミドイミドをバインダーとした有機溶剤のサスペンシ
ョン液(懸濁液)を塗布して行う。すなわち、保持器7
000個を容積0.7m3 の金属製容器の中に入れ、こ
の容器を15rpmで回転させて、保持器同士を互いに
接触させる。その中に上記サスペンション液を流し込
み、その後、乾燥させて有機溶剤分を蒸発させることに
より、四フッ化エチレンとバインダーを保持器の表面に
均一塗布(塗膜)する。その後、200℃で1時間熱処
理を行い、バインダーを硬化させる。
アーでスプレーコーティングする場合と比べて、使用
するサスペンション液がより少量で済むと共に、単位
時間当たりの塗膜処理量が約2〜5倍になるため、処理
コストを低減できるようになる。また、保持器同士が
接するので、スプレーコーティングに比べて被膜中の応
力が増加するため、薄膜でかつ密度が大きくなり、さら
に、密着性が向上し、薄膜であるにも拘らずスプレーコ
ーティングと同等の摺動性を維持できる。なお、本変形
例の上記コーティングにおいて、保持器と共に10mm
以下のメディア等を混入させてサスペンション液を保持
器の表面に塗膜すれば、さらに被膜密度を大きくし、密
着性も向上できることが確認されている。
受について、図7に示した寿命試験機により上記条件下
で行った試験結果を図23に示す。図23は、浸炭窒化
処理を施さないものと、浸炭窒化処理を施した後にスプ
レーにより四フッ化エチレンをコーティングしたもの
(上記実施例)と、浸炭窒化処理を施した後に塗布によ
り四フッ化エチレンをコーティングしたもの(本変形
例)とについて、耐焼き付き時間と、処理コストとの比
較結果を示している。
を施さない保持器は、焼き付きに対する耐久時間は、最
も短くなっている。これに対して、上記実施例と本変形
例に係る保持器では、焼き付きに対する耐久時間は共に
大幅に長くなっており、上記実施例に係る保持器よりも
本変形例に係る保持器での方が、焼き付きに対する耐久
時間はより長くなっている。このように、本変形例の方
が上記実施例よりも耐焼き付性能が優れているのは、被
膜密度が高く強度が大きいためであると考えらる。ま
た、製造コストは、本変形例の保持器は上記実施例の保
持器の約1/2となっている。
化エチレンの表面処理(下地処理として膜厚4μm〜5
μmの燐酸マンガン塩処理を施したもの)を膜厚を変え
て施した保持器を有する軸受について、図7に示した寿
命試験装置を用いて試験した試験結果を図24(前記表
面処理に先立ち、浸炭窒化処理を施した場合),図25
(浸炭窒化処理を施さない場合)に示す。なお、比較の
ため、図24には、図8に示した浸炭窒化処理を予め施
した後に、ガス軟窒化処理、浸硫窒化処理、およびスプ
レー方式による四フッ化エチレン(PTFE:下地処理
により、膜厚4μm〜5μmの燐酸マンガン処理被膜が
形成されたもの)被膜処理をそれぞれ行った場合の膜厚
と保持器の焼付時間との関係を、図25には、図9で示
した浸炭窒化処理を施さずに、ガス軟窒化処理、浸硫窒
化処理、およびスプレー方式によるPTFE被膜処理を
それぞれ行った場合の膜厚と保持器の焼付時間との関係
を併せて示している。
四フッ化エチレン(PTFE)を上記実施例のスプレー
方式と本変形例の塗布方式によりコーティングしたもの
を比較すると、図24の浸炭窒化処理を予め施した場合
と図25の浸炭窒化処理を施さない場合とのいずれにお
いても、保持器の焼き付き時間は、上記実施例のスプレ
ー方式よりも本変形例の塗布方式の方が長くなってお
り、特に、本変形例の塗布方式では、PTFE被膜の膜
厚が10μm以下であっても、実用に耐え得る焼き付き
時間となっている。このように、本変形例の塗布方式に
より耐焼付性がより向上するのは、上記実施例のスプレ
ー方式よりもPTFEの被膜密度が大きくなると共に、
下地処理被膜とPTFE被膜との界面での密着性が高く
なるためである。
となると、成膜のバラツキの影響を受けて焼付寿命のバ
ラツキも大きくなるため、本変形例の塗布方式によるP
TFE被膜の膜厚は2μm以上であることが望ましい。
一方、PTFE被膜の膜厚の上限に関しては、上記のス
プレー方式の場合と同様の理由により、30μmであ
る。ただし、スプレー方式に比べ被膜密度が高いため、
PTFE被膜の膜厚が20μmを越えると、うろこ状に
剥離が発生し、その剥離片が軸受組立時にレースと転動
体との間に入り込むため、軸受の組立後の例えばトル
ク、音響などの検査に多少の影響を及ぼす。また、転動
体と保持器のポケット部の隙間量が小さくなり、ポケッ
ト内における転動体の動きが拘束されて発熱を生じる等
により、耐焼付性を向上させるというPTFE被膜の効
果が下がる傾向にある。
E被膜の膜厚は、2μm〜30μmとするのが好まし
く、さらに言えば、5μm〜20μmとするのがより好
ましい。
受保持器の表面処理において、複数の軸受保持器が互い
に接触するように軸受保持器に運動を与えながら、固体
潤滑剤と熱硬化性樹脂と有機溶剤とからなる分散液を供
給し、有機溶剤を蒸発させることにより、軸受保持器の
表面に均一に固体成分(PTFE等)を塗膜した後、熱
処理により樹脂成分を硬化させることにより、より一
層、軸受保持器の耐焼付性を向上させることが可能とな
る。
明に係るスラスト針状コロ軸受によれば、針状コロの径
(Da)と長さ(lr)の比lr/Daを1.2〜2.
0とし、軌道面との接触長さが針状コロの長さ(lr)
の3/4以下となるようなクラウニング部を形成するこ
とにより、コロの姿勢の安定性、研削加工の容易性を保
持しつつ動トルクを極力小さくし、かつコロの脱落をも
防止することが可能となる。
れば、鋼鉄製の転動体、内輪、外輪の少なくとも1つの
表面に窒素を含有せしめることにより、代替フロン及び
作動油中という微量の水分が発生する環境下で使用して
もピットが発生しないようにして、コストアップを招く
ことなく耐食性を向上させることが可能となる。
ロ軸受の保持器によれば、少なくとも転動体と接触する
部分の一部を樹脂で形成することにより、転動体との間
の摩耗を低減しつつクリープ変形を防止することが可能
となる。
受の針状コロの形状を示す図である。
受の針状コロのコロ径とコロ長との関係を説明するため
の説明図である。
受の動トルクを測定した装置の概略構成図である。
軸受について上記装置により荷重を変えて動トルクを測
定したときの測定結果を示す図である。
説明するための説明図である。
した試験機の概略構成図である。
施した保持器の寿命を試験した試験機の概略構成図であ
る。
保持器の寿命試験結果を示す図である。
化処理が施されていない保持器の寿命試験結果を示す図
である。
処理を施した場合の表面からの深さと硬さとの関係の測
定結果を示す図である。
軸受の保持器の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
軸受の保持器の他の構成例を示す図である。
る。
理膜の適正な膜厚を説明するための説明図である。
間および製造コストを比較した図である。
に各種の表面処理を膜厚を変えて施した保持器の寿命試
験結果を示す図である。
炭窒化処理が施されていない保持器の寿命試験結果を示
す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 コロの径(Da)と長さ(lr)の比l
r/Daが1.2〜2.0であって、軌道面との接触長
さが前記コロの長さ(lr)の3/4以下となるような
クラウニング部が形成された針状コロを有することを特
徴とするスラスト針状コロ軸受。 - 【請求項2】 代替フロン及び作動油中で使用される転
がり軸受であって、鋼鉄製の転動体、内輪、外輪の少な
くとも1つの表面に窒素を含有せしめたことを特徴とす
る転がり軸受。 - 【請求項3】 少なくとも転動体と接触する部分の一部
が樹脂で形成されていることを特徴とするスラスト針状
コロ軸受の保持器。
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