JPH09257045A - ニードル軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンプレッサ，油圧機器，エンジン周辺部品等
に使用されるニードル軸受の場合、軸の１回転毎に１往
復の揺動運動が行われるため、外輪外径面と外環内径面
との球状接触面が高頻度の相対すべり運動を繰り返し、
焼付きや摩耗を生じやすい。 【解決手段】外輪３の球状の外径面３ａ、または外環４
の球状の内径面４ａの少なくとも一方の表面に、摩耗低
減処理を施すと共に潤滑油によって潤滑する。摩耗低減
処理の一例は、０．２〜２μｍの厚みの銅又はニッケル
のめっき処理を施し、更にその上に第二層として５〜３
０μｍの厚みの銀の電解めっきを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はニードル軸受の改良
に関し、特に、産業機械，建設機械などの油圧シリン
ダ，ヒンジピン、また工作機械，繊維機械，農業機械，
包装機械などの制御機構やリンク機構等を支持する軸受
及び自動車用エンジン周辺部などに使用されるニードル
軸受において、潤滑不良による早期表面剥離を防止し且
つ耐焼付き性の向上を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のニードル軸受としては、
図７に示すように、軸１，ころ２，球状の外径面３ａを
もつ外輪３，球状内径面４ａをもつ外環４で構成されて
自動調心性を備えたものがある。このものは、外輪３と
外環４の球面形状３ａ，４ａによってラジアル方向に許
容される揺動角をもたせ、軸のベンディングが発生する
箇所に使用されている。そして、外輪３と外環４とが接
触する球面接触部５には、かじりなどを防ぐため、二硫
化モリブデン皮膜，硬質クロムめっき或いはＰＴＦＥシ
ートなどの補強膜６が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記自動調心性を有す
るニードル軸受は、従来主として軸のベンディングや取
り付けのミスアライメントに対する調心機構として使用
されてきた。しかしながら、近年、外輪と外環との接触
面が毎分数千ストロークで軸方向に一定の角度で揺動運
動するような使用例がある。例えば、図８に示すよう
に、クランクシャフト７の回転を支持する一対のニード
ル軸受８は、軸受外輪３がクランクシャフト７のたわみ
と回転とによって、軸方向に揺動運動する現象が生じ
る。

【０００４】また、図９に示すような偏心量δを与えら
れて偏心運動をしている回転体９を支持する軸受８の場
合、ハウジング１０に組み付けられた軸受外環４が、や
はり軸方向に揺動運動する現象が生じる。

【０００５】こうした使用態様の場合は、ニードル軸受
を単なる調心機構として使用する場合のように軸受取り
付け時のみの調心では終わらず、１回転毎に１往復の揺
動運動が行われるため、外輪外径面３ａと外環内径面４
ａとの球状接触面が相対すべり運動を繰り返す。即ち、
毎分４０００回転でニードル軸受８が回転すれば、同様
に毎分４０００ストロークで軸受外輪外径面３ａと外環
内径面４ａとが一定角度で揺動運動することになる。

【０００６】本来、このような高頻度の繰り返し揺動運
動すなわち交番相対すべり運動をする用途には、ころが
球面形状の自動調心ころ軸受の使用が妥当であるが、軸
受を挿入する空間が限られているコンプレッサ，油圧機
器，エンジン周辺部品等では、形状が小さく、総ころ
で、内輪と軸とをあえて一体としたニードル軸受の使用
に限定される場合が多い。

【０００７】しかして、従来の調心機構をもつたニード
ル軸受は、前記繰り返し揺動運動という使用条件におい
て揺動接触面での焼付きや摩耗のために短時間で軸受機
能が損なわれるという問題点がある。

【０００８】そこで本発明は、焼付き性と摩耗性とを改
善したニードル軸受を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ニードル軸受は、軸，ころ，球状の外径面をもつ外輪，
球状内径面をもつ外環よりなるニードル軸受において、
球状の外輪外径面または球状の外環内径面の少なくとも
一方の表面に摩耗低減処理を施し、潤滑油によって潤滑
したことを特徴とするものである。

【００１０】本発明にニードル軸受における摩耗低減処
理には、以下の三種のいずれかが適用できる。 前記ニードル軸受の球状の外輪外径面または球状の
外環内径面の少なくとも一方の表面（以下、摺動面とも
いう）に、０．２〜２μｍの厚みの銅又はニッケルのめ
っき処理を施し、更にその上に第二層として５〜３０μ
ｍの厚みの銀の電解めっきを施す。

【００１１】ここで、第一層の前記銅又はニッケルめっ
きの厚みが０．２μｍ未満であると下地金属との密着性
に劣り、一方、２μｍを超えると第二層銀めっきの剥離
などの問題が生じる。また、第二層の銀の電解めっきの
膜厚が、５μｍ未満では耐久性に劣り、一方３０μｍを
超えると、焼付きなどの耐久性は向上するが、軸受外輪
と外環とのすき間量の増加に悪影響を及ぼす。

【００１２】 前記ニードル軸受の球状の摺動面に、
前処理として厚さ１〜５μｍ以下のリン酸塩処理を施
し、第二層として熱硬化性樹脂のマトリックスにフッ素
樹脂又はフッ素樹脂と固体潤滑剤との混合物を添加した
皮膜層を５〜３０μｍの厚さに形成させる。

【００１３】ここで、第一層のリン酸塩処理に用いるリ
ン酸塩としては、例えばリン酸マンガン，リン酸亜鉛等
が使用可能である。そのリン酸塩処理被膜層の厚さが１
μｍ未満であると、第二層を密着させる表面積が増えな
いため十分な剥離強度を有する耐久性のある第二層の固
体潤滑剤被膜層が形成できない。一方、５μｍを超える
と耐久性は向上するが、リン酸塩溶液による下地金属の
腐食で表面粗さの悪化が問題になる。

【００１４】第二層の固体潤滑剤被膜層を形成するため
の熱硬化性樹脂は４０〜９０重量％が好ましく、中でも
６０〜８０重量％が特に好ましい。４０重量％未満では
第一層との密着性に劣り、一方９０重量％を超えるとそ
の他に添加する潤滑剤の量が減少し、摺動性に欠ける。

【００１５】熱硬化性樹脂のマトリックスの中への添加
剤は摺動性があるものであれば、フッ素樹脂単独又はフ
ッ素樹脂とその他ＭｏＳ₂ （二硫化モリブデン）等の固
体潤滑剤との混合物の何れでも良いが、十分な摺動性を
得るためにはフッ素樹脂は重量比で５０％以上あること
が望ましく、特にその中でも４フッ化エチレンが望まし
い。

【００１６】 前記ニードル軸受の球状の摺動面に、
当該軸受の金属元素とリン及び酸素との、或いはイオウ
及び酸素との化合物反応膜層を設ける。この層の厚みは
０．０３〜１μｍであって、有機リン化合物や有機イオ
ウ化合物を熱によって分解し、金属表面との化学反応膜
を形成させる。これらの化合物反応膜層で覆われた金属
面は、通常の金属表面に比べてオイルとの親和性が大き
くなり、油膜が保持され易く焼付きやかじりに対して優
れている。

【００１７】その反応膜層の形成に使用する試薬は、有
機リン化合物では例えばリン酸エステル類などがあり、
有機イオウ化合物では二硫化ジブチルなどの化合物が使
用可能である。それらを有機溶剤またはオイルなどで希
釈し、５０〜３００℃で１時間から５０時間の条件で浸
漬処理するか又は表面に塗布して化合物反応膜層を形成
する。

【００１８】本発明に係るニードル軸受の球状の摺動面
は、潤滑油が介在した面であることが望ましく、その潤
滑油の種類としてはギヤオイル，エンジンオイルなど何
れでも良い。

【００１９】本発明に係るニードル軸受の球状の摺動面
に施す摩耗低減処理は、球状の外輪外径面または球状の
外環内径面の少なくとも一方の表面に施しても良く、ま
たは軸受の外輪，外環の全面に施しても良い。

【００２０】本発明に係るニードル軸受は、従来の取り
付け時のミスアライメントを補正する調心機構として以
外に、一定角度で揺動運動するようなクランク軸の支持
軸受または油圧シリンダの支持軸受或いはエンジンのカ
ムシャフトに対向して設けられるカムフォロア装置等に
好適に使用でき、焼付き性と摩耗性とを向上させること
ができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明のニードル軸受１１
の一実施形態を示す模式断面図である。なお、従来と同
一部分には同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００２２】このニードル軸受１１は、軸受内輪を兼ね
る軸１，その軸１の表面に直接に接触して転動する針状
ころ２，球状の外径面３ａをもつ外輪３，その外輪外径
面３ａに摺接した球状内径面４ａをもつ外環４で構成さ
れて自動調心性を備えたものであり、外輪３と外環４と
が接触する球状の摺動面５において、球状の外輪外径面
３ａまたは球状の外環内径面４ａの少なくとも一方の表
面が、摩耗低減処理を施すことにより形成した被膜層１
２を備えると共に、潤滑油によって潤滑されている。

【００２３】前記被膜層１２は、先に述べた本発明の三
種類の摩耗低減処理により形成されている。その摩耗低
減処理別にニードル軸受１１を試作し、それらの実施例
及び同時に用意した比較例について耐久試験を施して行
った性能評価について以下に説明する。

【００２４】性能評価試験機の概略図を図２に示す。本
試験機は、両端を軸受２１で支持したクランク軸２２を
ベルト２３とプーリ２４を介してモータ２５で回転させ
る。なお、２５ａは過電流検知器．２５ｂは回転タイマ
である。そのクランク軸２２の中央部にクランク軸受２
６を配し、これに連結した連結棒２７に上下方向の運動
を与えるようにすると共に、この連結棒２７の他端に偏
心伝達軸受２８を連結している。そして、この偏心伝達
軸受２８に中央部が連結された撓みシャフト２９の端部
を被試験体のニードル軸受で支持している。

【００２５】上記構成により、クランク軸２２に伴う前
記上下方向の運動が、軸受２６，連結棒２７，軸受２８
を介して撓みシャフト２９に伝達されて、ニードル軸受
１１の外環内径面４ａと外輪外径面３ａとの接触面であ
る摺動面５に揺動角が約±７度の相対滑り運動を生じさ
せる。

【００２６】また、クランク軸２２と撓みシャフト２９
とにそれぞれ同径のプーリ３０，３１が固定され、両プ
ーリ間にベルト３２が配されている。これにより、撓み
シャフト２９はクランク軸２２と同じ回転速度で回転す
る。

【００２７】被試験体のニードル軸受１１に対する給油
は、撓みシャフト２９の外径面に潤滑油を滴下させて軸
受内径側に潤滑油を供給することにより、相接する外輪
外径面３ａと外環内径面４ａとに自然給油させた。

【００２８】評価方法は、外輪外径面３ａと外環内径面
４ａとが焼付き、過電流検知器２５ａでモータ２５の過
電流が検知されるまでの時間をタイマ２５ｂで測定して
耐久時間とした。

【００２９】試験条件は次の通りとした。 軸受回転数；３５５０ｒｐｍ ラジアル荷重；１０５ｋｇｆ 軸受材質；ＳＵＪ２，硬さＨＲＣ６１ 軸；ＳＵＪ２，硬さＨＲＣ６１ 潤滑油；ギヤオイルＶＧ６８ 外輪外径；１９ｍｍ 外輪内径；１３ｍｍ 外環外径；２２ｍｍ ころ径；２．５ｍｍ 撓みシャフト径；８ｍｍ Ａ：第１実施形態 供試体のニードル軸受１１の外環内径面４ａに、摩擦低
減処理として銅と銀の２層めっきを施した。めっきは、
供試体をアルカリ洗浄後、酸洗いを行い、銅のストライ
クめっきを施してその上に銀の電解めっきを施した。表
１に両めっき処理後の供試体の耐久試験結果を示す。ま
た、図３に第一層めっき層（Ｃｕ）の膜厚を変え、第二
層（Ａｇ）は１５μｍで一定とした供試体の耐久試験結
果を、図４に第一層（Ｃｕ）の膜厚を１μｍで一定と
し、第二層（Ａｇ）の膜厚を変えた供試体の耐久試験結
果を、それぞれ示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から、銅めっき厚みが０，２〜２．０
μｍの範囲で且つ銀めっき厚みが５〜４０μｍの範囲内
にある実施例１−１〜１−６及び比較例１−４は耐久時
間が最短でも３６分、最長８６分であったのに対し、両
めっき厚みが前記の範囲外である比較例１−１，１−
２，１−３はそれぞれ耐久時間が１５分，２０分，３分
と短かく、実施例の方が耐摩耗性に優れていることが明
らかである。

【００３２】図３は、第一層の銅ストライクめっきの膜
厚と耐久時間との関係をグラフにプロットした例であ
る。膜厚０．２〜２．０μｍの範囲が銅ストライクめっ
きの有効膜厚範囲である。膜厚０．２μｍ未満は下地金
属との密着性不良で耐久時間が急激に短くなった。ま
た、膜厚２．０μｍを超えたものについて第二層の銀め
っきを施し耐久試験したところ、銀めっきの剥離が生じ
てやはり耐久時間が急激に短くなった。

【００３３】図４は、第二層の銀めっきの膜厚と耐久時
間との関係をグラフにプロットした例である。膜厚５〜
３０μｍの範囲が銅ストライクめっきの有効膜厚範囲で
ある。膜厚５未満は耐久時間が急激に短くなり、一方３
０μｍを超える（比較例１−４）ともはや耐久時間の増
加は認められず、しかも軸受外輪と外環とのすき間量増
加という不具合が生じた。

【００３４】なお、この実施形態において中間層として
施したストライクめっきは銅に限らずニッケルなどでも
良い。 Ｂ：第２実施形態 摩擦低減処理として、供試体のニードル軸受１１の外輪
外径面３ａに、リン酸マンガン処理を施すと共に、その
上に二硫化モリブデンと４フッ化エチレンと熱硬化性樹
脂とを有機溶剤に分散させた被膜液を塗布して１８０℃
で６０分間焼成処理して固体潤滑剤被膜形成処理を施し
た。膜厚の制御については、リン酸マンガン処理ではリ
ン酸濃度のコントロールとマンガン濃度を調整すること
で厚みを調整した。また、固体潤滑剤の被膜層形成処理
では、被膜液の粘度を制御することで厚みを調整した。
表２に第一層及び第二層の処理後の供試体の耐久試験結
果を示す。また、図５に第一層リン酸マンガン処理の膜
厚を変え、第二層（固体潤滑剤被膜形成処理層）を１５
μｍで一定として作製した供試体の耐久試験結果を、図
６に第一層を３μｍで一定とし、第二層の膜厚を変えて
作製した供試体の耐久試験結果を、それぞれ示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２から、リン酸マンガン被膜の厚みが１
〜５μｍの範囲で且つ固体潤滑剤被膜の厚みが５〜４０
μｍの範囲内にある実施例Ｎｏ．２−１〜２−６及び比
較例２−４は耐久時間が最短でも３１分、最長７４分で
あったのに対し、各被膜の厚さが前記の範囲外である比
較例２−１，２−２，２−３はそれぞれ耐久時間が１２
分，２０分，５分と短かく、実施例の方が耐摩耗性に優
れていることが明らかである。

【００３７】図５は、第一層のリン酸塩被膜の膜厚と耐
久時間との関係をグラフにプロットした例である。膜厚
１〜５μｍの範囲がリン酸塩被膜の有効膜厚範囲であ
る。膜厚１μｍ未満では第二層を密着させるのに必要な
表面積が得られず、耐久時間が急激に短くなった。ま
た、膜厚５μｍを超えた場合は、下地金属が腐食してそ
の表面粗さが悪くなることが認められた。

【００３８】図６は、第二層の二硫化モリブデンと４フ
ッ化エチレンと熱硬化性樹脂との混合物からなる固体潤
滑剤被膜の膜厚と耐久時間との関係をグラフにプロット
した例である。膜厚５〜３０μｍの範囲が固体潤滑剤被
膜の有効膜厚範囲である。膜厚５未満は耐久時間が急激
に短くなり、一方３０μｍを超える（比較例２−４）と
もはや耐久時間の増加は認められず、しかも軸受外輪と
外環とのすき間量増加という不具合が生じた。 Ｃ：第３実施形態 摩擦低減処理として、供試体のニードル軸受１１の外環
内径面４ａに、金属リン化合物反応膜層を形成した。す
なわち、軸受外環４を石油ベンジンで洗浄脱脂後、正リ
ン酸エステルであるトリオチルフォスフェートを合成炭
化水素オイルで５重量％に希釈してなる有機溶剤中に、
１６０℃で１０時間浸漬放置して、０．０３μｍの化合
物反応膜層を形成して実施例３−１の供試体とした。

【００３９】また、同じく軸受外環４を同様に処理し、
トリオチルフォスフェートを合成炭化水素オイルで１０
重量％に希釈してなる有機溶剤中に同温度で同時間浸漬
放置して０．１μｍの化合物反応膜層を形成して実施例
３−２の供試体とした。

【００４０】これに対し、前記化合物反応膜層形成処理
を施さないものを比較例とした。表３に結果を示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３から、化合物反応膜層形成による摩擦
低減処理を施した実施例３−１，３−２は耐久時間がそ
れぞれ３２分，５６分であるのに対し、化合物反応膜層
を形成しない比較例の耐久時間は僅かに２分間に過ぎ
ず、実施例の方が耐摩耗性に優れていることが明らかで
ある。

【００４３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るニ
ードル軸受は、球状の外輪外径面または球状の外環内径
面の少なくとも一方の表面に摩耗低減処理を施し、潤滑
油によって潤滑したため、内輪（軸）回転，外輪回転い
ずれの場合でも、揺動運動が繰り返されるという使用条
件においても揺動接触面での焼付きや摩耗が有効に防止
できて、その結果揺動運動に対して本来は短時間で軸受
機能が損なわれ易いニードル軸受の焼付き性と摩耗性と
を大幅に改善できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のニードル軸受の断面図である。

【図２】ニードル軸受の性能評価試験機の模式図であ
る。

【図３】本発明のニードル軸受に施した銅ストライクめ
っきの膜厚と耐久時間との関係を表すグラフである。

【図４】本発明のニードル軸受に施した銀めっきの膜厚
と耐久時間との関係を表すグラフである。

【図５】本発明のニードル軸受に施したリン酸塩被膜処
理の膜厚と耐久時間との関係を表すグラフである。

【図６】本発明のニードル軸受に施した４フッ化エチレ
ン被膜処理と耐久時間との関係を表すグラフである。

【図７】従来のニードル軸受の断面図である。

【図８】ニードル軸受の使用例を示す説明図である。

【図９】ニードル軸受の使用例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 軸 ２ ころ ３ 外輪 ３ａ 球状の外輪外径面 ４ 外環 ４ａ 球状の外環内径面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸，ころ，球状の外径面をもつ外輪，球
   状内径面をもつ外環よりなるニードル軸受において、球
   状の外輪外径面または球状の外環内径面の少なくとも一
   方の表面に摩耗低減処理を施し、潤滑油によって潤滑し
   たことを特徴とするニードル軸受。