JP2013213577A - 摺動部材及び針状ころ軸受並びに金属表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属製部材1の表面1aにリン酸塩処理を施して、リン酸塩からなるリン酸塩被膜2を形成した。次に、リン酸塩被膜2が被覆されている金属製部材1に、固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングを施して、リン酸塩被膜2上に固体潤滑剤からなる固体潤滑被膜3を積層した。これにより、リン酸塩被膜2と固体潤滑被膜3からなる潤滑被膜4が、金属製部材1の表面1aに被覆され、金属製部材1の表面1aに優れた潤滑性が付与された。
【選択図】図1
Description
また、車両等に搭載されている自動変速機には、一般的に針状ころ軸受を備える遊星歯車機構が用いられている。針状ころ軸受には細径のころが用いられ、内輪外径と外輪内径との差が小さい場合でも内輪外周面と外輪内周面との間の空間にころを収容することができることから、遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する軸受として針状ころ軸受を用いることは、自動変速機のコンパクト化に寄与し、好ましいと言える。
特許文献3には、ふっ素樹脂を分散させた無電解Ni被膜を表面に形成した金属製保持器を備えるスラストニードル軸受が開示されている。この無電解Ni被膜により、保持器ポケットの案内面との当たりによるころの局部摩耗が抑制される。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、潤滑性と表面粗さに優れる摺動部材、高速条件で使用されても耐久性に優れる針状ころ軸受、及び優れた潤滑性と表面粗さを付与する金属表面処理方法を提供することを課題とする。
さらに、この摺動部材は、遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受に備えられる外輪案内方式の保持器であってもよく、軸方向に延びる複数の柱で2つの環状部材が連結された略円筒状の部材であり、前記柱同士の間に形成されるポケット内に針状ころを保持するようになっており、外周面に前記潤滑被膜が被覆されていてもよい。
さらに、本発明の他の態様に係る金属表面処理方法は、金属の表面にリン酸塩を含有するリン酸塩被膜を形成する第一工程と、固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングにより前記リン酸塩被膜上に前記固体潤滑剤を含有する固体潤滑被膜を積層する第二工程と、を備えることを特徴とする。
この金属表面処理方法においては、前記リン酸塩はリン酸マンガンであることが好ましい。また、前記固体潤滑剤は二硫化モリブデンであることが好ましい。
また、本発明の針状ころ軸受は、前記潤滑被膜を備える保持器を有しているので、高速条件で使用されても耐久性に優れる。
さらに、本発明の金属表面処理方法は、金属の表面にリン酸塩被膜を形成する第一工程と、固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングによりリン酸塩被膜上に固体潤滑被膜を積層する第二工程と、を備えているので、金属の表面に優れた潤滑性と表面粗さを付与することができる。
まず、鋼等の金属材料で構成された金属製部材1に、洗浄,脱脂等の前処理を施した。そして、前処理を施した金属製部材1の表面1aにリン酸塩処理を施して、リン酸塩からなるリン酸塩被膜2を形成した(第一工程)。
また、リン酸塩の種類は特に限定されるものではなく、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸カルシウム等があげられるが、リン酸マンガンが特に好ましい。
さらに、潤滑被膜4の膜厚は0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。膜厚が0.1μm以上であれば、摩耗が生じにくい。一方、10μm以下であれば潤滑被膜4の脱落が生じにくいので、脱落した潤滑被膜4が異物として働き潤滑不良の原因となることが避けやすくなる。
さらに、摺動部材の例として、ボールねじのねじ軸、ナット、ボールや、直動案内装置の案内レール、スライダ、転動体をあげることができる。これらの部材の軌道面及び転動面が摺動面に相当するので、軌道面や転動面に潤滑被膜4を形成することが好ましい。
各柱部12bは、その軸方向中央部に小径な(すなわち、保持器12の中心軸線に近接した)小径部12cを有しており、各柱部12bの軸方向両端部と環状部12aとは小径部12cよりも大径となっている。このような形状の保持器12をM型保持器と呼ぶ。
遊星歯車機構の駆動時には、公転による遠心力で保持器12が遊星歯車22の中心穴の内周面22aに押しつけられ、保持器12と遊星歯車22の間で摺動が生じることとなるが、保持器12の被案内面12dに潤滑被膜が被覆されているため、遊星歯車機構(針状ころ軸受20)が高速条件や高負荷条件で使用されても、焼付き、かじり等の表面損傷が抑制され耐久性に優れる。
なお、本発明は、外輪案内方式の保持器を備える針状ころ軸受に限らず、内輪案内方式、転動体案内方式の保持器を備える針状ころ軸受に適用することも可能である。
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
〔金属表面処理方法の実施例〕
SUJ2製の平板に、潤滑被膜を被覆する表面処理を施した後に、潤滑被膜の膜厚及び表面粗さの測定、並びに、表面の元素分析を行った。
また、ショットピーニングはバレルを用いて行い、その条件は、圧力0.5MPa、処理時間10分間である。
表2から分かるように、実施例1の平板は、比較例1の平板と比べて摩擦係数が40%程度低く、摩耗量が50%少なかった。
前述の保持器12と同一形状の外輪案内方式の保持器に各種表面処理を施し、前述の遊星歯車機構とほぼ同様の構成を有する図4のキャリア公転試験機に組み込んだ。実施例11の保持器に施した表面処理は、リン酸マンガンからなるリン酸塩被膜を形成した後に、そのリン酸塩被膜の上に二硫化モリブデン粉末のショットピーニングにより二硫化モリブデンからなる固体潤滑被膜を形成するというものである。リン酸塩被膜の膜厚は5μmで、表面粗さはRa0.9μmである。また、ショットピーニングの条件は、圧力0.5MPa、処理時間10分間である。
これらの保持器を組み込んだキャリア公転試験機を下記の条件で200時間運転し、運転終了後の保持器の外周面(被案内面)を観察した結果から、かじり及び被膜剥離の有無を判定し、運転終了後の遊星歯車の中心穴の内周面(保持器案内面)を非接触形状測定器で形状測定した結果から、形状崩れの有無を判定した。なお、試験は、各保持器についてそれぞれ6個ずつ行った。
遊星歯車の自転速度:9300min-1
潤滑油の種類 :自動変速機油(ATF:Automatic Transmission Fluid)
潤滑油の供給量 :0.03L/min
潤滑油の温度 :120℃
また、比較例11,12の保持器の外周面(被案内面)を非接触形状測定器で形状測定した結果を図5,6に示す。比較例11,12いずれにおいても、試験後の保持器の外周面には被膜は残っておらず、表面粗さはRa0.01μm程度であった。試験前の表面粗さはいずれも大きかったので、相手面である遊星歯車の中心穴の内周面との接触により、摩耗して平滑になったと考えられる。
1a 表面
2 リン酸塩被膜
3 固体潤滑被膜
4 潤滑被膜
11 針状ころ
12 保持器
12a 環状部材
12b 柱
12d 被案内面
20 針状ころ軸受
22 遊星歯車
26 ピニオンシャフト
Claims (10)
- 相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる摺動面を備える金属製の摺動部材であって、
前記摺動面には潤滑被膜が被覆されており、前記潤滑被膜は、母材の表面上に形成されリン酸塩を含有するリン酸塩被膜と、前記リン酸塩被膜上に形成され固体潤滑剤を含有する固体潤滑被膜と、を備えることを特徴とする摺動部材。 - 前記リン酸塩がリン酸マンガンであることを特徴とする請求項1に記載の摺動部材。
- 前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の摺動部材。
- 前記潤滑被膜の膜厚が0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 前記潤滑被膜の表面粗さRaが0.01μm以上1.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の摺動部材。
- 遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受に備えられる外輪案内方式の保持器であって、
軸方向に延びる複数の柱で2つの環状部材が連結された略円筒状の部材であり、前記柱同士の間に形成されるポケット内に針状ころを保持するようになっており、外周面に前記潤滑被膜が被覆されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の摺動部材。 - 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された針状ころと、を備えるとともに、請求項6に記載の保持器を備えることを特徴とする針状ころ軸受。
- 金属の表面にリン酸塩を含有するリン酸塩被膜を形成する第一工程と、固体潤滑剤を投射材とするショットピーニングにより前記リン酸塩被膜上に前記固体潤滑剤を含有する固体潤滑被膜を積層する第二工程と、を備えることを特徴とする金属表面処理方法。
- 前記リン酸塩がリン酸マンガンであることを特徴とする請求項8に記載の金属表面処理方法。
- 前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の金属表面処理方法。
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