(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、保持器３のポケット案内面と、ころ１ａ，１ｂとの隙間を６０〜１３０μｍとする。【選択図】        図３
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【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、
前記保持器のポケット案内面と、前記転動体との隙間を６０〜１３０μｍとする、スラストニードル軸受。
【請求項２】
前記保持器がＷ型保持器である、請求項１に記載のスラストニードル軸受。
【請求項３】
さらに前記転動体の算術平均粗さの値をＲａ０．０３〜０．１５μｍ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７〜図９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９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１０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。
【０００７】
スラストニードル軸受は構造上、ころ本数が多く、内部隙間も狭いため、潤滑油が転走面に行き渡りにくい構造となっている。このため希薄潤滑または潤滑特性の悪い条件ではころと保持器ポケット案内面との間で油膜切れを起こしやすく、保持器ポケット案内面との当たり部でころが摩耗する。さらに、図４のような鋼板をプレス加工して製作するＷ型保持器では、その加工精度上、保持器の中心軸に対して保持器ポケットの中心軸は最大で１５〜３０μｍのずれが生じる。このため保持器の中心軸に対して角度を持ったポケットが生じ、角度を持ったポケットのころと角度を持たないポケットのころとに周速差が生じる。この周速差のため、保持器ポケットところとが接触したときに保持器の逃げがなく、保持器との当たりが大きくなり、ころの摩耗が増大される。この結果、ころ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、ころ摩耗エッジ部と接触する軌道輪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。保持器の中心軸に対する保持器ポケットの中心軸のずれを１５μｍ以下にすることは、その加工精度上困難であり、できたとしても非常にコストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、鋼板をプレス加工したＷ型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。
【０００９】
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、保持器のポケット案内面と、転動体との隙間を６０〜１３０μｍとする。
【００１０】
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。
【００１１】
上記の構成において、保持器のポケットところの隙間を６０μｍ以上に大きくすると、ころ間に周速差が生じても保持器が自動調節（隙間大により保持器の自由度が大きくなる）し、ころとの当たりを緩和することができる。上記の自動調節機構をより確実に得るには、上記隙間を７０μｍ以上にすることがよく、さらに望ましくは７５μｍ以上とする。
【００１２】
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、ころや軌道輪に対する剥離寿命を画期的に向上させることができる。また、保持器ポケットところとの隙間が１３０μｍを超えると、ころが保持器ポケットから脱落する危険があるだけでなく、ころのスキューの影響により反ってころの摩耗が増加し、さらに軌道輪との相対滑りが大きくなり、短時間に軌道輪に表面起点型剥離が生じる。
【００１３】
従来、転動体と保持器ポケットとの接触による転動体の摩耗抑制を目的に、両者の隙間の適切値を設定した例はない。また、上記隙間は、平面的に見て転動体と保持器ポケット案内面の端との間の距離を、両方の端について加えたものである（詳細は後の実施例において示す）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。図２は、スラストニードル軸受１０の上半分の部分平面図である。保持器３にはころポケット部１３が設けられており、そのころポケット部１３は、ころ２が両軌道輪と接触するように外に突き出るための窓のまわりに、ころを収納するように形成されている。
【００１５】
図３は、図２におけるＡ部の拡大図である。ころ２は円筒状であり、保持器のころポケット部１３では、窓からころが離脱しないように、離脱防止凸部１３ｂが、平面的に見てころの端よりころの内側に延びるように、すなわち平面的に見てころと重複するように窓の端から中央に向かって形成されている。離脱防止凸部１３ｂが設けられていない窓の端、すなわちポケット案内面の端１３ｃは、平面的に見てころと重ならない位置に位置する。
【００１６】
図４は、図２におけるＩＶ-ＩＶ線に沿う保持器の断面を示す。上記の窓を含め、図４の保持器の断面における浪打形状は、鋼板をプレス加工することにより安価に形成することができる。
【００１７】
図３において、隙間は、ポケット案内面の端１３ｃと、ころ２の外径面との間の平面的な距離ａ1，ａ2をさす。窓の２つの端のそれぞれに形成されるので、これらの和（ａ1＋ａ2）を、本発明における保持器ポケット案内面ところとの隙間と定義する。
【００１８】
本発明の実施の形態では、図３に示す保持器ポケット案内面ところとの隙間ａ1＋ａ2を６０〜１３０μｍの範囲に入れる。さらに、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してもよい。
【００１９】
従来の保持器ポケット案内面ところとの隙間は、ばらつきはあるが大略６０μｍが上限であった。
【００２０】
スラストニードル軸受において、鋼板をプレス加工して製作するＷ型保持器は、図５に示すように、その加工精度上、保持器の中心軸ｘ1と、保持器ポケットの中心軸ｘ2との間に最大で１５〜３０μｍのずれｂが生じる。そのため保持器の中心軸ｘ1に対して角度を持ったポケットが生じ、角度を持ったポケットのころと角度を持たないポケットのころに周速差が生じる。この周速差のため、保持器ポケットところとが接触したときに保持器のポケット案内面ところとの隙間が６０μｍ未満では保持器の逃げがなく、保持器との当たりが大きくなり、ころの摩耗が増大される。このころ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、ころ摩耗エッジ部と接触する軌道輪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。保持器の中心軸に対する保持器ポケットの中心軸のずれを１５μｍ以下にすることは、その加工精度上困難であり、できたとしても非常にコストがかかる。
【００２１】
保持器のポケット案内面ところとの隙間を６０μｍ以上に大きくすると、ころ間に周速差が生じても保持器が自動調節（隙間大により保持器の自由度が大きくなる）し、ころとの当たりを緩和することができる。
【００２２】
次に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１および図２に示すスラストニードル軸受を用いて、ころの摩耗試験を行なった。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（油圧パラメータλ：０．１９８以下）の試験条件で行なった。ころの摩耗試験時間は２０時間とした。
【００２４】
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、同じ諸元の軸受を用い、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。
【００２５】
ころの算術平均粗さＲａを０.０２μｍとして、保持器ポケット案内面ところとの隙間を変えて、上記の条件下で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１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
ころの摩耗量は、次のように定義した摩耗深さで表わしている。すなわち、図６に示すように、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ｄは、試験体のスラストニードル軸受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により確認している。
【００２８】
上記表１の結果から、保持器ポケット案内面ところとの隙間は４０μｍの軸受であるサンプル１１のころの摩耗深さが３．１μｍであるのに対して、隙間６０〜１３０μｍのサンプル１２〜１４はころの摩耗深さが１．６〜０．６μｍ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１２〜１４はサンプル１１の８〜１３倍以上と著しく長寿命を示すことがわかる。
【００２９】
一方、隙間１３０μｍの軸受であるサンプル１５はころが保持器から脱落する。治具によりころを保持器にセットし試験を行なった結果、サンプル１１の５倍程度の寿命であったが、相手軌道輪に表面起点型剥離を生じさせた。
【００３０】
以上の結果より、上記隙間を６０〜１３０μｍの範囲内に入るようにすることにより、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し、剥離寿命を向上させることが明らかとなった。
【００３１】
次に、ころの摩耗および寿命が最も良好であった隙間を１００μｍ一定とし、ころの表面粗さをＲａ０．０２〜０．２０μｍの範囲に変えて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。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
上記表２の結果から、ころの表面粗さをＲａ０．０２μｍにしたサンプル２１はころの摩耗深さが０．８μｍ、寿命は１０５ｈ以上であったのに対して、ころの表面粗さＲａが０．０４μｍのサンプル２６およびＲａ０．１５μｍのサンプル２７は、明らかにころの摩耗深さが減少し、寿命も向上した。特に、ころの表面粗さＲａが０．１５μｍであるサンプル２７はサンプル１１の２０倍以上の寿命を示した。一方、ころの表面粗さＲａ０．２０μｍであるサンプル２８はサンプル１１に比べ、約５倍の寿命を示した。しかし、相手軌道輪に表面起点型剥離を生じさせた。さらにモーターの消費電流値がサンプル１１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いるのがわかる。
【００３４】
以上の結果より、保持器案内面ところとの隙間を６０〜１３０μｍとし、さらにころの表面粗さＲａ０.０３〜０.１５μｍとすることにより、著しく優れた耐摩耗性と耐表面起点剥離とが得られることが判明した。この結果、これまで以上にころの耐摩耗特性に優れたスラストニードル軸受を提供することが可能となった。
【００３５】
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。
【００３６】
さらに上記の転動体の算術平均粗さの値をＲａ０．０３〜０．１５μｍとすることができる。
【００３７】
転動体の算術平均粗さを保持器ポケット案内面のそれに近づけることにより、ころの摩耗に及ぼす保持器案内面からの攻撃を緩和させることができる。さらに潤滑油の掻き揚げ効果や表面積の増大による付着効果により、保持器案内面ところとの間の油膜形成性が向上する。この結果、保持器ポケット案内面との当たりによって生じる摩耗を激減させることができる。一方、ころの算術平均粗さＲａが０.１５μｍ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。この結果、上記保持器ポケット案内面ところとの隙間の条件と、ころの算術平均粗さの条件とをともに満たすことにより、著しい相乗効果が得られ、大幅に耐久性を向上させたスラストニードル軸受を提供することが可能となる。
【００３８】
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。
【００３９】
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】
【００４０】
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】
【００４１】
【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】図１のスラストニードル軸受の部分平面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】図２のＩＶ-ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】保持器の中心軸とポケットの中心軸とのずれを説明する図である。
【図６】本発明の実施例における摩耗深さを示す図である。
【図７】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８】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９】図８のころの摩耗部を示す図である。
【図１０】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】
【００４２】
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、１３  保持器ポケット部、１３ｂ  離脱防止凸部、１３ｃ  ポケット案内面の端、ａ1，ａ2  ポケット案内面の端ところ端との平面的な隙間、ｘ1  保持器の中心軸、ｘ2  ポケット部の中心軸、ｂ  両中心軸のずれ、ｒ  新品ころの母線形状、ｄ  摩耗深さ。
【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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