(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】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、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保持器２とを備える。前記保持器２の全表面に下地メッキ層であるニッケルメッキ層４を施し、このニッケルメッキ層４の表面に、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を施す。この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の前記熱処理の後の硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を施し、この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。
【請求項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。
【請求項３】
請求項１または請求項２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。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、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。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、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。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項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。
【請求項７】
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ける保持器であって、この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、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を施し、この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。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項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。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項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。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第２５８２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、この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。
前記「Ｈｖ」で表される硬度は、ビッカース硬さである。
【００１２】
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。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。
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、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。
【００１３】
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。）
【００１４】
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。
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。
【００１５】
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。
【００１６】
この発明の保持器は、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ける保持器であって、この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、ニッケルとＰＴＦＥとを含むＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層を施し、このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下としたものである。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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、このＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層の焼入れ後のメッキ硬度をＨｖ４００以上Ｈｖ７００以下としたため、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ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（Ａ）はこの発明の一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。
【図２】運転時間とメッキ摩耗量との関係を表す図である。
【図３】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。
【図４】（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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】浸漬時間と検出元素量との関係を表す図である。
【図８】この発明の他の実施形態に係る保持器付きころの断面図である。
【図９】（Ａ）この発明のさらに他の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。
【図１０】（Ａ）この発明のさらに他の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。
【図１１】この発明の実施形態に係る保持器付きころ軸受の断面図である。
【図１２】（Ａ）この発明のさらに他の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。
【図１３】この発明の実施形態に係る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の要部断面図である。
【図１４】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。
【図１５】同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の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この発明の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。
【００２１】
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とを備えている。内輪は無く、この保持器付きころ５０が支持する軸の外周面に、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。
【００２２】
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。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。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。図１（Ｂ）に示すように、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。
【００２３】
Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５等について説明する。
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。
【００２４】
前記総膜厚δａを８μｍ以上２２μｍ以下とした理由等について説明する。
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。
本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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【数１】
2010270779.tif 000003
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。
【００２８】
Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の硬度について説明する。
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以下としている。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
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。
また、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５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。
【００３５】
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。
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。このように基材である保持器２と、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５との硬度差を低減することで、Ｎｉ・ＰＴＦＥメッキ層５の密着性低下を防ぎ、メッキの割れや剥れを防止できる。
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。
【００３６】
次に、この発明の他の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参照符を付し、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。
【００３７】
図８に示す保持器付きころ５０Ａにおいて、保持器２が互いに幅面２ｈで接触するように配置される場合、保持器２における幅面２ｈ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。その他図１の保持器２と同様の作用効果を奏する。
下地メッキ層４およびＮｉ・ＰＴＦＥメッキ層５を、保持器全体に施した場合、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。
【００３８】
図９に示す保持器付きころ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。
【００３９】
図１０に示す保持器付きころ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。本実施例によると、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。
【００４０】
図１１は、この発明の一実施形態に係る保持器付きころ軸受を示す。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。
【００４１】
図１２の保持器付きころ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１２（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１２（Ｂ）は図１２（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の実施形態の保持器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。
【００４２】
図１３は、クランクシャフト用支持軸受等の要部断面図である。この軸受は、前記いずれかの保持器付きころ５０（５０Ａ〜５０Ｄ、「５０等と称す」）を用いたエンジンのクランクシャフト１６用支持軸受である。この例の装置は、互いに偏心運動するように併設される２つの保持器付きころ５０等を有する。各保持器付きころ５０等は、クランクシャフト１６に設けられた隣合う２つの偏心軸部１６ａ、１６ｂの外周にそれぞれ配置され、２つの可動部材Ｋｂをそれぞれ支持する。
図１４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。
図１５は、同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の要部断面図である。このトランスミッション１８の例では、回転が順次伝達されるように２つの遊星歯車装置１８Ａ、１８Ｂを設けた状態を示す。各遊星歯車装置１８Ａ（１８Ｂ）において、支持軸Ｓｈに保持器付きころ５０等を介して遊星歯車ＵＧが設けられる。
【符号の説明】
【００４３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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