(57)【要約】【課題】  鋼板をプレス加工した保持器を使用したスラストニードル軸受において、希薄潤滑または潤滑特性の悪い条件で使用される場合でも、保持器ポケット案内面との当たり部でころが摩耗する現象を防止し、ころや軌道輪の寿命を向上させたスラストニードル軸受を提供する。【解決手段】  潤滑油が用いられ、保持器３に保持されたころ２が、軌道輪１ａ，１ｂ上を転動する転がり軸受において、上記ころ２の算術平均粗さの値をＲａ０．０３〜０．１５μｍとする。【選択図】        図２
2005240867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油が用いられ、保持器に保持された転動体が、軌道輪上を転動する転がり軸受において、
前記転動体の算術平均粗さの値をＲａ０．０３〜０．１５μｍとする、スラストニードル軸受。
【請求項２】
前記保持器のポケット案内面の算術平均粗さの値をＲａ０．４μｍ以下とする、請求項１に記載のスラストニードル軸受。
【請求項３】
前記軌道輪の算術平均粗さの値をＲａ０．５μｍ以下とする、請求項１または２に記載のスラストニードル軸受。
【請求項４】
エアコン用コンプレッサで使用される、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストニードル軸受。
【請求項５】
オートマチックトランスミッションで使用される、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストニードル軸受。
【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関し、より具体的には希薄潤滑または潤滑特性の良くない環境でスラスト負荷が断続的に作用する条件下で使用されるスラストニードル軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スラストニードル軸受は、軌道輪、ころ（転動体）、保持器で構成されており、単純な形式で負荷容量、剛性が大きいなど、種々な利点を持った軸受である。しかし、ころ本数が多く、内部隙間も狭いため、潤滑油が転走面やころと保持器のポケット案内面との間に行き渡りにくい構造となっている。また、保持器は強度とコストの点から鋼板をプレス加工したものが大半を占める。プレス加工により形成されたポケット孔の内面（ころ案内面）は剪断面となっており、面粗さが大きい。
【０００３】
上記のような保持器を含む軸受をカーエアコンのコンプレッサーやオートマチックトランスミッションなどのような希薄潤滑または潤滑特性の悪い条件で使用すると、ころと保持器ポケット案内面との間で油膜切れが起こりやすくなる。この結果、図３〜図５に示すように、保持器１０３のポケット案内面との当たり部でころ１０２が摩耗する。図５に示すように、ころのエッジ部で摩耗が深く進行する。その結果、その摩耗エッジ部に応力集中が発生し、荷重条件によってはころに剥離が生じる。さらに、図６に示すように、ころ摩耗エッジ部に当たる軌道輪１０１の転走面に、応力集中および潤滑不良による表面起点型剥離が生じる。
【０００４】
上記の保持器ポケット案内面との当たり部でころが摩耗し、ころや軌道輪に剥離が生じ、寿命が短くなる問題に関しては、樹脂製保持器（特許文献１、２参照）が開示されており、また、その他に少なくともころと接触する部分の一部が樹脂で形成されている保持器が提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭６４−７９４１９号公報
【特許文献２】特開平４−３５７３２３号公報
【特許文献３】特開平８−１６６０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、樹脂製保持器においてもころのスキューの影響で希薄潤滑下では保持器ポケット案内面との当たり部でころが摩耗する。また、ころ端面での滑りにより保持器が摩耗してころの位置がずれたり、強度不足により破損するなどの問題が生じる。
【０００６】
ころと接触する部分の一部が樹脂で形成されている金属製保持器は、より過酷な使用条件では樹脂部の剥がれや摩耗が早期に生じ、ころ摩耗に対する延命効果がほとんどなく、ころや軌道輪に剥離が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、鋼板をプレス加工した保持器を使用したスラストニードル軸受において、希薄潤滑または潤滑特性の悪い条件で使用される場合でも、保持器ポケット案内面との当たり部でころが摩耗する現象を防止し、これまでになくころや軌道輪に対する剥離寿命を向上させたスラストニードル軸受を提供することにある。
【０００８】
本発明のスラストニードル軸受は、潤滑油が用いられ、保持器に保持された転動体が、軌道輪上を転動する転がり軸受である。この転がり軸受において、上記転動体の算術平均粗さの値をＲａ０．０３〜０．１５μｍとする。
【０００９】
上記の構成において、転動体の算術平均粗さの値をＲａ０．０３μｍ以上にし、ころの摩耗に影響を与える保持器ポケット案内面の粗さに近づけることで、保持器ポケット案内面からの攻撃を緩和させることができる。さらに潤滑剤のかき上げ効果や表面積の増大による付着効果により、保持器ポケット案内面ところとの間の油膜形成性を向上させることができる。
【００１０】
この結果、保持器ポケット案内面との当たりによるころの摩耗現象を激減させることができ、転動体（ころ）や軌道輪に対する剥離寿命を大幅に向上させることができる。ころの算術平均粗さの値がＲａ０．１５μｍを超えると、軸受の振動、トルクが増大するとともに相手軌道輪に表面起点型剥離を生じさせる。
【００１１】
上記の構成により、樹脂製の保持器を用いることなく安価な鋼材をプレス加工した安価な保持器を用いて、保持器と転動体との摩擦力を小さくして転動体に生じる摩耗を抑制することができる。このため、転動体における剥離寿命を改善することができ、さらに転動体の摩耗エッジ部に当たる軌道輪の転走面における、応力集中および潤滑不良に起因する表面起点型剥離を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に図面を用いて本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるスラストニードル軸受１０を示す図である。このスラストニードル軸受１０は、軌道輪１ａ，１ｂと、その２つの軌道輪の間に配置されたころ（転動体）２と、ころ２を案内保持する保持器３とからなる。
【００１３】
上記のころの表面における算術平均粗さＲａは、０.０３〜０.１５μｍとする。従来のころの表面における算術平均粗さは０.０１〜０.０３μｍ程度であるので、本発明の実施の形態では従来よりも算術平均粗さを大幅に粗くすることにより、保持記ポケット案内面からころへの攻撃を緩和させることができる。
【００１４】
上述のように本発明の実施の形態では、ころ２の算術平均粗さの値Ｒａを０.０３〜０.１５μｍの範囲に入るようにする。
【００１５】
次に実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１に示すスラストニードル軸受と同じ軸受を用いてころの摩耗の試験を行なった。ころの摩耗試験は、ころ径：φ３ｍｍ、レース内径：φ６５ｍｍ、ケース外径：φ８５ｍｍ、レースの肉厚：３ｍｍの軸受を用い、荷重：７００ｋｇｆ、回転数：３０００ｒｐｍ、潤滑油：スピンドル油ＶＧ２（油膜パラメータλ：０．１９８以下）の試験条件で行なった。なお、ころの摩耗試験時間は２０時間とした。
【００１７】
また、ころまたは軌道輪が破損に至るまでの軸受寿命試験は、同じ緒元の軸受を用い、荷重：１０００ｋｇｆ、回転数：５０００ｒｐｍ、潤滑油：スピンドル油ＶＧ２（油圧パラメータλ：０．１０１以下）の試験条件で行なった。軸受寿命は、試験体のスラストニードル軸受８個の１０％寿命で表わした。表面粗さを変えたころの摩耗試験および軸受寿命試験結果を表１に示し、保持器ポケット案内面および軌道輪の表面粗さを変えて摩耗試験を行なった結果を表２に示す。
【００１８】
【表１】
2005240867.tif 000003
【００１９】
【表２】
2005240867.tif 000004
【００２０】
ころの摩耗量は、図２に定義した摩耗深さで表わしている。すなわち、新品ころの母線形状ｒ（ころの軸方向測定）を模範とし、模範と試験ころの母線形状を重ね合わせ、模範ころの転走面表面と試験ころの摩耗部表面の最大の差を摩耗深さｄとした。それぞれのころ摩耗深さは、試験軸受４個のころ（１個の軸受のころ本数：２４本）の母線形状（軸方向）を全数測定したときの最大摩耗深さを示している。なお試験ころの摩耗が軌道輪との相対滑りによる摩耗ではなく、保持器との当たりにより生じた摩耗であることは、軌道輪転走面の母線形状を測定し、軌道輪転走面が摩耗していないことから確認している。
【００２１】
上記表１の結果から、算術平均粗さがＲａ０．０２μｍのころを使用した軸受であるサンプル１のころの摩耗深さが３．１μｍであるのに対して、算術平均粗さＲａ０．０４〜０．１５μｍのころを組み込んだサンプル２〜４はころの摩耗深さが０．１〜１．６μｍと顕著にころの摩耗防止効果が認められる。また、軸受の寿命試験においても、サンプル２〜４はサンプル１の８〜１９倍以上と著しく長寿命を示すことがわかる。
【００２２】
モーターの消費電流は、ころの算術平均粗さをＲａ０．０４〜０．１５μｍとサンプル１より粗くしても１．２倍程度しか増加せず、摩擦損失が極端に大きくなることはなかった。一方、算術平均粗さＲａ０．２０μｍのころを使用した軸受であるサンプル５はサンプル１の４倍程度の寿命であり、相手軌道輪に表面起点型剥離を生じさせる。さらにモーターの消費電流値がサンプル１の１．５倍に増加しており、摩擦損失が極端に大きくなってしまう。
【００２３】
以上の結果より、ころの算術平均粗さをＲａ０．０４〜０．１５μｍとしたころを使用することで、摩擦損失を大きくすることなく、保持器ポケット案内面ところの当たりによるころの摩耗を抑制できることが判明した。その結果、剥離寿命を向上させる効果があることは明らかである。
【００２４】
次に、ポケット案内面の算術平均粗さをＲａ０．６μｍにした保持器と、算術平均粗さをＲａ０．７μｍにした軌道輪とを用いてころの摩耗試験および軸受寿命試験を行なった結果を表２に示す。
【００２５】
上記表２の結果から、ころの算術平均粗さをＲａ０．１５μｍ、保持器ポケット案内面の算術平均粗さをＲａ０．４μｍ、そして軌道輪の算術平均粗さをＲａ０．５μｍにしたサンプル４はころの摩耗深さが０．１μｍ、寿命は１５０ｈ以上であった。これに対して、保持器のポケット案内面の算術平均粗さのみをＲａ０．６μｍにしたサンプル６は表１のサンプル２並みにころの摩耗深さが増加し、寿命も低下した。さらにモーターの消費電流値がサンプル１の１．４倍に増加しており、摩擦損失が極端に大きくなっているのがわかる。
【００２６】
また、軌道輪の算術平均粗さのみをＲａ０．７μｍにしたサンプル７においてもころの摩耗抑制効果を軽減させ、さらに、摩擦損失が極端に大きくなっている。
【００２７】
以上の結果より、転動体の算術平均粗さ０.０３〜０.１５μｍとする効果を最大限に発揮させるためには、保持器ポケット案内面の算術平均粗さＲａを０．４μｍ以下、軌道輪の算術平均粗さＲａを０．５μｍ以下とするのがよいことが分かった。表２における本発明例と比較例との区分けは、上記の保持記ポケット案内面および軌道輪の算術平均粗さの範囲を基準にしている。
【００２８】
次に、上記の実施の形態を含めて本発明の他の実施の形態を羅列的に説明する。
【００２９】
上記のポケット案内面の算術平均粗さの値をＲａ０．４μｍ以下としてもよい。
【００３０】
この構成において、保持器ポケット案内面の算術平均粗さの値がＲａ０．４μｍを超えると軸受の振動、トルクが増大する。上記振動およびトルクを抑制するために、上記Ｒａを０.４μｍ以下とする。
【００３１】
上記の軌道輪の算術平均粗さの値をＲａ０．５μｍ以下とすることができる。
【００３２】
上記構成において、軌道輪の算術平均粗さの値がＲａ０．５μｍを超えると軸受の振動、トルクが増大するとともにころを全体に摩耗させて粗さが小さくなり、上述の作用を損なう。
【００３３】
この構成により、樹脂製の保持器を用いることなく安価な鋼材をプレス加工した安価な保持器を用いて、保持器と転動体との摩擦力を小さくして転動体に生じる摩耗を抑制することができる。このため、転動体における剥離寿命を改善することができ、さらに転動体の摩耗エッジ部に当たる軌道輪の転走面における、応力集中および潤滑不良に起因する表面起点型剥離を抑制することができる。
【００３４】
上記のスラストニードル軸受は、エアコン用コンプレッサーまたはオートマチックトランスミッションで使用されることにより、その過酷な潤滑環境および断続的に作用するスラスト荷重下において、耐久性を発揮して長寿命を確保することができる。
【００３５】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のスラストニードル軸受を用いることにより、安価な材料および安価な製造プロセスが可能な鋼を用いて保持器を形成した上で、希薄潤滑環境および断続的スラスト負荷条件において転動体の摩耗を大幅に減少させ、長寿命を実現することができるので、カーエアコン用コンプレッサーやオートマチックトランスミッションを中心に広範に利用されることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるスラストニードル軸受を示す図である。
【図２】本発明の実施例における摩耗深さを示す図である。
【図３】従来のスラストニードル軸受において、ころと当たる保持器の部分を示す図である。
【図４】従来のスラストニードル軸受において、保持器と当たるころの部分を示す図である。
【図５】図４のころの摩耗部を示す図である。
【図６】従来のスラストニードル軸受において、軌道輪に生じる剥離部を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ，１ｂ  軌道輪、２  ころ（転動体）、３  保持器、１０  スラストニードル軸受、ｒ  新品ころの母線形状、ｄ  摩耗深さ。
【図１】
2005240867.tif 000005
【図２】
2005240867.tif 000006
【図３】
2005240867.tif 000007
【図４】
2005240867.tif 000008
【図５】
2005240867.tif 000009
【図６】
2005240867.tif 000010