專利名稱：殼型滾針軸承、壓縮機(jī)主軸及活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及殼型滾針軸承、使用了殼型滾針軸承的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)及活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
對(duì)于沿著外圈的軌道面即內(nèi)徑面排列了多個(gè)滾針的滾針軸承包括使用了由包括深沖工序的沖壓加工形成的殼型外圈的殼型滾針軸承。對(duì)于被沖壓加工的殼型外圈的鋼材原材料，使用SCM415等低碳素合金結(jié)構(gòu)鋼板或SPC等冷軋沖壓用鋼板，為了確保強(qiáng)度或軌道面的表面硬度等產(chǎn)品質(zhì)量，在沖壓加工后實(shí)施滲碳淬火或滲碳氮化處理等熱處理(例如，參考專利文獻(xiàn)1)。另外，殼型外圈存在兩軸端部開放的端部開放(open-ended)型和一個(gè)的軸端部被封閉的端部封閉(closed-end)型。并且，滾針存在被安裝于護(hù)圈中再組入外圈的帶護(hù)圈型和在整體滾狀態(tài)下以單體組入外圈。
所述殼型外圈的制造工序如下所述。首先，在分幾次深沖的深沖工序中將鋼板原材料的圓形坯料成形為杯狀，在定型按壓工序中將杯底拐角部定型按壓成規(guī)定的拐角半徑。接著，端部開放型的殼型外圈，在去底工序中沖裁掉杯底中央部來(lái)形成外圈的一個(gè)凸緣，端部封閉型的殼型外圈，省略了去底工序，將杯底作為封閉端部來(lái)利用。接著，在整形工序中將杯上端整形成均一的高度，并且對(duì)形成另一個(gè)凸緣進(jìn)行減厚加工。其中，在熱處理工序進(jìn)行滲碳淬火或滲碳氮化處理等，對(duì)形成另一個(gè)凸緣的減厚加工部實(shí)施退火。最后，在組裝工序中組裝入滾針，將杯上端部向內(nèi)側(cè)彎折形成另一個(gè)凸緣。
在空調(diào)機(jī)等的壓縮機(jī)中，有采用了如下的支承結(jié)構(gòu)的斜板式的壓縮機(jī)，即，通過(guò)主軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)來(lái)使壓縮動(dòng)作部件動(dòng)作，利用在壓縮機(jī)內(nèi)配置的滾針軸承來(lái)支承該主軸的徑向負(fù)載(例如，參考專利文獻(xiàn)2)。滾針軸承具有如下的優(yōu)點(diǎn)即使軸承投影面積小，相對(duì)于其他類型軸承也可得到高負(fù)載容量與高剛性，而能夠緊湊地設(shè)計(jì)壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)。
在這樣的壓縮機(jī)中，尤其是在汽車用空調(diào)機(jī)中使用的壓縮機(jī)，近年來(lái)要求在提高耐用性的同時(shí)，還要進(jìn)一步的低價(jià)格化與緊湊化。進(jìn)而，最近出于節(jié)能或?qū)Νh(huán)境的考慮，為了提高空調(diào)機(jī)的冷卻效率，逐步發(fā)展對(duì)用于以壓縮機(jī)的軸承部為首的各部的潤(rùn)滑的油量進(jìn)行削減的稀潤(rùn)滑化。通過(guò)這樣的稀潤(rùn)滑化的發(fā)展，在壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)中采用的滾針軸承就可以在惡劣的潤(rùn)滑條件下使用。
因此，對(duì)于支承高速旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)主軸的徑向負(fù)載的滾針軸承，在滾針滾動(dòng)的外圈的軌道面早期會(huì)產(chǎn)生表面起點(diǎn)型剝離等表面損傷，軸承壽命明顯變短。并且，汽車用空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)，隨著其高壓縮比化支承壓縮機(jī)主軸的滾針軸承的負(fù)載荷載也有增大的傾向，在滾針軸承的外圈，因反復(fù)的負(fù)載荷載而引起的內(nèi)部起點(diǎn)型剝離也容易發(fā)生，難以保證軸承所要求的基本特性即轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命。另外，在汽車用空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)中，還希望降低伴隨著滾針的滾動(dòng)的軸承使用中的噪音。
并且，在汽車的防抱死系統(tǒng)(ABS)或牽引力控制(TRC)等自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)中，裝備有向主缸輸送儲(chǔ)液箱的制動(dòng)液的活塞泵。在這種壓送潤(rùn)滑油等的活塞泵中，有的活塞泵是在電動(dòng)馬達(dá)的輸出軸即電樞軸設(shè)置偏心部，支承由嵌在該偏心部的滾動(dòng)軸承往復(fù)驅(qū)動(dòng)的活塞(例如，參考專利文獻(xiàn)3)。也可采用滾針軸承作為支承這樣的活塞的滾動(dòng)軸承(例如，參考專利文獻(xiàn)4)。
用于這樣的汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的活塞泵，通過(guò)使用了液壓的制動(dòng)輔助系統(tǒng)等的開發(fā)，要求進(jìn)一步提高能力，并且也要求進(jìn)一步低價(jià)格化與緊湊化。作為對(duì)應(yīng)于提高活塞泵的能力的對(duì)策，有增大電樞軸的偏心量的動(dòng)向，作為對(duì)應(yīng)于緊湊化的一個(gè)方法，有將滾針軸承作為嵌在偏心部的滾動(dòng)軸承來(lái)小型化的動(dòng)向。因此，用于這樣的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)的滾針軸承的負(fù)載荷載有增大的傾向，在其外圈因反復(fù)的負(fù)載荷載而引起的內(nèi)部起點(diǎn)型剝離也容易發(fā)生，難以保證軸承所要求的基本特性即轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命。
另外，用于所述活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)的滾針軸承，通過(guò)混入低粘度的潤(rùn)滑油(制動(dòng)液)等而使得潤(rùn)滑狀態(tài)變得稀薄，而且，由于滾針高速在活塞沖擊接觸的外圈的軌道面滾動(dòng)，所以在滾動(dòng)面容易產(chǎn)生油膜斷裂。因此，在外圈的軌道面，早期會(huì)產(chǎn)生表面起點(diǎn)型剝離等表面損傷，軸承壽命明顯變短。另外，在用于汽車的制動(dòng)系統(tǒng)的活塞泵中，還希望降低伴隨著滾針的滾動(dòng)的軸承使用中的噪音。
專利文獻(xiàn)1日本特許第3073937號(hào)公報(bào)(第1-2頁(yè)、第1-3圖)專利文獻(xiàn)2日本特許第2997047號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)、第10-12圖)專利文獻(xiàn)3日本特開平8-182254號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)、第7圖)專利文獻(xiàn)4日本特開2001-187915號(hào)公報(bào)(第2頁(yè)、第9圖)用于上述現(xiàn)有的殼型外圈的鋼板原材料的低碳合金鋼板或冷軋沖壓用鋼板，雖然由于加工性良好所以容易沖壓加工，但是由于含碳量少，所以為了保證作為產(chǎn)品質(zhì)量的軌道面的表面硬度等，需要滲碳淬火或滲碳氮化處理等可控氣氛的熱處理。因此，有以下的各問(wèn)題點(diǎn)。
·不僅需要?dú)夥諣t等大的熱處理設(shè)備，而且其管理也很麻煩。例如，需要?dú)夥諝怏w、溫度以及時(shí)間的設(shè)定，或淬火油的管理，爐的定期維護(hù)等，在多品種少量生產(chǎn)中，需要對(duì)每個(gè)批次變更各個(gè)設(shè)定，非常麻煩。
·為了使碳或氮擴(kuò)散而使得熱處理時(shí)間變長(zhǎng)。并且，由于為了使碳或氮擴(kuò)散到部件的內(nèi)部而需要非常長(zhǎng)的時(shí)間，所以不能怎么提高部件內(nèi)部的強(qiáng)度。
·由于一次不能處理多個(gè)部件而效率低，所以小批件的熱處理效率變低。如果集中相同的小批件來(lái)熱處理，則半成品增多且研制周期變長(zhǎng)。
·如果因突然的停電等使得熱處理中斷，則產(chǎn)生大量的不合格品。
·如果頻繁的批次變更，則擔(dān)心混進(jìn)不同的產(chǎn)品。
·在帶兩凸緣的殼型外圈的情況下，為了在組裝工序中彎折凸緣，需要進(jìn)行退火。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)或活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)等中使用的殼型滾針軸承，其在不需要?dú)夥照{(diào)整的情況下以簡(jiǎn)單的熱處理就能保證其殼型外圈的產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步降低制造成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的殼型滾針軸承，沿著由鋼板的沖壓加工形成的殼型外圈的內(nèi)徑面排列了多個(gè)滾針，其中，采用了利用碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼作為所述鋼板的原材料的結(jié)構(gòu)。
即，通過(guò)利用碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼作為殼型外圈用的被沖壓加工的鋼板的原材料，與現(xiàn)有所使用的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼板或冷軋沖壓用鋼板相比，由于碳含有量多，所以不需要高價(jià)的滲碳淬火或滲碳氮化處理，能夠降低制造成本。作為碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的鋼板原材料，可以使用碳素結(jié)構(gòu)鋼S30C～S58C、SAE1040～1095或工具鋼SK5等。
通過(guò)對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施球化退火，即使碳含有量高也具有足夠的延伸率與柔軟性，能夠進(jìn)行用于形成殼型外圈的沖壓加工。
通過(guò)利用所述球化退火使碳化物的球化率大于等于50％，能夠更穩(wěn)定地沖壓加工鋼板原材料。另外，碳化物的球化率以下面的定義式來(lái)定義，定義式中的縱橫(aspect)比是碳化物的長(zhǎng)直徑尺寸與短直徑尺寸的比。
球化率＝(縱橫比沒(méi)有達(dá)到2的碳化物個(gè)數(shù))/(碳化物總個(gè)數(shù))×100％所述碳化物的球化率大于等于50％的理由如下。在殼型外圈的沖壓加工的深沖工序中，被深沖的杯底的拐角R部成為最大的板厚減少率(約為10～20％)，在該拐角R部容易產(chǎn)生斷裂。如后面的圖2所示，碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的鋼板原材料的延伸率與碳化物的球化率成比例地增大，球化率約在50％則延伸率變成約大于等于20％。因此考慮到通過(guò)使球化率大于等于50％，就能夠經(jīng)受深沖工序中的在杯底的拐角R部的板厚減少，可以不會(huì)使鋼板原材料斷裂來(lái)進(jìn)行深沖。
通過(guò)對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火或光亮淬火，能夠以低價(jià)的熱處理來(lái)保證外圈所必要的強(qiáng)度或硬度。在采用高頻感應(yīng)加熱淬火的情況下，不需要大的熱處理設(shè)備，還能夠縮短熱處理時(shí)間。并且，即使在進(jìn)行光亮淬火的情況下，也不需要使碳或氮擴(kuò)散的時(shí)間，能夠縮短熱處理時(shí)間。
通過(guò)使所述鋼板的原材料含有Si、Ni、Mo的至少任意一種的合金元素，使這些合金元素的含有量分別小于等于0.35質(zhì)量％，能夠提高沖壓加工性。使Si、Ni、Mo的合金元素的含有量分別小于等于0.35質(zhì)量％是因?yàn)椋m然這些合金元素單獨(dú)或共存來(lái)改善淬火性，但如果各自的含有量超過(guò)了0.35質(zhì)量％，則會(huì)使沖壓加工性下降。
通過(guò)對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈的至少內(nèi)徑面實(shí)施高頻感應(yīng)加熱淬火、爐回火或高頻感應(yīng)加熱回火的任意一種，使得所述內(nèi)徑面的表面硬度以維氏硬度計(jì)都大于等于HV653，就能夠充分滿足作為軸承的基本的性能。并且高頻感應(yīng)加熱淬火，不需要調(diào)整氣氛且用小的熱處理設(shè)備即可，也能夠明顯縮短熱處理時(shí)間。爐回火或高頻感應(yīng)加熱回火也不需要調(diào)整氣氛而可以簡(jiǎn)便地進(jìn)行。
所述外圈的內(nèi)徑面的高頻感應(yīng)加熱淬火深度可以是沒(méi)有達(dá)到其背側(cè)的外徑面的深度。
通過(guò)使所述外圈的內(nèi)徑面的周向表面粗糙度Ra為0.05～0.3μm，能夠降低伴隨著在該外圈內(nèi)徑面的滾針的滾動(dòng)的音響的等級(jí)，可以提高軸承使用中的靜音性。使周向表面粗糙度的下限Ra為0.05μm，是因?yàn)槿绻芟虮砻娲植诙缺仍撝颠€低則內(nèi)徑面變得過(guò)于光滑，則被保持于滾動(dòng)的滾針的彈性接觸區(qū)域的潤(rùn)滑油變少，容易產(chǎn)生擦傷等表面損傷。使周向表面粗糙度的上限Ra為0.3μm，理由如下。
本發(fā)明人，關(guān)于改變了外圈的內(nèi)徑面的表面粗糙度的殼型滾針軸承，進(jìn)行利用了旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的音響測(cè)定試驗(yàn)，如果內(nèi)徑面的周向表面粗糙度變小，則發(fā)現(xiàn)軸承的音響等級(jí)明顯降低，如圖12所示，如果周向表面粗糙度Ra小于等于0.3μm，則確認(rèn)了能夠大幅度地降低音響等級(jí)。該內(nèi)徑面的周向表面粗糙度對(duì)音響等級(jí)的降低特別有效，可以如下的考慮。即，如果相對(duì)于滾針的滾子直徑、滾子的旋轉(zhuǎn)方向的凹凸(周向表面粗糙度)大于等于某種程度地變粗，則滾針的上下振動(dòng)變大產(chǎn)生大的音響。由于滾針的滾子直徑比較小，所以如果周向表面粗糙度Ra超過(guò)了0.3μm，則會(huì)產(chǎn)生大音響。
通過(guò)使所述外圈的內(nèi)徑面的軸向表面粗糙度Ra小于等于0.3μm，能夠進(jìn)一步降低伴隨著滾針的滾動(dòng)的音響的等級(jí)，能夠進(jìn)一步提高軸成使用中的靜音性。由于與滾針的滾子直徑相比，滾針的滾子長(zhǎng)度長(zhǎng)，所以外圈內(nèi)徑面的寬度方向的凹凸(軸向表面粗糙度)也對(duì)滾針的上下振動(dòng)產(chǎn)生影響，如果軸向表面粗糙度Ra超過(guò)了0.3μm，，則音響會(huì)變大。
通過(guò)使在所述沖壓加工的深沖工序中的深沖次數(shù)小于等于三次，最終次的深沖工序?yàn)榧尤氪虮〖庸さ拇虮∩顩_工序，能夠減少?zèng)_壓加工用的模具數(shù)量與工序數(shù)量，能夠進(jìn)一步降低制造成本。并且，通過(guò)減少深沖次數(shù)，也抑制了因各模具的設(shè)定誤差等引起的杯成形物的尺寸精度的下降。
另外，在打薄深沖加工中，公知與簡(jiǎn)單的深沖加工相比能夠得到大的深沖比。即，在深沖加工中，由于壓縮凸緣的變形阻力與由在凸緣部的防皺裝置力引起的拉伸應(yīng)力，使得由在沖壓機(jī)肩部的斷裂來(lái)確定深沖界限，但在打薄深沖加工中，由于作用于該沖壓機(jī)肩部的來(lái)自凸緣側(cè)的拉伸應(yīng)力被打薄部截?cái)?，所以即使是深沖性不太好的碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼，也能夠得到足夠的深沖比。
通過(guò)使在所述深沖工序中的深沖次數(shù)為一次，該一次的深沖工序是加入打薄加工的打薄深沖工序，能夠進(jìn)一步促進(jìn)制造成本的降低與外圈的尺寸精度提高。
通過(guò)對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施磷酸鹽皮膜處理，能夠提高所述沖壓加工的沖壓加工油的保持能力，能夠利用更低級(jí)的沖壓加工油來(lái)沖壓加工外圈。
并且，本發(fā)明的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮動(dòng)作部件的主軸、和在壓縮機(jī)內(nèi)支承該主軸的滾針軸承構(gòu)成，其中，采用了將所述滾針軸承形成為上述任意一種的殼型滾針軸承的結(jié)構(gòu)。
所述壓縮機(jī)可以是斜板式的空調(diào)機(jī)。
此外，本發(fā)明的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)，由活塞泵的馬達(dá)輸出軸、嵌在該馬達(dá)輸出軸的偏心部的滾針軸承、以及由該滾針軸承支承的活塞構(gòu)成，其中，也采用了將所述滾針軸承形成為上述任意一種的殼型滾針軸承的結(jié)構(gòu)。
所述活塞泵可以是汽車的防抱死系統(tǒng)用的活塞泵。
發(fā)明效果本發(fā)明的殼型滾針軸承，由于利用碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼作為殼型外圈用的被沖壓加工的鋼板的原材料，所以通過(guò)比現(xiàn)有所使用的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼板或冷軋沖壓用鋼板含碳量多，就不需要高價(jià)的滲碳淬火或滲碳氮化處理，能夠降低制造成本。
通過(guò)對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施球化退火，即使碳含有量高也具有足夠的延伸率與柔軟性，能夠進(jìn)行用于形成殼型外圈的沖壓加工。
通過(guò)利用所述球化退火使碳化物的球化率大于等于50％，能夠更穩(wěn)定地沖壓加工鋼板原材料。
通過(guò)對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火或光亮淬火，能夠以低價(jià)的熱處理來(lái)保證外圈所必要的強(qiáng)度或硬度。在采用高頻感應(yīng)加熱淬火的情況下，不需要大的熱處理設(shè)備，還能夠縮短熱處理時(shí)間。并且，即使在進(jìn)行光亮淬火的情況下，也不需要使碳或氮擴(kuò)散的時(shí)間，能夠縮短熱處理時(shí)間。
通過(guò)使所述鋼板的原材料含有Si、Ni、Mo的至少任意一種的合金元素，使這些合金元素的含有量分別小于等于0.35質(zhì)量％，能夠提高沖壓加工性。
通過(guò)對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈的至少內(nèi)徑面實(shí)施高頻感應(yīng)加熱淬火、爐回火或高頻感應(yīng)加熱回火的任意一種，使得所述內(nèi)徑面的表面硬度以維氏硬度計(jì)都大于等于HV653，就能夠充分滿足作為軸承的基本的性能。并且高頻感應(yīng)加熱淬火，不需要調(diào)整氣氛且用小的熱處理設(shè)備即可，也能夠明顯縮短熱處理時(shí)間。爐回火或高頻感應(yīng)加熱回火也不需要調(diào)整氣氛而可以簡(jiǎn)便地進(jìn)行。
通過(guò)使所述外圈的內(nèi)徑面的周向表面粗糙度Ra為0.05～0.3μm，能夠降低伴隨著在該外圈內(nèi)徑面的滾針的滾動(dòng)的音響的等級(jí)，可以提高軸承使用中的靜音性。
通過(guò)使所述外圈的內(nèi)徑面的軸向表面粗糙度Ra小于等于0.3μm，能夠進(jìn)一步降低伴隨著滾針的滾動(dòng)的音響的等級(jí)，能夠進(jìn)一步提高軸成使用中的靜音性。
通過(guò)使在所述沖壓加工的深沖工序中的深沖次數(shù)小于等于三次，最終次的深沖工序?yàn)榧尤氪虮〖庸さ拇虮∩顩_工序，能夠減少?zèng)_壓加工用的模具數(shù)量與工序數(shù)量，能夠進(jìn)一步降低制造成本。并且，通過(guò)減少深沖次數(shù)，也抑制了因各模具的設(shè)定誤差等引起的杯成形物的尺寸精度的下降。
通過(guò)使在所述深沖工序中的深沖次數(shù)為一次，該一次的深沖工序?yàn)榧尤氪虮〖庸さ拇虮∩顩_工序，能夠進(jìn)一步促進(jìn)制造成本的降低與外圈的尺寸精度提高。
通過(guò)對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施磷酸鹽皮膜處理，能夠提高所述沖壓加工的沖壓加工油的保持能力，能夠利用更低級(jí)的沖壓加工油來(lái)沖壓加工外圈。
并且，本發(fā)明的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)，由于利用上述任意一種的殼型滾針軸承，來(lái)作為支承壓縮機(jī)主軸的滾針軸承，所以能夠降低其制造成本。
此外，本發(fā)明的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)，由于利用上述任意一種的殼型滾針軸承，來(lái)作為支承活塞的滾針軸承，所以能夠降低其制造成本。


圖1是表示殼型滾針軸承的實(shí)施方式的縱剖視圖；圖2是表示實(shí)施例2的外圈的鋼板原材料的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖3是表示圖1的外圈的概略的制造工序的工序圖；圖4的a、b分別表示圖1的外圈的內(nèi)徑面的周向表面粗糙度與軸向表面粗糙度的曲線圖；圖5是表示實(shí)施例1以及2的外圈的淬火圖形的剖視圖；圖6是表示實(shí)施例3的外圈與其變形例的外圈的淬火圖形的剖視圖；圖7是表示圖1的殼型滾針軸承的軸承壽命實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖；圖8是表示采用了第一實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)的縱剖視圖；圖9是表示采用了第二實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)的縱剖視圖；圖10是表示采用了第三實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)的縱剖視圖；圖11是表示采用了本發(fā)明的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)的汽車的ABS用活塞泵與電動(dòng)馬達(dá)的縱剖視圖；圖12是表示殼型滾針軸承的音響測(cè)定實(shí)驗(yàn)的外圈內(nèi)徑面的周向表面粗糙度與音響等級(jí)的關(guān)系的曲線圖。
圖中A-殼型滾針軸承；1、1a、1b、1c、1d-外圈；2-內(nèi)徑面；3-滾針；4a、4b-凸緣；5-護(hù)圈；11-主軸；12-斜板；13-滑履；14-活塞；14a-凹部；15-外殼；16-推力滾針軸承；17-缸孔；18-球面座；21-主軸；22-連結(jié)部件；22a-傾斜面；23-滾珠；24-推力滾針軸承；25-斜板；26-活塞桿；27-活塞；28-外殼；29-推力滾針軸承；31-主軸；32-連結(jié)部件；33-套筒；34-推力滾針軸承；35-斜板；36-活塞桿；37-活塞；38-外殼；39-推力滾針軸承；41-活塞泵；42-電動(dòng)馬達(dá)；43-電樞；44-電樞軸；44a-偏心部；45-泵外殼；45a-凹部；46-滾珠軸承；47-活塞；48-吸引口；49-排出口。
具體實(shí)施例方式
以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明的殼型滾針軸承A，如圖1所示，沿著利用鋼板的沖壓加工而形成的殼型外圈1的軌道面即內(nèi)徑面2排列有多個(gè)滾針3。該外圈1是端部開放型，在兩端部形成有凸緣4a、4b。并且，滾針3是被組裝于護(hù)圈5的帶護(hù)圈的。
作為在所述沖壓加工中形成外圈1的鋼板的原材料，分別使用對(duì)C含有量是0.4質(zhì)量％的碳素結(jié)構(gòu)鋼S40C(實(shí)施例1)；通過(guò)對(duì)C含有量是0.85質(zhì)量％的工具鋼SK5進(jìn)行球化退火而得到的碳化物的球化率在50％以上的鋼(實(shí)施例2)；C含有量是0.55質(zhì)量％、Si含有量是0.15～0.35質(zhì)量％的碳素結(jié)構(gòu)鋼S55C(實(shí)施例3)，進(jìn)行磷酸鹽皮膜處理后的材料。該外圈1的鋼板原材料只要是C含有量在0.3質(zhì)量％以上即可，除了這些實(shí)施例的材料之外，也可以使用碳素結(jié)構(gòu)鋼S30C～S58C、SAE1040～1095或軸承鋼SUJ2等。
圖2表示實(shí)施了對(duì)所述球化退火的鋼板原材料即實(shí)施例2的工具鋼SK5進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。如前所述，各鋼板原材料的延伸率與碳化物的球化率成比例地增大，球化率在50％則延伸率在20％左右，球化率在100％則延伸率在40％左右。另外，關(guān)于碳含有量在0.3質(zhì)量％以上的碳素結(jié)構(gòu)鋼S30C～S58C、SAE1040～1095或軸承鋼SUJ2，也對(duì)實(shí)施了球化退火后的這些材料進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，得到了大致相同的結(jié)果。
圖3表示制造所述各實(shí)施例的外圈1的概略的工序。首先通過(guò)沖壓加工，各鋼板原材料的圓形坯料在一次的打薄深沖工序中成形為杯狀，在定型按壓工序中將杯底拐角部定型按壓成形為規(guī)定的拐角半徑。接著，在去底工序沖裁掉杯底中央部來(lái)形成外圈1的一個(gè)凸緣4a(參考圖1)，在整形工序中將杯上端部整形成均一的高度，并且減厚加工形成另一個(gè)凸緣4b(參考圖1)的杯上端部。其中，被沖壓加工的外圈1，在熱處理工序中實(shí)施高頻感應(yīng)加熱淬火的等熱處理，在最后的組裝工序，組入被在護(hù)圈5中組裝的滾針3，通過(guò)向內(nèi)側(cè)彎折成直角的加工來(lái)形成另一個(gè)凸緣4b。該殼型外圈1由于在一次的打薄深沖工序中成形為杯狀，所以由模具的設(shè)定誤差等引起的尺寸精度下降的情況也很少。
圖4表示所述外圈1的內(nèi)徑面2的周向表面粗糙度與軸向表面粗糙度。圖4(a)所示的周向表面粗糙度是在外圈1的長(zhǎng)度方向中央位置測(cè)定的，Ra為0.18μm變得非常細(xì)。雖然省略了圖示，但在距離兩端各2mm的位置測(cè)定的周向表面粗糙度Ra也進(jìn)入了0.05～0.3μm的范圍。并且，圖4(b)所示的軸向表面粗糙度是在周向上以90°的相位在四處測(cè)定的軸向表面粗糙度的一個(gè)，Ra為0.15μm變得非常細(xì)。雖然省略了圖示，但在其他的相位測(cè)定的軸向表面粗糙度，Ra都是小于等于0.3μm、變得非常細(xì)。
圖5表示對(duì)所述實(shí)施例1以及2的外圈1進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火時(shí)的淬火圖形的例子。施加了陰影線的部分是淬火部分，在該例子中，對(duì)內(nèi)徑面2成為軌道面的圓筒部和通過(guò)沖裁杯底形成的一個(gè)凸緣4a部實(shí)施高頻感應(yīng)加熱淬火，在組裝工序中通過(guò)彎折加工而形成的另一個(gè)凸緣4b部成為沒(méi)有硬化的狀態(tài)。該凸緣4b部可以在淬火硬化后進(jìn)行回火處理。高頻感應(yīng)加熱淬火由于按順序在短時(shí)間內(nèi)對(duì)局部進(jìn)行加熱、冷卻，所以有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使在對(duì)外圈1的整體進(jìn)行熱處理的情況下、或在這樣部分進(jìn)行熱處理的情況下，也難以產(chǎn)生熱變形。
圖6對(duì)于所述實(shí)施例3的外圈、其變形例的外圈1a、1b、1c、1d，用陰影線表示了被高頻感應(yīng)加熱淬火的部分的淬火圖形。變形例的外圈1a、1b是與實(shí)施例3相同的端部開放型，外圈1a將兩個(gè)凸緣4a、4b向內(nèi)側(cè)彎折了180°，外圈1b只將另一個(gè)凸緣4b向內(nèi)側(cè)彎折了180°。并且，變形例1c、1d是端部封閉型，外圈1c將另一個(gè)凸緣4b與實(shí)施例3同樣地向內(nèi)側(cè)彎折成直角，外圈1d將另一個(gè)凸緣4b向內(nèi)側(cè)彎折了180°。這些實(shí)施例3的變形例的各殼型外圈1、1a、1b、1c、1d，在熱處理工序中在高頻感應(yīng)加熱淬火之后實(shí)施爐回火或高頻回火。
圖6中，分別對(duì)于外圈1、1a、1b、1c、1d，在A、B、C的各列表示了各三個(gè)淬火圖形。施加了陰影線了部分都是淬火部分，各淬火圖形，A列的外圈是只對(duì)內(nèi)徑面2側(cè)進(jìn)行部分高頻感應(yīng)加熱淬火，B列的外圈是對(duì)整體進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火，C列的外圈是對(duì)內(nèi)徑面2與外徑面3的兩側(cè)進(jìn)行部分高頻感應(yīng)加熱淬火。在A列與C列的部分高頻感應(yīng)加熱淬火的外圈中，也有滾針3的端面接觸的凸緣4a、4b的部分也被淬火的外圈。這些淬火圖形的外圈，內(nèi)徑面2的表面硬度以維氏硬度計(jì)都大于等于HV653。另外，高頻感應(yīng)加熱淬火由于按順序在短時(shí)間內(nèi)對(duì)局部進(jìn)行加熱、冷卻，所以有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使在如B列的外圈那樣對(duì)整體進(jìn)行淬火的情況下或在如A列或C列那樣進(jìn)行部分淬火的情況下，也難以產(chǎn)生熱變形。
對(duì)上述實(shí)施例1的碳素結(jié)構(gòu)鋼S40C的鋼板沖壓加工，對(duì)于使用了以如圖5所示的淬火圖形實(shí)施了高頻感應(yīng)加熱淬火的殼型外圈的如圖1所示的殼型滾針軸承、和使用了作為比較例的沖壓加工低碳素合金結(jié)構(gòu)鋼SCM415的鋼板并實(shí)施了滲碳淬火的殼型外圈的同樣的殼型滾針軸承，將它們安裝于旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)進(jìn)行軸承壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如下所述，軸承壽命以L10壽命(樣品的10％直到產(chǎn)生表面起點(diǎn)型剝離或內(nèi)部起點(diǎn)型剝離的時(shí)間)來(lái)評(píng)價(jià)。
·負(fù)載載荷4776N·轉(zhuǎn)速8000rpm·潤(rùn)滑油循環(huán)供給多功能油#5圖7表示上述軸承壽命試驗(yàn)的結(jié)果?？梢钥闯?，以實(shí)施例1的碳素結(jié)構(gòu)鋼S40C形成殼型外圈并進(jìn)行了高頻感應(yīng)加熱淬火的軸承的L10壽命，是接近以低碳素合金結(jié)構(gòu)鋼SCM415形成殼型外圈并進(jìn)行了滲碳淬火的比較例的軸承的三倍，可以明顯延長(zhǎng)直到產(chǎn)生表面起點(diǎn)型剝離或內(nèi)部起點(diǎn)型剝離的軸承壽命。另外，比較例的軸承因產(chǎn)生內(nèi)部起點(diǎn)型剝離使得軸承壽命變短。
圖8表示采用了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的汽車的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)是通過(guò)被固定于主軸11的斜板12的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由在斜板12上滑動(dòng)的滑履(shoe)13，使壓縮動(dòng)作部件即活塞14往復(fù)動(dòng)作的兩斜板型的壓縮機(jī)。被以高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的主軸11，在存有制冷劑的外殼15內(nèi)，在徑向被上述本發(fā)明的兩個(gè)殼型滾針軸承A支承，在軸向被推力滾針軸承16支承。
在所述外殼15中在周向以等間隔形成有多個(gè)缸孔17，兩頭形的活塞14往復(fù)自由地被收納在各缸孔17內(nèi)。在各活塞14以跨越斜板12的外周部的方式形成有凹部14a，在形成于該凹部14a的軸向相對(duì)面的球面座18，安裝有球狀的滑履13。該滑履13也可以為半球狀，起到將斜板12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圓滑地轉(zhuǎn)換成各活塞14的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能。
圖9表示采用了第二實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)是單斜板型的壓縮機(jī)，通過(guò)連結(jié)于主軸21的連結(jié)部件22的旋轉(zhuǎn)，使由滾珠23與推力滾針軸承24支承在連結(jié)部件22的傾斜面22a上的斜板25擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由活塞桿26將該斜板25的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成單頭形的活塞27的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在外殼28內(nèi)，該主軸21的徑向被本發(fā)明的一個(gè)殼型滾針軸承A支承，在軸向經(jīng)由連結(jié)部件22被推力滾針軸承29支承。
圖10表示采用了第三實(shí)施方式的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)的空調(diào)機(jī)用壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)是單斜板型的可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，通過(guò)使被嵌入有主軸31的套筒33向軸向滑動(dòng)，可以改變與主軸31連結(jié)的連結(jié)部件32的傾斜角度。在連結(jié)部件32被推力滾針軸承34支承的斜板35的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，與第二實(shí)施方式相同，經(jīng)由活塞桿36被轉(zhuǎn)換成單頭形的活塞37的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在外殼38內(nèi)，該主軸31的徑向被本發(fā)明的兩個(gè)殼型滾針軸承A支承，在軸向被推力滾針軸承39支承。
圖11表示采用了本發(fā)明的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)的汽車的ABS用活塞泵41、驅(qū)動(dòng)活塞泵41的電動(dòng)馬達(dá)42。電動(dòng)馬達(dá)42的輸出軸即電樞43的電樞軸44，被一對(duì)的滾珠軸承46支承在泵外殼45的與活塞泵41形成為直角的凹部45a，嵌在其偏心部44a的本發(fā)明的殼型滾針軸承A沖擊支承活塞泵41的活塞47。因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)42，被殼型滾針軸承1沖擊支承的活塞47被往復(fù)驅(qū)動(dòng)，從被設(shè)置于泵外殼45的吸引口48吸引制動(dòng)液，從排出口49排出。另外，雖然省略了圖示，但吸引口48連接于儲(chǔ)液箱，排出口49連接于主缸。
在上述的實(shí)施方式中，外圈的沖壓加工的深沖工序只有一次，該一次的深沖工序?yàn)榧由洗虮〖庸さ拇虮∩顩_工序，也可以進(jìn)行小于等于三次的多次深沖工序，在最終次的深沖工序中加上打薄加工。并且，本發(fā)明的殼型滾針軸承也可以采用于將滾針組裝成整體滾狀態(tài)的形式的軸承。
權(quán)利要求
1.一種殼型滾針軸承，沿著由鋼板的沖壓加工形成的殼型外圈的內(nèi)徑面排列有多個(gè)滾針，其中，利用碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼作為所述鋼板的原材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼型滾針軸承，其中，對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施球化退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的殼型滾針軸承，其中，利用所述球化退火使碳化物的球化率大于等于50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火或光亮淬火。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，所述鋼板的原材料含有Si、Ni、Mo中至少任一種的合金元素，這些合金元素的含有量分別小于等于0.35質(zhì)量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的殼型滾針軸承，其中，對(duì)由所述沖壓加工形成的外圈的至少內(nèi)徑面實(shí)施高頻感應(yīng)加熱淬火、爐回火或高頻感應(yīng)加熱回火中任一種，使所述內(nèi)徑面的表面硬度以維氏硬度計(jì)大于等于HV653。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的殼型滾針軸承，其中，所述外圈的內(nèi)徑面的高頻感應(yīng)加熱淬火深度是沒(méi)有達(dá)到其背面?zhèn)鹊耐鈴矫娴纳疃取?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，所述外圈的內(nèi)徑面的周向表面粗糙度Ra為0.05～0.3μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，所述外圈的內(nèi)徑面的軸向表面粗糙度Ra小于等于0.3μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，在所述沖壓加工的深沖工序中的深沖次數(shù)小于等于三次，最終次的深沖工序?yàn)榧尤氪虮〖庸さ拇虮∩顩_工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的殼型滾針軸承，其中，在所述深沖工序中的深沖次數(shù)為一次，該一次的深沖工序?yàn)榧尤氪虮〖庸さ拇虮∩顩_工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11的任意一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承，其中，對(duì)所述鋼板的原材料實(shí)施了磷酸鹽皮膜處理。
13.一種壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)，其由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮動(dòng)作部件的主軸和在壓縮機(jī)內(nèi)支承該主軸的滾針軸承構(gòu)成，其中，所述滾針軸承是權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)，其中，所述壓縮機(jī)是斜板式的空調(diào)機(jī)。
15.一種活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)，其由活塞泵的馬達(dá)輸出軸、嵌在該馬達(dá)輸出軸的偏心部的滾針軸承以及由該滾針軸承支承的活塞構(gòu)成，其中，所述滾針軸承是權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的殼型滾針軸承。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)，其中，所述活塞泵是汽車的防抱死系統(tǒng)用的活塞泵。
全文摘要
涉及在壓縮機(jī)主軸的支承結(jié)構(gòu)或活塞泵驅(qū)動(dòng)部的支承結(jié)構(gòu)等中使用的殼型滾針軸承，其在不需要?dú)夥照{(diào)整的情況下以簡(jiǎn)單的熱處理就能保證其殼型外圈的產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步降低制造成本。通過(guò)利用碳含有量大于等于0.3質(zhì)量％的中高碳鋼作為殼型外圈(1)用的被沖壓加工的鋼板的原材料，碳的含有量比現(xiàn)有所使用的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼板或冷軋沖壓用鋼板的多，就不需要高價(jià)的滲碳淬火及滲碳氮化處理，能夠降低殼型滾針軸承(A)的制造成本。
文檔編號(hào)F16C19/22GK1906426SQ20058000161
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者大石真司, 松永浩司, 渡邊靖之, 平岡恒哲 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社