JP2020051506A - Holder for rolling bearing, and rolling bearing - Google Patents

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直哉 小長井
Naoya Konagai
直哉 小長井
佐藤 洋司
Yoji Sato
洋司 佐藤
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Abstract

To provide a holder for a rolling bearing excellent in abrasion resistance and slide property while suppressing failure such as exfoliation, and a rolling bearing using the holder.SOLUTION: A holder 1 is a holder for a rolling bearing that has a sliding layer 2 on a surface of an iron-based metal material 3 and holds a rolling body of a rolling bearing. The sliding layer 2 has a fluororesin layer containing a fluororesin on at least its surface. The fluororesin layer is a crosslinked fluororesin layer 5 crosslinked from the surface of the sliding layer 2 to a boundary surface with another material. The cross-linked fluororesin layer 5 is a layer in which a crosslinking rate decreases continuously in a depth direction from the surface of the sliding layer 2. The crosslinking rate is within a range of 9 to 25%.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は転がり軸受用保持器および転がり軸受に関し、特に保持器表面の耐摩耗性に優れ、その優れた耐摩耗性を長期間維持できる転がり軸受用保持器、この保持器を用いた転がり軸受に関する。   The present invention relates to a cage for a rolling bearing and a rolling bearing, and more particularly to a cage for a rolling bearing which has excellent wear resistance on the surface of the cage and can maintain the excellent wear resistance for a long period of time, and a rolling bearing using the cage. .

転がり軸受や保持器などの摺動面は、潤滑油や潤滑グリースなどが供給されて転がり摩擦またはすべり摩擦を低減している。また、更に摺動性を向上させるための表面処理が摺動面になされている。表面処理の1つにフッ素系樹脂被膜を形成する方法がある。例えば、摺動部材の摺動部に形成したポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEという)被膜に放射線を照射することにより、耐摩耗性および基材との密着性を高める方法が知られている(特許文献1)。   Lubricating oil, lubricating grease, and the like are supplied to sliding surfaces such as rolling bearings and cages to reduce rolling friction or sliding friction. Further, a surface treatment for further improving the slidability is performed on the sliding surface. One of the surface treatments is a method of forming a fluorine-based resin film. For example, there is known a method of irradiating a polytetrafluoroethylene (hereinafter, referred to as PTFE) coating formed on a sliding portion of a sliding member with radiation to improve abrasion resistance and adhesion to a base material ( Patent Document 1).

ポリイミド樹脂、銅、アルミニウムおよびそれらの合金等の金属材料、セラミックス、およびガラスから選択された、耐熱性に優れた基材の表面にフッ素樹脂の被膜を形成し、フッ素樹脂の融点以上の温度で電離性放射線を照射する改質フッ素樹脂被覆材の製造方法が知られている(特許文献2)。   Polyimide resin, metal materials such as copper, aluminum and their alloys, ceramics, and glass, selected from fluororesin coating on the surface of the substrate with excellent heat resistance, at a temperature above the melting point of the fluororesin A method for producing a modified fluororesin coating material that is irradiated with ionizing radiation is known (Patent Document 2).

無潤滑軸受やダイナミックシール等に使用されるフッ素樹脂からなる摺動部材として、フッ素樹脂をその結晶融点以上に加熱し、酸素不在のもとで電離性放射線を照射したフッ素樹脂が知られている(特許文献3)。   As a sliding member made of a fluororesin used for a non-lubricated bearing, a dynamic seal, etc., a fluororesin obtained by heating a fluororesin above its crystal melting point and irradiating ionizing radiation in the absence of oxygen is known. (Patent Document 3).

一方、自動車、バイク等のエンジンに用いられる転がり軸受、特に保持器付き針状ころ軸受があり、この保持器表面の焼付きを防止するために保持器表面に銀めっきがなされている。この保持器付き針状ころ軸受は、針状ころを等間隔に保持するプレス製金属保持器から構成され、この保持器の表面全体に銀めっきが施されている(特許文献4)。   On the other hand, there are rolling bearings used for engines of automobiles, motorcycles and the like, in particular, needle roller bearings with a cage, and the surface of the cage is silver-plated to prevent seizure on the surface of the cage. This needle roller bearing with a retainer is composed of a press-made metal retainer that holds the needle rollers at equal intervals, and the entire surface of the retainer is silver-plated (Patent Document 4).

特開2010−155443号公報JP 2010-155443 A 特開2002−225204号公報JP 2002-225204 A 特開平9−278907号公報JP-A-9-278907 特許第5189427号公報Japanese Patent No. 5189427

しかしながら、特許文献1に示す製造方法は、無潤滑下、低面圧の条件下で使用するため、基材との密着性を高める方法であり、幅広い条件への適用が困難である。
特許文献2に記載のフッ素樹脂被膜は、フッ素樹脂の架橋反応およびフッ素樹脂と基材表面との化学反応を同時に生じさせ、それによって両者の強固な接着を達成することを目的としており、転がり軸受や保持器などの鉄基材の場合、基材表面との化学反応を生成することが困難であり、強固な接着は達成できないという問題がある。
特許文献3に記載の摺動部材は、無潤滑軸受やダイナミックシール等に使用され、被膜の形状ではなくフッ素樹脂からなる摺動部材に関する。そのため、被覆材としての特性は不明であり、更に幅広い条件で使用される転がり軸受用途に適用が困難である。
特許文献4に記載の銀めっきが施されている保持器においては、摺動面の摩耗量の経時変化がより少ない保持器が求められており、銀めっきに代わる摺動材が要求されている。また、銀めっきは、エンジンオイル中に含まれる硫黄成分によって硫化するという問題を有している。保持器表面に施された銀めっきが硫化すると、保持器から剥離や脱落が発生し、保持器の素地が露出する。
However, the production method disclosed in Patent Literature 1 is a method for improving adhesion to a substrate because it is used under a condition of low lubrication without lubrication, and is difficult to apply to a wide range of conditions.
The fluororesin coating described in Patent Document 2 is intended to simultaneously cause a cross-linking reaction of the fluororesin and a chemical reaction between the fluororesin and the surface of the base material, thereby achieving a strong adhesion between the two. In the case of iron base materials such as irons and cages, it is difficult to generate a chemical reaction with the base material surface, and there is a problem that strong adhesion cannot be achieved.
The sliding member described in Patent Literature 3 is used for a non-lubricated bearing, a dynamic seal, and the like, and relates to a sliding member made of a fluororesin instead of a film. Therefore, the properties of the coating material are unknown, and it is difficult to apply the material to rolling bearings used under a wider range of conditions.
In the silver-plated cage described in Patent Literature 4, a cage with less change over time in the wear amount of the sliding surface is required, and a sliding material instead of silver plating is required. . In addition, silver plating has a problem that it is sulfurized by a sulfur component contained in engine oil. When the silver plating applied to the surface of the cage is sulfurized, peeling or falling off occurs from the cage, and the base material of the cage is exposed.

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、剥離などの不具合を抑えつつ、耐摩耗性および摺動性に優れた転がり軸受用保持器およびこの保持器を用いた転がり軸受の提供を目的とする。   The present invention has been made to address such problems, and a rolling bearing retainer excellent in wear resistance and slidability while suppressing defects such as peeling, and a rolling bearing using the retainer. The purpose is to provide.

本発明の転がり軸受用保持器は、鉄系金属材からなる基材の表面に摺動層を有し、転がり軸受の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、上記摺動層は、少なくとも表面にフッ素樹脂を含むフッ素樹脂層を有し、上記フッ素樹脂層は、上記摺動層の表面から他材との境界面まで架橋された架橋フッ素樹脂層であり、該架橋フッ素樹脂層は、上記摺動層の表面から深さ方向に向けて連続的に架橋率が小さくなる層であり、上記架橋率が9〜25%であることを特徴とする。ここで、「架橋率」とは、第二のフッ素樹脂層の最表面(摺動層の表面)から所定深さにおける架橋率をいう。   The cage for a rolling bearing of the present invention is a cage for a rolling bearing that has a sliding layer on a surface of a base material made of an iron-based metal material, and that holds a rolling element of a rolling bearing. A fluororesin layer containing a fluororesin on at least the surface, wherein the fluororesin layer is a crosslinked fluororesin layer crosslinked from the surface of the sliding layer to a boundary surface with another material, and the crosslinked fluororesin layer Is a layer in which the cross-linking rate decreases continuously from the surface of the sliding layer in the depth direction, and is characterized in that the cross-linking rate is 9 to 25%. Here, the “crosslinking ratio” refers to a crosslinking ratio at a predetermined depth from the outermost surface of the second fluororesin layer (the surface of the sliding layer).

上記摺動層は、上記鉄系金属材表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される第二のフッ素樹脂を含む第二のフッ素樹脂層とからなり、上記耐熱性樹脂は、炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む樹脂であり、上記第二のフッ素樹脂層が上記架橋フッ素樹脂層であることを特徴とする。   The sliding layer has an underlayer containing a heat-resistant resin and a first fluororesin formed on the surface of the iron-based metal material, and a second fluorine containing a second fluororesin formed on the surface of the underlayer. A resin layer, wherein the heat-resistant resin is a resin containing at least one atom of an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom in at least a main chain of a polymer structure together with a carbon atom; Is the crosslinked fluororesin layer.

上記摺動層の層厚さが10μm以上40μm未満であり、かつ、上記架橋フッ素樹脂層の層厚さが5〜11μmであることを特徴とする。   The sliding layer has a thickness of 10 μm or more and less than 40 μm, and the crosslinked fluororesin layer has a thickness of 5 to 11 μm.

上記架橋フッ素樹脂層に含まれるフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂であることを特徴とする。   The fluorine resin contained in the crosslinked fluorine resin layer is a polytetrafluoroethylene (PTFE) resin.

上記架橋フッ素樹脂層の最深部における上記架橋率が9〜12%であることを特徴とする。さらに、上記架橋フッ素樹脂層の表層部における上記架橋率が20〜25%であることを特徴とする。ここで、「架橋フッ素樹脂層の最深部」とは、架橋フッ素樹脂層と他材(例えば下地層)との境界面から1μm以内の部分をいう。また、「架橋フッ素樹脂層の表層部」とは、架橋フッ素樹脂層の最表面から1μm以内の部分をいう。   The cross-linking ratio at the deepest part of the cross-linked fluororesin layer is 9 to 12%. Further, the cross-linking ratio in the surface layer portion of the cross-linked fluororesin layer is 20 to 25%. Here, the “deepest part of the crosslinked fluororesin layer” refers to a portion within 1 μm from a boundary surface between the crosslinked fluororesin layer and another material (for example, an underlayer). Further, the “surface portion of the crosslinked fluororesin layer” refers to a portion within 1 μm from the outermost surface of the crosslinked fluororesin layer.

本発明の転がり軸受は、回転運動を出力するクランク軸を支持し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッドの大端部に設けられる係合穴、または上記クランク軸に取り付けられる転がり軸受であって、上記転がり軸受の転動体を保持する保持器が本発明の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。   The rolling bearing of the present invention is a rolling bearing that supports a crankshaft that outputs rotational motion and is provided at a large end of a connecting rod that converts linear reciprocating motion into rotary motion, or a rolling bearing that is attached to the crankshaft. Further, the cage for holding the rolling element of the rolling bearing is a cage for a rolling bearing of the present invention.

本発明の転がり軸受用保持器は、鉄系金属材からなる基材上に形成された摺動層を有し、この摺動層の少なくとも表面にフッ素樹脂層を有し、このフッ素樹脂層が摺動層の表面から他材との境界面まで架橋された架橋フッ素樹脂層であるので、幅広い条件下(例えば、潤滑油中、高滑り速度、高面圧の条件下)においても優れた耐摩耗性を発揮し、軸受の寿命を長期間にわたり維持できる。さらに、この架橋フッ素樹脂層は、摺動層の表面から深さ方向に向けて連続的に架橋率が小さくなる傾斜層であり、その架橋率が9〜25%の範囲内であるので、架橋フッ素樹脂層の最深部の耐摩耗性を、表層部と同等程度に維持できる。また、表層部の過度な架橋が抑えられるので、脆くなることによる被膜の剥離などを抑制できる。その結果、初期摩耗や不慮の過負荷によって表層部近傍が摩耗したとしても、摩耗して現れた新生面が耐摩耗性を維持しているため、他材(下地層や基材)の露出を防止でき、運転中における摺動層の摩耗を長期間にわたって防止できる。   The cage for a rolling bearing of the present invention has a sliding layer formed on a base material made of an iron-based metal material, and has a fluororesin layer on at least the surface of the sliding layer. Since it is a cross-linked fluororesin layer cross-linked from the surface of the sliding layer to the boundary surface with other materials, it has excellent resistance under a wide range of conditions (for example, in lubricating oil, high sliding speed, and high surface pressure). It exhibits abrasion and can maintain the life of the bearing for a long time. Further, the crosslinked fluororesin layer is a gradient layer in which the crosslink rate decreases continuously from the surface of the sliding layer in the depth direction, and the crosslink rate is in the range of 9 to 25%. The wear resistance at the deepest part of the fluororesin layer can be maintained at a level equivalent to that of the surface part. In addition, since excessive cross-linking of the surface layer is suppressed, peeling of the coating due to brittleness can be suppressed. As a result, even if the vicinity of the surface layer is worn due to initial abrasion or accidental overload, the newly developed surface that has been worn maintains the abrasion resistance, preventing the exposure of other materials (underlayer and base material). The wear of the sliding layer during operation can be prevented for a long period of time.

保持器の基材と摺動層の断面図である。It is sectional drawing of the base material of a cage, and a sliding layer. 針状ころを転動体とする転がり軸受用保持器の斜視図である。It is a perspective view of a roller bearing retainer which uses a needle roller as a rolling element. 針状ころ軸受を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a needle roller bearing. 4サイクルエンジンの縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a four-cycle engine. 架橋PTFE樹脂などのNMRチャートの拡大図である。It is an enlarged view of an NMR chart of a crosslinked PTFE resin or the like.

転がり軸受用保持器の基材表面に形成される摺動層において、本発明者らは摺動層の耐摩耗性を向上させるため、摺動層表面の架橋フッ素樹脂層の架橋率に着目した。架橋フッ素樹脂層の架橋率が大きくなりすぎると、被膜が脆くなり剥離などの不具合が生じると考えられる。そこで、本発明者らは、剥離などを抑制しつつ、架橋フッ素樹脂層全体において架橋による耐摩耗効果を得るべく鋭意検討した。その結果、架橋フッ素樹脂層の架橋率を9〜25%の範囲内とすることで、該樹脂層の最深部であっても架橋による耐摩耗効果が得られることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。   In the sliding layer formed on the base material surface of the rolling bearing retainer, the present inventors focused on the crosslinking ratio of the crosslinked fluororesin layer on the sliding layer surface in order to improve the wear resistance of the sliding layer. . If the cross-linking ratio of the cross-linked fluororesin layer becomes too large, it is considered that the coating becomes brittle and problems such as peeling occur. Therefore, the present inventors have intensively studied to obtain an abrasion resistance effect by crosslinking in the entire crosslinked fluororesin layer while suppressing peeling and the like. As a result, it has been found that by setting the cross-linking rate of the cross-linked fluororesin layer within the range of 9 to 25%, the abrasion resistance effect by cross-linking can be obtained even at the deepest part of the resin layer. The present invention is based on such findings.

本発明の転がり軸受用保持器は、鉄系金属材上に形成された摺動層を有し、この摺動層の少なくとも表面に架橋フッ素樹脂層を有する。
鉄系金属材は、転がり軸受などに使用される軸受鋼、浸炭鋼、機械構造用炭素鋼、冷間圧延鋼、または熱間圧延鋼等が挙げられる。鉄系金属材は保持器の形状に加工後、焼入焼戻し処理することで所定の表面硬度に調整する。例えばクロムモリブデン鋼(SCM415)を用いた鉄系金属材製保持器の場合、Hv値が484〜595に調整した鉄系金属材を使用することが好ましい。
The cage for a rolling bearing of the present invention has a sliding layer formed on an iron-based metal material, and has a crosslinked fluororesin layer on at least the surface of the sliding layer.
Examples of the iron-based metal material include bearing steel, carburized steel, carbon steel for machine structures, cold-rolled steel, and hot-rolled steel used for rolling bearings. After the iron-based metal material is processed into the shape of the cage, the surface hardness is adjusted to a predetermined surface by quenching and tempering. For example, in the case of an iron-based metal cage using chromium molybdenum steel (SCM415), it is preferable to use an iron-based metal material whose Hv value is adjusted to 484 to 595.

本発明の転がり軸受用保持器の断面図を図1に示す。保持器1を構成する摺動層2は、鉄系金属材3の表面に形成された下地層4と、この下地層4の表面に形成された架橋フッ素樹脂層5からなる。架橋フッ素樹脂層5に含まれるフッ素樹脂は、摺動層の表面から下地層4と架橋フッ素樹脂層5との境界面(以下、単に境界面と記す。)まで架橋されており、摺動層表面と境界面との間に存在するフッ素樹脂の架橋率が、摺動層表面から境界面に向けて連続的に低くなっている。すなわち、架橋フッ素樹脂層5は、最表面から深さ方向に向けて架橋率が低くなる傾斜層となっている。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of the cage for a rolling bearing of the present invention. The sliding layer 2 constituting the cage 1 includes an underlayer 4 formed on the surface of the iron-based metal material 3 and a crosslinked fluororesin layer 5 formed on the surface of the underlayer 4. The fluororesin contained in the crosslinked fluororesin layer 5 is crosslinked from the surface of the sliding layer to the interface between the underlayer 4 and the crosslinked fluororesin layer 5 (hereinafter simply referred to as an interface). The cross-linking rate of the fluororesin present between the surface and the boundary surface decreases continuously from the surface of the sliding layer toward the boundary surface. That is, the crosslinked fluororesin layer 5 is an inclined layer in which the crosslink rate decreases from the outermost surface toward the depth direction.

下地層4は、耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む混合物層であり、鉄系金属材3と架橋フッ素樹脂層5との密着性を向上させる。なお、下地層4に含まれるフッ素樹脂の架橋については特に限定されない。例えば、境界面から鉄系金属材3の表面との間に存在するフッ素樹脂の架橋率が、境界面から鉄系金属材に向けて連続的に低くなるような構造でもよく、境界面の近傍に存在するフッ素樹脂のみが架橋された構造でもよい。   The underlayer 4 is a mixture layer containing a heat-resistant resin and a first fluororesin, and improves the adhesion between the iron-based metal material 3 and the crosslinked fluororesin layer 5. The crosslinking of the fluororesin contained in the base layer 4 is not particularly limited. For example, a structure in which the cross-linking rate of the fluororesin existing between the boundary surface and the surface of the iron-based metal material 3 is continuously reduced from the boundary surface toward the iron-based metal material may be employed. May be a structure in which only the fluororesin present in the polymer is crosslinked.

耐熱性樹脂は、下地層および上層膜の焼成時において熱分解しない樹脂である。ここで熱分解しないとは、下地層および上層膜を焼成する温度および時間内において、熱分解を開始しない樹脂である。また耐熱性樹脂は、鉄系金属材との密着性に優れた官能基および第一のフッ素樹脂とも反応する官能基を分子主鎖内または分子端部に有する樹脂であることが好ましい。
耐熱性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アミドイミド樹脂、イミド樹脂、エーテルイミド樹脂、イミダゾール樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、フッ素樹脂が塗膜形成時の収縮を防ぐウレタン樹脂、アクリル樹脂を併用することができる。
The heat-resistant resin is a resin that does not thermally decompose during firing of the underlayer and the upper layer film. Here, “not thermally decomposed” means a resin that does not start thermal decomposition within the temperature and time for baking the underlayer and the upper layer film. Further, the heat-resistant resin is preferably a resin having a functional group having excellent adhesion to an iron-based metal material and a functional group which also reacts with the first fluororesin in the molecular main chain or at the molecular end.
Examples of the heat-resistant resin include an epoxy resin, a polyester resin, an amide imide resin, an imide resin, an ether imide resin, an imidazole resin, a polyether sulfone resin, a polysulfone resin, a polyether ether ketone resin, and a silicone resin. In addition, a urethane resin or an acrylic resin that prevents shrinkage of the fluororesin during the formation of the coating film can be used in combination.

第一のフッ素樹脂は、下地層を形成する水系塗布液に粒子状に分散できる樹脂であれば使用できる。第一のフッ素樹脂としては、PTFE粒子、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(以下、PFAという)粒子、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、FEPという)粒子、またはこれらの2種以上が好ましく使用できる。   The first fluororesin can be used as long as it is a resin that can be dispersed in a particle form in an aqueous coating solution for forming an underlayer. Examples of the first fluororesin include PTFE particles, tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (hereinafter, referred to as PFA) particles, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (hereinafter, referred to as FEP) particles, Alternatively, two or more of these can be preferably used.

下地層を形成する水系塗布液には、耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂以外に、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどの非イオン界面活性剤、カーボンブラックなどの無機顔料、N−メチル−2−ピロリドンなどの水に任意に混合する非プロトン系極性溶剤、主溶剤としての水が配合される。また、消泡剤、乾燥剤、増粘剤、レベリング剤、ハジキ防止剤などを配合できる。下地層を形成する水系塗布液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製プライマー塗料EKシリーズ、EDシリーズが挙げられる。   In addition to the heat-resistant resin and the first fluororesin, non-ionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ether, inorganic pigments such as carbon black, and N-methyl-2-pyrrolidone Aprotic polar solvent arbitrarily mixed with water, and water as a main solvent. Further, an antifoaming agent, a desiccant, a thickener, a leveling agent, an anti-cissing agent and the like can be added. Examples of the water-based coating liquid for forming the undercoat layer include primer paints EK series and ED series manufactured by Daikin Industries, Ltd.

架橋フッ素樹脂層は、下地層の表面に形成され、放射線により架橋されたフッ素樹脂の層である。第一のフッ素樹脂と第二のフッ素樹脂とは同一であっても異なっていてもよいが、同一のフッ素樹脂を使用することが好ましい。第二のフッ素樹脂としては、PTFE、PFA、FEP、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等が挙げられる。これらの樹脂は単独でも混合物としても使用できる。また、これらの中で、耐熱性および摺動性に優れるPTFEが好ましい。   The crosslinked fluororesin layer is a fluororesin layer formed on the surface of the underlayer and crosslinked by radiation. The first fluororesin and the second fluororesin may be the same or different, but it is preferable to use the same fluororesin. Examples of the second fluororesin include PTFE, PFA, FEP, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and the like. These resins can be used alone or as a mixture. Among these, PTFE having excellent heat resistance and slidability is preferable.

架橋フッ素樹脂層は、PTFE樹脂粒子を分散させた水分散液を塗布乾燥することにより得られる。PTFE樹脂粒子を分散させた水分散液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製ポリフロン=PTFEエナメルが挙げられる。   The crosslinked fluororesin layer is obtained by applying and drying an aqueous dispersion in which PTFE resin particles are dispersed. As the aqueous dispersion in which the PTFE resin particles are dispersed, for example, polyflon = PTFE enamel manufactured by Daikin Industries, Ltd. can be mentioned.

各層および摺動層の厚さについて、図1に基づいて説明する。架橋フッ素樹脂層5の層厚さt1は、下地層4の層厚さt2との合計厚さである摺動層の層厚さtに対して、10〜90%、好ましくは25〜75%である。 The thickness of each layer and the sliding layer will be described with reference to FIG. The layer thickness t 1 of the crosslinked fluororesin layer 5 is 10 to 90%, preferably 25 to 90%, based on the total thickness t of the sliding layer, which is the total thickness of the underlayer 4 and the layer thickness t 2. 75%.

架橋フッ素樹脂層5の層厚さt1は、5〜20μm、好ましくは5〜11μmの範囲内である。5μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗の摩耗により、下地層4が露出するおそれがある。特に、層厚さt1を5〜11μmの範囲とすることで、初期摩耗による下地層4の露出を防止でき、架橋フッ素樹脂層5の最深部5a(境界面から1μm以内の部分)においても耐摩耗性を発現できる。 The thickness t 1 of the crosslinked fluororesin layer 5 is in the range of 5 to 20 μm, preferably 5 to 11 μm. If the thickness is less than 5 μm, the underlying layer 4 may be exposed due to peeling due to poor adhesion of the coating and abrasion at initial abrasion. In particular, when the layer thickness t 1 is in the range of 5 to 11 μm, exposure of the underlayer 4 due to initial wear can be prevented, and even at the deepest portion 5 a of the crosslinked fluororesin layer 5 (a portion within 1 μm from the boundary surface). Abrasion resistance can be exhibited.

下地層4の層厚さt2は5〜20μm、好ましくは10〜15μmの範囲内である。5μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗の摩耗により、鉄系金属材3が露出するおそれがある。20μmをこえると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さt2を5〜20μmの範囲とすることで、初期摩耗による鉄系金属材3の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。 The layer thickness t 2 of the underlayer 4 is in the range of 5 to 20 μm, preferably 10 to 15 μm. If the thickness is less than 5 μm, the iron-based metal material 3 may be exposed due to peeling due to poor adhesion of the coating and abrasion at initial abrasion. If it exceeds 20 μm, cracks may occur during the formation of the coating, or the coating may peel off during operation to deteriorate the lubrication state. When the layer thickness t2 is in the range of 5 to 20 μm, it is possible to prevent the iron-based metal material 3 from being exposed due to initial wear, and to prevent peeling during operation for a long time.

以上より、摺動層2の層厚さtは、10μm以上40μm未満、好ましくは15μm〜26μmである。層厚さtが10μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗により、鉄系金属材3が露出するおそれがある。40μm以上であると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さtを10μm以上40μm未満の範囲とすることで、初期摩耗による鉄系金属材3の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。   As described above, the layer thickness t of the sliding layer 2 is 10 μm or more and less than 40 μm, and preferably 15 μm to 26 μm. If the layer thickness t is less than 10 μm, the iron-based metal material 3 may be exposed due to peeling or initial wear due to poor adhesion of the coating. When the thickness is 40 μm or more, cracks may occur during the formation of the coating, or the coating may peel off during operation to deteriorate the lubrication state. When the layer thickness t is in the range of 10 μm or more and less than 40 μm, exposure of the iron-based metal material 3 due to initial wear can be prevented, and peeling during operation can be prevented for a long time.

鉄系金属材表面への摺動層の形成方法について以下説明する。
(1)鉄系金属材の表面処理
鉄系金属材は、摺動層形成前にショットブラスト等を用いて、予め金属材表面の粗さ(Ra)を1.0〜2.0μmに調整し、その後、石油ベンジン等の有機溶剤内に浸漬させ、5分〜1時間程度超音波脱脂を行なうことが好ましい。
(2)下地層を形成する水系塗布液の塗装
下地層を形成する水系塗布液を塗布前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミルを用いて、例えば40rpmで1時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を100メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法を用いて塗布する。
(3)下地層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば90℃の恒温槽内で30分程度の乾燥が好ましい。
A method for forming the sliding layer on the surface of the iron-based metal material will be described below.
(1) Surface treatment of iron-based metal material The surface roughness (Ra) of the iron-based metal material is previously adjusted to 1.0 to 2.0 μm using a shot blast or the like before forming a sliding layer. After that, it is preferable to immerse in an organic solvent such as petroleum benzine and perform ultrasonic degreasing for about 5 minutes to 1 hour.
(2) Coating of an aqueous coating solution for forming an underlayer Before application of an aqueous coating solution for forming an underlayer, in order to improve the dispersibility of the aqueous dispersion, it is rotated for 1 hour at, for example, 40 rpm using a ball mill. Redistribute. The redispersed aqueous coating solution is filtered using a 100-mesh wire net and applied by a spray method.
(3) Drying of the aqueous coating liquid for forming the underlayer The aqueous coating liquid is dried after being applied. As the drying condition, for example, drying in a constant temperature bath at 90 ° C. for about 30 minutes is preferable.

(4)第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の塗装
第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミルを用いて、例えば40rpmで1時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を100メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法を用いて塗装する。
(5)第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば90℃の恒温槽内で30分程度の乾燥が好ましい。
なお、下地層および第二のフッ素樹脂層の塗装方法としては、スプレー法以外にディッピング法、刷毛塗り法など被膜を形成できるものであれば使用できる。被膜の表面粗さ、塗布形状をできるだけ小さくし、層厚さの均一性を考慮するとスプレー法が好ましい。
(4) Coating of an aqueous coating solution for forming a second fluororesin layer Before the aqueous coating solution for forming a second fluororesin layer, a ball mill is used to improve the dispersibility of the aqueous dispersion. Rotate at 40 rpm for 1 hour to redisperse. The redispersed aqueous coating liquid is filtered using a 100-mesh wire net, and coated using a spray method.
(5) Drying of aqueous coating liquid for forming second fluororesin layer The aqueous coating liquid is applied and dried. As the drying condition, for example, drying in a constant temperature bath at 90 ° C. for about 30 minutes is preferable.
As a method for coating the undercoat layer and the second fluororesin layer, any method can be used as long as a film can be formed, such as a dipping method or a brush coating method, in addition to the spray method. The spraying method is preferred in view of making the surface roughness and coating shape of the coating as small as possible and considering the uniformity of the layer thickness.

(6)焼成
第二のフッ素樹脂層の乾燥後、加熱炉内、空気中で(融点(Tm)+30℃)〜(融点(Tm)+100℃)、5〜40分の範囲内で焼成する。第一および第二のフッ素樹脂がPTFEの場合、好ましくは380℃の加熱炉内で30分間焼成する。
(6) Firing After the second fluororesin layer is dried, it is fired in a heating furnace in air in the range of (melting point (Tm) + 30 ° C.) to (melting point (Tm) + 100 ° C.) for 5 to 40 minutes. When the first and second fluororesins are PTFE, firing is preferably performed in a heating furnace at 380 ° C. for 30 minutes.

(7)第二のフッ素樹脂層の電子線照射
焼成後の被膜に、第二のフッ素樹脂層の架橋率が9〜25%の範囲内となるような照射温度、照射線量、および加速電圧で放射線を照射して第二のフッ素樹脂層を架橋させる。放射線としては、α線(α崩壊を行なう放射性核種から放出されるヘリウム−4の原子核の粒子線)、β線(原子核から放出される陰電子および陽電子)、電子線(ほぼ一定の運動エネルギーを持つ電子ビーム;一般に、熱電子を真空中で加速してつくる)などの粒子線;γ線(原子核、素粒子のエネルギー準位間の遷移や素粒子の対消滅、対生成などによって放出・吸収される波長の短い電磁波)などの電離放射線を用いることができる。これらの放射線の中でも、架橋効率や操作性の観点から、電子線およびγ線が好ましく、電子線がより好ましい。特に電子線は、電子線照射装置が入手しやすいこと、照射操作が簡単であること、連続的な照射工程を採用することができることなどの利点を有している。
(7) Electron Beam Irradiation of the Second Fluororesin Layer The baked film is irradiated with an irradiation temperature, an irradiation dose, and an accelerating voltage such that the crosslinking ratio of the second fluororesin layer is in the range of 9 to 25%. Irradiation is performed to crosslink the second fluororesin layer. The radiation includes α-rays (particle beams of helium-4 nuclei emitted from radionuclides that perform α-decay), β-rays (negative electrons and positrons emitted from nuclei), and electron beams (almost constant kinetic energy. Particle beam such as electron beam having; generally, thermal electrons are accelerated in vacuum); gamma rays (emission and absorption due to transition between energy levels of nuclei and elementary particles, pair annihilation and pair generation of elementary particles) Ionizing radiation such as a short wavelength electromagnetic wave). Among these radiations, from the viewpoint of crosslinking efficiency and operability, an electron beam and a γ-ray are preferable, and an electron beam is more preferable. In particular, an electron beam has advantages such as easy availability of an electron beam irradiation apparatus, simple irradiation operation, and a continuous irradiation step.

第二のフッ素樹脂層の架橋率が9%よりも低いと、摩耗量が大きく、下地層が露出してしまう場合がある。また、架橋率が25%より高いと、電子線照射に要する時間が長くなり、量産性が落ちる。さらに、架橋が必要以上に進み、第二のフッ素樹脂層の硬度が上昇することで、脆化し、剥離などの損傷が起こりやすくなる場合がある。また、第二のフッ素樹脂層の架橋率は深さ方向に減少するため、表層部5b(最表面から1μm以内の部分)に比べて最深部5aの架橋率は低くなる(図1参照)。本発明では、第二のフッ素樹脂層の架橋率を9〜25%とし、最深部5aでも架橋率を9%以上とすることで、該部分における耐摩耗性も確保している。これにより、初期摩耗や不慮の過負荷によって表層部が摩耗したとしても、新生面(最深部など)が耐摩耗性を有しているため、下地層の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。   If the cross-linking rate of the second fluororesin layer is lower than 9%, the amount of abrasion is large and the underlying layer may be exposed. On the other hand, when the crosslinking ratio is higher than 25%, the time required for electron beam irradiation becomes longer, and mass productivity is reduced. Further, the crosslinking proceeds more than necessary, and the hardness of the second fluororesin layer is increased, whereby the second fluororesin layer may be embrittled and may easily be damaged such as peeling. Further, since the cross-linking rate of the second fluororesin layer decreases in the depth direction, the cross-linking rate of the deepest portion 5a is lower than that of the surface layer portion 5b (a portion within 1 μm from the outermost surface) (see FIG. 1). In the present invention, the cross-linking rate of the second fluororesin layer is set to 9 to 25%, and the cross-linking rate is set to 9% or more even in the deepest portion 5a, so that the abrasion resistance in this portion is also ensured. As a result, even if the surface layer is worn due to initial abrasion or accidental overload, the newly formed surface (e.g., the deepest part) has abrasion resistance, so that the underlayer can be prevented from being exposed and the peeling during operation can be prolonged. Can be prevented over a period of time.

第二のフッ素樹脂層の架橋率について、より好ましくは、最深部における架橋率が9〜12%であり、表層部における架橋率が20〜25%である。   Regarding the crosslinking ratio of the second fluororesin layer, more preferably, the crosslinking ratio at the deepest portion is 9 to 12%, and the crosslinking ratio at the surface layer portion is 20 to 25%.

上記摺動層を有する転がり軸受用保持器の構造の一例を図2に示す。図2は針状ころを転動体とする転がり軸受用鉄系金属製保持器の斜視図である。
保持器6は、針状ころを保持するためのポケット7が設けられ、各ポケットの間に位置する柱部8と、この柱部8を固定する両側円環部9、10とで、各針状ころの間隔を保持する。柱部8は針状ころを保持するため、柱部の中央部で山折・谷折に屈曲され、両側円環部9、10との結合部において平面視円形の膨らみを有する平板の複雑な形状とされている。本保持器は、素形材より円環を削り出し、ポケット7をプレス加工により打抜きで形成する方法、平板をプレス加工した後、適当な長さに切断し、円環状に丸めて溶接により接合する方法などにより得られる。この保持器6の表面部位に上記摺動層が形成されている。摺動層を形成する保持器の表面部位は潤滑油またはグリースと接触する部位であり、針状ころと接触するポケット7の表面を含めた保持器6の全表面に摺動層を形成することが好ましい。さらに、全表面に形成された摺動層における第二のフッ素樹脂層の架橋率が上記数値範囲を満たすことがより好ましい。
FIG. 2 shows an example of the structure of a cage for a rolling bearing having the sliding layer. FIG. 2 is a perspective view of a ferrous metal cage for a rolling bearing using needle rollers as rolling elements.
The cage 6 is provided with pockets 7 for holding the needle rollers. Each of the needles 8 includes a column portion 8 located between the pockets and both annular portions 9 and 10 for fixing the column portion 8. Maintain the roller spacing. The column portion 8 has a complicated shape of a flat plate which is bent at the center of the column portion into a mountain fold and a valley fold in order to hold the needle rollers, and has a circular bulge in a plan view at a joint portion with the annular portions 9 and 10 on both sides. It has been. This retainer is a method in which an annular ring is cut out from a cast material, and the pocket 7 is formed by punching by pressing. After pressing a flat plate, it is cut into an appropriate length, then rounded into an annular shape and joined by welding. And the like. The sliding layer is formed on the surface of the cage 6. The surface part of the cage forming the sliding layer is a part that comes into contact with the lubricating oil or grease, and the sliding layer is formed on the entire surface of the cage 6 including the surface of the pocket 7 that comes into contact with the needle rollers. Is preferred. Further, the crosslinking ratio of the second fluororesin layer in the sliding layer formed on the entire surface more preferably satisfies the above numerical range.

図3は転がり軸受の一実施例である針状ころ軸受を示す斜視図である。図3に示すように、針状ころ軸受11は複数の針状ころ12と、この針状ころ12を一定間隔、もしくは不等間隔で保持する保持器6とで構成される。エンジンのコンロッド部用軸受の場合、軸受内輪および軸受外輪は設けられず、直接に、保持器6の内径側にクランク軸やピストンピン等の軸が挿入され、保持器6の外径側がハウジングであるコンロッドの係合穴に嵌め込まれて使用される。内外輪を有さず、長さに比べて直径が小さい針状ころ12を転動体として用いるので、この針状ころ軸受11は、内外輪を有する一般の転がり軸受に比べて、コンパクトなものとなる。   FIG. 3 is a perspective view showing a needle roller bearing which is an embodiment of the rolling bearing. As shown in FIG. 3, the needle roller bearing 11 includes a plurality of needle rollers 12 and a retainer 6 for holding the needle rollers 12 at regular intervals or at irregular intervals. In the case of the bearing for the connecting rod portion of the engine, the bearing inner ring and the bearing outer ring are not provided, and a shaft such as a crankshaft or a piston pin is directly inserted into the inner diameter side of the retainer 6, and the outer diameter side of the retainer 6 is a housing. It is used by being fitted into an engagement hole of a certain connecting rod. Since the needle rollers 12 having no inner and outer rings and having a smaller diameter than the length are used as rolling elements, the needle roller bearing 11 is more compact than a general rolling bearing having inner and outer rings. Become.

上記針状ころ軸受を使用した4サイクルエンジンの縦断面図を図4に示す。図4は本発明の転がり軸受の一例として針状ころ軸受を使用した4サイクルエンジンの縦断面図である。4サイクルエンジンは、吸気バルブ13aを開き、排気バルブ14aを閉じてガソリンと空気を混合した混合気を吸気管13を介して燃焼室15に吸入する吸入行程と、吸気バルブ13aを閉じてピストン16を押し上げて混合気を圧縮する圧縮行程と、圧縮された混合気を爆発させる爆発行程と、爆発した燃焼ガスを排気バルブ14aを開き排気管14を介して排気する排気行程とを有する。そして、これらの行程で燃焼により直線往復運動を行なうピストン16と、回転運動を出力するクランク軸17と、ピストン16とクランク軸17とを連結し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッド18とを有する。クランク軸17は、回転中心軸19を中心に回転し、バランスウェイト20によって回転のバランスをとっている。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a four-cycle engine using the needle roller bearing. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a four-cycle engine using a needle roller bearing as an example of the rolling bearing of the present invention. The four-stroke engine opens the intake valve 13a, closes the exhaust valve 14a, and sucks a mixture of gasoline and air into the combustion chamber 15 through the intake pipe 13; To compress the air-fuel mixture by expelling the air-fuel mixture, an explosion process to explode the compressed air-fuel mixture, and an exhaust process to exhaust the exploded combustion gas through the exhaust pipe 14 by opening the exhaust valve 14a. A piston 16 that performs a linear reciprocating motion by combustion in these strokes, a crankshaft 17 that outputs a rotary motion, a connecting rod 18 that connects the piston 16 and the crankshaft 17 and converts the linear reciprocating motion into a rotary motion, Having. The crankshaft 17 rotates about a rotation center axis 19, and the rotation is balanced by a balance weight 20.

コンロッド18は、直線状棒体の下方に大端部21を、上方に小端部22を設けたものからなる。クランク軸17は、コンロッド18の大端部21の係合穴に取り付けられた針状ころ軸受11aを介して回転自在に支持されている。また、ピストン16とコンロッド18を連結するピストンピン23は、コンロッド18の小端部22の係合穴に取り付けられた針状ころ軸受11bを介して回転自在に支持されている。
摺動性に優れた針状ころ軸受を使用することにより、小型化あるいは高出力化された2サイクルエンジンや4サイクルエンジンであっても耐久性に優れる。
The connecting rod 18 has a large end 21 provided below the linear rod and a small end 22 provided above. The crankshaft 17 is rotatably supported via a needle roller bearing 11a attached to an engagement hole of the large end 21 of the connecting rod 18. In addition, a piston pin 23 connecting the piston 16 and the connecting rod 18 is rotatably supported via a needle roller bearing 11b attached to an engagement hole of the small end 22 of the connecting rod 18.
By using the needle roller bearing having excellent slidability, even a small-sized or high-output two-cycle engine or a four-cycle engine is excellent in durability.

図3では軸受として針状ころ軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受等としても使用できる。特に、油潤滑環境下で使用され、鉄系金属材製保持器を使用する転がり軸受に好適に使用できる。   FIG. 3 illustrates a needle roller bearing as an example of a bearing. However, the rolling bearing of the present invention is not limited to the above-described cylindrical roller bearing, tapered roller bearing, self-aligning roller bearing, needle roller bearing, thrust cylindrical roller bearing, and thrust tapered roller. It can also be used as roller bearings, thrust needle roller bearings, thrust self-aligning roller bearings, and the like. In particular, it can be suitably used for a rolling bearing which is used in an oil lubricating environment and uses an iron-based metal material cage.

また、図1では摺動層が下地層と架橋フッ素樹脂層とからなる二層構造を例示したが、これに限定されず、例えば摺動層が架橋フッ素樹脂層のみからなる単層構造であってもよい。この場合でも、架橋フッ素樹脂層の架橋率が9〜25%である。そのため、基材との境界面近傍の最深部においても耐摩耗性に優れ、基材の露出を防止できる。   FIG. 1 illustrates a two-layer structure in which the sliding layer includes an underlayer and a crosslinked fluororesin layer. However, the present invention is not limited to this. For example, the sliding layer has a single-layer structure including only a crosslinked fluororesin layer. You may. Also in this case, the crosslinking rate of the crosslinked fluororesin layer is 9 to 25%. Therefore, the abrasion resistance is excellent even in the deepest part near the boundary surface with the base material, and the base material can be prevented from being exposed.

(1)摺動部材の作成
摺動部材:SPCC製30mm×30mm、厚さ2mmの金属平板に摺動層を形成した。下地層はダイキン社製プライマー塗料(型番:EK−1909S21R)、第二のフッ素樹脂層にはダイキン社製トップ塗料(型番:EK−3700C21R)を用いて、第二のフッ素樹脂層の層厚さが20μmとなるよう成膜した。乾燥時間はそれぞれ90℃の恒温槽内で30分間乾燥し、380℃の加熱炉内で30分間焼成した。
その後、以下の条件で摺動層側から電子線照射を行ない、摺動部材を得た。
使用装置:浜松ホトニクス株式会社製 EBエンジン
照射条件:加速電圧 70kV
線量 1652 kGy
温度 340℃
照射時のチャンバー内雰囲気 加熱窒素
(1) Preparation of Sliding Member Sliding member: A sliding layer was formed on a 30 mm × 30 mm, 2 mm thick metal flat plate made by SPCC. The undercoat layer is made of Daikin's primer paint (model number: EK-1909S21R), and the second fluororesin layer is made of Daikin's top paint (model number: EK-3700C21R). Was 20 μm. The drying time was 30 minutes in a thermostat at 90 ° C., and baked in a heating furnace at 380 ° C. for 30 minutes.
Thereafter, electron beam irradiation was performed from the sliding layer side under the following conditions to obtain a sliding member.
Apparatus used: Hamamatsu Photonics EB engine Irradiation conditions: Acceleration voltage 70 kV
Dose 1652 kGy
Temperature 340 ° C
Atmosphere in chamber during irradiation Heated nitrogen

(2)架橋率の算出
上記で得た摺動部材において第二のフッ素樹脂層を5μmごとの深さ(0〜5μm、5〜10μm、10〜15μm、15〜20μm)で削り取り、削り取った各深さ範囲の試料を測定試料とした。各測定試料のNMR測定の結果から架橋率を算出した。
架橋率は19F Magic angle Spinning(MAS)核磁気共鳴(NMR)法(High speed magic angle nuclear magnetic resonance)によって測定および算出した。参考文献(Beate Fuchs and Ulrich Scheler., Branching and Cross−Linking in Radiation−Modified Poly(tetrafluoroethylene):A Solid−State NMR Investigation.Macromolecules,33,120−124.2000年)によるとNMR測定の化学シフトから、以下に記す下線部のF原子を帰属することができる。
A:−70ppm : =CF−C 3
B:−82ppm : −CF2−C 3
C:−186ppm : ≡C
(2) Calculation of Crosslinking Ratio In the sliding member obtained above, the second fluororesin layer was scraped off at a depth of 5 μm (0 to 5 μm, 5 to 10 μm, 10 to 15 μm, 15 to 20 μm), and The sample in the depth range was used as a measurement sample. The crosslinking ratio was calculated from the result of NMR measurement of each measurement sample.
The crosslink rate was measured and calculated by 19 F Magic angle Spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) method (High speed magic angle nuclear magnetic resonance). References (Beat Fuchs and Ulrich Scheller., Branching and Cross-Linking in Radiation-Modified Poly (tetrafluoroethylene)): A. Solid-State NMR, 1989. The underlined F atoms described below can be assigned.
A: -70ppm: = CF-C F 3
B: -82ppm: -CF 2 -C F 3
C: -186ppm: ≡C F

ここで、図5(a)に電子線を照射していない未架橋PTFEのNMRスペクトルを示し、図5(b)に1000kGy照射した架橋PTFEのNMRスペクトルを示す。図5に示すように、電子線を照射することで上記Bのシグナルの強度が増加し、上記Aおよび上記Cのシグナルが現れていることが分かる。
上記A〜Cの各シグナルの面積比をそれぞれSA、SB、SCとすると、架橋率は下記式で算出することができる。
Here, FIG. 5 (a) shows the NMR spectrum of uncrosslinked PTFE which has not been irradiated with an electron beam, and FIG. 5 (b) shows the NMR spectrum of crosslinked PTFE which has been irradiated with 1000 kGy. As shown in FIG. 5, it can be seen that the intensity of the signal B increases by irradiating the electron beam, and the signals A and C appear.
Assuming that the area ratios of the signals A to C are S A , S B , and S C , respectively, the crosslinking ratio can be calculated by the following equation.

Figure 2020051506
Figure 2020051506

上記式は、全ての≡CFの構造の炭素原子からそれぞれ伸びる3本の分子鎖のうち、架橋構造になっていない=CF−CF3および=CF−(CF2)m−CF3の分子鎖を差し引いて、架橋鎖である=CF−(CF2)n−CF=の割合を架橋率として算出している。なお、mおよびnは任意の整数である。図5および上記式を照らし合わせると、電子線を照射することで架橋率が増加することがわかる。 The above formula is of the three molecular chains extending from each of the carbon atoms of the structure of all ≡CF, not in cross-linked structure = CF-CF 3 and = CF- (CF 2) the molecular chains of the m-CF 3 subtracted, a = CF- (CF 2) n- CF = proportion of a crosslinked chain is calculated as a cross-linking rate. Note that m and n are arbitrary integers. By comparing FIG. 5 and the above equation, it can be seen that irradiation with an electron beam increases the crosslinking ratio.

ここで、各測定試料の架橋率は、それぞれの平均深さの架橋率として算出した。例えば、深さ0〜5μmの測定試料における架橋率は、深さ2.5μmの架橋率とした。また、深さ5〜10μmの測定試料における架橋率は、深さ7.5μmの架橋率とした。得られた4つの架橋率を、縦軸が架橋率(%)、横軸が摺動層の表面からの深さ(μm)のグラフにプロットした。その結果、架橋率と摺動層の表面からの深さとは良好な相関性を示した。このグラフより近似式を取得し、この近似式を用いて深さ5μm、10μm、10.7μm、11.8μm、12.9μm、14.3μm、15μmにおける架橋率を外挿して求めた。表1に、第二のフッ素樹脂層の深さにおける架橋率を示す。なお、この近似式で外挿して求めた深さ1.7μmにおける架橋率は25%であった。   Here, the crosslinking rate of each measurement sample was calculated as the crosslinking rate of each average depth. For example, the cross-linking rate in a measurement sample having a depth of 0 to 5 μm was a cross-linking rate of 2.5 μm in depth. The crosslinking rate in the measurement sample having a depth of 5 to 10 μm was determined to be 7.5 μm. The obtained four crosslinking ratios were plotted on a graph in which the vertical axis represents the crosslinking ratio (%) and the horizontal axis represents the depth (μm) from the surface of the sliding layer. As a result, a good correlation was shown between the crosslinking ratio and the depth from the surface of the sliding layer. An approximate expression was obtained from this graph, and the approximate ratio was used to extrapolate the crosslinking ratio at a depth of 5 μm, 10 μm, 10.7 μm, 11.8 μm, 12.9 μm, 14.3 μm, and 15 μm. Table 1 shows the crosslinking ratio at the depth of the second fluororesin layer. The cross-linking rate at a depth of 1.7 μm obtained by extrapolation using this approximate expression was 25%.

Figure 2020051506
Figure 2020051506

(3)摩耗試験
上記(1)で得た摺動部材を、摺動層表面から所定深さ分それぞれ削りとり、各試験片を得た(実施例1〜4、比較例1〜3)。比較例4には、第二のフッ素樹脂層が架橋されていない試験片を用いた。各試験片における摩耗特性を評価するため、鋼球を用いたカロテストを実施した。カロテストの試験条件を表2に示す。
(3) Abrasion test The sliding member obtained in the above (1) was shaved by a predetermined depth from the surface of the sliding layer to obtain test pieces (Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 3). In Comparative Example 4, a test piece in which the second fluororesin layer was not crosslinked was used. In order to evaluate the wear characteristics of each test piece, a calo test using a steel ball was performed. Table 2 shows the test conditions of the calotest.

Figure 2020051506
Figure 2020051506

鋼球により形成された摩耗痕の直径Dを測定し、下記式により摩耗深さTをそれぞれ求めた。各試験片における摩耗深さを表3に示す。また、削り取った後の第二のフッ素樹脂層の表面の架橋率も表3に併記した。なお、表3に示す架橋率は、表1に示した第二のフッ素樹脂層の深さにおける架橋率と同じである。   The diameter D of the wear mark formed by the steel ball was measured, and the wear depth T was determined by the following equation. Table 3 shows the wear depth of each test piece. Table 3 also shows the cross-linking rate of the surface of the second fluororesin layer after shaving. The crosslink rate shown in Table 3 is the same as the crosslink rate at the depth of the second fluororesin layer shown in Table 1.

Figure 2020051506
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Figure 2020051506
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表3より、架橋率が9%以上であれば、耐摩耗性に優れていることが分かる(実施例1〜4)。一方、架橋率が9%未満の比較例1〜3は、実施例4と比べて架橋率の差はわずかであるものの、耐摩耗性は著しく低下している。比較例1〜3は、第二のフッ素樹脂層が未架橋の比較例4と同等の結果であり、この程度の架橋率では耐摩耗性に寄与しないことが分かった。以上より、第二のフッ素樹脂層の最深部における架橋率が少なくとも9%以上あれば、最深部においても優れた耐摩耗性を付与することができる。つまり、第二のフッ素樹脂層全体において優れた耐摩耗性を発揮させることができる。   From Table 3, it can be seen that when the crosslinking ratio is 9% or more, the abrasion resistance is excellent (Examples 1 to 4). On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 in which the crosslinking ratio was less than 9%, although the difference in the crosslinking ratio was small as compared with Example 4, the abrasion resistance was significantly reduced. Comparative Examples 1 to 3 were equivalent to Comparative Example 4 in which the second fluororesin layer was not crosslinked, and it was found that this degree of crosslinking did not contribute to abrasion resistance. As described above, if the crosslinking ratio at the deepest portion of the second fluororesin layer is at least 9% or more, excellent wear resistance can be imparted even at the deepest portion. That is, excellent wear resistance can be exhibited in the entire second fluororesin layer.

実施例における低エネルギーの電子線照射の条件の場合、第二のフッ素樹脂層の架橋率が9〜25%となるように、表面部分を削り取って使用される。上記の場合、例えば2μm程度削り取って使用される。また、最表層から最深部にかけて架橋率が9〜25%となるように電子線照射の条件を設定してもよい。   In the case of low-energy electron beam irradiation conditions in the embodiment, the second fluororesin layer is used by shaving the surface so that the cross-linking rate of the second fluororesin layer is 9 to 25%. In the above case, for example, about 2 μm is shaved off before use. The electron beam irradiation conditions may be set so that the cross-linking rate is 9 to 25% from the outermost layer to the deepest part.

実施例における低エネルギーの電子線照射の条件においては、第二のフッ素樹脂層の層厚さが11μm以下であれば、最深部における架橋率が9%以上を確保でき、耐摩耗性を維持することができる。   Under the conditions of low-energy electron beam irradiation in the examples, if the layer thickness of the second fluororesin layer is 11 μm or less, the cross-linking rate at the deepest portion can be 9% or more, and the wear resistance is maintained. be able to.

本発明の転がり軸受用保持器は、剥離などの不具合を抑えつつ、耐摩耗性および摺動性に優れているので、幅広い条件下(例えば、無潤滑、油潤滑、高滑り速度、高面圧の条件下など)においても使用でき、特に、鉄系金属材製保持器を用いた潤滑油中で使用される保持器およびこの保持器を用いた転がり軸受の分野で使用できる。   Since the cage for a rolling bearing of the present invention is excellent in wear resistance and slidability while suppressing defects such as peeling, it can be used under a wide range of conditions (for example, no lubrication, oil lubrication, high sliding speed, high surface pressure). , Etc.), and particularly in the field of cages used in lubricating oil using cages made of iron-based metal materials and in the field of rolling bearings using these cages.

1 保持器
2 摺動層
3 鉄系金属材
4 下地層
5 架橋フッ素樹脂層
6 保持器
7 ポケット
8 柱部
9 円環部
10 円環部
11 針状ころ軸受
12 針状ころ
13 吸気管
14 排気管
15 燃焼室
16 ピストン
17 クランク軸
18 コンロッド
19 回転中心軸
20 バランスウェイト
21 大端部
22 小端部
23 ピストンピン


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cage 2 Sliding layer 3 Iron-based metal material 4 Underlayer 5 Crosslinked fluororesin layer 6 Cage 7 Pocket 8 Column part 9 Ring part 10 Ring part 11 Needle roller bearing 12 Needle roller 13 Intake pipe 14 Exhaust Pipe 15 Combustion chamber 16 Piston 17 Crankshaft 18 Connecting rod 19 Rotation center axis 20 Balance weight 21 Large end 22 Small end 23 Piston pin


Claims (7)

鉄系金属材からなる基材の表面に摺動層を有し、転がり軸受の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、
前記摺動層は、少なくとも表面にフッ素樹脂を含むフッ素樹脂層を有し、
前記フッ素樹脂層は、前記摺動層の表面から他材との境界面まで架橋された架橋フッ素樹脂層であり、該架橋フッ素樹脂層は、前記摺動層の表面から深さ方向に向けて連続的に架橋率が小さくなる層であり、
前記架橋率が9〜25%であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
A rolling bearing retainer having a sliding layer on a surface of a base material made of an iron-based metal material and holding a rolling element of a rolling bearing,
The sliding layer has a fluororesin layer containing a fluororesin on at least the surface,
The fluororesin layer is a crosslinked fluororesin layer crosslinked from the surface of the sliding layer to a boundary surface with another material, and the crosslinked fluororesin layer extends in a depth direction from the surface of the sliding layer. A layer in which the cross-linking rate decreases continuously,
The cage for a rolling bearing, wherein the crosslinking ratio is 9 to 25%.
前記摺動層は、前記鉄系金属材表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される第二のフッ素樹脂を含む第二のフッ素樹脂層とからなり、
前記耐熱性樹脂は、炭素原子と共に、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の少なくとも1つの原子を高分子構造の少なくとも主鎖に含む樹脂であり、
前記第二のフッ素樹脂層が前記架橋フッ素樹脂層であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受用保持器。
The sliding layer includes a base layer including a heat-resistant resin and a first fluororesin formed on the surface of the iron-based metal material, and a second fluorine including a second fluororesin formed on the base layer surface. Consisting of a resin layer,
The heat-resistant resin is a resin containing at least one atom of an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom in at least a main chain of a polymer structure, together with a carbon atom,
The cage for a rolling bearing according to claim 1, wherein the second fluororesin layer is the crosslinked fluororesin layer.
前記摺動層の層厚さが10μm以上40μm未満であり、かつ、前記架橋フッ素樹脂層の層厚さが5〜11μmであることを特徴とする請求項2記載の転がり軸受用保持器。   3. The cage for a rolling bearing according to claim 2, wherein the thickness of the sliding layer is 10 μm or more and less than 40 μm, and the thickness of the crosslinked fluororesin layer is 5 to 11 μm. 前記架橋フッ素樹脂層に含まれるフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の転がり軸受用保持器。   The rolling bearing retainer according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluororesin contained in the crosslinked fluororesin layer is a polytetrafluoroethylene resin. 前記架橋フッ素樹脂層の最深部における前記架橋率が9〜12%であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の転がり軸受用保持器。   The cage for a rolling bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the crosslinking ratio at the deepest part of the crosslinked fluororesin layer is 9 to 12%. 前記架橋フッ素樹脂層の表層部における前記架橋率が20〜25%であることを特徴とする請求項5記載の転がり軸受用保持器。   The retainer for a rolling bearing according to claim 5, wherein the cross-linking ratio in a surface portion of the cross-linked fluororesin layer is 20 to 25%. 回転運動を出力するクランク軸を支持し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッドの大端部に設けられる係合穴、または前記クランク軸に取り付けられる転がり軸受であって、
前記転がり軸受の転動体を保持する保持器が請求項1から請求項6までのいずれか1項記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。
An engaging hole provided at a large end of a connecting rod that converts a linear reciprocating motion into a rotary motion, supporting a crankshaft that outputs a rotary motion, or a rolling bearing attached to the crankshaft,
7. A rolling bearing, wherein the cage for holding the rolling element of the rolling bearing is the cage for a rolling bearing according to any one of claims 1 to 6.
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