(57)【要約】【課題】  動定格荷重が大きく、且つ針状ころと軌道輪との間の潤滑性に優れ、軸受寿命の長いスラスト針状ころ軸受を提供する。【解決手段】  軸方向に互いに対向する一対の軌道輪１１，１３間に複数の針状ころ１５が周方向に転動可能に介装されたスラスト針状ころ軸受１であって、針状ころ１５のころ有効長さをＬｒ、針状ころ１５の中心の軌道直径をＰＣＤとしたとき、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上であり、針状ころ１５の表面に固体潤滑剤による被膜が形成されており、軌道輪１１，１３の軌道面１１ａ，１３ａの表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれている。【選択図】        図１
2006226454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に互いに対向する一対の軌道輪間に複数の針状ころが周方向に転動可能に介装されたスラスト針状ころ軸受であって
前記針状ころの有効長さをＬｒ、前記針状ころの中心の軌道直径をＰＣＤとしたとき、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上であり、
前記針状ころの表面に固体潤滑剤による被膜が形成されており、
前記軌道輪の軌道面の表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれていることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
【請求項２】
前記固体潤滑剤による被膜が面積率７５％以上９５％以下で前記針状ころの表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト針状ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスト針状ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラスト針状ころ軸受は針状ころと軌道輪とが線接触する構造となっており、比較的高い剛性を得ることができる。このため、軸受サイズの割に高い荷重を負荷することができ、例えば産業機械、自動車のトランスミッション、トルクコンバータ、エアーコンプレッサー、等の機器に広く使用されている。
【０００３】
このような機器は、一般には回転数と荷重とが複雑に組み合わさった状態で運転され、これに組み込まれるスラスト針状ころ軸受も、同様に高速回転から低速回転、無負荷状態から高負荷状態まで幅広い条件下で動作することとなる。そのうえ、軸受が組み込まれる部位によっては外部から多量の潤滑剤を供給することもできず、潤滑性の面においても厳しい条件下にあるといえる。
【０００４】
そこで、ボールミル、バレル加工、ショットピーニング等において得られる機械的エネルギによって転動体の転動面や軌道輪の軌道面に二硫化モリブデン等の固体潤滑剤をコーティングして、転動体と軌道輪との間の潤滑性を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１５９３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、スラスト針状ころ軸受が組み込まれる機器には小型軽量化が求められてきており、軸受についても小型軽量化が進められている。これに伴い、針状ころと軌道輪との接触面積が縮小して接触面圧が増大し、軸受の使用条件は負荷の面でより過酷なものになってきている。このような条件下で軸受寿命を向上させるために、スラスト針状ころ軸受の動定格荷重の向上が望まれる。
【０００６】
また、接触面圧の増大は、針状ころと軌道輪との間の油膜の劣化を招き、これにより針状ころと軌道輪との間の潤滑性が低下して両者の磨耗が増大し、軸受寿命を低下させる要因となる虞がある。特許文献１に開示されている転がり軸受は、転動体の転動面や軌道輪の軌道面に固体潤滑剤をコーティングして転動体と軌道輪との間の潤滑性を高めているが、固体潤滑剤のコーティングを高負荷のスラスト針状ころ軸受に適用するためには、コーティング膜の耐負荷能力を改善する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、動定格荷重が大きく、且つ針状ころと軌道輪との間の潤滑性に優れ、軸受寿命の長いスラスト針状ころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係るスラスト針状ころ軸受は下記（１）および（２）を特徴としている。
【０００９】
（１）  軸方向に互いに対向する一対の軌道輪間に複数の針状ころが周方向に転動可能に介装されたスラスト針状ころ軸受であって、前記針状ころの有効長さをＬｒ、前記針状ころの中心の軌道直径をＰＣＤとしたとき、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上であり、前記針状ころの表面に固体潤滑剤による被膜が形成されており、前記軌道輪の軌道面の表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれていること。
（２）  上記（１）に記載のスラスト針状ころ軸受において、前記固体潤滑剤による被膜が面積率７５％以上９５％以下で前記針状ころの表面に形成されていること。
【００１０】
上記（１）の構成のスラスト針状ころ軸受においては、針状ころの中心の軌道直径ＰＣＤに対する針状ころの有効長さＬｒの比Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上とされている。これにより、ころ有効長さを大きく取ってスラスト針状ころ軸受の動定格荷重を大きくすることができる。尚、ころ有効長さとは、軸受回転中の針状ころにおいて軌道輪に線接触している部分の長さであって、針状ころの長さから径方向の面取り量（クラウニング量）を差し引いた長さである。
【００１１】
ここで、スラスト針状ころ軸受は、その基本構造に由来して、針状ころの転動面と軌道輪の軌道面との間に差動すべりが生ずる。即ち、スラスト針状ころ軸受は、平板円輪状の一対の軌道輪間に、略円筒形の複数の針状ころが放射状に円周等配に介装されており、軸受の回転中心と針状ころの公転中心とが一致した構造となっている。この場合、針状ころの転動面の周速度は同じ速度であるが、軌道輪の軌道面については軸受の回転中心から外径側に向かうほど周速度が大きくなる。このため、針状ころの転動面と軌道輪の軌道面との周速度差は、針状ころの両端部で最大となる。理論上、軸受のピッチ円（針状ころの中心の軌道円）上では純転がり接触となり、ピッチ円上の点からころの両端部に向けて差動すべりが増大する。この差動すべりは、針状ころの長さに比例して大きくなる傾向にある。
【００１２】
差動すべりによる接線力（線接触する針状ころと軌道輪との接触面に作用する力）は、針状ころと軌道輪との間の油膜を掻き取るなどして油膜の形成を阻害し、針状ころと軌道輪との接触面に摩耗を発生させ、軸受寿命を低下させる可能性がある。これについては、図３に示されるようにＬｒ／ＰＣＤが０．１以上となると軸受寿命が低下することが本出願人によって確認されている。
【００１３】
そこで、上記（１）の構成のスラスト針状ころ軸受においては、針状ころの表面に固体潤滑剤による被膜が形成されている。これにより、針状ころと軌道輪との間の潤滑性および針状ころの耐磨耗性を高め、差動すべりによる接線力の影響を低減することができる。尚、針状ころの有効長さが大きく取られていることにより針状ころの接触面圧が低減されているので、固体潤滑剤被膜の耐負荷能力が問題となることもない。
【００１４】
さらに、上記（１）の構成のスラスト針状ころ軸受においては、軌道輪の軌道面の表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれている。これにより、固体潤滑剤による被膜が形成されることで転動面の表面粗さが悪化した針状ころとの接触により軌道輪の軌道面が摩耗することを抑制することができる。
【００１５】
このように、上記（１）の構成のスラスト針状ころ軸受によれば、動定格荷重を大きくし、且つ針状ころと軌道輪との間の潤滑性および両者の耐磨耗性を高めることができ、これにより軸受寿命を向上させることができる。
【００１６】
上記（２）の構成のスラスト針状ころ軸受においては、面積率７５％以上９５％以下で針状ころの表面に固体潤滑剤による被膜が形成されている。７５％以上とすることにより針状ころの耐磨耗性を格段に向上させることができる。一方、９５％超とすると針状ころの耐磨耗性が飽和し、針状ころの摺動に伴って固体潤滑剤の脱落が起こり易くなり、軸受寿命に悪影響を及ぼす虞がある。以上のことから、固体潤滑剤による被膜は、面積率７５％以上９５％以下で針状ころの表面に形成されることが好ましい。尚、面積率は以下のようにして求められる。固体潤滑剤による被膜を形成された針状ころの表面の一辺２００μｍ四方の領域について、ＥＰＭＡ（倍率２０００倍、視野角３０°）により１０００倍に拡大して観察し、固体潤滑剤による被覆が形成される前の元素特性Ｘ線強度の１０倍以上のＸ線強度を有する領域を被膜が形成されているものとし、画像解析により一辺２００μｍ四方の領域において被膜が占める面積の割合を導出し、その平均値として求められる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のスラスト針状ころ軸受によれば、動定格荷重を大きくし、且つ針状ころと軌道輪との間の潤滑性および両者の耐磨耗性を高めることができ、これにより軸受寿命を向上させることができる。
【００１８】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るスラスト針状ころ軸受の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るスラスト針状ころ軸受の一実施形態の縦断面図である。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態のスラスト針状ころ軸受１は、一対の軌道輪である第１軌道輪１１および第２軌道輪１３と、第１軌道輪１１と第２軌道輪１３との間に円周方向に転動可能に介装された複数の針状ころ１５と、複数の針状ころ１５を転動可能に保持する保持器１７と、を備えている。
【００２１】
第１軌道輪１１および第２軌道輪１３はそれぞれ平板円輪状に形成されており、複数の針状ころ１５は第１軌道輪１１と第２軌道輪１３との間で保持器１７により転動可能に保持されて放射状に円周等配されている。
【００２２】
第１軌道輪１１および第２軌道輪１３の互いに対向する面には針状ころ１５の転動面１５ａが接触する軌道面１１ａ、１３ａがそれぞれ形成されている。針状ころ１５が軌道面１１ａ、１３ａ間を円周方向に転動し、第１軌道輪１１と第２軌道輪１３とが相対的に回転するようになっている。スラスト針状ころ軸受１の回転中心と針状ころ１５の公転中心とは一致している。
【００２３】
針状ころ１５は、軸方向の両端部に半径方向の面取り（クラウニング）を施された略円柱状の部材である。針状ころ１５の有効長さＬｒは、この針状ころ１５の中心の軌道直径ＰＣＤに対する比Ｌｒ／ＰＣＤで０．１以上となるように設定されている。Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上とされてころ有効長さＬｒが大きく取られることにより、スラスト針状ころ軸受１の動定格荷重が向上されている。
【００２４】
針状ころ１５は金属製であって、その表面には固体潤滑剤による被膜が形成されている。これにより、針状ころ１５と軌道輪１１，１３との間の潤滑性および針状ころ１５の耐磨耗性が高められ、ころ有効長さＬｒが大きく取られること、即ちころ長さＬが大きく取られることに伴い増大した差動すべりによる接線力の影響が低減されている。
【００２５】
固体潤滑剤による被膜は、面積率７５％以上９５％以下で針状ころ１５の表面に形成されていることが好ましい。７５％以上とすることにより、針状ころ１５の耐磨耗性を格段に向上させることができる。一方、９５％超とすると、針状ころ１５の耐磨耗性が飽和し、針状ころ１５の摺動に伴って固体潤滑剤の脱落が起こり易くなり、軸受寿命に悪影響を及ぼす虞がある。
【００２６】
固体潤滑剤としては、例えば、二硫化モリブデン、すず、ポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、金属石鹸、二硫化タングステン（ＷＳ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、黒鉛、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、すず合金、銅合金、などが挙げられる。
【００２７】
上記の固体潤滑剤を針状ころ１５の表面に定着させる方法としては、例えば、ボールミル、バレル加工、ショットピーニング等において得られる機械的エネルギを利用する方法が挙げられる。即ち、被加工物である針状ころ１５同士、または針状ころ１５と加工メディア（セラミックボールなど）との間で発生する衝撃エネルギや摩擦エネルギにより針状ころ１５の表面に固体潤滑剤の微粉末が定着させる。その他の方法としては、例えばスパッタリングやイオンプレーティングなどを挙げることができる。
【００２８】
第１軌道輪１１および第２軌道輪１３は金属製であって、軌道面１１ａ，１３ａの表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれていることが好ましい。これにより、固体潤滑剤による被膜が形成されることで転動面１５ａの表面粗さが悪化した針状ころ１５との接触により軌道輪１１，１３の軌道面１１ａ，１３ａが摩耗することを抑制することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のスラスト針状ころ軸受１によれば、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上とされており、ころ有効長さＬｒを大きく取ってスラスト針状ころ軸受１の動定格荷重を大きくすることができる。そして、針状ころ１５の表面に固体潤滑剤による被膜が形成されているので、針状ころ１５と軌道輪１１，１３との間の潤滑性および針状ころ１５の耐磨耗性が高められ、ころ長さＬ（ころ有効長さＬｒ）が大きく取られることに伴って増大した差動すべりによる接線力の影響を低減することができる。これにより軸受寿命を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態のスラスト針状ころ軸受１によれば、固体潤滑剤による被膜は面積率７５％以上９５％以下で針状ころ１５の表面に形成されているので、針状ころ１５の耐磨耗性を格段に向上させると共に、針状ころ１５の摺動に伴う固体潤滑剤の脱落を防止することができる。これにより、軸受寿命を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態のスラスト針状ころ軸受１によれば、軌道面１１ａ，１３ａの表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれているので、固体潤滑剤による被膜が形成されることで転動面１５ａの表面粗さが悪化した針状ころ１５との接触により軌道輪１１，１３の軌道面１１ａ，１３ａが摩耗することを抑制することができる。これにより、軸受寿命を向上させることができる。
【実施例】
【００３２】
本発明の効果を確認するために例１〜５のスラスト針状ころ軸受について行った軸受寿命試験について説明する。例１は実施例であり、例２〜５は比較例である。
【００３３】
例１〜５のスラスト針状ころ軸受の構成を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2006226454.tif 000003
【００３５】
試験条件は下記のとおりである。
荷重  ：動定格荷重×０．５
回転数：許容回転数
【００３６】
試験結果を図２に示す。
【００３７】
図２に示されるように、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上で固体潤滑被膜が形成されている例１のものは、固体潤滑被膜が形成されていない例３のものに比較して軸受寿命が向上されている。
【００３８】
また、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１以上で固体潤滑被膜が形成されている例１および例２のものについては、軌道面の表層に含まれる残留オーステナイト組織が５％（≧３％）である例１のものは、残留オーステナイト組織が２％（＜３％）である例２のものに比較して軸受寿命が向上されている。これは、例１のものは、軌道面の表層に３％以上の残留オーステナイト組織が含まれており、固体潤滑剤被膜の形成によって転動面の表面粗さが悪化した針状ころとの接触によっても軌道面の磨耗が少ないためと考えられる。
【００３９】
尚、Ｌｒ／ＰＣＤが０．１未満で軌道面の表層に含まれる残留オーステナイト組織が３％以上である例４，５のものについては、固体潤滑剤被膜の有無による軸受寿命の明確な差は認められなかった。
【００４０】
尚、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態及び実施例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るスラスト針状ころ軸受の一実施形態の縦断面図である。
【図２】軸受寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図３】軸受寿命とＬｒ／ＰＣＤとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１      スラスト針状ころ軸受
１１    第１軌道輪
１１ａ  軌道面
１３    第２軌道輪
１３ａ  軌道面
１５    針状ころ
１５ａ  転動面
Ｌ      針状ころのころ長さ
Ｌｒ    針状ころのころ有効長さ
ＰＣＤ  針状ころの軌道直径
【図１】
2006226454.tif 000004
【図２】
2006226454.tif 000005
【図３】
2006226454.tif 000006