JP2000161362A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】転がり軸受において、衝撃荷重や高荷重が負荷
される用途で耐久性向上を図ること。 【解決手段】鋼製の玉３を有する転がり軸受Ａにおい
て、玉３の表面側から深さ方向複数位置での円周方向圧
縮残留応力を個別に特定する。これにより、玉３の表面
から所要深さ位置までが適度な硬度と靭性を持つように
なるので、玉３の表面損傷や転がり疲労亀裂の発生、進
展を抑制できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に関す
る。この転がり軸受は、例えば振動などの衝撃荷重や高
荷重が負荷されるような用途に使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の転がり軸受では、その転
動体について、ＪＩＳ規格Ｇ４８０５で規定される高炭
素クロム軸受鋼を素材として、外形を粗成形した後、焼
入れ、焼き戻しなどの熱処理を施し、研磨やラップなど
の仕上げを行うことにより製作される。なお、前述の熱
処理の後で冷間加工などの表面硬化処理を施すこともあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、冷間
加工を施すことにより転動体の表面硬度を高めて表面損
傷を防止するようにしているが、材料が弱体化すること
があって、衝撃荷重や高荷重の負荷により転がり疲労亀
裂が発生、進展しやすくなる。なお、転がり疲労亀裂
は、転動体の表面に沿う方向に発生するもので、剥離に
つながる。

【０００４】このようなことから、本願発明者は、転動
体の表面側と内部との強度のバランスが重要になってい
ることを見いだした。このような事情に鑑み、本発明
は、転がり軸受において、衝撃荷重や高荷重が負荷され
る用途での耐久性向上を図ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
転がり軸受は、鋼製の転動体を有し、その表面側から深
さ方向複数位置での円周方向圧縮残留応力が個別に特定
されている。

【０００６】請求項２の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項１において、前記転動体の表面から直径のほぼ
１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力
が、４００〜８００ＭＰａの範囲に設定されている。

【０００７】請求項３の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項２において、前記転動体の表面から直径のほぼ
１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力が、
１００ＭＰａ以下に設定されている。

【０００８】このような本発明において、転動体の直径
のほぼ１／１００の位置とは、転がり疲労亀裂の発生起
点付近であり、また、転動体の直径のほぼ１／２５の位
置とは、転がり疲労亀裂が進展する部分である。

【０００９】このように、転動体の深さ方向における損
傷の形態を調べて、それらの損傷形態に応じて各深さ位
置の円周方向圧縮残留応力を個別に特定することにより
硬度と靭性とを最適に管理している。これにより、転動
体の表面損傷や転がり疲労亀裂の発生を長期にわたって
防止できるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。

【００１１】図１および図２に本発明の一実施形態を示
している。図１は、転がり軸受の断面図、図２は、転が
り軸受の耐久性能試験機を示す側面図である。

【００１２】図中、Ａは深溝型玉軸受などの転がり軸受
の全体を示している。この転がり軸受Ａは、内輪１、外
輪２、転動体としての複数の玉３、保持器４とから構成
されている。

【００１３】そして、内・外輪１，２および玉３は、Ｊ
ＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０Ｃなど各種の鋼材を素
材として製作される。保持器４は、使用用途により異な
るが、金属材の他、一般的なポリアミド樹脂（ナイロン
６６）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など
のふっ素系などの合成樹脂とされる。保持器４の形式と
しては、図示する冠型の他、波型やもみ抜き型など任意
である。

【００１４】本発明の特徴は、上述した玉３について、
その表面側から深さ方向複数位置での円周方向圧縮残留
応力を個別に特定していることである。具体的に、玉３
の表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置における円
周方向圧縮残留応力は、４００〜８００ＭＰａの範囲に
設定され、また、玉３の表面から直径のほぼ１／２５の
深さ位置における円周方向圧縮残留応力は、１００ＭＰ
ａ以下に設定される。

【００１５】この実施形態では、玉３の製作方法とし
て、ある程度の真円度を有する素球に成形した後、焼入
れ、焼き戻しなどの熱処理を施すとともに、冷間加工な
どの表面硬化処理を施してから、研磨やラップなどの仕
上げを行うことにより製作される。

【００１６】前述の冷間加工は、一般的に周知の方法で
あるが、例えば回転ドラム内に複数の玉３を入れ、回転
ドラムを所要回転速度で所要時間にわたって回転させる
ものである。

【００１７】この実施形態では、前述の冷間加工での回
転ドラムの回転速度や処理時間を適宜設定することによ
り、上述した残留応力を管理するのである。ちなみに、
玉３の直径が大きいほど最大残留応力の位置が深くな
り、処理時間を長くするほど残留応力値が大きくなり、
なおかつ残留応力形成の範囲が深くなる傾向となる。

【００１８】具体的に、玉３の素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ
２とし、焼入れを温度８３０〜８５０℃で３０分〜６０
分とし、焼き戻しを温度１５０〜１７０℃で１〜２時間
とし、冷間加工での回転速度を４０〜７０ｒｐｍとし、
処理時間を１〜２時間とした。このような条件であれ
ば、玉３の表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置に
おける円周方向圧縮残留応力を、およそ４００〜８００
ＭＰａの範囲に、また、玉３の表面から直径のほぼ１／
２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を１００
ＭＰａ以下にできる。この場合、玉３の表面から直径の
ほぼ１／２５の深さ位置における残留オーステナイト量
（γ_R）は、８〜１５％の範囲になり、表面硬度は、ロ
ックウェル硬さ（ＨＲＣ）で６４〜６８となる。

【００１９】以上説明した実施形態の転がり軸受Ａで
は、玉３が深さ方向で適度な硬度となるとともに適度な
靭性を持つ構造となるから、玉３の表面損傷や転がり疲
労亀裂の発生を長期にわたって抑制できて、玉３の初期
性状を長期にわたって安定に保つことができるようにな
る。これにより、転がり軸受Ａの振動や騒音などの発生
を長期にわたって抑制できるなど長寿命化を達成でき
る。

【００２０】具体的に、転がり軸受Ａの耐久性について
調べたので説明する。

【００２１】試験機は、図２に示すようなものを用い
る。図２において、２０は回転軸、２１は支持台、２２
はコイルバネを用いる荷重負荷ユニット、２３は回転軸
２０のサポート軸受、２４は試験軸受である。試験は、
試験軸受２４に対してラジアル荷重を与えた状態で回転
軸２０を回転させて行う。

【００２２】試験軸受２４は、呼び番号６３０４の深溝
玉軸受とする。この場合、玉３のサイズは３／８ｉｎｃ
ｈである。

【００２３】試験条件は、ラジアル荷重を動定格荷重の
５０％（６．３５ＫＮ）、回転数を１２０００ｒｐｍ、
グリース潤滑である。

【００２４】そして、試験軸受２４については、下記す
る表１に示すように、実施形態１〜８、比較例１，２を
用意した。

【００２５】

【表１】

【００２６】結果的に、実施形態１〜８はいずれも３０
０時間を越えるまで異状無しであるのに対して、比較例
１は１９１時間、比較例２は２０６時間でそれぞれ玉３
に剥離が発生した。ちなみに、上記試験条件での試験軸
受２４の計算寿命は２１．７時間であるので、比較例
１，２も計算寿命に比べて優れているものの、実施形態
１〜８に比べて劣る。このことから、玉３の直径のほぼ
１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を
４００〜８００ＭＰａの範囲で設定すれば、転がり疲労
亀裂が発生しにくくなっていると言える。

【００２７】さらに、実施形態３，７については他の実
施形態１，２，４，６，８に比べてさらに耐久性が向上
する結果となっており、実施形態３，７のように玉３の
直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残
留応力を３０ＭＰａに設定することが好ましいことを意
味している。

【００２８】以上のことから、実施形態３，７のよう
に、玉３の直径のほぼ１／１００の深さ位置における円
周方向圧縮残留応力を４００〜８００ＭＰａの範囲と
し、かつ玉３の直径のほぼ１／２５の深さ位置における
円周方向圧縮残留応力を３０ＭＰａに設定すれば、転が
り疲労亀裂の発生と進展とを抑制できるようになり、こ
れらの条件を持たせることが最も好ましいと言える。し
かし、実用範囲からすると、上記結果から明らかなよう
に、玉３の直径のほぼ１／１００の深さ位置における円
周方向圧縮残留応力を４００〜８００ＭＰａの範囲とす
れば、玉３の直径のほぼ１／２５の深さ位置における円
周方向圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以下に設定しても
十分であると言える。

【００２９】ところで、上記実施形態のように、玉３の
素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ２とする場合においても、それ
に含有する硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素
（Ｏ）についての量を、それぞれ０．０１５ｍａｓｓ％
以下、０．０１０〜０．０４０ｍａｓｓ％、０．００１
０ｍａｓｓ％以下に設定するのが好ましい。なぜなら
ば、玉３の転がり疲労亀裂の起点は、素材に含有するＭ
ｎＳ，Ａｌ₂Ｏ₃の非金属介在物の存在位置で起こる。つ
まり、これらの非金属介在物を減少させれば、転がり疲
労亀裂の発生、進展を抑制できると言える。ここで、非
金属介在物であるＭｎＳは、ＳがＭｎと結び付いて形成
されるものであり、また、Ａｌ₂Ｏ₃は、ＡｌとＯが結び
付いて形成されるものである。したがって、冷間加工に
よる表面硬化処理を深さ方向複数位置での円周方向残留
応力を管理するとともに、非金属介在物形成元素である
Ｓ、Ａｌ、Ｏを減少させることが望ましく、Ｓ、Ａｌ、
Ｏの含有量は生産性、加工性の点から、上記範囲に設定
することが望ましい。

【００３０】なお、上記実施形態では、転動体を玉とし
たが、円筒ころや円すいころにも応用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の転がり軸受では、玉を深さ方向
で適度な硬度と靭性を持つ構造にできるから、特に高荷
重、衝撃荷重が負荷される用途での使用において、玉の
表面損傷や転がり疲労亀裂の発生を長期にわたって抑制
できて、玉の初期性状を長期にわたって安定に保つこと
ができるようになる。これにより、転がり軸受の振動や
騒音などの発生を長期にわたって抑制できるなど長寿命
化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受の断面図

【図２】転がり軸受の耐久性能試験機を示す側面図

【符号の説明】

Ａ 転がり軸受 １ 内輪 ２ 外輪 ３ 玉 ４ 保持器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼田 秀司 兵庫県尼崎市梶ケ島19番28号 株式会社ツ バキ・ナカシマ内 (72)発明者 藤田 良樹 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 田積 一 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA54 BA10 BA50 DA03 DA05 DA11 EA01 EA02 EA03 EA06 EA33 EA36 FA31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼製の転動体を有し、その表面側から深さ
   方向複数位置での円周方向圧縮残留応力が個別に特定さ
   れている、ことを特徴とする転がり軸受。
2. 【請求項２】請求項１の転がり軸受において、 前記転動体の表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置
   における円周方向圧縮残留応力が、４００〜８００ＭＰ
   ａの範囲に設定されている、ことを特徴とする転がり軸
   受。
3. 【請求項３】請求項２の転がり軸受において、 前記転動体の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置に
   おける円周方向圧縮残留応力が、１００ＭＰａ以下に設
   定されている、ことを特徴とする転がり軸受。