JP2005147306A - 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係り、詳しくは、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ころ軸受の保持器に関する。 The present invention relates to a roller bearing retainer, and more specifically, in a planetary power transmission device including a planetary gear or a planetary roller, holding the roller bearing interposed between the planetary gear or the planetary roller and its support pin. Related to the vessel.
減速や変速に使用されている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造で、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いる(特許文献1参照)。遊星ギアとその支持ピンとの間には、通常、ころ軸受が介装されている
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は、潤滑油が流失し、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 roller bearings interposed between the planetary gears and their support pins easily lose lubricating oil and become poorly lubricated or non-lubricated.
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 retainer is also displaced by the centrifugal force to the inner peripheral surface side of the planetary gear and comes into sliding contact with it. 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DLC膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)のような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、その表面に同様の硬質膜を形成することが考えられている。 On the other hand, in general rolling bearings for high-speed rotation, a hard film such as a DLC film (diamond-like carbon film) may be formed on the surface of the raceway or rolling element in order to improve wear resistance and seizure resistance. It has been proposed that a similar hard film is formed on the surface of the cage.
DLC膜は、その表面がダイヤモンドに準ずる硬さを有するので、耐摩耗性に優れ、摩擦抵抗も二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同じように小さく、従来から潤滑性材料として使用されている。 Since the surface of the DLC film has hardness similar to that of diamond, the DLC film has excellent wear resistance and friction resistance is as small as that of molybdenum disulfide and fluororesin, and has been conventionally used as a lubricating material.
しかし、保持器の表面は一般に粗面で、単に硬質膜を形成しただけでは、剥離が生じやすく、所要の耐摩耗性や耐焼付き性が得られないばかりか、相手部材の表面を損傷する攻撃性が増す、という問題がある。 However, the surface of the cage is generally rough, and if a hard film is simply formed, peeling easily occurs and the required wear resistance and seizure resistance cannot be obtained, and attacks that damage the surface of the mating member There is a problem that the nature increases.
本発明は、母材表面に熱硬化処理による硬化層が形成され、硬化層の表面は酸化物層が除去されており、硬化層の表面に、硬化層より高硬度の硬質膜がコーティングされ、硬質膜の表面には、固体潤滑効果を有する軟質膜がコーティングされていることを特徴とするものである。 In the present invention, a hardened layer is formed on the surface of the base material by a thermosetting treatment, the oxide layer is removed from the surface of the hardened layer, and a hard film having a hardness higher than that of the hardened layer is coated on the surface of the hardened layer. The surface of the hard film is coated with a soft film having a solid lubricating effect.
前記硬質膜には、DLC膜のほか、CrN膜、Cr2N膜等のクロム系の薄膜、TiN膜、TiC膜、TiCN膜等のチタン系の薄膜等が含まれる。 In addition to the DLC film, the hard film includes a chromium-based thin film such as a CrN film and a Cr 2 N film, and a titanium-based thin film such as a TiN film, a TiC film, and a TiCN film.
前記軟質膜は、例えば、軟質金属系の固体潤滑剤であるAgのような、固体潤滑効果を有する材料で構成される。軟質膜を構成する固体潤滑剤には、Ag(銀)以外に、(1)金、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、(2)黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状構造体、(3)4フッ化エチレン(PTFE)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド等のプラスチック等がある。 The soft film is made of a material having a solid lubricating effect, such as Ag which is a soft metal-based solid lubricant. In addition to Ag (silver), the solid lubricant constituting the soft film includes (1) a soft metal such as gold, lead, tin, and indium, and (2) a layered structure such as graphite, molybdenum disulfide, and tungsten disulfide. (3) Plastics such as tetrafluoroethylene (PTFE), polyamide, polyacetal, and polyimide.
上記構成によれば、使用の初期段階では、軟質膜の表面が案内面として、遊星ギア等の外輪部材の内周面、もしくは支持ピン等の内輪部材の外周面に接することになるので、軟質膜が潤滑剤として作用し、案内面のすべり摩擦抵抗が大幅に減少し、遠心力等により相手面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがなく、また、相手部材に損傷を与えることがない。 According to the above configuration, since the surface of the soft film is in contact with the inner peripheral surface of the outer ring member such as the planetary gear or the outer peripheral surface of the inner ring member such as the support pin in the initial stage of use. Even if the film acts as a lubricant, the sliding frictional resistance of the guide surface is greatly reduced and it is strongly slidably contacted with the mating surface by centrifugal force, etc., there is little wear and seizure can occur early. In addition, the mating member is not damaged.
この場合、軟質膜は、特に使用初期のなじみの段階で、DLC膜のような硬質膜を保護し、高硬度で内部圧縮応力が大きい硬質膜が、摺接等の繰り返しにより母材から剥離するのを防止する。 In this case, the soft film protects the hard film such as the DLC film, particularly at the initial stage of use, and the hard film having a high hardness and a large internal compressive stress peels from the base material by repeated sliding contact or the like. To prevent.
軟質膜が長期の使用により摩滅したのちは、硬質膜の表面が、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、焼付きを防止する。このように、軟質膜は、特に使用初期のなじみの段階で、耐摩耗性に優れるが、潤滑性に乏しい硬質膜を保護する作用があり、長期にわたって母材の摩耗、焼付きを防止することができ、保持器の長寿命化を図ることができる。 After the soft film has been worn out by long-term use, the surface of the hard film becomes a guide surface for the mating surface and comes into contact with the mating surface with a low coefficient of friction, thereby preventing wear and seizure. In this way, the soft film is excellent in wear resistance, especially at the familiar stage in the initial stage of use, but has the effect of protecting the hard film with poor lubricity, and prevents wear and seizure of the base material over a long period of time. And the life of the cage can be extended.
また、本発明の保持器では、熱硬化処理により硬化層を形成するのに伴い、通常、硬化層の表面に生成される酸化物層は除去され、硬化層の清浄な表面に硬質膜がコーティングされるから、母材と硬質膜との密着性が良好で、この点からも硬質膜の剥離が生じにくい。 In addition, in the cage of the present invention, as the cured layer is formed by heat curing, the oxide layer generated on the surface of the cured layer is usually removed, and a hard film is coated on the clean surface of the cured layer. Therefore, the adhesion between the base material and the hard film is good, and the hard film is hardly peeled from this point.
本発明の特徴として、硬化層の表面を研磨加工等により平滑化しておく必要がないことが挙げられる。通常、硬質膜の下地が粗面であると、その影響を受けて硬質膜の表面も粗面になる。粗面である硬質膜は、相手部材に対する攻撃性が高く、相手部材の早期摩耗の原因となる。したがって、通常は硬化層を平滑化し、硬質膜の表面粗さを十点平均粗さでRz1.0以下とする必要がある。 A feature of the present invention is that the surface of the cured layer need not be smoothed by polishing or the like. Usually, if the base of the hard film is a rough surface, the surface of the hard film becomes rough due to the influence. A hard film that is a rough surface is highly aggressive against the mating member, and causes early wear of the mating member. Therefore, it is usually necessary to smooth the hardened layer and make the surface roughness of the hard film 10-point average roughness Rz 1.0 or less.
本発明では、軟質膜が、硬質膜の相手部材に対する攻撃性を下げる働きをするので、硬質膜の表面粗さを前記の値で管理する必要がなくなる。具体的には、硬質膜の表面粗さを十点平均粗さでRz4.2以下としておけば充分である。 In the present invention, since the soft film functions to reduce the aggressiveness of the hard film against the mating member, it is not necessary to manage the surface roughness of the hard film with the above value. Specifically, it is sufficient that the surface roughness of the hard film is 10 points average roughness Rz 4.2 or less.
もちろん、故意に硬質膜の表面粗さを悪くしておく必要があるわけではなく、通常のように硬質膜の表面粗さが良い場合にも、本発明は効果がある。 Of course, it is not necessary to intentionally reduce the surface roughness of the hard film, and the present invention is effective even when the surface roughness of the hard film is good as usual.
本発明の好ましい実施態様として、硬質膜の膜厚は2μm以上、3μm以下であればよい。この程度の膜厚であれば、コーティングのコストが低く抑えられるほか、硬質膜の下地である硬化層の表面状態の影響が、硬質膜の表側にほとんど現れず、硬質膜の表面を平滑にして、摩擦抵抗を極めて小さくすることができる。 As a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the hard film may be 2 μm or more and 3 μm or less. With this thickness, the coating cost can be kept low, and the effect of the surface state of the hardened layer that is the base of the hard film hardly appears on the front side of the hard film, making the surface of the hard film smooth. The frictional resistance can be extremely reduced.
本発明の他の好ましい実施態様として、硬化層の清浄化された表面の酸素濃度は、2ppm以下であればよい。この酸素濃度であれば、母材と硬質膜との密着性が阻害されることがない。 As another preferred embodiment of the present invention, the oxygen concentration on the cleaned surface of the cured layer may be 2 ppm or less. With this oxygen concentration, the adhesion between the base material and the hard film is not hindered.
軟質膜のコーティング方法や膜厚等は特に限定しないが、この軟質膜が使用、摺接により漸次摩滅していくことを考慮し、耐用時間に対応して膜厚が決定される。 The coating method and film thickness of the soft film are not particularly limited, but the film thickness is determined corresponding to the service life in consideration of the gradual wear of the soft film due to use and sliding contact.
本発明によれば、硬質膜に剥離が生じにくく、初期段階では軟質膜が、その後は硬質膜が潤滑の作用をし、長期にわたって、焼付きが防止される。 According to the present invention, the hard film hardly peels off, and the soft film acts as a lubricant in the initial stage, and the hard film thereafter lubricates, and seizure is prevented over a long period of time.
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 a surface portion for illustrating a manufacturing process of the cage of FIG.
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とを備えており、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、円周方向に沿って複数有しており、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がある。円周方向に隣り合うポケット符号71,71の間には柱部74があり、各柱部74は、軸方向両側にある環状部75に連続している。
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が形成されており、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膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)9がコーティングされ、このDLC膜9の表面上に、軟質膜としてAg膜10がコーティングされている。
The
その詳細を、図3と、図4の(A)(B)(C)(D)とを参照して、製造過程の順に説明すると、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 with reference to FIG. 3 and FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D in the order of the manufacturing process. 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、浸炭焼入焼戻しにより硬化層7cが形成されて、表面の硬さがHV450以上とされる。最大HV580の硬さがあればよい。硬化層7cの深さは0.1mm以上とするが、もちろん母材7aの芯部には、硬化されない部分を残す必要があり、最大0.2mmの硬化深さがあればよい。
The
硬化層7cの形成には、前記のほか、浸炭窒化、窒化等、他の熱硬化処理を用いてもよい。
In addition to the above, other thermosetting treatments such as carbonitriding and nitriding may be used for forming the
ところで、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、剥離しやすい等の問題が生じる。
By the way, 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)に酸化物が存在しない状態に清浄化する。除去の結果として、硬化層7cの表面部での酸素濃度が2ppm以下になっていればよい。
Therefore, in the present embodiment, after the
酸化物が除去された硬化層7cの表面7bの表面粗さは、十点平均粗さRz4.2以下である。
The surface roughness of the
硬化層7cの表面7bに対しては、図4の(D)に示すように、硬質膜としてDLC膜9が被覆形成される。このDLC膜9の膜厚は、下地である硬化層7cの表面粗さ(Rz4.2以下)に対応して、2〜3μmに設定されている。
As shown in FIG. 4D, a DLC film 9 is formed as a hard film on the
DLC膜9は、例えば、スパッタリングによりコーティングされる。このほか、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、他の方法によりコーティングしてもよく、コーティング方法は特に問わない。コーティング時の温度は、できれば200℃以下、高くとも、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度に設定されている必要がある。これは、DLC膜9のコーティング時の熱で、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 DLC film 9 is coated by sputtering, for example. In addition, coating may be performed by other methods such as a CVD method, a plasma CVD method, an ion beam forming method, an ionized vapor deposition method, and the coating method is not particularly limited. The temperature at the time of coating should be set to 200 ° C. or less, if possible, lower than the tempering temperature of the carburizing process. This is to prevent a degeneration phenomenon such as a decrease in hardness in the
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。これらの膜のコーティング方法も特に限定しない。その膜厚、表面粗さは、DLC膜9と同様の値にすることが望ましい。また、コーティング時の温度は、できれば200℃以下、高くとも浸炭処理の焼戻し温度より低い温度にする必要がある。 In addition to the DLC film 9, examples of the hard film include a chromium-based thin film such as a CrN film and a titanium-based thin film such as a TiN film and a TiC film. The method for coating these films is not particularly limited. The film thickness and surface roughness are desirably set to the same values as those of the DLC film 9. Moreover, the temperature at the time of coating needs to be 200 degrees C or less if possible, and should be at most lower than the tempering temperature of the carburizing treatment.
DLC膜9の表面には、さらに、軟質膜としてAg膜10が被覆形成され、これで図3のA部分に既に示したような表面部構造の保持器7が得られる。このAg膜10のコーティング方法は、特に限定しないが、コーティング時の温度は、できれば200℃以下、高くとも300℃より低い温度にすることが望ましい。膜厚については、Ag膜10が使用、摺接により漸次摩滅していくことを考慮すると、耐用時間に対応して膜厚を決定する必要がある。
The surface of the DLC film 9 is further coated with an Ag film 10 as a soft film, whereby the
軟質膜10は、Ag(銀)以外の固体潤滑剤で構成してもよい。軟質膜を構成する固体潤滑剤としては、銀のほかに、(1)金、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、(2)黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状構造体、(3)4フッ化エチレン(PTFE)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド等のプラスチック等がある。 The soft film 10 may be composed of a solid lubricant other than Ag (silver). As the solid lubricant constituting the soft film, in addition to silver, (1) a soft metal such as gold, lead, tin, and indium, (2) a layered structure such as graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, ( 3) There are plastics such as tetrafluoroethylene (PTFE), polyamide, polyacetal, and polyimide.
上記構成によれば、使用の初期段階では、Ag膜10の表面が案内面として、遊星ギア3等の外輪部材の内周面、もしくは支持ピン5等の内輪部材の外周面に接し、このAg膜10の潤滑作用により、すべり摩擦抵抗が大幅に減少し、遠心力等により相手面に強く摺接させられることがあっても、摩耗が少なく、早期に焼付きを起こすことがなく、また、相手部材に損傷を与えることがない。
According to the above configuration, at the initial stage of use, the surface of the Ag film 10 serves as a guide surface and contacts the inner peripheral surface of the outer ring member such as the
この場合、Ag膜10はDLC膜9を保護し、高硬度で内部圧縮応力が大きいDLC膜9が、摺接等の繰り返しにより母材7aから剥離するのを防止する。
In this case, the Ag film 10 protects the DLC film 9, and prevents the DLC film 9 having a high hardness and a large internal compressive stress from being peeled off from the
Ag膜10が長期の使用により摩耗し消耗したのちは、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、焼付きを防止する。 After the Ag film 10 is worn out and consumed after long-term use, the surface of the DLC film 9 becomes a guide surface for the mating surface and comes into contact with the mating surface with a low coefficient of friction, preventing wear and seizure. To do.
このように、Ag膜10には、特に使用初期のなじみ段階で、DLC膜9を保護する作用があるので、DLC膜9の剥離に起因する母材7aの早期の摩耗、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。
As described above, the Ag film 10 has an action of protecting the DLC film 9 particularly at the familiar stage in the early stage of use, so that the
また、本発明の保持器7では、熱硬化処理により硬化層7cを形成するのに伴い、通常、硬化層7cの表面に生成される酸化物層11は除去され、硬化層7cの清浄な表面にDLC膜9がコーティングされるから、母材7aとDLC膜9との密着性が良好で、この点からもDLC膜9の剥離が生じにくい。
Further, in 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、Ag膜10等の軟質膜とを形成するようにしたが、硬化層7cと硬質膜と軟質膜とは、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
母材7aの硬化層7cの表面7bには、DLC膜9等の硬質膜を直接被覆形成するほか、Cr、W、Ti、Si、Ni、Fe、Co等の金属を主成分とする中間層を設けて、その外側に、DLC膜9等の硬質膜を被覆形成してもよい。中間層の金属成分は、母材7aの鋼材に含まれる金属であることが望ましい。このような中間層があると、硬質膜の剥離が防止されるだけでなく、内部応力の緩和を図ることができる。
On 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)
10 Ag膜(軟質膜)
3
10 Ag film (soft film)
Claims (1)
A hardened layer is formed on the surface of the base material by heat-curing treatment, and the oxide layer is removed from the surface of the hardened layer. The hardened layer is coated with a hard film that is harder than the hardened layer. A roller bearing retainer characterized in that a soft film having a solid lubricating effect is coated thereon.
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