(57)【要約】【課題】軌道輪の軌道面に高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を提供する。【解決手段】円環状の軌道面１１ａを有する軌道輪１１と、この軌道輪１１の軌道面１１ａ上を転動する複数のころ１２と、これらのころ１２を軌道輪１１の周方向に転動可能に保持する保持器１３とを備えてなるスラストころ軸受であって、軌道輪１１の軌道面１１ａに０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層が形成されている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の軌道面を有する軌道輪と、前記軌道面上を転動する複数のころと、これらのころを前記軌道輪の円周方向に転動可能に保持する保持器とを備えたスラストころ軸受であって、
前記軌道輪に浸炭窒化処理を施し、前記軌道面に０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層を形成したことを特徴とするスラストころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト針状ころ軸受等のスラストころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラスト針状ころ軸受等のスラストころ軸受は、特開平１０−２５９８１９号公報に開示されているように、円環状の軌道面を有する軌道輪と、この軌道輪の軌道面上を転動する複数のころと、これらのころを軌道輪の円周方向に転動可能に保持する保持器とからなり、スラスト荷重を受ける回転軸を支承する軸受として、例えば自動車用トランスミッション等に使用されている。
【０００３】
このようなスラストころ軸受の軌道輪は、通常、炭素工具鋼や軸受鋼などの鉄鋼材料から形成されており、所要の硬さを得るために、焼入れ焼戻しなどの熱処理が施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したスラストころ軸受にあっては、軌道輪の軌道面に高面圧が加わるような条件下で使用すると軌道面にフレーキングやフレッチングが発生し、耐久性の低下を招くことがあった。
本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、軌道輪の軌道面に高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、円環状の軌道面を有する軌道輪と、前記軌道面上を転動する複数のころと、これらのころを前記軌道輪の円周方向に転動可能に保持する保持器とを備えたスラストころ軸受であって、前記軌道輪に浸炭窒化処理を施し、前記軌道面に０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層を形成したことを特徴とする。
【０００６】
このような構成であると、軌道輪の軌道面硬さが従来よりも硬くなり、軌道面にフレーキングやフレッチングが発生し難くなるので、軌道輪の軌道面に高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を得ることができる。
ここで、浸炭窒化層の炭素濃度が０．５ｗｔ％を下回ると所要の表面硬さを得ることが困難となるため、本発明では浸炭窒化層の炭素濃度の下限値を０．５ｗｔ％とした。また、浸炭窒化層の炭素濃度が２．０ｗｔ％を超えると表面の残留オーステナイトが過剰に生成されて硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転動疲労寿命を低下させるおそれがあるため、本発明では浸炭窒化層の炭素濃度の上限値を２．０ｗｔ％とした。
【０００７】
また、浸炭窒化層の窒素濃度が０．０３ｗｔ％未満では浸炭窒化処理による十分な効果（耐摩耗性の向上等）を得られない場合があるため、本発明では浸炭窒化層の窒素濃度の下限値を０．０３ｗｔ％とした。さらに、浸炭窒化層の窒素濃度が１．００ｗｔ％を超えると残留オーステナイトが過剰に生成されて浸炭窒化層の表面硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転がり疲労寿命が低下したりすることがあるため、本発明では浸炭窒化層の窒素濃度の上限値を１．００ｗｔ％とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るスラストころ軸受１０の平面図で、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視断面図である。図１に示されるように、スラストころ軸受１０は円環状の軌道面１１ａ（図２参照）を有する軌道輪１１と、この軌道輪１１の軌道面１１ａ上を転動する複数のころ１２と、これらのころ１２を軌道輪１１の周方向に転動可能に保持する保持器１３とを備えて構成されている。
【０００９】
軌道輪１１は軸受鋼等の鉄鋼材料に浸炭窒化処理を施して形成されており、この軌道輪１１の軌道面１１ａには、図３に示されるように、０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層１４が形成されている。
また、軌道輪１１は、図２に示されるように、円環状の板状部１１ｂと、この板状部１１ｂの外周縁部に形成された円筒部１１ｃとからなり、円筒部１１ｃには、保持器１３を軌道面１１ａ側に押える複数の押え用タブ１５が設けられていると共に潤滑油を通流させるための切欠部１６が押え用タブ１５間に設けられている。なお、保持器１３は円環状に形成された二枚の金属板１７，１８を重ね合わせて形成されている。
【００１０】
上述のように、軌道輪１１の軌道面１１ａに０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層１４を形成すると、軌道輪１１の軌道面硬さが従来よりも硬くなり、軌道面１１ａにフレーキングやフレッチングが発生し難くなる。これにより、軌道輪１１の耐フレーキング性及び耐フレッチングが向上するので、軌道輪１１の軌道面１１ａに高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を得ることができる。
【００１１】
なお、浸炭窒化層１４の炭素含有量が０．５ｗｔ％未満であると所要の表面硬さを得ることが困難となる。また、炭窒化層１４の炭素含有量が２．０ｗｔ％を超えると表面の残留オーステナイトが過剰に生成されて硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転動疲労寿命を低下させるおそれがある。従って、浸炭窒化層１４の炭素含有量としては、０．０３〜１．００ｗｔ％であることが望ましい。
【００１２】
一方、浸炭窒化層１４の窒素含有量が０．０３ｗｔ％未満であると浸炭窒化処理による十分な効果（耐摩耗性の向上等）を得られない場合がある。また、浸炭窒化層１４の窒素濃度が１．００ｗｔ％を超えると残留オーステナイトが過剰に生成されて浸炭窒化層の表面硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転がり疲労寿命が低下したりすることがある。従って、浸炭窒化層１４の窒素炭素含有量としては、０．０３〜１．００ｗｔ％であることが望ましい。
【００１３】
上述した実施形態では、軌道輪１１を円環状の板状部１１ｂと、この板状部１１ｂの外周縁部に形成された円筒部１１ｃとから構成したが、図４に示す第２の実施形態のように、円環状の板状部１１ｂと、この板状部１１ｂの内周縁部に形成された円筒部１１ｄとからなる軌道輪１１を用いてもよいし、あるいは図５に示す第３の実施形態のように、板状部１１ｂの外周縁部と内周縁部に円筒部１１ｃ，１１ｄを有する軌道輪１１を用いてもよい。
【００１４】
また、軌道輪１１は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば図６（ａ）〜（ｄ）に示されるような形状のものであってもよい。さらに、ころ１２の形状は円筒に限られるものではなく、例えば円錐形状であってもよい。
図７は本発明の第４の実施形態に係るスラストころ軸受の部分断面図であり、同図に示されるように、第４の実施形態に係るスラストころ軸受は円環状の軌道面１９ａを有する第１の軌道輪１９と、この第１の軌道輪１９の軌道面１９ａと対向する円環状の軌道面２０ａを有する第２の軌道輪２０と、この第２の軌道輪２０の軌道面２０ａと第１の軌道輪１９の軌道面１９ａとの間に配設された複数のころ１２と、これらのころ１２を軌道輪１９，２０の周方向に転動可能に保持する保持器１３とを備えて構成されている。
【００１５】
軌道輪１９，２０は鉄鋼材料に浸炭窒化処理を施して形成されており、これら軌道輪１９，２０の軌道面１９ａ，２０ａには、図８に示されるように、０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層１４が形成されている。
このように、軌道輪１９，２０の軌道面１９ａ，２０ａに０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層１４を形成すると、軌道輪１９，２０の軌道面硬さが従来よりも硬くなり、軌道面１９ａ，２０ａにフレーキングやフレッチングが発生し難くなる。これにより、軌道輪１１の耐フレーキング性及び耐フレッチングが向上するので、軌道輪１９，２０の軌道面１９ａ，２０ａに高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を得ることができる。ここで、浸炭窒化層１４の０．５ｗｔ％未満であると所要の表面硬さを得ることが困難となる。また、炭窒化層１４の炭素含有量が２．０ｗｔ％を超えると表面の残留オーステナイトが過剰に生成されて硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転動疲労寿命を低下させるおそれがある。従って、浸炭窒化層１４の炭素含有量としては、０．０３〜１．００ｗｔ％であることが望ましい。
【００１６】
一方、浸炭窒化層１４の窒素含有量が０．０３ｗｔ％未満であると浸炭窒化処理による十分な効果（耐摩耗性の向上等）を得られない場合がある。また、浸炭窒化層１４の窒素濃度が１．００ｗｔ％を超えると残留オーステナイトが過剰に生成されて浸炭窒化層の表面硬さが低下したり、初析セメンタイトの析出により転がり疲労寿命が低下したりすることがある。従って、浸炭窒化層１４の窒素炭素含有量としては、０．０３〜１．００ｗｔ％であることが望ましい。
【００１７】
上記の効果を確認するために、本発明者らは、スラストころ軸受の軌道輪に焼入れ焼戻しを施した数種類の試験軸受と軌道輪に浸炭窒化処理を施した数種類の試験軸受とを作成し、これらの試験軸受を図９に示すような回転軸２１の傾斜面２１ａにそれぞれ取り付けた。そして、アキシアル荷重：０．３Ｃａ、回転速度：７０００ｍｉｎ−１、潤滑油：ＡＴＦ、油温：１００℃の試験条件でスラスト荷重負荷試験を行い、各試験軸受の軌道面にフレーキングが発生するまで軸受寿命を測定した。その測定結果を図１０に示す。
【００１８】
図１０から明らかなように、軌道輪に浸炭窒化処理を施した試験軸受は浸炭窒化処理を施していないものに比較して、軸受寿命が３倍以上となることがわかる。したがって、スラストころ軸受の軌道輪に浸炭窒化処理を施し、軌道輪の軌道面に０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層を形成することによって、軌道輪の軌道面に高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を得ることができる。
なお、上述した本発明の実施形態では、浸炭窒化層１４を軌道輪１９，２０の軌道面１９ａ，２０ａのみに形成したが、軌道面１９ａ，２０ａを含む軌道輪１９，２０の表面全体に浸炭窒化層１４を形成してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軌道輪の軌道面に０．５〜２．０ｗｔ％の炭素と０．０３〜１．００ｗｔ％の窒素とを含む浸炭窒化層を形成したことにより、軌道輪の軌道面硬さが従来よりも硬くなり、軌道面にフレーキングやフレッチングが発生し難くなるので、軌道輪の軌道面に高面圧が加わる条件下でも長期に亘って好適に使用可能なスラストころ軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスラストころ軸受の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視断面図である。
【図３】図１に示す軌道輪の部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るスラストころ軸受の部分断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るスラストころ軸受の部分断面図である。
【図６】スラストころ軸受で使用される軌道輪を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るスラストころ軸受の部分断面図である。
【図８】図７に示す軌道輪の部分断面図である。
【図９】スラストころ軸受のスラスト荷重負荷試験を説明するための説明図である。
【図１０】スラスト荷重負荷試験の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１１　　軌道輪
１１ａ　　軌道面
１２　　ころ
１３　　保持器
１４　　浸炭窒化層
１９　　軌道輪
１９ａ　　軌道面
２０　　軌道輪
２０ａ　　軌道面
【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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