CN102144106A - 滚动轴承 - Google Patents

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CN102144106A CN2009801344437A CN200980134443A CN102144106A CN 102144106 A CN102144106 A CN 102144106A CN 2009801344437 A CN2009801344437 A CN 2009801344437A CN 200980134443 A CN200980134443 A CN 200980134443A CN 102144106 A CN102144106 A CN 102144106A
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筒井英之
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Abstract

本发明提供滚动轴承，其即使在接触含有硫系添加剂的润滑油环境下使用，在保持器的表面形成的覆膜也难以发生剥离、金属成分的溶出，滑动性、耐磨损性优异。为具备多个滚针3和保持该滚针3的保持器2、在接触含有硫系添加剂的润滑油的环境下使用的滚针轴承1，其特征在于，上述保持器在上述润滑油接触的该保持器的表面部位形成有Ni-B-W覆膜。

Description

滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承、特别涉及用于发动机的连杆的滚动轴承。
背景技术
二冲程发动机，具有通过混合气的燃烧而进行直线往复运动的活塞、输出旋转运动的曲柄轴、和连接活塞与曲柄轴、将直线往复运动转换为旋转运动的连杆。连杆包含在直线状棒体的下方设有大端部、在上方设有小端部的部件。曲柄轴，在连杆的大端部，连结活塞和连杆的活塞销，在连杆的小端部，分别介有安装于卡合孔的滚子轴承而旋转自如地得到支持。支撑旋转轴的滚子轴承包含多个滚子、和保持多个滚子的保持器。
安装于设在上述的连杆的小端部及大端部的卡合孔、支撑活塞销及曲柄轴的滚子轴承，尽管轴承投影面积小，但能承受高荷重的负荷，且使用高刚性的滚针轴承。在此，滚针轴承含有多个滚针和保持多个滚针的保持器。在保持器中设有用于保持滚针的袋，由位于各袋之间的柱部保持各滚针的间隔。连杆的小端部及大端部中的滚针轴承，为减轻由于滚针轴承的自转运动及公转运动而作用于滚针轴承的荷重，由使保持器的外径面接触设于小端部及大端部的卡合孔的内径面的外径导向而积极地使用。
另一方面，一般的滚动轴承，由内轮和外轮及密封材料等将轴承内面密闭，在该轴承内部面设有滚动体和保持器，填充润滑脂，通过该润滑脂滚动体和保持器经常受到润滑。与此相对，上述滚针轴承，由于没有内轮和外轮及密封材料等，轴承内部没有被密闭，不能将润滑脂填充于该轴承内部。因此，在上述滚针轴承旋转时，需要用泵等将润滑油经常供给滑动部。
上述泵等，与上述滚针轴承的旋转同时开始工作，因此旋转刚刚开始之后滚针轴承的全体尚未遍及润滑油，不能充分润滑。因此，保持器和滚针之间产生大的摩擦，保持器、滚针表面磨损，或保持器外径面和实际设备壳体内径面磨损，在最差的情况下，恐怕两者烧结在一起。因此，为了防止上述滚针轴承的旋转刚刚开始之后的磨损、烧结，提案有在保持器的表面预先形成具有润滑性的覆膜的技术。
例如，已知在包含用渗碳处理在表面形成有硬化层的钢材的保持器的滚动体的导向面上、通过溅射法等形成硬质的类金刚石碳(以下、称为DLC。)的覆膜、进而形成银等的软质金属覆膜的方法(参照专利文献1)。由于该软质金属覆膜降低保持器与滚针之间的摩擦及保持器外径面与壳体内径面的摩擦，因此润滑即使在不充分的旋转刚刚开始之后也能防止保持器、滚针的烧结，但是，即使该软质金属覆膜伴随着使用而磨损，其基底的DLC覆膜新地露出，使该DLC覆膜阻止磨损。
另外，也提案有在保持器的表面通过镀敷法直接形成上述软质金属覆膜的技术。例如，已知在低碳素钢的表面形成约25～50μm的镀银覆膜的方法(参照专利文献2)。由于该镀银覆膜分别降低保持器与滚针之间、保持器外径面与壳体之间的摩擦，因此与上述同样，使得润滑即使在不充分的旋转刚刚开始之后也能防止烧结。而且，镀铜覆膜也与镀银覆膜同样，由于具有降低保持器与滚针之间的摩擦的作用，因此使得能防止烧结。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2005-147306号公报
专利文献2：特开2002-195266号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献1所示的方法中，软质金属受磨损而消失后硬质覆膜露出，壳体内径部与硬质覆膜滑动。该情况下，虽然保持器不磨损，但恐怕由于保持器表面的硬质覆膜而壳体内径部磨损。另外，从制造的观点来看，对保持器进行渗碳处理，用溅射装置形成DLC覆膜，形成软质金属覆膜，因此作业工序复杂需要很多工数。而且，溅射装置价格高，生产效率也不好，因此使用该装置的处理存在成本增加的问题。
另外，专利文件2所示的方法中，在含有硫系添加剂的润滑体系中，在保持器表面形成的镀银覆膜，与润滑油中含有的硫成分结合而生成硫化银，该硫化银覆盖镀银覆膜的表面。由于该硫化银与银相比脆，因此覆膜剥离、或耐油性差，因此由于润滑油覆膜溶解。其结果，存在镀银覆膜消失了的保持器外径面和壳体内径面之间的摩擦增大、容易产生烧结这样的问题。另外，镀铜覆膜也同样，存在生成硫化铜、由于覆膜的剥离、溶解导致保持器的润滑性恶化这样的问题。
本发明为解决这样的问题而进行研究，其目的在于提供一种滚动轴承，即使在接触含有硫系添加剂的润滑油环境下使用，保持器表面形成的覆膜也难以产生剥离和金属成分的溶出，其滑动性及耐磨损性优异。
用于解决课题的手段
本发明的滚动轴承，是具备多个滚动体、和保持该滚动体的保持器而成的滚动轴承，其特征在于，在上述保持器的表面部位形成有Ni-B-W覆膜。另外，其特征在于，上述滚动轴承在接触含有硫系添加剂的润滑油的环境下使用，上述形成Ni-B-W覆膜的上述保持器的表面部位为上述润滑油接触的部位。
其特征在于，在上述Ni-B-W覆膜的组成中，B为0.3～1.3原子％、W为0.1～1.1原子％。另外，其特征在于，上述Ni-B-W覆膜的膜厚为3～100μm。
其特征在于，上述保持器为铁系金属材料的成形体。特别是，其特征在于，为轴承钢、渗碳钢、机械结构用碳素钢、冷轧钢、或热轧钢。
其特征在于，上述滚动体为滚子形状。特别是，其特征在于，为滚针形状。
其特征在于，上述Ni-B-W覆膜为下述的覆膜：将3个在具有3mm×3mm×20mm尺寸的SCM415制基材片上形成有该覆膜的试验片在含有二硫代磷酸锌1重量％的聚-α-烯烃油2.2g中在150℃下浸渍处理了200小时时，该覆膜的成分从试验片无溶出的覆膜。
其特征在于，本发明的滚动轴承，为支撑输出旋转运动的曲柄轴、安装于卡合孔、由上述保持器的外径面导向的滚子轴承，所述卡合孔设于将直线往复运动转换为旋转运动的连杆的大端部。
发明的效果
本发明的滚动轴承具备多个滚动体和保持该滚动体的保持器、在上述保持器的表面部位形成有Ni-B-W覆膜，因此在保持器的该部位中与以往的镀金属同等以上地摩擦系数低，即使在接触含有硫系添加剂的润滑油的环境下使用的情况下，也可抑制覆膜的剥离、覆膜成分向润滑油的溶出，比以往的镀金属相比可长时间维持保持器的润滑性。
上述滚动体具有滚子形状，因此可承受高荷重的负荷。另外，通过使用高刚性的滚针轴承，可承受更高荷重的负荷。
本发明的滚动轴承支撑输出旋转运动的曲柄轴、安装于在将直线往复运动转换为旋转运动的连杆的大端部设置的卡合孔、由上述保持器的外径面导向，因此上述覆膜可比以往的镀金属更长时间维持保持器的润滑性，防止保持器外径面、卡合孔内径面的磨损，可谋求装置整体的长寿命化。
附图说明
图1是使用了本发明的滚动轴承的二冲程发动机的纵剖视图。
图2是表示作为本发明的滚动轴承的一实施例的滚针轴承的立体图。
图3是表示滑动试验机的图。
具体实施方式
对于在与含有硫成分的润滑油接触的环境下使用的滚动轴承进行深入研究，结果得知，在保持器的表面部位代替以往的镀铜、镀银，通过非电解镀敷形成的Ni-B-W覆膜能够低地维持与以往的镀银等同等以上的摩擦系数，同时即使浸渍在含有硫成分的润滑油中，也难以产生覆膜成分向润滑油中的溶出。本发明基于这些知识见解。
基于附图对本发明的滚动轴承的使用方式进行说明。图1是作为本发明的滚动轴承使用了滚针轴承的二冲程发动机的纵剖视图。如图1所示二冲程发动机具有：通过混合了汽油和作为发动机油的润滑油的混合器的燃烧而进行直线往复运动的活塞8，输出旋转运动的曲柄轴6，连接活塞8和曲柄轴6、将直线往复运动转换为旋转运动的连杆7。曲柄轴6，以旋转中心轴12为中心进行旋转，通过摆锤(バランスゥェィト)13取得旋转的平衡。
连杆7包含在直线状棒体的下方设有大端部15、在上方设有小端部16的部件。曲柄轴6，介由安装在连杆7的大端部15的卡合孔的滚针轴承1a而旋转自如地得到支撑。另外，连结活塞8和连杆7的活塞销14，介由安装在连杆7的小端部16的卡合孔的滚针轴承1b而旋转自如地得到支撑。混合了汽油和润滑油的混合气，从吸气孔9被送入曲柄室5后，根据活塞8的上下动作被导入汽缸4的上方的燃烧室11，被燃烧。燃烧了的废气由排气孔10而排出。
图2是表示作为本发明的滚动轴承的一实施例的滚针轴承的立体图。如图2所示，滚针轴承1由多个滚针3、和将该滚针3按一定间隔或者不等间隔保持的保持器2构成。不设内轮和外轮而直接在保持器2的内径侧插入曲柄轴6、活塞销14等的轴，将保持器2的外径侧嵌入作为壳体的连杆7的卡合孔(参照图1)。因为没有内外轮而使用直径比长度小的滚针3作为滚动体，因此该滚动轴承1与具有内外轮的一般的滚动轴承相比，形成紧凑的结构。
在保持器2中，设有用于保持滚针3的袋部2a、由位于各袋之间的柱部2b保持各滚针3的间隔。在保持器2的表面部位形成有后述的覆膜。形成覆膜的保持器的表面部位是与润滑油接触的部位，优选包含了与滚针3接触的袋2a的表面的保持器2的全部表面。另外，不仅在保持器2的表面部位，而且在作为滚动体的滚针3的表面也可形成同样的覆膜。
本发明的滚动轴承，可适用于接触配合了硫系添加剂的润滑油的环境下。作为接触润滑油的环境，例如如上所述，可列举滚动轴承安装于二冲程发动机或者四冲程发动机的连杆，接触混合了汽油和作为发动机油的润滑油的混合气、或者发动机油的情况；通过向滚动轴承的保持器袋部等的注油等而接触的情况。
所谓的硫系添加剂，为含有硫系化合物的添加剂，作为该添加剂种类，可列举抗氧化剂、防锈剂、极压剂、清洁分散剂、金属钝化剂、防磨损剂等。作为添加含有硫系化合物的添加剂的润滑油，可列举矿物油、合成油、酯油、醚油等。
作为硫系化合物，例如，可列举二烷基二硫代磷酸锌(以下、记作ZnDTP)、二烯丙基二硫代磷酸锌等的硫代磷酸盐，硫化萜烯、酚噻嗪、巯基苯并噻唑、石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、聚丁烯-P2S5反应产物盐、有机磺酸的铵盐、碱土金属的有机磺酸盐、1-巯基硬脂酸等的巯基脂肪酸类或其金属盐，2，5-双巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基噻二唑等的噻唑类，2-(癸基二硫代)-苯并咪唑、2，5-双(十二烷基二硫代)-苯并咪唑等的二硫化物系化合物、二月桂基硫代丙酸酯等的硫代羧酸酯系化合物、二苄基二硫、二苯硫醚、硫化鲸油(硫化スパ一ム油)等的硫化油脂，硫化烯烃、硫化脂肪酯等的硫化酯，二苄基二硫、烷基多硫化物、烯烃多硫化物等的硫化物，磺酸钙，磺酸镁，烷基二硫代磷酸胺等。在上述硫系化合物中容易对连杆用的滚子轴承造成影响的化合物是ZnDTP。
本发明中，所谓的“在与含有硫系添加剂的润滑油接触的环境下难以产生剥离或者溶出”，是指，例如，将3个在具有3mm×3mm×20mm尺寸(表面积258mm2)的SCM415制基材片上形成有上述覆膜的试验片在含有ZnDTP为1重量％的聚-α-烯烃(PAO)油2.2g中在150℃下浸渍处理了200小时时，通过利用荧光X射线测定装置，由试验片向上述润滑油中溶出的覆膜成分量，在润滑油中为200ppm以下。
本发明的滚动轴承中，形成于保持器上的覆膜为Ni-B-W覆膜。这些覆膜通过非电解镀敷处理形成于保持器的表面部位。非电解镀敷处理能够使覆膜厚度均匀，尺寸精度优异，同时能够使添加的微粉体在膜中均匀分散。
Ni-B-W覆膜为Ni(镍)、B(硼元素·硼)、W(钨)的复合覆膜。作为Ni-B-W覆膜的组成，优选Ni为93.8～94.8原子％、B为0.3～1.3原子％、W为0.1～1.1原子％。这样的Ni-B-W覆膜比Ni-P覆膜硬，滑动性、耐磨损性也优异，因此能够防止保持器外径面、壳体(卡合孔)内径面的磨损。另外，如后述的实施例所示，即使在与配合了上述硫系添加剂的润滑油接触的环境下，覆膜成分也难以溶出。作为镀Ni-B-W的市售品，例如可列举日本プロトン社制：プロトニクスシステムJA(商品名)。
作为形成于保持器表面的Ni-B-W覆膜的膜厚，优选为3～100μm，更优选为5～60μm。如果不足3μm，则由于初期磨损覆膜有消失的危险性，如果超过100μm，则保持器的圆度恶化，不优选。
本发明的滚动轴承，因为使用在表面通过后加工形成有覆膜的保持器，因此作为保持器本体可以使用轴承钢、渗碳钢、机械结构用碳素钢、冷轧钢、或热轧钢。其中优选使用耐热性高、具有耐高荷重的刚性的渗碳钢。作为渗碳钢，例如可列举SCM415等。
本发明中用于滚动轴承的滚动体，具有滚子形状，因此本发明的滚动轴承安装于在上述连杆的小端部和大端部设置的卡合孔，可支撑活塞销及曲柄轴，尽管轴承投影面积小，但可承受高荷重的负荷。特别是，将高刚性的滚针作为滚动体使用的滚动轴承，与以滚子作为滚动体使用的滚动轴承相比，进一步能承受高荷重的负荷。
本发明的滚动轴承是支撑输出旋转运动的曲柄轴、安装于在将直线往复运动转换成旋转运动的连杆的大端部设置的卡合孔、由具有上述覆膜的保持器的外径面引导的滚子轴承，因此覆膜的剥离、金属成分向润滑油的溶出几乎没有，与以往的镀金属相比，可长时间维持保持器的润滑性，防止保持器外径面、卡合孔内径面的磨损，可谋求装置整体的长寿命化。
本发明的滚动轴承，如图1所示，可支撑输出直线往复运动的活塞销，也可以安装于在将直线往复运动转换成旋转运动的连杆的小端部设置的卡合孔。
本发明的滚动轴承的结构，不限于连杆用滚针轴承，也可以适用于槽球轴承、角形球轴承、圆筒滚子轴承、圆锥滚子轴承等。
实施例
实施例1
在3个具有3mm×3mm×20mm尺寸(表面积258mm2)的SCM415制板状基材片、和1个具有外径40mm×内径20mm×t10mm(副曲率R60mm)尺寸的SUJ2制环状基材试验片上，分别使用镀Ni-B-W(日本プロトン社制：プロトニクスシステムJA：B为0.85原子％、W为0.60原子％、Ni为94.27原子％)实施非电解镀敷处理，形成10μm的Ni-B-W覆膜，得到板状试验片及环状试验片。将板状试验片供给以下所示的润滑油浸渍试验，将环状试验片供给以下所示的滑动试验，测定覆膜成分在润滑油中溶出的量及覆膜的摩擦系数。结果示于表1。
<润滑油浸渍试验>
将3个板状试验片在含有ZnDTP(LUBRIZOL社制：LUBRIZOL677A)1重量％的PAO油(三井化学公司制：LUCANT HC-10)2.2g中在150℃下浸渍处理了200小时时，使用荧光X射线测定装置(リガク社制：Ri gakuZSX100e)测定从试验片向上述润滑油中溶出的覆膜成分量。
<滑动试验>
使用图3所示的滑动试验机(サバン型摩擦摩耗试验机)。图3(a)表示正视图、图3(b)表示侧视图。在旋转轴18安装环状试验片17，在臂部19的气滑块(ェァスラィダ一)21上固定钢板20。环状试验片17一边将规定的荷重22由图上方施加一边与钢板20旋转接触，同时由含浸了润滑油的毛毡衬垫24将润滑油向环状试验片17的外周面供给。使环状试验片17旋转时产生的摩擦力通过负载传感器23而检测出。钢板20使用SCM415渗碳淬火回火处理品(Hv 700)，润滑油使用モ一ビルベロシティォィルNo.3(ェクソンモ一ビル社制：VG2)。荷重为50N、滑行速度为5m/秒、试验时间为30分钟。摩擦系数以试验结束前10分钟的平均值表示。
比较例1
代替实施例1中的Ni-B-W覆膜而以实施镀铜处理形成5μm的铜覆膜作为底层覆膜后，进一步实施镀银处理形成25μm的银覆膜，除此之外，与实施例1同样进行处理，对于得到的试验片实施与实施例1同样的试验及测定。结果示于表1。
比较例2
代替实施例1中的Ni-B-W覆膜而以实施镀铜处理形成30μm的铜覆膜，除此之外，与实施例1同样进行处理，对于得到的试验片实施与实施例1同样的试验及测定。结果示于表1。
比较例3
代替实施例1中的Ni-B-W覆膜而实施Ni-P非电解镀敷处理、形成10μm的Ni-P覆膜，除此之外，与实施例1同样进行处理，对于得到的试验片实施与实施例1同样的试验及测定。结果示于表1。
[表1]
  实施例1   比较例1   比较例2  比较例3
  测定元素   镍   银   铜   镍
  溶出量、ppm   0   600   3500   0
  摩擦系数   0.03   0.03   0.08   -1)
1)试验中试验片发生大的振动，因此开始5秒后手动停止
如表1所示，作为以往使用的镀金属的比较例1及比较例2在润滑油浸渍试验中润滑油中金属成分溶出。特别是形成镀铜的溶出多的结果。另外，只是比较例3的Ni-P覆膜没有金属成分的溶出，但由于滑动性、耐磨损性差，因此试验中试验片发生大的振动，形成中断试验的结果。与此相对，使用Ni-B-W覆膜的实施例1，摩擦系数降低到与以往的镀金属同等以上，且也没有金属成分的溶出。
产业上的可利用性
本发明的滚动轴承，因为在保持器表面设有规定的覆膜，因此能够在接触含有硫系添加剂的润滑油的环境下长时间维持保持器的润滑性，可作为在该环境下使用的滚动轴承合适地进行利用。
符号的说明
1滚针轴承(滚动轴承)
1a滚针轴承
1b滚针轴承
2保持器
2a袋部
2b柱部
3滚针(滚动体)
4汽缸
5曲柄室
6曲柄轴
7连杆
8活塞
9进气口
10排气口
11燃烧室
12旋转中心轴
13摆锤
14活塞销
15大端部
16小端部
17环状试验片
18旋转轴
19臂部
20钢板
21气滑块
22荷重
23负载传感器
24毛毡衬垫

Claims (10)

1.一种滚动轴承，其是具备多个滚动体和保持该滚动体的保持器而成的滚动轴承，其特征在于，在所述保持器的表面部位形成有Ni-B-W覆膜。
2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承在接触含有硫系添加剂的润滑油的环境下使用，形成所述Ni-B-W覆膜的所述保持器的表面部位为所述润滑油接触的部位。
3.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，在所述Ni-B-W覆膜的组成中，B为0.3～1.3原子％、W为0.1～1.1原子％。
4.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述Ni-B-W覆膜的膜厚为3～100μm。
5.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述保持器为铁系金属材料的成形体。
6.如权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于，所述铁系金属材料为轴承钢、渗碳钢、机械结构用碳素钢、冷轧钢、或热轧钢。
7.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动体具有滚子形状。
8.如权利要求7所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚子形状为滚针形状。
9.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述Ni-B-W覆膜为下述覆膜：将3个在具有3mm×3mm×20mm尺寸的SCM415制基材片上形成有该覆膜的试验片在含有二硫代磷酸锌1重量％的聚-α-烯烃油2.2g中在150℃下浸渍处理了200小时时，该覆膜的成分从试验片不溶出。
10.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承为支撑输出旋转运动的曲柄轴、被安装于卡合孔、由所述保持器的外径面导向的滚子轴承，所述卡合孔设于将直线往复运动转换为旋转运动的连杆的大端部。
CN2009801344437A 2008-09-05 2009-08-28 滚动轴承 Pending CN102144106A (zh)

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