JP2008019965A - Planetary gear device and rolling bearing - Google Patents
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Abstract
【課題】高速回転で且つすべりが生じやすいような条件下で使用された場合でも、摩耗等の表面損傷が生じ難く優れた転がり疲れ寿命を有する遊星歯車装置及び転がり軸受を提供する。
【解決手段】遊星歯車装置は、サンギヤ1と、サンギヤ1と同心に配されたリングギヤ2と、サンギヤ1及びリングギヤ2に噛み合いサンギヤ1の周りを公転する複数のピニオンギヤ3と、を備えている。ピニオンギヤ3の中心穴にピニオンシャフト5が挿通されており、この中心穴の内面3aとピニオンシャフト5の外周面5aとの間には、複数の針状ころ6が転動自在に配され、ピニオンギヤ3の中心穴の内面3aとピニオンシャフト5の外周面5aところ6とで構成される転がり軸受により、ピニオンギヤ3がピニオンシャフト5を軸として回転自在とされている。そして、針状ころ6の転動面のうち面積率で75%以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されている。
【選択図】図2Provided are a planetary gear device and a rolling bearing that have an excellent rolling fatigue life that hardly causes surface damage such as wear even when used under conditions where high-speed rotation and slip are likely to occur.
A planetary gear device includes a sun gear, a ring gear arranged concentrically with the sun gear, and a plurality of pinion gears that mesh with the sun gear and the ring gear and revolve around the sun gear. A pinion shaft 5 is inserted through the center hole of the pinion gear 3, and a plurality of needle rollers 6 are rotatably arranged between the inner surface 3 a of the center hole and the outer peripheral surface 5 a of the pinion shaft 5. The pinion gear 3 is rotatable about the pinion shaft 5 by a rolling bearing constituted by the inner surface 3a of the center hole 3 and the outer peripheral surface 5a of the pinion shaft 5 and 6. A portion of the rolling surface of the needle roller 6 that is 75% or more in area ratio is covered with a lubricating film made of a solid lubricant.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は遊星歯車装置に関する。また、本発明は、遊星歯車装置に使用される転がり軸受に関する。 The present invention relates to a planetary gear device. The present invention also relates to a rolling bearing used in a planetary gear device.
通常、転がり軸受にはP/C(P:動等価荷重、C:基本動定格荷重) が5%(一般的には8.3%)を超えるように荷重が負荷されないと、転動体の転動が阻害されてすべりが発生するため、焼付きが生じて許容回転速度を満足しないことが知られている。
特に、遊星歯車装置においてピニオンギヤを回転自在に支持するために使用される転がり軸受(以降は遊星歯車装置用軸受と記すこともある)では、ピニオンギアからピニオンシャフトへの力の伝達が円滑に行われるように、はすば歯車が使用されているため、ころのスキューによるすべりが発生しやすく、プラネタリーシャフトの走行跡がねじれた形状となる。また、この遊星歯車装置用軸受は、10000min-1を超える高速回転下で使用される。
Normally, if a load is not applied to a rolling bearing so that P / C (P: dynamic equivalent load, C: basic dynamic load rating) exceeds 5% (generally 8.3%), the rolling element rolls. It is known that seizure occurs because the movement is inhibited and seizure occurs and the allowable rotational speed is not satisfied.
In particular, in a rolling bearing used for rotatably supporting a pinion gear in a planetary gear device (hereinafter sometimes referred to as a planetary gear device bearing), force is smoothly transmitted from the pinion gear to the pinion shaft. As can be seen, since a helical gear is used, slippage due to roller skew is likely to occur, and the traveling trace of the planetary shaft becomes twisted. The planetary gear unit bearing is used under high-speed rotation exceeding 10,000 min −1 .
遊星歯車装置用軸受は、保持器を有していない総ころ針状ころ軸受であるから、dmN値15〜30万よりも低い回転速度で使用する必要があり、これが許容回転速度の目安となる。総ころ針状ころ軸受に生じやすい不具合としては、潤滑不足による焼付きや転動体のピーリング損傷があるが、特に微小焼付き(スミアリング)が問題となっている。
このような問題を解決して転がり軸受等の装置の転がり疲れ寿命を向上させる技術として、軌道面や転動面に種々の処理を施す技術が提案されている。例えば、特許文献1では、スラスト荷重を受けながらすべり接触するすべり面を備えた機械部品において、すべり面に独立した微小くぼみを無数にランダムに設け、この微小くぼみの平均面積を35〜150μm2 、微小くぼみの占める面積率を10〜40%とすることが提案されている。
Since the planetary gear unit bearing is a full needle roller bearing that does not have a cage, it must be used at a rotational speed lower than a dmN value of 150 to 300,000, which is a guideline for an allowable rotational speed. . Problems that are likely to occur in full needle roller bearings include seizure due to insufficient lubrication and peeling damage of rolling elements, but micro seizure (smearing) is particularly problematic.
As a technique for solving such a problem and improving the rolling fatigue life of an apparatus such as a rolling bearing, techniques for applying various treatments to the raceway surface and the rolling surface have been proposed. For example, in
また、特許文献2では、平均粒子径が約1〜20μmの二硫化モリブデンを約95質量%以上含有した二硫化モリブデン投射用材料からなる固体潤滑被膜を、金属,樹脂,ガラス,セラミックスのいずれかからなる物質表面に形成することが提案されている。さらに、特許文献3では、ねじ軸,ナット,及びボールの少なくとも一つの摺接面に、二硫化モリブデンの微粒子を固着させて、厚さ0.5μm以下の固体潤滑被膜を形成することが提案されている。
しかしながら、前述の特許文献1に記載の技術では、低粘度の潤滑油が使用されたり、潤滑油量が不十分である場合には、微小くぼみ内に潤滑油を十分に保持できず、摩耗等の表面損傷を効果的に防止することは難しかった。また、前述の特許文献2では、固体潤滑被膜の材料を特定しただけであるため、摩耗等の表面損傷を生じ難くするという点でさらなる改善の余地がある。さらに、前述の特許文献3に記載の技術では、固体潤滑被膜の密着性が不十分である場合があり、固体潤滑被膜が容易に脱落することが考えられる。
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、高速回転で且つすべりが生じやすいような条件下で使用された場合でも、摩耗等の表面損傷が生じ難く優れた転がり疲れ寿命を有する遊星歯車装置及び転がり軸受を提供することを課題とする。
However, in the technique described in
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and even when used under conditions where high-speed rotation and slipping are likely to occur, excellent rolling fatigue is unlikely to cause surface damage such as wear. It is an object of the present invention to provide a planetary gear device and a rolling bearing having a long life.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の遊星歯車装置は、中心に位置するサンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するピニオンギヤと、前記ピニオンギヤの中心穴に挿通され前記ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトと、前記ピニオンギヤの中心穴の内面と前記ピニオンシャフトの外周面との間に転動自在に配された複数のころと、を備える遊星歯車装置において、前記ころの転動面のうち面積率で75%以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the planetary gear device of
また、本発明に係る請求項2の遊星歯車装置は、請求項1に記載の遊星歯車装置において、前記潤滑被膜の厚さが0.1μm以上8μm以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項3の遊星歯車装置は、請求項1又は請求項2に記載の遊星歯車装置において、前記ころの転動面のうち前記潤滑被膜が被覆された部分に、深さが0.1μm以上5μm以下の微小くぼみが形成されていることを特徴とする。
A planetary gear device according to a second aspect of the present invention is the planetary gear device according to the first aspect, wherein the thickness of the lubricating coating is 0.1 μm or more and 8 μm or less.
Furthermore, the planetary gear device according to a third aspect of the present invention is the planetary gear device according to the first or second aspect, wherein a depth of a portion of the rolling surface of the roller covered with the lubricant film is reduced. Is characterized in that a small indentation of 0.1 μm or more and 5 μm or less is formed.
さらに、本発明に係る請求項4の転がり軸受は、中心に位置するサンギヤと、該サンギヤと同心に配されたリングギヤと、前記サンギヤ及び前記リングギヤに噛み合い前記サンギヤの周りを公転するピニオンギヤと、を備える遊星歯車装置に使用され、前記ピニオンギヤを回転自在に支持する転がり軸受であって、前記ピニオンギヤの中心穴に挿通されたピニオンシャフトの外周面と、前記ピニオンギヤの中心穴の内面と、前記ピニオンシャフトの外周面と前記ピニオンギヤの中心穴の内面との間に転動自在に配された複数のころと、で構成されるとともに、前記ころの転動面のうち面積率で75%以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜が被覆されていることを特徴とする。 Furthermore, the rolling bearing according to claim 4 of the present invention includes a sun gear located at the center, a ring gear arranged concentrically with the sun gear, a pinion gear that meshes with the sun gear and the ring gear and revolves around the sun gear. A rolling bearing that is used in a planetary gear device and that rotatably supports the pinion gear, the outer peripheral surface of the pinion shaft inserted through the center hole of the pinion gear, the inner surface of the center hole of the pinion gear, and the pinion shaft And a plurality of rollers that are arranged to freely roll between the outer peripheral surface of the pinion gear and the inner surface of the center hole of the pinion gear, and the area ratio is 75% or more of the rolling surface of the rollers. Further, the present invention is characterized in that a lubricating coating composed of a solid lubricant is coated.
さらに、本発明に係る請求項5の転がり軸受は、請求項4に記載の転がり軸受において、前記潤滑被膜の厚さが0.1μm以上8μm以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項6の転がり軸受は、請求項4又は請求項5に記載の転がり軸受において、前記ころの転動面のうち前記潤滑被膜が被覆された部分に、深さが0.1μm以上5μm以下の微小くぼみが形成されていることを特徴とする。
Furthermore, a rolling bearing according to a fifth aspect of the present invention is the rolling bearing according to the fourth aspect, wherein the thickness of the lubricating coating is not less than 0.1 μm and not more than 8 μm.
Furthermore, the rolling bearing according to
このような遊星歯車装置及び転がり軸受は、ころの転動面のうち面積率で75%以上の部分に潤滑被膜が被覆されており、ころの転動面に良好な潤滑性が付与されているので、ピニオンギヤの中心穴の内面やピニオンシャフトの外周面と摺接することによる摩耗や発熱が生じにくい。よって、高速回転で且つすべりが生じやすいような条件下で使用された場合でも、ころ,ピニオンギヤ,ピニオンシャフトにスミアリング,焼付き,摩耗,ピーリング等の表面損傷が生じ難く、転がり疲れ寿命が優れている。 In such a planetary gear device and a rolling bearing, a lubricating film is coated on a portion of the rolling surface of the roller that is 75% or more in area ratio, and good lubricating properties are imparted to the rolling surface of the roller. Therefore, wear and heat generation are less likely to occur due to sliding contact with the inner surface of the center hole of the pinion gear and the outer peripheral surface of the pinion shaft. Therefore, even when used under conditions where high-speed rotation and slip are likely to occur, surface damage such as smearing, seizure, wear, and peeling is unlikely to occur on rollers, pinion gears, and pinion shafts, and rolling fatigue life is excellent. ing.
ころの転動面のうち潤滑被膜が被覆されている部分の割合が面積率で75%未満であると、潤滑性が不十分となり、前述のような表面損傷が生じて転がり疲れ寿命が不十分となるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、ころの転動面のうち面積率で95%以上の部分に潤滑被膜を被覆することが好ましく、100%が最も好ましい。 If the ratio of the portion covered with the lubricating coating on the rolling surface of the roller is less than 75% in terms of area ratio, the lubricity becomes insufficient, the surface damage as described above occurs, and the rolling fatigue life is insufficient. There is a risk of becoming. In order to make such inconvenience less likely to occur, it is preferable to cover the roller rolling surface with a lubricating coating on the area ratio of 95% or more, most preferably 100%.
また、潤滑被膜の厚さが0.1μm未満であると、潤滑性が不十分となるおそれがあり、8μm超過であると、潤滑被膜の強度が不十分となるおそれがある。さらに、微小くぼみに潤滑被膜が充填されることにより潤滑被膜の密着性が高まるが、微小くぼみの深さが0.1μm未満であると、潤滑被膜の良好な密着性が得られないおそれがある。ただし、5μm超過としても、それ以上の効果は期待できないので、微小くぼみの深さは5μm以下とすることが好ましい。 Further, if the thickness of the lubricating coating is less than 0.1 μm, the lubricity may be insufficient, and if it exceeds 8 μm, the strength of the lubricating coating may be insufficient. Furthermore, the adhesion of the lubricating coating is increased by filling the fine recess with the lubricating coating, but if the depth of the micro-dent is less than 0.1 μm, there is a possibility that good adhesion of the lubricating coating cannot be obtained. . However, even if it exceeds 5 μm, no further effect can be expected. Therefore, the depth of the minute recess is preferably 5 μm or less.
本発明の遊星歯車装置及び転がり軸受は、高速回転で且つすべりが生じやすいような条件下で使用された場合でも、摩耗等の表面損傷が生じ難く優れた転がり疲れ寿命を有する。 The planetary gear device and rolling bearing of the present invention have an excellent rolling fatigue life in which surface damage such as wear hardly occurs even when used under conditions where high-speed rotation and slip are likely to occur.
本発明に係る遊星歯車装置及び転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、遊星歯車装置の分解斜視図であり、図2は、図1の遊星歯車装置に使用された転がり軸受の断面図である。
図1の遊星歯車装置は、図示しない軸が挿通されたサンギヤ1と、該サンギヤ1と同心に配されたリングギヤ2と、サンギヤ1及びリングギヤ2に噛み合いサンギヤ1の周りを公転する複数(図1においては3個)のピニオンギヤ3と、サンギヤ1及びリングギヤ2と同心に配されピニオンギヤ3を回転自在に支持するキャリヤ4と、を備えている。
Embodiments of a planetary gear device and a rolling bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of a planetary gear device, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a rolling bearing used in the planetary gear device of FIG.
1 includes a
ピニオンギヤ3の中心には穴が形成されており、この中心穴に、キャリヤ4に固定されたピニオンシャフト5が挿通されている。また、ピニオンギヤ3の中心穴の内面3aとピニオンシャフト5の外周面5aとの間には、複数の針状ころ6が転動自在に配されていて、ピニオンギヤ3の中心穴の内面3aとピニオンシャフト5の外周面5aと複数のころ6とで構成される転がり軸受により、ピニオンギヤ3がピニオンシャフト5を軸として回転自在とされている。
そして、針状ころ6の転動面(ピニオンギヤ3の中心穴の内面3aやピニオンシャフト5の外周面5aとの接触部分)のうち面積率で75%以上の部分に、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜(図示せず)が被覆されている。
A hole is formed at the center of the
Of the rolling surfaces of the needle rollers 6 (contact portions with the
このような遊星歯車装置は、潤滑被膜によって優れた潤滑性が付与されるので、高速回転で且つすべりが生じやすいような条件下で使用された場合でも、針状ころ6の転動面,ピニオンギヤ3の中心穴の内面3a,ピニオンシャフト5の外周面5aにスミアリング,焼付き,摩耗,ピーリング等の表面損傷が生じ難く、優れた転がり疲れ寿命を有する。なお、この潤滑被膜は、少なくとも針状ころ6の転動面に被覆してあればよいが、これに加えてピニオンギヤ3の中心穴の内面3a又はピニオンシャフト5の外周面5aに被覆してもよいし、前記3面全てに被覆してもよい。
In such a planetary gear device, excellent lubricity is imparted by the lubricating coating, so that the rolling surface of the
この潤滑被膜の厚さは、0.1μm以上8μm以下であることが好ましい。さらに、針状ころ6の転動面のうち少なくとも潤滑被膜が被覆された部分には、深さ0.1μm以上5μm以下の微小くぼみを形成することが好ましい。ピニオンギヤ3の中心穴の内面3aやピニオンシャフト5の外周面5aに潤滑被膜を被覆する場合には、その部分にも微小くぼみを形成することが好ましい。
The thickness of the lubricating coating is preferably from 0.1 μm to 8 μm. Furthermore, it is preferable to form a minute recess having a depth of 0.1 μm or more and 5 μm or less in at least a portion of the rolling surface of the
この潤滑被膜は、固体潤滑剤の粉末を投射するショットピーニング法により形成することが好ましい。また、固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではなく、例えばフッ化グラファイト,二硫化モリブデン,ポリテトラフルオロエチレン,ポリエチレン,フッ素樹脂,ナイロン,ポリアセタール,ポリオレフィン,ポリエステル,金属石鹸,二硫化タングステン,窒化ホウ素,黒鉛,フッ化カルシウム,フッ化バリウム,錫,錫合金が使用可能である。
なお、本実施形態においては、遊星歯車装置に使用する転がり軸受の例として針状ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は針状ころ軸受に限定されるものではなく、円筒ころ軸受等の他種のころ軸受にも本発明を適用可能である。
The lubricating coating is preferably formed by a shot peening method in which a solid lubricant powder is projected. In addition, the type of solid lubricant is not particularly limited. For example, graphite fluoride, molybdenum disulfide, polytetrafluoroethylene, polyethylene, fluororesin, nylon, polyacetal, polyolefin, polyester, metal soap, tungsten disulfide, Boron nitride, graphite, calcium fluoride, barium fluoride, tin, and tin alloys can be used.
In the present embodiment, a needle roller bearing has been described as an example of a rolling bearing used in a planetary gear device. However, the type of the rolling bearing is not limited to a needle roller bearing, and a cylindrical roller bearing. The present invention can also be applied to other types of roller bearings.
〔実施例〕
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。図1,2に示した遊星歯車装置とほぼ同様の構成の遊星歯車装置を用意して、駆動試験を行い、100時間駆動後のピニオンシャフトのスミアリングの発生状況を評価した。
試験に用いた遊星歯車装置のピニオンシャフトの直径,針状ころの直径,及びPCDは、表1,2に示す通りである。また、いずれの遊星歯車装置の場合も、針状ころの数は18個、針状ころの長さは10mmとし、ラジアルすき間は0.01〜0.04mm、円周方向すき間は0.1〜0.4mmとした。さらに、ピニオンシャフトの素材はSK85、ピニオンギヤの素材はSCM420、針状ころの素材はSUJ2とした。
〔Example〕
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. A planetary gear device having substantially the same configuration as the planetary gear device shown in FIGS. 1 and 2 was prepared, a drive test was performed, and the occurrence of smearing of the pinion shaft after driving for 100 hours was evaluated.
Tables 1 and 2 show the pinion shaft diameter, needle roller diameter, and PCD of the planetary gear set used in the test. In any planetary gear unit, the number of needle rollers is 18, the length of the needle rollers is 10 mm, the radial clearance is 0.01 to 0.04 mm, and the circumferential clearance is 0.1 to 0.1 mm. 0.4 mm. Further, the material of the pinion shaft is SK85, the material of the pinion gear is SCM420, and the material of the needle roller is SUJ2.
さらに、遊星歯車装置の駆動条件、すなわちピニオンギヤの自転速度及び公転速度は表1,2に示す通りであり、そのような条件で駆動している際のdmN値及びすべり速度を表1,2に併せて示してある。なお、針状ころの潤滑は、120℃の自動変速機用潤滑油(ATF)で行い、その量はピニオンギア1個当たり0.1L/minとした。 Further, the driving conditions of the planetary gear device, that is, the rotation speed and revolution speed of the pinion gear are as shown in Tables 1 and 2. The dmN value and the sliding speed when driving under such conditions are shown in Tables 1 and 2. It is also shown. The needle rollers were lubricated with 120 ° C. automatic transmission lubricating oil (ATF), and the amount thereof was 0.1 L / min per pinion gear.
さらに、針状ころの転動面に被覆されている潤滑被膜は、以下の通りである。実施例1〜9については、針状ころの転動面のうち面積率で85%の部分に、二硫化モリブデン(MoS2 )で構成された平均厚さ0.5μmの潤滑被膜が被覆されている。なお、針状ころの転動面のうち潤滑被膜が被覆された部分には、ショットピーニング処理により深さ0.5μmの微小くぼみが形成されている。比較例1〜9については、潤滑被膜は被覆されていないが、針状ころの転動面には、バレル処理により深さ0.3μmの微小くぼみが形成されている。 Further, the lubricating coating coated on the rolling surface of the needle roller is as follows. In Examples 1 to 9, a lubricating film with an average thickness of 0.5 μm made of molybdenum disulfide (MoS 2 ) was coated on the rolling surface of the needle roller at an area ratio of 85%. Yes. In addition, a minute recess having a depth of 0.5 μm is formed by a shot peening process on a portion of the rolling surface of the needle roller that is covered with the lubricating coating. About Comparative Examples 1-9, although the lubricating film is not coat | covered, the micro recess of depth 0.3micrometer is formed in the rolling surface of the needle roller by the barrel process.
ここで、固体潤滑剤で構成された潤滑被膜を被覆する方法について説明する。潤滑被膜を被覆する方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理を採用した。潤滑被膜の形成にはショットピーニング装置を用い、ショット材である固体潤滑剤としては、平均粒径5μm以下(JIS R6001の規定による)の二硫化モリブデン粉末を用いた。噴射圧力は196〜882kPa、噴射時間10〜20minである。なお、1回の処理に用いる針状ころの質量は1〜6kgが好ましい。 Here, a method for coating a lubricating coating composed of a solid lubricant will be described. The method for coating the lubricating coating is not particularly limited, but shot peening treatment is adopted. A shot peening apparatus was used for forming the lubricating coating, and a molybdenum disulfide powder having an average particle size of 5 μm or less (as defined in JIS R6001) was used as the solid lubricant as the shot material. The injection pressure is 196 to 882 kPa, and the injection time is 10 to 20 minutes. In addition, as for the mass of the needle roller used for one process, 1-6 kg is preferable.
潤滑被膜の厚さは、潤滑被膜を被覆する前後でマイクロメータ等によって針状ころの直径を測定することにより求めることができる。あるいは、電子顕微鏡(SEM)を用いて測定してもよい。電子顕微鏡を用いる場合は、まず潤滑被膜を備えた針状ころの転動面に、熱硬化性樹脂であるポリアミドイミドのピロリドン溶液を塗布し、175℃で2時間加熱して硬化させ、潤滑被膜の保護膜を形成した。この針状ころを切断してエポキシ樹脂に埋め込み、針状ころの切断面をバフ研磨で鏡面仕上げした。さらに、凹凸を付けるために、3%ピクラール溶液で5秒間腐食した後、スパッタによりナノオーダーのクロム層を表面に被覆して通電性を付与した。そして、電子顕微鏡により、切断面を例えば5000倍の倍率で例えば30視野観察した。各視野において潤滑被膜の厚さを数点測定し、これらの平均値を求め、この平均値をその視野の潤滑被膜の厚さとした。そして、30視野の潤滑被膜の厚さの平均値を求めた。 The thickness of the lubricating coating can be determined by measuring the diameter of the needle roller with a micrometer or the like before and after coating the lubricating coating. Or you may measure using an electron microscope (SEM). When using an electron microscope, first, a pyrrolidone solution of polyamide-imide, which is a thermosetting resin, is applied to the rolling surface of a needle roller provided with a lubricating coating, and cured by heating at 175 ° C. for 2 hours. A protective film was formed. The needle rollers were cut and embedded in an epoxy resin, and the cut surfaces of the needle rollers were mirror finished by buffing. Furthermore, in order to give unevenness, after corroding with a 3% picral solution for 5 seconds, a nano-order chromium layer was coated on the surface by sputtering to impart electrical conductivity. Then, for example, 30 fields of view of the cut surface were observed with an electron microscope at a magnification of 5000 times. Several points were measured for the thickness of the lubricating coating in each field of view, and the average value of these was determined, and this average value was taken as the thickness of the lubricating coating for that field of view. And the average value of the thickness of the lubricating film of 30 visual fields was calculated | required.
次に、潤滑被膜の面積率は、潤滑被膜が被覆された針状ころの転動面を電子顕微鏡等で例えば1000倍に拡大して観察して、潤滑被膜が被覆されている部分の面積を測定し、これと顕微鏡観察した部分の面積(例えば0.1mm2 )とから求めることができる。あるいは、電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いて測定してもよい。以下に、その一例を示す。電子線マイクロアナライザーにより、潤滑被膜が被覆された針状ころの転動面を2000倍の倍率で30視野観察し、潤滑被膜が形成されている部分のうち一辺200μmの正方形部分を1000倍に拡大して、モリブデンの特性X線強度を測定する。そして、潤滑被膜を被覆する前の特性X線強度の10倍以上の強度が観測された領域に潤滑被膜が被覆されているとして、その結果を画像解析することにより潤滑被膜が被覆されている部分の面積率を得て、30視野の平均値を算出する。 Next, the area ratio of the lubricating coating is measured by magnifying the rolling surface of the needle roller coated with the lubricating coating, for example, 1000 times with an electron microscope or the like. It can be determined from the measured area and the area of the portion observed with a microscope (for example, 0.1 mm 2 ). Or you may measure using an electron beam microanalyzer (EPMA). An example is shown below. Using an electron beam microanalyzer, the rolling surface of a needle roller coated with a lubricating coating is observed at 30 magnifications at a magnification of 2000, and a square portion with a side of 200 μm is magnified by a factor of 1000 out of the portion where the lubricating coating is formed. Then, the characteristic X-ray intensity of molybdenum is measured. Then, assuming that the lubricating film is coated in a region where an intensity of 10 times or more of the characteristic X-ray intensity before coating the lubricating film is observed, a portion where the lubricating film is coated by image analysis of the result Are obtained, and the average value of 30 fields of view is calculated.
次に、微小くぼみの形成方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニング処理及びバレル処理を採用した。ショットピーニング処理は、ショットピーニング装置を用いて行った。ショット材にはJIS R6001に規定された平均粒径45μmの鋼球,SiC,SiO2 ,Al2 O3 ,ガラスビーズ等が使用可能であり、噴射圧力196〜882kPa、噴射時間10〜20minの条件で、ショット材を針状ころの転動面に噴射した。なお、一度に処理する針状ころの量は1〜6kgが好ましい。 Next, although the method for forming the minute recess is not particularly limited, shot peening treatment and barrel treatment are adopted. The shot peening process was performed using a shot peening apparatus. For the shot material, steel balls, SiC, SiO 2 , Al 2 O 3 , glass beads, etc. having an average particle diameter of 45 μm as defined in JIS R6001 can be used, and conditions of injection pressure 196 to 882 kPa and injection time 10 to 20 min. Then, the shot material was sprayed onto the rolling surface of the needle roller. In addition, as for the quantity of the needle roller processed at once, 1-6 kg is preferable.
バレル処理は、種々のメディアや添加剤を配合したものを用いて針状ころの転動面に大きな凹凸を形成する粗加工と、プラトー部の粗さを整える仕上げ加工とを行った。なお、針状ころの転動面に、ショットピーニング処理とバレル処理との両方を施してもよい。
微小くぼみの深さを測定する方法は、以下の通りである。三次元非接触表面形状計測システムにより、針状ころの転動面を100倍の倍率で30視野観察し、得られた画像を断面プロファイルに変換した。そして、X方向及びY方向それぞれの5つの断面において、微小くぼみの深さを測定し、それらの結果を平均した。
The barrel treatment was performed using a blend of various media and additives to perform rough processing for forming large irregularities on the rolling surface of the needle rollers and finishing processing for adjusting the roughness of the plateau portion. In addition, you may give both a shot peening process and a barrel process to the rolling surface of a needle roller.
The method for measuring the depth of the minute recess is as follows. Using a three-dimensional non-contact surface shape measurement system, 30 views of the rolling surface of the needle roller were observed at a magnification of 100 times, and the obtained image was converted into a cross-sectional profile. Then, in each of the five cross sections in the X direction and the Y direction, the depth of the minute depression was measured, and the results were averaged.
次に、駆動試験の結果について説明する。比較例1〜6は、全てスミアリングが発生した。比較例1,4,7については、ピニオンシャフトの硬さが試験前のHv720から試験後にはHv550に低下し、微小焼付きが生じたことが確認された。また、比較例2,3,5,8については、駆動100時間後にピニオンシャフトの硬さがHv450に低下し、塑性流動を伴ったスミアリングが発生したことが確認された。特に、比較例6,9は、極めて短時間で異常振動が発生したため試験を停止した。そして、ピニオンシャフト及び針状ころにスミアリングの発生が確認されるとともに、ピニオンシャフトの硬さがHv390に低下していた。 Next, the results of the drive test will be described. In Comparative Examples 1 to 6, smearing occurred. In Comparative Examples 1, 4, and 7, it was confirmed that the hardness of the pinion shaft decreased from Hv720 before the test to Hv550 after the test, and microseizure occurred. In Comparative Examples 2, 3, 5, and 8, it was confirmed that the hardness of the pinion shaft decreased to Hv450 after 100 hours of driving, and smearing accompanied by plastic flow occurred. In particular, Comparative Examples 6 and 9 were stopped because abnormal vibrations occurred in a very short time. And while generation | occurrence | production of smearing was confirmed by the pinion shaft and the needle roller, the hardness of the pinion shaft was reduced to Hv390.
これに対して、実施例1〜5及び7,8は、駆動100時間後のピニオンシャフトの硬さの低下はほとんど認められず、スミアリングの発生の程度もほとんど発生なしか又は同条件の比較例と比べて軽度であった。すべり速度の大きい実施例6,9については、スミアリングの発生により試験を停止したが、同条件の比較例6,9と比べると長時間駆動することができた(すなわち、遊星歯車装置が長寿命であった)。 On the other hand, in Examples 1 to 5, 7 and 8, almost no decrease in the hardness of the pinion shaft after 100 hours of driving was observed, and the degree of smearing hardly occurred or a comparison of the same conditions. Mild compared to the example. For Examples 6 and 9 with a high sliding speed, the test was stopped due to the occurrence of smearing. However, compared with Comparative Examples 6 and 9 under the same conditions, the test was able to be driven for a long time (that is, the planetary gear unit was long). Lifespan).
なお、本駆動試験に用いた遊星歯車装置においては、転がり軸受の針状ころは単列仕様であったが、複列仕様としても同様の試験結果であった。また、ピニオンシャフトの素材をSK85からSUJ2に変更しても、同様の試験結果であった。
次に、実施例8の遊星歯車装置において潤滑被膜の面積率及び厚さ、並びに、微小くぼみの有無及び深さを種々変更したものを用意して、実施例8と同様の駆動条件で駆動試験を行った。そして、スミアリングが発生して振動値,トルク,温度の少なくとも一つが所定値を超えた時点で寿命に至ったと判定し、試験を終了した。結果を表3〜5に示す。なお、表3〜5における寿命の数値は、比較例11の寿命を1とした場合の相対値で示してある。
In the planetary gear set used in this drive test, the needle roller of the rolling bearing had a single row specification, but the test result was the same for a double row specification. Moreover, even if the material of the pinion shaft was changed from SK85 to SUJ2, the same test result was obtained.
Next, the planetary gear device of Example 8 was prepared with various changes in the area ratio and thickness of the lubricating coating, the presence / absence and depth of the micro-indentation, and a driving test under the same driving conditions as in Example 8 Went. Then, when smearing occurred and at least one of vibration value, torque, and temperature exceeded a predetermined value, it was determined that the life was reached, and the test was terminated. The results are shown in Tables 3-5. In addition, the numerical value of the lifetime in Tables 3-5 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 11 is set to 1.
表3〜5から分かるように、潤滑被膜を備えている実施例11〜32は、潤滑被膜を備えていない比較例11と比べて5倍以上長寿命であった。特に、針状ころの転動面に微小くぼみを形成した実施例19〜26及び29〜32は、微小くぼみを有していない実施例11〜18及び27,28と比べて、より長寿命であった。また、比較例11〜17のような潤滑被膜を有していないものや、有していても面積率が75%未満のものは、短寿命であった。 As can be seen from Tables 3 to 5, Examples 11 to 32 provided with a lubricating coating had a lifespan five times or more longer than Comparative Example 11 provided with no lubricating coating. In particular, Examples 19 to 26 and 29 to 32, in which a minute recess is formed on the rolling surface of the needle roller, have a longer life than Examples 11 to 18, 27, and 28 that do not have a minute recess. there were. Moreover, the thing which does not have a lubricating film like Comparative Examples 11-17, and the thing which has an area ratio of less than 75% even if it has had short life.
1 サンギヤ
2 リングギヤ
3 ピニオンギヤ
3a ピニオンギヤの中心穴の内面
4 キャリヤ
5 ピニオンシャフト
5a ピニオンシャフトの外周面
6 針状ころ
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|---|---|---|---|---|
| WO2011105077A1 (en) * | 2010-02-23 | 2011-09-01 | 日本精工株式会社 | Roller bearing and process for producing same |
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