JP2001200851A - 転がり軸受 - Google Patents
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のものに比較して寿命が長い転がり軸受
を提供する。 【解決手段】 炭素０．１５〜０．３重量％を含む鋼材
からなり、かつ浸炭処理を含む熱処理が施されることに
より形成された軌道輪および転動体を備えた転がり軸受
である。軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面
の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの
深さの部分における炭素量を１．０〜１．５重量％、ロ
ックウェルＣ硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０
〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および
炭化物面積率を１０〜２５％とする。同じく５０〜ａ／
５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分にお
ける炭素量を０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を
１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５
〜４５％、最大炭化物径を１μｍ以下、および炭化物面
積率を１５％以下とする。
を提供する。 【解決手段】 炭素０．１５〜０．３重量％を含む鋼材
からなり、かつ浸炭処理を含む熱処理が施されることに
より形成された軌道輪および転動体を備えた転がり軸受
である。軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面
の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの
深さの部分における炭素量を１．０〜１．５重量％、ロ
ックウェルＣ硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０
〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および
炭化物面積率を１０〜２５％とする。同じく５０〜ａ／
５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分にお
ける炭素量を０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を
１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５
〜４５％、最大炭化物径を１μｍ以下、および炭化物面
積率を１５％以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は転がり軸受に関
し、さらに詳しくは、異物が混入した汚れ油中で使用さ
れるのに適した転がり軸受に関する。
し、さらに詳しくは、異物が混入した汚れ油中で使用さ
れるのに適した転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】異物が混入した汚れ油中で使用される転
がり軸受として、炭素０．５〜１．２重量％とクロム
０．７〜３．０重量％を含む鋼材からなり、かつ浸炭処
理が施されることにより形成された軌道輪および転動体
を備えており、軌道輪の軌道面の表層部および転動体の
転動面の表層部において、炭素量が１．５〜３．０重量
％となされるとともに、ロックウェルＣ硬さが６３以上
となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられると
ともに、球状炭化物の直径が１０μｍ以下でかつその量
が面積率で１５〜８０％となされており、さらに浸炭層
マトリックスの炭素量が０．６〜０．７重量％となされ
ているものが知られている（特開平７−４１９３４号公
報参照）。
がり軸受として、炭素０．５〜１．２重量％とクロム
０．７〜３．０重量％を含む鋼材からなり、かつ浸炭処
理が施されることにより形成された軌道輪および転動体
を備えており、軌道輪の軌道面の表層部および転動体の
転動面の表層部において、炭素量が１．５〜３．０重量
％となされるとともに、ロックウェルＣ硬さが６３以上
となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられると
ともに、球状炭化物の直径が１０μｍ以下でかつその量
が面積率で１５〜８０％となされており、さらに浸炭層
マトリックスの炭素量が０．６〜０．７重量％となされ
ているものが知られている（特開平７−４１９３４号公
報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は、転がり軸受は、一層厳しい条件下で使用されるよう
になってきており、上述した従来の転がり軸受では、十
分な寿命が得られないということが判明した。
は、転がり軸受は、一層厳しい条件下で使用されるよう
になってきており、上述した従来の転がり軸受では、十
分な寿命が得られないということが判明した。
【０００４】この発明の目的は、上記問題を解決し、従
来のものに比較して寿命が長い転がり軸受を提供するこ
とにある。
来のものに比較して寿命が長い転がり軸受を提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と発明の効果】この発明に
よる転がり軸受は、炭素０．１５〜０．３重量％を含む
鋼材からなり、かつ浸炭処理を含む熱処理が施されるこ
とにより形成された軌道輪および転動体を備えており、
軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部
において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部
分における炭素量が１．０〜１．５重量％、ロックウェ
ルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２００
０ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および炭化物面
積率が１０〜２５％となされ、同じく５０〜ａ／５μｍ
（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭
素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０
〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５
％、最大炭化物径が１μｍ以下、および炭化物面積率が
１５％以下となされているものである。
よる転がり軸受は、炭素０．１５〜０．３重量％を含む
鋼材からなり、かつ浸炭処理を含む熱処理が施されるこ
とにより形成された軌道輪および転動体を備えており、
軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部
において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部
分における炭素量が１．０〜１．５重量％、ロックウェ
ルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２００
０ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および炭化物面
積率が１０〜２５％となされ、同じく５０〜ａ／５μｍ
（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭
素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０
〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５
％、最大炭化物径が１μｍ以下、および炭化物面積率が
１５％以下となされているものである。
【０００６】この発明の転がり軸受において、素材とな
る鋼材中の炭素含有量を０．１５〜０．３重量％に限定
した理由は次の通りである。すなわち、浸炭焼入は、表
面浸炭層の炭素量と素材の炭素量に差をつけることによ
って、焼入時の変態により転がり軸受に必要な圧縮残留
応力を確保する性質を有するが、素材となる鋼材中の炭
素量が０．１５重量％未満では転がり軸受として必要な
内部硬さが得られず、０．３重量％を越えると前述の浸
炭焼入時の変態による圧縮残留応力が小さくなる。した
がって、素材となる鋼中の炭素含有量は０．１５〜０．
３重量％の範囲内で選ぶべきである。
る鋼材中の炭素含有量を０．１５〜０．３重量％に限定
した理由は次の通りである。すなわち、浸炭焼入は、表
面浸炭層の炭素量と素材の炭素量に差をつけることによ
って、焼入時の変態により転がり軸受に必要な圧縮残留
応力を確保する性質を有するが、素材となる鋼材中の炭
素量が０．１５重量％未満では転がり軸受として必要な
内部硬さが得られず、０．３重量％を越えると前述の浸
炭焼入時の変態による圧縮残留応力が小さくなる。した
がって、素材となる鋼中の炭素含有量は０．１５〜０．
３重量％の範囲内で選ぶべきである。
【０００７】このような鋼材としては、たとえば炭素
０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量
％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン
０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避
不純物からなるものが用いられる。
０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量
％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン
０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避
不純物からなるものが用いられる。
【０００８】また、この発明の転がり軸受における軌道
輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部にお
いて、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分に
おける炭素量を１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ
硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０〜２０００Ｍ
Ｐａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および炭化物面積率
を１０〜２５％としたのは、転がり軸受に必要な耐転が
り疲労性、耐摩耗性および耐圧痕性を得るためである。
すなわち、上記炭素量が１．０重量％未満、上記圧縮残
留応力が１５０ＭＰａ未満、上記最大炭化物径が３μｍ
を越えると必要な耐転がり疲労性を得ることができず、
上記炭素量が１．５重量％を越え、上記圧縮残留応力が
２０００ＭＰａを越えても耐転がり疲労性向上効果は飽
和してそれ以上増大しない。また、上記ロックウェルＣ
硬さが６４未満であると必要な耐圧痕性を得ることがで
きず、６６を越えても耐圧痕性向上効果は飽和してそれ
以上増大しない。さらに、上記炭化物面積率が１０％未
満であると必要な耐摩耗性を得ることができず、２５％
を越えても耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大し
ない。なお、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの
部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素
と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量であ
る。
輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部にお
いて、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分に
おける炭素量を１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ
硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０〜２０００Ｍ
Ｐａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および炭化物面積率
を１０〜２５％としたのは、転がり軸受に必要な耐転が
り疲労性、耐摩耗性および耐圧痕性を得るためである。
すなわち、上記炭素量が１．０重量％未満、上記圧縮残
留応力が１５０ＭＰａ未満、上記最大炭化物径が３μｍ
を越えると必要な耐転がり疲労性を得ることができず、
上記炭素量が１．５重量％を越え、上記圧縮残留応力が
２０００ＭＰａを越えても耐転がり疲労性向上効果は飽
和してそれ以上増大しない。また、上記ロックウェルＣ
硬さが６４未満であると必要な耐圧痕性を得ることがで
きず、６６を越えても耐圧痕性向上効果は飽和してそれ
以上増大しない。さらに、上記炭化物面積率が１０％未
満であると必要な耐摩耗性を得ることができず、２５％
を越えても耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大し
ない。なお、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの
部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素
と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量であ
る。
【０００９】また、この発明の転がり軸受における軌道
輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部にお
いて、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効
硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量を０．
７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を１５０〜１０００
ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５〜４５％、最大炭
化物径を１μｍ以下、および炭化物面積率を１５％以下
としたのは、転がり疲れ寿命を向上させるためである。
すなわち、上記炭素量、圧縮残留応力および残留オース
テナイト量が、各々下限値未満では必要な転がり疲れ寿
命を得ることができず、上限値を越えると転がり疲れ寿
命向上効果は飽和してそれ以上増大しない。特に、残留
オーステナイト量が２５〜４５％であれば、靭性を向上
させることができ、転がり疲れ寿命に好影響を及ぼす。
残留オーステナイト量は２５〜３５％であることがより
望ましい。また、転がり疲れによる剥離は、非金属介在
物が起点となる場合が多いが、炭化物についても粗大な
ものは剥離の起点となりうるため、大きさおよび量を制
限している。特に、炭化物面積率は７％以下であること
がより望ましい。転がり軸受における軌道輪の軌道面の
表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面
を基準として０〜５０μｍの深さの部分に、上述したよ
うに炭化物が含まれている場合、同５０〜ａ／５μｍ
（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭
化物の量を０とすることは実際上できないが、この炭化
物量はできれば０であることが好ましい。なお、最表面
を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：
μｍ）μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭
化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素
とを合わせた量である。
輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部にお
いて、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効
硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量を０．
７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を１５０〜１０００
ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５〜４５％、最大炭
化物径を１μｍ以下、および炭化物面積率を１５％以下
としたのは、転がり疲れ寿命を向上させるためである。
すなわち、上記炭素量、圧縮残留応力および残留オース
テナイト量が、各々下限値未満では必要な転がり疲れ寿
命を得ることができず、上限値を越えると転がり疲れ寿
命向上効果は飽和してそれ以上増大しない。特に、残留
オーステナイト量が２５〜４５％であれば、靭性を向上
させることができ、転がり疲れ寿命に好影響を及ぼす。
残留オーステナイト量は２５〜３５％であることがより
望ましい。また、転がり疲れによる剥離は、非金属介在
物が起点となる場合が多いが、炭化物についても粗大な
ものは剥離の起点となりうるため、大きさおよび量を制
限している。特に、炭化物面積率は７％以下であること
がより望ましい。転がり軸受における軌道輪の軌道面の
表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面
を基準として０〜５０μｍの深さの部分に、上述したよ
うに炭化物が含まれている場合、同５０〜ａ／５μｍ
（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭
化物の量を０とすることは実際上できないが、この炭化
物量はできれば０であることが好ましい。なお、最表面
を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：
μｍ）μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭
化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素
とを合わせた量である。
【００１０】この発明の転がり軸受によれば、清浄油中
における寿命はもちろんのこと、異物を含んだ汚れ油中
における寿命が長くなる。
における寿命はもちろんのこと、異物を含んだ汚れ油中
における寿命が長くなる。
【００１１】
【発明の実施形態】以下、この発明の具体的実施例を比
較例とともに説明する。
較例とともに説明する。
【００１２】実施例１ 炭素０．２重量％、ケイ素０．４重量％、マンガン０．
５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄およ
び不可避不純物からなる鋼材を用いて円すいころ軸受用
軌道輪の素材およびころの素材をつくり、これらの素材
に、９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する第１
の浸炭焼入処理と、８４０℃で５時間加熱した後８０℃
に油冷する第２の浸炭焼入処理と、１６０℃で２時間加
熱した後空冷する焼戻し処理とを施した。上記２つの浸
炭焼入処理のさいのカーボンポテンシャルは１．２５で
ある。ついで、各素材の表面を、有効硬化層深さａが１
０００μｍとなるように研磨することによって円すいこ
ろ軸受用軌道輪およびころを製造し、これらを使って円
すいころ軸受を組み立てた。
５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄およ
び不可避不純物からなる鋼材を用いて円すいころ軸受用
軌道輪の素材およびころの素材をつくり、これらの素材
に、９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する第１
の浸炭焼入処理と、８４０℃で５時間加熱した後８０℃
に油冷する第２の浸炭焼入処理と、１６０℃で２時間加
熱した後空冷する焼戻し処理とを施した。上記２つの浸
炭焼入処理のさいのカーボンポテンシャルは１．２５で
ある。ついで、各素材の表面を、有効硬化層深さａが１
０００μｍとなるように研磨することによって円すいこ
ろ軸受用軌道輪およびころを製造し、これらを使って円
すいころ軸受を組み立てた。
【００１３】実施例２ 第２の浸炭焼入処理のさいの加熱時間を３時間としたこ
との他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を
組み立てた。
との他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を
組み立てた。
【００１４】比較例１ ９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入
処理を１回だけ行い、ついで１６０℃で２時間加熱した
後空冷する焼戻し処理を施したことの他は、上記実施例
１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
処理を１回だけ行い、ついで１６０℃で２時間加熱した
後空冷する焼戻し処理を施したことの他は、上記実施例
１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１５】比較例２ 炭素０．４重量％、ケイ素０．４重量％、マンガン０．
５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄およ
び不可避不純物からなる鋼材を用いたことの他は、上記
実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄およ
び不可避不純物からなる鋼材を用いたことの他は、上記
実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１６】比較例３ 浸炭焼入処理のさいのカーボンポテンシャルを１．０と
したことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ
軸受を組み立てた。
したことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ
軸受を組み立てた。
【００１７】上記実施例１〜２および比較例１〜３の円
すいころ軸受用軌道輪およびころの表面硬さ、内部硬
さ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分にお
ける炭素量、圧縮残留応力、最大炭化物径および炭化物
面積率、ならびに最表面を基準として５０〜２００（ａ
／５）μｍの深さの部分における炭素量、圧縮残留応
力、残留オーステナイト量、最大炭化物径および炭化物
面積率を表１に示す。なお、炭化物面積率は、任意の
０．１ｍｍ２の範囲の部分における面積率である。
すいころ軸受用軌道輪およびころの表面硬さ、内部硬
さ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分にお
ける炭素量、圧縮残留応力、最大炭化物径および炭化物
面積率、ならびに最表面を基準として５０〜２００（ａ
／５）μｍの深さの部分における炭素量、圧縮残留応
力、残留オーステナイト量、最大炭化物径および炭化物
面積率を表１に示す。なお、炭化物面積率は、任意の
０．１ｍｍ２の範囲の部分における面積率である。
【００１８】
【表１】
【００１９】なお、表１中表面硬さおよび内部硬さはい
ずれもロックウェルＣ硬さである。表面硬さは最表面を
基準として５０μｍまでのの深さの部分の硬さである。
内部硬さは浸炭層以外の部分の硬さである。
ずれもロックウェルＣ硬さである。表面硬さは最表面を
基準として５０μｍまでのの深さの部分の硬さである。
内部硬さは浸炭層以外の部分の硬さである。
【００２０】評価試験 上記実施例１〜２および比較例１〜３の円すいころ軸受
を用いて清浄油中および汚れ油中において寿命試験を行
った。清浄油中の寿命試験は、ギヤ油の油浴中で行っ
た。汚れ油中の寿命試験は、ギヤ油１リットル中に、平
均粒径２７μｍ、最大粒径５０μｍで、かつ表面硬さが
ロックウェルＣ硬さで６５の異物を１．１ｇ混入した潤
滑油を用いて、等価ラジアル荷重０．４５Ｃ（このＣは
動定格荷重である）、回転数２０００ｒｐｍの条件で行
った。これらの結果も表１に示す。表１中の寿命比は、
比較例１の寿命を１とした場合の値である。
を用いて清浄油中および汚れ油中において寿命試験を行
った。清浄油中の寿命試験は、ギヤ油の油浴中で行っ
た。汚れ油中の寿命試験は、ギヤ油１リットル中に、平
均粒径２７μｍ、最大粒径５０μｍで、かつ表面硬さが
ロックウェルＣ硬さで６５の異物を１．１ｇ混入した潤
滑油を用いて、等価ラジアル荷重０．４５Ｃ（このＣは
動定格荷重である）、回転数２０００ｒｐｍの条件で行
った。これらの結果も表１に示す。表１中の寿命比は、
比較例１の寿命を１とした場合の値である。
【００２１】表１から明らかなように、実施例１〜２の
円すいころ軸受は、表面硬さが小さく、炭化物が析出し
ておらず、しかも０〜５０μｍの深さの部分の炭素量が
少ない軸受（比較例１）、素材となる鋼中の炭素含有量
が多く、０〜５０μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小
さく、同部分の炭化物が粗大であり、５０〜２００（ａ
／５）μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小さく、しか
も炭化物面積率の高い軸受（比較例２）、表面硬さが小
さい軸受（比較例３）に比べて、清浄油中および汚れ油
中のいずれの寿命も長くなっている。
円すいころ軸受は、表面硬さが小さく、炭化物が析出し
ておらず、しかも０〜５０μｍの深さの部分の炭素量が
少ない軸受（比較例１）、素材となる鋼中の炭素含有量
が多く、０〜５０μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小
さく、同部分の炭化物が粗大であり、５０〜２００（ａ
／５）μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小さく、しか
も炭化物面積率の高い軸受（比較例２）、表面硬さが小
さい軸受（比較例３）に比べて、清浄油中および汚れ油
中のいずれの寿命も長くなっている。
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素０．１５〜０．３重量％を含む鋼材
からなり、かつ浸炭処理を含む熱処理が施されることに
より形成された軌道輪および転動体を備えており、軌道
輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部にお
いて、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分に
おける炭素量が１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ
硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００Ｍ
Ｐａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および炭化物面積率
が１０〜２５％となされ、同じく５０〜ａ／５μｍ（ａ
＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量
が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１
０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、
最大炭化物径が１μｍ以下、および炭化物面積率が１５
％以下となされている転がり軸受。 - 【請求項２】 上記鋼材が、炭素０．１５〜０．３重量
％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜
０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量
％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる請求項１
の転がり軸受。 - 【請求項３】 上記軌道輪の軌道面の表層部および転動
体の転動面の表層部において、最表面を基準として５０
〜ａ／５μｍの深さの部分における炭化物面積率が７％
以下である請求項１または２の転がり軸受。 - 【請求項４】 上記軌道輪の軌道面の表層部および転動
体の転動面の表層部において、最表面を基準として５０
〜ａ／５μｍの深さの部分における残留オーステナイト
量が２５〜３５％である請求項１、２または３の転がり
軸受。
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