(57)【要約】【課題】加工性に優れ、比較的板厚が厚くてもフランジ部とレース部とを連続させている折り曲げ部（曲げＲ部）に、亀裂等の損傷が発生しないスラストニードル軸受用レースを提供する。【解決手段】Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅの組成を有する中炭素鋼を素材とし、成形後に熱処理を施されることにより、表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト１５〜５０体積％を有することを特徴とするスラストニードル軸受用レースによる。【選択図】図１
2013164095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のニードルと、
前記ニードルを転動自在に保持する保持器と、
前記ニードルが接触する円輪状のレース部と、このレース部の外周縁もしくは内周縁に全周に亙って形成された円筒状のフランジ部とから成る、少なくとも１つのレースと
を備えるスラストニードル軸受に用いられる、スラストニードル軸受用レースであって、
前記レースは、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅの組成を有する中炭素鋼を素材とし、成形後に熱処理を施されることにより、表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト１５〜５０体積％を有することを特徴とするスラストニードル軸受用レース。
【請求項２】
前記レースは、前記組成を有する線材または丸棒材を素材とすることを特徴とするスラストニードル軸受用レース。
【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用レースに関し、より詳細には、自動車用変速機（手動変速機及び自動変速機を含む）、カークーラの如き各種冷凍機用のコンプレッサ等、各種回転機械装置の回転支持部に組み込んで、当該回転支持部に加わるスラスト荷重を支承するスラストニードル軸受を構成するレースに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機や冷凍機用コンプレッサ等の、スラスト荷重を受けつつ回転する、回転軸等の回転部材を有する、各種回転機械装置の回転支持部分には、スラストニードル軸受を装着して、この回転部材に加わるスラスト荷重を支承している。この様なスラストニードル軸受として従来から、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。このうちの特許文献２に記載されたスラストニードル軸受の構造、及び、このスラストニードル軸受に組み込まれるレースの形状に就いて、図２〜５により説明する。
【０００３】
スラストニードル軸受１は、放射方向に配列された複数のニードル２、２と、ぞれぞれが断面コ字形で全体が円輪状である１対の素子を最中状に組み合わせて成り、これら各ニードル２、２を転動自在に保持する保持器３と、これら各ニードル２、２を、この保持器３の軸方向に関して両側から挟持する１対のレース４ａ、４ｂとから成る。これら両レース４ａ、４ｂはそれぞれ、高炭素鋼、浸炭鋼、高炭素クロム軸受鋼、クロムモリブデン鋼等の、十分な硬度を有する鉄系の硬質金属板にプレスによる打ち抜き加工及び曲げ成形を施す事により、全体を円輪状に造られている。このうち、通常外輪と呼ばれる一方（図２の下方）のレース４ａは、円輪状のレース部５ａと、このレース部５ａの外周縁に全周に亙って形成された円筒状のフランジ部６ａとから成る。一方、通常内輪と呼ばれる、他方（図２の上方）のレース４ｂは、円輪状のレース部５ｂと、このレース部５ｂの内周縁に全周に亙って形成されたフランジ部６ｂとから成る。
【０００４】
それぞれが上述の様な構成を有する、前記両レース４ａ、４ｂのフランジ部６ａ、６ｂの先端縁部に、それぞれ円周方向等間隔複数箇所ずつ（図示の例では４箇所ずつ）、ステーキング部と呼ばれる係止部７ａ、７ｂを形成している。これら各係止部７ａ、７ｂはそれぞれ、前記両フランジ部６ａ、６ｂの先端縁部を、径方向に関して前記両レース部５ａ、５ｂの側に曲げ形成する事により構成している。そして、前記各係止部７ａ、７ｂと、前記保持器３の外周縁又は内周縁とを係合させる事により、この保持器３と前記両レース４ａ、４ｂとの分離防止を図っている。
【０００５】
上述の様に構成されるスラストニードル軸受１は、例えば自動車用変速機を構成するハウジング部材等に設けた段部と、このハウジング部材の内径側に挿通された回転伝達軸の外周面に設けた、外周面に斜歯を形成した歯車等の相手部材の軸方向側面との間である所定位置に配置する。そして、他の歯車との間の回転伝達に伴ってこの相手部材に加わるスラスト荷重を支承しつつ、この相手部材乃至は前記回転伝達軸の回転を可能にする。尚、この状態で、前記両レース４ａ、４ｂに設けたフランジ部６ａ、６ｂが、前記ハウジング部材の一部内周面若しくは前記回転伝達軸の一部外周面と嵌合する。従って、前記スラストニードル軸受１は、ラジアル方向の位置を規制された状態で、前記所定位置に設置される。
【０００６】
このようなレース４ａ、４ｂの製造方法に就いて、図５により説明する。尚、この図５には、前述の図３に示した、外周縁側にフランジ部６ａを設けた、所謂外輪と呼ばれるレース４ａの製造方法を示している。前述の図４に示した、内周縁側にフランジ部６ｂを設けた、所謂内輪と呼ばれるレース４ｂの製造方法に就いても、折り曲げ位置や折り曲げ方向が異なる以外、基本的には同様である。
【０００７】
従来方法では、先ず、図５の（Ａ）に示す様な板状素材８に、プレスによる打ち抜き加工を施して、図５の（Ｂ）に示す様な、円輪状の第一中間素材９とする。尚、前記板状素材８として、ＳＰＣＣ・ＳＰＣＥ材の如き冷間圧延鋼板、Ｓ＊＊Ｃ材の如き機械構造用炭素鋼の板材、ＳＣＭ材の如きクロムモリブデン鋼の板材等の、硬度がＨｖ２００以下（但し、Ｈｖ１００以上）で、焼き入れ可能な鉄系合金を使用する。又、実際の場合には、前記板状素材８は、アンコイラから引き出した長尺なものであり、前記第一中間素材９は、この長尺な板状素材８を千鳥配置状に板取りして、スクラップを少なく抑える。この第一中間素材９には、プレスによる曲げ加工を施して、図５の（Ｃ）に示す様な第二中間素材１０とする。この第二中間素材１０は、円輪状のレース部５ａと、このレース部５ａの外周縁から軸方向に折れ曲がった、円筒状のフランジ部６ａとが設けられている。前記第二中間素材１０に、焼き入れ、窒化、浸炭窒化等の、硬度を高くする為に必要な熱処理を施して、硬度をＨｖ６００〜８００にまで高くし、図５の（Ｄ）に示したレース４ａとして完成する。
【０００８】
しかしながら、上述の様な従来の製造方法によれば、前記板状素材８として使用可能な板厚に制限がある。すなわち、板厚が厚いと、前述の図５の（Ｂ）に示す様な第一中間素材９にプレスによる曲げ加工を施して、図５の（Ｃ）に示す様な第二中間素材１０とする際に、前記フランジ部６ａ、６ｂを立ち上がらせることが困難であり、プレスによる塑性加工時に、前記フランジ部６ａ、６ｂとレース部５ａ、５ｂとを連続させている折り曲げ部（曲げＲ部）に、亀裂等の損傷が発生することがあった。
【０００９】
勿論、レースとして単なる円輪状のもの（円筒状のフランジ部を持たないもの）を使用すれば良いのだが、回転支持部に組み込む以前の状態で構成各部材が分離し易く、自動車用変速機等の各種回転機械装置の組立作業の能率化を妨げる為、採用する事が難しい場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２６６０４３号公報
【特許文献２】特開２００８−０８２４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工性に優れ、比較的板厚が厚くてもフランジ部とレース部とを連続させている折り曲げ部（曲げＲ部）に、亀裂等の損傷が発生しないスラストニードル軸受用レースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  複数のニードルと、
前記ニードルを転動自在に保持する保持器と、
前記ニードルが接触する円輪状のレース部と、このレース部の外周縁もしくは内周縁に全周に亙って形成された円筒状のフランジ部とから成る、少なくとも１つのレースと
を備えるスラストニードル軸受に用いられる、スラストニードル軸受用レースであって、
前記レースは、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅの組成を有する中炭素鋼を素材とし、成形後に熱処理を施されることにより、表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト１５〜５０体積％を有することを特徴とするスラストニードル軸受用レース。
（２）  前記レースは、前記組成を有する線材または丸棒材を素材とすることを特徴とするスラストニードル軸受用レース。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスラストニードル軸受用レースによれば、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅよりなる中炭素鋼を素材としたので、従来の高炭素鋼を用いたレースの製造方法と比較して加工性に優れ、また、加工後の表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト量１５〜５０体積％としたので、希薄環境下においても耐摩耗性、耐熱性、耐ピーリング性に優れたレースを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の製造方法の実施の形態の１例を工程順に示す斜視図。
【図２】従来から知られているスラストニードル軸受の１例を示す断面図。
【図３】同じく一方のレースを、レース面が設けられている側から見た状態で示す図（Ａ）、及び、断面図（Ｂ）。
【図４】同じく他方のレースに関する、図３と同様の図。
【図５】従来の製造方法を、工程順に示す斜視図。
【図６】本発明を適用可能なレースを備えたスラストニードル軸受の別構造の２例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るスラストニードル軸受用レースの製造方法の実施形態の１例を図１を参照しつつ説明する。尚、この図１には、内周縁側にフランジ部６ｂを設けた、所謂内輪と呼ばれるレース４ｂの製造方法を示しているが、所謂外輪と呼ばれるレース４ａ（図２、３参照）に就いても、折り曲げ位置や折り曲げ方向を変えるのみで、同様に実施できる。
【００１６】
レース４ｂの製造は、図１に示すように、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅの組成を有する中炭素鋼（例えば、ＪＩＳ規格記号ＳＡＣ１相当）の線材または丸棒材２０を所定の長さに切断して素材２１を作成する切断工程（図１（ａ）及び図１（ｂ））と、この素材２１を鍛造加工して平板状の第一中間素材２２を成形する鍛造工程（図１（ｃ））と、この第一中間素材２２の表面に研削加工を施して所定形状の表面粗さの第二中間素材２３に仕上げる研削工程（図１（ｄ））と、この第二中間素材２３をプレス加工により中心部を目抜きしてリング状の第三中間素材２４、および目抜き材２５に分離する（図１（ｅ））せん断工程と、この第三中間素材２４の内周縁側、あるいは、外周縁側にフランジ部２６を立ち上げて所定の形状の第四中間素材２７を成形する（図１（ｆ））バーリング工程と、この第四中間素材２７に浸炭窒化、焼入れ、および焼戻しの硬化処理を施こして、レース４ａとして完成させる熱処理工程（図１（ｇ））とからなる。尚、必要に応じて更にバレル研磨処理が施されてもよい。
【００１７】
目抜き材２５は、廃材とされるか、更に小型のレースの素材として使用可能な場合は、小型のレースの第二中間素材として利用することもできる。具体的には、せん断工程によって目抜きされた目抜き材２５をせん断工程にてさらに目抜きして、小さな他の製品を形成するための他の第三中間素材２４とし、より小さな他の製品（レース）を製作する。これにより、小さなレース製作工程の前半加工（切断および鍛造加工）を省略することができ、製作コストが抑制されると共に、全体として更に、材料の歩留まり性が向上する。
【００１８】
尚、小さな他の製品を形成するための他の第三中間素材２４としては、中炭素鋼から製作されることが多い円錐ころ軸受の製作過程で発生する目抜き材を使用することもできる。この場合、円錐ころ軸受とスラストニードル軸受１のレース４ａ，４ｂとの材料（中炭素鋼）の共通化が可能となって、更に製造コストを抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るレース４ａ，４ｂは、Ｃ０．１〜０．５重量％を含有する上記組成の中炭素合金鋼を用い、これに浸炭窒化、焼入れ、および焼戻し処理を施して、表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト量１５〜５０体積％としている。
【００２０】
以下、本発明に係る合金鋼の作用及び特性値の臨界的意義等について説明する。
【００２１】
中炭素合金鋼に含まれる成分のうち、Ｃｒ、Ｍｎ、およびＳｉは、いずれも焼入性の向上に寄与する成分であり、特に、Ｍｎは残留オーステナイトを生成し易く、Ｓｉは基地の組織の強度を高め、Ｃｒは耐摩耗性を付与する。
【００２２】
Ｃ０．１〜０．５重量％としたのは、０．１重量％より小さいと、所望の硬さ（表面硬度Ｈｖ６５０〜９００）を得るための浸炭時間が長くなる他、オーステナイト中に固溶する炭素の拡散長が長くなり、その結果オーステナイト中の炭素の固溶状態が不均一となって応力集中源が生成し、ころがり疲れ寿命Ｌ１０も低下する。また、０．５重量％より大きい場合には、オーステナイト中の固溶炭素量が過多となり、その結果、焼入れ後の残留オーステナイトが増して表面硬さが低下する。また、炭素量が多くなると、鍛造性が悪くなることによる。
【００２３】
Ｍｎ０．１〜３．０重量％としたのは、０．１重量％以上で、焼入性を向上させると共に溶解精練時の脱酸剤として作用する。しかし、３．０重量％より大きい場合には、残留オーステナイトが増えて鋼材の被削性及び熱間加工性が低下することによる。
【００２４】
Ｓｉ０．１〜１.５重量％としたのは、０．１重量％以上で、焼入性向上及び脱酸に寄与する。しかし、１．５重量％より大きい場合には、熱処理時に表面が脱炭するとともに、芯部にフェライトが増えてプレス成形性、冷間鍛造性及び機械的性質が低下する。Ｓｉ含有量が０．１〜１．５重量％の範囲にあれば、圧壊値も向上し、ころがり疲れ寿命Ｌ１０の向上にも寄与することによる。
【００２５】
Ｓｉには、脱酸剤効果があり、焼戻し軟化抵抗を向上させ、耐熱性向上に有効な元素である。また、Ｓｉは、オーステナイトの安定化を図る元素であり、残留オーステナイトの分解速度を遅らせる作用がある。このため、０．１重量％未満であると転がり寿命が低下する場合がある。但し、１．５重量％より多いと靭性が悪くなる。
【００２６】
Ｃｒ０．５〜５．０重量％としたのは、０．５重量％以上で、焼入性、浸炭性、耐摩耗性及び機械的性質の向上に寄与する。しかし、５．０重量％より大きい場合には、過剰浸炭となり残留オーステナイトが増え、また粒状炭化物が増えて浸炭焼入層がもろくなることによる。
【００２７】
また、潤滑油中等に異物が混入すると、転がり表面層に圧痕が発生し、この圧痕のエッジ部分に発生するクラックが広がって最終的な疲労破損に至ることが多い。このクラックは、残留オーステナイトと密接な関係があることが分かっている。残留オーステナイトは、素材のＣ含有量により多少異なるが、通常は軟らかくて粘い。従って、この残留オーステナイトを所望の割合で転がり表面層に存在させると、圧痕のエッジ部分における応力集中を緩和することができ、クラックの発生を抑制することができる。
【００２８】
また、転がり表面層における残留オーステナイトは、転動時に圧痕を通過する部材（例えば、レースに対して転動体）の相対通過回数が所定数を過ぎると、表面に加わる変形エネルギによりマルテンサイト変態し、硬化するという効果があり、異物混入潤滑下でのスラストニードル軸受１０の寿命向上に寄与する。
【００２９】
表面残留オーステナイト量１５〜５０体積％としたのは、残留オーステナイト量が１５体積％未満だとごみ圧痕発生の際の応力集中効果を十分発揮することができず、また、残留オーステナイト量が５０体積％を越えると応力集中を緩和する効果は飽和し、かえって表面硬さが低下することにより耐疲労性が低下し、異物混入潤滑下及びクリーンの潤滑下でも寿命が低下してしまうことによる。
【００３０】
このため、表面硬度は、下限値をＨｖ６５０として、Ｈｖ６５０〜９００の範囲に設定されている。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態のスラストニードル軸受用レースの製造方法によれば、高炭素鋼（例えば、ＪＩＳ規格記号ＳＵＪ２）を冷間圧延して得られたみがき帯鋼を用いる従来のレースの製造方法と比較して、加工性に優れ、且つ希薄環境下においても耐摩耗性、耐熱性、耐ピーリング性に優れたレースを低コストで製造することができる。
【実施例】
【００３２】
本発明の効果を確認するため、本発明のスラストニードル軸受用レースの製造方法に係る実施例と、該実施例と比較する比較例について説明する。
【００３３】
試験に用いたレースは、実施例および比較例共に、表１に示す組成の各合金鋼の丸棒材を切断して素材とし、熱処理条件を除き、本願実施形態の製造方法で製作した。
【００３４】
【表１】
2013164095.tif 000003
【００３５】
尚、表１中、合金鋼の種類Ａ〜Ｆは本発明の範囲に含まれる組成を有し、合金鋼の種類Ｇ〜Ｈは本発明の範囲外の組成である。
【００３６】
表２に、各種合金鋼、表面性状（表面硬度、表面残留オーステナイト量）のレースを用い、下記寿命試験条件で行った転動疲労寿命試験の結果を比較して示す。転動疲労寿命は、比較例６合金鋼の種類Ｈの寿命を基準として、それとの比で示す。合金鋼の種類ＨはＪＩＳ規格記号ＳＵＪ２相当の高炭素鋼であり、従来のレースに一般的に用いられている合金鋼であるので基準とした。
【００３７】
（寿命試験条件）
寿命試験機：   ＮＳＫ製スラストニードル試験機
試験軸受:   ＰＣＤ  ５０ｍｍ、ニードル  φ３ｍｍ×６ｍｍ
基本動定格荷重Ｃ： ２４０００Ｎ
基本静定格荷重Ｃ０： ５５０００Ｎ
スラスト荷重：      ５０００Ｎ
相対回転数：       １００００ｒｐｍ
潤滑油および油温：  ＡＴＦ、１００℃
【００３８】
【表２】
2013164095.tif 000004
【００３９】
表２から分かるように、実施例１から実施例７のレースの転動疲労寿命は、いずれも従来の材料であるＳＵＪ２（比較例６）のレースに比べ４倍以上であり、大幅に転動疲労寿命が長くなっている。これに対して、合金組成成分が本発明の範囲外の組成である合金鋼の種類Ｇは、合金鋼の種類Ｈに比して、ほぼ同程度の転動疲労寿命であった。また、合金組成成分が本発明の範囲内の組成である合金鋼の種類Ａ〜Ｆであっても、表面硬度や表面残留オーステナイトが本発明の範囲外であると、合金鋼の種類Ｈに比して、ほぼ同程度の転動疲労寿命であった。このように、実施例のレースは、比較例のどのレースよりも転動疲労寿命が長く、本発明の有効性が実証された。
【００４０】
次いで、板厚０．６から３．０の各合金鋼、各１０００サンプルを本願実施形態の製造方法で製作し、フランジ部とレース部とを連続させている折り曲げ部（曲げＲ部）の亀裂等の損傷の有無を調べた結果を表３に示す。試験は、ＮＳＫニードルベアリング製プレス試験機を用い、内径φ３５×外径φ６５、内周縁側フランジ高さ３のレースを製作し、フランジ部とレース部とを連続させている折り曲げ部（曲げＲ部）の亀裂等の損傷の有ったサンプル数を記録した。
【００４１】
【表３】
2013164095.tif 000005
【００４２】
表３から、従来の材料である合金鋼の種類Ｈでは、板厚０．６でも約３％のサンプルに損傷が見られ、板厚が増すほど損傷のあるサンプル数が増えることがわかる。一方、本発明の範囲内の組成である合金鋼の種類Ａ、Ｆにおいては、板厚３．０であっても、１０００サンプル中１サンプルも亀裂などの損傷は発生せず、本発明の有効性が実証された。
【００４３】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【００４４】
更に、本発明は、前述の図２に示した様な構造のスラストニードル軸受に限らず、図６の（Ａ）（Ｂ）に示した様なスラストニードル軸受１ａ、１ｂに関して実施する事もできる。図２に示したスラストニードル軸受１は、１対のレース４ａ、４ｂにより各ニードル２、２を挟持している。これに対して、図６の（Ａ）に示したスラストニードル軸受１aは、所謂外輪と呼ばれるレース４ａを、同じく（Ｂ）に示したスラストニードル軸受１ｃは、所謂内輪と呼ばれるレース４ｂを、各ニードル２、２の片側にのみ設けている。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明のスラストニードル軸受用レースの製造方法によれば、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｃｒ０．５〜５．０重量％、Ｍｏ０．０〜１．５重量％、Ｍｎ０．１〜１．５重量％、Ｓｉ０．１〜１.５重量％、および残部Ｆｅよりなる中炭素鋼の線材または丸棒材から、切断、鍛造加工、研削加工、せん断加工、バーリング加工、および熱処理によって所定形状のレースを製作し、表面硬度Ｈｖ６５０〜９００、表面残留オーステナイト量１５〜５０体積％としたので、従来の高炭素鋼を用いたレースの製造方法と比較して加工性に優れ、且つ希薄環境下においても耐摩耗性、耐熱性、耐ピーリング性に優れたレースを、材料の歩留まりが良く、低コストで製造することができるので、自動車用変速機（手動変速機及び自動変速機を含む）、カークーラの如き各種冷凍機用のコンプレッサ等、各種回転機械装置の回転支持部に組み込んで、当該回転支持部に加わるスラスト荷重を支承するスラストニードル軸受を構成するレースの製造方法として好適に使用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  スラストニードル軸受
２    ニードル
３、３ａ    保持器
４ａ、４ｂ  レース
５ａ、５ｂ  レース部
６ａ、６ｂ  フランジ部
７ａ、７ｂ  係止部
８    板状素材
９    第一中間素材
１０    第二中間素材
１１    第三中間素材
２０    線材もしくは丸棒材
２１    素材
２２    第一中間素材
２３    第二中間素材
２４    第三中間素材
２５    目抜き材
２６    フランジ部
２７    第四中間素材
【図１】
2013164095.tif 000006
【図２】
2013164095.tif 000007
【図３】
2013164095.tif 000008
【図４】
2013164095.tif 000009
【図５】
2013164095.tif 000010
【図６】
2013164095.tif 000011