JP2011043182A - Roller with cage, roller bearing with cage, and cage - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば四輪車や二輪車及び汎用エンジン等のクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造等に使用される保持器付きころ、保持器付きころ軸受および保持器に関し、保持器に発生する摩耗及び過度の昇温を解決する技術に関する。 The present invention relates to a roller with a cage, a roller bearing with a cage, and a cage used in, for example, a support structure for a crankshaft and a connecting rod support structure for a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine. And a technique for solving excessive temperature rise.
保持器付きころは、ころと保持器で構成され、ころの外周面と、内輪及び外輪の軌道面とが線接触する構造である。このため、軸受投影面積が小さい割に、高負荷容量と高剛性を得られる利点を有している。したがって、保持器付きころは、自動車用をはじめあらゆる分野に広く利用されている。
一般に二輪車の大小端用には、滑り軸受または転がり軸受の保持器付きころが使用されている。2サイクルエンジンの場合、大小端部は、ガソリンとエンジンオイルとを混合させた噴霧状の混合液によって潤滑される。したがって滑り軸受では、摩耗や過度の昇温が発生するため、保持器付きころ、シェルラジアル軸受等の転がり軸受が使用されている。ただし、使用される転がり軸受で保持器付きころは、保持器外径や幅面の摩耗や過度の昇温防止のために、銅メッキや銀メッキが使用されていた。
銅メッキや銀メッキで耐えられない高速回転では、母材はニッケルを主要素材としフッ素樹脂の微粒子を均一に分散共析させた複合メッキが提案されている(特許文献1)。この考案は、高速使用条件による摩耗や過度の昇温の防止を視点とした対策内容である。
A roller with a cage is composed of a roller and a cage, and has a structure in which the outer peripheral surface of the roller is in line contact with the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring. For this reason, it has the advantage that high load capacity and high rigidity can be obtained for a small bearing projected area. Accordingly, the roller with cage is widely used in various fields including automobiles.
Generally, a roller with a cage of a sliding bearing or a rolling bearing is used for a large and small end of a two-wheeled vehicle. In the case of a two-cycle engine, the large and small ends are lubricated by a spray-like mixed liquid in which gasoline and engine oil are mixed. Therefore, in a plain bearing, since wear and excessive temperature rise occur, rolling bearings such as a roller with a cage and a shell radial bearing are used. However, in the rolling bearings used, the rollers with cages used copper plating or silver plating in order to prevent the outer diameter and width of the cage from being worn and excessive temperature rise.
For high-speed rotation that cannot be tolerated by copper plating or silver plating, composite plating in which the base material is nickel as a main material and fine particles of fluororesin are uniformly dispersed and co-deposited has been proposed (Patent Document 1). This device is a countermeasure content from the viewpoint of preventing wear and excessive temperature rise under high-speed use conditions.
従来技術は、高速性に対する摩耗・過度の昇温を防止することを目的として、ニッケルを主要素材としフッ素樹脂を含む複合メッキを保持器に形成している。しかし、近年の銅及び銀メッキの摩耗は、使用条件の厳しさではなく、潤滑油の影響によりメッキが化学反応を起こすことで溶解(消失)し、保持器が過度に昇温することがある。特に、4サイクルエンジンに使用される軸受に発生することが多い。 In the prior art, a composite plating containing nickel as a main material and containing a fluororesin is formed on a cage for the purpose of preventing wear and excessive temperature rise for high speed performance. However, the wear of copper and silver plating in recent years is not severe in use conditions, but the plating dissolves (disappears) due to a chemical reaction due to the influence of lubricating oil, and the temperature of the cage may rise excessively. . In particular, it often occurs in bearings used in 4-cycle engines.
4サイクルエンジンの場合、ガソリンとエンジンオイルとは混合されず、エンジンオイルを直接大小端部へ給油することができる。このため、安価で転がり軸受よりも負荷能力が高い滑り軸受が使用されており、転がり軸受は殆んど使用されていない。
しかしながら、近年ではエンジンの燃費向上のため、4サイクルエンジンの支持部(例えば、コンロッド大端部)の滑り軸受が転がり軸受(保持器付きころ)へ置き換わっている。この4サイクルエンジンへの転がり軸受の適用が、課題の発端である。
In the case of a four-cycle engine, gasoline and engine oil are not mixed, and the engine oil can be directly supplied to the large and small ends. For this reason, a low-priced plain bearing having a higher load capacity than a rolling bearing is used, and the rolling bearing is hardly used.
However, in recent years, a sliding bearing (a roller with a cage) has been replaced with a sliding bearing of a support portion (for example, a connecting rod large end) of a four-cycle engine in order to improve engine fuel efficiency. The application of rolling bearings to this four-cycle engine is the beginning of the problem.
ところで、2サイクルエンジンと4サイクルエンジンとでは、使用するオイルが全く異なっている。4サイクルエンジンでは、オイルパンに溜められたエンジンオイルが圧送され、エンジン各部を潤滑した後、オイルパンに再び戻る。これに対して2サイクルエンジンでは、エンジンオイルは燃料に混合され回転部や摺動部に付着することにより、またはオイルタンクからの圧送によりエンジン各部を潤滑した後、混合気と共に燃焼室に入り燃焼する。このような潤滑機構の差異および動弁機構の有無のような構造の差異により、2サイクルエンジンオイルと4サイクルエンジンオイルに要求される性能は大きく異なる。 By the way, the oil used is completely different between the 2-cycle engine and the 4-cycle engine. In a four-cycle engine, the engine oil stored in the oil pan is pumped and lubricates each part of the engine, and then returns to the oil pan again. On the other hand, in a two-cycle engine, engine oil is mixed with fuel and adheres to the rotating and sliding parts, or each part of the engine is lubricated by pumping from the oil tank, and then enters the combustion chamber with the mixture and burns. To do. The performance required for the two-cycle engine oil and the four-cycle engine oil is greatly different due to the difference in the structure such as the difference in the lubrication mechanism and the valve mechanism.
これら2サイクルエンジンオイルと4サイクルエンジンオイルの組成上の大きな差異は、硫酸灰分と、ジアルキルジチオりん酸亜鉛(Zinc Dialkyldithiophosphate;略称ZnDTP)の有無にある。2サイクルエンジンオイルで硫酸灰分が低いのは、灰分の主要要因である過塩基性清浄剤の酸中和性能が要求されないことと、灰分が燃焼室堆積物を増加させ、プラグ失火を生じることがあるためである。2サイクルエンジンオイルにZnDTPが処方されないのは、2サイクルエンジンではオイルの酸化防止性が要求されないことと、動弁機構がないため、厳しい摩耗防止性能が要求されないためである。前記ZnDTPは通常150〜200℃で熱分解されると言われているが、高負荷運転時のピストン、リングまわりの温度は200℃を超えるという報告もあり、ZnDTPの添加剤がかえってピストンの汚れ、リング膠着を生じる。このピストン汚れおよびリング膠着を防止するため、多くの清浄剤を必要とすることもZnDTPを添加しない理由である。前記ZnDTPは、酸化防止能、腐食防止能、耐荷重性能、摩耗防止能等を有し、いわゆる多機能型添加剤として、エンジンオイルや工業用潤滑油に広く使用されている。 The major difference in the composition of these two-cycle engine oil and four-cycle engine oil is the presence or absence of sulfated ash and zinc dialkyldithiodiphosphate (ZnDTP). The low sulfated ash content in the two-cycle engine oil is that the acid neutralization performance of the overbased detergent, which is the main factor of the ash content, is not required, and the ash content increases the combustion chamber deposits and can cause plug misfire. Because there is. The reason why ZnDTP is not prescribed for the two-cycle engine oil is that the two-cycle engine does not require anti-oxidation property of the oil, and because there is no valve mechanism, severe wear prevention performance is not required. It is said that ZnDTP is usually pyrolyzed at 150 to 200 ° C, but there is a report that the temperature around the piston and ring during high load operation exceeds 200 ° C. , Causing ring sticking. In order to prevent this piston contamination and ring sticking, a large amount of detergent is required, which is why ZnDTP is not added. The ZnDTP has antioxidation ability, corrosion prevention ability, load bearing performance, wear prevention ability and the like, and is widely used in engine oil and industrial lubricating oil as a so-called multifunctional additive.
ZnDTPの摩耗防止機構としては、
(1)ZnDTP中の硫黄やりんが金属と反応して硫化鉄やりん酸塩の皮膜を作り摩耗を防ぐ。
(2)ZnDTPが分解して金属表面にポリフォスフェートの膜を生成し摩耗を防ぐ。
という説が有力である。
以上のように、4サイクルエンジンオイルには、添加剤であるZnDTPが入っており、こ
のZnDTP中の成分に硫黄が入っている。摩耗防止機構として、この硫黄が金属と反応し皮
膜を作り摩耗防止効果があるとのことだが、保持器に施す銅メッキや銀メッキでは効果が低いことが、種々の評価から判明した。
As a wear prevention mechanism of ZnDTP,
(1) Sulfur and phosphorus in ZnDTP react with metals to form iron sulfide and phosphate films to prevent wear.
(2) ZnDTP decomposes to form a polyphosphate film on the metal surface to prevent wear.
The theory is powerful.
As described above, the 4-cycle engine oil contains ZnDTP, which is an additive, and sulfur is contained in the components in this ZnDTP. As an anti-wear mechanism, this sulfur reacts with metals to form a film and has an anti-wear effect, but it has been found from various evaluations that copper plating and silver plating applied to the cage are less effective.
すなわち銅メッキや銀メッキを施した保持器を、高温の4サイクルエンジンオイルに浸漬させると、時間と共に油中に銅、銀の化学成分が増加していることが判明し、油中への溶け出しが認められた。また、銀メッキは黒色に変化し、メッキが脆くなり容易に剥れが認められた。このような保持器付きころにおいても、他の部品と接することのない部分のメッキ剥れが認められることがある。したがって、エンジンオイルに含まれる添加剤に影響されない表面処理が必要である。また、基材(保持器)との密着性を向上させることでメッキ剥れを防ぐ必要がある。 In other words, when a cage plated with copper or silver is immersed in high-temperature four-cycle engine oil, it turns out that the chemical components of copper and silver increase in the oil over time, and it dissolves in the oil. It was approved. Further, the silver plating changed to black, and the plating became brittle and was easily peeled off. Even in such a roller with a cage, plating peeling of a portion that does not come into contact with other parts may be recognized. Therefore, a surface treatment that is not affected by the additive contained in the engine oil is necessary. Moreover, it is necessary to prevent peeling of plating by improving the adhesion with the base material (retainer).
この発明の目的は、使用オイルに含まれる添加剤に影響されない表面処理を施し、保持器の摩耗、過度の昇温を防止することができると共に、表面処理層と基材との密着性を向上させた保持器付きころおよび保持器付きころを用いた軸受を提供することである。 The object of the present invention is to provide a surface treatment that is not affected by the additives contained in the oil used, to prevent wear of the cage and excessive temperature rise, and to improve the adhesion between the surface treatment layer and the substrate. It is intended to provide a roller with a cage and a bearing using the roller with a cage.
この発明の保持器付きころは、複数のころと、円周方向の複数箇所に、前記各ころをそれぞれ保持するポケットを有するリング状の保持器とを備えた保持器付きころにおいて、前記保持器の母材の全表面に複合化表面処理層を設ける。この複合化表面処理層とはニッケルメッキ層の表面にPTFEを上塗して、このニッケルメッキ層とPTFE層の異なる層を熱処理し、一体化させた層のことである。本明細書では、このように異なる層を一体化させることを複合化と呼ぶ。
前記「PTFE」とは、ポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene)の略称であり、テトラフルオロエチレンの重合体で、フッ素原子と炭素原子のみから成るフッ化炭素樹脂である。このフッ化炭素樹脂形状は多角形状となっている。
The roller with cage according to the present invention is the roller with cage having a plurality of rollers and a ring-shaped cage having pockets respectively holding the rollers at a plurality of locations in the circumferential direction. A composite surface treatment layer is provided on the entire surface of the base material. This composite surface treatment layer is a layer obtained by overcoating PTFE on the surface of a nickel plating layer and heat-treating different layers of the nickel plating layer and the PTFE layer to integrate them. In this specification, such integration of different layers is referred to as compounding.
The “PTFE” is an abbreviation for polytetrafluoroethylene, which is a polymer of tetrafluoroethylene, which is a fluorocarbon resin composed of only fluorine atoms and carbon atoms. This fluorocarbon resin shape is a polygonal shape.
この構成によると、メッキは金属同士の結合により密着力を得ているため、組成の近い金属同士の結合により密着力が向上する。
ニッケルは銅・銀に比べ添加剤と反応し難い性質を持つため、溶出を抑制することが可能となる。よって複合化表面処理層中のニッケル等がエンジンオイル中に溶け出すことを防止できる。なお、添加剤がエンジンオイルに入っていた場合、この添加剤が分解して金属表面に膜を生成し摩耗防止をより図るため、前記複合化表面処理層が添加剤の効果を阻害することはない。
ニッケルメッキ層の表面にPTFEを上塗して、熱処理により複合化したため、ニッケルメッキ層の表層の粒子間にPTFE粒子が入り込んだ状態で強固に固着される。よって、複合化表面処理層の表面硬度をより高めることができ、耐摩耗性に優れる。PTFE粒子の自己潤滑性により保持器の摩耗、過度の昇温を防止し、エンジンを長期に稼動させることができる。
According to this configuration, since the plating has an adhesion force due to the bonding between the metals, the adhesion strength is improved due to the bonding between the metals having similar compositions.
Since nickel has a property that it is difficult to react with additives compared to copper and silver, elution can be suppressed. Therefore, nickel or the like in the composite surface treatment layer can be prevented from being dissolved into the engine oil. When the additive is in the engine oil, the additive is decomposed to form a film on the metal surface to further prevent wear, so that the composite surface treatment layer hinders the effect of the additive. Absent.
Since the surface of the nickel plating layer is coated with PTFE and combined by heat treatment, it is firmly fixed in a state in which the PTFE particles enter between the particles of the surface layer of the nickel plating layer. Therefore, the surface hardness of the composite surface treatment layer can be further increased and the wear resistance is excellent. Due to the self-lubricating property of the PTFE particles, the cage can be prevented from being worn and excessively heated, and the engine can be operated for a long time.
前記PTFEは、複合化表面処理層の表層付近に集中させたものであっても良い。この場合、PTFEを処理層全体に均一に分散させるものより少ないPTFE量で保持器の摩耗、過度の昇温を防止できる。このようにPTFE量を少なくできる分、製造コストの低減を図ることが可能となる。 The PTFE may be concentrated in the vicinity of the surface layer of the composite surface treatment layer. In this case, the cage wear and excessive temperature rise can be prevented with a smaller amount of PTFE than that in which PTFE is uniformly dispersed throughout the treatment layer. Thus, the amount of PTFE can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced.
前記複合化表面処理層の表面硬度をHv400以上Hv700以下としても良い。前記「Hv」で表される硬度は、ビッカース硬さである。前述の熱処理により複合化した複合化表面処理層の表面硬度がHv400以上Hv700以下であれば、摩耗量の差は0.001mm以内であり、差が認められない結果であった。このように複合化表面処理層の表面硬度をHv400以上Hv700以下に規定することにより、耐摩耗性を持続することができる。この表面硬度がHv400未満では、摩耗量が大きくなる。Hv700を超えると、硬度が高すぎて複合化表面処理層がヒビ割れる可能性がある。 The composite surface treatment layer may have a surface hardness of Hv400 or more and Hv700 or less. The hardness represented by the “Hv” is Vickers hardness. When the surface hardness of the composite surface treatment layer composited by the above heat treatment was Hv400 or more and Hv700 or less, the difference in wear amount was within 0.001 mm, and the difference was not recognized. Thus, by specifying the surface hardness of the composite surface treatment layer to be Hv400 or more and Hv700 or less, the wear resistance can be maintained. When this surface hardness is less than Hv400, the amount of wear increases. If it exceeds Hv700, the hardness may be too high and the composite surface treatment layer may crack.
前記保持器の母材は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がHv450以上Hv700以下の範囲であり、この表面硬度と、前記複合化表面処理層の表面硬度との硬度差をHv200以下としても良い。エンジンのコンロッド大端部やトランスミッションの遊星機構部に使用される軸受は、振り回される運動のため、保持器は楕円運動を起こしながら自転している。そのため、保持器の楕円変形にメッキが追従しなければ、メッキにヒビ割れや剥れが発生する。この保持器の変形には、保持器の剛性が影響し同じ材料同じ形状であれば、硬度によって変化する。そのため、保持器硬度と複合化表面処理層の表面硬度の影響を確認した。
確認方法は、保持器硬度と、複合化表面処理層の表面硬度を上下に振ったサンプルを製作し、保持器に静的な荷重を負荷させ、弾性変形内の変形量を所定回数与えた後に、複合化表面処理層に異常がないか目視確認した。その結果、保持器の表面硬度と、複合化表面処理層の表面硬度との硬度差がHv200以下であれば、複合化表面処理層に割れや剥れは認められなかった。
The base material of the cage is subjected to carburizing, quenching and tempering, and the surface hardness is in the range of Hv450 to Hv700, and the hardness difference between the surface hardness and the surface hardness of the composite surface treatment layer is Hv200 or less. good. Bearings used in the large end of the connecting rod of the engine and the planetary mechanism of the transmission are rotated, so that the cage rotates while causing an elliptical motion. Therefore, if the plating does not follow the elliptical deformation of the cage, cracking or peeling occurs in the plating. The deformation of the cage is affected by the rigidity of the cage, and changes depending on the hardness if the same material has the same shape. Therefore, the influence of the cage hardness and the surface hardness of the composite surface treatment layer was confirmed.
The confirmation method is to manufacture a sample in which the hardness of the cage and the surface hardness of the composite surface treatment layer are shaken up and down, load a static load on the cage, and give the deformation amount within the elastic deformation a predetermined number of times. The composite surface treatment layer was visually checked for abnormalities. As a result, when the hardness difference between the surface hardness of the cage and the surface hardness of the composite surface treatment layer was
前記複合化表面処理層の表面粗さをRa0.7μm以下としても良い。「Ra」は、日本工業規格で規定される中心線平均粗さRaである。複合化表面処理層の表面粗さがRa0.7μmを超えると、複合化表面処理層自体の摩耗量が増加する傾向にある。これは、粗さ自身の凹凸の凸部が高く面粗さが粗い方が摩耗し易いためである。換言すれば、複合化表面処理層の表面粗さをRa0.7μm以下とすることで、前記粗さ自身の凹凸の凸部を低くし、複合化表面処理層自体の摩耗量の低減を図ることが可能となる。 The surface roughness of the composite surface treatment layer may be Ra 0.7 μm or less. “Ra” is the center line average roughness Ra defined by Japanese Industrial Standards. When the surface roughness of the composite surface treatment layer exceeds Ra 0.7 μm, the wear amount of the composite surface treatment layer itself tends to increase. This is because the unevenness of the roughness itself is higher and the surface roughness is easier to wear. In other words, by reducing the surface roughness of the composite surface treatment layer to Ra 0.7 μm or less, the unevenness of the roughness itself is lowered, and the amount of wear of the composite surface treatment layer itself is reduced. Is possible.
この発明の保持器付きころ軸受は、前記いずれかの保持器付きころと、前記複数のころが転接する軌道輪とを備えたものである。 A roller bearing with a cage according to the present invention includes any one of the above rollers with a cage and a bearing ring on which the plurality of rollers roll.
この発明の保持器は、複数のころと、円周方向の複数箇所に、前記各ころをそれぞれ保持するポケットを有するリング状の保持器とを備えた保持器付きころにおける保持器であって、この保持器の母材の全表面に複合化表面処理層を設け、この複合化表面処理層はニッケルメッキ層の表面にPTFEを上塗して、熱処理により複合化した層である。 The cage of the present invention is a cage in a roller with a cage comprising a plurality of rollers and ring-shaped cages each having a pocket for holding each of the rollers at a plurality of locations in the circumferential direction, A composite surface treatment layer is provided on the entire surface of the base material of the cage, and this composite surface treatment layer is a layer obtained by applying PTFE on the surface of the nickel plating layer and then performing heat treatment.
前記いずれかの保持器付きころを用いたエンジンのクランクシャフト用支持軸受を適用しても良い。
前記いずれかの保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受を適用しても良い。
前記いずれかの保持器付きころを用いたトランスミッション用の支持軸受を適用しても良い。
An engine crankshaft support bearing using any one of the rollers with cages may be applied.
An engine connecting rod large end bearing using any one of the rollers with cages may be applied.
You may apply the support bearing for transmissions using the roller with either of the said cages.
この発明の保持器付きころは、複数のころと、円周方向の複数箇所に、前記各ころをそれぞれ保持するポケットを有するリング状の保持器とを備えた保持器付きころにおいて、前記保持器の母材の全表面に複合化表面処理層を設け、この複合化表面処理層はニッケルメッキ層の表面にPTFEを上塗して、熱処理により複合化した層であるため、使用オイルに含まれる添加剤に影響されず、保持器の摩耗、過度の昇温を防止することができると共に、表面処理層と基材との密着性を向上させることができる。 The roller with cage according to the present invention is the roller with cage having a plurality of rollers and a ring-shaped cage having pockets respectively holding the rollers at a plurality of locations in the circumferential direction. A composite surface treatment layer is provided on the entire surface of the base material, and this composite surface treatment layer is a layer obtained by overcoating PTFE on the surface of the nickel plating layer and complexing by heat treatment. Without being influenced by the agent, it is possible to prevent the cage from being worn and excessively heated, and to improve the adhesion between the surface treatment layer and the substrate.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図7と共に説明する。この発明の実施形態に係る保持器付きころは、例えば四輪車や二輪車及び汎用エンジン等のクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造等に使用される。ただし、これらクランク軸用支持構造及びコンロッド支持構造に限定されるものではない。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The roller with cage according to the embodiment of the present invention is used in, for example, a support structure for a crankshaft and a connecting rod support structure for a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine. However, the present invention is not limited to the crankshaft support structure and the connecting rod support structure.
図1(A)に示すように、保持器付きころ50は、複数のころ1と保持器2とを備えている。内輪は無く、この保持器付きころ50が支持する軸の外周面に、ころ1が転接するものとされている。ころ1は例えば針状ころが適用され、このころ1の端面1aを平坦面としている。図1(A)、(B)に示すように、保持器2は、円周方向の複数箇所に、前記各ころ1をそれぞれ保持するポケット3を有するリング状のものである。この保持器2に、後述する複合化表面処理層4を設けている。
As shown in FIG. 1A, the roller with
この保持器2は例えば薄肉鋼板のプレス成形品から成る。保持器2は、両端に内径側に屈曲した環状部である一対の鍔部6、6を有する略円筒状に形成され、かつ周壁の軸方向の中央部分が、径方向内方へ小径部分7として絞られている。保持器2は、一対の鍔部6、6を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部8を有し、隣合う柱部8、8間がそれぞれ前記ポケット3となる。なお、保持器2は、鍔部6、6の代わりに平坦形状等の環状部を有するものとしても良い。図1(B)に示すように、柱部8におけるポケット3の開口周縁において、軸方向中央の小径部分7に、脱落防止用突縁9が形成され、且つ、軸方向両端の大径部分に脱落防止用突縁10、10が形成されている。柱部8におけるポケット3の開口周縁において、脱落防止用突縁9、10間に、ころ1を周方向に案内する傾斜縁11であって、軸方向の中央部分に向かうに従って径方向外方から内方に傾斜する傾斜縁11が形成されている。ころ1は、これら脱落防止用突縁9、10で内外に抜け止めされ、且つ傾斜縁11で周方向に案内される。
The
複合化表面処理層4について説明する。
図1(A)、(C)に示すように、保持器2の母材の全表面に複合化表面処理層4を設けている。この複合化表面処理層4は、ニッケルメッキ層5の表面にPTFE13を上塗して、熱処理により複合化した層である。ニッケルメッキを処理する面は、保持器表面の全面であり、同保持器の幅面、内径面、ポケットも含む。ニッケルメッキ層5は、リンを例えば7wt%以上9wt%含有させたものである。また、PTFE13は、複合化表面処理層4の表層付近に集中させたものであり、いわゆる非分散タイプのものである。
The composite surface treatment layer 4 will be described.
As shown in FIGS. 1A and 1C, a composite surface treatment layer 4 is provided on the entire surface of the base material of the
前記ニッケルメッキ層5の膜厚δ1を例えば7μm以上12μm以下とし、PTFE13の膜厚δ2を例えば1μm以上5μm以下としている。ただし、ニッケルメッキ層5の膜厚δ1は7μm以上12μm以下に限定されるものではない。これらニッケルメッキ層5およびPTFE13の総膜厚δaを8μm以上17μm以下としている。
The thickness δ1 of the
前記総膜厚δaを8μm以上17μm以下とした理由等について説明する。
実際の保持器付きころ(内径28mm×外径34mm×幅17mm)を用い、実機と同じクランクモーション運動で、各種メッキ層の摩耗量比較を実施し、総膜厚を決定した。図2に示すように、この結果から本発明の複合化表面処理層4は、初期の数十時間で初期摩耗が止まり、それ以降は摩耗が進行しないことが判明した。また、摩耗量が8μmであったため、複合化表面処理層4の総膜厚δaの最薄膜厚(下限値)を8μmとした。
複合化表面処理層4の総膜厚δaが17μmを超える場合、コスト上昇につながる。総膜厚δaが8μmよりも薄い場合、例えば、メッキ摩滅→保持器の露出→コンロッド内径との摺動→温度上昇、保持器摩耗→保持器に過度の昇温、という流れで不具合につながる。
本発明の保持器付きころでは、複合化表面処理層4におけるPTFE粒子の自己潤滑性能により摩耗防止が可能となる。
The reason for setting the total film thickness δa to 8 μm or more and 17 μm or less will be described.
Using actual rollers with cages (inner diameter 28 mm × outer diameter 34 mm × width 17 mm), the amount of wear of various plating layers was compared with the same crank motion motion as the actual machine, and the total film thickness was determined. As shown in FIG. 2, from this result, it was found that the composite surface treatment layer 4 of the present invention stopped initial wear in the initial several tens of hours and did not progress thereafter. Since the wear amount was 8 μm, the thinnest film thickness (lower limit) of the total film thickness δa of the composite surface treatment layer 4 was set to 8 μm.
When the total film thickness δa of the composite surface treatment layer 4 exceeds 17 μm, the cost increases. When the total film thickness δa is smaller than 8 μm, for example, the flow of plating abrasion → cage exposure → sliding with connecting rod inner diameter → temperature rise, cage wear → excessive temperature rise in the cage leads to problems.
In the roller with a cage of the present invention, wear can be prevented by the self-lubricating performance of PTFE particles in the composite surface treatment layer 4.
複合化表面処理層4の表面粗さの規格値について説明する。
この発明の実施形態では、複合化表面処理層4の表面粗さはRa0.7μm以下としている。
「Ra」は、日本工業規格で規定される中心線平均粗さRaであり、JIS 0601−1976表面粗さの規格に準拠して測定する。この中心線平均粗さは、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さLの部分を抜き取り、この抜き取りの中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸とし、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、次の式で与えられるRaの値をマイクロメートル単位で表したものである。
The standard value of the surface roughness of the composite surface treatment layer 4 will be described.
In the embodiment of the present invention, the surface roughness of the composite surface treatment layer 4 is Ra 0.7 μm or less.
“Ra” is a center line average roughness Ra defined by Japanese Industrial Standards, and is measured according to the standard of JIS 0601-1976 surface roughness. The centerline average roughness is obtained by extracting a portion of the measurement length L from the roughness curve in the direction of the centerline, setting the centerline of this extraction as the X axis, the direction of the vertical magnification as the Y axis, and the roughness curve as y. When expressed by = f (x), the value of Ra given by the following equation is expressed in units of micrometers.
複合化表面処理層4の表面粗さにより、表面処理層自体の摩耗量が変化するかどうかを確認するため、膜厚評価を行った上記保持器付きころ及び上記試験条件で、摩耗比較評価を実施した。この摩耗比較評価をサバン試験で実施した。サバン試験とは、摩耗量の比較評価を行う試験である。例えば、図4に示すように、サバン試験機SMは、試験片m1を取り付ける試験片取付け部19と、この試験片取付け部19に取り付けた試験片m1を回転させる回転部20と、試験片取付け部19に取り付けた試験片m1に一定の荷重を負荷する荷重負荷部21とを有する。荷重負荷部21は、ばね等の付勢手段によって所定の荷重を試験片m1に負荷し、その荷重量はロードセル22によって測定される。荷重負荷部21のうち試験片m1にすべり接触させる相手材23として、例えば日本工業規格SCM415等の機械構造用鋼が適用される。ただしSCM415に限定されるものではない。試験片取付け部19の内部には、フェルトパット24が設けられ、このフェルトパット24を試験片m1の周面に当接させ回転部20によりこの試験片m1を回転させることでフェルトパット給油が行われる。試験片m1を試験片取付け部19に取り付け、試験片m1に荷重を負荷しつつ回転部20を回転させ、同試験片m1を相手材23とすべり接触させることにより摩耗量を測定し得る。
この試験条件は以下の通りである。
すべり速度: 0.05m/s 、 5.0m/s
面圧:0.5GPa
時間:30min(5.0m/s) 、 60min(0.05m/s)
潤滑油:モービルベロシティNo.3(VG2)
その結果、図5に示すように、表面粗さがRa0.7μmを超えると、摩耗量が増加する傾向にある。これは、粗さ自身の凹凸の凸部が高く表面粗さが粗い方が摩耗しやすい結果であった。
In order to confirm whether or not the amount of wear of the surface treatment layer itself changes depending on the surface roughness of the composite surface treatment layer 4, the wear comparison evaluation was performed using the roller with cage and the test conditions for which the film thickness was evaluated. Carried out. This wear comparison evaluation was carried out in the Sabang test. The Sabang test is a test for comparative evaluation of the amount of wear. For example, as shown in FIG. 4, the Sabang testing machine SM includes a test
The test conditions are as follows.
Sliding speed: 0.05m / s, 5.0m / s
Surface pressure: 0.5GPa
Time: 30 min (5.0 m / s), 60 min (0.05 m / s)
Lubricant: Mobile Velocity No. 3 (VG2)
As a result, as shown in FIG. 5, when the surface roughness exceeds Ra 0.7 μm, the amount of wear tends to increase. This is a result that the roughness of the roughness itself is higher and the surface roughness is easier to wear.
複合化表面処理層4の硬度について説明する。
この発明の実施形態では、ニッケルメッキ層5の表面にPTFE13を上塗して熱処理により硬化させ、熱処理後の複合化表面処理層4の表面硬度をHv400以上Hv700以下としている。
複合化表面処理層4の表面硬度の最適値を決定するために、総膜厚δaを決定した際と同じ保持器付きころで同じ試験条件で摩耗比較を実施した。複合化表面処理層4の表面硬度のHv400以上Hv700以下は、PTFE13の含有量と焼入れ温度とで決定する値である。したがって、試験サンプルは、PTFE量を一定にして、焼入れ温度を変更して製作した。
図6に示すように、この結果から複合化表面処理層4の焼入れ後のメッキ硬度がHv400以上Hv700以下であれば、摩耗量の差は0.001mm以内であり、差が認められない結果であった。複合化表面処理層4の焼入れ後のメッキ硬度がHv400未満では、摩耗量が大きくなる。Hv700を超えると、硬度が高すぎてメッキ層がヒビ割れる可能性がある。
The hardness of the composite surface treatment layer 4 will be described.
In the embodiment of the present invention, the surface of the
In order to determine the optimum value of the surface hardness of the composite surface treatment layer 4, wear comparison was performed under the same test conditions using the same roller with cage as when the total film thickness δa was determined. Hv400 or more and Hv700 or less of the surface hardness of the composite surface treatment layer 4 is a value determined by the content of
As shown in FIG. 6, from this result, if the plating hardness after quenching of the composite surface treatment layer 4 is Hv400 or more and Hv700 or less, the difference in wear amount is within 0.001 mm, and the difference is not recognized. there were. If the plating hardness after quenching of the composite surface treatment layer 4 is less than Hv400, the amount of wear increases. If it exceeds Hv700, the hardness is too high and the plating layer may crack.
複合化表面処理層4と保持器2との硬度差について説明する。
この発明の実施形態では、保持器2は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がHv450以上Hv700以下の範囲であり、この表面硬度と、複合化表面処理層4の表面硬度との硬度差をHv200以下としている。
エンジンのコンロッド大端部やトランスミッションの遊星機構部に使用される軸受は、振り回される運動のため、保持器2は楕円運動を起こしながら自転している。そのため、保持器2の楕円変形にメッキが追従しなければ、メッキにヒビ割れや剥れが発生する。この保持器2の変形には、保持器2の剛性が影響し同じ材料同じ形状であれば、硬度によって変化する。そのため、保持器硬度と複合化表面処理層の表面硬度の影響を確認した。確認方法は、保持器硬度と複合化表面処理層表面硬度を上下に振ったサンプルを製作し、保持器2に静的な荷重を負荷させ、弾性変形内の変形量(保持器変形0.5mm)を10000回与えた後に、複合化表面処理層4に異状がないか目視確認した。その結果、表1に示すように、保持器2の表面硬度と、複合化表面処理層4の表面硬度との硬度差がHv200以下であれば、メッキに割れや剥れは認められなかった。
The hardness difference between the composite surface treatment layer 4 and the
In the embodiment of the present invention, the
Bearings used in the connecting rod large end portion of the engine and the planetary mechanism portion of the transmission are swung, so that the
表面処理の溶解について説明する。
この発明の実施形態に係る複合化表面処理層4の金属成分等が、4サイクルエンジンオイルの高温条件下で溶解しないことを浸漬試験で確認した。図7に示すように、従来の銅・銀メッキは浸漬時間と共に油中から多くの元素量が検出されている。これに対して、実施形態のものは200時間経過しても、複合化表面処理層4に関係した元素は検出されなかった。
The dissolution of the surface treatment will be described.
It was confirmed by an immersion test that the metal components and the like of the composite surface treatment layer 4 according to the embodiment of the present invention do not dissolve under the high temperature conditions of the 4-cycle engine oil. As shown in FIG. 7, in the conventional copper / silver plating, a large amount of element is detected from the oil along with the immersion time. On the other hand, the element related to the composite surface treatment layer 4 was not detected even when 200 hours passed in the embodiment.
以上説明した保持器付きころ50によると、保持器2の母材の全表面に複合化表面処理層4を設け、この複合化表面処理層4はニッケルメッキ層5の表面にPTFE13を上塗して、熱処理により複合化した層である。ニッケルは添加剤に溶けにくい(反応し難い)性質を持っているため、複合化表面処理層4中のニッケル等がエンジンオイル中に溶け出すことを防止できる。
ニッケルメッキ層5の表面にPTFE13を上塗して、熱処理により複合化したため、ニッケルメッキ層5の表層の粒子間にPTFE粒子が入り込んだ状態で強固に固着される。よって、複合化表面処理層4の摩擦係数を低減することができ、耐摩耗性に優れる。PTFE粒子の自己潤滑性により保持器の摩耗、過度の昇温を防止し、エンジンを長期に稼動させることができる。
According to the
Since
PTFE13は、複合化表面処理層4の表層付近に集中させたものである。この場合、PTFEを処理層全体に均一に分散させるものより少ないPTFE量で保持器の摩耗、過度の昇温を防止できる。このようにPTFE量を少なくできる分、製造コストの低減を図ることが可能となる。
また、複合化表面処理層4の表面硬度をHv400以上Hv700以下に規定することにより、耐摩耗性を持続することができる。
Further, by defining the surface hardness of the composite surface treatment layer 4 to be Hv400 or higher and Hv700 or lower, the wear resistance can be maintained.
保持器2は、浸炭焼入れ焼戻しが施され、表面硬度がHv450以上Hv700以下の範囲であり、この表面硬度と、複合化表面処理層4のメッキ硬度との硬度差をHv200以下としている。このように基材である保持器2と、複合化表面処理層4との硬度差を低減することで、複合化表面処理層4の密着性低下を防ぎ、メッキの割れや剥れを防止できる。
また、複合化表面処理層4の表面粗さをRa0.7μm以下とすることで、前記粗さ自身の凹凸の凸部を低くし、メッキ自体の摩耗量の低減を図ることが可能となる。
The
Further, by setting the surface roughness of the composite surface treatment layer 4 to Ra 0.7 μm or less, it is possible to reduce the unevenness of the roughness itself and to reduce the wear amount of the plating itself.
次に、この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。この発明の各実施形態において、保持器2に下地メッキ層を施し、さらにこの下地メッキ層の表面に複合化表面処理層4を施しても良い。この場合、複合化表面処理層4の密着力向上をさらに図ることができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals are given to portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and overlapping description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder. In each embodiment of the present invention, a base plating layer may be applied to the
図8に示す保持器付きころ50Aにおいて、保持器2が互いに幅面2hで接触するように配置される場合、保持器2における幅面2hの複合化表面処理層4により、保持器2の相対接触による摩耗を低減し、長寿命とできる。その他図1の保持器2と同様の作用効果を奏する。
複合化表面処理層4を、保持器全体に施した場合、保持器ポケット3のころ案内面にメッキ層が付くため、ころ1の摩耗低減を図れるうえ、メッキ作業全体の工数低減を図ることができる。
In the
When the composite surface treatment layer 4 is applied to the entire cage, a plating layer is attached to the roller guide surface of the
図9に示す保持器付きころ50Bの保持器2Aは、この周壁におけるポケット3の軸方向両端に、内径側へ略垂直に突出してころ1の端面1aを案内する案内突片12を一体に成形している。案内突片12でころ端面1aが案内されるため、保持器2Aによるころ端面1aの案内面12aが通常よりも内径側に延び、または内径側に移る。したがって、ころ1の傾き角度が比較的大きくなるまで、ころ端面1aが案内面12aから内径側へ外れることなく支持される。案内突片12をポケット3の端部に設けるため、保持器2Aの幅に対するころ長さに拘わらず、案内突片12によるころ端面1aの外れ防止が行える。
保持器2Aの表面全体に複合化表面処理層4を施している。この案内突片12の案内面12aにも、複合化表面処理層4が施されているため、ころ端面1aの摩耗低減を図ることができる。
The
The composite surface treatment layer 4 is applied to the entire surface of the
図10は、この発明の一実施形態に係る保持器付きころ軸受を示す。この保持器付きころ軸受は、前記いずれかの構成の保持器付きころ50(50A、50B)と、前記複数のころ1が転接する軌道輪14とでなる。軌道輪14はこの例では外輪が適用される。保持器付きころ軸受は、前記外輪および内輪(または軸Sh)のいずれか一方、または両方を含む構成としても良い。
FIG. 10 shows a roller bearing with a cage according to an embodiment of the present invention. This roller bearing with cage is composed of the roller with cage 50 (50A, 50B) having one of the above-described configurations and the
図11の保持器付きころ50Cは、複数のころ1と、第1および第2の保持器2C、15とを有する。図11(A)は軸線L1を含む平面で保持器付きころを切断して見た断面図である。図11(B)は図11(A)のA−A線断面図である。第1の保持器2Cは、図1〜図7と共に前述した第1の実施形態の保持器2と同様の構成とされている。第1の保持器2Cの表面全体に複合化表面処理層4が施されている。第2の保持器15は、平坦面からなるリング状のものであり、ころ1を保持するポケット15aが形成されている。この第2の保持器15の表面全体に複合化表面処理層4が施されている。この第2の保持器15は、第1の保持器2Cの鍔部6の内周面に径方向隙間を介して配置される。
A roller with
図12は、クランクシャフト用支持軸受等の要部断面図である。この軸受は、前記いずれかの保持器付きころ50(50A〜50C、「50等と称す」)を用いたエンジンのクランクシャフト16用支持軸受である。この例の装置は、互いに偏心運動するように併設される2つの保持器付きころ50等を有する。各保持器付きころ50等は、クランクシャフト16に設けられた隣合う2つの偏心軸部16a、16bの外周にそれぞれ配置され、2つの可動部材Kbをそれぞれ支持する。
図13は、保持器付きころを用いたエンジンのコンロッド大端用軸受の要部断面図である。この発明のいずれかの保持器付きころ50等が、クランクシャフト16用支持軸受16BR、16BRや、コンロッドCRとクランクシャフト16との連結部17の軸受、つまりコンロッド大端用軸受に適用される。
図14は、同保持器付きころを用いたトランスミッション用の支持軸受の要部断面図である。このトランスミッション18の例では、回転が順次伝達されるように2つの遊星歯車装置18A、18Bを設けた状態を示す。各遊星歯車装置18A(18B)において、支持軸Shに保持器付きころ50等を介して遊星歯車UGが設けられる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of a crankshaft support bearing and the like. This bearing is a support bearing for the
FIG. 13: is principal part sectional drawing of the bearing for connecting rod big ends of the engine using the roller with a holder | retainer. Any one of the rollers with
FIG. 14: is principal part sectional drawing of the support bearing for transmissions using the roller with the said holder | retainer. In the example of the
1…ころ
2,2A,2B…保持器
3…ポケット
4…複合化表面処理層
5…ニッケルメッキ層
13…PTFE
14…外輪
DESCRIPTION OF
14 ... Outer ring
Claims (10)
前記保持器の母材の全表面にニッケルメッキ層とPTFEとの複合化表面処理層を設けた保持器付きころ。 In a roller with a cage provided with a plurality of rollers and a ring-shaped cage having a pocket for holding each of the rollers at a plurality of locations in the circumferential direction,
A roller with a cage, wherein a composite surface treatment layer of a nickel plating layer and PTFE is provided on the entire surface of the base material of the cage.
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