(57)【要約】【課題】低炭素鋼を用いて保持器の形状にした後に、浸炭窒化法により表面を硬化させて得られる転がり軸受用保持器として、優れた耐摩耗性を有し、高速回転され且つ負荷容量が高い転がり軸受用に好適なものを提供する。【解決手段】炭素（Ｃ）含有率が０．０５質量％以上０．３０質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．１５質量％以上２．０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が０．３０質量％以上２．０質量％以下の合金鋼からなる素材を保持器の形状に加工した後に、浸炭窒化、焼入れ、焼戻しを施す。これにより、表面から１μｍの深さまでの範囲で、窒素（Ｎ）の含有率を０．３質量％以上１．０質量％以下とし、炭素と窒素の合計含有率を０．６質量％以上１．８質量％以下とする。表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率を合計で０．５面積％以上５．０面積％以下とし、硬さをＨｖ６００以上とする。【選択図】図１
2012052642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の保持器であって、
炭素（Ｃ）含有率が０．０５質量％以上０．３０質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．１５質量％以上２．０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が０．３０質量％以上２．０質量％以下の合金鋼からなる素材を保持器の形状に加工した後に、浸炭窒化、焼入れ、焼戻しがなされて得られ、
表面から１μｍの深さまでの範囲で、窒素（Ｎ）の含有率が０．３質量％以上１．０質量％以下であり、炭素と窒素の合計含有率が０．６質量％以上１．８質量％以下であり、
表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％以上５．０面積％以下であり、硬さがＨｖ６００以上である保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のオートマチックトランスミッション（Ａ／Ｔ）等で使用されるニードル軸受には、転動体を保持するための保持器が組み込まれている。このような保持器を、自己潤滑性や耐焼き付き性にすぐれた高力黄銅あるいは軟鋼を用いて形成すると、材料コストや加工コストの上昇を招くことから、通常は、ＳＰＣＣ材あるいはＳＰＣＤ材の低炭素鋼板をプレス成形して形成されている。
【０００３】
しかし、ＳＰＣＣ材等の低炭素鋼板で形成された保持器は、転動体を高速回転させた時に転動体との接触部に焼き付きが生じ易いため、保持器の破損を防ぐことが求められている。
下記の特許文献１には、低炭素鋼板をプレス成形して保持器の形状とした後、６９０℃〜７６０℃で浸炭窒化した後に焼入れを行って、表面炭素濃度を０．３〜３．０％、表面窒素濃度を０．１〜１．０％、硬さをＨｖ≧６００とすることで、所要の耐摩耗性と耐久性を有し、かつ熱処理歪みを低減できるスラストニードル軸受用保持器の製造方法が開示されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、高速回転され且つ負荷容量が高い転がり軸受用の保持器として、径方向内外に対向配置された２枚の薄肉の円環状板により構成し、両円環状板に、それぞれ、少なくとも軸方向複列にころを配置できる開口部を円周方向に複数設け、両円環状板それぞれの径方法に対向する開口部間に軸方向複列にころを収納するポケット分を構成したラジアルころ軸受用保持器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４９３４６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、低炭素鋼（炭素含有率が０．３０質量％以下である炭素鋼）を用いて保持器の形状にした後に、浸炭窒化法により表面を硬化させて得られる転がり軸受用保持器として、優れた耐摩耗性を有し、高速回転され（回転速度が１０００ｍｉｎ-1以上）且つ負荷容量が高い転がり軸受用に好適なものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の保持器であって、炭素（Ｃ）含有率が０．０５質量％以上０．３０質量％以下、珪素（Ｓｉ）含有率が０．１５質量％以上２．０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）含有率が０．３０質量％以上２．０質量％以下の合金鋼からなる素材を保持器の形状に加工した後に、浸炭窒化、焼入れ、焼戻しがなされて得られ、表面から１μｍの深さまでの範囲で、窒素（Ｎ）の含有率が０．３質量％以上１．０質量％以下であり、炭素と窒素の合計含有率が０．６質量％以上１．８質量％以下であり、表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％以上５．０面積％以下であり、硬さがＨｖ６００以上である保持器を提供する。
【０００８】
本発明で使用する素材を上記組成の合金鋼とした理由を以下に述べる。
＜炭素（Ｃ）含有率が０．０５質量％以上０．３０質量％以下＞
炭素は焼入れによってマルテンサイト組織となり、マトリックスを硬化させる。炭素含有率が０．０５質量％未満であると、必要な芯部の硬さが得られない。浸炭窒化に係る時間を短縮するために、炭素含有率を０．１０質量％以上とすることが好ましい。
炭素含有率が０．３０質量％を超えると冷間加工性、特にプレス加工性が不良になる。良好なプレス加工性を得るためには０．２０質量％以下にすることが好ましい。
【０００９】
＜珪素（Ｓｉ）含有率が０．１５質量％以上２．０質量％以下＞
浸炭窒化を含む熱処理により、表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％以上とするために、素材の珪素含有率は０．１５質量％以上とする必要がある。また、素材の珪素含有率は０．３０質量％以上とすることが好ましい。なお、素材の珪素含有率が２．０質量％を超えると、ヘッダー性、被削性、浸炭窒化処理特性（十分な深さまで硬化層および窒素拡散層を確保すること）が不良になる。
【００１０】
＜マンガン（Ｍｎ）含有率が０．３０質量％以上２．０質量％以下＞
浸炭窒化を含む熱処理により、表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％以上とするために、素材のマンガン含有率は０．３０質量％以上とする必要がある。また、素材のマンガン含有率は０．５０質量％以上とすることが好ましい。なお、素材のマンガン含有率が２．０質量％を超えると、残留オーステナイトが多くなり過ぎて寸法安定性が低下する。
【００１１】
本発明で使用する素材は、さらにクロム（Ｃｒ）を０．１０質量％以上２．０質量％以下の範囲で含有してもよい。クロムは、焼入れ性を向上させ、炭化物の析出の促進と微細化の作用を有する。クロム含有質が０．１０質量％未満ではこれらの作用が実質的に得られない。クロム含有質が２．０質量％を超えると、浸炭窒化時に表層部にクロム酸化膜が形成されて炭素および窒素の拡散を阻害することがある。
【００１２】
本発明で保持器の表層部を上記各構成とした理由を以下に述べる。
＜表面から１μｍの深さまでの範囲で、窒素（Ｎ）の含有率が０．３質量％以上１．０質量％以下、表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％以上５．０面積％以下＞
表面から１μｍの深さまでの範囲で窒素（Ｎ）の含有率が０．３質量％未満であるか、表面から１００μｍの深さまでの範囲で、Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が合計で０．５面積％未満であると、窒化物および炭窒化物による耐摩耗特性が、高速回転され且つ負荷容量が高い転がり軸受用保持器として十分には得られない。
【００１３】
＜表面から１μｍの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が０．６質量％以上１．８質量％以下＞
表面から１μｍの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が０．６質量％未満であると、保持器として必要な強度や耐久性が実施的に得られない。表面から１μｍの深さまでの範囲で、炭素と窒素の合計含有率が１．８質量％を超えると、粗大な炭化物が生成し易くなって保持器の寿命を低下させる。
＜表面から１００μｍの深さまでの範囲で、硬さがＨｖ６００以上＞
表面から１００μｍの深さまでの範囲で、硬さがＨｖ６００未満であると、耐摩耗性が不充分となる。表面から１００μｍの深さまでの範囲での硬さはＨｖ６５０以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の保持器は、低炭素鋼（炭素含有率が０．３０質量％以下である炭素鋼）を用いて保持器の形状にした後に、浸炭窒化法により表面を硬化させて得られる転がり軸受用保持器として、優れた耐摩耗性を有し、高速回転され且つ負荷容量が高い転がり軸受用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に相当するラジアルニードル軸受用保持器を示す斜視図である。
【図２】スラストニードル軸受用保持器の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示す形状のラジアルニードル軸受用保持器を下記の方法で作製した。
【００１７】
【表１】
2012052642.tif 000003
【００１８】
表１に示す組成の鋼種からなる鋼板を、プレス成形して図１の保持器１の形状とした後、No. １〜１３については、８４０℃〜９３０℃での浸炭窒化処理、８２０℃〜８６０℃に加熱してから油冷却する焼入れ処理、および１６０℃〜３５０℃での焼戻しをこの順に行った。No. １４については、浸炭窒化を行わず、８５０〜９３０℃に加熱してから油冷却する焼入れ処理の後、１６０〜１８０℃での焼戻しを行った。
【００１９】
このようにして得られたNo. １〜１４の保持器について、表面から深さ１μｍまでの炭素含有率〔Ｃ〕、窒素含有率〔Ｎ〕、炭素と窒素の合計含有率〔Ｃ＋Ｎ〕、表面（表面から深さ１００μｍでの）硬さ（Ｈｖ）、表面から１００μｍまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率（炭窒化物＋窒化物）を調べた。表面から深さ１μｍまでの炭素含有率〔Ｃ〕と窒素含有率〔Ｎ〕は、ＥＰＭＡを用いた定量分析で測定した。表面から１００μｍまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率は、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で測定した。
また、各保持器を用いて同じラジアルニードル軸受を組み立て下記の条件で耐久試験を行い、保持器の摩耗量を測定した。そして、No. １４の摩耗量を「１」とした相対値を算出した。
【００２０】
＜耐久試験条件＞
Ｐ／Ｃ：０．４５、回転速度：１００００ｍｉｎ-1、試験時間：２００時間、潤滑：ＡＴＦ
これらの結果も下記の表２に示す。
【００２１】
【表２】
2012052642.tif 000004
【００２２】
〜１４よりも耐摩耗性に優れていることが分かる。
また、No. １〜１０のうち、表面から深さ１μｍまでの窒素含有率〔Ｎ〕が０．３質量％と同じであるNo. １、３、６、８〜１０を比較すると、珪素含有率とマンガン含有率が本発明の好ましい範囲にある鋼種Ｂ、Ｃを用いたNo. ９と１０は、表面から１００μｍまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物とＳｉ，Ｍｎ系炭窒化物の単位面積当りの存在率が他よりも高く、特に優れた耐摩耗性が得られた。また、同じ鋼種Ａを用いたNo. １〜８では、表面硬さが６５０以上のNo. １、２、４〜７が、表面硬さが６００以上６５０未満のNo. ３、８よりも耐摩耗性に優れていた。
なお、この実施形態ではラジアルニードル軸受の保持器１について説明したが、本発明は、図２に示すようなスラストニードル軸受の保持器１にも適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１  保持器
【図１】
2012052642.tif 000005
【図２】
2012052642.tif 000006