本发明涉及推力滚子轴承。
背景技术
以往，接受轴向的推力并支承旋转构件的推力滚子轴承使用于各种用途。推力滚子轴承具备呈放射状地配置的多个圆柱状的滚子。推力滚子轴承例如在机动车的自动变速器中介插于非旋转构件与旋转构件之间，为了接受旋转轴方向的推力并使旋转构件的旋转顺畅而使用。
推力滚子轴承具有环状的保持器和一对滚道构件(座圈)。保持器将呈放射状地配置的多个滚子保持为能够滚动。在一对滚道构件形成有以在轴向上夹入保持器的方式配置且供多个滚子滚动的滚道面。
日本特开2003-239981号公报中公开了在滚子形成有基于热处理后的喷丸硬化处理的表面硬化层的推力滚子轴承。
本发明者们确认了推力滚子轴承根据其使用状况尤其是在座圈的滚道面处容易产生其表面发生剥离的被称为剥落(flaking)的现象。这考虑是因为，在推力滚子轴承的结构上，在座圈的径向上的滚子的两端部的滚动距离不同，因此在使用时滚子相对于滚道面滑动而负载容易作用于座圈。
因此，即使如日本特开2003-239981号公报那样提高滚子的表面的硬度，根据使用状况的不同，也存在得不到充分的耐久性而寿命缩短的可能性。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种实现长寿命化的推力滚子轴承。
本发明的一形态的推力滚子轴承的结构上的特征在于，具备：多个滚子，配置成放射状；保持器，以使所述多个滚子能够滚动的方式保持所述多个滚子；环状的第一滚道构件，配置在所述保持器的轴向上的一侧，且形成有供所述多个滚子滚动的第一滚道面；及环状的第二滚道构件，配置在所述保持器的轴向上的另一侧，且形成有供所述多个滚子滚动的第二滚道面，所述第一及第二滚道面中的至少一方的滚道面的维氏硬度为800以上且950以下，所述多个滚子的外周面的维氏硬度为697以上且小于800。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1a是表示本发明的一实施方式的推力滚子轴承的图，是以包含旋转轴线的平面进行了剖切的剖视图。
图1b是图1a的局部放大图。
图2是从内圈侧观察外圈的俯视图。
图3是从外圈侧观察内圈的俯视图。
图4是从内圈侧观察保持器的俯视图。
图5是表示距滚道面的表面的深度与残留压缩应力的关系的坐标图。
图6是表示本发明的实施例及比较例的累积破损率与寿命的关系的坐标图。
具体实施方式
关于本发明的实施方式，参照图1a、图1b至图6进行说明。需要说明的是，以下说明的实施方式是作为在实施本发明的方面的优选的具体例而示出的方式，也存在具体地例示在技术上优选的各种技术事项的部分。然而，本发明的技术范围并不限定为该具体的形态。
图1a是表示本实施方式的推力滚子轴承1的图，是以包含保持器4的旋转轴o的平面进行了剖切的剖视图。图1b是图1a的局部放大图。
推力滚子轴承1具备多个圆柱状的滚子5、环状的保持器4、外圈2以及内圈3。圆柱状的滚子5呈放射状地配置。保持器4将多个滚子5保持为能够滚动。外圈2是配置在保持器4的轴向上的一侧，且形成有供多个滚子5滚动的第一滚道面2a的环状的第一滚道构件。内圈3是配置在保持器4的轴向上的另一侧，且形成有供多个滚子5滚动的第二滚道面3a的环状的第二滚道构件。
该推力滚子轴承1例如使用于机动车的自动变速器。推力滚子轴承1介插于在内圈3的内周侧插通的轴状的旋转构件和与外圈2面对的壳体的支承部之间。推力滚子轴承1通过保持于保持器4的多个滚子5的滚动而接受轴向的推力并使旋转构件的旋转顺畅。
图2是从内圈3侧观察外圈2的俯视图。
外圈2由钢板等的金属构成。外圈2一体地具有环状的第一滚道部21、短圆筒状的外周壁部22以及多个卡定突起23。在第一滚道部21形成有供多个滚子5滚动的第一滚道面2a。外周壁部22从第一滚道部21的外周端相对于第一滚道面2a垂直地延伸出。卡定突起23设置在外周壁部22的前端侧(第一滚道面2a的相反侧)的端部。第一滚道面2a处于与旋转轴o垂直的平面上，与后述的内圈3的第二滚道面3a对向配置。
多个卡定突起23设置在外圈2的外周侧的缘部的多个部位，从外周壁部22的内周面22a朝向径向内侧突出。多个卡定突起23将保持器4卡定来限制从第一滚道面2a离开的方向上的保持器4的移动。各个卡定突起23通过例如凿缝(敛缝)而将外周壁部22的前端侧的端部向内侧弯折来形成。
在本实施方式中，沿着外圈2的周向而等间隔(每90°)地设置有4个卡定突起23。然而，卡定突起23的个数并不限定于此。当保持器4相对于外圈2向从第一滚道面2a离开的方向移动时，保持器4的外周侧的端部与卡定突起23抵接，抑制保持器4相对于外圈2的进一步的轴向的移动。
图3是从外圈2侧观察内圈3的俯视图。
内圈3由钢板等的金属构成。内圈3一体地具有环状的第二滚道部31、短圆筒状的内周壁部32以及多个卡定突起33。在第二滚道部31形成有供多个滚子5滚动的第二滚道面3a。内周壁部32从第二滚道部31的内周端相对于第二滚道面3a垂直地延伸出。卡定突起33设置在内周壁部32的前端侧(滚道面3a的相反侧)的端部。第二滚道面3a以与外圈2的第一滚道面2a平行的方式配置。
多个卡定突起33设置于内圈3的内周侧的缘部的多个部位，从内周壁部32的外周面32a朝向径向外侧突出。多个卡定突起33将保持器4卡定来限制从滚道面3a离开的方向上的保持器4的移动。各个卡定突起33通过例如凿缝(敛缝)而将内周壁部32的前端侧的端部向外侧弯折来形成。
在本实施方式中，沿着内圈3的周向而等间隔(每90°)地设置有4个卡定突起33。当保持器4相对于内圈3向从第二滚道面3a离开的方向移动时，保持器4的内周侧的端部与卡定突起33抵接，抑制保持器4相对于内圈3的进一步的轴向的移动。
图4是从内圈3侧观察保持器4的俯视图。
保持器4一体地具备外侧圆环部41、内侧圆环部42以及多个柱部43。外侧圆环部41形成在保持多个滚子5的多个保持孔4a的外侧。内侧圆环部42形成在保持孔4a的内侧。多个柱部43将外侧圆环部41与内侧圆环部42沿径向连结。外侧圆环部41及内侧圆环部42呈同心状地形成，并与柱部43一起形成保持孔4a。保持孔4a是长边沿保持器4的径向延伸且沿厚度方向(轴向)贯通保持器4的长方形形状的贯通孔。
在保持器4上，以将呈放射状地配置的多个滚子5保持为能够滚动的方式呈放射状地形成有与多个滚子5同数的多个(在本实施方式中为39个)保持孔4a。在本实施方式中，保持器4通过利用冲压等对钢板进行冲裁及弯折而形成。在从轴向观察保持器4时，保持器4的周向上的保持孔4a的中心部间的间隔形成得比滚子5的滚动面即外周面的圆周长度窄。
为了实现如上所述构成的推力滚子轴承1的长寿命化，通常是提高滚子5的硬度。然而，在本实施方式中，通过使外圈2及内圈3的第一及第二滚道面2a、3a的硬度高于滚子5的外周面的硬度，来实现推力滚子轴承1的长寿命化。
具体而言，在本实施方式的推力滚子轴承1中，第一滚道面2a及第二滚道面3a的两滚道面的维氏硬度为800以上且950以下，多个滚子5的外周面的维氏硬度为697以上且小于800。但是，只要第一滚道面2a及第二滚道面3a中的一方的滚道面的维氏硬度为800以上且950以下，与滚子的维氏硬度比一对座圈的维氏硬度高的以往的推力滚子轴承相比，就能预估到推力滚子轴承1的长寿命化。需要说明的是，维氏硬度800以上且950以下相当于洛氏硬度64.0以上且68.2以下，维氏硬度697以上且小于800相当于洛氏硬度60.0以上且小于64.0。以下，将外圈2及内圈3简称为座圈2、3，将第一及第二滚道面2a、3a简称为滚道面2a、3a。
在本实施方式中，通过喷丸硬化来使滚道面2a、3a的表面硬化。作为喷丸硬化的喷丸材料，优选使用由铁构成的材料。需要说明的是，在使用了由玻璃构成的材料作为喷丸材料的情况下，玻璃的碎片可能会残留于滚道面2a、3a，因此使用由玻璃构成的材料作为喷丸材料的情况不优选。
喷丸硬化可以仅对于座圈2、3的滚道面2a、3a进行，也可以对于座圈2、3的表面整体进行。喷丸硬化的条件(喷丸压力或喷丸材料的粒径等)并不特别限定。但是，如果喷丸硬化不足则得不到充分的硬度，如果喷丸硬化过度，则可能会产生韧性的下降。如果基于喷丸硬化的硬化层过厚，则座圈2、3整体的韧性下降而寿命可能会下降。因此，喷丸硬化的条件优选以使残留压缩应力的峰值成为距滚道面2a、3a的表面的深度小于15μm的范围且残留压缩应力的峰值成为750～2000mpa(750mpa以上且2000mpa以下)的方式适当设定。需要说明的是，残留压缩应力的测定可以通过x射线应力测定法进行。
图5是表示座圈2、3的距滚道面2a、3a的表面的深度与残留压缩应力之间的关系的坐标图。需要说明的是，在图5中，使用喷丸加工而得到的10个样品，示出该样品的残留压缩应力的平均值。如图5所示，基于喷丸硬化的硬化层非常薄，在距表面的深度小于15μm的范围内存在残留压缩应力的峰值。
需要说明的是，虽然可考虑通过使用硬的材料作为座圈2、3的材质来确保滚道面2a、3a的硬度。然而，这种情况下，存在卡定突起23、33的加工变得困难或者在外周壁部22、内周壁部32的弯曲加工时产生破裂的可能性。通过如本实施方式那样利用喷丸硬化来使滚道面2a、3a的表面硬化，由此卡定突起23、33的加工等容易，并能够提高滚道面2a、3a的表面的硬度来抑制剥落的发生。
在本实施方式中，作为座圈2、3，使用了实施喷丸硬化之前的表面的维氏硬度为675以上且775以下(洛氏硬度59以上且63以下)的座圈。作为座圈2、3的材质，可以使用sae1075或sk85等钢材。需要说明的是，对滚道面2a、3a的表面进行硬化的方法并不局限于喷丸硬化，也可以使用例如抛光加工。
在通过冲压加工进行了成形之后进行热处理，然后对滚道面2a、3a进行喷丸硬化，由此形成座圈2、3。在测定滚道面2a、3a的表面的维氏硬度时，使用了测定载荷设为1.94n的微型维氏硬度试验。这是因为，基于喷丸硬化的硬化层非常薄，因此如果增大测定载荷，则在将载荷作为负载时可能会刺破硬化层。
多个滚子5的表面的维氏硬度设为697以上且小于800是因为，如果滚子5的表面的维氏硬度小于697，则在滚子5的表面容易产生剥落。如果使滚子5的表面的维氏硬度为800以上则需要特殊的加工而可能会导致制造工序的复杂化及高成本化。
作为滚子5，可以使用普通淬火回火材料，但是更优选使用硬度更高的渗碳氮化淬火回火材料。滚子5在其外周面可以包含0.01质量％以上且1.00质量％以下的氮。通过使用渗碳氮化淬火回火材料作为滚子5，能够实现进一步的长寿命化。
关于使用实施了喷丸硬化加工的结构作为座圈2、3并使用了普通淬火回火材料作为滚子5的实施例1，求出了累积破损率与寿命的关系。并且，关于实施了喷丸硬化加工的结构作为座圈2、3并使用了渗碳氮化淬火回火材料作为滚子5的实施例2，求出了累积破损率与寿命的关系。结果如图6所示。需要说明的是，在图6中，也一并示出使用未进行喷丸硬化加工的结构作为座圈2、3并使用了普通淬火回火材料作为滚子5的比较例的结果。如图6所示，与比较例相比可知，本发明的实施例1、2为长寿命，使用了渗碳氮化淬火回火材料作为滚子5的实施例2的寿命最长。
如以上说明所述，在本实施方式中，多个滚子5的外周面的维氏硬度比座圈2、3的滚道面2a、3a的维氏硬度低。由此，能抑制滚道面2a、3a的剥落的发生，如上述的实验结果所示能够实现长寿命的推力滚子轴承1。在本实施方式中，滚道面2a、3a的表面的维氏硬度为800以上且950以下，多个滚子5的外周面的表面的维氏硬度为697以上且小于800。由此，推力滚子轴承1的制造容易并能够可靠地发挥上述的效果。
需要说明的是，通过使多个滚子5的外周面的维氏硬度比滚道面2a、3a的维氏硬度低而负载容易作用于滚子5的外周面。然而，由于滚子5滚动而载荷作用的部位始终变化，因此能抑制磨损或剥落的发生。
以上，基于实施方式而说明了本发明，但是这些实施方式并不限定权利要求书的发明。应注意的是实施方式之中说明的特征的全部组合未必在发明的用于解决课题的方案中是必须的。
本发明能够在不脱离其主旨的范围内适当变形地实施。在上述实施方式中，说明了第一滚道面2a及第二滚道面3a的维氏硬度均为800～950(800以上且950以下)的情况。然而，并不局限于此，可以仅是第一滚道面2a或仅是第二滚道面3a为维氏硬度800～950。即，只要第一及第二滚道面2a、3a中的至少一方的滚道面为维氏硬度800～950，就能够起到本发明的效果。这种情况下，维氏硬度为800～950的一方的滚道面优选在距其表面的深度小于15μm的范围具有残留压缩应力的峰值，且该残留压缩应力的峰值为750mpa以上且2000mpa以下。
根据本发明，能够提供一种实现长寿命化的推力滚子轴承。