(57)【要約】【課題】  転動疲労寿命を長くしたスラストころ軸受の軌道輪を提供する。【解決手段】  軌道輪２４の軌道面２５が上方となるように、軌道輪２４を回転台座２３の上に取り付ける。その後、回転軸２６を中心に、矢印Ｘの方向に回転台座２３を回転させる。ノズル２２から噴射されたメディアを、軌道輪２４の軌道面２５上に押し当て、軌道面２５に残留圧縮応力を付与する。軌道面の有する残留圧縮応力は、５００〜１０００ＭＰａである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころを転動させる軌道面を備えるスラストころ軸受の軌道輪であって、
前記軌道面の有する残留圧縮応力は、５００〜１０００ＭＰａである、スラストころ軸受の軌道輪。
【請求項２】
前記軌道面の表面粗さＲａは、０．０６〜０．１５である、請求項１に記載のスラストころ軸受の軌道輪。
【請求項３】
前記軌道面は、ブラスト処理された面である、請求項１または２に記載のスラストころ軸受の軌道輪。
【請求項４】
前記軌道輪は、軸方向に曲げられた鍔を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストころ軸受の軌道輪。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のスラストころ軸受の軌道輪と、複数のころとを備える、スラストころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スラストころ軸受の軌道輪およびスラストころ軸受に関し、特に、カーエアコン用コンプレッサやトランスミッション等に使用されるスラストころ軸受の軌道輪およびスラストころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーエアコン用コンプレッサやトランスミッション等において、スラスト荷重が発生する箇所に使用されるころ軸受には、スラストころ軸受が使用される。スラストころ軸受は、針状ころに代表される複数のころと、ころを転動させる軌道面を有する軌道輪と、保持器とからなる。
【０００３】
ここで、上記したスラストころ軸受を構成する部材のうち、軌道輪の製造方法について、簡単に説明する。まず、素材である平板状の鋼板を用意し、打ち抜きプレスによって、軌道輪の外形形状に打ち抜く。その後、強度向上等のための熱処理を行う。熱処理後、プレスによって打ち抜かれた際に生じたバリや、熱処理によって軌道輪の表面に発生した酸化スケール（酸化鉄の被膜）を取り除くため、研磨処理を行う。研磨処理後、洗浄を施し、所望の軌道輪を得る。なお、このようにして得られた軌道輪と、ころと、保持器とを組み込んで、スラストころ軸受が製造される。
【０００４】
上記した研磨処理においては、バレル処理と呼ばれる処理が一般的に行われる。バレル処理とは、プレスによって打ち抜かれ、熱処理が施された軌道輪と、研磨剤として作用するメディアとをバレルに投入し、バレルを回転させ、メディアと軌道輪とを衝突させることにより、バリや酸化スケールを取り除く処理方法である。なお、このようなバレル処理を行ったスラストころ軸受の軌道輪が、特開２００３−１７２３４６号公報（特許文献１）に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１７２３４６号公報（段落番号００１１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したカーエアコン用コンプレッサ等に使用されるスラストころ軸受においては、潤滑条件が悪いことから、軸受に対して高潤滑性が要求されると共に、転動疲労寿命が長いことが要求される。転動疲労寿命が長いとは、ころの転動時において、軌道面への圧痕や、圧痕を起点とする割れ等が発生しにくく、ころが長時間転動することができることをいう。
【０００６】
上記した軌道輪の製造工程においては、軌道面の硬度を上げたり、軌道面に強度を付与したりして、圧痕や圧痕を起点とする割れ等の発生を抑制する工程は設けられていない。したがって、軌道面の表面は、軌道輪の材質そのものの強度を有するのみである。
【０００７】
一方、上述したバレル研磨においては、バリや酸化スケールの除去を主目的としており、そのためのバレル研磨条件、すなわち、バレルの回転速度や回転時間、メディアの大きさや材質等を決定してバレル研磨を行っている。したがって、バレル研磨において、軌道輪が変形したり、軌道輪の表面に、軌道輪とメディアとの衝突および軌道輪同士の衝突による圧痕を発生させるおそれがある。
【０００８】
この発明は、転動疲労寿命が長いスラストころ軸受の軌道輪およびスラストころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るスラストころ軸受の軌道輪は、ころを転動させる軌道面を備える。ここで、軌道面の有する残留圧縮応力は、５００〜１０００ＭＰａである。
【００１０】
このように構成することにより、ころの転動時において、軌道面への圧痕が発生しにくく、また、圧痕を起点とする割れが発生しにくくなり、転動疲労寿命を長くすることができる。
【００１１】
好ましくは、軌道面の表面粗さＲａは、０．０６〜０．１５である。こうすることにより、表面粗さＲａが転動疲労寿命に影響を及ぼさず、表面粗さＲａによって転動疲労寿命が短くなることはない。
【００１２】
より好ましくは、軌道面は、ブラスト処理された面である。軌道面が、ブラスト処理された面であれば、転動疲労寿命を長くすることができる。
【００１３】
さらに好ましくは、軌道輪は、軸方向に曲げられた鍔を備える。こうすることにより、鍔を備える軌道輪に対しても、転動疲労寿命を長くすることができる。
【００１４】
この発明の他の局面においては、スラストころ軸受は、上記したいずれかのスラストころ軸受の軌道輪と、複数のころとを備える。こうすることにより、転動疲労寿命が長いスラストころ軸受を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、軌道面は、５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を有するため、圧痕が発生しにくく、さらに、圧痕を起点とする割れも発生しにくくなる。
【００１６】
その結果、このような軌道輪を有するスラストころ軸受の転動疲労寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受１１の要部を示す断面図である。図２を参照して、スラストころ軸受１１は、２つの平板状の軌道輪１２ａ、１２ｂと、複数のころ１３と、複数のころ１３の間隔を保持する保持器１４とを有する。ころ１３は、２つの軌道輪１２ａ、１２ｂの間に保持され、軌道輪１２ａ、１２ｂの軌道面１５ａ、１５ｂによって、ころ１３が案内される。
【００１８】
次に、上記したスラストころ軸受１１に含まれる軌道輪１２ａの製造方法の一例について説明する。図３は、軌道輪１２ａの製造方法の概略を示すフローチャートである。図３を参照して、まず、素材である平板状の鋼板を、軌道輪１２ａの外形形状となるように、打ち抜き刃を有するプレスによって打ち抜く。その後、軌道輪１２ａの強度向上等のため、熱処理を行う。ここで、熱処理とは、具体的に、浸炭焼入処理、浸炭窒化処理、ズブ焼入れ処理等、種々の要求に応じて行う。
【００１９】
次に、軌道輪１２ａの表面に５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を付与するとともに、プレスで打ち抜いた際に発生したバリや、熱処理で発生した酸化スケールを取り除く処理を行う。処理としては、メディアを高い圧力で押し当てるブラスト処理を行う。ブラスト処理には、圧縮したエアーを使用して噴きつけるエアーブラスト、モータを動力源として回転させたブレードの遠心力を利用して噴きつけるショットブラスト、また、液体に混ぜたメディアを噴きつけるウェットブラスト等の種類があり、本処理においては、いずれのブラスト処理を行っても構わない。
【００２０】
図１は、上述したブラスト処理を行う場合のブラスト処理装置２１の一例を示す概略図である。図１を参照して、具体的なブラスト処理の方法について説明する。まず、プレスによって打ち抜かれ、熱処理された軌道輪２４を、軌道面２５が上方となるように、すなわち、軌道面２５がノズル２２と相対する方向に配置するように、回転台座２３の上に取り付ける。その後、回転台座２３の回転軸２６を中心に、矢印Ｘの方向に回転台座２３を回転させる。そして、ノズル２２から矢印Ｗの方向に噴射されたメディアを、軌道輪２４の軌道面２５上に押し当てる。軌道輪２４の軌道面２５は、回転台座２３によって回転しているため、ノズル２２から噴射されるメディアは、軌道面２５に均等に押し当てられる。このときの噴射条件、たとえば、噴射速度や噴射量、噴射時間については、軌道輪２４の材質等によって決められるが、噴射時間については一般的に数秒程度でよく、具体的には、６秒程度でよい。
【００２１】
このようにして、軌道面２５に５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を付与し、熱処理において軌道面２５上に発生している酸化スケールや、プレスによって打ち抜かれた際に発生したバリについても、取り除く。
【００２２】
ここで、噴射条件のうち、使用するメディアの種類として、たとえば、ステンレスやスチール、ガラス球といった、母材である軌道輪２４の材質の硬度よりも、硬度の低いメディアを使用する。こうすることにより、後の洗浄工程において洗浄不十分となり、メディアが転動面２５上等に残存した場合においても、メディアと軌道面２５等とが擦れあうことによって、軌道面２５に圧痕を発生させることはない。
【００２３】
また、軌道面２５をブラスト処理した後、軌道輪２４を裏返して取り付け、その反対面に対しても、同様のブラスト処理を行う。こうすることにより、軌道輪２４をスラストころ軸受に組み込む際の方向性を気にする必要はない。さらに、軌道面２５の反対面側に発生した酸化スケール等についても、ブラスト処理において取り除くことができる。
【００２４】
なお、図１においては、ブラスト処理装置２１を構成する部品のうち、メディアを噴射するノズル２２を一つだけの構成としているが、これに限らず、ノズルを多数とし、処理時間を短縮等することにしてもよい。
【００２５】
このようにして、軌道輪２４に対して、ブラスト処理を行う。その後、洗浄を行い、所望の軌道輪を得る。また、このようにして得られた軌道輪と、複数のころと、保持器とを組み込んで、スラストころ軸受が製造される。
【００２６】
このような製造方法を行うことにより、軌道輪の軌道面に５００〜１０００ＭＰａの高い残留圧縮応力を付与することができるとともに、研磨処理としてバリや酸化スケールを取り除くことができる。また、上記したバレル研磨によれば、処理時間は一般的に３０分程度と長いため、バリや酸化スケールの除去処理の観点からみると、ブラスト処理により、処理時間を大幅に短縮することができる。さらに、バレル処理後において必要な、軌道輪とメディアとを分別する工程も必要ないため、この点に関しても、処理時間を短縮することができる。
【００２７】
ここで、上記した軌道面の残留圧縮応力が５００〜１０００ＭＰａであるスラストころ軸受の軌道輪を含むスラストころ軸受について、転動疲労寿命試験を行った。図４は、疲労試験装置３１の概略を示す図である。図４を参照して、軌道輪３２ａ、３２ｂを含むスラストころ軸受が、部材３３ａ、３３ｂの間に介在するように取り付けられている。ここで、転動疲労寿命試験として、矢印Ｙの方向から荷重を付加し、回転軸３４を中心に矢印Ｚの方向に、部材３３ａ、３３ｂに取り付けられたスラストころ軸受を回転させ、軌道輪３２ａ、３２ｂが剥離するまでの時間、すなわち、スラストころ軸受の寿命を測定した。試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１によると、軌道輪表面の残留圧縮応力が３００〜５００ＭＰａであるバレル処理品に対し、軌道輪表面の残留圧縮応力が５００〜１０００ＭＰａであるブラスト処理品の寿命比は、１．５であった。したがって、軌道面の残留圧縮応力を５００〜１０００ＭＰａとすると、大幅に転動疲労寿命を長くすることができる。
【００３０】
ここで、軌道輪への応力付与手段としてブラスト処理を行ったが、転動疲労寿命に関連して、表面粗さの劣化が懸念される。そこで、上記したブラスト処理で製造されたスラストころ軸受の軌道輪について、軌道面の表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）を測定した。測定は、表面粗さ形状測定機（東京精密製）で行い、試験数は３０であった。なお、規格はＪＩＳのＢ０６０１に準拠している。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２は、表面粗さＲａの測定結果である。表２より、研磨処理を行う前の表面粗さは０．０５〜０．０８．バレル処理をした軌道輪の表面粗さＲａは０．０７〜０．１０、ブラスト処理をした軌道輪の表面粗さＲａは０．０６〜０．１１であった。表面粗さＲａについては、転動疲労寿命の観点からすると、理想的には０に近いほど有利であるが、０．１５程度までは、表面粗さＲａが転動疲労寿命に影響を与えることはない。したがって、ブラスト処理によって転動疲労寿命が短くなることはない。
【００３３】
以上より、ブラスト処理によって軌道面の残留圧縮応力を５００〜１０００ＭＰａとすることにより、転動疲労寿命を長くすることができる。
【００３４】
なお、上記の実施の形態については、軌道輪の外形形状が平板状の軌道輪について説明したが、これに限らず、軸方向に曲げられた鍔を有する鍔付軌道輪であってもよい。図５は、鍔付軌道輪４２ａ、４２ｂを含むスラストころ軸受４１の要部を示す断面図である。図５を参照して、スラストころ軸受４１は、鍔付軌道輪４２ａ、４２ｂと、複数のころ４４と、複数のころ４４の間隔を保持する保持器４５とを有する。鍔付軌道輪４２ａは、軌道輪の内径側の端部を、鍔付軌道輪４２ｂは、軌道輪の外径側の端部を、軸方向に折り曲げた鍔４３ａ、４３ｂを有する。このような鍔付軌道輪４２ａ、４２ｂについても、同様に５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を軌道面に付与することにより、転動疲労寿命が長くすることができる。
【００３５】
また、上記の実施の形態においては、軌道面に５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を付与する最善の方法として、ブラスト処理を行う方法について説明した。しかしながら、軌道面に５００〜１０００ＭＰａの残留圧縮応力を付与することができるのであれば、他の処理方法を行ってもよい。
【００３６】
なお、上記したスラストころ軸受に含まれるころには、針状ころや棒状ころ、円筒ころ等が含まれる。
【００３７】
また、上記した実施の形態において、スラストころ軸受は、複数のころの間隔を保持する保持器を有することとしたが、これに限らず、保持器を有しないスラストころ軸受、いわゆる総ころタイプのスラストころ軸受についても、適用される。
【００３８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明に係るスラストころ軸受の軌道輪およびスラストころ軸受は、長い転動疲労寿命が要求されるカーエアコン用コンプレッサやトランスミッション等に使用されるスラストころ軸受の軌道輪およびスラストころ軸受に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ブラスト処理装置２１により、軌道面２５に応力付与およびスケール、バリの除去処理をしている状態を示す概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受１１の要部を示す断面図である。
【図３】軌道輪１２ａの製造工程の概略を示すフローチャートである。
【図４】スラストころ軸受に含まれる軌道輪３２ａ、３２ｂの寿命を評価する疲労試験装置３１の概略図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る、鍔付軌道輪４２ａ、４２ｂを含むスラストころ軸受４１の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１１，４１  スラストころ軸受、１２ａ，１２ｂ，２４，３２ａ，３２ｂ  軌道輪、１３，４４  ころ、１４，４５  保持器、１５ａ，１５ｂ，２５  軌道面、２１  ブラスト処理装置、２２  ノズル、２３  回転台座、２６，３４  回転軸、３１  疲労試験装置、３３ａ，３３ｂ  部材、４２ａ，４２ｂ  鍔付軌道輪、４３ａ，４３ｂ  鍔。
【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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