WO2010134461A1 - 保持器付きころ、保持器付きころ軸受および保持器 - Google Patents

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佐藤正範
阿部克史
村上等
河合弘光
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    • F16C2208/32—Polytetrafluorethylene [PTFE]

Definitions

  • the present invention relates to a roller with a cage, a roller bearing with a cage, and a cage used in, for example, a support structure for a crankshaft and a connecting rod support structure for a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine. And a technique for solving excessive temperature rise.
  • a roller with a cage is composed of a roller and a cage, and has a structure in which the outer peripheral surface of the roller is in line contact with the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring. For this reason, it has the advantage that high load capacity and high rigidity can be obtained for a small bearing projected area. Accordingly, the roller with cage is widely used in various fields including automobiles.
  • a roller with a cage of a sliding bearing or a rolling bearing is used for a large and small end of a two-wheeled vehicle. In the case of a two-cycle engine, the large and small ends are lubricated by a spray-like mixed liquid in which gasoline and engine oil are mixed.
  • rollers with cages used copper plating or silver plating in order to prevent the outer diameter and width of the cage from being worn and excessive temperature rise.
  • composite plating in which the base material is nickel as a main material and fine particles of fluororesin are uniformly dispersed and co-deposited has been proposed (Patent Document 1). This device is a countermeasure content from the viewpoint of preventing wear and excessive temperature rise under high-speed use conditions.
  • a composite plating containing nickel as a main material and containing a fluororesin is formed on the cage for the purpose of preventing wear and excessive temperature rise for high speed.
  • the wear of copper and silver plating in recent years is not severe in use conditions, but the plating dissolves (disappears) due to a chemical reaction due to the influence of lubricating oil, and the temperature of the cage may rise excessively. . In particular, it often occurs in bearings used in 4-cycle engines.
  • the oil used is completely different between the 2-cycle engine and the 4-cycle engine.
  • the 4-cycle engine the engine oil stored in the oil pan is pumped and lubricates each part of the engine, and then returns to the oil pan again.
  • engine oil is mixed with fuel and adheres to the rotating and sliding parts, or each part of the engine is lubricated by pumping from the oil tank, and then enters the combustion chamber with the mixture and burns. To do.
  • the performance required for the two-cycle engine oil and the four-cycle engine oil is greatly different due to the difference in the structure such as the difference in the lubrication mechanism and the valve mechanism.
  • the major difference in composition between these 2-cycle engine oil and 4-cycle engine oil is the presence or absence of sulfated ash and zinc dialkyldithiophosphate (abbreviated as ZnDTP).
  • ZnDTP zinc dialkyldithiophosphate
  • the low sulfated ash content in the two-cycle engine oil is that the acid neutralization performance of the overbased detergent, which is the main factor of the ash content, is not required, and the ash content increases the combustion chamber deposits and can cause plug misfire. Because there is.
  • ZnDTP is not prescribed for the two-cycle engine oil is that the two-cycle engine does not require anti-oxidation property of the oil, and because there is no valve mechanism, severe wear prevention performance is not required.
  • ZnDTP is usually pyrolyzed at 150 to 200 ° C, but there is a report that the temperature around the piston and ring during high load operation exceeds 200 ° C. , Causing ring sticking. In order to prevent this piston contamination and ring sticking, a large amount of detergent is required, which is why ZnDTP is not added.
  • the ZnDTP has antioxidation ability, corrosion prevention ability, load bearing performance, wear prevention ability and the like, and is widely used in engine oil and industrial lubricating oil as a so-called multifunctional additive.
  • ZnDTP As a wear prevention mechanism of ZnDTP, (1) Sulfur and phosphorus in ZnDTP react with metals to form iron sulfide and phosphate films to prevent wear. (2) ZnDTP decomposes to form a polyphosphate film on the metal surface to prevent wear.
  • the theory is powerful.
  • the 4-cycle engine oil contains ZnDTP, which is an additive, and sulfur is contained in the components in this ZnDTP.
  • this sulfur reacts with metal to form a film and has an anti-wear effect, but it has been found from various evaluations and market-collected products that copper plating and silver plating applied to the cage are ineffective did.
  • the object of the present invention is to provide a surface treatment that is not affected by the additives contained in the oil used, to prevent wear of the cage and excessive temperature rise, and to improve the adhesion between the surface treatment layer and the substrate. It is intended to provide a roller with a cage and a bearing using the roller with a cage.
  • the roller with cage according to the present invention is the roller with cage having a plurality of rollers and a ring-shaped cage having pockets respectively holding the rollers at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a base plating layer is applied to at least one or both of the outer diameter surface and the width surface
  • a Ni / PTFE plating layer containing nickel and PTFE is applied to the surface of the base plating layer.
  • the “PTFE” is an abbreviation for polytetrafluoroethylene, which is a polymer of tetrafluoroethylene, which is a fluorocarbon resin composed of only fluorine atoms and carbon atoms. This fluorocarbon resin shape is a polygonal shape.
  • the plating obtains the adhesion force by the bonding of the metals, the adhesion force is improved by the bonding of the metals having similar compositions. Since nickel has a property that it is difficult to react with additives compared to copper and silver, elution can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent nickel or the like in the Ni / PTFE plating layer from being dissolved into the engine oil. Accordingly, the self-lubricating property of the Ni / PTFE plating layer prevents the cage from being worn and excessively heated, and allows the engine to operate for a long period of time.
  • the base plating layer and the Ni / PTFE plating layer are provided on at least one or both of the outer diameter surface and the width surface of the cage, the wear of the outer diameter surface when the cage is an outer ring guide type.
  • the plurality of rollers with cages are arranged close to each other in the axial direction, the width surfaces of adjacent cages are prevented from coming into contact with each other and being worn.
  • the PTFE in the Ni / PTFE plating layer may be one in which PTFE particles are dispersed during nickel plating.
  • the base plating layer may be a nickel plating layer. Since the nickel plating layer and the Ni / PTFE plating layer contain a common composition, that is, nickel, the composition in the vicinity of both layers gradually changes, and the interface between the nickel plating layer and the Ni / PTFE plating layer adheres without gaps. Can be made. Therefore, the adhesiveness is excellent over the base material, the nickel plating layer, and the Ni ⁇ PTFE plating layer.
  • the adhesion strength of the plating is due to the bonding between metals, and by providing a nickel plating layer having a composition similar to that of the Ni / PTFE plating layer, the adhesion strength becomes higher than when the Ni / PTFE plating is directly processed on the cage.
  • the surface roughness of the Ni / PTFE plating layer may be Ra 0.7 ⁇ m or less.
  • Ra is the center line average roughness Ra defined by Japanese Industrial Standards.
  • the wear amount of the plating itself tends to increase. This is because the unevenness of the roughness itself is higher and the surface roughness is easier to wear.
  • by setting the surface roughness of the Ni / PTFE plating layer to Ra 0.7 ⁇ m or less it becomes possible to reduce the unevenness of the roughness itself and to reduce the wear amount of the plating itself. .
  • the amount of PTFE of the Ni / PTFE plating layer applied to the surface of the base plating layer is 20 vol% or more and 35 vol% or less.
  • the amount of PTFE in the Ni / PTFE plating layer is small, the friction coefficient is high and the sliding characteristics are inferior, and the amount of plating wear tends to be large. In particular, when the amount of PTFE is less than 20 vol%, wear becomes significant. On the contrary, when the amount of PTFE is too large, the hardness after heat treatment is low, so that the amount of wear tends to increase. Further, when a large amount of PTFE is contained, the cost increases. If the amount of PTFE exceeds 35 vol%, the hardness after heat treatment tends to be low, so the amount of wear tends to increase.
  • the wear coefficient of the Ni / PTFE plating layer is 20 vol% or more and 35 vol% or less, the wear coefficient is low, the sliding property is excellent, and the plating wear amount can be reduced. Further, it becomes possible to reduce the manufacturing cost.
  • a base plating layer is applied to the entire surface of the cage, the Ni / PTFE plating layer applied to the surface of the base plating layer is cured by heat treatment, and after the heat treatment of the Ni / PTFE plating layer,
  • the hardness (this hardness is referred to as “plating hardness”) may be Hv400 or more and Hv700 or less.
  • the hardness represented by the “Hv” is Vickers hardness.
  • the additive when the additive is in the engine oil, the additive is decomposed to form a film on the metal surface to further prevent wear, so that the Ni / PTFE plating layer inhibits the effect of the additive. Absent.
  • the plating hardness after heat treatment of the Ni ⁇ PTFE plating layer is set to Hv400 or more and Hv700 or less. The plating hardness is a value determined by the PTFE content and the quenching temperature. When the plating hardness after quenching of the Ni ⁇ PTFE plating layer was Hv400 or more and Hv700 or less, the difference in wear amount was within 0.001 mm, and the difference was not recognized.
  • the wear resistance can be maintained.
  • the wear amount is increased. If it exceeds Hv700, the hardness is too high and the plating layer may crack.
  • the cage is subjected to carburizing, quenching, and tempering, and the surface hardness is in a range of Hv450 to Hv700, and the hardness difference between the surface hardness and the hardness of the Ni / PTFE plating layer may be Hv200 or less.
  • Bearings used in the large end of the connecting rod of the engine and the planetary mechanism of the transmission are rotated, so that the cage rotates while causing an elliptical motion. Therefore, if the plating does not follow the elliptical deformation of the cage, cracking or peeling occurs in the plating.
  • the deformation of the cage is affected by the rigidity of the cage, and changes depending on the hardness if the same material has the same shape.
  • the confirmation method is to manufacture a sample with the cage hardness and plating hardness up and down, apply a static load to the cage and give the deformation amount within the elastic deformation a predetermined number of times, and then there is no abnormality in the plating layer It was confirmed visually. As a result, when the hardness difference between the surface hardness of the cage and the plating hardness of the Ni / PTFE plating layer was Hv 200 or less, no cracking or peeling was observed in the plating.
  • the total film thickness of the base plating layer and the Ni / PTFE plating layer may be 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less.
  • the amount of wear of various plating layers was compared by crank motion, and the total film thickness was determined. As a result of carrying out this wear amount comparison, it was found that the Ni ⁇ PTFE plating layer of the present invention stopped in the initial wear for several tens of hours in the initial stage and did not progress thereafter. Since the wear amount was 7 ⁇ m, the lower limit of the Ni / PTFE plating layer was set to 7 ⁇ m.
  • the total film thickness of the entire plating layer is set to 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less. Since the plating obtains the adhesion force by the bonding of the metals, the adhesion force is improved by the bonding of the metals having similar compositions. Since nickel has a property that it is difficult to react with additives compared to copper and silver, elution can be suppressed. When the total film thickness of the entire plating layer exceeds 22 ⁇ m, the cost increases.
  • the total film thickness is less than 8 ⁇ m, for example, plating wear ⁇ exposure of cage base surface ⁇ sliding with connecting rod inner diameter ⁇ temperature rise, cage wear ⁇ excessive temperature rise in cage Connected.
  • wear can be prevented by the self-lubricating performance of the Ni / PTFE plating layer.
  • the total thickness of the plating layer is reduced to 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less, it is possible to reduce costs and prevent excessive temperature rise of the cage.
  • the roller with a cage of the present invention is used for a cage.
  • a roller bearing with a retainer includes any one of the above rollers with a retainer and a bearing ring on which the plurality of rollers roll.
  • FIG. 12 A Sectional drawing of the roller with a retainer which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (B) is a principal part top view of the retainer.
  • the roller with a retainer according to the first embodiment of the present invention is used in, for example, a support structure for a crankshaft and a connecting rod support structure for a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine.
  • the present invention is not limited to the crankshaft support structure and the connecting rod support structure.
  • the roller with cage 50 includes a plurality of rollers 1 and a cage 2, and an outer member 31 that acts as an outer ring, and an inner member 32 that acts as an inner ring. It is intervened between.
  • the inner member 32 is, for example, a shaft body supported by the roller 50 with a cage, and the roller 1 is in rolling contact with the outer peripheral surface thereof.
  • a needle roller is used as the roller 1
  • the end surface 1a of the roller 1 is a flat surface.
  • the cage 2 has a ring shape having pockets 3 for holding the rollers 1 at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the retainer 2 is provided with a Ni / PTFE plating layer 5 (described later) through a base plating layer 4 described later.
  • the cage 2 is made of, for example, a press-formed product of a thin steel plate.
  • the cage 2 is formed in a substantially cylindrical shape having a pair of flange portions 6, 6 that are annular portions bent toward the inner diameter side at both ends, and the axial central portion of the peripheral wall has a diameter.
  • the small diameter portion 7 is narrowed inward in the direction.
  • the retainer 2 has a plurality of circumferential column portions 8 that connect a pair of flange portions 6 and 6, and the space between adjacent column portions 8 and 8 is the pocket 3. It becomes.
  • the cage 2 may have an annular portion such as a flat shape instead of the flange portions 6 and 6.
  • a drop-off preventing protrusion 9 is formed at the small-diameter portion 7 at the center in the axial direction, and drop-off preventing protrusions 10 and 10 are formed at the large-diameter portions at both ends in the axial direction.
  • An inclined edge 11 that guides the roller 1 in the circumferential direction between the protruding edges 9 and 10 at the opening edge of the pocket 3 in the column portion 8, from the radially outer side toward the central portion in the axial direction.
  • An inclining edge 11 that is inclined inward is formed. The rollers 1 are prevented from slipping in and out by the falling-off preventing protrusions 9 and 10 and guided in the circumferential direction by the inclined edges 11.
  • the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 will be described. As shown in FIGS. 1A and 1C, a base plating layer 4 is applied to the entire surface of the cage 2, and a Ni / PTFE plating layer 5 containing nickel and PTFE is provided on the surface of the base plating layer 4. Has been given.
  • the base plating layer 4 is a nickel plating layer.
  • the surface to be plated is the entire surface of the cage surface, and includes the width surface, inner diameter surface, and pocket of the cage.
  • the film thickness ⁇ 1 of the nickel plating layer is, for example, 3 ⁇ 2 ⁇ m
  • the film thickness ⁇ 2 of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is, for example, 7 ⁇ m or more and 17 ⁇ m or less.
  • the thickness ⁇ 1 of the nickel plating layer is not limited to 3 ⁇ 2 ⁇ m.
  • the total film thickness ⁇ a of the nickel plating layer and the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less.
  • the total film thickness ⁇ a is 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less.
  • the amount of wear of various plating layers was compared with the same crank motion motion as the actual machine, and the total film thickness was determined.
  • FIG. 2 it was found from the results that the nickel plating layer and the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 of the present invention stopped in the initial wear in the initial tens of hours and did not progress thereafter. Further, since the wear amount was 7 ⁇ m, the thinnest film thickness (lower limit) of the Ni / PTFE plating layer 5 was set to 7 ⁇ m.
  • the cost will increase.
  • the total film thickness is less than 8 ⁇ m, for example, plating wear ⁇ cage exposure ⁇ sliding with connecting rod inner diameter ⁇ temperature rise, cage wear ⁇ cage excessive temperature rise leads to problems.
  • wear can be prevented by the self-lubricating performance of the Ni / PTFE plating layer.
  • the total film thickness ⁇ a of the entire plating layer 8 ⁇ m or more and 22 ⁇ m or less it is possible to reduce costs and prevent excessive temperature rise of the cage.
  • PTFE in the Ni / PTFE plating layer 5 is obtained by dispersing and co-depositing PTFE fine particles (indicated by black dots in the figure) in a base material mainly composed of nickel.
  • the amount of PTFE of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is defined as 20 vol% or more and 35 vol% or less. The determination of the PTFE amount will be described.
  • the friction coefficient was measured by a Sabang test.
  • the Sabang test is a test for comparative evaluation of the amount of wear. For example, as shown in FIG.
  • the Sabang test machine SM includes a test piece mounting portion 19 for attaching the test piece m1, and a rotating portion 20 for rotating the test piece m1 attached to the test piece mounting portion 19.
  • the test piece m1 attached to the test piece attachment portion 19 has a load load portion 21 for applying a constant load.
  • the load load unit 21 applies a predetermined load to the test piece m 1 by an urging means such as a spring, and the load amount is measured by the load cell 22.
  • steel for machine structural use such as Japanese Industrial Standard SCM415 is applied as the mating member 23 to be brought into sliding contact with the test piece m1 in the load applying portion 21.
  • SCM415 Japanese Industrial Standard
  • a felt pad 24 is provided inside the test piece mounting portion 19, and the felt pad 24 is brought into contact with the peripheral surface of the test piece m 1, and the test piece m 1 is rotated by the rotating portion 20, whereby felt pad refueling is performed. Is called.
  • the amount of wear can be measured by attaching the test piece m1 to the test piece attachment portion 19, rotating the rotating portion 20 while applying a load to the test piece m1, and sliding the test piece m1 in sliding contact with the mating member 23.
  • the test conditions are as follows. Sliding speed: 0.05 m / s, 5.0 m / s Surface pressure: 0.5GPa Time: 30 min (5.0 m / s), 60 min (0.05 m / s) Lubricant: Mobile Velocity No. 3 (VG2) As a result, as shown in FIG. 4B, it was found that the friction coefficient decreases as the amount of PTFE increases in the Ni ⁇ PTFE plating layer 5.
  • the PTFE amount of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is defined as 20 vol% or more and 35 vol% or less from the result of comparison of the friction coefficient and the wear amount.
  • the PTFE amount By defining the PTFE amount in this way, the friction coefficient is low, the sliding property is excellent, and the plating wear amount can be reduced. Further, it becomes possible to reduce the manufacturing cost. Therefore, the self-lubricating property of the Ni / PTFE plating layer 5 prevents the cage 2 from being worn and excessively heated, and allows the engine or the like to operate for a long time.
  • the surface roughness of the Ni / PTFE plating layer 5 is set to Ra 0.7 ⁇ m or less.
  • Ra is a center line average roughness Ra defined by Japanese Industrial Standards, and is measured according to the standard of JIS 0601-1976 surface roughness.
  • the centerline average roughness is obtained by extracting a portion of the measurement length L from the roughness curve in the direction of the centerline, setting the centerline of this extraction as the X axis, the direction of the vertical magnification as the Y axis, and the roughness curve as y.
  • the hardness of the Ni / PTFE plating layer 5 will be described.
  • the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is cured by heat treatment, and the plating hardness after the heat treatment of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is set to Hv400 or more and Hv700 or less, so that the wear resistance can be maintained.
  • wear comparison was performed under the same test conditions using the same roller with cage as when the total film thickness ⁇ a was determined.
  • the plating hardness of Hv400 or more and Hv700 or less is a value determined by the PTFE content and the quenching temperature.
  • the test sample was manufactured by changing the quenching temperature while keeping the PTFE amount constant. As shown in FIG. 6, from this result, if the plating hardness after quenching of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is Hv400 or more and Hv700 or less, the difference in wear amount is within 0.001 mm, and the difference is not recognized. there were. When the plating hardness after quenching of the Ni ⁇ PTFE plating layer 5 is less than Hv400, the amount of wear increases. If it exceeds Hv700, the hardness is too high and the plating layer may crack.
  • the hardness difference between the Ni / PTFE plating layer 5 and the cage 2 will be described.
  • the cage 2 is subjected to carburizing, quenching and tempering, and the surface hardness is in the range of Hv450 to Hv700, and the hardness difference between the surface hardness and the plating hardness of the Ni / PTFE plating layer 5 is determined.
  • Hv is 200 or less. Bearings used in the connecting rod large end portion of the engine and the planetary mechanism portion of the transmission are swung, so that the cage 2 rotates while causing an elliptical motion. Therefore, if the plating does not follow the elliptical deformation of the cage 2, cracking or peeling occurs in the plating.
  • the deformation of the cage 2 is affected by the rigidity of the cage 2 and changes depending on the hardness if the shape and material are the same. Therefore, the influence of cage hardness and plating hardness was confirmed.
  • the confirmation method is to make a sample with the cage hardness and plating hardness up and down, load the cage 2 with a static load, and give the amount of deformation within the elastic deformation (cage deformation 0.5 mm) 10,000 times. After that, the plating layer was visually checked for abnormalities. As a result, as shown in Table 1, when the hardness difference between the surface hardness of the cage and the plating hardness of the Ni / PTFE plating layer 5 was Hv 200 or less, no cracking or peeling was observed in the plating.
  • the dissolution of the surface treatment will be described. It was confirmed by an immersion test that the metal component of the Ni / PTFE plating layer 5 according to the embodiment of the present invention does not dissolve under the high temperature condition of the 4-cycle engine oil. As shown in FIG. 7, in the conventional copper / silver plating, a large amount of element is detected from the oil along with the immersion time. On the other hand, the elements related to the Ni / PTFE plating layer 5 and the base plating layer 4 were not detected even when 200 hours passed in the embodiment.
  • the base plating layer 4 was applied to the cage 2, and the Ni / PTFE plating layer 5 was further applied to the surface of the base plating layer 4. Since nickel has a property that it is difficult to dissolve in the additive (it is difficult to react), nickel or the like in the Ni / PTFE plating layer 5 can be prevented from being dissolved into the engine oil. Further, by providing the base plating layer 4 between the Ni / PTFE plating layer 5 and the base material (retainer), the adhesion strength between the base material and the Ni / PTFE plating layer 5 is improved, and plating peeling is prevented. (Since plating is obtained by bonding between metals, adhesion is improved by bonding between metals having similar compositions).
  • the self-lubricating action of PTFE in the Ni / PTFE plating layer 5 reduces the friction coefficient of plating and improves the wear resistance. Accordingly, the self-lubricating performance of the Ni / PTFE plating layer 5 can prevent wear.
  • the nickel plating layer as the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 contain a common composition, that is, nickel, the composition in the vicinity of both layers gradually changes, and the nickel plating layer and the Ni / PTFE plating layer 5 Can be brought into close contact with no gap. Therefore, the adhesiveness is excellent over the base material, the nickel plating layer, and the Ni / PTFE plating layer 5. As described above, the adhesion is improved because the bonding between the metals is strengthened by providing a plating having a similar composition between them. Further, by setting the surface roughness of the Ni / PTFE plating layer 5 to Ra 0.7 ⁇ m or less, it is possible to reduce the unevenness of the roughness itself and to reduce the wear amount of the plating itself.
  • the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 are applied only to the width surface 2a and the outer diameter surface 2b of the cage 2.
  • adjacent cages 2 and 2 may come into contact with each other at the width surface 2a, but the underlying plating layer of the width surface 2a in the cage 2 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 can reduce wear due to relative contact of the cage 2, and can have a long life.
  • the outer diameter surface 2 b of the cage 2 may come into contact with the outer member.
  • the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer provided on the outer diameter surface 2 b are used. 5, the wear of the outer diameter surface 2b can be prevented.
  • the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 may be provided only on the width surface 2a of the cage 2 or only on the outer diameter surface 2b.
  • the base plating layer 4 and the Ni / PTFE plating layer 5 may be applied to the entire cage. In this case, the plating layer is attached to the roller guide surface of the cage pocket 3, so that the wear of the roller 1 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the man-hour of the entire plating operation.
  • the retainer 2A of the roller with retainer 50B according to the third embodiment shown in FIG. 9 has a guide protrusion that projects substantially perpendicularly toward the inner diameter side at both axial ends of the pocket 3 on the peripheral wall to guide the end face 1a of the roller 1.
  • the piece 12 is formed integrally. Since the roller end face 1a is guided by the guide projection piece 12, the guide face 12a of the roller end face 1a by the cage 2A extends to the inner diameter side or shifts to the inner diameter side. Therefore, the roller end surface 1a is supported without being detached from the guide surface 12a toward the inner diameter side until the inclination angle of the roller 1 becomes relatively large.
  • the roller end surface 1a can be prevented from coming off by the guide protrusion 12 regardless of the roller length with respect to the width of the cage 2A.
  • the base plating layer 4 is applied to the entire surface of the cage 2 ⁇ / b> A, and the above-described Ni / PTFE plating layer 5 is applied to the surface of the base plating layer 4. Since the base plating layer 4 is also applied to the guide surface 12a of the guide protrusion 12, and the Ni / PTFE plating layer 5 is applied to the surface of the base plating layer 4 of the guide surface 12a, the roller end surface 1a Wear reduction can be achieved.
  • the retainer 2B of the roller with retainer 50C according to the fourth embodiment shown in FIG. 10 is obtained by applying a nickel plating layer as a base plating layer 4 to the entire surface and combining PTFE 13 with the nickel plating surface layer. is there. According to the present embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described embodiments with a smaller amount of PTFE than that in which the PTFE of FIG. 3 is uniformly dispersed. Thus, the amount of PTFE can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • a roller with a cage 50D according to the fifth embodiment in FIG. 11 includes a plurality of rollers 1 and first and second cages 2C and 15.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the roller with cage cut along a plane including the axis L1.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the first cage 2C has the same configuration as the cage 2 of the first embodiment described above with reference to FIGS.
  • a base plating layer 4 and a Ni / PTFE plating layer 5 are applied to the entire surface of the first cage 2C.
  • the second retainer 15 is a ring-shaped member having a flat surface, and a pocket 15a for retaining the roller 1 is formed.
  • the entire surface of the second cage 15 is provided with a base plating layer 4 and a Ni / PTFE plating layer 5.
  • the second cage 15 is disposed on the inner peripheral surface of the flange portion 6 of the first cage 2C via a radial gap.
  • FIG. 12 shows a bearing using the roller with cage according to any of the above embodiments.
  • This roller bearing with cage is composed of the roller with cage 50 (50A, 50B, 50C) having any one of the above-described configurations and the race ring 14 to which the plurality of rollers 1 are in rolling contact.
  • the outer ring is used as the race ring 14.
  • the roller bearing with a cage may be configured to include one or both of the outer ring and the inner ring (or shaft Sh).
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an essential part of a bearing for a connecting rod large end of an engine using a roller with a cage. Any one of the rollers with cage 50 according to the present invention is applied to the support bearings 16BR and 16BR for the crankshaft 16, the bearing of the connecting portion 17 between the connecting rod CR and the crankshaft 16, that is, the connecting rod large end bearing.

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Abstract

　使用オイルに含まれる添加剤に影響されない表面処理を施し、保持器の摩耗、過度の昇温を防止することができると共に、表面処理層と基材との密着性を向上させた保持器付きころおよび保持器付きころを用いた軸受を提供する。保持器付きころは、複数のころ(1)と、円周方向の複数箇所に、各ころ(1)をそれぞれ保持するポケット(3)を有するリング状の保持器(2)とを備える。保持器(2)の全表面に下地メッキ層(4)であるニッケルメッキ層を施し、このニッケルメッキ層の表面に、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層(5)を施した。

Description

保持器付きころ、保持器付きころ軸受および保持器 関連出願
　本出願は、２００９年５月１９日出願の特願２００９－１２０８９１、２００９年５月１９日出願の特願２００９－１２０８９２、２００９年５月１９日出願の特願２００９－１２０８９３、および２００９年５月１９日出願の特願２００９－１２０８９４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば四輪車や二輪車及び汎用エンジン等のクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造等に使用される保持器付きころ、保持器付きころ軸受および保持器に関し、保持器に発生する摩耗及び過度の昇温を解決する技術に関する。
　保持器付きころは、ころと保持器で構成され、ころの外周面と、内輪及び外輪の軌道面とが線接触する構造である。このため、軸受投影面積が小さい割に、高負荷容量と高剛性を得られる利点を有している。したがって、保持器付きころは、自動車用をはじめあらゆる分野に広く利用されている。
　一般に二輪車の大小端用には、滑り軸受または転がり軸受の保持器付きころが使用されている。２サイクルエンジンの場合、大小端部は、ガソリンとエンジンオイルとを混合させた噴霧状の混合液によって潤滑される。したがって滑り軸受では、摩耗や過度の昇温が発生するため、保持器付きころ、シェルラジアル軸受等の転がり軸受が使用されている。ただし、使用される転がり軸受で保持器付きころは、保持器外径や幅面の摩耗や過度の昇温防止のために、銅メッキや銀メッキが使用されていた。
　銅メッキや銀メッキで耐えられない高速回転では、母材はニッケルを主要素材としフッ素樹脂の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキが提案されている（特許文献１）。この考案は、高速使用条件による摩耗や過度の昇温の防止を視点とした対策内容である。
実用新案登録第２５８２４０２号公報
　従来技術は、高速性に対する摩耗・過度の昇温を防止することを目的として、ニッケルを主要素材としフッ素樹脂を含む複合メッキを保持器に形成している。しかし、近年の銅及び銀メッキの摩耗は、使用条件の厳しさではなく、潤滑油の影響によりメッキが化学反応を起こすことで溶解（消失）し、保持器が過度に昇温することがある。特に、４サイクルエンジンに使用される軸受に発生することが多い。
　４サイクルエンジンの場合、ガソリンとエンジンオイルとは混合されず、エンジンオイルを直接大小端部へ給油することができる。このため、安価で転がり軸受よりも負荷能力が高い滑り軸受が使用されており、転がり軸受は殆んど使用されていない。
　しかしながら、近年ではエンジンの燃費向上のため、４サイクルエンジンの支持部（例えば、コンロッド大端部）の滑り軸受が転がり軸受（保持器付きころ）へ置き換わっている。この４サイクルエンジンへの転がり軸受の適用が、課題の発端である。
　ところで、２サイクルエンジンと４サイクルエンジンとでは、使用するオイルが全く異なっている。４サイクルエンジンでは、オイルパンに溜められたエンジンオイルが圧送され、エンジン各部を潤滑した後、オイルパンに再び戻る。これに対して２サイクルエンジンでは、エンジンオイルは燃料に混合され回転部や摺動部に付着することにより、またはオイルタンクからの圧送によりエンジン各部を潤滑した後、混合気と共に燃焼室に入り燃焼する。このような潤滑機構の差異および動弁機構の有無のような構造の差異により、２サイクルエンジンオイルと４サイクルエンジンオイルに要求される性能は大きく異なる。
　これら２サイクルエンジンオイルと４サイクルエンジンオイルの組成上の大きな差異は、硫酸灰分と、ジアルキルジチオりん酸亜鉛（Zinc Dialkyldithiophosphate；略称ZnDTP）の有無にある。２サイクルエンジンオイルで硫酸灰分が低いのは、灰分の主要要因である過塩基性清浄剤の酸中和性能が要求されないことと、灰分が燃焼室堆積物を増加させ、プラグ失火を生じることがあるためである。２サイクルエンジンオイルにZnDTPが処方されないのは、２サイクルエンジンではオイルの酸化防止性が要求されないことと、動弁機構がないため、厳しい摩耗防止性能が要求されないためである。前記ZnDTPは通常１５０～２００℃で熱分解されると言われているが、高負荷運転時のピストン、リングまわりの温度は２００℃を超えるという報告もあり、ZnDTPの添加剤がかえってピストンの汚れ、リング膠着を生じる。このピストン汚れおよびリング膠着を防止するため、多くの清浄剤を必要とすることもZnDTPを添加しない理由である。前記ZnDTPは、酸化防止能、腐食防止能、耐荷重性能、摩耗防止能等を有し、いわゆる多機能型添加剤として、エンジンオイルや工業用潤滑油に広く使用されている。
　ZnDTPの摩耗防止機構としては、
（１）ZnDTP中の硫黄やりんが金属と反応して硫化鉄やりん酸塩の皮膜を作り摩耗を防ぐ。
（２）ZnDTPが分解して金属表面にポリフォスフェートの膜を生成し摩耗を防ぐ。
という説が有力である。
　以上のように、４サイクルエンジンオイルには、添加剤であるZnDTPが入っており、このZnDTP中の成分に硫黄が入っている。摩耗防止機構として、この硫黄が金属と反応し皮膜を作り摩耗防止効果があるとのことだが、保持器に施す銅メッキや銀メッキでは効果が低いことが、種々の評価及び市場回収品から判明した。
　すなわち銅メッキや銀メッキを施した保持器を、高温の４サイクルエンジンオイルに浸漬させると、時間と共に油中に銅、銀の化学成分が増加していることが判明し、油中への溶け出しが認められた。また、銀メッキは黒色に変化し、メッキが脆くなり容易に剥れが認められた。市場回収品の保持器付きころにおいても、他の部品と接することのない部分のメッキ剥れが認められることがある。したがって、エンジンオイルに含まれる添加剤に影響されない表面処理が必要である。また、基材（保持器）との密着性を向上させることでメッキ剥れを防ぐ必要がある。
　この発明の目的は、使用オイルに含まれる添加剤に影響されない表面処理を施し、保持器の摩耗、過度の昇温を防止することができると共に、表面処理層と基材との密着性を向上させた保持器付きころおよび保持器付きころを用いた軸受を提供することである。
　この発明の保持器付きころは、複数のころと、円周方向の複数箇所に、前記各ころをそれぞれ保持するポケットを有するリング状の保持器とを備えた保持器付きころにおいて、前記保持器の全表面のうち、少なくとも外径面および幅面のいずれか一方または両方に下地メッキ層を施し、この下地メッキ層の表面に、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を施したものである。
　前記「ＰＴＦＥ」とは、ポリテトラフルオロエチレン（Polytetrafluoroethylene）の略称であり、テトラフルオロエチレンの重合体で、フッ素原子と炭素原子のみから成るフッ化炭素樹脂である。このフッ化炭素樹脂形状は多角形状となっている。
　この構成によると、メッキは金属同士の結合により密着力を得ているため、組成の近い金属同士の結合により密着力が向上する。ニッケルは銅・銀に比べ添加剤と反応し難い性質を持つため、溶出を抑制することが可能となる。よってＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層中のニッケル等がエンジンオイル中に溶け出すことを防止できる。したがって、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の自己潤滑性により保持器の摩耗、過度の昇温を防止し、エンジンを長期に稼動させることができる。また、保持器の少なくとも外径面および幅面のいずれか一方または両方に下地メッキ層、およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層が設けられているから、保持器が外輪案内タイプである場合の外径面の摩耗が防止され、あるいは複数の保持器付きころが軸方向に近接して配置された場合に、隣接する保持器同士の幅面が接触して摩耗するのが防止される。
　前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層におけるＰＴＦＥは、ニッケルメッキ中にＰＴＦＥ粒子が分散しているものであっても良い。前記下地メッキ層はニッケルメッキ層であっても良い。このニッケルメッキ層とＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層とが共通の組成物すなわちニッケルを含むため、両層付近の組成が徐々に変化し、これらニッケルメッキ層とＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層との界面を隙間無く密着させることができる。よって、基材、ニッケルメッキ層、およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層にわたって密着性が優れたものになる。（つまりメッキの密着力は、金属同士の結合によるもの、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層と組成の近いニッケルメッキ層を設けることにより、保持器に直接Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキを処理するより密着力が高くなる。）
　前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の表面粗さをＲａ０．７μｍ以下としても良い。「Ｒａ」は、日本工業規格で規定される中心線平均粗さＲａである。Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の表面粗さがＲａ０．７μｍを超えると、メッキ自体の摩耗量が増加する傾向にある。これは、粗さ自身の凹凸の凸部が高く面粗さが粗い方が摩耗し易いためである。換言すれば、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の表面粗さをＲａ０．７μｍ以下とすることで、前記粗さ自身の凹凸の凸部を低くし、メッキ自体の摩耗量の低減を図ることが可能となる。
　この発明において、下地メッキ層の表面に施された前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層のＰＴＦＥ量を２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下としたものである。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層におけるＰＴＦＥ量が少ないと摩擦係数が高く摺動特性が劣り、メッキ摩耗量が多い傾向にある。特に、ＰＴＦＥ量が２０ｖｏｌ％未満であると、摩耗が顕著となる。逆に、ＰＴＦＥ量が多すぎると熱処理後の硬度が低いため、摩耗量が多くなる傾向にあった。さらに、ＰＴＦＥが多く含まれるとコスト高になる。ＰＴＦＥ量が３５ｖｏｌ％を超えると熱処理後の硬度が低いため、摩耗量が多くなる傾向にある。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層のＰＴＦＥ量を２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下と規定することで、摩耗係数が低く摺動特性に優れ、メッキ摩耗量を低くすることができる。さらに製造コストの低減を図ることが可能となる。
　この発明において、前記保持器の全表面に下地メッキ層を施し、この下地メッキ層の表面に施された前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層を熱処理により硬化させ、このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の前記熱処理の後の硬度（この硬度を「メッキ硬度」と称す）をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下としたものであっても良い。前記「Ｈｖ」で表される硬度は、ビッカース硬さである。
　なお、添加剤がエンジンオイルに入っていた場合、この添加剤が分解して金属表面に膜を生成し摩耗防止をより図るため、前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層が添加剤の効果を阻害することはない。
　また、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の熱処理後のメッキ硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下としている。前記メッキ硬度は、ＰＴＦＥの含有量と焼入れ温度で決定する値である。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度がＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下であれば、摩耗量の差は０．００１ｍｍ以内であり、差が認められない結果であった。このようにＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下に規定することにより、耐摩耗性を持続することができる。Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度がＨｖ４００未満では、摩耗量が大きくなる。Ｈｖ７００を超えると、硬度が高すぎてメッキ層がヒビ割れる可能性がある。
　前記保持器は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がＨｖ４５０以上Ｈｖ７００以下の範囲であり、この表面硬度と、前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の硬度との硬度差をＨｖ２００以下としても良い。エンジンのコンロッド大端部やトランスミッションの遊星機構部に使用される軸受は、振り回される運動のため、保持器は楕円運動を起こしながら自転している。そのため、保持器の楕円変形にメッキが追従しなければ、メッキにヒビ割れや剥れが発生する。この保持器の変形には、保持器の剛性が影響し同じ材料同じ形状であれば、硬度によって変化する。そのため、保持器硬度とメッキ硬度の影響を確認した。
　確認方法は、保持器硬度とメッキ硬度を上下に振ったサンプルを製作し、保持器に静的な荷重を負荷させ、弾性変形内の変形量を所定回数与えた後に、メッキ層に異常がないか目視確認した。その結果、保持器の表面硬度と、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層のメッキ硬度との硬度差がＨｖ２００以下であれば、メッキに割れや剥れは認められなかった。
　この発明において、前記下地メッキ層およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の総膜厚を８μｍ以上２２μｍ以下としたものであってもよい。
　実際の保持器付きころを用い、クランクモーション運動で、各種メッキ層の摩耗量比較を実施し、総膜厚を決定した。この摩耗量比較を実施した結果、本発明のＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層は、初期の数十時間で初期摩耗が止まり、それ以降は摩耗が進行しないことが判明した。摩耗量が７μｍであったため、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の下限値を７μｍとした。
　また、下地メッキ層の膜厚を例えば３±２μｍとし、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の膜厚を例えば７μｍ以上１７μｍ以下とすることで、メッキ層全体の総膜厚を８μｍ以上２２μｍ以下にする。
　メッキは金属同士の結合により密着力を得ているため、組成の近い金属同士の結合により密着力が向上する。ニッケルは銅・銀に比べ添加剤と反応し難い性質を持つため、溶出を抑制することが可能となる。
　メッキ層全体の総膜厚が２２μｍを超える場合、コスト上昇につながる。総膜厚が８μｍよりも薄い場合、例えば、メッキ摩滅→保持器基材表面の露出→コンロッド内径との摺動→温度上昇、保持器摩耗→保持器に過度の昇温、という流れで不具合につながる。
　この発明の保持器付きころでは、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の自己潤滑性能により摩耗防止が可能となる。特に、メッキ層全体の総膜厚を８μｍ以上２２μｍ以下にすることで、コスト低減を図ると共に、保持器の過度の昇温を防止できる。
　この発明の保持器付きころは、保持器に用いられる。
　この発明の保持器付きころ軸受は、前記いずれかの保持器付きころと、前記複数のころが転接する軌道輪とを備えたものである。
　前記いずれかの保持器付きころを用いたエンジンのクランクシャフト用支持軸受を適用しても良い。前記いずれかの保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受を適用しても良い。前記いずれかの保持器付きころを用いたトランスミッション用の支持軸受を適用しても良い。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
（Ａ）はこの発明の第１実施形態に係る保持器付きころの断面図、（Ｂ）は同保持器の平面図、（Ｃ）は基材表面に、下地メッキ層を介してＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を設けた要部断面図である。 運転時間とメッキ摩耗量との関係を表す図である。 ニッケルメッキ中にＰＴＦＥ粒子を分散させた例を示す要部断面図である。 （Ａ）は摩耗量の比較評価を行うサバン試験の方法を説明する図、（Ｂ）はＰＴＦＥ量と、摩耗量及び摩擦係数との関係を表す図である。 Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の表面粗さと摩耗量との関係を表す図である。 Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度と摩耗量との関係を表す図である。 浸漬時間と検出元素量との関係を表す図である。 この発明の第２実施形態に係る保持器付きころの断面図である。 （Ａ）この発明の第３実施形態に係る保持器付きころの断面図、（Ｂ）は同保持器の要部平面図である。 （Ａ）この発明の第４実施形態に係る保持器付きころの断面図、（Ｂ）はＰＴＦＥを非分散形とした例を示す要部断面図である。 （Ａ）この発明の第５実施形態に係る保持器付きころの断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 前記各実施形態に係るいずれかの保持器付きころを用いた軸受の断面図である。 同保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受の要部断面図である。
　この発明の第１実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この発明の第１実施形態に係る保持器付きころは、例えば四輪車や二輪車及び汎用エンジン等のクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造等に使用される。ただし、これらクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造に限定されるものではない。
　図１（Ａ）に示すように、保持器付きころ５０は、複数のころ１と保持器２とを備えており、外輪として作用する外方部材３１と、内輪として作用する内方部材３２との間に介装されている。内方部材３２は、例えば、この保持器付きころ５０が支持する軸体であり、その外周面に、ころ１が転接するものとされている。ころ１は例えば針状ころが適用され、このころ１の端面１ａを平坦面としている。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、保持器２は、円周方向の複数箇所に、前記各ころ１をそれぞれ保持するポケット３を有するリング状のものである。この保持器２に、後述する下地メッキ層４を介して、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５（後述する）を施している。
　この保持器２は例えば薄肉鋼板のプレス成形品から成る。図１に示すように、保持器２は、両端に内径側に屈曲した環状部である一対の鍔部６、６を有する略円筒状に形成され、かつ周壁の軸方向の中央部分が、径方向内方へ小径部分７として絞られている。図１（Ｂ）に示すように、保持器２は、一対の鍔部６、６を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部８を有し、隣合う柱部８、８間がそれぞれ前記ポケット３となる。なお、保持器２は、鍔部６、６の代わりに平坦形状等の環状部を有するものとしても良い。柱部８におけるポケット３の開口周縁において、軸方向中央の小径部分７に、脱落防止用突縁９が形成され、且つ、軸方向両端の大径部分に脱落防止用突縁１０、１０が形成されている。柱部８におけるポケット３の開口周縁において、脱落防止用突縁９、１０間に、ころ１を周方向に案内する傾斜縁１１であって、軸方向の中央部分に向かうに従って径方向外方から内方に傾斜する傾斜縁１１が形成されている。ころ１は、これら脱落防止用突縁９、１０で内外に抜け止めされ、且つ傾斜縁１１で周方向に案内される。
　下地メッキ層４、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５について説明する。
　図１（Ａ）、（Ｃ）に示すように、保持器２の表面全体に下地メッキ層４を施し、この下地メッキ層４の表面に、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を施している。前記下地メッキ層４はニッケルメッキ層である。メッキを処理する面は、保持器表面の全面であり、同保持器の幅面、内径面、ポケットも含む。
　前記ニッケルメッキ層の膜厚δ１を例えば３±２μｍとし、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の膜厚δ２を例えば７μｍ以上１７μｍ以下としている。ただし、ニッケルメッキ層の膜厚δ１は３±２μｍに限定されるものではない。これらニッケルメッキ層およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の総膜厚δａを８μｍ以上２２μｍ以下としている。
　前記総膜厚δａを８μｍ以上２２μｍ以下とした理由について説明する。
　実際の保持器付きころ（内径２８ｍｍ×外径３４ｍｍ×幅１７ｍｍ）を用い、実機と同じクランクモーション運動で、各種メッキ層の摩耗量比較を実施し、総膜厚を決定した。図２に示すように、この結果から本発明のニッケルメッキ層およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５は、初期の数十時間で初期摩耗が止まり、それ以降は摩耗が進行しないことが判明した。また、摩耗量が７μｍであったため、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の最薄膜厚（下限値）を７μｍとした。
　メッキ層全体の総膜厚が２２μｍを超える場合、コスト上昇につながる。総膜厚が８μｍよりも薄い場合、例えば、メッキ摩滅→保持器の露出→コンロッド内径との摺動→温度上昇、保持器摩耗→保持器に過度の昇温、という流れで不具合につながる。この実施形態に係る保持器付きころでは、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の自己潤滑性能により摩耗防止が可能となる。
　特に、メッキ層全体の総膜厚δａを８μｍ以上２２μｍ以下にすることで、コスト低減を図ると共に、保持器の過度の昇温を防止できる。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５におけるＰＴＦＥは、図３に示すように、ニッケルを主要素材とする母材中にＰＴＦＥの微粒子（図中、黒点で示す）を分散共析させたものである。このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のＰＴＦＥ量を２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下と規定している。
　ＰＴＦＥ量の決定について説明する。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のＰＴＦＥ量の最適値を決定するために、サバン試験で摩擦係数を測定した。サバン試験とは、摩耗量の比較評価を行う試験である。例えば、図４（Ａ）に示すように、サバン試験機ＳＭは、試験片ｍ１を取り付ける試験片取付け部１９と、この試験片取付け部１９に取り付けた試験片ｍ１を回転させる回転部２０と、試験片取付け部１９に取り付けた試験片ｍ１に一定の荷重を負荷する荷重負荷部２１とを有する。荷重負荷部２１は、ばね等の付勢手段によって所定の荷重を試験片ｍ１に負荷し、その荷重量はロードセル２２によって測定される。荷重負荷部２１のうち試験片ｍ１にすべり接触させる相手材２３として、例えば日本工業規格ＳＣＭ４１５等の機械構造用鋼が適用される。ただしＳＣＭ４１５に限定されるものではない。試験片取付け部１９の内部には、フェルトパット２４が設けられ、このフェルトパット２４を試験片ｍ１の周面に当接させ回転部２０によりこの試験片ｍ１を回転させることでフェルトパット給油が行われる。試験片ｍ１を試験片取付け部１９に取り付け、試験片ｍ１に荷重を負荷しつつ回転部２０を回転させ、同試験片ｍ１を相手材２３とすべり接触させることにより摩耗量を測定し得る。
　この試験条件は以下の通りである。
　すべり速度 ： ０．０５ｍ／ｓ 、 ５．０ｍ／ｓ
　面圧：０．５ＧＰａ
　時間：３０ｍｉｎ（５．０ｍ／ｓ） 、 ６０ｍｉｎ（０．０５ｍ／ｓ）
　潤滑油：モービルベロシティＮｏ．３(ＶＧ２)
　その結果、図４（Ｂ）に示すように、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５中、ＰＴＦＥ量が多い方が摩擦係数が下がることが判明した。
　次に、総膜厚δａを決定した摩耗量比較試験と同様に、ＰＴＦＥ量の違いによる摩耗量比較を実施した。その結果、同図４（Ｂ）に示すように、ＰＴＦＥ量が少ないと摩擦係数が高く摺動特性が劣り、メッキ摩耗量が多い傾向にある。特に、ＰＴＦＥ量が２０ｖｏｌ％未満であると、摩耗が顕著となる。逆に、ＰＴＦＥ量が多すぎると熱処理後の硬度が低いため、摩耗量が多くなる傾向にあった。さらに、ＰＴＦＥが多く含まれるとコスト高になる。図４（Ｂ）において、ＰＴＦＥ量を表す横軸の「１０～２０ｖｏｌ」は１０ｖｏｌ％を超え２０ｖｏｌ％未満を示す。「２０～３５ｖｏｌ」は２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下を示し、「３５～４０ｖｏｌ」は３５ｖｏｌ％を超え４０ｖｏｌ％以下を示す。
　以上の摩擦係数と摩耗量比較の結果から、ＰＴＦＥ量には最適領域があることが判明した。この発明の実施形態では、摩擦係数と摩耗量比較の結果からＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のＰＴＦＥ量を２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下と規定した。このようにＰＴＦＥ量を規定することで、摩擦係数が低く摺動特性に優れ、メッキ摩耗量を低くすることができる。さらに製造コストの低減を図ることが可能となる。したがって、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の自己潤滑性により保持器２の摩耗、過度の昇温を防止し、エンジン等を長期に稼動させることができる。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の表面粗さの規格値について説明する。
　この発明の実施形態では、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の表面粗さはＲａ０．７μｍ以下としている。
　「Ｒａ」は、日本工業規格で規定される中心線平均粗さＲａであり、ＪＩＳ ０６０１－１９７６表面粗さの規格に準拠して測定する。この中心線平均粗さは、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さＬの部分を抜き取り、この抜き取りの中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したとき、次の式で与えられるＲａの値をマイクロメートル単位で表したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の表面粗さにより、メッキ自体の摩耗量が変化するかどうかを確認するため、膜厚評価を行った上記保持器付きころ及び上記試験条件で、摩耗比較評価を実施した。その結果、図５に示すように、表面粗さがＲａ０．７μｍを超えると、摩耗量が増加する傾向にある。これは、粗さ自身の凹凸の凸部が高く表面粗さが粗い方が摩耗しやすい結果であった。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の硬度について説明する。
　この実施形態では、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を熱処理により硬化させ、このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の熱処理後のメッキ硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下とすることにより、耐摩耗性を持続することができる。Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のメッキ硬度の最適値を決定するために、総膜厚δａを決定した際と同じ保持器付きころで同じ試験条件で摩耗比較を実施した。メッキ硬度のＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下は、ＰＴＦＥの含有量と焼入れ温度とで決定する値である。したがって、試験サンプルは、ＰＴＦＥ量を一定にして、焼入れ温度を変更して製作した。
　図６に示すように、この結果からＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の焼入れ後のメッキ硬度がＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下であれば、摩耗量の差は０．００１ｍｍ以内であり、差が認められない結果であった。Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の焼入れ後のメッキ硬度がＨｖ４００未満では、摩耗量が大きくなる。Ｈｖ７００を超えると、硬度が高すぎてメッキ層がヒビ割れる可能性がある。
　Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５と保持器２との硬度差について説明する。
　この発明の実施形態では、保持器２は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がＨｖ４５０以上Ｈｖ７００以下の範囲であり、この表面硬度と、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のメッキ硬度との硬度差をＨｖ２００以下としている。
　エンジンのコンロッド大端部やトランスミッションの遊星機構部に使用される軸受は、振り回される運動のため、保持器２は楕円運動を起こしながら自転している。そのため、保持器２の楕円変形にメッキが追従しなければ、メッキにヒビ割れや剥れが発生する。この保持器２の変形には、保持器２の剛性が影響し形状・材料が同じであれば、硬度によって変化する。そのため、保持器硬度とメッキ硬度の影響を確認した。確認方法は、保持器硬度とメッキ硬度を上下に振ったサンプルを製作し、保持器２に静的な荷重を負荷させ、弾性変形内の変形量（保持器変形０．５ｍｍ）を１００００回与えた後に、メッキ層に異状がないか目視確認した。その結果、表１に示すように、保持器の表面硬度と、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５のメッキ硬度との硬度差がＨｖ２００以下であれば、メッキに割れや剥れは認められなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表面処理の溶解について説明する。
　この発明の実施形態に係るＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の金属成分等が、４サイクルエンジンオイルの高温条件下で溶解しないことを浸漬試験で確認した。図７に示すように、従来の銅・銀メッキは浸漬時間と共に油中から多くの元素量が検出されている。これに対して、実施形態のものは２００時間経過しても、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５および下地メッキ層４に関係した元素は検出されなかった。
　下地処理の有無によるメッキの密着力について説明する。
　この発明の実施形態のものは、下地処理としてニッケルメッキを施した。下地メッキ有無による密着力を、実際の保持器付きころ（内径２８ｍｍ×外径３４ｍｍ×幅１７ｍｍ）を用い、実機と同じクランクモーション運動で比較を実施した。その結果、表２に示すように、下地にニッケルメッキを施さない従来製品は、試験後にメッキの摩耗と剥れが認められた。一方、前記下地処理を施した実施形態のものは、試験後に軽微な摩耗は認められたが、剥れは認められなかった。このことから、メッキの密着力向上には下地処理が必要であることが判明した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　以上説明した保持器付きころ５０によると、保持器２に下地メッキ層４を施し、さらにこの下地メッキ層４の表面にＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を施した。ニッケルは添加剤に溶けにくい（反応し難い）性質を持っているため、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５中のニッケル等がエンジンオイル中に溶け出すことを防止できる。また、下地メッキ層４をＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５と基材（保持器）の間に設けることにより、基材とＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５との密着強度が向上し、メッキ剥れを防止する（メッキは金属同士の結合により密着力を得ているため、組成の近い金属同士の結合により密着力が向上する）。さらにＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５中のＰＴＦＥの自己潤滑作用により、メッキの摩擦係数が低減し、耐摩耗性が向上する。よって、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の自己潤滑性能により摩耗防止が可能となる。
　下地メッキ層４であるニッケルメッキ層とＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５とが共通の組成物すなわちニッケルを含むため、両層付近の組成が徐々に変化し、これらニッケルメッキ層とＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５との界面を隙間無く密着させることができる。よって、基材、ニッケルメッキ層、およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５にわたって密着性が優れたものになる。上記のように、密着力が向上するのは、組成の近いメッキを間に設けることにより金属同士の結合を強くしているためである。また、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の表面粗さをＲａ０．７μｍ以下とすることで、前記粗さ自身の凹凸の凸部を低くし、メッキ自体の摩耗量の低減を図ることが可能となる。
　次に、この発明の第２ないし第５実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の符号を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　図８に示す第２実施形態に係る保持器付きころ５０Ａでは、保持器２の幅面２ａと外径面２ｂのみに下地メッキ層４およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５が施されている。複数の保持器付きころ５０Ａが軸方向に近接して配置されている場合、隣接する保持器２、２同士が互いに幅面２ａで接触することがあるが、保持器２における幅面２ａの下地メッキ層４、およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５により、保持器２の相対接触による摩耗を低減し、長寿命とできる。また、外輪案内タイプの保持器２では、保持器２の外径面２ｂが外方部材に接触することがあるので、この外径面２ｂに設けられた下地メッキ層４およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５により、外径面２ｂの摩耗を防止できる。保持器２の幅面２ａのみ、または外径面２ｂのみに、下地メッキ層４およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を設けてもよい。もちろん、下地メッキ層４およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を、保持器全体に施してもよく、その場合、保持器ポケット３のころ案内面にメッキ層が付くため、ころ１の摩耗低減を図れるうえ、メッキ作業全体の工数低減を図ることができる。
　図９に示す第３実施形態に係る保持器付きころ５０Ｂの保持器２Ａは、この周壁におけるポケット３の軸方向両端に、内径側へ略垂直に突出してころ１の端面１ａを案内する案内突片１２を一体に成形している。案内突片１２でころ端面１ａが案内されるため、保持器２Ａによるころ端面１ａの案内面１２ａが通常よりも内径側に延び、または内径側に移る。したがって、ころ１の傾き角度が比較的大きくなるまで、ころ端面１ａが案内面１２ａから内径側へ外れることなく支持される。案内突片１２をポケット３の端部に設けるため、保持器２Ａの幅に対するころ長さに拘わらず、案内突片１２によるころ端面１ａの外れ防止が行える。保持器２Ａの表面全体に下地メッキ層４を施し、この下地メッキ層４の表面に、前述のＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を施している。この案内突片１２の案内面１２ａにも、下地メッキ層４が施され、この案内面１２ａの下地メッキ層４の表面に、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５が施されているため、ころ端面１ａの摩耗低減を図ることができる。
　図１０に示す第４実施形態に係る保持器付きころ５０Ｃの保持器２Ｂは、この表面全体に下地メッキ層４であるニッケルメッキ層を施し、このニッケルメッキの表層にＰＴＦＥ１３を複合させたものである。本実施形態によると、図３のＰＴＦＥを均一に分散させるものより少ないＰＴＦＥ量で前述の各実施形態のものと同等の効果を得ることが可能となる。このようにＰＴＦＥ量を少なくできる分、製造コストの低減を図ることが可能となる。
　図１１の第５実施形態に係る保持器付きころ５０Ｄは、複数のころ１と、第１および第２の保持器２Ｃ、１５とを有する。図１１（Ａ）は軸線Ｌ１を含む平面で保持器付きころを切断して見た断面図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＡ－Ａ線断面図である。第１の保持器２Ｃは、図１～図７と共に前述した第１実施形態の保持器２と同様の構成とされている。第１の保持器２Ｃの表面全体に下地メッキ層４、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５が施されている。第２の保持器１５は、平坦面からなるリング状のものであり、ころ１を保持するポケット１５ａが形成されている。この第２の保持器１５の表面全体に下地メッキ層４、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５が施されている。この第２の保持器１５は、第１の保持器２Ｃの鍔部６の内周面に径方向隙間を介して配置される。
　図１２は、前記各実施形態のいずれかの保持器付きころを用いた軸受を示す。この保持器付きころ軸受は、前記いずれかの構成の保持器付きころ５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）と、前記複数のころ１が転接する軌道輪１４とでなる。軌道輪１４はこの例では外輪が適用される。保持器付きころ軸受は、前記外輪および内輪（または軸Ｓｈ）のいずれか一方、または両方を含む構成としても良い。
　図１３は、保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受の要部断面図である。この発明のいずれかの保持器付きころ５０等が、クランクシャフト１６用支持軸受１６ＢＲ，１６ＢＲや、コンロッドＣＲとクランクシャフト１６との連結部１７の軸受、つまりコンロッド大端用軸受に適用される。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…ころ
２，２Ａ，２Ｂ…保持器
３…ポケット
４…下地メッキ層
５…Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層
１３…ＰＴＦＥメッキ層
１４…外輪
１５…第２の保持器

Claims (13)

  1. 　複数のころと、円周方向の複数箇所に、前記各ころをそれぞれ保持するポケットを有するリング状の保持器とを備えた保持器付きころであって、
    　前記保持器の全表面のうち、少なくとも外径面および幅面のいずれか一方または両方に下地メッキ層を施し、この下地メッキ層の表面に、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を施した保持器付きころ。
  2. 　請求項１において、前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層におけるＰＴＦＥは、ニッケルメッキ中にＰＴＦＥ粒子が分散しているものである保持器付きころ。
  3. 　請求項１において、前記下地メッキ層はニッケルメッキ層である保持器付きころ。
  4. 　請求項１において、前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の表面粗さをＲａ０．７μｍ以下とした保持器付きころ。
  5. 　請求項１において、下地メッキ層としてニッケルメッキ層を施し、この下地メッキ層の表面に施された前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層のＰＴＦＥ量を２０ｖｏｌ％以上３５ｖｏｌ％以下とした保持器付きころ。
  6. 　請求項１において、前記保持器の全表面に下地メッキ層を施し、この下地メッキ層の表面に施された前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層を熱処理により硬化させ、このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の前記熱処理の後の硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下とした保持器付きころ。
  7. 　請求項６において、前記保持器は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がＨｖ４５０以上Ｈｖ７００以下の範囲であり、この表面硬度と、前記Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層の硬度との硬度差をＨｖ２００以下とした保持器付きころ。
  8. 　請求項１において、前記下地メッキ層およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を合わせた総膜厚を８μｍ以上２２μｍ以下とした保持器付きころ。
  9. 　請求項１に記載の保持器付きころに用いられる保持器。
  10. 　請求項１に記載の保持器付きころと、前記複数のころが転接する軌道輪とを備えた保持器付きころ軸受。
  11. 　請求項１に記載の保持器付きころを用いたエンジンのクランクシャフト用支持軸受。
  12. 　請求項１に記載の保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受。
  13. 　請求項１に記載の保持器付きころを用いたトランスミッション用の支持軸受。
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