JP2000328194A - 転がり軸受及びその製造方法 - Google Patents
転がり軸受及びその製造方法Info
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- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＯＡ機器等に使用する軸受において、耐衝撃性
と耐荷重性を向上させて、長時間の使用に対しても回転
精度が劣化せず、かつ長期に亘って静粛性を保持するこ
とができるような軸受及びその製造方法を得ること。 【解決手段】荷重を支え、かつ相対運動する部分間の転
がり運動で機能する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ
以下の転がり軸受において、軸受を構成する高炭素クロ
ム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む転がり軸受であって、この軸受の加工の際の焼き
入れ後の焼き戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範
囲に保持し、熱処理後の表面層の残留オーステナイト量
は６容量％以下で安定される。
と耐荷重性を向上させて、長時間の使用に対しても回転
精度が劣化せず、かつ長期に亘って静粛性を保持するこ
とができるような軸受及びその製造方法を得ること。 【解決手段】荷重を支え、かつ相対運動する部分間の転
がり運動で機能する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ
以下の転がり軸受において、軸受を構成する高炭素クロ
ム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む転がり軸受であって、この軸受の加工の際の焼き
入れ後の焼き戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範
囲に保持し、熱処理後の表面層の残留オーステナイト量
は６容量％以下で安定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に関
し、特に、衝撃に対して強くかつ耐荷重性を向上させ、
かつ音響レベルに対する経年変化を少なくした転がり軸
受及びその製造方法に関する。
し、特に、衝撃に対して強くかつ耐荷重性を向上させ、
かつ音響レベルに対する経年変化を少なくした転がり軸
受及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】転がり軸受は古くから種々の機構の回転
部分に使用されている。最近では、ＯＡ機器の急速な普
及から、ＶＴＲ、ＦＤＤ、ＨＤＤ、スキャナモータ等Ｏ
Ａ機器内部に設けられた回転電機の軸受として転がり軸
受である玉軸受は重要な位置を占めており、玉軸受の特
性の良否がこれらの機器の特性を左右するまでになって
いる。そして、これらに使用される軸受は、たとえば、
直径３．５インチのハードディスクを駆動する場合、電
動機に用いられる軸受の外輪の直径は１５ｍｍ以下のも
のでないとダウンサイジング化に対応できず、またＶＴ
Ｒやスキャナモータに用いられるものでも、外輪の外径
を３０ｍｍより大きくすることができない。
部分に使用されている。最近では、ＯＡ機器の急速な普
及から、ＶＴＲ、ＦＤＤ、ＨＤＤ、スキャナモータ等Ｏ
Ａ機器内部に設けられた回転電機の軸受として転がり軸
受である玉軸受は重要な位置を占めており、玉軸受の特
性の良否がこれらの機器の特性を左右するまでになって
いる。そして、これらに使用される軸受は、たとえば、
直径３．５インチのハードディスクを駆動する場合、電
動機に用いられる軸受の外輪の直径は１５ｍｍ以下のも
のでないとダウンサイジング化に対応できず、またＶＴ
Ｒやスキャナモータに用いられるものでも、外輪の外径
を３０ｍｍより大きくすることができない。
【０００３】上述のように、ＯＡ機器のダウンサイジン
グ化に伴って玉軸受の外径も小さくなったが、これに加
えてＨＤＤでは、小型化とトラック密度の増加に伴いこ
れに用いられている玉軸受に対する回転精度の向上とこ
れの長期保持、耐衝撃性、耐荷重性の要求がよりシビア
なものとなった。特に最近のパソコンのノート化、モバ
イル化に伴い、耐衝撃性、耐荷重性への更なる向上をも
迫られる。
グ化に伴って玉軸受の外径も小さくなったが、これに加
えてＨＤＤでは、小型化とトラック密度の増加に伴いこ
れに用いられている玉軸受に対する回転精度の向上とこ
れの長期保持、耐衝撃性、耐荷重性の要求がよりシビア
なものとなった。特に最近のパソコンのノート化、モバ
イル化に伴い、耐衝撃性、耐荷重性への更なる向上をも
迫られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高い耐荷重性を得るに
は、玉軸受を構成する材料の硬さが硬いほど良好と考え
られるが、従来一般に使用されている高炭素クロム軸受
鋼２種（ＳＵＪ２）で軌道輪を構成し、軌道輪の硬度が
ＨＲＣ５８以上を有するために、普通１６０度Ｃ乃至２
００度Ｃの範囲で焼き戻しているが、低い焼き戻し温度
では、高い硬度が得られる反面、オーステナイトが多く
残留する。このオーステナイトは不安定で、使用中にマ
ルテンサイトに変態して歪みを生じ、静粛性のレベルの
低下をもたらす可能性が高い。そこで、従来は耐荷重性
を多少犠牲にし、焼き戻し温度を高くして硬度を抑え、
残留オーステナイト量を減らし、経年変化の低減を計る
という対応を行っていた。
は、玉軸受を構成する材料の硬さが硬いほど良好と考え
られるが、従来一般に使用されている高炭素クロム軸受
鋼２種（ＳＵＪ２）で軌道輪を構成し、軌道輪の硬度が
ＨＲＣ５８以上を有するために、普通１６０度Ｃ乃至２
００度Ｃの範囲で焼き戻しているが、低い焼き戻し温度
では、高い硬度が得られる反面、オーステナイトが多く
残留する。このオーステナイトは不安定で、使用中にマ
ルテンサイトに変態して歪みを生じ、静粛性のレベルの
低下をもたらす可能性が高い。そこで、従来は耐荷重性
を多少犠牲にし、焼き戻し温度を高くして硬度を抑え、
残留オーステナイト量を減らし、経年変化の低減を計る
という対応を行っていた。
【０００５】本発明はこのような従来の不都合を改良し
ようとするものであり、その目的は、ＯＡ機器等に使用
する小径軸受において、焼き入れ・焼き戻しの熱処理な
らびに使用時の温度上昇や応力の印加に対して、残留オ
ーステナイトの量を安定化させ、静粛性が高く長寿命な
軸受及びその製造方法を得ようとするものである。
ようとするものであり、その目的は、ＯＡ機器等に使用
する小径軸受において、焼き入れ・焼き戻しの熱処理な
らびに使用時の温度上昇や応力の印加に対して、残留オ
ーステナイトの量を安定化させ、静粛性が高く長寿命な
軸受及びその製造方法を得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】軸受は種々の使用条件の
もとで、その使用温度も様々であるが、たとえその軸受
が様々な使用温度を経てきたとしても、ある定められた
温度の元で測定した寸法は変化してはならない。しか
し、軸受に使用される軸受鋼を適切な温度で焼き入れ
し、適切な焼き戻しを行ったものであっても、例えば最
大使用温度を越えて運転すれば、短時間で大きな寸法変
化をもたらす。またこの寸法変化は軸受の各部分に掛か
る応力にも左右される。この寸法変化の主原因は、材料
組織を構成している残留オーステナイトにある。
もとで、その使用温度も様々であるが、たとえその軸受
が様々な使用温度を経てきたとしても、ある定められた
温度の元で測定した寸法は変化してはならない。しか
し、軸受に使用される軸受鋼を適切な温度で焼き入れ
し、適切な焼き戻しを行ったものであっても、例えば最
大使用温度を越えて運転すれば、短時間で大きな寸法変
化をもたらす。またこの寸法変化は軸受の各部分に掛か
る応力にも左右される。この寸法変化の主原因は、材料
組織を構成している残留オーステナイトにある。
【０００７】すなわち、焼き入れされた軸受鋼では、温
度と時間の影響で残留オーステナイトが分解し体積が膨
張して寸法変化が生じると考えられる。例えば、ＨＤＤ
の運転中に、短時間ではあるが、軸受に考えられないよ
うな大きな衝撃や荷重が印加されたりすると、残留オー
ステナイトが分解して寸法変化は一気に進行する。ま
た、上昇温度が仕様温度を超えないまでも、無理な応力
が加えられると、この応力の印加で、残留オーステナイ
トの分解が進み、寸法変化をもたらす。これらの寸法変
化は、軸受から雑音が発生する原因となるほか、軸受の
寿命を短縮する。
度と時間の影響で残留オーステナイトが分解し体積が膨
張して寸法変化が生じると考えられる。例えば、ＨＤＤ
の運転中に、短時間ではあるが、軸受に考えられないよ
うな大きな衝撃や荷重が印加されたりすると、残留オー
ステナイトが分解して寸法変化は一気に進行する。ま
た、上昇温度が仕様温度を超えないまでも、無理な応力
が加えられると、この応力の印加で、残留オーステナイ
トの分解が進み、寸法変化をもたらす。これらの寸法変
化は、軸受から雑音が発生する原因となるほか、軸受の
寿命を短縮する。
【０００８】外輪の直径が３０ｍｍ以下の従来の小径軸
受では、軸受の軌道輪と転動体の材料として、一般的に
は高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）が使用されてい
る。このＳＵＪ２の化学成分は、 Ｃ ： ０．９５〜１．１０重量％ Ｓｉ： ０．１５〜０．３５重量％ Ｍｎ： ０．５０重量％以下 Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下 Ｃｒ： １．３０〜１．６０重量％ であり、上記材料を焼き入れ後、１６０度Ｃ乃至２００
度Ｃの範囲で焼き戻した時、軸受に存在する残留オース
テナイト量は、８〜１４容量％と比較的に高い。このた
め上記材料を使用する軸受は、上記残留オーステナイト
の分解に起因する寸法変化が大きく、ＨＤＤ用軸受とし
て用いた場合、軸受の長期にわたる安定な使用は期待で
きない。このような不都合を避けるためには、特開平７
−１０３２４１号公報に記載されているように、焼き戻
し温度を高くしたり、或いは、焼き戻し処理を繰り返し
行うことにより、残留オーステナイトを減らすことがで
きる。しかし、複数回の焼き戻しを行うなど、処理工程
が複雑で、工数の増加は避けられない。
受では、軸受の軌道輪と転動体の材料として、一般的に
は高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）が使用されてい
る。このＳＵＪ２の化学成分は、 Ｃ ： ０．９５〜１．１０重量％ Ｓｉ： ０．１５〜０．３５重量％ Ｍｎ： ０．５０重量％以下 Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下 Ｃｒ： １．３０〜１．６０重量％ であり、上記材料を焼き入れ後、１６０度Ｃ乃至２００
度Ｃの範囲で焼き戻した時、軸受に存在する残留オース
テナイト量は、８〜１４容量％と比較的に高い。このた
め上記材料を使用する軸受は、上記残留オーステナイト
の分解に起因する寸法変化が大きく、ＨＤＤ用軸受とし
て用いた場合、軸受の長期にわたる安定な使用は期待で
きない。このような不都合を避けるためには、特開平７
−１０３２４１号公報に記載されているように、焼き戻
し温度を高くしたり、或いは、焼き戻し処理を繰り返し
行うことにより、残留オーステナイトを減らすことがで
きる。しかし、複数回の焼き戻しを行うなど、処理工程
が複雑で、工数の増加は避けられない。
【０００９】このため、本願発明では、上記ＳＵＪ２の
化学成分と比較して、オーステナイト安定化元素である
Ｍｎの添加量を増加し、低い焼き戻し温度でも安定な残
留オーステナイトを形成し、また、焼き戻し軟化抵抗の
高いＳｉの添加量を増加し、高温での硬さ低下を抑え、
更にＣｒの含有量の範囲を広げて、焼き入れ性倍数の範
囲を広げている。本発明に使用される高炭素クロム軸受
鋼の化学成分は次の通りである。 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ 不純物としての、 Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下
化学成分と比較して、オーステナイト安定化元素である
Ｍｎの添加量を増加し、低い焼き戻し温度でも安定な残
留オーステナイトを形成し、また、焼き戻し軟化抵抗の
高いＳｉの添加量を増加し、高温での硬さ低下を抑え、
更にＣｒの含有量の範囲を広げて、焼き入れ性倍数の範
囲を広げている。本発明に使用される高炭素クロム軸受
鋼の化学成分は次の通りである。 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ 不純物としての、 Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下
【００１０】上述のような技術的な事情を踏まえて、本
願の請求項１に係る発明では、荷重を支え、かつ相対運
動する部分間の転がり運動で機能する軸受のうち、外輪
の直径が３０ｍｍ以下の転がり軸受において、軸受を構
成する高炭素クロム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む材料からなり、表面層の残留オーステナイト量が
６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受が提供
される。
願の請求項１に係る発明では、荷重を支え、かつ相対運
動する部分間の転がり運動で機能する軸受のうち、外輪
の直径が３０ｍｍ以下の転がり軸受において、軸受を構
成する高炭素クロム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む材料からなり、表面層の残留オーステナイト量が
６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受が提供
される。
【００１１】また、本願の請求項２に係る発明では、荷
重を支え、かつ相対運動する部分間の転がり運動で機能
する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ以下の転がり軸
受において、軸受を構成する高炭素クロム軸受鋼に、 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む素材を用い、焼き入れ後の焼き戻し温度を１７０
度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲で施し、該熱処理後の表面層
の残留オーステナイト量が６容量％以下であり、かつ表
面硬度がＨＲＣ６０以上であることを特徴とする転がり
軸受の製造方法が提供される。
重を支え、かつ相対運動する部分間の転がり運動で機能
する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ以下の転がり軸
受において、軸受を構成する高炭素クロム軸受鋼に、 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む素材を用い、焼き入れ後の焼き戻し温度を１７０
度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲で施し、該熱処理後の表面層
の残留オーステナイト量が６容量％以下であり、かつ表
面硬度がＨＲＣ６０以上であることを特徴とする転がり
軸受の製造方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。まず、高炭素クロム軸受鋼に対す
る焼き戻し硬さに及ぼすＳｉの影響について説明する。
例えば、Ｅ．Ｃ．Ｂａｉｎ，Ｈ，Ｗ，Ｐａｘｔｅｎ；
“Ａｌｌｏｙｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｓｔｅ
ｅｌ”，ＡＳＭ（１９６１）によれば、炭素鋼へＳｉを
添加したときの焼き戻し硬さの変化が記載されている。
これに用いられたベース鋼は、Ｓ５０Ｃ〜Ｓ５５Ｃ、Ｓ
ｉ添加量は、０．５重量％、１．３重量％、２．３重量
％、３．８重量％、焼き戻し温度は、１００度Ｃ〜７０
０度Ｃである。図１は、この試験による焼き戻し温度に
対する硬さの関係を示す特性図である。上述のように、
鋼にＳｉを添加する量を増加させればさせるほど、焼き
戻し温度をあげてもその硬さの低下は少なくなる。
て、詳細に説明する。まず、高炭素クロム軸受鋼に対す
る焼き戻し硬さに及ぼすＳｉの影響について説明する。
例えば、Ｅ．Ｃ．Ｂａｉｎ，Ｈ，Ｗ，Ｐａｘｔｅｎ；
“Ａｌｌｏｙｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｓｔｅ
ｅｌ”，ＡＳＭ（１９６１）によれば、炭素鋼へＳｉを
添加したときの焼き戻し硬さの変化が記載されている。
これに用いられたベース鋼は、Ｓ５０Ｃ〜Ｓ５５Ｃ、Ｓ
ｉ添加量は、０．５重量％、１．３重量％、２．３重量
％、３．８重量％、焼き戻し温度は、１００度Ｃ〜７０
０度Ｃである。図１は、この試験による焼き戻し温度に
対する硬さの関係を示す特性図である。上述のように、
鋼にＳｉを添加する量を増加させればさせるほど、焼き
戻し温度をあげてもその硬さの低下は少なくなる。
【００１３】このような観点から、本発明者は、上記Ｓ
ＵＪ２の記号で知られている小径軸受用の高炭素クロム
軸受鋼２種（ＳＵＪ２）材と比較してＳｉ含有量を増加
せしめた２つの試験材を作成した。その試験材１の化学
成分を次に示す。 Ｃ ： ０．９７重量％ Ｓｉ： ０．６３重量％ Ｍｎ： １．１０重量％ Ｐ ： ０．００８重量％以下 Ｓ ： ０．００７重量％以下 Ｃｒ： １．０９重量％ Ｃｕ： ０．０６重量％以下 Ｎｉ： ０．０５重量％以下 Ｍｏ： ０．０５重量％以下
ＵＪ２の記号で知られている小径軸受用の高炭素クロム
軸受鋼２種（ＳＵＪ２）材と比較してＳｉ含有量を増加
せしめた２つの試験材を作成した。その試験材１の化学
成分を次に示す。 Ｃ ： ０．９７重量％ Ｓｉ： ０．６３重量％ Ｍｎ： １．１０重量％ Ｐ ： ０．００８重量％以下 Ｓ ： ０．００７重量％以下 Ｃｒ： １．０９重量％ Ｃｕ： ０．０６重量％以下 Ｎｉ： ０．０５重量％以下 Ｍｏ： ０．０５重量％以下
【００１４】また、その試験材２の化学成分を次に示
す。 Ｃ ： ０．９６重量％ Ｓｉ： ０．６０重量％ Ｍｎ： １．１３重量％ Ｐ ： ０．０１０重量％以下 Ｓ ： ０．００５重量％以下 Ｃｒ： １．５０重量％ Ｃｕ： ０．０６重量％以下 Ｎｉ： ０．０５重量％以下 Ｍｏ： ０．０４重量％以下
す。 Ｃ ： ０．９６重量％ Ｓｉ： ０．６０重量％ Ｍｎ： １．１３重量％ Ｐ ： ０．０１０重量％以下 Ｓ ： ０．００５重量％以下 Ｃｒ： １．５０重量％ Ｃｕ： ０．０６重量％以下 Ｎｉ： ０．０５重量％以下 Ｍｏ： ０．０４重量％以下
【００１５】図２は、上記高炭素クロム軸受鋼試験材
１、同じく試験材２、同じくＳＵＪ２の試験材を用いて
測定した焼き入れ、焼き戻し後の硬さの比較を表にした
図表図である。図２からわかるように、試験材１は焼き
戻し温度が１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲において、
硬さは６５ＨＲＣ乃至６２ＨＲＣの範囲にある。試験材
２は、硬さ６４ＨＲＣ乃至６１ＨＲＣの範囲にあり、こ
れに対してＳＵＪ２材は、硬さ６３ＨＲＣ乃至５８ＨＲ
Ｃの範囲にある。したがって、試験材１は他の材料と比
較して、同じ焼き戻し温度において、硬さを高く保持で
きる。試験材２も、試験材１に次ぐ。なお、上記の焼き
入れ温度はいずれも８３０度Ｃであり、サブゼロ処理温
度はマイナス８０度Ｃである。図３に、上記の試験材
１、２、ＳＵＪ２及び本発明の化学成分を示す。
１、同じく試験材２、同じくＳＵＪ２の試験材を用いて
測定した焼き入れ、焼き戻し後の硬さの比較を表にした
図表図である。図２からわかるように、試験材１は焼き
戻し温度が１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲において、
硬さは６５ＨＲＣ乃至６２ＨＲＣの範囲にある。試験材
２は、硬さ６４ＨＲＣ乃至６１ＨＲＣの範囲にあり、こ
れに対してＳＵＪ２材は、硬さ６３ＨＲＣ乃至５８ＨＲ
Ｃの範囲にある。したがって、試験材１は他の材料と比
較して、同じ焼き戻し温度において、硬さを高く保持で
きる。試験材２も、試験材１に次ぐ。なお、上記の焼き
入れ温度はいずれも８３０度Ｃであり、サブゼロ処理温
度はマイナス８０度Ｃである。図３に、上記の試験材
１、２、ＳＵＪ２及び本発明の化学成分を示す。
【００１６】前述のように、残留オーステナイトの分解
に起因する経年の寸法変化を最小限に食い止めるには、
焼き入れ、焼き戻し後、高炭素クロム軸受鋼の中に残留
するオーステナイト量が少なければ少ない程良く、また
焼き戻し温度の広い範囲でほぼ同じ残留オーステナイト
量となるような状態が好ましい。図４は、焼き入れ、焼
き戻し後、上記３つの試験材中の残留オーステナイト量
の比較を示す図表図である。図４からわかるように、Ｓ
ＵＪ２試験材は、１７０度Ｃの低い焼き戻し温度の場合
には、残留オーステナイト量は、８容量％の高残留量で
あり、かつ、焼き戻し温度を上昇させるに従って、残留
オーステナイト量が急激に減少する。このことは、焼き
戻し温度を正確に制御しなければ、所望の残留オーステ
ナイト量を得ることができないことを意味し、かつ、実
用上差し支えない程度に焼き入れ後の残留オーステナイ
ト量を減らそうと思えば、焼き戻し後の硬さを犠牲にし
てその温度を高く保持しなければならないということに
なる。
に起因する経年の寸法変化を最小限に食い止めるには、
焼き入れ、焼き戻し後、高炭素クロム軸受鋼の中に残留
するオーステナイト量が少なければ少ない程良く、また
焼き戻し温度の広い範囲でほぼ同じ残留オーステナイト
量となるような状態が好ましい。図４は、焼き入れ、焼
き戻し後、上記３つの試験材中の残留オーステナイト量
の比較を示す図表図である。図４からわかるように、Ｓ
ＵＪ２試験材は、１７０度Ｃの低い焼き戻し温度の場合
には、残留オーステナイト量は、８容量％の高残留量で
あり、かつ、焼き戻し温度を上昇させるに従って、残留
オーステナイト量が急激に減少する。このことは、焼き
戻し温度を正確に制御しなければ、所望の残留オーステ
ナイト量を得ることができないことを意味し、かつ、実
用上差し支えない程度に焼き入れ後の残留オーステナイ
ト量を減らそうと思えば、焼き戻し後の硬さを犠牲にし
てその温度を高く保持しなければならないということに
なる。
【００１７】これに対して、試験材２は、焼き戻し温度
１７０度Ｃから２３０度Ｃまでは、５乃至６容量％の残
留オーステナイト量となり、２５０度Ｃでは、４容量％
となる。また、試験材１は、焼き戻し温度１７０度Ｃか
ら２３０度Ｃまでは、４容量％の残留オーステナイト量
となり、２５０度Ｃでは、３容量％となる。上記の結果
から、試験材１は、焼き戻し後の残留オーステナイト量
が少なく、焼き戻し温度を１７０度Ｃから２５０度Ｃま
での間で変えても、残留オーステナイト量がほぼ一定で
ある。このため、残留オーステナイトの分解に起因する
経年の寸法変化を最小限に食い止める材料であることが
わかる。また、試験材２も試験材１に次ぐ。
１７０度Ｃから２３０度Ｃまでは、５乃至６容量％の残
留オーステナイト量となり、２５０度Ｃでは、４容量％
となる。また、試験材１は、焼き戻し温度１７０度Ｃか
ら２３０度Ｃまでは、４容量％の残留オーステナイト量
となり、２５０度Ｃでは、３容量％となる。上記の結果
から、試験材１は、焼き戻し後の残留オーステナイト量
が少なく、焼き戻し温度を１７０度Ｃから２５０度Ｃま
での間で変えても、残留オーステナイト量がほぼ一定で
ある。このため、残留オーステナイトの分解に起因する
経年の寸法変化を最小限に食い止める材料であることが
わかる。また、試験材２も試験材１に次ぐ。
【００１８】Ｍｎの高炭素クロム軸受鋼への添加は、低
い焼き戻し温度でも安定な残留オーステナイトの形成を
もたらす。そこで、試験材１、２では、図３に示すよう
に上記ＳＵＪ２の化学成分と比較してＭｎの添加量を増
加している。更に、Ｃｒの含有量の範囲を広げて、焼き
入れ性倍数の範囲を広げ、炭化物の球状化を容易にして
いる。
い焼き戻し温度でも安定な残留オーステナイトの形成を
もたらす。そこで、試験材１、２では、図３に示すよう
に上記ＳＵＪ２の化学成分と比較してＭｎの添加量を増
加している。更に、Ｃｒの含有量の範囲を広げて、焼き
入れ性倍数の範囲を広げ、炭化物の球状化を容易にして
いる。
【００１９】特に、肉厚の大きい大型・超大型軸受に
は、ＳＵＪ２材に比べてＳｉ，Ｍｎ量を高めて焼入性を
大にした高炭素クロム軸受鋼３種（ＳＵＪ３）や、Ｗ２
２０と呼ばれる高炭素クロム軸受鋼が使用されている。
これらの化学成分を示すと次のようになる。ＳＵＪ３の
化学成分 Ｃ ： ０．９５〜１．１０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜０．７０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．１５重量％ Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下 Ｃｒ： ０．９０〜１．２０重量％ Ｃｕ： ０．２５重量％以下 Ｎｉ： ０．２５重量％以下 Ｍｏ： ０．０８重量％以下 Ｗ２２０の化学成分 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．６０〜１．２０重量％ Ｍｎ： １．１０〜１．６０重量％ Ｃｒ： １．３０〜１．７０重量％ また、自動車用に使用される軸受で、異物混入潤滑下で
も長寿命化できる転がり軸受として、例えば特開平６−
２５７９９号公報に開示された転がり軸受がある。この
転がり軸受に使用される高炭素クロム鋼の化学成分を示
すと次のようになる。 Ｃ ： １．１０〜１．６０重量％ Ｓｉ： ０．０５〜０．８０重量％ Ｍｎ： ０．５０〜１．５０重量％ Ｃｒ： １．３０〜３．００重量％ Ｍｏ： ０．６重量％以下
は、ＳＵＪ２材に比べてＳｉ，Ｍｎ量を高めて焼入性を
大にした高炭素クロム軸受鋼３種（ＳＵＪ３）や、Ｗ２
２０と呼ばれる高炭素クロム軸受鋼が使用されている。
これらの化学成分を示すと次のようになる。ＳＵＪ３の
化学成分 Ｃ ： ０．９５〜１．１０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜０．７０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．１５重量％ Ｐ ： ０．０２５重量％以下 Ｓ ： ０．０２５重量％以下 Ｃｒ： ０．９０〜１．２０重量％ Ｃｕ： ０．２５重量％以下 Ｎｉ： ０．２５重量％以下 Ｍｏ： ０．０８重量％以下 Ｗ２２０の化学成分 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．６０〜１．２０重量％ Ｍｎ： １．１０〜１．６０重量％ Ｃｒ： １．３０〜１．７０重量％ また、自動車用に使用される軸受で、異物混入潤滑下で
も長寿命化できる転がり軸受として、例えば特開平６−
２５７９９号公報に開示された転がり軸受がある。この
転がり軸受に使用される高炭素クロム鋼の化学成分を示
すと次のようになる。 Ｃ ： １．１０〜１．６０重量％ Ｓｉ： ０．０５〜０．８０重量％ Ｍｎ： ０．５０〜１．５０重量％ Ｃｒ： １．３０〜３．００重量％ Ｍｏ： ０．６重量％以下
【００２０】上記試験材１の化学成分は、ＳＵＪ３の化
学成分の中に包含される。したがって、試験材１が有す
る作用と効果は、上記化学成分を有するＳＵＪ３の高炭
素クロム軸受鋼にまで及ぶ。また、試験材２の化学成分
は、Ｗ２２０の化学成分の中に包含される。したがっ
て、試験材２が有する作用と効果は、上記化学成分を有
するＷ２２０の高炭素クロム軸受鋼にまで及ぶ。そし
て、焼き入れ鋼において、２種類以上の合金元素が複合
添加されたときの効果は相乗的である場合もあることか
ら、軸受を構成する高炭素クロム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む転がり軸受であって、この軸受の加工の際の焼き
戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲に保持され
るとき、上記本発明の目的を達成するための、作用と効
果をもたらす。なお、上記本願発明の転がり軸受におけ
る化学成分は特開平６−２５７９９号公報に記載された
高炭素クロム鋼の化学成分と重複した範囲が存在してい
るが、該高炭素クロム鋼を使用した転がり軸受では焼き
入れ、焼き戻しにより表面層の残留オーステナイト量を
１３〜２０容量％の特定範囲に調整した転がり軸受であ
って、本願発明の上記化学成分を含む転がり軸受では、
焼き入れ後の焼き戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃ
の範囲で熱処理を施した結果得られる残留オーステナイ
ト量は６容量％以下で安定したものであり、本願発明の
目的及びその作用効果とは異なる転がり軸受けである。
学成分の中に包含される。したがって、試験材１が有す
る作用と効果は、上記化学成分を有するＳＵＪ３の高炭
素クロム軸受鋼にまで及ぶ。また、試験材２の化学成分
は、Ｗ２２０の化学成分の中に包含される。したがっ
て、試験材２が有する作用と効果は、上記化学成分を有
するＷ２２０の高炭素クロム軸受鋼にまで及ぶ。そし
て、焼き入れ鋼において、２種類以上の合金元素が複合
添加されたときの効果は相乗的である場合もあることか
ら、軸受を構成する高炭素クロム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む転がり軸受であって、この軸受の加工の際の焼き
戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲に保持され
るとき、上記本発明の目的を達成するための、作用と効
果をもたらす。なお、上記本願発明の転がり軸受におけ
る化学成分は特開平６−２５７９９号公報に記載された
高炭素クロム鋼の化学成分と重複した範囲が存在してい
るが、該高炭素クロム鋼を使用した転がり軸受では焼き
入れ、焼き戻しにより表面層の残留オーステナイト量を
１３〜２０容量％の特定範囲に調整した転がり軸受であ
って、本願発明の上記化学成分を含む転がり軸受では、
焼き入れ後の焼き戻し温度を１７０度Ｃ乃至２５０度Ｃ
の範囲で熱処理を施した結果得られる残留オーステナイ
ト量は６容量％以下で安定したものであり、本願発明の
目的及びその作用効果とは異なる転がり軸受けである。
【００２１】次に、材料として上記試験材１とＳＵＪ２
材（通常材）を用い、外輪の外径が直径３０ｍｍ以下
で、ＨＤＤやＦＤＤ等の小型ＯＡ機器に用いられる軸受
に対する耐荷重特性について説明する。図５は軸受にア
キシアル静荷重を印加したときのＧ値の上昇量を示した
図表図である。この図からわかるように、ＳＵＪ２材
（通常材）を用いた軸受は、印加されるアキシャル静荷
重が２５ｋｇｆを越えると、急激にＧ値は上昇するが、
試験材１を用い、焼き戻し温度を２３０度Ｃ或いは焼き
戻し温度を２５０度Ｃとしたものは、アキシャル静荷重
を３０ｋｇｆに迄印加しても、Ｇ値の上昇は１（ｍＧ）
以下に収まる。
材（通常材）を用い、外輪の外径が直径３０ｍｍ以下
で、ＨＤＤやＦＤＤ等の小型ＯＡ機器に用いられる軸受
に対する耐荷重特性について説明する。図５は軸受にア
キシアル静荷重を印加したときのＧ値の上昇量を示した
図表図である。この図からわかるように、ＳＵＪ２材
（通常材）を用いた軸受は、印加されるアキシャル静荷
重が２５ｋｇｆを越えると、急激にＧ値は上昇するが、
試験材１を用い、焼き戻し温度を２３０度Ｃ或いは焼き
戻し温度を２５０度Ｃとしたものは、アキシャル静荷重
を３０ｋｇｆに迄印加しても、Ｇ値の上昇は１（ｍＧ）
以下に収まる。
【００２２】図６は図５と同じ軸受に対する高速回転試
験の結果を示す図表図である。この図からわかるよう
に、ＳＵＪ２材（通常材）を用いた軸受は、８０度Ｃ雰
囲気下で、軸荷重１．２ｋｇｆ、５４００ｒｐｍ、３０
分間の回転試験において、Ｇ値は１０．７（ｍＧ）まで
上昇するが、試験材１を用い、焼き戻し温度を２３０度
Ｃ或いは焼き戻し温度を２５０度Ｃとしたものは、アキ
シャル静荷重を３０ｋｇｆに迄印加しても、Ｇ値の上昇
は、それぞれ０．８（ｍＧ）、２．５（ｍＧ）であっ
た。
験の結果を示す図表図である。この図からわかるよう
に、ＳＵＪ２材（通常材）を用いた軸受は、８０度Ｃ雰
囲気下で、軸荷重１．２ｋｇｆ、５４００ｒｐｍ、３０
分間の回転試験において、Ｇ値は１０．７（ｍＧ）まで
上昇するが、試験材１を用い、焼き戻し温度を２３０度
Ｃ或いは焼き戻し温度を２５０度Ｃとしたものは、アキ
シャル静荷重を３０ｋｇｆに迄印加しても、Ｇ値の上昇
は、それぞれ０．８（ｍＧ）、２．５（ｍＧ）であっ
た。
【００２３】また、実際に、外輪の直径が１３ｍｍの小
径軸受を２枚磁気ディスク構成のＨＤＤに装着して寿命
試験を行ったが、連続１８時間運転で、ノイズレベルは
２６．６５ｄＢ（Ａ）以下、連続１００時間運転で、ノ
イズレベルは２７．７９ｄＢ（Ａ）以下、連続１８０時
間運転で、ノイズレベルは２７．９１ｄＢ（Ａ）以下、
連続４００時間運転でノイズレベルは２８．８１ｄＢ
（Ａ）、連続６００時間運転でノイズレベルは２９．５
ｄＢ（Ａ）という試験結果を得ている。
径軸受を２枚磁気ディスク構成のＨＤＤに装着して寿命
試験を行ったが、連続１８時間運転で、ノイズレベルは
２６．６５ｄＢ（Ａ）以下、連続１００時間運転で、ノ
イズレベルは２７．７９ｄＢ（Ａ）以下、連続１８０時
間運転で、ノイズレベルは２７．９１ｄＢ（Ａ）以下、
連続４００時間運転でノイズレベルは２８．８１ｄＢ
（Ａ）、連続６００時間運転でノイズレベルは２９．５
ｄＢ（Ａ）という試験結果を得ている。
【００２４】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が
可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排
除するものではない。
明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が
可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排
除するものではない。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の請求
項１に係る発明では、ＯＡ機器等に使用する外輪の直径
が３０ｍｍ以下の小径軸受において、残留オーステナイ
ト量を６容量％以下で安定化させることができるので、
残留オーステナイトの分解に起因する経年の寸法変化を
最小限に食い止めることができ、軸受の耐衝撃性と耐荷
重性を向上させて、長時間の使用に対しても高い安定性
が保証され、かつ静粛性を保持する軸受を得ることがで
きる。また、本願の請求項２に係る発明では、焼き戻し
温度範囲が広くとも、残留オーステナイト量を一定に保
持できるので、焼き戻し温度の制御に自由度が増す。
項１に係る発明では、ＯＡ機器等に使用する外輪の直径
が３０ｍｍ以下の小径軸受において、残留オーステナイ
ト量を６容量％以下で安定化させることができるので、
残留オーステナイトの分解に起因する経年の寸法変化を
最小限に食い止めることができ、軸受の耐衝撃性と耐荷
重性を向上させて、長時間の使用に対しても高い安定性
が保証され、かつ静粛性を保持する軸受を得ることがで
きる。また、本願の請求項２に係る発明では、焼き戻し
温度範囲が広くとも、残留オーステナイト量を一定に保
持できるので、焼き戻し温度の制御に自由度が増す。
【図１】図１は、焼き戻し硬さに及ぼすＳｉの影響を示
す図表図である。
す図表図である。
【図２】図２は、素材に対する焼き戻し温度と硬さの関
係を示す図表図である。
係を示す図表図である。
【図３】図３は、軸受素材の成分表図である。
【図４】図４は、焼き戻し後の残留オーステナイト量を
示す図表図である。
示す図表図である。
【図５】図５は、軸受の静荷重に対するＧ値の上昇を示
す図表図である。
す図表図である。
【図６】図６は、軸受の高速回転試験によるＧ値の上昇
を示す図表図である。
を示す図表図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 孝昭 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4106− 73ミネベア株式会社軽井沢製作所内 (72)発明者 大工原 泰 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4106− 73ミネベア株式会社軽井沢製作所内 Ｆターム(参考） 3J101 BA51 BA70 DA03 EA03 FA31 GA53 4K042 AA22 BA02 CA06 DA01 DA02 DC02
Claims (3)
- 【請求項１】荷重を支え、かつ相対運動する部分間の転
がり運動で機能する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ
以下の転がり軸受において、軸受を構成する高炭素クロ
ム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含むことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項２】荷重を支え、かつ相対運動する部分間の転
がり運動で機能する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ
以下の転がり軸受において、軸受を構成する高炭素クロ
ム軸受鋼に、次の成分： Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む材料からなり、表面層の残留オーステナイト量が
６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項３】荷重を支え、かつ相対運動する部分間の転
がり運動で機能する軸受のうち、外輪の直径が３０ｍｍ
以下の転がり軸受において、軸受を構成する高炭素クロ
ム軸受鋼に、 Ｃ ： ０．９０〜１．３０重量％ Ｓｉ： ０．４０〜１．２０重量％ Ｍｎ： ０．９０〜１．６０重量％ Ｃｒ： ０．９０〜１．７０重量％ を含む素材を用い、焼き入れ後の焼き戻し温度を１７０
度Ｃ乃至２５０度Ｃの範囲で施し、該熱処理後の表面層
の残留オーステナイト量が６容量％以下であり、かつ表
面硬度がＨＲＣ６０以上であることを特徴とする転がり
軸受の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11313227A JP2000328194A (ja) | 1999-03-12 | 1999-11-04 | 転がり軸受及びその製造方法 |
| EP00301268A EP1035338B1 (en) | 1999-03-12 | 2000-02-17 | Anti-friction bearing and method for fabricating the same |
| DE60020428T DE60020428T2 (de) | 1999-03-12 | 2000-02-17 | Wälzlager und Verfahren zur Herstellung |
| US09/522,685 US6491768B1 (en) | 1999-03-12 | 2000-03-10 | Anti-friction bearing and method for fabricating anti-friction & bearing |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10992699 | 1999-03-12 | ||
| JP11-109926 | 1999-03-12 | ||
| JP11313227A JP2000328194A (ja) | 1999-03-12 | 1999-11-04 | 転がり軸受及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000328194A true JP2000328194A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=26449635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1035338B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US9695875B2 (en) | 2013-07-17 | 2017-07-04 | Roller Bearing Company Of America, Inc. | Top drive bearing for use in a top drive system, and made of non-vacuum arc remelted steel configured to achieve an extended life cycle at least equivalent to a life factor of three for a vacuum arc remelted steel |
| CN107747034A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-02 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种铁路货车轴承用高碳铬轴承钢及其制备方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2325088A (en) * | 1939-11-04 | 1943-07-27 | Carpenter Steel Co | Alloy steel antifriction bearing element |
| JPH01255650A (ja) * | 1988-04-05 | 1989-10-12 | Koyo Seiko Co Ltd | 高炭素クロム系軸受鋼 |
| US4992111A (en) * | 1988-08-15 | 1991-02-12 | N.T.N. Corporation | Bearing race member and method of fabrication |
| JP3232664B2 (ja) | 1992-07-08 | 2001-11-26 | 日本精工株式会社 | 転がり軸受 |
| WO1995007417A1 (fr) * | 1993-09-08 | 1995-03-16 | Ntn Corporation | Piece mecanique comportant des elements de roulement |
| JP3404899B2 (ja) * | 1994-07-19 | 2003-05-12 | 日本精工株式会社 | 転がり軸受 |
| JP3338761B2 (ja) * | 1996-02-29 | 2002-10-28 | 川崎製鉄株式会社 | 軸受材料 |
| FR2766748B1 (fr) * | 1997-07-29 | 1999-09-03 | Ascoforge Safe | Procede de fabrication d'une pluralite de pieces metalliques par rupture fragile d'une preebauche d'une pluralite de pieces |
| US6224688B1 (en) * | 1997-08-18 | 2001-05-01 | Nsk Ltd. | Rolling bearing |
| DE19909709C5 (de) * | 1998-03-05 | 2007-10-31 | Nsk Ltd. | Wälzlager |
-
1999
- 1999-11-04 JP JP11313227A patent/JP2000328194A/ja active Pending
-
2000
- 2000-02-17 DE DE60020428T patent/DE60020428T2/de not_active Revoked
- 2000-02-17 EP EP00301268A patent/EP1035338B1/en not_active Revoked
- 2000-03-10 US US09/522,685 patent/US6491768B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE60020428D1 (de) | 2005-07-07 |
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| EP1035338B1 (en) | 2005-06-01 |
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