JP2018059628A - Holder for rolling bearing and rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は転がり軸受用保持器および転がり軸受に関し、特に保持器表面の耐摩耗性に優れ、その優れた耐摩耗性を長期間維持できる転がり軸受用保持器、この保持器を用いた転がり軸受に関する。 The present invention relates to a cage for a rolling bearing and a rolling bearing, and more particularly to a rolling bearing cage that has excellent wear resistance on the surface of the cage and can maintain the excellent wear resistance for a long period of time, and a rolling bearing using the cage. .
転がり軸受や保持器などの摺動面は、潤滑油や潤滑グリースなどが供給されて転がり摩擦またはすべり摩擦を低減している。また、更に摺動性を向上させるための表面処理が摺動面になされている。表面処理の1つにフッ素系樹脂被膜を形成する方法がある。例えば、摺動部材の摺動部に形成したポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEという)被膜に50〜250kGyの線量の放射線を照射することにより、耐摩耗性および基材との密着性を高める方法が知られている(特許文献1)。 Sliding surfaces such as rolling bearings and cages are supplied with lubricating oil or lubricating grease to reduce rolling friction or sliding friction. Further, a surface treatment for improving the slidability is applied to the sliding surface. One of the surface treatments is a method of forming a fluorine resin film. For example, a method for improving wear resistance and adhesion to a substrate by irradiating a polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) coating formed on a sliding portion of a sliding member with a dose of 50 to 250 kGy. Is known (Patent Document 1).
ポリイミド樹脂、銅、アルミニウムおよびそれらの合金等の金属材料、セラミックス、およびガラスから選択された、耐熱性に優れた基材の表面にフッ素樹脂の被膜を形成し、フッ素樹脂の融点以上の温度で電離性放射線を照射する改質フッ素樹脂被覆材の製造方法が知られている(特許文献2)。 A fluororesin film is formed on the surface of a base material excellent in heat resistance selected from metal materials such as polyimide resin, copper, aluminum and alloys thereof, ceramics, and glass, and at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin. A method for producing a modified fluororesin coating material that emits ionizing radiation is known (Patent Document 2).
無潤滑軸受やダイナミックシール等に使用されるフッ素樹脂からなる摺動部材として、フッ素樹脂をその結晶融点以上に加熱し、酸素不在のもとで電離性放射線を照射したフッ素樹脂が知られている(特許文献3)。 As a sliding member made of fluororesin used for non-lubricated bearings, dynamic seals, etc., fluororesin is known in which fluororesin is heated above its crystalline melting point and irradiated with ionizing radiation in the absence of oxygen. (Patent Document 3).
一方、自動車、バイク等のエンジンに用いられる転がり軸受、特に保持器付き針状ころ軸受があり、この保持器表面の焼付きを防止するために保持器表面に銀めっきがなされている。この保持器付き針状ころ軸受は、針状ころを等間隔に保持するプレス製金属保持器から構成され、この保持器の表面全体に銀めっきが施されている(特許文献4)。 On the other hand, there are rolling bearings used for engines such as automobiles and motorcycles, in particular needle roller bearings with a cage, and the surface of the cage is silver-plated to prevent seizure of the surface of the cage. This needle roller bearing with a cage is composed of a pressed metal cage that holds the needle rollers at regular intervals, and the entire surface of the cage is silver-plated (Patent Document 4).
しかしながら、特許文献1に示す製造方法は、無潤滑下、低面圧の条件下で使用するため、基材との密着性を高める方法であり、転がり軸受用保持器の摺動面に要求される潤滑油中、高滑り速度、高面圧の条件の場合は適用が困難である。
特許文献2に記載のフッ素樹脂被膜は、フッ素樹脂の架橋反応およびフッ素樹脂と基材表面との化学反応を同時に生じさせ、それによって両者の強固な接着を達成することを目的としており、転がり軸受や保持器などの鉄基材の場合、基材表面との化学反応を生成することが困難であり、強固な接着は達成できないという問題がある。
特許文献3に記載の摺動部材は、無潤滑軸受やダイナミックシール等に使用され、被膜の形状ではなくフッ素樹脂からなる摺動部材に関する。そのため、被覆材としての特性は不明であり、更に潤滑油中、高滑り速度、高面圧を要求される転がり軸受用保持器に適用が困難である。
特許文献4に記載の銀めっきが施されている保持器においては、摺動面の摩耗量の経時変化がより少ない保持器が求められており、銀めっきに代わる摺動材が要求されている。また、銀めっきは、エンジンオイル中に含まれる硫黄成分によって硫化するという問題を有している。保持器表面に施された銀めっきが硫化すると、保持器から剥離や脱落が発生し、保持器の素地が露出する。
However, the manufacturing method shown in
The fluororesin coating described in
The sliding member described in Patent Document 3 is used for a non-lubricated bearing, a dynamic seal, and the like, and relates to a sliding member made of a fluororesin rather than a film shape. Therefore, the characteristics as a coating material are unclear, and it is difficult to apply to rolling bearing cages that require high slip speed and high surface pressure in lubricating oil.
In the cage to which silver plating described in
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、潤滑油中、高滑り速度、高面圧の条件下においても、摺動性に優れた摺動面を有する転がり軸受用保持器およびこの保持器を用いた転がり軸受の提供を目的とする。 The present invention has been made to cope with such a problem, and is a rolling bearing holding having a sliding surface excellent in slidability even under conditions of high sliding speed and high surface pressure in lubricating oil. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing using the cage and the cage.
本発明の転がり軸受用保持器は、油潤滑環境下で使用される転がり軸受の転動体を保持するために、外径面と、この外径面に隣接する端面とを有する円筒体からなり、この円筒体は、基材と、この基材表面に形成された摺動層とから構成される。この摺動層は少なくとも表面が架橋されたフッ素樹脂被膜であり、ISO14577法により測定される上記円筒体の外径面における摺動層の押し込み硬さが上記円筒体の端面における摺動層の押し込み硬さよりも大きいことを特徴とする。特に上記円筒体の外径面における摺動層の押し込み硬さが58〜140MPa、上記円筒体の端面における摺動層の押し込み硬さが55〜109MPaであることを特徴とする。また、上記円筒体の左右両端面における摺動層の押し込み硬さが略同一であることを特徴とする。 The rolling bearing retainer of the present invention comprises a cylindrical body having an outer diameter surface and an end surface adjacent to the outer diameter surface in order to hold the rolling element of the rolling bearing used in an oil lubricated environment. The cylindrical body includes a base material and a sliding layer formed on the surface of the base material. This sliding layer is a fluororesin film having at least a surface crosslinked, and the indentation hardness of the sliding layer on the outer diameter surface of the cylindrical body measured by the ISO14577 method is the indentation of the sliding layer on the end surface of the cylindrical body. It is characterized by being larger than the hardness. In particular, the indentation hardness of the sliding layer on the outer diameter surface of the cylindrical body is 58 to 140 MPa, and the indentation hardness of the sliding layer on the end surface of the cylindrical body is 55 to 109 MPa. Further, the indentation hardness of the sliding layer on the left and right end faces of the cylindrical body is substantially the same.
本発明の転がり軸受用保持器における上記摺動層は、上記基材の表面に形成される耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂を含む下地層と、この下地層表面に形成される第二のフッ素樹脂層とからなり、この第二のフッ素樹脂層の少なくとも表面が架橋されていることを特徴とする。
また、本発明の転がり軸受用保持器における上記摺動層の層厚さが10μm以上40μm未満であることを特徴とする。また、上記基材が鉄系金属材であることを特徴とする。
In the rolling bearing cage of the present invention, the sliding layer includes a base layer containing a heat-resistant resin and a first fluororesin formed on the surface of the base material, and a second layer formed on the surface of the base layer. It consists of a fluororesin layer, and at least the surface of the second fluororesin layer is crosslinked.
Moreover, the layer thickness of the said sliding layer in the cage for rolling bearings of this invention is 10 micrometers or more and less than 40 micrometers, It is characterized by the above-mentioned. The base material is an iron-based metal material.
本発明の転がり軸受は、回転運動を出力するクランク軸を支持し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッドの端部に設けられる係合穴、または上記クランク軸に取り付けられる転がり軸受であり、この転がり軸受の転動体を保持する保持器が上記本発明の保持器であることを特徴とする。 The rolling bearing of the present invention is a rolling bearing attached to an end of a connecting rod that supports a crankshaft that outputs rotational motion and converts linear reciprocating motion into rotational motion, or attached to the crankshaft. The cage that holds the rolling elements of the rolling bearing is the cage of the present invention.
本発明の転がり軸受用保持器は、保持器円筒体の外径面における摺動層の押し込み硬さが上記円筒体の両端面における摺動層の押し込み硬さよりも大きいので、さらに上記円筒体の両端面における摺動層の押し込み硬さが略同一であるので、潤滑油中、高滑り速度、高面圧の条件下においても摩耗を抑制でき軸受の寿命を長期間にわたり維持できる。この摺動層を有する鉄系金属材製保持器は、銀めっき層を有する保持器に比較して、同等以上の摺動性を示す。また、この保持器を用いた転がり軸受は、潤滑油中で使用されるコンロッド用転がり軸受として、潤滑油中での摺動性に優れる。 In the rolling bearing cage of the present invention, the indentation hardness of the sliding layer on the outer diameter surface of the cage cylinder is larger than the indentation hardness of the sliding layer on both end surfaces of the cylinder. Since the indentation hardness of the sliding layer on both end faces is substantially the same, wear can be suppressed and the life of the bearing can be maintained for a long time even under conditions of high slip speed and high surface pressure in the lubricating oil. The ferrous metal material cage having this sliding layer exhibits a sliding property equal to or higher than that of a cage having a silver plating layer. Moreover, the rolling bearing using this cage is excellent in slidability in lubricating oil as a connecting rod rolling bearing used in lubricating oil.
転がり軸受用保持器の一例を図1に示す。図1はニードル軸受用保持器の斜視図である。図1に示すように、ニードル軸受用保持器1は、転動体を保持する複数のポケット部2と、各ポケット部2の間に位置する軸方向に沿った柱部3と、柱部3を軸方向両側で固定する円筒部4とを備えている。柱部3および円筒部4には外径面5および内径面6を有し、円筒部4は外径面5および内径面6にそれぞれ隣接する2つの端面7aおよび7bからなる端面7を有している。
本発明の転がり軸受用保持器は、ニードル軸受用保持器に限らず、ポケット部が円形の玉軸受用保持器をも含む。
An example of a rolling bearing cage is shown in FIG. FIG. 1 is a perspective view of a needle bearing retainer. As shown in FIG. 1, the needle bearing
The rolling bearing cage of the present invention is not limited to a needle bearing cage, but also includes a ball bearing cage having a circular pocket portion.
転がり軸受用保持器の材質としては、鉄系金属材が好ましい。
鉄系金属材は、転がり軸受などに使用される軸受鋼、浸炭鋼、機械構造用炭素鋼、冷間圧延鋼、または熱間圧延鋼等が挙げられる。鉄系金属材は摺動部材の形状に加工後、焼入焼戻し処理することで所定の表面硬度に調整する。例えばクロムモリブデン鋼(SCM415)を用いた鉄系金属材製保持器の場合、Hv値を484〜595に調整した鉄系金属材を使用することが好ましい。
As a material of the rolling bearing cage, an iron-based metal material is preferable.
Examples of the iron-based metal material include bearing steel used for rolling bearings, carburized steel, carbon steel for machine structure, cold rolled steel, hot rolled steel, and the like. The iron-based metal material is adjusted to a predetermined surface hardness by quenching and tempering after processing into the shape of the sliding member. For example, in the case of a ferrous metal material cage using chromium molybdenum steel (SCM415), it is preferable to use an ferrous metal material whose Hv value is adjusted to 484 to 595.
転動体を保持する複数のポケット部2を有する保持器1は、素形材より円筒を削り出し、ポケット部2をプレス加工により打抜きで形成する方法、平板をプレス加工した後、適当な長さに切断し、円筒状に丸めて溶接により接合する方法などにより製造できる。
A
保持器1は、その表面に形成された摺動層を有している。この摺動層は少なくとも表面が架橋されたフッ素樹脂被膜である。また、外径面5における摺動層の押し込み硬さをHo、端面7aにおける摺動層の押し込み硬さをHe、端面7bにおける摺動層の押し込み硬さをHe’とするとき、Ho>HeおよびHo>He’の関係にあり、HeおよびHe’は略同一である。ここで、押し込み硬さはISO14577法により測定される。より詳細には、上記押し込み硬さの関係を満たしつつ、円筒体の外径面における摺動層の押し込み硬さが58〜140MPaであり、円筒体の端面における摺動層の押し込み硬さが55〜109MPaであることが好ましい。
The
少なくとも表面が架橋されたフッ素樹脂被膜は、好ましくは上記鉄系金属材の表面に形成された下地層とこの下地層表面に形成された架橋フッ素樹脂層からなる。また、下地層は、耐熱性樹脂およびこの耐熱性樹脂と混合できるフッ素樹脂(以下、第一のフッ素樹脂という)を含む混合物層であり、鉄系金属材と摺動層表面の架橋フッ素樹脂層との密着性を向上させる。 The fluororesin film having at least a surface crosslinked preferably comprises a base layer formed on the surface of the iron-based metal material and a cross-linked fluororesin layer formed on the surface of the base layer. The underlayer is a mixture layer containing a heat-resistant resin and a fluororesin that can be mixed with the heat-resistant resin (hereinafter referred to as a first fluororesin). Improves adhesion.
耐熱性樹脂は、下地層および上層膜を形成する時の焼成工程において熱分解しない樹脂である。ここで熱分解しないとは、下地層および上層膜を焼成する温度および時間内において、熱分解を開始しない樹脂である。また耐熱性樹脂は、鉄系金属材との密着性に優れた官能基および第一のフッ素樹脂とも反応する官能基を分子主鎖内または分子端部に有する樹脂であることが好ましい。
耐熱性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミダゾール樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。また、フッ素樹脂が塗膜形成時の収縮を防ぐウレタン樹脂、アクリル樹脂を併用することができる。
The heat resistant resin is a resin that is not thermally decomposed in the firing step when forming the base layer and the upper layer film. Here, “not thermally decomposed” means a resin that does not start thermal decomposition within the temperature and time for firing the underlayer and the upper layer film. The heat-resistant resin is preferably a resin having a functional group excellent in adhesion to the iron-based metal material and a functional group that reacts with the first fluororesin in the molecular main chain or at the molecular end.
Examples of the heat resistant resin include epoxy resin, polyester resin, polyamideimide resin, polyimide resin, polyetherimide resin, polyimidazole resin, polyethersulfone resin, polysulfone resin, polyetheretherketone resin, and silicone resin. Moreover, the urethane resin and acrylic resin which prevent the shrinkage | contraction at the time of fluororesin formation of a coating film can be used together.
第一のフッ素樹脂は、下地層を形成する水系塗布液に粒子状に分散できる樹脂であれば使用できる。第一のフッ素樹脂としては、PTFE粒子、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(以下、PFAという)粒子、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(以下、FEPという)粒子、またはこれらの2種以上が好ましく使用できる。 The first fluororesin can be used as long as it is a resin that can be dispersed in the form of particles in the aqueous coating liquid that forms the base layer. As the first fluororesin, PTFE particles, tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (hereinafter referred to as PFA) particles, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (hereinafter referred to as FEP) particles, Or these 2 or more types can be used preferably.
下地層を形成する水系塗布液には、耐熱性樹脂および第一のフッ素樹脂以外に、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどの非イオン界面活性剤、カーボンブラックなどの無機顔料、N−メチル−2−ピロリドンなどの水に任意に混合する非プロトン系極性溶剤、主溶剤としての水が配合される。また、消泡剤、乾燥剤、増粘剤、レベリング剤、ハジキ防止剤などを配合できる。下地層を形成する水系塗布液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製プライマー塗料EKシリーズ、EDシリーズが挙げられる。 In addition to the heat-resistant resin and the first fluororesin, the aqueous coating solution for forming the underlayer includes a nonionic surfactant such as polyoxyethylene alkyl ether, an inorganic pigment such as carbon black, N-methyl-2-pyrrolidone An aprotic polar solvent that is arbitrarily mixed with water, such as water, and water as a main solvent are blended. Moreover, an antifoamer, a desiccant, a thickener, a leveling agent, a repellency inhibitor, etc. can be mix | blended. Examples of the aqueous coating solution for forming the undercoat layer include primer paints EK series and ED series manufactured by Daikin Industries, Ltd.
摺動層を形成する表面のフッ素樹脂(以下、第二のフッ素樹脂という)層は、下地層の表面に形成され放射線により架橋できるフッ素樹脂の層である。第一のフッ素樹脂と第二のフッ素樹脂とは同一であっても異なっていてもよいが、同一のフッ素樹脂を使用することが好ましい。第二のフッ素樹脂としては、PTFE、PFA、FEP、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等が挙げられる。これらの樹脂は単独でも混合物としても使用できる。また、これらの中で、融点付近で電子線照射を行なうことにより架橋反応が進行し、耐熱性および摺動性に優れるPTFEが好ましい。 The fluororesin (hereinafter referred to as second fluororesin) layer on the surface forming the sliding layer is a fluororesin layer that is formed on the surface of the underlayer and can be cross-linked by radiation. The first fluororesin and the second fluororesin may be the same or different, but it is preferable to use the same fluororesin. Examples of the second fluororesin include PTFE, PFA, FEP, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), and the like. These resins can be used alone or as a mixture. Among these, PTFE is preferable because it undergoes a crosslinking reaction by irradiating with an electron beam near the melting point, and is excellent in heat resistance and slidability.
第二のフッ素樹脂層は、PTFE樹脂粒子を分散させた水分散液を塗布乾燥することにより得られる。PTFE樹脂粒子を分散させた水分散液としては、例えば、ダイキン工業株式会社製ポリフロン=PTFEエナメルが挙げられる。 The second fluororesin layer is obtained by applying and drying an aqueous dispersion in which PTFE resin particles are dispersed. Examples of the aqueous dispersion in which PTFE resin particles are dispersed include, for example, Polyflon = PTFE enamel manufactured by Daikin Industries, Ltd.
鉄系金属材表面への摺動層の形成方法について以下説明する。
(1)鉄系金属材の表面処理
鉄系金属材は、摺動層形成前にショットブラスト等を用いて、予め金属材表面の粗さ(Ra)を1.0〜2.0μmに調整し、その後、エアーブローまたは石油ベンジン等の有機溶剤内に浸漬させ、5分〜1時間程度超音波洗浄を行なうことが好ましい。
(2)下地層を形成する水系塗布液の塗装
下地層を形成する水系塗布液を塗布前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミルを用いて、例えば40rpmで1時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を100メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法を用いて塗布する。
(3)下地層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば90℃の恒温槽内で30分程度の乾燥が好ましい。乾燥後の下地層の層厚さは5μm以上20μm未満、好ましくは10〜15μmの範囲内である。5μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗の摩耗により、金属基材が露出するおそれがある。20μm以上であると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さを5μm以上20μm未満の範囲とすることで、初期摩耗による金属基材の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。
A method for forming the sliding layer on the surface of the iron-based metal material will be described below.
(1) Surface treatment of iron-based metal material For iron-based metal material, the roughness (Ra) of the metal material surface is adjusted to 1.0 to 2.0 μm in advance using shot blasting before forming the sliding layer. Thereafter, it is preferably immersed in an organic solvent such as air blow or petroleum benzine and subjected to ultrasonic cleaning for about 5 minutes to 1 hour.
(2) Application of aqueous coating solution for forming the underlayer Before applying the aqueous coating solution for forming the underlayer, in order to improve the dispersibility of the aqueous dispersion, use a ball mill, for example, to rotate at 40 rpm for 1 hour. Redistribute. This re-dispersed aqueous coating solution is filtered using a 100 mesh wire netting and applied using a spray method.
(3) Drying the aqueous coating solution for forming the undercoat layer After coating the aqueous coating solution, it is dried. As drying conditions, for example, drying in a thermostat at 90 ° C. for about 30 minutes is preferable. The layer thickness of the base layer after drying is 5 μm or more and less than 20 μm, preferably 10 to 15 μm. If the thickness is less than 5 μm, the metal substrate may be exposed due to peeling due to poor adhesion of the coating or wear due to initial wear. If the thickness is 20 μm or more, cracks during film formation or peeling during operation may deteriorate the lubrication state. By setting the layer thickness in the range of 5 μm or more and less than 20 μm, it is possible to prevent the metal substrate from being exposed due to initial wear, and to prevent peeling during operation over a long period of time.
(4)第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の塗装
第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液前に、水分散液の分散性を向上させるために、ボールミルを用いて、例えば40rpmで1時間回転させ再分散する。この再分散した水系塗布液を100メッシュの金網を用いて濾過し、スプレー法を用いて塗装する。
(5)第二のフッ素樹脂層を形成する水系塗布液の乾燥
水系塗布液を塗布後乾燥する。乾燥条件としては、例えば90℃の恒温槽内で30分程度の乾燥が好ましい。乾燥後の第二のフッ素樹脂層の層厚さは5μm以上20μm未満、好ましくは10〜15μmの範囲内である。5μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗の摩耗により、金属基材が露出するおそれがある。20μm以上であると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さを5μm以上20μm未満の範囲とすることで、初期摩耗による金属基材の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。
なお、下地層および第二のフッ素樹脂層の塗装方法としては、スプレー法以外にディッピング法、刷毛塗り法など被膜を形成できるものであれば使用できる。被膜の表面粗さ、塗布形状をできるだけ小さくし、層厚さの均一性を考慮するとスプレー法が好ましい。
(4) Application of aqueous coating liquid for forming the second fluororesin layer Before the aqueous coating liquid for forming the second fluororesin layer, in order to improve the dispersibility of the aqueous dispersion, using a ball mill, for example, Rotate at 40 rpm for 1 hour to redisperse. The re-dispersed aqueous coating solution is filtered using a 100 mesh wire net and painted using a spray method.
(5) Drying of the aqueous coating solution for forming the second fluororesin layer The aqueous coating solution is applied and then dried. As drying conditions, for example, drying in a thermostat at 90 ° C. for about 30 minutes is preferable. The layer thickness of the second fluororesin layer after drying is 5 μm or more and less than 20 μm, preferably 10 to 15 μm. If the thickness is less than 5 μm, the metal substrate may be exposed due to peeling due to poor adhesion of the coating or wear due to initial wear. If the thickness is 20 μm or more, cracks during film formation or peeling during operation may deteriorate the lubrication state. By setting the layer thickness in the range of 5 μm or more and less than 20 μm, it is possible to prevent the metal substrate from being exposed due to initial wear, and to prevent peeling during operation over a long period of time.
In addition, as a coating method of a base layer and a 2nd fluororesin layer, what can form a film, such as a dipping method and a brush coating method other than a spray method, can be used. The spray method is preferable in view of making the surface roughness and coating shape of the coating as small as possible and considering the uniformity of the layer thickness.
(6)焼成
第二のフッ素樹脂層の乾燥後、加熱炉内、空気中で第二のフッ素樹脂の融点以上の温度、好ましくは(融点(Tm)+30℃)〜(融点(Tm)+100℃)、5〜40分の範囲内で焼成する。第一および第二のフッ素樹脂がPTFEの場合、好ましくは380℃の加熱炉内で30分間焼成する。
(6) Firing After drying the second fluororesin layer, in the heating furnace, in the air, a temperature equal to or higher than the melting point of the second fluororesin, preferably (melting point (Tm) + 30 ° C.) to (melting point (Tm) + 100 ° C. ) And firing within a range of 5 to 40 minutes. When the first and second fluororesins are PTFE, they are preferably fired in a heating furnace at 380 ° C. for 30 minutes.
(7)第二のフッ素樹脂層の高硬度化
焼成後の被膜に、照射温度が第二のフッ素樹脂層の融点より30℃低い温度から該融点の20℃高い温度以下であり、保持器外径面の被膜の押し込み硬さHoおよび保持器両端面の被膜の押し込み硬さHeおよびHe’が未照射フッ素樹脂の押し込み硬さよりも大きくなる(ただしHo>HeおよびHo>He’)ように放射線を照射してフッ素樹脂層を高硬度化させる。放射線照射によりフッ素樹脂が架橋して表面硬度が高くなる。放射線としては、α線(α崩壊を行なう放射性核種から放出されるヘリウム−4の原子核の粒子線)、β線(原子核から放出される陰電子および陽電子)、電子線(ほぼ一定の運動エネルギーを持つ電子ビーム;一般に、熱電子を真空中で加速してつくる)などの粒子線;γ線(原子核、素粒子のエネルギー準位間の遷移や素粒子の対消滅、対生成などによって放出・吸収される波長の短い電磁波)などの電離放射線を用いることができる。これらの放射線の中でも、架橋効率や操作性の観点から、電子線およびγ線が好ましく、電子線がより好ましい。特に電子線は、電子線照射装置が入手しやすいこと、照射操作が簡単であること、連続的な照射工程を採用することができることなどの利点を有している。放射線照射のほかにプラズマ照射やラジカル発生剤の添加によっても同様の効果を得ることができる。
(7) Hardening of the second fluororesin layer In the film after firing, the irradiation temperature is 30 ° C lower than the melting point of the second fluororesin layer to 20 ° C or less higher than the melting point, and the outside of the cage Radiation so that the indentation hardness Ho of the radial surface coating and the indentation hardness He and He ′ of the coating on both ends of the cage are larger than the indentation hardness of the unirradiated fluororesin (however, Ho> He and Ho> He ′). To increase the hardness of the fluororesin layer. Radiation irradiation crosslinks the fluororesin and increases the surface hardness. Radiation includes α rays (particle beams of helium-4 nuclei emitted from radionuclides that undergo α decay), β rays (negative electrons and positrons emitted from nuclei), electron beams (almost constant kinetic energy). Particle beam such as electron beam, generally generated by accelerating thermionic electrons in vacuum; gamma ray (emitted and absorbed by transitions between energy levels of nuclei and elementary particles, pair annihilation of elementary particles, pair production, etc.) Ionizing radiation such as an electromagnetic wave having a short wavelength). Among these radiations, from the viewpoint of crosslinking efficiency and operability, electron beams and γ rays are preferable, and electron beams are more preferable. In particular, an electron beam has advantages such as easy availability of an electron beam irradiation apparatus, simple irradiation operation, and the ability to employ a continuous irradiation process. Similar effects can be obtained by plasma irradiation or addition of a radical generator in addition to radiation irradiation.
照射温度が第二のフッ素樹脂層の融点より30℃低い温度から該融点の20℃高い温度以下の温度範囲以外ではフッ素樹脂層の高硬度化が十分に進まない。また、照射雰囲気は外径面と端面に塗布した被膜の高硬度化を効率的に行なうため、不活性ガス注入により照射領域の酸素濃度を低くする必要がある。酸素濃度の範囲は0〜300ppmが好ましい。酸素濃度を以上のような濃度範囲に維持するには操作性やコスト面の観点から窒素ガス注入による不活性雰囲気が好ましい。 The hardness of the fluororesin layer does not sufficiently increase except in the temperature range where the irradiation temperature is 30 ° C. lower than the melting point of the second fluororesin layer to 20 ° C. higher than the melting point. Also, in order to efficiently increase the hardness of the coating applied to the outer diameter surface and the end surface, it is necessary to lower the oxygen concentration in the irradiated region by injecting inert gas. The range of oxygen concentration is preferably 0 to 300 ppm. In order to maintain the oxygen concentration in the above concentration range, an inert atmosphere by nitrogen gas injection is preferable from the viewpoint of operability and cost.
摺動層表面の押し込み硬さがHo>HeおよびHo>He’の関係にあり、HeおよびHe’が略同一となるように、電子線照射するための方法について図2を参照して説明する。図2は電子線照射装置を示す図であり、図2(a)は正面概要図であり、図2(b)は保持器固定治具の直径方向断面を示す図であり、図2(c)はフィルム線量計貼付け箇所を示す図である。
電子線照射チャンバー8内に、保持器1が保持器固定治具9の外周に複数個同軸に配置され、保持器1の円筒軸を中心に回転させながら電子線照射窓8aより電子線が外径面5に対して垂直方向に向かって照射される。保持器1は、その内径面に嵌合して配置された円柱状の保持器固定治具9の回転軸10に接続されたモータ11から得た回転動力により回転される。保持器固定治具9は、保持器1の内径部に対して保持器が空転しない程度に嵌合され、保持器固定治具9の回転軸10は電子線照射方向に対して垂直方向に配置される固定具である。また、10aは回転軸の接続部である。
A method for electron beam irradiation will be described with reference to FIG. 2 so that the indentation hardness of the surface of the sliding layer has a relationship of Ho> He and Ho> He ′, and He and He ′ are substantially the same. . FIG. 2 is a diagram showing an electron beam irradiation apparatus, FIG. 2 (a) is a schematic front view, FIG. 2 (b) is a diagram showing a diametrical cross section of a cage fixing jig, and FIG. ) Is a diagram showing a film dosimeter pasting location.
In the electron
保持器固定治具9の内部には、カートリッジヒータなどの加熱源12およびヒータ制御用熱電対などの制御装置13とを備えている。また、加熱源12および制御装置13はロータリーコネクタ14を介して外部の電源および温度制御装置に接続されている。保持器固定治具9の線膨張係数は、保持器1の材質の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。保持器固定治具9および保持器1の線膨張係数を上記範囲とすることにより、加熱しながら電子線照射する時に保持器1を固定すると共に、効率的に加熱することができる。
Inside the
保持器固定治具9の材質は、保持器1の材質、大きさ、形状等によって変動するが、保持器1の材質が鋼の場合、線膨張係数、熱伝導度、電子線照射により変質しない物質の観点から好ましくはアルミニウム系、さらに好ましくは経済性の観点から純度99.00%以上の純アルミニウムである1000系のアルミニウムがよい。
The material of the
電子線照射チャンバー8の内部8bは窒素により満たされる。窒素雰囲気下で電子線照射することにより、保持器1の外径面5と共に、保持器1の2つの端面7aおよび7b方向にも電子線が照射される。好ましい窒素雰囲気としては、チャンバー内を酸素濃度の範囲が300ppm以下となるように、窒素対流させることが挙げられる。また、好ましい回転軸の回転数としては60〜70rpmが挙げられる。
The inside 8b of the electron
保持器外径面への照射線量は230〜2400kGyとすることが好ましい。この照射線量の範囲内で摺動層の表面硬度を調整できる。
また、電子線照射の加速電圧は、10〜300kVであることが好ましく、より好ましくは10〜100kVである。本発明は加速電圧が数10kV程度の低エネルギー電子線照射であっても、保持器1の外径面5と共に、2つの端面7a、7bにも照射できる。電子線照射は、外径面5へは電子線が垂直に侵入する直接照射であり、端面7a、7bへは電子線の散乱による照射であるので、保持器の両端面7a、7bよりも外径面5の方が照射線量が大きくなる。その結果、転がり軸受保持器の中で最も摺動特性が要求される外径面樹脂層に対して、電子線のエネルギー付与率が高くなので、転がり軸受用保持器にとって好適な照射方法となる。照射の結果、外径面5および端面7a、7bに照射を施すことにより、外径面5の摩耗量を大きくでき、金属基材の露出を防ぐことができるとともに、端面の被膜とバランスウェイトまたはサイドワッシャとの摺動に対しても被膜が摩耗により消失することはない。
The irradiation dose to the outer diameter surface of the cage is preferably 230-2400 kGy. The surface hardness of the sliding layer can be adjusted within this irradiation dose range.
The acceleration voltage for electron beam irradiation is preferably 10 to 300 kV, more preferably 10 to 100 kV. The present invention can irradiate the two end faces 7a and 7b together with the
次に本発明の転がり軸受用保持器表面の第二のフッ素樹脂層が架橋構造を有していることについて説明する。一般に、フッ素系樹脂、特にPTFE樹脂は化学的に非常に安定で、有機溶媒などに対しても極めて安定であるため、分子構造あるいは分子量などを同定することは困難である。さらに本発明の保持器表面は架橋による三次元構造を形成しているため、さらに溶媒に溶解し難くなり、構造分析はいっそう困難となる。しかしながら19F Magic angle Spinning)(MAS)核磁気共鳴(NMR)法(High speed magic angle nuclear magnetic resonance)による測定ならびに解析により、本発明の保持器表面の三次元構造を同定することが可能となる。 Next, it will be described that the second fluororesin layer on the surface of the rolling bearing cage of the present invention has a crosslinked structure. In general, a fluorine-based resin, particularly a PTFE resin, is chemically very stable and extremely stable against an organic solvent, so that it is difficult to identify the molecular structure or molecular weight. Furthermore, since the cage surface of the present invention forms a three-dimensional structure by cross-linking, it becomes more difficult to dissolve in a solvent, and structural analysis becomes more difficult. However, measurement and analysis by 19 F Magical Angle Spinning (MAS) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Method (High Speed Magical Nuclear Magnetic Resonance) makes it possible to identify the three-dimensional structure of the cage surface of the present invention. .
測定は、日本電子株式会社製NMR装置JNM−ECX400を用いて、好適な測定核種(19F)、共鳴周波数(376.2MHz)、MAS(Magic Angle Spinning)回転数(15および12kHz)、サンプル量(4mm固体NMR管に約70μL)、待ち時間(recycle delay time)(10秒)ならびに測定温度(約24℃)で行なった。結果を図3〜図6に示す。図3はPTFE樹脂未照射時のNMR、図4はPTFE樹脂に500kGy照射時のNMR、図5はPTFE樹脂に1000kGy照射時のNMRチャートの拡大図をそれぞれ表す。図3〜図5において上段はMAS回転数15kHz、下段はMAS回転数12kHzをそれぞれ表す。図6は架橋に伴い強度が増加する−82ppmでのシグナル強度を主シグナルである−122ppmでのシグナル強度で規格化し、グラフにしたものである。図6において上段は測定値、下段はグラフを表す。このシグナル強度比が高いほど架橋度が進行しているものと考えられる。
The measurement is performed using an NMR device JNM-ECX400 manufactured by JEOL Ltd., and a suitable measurement nuclide ( 19 F), resonance frequency (376.2 MHz), MAS (Magic Angle Spinning) rotation speed (15 and 12 kHz), sample amount (About 70 μL in a 4 mm solid state NMR tube), a cycle time (10 seconds) and a measurement temperature (about 24 ° C.). The results are shown in FIGS. FIG. 3 shows NMR when PTFE resin is not irradiated, FIG. 4 shows NMR when PTFE resin is irradiated with 500 kGy, and FIG. 5 shows an enlarged view of an NMR chart when PTFE resin is irradiated with 1000 kGy. 3 to 5, the upper stage represents the MAS
放射線照射を行なっていない第二のフッ素樹脂層(0kGy)を上記の条件で測定すると、MAS回転数15kHzにおいて、化学シフト値(δppm)である、−82ppm、−122ppm、−162ppmのシグナルが観測された(図3上段)。また、MAS回転数12kHzにおいて、同じく、−58ppm、−82ppm、−90ppm、−122ppm、−154ppm、−186ppmのシグナルが観測された(図3下段)。−122ppmは−CF2−CF2−結合におけるF原子のシグナルであり、−82ppmは−CF2−CF3結合における−CF3のF原子のシグナルであることが知られている。このことから、MAS回転数15kHzにおける−82ppmおよび−162ppm、MAS回転数12kHzにおける−58ppm、−90ppm、−154ppm、−186ppmのシグナルはスピニングサイドバンド(Spinning Side Band:SSB)である。なお、−122ppm〜−130ppmの領域で−122ppmのシグナルに隠れてブロードになっているシグナルが観測されている。このシグナルは−126ppmに観測されるはずの−CF2−CF3結合における−CF2−のF原子のシグナルである。従って、放射線照射を行なっていない未架橋のPTFE樹脂層は−CF2−CF2−結合に帰属する−122ppm、−CF2−CF3に帰属する−82ppmおよび−126ppmのシグナルを有するNMRチャートで表される。 When the second fluororesin layer (0 kGy) not irradiated with radiation is measured under the above conditions, signals of -82 ppm, -122 ppm, and -162 ppm, which are chemical shift values (δ ppm), are observed at a MAS speed of 15 kHz. (The upper part of FIG. 3). Similarly, signals of −58 ppm, −82 ppm, −90 ppm, −122 ppm, −154 ppm, and −186 ppm were observed at the MAS rotational speed of 12 kHz (lower part of FIG. 3). It is known that −122 ppm is the signal of the F atom in the —CF 2 —CF 2 — bond, and −82 ppm is the signal of the F atom of —CF 3 in the —CF 2 —CF 3 bond. From this, the signals of −82 ppm and −162 ppm at a MAS rotational speed of 15 kHz and −58 ppm, −90 ppm, −154 ppm, and −186 ppm at a MAS rotational speed of 12 kHz are spinning side bands (SSB). In addition, in the range of −122 ppm to −130 ppm, a broad signal is observed hidden behind the −122 ppm signal. This signal is a signal of the F atom of —CF 2 — in the —CF 2 —CF 3 bond that should be observed at −126 ppm. Therefore, PTFE resin layer of uncrosslinked not performed Irradiation -CF 2 -CF 2 - -122ppm attributable to binding, by NMR chart having a signal of -82ppm and -126ppm attributable to -CF 2 -CF 3 expressed.
500kGyの線量の放射線を照射した第二のフッ素樹脂層(500kGy)の固体19F MAS NMRを未架橋の第二のフッ素樹脂層と同じ条件で測定すると、スピニングサイドバンドを除いて、−68ppm、−70ppm、−80ppm、−82ppm、−109ppm、−112ppm、−122ppm、−126ppm、−152ppm、および−186ppmのシグナルが観測された(図4上段)および図4下段)。−68ppm、−70ppm、−80ppm、−109ppm、−112ppm、−152ppm、および−186ppmのシグナルが放射線照射により新たに出現し、−82ppmのシグナルはそのシグナル強度が未照射より増加していた。 When the solid 19 F MAS NMR of the second fluororesin layer (500 kGy) irradiated with a dose of 500 kGy was measured under the same conditions as the uncrosslinked second fluororesin layer, −68 ppm, except for the spinning sideband, Signals of −70 ppm, −80 ppm, −82 ppm, −109 ppm, −112 ppm, −122 ppm, −126 ppm, −152 ppm, and −186 ppm were observed (FIG. 4 top) and FIG. 4 bottom). Signals of −68 ppm, −70 ppm, −80 ppm, −109 ppm, −112 ppm, −152 ppm, and −186 ppm newly appeared by irradiation, and the signal intensity of the −82 ppm signal increased from that of unirradiated.
1000kGyの線量の放射線を照射した第二のフッ素樹脂層(1000kGy)の固体19F MAS NMRを未架橋のPTFE樹脂と同じ条件で測定すると、スピニングサイドバンドを除いて、−68ppm、−70ppm、−77ppm、−80ppm、−82ppm、−109ppm、−112ppm、−122ppm、−126ppm、−152ppm、および−186ppmのシグナルが観測された(図5上段および図5下段)。−68ppm、−70ppm、−77ppm、−80ppm、−109ppm、−112ppm、−152ppm、および−186ppmのシグナルが放射線照射により新たに出現し、−82ppmのシグナルはそのシグナル強度が500kGy照射時より増加していた。 When solid 19 F MAS NMR of the second fluororesin layer (1000 kGy) irradiated with a dose of 1000 kGy was measured under the same conditions as the uncrosslinked PTFE resin, −68 ppm, −70 ppm, −− Signals of 77 ppm, -80 ppm, -82 ppm, -109 ppm, -112 ppm, -122 ppm, -126 ppm, -152 ppm, and -186 ppm were observed (the upper part of FIG. 5 and the lower part of FIG. 5). -68 ppm, -70 ppm, -77 ppm, -80 ppm, -109 ppm, -112 ppm, -152 ppm, and -186 ppm signals newly appear by irradiation, and the signal intensity of -82 ppm is higher than that at 500 kGy irradiation. It was.
上記シグナルは、帰属するF原子を下線で表せば、例えば−70ppmは=CF−CF 3、−109ppmは−CF 2−CF(CF3)−CF 2−、−152ppmは=CF−CF=、−186ppmは≡CFに帰属されることが知られている(Beate Fuchs and Ulrich Scheler., Branching and Cross−Linking in Radiation−Modified Poly(tetrafluoroethylene):A Solid−State NMR Investigation.Macromolecules,33,120−124.2000年)。 The above signal can be expressed by underlining the assigned F atom. For example, -70 ppm is = CF-C F 3 , -109 ppm is -C F 2 -CF (CF 3 ) -C F 2- , -152 ppm is = C F -C F =, -186 ppm is known to be attributed to ≡C F (Beate Fuchs and Ulrich Scheler., Branching and Cross-Linking in Radiation-Modified Poly (tetrafluorethylene) Int. Macromolecules, 33, 120-124.2000).
これらのシグナルは化学的に非等価なフッ素原子の存在を示すと同時にPTFE樹脂層が架橋による三次元構造を形成していることを示す。また、上記文献によれば、観測されるシグナルのシグナル強度は照射線量500kGyよりも照射線量1000kGyの方が強くなり、少なくとも照射線量3000kGyまでは、照射線量の増加に伴ってシグナルのシグナル強度が高くなることが知られている。なお、上記文献に記載されていないシグナルについては、放射線の照射条件の違いによりフッ素樹脂層の構造が異なっていることが考えられるが、架橋構造が形成されていることは、=CF−CF 3、−CF 2−CF(CF3)−CF 2−、=CF−CF=、≡CF等の構造が存在することから明白である。 These signals indicate the presence of chemically non-equivalent fluorine atoms and at the same time indicate that the PTFE resin layer forms a three-dimensional structure due to crosslinking. Further, according to the above document, the signal intensity of the observed signal is stronger at the irradiation dose of 1000 kGy than the irradiation dose of 500 kGy, and the signal intensity of the signal increases as the irradiation dose increases at least up to the irradiation dose of 3000 kGy. It is known to be. In addition, about the signal which is not described in the said literature, although it is possible that the structure of a fluororesin layer differs with the difference in the irradiation conditions of a radiation, it is = CF-C F that a crosslinked structure is formed. It is obvious from the existence of structures such as 3 , —C F 2 —CF (CF 3 ) —C F 2 —, ═C F —C F ═, ≡C F.
図6に示すように、規格化シグナル強度比は、照射線量が増加するに従って増加している。照射線量が500kGyで明らかに架橋構造が出現し、照射線量が1000kGyに2倍になると、規格化シグナル強度比は約3倍になっており、架橋がより進行していることが分かった。 As shown in FIG. 6, the normalized signal intensity ratio increases as the irradiation dose increases. When the irradiation dose was 500 kGy, a clearly crosslinked structure appeared, and when the irradiation dose was doubled to 1000 kGy, the normalized signal intensity ratio was about three times, indicating that the crosslinking was more advanced.
上述した方法により得られた摺動層の層厚さは、10μm以上40μm未満、好ましくは15μm以上30μm未満である。層厚さが10μm未満であると、被膜の密着不良による剥離や初期摩耗の摩耗により、金属基材が露出するおそれがある。40μm以上であると、被膜形成時のクラック発生や運転中に剥離して潤滑状態が悪化するおそれがある。層厚さを10μm以上40μm未満の範囲とすることで、初期摩耗による金属基材の露出を防止でき、運転中における剥離を長期間にわたって防止できる。 The layer thickness of the sliding layer obtained by the method described above is 10 μm or more and less than 40 μm, preferably 15 μm or more and less than 30 μm. If the layer thickness is less than 10 μm, the metal substrate may be exposed due to peeling due to poor adhesion of the coating or wear due to initial wear. If it is 40 μm or more, cracks during film formation or peeling during operation may deteriorate the lubrication state. By setting the layer thickness to a range of 10 μm or more and less than 40 μm, it is possible to prevent the metal substrate from being exposed due to initial wear and to prevent peeling during operation over a long period of time.
本発明の転がり軸受け用保持器は、摺動層が鉄系金属材料との密着性に優れ、また摺動面が油中においても耐摩耗性に優れているので、この保持器を備えた転がり軸受に好適である。特に油中で使用され、針状ころを転動体とした転がり軸受であるエンジンのコンロッド大端部軸受、コンロッド小端部軸受またはクランクシャフト支持軸である場合に好適である。 The rolling bearing cage of the present invention has a sliding layer with excellent adhesion to an iron-based metal material and a sliding surface with excellent wear resistance even in oil. Suitable for bearings. It is particularly suitable for a connecting rod large end bearing, a connecting rod small end bearing, or a crankshaft support shaft, which is a rolling bearing that uses needle rollers as rolling elements and is used in oil.
図7は転がり軸受の一実施例である針状ころ軸受を示す斜視図である。図7に示すように、針状ころ軸受15は複数の針状ころ16と、この針状ころ16を一定間隔、もしくは不等間隔で保持する保持器1とで構成される。エンジンのコンロッド部用軸受の場合、軸受内輪および軸受外輪は設けられず、直接に、保持器1の内径側にクランク軸やピストンピン等の軸が挿入され、保持器1の外径側がハウジングであるコンロッドの係合穴に嵌め込まれて使用される。内外輪を有さず、長さに比べて直径が小さい針状ころ16を転動体として用いるので、この針状ころ軸受15は、内外輪を有する一般の転がり軸受に比べて、コンパクトなものとなる。
FIG. 7 is a perspective view showing a needle roller bearing which is an embodiment of a rolling bearing. As shown in FIG. 7, the
上記針状ころ軸受を使用した4サイクルエンジンの縦断面図を図8に示す。
図8は本発明の転がり軸受の一例として針状ころ軸受を使用した4サイクルエンジンの縦断面図である。4サイクルエンジンは、吸気バルブ17aを開き、排気バルブ18aを閉じてガソリンと空気を混合した混合気を吸気管17を介して燃焼室19に吸入する吸入行程と、吸気バルブ17aを閉じてピストン20を押し上げて混合気を圧縮する圧縮行程と、圧縮された混合気を爆発させる爆発行程と、爆発した燃焼ガスを排気バルブ18aを開き排気管18を介して排気する排気行程とを有する。そして、これらの行程で燃焼により直線往復運動を行なうピストン20と、回転運動を出力するクランク軸21と、ピストン20とクランク軸21とを連結し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッド22とを有する。クランク軸21は、回転中心軸23を中心に回転し、バランスウェイト24によって回転のバランスをとっている。
FIG. 8 shows a longitudinal sectional view of a four-cycle engine using the needle roller bearing.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a four-cycle engine using a needle roller bearing as an example of the rolling bearing of the present invention. In the four-cycle engine, the intake valve 17a is opened, the exhaust valve 18a is closed, and an air-fuel mixture obtained by mixing gasoline and air is sucked into the
コンロッド22は、直線状棒体の下方に大端部25を、上方に小端部26を設けたものからなる。クランク軸21は、コンロッド22の大端部25の係合穴に取り付けられた針状ころ軸受15aを介して回転自在に支持されている。なお、必要に応じてバランスウェイトとコンロッド大端部側面および軸受端面との間に鋼製か銅合金製のサイドワッシャを配置する。ピストン20とコンロッド22を連結するピストンピン27は、コンロッド22の小端部26の係合穴に取り付けられた針状ころ軸受15bを介して回転自在に支持されている。
摺動性に優れた針状ころ軸受を使用することにより、小型化あるいは高出力化された2サイクルエンジンや4サイクルエンジンであっても耐久性に優れる。
The connecting
By using a needle roller bearing with excellent slidability, even a two-cycle engine or a four-cycle engine reduced in size or increased in output has excellent durability.
図7では軸受として針状ころ軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受等としても使用できる。特に、油潤滑環境下で使用され、鉄系金属材料製保持器を使用する転がり軸受に好適に使用できる。 Although FIG. 7 illustrates a needle roller bearing as the bearing, the rolling bearing of the present invention is a cylindrical roller bearing, a tapered roller bearing, a self-aligning roller bearing, a needle roller bearing, a thrust cylindrical roller bearing, or a thrust cone other than those described above. It can also be used as a roller bearing, a thrust needle roller bearing, a thrust self-aligning roller bearing or the like. In particular, it can be suitably used for a rolling bearing that is used in an oil-lubricated environment and uses a ferrous metal material cage.
実施例1〜実施例5
浸炭焼入焼戻し処理したクロムモリブデン鋼(SCM415)製外径寸法φ44mm×内径寸法φ37mm×幅22mmのニードル軸受保持器(基材表面硬度 Hv:484〜595)を準備した。それぞれブラスト処理により表面を表面粗さRa1μm程度に粗面化し、洗浄した後、下地層はダイキン社製プライマー塗料(型番:EK−1909S21R)、第二のフッ素樹脂層にはダイキン社製トップ塗料(型番:EK−3700C21R)を用いて摺動層を形成した。乾燥時間はそれぞれ90℃の恒温槽内で30分間乾燥し、380℃の加熱炉内で30分間焼成した。その後、摺動層表面の押し込み硬さが表3に示す所定の硬さとなるように図2に示す方法で電子線を照射した。
Examples 1 to 5
A needle bearing retainer (base surface hardness Hv: 484 to 595) made of chromium molybdenum steel (SCM415) subjected to carburizing, quenching and tempering and having an outer diameter of φ44 mm, an inner diameter of φ37 mm, and a width of 22 mm was prepared. Each surface is roughened to a surface roughness Ra of about 1 μm by blasting and washed, and then the primer layer is a Daikin primer paint (model number: EK-1909S21R), and the second fluororesin layer is a Daikin top paint ( The sliding layer was formed using model number: EK-3700C21R). The drying time was 30 minutes in a constant temperature bath at 90 ° C., followed by baking in a heating furnace at 380 ° C. for 30 minutes. Then, the electron beam was irradiated by the method shown in FIG. 2 so that the indentation hardness of the surface of a sliding layer might become predetermined | prescribed hardness shown in Table 3.
加熱源12であるカートリッジヒータを挿入したアルミ製の保持器固定治具9に未照射摺動層を表面に有する保持器1を挿入する。保持器固定治具9はモータ11に接続され、電子線照射時には60〜70回/分の回転数で回転しながら電子線発生源を通過することにより被膜全体に電子線を照射した。すなわち、図2において、電子線はいずれも図面上方から照射し、保持器固定治具9を図面手前方向にスライドさせた。また、加熱源12であるカートリッジヒータにより保持器の温度を被膜の融点より30℃低い温度から融点よりも20℃度高い温度の範囲にあらかじめ設定した。保持器外径面への照射線量は、実施例1が236kGy、実施例2が944kGy、実施例3が1652kGy、実施例4および実施例5が2360kGyで行なった。照射雰囲気は、外径面と端面に塗布した被膜の高硬度化を効率的に行なうため、不活性ガス注入により照射領域の酸素濃度が300ppm以下となるように、チャンバー8内を窒素で充満した。
The
被膜の硬度測定は、試料の固定など保持器を使用しての測定が煩雑となるため、平板試験片に置き換えて測定した。その際、電子線の保持器への照射線量を把握するため、外径面に5a〜5gの7ヶ所(図2(c))、両端面に7aおよび7bの2ヶ所(図2(a))、合計9ヶ所にフィルム線量計(FWT社製ラジオクロミックフィルム「FWT−60−810」)を貼付した保持器に電子線を照射した。なおフィルム線量計を貼付した場合は保持器を加熱していない。電子線照射後のフィルム線量計を用いて、線量測定器(FWT−92D型ラジオクロミックフィルムリーダー)により照射線量の測定を行なった。結果を表1に示す。 The hardness of the coating was measured by replacing it with a flat test piece because measurement using a cage such as fixing of the sample becomes complicated. At that time, in order to grasp the irradiation dose of the electron beam to the cage, 7 locations (FIG. 2 (c)) of 5a to 5g on the outer diameter surface and 2 locations of 7a and 7b (FIG. 2 (a)) on both end surfaces. ), The electron beam was irradiated to the holder in which film dosimeters (radiochromic film “FWT-60-810” manufactured by FWT) were attached to a total of nine places. When a film dosimeter is attached, the cage is not heated. Using the film dosimeter after electron beam irradiation, the irradiation dose was measured with a dosimeter (FWT-92D type radiochromic film reader). The results are shown in Table 1.
得られた平板試験片、ニードル軸受保持器および潤滑油浸漬試験片を以下の方法で評価した。
[押し込み硬さ]
アジレントテクノロジー社製:ナノインデンタ(G200)を用いて、ISO14577に準拠した方法で平板試験片を用いて測定した。なお、測定値は表面粗さおよび基材(SPCC)の影響を受けない深さ(硬さが安定している箇所)の平均値を示しており、各試験片10箇所ずつ測定した。測定条件は、圧子形状がバーコビッチ型であり、押し込み深さが荷重5mNとなる深さであり、荷重負荷速度が10mN/分であり、測定温度が25℃である。押し込み硬さは、押し込み荷重と変位(面積)から硬度を算出した。結果を表3に示す。なお、表3に示す押し込み硬さは、平板試験片の主平面を電子線の照射方向に対して垂直方向に配置した試料を用いて、外径面相当試験片の押し込み硬さを外径面押し込み硬さ、端面相当試験片の押し込み硬さを端面押し込み硬さとしてそれぞれ測定した。
The obtained flat plate test piece, needle bearing cage and lubricating oil immersion test piece were evaluated by the following methods.
[Indentation hardness]
Agilent Technologies, Inc .: Using a nanoindenter (G200), measurement was performed using a flat plate test piece by a method based on ISO14577. In addition, the measured value has shown the average value of the depth (location where hardness is stable) which is not influenced by surface roughness and a base material (SPCC), and measured 10 each test piece. The measurement conditions are such that the indenter shape is a Barkovic type, the indentation depth is a depth at which the load is 5 mN, the load load speed is 10 mN / min, and the measurement temperature is 25 ° C. The indentation hardness was calculated from the indentation load and displacement (area). The results are shown in Table 3. The indentation hardness shown in Table 3 is obtained by using the sample in which the main plane of the flat plate test piece is arranged in the direction perpendicular to the irradiation direction of the electron beam, and the indentation hardness of the outer diameter surface equivalent test piece The indentation hardness and the indentation hardness of the end surface equivalent test piece were measured as end surface indentation hardness, respectively.
[摩耗量および剥離量]
摩耗量試験装置の概要を図9に示す。
SUJ2製、焼入れ焼戻し処理HRC62、凹部表面粗さ0.1〜0.2μmRaの凹状相手材28を垂直方向から回転軸に取り付けた保持器1に所定の荷重29の力で押し付けた状態で、回転軸とともに保持器1を回転させることにより保持器1表面に施した被膜の摩擦特性を評価し摩耗量を測定した。測定条件は、荷重:440N、潤滑油:鉱油(10W−30)、滑り速度:930.6m/分、測定時間:100時間である。また、その時の剥離量を目視で観察することでPTFE被膜の密着性についても評価した。剥離量が重度とは金属基材が露出する場合であり、軽度とは金属基材の露出が生じない場合である。なお凹R部半径は、保持器半径よりも20〜55μm大きい寸法で設定した。潤滑油は保持器の半分の高さまで浸漬する量を使用した。結果を表3に示す。
[Abrasion amount and peeling amount]
An outline of the wear amount test apparatus is shown in FIG.
Rotating in a state in which a
[溶出量]
潤滑油浸漬試験片3本を150℃の潤滑油〔ポリ−α−オレフィン:ルーカントHL−10(三井化学社製)にZnDTP(LUBRIZOL677A、LUBRIZOL社製)を1重量%添加したもの〕2.2gに200時間浸漬した後、潤滑油中に溶出した被膜成分の濃度(溶出量の単位、ppm)を測定した。濃度測定は、蛍光X線測定〔蛍光X線測定装置:Rigaku ZSX100e(リガク社製)〕により定量した。結果を表3に示す。
[Elution volume]
150 g of lubricating oil immersion test piece (poly-α-olefin: Lucant HL-10 (manufactured by Mitsui Chemicals) added with 1% by weight of ZnDTP (LUBRIZOL677A, manufactured by LUBRIZOL)) 2.2 g After being soaked for 200 hours, the concentration of the coating component eluted in the lubricating oil (unit of elution amount, ppm) was measured. The concentration was quantified by fluorescent X-ray measurement [fluorescent X-ray measurement apparatus: Rigaku ZSX100e (manufactured by Rigaku Corporation)]. The results are shown in Table 3.
比較例1
電子線を照射しない以外は、実施例1と同じ試料を用いて、実施例1と同じ評価をした。結果を表3に示す。
Comparative Example 1
Except not irradiating an electron beam, the same evaluation as Example 1 was performed using the same sample as Example 1. The results are shown in Table 3.
比較例2〜3
電子線の照射線量を実施例1よりも少なくして、押し込み硬さを実施例1よりも低くする以外は、実施例1と同じ試料を用いて、実施例1と同じ評価をした。結果を表3に示す。
Comparative Examples 2-3
The same evaluation as in Example 1 was performed using the same sample as in Example 1 except that the electron beam irradiation dose was made lower than that in Example 1 and the indentation hardness was made lower than in Example 1. The results are shown in Table 3.
比較例4〜5
電子線の照射線量を実施例4よりも多くして、押し込み硬さを実施例4よりも高くする以外は、実施例1と同じ試料を用いて、実施例1と同じ評価をした。結果を表3に示す。
Comparative Examples 4-5
The same evaluation as in Example 1 was performed using the same sample as in Example 1 except that the electron beam irradiation dose was increased from that in Example 4 and the indentation hardness was made higher than in Example 4. The results are shown in Table 3.
比較例6
摺動層の厚さを40μmとする以外は、実施例1と同じ試料を用いて摺動層を形成したが、摺動被膜の焼成段階でクラックが発生したため以後の電子線照射、評価試験は中止した。
Comparative Example 6
Except that the thickness of the sliding layer was 40 μm, the sliding layer was formed using the same sample as in Example 1. However, since cracks occurred during the firing stage of the sliding coating, Canceled.
比較例7
実施例1と同一の金属基材を用いて、下地層を形成することなく、直接第二のフッ素樹脂層を各実施例と同一の塗布液および条件で形成し、実施例2と同一の押し込み硬さとなるように電子線照射した。実施例1と同じ評価をした結果を表3に示す。
Comparative Example 7
Using the same metal substrate as in Example 1, the second fluororesin layer was directly formed with the same coating solution and conditions as in each Example without forming the underlayer, and the same indentation as in Example 2 It was irradiated with an electron beam so as to be hard. Table 3 shows the results of the same evaluation as in Example 1.
比較例8
実施例1と同一の未照射の摺動被膜を形成し、図10に示す照射装置を用いて電子線を照射した。図10は比較例8における電子線照射装置を示す図であり、図10(a)は正面概要図であり、図10(b)はフィルム線量計貼付け箇所を示す図である。
保持器1’の片側端面7b’が設置面になるよう保持器1’を設置台30に置き、保持器内径部をアルミニウム製の保持器固定治具で満たし、この保持器固定治具にカードリッジヒータおよびシース熱電対を差し込んでフッ素樹脂被膜の融点より30℃低い温度から該融点の20℃高い温度範囲に調整し、電子線照射窓8a’より電子線を照射した。このときの照射雰囲気は、チャンバー8’の内部8b’は酸素濃度が300ppm以下となるように窒素で充満しておく。電子線を電子線照射窓8a’より照射した。この方法においては、保持器1’の一つの端面7a’に電子線は照射されるが、設置台30側の端面7b’の被膜には電子線は照射されない。実施例1と同じ評価をした結果を表3に示す。
Comparative Example 8
The same unirradiated sliding film as in Example 1 was formed and irradiated with an electron beam using the irradiation apparatus shown in FIG. FIG. 10 is a view showing an electron beam irradiation apparatus in Comparative Example 8, FIG. 10 (a) is a schematic front view, and FIG. 10 (b) is a view showing a film dosimeter pasting position.
The cage 1 'is placed on the installation table 30 so that the one
実施例1と同様、保持器被膜の硬度測定は煩雑となるため、平板試験片に置き換えて測定した。その際、電子線の保持器への照射線量を把握するため、事前に保持器外径面の照射窓に近い側5’、中間部5’’、設置台に近い側5’’’の3ヶ所、両端面7a’および7b’に1ヶ所ずつの計5ヶ所に実施例1と同一のフィルム線量計を貼付した。保持器外径面のフィルム線量計はそれぞれ半周分貼付した。なおフィルム線量計を貼付した場合は保持器を加熱していない。電子線照射後のフィルム線量計を用いて、線量測定器(FWT−92D型ラジオクロミックフィルムリーダー)により実施例1と同様に照射線量の測定を行なった。結果を表2に示す。その結果、照射窓側の外径面(5’)に照射された電子線の40.0%が設置台に近い側(5’’’)の外径面に照射されることがわかった。したがって、照射窓側の外径面に2360kGy照射すると設置台に近い側の外径面には944kGy程度照射される。この結果を踏まえて、SPCC製30mm×30mm×厚さ2mmの平板に実施例1と同様の条件で表面フッ素樹脂被膜を形成し、実施例1と同様の条件およびその40%程度の線量となる電子線を照射して、平板試験片(外径面相当、端面相当)とした。
Since the measurement of the hardness of the cage film is complicated as in Example 1, it was measured by replacing it with a flat test piece. At that time, in order to grasp the irradiation dose of the electron beam to the cage, 3 of the
比較例9
浸炭焼入焼戻し処理したクロムモリブデン鋼(SCM415)製φ44mm×幅22mmのニードル軸受保持器表面に銀めっき層を有する例である。実施例1と同じ評価をした結果を表3に示す。
Comparative Example 9
It is an example which has a silver plating layer on the surface of a needle bearing retainer made of chromium molybdenum steel (SCM415) φ44 mm ×
電子線照射で架橋したPTFE被膜を保持器表面に施すと、実施例1〜実施例5に示すように保持器外径面の摺動特性が向上する。一方、比較例1の未照射PTFE被膜と比較例2〜5の架橋PTFE被膜は、摩耗や剥離が進み基材が露出した。比較例8の片方の端面のPTFE被膜は未照射となるため、バランスウェイトまたはサイドワッシャと摺動すると摩耗が進むことが容易に推定できる。比較例9の銀めっきは潤滑油中に銀が溶出し、被膜が劣化していた。 When a PTFE film crosslinked by electron beam irradiation is applied to the cage surface, the sliding characteristics of the cage outer diameter surface are improved as shown in Examples 1 to 5. On the other hand, the unirradiated PTFE coating of Comparative Example 1 and the crosslinked PTFE coatings of Comparative Examples 2 to 5 were subjected to wear and peeling, and the base material was exposed. Since the PTFE coating on one end face of Comparative Example 8 is not irradiated, it can be easily estimated that the wear proceeds when sliding with a balance weight or a side washer. In the silver plating of Comparative Example 9, silver was eluted in the lubricating oil, and the coating was deteriorated.
本発明の転がり軸受用保持器およびこの保持器を有する転がり軸受けは、潤滑油中、高滑り速度、高面圧の条件下においても摩耗を抑制できるので、特に、潤滑油中で使用される転がり軸受の分野で使用できる。 The rolling bearing retainer of the present invention and the rolling bearing having the retainer can suppress wear even under conditions of lubricating oil, high slip speed, and high surface pressure. Can be used in the field of bearings.
1 ニードル軸受用保持器
2 ポケット部
3 柱部
4 円筒部
5 外径面
6 内径面
7 端面
8 電子線照射チャンバー
9 保持器固定治具
10 回転軸
11 モータ
12 加熱源
13 制御装置
14 ロータリーコネクタ
15 針状ころ軸受
16 針状ころ
17 吸気管
18 排気管
19 燃焼室
20 ピストン
21 クランク軸
22 コンロッド
23 回転中心軸
24 バランスウェイト
25 大端部
26 小端部
27 ピストンピン
28 凹状相手材
29 荷重
30 設置台
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記円筒体は、基材と、この基材表面に形成された摺動層とから構成され、この摺動層は少なくとも表面が架橋されたフッ素樹脂被膜であり、ISO14577法により測定される前記円筒体の外径面における摺動層の押し込み硬さが前記円筒体の端面における摺動層の押し込み硬さよりも大きいことを特徴とする転がり軸受用保持器。 A rolling bearing retainer comprising a cylindrical body having an outer diameter surface and an end surface adjacent to the outer diameter surface in order to hold a rolling element of a rolling bearing used in an oil lubrication environment,
The cylindrical body is composed of a base material and a sliding layer formed on the surface of the base material, and the sliding layer is a fluororesin film having at least a surface crosslinked, and is measured by the ISO14577 method. A cage for a rolling bearing, wherein the indentation hardness of the sliding layer on the outer diameter surface of the body is larger than the indentation hardness of the sliding layer on the end surface of the cylindrical body.
前記転がり軸受の転動体を保持する保持器が請求項1から請求項6のいずれか1項記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。 In an engagement hole provided at an end of a connecting rod that supports a crankshaft that outputs rotational motion and converts linear reciprocating motion into rotational motion, or a rolling bearing attached to the crankshaft,
The rolling bearing according to any one of claims 1 to 6, wherein the cage that holds the rolling elements of the rolling bearing is the rolling bearing cage according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/035281 WO2018062407A1 (en) | 2016-09-28 | 2017-09-28 | Rolling bearing retainer and rolling bearing |
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JP2016195903 | 2016-10-03 |
Publications (1)
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