(57)【要約】【課題】優れた耐摩耗性及び疲労強度を有し耐久性に優れたスラストニードル軸受用保持器を提供する。【解決手段】スラストニードル軸受用保持器１０は、炭素を０．２５質量％以下、クロムを０．８質量％以上１．５質量％以下、モリブデンを０．４５質量％以下、マンガンを０．５質量％以上１．２質量％以下含有する鋼で構成されている。スラストニードル軸受用保持器１０の環状部材１，２には、成形後に窒化処理が施され、表面には厚さ３μｍ以上１５μｍ以下の窒化物層が形成されており、表面硬さがＨｖ７００以上とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．２５質量％以下、クロムを０．８質量％以上１．５質量％以下、モリブデンを０．４５質量％以下、マンガンを０．５質量％以上１．２質量％以下含有する鋼で構成されているとともに、窒化処理により形成された厚さ３μｍ以上１５μｍ以下の窒化物層を表面に有し表面硬さがＨｖ７００以上であることを特徴とするスラストニードル軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラストニードル軸受に組み込まれる鋼製の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スラストニードル軸受に組み込まれる保持器は、低炭素鋼板をプレス成形によって成形した環状部材からなり、周方向に一定間隔を空けつつ複数形成されたポケットに針状ころを保持するようになっている。保持器は針状ころとの接触により摩耗しやすいので、プレス成形後に浸炭焼入れ処理が施され表面が硬化されて、耐摩耗性が付与されている。
【０００３】
ところが、浸炭焼入れ処理は８００℃程度で行われるため、保持器に熱応力による反りが発生する。発生した反りを矯正するにはコストがかかるので、反りの発生の抑制が試みられている。例えば、環状部材の一部分を波形に形成したり、環状部材に穴を設けたりして、熱応力による反りが発生しにくい形状とする方法が提案されている（特許文献１，２を参照）。
【特許文献１】特開２０００−９７２４２号公報
【特許文献２】実公平６−４８１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に提案の方法はコストアップとなるという問題点を有している。そこで、反りの原因となる熱応力や変態応力を低減すべく、浸炭焼入れ処理の温度を低くしたり、軟窒化処理を施したりする方法も提案されているが、前者の方法の場合は温度を低くしたといっても７００〜７５０℃で焼入れが行われるため熱処理歪みが十分に改善できない上、窒化処理で得られる窒化物層を有していないので十分な耐摩耗性が得られない。また、後者の方法の場合は、軟窒化処理では浸炭焼入れ処理ほど十分な表面硬さが得られないため疲労強度が不十分となるおそれがある。
このように、いずれの方法でも、過酷な条件下で使用されるスラストニードル軸受にも適用可能な耐久性を有する保持器を製造することは難しかった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた耐摩耗性及び疲労強度を有し耐久性に優れたスラストニードル軸受用保持器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のスラストニードル軸受用保持器は、炭素を０．２５質量％以下、クロムを０．８質量％以上１．５質量％以下、モリブデンを０．４５質量％以下、マンガンを０．５質量％以上１．２質量％以下含有する鋼で構成されているとともに、窒化処理により形成された厚さ３μｍ以上１５μｍ以下の窒化物層を表面に有し表面硬さがＨｖ７００以上であることを特徴とする。
【０００６】
ＳＰＣＣ材に代表される低炭素鋼に窒化処理を施すと、鋼の表面で窒素と鉄とが反応し、窒素原子が鋼中に拡散していき、最表面では鉄と窒素との化合物（窒素濃度に応じてＦｅ2 Ｎ，Ｆｅ3 Ｎ，Ｆｅ4 Ｎ等が生成する）からなる硬質な窒化物層が形成される。窒化物層の硬さは一般的にはＨｖ４００以上であり、母材と比較して高硬度である。また、窒化物層を備える鋼製の転がり軸受用保持器においては、転動体と保持器との間の金属接触や、摺動する案内面と保持器との間の金属接触が、窒化物層により防止されるので、耐摩耗性や耐焼付き性が優れている。
【０００７】
ただし、スラストニードル軸受においては、高速回転で使用され且つ保持器に高い応力が発生するため、保持器には十分な耐摩耗性と疲労強度との両方の特性が必要となる。上記のような構成の本発明のスラストニードル軸受用保持器は、十分な硬さ及び厚さの窒化物層を有しているので、耐摩耗性に優れている。また、僅かな量の添加で窒化処理後の強度を向上させるクロム及びモリブデンを鋼の合金成分として含有しているので、通常の浸炭焼入れ処理を施した場合以上の表面硬さが窒化処理によって得られ（クロム及びモリブデンが窒化処理によりクロム窒化物，モリブデン窒化物，及びクロム−モリブデン窒化物となってマトリックス中に分散することにより、硬さが向上する）、その結果疲労強度が優れている。よって、本発明のスラストニードル軸受用保持器は、優れた耐摩耗性及び疲労強度を有しており、耐久性に優れている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のスラストニードル軸受用保持器は、優れた耐摩耗性及び疲労強度を有し耐久性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係るスラストニードル軸受用保持器の実施の形態を、図１の部分断面図を参照しながら説明する。
図１のスラストニードル軸受用保持器１０は、大小２つの環状部材１，２からなる。両環状部材１，２は、円環状の平板部Ａと、平板部Ａの内径端部及び外径端部からそれぞれ中心軸に沿って同一方向に延びる内径側フランジ部Ｂ及び外径側フランジ部Ｃとで構成され、中心軸を含む平面で破断した断面は略コ字状をなしている。
【００１０】
そして、大径な環状部材２の平板部Ａ，内径側フランジ部Ｂ，及び外径側フランジ部Ｃで形成される凹部に、小径な環状部材１が互いの凹部を対向させつつ挿入され嵌合されている。また、両環状部材１，２の平板部Ａには、針状ころ４を保持するポケットＤが、周方向に一定間隔を空けつつ複数形成されている。なお、本発明のスラストニードル軸受用保持器の形状は、図１のものに限定されるものではなく、一般的なスラストニードル軸受用保持器の形状であれば、どのような形状でも採用可能である。
【００１１】
このスラストニードル軸受用保持器１０は、炭素を０．２５質量％以下、クロムを０．８質量％以上１．５質量％以下、モリブデンを０．４５質量％以下、マンガンを０．５質量％以上１．２質量％以下含有する鋼で構成されている。スラストニードル軸受用保持器１０の両環状部材１，２を製造する方法は特に限定されるものではないが、例えば、前記鋼からなる鋼板をプレス成形することにより環状部材１，２を製造することができる。
【００１２】
この環状部材１，２には、成形後に窒化処理が施され、表面には厚さ３μｍ以上１５μｍ以下の窒化物層が形成されており、表面硬さがＨｖ７００以上とされている。
このようなスラストニードル軸受用保持器１０は、優れた耐摩耗性及び疲労強度を有しているため、過酷な条件下で使用されても耐久性に優れている。よって、このスラストニードル軸受用保持器１０が組み込まれたスラストニードル軸受は、自動車部品等にも使用することが可能である。
【００１３】
窒化処理の種類は特に限定されるものではないが、例えば下記に示す４つの窒化処理が好適である。
（１）窒素ガスとアンモニアガスの混合ガス中に、４５０〜５８０℃で１〜４時間保持する方法（ガス軟窒化法）
（２）三フッ化窒素等のフッ素系化合物のガスを用いて２００〜４００℃程度でフッ化処理を行った後に、アンモニアガス中に４００〜５８０℃で１〜４８時間保持する方法（エアウォータ株式会社の商品名ＮＶ窒化プロセス）
（３）塩浴中に浸漬して４５０〜５８０℃で１〜４時間保持する方法（日本パーカライジング株式会社の登録商標タフトライド及びパルソナイト処理）
（４）窒素と水素の混合ガス雰囲気中で、保持器を陰極、処理炉の内壁を陽極として、４５０〜６００℃程度で１０時間程度グロー放電する方法（イオン窒化法）
このような窒化処理であれば、保持器に熱応力による反りが発生することを抑えつつ窒化物層を形成することができる。
【００１４】
以下に、本発明に用いられる鋼に添加される各合金成分の作用及び含有量の臨界的意義について説明する。
〔炭素について〕
炭素（Ｃ）は、鋼の強度を向上させるために必要な元素であり、０．１質量％以上添加することが好ましい。ただし、多量に添加すると、プレス成形等における成形性が低下するおそれがあるので、０．２５質量％以下とする必要がある。
【００１５】
〔クロムについて〕
クロム（Ｃｒ）を添加すると、窒化処理後の鋼の強度が著しく向上する。スラストニードル軸受用保持器として必要な強度を付与するためには、０．８質量％以上添加する必要がある。一方、クロムはフェライトを強化する作用も有しているので、１．５質量％を超えて添加すると、プレス成形等における成形性が低下するおそれがある。よって、１．５質量％以下とする必要がある。
【００１６】
〔モリブデンについて〕
モリブデン（Ｍｏ）は、少量の添加で窒化処理後の鋼の強度を著しく向上させる作用を有している。スラストニードル軸受用保持器として必要な強度を付与するためには、０．１質量％以上添加することが好ましい。一方、モリブデンはフェライトを強化する作用も有しているので、０．４５質量％を超えて添加すると、プレス成形等における成形性が低下するおそれがある。よって、０．４５質量％以下とする必要がある。
【００１７】
〔マンガンについて〕
マンガン（Ｍｎ）は、フェライト中に固溶してマトリックスを強化する作用を有する元素であり、０．５質量％以上添加する必要がある。ただし、多量に添加すると、プレス成形等における成形性が低下するおそれがあるので、１．２質量％以下とする必要がある。  なお、鋼にはケイ素（Ｓｉ）をさらに添加してもよい。ケイ素は、鋼の強度を向上させる作用を有する元素であり、０．１質量％以上含有することが好ましく、０．１５質量％以上含有することがより好ましい。ただし、良好な加工性を維持するためには、０．５質量％以下とすることが好ましく、０．３５質量％以下とすることがより好ましい。
【００１８】
さらに、窒化物層の厚さ及び表面硬さの臨界的意義について説明する。
〔窒化物層の厚さについて〕
優れた耐摩耗性を発揮するためには、窒化物層の厚さは３μｍ以上とする必要がある。ただし、厚すぎると多孔質となって耐摩耗性が低下するので、１５μｍ以下とする必要がある。
〔表面硬さについて〕
スラストニードル軸受用保持器の耐久性を優れたものとするためには、表面硬さはＨｖ７００以上とする必要がある。
【００１９】
〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。表１，２に示すような合金成分を含有する鋼を用いて、図１のような形状の保持器を製造した。そして、窒素ガスとアンモニアガスの混合ガス中に４８０〜５７０℃で３〜５時間保持するガス軟窒化処理を施して、表１，２に示すような厚さの窒化物層を形成し、表１，２に示すような表面硬さとした。なお、窒化物層の厚さは処理時間により制御した。また、いずれの鋼も、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のケイ素をさらに含有している。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
このような保持器を、内径５５ｍｍ，外径８０ｍｍ，幅６ｍｍのスラストニードル軸受に組み込んで回転試験を行い、保持器の耐摩耗性と疲労強度を評価した。耐摩耗性は、動定格荷重の０．４倍の荷重を負荷して回転速度３０００ｍｉｎ-1で２００時間回転させ、回転前後の保持器の質量変化（摩耗量）を測定することにより評価した。また、疲労強度は、動定格荷重の０．６倍の荷重を負荷して回転速度３０００ｍｉｎ-1で回転させ、保持器が疲労破壊するまでの時間（寿命）を測定することにより評価した。
【００２３】
結果を表１，２及び図２，３のグラフに併せて示す。なお、表１，２及び図２，３の摩耗量は、比較例１の摩耗量を１とした場合の相対値で示してある。また、寿命は、比較例１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
これらの結果から、窒化物層の厚さが３μｍ以上１５μｍ以下であると、耐摩耗性が優れていることが分かる。また、表面硬さがＨｖ７００以上であると、疲労強度が優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】スラストニードル軸受用保持器の部分断面図である。
【図２】窒化物層の厚さと摩耗量との関係を示すグラフである。
【図３】表面硬さと寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１０    スラストニードル軸受用保持器
【図１】
2008095159.tif 000005
【図２】
2008095159.tif 000006
【図３】
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