JP6016402B2 - Cage - Google Patents

Description

本発明は、例えば四輪車や二輪車及び汎用エンジン等のクランクシャフト用支持構造やコンロッド支持構造等に使用される軸受に使用される保持器に関する。   The present invention relates to a cage used in a bearing used in a crankshaft support structure, a connecting rod support structure, and the like of, for example, a four-wheel vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine.

軸受の保持器には、軸受の耐蝕性、潤滑性、耐摩耗性、などを向上させるために、金属めっきによる表面処理が行われており、特に、ころ軸受の保持器では、ころ軸受の保持器とコンロッド内壁との耐焼付き性の向上を目的として、摩擦係数が低く潤滑性に優れた銀めっきによる表面処理を行うことが知られている。（例えば、特許文献１参照）   In order to improve the corrosion resistance, lubricity, wear resistance, etc. of the bearing, the bearing cage is subjected to surface treatment by metal plating. In particular, the roller bearing retainer retains the roller bearing. In order to improve the seizure resistance between the vessel and the inner wall of the connecting rod, it is known to perform surface treatment by silver plating having a low friction coefficient and excellent lubricity. (For example, see Patent Document 1)

しかし、高温で長時間使用するという条件下では、銀めっき層は潤滑油中に含まれる硫化モリブデン等の硫黄含有成分の影響で硫化され劣化し、銀めっき皮膜が剥がれてしまうという問題がある。   However, under the condition that it is used for a long time at a high temperature, there is a problem that the silver plating layer is sulfided and deteriorates due to the influence of sulfur-containing components such as molybdenum sulfide contained in the lubricating oil, and the silver plating film is peeled off.

［特許文献１］特開２００２−１９５２６６号公報 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-195266

本発明は、硫化による劣化の少ない、軸受に使用される保持器を提供しようとする。   The present invention seeks to provide a cage for use in bearings that is less susceptible to sulfidation.

本発明の要旨とするところは、四輪車用や二輪車用及び汎用エンジンのクランクシャフト支持構造やコンロッド支持構造に使用される、高温の潤滑油で濡れた状態にあり、針状ころにより保持器表面が相手面と直接摺動しない針状ころ軸受の保持器であって、保持器の基体の最表面に下地めっき層を介してＣｏの成分比率が５〜９５重量％のＳｎ−Ｃｏ合金めっき層が形成された針状ころ軸受用保持器であることにある。 The gist of the present invention is that it is in a wet state with high-temperature lubricating oil used for a crankshaft support structure and a connecting rod support structure for a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, and a general-purpose engine. A needle roller bearing retainer whose surface does not slide directly with the mating surface, and an Sn—Co alloy plating having a Co component ratio of 5 to 95% by weight on the outermost surface of the retainer base via a base plating layer The present invention resides in a cage for a needle roller bearing in which a layer is formed.

本発明によると、硫化による劣化の少ない、軸受に使用される保持器が提供される。   According to the present invention, a cage used for a bearing that is less deteriorated by sulfuration is provided.

本発明の軸受用保持器を備える軸受の態様の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the aspect of a bearing provided with the cage for bearings of this invention. 本発明の軸受用保持器の形態の一例を示す斜視投視図。The perspective projection figure which shows an example of the form of the cage for bearings of this invention. 本発明の軸受用保持器の形態の他の一例を示す斜視図。The perspective view which shows another example of the form of the cage for bearings of this invention. 本発明の軸受用保持器のめっき層の態様を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the aspect of the plating layer of the cage for bearings of this invention. 本発明の軸受用保持器を備える軸受が用いられるコンロッドの態様の一例を示す正面図。The front view which shows an example of the aspect of the connecting rod in which a bearing provided with the cage for bearings of this invention is used.

本発明の軸受用保持器の代表的な例は図１に例示されるような態様のころ軸受２に用いられる保持器４である。ころ軸受２は複数の針状ころ６と、針状ころ６を所定間隔で保持する保持器４とアウターレース８とで構成される。ころ軸受としてはアウターレースが設けられずに外側がハウジングであるコンロッド等の係合穴に嵌めこまれる図２に示す保持器４ａを有するような態様もある。保持器の形状は図１、図２に示すような円筒かご形状のほかに軸受の種類に応じて円錐台形かご形状や図３に示すようなボールベアリング用の保持器４ｂなど様々であり、軸受の種類に応じて選択された形状の保持器が用いられる。   A typical example of the bearing cage of the present invention is a cage 4 used in a roller bearing 2 having a mode as illustrated in FIG. The roller bearing 2 includes a plurality of needle rollers 6, a cage 4 that holds the needle rollers 6 at a predetermined interval, and an outer race 8. As a roller bearing, there is also an aspect in which the outer race is not provided and the cage 4a shown in FIG. 2 is fitted into an engagement hole such as a connecting rod that is a housing on the outside. The shape of the cage is not limited to the cylindrical cage shape as shown in FIG. 1 and FIG. 2, but various shapes such as a truncated cone cage shape and a ball bearing cage 4b as shown in FIG. A cage having a shape selected in accordance with the type of is used.

本願の発明者らは、軸受に銀めっきされた保持器を用いると、前述のように潤滑油に含まれる硫化モリブデン等の硫黄含有成分の影響で銀めっき層が硫化され劣化するという問題を解決しようとして鋭意検討し、めっき層の組成として考えられる膨大な種類の金属及び合金なかで、低摩擦性と耐硫化性を同時に満足して、銀めっきされた保持器より寿命の長い保持器を得ることのできるめっき層組成を見出し本願発明に至った。   The inventors of the present application solved the problem that when a silver-plated cage is used for the bearing, the silver-plated layer is sulfided and deteriorates due to the influence of sulfur-containing components such as molybdenum sulfide contained in the lubricating oil as described above. We have intensively studied to obtain a cage with a longer life than silver-plated cages, satisfying both low friction and sulfidation resistance at the same time among a huge variety of metals and alloys that can be considered as the composition of the plating layer. The present inventors have found a plating layer composition that can be used to achieve the present invention.

本発明の軸受用保持器は、図４に示すように、保持器形状の基体１０の最表面に下地めっき層１２を介してＣｏの成分比率が５〜９５重量％のＳｎ−Ｃｏ合金めっき層１４が形成されてなる。基体１０の材料としては軸受鋼、浸炭鋼、機械構造用炭素鋼などが用いられる。   As shown in FIG. 4, the bearing cage of the present invention has an Sn—Co alloy plating layer having a Co component ratio of 5 to 95 wt% on the outermost surface of the cage-shaped substrate 10 through the base plating layer 12. 14 is formed. Bearing steel, carburized steel, carbon steel for machine structure, etc. are used as the material of the base 10.

Ｓｎ−Ｃｏ合金めっき層１４は、銅や銅合金などにより下地めっきされた基体１０を錫塩とコバルト塩を含むめっき浴を用いて電解めっきして得られる。
めっき浴としてはピロリン酸塩浴、スタネート浴、有機酸塩浴などが好適に用いられる。代表的なめっき浴を以下に例示する。 The Sn—Co alloy plating layer 14 is obtained by electrolytic plating the base 10 plated with copper or copper alloy using a plating bath containing a tin salt and a cobalt salt.
As the plating bath, a pyrophosphate bath, a stannate bath, an organic acid salt bath, or the like is preferably used. A typical plating bath is illustrated below.

ピロリン酸塩浴
塩化コバルト １５〜５０ｇ／ｌ
塩化錫（ＩＩ） １５〜５０ｇ／ｌ
ピロリン酸カリウム ２００〜３００ｇ／ｌ
助剤 適量
ｐＨ ８．５〜１０．０ Pyrophosphate bath cobalt chloride 15-50g / l
Tin (II) chloride 15-50g / l
Potassium pyrophosphate 200-300 g / l
Auxiliary agent pH 8.5-10.0

スタネート浴
塩化コバルト ５〜１５ｇ／ｌ
錫酸ナトリウム ３０〜６０ｇ／ｌ
アミノカルボン酸 １５〜４０ｇ／ｌ
助剤 適量
ｐＨ １２．５〜１３．５ Stanate bath Cobalt chloride 5-15g / l
Sodium stannate 30-60g / l
Aminocarboxylic acid 15-40 g / l
Auxiliary agent Suitable amount pH 12.5 to 13.5

有機酸塩浴
硫酸コバルト ２．４〜２４ｇ／ｌ
硫酸錫（ＩＩ） ０．９〜９ｇ／ｌ
混合安定剤（キレート剤）５〜５０ｇ／ｌ
ｐＨ ７．８〜８．６ Organic acid salt cobalt sulfate 2.4-24g / l
Tin (II) sulfate 0.9-9g / l
Mixing stabilizer (chelating agent) 5-50 g / l
pH 7.8-8.6

本発明においては、Ｓｎ−Ｃｏ合金におけるＣｏの成分比率は５〜９５重量％であることが好ましい。Ｃｏの成分比率が９５重量％を超えて大きいと、めっき皮膜表面にクラックが入る恐れがあり、Ｃｏの成分比率が５重量％未満であると摩擦係数が大きくなるからである。Ｃｏの成分比率が１０〜７０重量％であることがこの点でさらに好ましい。   In the present invention, the Co component ratio in the Sn—Co alloy is preferably 5 to 95% by weight. This is because if the Co component ratio exceeds 95% by weight, cracks may occur on the surface of the plating film, and if the Co component ratio is less than 5% by weight, the friction coefficient increases. In this respect, the Co component ratio is more preferably 10 to 70% by weight.

本発明の効果は以下の実験例で確認された。
実験例
試料：図２に示す、モーターサイクルのエンジンのコンロッドの回転部に使用されるベアリングを保持する保持器に用いられる、クロムモリブデン鋼からなる基体を用いた。
めっき方法
試料１：基体に下地めっき（厚み３μｍ）を施したのち、Ｓｎ−Ｃｏ合金めっき（Ｃｏの比率：４０重量％）を施した。
試料２：基体に銅の下地めっき（厚み３μｍ）を施したのち、常法により厚み２０μｍの銀めっきを施した。
Ｓｎ−Ｃｏ合金めっきのめっき条件
めっき浴：スタネート浴を用いめっき層のＣｏ比率が４０重量％となるよう浴のコバルトの供給源を調整した。
浴温：６０℃
めっき時間：皮膜厚さが２０μｍになるように調節
電流濃度：０．２Ａ／Ｌ
電流密度：１Ａ／ｃｍ^２ The effect of the present invention was confirmed in the following experimental examples.
Experimental Example Sample: A base made of chromium molybdenum steel used in a cage for holding a bearing used in a rotating portion of a connecting rod of a motorcycle engine shown in FIG. 2 was used.
Plating method Sample 1: After applying the base plating (thickness 3 μm) to the substrate, Sn—Co alloy plating (Co ratio: 40 wt%) was applied.
Sample 2: After a base plating of copper (thickness 3 μm) was applied to the substrate, silver plating with a thickness of 20 μm was applied by a conventional method.
Plating conditions of Sn—Co alloy plating Plating bath: A cobalt source of the bath was adjusted using a stannate bath so that the Co ratio of the plating layer was 40% by weight.
Bath temperature: 60 ° C
Plating time: Adjustment current concentration: 0.2 A / L so that the film thickness becomes 20 μm
Current density: 1 A / cm ²

評価
測定方法
・皮膜硬度（Ｈｖ）：ＪＩＳ Ｚ ２２４４ 「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠
；試験力 １０ｇｆ
・摩耗性：ＪＩＳ Ｈ ８５０３「めっきの耐摩耗性試験方法」に準拠；
試験方法 往復運動摩擦試験 ２００サイクル
荷重 １．４８ｋｇｆ
研磨紙粒度 ＃５００
・摩擦係数：プローブを一定荷重のもとで試験体に対して往復運動させたときの摩擦
力を計測する往復摺動摩擦係数測定器にて計測；
プローブ 形状：１．５Ｒ 材質：測定皮膜と同一種
荷重：試料１・・・１５０ｇ 試料２・・・３００ｇ
摺動回数：２０回
シートショック試験：ＪＩＳ Ｈ ８５０４「めっきの密着性」試験方法」
に準拠
スクラッチ試験：ＪＩＳ Ｈ ８５０４「めっきの密着性試験」方法」に準
拠
オイル浸漬硫化試験：オイルに試料を浸漬し、硫化の程度を判定する。
オイルは２種類（モービル１０Ｗ−４０、シェル１０Ｗ−４０ＭＯ）を使用 Evaluation Measurement Method / Film Hardness (Hv): Conforms to JIS Z 2244 “Vickers Hardness Test—Test Method”; Test Force 10 gf
Abrasion: Conforms to JIS H 8503 “Abrasion resistance test method for plating”;
Test method Reciprocating friction test 200 cycles
Load 1.48kgf
Abrasive paper grain size # 500
・ Friction coefficient: Friction when the probe is reciprocated with respect to the specimen under a constant load
Measured with a reciprocating sliding friction coefficient measuring instrument that measures force;
Probe Shape: 1.5R Material: Same type as measurement film
Load: Sample 1 ... 150 g Sample 2 ... 300 g
Number of slides: 20 times
Seat shock test: JIS H 8504 “Plating adhesion” test method ”
According to
Scratch test: according to JIS H 8504 "Plating adhesion test" method
Ground
Oil immersion sulfidation test: A sample is immersed in oil to determine the degree of sulfidation.
Oil two (Mobil 10 W-4 0, Shell 10W-4 0 MO) using

評価結果を表１、表２に示す。   The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

表１、表２より、試料１（Ｓｎ−Ｃｏ合金めっきを施した基体）は、試料２（銀めっきを施した基体）より皮膜硬度が大きく、かつ耐摩耗性に優れていた。また、試料１は試料２よりも摩擦係数が低く、潤滑性に優れることがわかった。さらに、試料１は高温のオイルに浸漬後に変色やスクラッチが認められなかったのに対して、試料２は高温のオイルに浸漬後に硫化による変色やスクラッチが認められた。   From Tables 1 and 2, Sample 1 (substrate with Sn—Co alloy plating) had a higher film hardness and superior wear resistance than Sample 2 (substrate with silver plating). It was also found that Sample 1 had a lower coefficient of friction than Sample 2 and was excellent in lubricity. Furthermore, Sample 1 showed no discoloration or scratches after immersion in high temperature oil, whereas Sample 2 showed discoloration or scratches due to sulfurization after immersion in high temperature oil.

高い軸受け荷重を受けて高温で使用される軸受については、前述のように潤滑油として硫化モリブデン等の硫黄含有成分を含有させたものが使用されるが、本発明の軸受用保持器は表２に示すように高温下での耐硫化性に優れているので、従来保持器の銀めっき層が潤滑油の硫黄成分に起因する硫化により劣化するという問題を解消できる。さらに、本発明の軸受用保持器は、皮膜硬度、耐摩耗性、摩擦係数、のいずれについても従来の銀めっき製品より優れた特性を有していることがわかった。   As described above, a bearing that contains a sulfur-containing component such as molybdenum sulfide as a lubricating oil is used for a bearing that is used at a high temperature under a high bearing load. Table 2 shows a bearing cage according to the present invention. As shown in FIG. 2, since the sulfidation resistance at high temperature is excellent, the problem that the silver plating layer of the conventional cage is deteriorated due to sulfidation caused by the sulfur component of the lubricating oil can be solved. Furthermore, it was found that the bearing cage of the present invention has characteristics superior to those of conventional silver-plated products in all of film hardness, wear resistance, and friction coefficient.

従って、本発明の軸受用保持器は図５で例示されるコンロッド３０のような、エンジンのコンロッドに用いる軸受用の保持器として好適に用いることができる。コンロッド３０は、コンロッド本体部３２と、ピストンに接続される小端部３４と、クランクシャフトに接続される大端部３６とを含んで構成される。大端部３６は、コンロッド本体部３２の一端に連続するハウジング部４０と、ハウジング部４０に結合されるキャップ部４２とに分割されている。ハウジング部４０とキャップ部４２とはボルト４４によって締結される。ころ軸受が主にコンロッドの大端部に用いられ、本発明の軸受用保持器はこのころ軸受用に好適に使用される。   Therefore, the bearing cage of the present invention can be suitably used as a bearing cage used for an engine connecting rod, such as the connecting rod 30 illustrated in FIG. The connecting rod 30 includes a connecting rod main body portion 32, a small end portion 34 connected to the piston, and a large end portion 36 connected to the crankshaft. The large end portion 36 is divided into a housing portion 40 that is continuous with one end of the connecting rod main body portion 32 and a cap portion 42 that is coupled to the housing portion 40. The housing part 40 and the cap part 42 are fastened by bolts 44. A roller bearing is mainly used at the large end of the connecting rod, and the bearing cage of the present invention is suitably used for this roller bearing.

本発明の軸受用保持器は、コンロッドに限らず、潤滑油の硫黄成分に起因するめっき層の劣化に関する耐硫化性を要求される軸受用に広く用いることができる。   The bearing cage of the present invention is not limited to the connecting rod, but can be widely used for bearings that require sulfidation resistance related to the deterioration of the plating layer caused by the sulfur component of the lubricating oil.

２：ころ軸受
４、４ａ、４ｂ：保持器
６：針状ころ
８：アウターレース
１０：基体
１２：下地めっき層
１４：合金めっき層
３０：コンロッド
３２：コンロッド本体部
３４：小端部
３６：大端部 2: Roller bearings 4, 4a, 4b: Cage 6: Needle roller 8: Outer race 10: Base 12: Base plating layer 14: Alloy plating layer 30: Connecting rod 32: Connecting rod main body 34: Small end 36: Large edge

Claims (1)

四輪車用や二輪車用及び汎用エンジンのクランクシャフト支持構造やコンロッド支持構造に使用される、高温の潤滑油で濡れた状態にあり、針状ころにより保持器表面が相手面と直接摺動しない針状ころ軸受の保持器であって、保持器の基体の最表面に下地めっき層を介してＣｏの成分比率が５〜９５重量％のＳｎ−Ｃｏ合金めっき層が形成された針状ころ軸受用保持器 Used in the crankshaft support structure and connecting rod support structure for automobiles, motorcycles and general-purpose engines. It is wet with high-temperature lubricating oil, and the cage surface does not slide directly against the mating surface due to needle rollers. a cage of needle roller bearings, component ratio of Co over the lower plating layer on the outermost surface of the base body of the cage is Sn-Co alloy plating layer of 5 to 95 wt% is formed needle roller bearing Cage for

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