JP2005195148A

JP2005195148A - スラスト針状ころ軸受

Info

Publication number: JP2005195148A
Application number: JP2004004355A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Watanabe; 靖之渡邊; Kosuke Obayashi; 光介尾林
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21
Also published as: CN100429415C; CN1902408A

Abstract

【課題】表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損に対して効果があり、通常の荷重依存型の転動疲れにも効果がある長寿命なスラスト針状ころ軸受を提供することを目的とする。
【解決手段】薄肉鋼板からなる軌道輪１と針状ころ２とを有するスラスト針状ころ軸受１０Ａにおいて、少なくとも軌道輪１が表層部に窒素富化層を有し、その表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、その表層部のオーステナイト結晶粒度番号が１１番以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラスト針状ころ軸受に関し、特に、カーエアコン・コンプレッサ、オートマチックトランスミッション用のスラスト針状ころ軸受に関するものである。

スラスト針状ころ軸受は、針状ころ、保持器および軌道輪で構成され、針状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が得られる利点を有している。したがって、スラスト針状ころ軸受は、希薄潤滑下や高速回転下での運転など、苛酷な使用条件で使用する軸受として好適で、カーエアコン・コンプレッサやオートマチックトランスミッションに使用されている。

このようなスラスト針状ころ軸受は、たとえば以下の特許文献１（特開２００２−７０８７２号公報）に開示されている。

カーエアコン・コンプレッサに使用されているオイルは低粘度であるうえ、コンプレッサ能力（冷却能力）を向上させるため、オイル量が削減されている。このような希薄潤滑下での過酷な条件で使用されているため、ころの差動滑りが大きい場合は、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損が発生する恐れがある。

また、自動車メーカやオートマチックトランスミッションメーカ各社において省エネルギ化の観点から、従来オイルに添加剤を入れて使用する場合がある。添加剤入りのオイルは、軸受への潤滑性能が通常のオイルよりも劣るため、ころの差動滑りが大きい現行のスラスト軸受では、表面起点型剥離などの表面損傷での観点から改善が望まれる。

また、カーエアコン・コンプレッサおよびオートマチックトランスミッションの使用条件として、高荷重化への傾向が見られ、通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離の観点からも改善が望まれている。

このため、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損に対して効果があり、通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離にも効果がある長寿命の軸受が求められている。
特開２００２−７０８７２号公報

従来のスラスト針状ころ軸受における軌道輪の材質には、プレス加工が可能な鋼板および鋼帯の材料であって加工性、入手性のよい材料として、低炭素構造用鋼、冷間圧延鋼板、鋼帯、中炭素鋼あるいは軸受鋼が使用されている。また、軌道輪の熱処理としては、低炭素構造用鋼、冷間圧延鋼板または鋼帯が用いられる場合には浸炭または浸炭窒化処理が行なわれ、中炭素鋼または軸受鋼が用いられる場合には光輝焼入れまたは高周波焼入れ処理が行なわれる。

また、従来のスラスト針状ころ軸受のころの材質には軸受鋼が用いられ、その熱処理には光輝焼入れまたは浸炭窒化処理が行なわれる。

スラスト針状ころ軸受の場合、ころの差動滑りによる発熱などにより、表面起点型剥離などの損傷を誘発するが、この表面起点型剥離などの表面損傷に対する軌道輪の強化が望まれている。

また、高荷重の作用する条件下の場合、通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離も発生することがあり、長寿命化が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、少なくとも軌道輪の性状を変更することにより、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損に対して効果があり、通常の荷重依存型の転動疲れにも効果がある長寿命なスラスト針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラスト針状ころ軸受は、薄肉鋼板からなる軌道輪と針状ころとを有するスラスト針状ころ軸受において、少なくとも軌道輪が表層部に窒素富化層を有し、その表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、表層部のオーステナイト結晶粒度番号が１１番以上であることを特徴とするものである。

上記のスラスト針状ころ軸受において好ましくは、表層部の窒素含有量が０．１質量％〜０．７質量％である。

本発明のスラスト針状ころ軸受では、軌道輪が結晶粒度が細かく、かつ耐熱性のある材質とされることにより、表面起点型剥離（ピーリング、スミアリングなどの表面損傷）寿命と、内部起点型剥離寿命との双方を向上させることができる。

具体的には、軸受鋼、中炭素鋼などの素材の加工または熱処理パターンの工夫により、１１番以上のオーステナイト結晶粒度を確保した浸炭窒化組織（窒素富化層）を得ることができる。このような組織を得ることにより、亀裂の発生、進展に対する抵抗性を非常に大きくすることができる。この結果、滑りによる表層発熱や接線力による表面亀裂の発生を抑えることができる。さらに、内部起点型剥離の亀裂に対しても、相当な長寿命化が図れることを本願発明者らは見出した。

特に表面起点型剥離などの表面損傷に対しては、表層部に微細な炭化物が析出している耐熱性のある窒素富化層が形成されている必要がある。本発明では、表層部に窒素富化層が形成されており、かつその表層部に残留オーステナイトが５体積％以上存在し、かつ表層部のオーステナイト結晶粒度が１１番以上と微細であるため、表面起点型剥離などの表面損傷を抑制することができる。

また、表層部の窒素富化層に存在する残留オーステナイトは、表面硬さを低下させる要因になるため、浸炭窒化処理後に浸炭窒化処理時の温度より低い温度に再加熱し焼入れる処理を行なうことにより、浸炭窒化処理品よりも残留オーステナイト量を少なくする必要がある。本発明では、その表層部の残留オーステナイトが２５体積％以下と抑えられているため、表面硬さの低下を抑制することができる。

上記のミクロ組織をベースに、さらに加工処理や熱処理を加え、上記の表層に圧縮応力を与え、さらに硬度を上昇させることにより長寿命化を図ることができる。これらの加工処理や熱処理には、（ｂ１）ショットピーニング、（ｂ２）バレル加工、（ｂ３）ローリング加工、（ｂ４）浸炭処理＋浸炭窒化処理、（ｂ５）浸炭窒化処理＋サブゼロ処理、（ｂ６）浸炭窒化処理＋２次焼入れ＋サブゼロ処理のような手法を、そのまま、または（ｂ１）〜（ｂ６）の手法を組み合わせて行なうことができる。

また、上記軌道輪およびころの少なくとも１つが、Ａ₁変態点以上で浸炭窒化処理を施され、その後Ａ₁変態点未満の温度に冷却された後、浸炭窒化処理の温度より低い焼入れ温度に加熱され、その焼入れ温度から焼入れられてもよい。

上記浸炭窒化温度で浸炭窒化処理した後にＡ₁点未満に冷却する工程では、油冷などにより室温まで冷却してもよいし、オーステナイト変態が所定値以上終了する温度まで冷却する処理であってもよい。上記製造方法により、窒素富化層を有し、オーステナイト粒が微細であり、かつ適切な量の残留オーステナイトを含む金属組織を得ることができる。このため、表面起点型剥離寿命、内部起点型剥離寿命ともに向上させることができる。また、経年寸法変化を抑制したスラスト針状ころ軸受を得ることができる。

なお、上記窒素富化層は、上述のように、浸炭窒化処理により形成されるが、上記窒素富化層に炭素が富化されていてもよいし、富化されていなくてもよい。

このようなミクロ組織では、浸炭窒化処理から一度冷却された後に浸炭窒化処理の温度よりも低い焼入れ温度から焼き入れられるので、非常に微細なオーステナイト結晶粒を得ることができる。上記の浸炭窒化処理温度より低い焼入れ温度に加熱し焼入れる処理を、その処理の順序から２次焼入れまたは最終焼入れと呼ぶ場合がある。

また、上記の焼入れ温度が、少なくとも浸炭窒化された鋼の表層部において、炭化物および／または窒化物とオーステナイト相とが共存する温度域であるとしてもよい。

焼入れの際の加熱温度が浸炭窒化処理時の加熱温度よりも低いので、浸炭窒化処理の効果がおよぶ表層部における未溶解の炭化物および／または窒化物の量は浸炭窒化処理のときよりも増大する。このため、焼入れ温度が上記の共存温度域の場合、焼入れ温度において、浸炭窒化処理のときより、未溶解の炭化物／窒化物の量の比率が増大し、オーステナイト量の比率が低下する。しかも、鉄−炭素２元状態図から判断して、炭化物（セメンタイト）とオーステナイトとの共存領域において、焼入れ温度の低下にともないオーステナイトに固溶する炭素濃度も低くなる。なお、軸受に用いられる鋼は、Ｓｉ（シリコン）やＭｎ（マンガン）などの他の合金元素の含有率が低いので、鉄−炭素２元系状態図を用いて十分高い精度で各温度領域や生成層を論じることができる。また、窒素は炭素と同様に、鉄中に侵入型元素として固溶し、また所定の温度域では、セメンタイトに類似した鉄との窒化物を生成するので、近似的に炭素と同じとみることができる。

焼入れ温度に加熱したとき、オーステナイト粒の成長を妨げる未溶解の炭化物および／または窒化物の量が多いために、オーステナイト粒は微細となる。また、焼入れによってオーステナイトからマルテンサイトに変態した組織は、上記の熱処理の場合、炭素濃度がやや低いので、浸炭窒化処理温度から焼入れた組織に比べて若干靭性に富んだ組織となる。すなわち、（ｃ１）従来よりその量が多い未溶解の炭化物／窒化物と、（ｃ２）炭素濃度が従来より低い焼入れ組織となる。

上記の焼入れ温度は、７８０℃〜８３０℃とされてもよい。ほとんど全ての鋼素材に対してこの温度域を適用し、焼入れ温度の管理を簡単化することができる。

また、上記の軌道輪およびころの少なくとも１つにおいて、浸炭窒化処理前にプレス加工のような冷間加工が施されていてもよい。

このような冷間加工の適用により、熱処理の際のオーステナイト粒の核発生密度が増し、細粒組織を得ることができる。

さらに、上記の軌道輪およびころの少なくとも１つにおいて、５００ＭＰａ以上の圧縮応力が付与されていてもよい。

上述したように、上記のミクロ組織をベースに、さらに加工処理や熱処理を加え、上記の表層に圧縮応力を与えることにより、さらに長寿命化を図ることができる。

なお、本明細書におけるオーステナイト結晶粒度番号とは、ＪＩＳＧ０５５１のオーステナイト結晶粒度試験方法において定義されているオーステナイトの粒度番号である。

また、本明細書におけるオーステナイト結晶粒とは、焼入加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、これは、冷却によりマルテンサイトへ変態した後も、過去の履歴として残存しているものをいう。

また、上記オーステナイト結晶粒は、対象とする部材の金相試料に対してエッチングなど、粒界を顕出する処理を施して観察することができる粒界であればよい。低温焼入れ直前の加熱された時点での粒界という意味で、旧オーステナイト粒と呼ぶ場合がある。測定は、ＪＩＳ規格の粒度番号の平均値から平均粒径に換算して求めてもよいし、切片法などにより金相組織に重ねたランダム方向の直線が粒界と会合する間の間隔長さの平均値をとり、補正係数をかけて２次元から３次元の間隔長さにしてもよい。

残留オーステナイトの測定は、各種のＸ線回折法を用いて、オーステナイト相の適当な面指数の回折強度を求め、フェライト相の適当な面指数からの回折強度との比をとるなどして測定される。その際、回折ピークの高さを用いてもよいし、回折ピークの面積を用いてもよい。その他、オーステナイト相が非磁性体であり、フェライト相が強磁性体であることを利用して、磁気天秤などにより磁化力を求めることによっても測定できる。その他、市販の測定装置を用いて簡単に測定することができる。

また、上記低温焼入れの際にオーステナイト相はマルテンサイトなどに変態するが、上記残留オーステナイトは、異なる結晶面に沿って変態する隣り合うマルテンサイトの束の間などに、未変態のまま室温まで残ってしまったオーステナイトを指す。したがって、上記の平均粒径の範囲が限定されるオーステナイト結晶粒と直接の関係はない。

また表層部の窒素含有量が０．１質量％より少ないと効果がなく、特に異物混入条件での転動寿命が低下する。窒素含有量が０．７質量％より多いと、ボイドと呼ばれる空孔ができたり、残留オーステナイトが多くなりすぎて硬度が出なくなったりして短寿命になる。軌道輪に形成された窒素富化層については、窒素含有量は、研削後の軌道面の表層５０μｍにおける値であって、例えばＥＰＭＡ（Electron Probe Micro-Analysis：波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ）で測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるスラスト針状ころ軸受の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、このスラスト針状ころ軸受１０Ａは、薄肉鋼板からなる１対の軌道輪１、１と、１対の軌道輪１、１の間で転動する複数の針状ころ２と、複数の針状ころ２を周方向に所定ピッチで保持する環状の保持器３とを有している。軌道輪１は、軸などを挿入するための貫通孔１ａを中央部に有している。

このスラスト針状ころ軸受１０Ａの少なくとも軌道輪１は、表層部に窒素富化層を有し、その表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、その表層部のオーステナイト結晶粒度番号が１１番以上である。また、その表層部の窒素濃度が０．０５質量％以上０．４質量％以下であることが好ましい。

また、軌道輪１だけでなく針状ころ２または保持器３が、表層部に窒素富化層を有し、その表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、その表層部のオーステナイト結晶粒度番号が１１番以上であってもよい。また、その表層部の窒素濃度が０．０５質量％以上０．４質量％以下であってもよい。

上記においては、複数の針状ころ２が単列で配置された構成について説明したが、図２に示すように複数の針状ころ２が複列で配置されていてもよい。

図２を参照して、スラスト針状ころ軸受１０Ｂは、内径側の針状ころ２ａと外径側の針状ころ２ｂとからなる複列の針状ころ２を有している。この場合、保持器３は、２枚の環状の部材３ａと３ｂとが互いに接するように重ね合わされて構成されていることが好ましい。この環状の部材３ａの内径側端部が環状の部材３ｂ側へ折り曲げられて加締められ、かつ環状の部材３ｂの外径側端部が環状の部材３ａ側へ折り曲げられて加締められていることが好ましい。これにより、２枚の環状の部材３ａ、３ｂを加締固定して強固に一体化させることができる。

なお、ここでは複列の針状ころ２ａ、２ｂの長さＬ１、Ｌ２を同一としているが、使用条件によってＬ１≦Ｌ２、Ｌ２≦Ｌ１を選択できる。外径側の針状ころ２ｂの長さＬ２を内径側の針状ころ２ａの長さＬ１よりも長く、たとえば１．２倍の長さとすることにより、外径側の負荷容量を上げることが好ましい。

なお、上記以外のスラスト針状ころ軸受１０Ｂの構成は、上述のスラスト針状ころ軸受１０Ａの構成とほぼ同じであるため同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

次に、本実施の形態のスラスト針状ころ軸受１０Ａ、１０Ｂの各々における軌道輪１、針状ころ２および保持器３の少なくとも１つの軸受部品に行う浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。

図３および図４に、本発明のスラスト針状ころ軸受を形成するための熱処理方法を示す。図３は１次焼入れおよび２次焼入れを行なう方法を示す熱処理パターンであり、図４は焼入れ途中で材料をＡ₁変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れる方法を示す熱処理パターンである。どちらも本発明のスラスト針状ころ軸受の熱処理例である。

図３を参照して、まず軸受部品用の鋼がＡ₁変態点以上の浸炭窒化処理温度（８４５℃）に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。温度処理Ｔ₁では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また炭素が鋼に十分に溶け込ませられる。この後、軸受部品用の鋼は、処理Ｔ₁の温度から油焼入れを施されて、Ａ₁変態点未満の温度に冷却される。次いで２３０℃で焼戻しが行なわれるが、この焼戻しは省略することができる。

この後、軸受部品用の鋼がＡ₁変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度（たとえば８００℃）に再加熱され、その温度で保持することにより処理Ｔ₂が施された後、処理Ｔ₂の温度から油焼入れを施されて、Ａ₁変態点未満の温度に冷却される。次いで２３０℃で焼戻しが行なわれる。

図４を参照して、まず軸受部品用の鋼がＡ₁変態点以上の浸炭窒化処理温度（８４５℃）に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。温度処理Ｔ₁では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また炭素が鋼に十分に溶け込ませられる。この後、軸受部品用の鋼は焼入れされずにＡ₁変態点以下の温度に冷却される。この後、軸受部品用の鋼がＡ₁変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度（たとえば８００℃）に再加熱され、その温度で保持することにより処理Ｔ₂が施された後、処理Ｔ₂の温度から油焼入れを施されて、Ａ₁変態点未満の温度に冷却される。次いで２３０℃で焼戻しが行なわれる。

上記の浸炭窒化処理により「浸炭窒化処理層」である窒素富化層が軸受部品用の鋼の表層部に形成される。浸炭窒化処理において素材となる鋼の炭素濃度が高いため、通常の浸炭窒化処理の雰囲気から炭素が鋼の表面に侵入しにくい場合がある。たとえば炭素濃度が高い鋼の場合（１質量％程度の鋼）、それ以上高い炭素濃度の浸炭層が生成する場合もあるし、それ以上高い炭素濃度の浸炭層は生成しにくい場合がある。しかし、窒素濃度は、Ｃｒ（クロム）濃度にも依存するが、通常の鋼では０.０２０質量％程度以下と低いので、素材の鋼の炭素濃度によらず窒素富化層が明瞭に生成される。上記窒素富化層には炭素が富化されていてもよいことはいうまでもない。

上記の熱処理では、普通焼入れ（すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま１回焼入れ）するよりも、表層部を浸炭窒化しつつ、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損に対して効果があり、かつ通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離にも効果があるため、スラスト針状ころ軸受の寿命を長寿命とすることができる。

上記図３に示す熱処理パターンを適用した軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図５（ａ）に示す。また、比較のため、従来の熱処理方法による軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図５（ｂ）に示す。また、図６（ａ）および図６（ｂ）に、上記図５（ａ）および図５（ｂ）を図解したオーステナイト結晶粒度を示す。これらオーステナイト結晶粒度を示す組織より、従来のオーステナイト粒径はＪＩ（Japanese Industrial Standard）規格の粒度番号で１０番であり、また本発明による熱処理方法によれば１２番の細粒を得ることができる。また、図５（ａ）の平均粒径は、切片法で測定した結果、５．６μｍであった。

次に、本実施の形態のスラスト針状ころ軸受１０Ｂ（図２）を用いたカーエアコン・コンプレッサについて説明する。

図７は、本発明の一実施の形態におけるスラスト針状ころ軸受を用いたコンプレッサの構成を示す概略断面図である。図７を参照して、コンプレッサとしてたとえば両斜板タイプの斜板式コンプレッサ１００が示されている。この斜板式コンプレッサ１００は、主軸１０４に固定された斜板１０３の回転により、斜板１０３上を摺動するシュー１０９を介してピストン１０７が往復作動するようにしたものである。

ハウジング１０２内に、斜板１０３を固定した主軸１０４が、ラジアル軸受１０５を介して回転自在に支持されている。ハウジング１０２には円周方向の等間隔位置に複数のシリンダボア１０６が形成され、各ボア１０６内に両頭形のピストン１０７が摺動自在に収容されている。各ピストン１０７の中央部分に斜板１０３の外周部を跨ぐようにして凹陥部１０８が形成され、この凹陥部１０８の軸方向対向面に球面座を形成して球または半球状のシュー１０９を着座させてある。シュー１０９が斜板１０３とピストン１０７との間に介在して斜板１０３の回転運動をピストン１０７の往復運動に円滑に変換させる働きをする。

斜板１０３は主軸１０４に固定されていて、主軸１０４とともに回転する。そして、上述のように斜板１０３はピストン１０７を往復運動させる働きをするものであるため、主軸１０４の軸方向にスラスト荷重が発生する。それゆえ、そのスラスト荷重を受ける支持構造として、スラスト針状ころ軸受１０Ｂが使用されている。このスラスト針状ころ軸受１０Ｂは、上述したように１対の軌道輪１、１と、複列の針状ころ２ａ、２ｂと、保持器３とを有している。１対の軌道輪１の一方は斜板１０３に組み付けられており、１対の軌道輪１の他方はハウジング１０２側に組み付けられている。

また、上記の実施の形態においては、コンプレッサとしてたとえば両斜板タイプの斜板式コンプレッサについて説明したが、本発明のスラスト針状ころ軸受は他のタイプの斜板式コンプレッサ、スクロール形コンプレッサなどにも適用することができる。また、他のタイプの斜板式コンプレッサとしては、たとえば片斜板タイプの斜板式コンプレッサや片斜板タイプの可変容量斜板式コンプレッサがある。

片斜板タイプの斜板式コンプレッサ２００の場合には、図８に示すように連結部材２１１とハウジング２０２との間および連結部材２１１と斜板２０３との間の各々に、スラスト荷重を受ける支持構造として本実施の形態の複列のスラスト針状ころ軸受１０Ｂが配置されている。なお、連結部材２１１とは、斜板２０３とピストン２０７とを連結するための部材である。このコンプレッサ２００では、主軸２０４の回転に伴って斜板２０３が回転し、それにより連結部材２１１が揺動運動することでピストンロッド２１５を介してピストン２０７がシリンダ内を往復運動する。

また、片斜板タイプの可変容量斜板式コンプレッサ３００の場合には、図９に示すように斜板に対応するジャーナル３０３とピストンサポート３１２との間に、スラスト荷重を受ける支持構造として本実施の形態の複列のスラスト針状ころ軸受１０Ｂが配置される。また、ハウジング３０２と主軸３０４のスリーブ３１４との間にも、スラスト荷重を受ける支持構造として本実施の形態の複列のスラスト針状ころ軸受１０Ｂが配置される。

このコンプレッサ３００では、主軸３０４の回転に伴ってジャーナル３０３が回転し、それによりピストンサポート３１２が揺動運動することでピストンロッド３１５を介してピストン３０７がシリンダ内を往復運動する。なお、このコンプレッサ３００では、ドライブピン３１３と連結されたスリーブ３１４を主軸３０４に対して軸方向にスライドさせることによりジャーナル３０３の傾斜角度を変更することが可能であり、それにより可変容量が実現されている。

次に、本実施の形態のスラスト針状ころ軸受１０Ｂ（図２）を用いたオートマチックトランスミッションについて説明する。

図１０は、本発明の一実施の形態におけるスラスト針状ころ軸受を用いたオートマチックトランスミッションの構成を示す概略断面図である。図１０を参照して、オートマチックトランスミッションは、通常、トルクコンバータ４００と、プラネタリーギア機構（図示せず）とで成り立っている。

トルクコンバータ４００は、インペラ４０１と、ステータ４０２と、タービン４０３とを主に有している。トランスミッションのスラスト荷重を受ける支持構造としての本実施の形態のスラスト針状ころ軸受１０Ｂは、たとえばインペラ４０１とステータ４０２との間、およびステータ４０２とタービン４０３との間に組み付けられている。

このトルクコンバータ４００においては、エンジンの出力軸に連結されるインペラ４０１と、トランスミッションの入力軸に連結されるタービン４０３とが互いに対向するように配置されている。また、ステータ４０２は、ケーシングに固定されたステータシャフトに一方向クラッチ４０４を介して取り付けられている。このステータ４０２は、それぞれ椀状に形成されたインペラブレード４０１ａとタービンブレード４０３ａとの間で還流する流体を、これらの内径側でタービン４０３側からインペラ４０１側へ戻す際に、流体の流れ方向を変えてインペラ４０１に順方向の回転力を付与し、伝達トルクを増幅するものである。

インペラ４０１とステータ４０２との間のスラスト針状ころ軸受１０Ｂは、上述したように１対の軌道輪１、１と、複列の針状ころ２ａ、２ｂと、保持器３とを有している。１対の軌道輪１の一方はインペラハブ４０１ｂに組み付けられており、１対の軌道輪１の他方はステータ４０２側に組み付けられている。

ステータ４０２とタービン４０３との間のスラスト針状ころ軸受１０Ｂも、上述したように１対の軌道輪１、１と、複列の針状ころ２ａ、２ｂと、保持器３とを有している。１対の軌道輪１の一方はタービンハブ４０３ｂに組み付けられており、１対の軌道輪１の他方はステータ４０２側に組み付けられている。

なお、上記においてはカーエアコン・コンプレッサやオートマチックトランスミッションに複列のスラスト針状ころ軸受１０Ｂを設けた場合について説明したが、この複列のスラスト針状ころ軸受１０Ｂの代わりに図１に示す単列のスラスト針状ころ軸受１０Ａが設けられてもよい。

次に本発明の実施例について説明する。

ＳＵＪ２材（ＪＩＳ規格：高炭素クロム軸受鋼鋼材）、ＳＣＭ４１５Ｍ（ＪＩＳ規格：クロムモリブデン鋼鋼材）、およびＳ７０Ｃ（ＪＩＳ規格：機械構造用炭素鋼鋼材）のそれぞれからなる、プレス加工が可能な鋼板および鋼帯製の軌道輪（厚み３ｍｍ以下）と、ころとを準備した。この軌道輪ところとに各種の熱処理を施した。この熱処理としては、図３および図４に示すようなヒートパターンの熱処理（特殊熱処理）、浸炭窒化処理、焼入れ（ズブ焼入れ、高温焼入れ、２回焼入れ）、浸炭などである。

特殊熱処理では、ＲＸガスとアンモニアガスとの混合ガスの雰囲気中で温度８４０℃で一定時間保持して浸炭窒化処理を施した後、その温度から１次焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。次いで浸炭窒化処理を施した温度より低い温度８００℃に再加熱してその温度で一定時間保持してから２次焼入れを行い、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

浸炭窒化処理では、温度８４０℃で一定時間保持して浸炭窒化処理を施した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

浸炭窒化処理＋焼入れ処理では、温度８４０℃で一定時間保持して浸炭窒化処理を施した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。次いで温度８４０℃に再加熱してその温度で一定時間保持した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

浸炭処理では、温度８５０℃で一定時間保持して浸炭処理を施した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

ズブ焼入れ処理では、温度８５０℃で一定時間保持した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

高温焼入れ処理では、温度８８０℃で一定時間保持した後、その温度から焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

２回焼入れ処理では、温度８４０℃で一定時間保持した後、その温度から１回目の焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。次いで温度８４０℃に再加熱してその温度で一定時間保持した後、その温度から２回目の焼入れを行ない、さらに温度２３０℃で焼戻しを行なった。

これらの各処理を施した軌道輪の結晶粒番号、残留オーステナイト量および表層部の窒素含有量を表１に示す。

なお、結晶粒度の測定は、ＪＩＳＧ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行った。また、同一の条件で作成した１０個の試験サンプルの平均値を求めた。

また、残留オーステナイト量の測定は、Ｘ線回折法により軌道面の４箇所の位置のそれぞれの表面下０．０５ｍｍの深さで行なった。また、同一の条件で作成した１０個の試験サンプルの平均値（つまり１０個×４箇所の平均値）を求めた。

また、軌道輪の表層部の窒素含有量の測定は、軌道面に対して垂直に切断してＥＰＭＡを用いた分析により行なった。また、同一の条件で作成した５個の試験サンプルの平均値を求めた。

表１の結果から、特殊熱処理を施した軌道輪の試料サンプルでは、ＳＵＪ２、ＳＣＭ４１５ＭおよびＳ７０Ｃのいずれにおいても、表層部に窒素富化層が確認され、表層部のオーステナイトの結晶粒度番号が１１番以上であり、残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、かつ表層部の窒素含有量が０．１質量％以上０．７質量％以下であった。

一方、特殊熱処理以外の熱処理を施した軌道輪の試料サンプルでは、１１番以上のオーステナイト結晶粒度番号および５体積％以上２５体積％以下の残留オーステナイト量のいずれか一方または双方が得られなかった。

次に、上記の各軌道輪ところとを組み合わせてスラスト針状ころ軸受を作成し、そのスラスト針状ころ軸受の寿命試験を行なった。寿命試験の試験条件を表２に、また寿命試験の試験結果を表３に示す。

表３の結果から、特殊熱処理が施された軌道輪を有するスラスト針状ころ軸受では、特殊熱処理以外の熱処理を施された軌道輪を有するスラスト針状ころ軸受と比較して、Ｌ１０寿命（サンプルとなるスラスト針状ころ軸受の９０％が破損しないで使える負荷回数）が向上し、長寿命となっている。また、軌道輪同士ところ同士が同じ材質であっても、軌道輪だけでなくころにも特殊熱処理を施すことによりさらにＬ１０寿命が向上し長寿命となることがわかる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、カーエアコン・コンプレッサ、オートマチックトランスミッション用のスラスト針状ころ軸受に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態におけるスラスト針状ころ軸受の構成を示す概略断面図である。本発明の他の実施の形態であり、ころが複列に配置されたスラスト針状ころ軸受の構成を示す概略断面図である。本発明のスラスト針状ころ軸受の熱処理方法を説明する図である。本発明のスラスト針状ころ軸受の熱処理方法の変形例を説明する図である。軸受部品のミクロ組織、とくにオーステナイト粒を示す図である。(ａ)は本発明例の軸受部品であり、（ｂ）は従来の軸受部品である。図５（ａ）を図解したオーステナイト粒界を示す図（ａ）およびは図５（ｂ）を図解したオーステナイト粒界を示す図（ｂ）である。両斜板タイプの斜板式コンプレッサの構成を概略的に示す断面図である。片斜板タイプの斜板式コンプレッサの構成を概略的に示す断面図である。片斜板タイプの可変容量斜板式コンプレッサの構成を概略的に示す断面図である。オートマチックトランスミッションのトルクコンバータ部の構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１軌道輪、１ａ貫通孔、２，２ａ，２ｂ針状ころ、３保持器、３ａ，３ｂ環状の部材、１０Ａ，１０Ｂスラスト針状ころ軸受、１００両斜板式コンプレッサ、１０２ハウジング、１０３斜板、１０４主軸、１０５ラジアル軸受、１０６シリンダボア、１０７ピストン、１０８凹陥部、１０９シュー、２００片斜板式コンプレッサ、２０２ハウジング、２０３斜板、２０４主軸、２０７ピストン、２１１連結部材、２１５ピストンロッド、３００可変容量斜板式コンプレッサ、３０２ハウジング、３０３ジャーナル、３０４主軸、３０７ピストン、３１２ピストンサポート、３１３ドライブピン、３１４スリーブ、３１５ピストンロッド、４００トルクコンバータ、４０１インペラ、４０１ａインペラブレード、４０１ｂインペラハブ、４０２ステータ、４０３タービン、４０３ａタービンブレード、４０３ｂタービンハブ、４０４一方向クラッチ。

Claims

薄肉鋼板からなる軌道輪と針状ころとを有するスラスト針状ころ軸受において、少なくとも前記軌道輪が表層部に窒素富化層を有し、前記表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２５体積％以下であり、前記表層部のオーステナイト結晶粒度番号が１１番以上であることを特徴とする、スラスト針状ころ軸受。
前記表層部の窒素含有量が０．１質量％〜０．７質量％の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のスラスト針状ころ軸受。