JP2004156723A

JP2004156723A - スラストころ軸受および保持器

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Publication number: JP2004156723A
Application number: JP2002323867A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hayashi; 林　　哲也; Kosuke Obayashi; 光介尾林; Shinji Oishi; 真司大石
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】摩耗を抑制しながら、処理時間が短く、加工時および使用時にクラックを発生させない硬化層を有する保持器およびその保持器を組み込んだスラストころ軸受を提供する。
【解決手段】ころ２と、前記ころを上側部材と下側部材とで挟むように保持する保持器１とを備え、保持器の表層部に軟窒化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のオートマチックトランスミッションや、コンプレッサ等に使用されるスラストころ軸受およびそこに用いられる保持器に関し、より具体的には摩耗を抑制し、クラック等を生じない保持器を組み込んだスラストころ軸受およびその保持器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スラストころ軸受は、ころと、保持器と、軌道輪とで構成され、ころと軌道輪とが線接触する構造であるため、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と、高剛性とを得ることができる。したがって、希薄潤滑や高速回転など、苛酷な使用条件で使用する軸受として好適である。このため、たとえば自動車のオートマチックトランシミッション用軸受やカーエアコンのコンプレッサ用軸受として広く用いられている。
【０００３】
上記のスラスト軸受は、回転時にころが遠心力により外径側に押し付けられるため、保持器のポケット外径側端面に一定以上の硬度および硬化層深さがなければ摩耗等を発生させ、破損の原因となる。焼入れ等の熱処理によって保持器に硬化層を形成することが考えられるが、焼入れ等によって熱変形が発生するおそれがある。このため、熱処理による保持器の変形を防止するために、保持器に波打ち部分を形成して熱処理変形を防止することが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−０９７２４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような熱処理変形を防止した形状の保持器を用いても、硬化層が深すぎると脆くなり、加工時や使用時にクラック等を発生させ、破損の要因となる。とくに、加工面から硬化層を厚くするには処理時間を長くする必要があり、コストアップの要因となる。このため、上記の課題に対処できる保持器を有するスラストころ軸受およびその保持器の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明は、摩耗を抑制しながら、処理時間が短く、加工時および使用時にクラックを発生させない硬化層を有する保持器およびその保持器を組み込んだスラストころ軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスラストころ軸受は、複数のころと、ころを上側部材（上側保持器）と下側部材（下側保持器）とで挟むように保持する金属製の保持器とを備える。そして、保持器の表層部に、軟窒化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成している。
【０００８】
この構成によれば、保持器の軟窒化層深さを所定の範囲に入れることにより、使用時の保持器における異常摩耗を抑制しながら、スラストころ軸受の製作組立工程におけるかしめ部のクラック等の発生を回避することができる。表層部の軟窒化層の深さが３μｍ以下では、上述の異常摩耗を回避することができす、また、軟窒化層の深さが１００μｍ以上では、保持器の組立加工におけるかしめ加工においてかしめ部にクラックを発生する場合がある。より望ましい軟窒化層の範囲は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲である。
【０００９】
上記の軟窒化層の深さは、（Ａ１）断面を研磨し、軽くエッチングして、光学顕微鏡観察により確認できる変質層の深さであってもいい。また、（Ａ２）表面から硬度測定を所定のピッチ、たとえば０．５μｍピッチで硬度測定を行ない、内部の硬度とほぼ等しくなる箇所の表面からの距離でもよい。（Ａ１）および（Ａ２）の測定法の少なくとも一方で、軟窒化層の深さが上記範囲内にあればよい。なお、上記の軟窒化層は、薄鋼板素材の表面にも、また、薄鋼板が開口されて形成された端面にも形成される。
【００１０】
上記の軟窒化層は、以下に述べるいかなる表面硬化処理によって置き換えてもよいし、また以下に述べた以外の硬化処理で置き換えた硬化層であってもよい。この硬化層は、薄板素材の平坦面のみならず、保持器において窓が開口されてできた端面（素材の薄板の厚さ断面）にも形成されていることは言うまでもない。
【００１１】
本発明の別のスラストころ軸受は、ころと、ころを上側部材（上側保持器）と下側部材（下側保持器）とで挟むように保持する保持器とを備える。そして、保持器は、その表層部に軟窒化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成され、また、その外径側端部および内径側端部の少なくとも一方において上側部材と下側部材とが重ね折られ、かしめ加工されており、その加工部において軟窒化層が塑性変形している。
【００１２】
この構成により、たとえば保持器の上側部材と下側部材にポケットおよびポケットの窓あけのプレス加工を施した後、これら上側部材と下側部材に軟窒化処理により表層に硬化層を形成する。そして、軟窒化層を形成した後に、ころをポケットにセットして、上側部材と下側部材とが重ね折り曲げられ、かしめ加工を施されることができる。上記の工程においては、たとえば、上記重ね折り曲げられる部分に対して軟化焼鈍処理などを施す必要がなく、製造工程が簡略化される。このような簡略化された工程が可能になるのは、軟窒化層を有したまま上側部材と下側部材にかしめ加工を施すことができるからであり、それは軟窒化層の深さを１００μｍ未満としたことによる。
【００１３】
なお、軟窒化層が曲げ加工されていることは、上述のように、その部分を研磨して軽くエッチングして、肉眼観察や光学顕微鏡観察することにより、検証することができる。軟窒化層が、塑性変形している様子を確認することができる。
【００１４】
また、上記の軟窒化層は、次の方法で形成されることができる。軟窒化処理は、（ａ１）ＮａＣＮにあらかじめ空気を吹き込んでＮａＣＮＯに変え、窒化能を落とした溶融塩に浸漬する方法や、（ａ２）浸炭ガス中にアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気中にて浸炭窒化する方法、などにより表面窒素濃度の低い窒化を行なう。表面硬さは、正規の窒化の場合Ｈｖ１２００程度になるのに対して、軟窒化層の硬度はそれほど高くならない。しかし、表面に圧縮応力が残留して疲れ強さが向上する。
【００１５】
また、上記の軟窒化層は、他の方法で硬化された硬化層に置き換えることができる。たとえば、焼入処理を含む熱処理によって形成された硬化層で置き換えてもよい。鋼の組成における炭素、シリコン、マンガンなどの合金元素の含有率を適当な範囲に設定することにより、所定の焼入れ硬化能を確保し、表層部にマルテンサイトやベイナイトの焼入れ硬化組織を形成することができる。これらは、高周波加熱やレーザ加熱により表層部だけ加熱して焼き入れてもよいし、全体を均一に加熱して焼入れしてもよい。これらの焼入れの後、焼戻しを加えてもよいし、加えなくてもよい。
【００１６】
さらに、上記の軟窒化層は、浸炭処理、浸炭窒化処理、イオン窒化処理、焼入れ処理、加工処理のうちの少なくとも１つの処理によって形成された硬化層で置き換えてもよい。
【００１７】
上記の浸炭処理法には、固体浸炭法、液体浸炭法およびガス浸炭法がある。たとえばガス浸炭を行なう場合、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_５）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）などに空気を混合し、Ｎｉ触媒を用いて分解し、生じたＨ_２Ｏを除去したＣＯ約２０％、Ｈ_２約４０％、Ｎ_２約４０％の組成の吸熱型（エンドガスまたはＲＸガスともいう）中で処理品を加熱し、浸炭させ、直接焼き入れる。浸炭能を高めるために、上記のガスにＣＨ_４などを添加することがある。
【００１８】
イオン窒化処理は、処理室を真空に排気してから、数百ＰａのＮ_２またはＮＨ_３などを含む雰囲気とし、処理品が陰極となるようにして３００〜１０００Ｖの直流電圧を印加し、グロー放電を起こさせて処理品表面を加熱しつつＮを拡散させ、浸透させる。
【００１９】
本発明の硬化処理法としては、たとえば、金属便覧（日本金属学会編、丸善株式会社、鋼の表面硬化処理法ｐｐ．５５０−５５２）に記載のいずれかの硬化処理法を用いることができる。
【００２０】
上記のスラストころ軸受は、軌道輪を有することにより、よりコンパクトな軸受を得ることができる。また、上記のころに、浸炭窒化処理されたころを用いることにより、より耐久性に優れたスラストころ軸受を得ることができる。さらに、上記ころを複列ころとすることにより、軸受の回転時における内径側と外径側との直線速度差に起因する、ころと、たとえば軌道輪との間のすべり量を軽減することができる。この結果、耐久性を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるスラスト針状ころ軸受は、軌道輪１９ａ，１９ｂと、両軌道輪の間に配置された針状ころ２と、針状ころ２を案内保持する保持器３３とを有している。この保持器３３にはポケット（図示せず）が設けられ、そのポケットの窓の縁にころ保持部（図示せず）が設けられている。本実施の形態における保持器では、表層部、とくにポケットの端面の硬化層が深さ３μｍ超え、１００μｍ未満の範囲で形成されている。このため、とくにころの外周側の部分が接触するポケットの窓の端縁部においてドリリング摩耗などの異常摩耗が発生しにくくなる。また、硬化層深さを所定範囲内に設定したので、脆化層が薄いため、保持器の外周側また内周側の端部において加締加工を施す場合にもクラックが生じにくい。また、このような加工時のみならず、使用時にもクラックが発生しにくい。また、軟窒化処理などにより短時間で上記の硬化層を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の要部拡大図であり、そして図１（ｄ）は図１（ａ）の別の箇所の要部拡大図である。また、図１（ｅ）は図１（ｃ）のＩｅ−Ｉｅ線に沿った拡大断面図である。
【００２４】
このスラスト針状ころ軸受１は、複数の針状ころ２とこれら針状ころ２を周方向に所定ピッチで保持する２枚の環状の保持器３，４とからなっている。ここで、２枚の保持器３，４のそれぞれは、径方向において針状ころ２の長さＬよりも長い矩形状の複数のポケット５，６を有し（図１（ｄ）参照）、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）からなる鋼板をプレス加工にて形成している。各ポケット５，６の両側縁には、互いに向き合って突出するころ保持部５ａ，６ａが形成されている。これらころ保持部５ａ，６ａが針状ころ２を上と下とから挟んで保持している。
【００２５】
本実施の形態における最大の特徴は、保持器の表層、とくにポケットの窓の端縁部に、硬化層が深さ３μｍ超え、１００μｍ未満の範囲内に形成されていることである。このため、針状ころの外径側端部によって保持器の窓の端縁部に、異常摩耗が生じることがない。さらに、後で説明するように、保持器の外径側および内径側の端部において重ねて折り曲げる加締加工を施してもクラックを生じることがない。なお、保持器３，４は、ＳＰＣＣ以外にも、たとえば、ＳＣＭ４１５などの帯鋼をプレスで絞り成形してもよい。
【００２６】
針状ころ２は、外径側の針状ころ２ａと、内径側の針状ころ２ｂとで形成し、ポケット５，６内に複列で配置されている。２列ころにすることにより、各針状ころ２ａ，２ｂにおいて、外径側部分と内径側部分との交点周速差が小さくなり、軌道面（図示せず）との滑りが抑制される。このため、接触部の発熱が少なく、表面損傷（スミアリング）を防止することができる。また、ころ保持部の径方向長さをポケットの径方向長さの３０％〜８０％とすることにより、針状ころを確実に保持しながら潤滑油の通油性を向上させることができる。すなわち、ころ保持部５ａ，６ａの径方向の内端側および外端側に形成された凹部５ｂ，６ｂによって潤滑油が容易に通過することができる。なお、針状ころ２は複列のころ２ａ，２ｂで構成したものを例示したが、単列の針状ころであってもよい。また、針状ころ２の端面は、フラットな形状に限らず円弧面で形成してもよい。
【００２７】
２枚の保持器３，４のうち、上側保持器３のころ保持部５ａの径方向外側は、図１（ｃ）に示すように、ころ保持部５ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部３ａと、この傾斜延出部３ａの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた外側板部３ｂとで構成されている。また、上側保持器３のころ保持部５ａの径方向内側は、同じくころ保持部５ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部３ｃと、この傾斜延出部３ｃの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた内側板部３ｄとで構成されている。
【００２８】
また、上側保持器３と同一形でポケット抜きされた下側保持器４のころ保持部６ａの径方向外側は、ころ保持部６ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部４ａと、この傾斜延出部４ａの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた外側板部４ｂとで構成されている。また、下側保持器４のころ保持部６ａの径方向内側は、同じくころ保持部６ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部４ｃと、この傾斜延出部４ｃの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた内側板部４ｄとで構成されている。そして、２枚の保持器３，４は、外側板部３ｂ，４ｂを互いに上下に重ね合わせるとともに、外側板部４ｂの最外端部を上方向に折り曲げて加締部７を形成している。また、内側板部３ｄ，４ｄも互いに上下に重ね合わせるとともに、内側板部３ｄの最内端部を下方向に折り曲げて加締部８を形成している。これら加締部７，８により、２枚の保持器３，４は内側端部を加締固定して強固に一体化されているため、運転中においても２枚の保持器３，４は分離することはない。また、上記構成によれば、上述の硬化層の効果に加えて、外側板部３ｂ，４ｂおよび内側板部３ｄ，４ｄでは、針状ころ２の端面とポケット５，６との接触面積を広くとることができ、ドリリング摩耗を抑制することができる。
【００２９】
２枚の保持器３，４を固定した状態では、２枚の保持器３，４がなすころ保持部５ａ，６ａに対して、径方向の外側部分，内側部分とも厚さＴ_１，Ｔ_２は、傾斜延出部３ａ，４ａおよび３ｃ，４ｃが存在することから、ころ保持部５ａ，６ａの厚さＴ_０よりも薄い（図１（ｃ）参照）。
【００３０】
図２は、上記の保持器において針状ころがころ保持部によって回転自由に拘束されている状態を示す斜視図である。ころ保持部５ａは、針状ころの軸線よりも上側に位置し、針状ころの側に突き出している。保持器の外周側の端部において、針状ころ２ｂが外周側に向けて遠心力を受けて、ポケットの窓の縁に強く押し当てられる。何も対策をとらなければ、この窓の縁に、ドリリング摩耗が発生するが、上記のように硬化層を形成することにより、ドリリング摩耗を抑制することができる。
【００３１】
次に潤滑油の通油性について説明する。上記の構成を有するスラスト針状ころ軸受１は、図３に示すように、第１軸（回転軸）９の軌道面９ａと、第２軸（固定軸）１０の軌道面１０ａとの間を針状ころ２が転動するように、上側保持器３の加締部８を案内面として隙間嵌めされる。第１軸９が回転すると、保持器３，４のこの第１軸９とともに回転し、針状ころ２が第１軸９ａと第２軸１０の軌道面１０ａとの間を転動する。ここで、図示していない油圧供給源から油路を経由してスラスト針状ころ軸受１内に供給される。
【００３２】
潤滑油は、油路を矢印ａのように通ってから、第２軸１０の軌道面１０ａと下側保持器４のころ保持部６ａに対して径方向の内側部分との間を矢印ｂのように通る。その後潤滑油は、針状ころ２の周囲および保持器３，４で形成される空間内を矢印ｃのように通って、針状ころ２の側面と保持器３，４のころ保持部５ａ，６ａとの間、針状ころ２の端面との間、および針状ころ２の側面と軌道面９ａ，１０ａとの間を潤滑し、第２軸１０の軌道面１０ａと保持器４のころ保持部６ａに対して、径方向の外側部分との間、および第１軸９の軌道面９ａと保持器３のころ保持部５ａに対して径方向の外側部分との間を通って、矢印ｄのように排出される。
【００３３】
この潤滑油による各部の潤滑に際し、２枚の保持器３，４がなすころ保持部５ａ，６ａに対して、径方向の外側部分、内側部分の厚さＴ_１，Ｔ_２をころ保持部５ａ，６ａの厚さＴ_０よりも薄く形成している（図１（ｃ）参照）。このため、第２軸１０の軌道面１０ａと下側保持器４のころ保持部６ａに対して径方向の内側部分との間の空間の断面積が従来に比べて大きくなり、潤滑油の流出性だけでなく流入性も向上している。したがって、軸受各部の焼付けを確実に防止することができるとともに、針状ころ２の端面と保持器３，４のポケット５，６のドリリング磨耗を抑制することができる。また、保持器３，４によって潤滑油の通過が遮られにくくなるため潤滑油が滞留しにくくなり、油温の上昇を抑制することができる。このため保持器の強度アップとあいまって軸受の耐久性を一層向上させることができる。
【００３４】
次に、図４を用いて、本発明に係るスラスト針状ころ軸受の製造手順について詳細に説明する。保持器は、上述の上側部材すなわち上側保持器３および下側部材すなわち下側保持器４とから形成される。まず、所定の材質の薄鋼板に機械加工を施して、窓となる開口を含むポケットを形成する。上記の「機械加工」にはポケット形成のための面外押出しプレス加工や、上記開口形成のための打ち抜き加工も含まれる。
【００３５】
この後、２枚の保持器３，４、すなわち上側部材と下側部材とを５７０〜５８０℃×３５分で軟窒化処理し、強度アップを図る。他の硬化処理を用いてもよい。
【００３６】
一方、ころは所定の硬化処理を施される。通常、焼入れ焼戻し処理が施される。また、浸炭窒化処理後に、焼入れ処理または焼入れ焼戻し処理が施されてもよい。また、針状ころ２の素材として、たとえば高炭素クロム軸受鋼の１種または２種であるＳＵＪ軸受鋼を使用し、８４０℃×３０分で油焼入れ、次いで１８０℃×９０分で焼戻しして、表面硬さをビッカース硬度（Ｈｖ）で７００から７５０程度に設定する。針状ころ２は、予め熱処理を施さなくてもよいが、組込みの前に予め熱処理、すなわちずぶ焼入れを施しておけば、製造工程がそれだけ増加することになる。
【００３７】
この後、保持器のポケットに収納されるように上記ころがセットされる。この後、保持器の外径側端部および内径側端部の少なくとも一方において、上側部材と下側部材とが重ね折り曲げられ、かしめ加工が施される。２枚の保持器３，４および針状ころ２を別々に熱処理し、加締部を焼鈍ししていた従来の方法に比べ製造工程は簡略化されたものとなる。
【００３８】
さらに、高硬度化を目標とする場合には、上記のかしめ加工を行った後に、浸炭処理後焼入れ処理、または浸炭窒化処理後焼入れ焼戻し処理などを施してもよい。針状ころ２は、その表層部に浸炭層または浸炭窒化層が形成されているので、表層の硬度は従来品と比べて高くなっており高硬度の異物を噛み込んでも圧痕が生じ難く長寿命化に寄与する。また、浸炭窒化処理においては、窒素富化層が形成され、かつその残留オーステナイト量が２０容積％以上と多く形成することができる。これは軌道面９ａ，１０ａに高硬度の異物を噛み込むと、従来では圧痕周辺で応力集中源となっていたが、多量に存在する残留オーステナイトの組成変形によってこうした応力集中が緩和され、高硬度の硬化とともに長寿命化に寄与することができる。なお、窒素富化層は、具体的には厚みを０．１ｍｍ以上、表面硬さ７５０Ｈｖ以上とすることができる。さらに、内部硬さも表面硬さと同程度に高めることができ、針状ころ２全体の強度を向上させることができる。したがって、過酷な条件、たとえば高荷重の条件で使用される場合であっても十分負荷し、所望の寿命を満足することができる。
【００３９】
保持器３，４の場合は、針状ころ２と同様、その表層部に浸炭層または浸炭窒化層が形成され、少なくとも表面硬さを４００Ｈｖ、熱処理の条件によっては６００Ｈｖ以上とすることができる。したがって、従来のものに比べ耐摩耗性を向上させることができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態３におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｏ−Ｖｂ線に沿った断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）の底面図であり、図５（ｄ）は図５（ｂ）のＡ部拡大図、そして図５（ｅ）は図５（ｂ）のＢ部拡大図である。この実施の形態３は、前述した実施の形態２とは、保持器形状と加締方法とが異なるのみで、その他同一部品、同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４１】
このスラスト針状ころ軸受１１は、複数の針状ころ２とこれら針状ころ２を周方向に所定ピッチで保持する２枚の環状の保持器１３，１４とからなっている。２枚の保持器１３，１４のうち、上側保持器１３のころ保持部１５ａの径方向外側は、図５（ｄ）に示すように、ころ保持部１５ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部１３ａと、この傾斜延出部１３ａの下端から径方向に向けて折り曲げられた外側板部１３ｂとで構成されている。
【００４２】
また、上側保持器１３のころ保持部１５ａの径方向内側は、同じくころ保持部１５ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部１３ｃと、この傾斜延出部１３ｃの下端から径方向に向けて折り曲げられた内側板部１３ｄとで構成されている。
【００４３】
また、上側保持器１３と同一形でポケット抜きされた下側保持器１４のころ保持部１６ａの径方向外側は、ころ保持部１６ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部１４ａと、この傾斜延出部１４ａの下端から径方向に向けて折り曲げられた外側板部１４ｂとで構成されている。また、上側保持器１４のころ保持部１６ａの径方向内側は、同じくころ保持部１６ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部１４ｃと、この傾斜延出部１４ｃの下端から径方向に向けて折り曲げられた内側板部１４ｄとで構成されている。
【００４４】
そして、２枚の保持器１３，１４は、図５（ｄ）に示すように、外側板部１３ｂ，１４ｂを互いに上下に重ね合わせるとともに、外側板部１４ｂの最外端部の一部を上方向に折り曲げて部分加締部１７を形成している。一方、内側板部１３ｄ，１４ｄは互いに重ね合わされ折り曲げられるとともに、内側板部１３ｄの最内端部を下方向に折り曲げている。また、図５（ｅ）に示すように、外側板部１３ｂ，１４ｂを互いに重ね合わせ折り曲げられるとともに外側板部１４ｂの最外端部を上方向に折り曲げている。さらに、内側板部１３ｄ，１４ｄは互いに重ね合わせるとともに、内側板部１３ｄの最外端部の一部を下方向に折り曲げて部分加締部１８を形成している。これら部分加締部１７，１８により、２枚の保持器１３，１４は内外端部を強固に一体化されるとともに、前述した実施の形態２における全周加締に比べ、加締工程を格段に簡略化することができる。
【００４５】
保持器の外周縁の部分１９は、２枚の保持器１３，１４の位相合わせ用の位置決め部である。たとえば、上側保持器１３の外縁に切欠部（図示せず）を形成するとともに下側保持器１４の外縁に形成した突起部（図示せず）を係合させ、加締加工などに両保持器１３，１４のポケット１５，１６のピッチがずれないようにしている。また、これらの部分加締部１７，１８は周縁の４箇所に、その位相を４５度ずらせて形成し、加締加工時、保持器変形の影響を防止している。なお加締箇所は４箇所に限らず、５〜８箇所であってもよい。
【００４６】
本実施の形態における最大の特徴は、保持器の表層、とくにポケットの窓の端縁部に硬化層が、深さ３μｍ超え、１００μｍ未満の範囲内に形成されていることである。このため、針状ころの外径側端部によって保持器の窓の端縁部に、異常摩耗が生じることがない。さらに、硬化層を有したまま保持器の外径側および内径側の端部において重ねて折り曲げて加締加工を施してもクラックを生じることがない。なお、保持器３，４は、ＳＰＣＣ以外にも、たとえば、ＳＣＭ４１５などの帯鋼をプレスで絞り成形してもよい。
【００４７】
（実施の形態４）
図６（ａ）は、本発明の実施の形態４におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩｂ−Ｏ−ＶＩｂ線に沿う断面図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＣ部拡大図であり、そして図６（ｄ）は図６（ｂ）のＤ部拡大図である。この実施の形態４は前述した実施の形態３と加締方向が異なるのみであり、その他同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４８】
このスラスト針状ころ軸受１１’は、複数の針状ころ２とこれら針状ころ２を周方向に所定ピッチで保持する２枚の環状の保持器１３’，１４’とからなっている。２枚の保持器１３’，１４’のうち、上側保持器１３’のころ保持部１５ａの径方向外側は、図６（ｃ）に示すように、ころ保持部１５ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部１３ａと、この傾斜延出部１３ａの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた外側板部１３ｂとで構成されている。また、上側保持器１３のころ保持部１５ａの径方向内側は、同じくころ保持部１５ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部１３ｃと、この傾斜延出部１３ｃの下端から径方向に交差する折り曲げ線を持つように折り曲げられた内側板部１３ｄ’とで構成されている。
【００４９】
また、下側保持器１４のころ保持部１６ａの径方向外側は、ころ保持部１６ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部１４ａと、この傾斜延出部１４ａの下端から径方向に向けて折り曲げられた外側板部１４ｂとで構成されている。また、上側保持器１４のころ保持部１６ａの径方向内側は、同じくころ保持部１６ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部１４ｃと、この傾斜延出部１４ｃの下端から径方向に向けて折り曲げられた内側板部１４ｄ’とで構成されている。
【００５０】
そして、２枚の保持器１３’，１４’は、図６（ｃ）に示すように、外側板部１３ｂ，１４ｂを互いに重ね合わされるとともに、外側板部１４ｂの最外端部の一部を上方向に折り曲げて部分加締部１７を形成している。一方、内側板部１３ｄ’、１４ｄ’は互いに重ね合わされるとともに、内側板部１４ｄ’の最外端部を上方向に折り曲げている。また、図６（ｄ）に示すように、内側板部１３ｄ’，１４ｄ’は互いに重ね合わされるとともに、内側板部１４ｄ’の最内端部の一部を上方向に折り曲げて部分加締部１８’を形成している。これら部分加締部１７，１８’により、２枚の保持器１３’，１４’は内外端部を強固に一体化されるとともに、前述した第２の実施の形態における部分加締部と異なり同一面に部分加締部１７，１８’が存在するため加締加工のさらなる簡略化ができる。
【００５１】
本実施の形態における最大の特徴は、保持器の表層、とくにポケットの窓の端縁部に硬化層が、深さ３μｍ超え、１００μｍ未満の範囲内に形成されていることである。このため、針状ころの外径側端部によって保持器の窓の端縁部に、異常摩耗が生じることがない。さらに、硬化層を有したまま保持器の外径側および内径側の端部において重ねて折り曲げて加締加工を施してもクラックを生じることがない。摩耗をさらに確実に防止して、かつ加締加工の際にクラックを生じないためには、硬化層は５μｍ〜５０μｍの範囲内にすることが一層望ましい。
【００５２】
（実施の形態５）
図７（ａ）は、本発明の実施の形態５におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＶＩＩｂ−Ｏ−ＶＩＩｂ線に沿った断面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＥ部拡大図である。この実施の形態５は、前述した実施の形態２〜４とは、２枚の保持器の固定手段が異なるのみであり、その他同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
このスラスト針状ころ軸受２１は、複数の針状ころ２とこれら針状ころ２を周方向に所定ピッチで保持する２枚の環状の保持器２３，２４とからなっている。２枚の保持器２３，２４のうち、上側保持器２３のころ保持部２５ａの径方向外側は、図７（ｃ）に示すように、ころ保持部２５ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部２３ａと、この傾斜延出部２３ａの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた外側板部２３ｂとで構成されている。また、上側保持器２３のころ保持部２５ａの径方向内側は、同じくころ保持部２５ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部２３ｃと、この傾斜延出部２３ｃの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた内側板部２３ｄとで構成されている。
【００５４】
また、下側保持器２４のころ保持部２６ａの径方向外側は、ころ保持部２６ａの外端から折り曲げられた傾斜延出部２４ａと、この傾斜延出部２４ａの下端から径方向に向けて折り曲げられた外側板部２４ｂとで構成されている。また、下側保持器２４のころ保持部２６ａの径方向内側は、同じくころ保持部２６ａの内端から折り曲げられた傾斜延出部２４ｃと、この傾斜延出部２４ｃの下端から径方向と交差する折曲げ線を持つように折り曲げられた内側板部２４ｄとで構成されている。
【００５５】
そして、２枚の保持器２３，２４は、図７（ｃ）に示すように、外側板部２３ｂ，２４ｂを互いに上下に重ね合わせるとともに、外側板部２４ｂの最外端部を上方向に折り曲げている。一方、内側板部２３ｄ，２４ｄは互いに上下に重ね合わせるとともに、内側板部２４ｄの最内端部を上方向に折り曲げている。なお、内側板部２３ｄの最内端部を下方向に折り曲げてもよい。実施の形態では、２枚の保持器２３，２４を図７（ａ）に示すように、それぞれの内周部と外周部とをスポット溶接部２７，２８で一体に固定している。これらの溶接部２７，２８は周方向に等間隔で４箇所互いに位相を４５度ずらせて設けている。これにより、溶接による保持器変形への影響を防止している。なお、部分加締部は必ずしも４箇所に形成される必要はなく、２箇所以上に等配されれば加締加工時に保持器変形への影響が防止可能である。
【００５６】
保持器の外周縁の部分２９は、２枚の保持器２３，２４の位相合わせ用の位置決め部である。上側保持器２３の外縁に突起部２９ａを形成するとともに、下側保持器２４の外縁に形成した切欠部２９ｂを係合させ、２枚の保持器２３，２４のポケット２５，２６の位相がずれないようにしている。なお、この位置決め部２９はこうした構成に限らず、たとえば、下側保持器２４の外縁部の一部を加締し、上側保持器２３に係合させて固定するいわゆるステーキング方式や、ピンと孔とによる係合方式であってもよい。
【００５７】
本実施の形態における最大の特徴は、保持器の表層、とくにポケットの窓の端縁部に硬化層が、深さ３μｍ超え、１００μｍ未満の範囲内に形成されていることである。このため、針状ころの外径側端部によって保持器の窓の端縁部に、異常摩耗が生じることがない。さらに、硬化層を有したまま保持器の外径側および内径側の端部において重ねて折り曲げて加締加工を施してもクラックを生じることがない。摩耗をさらに確実に防止して、かつ加締加工の際にクラックを生じないためには、硬化層は５μｍ〜５０μｍの範囲内にすることが一層望ましい。
【００５８】
【実施例】
次に、実際にスラスト針状ころ軸受けを作製し、（１）保持器ポケット外径側端面部の摩耗（ドリリング摩耗）を測定して、硬化層深さの影響を試験した結果および（２）かしめ加工におけるクラックの発生の有無について試験した結果について説明する。
（１）摩耗試験
図１に示すスラスト針状ころ軸受について、竪型高温スラスト試験機により、ドリリング摩耗耐久性試験を行なった。試験条件は、次のとおりである。
（Ｓ１）回転数：９０００ｒ／ｍｉｎ
（Ｓ２）アキシャル荷重：４４６０ＮＰ／Ｃ＝０．１
（Ｓ３）潤滑：循環給油、タービン♯４６油（１２０ｍｌ／ｍｉｎ）、常温
（Ｓ４）運転時間：３００ｈ
保持器の硬化層は、軟窒化処理により、深さ３μｍと５μｍとの２種類の試験体を作製し、試験に供した。上記の条件で運転した後、保持器ポケット外径側端面部の摩耗（ドリリング摩耗）を測定した。測定方法は、形状測定器（コントレーサ）により、表面の摩耗形状を端の部分から測定することにより摩耗深さを測定した。
【００５９】
図８（ａ）に硬化層深さ５μｍの場合（本発明例）のコントレーサ測定結果を、また図８（ｂ）に硬化層深さ３μｍの場合（比較例）の測定結果を示す。図８（ａ）によれば、摩耗を生じていない端部から落ち込んでいる摩耗深さは訳５μｍであり、摩耗深さは許容範囲内にある。これに対して、図８（ｂ）に示す硬化層深さ３μｍの場合には摩耗深さは２３μｍに達している。このように異常に大きな摩耗が生じると、針状ころのスムースな回転が妨げられ、耐久性は大きく低下する。したがって、耐摩耗性を十分確保するためには、硬化層を３μｍを超える深さまで形成する。
（２）かしめ加工割れ試験
薄鋼板素材に対して軟窒化処理により、硬化層深さを変化させた試験体を容易した。軟窒化処理により、硬化層の深さは、１００μｍと、９０μｍとの２種類の試験体を作製した。次いで、この硬化層（軟窒化層）を有する薄鋼板を２枚重ね合わせて、折り曲げ、かしめ加工を施し、クラックの有無を調べた。上記折り曲げにおける内側曲げ半径Ｒは０．２とした。
【００６０】
結果を図９（ａ）および図９（ｂ）に示す。これらの図によれば、硬化層深さ９０μｍでは、上記加工部に割れは認められない、一方、硬化層深さ１００μｍでは、クラックが発生しており、耐久性の劣化は避けられない。
【００６１】
上記の実施例によれば、硬化層（軟窒化層）深さを３μｍ超え、１００μｍ未満とすることにより、耐摩耗性と耐かしめ加工割れ性との両方を満たすスラスト針状ころ軸受を提供することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明を行なったが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることはもちろんのことであり、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によって示されさらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、範囲内のすべての変更を含む。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のスラスト針状ころ軸受および保持器を用いることにより、耐摩耗性、とくに針状ころが遠心力で強く押し付けられる保持器の部分の耐ドリリング摩耗性を確保した上で、かしめ加工に対する耐割れ性を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図であり、（ｄ）は（ａ）のポケット部の要部拡大図であり、（ｅ）は（ｃ）のＩｅ−Ｉｅ線に沿った拡大断面図である。
【図２】図１のスラスト針状ころ軸受の部分斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるスラスト針状ころ軸受の使用状態を説明する部分断面図である。
【図４】図１のスラスト針状ころ軸受の製造手順を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態３におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｏ−Ｖｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）の底面図であり、（ｄ）は（ｂ）のＡ部拡大図であり、（ｅ）は（ｂ）のＢ部拡大図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態４におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩｂ−Ｏ−ＶＩｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図であり、（ｄ）は（ｂ）のＤ部拡大図である。
【図７】（ａ）は、本発明の実施の形態５におけるスラスト針状ころ軸受を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ−Ｏ−ＶＩＩｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＥ部拡大図でる。
【図８】摩耗試験結果、すなわちコントレーサによる表層部のプロファイルを示す図である。（ａ）は硬化層深さ５μｍの場合（本発明例）の試験体の結果であり、（ｂ）は硬化層深さ３μｍの場合（比較例）の試験体の結果である。
【図９】かしめ加工部の割れ試験結果を示す図である。（ａ）は硬化層深さ９０μｍ（本発明例）の結果であり、（ｂ）は硬化層深さ１００μｍ（比較例）の結果である。
【符号の説明】
１，１１，１１’，２１スラスト針状ころ軸受、２針状ころ、２ａ外径側針状ころ、２ｂ内径側針状ころ、３，１３，１３’，２３，３３上側保持器、３ａ，１３ａ，２３ａ傾斜延出部、３ｂ，１３ｂ，２３ｂ外側板部、３ｃ，１３ｃ，２３ｃ傾斜延出部、３ｄ，１３ｄ，１３ｄ’，２３ｄ内側板部、４ａ，１４ａ，２４ａ傾斜延出部、４ｂ，１４ｂ，２４ｂ外側板部、４ｃ，１４ｃ，２４ｃ傾斜延出部、４ｄ，１４ｄ，１４ｄ’，２４ｄ内側板部、４，１４，１４’，２４下側保持器、５，１５，２５ポケット、５ａ，１５ａ，２５ａころ保持部、５ｂ，６ｂ凹部、６，１６，２６ポケット、６ａ，１６ａ，２６ａころ保持部、７，８加締部、１７，１８，１８’ 部分加締部、９第１軸、９ａ，１０ａ軌道面、１０第２軸、１９，２９位置決め部、２９ａ突起部、２９ｂ切欠部、５０スラスト針状ころ軸受、６０上側保持器、６１，７１窓、７０下側保持器、６２，７２外側板部、６３，７３内側板部、６４，７４ころ保持部、６７，７７最内端部、８０針状ころ、Ｌころ長さ、Ｌａころ保持部の径方向の長さ、Ｌｐポケットの径方向長さ、Ｔ_０ころ保持部の厚さ、Ｔ_１ころ保持部の外側部分の厚さ、Ｔ_２ころ保持部の内側部分の厚さ。

Claims

複数のころと、前記ころを上側部材と下側部材とで挟むように保持する金属製の保持器とを備えたスラストころ軸受であって、
前記保持器の表層部に軟窒化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成した、スラストころ軸受。
複数のころと、前記ころを上側部材と下側部材とで挟むように保持する金属製の保持器とを備えたスラストころ軸受であって、
前記保持器は、その表層部に硬化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成され、また、その外径側端部および内径側端部の少なくとも一方において前記上側部材と下側部材とが重ね折り曲げられ、かしめ加工されており、その加工部において前記軟窒化層が塑性変形している、スラストころ軸受。
前記ころおよび保持器を挟むように位置し、前記ころに接する軌道輪を有する、請求項１または２に記載のスラストころ軸受。
前記ころが浸炭窒化処理されている、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストころ軸受。
前記ころが複列のころ列で配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載のスラストころ軸受。
上側部材と下側部材とによってころを挟むように保持する保持器であって、
その表層部に硬化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成した、保持器。
上側部材と下側部材とによってころを挟むように保持する保持器であって、
その表層部に硬化層を深さ３μｍ超え１００μｍ未満の範囲内に形成され、また、その外径側端部および内径側端部の少なくとも一方において前記上側部材と下側部材とが重ね折り曲げられ、かしめ加工されており、その加工部において前記硬化層が塑性変形している、保持器。