特許 7517086 スラストころ軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】スラストころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/34 20060101AFI20240709BHJP

   F16C 19/30 20060101ALI20240709BHJP

   F16C 33/62 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

F16C33/34

F16C19/30

F16C33/62

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020184548

(22)【出願日】2020-11-04

(65)【公開番号】P2021089067

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2023-10-11

(31)【優先権主張番号】P 2019210752

(32)【優先日】2019-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】國分 圭介

(72)【発明者】

【氏名】中島 義仁

(72)【発明者】

【氏名】若山 泰三

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 真悟

【審査官】松江川 宗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２０８７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１８３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９４４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／００－１９／５６，３３／３０－３３／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射状に配置された複数のころと、
前記複数のころが転走する軌道面を有し、前記軌道面が対向するように配置された環状の一対の軌道盤と、を備え、
前記ころは、
高炭素クロム軸受鋼からなり、
表面から０．１ｍｍの範囲で、炭素を１．１ｍａｓｓ％以上１．６ｍａｓｓ％以下含み、かつ、窒素を０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下含み、
表面圧縮残留応力が－９００ＭＰａより小さく、
その表面粗さが、Ｒｖｋで０．０１以上０．１０以下、かつ、Ｒｋで０．０１以上０．０８以下であり、
表面のビッカース硬さが８６０以上９８０以下であり、
少なくとも一方の前記軌道盤は、
炭素鋼からなり、
前記軌道面の表面粗さが、Ｒｖｋで０．０５以上０．２０以下、かつ、Ｒｋで０．０８以上０．１５以下である、
スラストころ軸受。

【請求項2】

前記一対の軌道盤の両方が、
炭素鋼からなり、
前記軌道面の表面粗さが、Ｒｖｋで０．０５以上０．２０以下、かつ、Ｒｋで０．０８以上０．１５以下である、
請求項１に記載のスラストころ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラストころ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

放射状に配置された複数のころと、複数のころが転走する軌道面を有する環状の一対の軌道盤と、を備えたスラストころ軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。スラストころ軸受は、例えば車両のトランスミッションにおいて非回転部材と回転部材との間に介挿され、軸受中心軸方向のスラスト力を受けながら回転部材の回転を円滑にするために用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－２３９９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スラストころ軸受では、潤滑油中に異物が含まれている場合に、異物の影響により摩耗が増大してしまうおそれがある。近年、車両のトランスミッション等に供給される潤滑油の油量は減少傾向にあり、ハウジング等の他部材で発生する摩耗粉の影響により、潤滑油に含まれる異物の量も多くなる傾向にある。そのため、潤滑油中に含まれる異物の量が多い場合であっても、摩耗を抑制可能な耐異物性の高いスラストころ軸受が望まれる。

【0005】

そこで、本発明は、耐異物性を向上したスラストころ軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、放射状に配置された複数のころと、前記複数のころが転走する軌道面を有し、前記軌道面が対向するように配置された環状の一対の軌道盤と、を備え、前記ころは、高炭素クロム軸受鋼からなり、表面から０．１ｍｍの範囲で、炭素を１．１ｍａｓｓ％以上１．６ｍａｓｓ％以下含み、かつ、窒素を０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下含み、表面圧縮残留応力が－９００ＭＰａより小さく、その表面粗さが、Ｒｖｋで０．０１以上０．１０以下、かつ、Ｒｋで０．０１以上０．０８以下であり、表面のビッカース硬さが８６０以上９８０以下であり、少なくとも一方の前記軌道盤は、炭素鋼からなり、前記軌道面の表面粗さが、Ｒｖｋで０．０５以上０．２０以下、かつ、Ｒｋで０．０８以上０．１５以下である、スラストころ軸受を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、耐異物性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施の形態に係るスラストころ軸受の軸受中心軸を含む断面を示す断面図である。

【図2】（ａ），（ｂ）は、潤滑油中に含まれる異物による摩耗を説明する図である。

【図3】表面粗さを表すパラメータであるＲｖｋ及びＲｋを説明する図である。

【図4】本発明の実施例及び従来例におけるころの各種パラメータを示す図であり、（ａ）はＲｖｋ、（ｂ）はＲｋ、（ｃ）は硬さ、（ｄ）は表面残留応力を示す図である。

【図5】本発明の実施例及び従来例における軌道盤の軌道面の表面粗さを示す図であり、（ａ）はＲｖｋ、（ｂ）はＲｋを示す図である。

【図6】本発明の実施例及び従来例における摩耗質量を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

【0010】

図１は、本実施の形態に係るスラストころ軸受の軸受中心軸を含む断面を示す断面図である。スラストころ軸受１は、放射状に配置された複数のころ２と、複数のころ２が転動する第１の軌道面３ａを有する環状の第１の軌道盤３と、複数のころ２が転動する第２の軌道面４ａを有する環状の第２の軌道盤４と、を備えている。第１及び第２の軌道盤３，４は、第１及び第２の軌道面３ａ，４ａが軸受中心軸Ｏの軸方向に対向するように配置されている。このスラストころ軸受は、軸受中心軸Ｏを中心として第１の軌道盤３と第２の軌道盤４とが相対回転する。

【0011】

このスラストころ軸受１は、例えば車両のトランスミッションや産業機械において回転部材と非回転部材との間に介挿され、複数のころ２の転動により、軸方向のスラスト力を受けながら回転部材の回転を円滑にするものである。

【0012】

複数のころ２は、図１に破線で示される環状の保持器５に転動可能に保持されており、第１の軌道盤３と第２の軌道盤４との相対回転に伴って自転しつつ、保持器５に保持されることで軸受中心軸Ｏの周囲を公転する。第１の軌道盤３は、軸方向に対して垂直な円環状で平板状の軌道部３１と、軌道部３１の径方向内方の端部から軸方向一方側（図１における右側、第２の軌道盤４側）に延びる短円筒状のつば３２と、を一体に有している。軌道部３１の軸方向一方側の面が、第１の軌道面３ａである。第２の軌道盤４は、軸方向に対して垂直な円環状で平板状の軌道部４１を有している。軌道部４１の軸方向他方側（図１における左側、第１の軌道盤３側）の面が、第２の軌道面４ａである。本実施の形態では、第１の軌道盤３が回転部材に設けられ、第２の軌道盤４が非回転部材に設けられる。

【0013】

なお、第１及び第２の軌道盤３，４の形状は図示のものに限定されない。例えば、第１の軌道盤３におけるつば３２を省略してもよいし、第２の軌道盤４が、軌道部４１の径方向外方の端部から軸方向他方側に延びる短円筒状のつばを有してもよい。

【0014】

ころ２としては、耐摩耗性が高い高炭素クロム軸受鋼からなるものを用いるとよい。本実施の形態では、高炭素クロム軸受鋼に特殊熱処理を施し、表面硬度をさらに向上させたころ２を用いた。より詳細には、ころ２は、表面から０．１ｍｍの範囲で、炭素を１．１ｍａｓｓ％以上１．６ｍａｓｓ％以下含み、かつ、窒素を０．１ｍａｓｓ％以上０．６ｍａｓｓ％以下含んでいる。第１及び第２の軌道盤３，４としては、比較的硬質で耐摩耗性が高い炭素鋼からなるものを用いた。

【0015】

図２（ａ）に示すように、スラストころ軸受１では、軸受中心軸Ｏ側から潤滑油が供給される。この潤滑油に摩耗粉等の異物６が多く含まれている場合、図２（ｂ）に示すように、ころ２や軌道面３ａ，４ａの表面の微細な凹凸に異物６が噛み込まれ、潤滑油の流れによって異物６が排出されにくくなってしまい、この噛み込まれた異物の影響によりころ２や軌道面３ａ，４ａの表面に摩耗が生じやすくなってしまう。そこで、本実施の形態では、ころ２及び軌道面３ａ，４ａの表面を滑らかとすることで、潤滑油の流れによる異物６の排出を促進し、異物６の影響による摩耗を抑制するようにした。

【0016】

具体的には、本実施の形態では、ころ２の表面粗さを、Ｒｖｋで０．０１以上０．１０以下、かつ、Ｒｋで０．０１以上０．０８以下とした。また、本実施の形態では、第１及び第２の軌道盤３，４の軌道面３ａ，４ａの表面粗さを、Ｒｖｋで０．０５以上０．２０以下、かつ、Ｒｋで０．０８以上０．１５以下とした。なお、本実施の形態のように、第１及び第２の軌道盤３，４の軌道面３ａ，４ａの両方の表面粗さを上記数値範囲内とすることが望ましいが、第１及び第２の軌道盤３，４の少なくとも一方の軌道面３ａ，４ａの表面粗さを上記数値範囲内とすることでも、従来よりも異物６の影響による摩耗を低減する効果が得られる。なお、ころ２や軌道面３ａ，４ａの表面粗さは、例えばバレル研磨等の研磨工程における研磨条件により適宜調整することができる。

【0017】

ここで、表面粗さを表すＲｖｋ及びＲｋは、プラトー構造表面の潤滑性評価パラメータ（負荷曲線パラメータ）である。図３に示すように、表面凹凸の負荷曲線７１における中央部の最も緩い傾斜となる等価直線７２が、負荷長さ率０％及び１００％と交わる高さ位置の間の領域をコア部７３とする。このコア部７３の高さ（上下のレベル差）がＲｋである。Ｒｖｋは、突出谷部７４の深さを表している。

【0018】

さらに本実施の形態では、ころ２にショットピーニングを施し、ころ２の表面の硬さをより高くすることで、耐摩耗性をより向上させている。具体的には、ころ２の表面のビッカース硬さを８６０以上９８０以下とした。また、ころ２の表面圧縮残留応力を－９００ＭＰａより小さく（絶対値を９００ＭＰａより大きく）した。ころ２の表面の硬さ及び圧縮残留応力は、ショットピーニングの条件や熱処理工程における処理条件により適宜調整することができる。また、ころ２を製造する際には、熱処理工程後にショットピーニングを施し、その後研磨工程を行うとよい。なお、第１及び第２の軌道盤３，４の表面のビッカース硬さは、７８０以上８５０以下とした。

【0019】

（耐異物性の評価）
本実施の形態に係るスラストころ軸受１を試作して実施例とし、耐異物性を評価した。実施例にかかるスラストころ軸受１は、以下のように製造した。ＪＩＳＳＵＪ２の棒線を切断し、実施例のころのワークとした。カーボンポテンシャル１．２～１．６、アンモニア濃度０．１～０．５ｖｏｌ％の雰囲気とし、８２０～８７０℃の温度でころのワークを１時間保持することで浸炭窒化し、この後、８０℃の油中に浸漬して急冷して焼入れした。焼入れ後、２００℃で１時間焼戻しを行い、その後、ショットピーニングを施し、研磨し、バレル研磨を２時間行い、実施例のころ２とした。実施例のころ２の表面から０．１ｍｍの範囲で、炭素は１．１ｍａｓｓ％～１．６ｍａｓｓ％であり、窒素は０．１～０．６ｍａｓｓ％である。ショットピーニングの条件は、以下のとおりである。
・ショット粒径：１００μm以下
・ショット粒材質：鉄
・ショット圧：０．５ＭＰａ
ＳＡＥ１０７５の鋼板を環状に打ち抜き、鍛造して実施例の第１の軌道盤のワークと実施例の第２の軌道盤のワークとを制作した。７６０～８３０℃の温度で実施例の第１の軌道盤のワークと実施例の第２の軌道盤のワークをと０．５時間保持し、８０℃の油中に浸漬して急冷して焼入れした。焼入れ後、２００℃で１時間焼戻し、この後、研磨し、バレル研磨を５時間行い実施例の第１の軌道盤３と実施例の第２の軌道盤４とした。ＳＰＣＤの鋼板を環状かつポケットとなる部分を除去するよう打ち抜き、保持器５とした。実施例のころ２と実施例の第１の軌道盤３と実施例の第２の軌道盤４と保持器５とを組み合わせてスラストころ軸受１を製造し、これを実施例のスラストころ軸受１とした。

【0020】

耐異物性の評価は、軸方向荷重を９ｋＮ、回転速度を２０００ｒｐｍとし、粒径５０μｍ程度のＳｉＯ_２からなる異物６を０．０６ｍａｓｓ％含む潤滑油を軸受中心軸Ｏ側から供給しつつ２０時間試験を行い、初期の質量から試験後の質量を減じた摩耗質量を測定することにより行った。試験回数は３回とした。

【0021】

また、実施例との比較のために、高炭素クロム軸受鋼の焼入れ焼戻し材からなるころ２を用い、ころ２や軌道面３ａ，４ａの表面粗さの調整を特に行わない従来例のスラストころ軸受を作成し、実施例と同様に耐異物性の評価を行った。

【0022】

従来例にかかるスラスト転軸受１は、以下のように製造した。ＪＩＳＳＵＪ２の棒線を切断し、従来例のころのワークとした。８２０～８５０℃の温度で従来例のころのワークを０．５時間保持し、この後、８０℃の油中に浸漬して急冷して焼入れした。焼入れ後、２００℃で１時間焼戻しを行い、研磨し、バレル研磨を１時間行い、従来例のころ２とした。ＳＡＥ１０７５の鋼板を環状に打ち抜き、鍛造して従来例の第１の軌道盤のワークと従来例の第２の軌道盤のワークとを制作した。７６０～８３０℃の温度で従来例の第１の軌道盤のワークと従来例の第２の軌道盤のワークをと０．５時間保持し、８０℃の油中に浸漬して急冷して焼入れした。焼入れ後、２００℃で１時間焼戻し、この後、研磨し、バレル研磨を１時間行い、従来例の第１の軌道盤３と従来例の第２の軌道盤４とした。ＳＰＣＤの鋼板を環状かつポケットとなる部分を除去するよう打ち抜き、保持器５とした。従来例のころ２と従来例の第１の軌道盤３と従来例の第２の軌道盤４と保持器５とを組み合わせてスラストころ軸受１を製造し、これを従来例のスラストころ軸受１とした。

【0023】

実施例及び従来例におけるころ２表面のＲｖｋを図４（ａ）に、Ｒｋを図４（ｂ）に、ころ２表面のビッカース硬さを図４（ｃ）に、ころ２の表面残留応力を図４（ｄ）にそれぞれ示す。また、実施例及び従来例における軌道盤３，４の軌道面３ａ，４ａ表面におけるＲｖｋを図５（ａ）に、Ｒｋを図５（ｂ）にそれぞれ示す。

【0024】

図４（ａ）に示すように、ころ２表面のＲｖｋは、従来例では０．１より大きくなっているのに対し、実施例では０．０１以上０．１０以下である。また、図４（ｂ）に示すように、ころ２表面のＲｋは、従来例では０．１より大きくなっているのに対し、実施例では０．０１以上０．０８以下である。このように、本発明による実施例は、従来例と比較してころ２の表面のＲｖｋとＲｋが共に小さく、表面粗さが小さい。

【0025】

また、図４（ｃ）に示すように、ころ２表面のビッカース硬さは、従来例では８３０以下となっているのに対し、実施例では８６０以上９８０以下である。さらに、図４（ｄ）に示すように、ころ２の表面圧縮残留応力は、従来例では－９００ＭＰａであるのに対し、実施例では－９００ＭＰａより小さく（絶対値が９００ＭＰａより大きく）なっており、－１０００ＭＰａ以下となっている。つまり、本発明による実施例は、従来例と比較してころ２の表面が硬く、表面圧縮残留応力の絶対値が大きくなっている。

【0026】

また、図５（ａ）に示すように、軌道面３ａ，４ａの表面のＲｖｋは、従来例では０．２以上となっているのに対し、実施例では０．０５以上０．２０以下である。さらに、図５（ｂ）に示すように、軌道面３ａ，４ａの表面のＲｋは、従来例では０．２以上となっているのに対し、実施例では０．０８以上０．１５以下である。このように、本発明による実施例は、従来例と比較して軌道面３ａ，４ａの表面のＲｖｋとＲｋが共に小さく、表面粗さが小さい。

【0027】

実施例及び従来例の摩耗質量の測定結果を図６に示す。図６の測定結果は、３回の試験の平均値を表している。図６に示すように、本発明による実施例では、従来例と比較して摩耗質量が約４０％低減しており、従来例と比較して大幅に耐異物性が向上していることが分かる。

【0028】

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るスラストころ軸受１では、ころ２は、高炭素クロム軸受鋼からなり、表面圧縮残留応力が－９００ＭＰａより小さく、その表面粗さが、Ｒｖｋで０．０１以上０．１０以下、かつ、Ｒｋで０．０１以上０．０８以下であり、表面のビッカース硬さが８６０以上９８０以下である。さらに、本実施の形態に係るスラストころ軸受１では、少なくとも一方の軌道盤３，４は、炭素鋼からなり、軌道面３ａ，４ａの表面粗さが、Ｒｖｋで０．０５以上０．２０以下、かつ、Ｒｋで０．０８以上０．１５以下である。

【0029】

ころ２及び軌道面３ａ，４ａの表面粗さを小さくすることで、潤滑油の流れにより異物６が排出されやすくなり、異物６の影響による摩耗を抑え、耐異物性を向上させることができる。さらに、ショットピーニングによりころ２の表面の硬さを高めることで、ころ２の耐摩耗性をより高くし、耐異物性をより向上させることが可能になる。

【0030】

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【0031】

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、周方向に１列にころ２を配置する場合を説明したが、ころ２の配置はこれに限定されず、例えば、ころ２を２列以上に配置してもよい。

【符号の説明】

【0032】

１…スラストころ軸受 ２…ころ
３…第１の軌道盤 ３ａ…第１の軌道面
３１…軌道部 ３２…つば
４…第２の軌道盤 ４ａ…第２の軌道面
４１…軌道部 ５…保持器
６…異物 ７１…負荷曲線
７２…等価直線 ７３…コア部
７４…突出谷部 Ｏ…軸受中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】