JP2008032052A - Thrust roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般産業機械, 自動車用部品, 工作機械, 鉄鋼機械等の回転支持部に用いられるスラストころ軸受に関し、特に、自動車のトランスミッションやトルクコンバータの回転支持部に好適に用いられるスラストころ軸受に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thrust roller bearing used in a rotation support portion of general industrial machines, automotive parts, machine tools, steel machines, and the like, and more particularly to a thrust roller bearing suitably used in a rotation support portion of a transmission of a vehicle or a torque converter. About.
スラストころ軸受の保持器には、一般に、鋼板(SPCC,SPCE材等)、炭素鋼、クロムモリブデン鋼(SCM材)等に、ガス窒化や塩浴窒化等の窒化処理を施したものが用いられている(例えば、特許文献1参照)。保持器にこのような窒化処理を施すことにより、母材より硬化したHv350〜600程度の表面硬さが得られて優れた耐摩耗特性を示すようになる。また、表面に生成される窒素化合物が耐高温軟化特性を有することで、滑り摺動面に凝着や溶着が起こりにくくなり、耐焼付き性も良好となる。 As a cage for a thrust roller bearing, a steel plate (SPCC, SPCE material, etc.), carbon steel, chromium molybdenum steel (SCM material), etc., subjected to nitriding treatment such as gas nitriding or salt bath nitriding is generally used. (For example, refer to Patent Document 1). By subjecting the cage to such nitriding treatment, a surface hardness of about Hv 350 to 600 cured from the base material is obtained, and excellent wear resistance characteristics are exhibited. Further, since the nitrogen compound generated on the surface has high temperature softening resistance, adhesion and welding are less likely to occur on the sliding surface, and seizure resistance is also improved.
近年、自動車のトランスミッションやトルクコンバータ等では、ユニット性能の向上(低燃費)を狙った低粘度油の採用ニーズが多いが、低粘度油環境下では、軸受摺動面の油膜形成性が乏しく、摩耗による耐久性の低下につながるため、スラストころ軸受の保持器にも更なる耐久性の向上が求められている。 In recent years, there are many needs for using low-viscosity oil to improve unit performance (low fuel consumption) in automobile transmissions, torque converters, etc., but under low-viscosity oil environments, the oil film formation on the bearing sliding surface is poor, Since this leads to a decrease in durability due to wear, further improvement in durability is required for the cage of the thrust roller bearing.
特に、スラストころ軸受は、ラジアル軸受と異なり、ころを保持する保持器が径方向に大きく動くため、保持器の内周面又は外周面と相手部材(内輪、外輪、ハウジング等)との間の摩耗量が大きくなり易く、耐摩耗性に劣るという課題がある。 In particular, thrust roller bearings differ from radial bearings in that the cage that holds the rollers moves greatly in the radial direction, so that there is a gap between the inner or outer circumferential surface of the cage and the mating member (inner ring, outer ring, housing, etc.). There is a problem that the amount of wear tends to be large and the wear resistance is poor.
また、自動車のトランスミッションやトルクコンバータに組付けられるスラストころ軸受は、レースところを保持する保持器とを非分離とした一体型のスラストころ軸受が、ユニットへの組み付けが簡便で取り扱いも容易なため、広く採用されている。しかし、一体型スラストころ軸受を、例えば、内輪及び外輪の各支持部材間の偏心量が大きな部位に組み付けて使用する場合、保持器にラジアル方向の過大な負荷(圧縮力)が作用し、保持器寿命が低下するという課題がある。 Also, the thrust roller bearings that are assembled in automobile transmissions and torque converters are integrated thrust roller bearings that are not separated from the cage that holds the race place, but are easy to assemble into the unit and easy to handle. Widely adopted. However, when the integrated thrust roller bearing is used in a position where the eccentricity between the support members of the inner ring and outer ring is large, for example, an excessive load (compression force) in the radial direction acts on the cage to hold it. There is a problem that the life of the vessel is reduced.
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、低粘度油環境下でも保持器の耐摩耗性及び耐焼付き性を向上することができるスラストころ軸受を提供することにある。 The present invention has been made in order to eliminate such inconveniences, and its object is to provide a thrust roller bearing capable of improving the wear resistance and seizure resistance of a cage even in a low-viscosity oil environment. There is to do.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 複数のころを転動可能に保持するプレス成形品からなる保持器を備えるスラストころ軸受であって、保持器の表面に窒化層及び酸化層を備える化合物層を形成し、窒化層を緻密層とすることを特徴とするスラストころ軸受。
(2) 外輪及び内輪を備え、外輪の支持部材と内輪の支持部材との偏心量をE1とし、外輪と保持器との外周側軸受内部すきまの1/2をW1とし、内輪と保持器との内周側軸受内部すきまの1/2をW2とすると、外輪、内輪、及び保持器を同心配置した状態で、W1+W2>E1>(W1+W2)/2の関係が成立することを特徴とする(1)に記載のスラストころ軸受。
(3) 外輪及び内輪に、円周方向に複数箇所或いは円周方向全周に亘って、保持器に係止する係止部を設けることを特徴とする(1)又は(2)に記載のスラストころ軸受。
(4) 外輪及び内輪相当部材を備え、外輪の支持部材と内輪相当部材との偏心量をE2とし、外輪と保持器との外周側軸受内部すきまの1/2をW1とすると、外輪及び保持器を同心配置した状態で、W1>E1>(W1)/2の関係が成立することを特徴とする(1)に記載のスラストころ軸受。
(5) 外輪相当部材及び内輪を備え、外輪相当部材と内輪の支持部材との偏心量をE3とし、内輪と保持器との内周側軸受内部すきまの1/2をW2とすると、内輪及び保持器を同心配置した状態で、W2>E1>(W2)/2の関係が成立することを特徴とする(1)に記載のスラストころ軸受。
(6) 外輪相当部材及び内輪相当部材を備え、外輪相当部材と内輪相当部材との偏心量をE4とし、外輪相当部材又は内輪相当部材と保持器との径方向の総すきまの1/2をW3とすると、外輪相当部材又は内輪相当部材と保持器とを同心配置した状態で、W3>E4>(W3)/2の関係が成立することを特徴とする(1)に記載のスラストころ軸受。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A thrust roller bearing comprising a cage made of a press-molded product that holds a plurality of rollers in a rollable manner, wherein a compound layer comprising a nitride layer and an oxide layer is formed on the surface of the cage, A thrust roller bearing characterized by a dense layer.
(2) Equipped with an outer ring and an inner ring, E1 is the amount of eccentricity between the outer ring support member and the inner ring support member, and W1 is a half of the inner bearing clearance between the outer ring and the cage. If the inner clearance of the inner circumferential side of the bearing is W2, W2 + W2>E1> (W1 + W2) / 2 is established in a state where the outer ring, the inner ring, and the cage are concentrically arranged ( A thrust roller bearing according to 1).
(3) According to (1) or (2), the outer ring and the inner ring are provided with locking portions that are locked to the cage at a plurality of positions in the circumferential direction or over the entire circumference. Thrust roller bearing.
(4) Equipped with an outer ring and inner ring equivalent member, where E2 is the amount of eccentricity between the outer ring support member and the inner ring equivalent member, and W1 is 1/2 of the inner clearance on the outer peripheral side bearing between the outer ring and the cage. The thrust roller bearing according to (1), wherein a relationship of W1>E1> (W1) / 2 is established in a state where the rollers are concentrically arranged.
(5) Equipped with an outer ring equivalent member and an inner ring, where E3 is the amount of eccentricity between the outer ring equivalent member and the inner ring support member, and W2 is ½ of the inner clearance on the inner peripheral side bearing between the inner ring and the cage. The thrust roller bearing according to (1), wherein a relationship of W2>E1> (W2) / 2 is established in a state where the cages are arranged concentrically.
(6) Equipped with an outer ring equivalent member and an inner ring equivalent member, where E4 is the amount of eccentricity between the outer ring equivalent member and the inner ring equivalent member, and 1/2 of the total radial clearance between the outer ring equivalent member or the inner ring equivalent member and the cage is The thrust roller bearing according to (1), wherein a relationship of W3>E4> (W3) / 2 is established when the outer ring equivalent member or the inner ring equivalent member and the cage are concentrically arranged. .
本発明のスラストころ軸受によれば、保持器の表面に窒化層及び酸化層を備える化合物層を形成し、窒化層を緻密層とするため、低粘度油環境下でも保持器の耐摩耗性及び耐焼付き性を向上することができる。 According to the thrust roller bearing of the present invention, a compound layer including a nitride layer and an oxide layer is formed on the surface of the cage, and the nitride layer is a dense layer. Therefore, the wear resistance of the cage is improved even in a low-viscosity oil environment. Seizure resistance can be improved.
以下、本発明に係るスラストころ軸受の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係るスラストころ軸受の一実施形態を説明するための要部断面図、図2は保持器の表面に形成される化合物層を説明するための模式図、図3は保持器の外周側軸受内部すきま、保持器の内周側軸受内部すきま、及び偏心量を説明するための説明図、図4は内輪及び外輪に設ける係止部を説明するための説明図、図5はファビリー式摩擦摩耗試験機を説明するための概略斜視図、図6は化合物層の酸化層厚さの時間的変化と摩擦係数との関係を示すグラフ図、図7は大越式摩耗試験機を説明するための概略説明図、図8は化合物層の窒化緻密層の厚さと摩耗量との関係を示すグラフ図である。
Hereinafter, an embodiment of a thrust roller bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of an essential part for explaining an embodiment of a thrust roller bearing according to the present invention, FIG. 2 is a schematic view for explaining a compound layer formed on the surface of the cage, and FIG. 3 is a cage. Fig. 4 is an explanatory diagram for explaining the inner clearance of the outer bearing, the inner clearance of the inner bearing of the cage, and the amount of eccentricity, Fig. 4 is an explanatory diagram for explaining a locking portion provided on the inner ring and the outer ring, and Fig. 5 FIG. 6 is a schematic perspective view for explaining the Fabry type friction and wear tester, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temporal change of the oxide layer thickness of the compound layer and the friction coefficient, and FIG. 7 is a description of the Ogoshi type wear tester. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness of the dense nitrided layer of the compound layer and the amount of wear.
本実施形態のスラストころ軸受1は、図1に示すように、放射方向に配列される複数のころ(例えば、円筒ころ、針状ころ等)2と、全体を円環状に形成されて複数のころ2を転動自在に保持する保持器3と、保持器3を軸方向両側から挟持する外輪4及び内輪5と、を備える。
As shown in FIG. 1, the thrust roller bearing 1 of the present embodiment has a plurality of rollers (for example, cylindrical rollers, needle rollers, etc.) 2 arranged in a radial direction, and a plurality of rollers formed in an annular shape as a whole. A
保持器3は、それぞれが断面略コの字状で全体を円環状にプレス成形された金属板を最中状に組み合わせる構造であり、ころ2と同数のポケット10を放射方向に配列している。
The
また、外輪4及び内輪5は、それぞれ十分な硬度を有する金属板により円環状に形成され、一方の外輪4は、円環状の外輪レース部6と、この外輪レース部6の外周縁に全周に亘って形成される円筒状の外側フランジ7と、を備え、他方の内輪5は、円環状の内輪レース部8と、この内輪レース部8の内周縁に全周に亘って形成される内側フランジ9と、を備える。
The
また、外輪4の外側フランジ7の先端縁には、外側係止部(係止部)11が形成され、この外側係止部11は、外側フランジ7の全周に亘って折り曲げ加工により設けられる(図4(a)参照)。そして、外側係止部11と保持器3の外周縁との係合により、保持器3と外輪4との分離防止を図っている。さらに、内輪5の内側フランジ9の先端縁には、内側係止部(係止部)12が形成され、この内側係止部12は、内側フランジ9の全周に亘って折り曲げ加工により設けられる(図4(a)参照)。そして、内側係止部12と保持器3の内周縁との係合により、保持器3と内輪5との分離防止を図っている。なお、本実施形態では、外側係止部11(内側係止部12)は、外側フランジ7(内側フランジ9)の全周に亘って折り曲げ加工により設けられるが、これに限定されず、外側フランジ7(内側フランジ9)の円周方向の複数箇所に点在するように押し出し加工により設けられていてもよく(図4(b)参照)、また、円周方向の複数箇所に延在するように折り曲げ加工により設けられていてもよい(図4(c)参照)。また、内側係止部12も同様に、内側フランジ9の全周或いは円周方向の複数箇所に折り曲げ加工或いは押し出し加工により設けられる。さらに、外側係止部11及び内側係止部12の組み合わせは自由である。
Further, an outer locking portion (locking portion) 11 is formed at the distal end edge of the
このように構成されたスラストころ軸受1は、図1に示すように、外輪4の外輪レース部6がハウジング(外輪支持部材)13に支持されると共に、内輪5の内輪レース部8及び内側フランジ9が軸(内輪支持部材)16の段部17に支持されている。
As shown in FIG. 1, the thrust roller bearing 1 configured as described above includes an outer
そして、本実施形態では、図1及び図3に示すように、外輪支持部材であるハウジング13の軸心O1と内輪支持部材である軸16の軸心O2との偏心量をE1とし、外輪4と保持器3との外周側軸受内部すきまC1の1/2をW1とし、内輪5と保持器3との内周側軸受内部すきまC2の1/2をW2とすると、外輪4、内輪5、及び保持器3を同心配置した状態で、W1+W2>E1>(W1+W2)/2の関係が成立するように構成されている。この場合、W1+W2>E1の時、保持器に径方向の圧縮力が作用しないようにスラストころ軸受1が組み付けられる。一方、E1>(W1+W2)/2時は、保持器に径方向の圧縮力が作用するようにスラストころ軸受1が組み付けられる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the eccentricity between the axis O1 of the
また、本実施形態では、プレス成形後の保持器3に窒化(軟窒化又は純窒化)処理を施して、この保持器3の表面に、図2に示すように、窒化層S1及び酸化層S2を備える化合物層Sを形成し、窒化層S1を緻密層としている。即ち、保持器3表面の拡散層Aと母層Bの上部に形成される化合物層Sは、ε相(Fe2N,Fe3N)、ν’相(Fe4N)、鉄炭窒化物、僅か少量のFe3O4を主成分とする酸化鉄から構成されており、鉄系基体である母材Bの表面に位置する窒化緻密層S1と、その外側に位置する空孔率10〜60%の酸化層S2と、からなる二層構造である。
Further, in this embodiment, the
酸化層S2は、初期なじみ性がよく、また潤滑油の油だまりとして機能し、油膜の保護に効果的な作用をもたらし焼付きを防止する。しかしながら、酸化層S2がある厚さ以上になると、表面の面荒れが進行して、上に油を塗布した状態でも油膜が均一に形成されずに粗さが残る場合がある。この場合、初期摩耗量は増大し、それによって剥離した摩耗粉が原因となって、軸受の内輪や外輪の転動面もしくは転動体に圧痕を付けたり、ヒッカキや掘り起こし摩耗を生じる。これらが油切れを加速して潤滑条件が悪化し、保持器が焼付きを起こしたりする。また、寸法精度も悪くなるという不具合を生じる。あらかじめ表面付近の余分な多孔質層を機械的な手段によって除去すれば、そうした問題を改善することができるが、しかしその場合はコスト高を招く。 The oxide layer S2 has good initial conformability and functions as a sump of lubricating oil, has an effective effect on protecting the oil film and prevents seizure. However, when the oxide layer S2 exceeds a certain thickness, the surface becomes rough, and an oil film may not be uniformly formed even when oil is applied on the surface, and the roughness may remain. In this case, the initial wear amount increases, and the abrasion powder peeled off thereby causes indentation on the rolling surfaces or rolling elements of the inner ring and outer ring of the bearing, and causes abrasion or digging. These accelerate the oil shortage and the lubrication condition deteriorates, and the cage is seized. Moreover, the problem that dimensional accuracy also worsens arises. If the extra porous layer near the surface is removed beforehand by mechanical means, such a problem can be improved, but in this case, the cost increases.
逆に、酸化層S2の厚さが小さい場合は、油膜保護の効果が十分でないために、保持器と内輪や外輪の転動面もしくは転動体とが真接触して発熱を起こし、容易に摩耗や損傷焼付きが起きる結果、保持器は短寿命となる場合がある。 On the contrary, when the thickness of the oxide layer S2 is small, the effect of oil film protection is not sufficient, so the cage and the rolling surface or rolling element of the inner ring or outer ring are in direct contact with each other to generate heat and easily wear. As a result of damage and seizure, the cage may have a short life.
そこで、本発明者らは次の実験を行なって、酸化層S2の適切な厚さを明らかにした。即ち、図5に示すようなファビリー(Faville−Le Vally)式摩擦摩耗試験機を使用し、ガス窒化を施した試験体のテストピン25を、シアーピン26を介して回転装置27に取付け、同じくガス窒化を施して対向させた一対のVブロック28,28で挟んで荷重Fをかけつつ回転数300min−1で回転させて、テストピン25の耐摩耗性を比較検討した。
Therefore, the present inventors conducted the following experiment to clarify the appropriate thickness of the oxide layer S2. That is, a
ガス窒化は、雰囲気ガスをN2+NH3とした純窒化を用い、処理温度は560℃とした。テストピン25及びVブロック28に形成した化合物層Sについては、窒化緻密層S1の厚さを5μm一定とし、酸化層S2の厚さを0μm、0.1μm、2μm、4μm、5μmの5種類に変化させて行った。供試油はタービン油を用い、摩擦速度は0.15m/sで行った。実験の結果を図6に示す。
For gas nitriding, pure nitriding with an atmosphere gas of N 2 + NH 3 was used, and the processing temperature was 560 ° C. Regarding the compound layer S formed on the
図6から明らかなように、酸化層S2の厚さが0.1μm未満である場合は、油膜保護の効果が期待できず、短時間で摩擦係数μが急上昇して焼付きが発生した。酸化層S2の厚さが0.1μm以上、5μm未満(好ましくは0.1μm以上、2μm未満)の範囲である場合、耐焼付き性は大幅に向上する。 As is clear from FIG. 6, when the thickness of the oxide layer S2 is less than 0.1 μm, the effect of oil film protection cannot be expected, and the friction coefficient μ suddenly increased and seizure occurred in a short time. When the thickness of the oxide layer S2 is in the range of 0.1 μm or more and less than 5 μm (preferably 0.1 μm or more and less than 2 μm), the seizure resistance is greatly improved.
その後、酸化層S2の厚さを増大させるにしたがって、それは潤滑油の油だまりとして作用するため焼付き時間は伸び、耐焼付き性は良好となるが、その反面初期摩耗量が増大する。よって、図6中の酸化層S2の厚さ2μm及び4μmの各グラフのように少量の初期摩耗(経過時間15sec付近に摩擦係数μの上昇)の発生は、酸化層と軸との初期なじみ効果であるが、酸化層S2の厚さが5μm以上では、大量の初期摩耗が発生して初期なじみ効果はなく、その摩耗粉が潤滑条件を悪化させて短時間で焼付きを起こすようになる。従って、酸化層S2の厚さ上限を5μm未満とする。
Thereafter, as the thickness of the oxide layer S2 is increased, it acts as a sump of lubricating oil, so that the seizure time is extended and the seizure resistance is improved, but the initial wear amount is increased. Therefore, the occurrence of a small amount of initial wear (an increase in the friction coefficient μ near the elapsed time of 15 sec) as shown in the graphs of the
つまり、化合物層Sの耐焼付き特性は酸化層S2厚さに依存し、酸化層S2の厚さを0.1μm以上、5μm未満(好ましくは0.1μm以上、2μm未満)にすることで耐焼付き特性が良好であり、使用条件の厳しいスラストころ軸受用保持器として好適に使用できると言える。 That is, the seizure resistance characteristic of the compound layer S depends on the thickness of the oxide layer S2, and the seizure resistance is achieved by setting the thickness of the oxide layer S2 to 0.1 μm or more and less than 5 μm (preferably 0.1 μm or more and less than 2 μm). It can be said that it has favorable characteristics and can be suitably used as a cage for a thrust roller bearing having severe use conditions.
本発明者らは、さらに次の実験を行ない、窒化緻密層S1についてもその適切な厚さを明らかにした。即ち、図7に示すような大越式摩耗試験機を使用し、ガス窒化を施した板状のSPCC製固定試験片30を、SUJ2製の円環状の回転試験片31に当てて荷重Fをかけて押し付けつつ回転試験を行い、固定試験片30の耐摩耗性を比較検討した。
The present inventors further conducted the following experiment to clarify the appropriate thickness of the dense nitride layer S1. That is, a plate-shaped SPCC fixed
固定試験片30のガス窒化は、雰囲気ガスをN220%+NH380%とした純窒化を用い、処理温度は560°Cとした。こうして窒化形成した化合物層Sについては、酸化層Sの厚さを5μm一定とし、窒化緻密層S1の厚さを種々に変化させたものを使用した。回転試験片31は、SUJ2材を840°Cで焼入れし、170°Cで焼戻しして用いた。試験条件は、無潤滑(ドライ)で、面圧:0.2〜4kg/mm2,摩擦速度:2.6m/s,摩擦距離(滑り距離): 400mとした。実験の結果を図8に示す。
For the gas nitriding of the fixed
図8から明らかなように、窒化緻密層S1の厚さが3μm未満では、摩耗量は非常に大きい。これに対して、窒化緻密層S1の厚さが3μm以上になると摩耗量は抑制される。これは、窒化緻密層S1の厚さが3μm未満と薄い場合には窒化層が均一とはならず、その結果、窒化ムラが生じていることが原因である。このように、窒化ムラのため部分的に窒化緻密層が形成されない個所があると、SPCC素地が内輪や外輪の転動面もしくは転動体の軸受鋼と真接触を生じ、すべり接触を行うことで保持器は早期に使用不能となる。従って、化合物層Sにおける窒化緻密層S1の厚さが3μm未満の窒化保持器の場合には、その耐摩耗特性は十分に期待できない。 As is apparent from FIG. 8, the wear amount is very large when the thickness of the nitrided dense layer S1 is less than 3 μm. On the other hand, the wear amount is suppressed when the thickness of the dense nitride layer S1 is 3 μm or more. This is because when the dense nitride layer S1 is as thin as less than 3 μm, the nitride layer is not uniform, and as a result, uneven nitriding occurs. In this way, if there is a part where the nitrided dense layer is not partially formed due to uneven nitriding, the SPCC substrate will make a true contact with the rolling surface of the inner ring or outer ring or the bearing steel of the rolling element, and the sliding contact will occur. The cage becomes unusable early. Therefore, in the case of a nitrided cage in which the thickness of the nitrided dense layer S1 in the compound layer S is less than 3 μm, the wear resistance characteristics cannot be sufficiently expected.
一方、窒化緻密層S1の厚さが20μmを超える場合においても、摩耗量の増大が認められる。即ち、窒化緻密層S1の表面硬さは厚さ7〜18μmで最高の硬さを示し、それ以上厚くなると最高硬さ位置が内部へ移行することで逆に表面硬さは低下し、窒化緻密層S1の厚さが20μmを超えると表面硬さの著しい低下が認められる。つまり、単に窒化緻密層S1が厚ければそれだけ耐摩耗特性が向上するとはいえず、厚さ過大による緻密層の硬さの低下は、かえって保持器の破損や断裂などが起きる原因となる。従って、窒化保持器の窒化緻密層S1の厚さは20μm以下であることが必要といえる。 On the other hand, even when the thickness of the nitrided dense layer S1 exceeds 20 μm, an increase in the amount of wear is observed. That is, the surface hardness of the nitrided dense layer S1 is 7 to 18 μm and shows the highest hardness. When the thickness is further increased, the highest hardness position is shifted to the inside, and the surface hardness is reduced. When the thickness of the layer S1 exceeds 20 μm, a remarkable decrease in surface hardness is observed. That is, if the nitrided dense layer S1 is simply thicker, it cannot be said that the wear resistance is improved, and the decrease in the hardness of the dense layer due to the excessive thickness causes breakage or tearing of the cage. Therefore, it can be said that the thickness of the nitrided dense layer S1 of the nitriding cage needs to be 20 μm or less.
これらの結果は酸化層S2の厚さを5μmに限った場合のみではなく、酸化層S2厚さを変化させた場合も同様のことがいえる。つまり、化合物層Sの耐摩耗特性は窒化緻密層S1の厚さに依存し、窒化緻密層S1の厚さを3〜20μm、好ましくは7〜18μmにすることで、耐摩耗特性の優れた窒化保持器の提供が可能である。 These results can be said not only when the thickness of the oxide layer S2 is limited to 5 μm but also when the thickness of the oxide layer S2 is changed. That is, the wear resistance of the compound layer S depends on the thickness of the dense nitride layer S1, and the nitrided layer having excellent wear resistance is obtained by setting the thickness of the dense nitride layer S1 to 3 to 20 μm, preferably 7 to 18 μm. A cage can be provided.
以上説明したように、本実施形態のスラストころ軸受1によれば、保持器3の表面に窒化緻密層S1及び酸化層S2を備える化合物層Sを形成し、窒化緻密層S1の厚さを3μm以上20μm以下、酸化層S2厚さを0.1μm以上5μm未満の範囲にコントロールするため、保持器3の耐摩耗性、耐焼付き性を向上することができる。これにより、低粘度油環境下(例えば、40°Cで40cSt以下、100°Cで10cSt以下)や保持器3にラジアル方向の過大な負荷(圧縮力)が作用する環境下においても、一体型のスラストころ軸受を採用することが可能となり、自動車のトランスミッションやトルクコンバータの回転支持部に好適に適用することができる。
As described above, according to the
なお、本実施形態の第1変形例として、図9に示すように、スラストころ軸受1は、外輪4の外輪レース部6及び外側フランジ7がハウジング13の支持凹部14に支持されると共に、内輪5の内輪レース部8が内輪支持部材40に支持されていてもよい。
この場合も、外輪支持部材であるハウジング13と内輪支持部材40との偏心量をE1とし、外輪4と保持器3との外周側軸受内部すきまC1の1/2をW1とし、内輪5と保持器3との内周側軸受内部すきまC2の1/2をW2とすると、外輪4、内輪5、及び保持器3を同心配置した状態で、W1+W2>E1>(W1+W2)/2の関係が成立するように構成されている。
As a first modification of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
Also in this case, the amount of eccentricity between the
また、本実施形態の第2変形例として、図10に示すように、内輪を備えていないスラストころ軸受1aに本発明を適用してもよい、このスラストころ軸受1aは、外輪4と内輪相当部材41との間に複数のころ2を保持した保持器3が介装される。そして、外輪4の外輪レース部6及び外側フランジ7がハウジング13の支持凹部14に支持されている。
この場合、外輪支持部材であるハウジング13と内輪相当部材41との偏心量をE2(図3参照)とし、外輪4と保持器3との外周側軸受内部すきまの1/2をW1とすると、外輪4及び保持器3を同心配置した状態で、W1>E2>(W1)/2の関係が成立するように構成されている。
As a second modification of the present embodiment, as shown in FIG. 10, the present invention may be applied to a thrust roller bearing 1a that does not include an inner ring. The thrust roller bearing 1a is equivalent to an
In this case, assuming that the eccentric amount of the
また、本実施形態の第3変形例として、図11に示すように、外輪を備えていないスラストころ軸受1bに本発明を適用してもよい。このスラストころ軸受1bは、外輪相当部材42と内輪5との間に複数のころ2を保持した保持器3が介装される。そして、内輪5の内輪レース部8及び内側フランジ9が軸16の段部17に支持されている。
この場合、外輪相当部材42と内輪支持部材である軸16との偏心量をE3(図3参照)とし、内輪5と保持器3との内周側軸受内部すきまの1/2をW2とすると、内輪5及び保持器3を同心配置した状態で、W2>E3>(W2)/2の関係が成立するように構成されている。
As a third modification of the present embodiment, as shown in FIG. 11, the present invention may be applied to a
In this case, the amount of eccentricity between the outer ring
また、本実施形態の第4変形例として、図12及び図13に示すように、外輪及び内輪の両方を備えていないスラストころ軸受1c,1dに本発明を適用してもよい。スラストころ軸受1cは、図12に示すように、ハウジング(外輪相当部材)13と内輪相当部材41との間に複数のころ2を保持した保持器3が介装される。そして、保持器3の外周面がハウジング13の支持凹部14の内周面に緩く支持されている。
この場合、外輪相当部材であるハウジング13と内輪相当部材41との偏心量をE4(図3参照)とし、ハウジング13の内周面と保持器3の外周面との径方向の総すきまの1/2をW3とすると、ハウジング13と保持器3とを同心配置した状態で、W3>E4>(W3)/2の関係が成立するように構成されている。
As a fourth modification of the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, the present invention may be applied to thrust
In this case, the amount of eccentricity between the
また、スラストころ軸受1dは、図13に示すように、外輪相当部材42と軸(内輪相当部材)16の段部17との間に複数のころ2を保持した保持器3が介装される。そして、保持器3の内周面が軸16の段部17の外周面に緩く支持されている。
この場合、外輪相当部材42と内輪相当部材である軸16との偏心量をE4とし、軸16の段部17の外周面と保持器3の内周面との径方向の総すきまの1/2をW3とすると、軸16と保持器3とを同心配置した状態で、W3>E4>(W3)/2の関係が成立するように構成されている。
In the
In this case, the amount of eccentricity between the outer ring
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、断面略コの字状の2枚の金属板を最中状に組み合わせる構造の保持器3に円筒形状のころ2を保持させているが、これに限定されず、図14に示すように、ころ2aの軸方向端面2bをそれぞれ球状凸面に形成して、ころ2aの外周側の軸方向端面2bの中心部が、保持器3の外周側内周面に当接するように構成してもよい。この場合、遠心力によりころ2aが保持器3の径方向外方に変位した状態であっても、ころ2aの外周側の軸方向端面2bと保持器3の外周側内周面との擦れ合い部のPV値を低く抑えることができるので、この擦れ合い部の摩耗を抑えることができる。
また、本実施形態では、保持器3は、2枚の金属板をプレス成形し、それぞれを最中状に組み合わせる構造であるが、これに代えて、図15に示すように、一枚の金属板をプレス成形することにより構成される保持器3aであってもよい。
In addition, this invention is not limited to what was illustrated to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
For example, in this embodiment, the
In the present embodiment, the
以下に、本発明のスラストころ軸受の作用効果を確認するために行った各試験について説明する。 Below, each test performed in order to confirm the effect of the thrust roller bearing of this invention is demonstrated.
(耐久性試験)
本試験では、内外輪と保持器とを非分離とした図1と略同一構造の一体型スラストころ軸受を用い、図16に示すように、内外輪を支持する外輪支持部材50と内輪支持部材51との間に、保持器にラジアル方向の負荷を発生させるような大きな偏心量を設定して、保持器の耐久性試験を行った。保持器の窒化処理は、タフトライド/NV窒化の2種類パラメータとして保持器表面に窒化緻密層及び酸化層からなる化合物層を形成した。そして、窒化緻密層及び酸化層の厚さを種々変更したものについて、定格寿命L10(=40時間)後の保持器の内外周面の摩耗量を確認した。
(Durability test)
In this test, an integral thrust roller bearing having substantially the same structure as that in FIG. 1 in which the inner and outer rings and the cage are not separated is used, and as shown in FIG. 16, an outer
なお、本試験では、保持器の内外周面に過大なラジアル方向の荷重が負荷されるため、摩耗の促進により保持器の外周縁部が破断する場合がある(図17参照)。この場合、破断発生までの試験時間を確認した。また、試験に使用した潤滑油は、100℃での動粘度が5.0cStの低粘度油とした。結果を表1に示す。 In this test, since an excessive radial load is applied to the inner and outer peripheral surfaces of the cage, the outer peripheral edge of the cage may break due to accelerated wear (see FIG. 17). In this case, the test time until breakage was confirmed. The lubricating oil used in the test was a low viscosity oil having a kinematic viscosity at 100 ° C. of 5.0 cSt. The results are shown in Table 1.
試験条件は、次の通りである。
軸受サイズ:内径φ55mm×外径φ85mm×幅6mm
荷重 :0.5Ca(Ca:動定格荷重(N))
軸受回転数:4000min−1
潤滑油 :ATF(100℃での動粘度:5.0cSt)
試験油温 :120℃
偏心量 :0.6mm
保持器窒化処理:タフトライド/NV窒化
The test conditions are as follows.
Bearing size: inner diameter φ55mm x outer diameter φ85mm x width 6mm
Load: 0.5Ca (Ca: Dynamic load rating (N))
Bearing rotation speed: 4000 min −1
Lubricating oil: ATF (kinematic viscosity at 100 ° C .: 5.0 cSt)
Test oil temperature: 120 ° C
Eccentricity: 0.6 mm
Cage nitriding treatment: Tuftride / NV nitriding
表1から明らかなように、保持器の窒化緻密層の厚さが3μm未満、及び酸化層の厚さが0.1μm未満の場合は、保持器の摩耗が異常に進行し、短時間で保持器の破断に至った。また、窒化緻密層の厚さが3μm以上であっても。酸化層の厚さが5μmを超えている場合は、保持器の破断は認められなかったものの、異常摩耗の発生が認められた。窒化緻密層の厚さが20μmを超え、酸化層の厚さが5μm以上の場合も、異常摩耗の発生が認められた。
これに対し、窒化緻密層の厚さが3μm以上20μm以下の範囲で、且つ酸化層の厚さが0.1μm以上5μm未満の範囲では、保持器の破断及び異常摩耗は認められず、良好な結果が得られた。特に、酸化層の厚さが0.1μm以上2μm未満の範囲においては、更に安定した耐摩耗性が得られた。
As is clear from Table 1, when the thickness of the dense nitrided layer of the cage is less than 3 μm and the thickness of the oxide layer is less than 0.1 μm, the wear of the cage proceeds abnormally and is retained in a short time. The vessel was broken. Moreover, even if the thickness of the dense nitride layer is 3 μm or more. When the thickness of the oxide layer exceeded 5 μm, although the cage was not broken, abnormal wear was observed. Abnormal wear was also observed when the nitrided dense layer thickness exceeded 20 μm and the oxide layer thickness was 5 μm or more.
On the other hand, when the thickness of the dense nitride layer is in the range of 3 μm or more and 20 μm or less, and the thickness of the oxide layer is in the range of 0.1 μm or more and less than 5 μm, no breakage and abnormal wear of the cage are observed. Results were obtained. In particular, in the range where the thickness of the oxide layer is 0.1 μm or more and less than 2 μm, more stable wear resistance was obtained.
(耐焼付き性試験)
本試験では、内外輪を備えない図12と略同一構造のスラストころ軸受を用い、試験回転数を軸受の許容回転数の5倍に設定して、保持器の耐焼付き性試験を行った。保持器の窒化処理は、タフトライド/NV窒化の2種類パラメータとして保持器表面に窒化緻密層及び酸化層からなる化合物層を形成した。そして、窒化緻密層及び酸化層の厚さを種々変更したものについて、定格寿命L10(=100時間)後の保持器の内外径面の摩耗量を確認した。
(Seizure resistance test)
In this test, a thrust roller bearing having substantially the same structure as that shown in FIG. 12 having no inner and outer rings was used, and the test rotation speed was set to 5 times the allowable rotation speed of the bearing, and the seizure resistance test of the cage was performed. In the nitriding treatment of the cage, a compound layer composed of a dense nitride layer and an oxide layer was formed on the cage surface as two kinds of parameters of tuftride / NV nitriding. And about the thing which changed the thickness of the dense nitride layer and the oxide layer, the amount of wear on the inner and outer diameter surfaces of the cage after the rated life L10 (= 100 hours) was confirmed.
なお、本試験では、スラストころ軸受を軸受許容回転数の5倍で回転させるため、保持器に焼付きが発生する場合がある。この場合、焼付き発生までの時間を確認した。また、試験に使用した潤滑油は、100°Cでの動粘度が5.0cStの低粘度油とした。結果を表2に示す。 In this test, the thrust roller bearing is rotated at 5 times the permissible rotation speed of the bearing, so that the cage may be seized. In this case, the time until seizure occurred was confirmed. The lubricating oil used in the test was a low-viscosity oil having a kinematic viscosity at 100 ° C. of 5.0 cSt. The results are shown in Table 2.
試験条件は、次の通りである。
軸受サイズ:内径φ40mm×外径φ60mm×ころ径φ2mm
荷重 :0.2Ca(Ca:動定格荷重(N))
軸受回転数:30000min−1(軸受許容回転数:6000min−1)
潤滑油 :ATF(100℃での動粘度:5.0cSt)
試験油温 :120℃
保持器窒化処理:タフトライド/NV窒化
The test conditions are as follows.
Bearing size:
Load: 0.2Ca (Ca: Dynamic load rating (N))
Bearing rotation speed: 30000 min −1 (bearing allowable rotation speed: 6000 min −1 )
Lubricating oil: ATF (kinematic viscosity at 100 ° C .: 5.0 cSt)
Test oil temperature: 120 ° C
Cage nitriding treatment: Tuftride / NV nitriding
表2から明らかなように、保持器の窒化緻密層の厚さが3μm未満、及び20μmを超える場合は、保持器に異常摩耗が認められた。また、酸化層の厚さが0.1μm未満、及び5μm異常の場合は、保持器に焼付きが発生した。
これに対して、窒化緻密層の厚さが3μm以上20μm以下の場合は、保持器に異常摩耗は認められず、酸化層の厚さが0.1μm以上5μm未満の場合では、保持器に焼付きの発生は認められなかった。特に、酸化層の厚さが0.1μm以上2μm未満の範囲においては、効果的な耐摩耗性が得られた。
As is clear from Table 2, when the thickness of the dense nitrided layer of the cage is less than 3 μm and more than 20 μm, abnormal wear was observed in the cage. In addition, when the thickness of the oxide layer was less than 0.1 μm and abnormal 5 μm, seizure occurred in the cage.
In contrast, when the thickness of the dense nitride layer is 3 μm or more and 20 μm or less, abnormal wear is not observed in the cage, and when the thickness of the oxide layer is 0.1 μm or more and less than 5 μm, the cage is baked. There was no occurrence of sticky marks. In particular, effective wear resistance was obtained when the thickness of the oxide layer was in the range of 0.1 μm or more and less than 2 μm.
1,1a,1b,1c,1d スラストころ軸受
2 ころ
3 保持器
4 外輪
5 内輪
6 外輪レース部
7 外側フランジ
8 内輪レース部
9 内側フランジ
10 ポケット
11 外側係止部(係止部)
12 内側形成部(係止部)
13 ハウジング(外輪支持部材)
14 支持凹部
16 軸(内輪支持部材)
17 段部
40 内輪支持部材
41 内輪相当部材
42 外輪相当部材
S 化合物層
S1 窒化層(窒化緻密層)
S2 酸化層
1, 1a, 1b, 1c, 1d
12 Inside formation part (locking part)
13 Housing (Outer ring support member)
14
17
S2 oxide layer
Claims (6)
前記保持器の表面に窒化層及び酸化層を備える化合物層を形成し、前記窒化層を緻密層とすることを特徴とするスラストころ軸受。 A thrust roller bearing including a cage made of a press-formed product that holds a plurality of rollers in a rollable manner,
A thrust roller bearing, wherein a compound layer including a nitride layer and an oxide layer is formed on a surface of the cage, and the nitride layer is a dense layer.
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