JP2005147244A - Manufacturing method for retainer for roller bearing and retainer for roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ころ軸受用保持器に関する。 The present invention relates to a roller bearing retainer.
ころ軸受用保持器には、遊星ギアもしくは遊星ローラを備えた遊星式動力伝達装置において、遊星ギアもしくは遊星ローラとその支持ピンとの間に介装されるものがある。このような遊星式動力伝達装置、例えば遊星ギア式のものは、遊星ギアを、支持ピンを介してキャリアに設けた構成で、動作時、遊星ギアは、支持ピンの周りを自転しながら、中心側にある太陽ギアの周りを公転するようになっており、遊星ギアとその支持ピンとの間にころ軸受が介装される(特許文献1参照)。
上記遊星式動力伝達装置では、公転する遊星ギアに大きな遠心力が作用する。そのため、遊星ギアとその支持ピンとの間に介装されているころ軸受において潤滑油が流出し、貧潤滑もしくは無潤滑になりやすい。 In the planetary power transmission device, a large centrifugal force acts on the revolving planetary gear. Therefore, the lubricating oil flows out in the roller bearing interposed between the planetary gear and its support pin, and is likely to be poorly lubricated or unlubricated.
このような潤滑状態のもとで、ころ軸受の保持器は、同じく遠心力により、遊星ギアの内周面の側に変位させられて摺接することになるので摩耗が生じ、早期に焼付きが発生するおそれがある。 Under such a lubrication state, the roller bearing cage is also displaced by the centrifugal force to the inner peripheral surface side of the planetary gear and comes into sliding contact, so that wear occurs and seizure occurs early. May occur.
一方、一般の高速回転用の転がり軸受では、耐摩耗性、耐焼付き性を高めるために、軌道輪や転動体の表面に硬質膜を形成することが提案されており、保持器についてもその表面にDLC膜等を形成することが考えられている。しかしながら、一般的なDLC膜を成膜して耐摩耗性、耐焼付き性を高めるようにした場合、その成膜処理温度は高温であるため、成膜処理中の熱的要因で、場合によっては保持器が焼戻しされてしまい、保持器強度が低下するといったことが考えられる。 On the other hand, in general rolling bearings for high-speed rotation, it has been proposed to form a hard film on the surface of the bearing ring or rolling element in order to improve wear resistance and seizure resistance. It is considered to form a DLC film or the like. However, when a general DLC film is formed to increase the wear resistance and seizure resistance, the film forming process temperature is high, which is a thermal factor during the film forming process. It is conceivable that the cage is tempered and the strength of the cage decreases.
本発明のころ軸受用保持器の製造方法は、保持器母材の表面に浸炭熱処理により所定硬度の硬化層を形成する工程と、上記工程後の硬化層表面に浸炭熱処理の焼き戻し温度以下の処理温度で上記硬度より大きい硬度を有する硬質膜を成膜する工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing a roller bearing cage of the present invention includes a step of forming a hardened layer having a predetermined hardness by carburizing heat treatment on the surface of the cage base material, and a tempering temperature of the carburizing heat treatment below the tempering temperature of the carburized heat treatment after the above step. Forming a hard film having a hardness higher than the above-mentioned hardness at the processing temperature.
本発明によると、保持器母材への硬質膜の成膜を、浸炭熱処理の焼戻し温度以下で行うことで、浸炭熱処理を施して得られた後の保持器母材の表面硬度を確保することができ、必要な強度を有するころ軸受用保持器が得られる。 According to the present invention, the surface hardness of the cage base material obtained by performing the carburizing heat treatment is ensured by forming the hard film on the cage base material at a temperature lower than the tempering temperature of the carburizing heat treatment. Thus, a roller bearing cage having the required strength can be obtained.
本発明の好ましい実施態様として、浸炭熱処理を施した後の保持器母材の表面硬度をHV450〜600の範囲としている。好ましくはこの表面硬度はHV480〜560、より好ましくはこの表面硬度はHV490〜550である。 As a preferred embodiment of the present invention, the surface hardness of the cage base material after performing the carburizing heat treatment is in the range of HV450-600. Preferably the surface hardness is HV 480-560, more preferably the surface hardness is HV 490-550.
また、300℃より低い温度、好ましくは200℃以下の温度で硬質膜を成膜している。 Further, the hard film is formed at a temperature lower than 300 ° C., preferably 200 ° C. or lower.
浸炭熱処理、すなわち熱硬化処理により硬化層を形成するのに伴ない、一般に硬化層の表面に酸化物層が形成され、表面が粗面となる。この状態で硬化層に硬質膜をコーティングすると、硬化層が剥離しやすく、また所要の耐摩耗性や耐焼付き性が得られにくく、かつ相手部材の表面を損傷させてしまうことがある。したがって、硬化層表面の酸化物層を除去した後に硬質膜を成膜することが好ましく、このようにすることで保持器母材と硬質膜との密着性が良好となり、硬質膜の剥離を効果的に防止することができ、相手部材を損傷させることを効果的に防止する。また保持器母材と硬質膜との間に、それらの中間の硬度を有する硬化層を形成することで、保持器全体の強度を高めるとともに良好な靭性が得られる。 As the hardened layer is formed by carburizing heat treatment, that is, thermosetting treatment, an oxide layer is generally formed on the surface of the hardened layer, and the surface becomes rough. If a hard film is coated on the hardened layer in this state, the hardened layer is easily peeled off, the required wear resistance and seizure resistance are difficult to obtain, and the surface of the mating member may be damaged. Therefore, it is preferable to form a hard film after removing the oxide layer on the surface of the hardened layer. By doing so, the adhesion between the cage base material and the hard film is improved, and the peeling of the hard film is effective. Therefore, it is possible to effectively prevent the counterpart member from being damaged. In addition, by forming a hardened layer having intermediate hardness between the cage base material and the hard film, the strength of the entire cage is increased and good toughness is obtained.
本発明のころ軸受用保持器は、炭素鋼もしくは浸炭鋼からなる保持器母材に浸炭熱処理が施され、浸炭熱処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度下で、保持器母材に該保持器母材より高硬度の潤滑性に富んだ硬質膜が成膜されていることを特徴としている。 The cage for roller bearings of the present invention is obtained by subjecting a cage base material made of carbon steel or carburized steel to a carburizing heat treatment, and holding the cage base material at a temperature lower than a temperature corresponding to a tempering temperature of the carburizing heat treatment. It is characterized in that a hard film having a higher hardness than the base metal and rich in lubricity is formed.
硬質膜としてDLC膜、CrN膜、およびCr2N膜等のクロム系の薄膜、TiN膜、TiC膜、およびTiCN膜等のチタン系の薄膜等が含まれる。これら薄膜の一種、あるいは複数種の組み合わせで硬質膜を構成してもよい。但し、その成膜処理温度は、浸炭処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度とされる。 Examples of the hard film include chromium thin films such as a DLC film, a CrN film, and a Cr 2 N film, and titanium thin films such as a TiN film, a TiC film, and a TiCN film. You may comprise a hard film with the kind of these thin films, or the combination of multiple types. However, the film forming temperature is lower than the temperature corresponding to the tempering temperature of the carburizing process.
この種の硬質膜の硬度は、上記保持器母材表面の硬化層より極めて高く、かつ、低摩擦係数(μ)であるので潤滑性に富んだものである。これら硬質膜の硬度等の調整は容易に可能である。 The hardness of this type of hard film is much higher than that of the cured layer on the surface of the cage base material, and has a low friction coefficient (μ), so that it has high lubricity. Adjustment of the hardness etc. of these hard films is easily possible.
上記構成のころ軸受用保持器では、保持器母材への硬質膜の成膜が、浸炭熱処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度下で行われているので、浸炭熱処理を施して得られた後の保持器母材の表面硬度が確保されていて、必要な強度を有している。 In the roller bearing cage having the above-described structure, the hard film is formed on the cage base material at a temperature lower than the temperature corresponding to the tempering temperature of the carburizing heat treatment. After that, the surface hardness of the retainer base material is ensured and has the necessary strength.
また、貧潤滑もしくは無潤滑の環境で使用される場合でも、潤滑性に富んだ硬質膜に表面が相手面に対する案内面となるから、低い摩擦係数で相手面に接触することになって摩耗、焼付きを防止し、長寿命化を図ることができる。 In addition, even when used in poorly lubricated or non-lubricated environments, the surface of the hard film rich in lubricity serves as a guide surface for the mating surface, so it comes into contact with the mating surface with a low coefficient of friction. It is possible to prevent seizure and extend the life.
本発明のころ軸受用保持器では、表面に硬質膜を形成しつつ、全体として必要な強度を確保することができる。 In the roller bearing cage of the present invention, the necessary strength can be ensured as a whole while forming a hard film on the surface.
図1ないし図4を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。図1は、本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図、図2は、図1の装置の縦断側面図、図3は、本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。図4は、図3の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図、図5は圧縮強度試験の概要図である。 The best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a front view of a planetary power transmission device including a roller bearing retainer of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal side view of the device of FIG. 1, and FIG. 3 is a half of the roller bearing retainer of the present invention. It is sectional drawing of a part, and has also shown the expanded cross-sectional shape of the surface part of a holder | retainer. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the surface portion for showing the manufacturing process of the cage of FIG. 3, and FIG. 5 is a schematic diagram of the compressive strength test.
図1および図2において、本実施形態の遊星式動力伝達装置は、ギア型で、太陽ギア1と、この太陽ギア1の外周側に間隔をおいて配置されたリングギア2と、太陽ギア1とリングギア2との間にこれら両ギア1,2と噛み合う状態で設けられた複数(図示例では4つ)の遊星ギア3と、太陽ギア1の軸方向一方側に同軸に配置されたキャリア4とを備えている。各遊星ギア3は、キャリア4に突設された支持ピン5に回転自在に支持されている。遊星ギア3の内周面と、支持ピン5の外周面との間に、本発明の保持器7ところ8とからなるころ軸受6が介装されている。
1 and 2, the planetary power transmission device of the present embodiment is a gear type, and includes a
図3では、本発明のころ軸受6の保持器7として、プレスと溶接とにより造られる門型の保持器を示している。この保持器7は、ころ8を収容するポケット71を、円周方向に所定間隔を置いて複数有しており、内周の軸方向中間個所に凹部72が形成されている。各ポケット71の軸方向中間個所には、円周方向外側への広がり凹部73が形成されている。円周方向に隣り合うポケット符号71,71の間には柱部74が形成され、各柱部74は、軸方向両側の環状部75間に渡されてこれらを一体にしている。
FIG. 3 shows a portal cage made by pressing and welding as the
保持器7は、鋼材を母材7aとするもので、その表面部のうち、少なくとも案内面となる外周面7bの側には、図3のA部分に拡大して示すように、熱硬化処理による硬化層7cが形成されている。この硬化層7cの表面に、硬化層7cより高硬度で硬化層7cに比べ薄膜の硬質膜として、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜9が成膜されている。
The
その詳細を、図3と、図4の(A)(B)(C)とを参照して、保持器7の製造工程の順に説明する。なお、保持器7の母材7aには、主としてSPCDのような炭素鋼、もしくはSCM415のような浸炭鋼が採用される。もみ抜き型の保持器では、SUJ2のような軸受鋼を用いてもよい。
The details will be described in the order of the manufacturing process of the
母材7aは、プレスと溶接とにより、所定の円筒形状に成形されて、表面は研磨される。この母材7aの外周の表面部には、浸炭焼入れ焼戻しにより硬化層7cが形成されている。硬化層7cは、その表面の硬さがHV450〜600、好ましくはHV460〜560に管理設定されている。浸炭の場合、焼戻し温度は、約300℃の温度に管理設定される。
The
硬化層7cの深さは0.1mm以上とするが、母材7aの芯部には硬化されない生材(母材7a)の硬度を有する部分を残すことで、外殻の硬度が高く内部がそれに比べて低い硬度として保持器7全体として、所定の柔軟性を付与している。したがって硬化層7cの深さは、最大0.5mmあればよい。硬化層7cの形成には、前記のほか、浸炭窒化、窒化等の他の熱硬化処理を用いてもよい。
The depth of the hardened
熱硬化処理により硬化層7cを形成すると、硬化層7cの表面には、通常、図4の(A)に示すように、変質層として酸化物層11ができる。このような層11が残存していると、その表面上に成膜した場合、これが剥離しやすいといった問題が生じる。
When the
そこで、本実施形態では、硬化層7cを形成した後に、ショットブラスト、サンドブラスト等の機械的清浄法、もしくはエッチング等の化学的清浄法により、酸化物層11を除去し、図4の(B)に示すように、硬化層7cの表面(母材7aの外周面7bでもある)に酸化物を除去して清浄化する。なお、酸化物層11の除去の結果として、硬化層7cの表面部での酸素濃度が2ppm以下になっていることが望ましい。
Therefore, in the present embodiment, after the
次に、酸化物が除去された硬化層7cの表面7bに対して研磨を行い、図4の(C)に示すように、硬化層7cの表面7bを平滑化する。その表面粗さは、最大高さRy3以下に管理設定される。
Next, the
清浄化され平滑化された硬化層7cの表面7bに対して、硬質膜としてDLC膜9を被覆形成する。このDLC膜9の膜厚は、下地である硬化層7cの表面粗さ(Ry3以下)に対応して、2〜3μmに設定されている。このDLC膜9の表面粗さは、十点平均粗さRz0.1以上で、1.0以下の範囲に収まればよい。
A
DLC膜9は、PVD処理法のうち、例えばスパッタリング法により成膜される。成膜時の温度は、浸炭処理の焼戻し温度300℃より低い温度、好ましくは200℃以下とする必要がある。これは、DLC膜9の成膜時の熱で、硬化層7cに硬度低下等の変質現象が起こらないようにするためである。
The
このほか成膜を行うに際し、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度であれば、CVD法、プラズマCVD法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法等、他の方法による成膜も、成膜方法は特に問わない。 In addition, when the film is formed, if the temperature is lower than the tempering temperature of the carburizing process, the film formation method is also particularly suitable for film formation by other methods such as a CVD method, a plasma CVD method, an ion beam forming method, and an ionized vapor deposition method. It doesn't matter.
硬質膜としては、DLC膜9のほかに、CrN膜等のクロム系の薄膜や、TiN膜、TiC膜等のチタン系の薄膜等がある。これらの膜の成膜方法も特に限定しない。その膜厚、表面粗さは、DLC膜9と同様の値にする。また、成膜時の温度は300℃より低い温度、好ましくは200℃以下とする必要がある。これは上記と同様の理由からである。
In addition to the
このように、DLC膜9の成膜を焼戻し温度300℃より低い温度で行って硬化層7cに硬度低下等の変質現象を防止することで、保持器7はその環状部75の圧縮強度として、例えば500N以上となるよう管理して製造されることとなる。
Thus, by carrying out the film formation of the
この圧縮強度試験は、図5に示す場合では、試験台10に径方向を上下方向として(外周面を試験台10に載せるようにして)保持器7の外周面に対して、例えば5mm/minの負荷Fを上方から垂直下方に与えるようにして行っている。
In the case shown in FIG. 5, this compressive strength test is performed, for example, at 5 mm / min with respect to the outer peripheral surface of the
上記構成によれば、DLC膜9の成膜を焼戻し温度300℃より低い温度で行うことで硬化層7cに硬度低下等の変質現象を防止しているから、保持器7は、使用に耐え得る必要な圧縮強度を確保できている。
According to the above configuration, since the
またDLC膜9の表面が、相手面に対する案内面となって、低い摩擦係数で相手面に接触することになり、摩耗、焼付きが防止できる。DLC膜9は潤滑作用を有しており、その表面が相次いで案内面となるので、長期にわたって母材7aの摩耗、焼付きを防止し、保持器7の長寿命化を図ることができる。
Further, the surface of the
本発明の保持器7では、熱硬化処理により硬化層7cを形成するのに伴って硬化層7cの表面に生成された酸化物層11を除去して、硬化層7cの清浄な表面にDLC膜9を成膜しているから、母材7aとDLC膜9との密着性が良好で、DLC膜9の剥離が生じにくい。
In the
このほか、DLC膜9の下地となる、母材7aの硬化層7cの表面7bが平滑化されているので、これに応じてDLC膜7cの表面も平滑になり、DLC膜9が案内面となった場合、すべり摩擦抵抗が小さい。
In addition, since the
上記実施形態では、保持器7を外輪案内型として、その案内面となる外周面7bの側に、硬化層7cと、DLC膜9等の硬質膜とを形成するようにしたが、硬化層7cと硬質膜とは、母材7aの内周面の側に形成してもよく、また、外周面7bの側と内周面の側とにそれぞれ形成してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、プレスと溶接による造られる門型の保持器7を示したが、本発明は、他のタイプの保持器、例えば、もみ抜きにより造られるM型の保持器等にも適用可能である。
In the above embodiment, the
本発明の保持器7を有するころ軸受6は、遊星ギア3に限らず、遊星ローラとその支持ピンとの間に介装してもよく、また、一般に、ケージアンドローラ型のころ軸受が設けられる個所に使用することができる。
The
3 遊星ギア
5 キャリア
6 ころ軸受
7 保持器
7a 母材
7b 外周面
7c 硬化層
8 ころ
9 DLC膜(硬質膜)
3
Claims (8)
上記工程後の硬化層表面に浸炭熱処理の焼き戻し温度以下の処理温度で上記硬度より大きい硬度を有する硬質膜を成膜する工程と、
を含むことを特徴とする、ころ軸受用保持器の製造方法。 Forming a hardened layer of a predetermined hardness by carburizing heat treatment on the surface of the cage base material;
Forming a hard film having a hardness greater than the above hardness at a treatment temperature equal to or lower than the tempering temperature of the carburizing heat treatment on the surface of the cured layer after the step;
A method for manufacturing a roller bearing retainer.
保持器母材の表面に形成された、上記硬化層の硬度よりも高い硬度を有する硬質膜と、
を備える、ことを特徴とするころ軸受用保持器。 A cage base material on which a hardened layer of a predetermined hardness is formed on the surface;
A hard film formed on the surface of the cage base material and having a hardness higher than the hardness of the cured layer;
A roller bearing retainer.
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081208 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090127 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20090526 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |