JP2002206540A - Rolling bearing - Google Patents

Rolling bearing

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JP2002206540A
JP2002206540A JP2001206944A JP2001206944A JP2002206540A JP 2002206540 A JP2002206540 A JP 2002206540A JP 2001206944 A JP2001206944 A JP 2001206944A JP 2001206944 A JP2001206944 A JP 2001206944A JP 2002206540 A JP2002206540 A JP 2002206540A
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Japan
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concentration
less
bearing
outer ring
rolling
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JP2001206944A
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Japanese (ja)
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Yoichi Matsumoto
洋一 松本
Masatake Uragami
正剛 浦上
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling bearing having excellent resistance against seizure and high strength and resistance against corrosion and fatigue and usable satisfactorily even under bad lubrication environment in which water enters the inside and is mixed with lubricant. SOLUTION: In a tapered roller bearing 1 provided with an inner ring 2, an outer ring 3, and a plurality of rollers 4 arranged between the inner ring 2 and the outer ring 3 so as to roll freely, the outer ring 3 which is a fixed ring is formed by steel having N concentration of 100 ppm or less, O concentration of 15 ppm or less, S concentration of 0.020% or less, Ti concentration of 50 ppm or less, Ni concentration of 1 to 5 %, P concentration of 0.020% or less, and Mo concentration of 0.1 to 5%, C concentration of a raceway surface provided in the outer ring 3 is 0.6 to 1.2%, and a remaining compression stress of the raceway surface is 100 to 500 MPa.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延機ワークロー
ル用転がり軸受等のように、内部に水が侵入して潤滑剤
に混入するような環境下で好適に使用される転がり軸受
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling bearing, such as a rolling bearing for a work roll of a rolling mill, which is suitably used in an environment where water enters and mixes with a lubricant.

【0002】[0002]

【従来の技術】腐食環境下で使用される転がり軸受の材
料としては、マルテンサイト系ステンレス鋼がよく用い
られる。これは、鋼の耐腐食疲労強度を高めるために
は、鋼の耐食性を高めることが有効であることが知られ
ているからである。一方、ころ軸受ではスキューによる
すべりが内在し、また、玉軸受では玉と軌道輪との間に
差動滑りが内在するため、材料の耐焼付き性を高くする
必要がある。しかしながら、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は熱伝導度が低いので、ころ軸受に用いるには不向
きである。特に、軸受の内部に水が侵入して潤滑剤に水
が混入するような劣悪な潤滑環境下においては、潤滑剤
の油膜が形成されにくく滑り面で容易に焼付きが起こる
ため、マルテンサイト系ステンレス鋼の使用は困難であ
った。
2. Description of the Related Art As a material of a rolling bearing used in a corrosive environment, martensitic stainless steel is often used. This is because it is known that increasing the corrosion resistance of steel is effective for increasing the corrosion fatigue strength of steel. On the other hand, in a roller bearing, slip due to skew is inherent, and in a ball bearing, differential slip is inherent between a ball and a raceway, so that it is necessary to increase the seizure resistance of the material. However, martensitic stainless steel is not suitable for use in roller bearings because of its low thermal conductivity. Particularly in a poor lubrication environment where water enters the interior of the bearing and water enters the lubricant, the oil film of the lubricant is hardly formed and seizure easily occurs on the sliding surface. The use of stainless steel was difficult.

【0003】また、水等の流体に接触するおそれがある
環境下で使用される軸受、例えば鉄鋼設備の圧延機のロ
ールネック軸受としては、特公昭60−14933号公
報,特公昭61−12130号公報等に提案されている
ような、密封装置を備えた密封転がり軸受が使用されて
いる。図25に、密封転がり軸受の一例として、密封用
シールを備えた4列円すいころ軸受を示す。なお、同図
は、軸を含まない縦断面のうちの上半部を示すものであ
る。
Further, as a bearing used in an environment where there is a possibility of contact with a fluid such as water, for example, a roll neck bearing of a rolling mill for steel facilities, Japanese Patent Publication No. 60-14933 and Japanese Patent Publication No. 61-12130 are disclosed. A sealed rolling bearing provided with a sealing device as proposed in a gazette or the like is used. FIG. 25 shows a four-row tapered roller bearing provided with a sealing seal as an example of a sealed rolling bearing. FIG. 3 shows the upper half of a longitudinal section not including the axis.

【0004】同図に示す密封ころ軸受は、外輪101,
101,102と内輪103,103との間の軸受空間
Sに、4列の保持器105,105,…によって回動自
在に支持された多数のころ104,104,…を配設し
て、外輪101,101,102に対する内輪103,
103の回転を可能にしている。さらに、外輪101,
101の軸方向両端部にシールホルダ107,107を
配設してシール108,108を保持し、このシール1
08,108の弾性体リップ108a,108aを内輪
103,103の軸方向両端部における外周面に当接さ
せている。これにより、軸受空間S内の潤滑剤を保持す
るとともに、外部から軸受空間S内に水等の流体が浸入
することを防止している。
The sealed roller bearing shown in FIG.
A plurality of rollers 104, 104,... Rotatably supported by four rows of retainers 105, 105,. Inner ring 103 for 101, 101, 102,
103 can be rotated. Further, the outer ring 101,
Seal holders 107, 107 are provided at both ends in the axial direction of 101 to hold the seals 108, 108.
The elastic lips 108a, 108a of 08, 108 are in contact with the outer peripheral surfaces at both axial ends of the inner rings 103, 103. Thus, the lubricant in the bearing space S is retained, and a fluid such as water is prevented from entering the bearing space S from outside.

【0005】図26は、内輪103,103が接する部
分の内面に保持される中間シール109の形状を説明す
る図である。この中間シール109は、主にロールの着
脱時に軸受空間S内に水分等が混入するのを防止するた
めのものである。また、図27は従来使用されてきた中
間シールの別の例を示している。この中間シール10
9’には内輪103,103の対向面部の凹部底面10
3a,103bに線接触するリップ部109a,109
bを有しており、この線接触により接触面圧を上げ、軸
受内外をシールしている。
FIG. 26 is a view for explaining the shape of the intermediate seal 109 held on the inner surface of the portion where the inner rings 103 are in contact with each other. The intermediate seal 109 is mainly for preventing moisture or the like from entering the bearing space S when the roll is attached or detached. FIG. 27 shows another example of a conventionally used intermediate seal. This intermediate seal 10
9 ′ is a concave bottom surface 10 of the opposed surface portion of the inner rings 103, 103.
Lip portions 109a, 109 that are in line contact with 3a, 103b
The contact surface pressure is increased by this line contact to seal the inside and outside of the bearing.

【0006】しかし、上述の従来技術の密封転がり軸受
では、温度変化が激しい環境下においては、水等の浸入
防止が十分ではないという問題があった。例えば、図2
5に示す密封転がり軸受が鉄鋼設備の圧延機用のロール
ネック軸受として使用される場合、この密封転がり軸受
に支持されるロールの回転数は頻繁に変化する。すなわ
ち、ロールについて高速回転、低アイドル回転、及び停
止が繰り返され、それぞれの条件により密封転がり軸受
内部の温度が変化する。このため、軸受空間S内の空気
等の膨張,収縮が繰り返され、温度上昇時に膨張した内
部の空気は端面の弾性体シール108,108から逃
げ、次に温度が下がったときに密封転がり軸受内部が負
圧となる。
[0006] However, the above-mentioned conventional rolling bearing of the related art has a problem that it is not sufficient to prevent water or the like from entering under an environment where temperature changes are severe. For example, FIG.
When the sealed rolling bearing shown in FIG. 5 is used as a roll neck bearing for a rolling mill of steel equipment, the number of rotations of a roll supported by the sealed rolling bearing frequently changes. That is, high-speed rotation, low idle rotation, and stop of the roll are repeated, and the temperature inside the sealed rolling bearing changes according to each condition. For this reason, the expansion and contraction of the air and the like in the bearing space S are repeated, and the air that has expanded when the temperature rises escapes from the elastic seals 108 on the end faces, and then when the temperature drops, the inside of the sealed rolling bearing is reduced. Becomes negative pressure.

【0007】この負圧値は、高温になっていた軸受空間
S内が低温になる程(温度差が大きい程)、したがっ
て、高回転していたロールの回転数が低くなる程(回転
差が大きい程)、大きく、また長い時間持続する。その
様子を図28(a),(b),(c)に示す。これらの
図は、この順に、時間(横軸)に対する、それぞれロー
ルの回転数,軸受温度(軸受空間S内の温度),軸受内
部圧力(軸受空間S内の圧力)を示している。
The negative pressure value decreases as the temperature in the bearing space S, which has been high, decreases (the temperature difference increases), and therefore, as the number of rotations of the high-rotating roll decreases (the rotation difference decreases). Larger), larger and last longer. This is shown in FIGS. 28 (a), (b) and (c). These figures show the rotation speed of the roll, the bearing temperature (the temperature in the bearing space S), and the pressure inside the bearing (the pressure in the bearing space S) with respect to time (horizontal axis) in this order.

【0008】また、内部に多少の水が存在する状態で、
内部温度が100℃以上になるとこの水が水蒸気として
膨張し、温度低下時に大きな負圧を発生させる。この負
圧は、シール108,108の弾性体シールリップ摩耗
を促進し、シール108,108の機能を低下させ、こ
のシール108,108から水を侵入させる大きな原因
となってしまう。
[0008] In a state where some water is present inside,
When the internal temperature exceeds 100 ° C., the water expands as water vapor, and generates a large negative pressure when the temperature decreases. This negative pressure promotes abrasion of the elastic seal lips of the seals 108, 108, deteriorating the function of the seals 108, 108 and causing water to enter from the seals 108, 108.

【0009】上述のように、軸受空間S内に大きな負圧
が生じると、その負圧が大きい程、外部にある水等の流
体が弾性体シールのリップ部108aを介して侵入しや
すくなることが確認されている。すなわち、図29を見
ると明らかなように、大気圧(0kPa)に対して、負
圧が大きい程(同図の横軸の左方に向かう程)、密封軸
受内へ水分を引き込みやすくなり、水分混入量が増加す
ることになる。また、水分を引き込みやすいということ
は、シール性の低下をも意味する。そして、水分の引込
みとシール性の低下とにより、軸受空間S内の潤滑剤の
劣化が助長されて軸受性能が低下し、早期損傷や早期剥
離といった問題が生じた。
As described above, when a large negative pressure is generated in the bearing space S, the larger the negative pressure, the more easily the fluid such as water outside enters through the lip portion 108a of the elastic seal. Has been confirmed. That is, as is apparent from FIG. 29, as the negative pressure becomes larger with respect to the atmospheric pressure (0 kPa) (toward the left side of the horizontal axis in FIG. 29), it becomes easier to draw moisture into the sealed bearing, The amount of mixed water increases. Further, the fact that water is easily drawn in also means that the sealing property is reduced. Then, due to the inflow of water and the deterioration of the sealing property, the deterioration of the lubricant in the bearing space S is promoted, the bearing performance is reduced, and problems such as early damage and early peeling occur.

【0010】このような問題点を解決する転がり軸受と
しては、以下のような密封転がり軸受が特開2000−
104747号公報に開示されている。すなわち、外輪
と内輪との間に形成された軸受空間に転動体を配置して
前記外輪と前記内輪とを相対回転させるとともに、前記
軸受空間の軸方向両端部に回転シール部材を配置し、前
記内輪側に静止シール部材を配置することにより前記軸
受空間を密封してなる密封転がり軸受において、前記軸
受空間内の流体状態と外部の流体状態とが所定関係にな
ったときに、前記軸受空間内の流体圧を外部の流体圧に
近づけるベント手段を前記内輪側に有する密封転がり軸
受である。
As a rolling bearing which solves such a problem, the following sealed rolling bearing is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2000.
No. 104747 discloses this. That is, a rolling element is arranged in a bearing space formed between an outer ring and an inner ring to relatively rotate the outer ring and the inner ring, and a rotary seal member is arranged at both axial ends of the bearing space, In a sealed rolling bearing in which the bearing space is sealed by disposing a stationary seal member on the inner ring side, when the fluid state in the bearing space and the external fluid state have a predetermined relationship, the bearing space in the bearing space is reduced. A sealed rolling bearing having a vent means on the inner ring side for bringing the fluid pressure closer to the external fluid pressure.

【0011】このような密封転がり軸受の一例である密
封用シールを備えた4列円すいころ軸受10の縦断面図
を、図12に示す。なお、同図は軸を含まない縦断面の
うち上半部を示すものである。同図に示す密封用シール
を備えた4列円すいころ軸受10(以下「密封転がり軸
受」という)は、外輪11,12,11と、内輪13,
13と、外輪11,11,12と内輪13,13との間
に配置される多数のころ14,14,…と、これらのこ
ろ14,14,…を支持する保持器15,15,…と、
外輪12と外輪11,11との間に配設された外輪間座
16,16と、外輪11,11の端部に配置されたシー
ルホルダ17,17と、シールホルダ17,17によっ
て支持された端面シール18,18と、一対の内輪1
3,13が接する部分の内径面に形成されている凹部9
に保持される中間シール19とを備えている。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a four-row tapered roller bearing 10 provided with a sealing seal, which is an example of such a sealed rolling bearing. The figure shows the upper half of the longitudinal section not including the axis. A four-row tapered roller bearing 10 (hereinafter referred to as a “sealed rolling bearing”) provided with a sealing seal shown in FIG. 1 includes outer rings 11, 12, 11 and inner rings 13, 12.
, A plurality of rollers 14, 14,... Disposed between the outer rings 11, 11, 12 and the inner ring 13, 13, and retainers 15, 15,. ,
Outer ring spacers 16, 16 disposed between the outer ring 12 and the outer rings 11, 11, seal holders 17, 17 disposed at the ends of the outer rings 11, 11, and supported by the seal holders 17, 17 End seals 18, 18 and a pair of inner rings 1
A concave portion 9 formed on the inner diameter surface of the portion where
And an intermediate seal 19 held by the

【0012】外輪全体は、軸方向の両端部に配置された
単列の外輪11,11と、これらの間に配置され、単列
外輪を2個連結した形状の複列の外輪12と、によって
構成されている。外輪11,11,12の内周側には、
それぞれテーパ面11a,11a,12aが形成されて
いる。内輪全体は、軸方向に並ぶ2個の複列内輪13,
13により構成されている。内輪13,13の外周側
は、上述の外輪11,12のテーパ面11a,12aに
対応し、これらテーパ面11a,12aとの間に軸受空
間Sを構成している。
The entire outer race is composed of a single row of outer races 11, 11 arranged at both ends in the axial direction, and a double row of outer races 12 arranged between them and having two single row outer races connected to each other. It is configured. On the inner peripheral side of the outer rings 11, 11, and 12,
Each has a tapered surface 11a, 11a, 12a. The entire inner ring is composed of two double-row inner rings 13 arranged in the axial direction.
13. The outer peripheral sides of the inner rings 13 and 13 correspond to the tapered surfaces 11a and 12a of the outer rings 11 and 12, respectively, and form a bearing space S between the tapered surfaces 11a and 12a.

【0013】内輪13,13には、ロール軸8がルーズ
フィットで嵌合する。つまり、内輪13,13の内周側
は、ロール軸8の外周面にわずかな隙間をもって嵌合す
る。内輪13,13の軸方向の左右の端部は、それぞれ
外輪11,11のそれよりも長く延設されており、この
延設部には、端面シール18,18の弾性リップ18
a,18aが接触するリップ摺動面13a,13aが形
成されている。
The roll shaft 8 is loosely fitted to the inner races 13, 13. That is, the inner peripheral sides of the inner rings 13 and 13 are fitted to the outer peripheral surface of the roll shaft 8 with a small gap. The left and right ends of the inner rings 13, 13 in the axial direction extend longer than those of the outer rings 11, 11, respectively, and the extended portions have elastic lips 18 of end face seals 18, 18, respectively.
The lip sliding surfaces 13a, 13a with which a, 18a contact are formed.

【0014】転動体である4列のころ14,14,1
4,14は、上述の軸受空間Sに配設されており、外輪
11,12のテーパ面11a,12a及び内輪13,1
3の外周面に接触する。各ころ14は、ロール軸8の回
転に伴って内輪13,13が回転すると、所定の方向に
回転し、これにより、外輪11,12に対して内輪1
3,13が円滑に回転するようにしている。
Rollers 14, 14, 1 of four rows as rolling elements
4 and 14 are disposed in the above-mentioned bearing space S, and include tapered surfaces 11 a and 12 a of the outer rings 11 and 12 and inner rings 13 and 1.
3 contacts the outer peripheral surface. Each roller 14 rotates in a predetermined direction when the inner races 13, 13 rotate with the rotation of the roll shaft 8, whereby the inner races 1, 12 are rotated with respect to the outer races 11, 12.
3, 13 rotate smoothly.

【0015】保持器15,15,…は、環状に形成され
た4本のものが上述の軸受空間S内に配設されており、
各保持器15ごとに、周方向に多数のころ14,14,
…を回動自在に支持している。外輪間座16,16は、
環状に形成された部材であり、複列の外輪12と先端
(左)側の単列の外輪11との間、及び複列の外輪12
と基端(右)側の単列の外輪11との間に、それぞれ介
装されている。
Are arranged in the above-mentioned bearing space S, and four cages 15 are formed in an annular shape.
For each cage 15, a large number of rollers 14, 14,
Are rotatably supported. Outer ring spacers 16, 16
It is a member formed in an annular shape, between the double row outer ring 12 and the single row outer ring 11 on the tip (left) side, and the double row outer ring 12
And a single row of outer races 11 on the base end (right) side.

【0016】シールホルダ17,17は、2個の外輪1
1,11のうちの先端側の外輪11の先端部(図12の
左方)と、基端側の外輪11の基端部(図12の右方)
にそれぞれ配置されており、内周側において端面シール
18,18をそれぞれ保持している。回転シール部材で
ある端面シール18,18は、上述のシールホルダ1
7,17の内周側に保持されており、それぞれ弾性体リ
ップ18a,18aを、前述の内輪13,13のリップ
摺動面13a,13aに当接させている。これにより、
密封転がり軸受10の軸受空間Sが密封されている。
The seal holders 17 are provided with two outer rings 1.
The distal end of the outer race 11 on the distal end of the outer races 11 (left side in FIG. 12) and the base end of the outer race 11 on the proximal end (rightward in FIG. 12).
, And respectively hold end face seals 18 on the inner peripheral side. The end face seals 18, 18, which are rotary seal members, are provided with the seal holder 1 described above.
The elastic lips 18a, 18a are held on the inner circumferential sides of the inner rings 7, 17, respectively, and contact the lip sliding surfaces 13a, 13a of the inner rings 13, 13, respectively. This allows
The bearing space S of the sealed rolling bearing 10 is sealed.

【0017】静止シール部材である中間シール19は、
環状に形成された部材であり、一対の内輪13,13が
対向して当接する当接面の内径面側に形成される凹部9
にはまり込んでここに保持される。この中間シール19
の一部には、適当な加圧下で通気する後述のベント部
(図12では図示を省略)が形成されている。図13
は、図12のA部分を説明する部分拡大断面図であり、
中間シール19の構造を説明する図である。図13の
(a)は、中間シール19の拡大断面図であり、図13
の(b)は、中間シール19のベント部をC矢視方向か
ら見た拡大図である。
The intermediate seal 19, which is a stationary seal member,
A concave portion 9 formed on an inner diameter surface side of a contact surface with which the pair of inner rings 13 and 13 are opposed to contact with each other;
Get stuck here and be held here. This intermediate seal 19
Is formed with a vent portion (not shown in FIG. 12) which vents under appropriate pressure. FIG.
FIG. 13 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating part A of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an intermediate seal 19. FIG. 13A is an enlarged sectional view of the intermediate seal 19, and FIG.
(B) is an enlarged view of the vent portion of the intermediate seal 19 viewed from the direction of arrow C.

【0018】中間シール19は、形状維持のための心金
29と、凹部9に密着するゴム等の弾性体39とからな
る。弾性体39の本体部分49からは、可撓性を有する
リップ59が延びている。本体部分49は、一方の内輪
13の凹部の底壁及び側壁に当接し、リップ59は、他
方の内輪13の凹部の側壁に当接する。この結果、一対
の内輪13,13の当接面13c,13c間がシールさ
れ、軸受空間Sの気密性が保たれる。
The intermediate seal 19 comprises a mandrel 29 for maintaining the shape, and an elastic body 39 such as rubber, which is in close contact with the recess 9. A flexible lip 59 extends from the main body portion 49 of the elastic body 39. The main body portion 49 contacts the bottom wall and the side wall of the concave portion of the one inner ring 13, and the lip 59 abuts the side wall of the concave portion of the other inner ring 13. As a result, the space between the contact surfaces 13c, 13c of the pair of inner rings 13, 13 is sealed, and the airtightness of the bearing space S is maintained.

【0019】リップ59の根本側には、ベント手段であ
るベント穴69が形成されている。このベント穴69
は、中間シール19の全周にわたって適当な間隔で形成
することができる。ベント穴69の中間には、隔壁69
aが一体に形成されている。この隔壁69aは、薄い弾
性体からなり、中心を通って両端まで延びるスリット6
9bが形成されている。
On the base side of the lip 59, a vent hole 69 as a vent means is formed. This vent hole 69
Can be formed at appropriate intervals over the entire circumference of the intermediate seal 19. In the middle of the vent hole 69, a partition wall 69
a is formed integrally. The partition 69a is made of a thin elastic material and has a slit 6 extending to both ends through the center.
9b is formed.

【0020】このスリット69bは、弁機構となってお
り、軸受内部(図12の軸受空間S)と軸受外部との間
に圧力差が生じていない場合は閉じているが、軸受内部
と軸受外部との間に圧力差が生じた場合(例えば、密封
転がり軸受10内が負の圧力となる際)、わずかな隙間
が形成される。これによりベント機構が形成され、密封
転がり軸受10の稼働時において軸受内部の温度変化に
よって軸受内部の空気に体積変化が生じても、スリット
69bの働きにより、軸受外部から軸受内部に空気を吸
引させたり、軸受内部から軸受外部に空気を排出させる
ことができ、内外の圧力差を自動的にバランスさせるこ
とができる。
The slit 69b serves as a valve mechanism, and is closed when no pressure difference is generated between the inside of the bearing (the bearing space S in FIG. 12) and the outside of the bearing. (For example, when the inside of the sealed rolling bearing 10 becomes a negative pressure), a slight gap is formed. As a result, a vent mechanism is formed, and even when a volume change occurs in the air inside the bearing due to a temperature change inside the bearing during the operation of the sealed rolling bearing 10, the slit 69b allows air to be sucked into the inside of the bearing from the outside of the bearing. Alternatively, air can be discharged from the inside of the bearing to the outside of the bearing, and the pressure difference between the inside and outside can be automatically balanced.

【0021】また、スリット69bは、相当の圧力が加
わらない限り通常閉じており、ベント穴69から水や汚
染物質等が軸受内部に侵入することを防止する役割も有
する。ここで、スリット69bは、シールホルダ17や
端面シール18にベント穴を設けた場合に比較して、水
等の液体にさらされにくい位置に配置されているため、
ベント穴からの水等の侵入防止が確実となる。
The slit 69b is normally closed unless a considerable pressure is applied, and also has a role of preventing water, contaminants and the like from entering the bearing from the vent hole 69. Here, the slit 69b is located at a position that is less likely to be exposed to a liquid such as water, as compared with a case where a vent hole is provided in the seal holder 17 or the end face seal 18.
Prevention of intrusion of water and the like from the vent hole is ensured.

【0022】なお、上記のようなスリット69bは、内
輪13,13間の隙間を密閉する中間シール19に形成
するものであり、例えば圧延機に使用された場合、チョ
ック等のハウジング自体に加工を加える場合に比較し
て、より簡易な方法で軸受内部の圧力を外圧に近づける
ことができ、且つ、ベント穴69から水等が軸受内部に
侵入することを防止できる。
The slit 69b as described above is formed in the intermediate seal 19 that seals the gap between the inner rings 13, 13. For example, when used in a rolling mill, the housing itself such as a chock is machined. As compared with the case where the pressure is added, the pressure inside the bearing can be made closer to the external pressure by a simpler method, and water or the like can be prevented from entering the inside of the bearing from the vent hole 69.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、密封シ
ール技術の進歩により水等の流体の流入は防止できるよ
うになり、ある程度の軸受寿命の延長は可能となった。
しかしながら、上記のような密封転がり軸受10では気
体状の水の侵入は防止できず、寿命延長効果が不十分で
あった。
As described above, the advance of the hermetic seal technology has made it possible to prevent the inflow of a fluid such as water and to extend the bearing life to some extent.
However, in the sealed rolling bearing 10 as described above, invasion of gaseous water cannot be prevented, and the effect of extending the life is insufficient.

【0024】鉄鋼圧延機には、水を主成分とする圧延水
が噴射され、また、温度も高いので、圧延機周辺の湿度
は極めて高い。したがって、軸受内部圧力の変化により
軸受内部に侵入した気体状の水分は、軸受寿命を低下さ
せるという問題点が依然として残っている。そこで本発
明は、このような従来の転がり軸受が有する問題点を解
決し、優れた耐焼付き性と高い耐腐食疲労強度とを有し
ていて、内部に水が侵入して潤滑剤に混入するような劣
悪な潤滑環境下においても好適に使用可能な転がり軸受
を提供することを課題とする。
Rolling water mainly composed of water is injected into the steel rolling mill, and the temperature is high, so that the humidity around the rolling mill is extremely high. Therefore, there still remains a problem that gaseous moisture that has entered the inside of the bearing due to a change in the pressure inside the bearing reduces the life of the bearing. Therefore, the present invention solves such problems of the conventional rolling bearing, has excellent seizure resistance and high corrosion fatigue resistance, and water enters into the inside and mixes with the lubricant. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing that can be suitably used even in such a poor lubricating environment.

【0025】さらに、気体状の水分が侵入しても、早期
損傷や早期剥離といった問題が生じにくく、長寿命な密
封転がり軸受を提供することを課題とする。
It is another object of the present invention to provide a sealed rolling bearing having a long service life even when gaseous moisture invades.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明に係る請求項1の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前
記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の
転動体と、を備える転がり軸受において、前記内輪及び
前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道輪を、N濃度
が100ppm以下、O濃度が15ppm以下、S濃度
が0.020%以下、Ti濃度が50ppm以下、Ni
濃度が1〜5%、P濃度が0.020%以下、Mo濃度
が0.1〜5%である鋼で構成するとともに、前記軌道
輪が備える軌道面のC濃度を0.6〜1.2%とし、前
記軌道面の残留圧縮応力を100〜500MPaとした
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following arrangement. That is, the rolling bearing of claim 1 according to the present invention is a rolling bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements rotatably disposed between the inner ring and the outer ring. At least the non-rotating raceway ring of the inner ring and the outer ring has an N concentration of 100 ppm or less, an O concentration of 15 ppm or less, an S concentration of 0.020% or less, a Ti concentration of 50 ppm or less, and a Ni concentration of 50 ppm or less.
It is composed of steel having a concentration of 1 to 5%, a P concentration of 0.020% or less, and a Mo concentration of 0.1 to 5%, and has a C concentration of 0.6 to 1. 2%, and the residual compressive stress of the raceway surface is set to 100 to 500 MPa.

【0027】このような構成の転がり軸受であれば、優
れた耐焼付き性と高い耐腐食疲労強度とを有しているの
で、内部に水が侵入して潤滑剤に混入するような劣悪な
潤滑環境下においても好適に使用可能である。潤滑剤中
に水分が混入するような劣悪な潤滑環境下においては、
転がり面(軌道輪の軌道面や転動体の転動面)の旧オー
ステナイト粒界を起点として転動疲労が生じやすいの
で、転がり軸受の疲労寿命は大きく低下する。これは、
転動体と軌道輪との間に水が存在すると油膜が形成され
にくくなるため、転動体と軌道輪とが金属接触を起こし
やすくなり、その結果、転がり面に接線力が生じて、旧
オーステナイト粒界の炭化物又は非金属介在物を起点と
して、転がり面に剥離が生じるからである。
Since the rolling bearing having such a configuration has excellent seizure resistance and high corrosion fatigue resistance, poor lubrication such that water enters the inside and mixes with the lubricant. It can be suitably used even in an environment. In a poor lubrication environment where moisture is mixed in the lubricant,
Since rolling fatigue is likely to occur starting from the former austenite grain boundary of the rolling surface (the raceway surface of the raceway or the rolling surface of the rolling element), the fatigue life of the rolling bearing is greatly reduced. this is,
If water is present between the rolling element and the bearing ring, an oil film is less likely to be formed, so that the rolling element and the bearing ring are likely to make metal contact with each other. This is because the rolling surface starts peeling from carbides or nonmetallic inclusions in the boundary.

【0028】そして、接触面圧と応力繰返数との積が転
がり軸受中で最大となる非回転側の軌道輪の応力負荷圏
が、最も腐食疲労しやすく、上記のような剥離が生じや
すい。したがって、非回転側の軌道輪の応力負荷圏、す
なわち、非回転側の軌道輪の軌道面、すなわち、軌道の
表面及びその近傍(転動体直径の2%(2%Da)まで
の深さ範囲)の耐腐食疲労強度を高めることが、転がり
軸受の長寿命化に有効である。
The non-rotating bearing ring, in which the product of the contact surface pressure and the stress repetition rate is the largest in the rolling bearing, is the most stress-loaded zone of the non-rotating raceway, and is most susceptible to corrosion fatigue. . Accordingly, the stress load zone of the non-rotating raceway, that is, the raceway surface of the non-rotating raceway, that is, the raceway surface and its vicinity (depth range up to 2% (2% Da) of the rolling element diameter) It is effective to increase the corrosion fatigue strength of (1) to extend the life of the rolling bearing.

【0029】転がり軸受の耐焼付き性を損うことなく耐
腐食疲労強度を高めるには、軸受材料の耐食性を高める
ことは必ずしも必要ではなく、剥離の起点となる軌道面
の旧オーステナイト粒界(以降は粒界と記す)を強化す
るとともに、軌道面に残留圧縮応力を付与することが不
可欠である。粒界を強化するためには、旧オーステナイ
ト結晶粒径を小さくすることや、粒界の炭化物,窒化
物,非金属介在物,リン化合物の微細化が効果的であ
る。
In order to increase the corrosion fatigue strength without impairing the galling resistance of the rolling bearing, it is not always necessary to increase the corrosion resistance of the bearing material. It is indispensable to strengthen the grain boundaries) and to apply a residual compressive stress to the raceway surface. In order to strengthen the grain boundary, it is effective to reduce the grain size of the prior austenite crystal and to refine the carbide, nitride, nonmetallic inclusion, and phosphorus compound in the grain boundary.

【0030】まず、炭化物の微細化について説明する。
転がり軸受内部に水が侵入すると、その水から水素が生
成される。そうすると、軌道面の粒界が該水素により水
素脆性を起こし、粒界が剥離しやすくなる。このような
粒界の剥離を抑制するためには、炭化物を微細化するこ
とにより、水素原子が通る炭化物結晶の界面を多数形成
させ、炭化物結晶の界面に多く存在する介在物に水素を
分散させることが効果的である。そうすれば、水素が分
散され脆化が生じにくくなるので、水素脆性フレーキン
グの遅延効果が付与される。
First, the miniaturization of carbide will be described.
When water enters the inside of the rolling bearing, hydrogen is generated from the water. Then, the hydrogen causes hydrogen embrittlement at the grain boundaries on the raceway surface, and the grain boundaries are easily peeled off. In order to suppress such separation of the grain boundaries, the carbide is refined to form a large number of interfaces of the carbide crystal through which hydrogen atoms pass, and the hydrogen is dispersed in inclusions that are often present at the interface of the carbide crystal. It is effective. Then, since hydrogen is dispersed and embrittlement hardly occurs, the effect of retarding hydrogen embrittlement flaking is imparted.

【0031】粒界の炭化物を微細化するためには、浸炭
(浸炭窒化)処理及び焼入れ・焼戻しを施した後の(完
成品の)軌道輪において、軌道面の炭素濃度を0.6〜
1.2質量%とする必要がある。0.6質量%未満では
硬さをHRC58以上とすることが困難となり、耐腐食
疲労強度が低下するおそれがある。また、1.2質量%
を超えると粒界の炭化物が粗大化しやすい。
In order to refine the carbides at the grain boundaries, the carbon concentration of the raceway surface of the (finished product) ring after carburizing (carbonitriding) treatment and quenching / tempering is set to 0.6 to 0.6%.
It must be 1.2% by mass. If it is less than 0.6% by mass, it is difficult to set the hardness to HRC 58 or more, and the corrosion fatigue resistance may decrease. In addition, 1.2 mass%
If it exceeds 300, the carbides at the grain boundaries tend to become coarse.

【0032】また、Niは旧オーステナイト結晶粒を微
細化する効果を有する元素であるので、鋼中のNi濃度
を1.0質量%以上とすることが好ましい。ただし、
5.0質量%を超えるとオーステナイトが安定化して、
硬さが低下したり、浸炭後に焼鈍しを行う場合は焼鈍し
が困難となったりする。また、Moは粒界の炭化物を微
細化する効果を有する元素であるので、鋼中のMo濃度
を0.1質量%以上とすることが好ましい。ただし、
5.0質量%を超えると、焼入れ時にMoがマトリック
スに固溶するため、焼入れ温度を著しく高くする必要が
あり不経済である。
Further, since Ni is an element having an effect of refining old austenite crystal grains, the Ni concentration in steel is preferably set to 1.0% by mass or more. However,
If it exceeds 5.0% by mass, austenite is stabilized,
If the hardness decreases, or if annealing is performed after carburizing, annealing may be difficult. Further, Mo is an element having an effect of refining carbides at grain boundaries, so that the Mo concentration in steel is preferably set to 0.1% by mass or more. However,
If it exceeds 5.0% by mass, Mo is solid-dissolved in the matrix during quenching, so that the quenching temperature needs to be significantly increased, which is uneconomical.

【0033】次に、窒化物について説明する。鉄と窒素
(N)との化合物は硬くて脆く、粒界の強度を著しく低
下させるので、鋼中の窒素濃度は100ppm以下に低
減することが必要である。なお、窒素濃度は少ない程よ
いが、製鋼のコストは上昇する傾向となる。この条件
(N濃度)を満たす鋼としてはVAR鋼(再溶解鋼)が
あげられ、本発明の転がり軸受を構成する鋼としては、
VAR鋼を使用することが好ましい。
Next, the nitride will be described. Since the compound of iron and nitrogen (N) is hard and brittle, and significantly reduces the strength of the grain boundary, it is necessary to reduce the nitrogen concentration in the steel to 100 ppm or less. The lower the nitrogen concentration, the better, but the cost of steelmaking tends to increase. The steel satisfying this condition (N concentration) includes VAR steel (remelted steel), and the steel constituting the rolling bearing of the present invention includes:
Preferably, VAR steel is used.

【0034】次に、非金属介在物について説明する。酸
素(O),硫黄(S),Tiは粒界の非金属介在物を形
成する元素であり、転がり疲労寿命を低下させる。した
がって、耐腐食疲労強度を向上させるためには、より少
ない方が好ましく、鋼中の酸素濃度を15ppm以下、
硫黄濃度を0.020質量%以下、Ti濃度を50pp
m以下とする必要がある。ただし、耐腐食疲労強度を向
上させるためには、より少ない方が好ましいが、製鋼の
コストは上昇する傾向となる。
Next, non-metallic inclusions will be described. Oxygen (O), sulfur (S), and Ti are elements that form non-metallic inclusions at grain boundaries, and reduce the rolling fatigue life. Therefore, in order to improve the corrosion fatigue resistance, a smaller amount is preferable, and the oxygen concentration in the steel is 15 ppm or less,
Sulfur concentration of 0.020 mass% or less, Ti concentration of 50 pp
m or less. However, in order to improve the corrosion fatigue resistance, a smaller amount is preferable, but the cost of steelmaking tends to increase.

【0035】また、リン化合物についても同様であり、
耐腐食疲労強度を向上させるためには、より少ない方が
好ましく、鋼中のP濃度を0.020質量%以下とする
必要がある。次に、残留圧縮応力について説明する。軌
道面に100MPa以上の残留圧縮応力を付与すること
は、耐腐食疲労強度の向上に効果的である。ただし、5
00MPaを超えると、すべりにより軌道面に働く引張
り応力(金属接触が生じた際に軌道面に働く接線力等)
を助長し、逆に耐腐食疲労強度を低下させる。軌道面に
残留圧縮応力を付与する方法は特に限定されるものでは
ないが、浸炭焼入れによる方法が経済的で好ましい。
The same applies to phosphorus compounds.
In order to improve the corrosion fatigue resistance, it is more preferable that the P content be less than 0.020% by mass. Next, the residual compressive stress will be described. Giving a residual compressive stress of 100 MPa or more to the raceway surface is effective in improving corrosion fatigue resistance. However, 5
If it exceeds 00 MPa, tensile stress acting on the raceway surface due to slip (tangential force acting on the raceway surface when metal contact occurs)
And conversely reduce the corrosion fatigue resistance. The method for applying the residual compressive stress to the raceway is not particularly limited, but a method by carburizing and quenching is economical and preferable.

【0036】また、本発明に係る請求項2の転がり軸受
は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動
自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受
において、前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも非回
転側の軌道輪を、N濃度が100ppm以下、C濃度が
0.05〜0.45%であり、且つ、Ni濃度の数値を
Cr濃度,Mo濃度,Mn濃度の各数値の総和で除した
値が1.0〜3.2である鋼で構成したことを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements rotatably disposed between the inner ring and the outer ring. In at least one of the inner ring and the outer ring, the non-rotating raceway has an N concentration of 100 ppm or less, a C concentration of 0.05 to 0.45%, and a numerical value of the Ni concentration as Cr concentration and Mo concentration. , Mn concentration is 1.0 to 3.2.

【0037】このような構成であれば、前述の請求項1
の転がり軸受と同様に、優れた耐焼付き性と高い耐腐食
疲労強度とを有しているので、内部に水が侵入して潤滑
剤に混入するような劣悪な潤滑環境下においても好適に
使用可能である。Cr,Mo,Mnの3元素は、焼入れ
性の改善に有効であるとともに炭化物形成元素であるの
で、鋼の硬度及び耐摩耗性を向上させる効果を有する。
その反面、鋼の強度及び延性を低下させる傾向があり、
特に、該3元素の量が多すぎると、腐食疲労環境下にお
いて有害な炭化物が粒界に析出しやすくなる。一方、N
iは炭化物を形成させることはなく、靱性・延性を向上
させる効果を有する。
With such a configuration, the above-described claim 1 is provided.
As with rolling bearings, it has excellent seizure resistance and high corrosion fatigue resistance, so it is suitable for use in poor lubricating environments where water can penetrate and mix into lubricants. It is possible. The three elements Cr, Mo, and Mn are effective for improving hardenability and are carbide forming elements, and thus have the effect of improving the hardness and wear resistance of steel.
On the other hand, it tends to decrease the strength and ductility of steel,
In particular, if the amounts of these three elements are too large, harmful carbides are likely to precipitate at grain boundaries in a corrosive fatigue environment. On the other hand, N
i does not form carbides and has the effect of improving toughness and ductility.

【0038】このような点について鋭意検討した結果、
本発明者らは、鋼における前記3元素とNiとの量比を
制御することによって、耐腐食疲労強度を高めることが
できることを見出した。すなわち、Ni濃度の数値をC
r濃度,Mo濃度,Mn濃度の各数値の総和で除した値
は、1.0〜3.2である必要がある。これを数式で示
すと、下記式のようになる。
As a result of intensive studies on such points,
The present inventors have found that by controlling the quantitative ratio between the three elements and Ni in steel, the corrosion fatigue resistance can be increased. That is, the numerical value of the Ni concentration is C
The value divided by the sum of the respective values of the r concentration, the Mo concentration, and the Mn concentration needs to be 1.0 to 3.2. This can be expressed by the following equation.

【0039】 1.0≦Ni%/(Cr%+Mo%+Mn%)≦3.2 ここで、Ni%,Cr%,Mo%,Mn%は、鋼におけ
るNi,Cr,Mo,Mnの各濃度(%)である。な
お、耐腐食疲労強度を優れたものとするためには、この
条件に加えて、鋼のN濃度が100ppm以下、C濃度
が0.05〜0.45%という2条件を同時に満たす必
要がある。
1.0 ≦ Ni% / (Cr% + Mo% + Mn%) ≦ 3.2 where Ni%, Cr%, Mo%, and Mn% are the respective concentrations of Ni, Cr, Mo, and Mn in the steel. (%). In order to make the corrosion fatigue resistance excellent, in addition to these conditions, it is necessary to simultaneously satisfy the two conditions of N concentration of steel of 100 ppm or less and C concentration of 0.05 to 0.45%. .

【0040】ただし、これらの各元素には上記以外の特
性があるので、各元素の濃度は以下に述べる条件も同時
に満たすことが好ましい。まず、C濃度について説明す
る。前記鋼で構成された軌道輪には通常は表面処理が施
され、表面硬化層が設けられて完成品の軌道輪とされ
る。完成品の軌道輪の心部は前記鋼で構成されることと
なるので、圧縮残留応力を付与するためにC濃度は0.
45%以下とする必要がある。しかしながら、十分な心
部硬さが得られないと早期剥離を引き起こすおそれがあ
るので、C濃度は0.05%以上とする必要がある。
However, since each of these elements has characteristics other than those described above, it is preferable that the concentration of each element simultaneously satisfies the following conditions. First, the C concentration will be described. The bearing ring made of the steel is usually subjected to a surface treatment, and a surface hardened layer is provided to form a finished bearing ring. Since the core of the raceway of the finished product is made of the above-mentioned steel, the C concentration is set to 0.1 in order to impart compressive residual stress.
It must be 45% or less. However, if sufficient core hardness is not obtained, there is a risk of causing premature peeling, so the C concentration needs to be 0.05% or more.

【0041】次に、完成品の軌道輪の表面のC濃度につ
いて説明する。前述したように、転がり軸受の内部に水
が侵入すると、その水から水素が生成するため、軌道面
の粒界が水素脆性を起こして粒界が剥離しやすくなる。
よって、このような粒界の剥離を抑制するために、炭化
物を微細化することが好ましい。粒界の炭化物を微細化
するためには、前述のように、浸炭(浸炭窒化)処理及
び焼入れ・焼戻しを施した後の完成品の軌道輪におい
て、軌道面のCを0.6〜1.2%とする必要がある。
0.6%未満では硬さをHRC58以上とすることが困
難となり、耐腐食疲労強度が低下するおそれがある。ま
た、1.2%を超えると粒界の炭化物が粗大化しやす
い。
Next, the C concentration on the surface of the completed bearing ring will be described. As described above, when water enters the inside of the rolling bearing, hydrogen is generated from the water, so that the grain boundary on the raceway surface becomes hydrogen-brittle and the grain boundary is easily separated.
Therefore, in order to suppress such separation of the grain boundaries, it is preferable to refine the carbide. As described above, in order to make the carbides at the grain boundaries fine, the C of the raceway surface of the finished race ring after carburizing (carbonitriding) treatment and quenching / tempering is set to 0.6 to 1.0. Must be 2%.
If it is less than 0.6%, it is difficult to increase the hardness to 58 or more, and the corrosion fatigue strength may be reduced. On the other hand, if it exceeds 1.2%, the carbides at the grain boundaries tend to become coarse.

【0042】次に、N濃度について説明する。Nは粒界
において炭窒化物を形成するので、N濃度は100pp
m以下とする必要がある。ただし、N濃度が50ppm
未満であると結晶粒が粗大化するので、50ppm以上
とすることが好ましい。次に、Ni濃度について説明す
る。前述の請求項1の転がり軸受の場合と同様の理由に
より、鋼中のNi濃度は1.0〜5.0%とすることが
好ましい。
Next, the N concentration will be described. Since N forms carbonitride at the grain boundary, the N concentration is 100 pp.
m or less. However, when the N concentration is 50 ppm
If it is less than 1, the crystal grains become coarse, so that it is preferably at least 50 ppm. Next, the Ni concentration will be described. For the same reason as in the case of the above-mentioned rolling bearing of claim 1, the Ni concentration in the steel is preferably set to 1.0 to 5.0%.

【0043】次に、Cr濃度について説明する。Crは
焼入れ性を向上させ、且つ炭化物の球状化を促進させる
元素であるので、Cr濃度は0.35%以上とすること
が好ましい。ただし、1.6%を超えると炭化物が粗大
化して平均結晶粒が大きくなり、また、被削性を劣化さ
せる場合があるので、上限を1.6%とすることが好ま
しい。
Next, the Cr concentration will be described. Since Cr is an element that improves hardenability and promotes spheroidization of carbide, the Cr concentration is preferably set to 0.35% or more. However, if it exceeds 1.6%, carbides become coarse and the average crystal grains become large, and the machinability may be deteriorated. Therefore, the upper limit is preferably made 1.6%.

【0044】次に、Mo濃度について説明する。Mo濃
度は、前述の請求項1の転がり軸受の場合と同様の理由
により、0.1〜5.0%とすることが好ましい。次
に、Mn濃度について説明する。Mnは製鋼時の脱酸剤
及び脱硫剤として必要な元素であり、また、焼入れ性を
向上させるのに有効な元素であるため、0.1%以上必
要であるが、多量に添加すると鍛造性,被削性を低下さ
せるだけでなく、S,Pなどの不純物と共存して耐食性
を低下させるので、Mn濃度は1.5%以下とすること
が好ましい。
Next, the Mo concentration will be described. The Mo concentration is preferably set to 0.1 to 5.0% for the same reason as in the case of the rolling bearing of claim 1 described above. Next, the Mn concentration will be described. Mn is an element necessary as a deoxidizing agent and a desulfurizing agent at the time of steel making, and is an element effective for improving hardenability. Therefore, 0.1% or more is necessary. , Not only lowers the machinability but also lowers the corrosion resistance by coexisting with impurities such as S and P, so that the Mn concentration is preferably 1.5% or less.

【0045】さらに、上記以外の元素についても、以下
に述べる条件を満たすことが好ましい。まず、Si濃度
について説明する。Siは製鋼時の脱酸剤として0.1
%以上必要であり、さらに、焼戻し軟化抵抗性を高める
効果があるが、多量に添加すると靭性を低下させ、ま
た、浸炭窒化時にその浸透深さが急激に減少することと
なるので、上限を1.5%とすることが好ましい。
Further, it is preferable that the elements other than those described above also satisfy the following conditions. First, the Si concentration will be described. Si is used as a deoxidizing agent in steelmaking at 0.1
% Or more, and has the effect of increasing the tempering softening resistance. However, if added in a large amount, the toughness is reduced and the penetration depth is rapidly reduced during carbonitriding. It is preferably set to 0.5%.

【0046】次に、酸素(O),硫黄(S),及びTi
について説明する。これらの元素は、前述のように、粒
界の非金属介在物を形成する元素であるので、転がり疲
労寿命を低下させるおそれがある。したがって、前述の
請求項1の転がり軸受の場合と同様の理由により、鋼中
の酸素濃度は15ppm以下、硫黄濃度は0.025%
以下、Ti濃度は50ppm以下とする必要がある。た
だし、耐腐食疲労強度を向上させるためには、より少な
い方が好ましいが、製鋼のコストは向上する傾向にあ
る。
Next, oxygen (O), sulfur (S), Ti
Will be described. As described above, these elements are elements that form nonmetallic inclusions at the grain boundaries, and thus may reduce the rolling fatigue life. Therefore, for the same reason as in the rolling bearing of claim 1, the oxygen concentration in the steel is 15 ppm or less and the sulfur concentration is 0.025%.
Hereinafter, the Ti concentration needs to be 50 ppm or less. However, in order to improve the corrosion fatigue resistance, a smaller amount is preferable, but the cost of steelmaking tends to increase.

【0047】また、リン化合物についても同様であり、
耐腐食疲労強度を向上させるためには、より少ない方が
好ましく、鋼中のP濃度を0.025%以下とする必要
がある。なお、本発明に係る請求項1及び請求項2の転
がり軸受は、圧延機ワークロール用転がり軸受等のよう
に、内部に水が侵入して潤滑剤に混入するような劣悪な
潤滑環境下で使用される転がり軸受として特に好適であ
るが、他の環境下で使用しても優れた寿命を有する転が
り軸受であることは勿論である。
The same applies to phosphorus compounds.
In order to improve the corrosion fatigue resistance, it is more preferable that the P concentration be less than 0.025%. The rolling bearings according to the first and second aspects of the present invention are used in a poor lubricating environment in which water enters and mixes with a lubricant, such as a rolling bearing for a work roll of a rolling mill. Although it is particularly suitable as a rolling bearing to be used, it is a matter of course that the rolling bearing has an excellent life even when used in other environments.

【0048】さらに、本発明に係る請求項3の密封転が
り軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間
に形成される軸受空間に転動自在に配設された複数の転
動体と、前記軸受空間の軸方向両端部に配設された回転
シール部材と、前記内輪に配設された静止シール部材
と、を備えるとともに、前記回転シール部材及び前記静
止シール部材により前記軸受空間が密封された転がり軸
受において、前記軸受空間内の流体圧を外部の流体圧に
近づけるベント手段を備えるとともに、前記内輪及び前
記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道輪を、N濃度が
100ppm以下、O濃度が15ppm以下、S濃度が
0.020%以下、Ti濃度が50ppm以下、Ni濃
度が1〜5%、P濃度が0.020%以下、である鋼で
構成し、前記軌道輪が備える軌道面のC濃度を0.6〜
1.2%とし、前記軌道面の残留圧縮応力を100〜5
00MPaとしたことを特徴とする。
Further, a sealed rolling bearing according to a third aspect of the present invention, wherein the plurality of rolling elements are provided so as to freely roll in a bearing space formed between the inner ring, the outer ring, and the inner ring and the outer ring. A moving body, a rotating seal member disposed at both axial ends of the bearing space, and a stationary seal member disposed on the inner race; and the bearing space is formed by the rotational seal member and the stationary seal member. In a sealed rolling bearing, with a vent means for bringing the fluid pressure in the bearing space closer to the external fluid pressure, at least the non-rotating raceway ring of the inner ring and the outer ring, the N concentration is 100 ppm or less, The race is made of steel having an O concentration of 15 ppm or less, an S concentration of 0.020% or less, a Ti concentration of 50 ppm or less, a Ni concentration of 1 to 5%, and a P concentration of 0.020% or less. 0.6 The C concentration of the raceway surface comprising
1.2%, and the residual compressive stress of the raceway surface is 100 to 5
It is characterized by being set to 00 MPa.

【0049】さらにまた、本発明に係る請求項4の密封
転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
の間に形成される軸受空間に転動自在に配設された複数
の転動体と、前記軸受空間の軸方向両端部に配設された
回転シール部材と、前記内輪に配設された静止シール部
材と、を備えるとともに、前記回転シール部材及び前記
静止シール部材により前記軸受空間が密封された転がり
軸受において、前記軸受空間内の流体圧を外部の流体圧
に近づけるベント手段を備えるとともに、前記内輪及び
前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道輪を、N濃度
が100ppm以下、O濃度が15ppm以下、S濃度
が0.020%以下、Ti濃度が50ppm以下、Ni
濃度が2〜5%、P濃度が0.020%以下、Mn濃度
が1.0%以下、Mo濃度が0.05〜5%、Cr濃度
が1.5%以下である鋼で構成し、前記軌道輪が備える
軌道面のC濃度を0.6〜1.2%とし、前記軌道面の
残留圧縮応力を100〜500MPaとしたことを特徴
とし、前述の請求項3の密封転がり軸受よりも好まし
い。
Further, a sealed rolling bearing according to a fourth aspect of the present invention is provided with a plurality of rollingly disposed rolling bearings formed in an inner ring, an outer ring, and a bearing space formed between the inner ring and the outer ring. A rolling element, a rotary seal member disposed at both axial ends of the bearing space, and a stationary seal member disposed on the inner race, and the bearing is formed by the rotary seal member and the stationary seal member. In a rolling bearing having a sealed space, a vent means for bringing the fluid pressure in the bearing space closer to the external fluid pressure is provided, and at least the non-rotating raceway ring of the inner ring and the outer ring has an N concentration of 100 ppm or less. , O concentration 15 ppm or less, S concentration 0.020% or less, Ti concentration 50 ppm or less, Ni
It is composed of steel having a concentration of 2 to 5%, a P concentration of 0.020% or less, a Mn concentration of 1.0% or less, a Mo concentration of 0.05 to 5%, and a Cr concentration of 1.5% or less, The C content of the raceway surface of the raceway is set to 0.6 to 1.2%, and the residual compressive stress of the raceway surface is set to 100 to 500 MPa. preferable.

【0050】転がり軸受の外輪,内輪,転動体のような
高硬度の転動部品は、接している空気の湿度が高いと、
転がり疲れ強さが大きく低下する傾向がある。転がり面
には必ずしも錆は発生しないが、転がり面の粒界を起点
とする微視的な腐食疲労により、転がり疲れ強さが低下
するのである。そして、その破損形態は剥離やピーリン
グである。
Rolling parts of high hardness such as the outer ring, inner ring and rolling elements of a rolling bearing may have high humidity when the air in contact therewith is high.
Rolling fatigue strength tends to decrease significantly. Rust does not always occur on the rolling surface, but the rolling fatigue strength is reduced by microscopic corrosion fatigue starting from the grain boundary of the rolling surface. And the damage form is peeling or peeling.

【0051】接触面圧と応力繰り返し数との積が軸受中
で最大となる非回転側軌道輪の応力負荷圏が最も腐食疲
労しやすく、したがって剥離しやすいので、非回転側軌
道輪の耐腐食疲労強度を高めることが転がり軸受の長寿
命化に有効である。転がり軸受の耐焼付き性を損うこと
なく耐腐食疲労強度を高めるには、軸受材料の耐食性を
高めることは必ずしも必要ではなく、鋼の表面の粒界を
強化することと同時に、表面に残留圧縮応力を付与する
ことが不可欠である。すなわち、転がり軸受の耐腐食疲
労強度を高めるためには、非回転側軌道輪の転がり面の
耐腐食疲労強度を高めることが必要である。
The non-rotating raceway, in which the product of the contact surface pressure and the number of stress repetitions is the largest in the bearing, is the most stress-loaded zone of the non-rotating raceway, and is thus easily peeled off. Increasing the fatigue strength is effective in extending the life of the rolling bearing. In order to increase the corrosion fatigue strength of a rolling bearing without impairing its seizure resistance, it is not necessary to increase the corrosion resistance of the bearing material. It is essential to apply stress. That is, in order to increase the corrosion fatigue strength of the rolling bearing, it is necessary to increase the corrosion fatigue strength of the rolling surface of the non-rotating side race.

【0052】粒界を強化するためには、粒界に存在する
窒化物の量を低減することが効果的である。これは、鉄
と窒素の化合物が、粒界強度を著しく低下させるからで
ある。また、粒界に存在する炭化物,非金属介在物,リ
ン化合物の微細化も効果的である。そして、転がり面に
残留圧縮応力を付与するためには、浸炭焼入れ処理を施
すことが経済的である。
In order to strengthen the grain boundaries, it is effective to reduce the amount of nitride present at the grain boundaries. This is because the compound of iron and nitrogen significantly lowers the grain boundary strength. It is also effective to reduce the size of carbides, nonmetallic inclusions, and phosphorus compounds present at the grain boundaries. In order to apply a residual compressive stress to the rolling surface, it is economical to perform carburizing and quenching.

【0053】転がり面の粒界に存在する窒化物の量を低
減するためには、素材の窒素濃度を100ppm以下に
低減することが必要である。なお、表面硬化法の1つで
ある浸炭窒化処理により転がり面に侵入する窒素は粒界
に入る割合が低いので、表面硬化法として浸炭窒化処理
を用いることはできるが、転がり面の窒素濃度は0.3
%を上限としなければならない。
In order to reduce the amount of nitride present at the grain boundaries on the rolling surface, it is necessary to reduce the nitrogen concentration of the material to 100 ppm or less. In addition, since the rate of nitrogen entering the rolling surface due to carbonitriding, which is one of the surface hardening methods, is low in the grain boundaries, the carbonitriding process can be used as the surface hardening method, but the nitrogen concentration on the rolling surface is low. 0.3
% Must be capped.

【0054】粒界に存在する炭化物を微細化するには、
転がり面の炭素濃度を1.2%以下にして総量を低下さ
せ、Niを1%以上、望ましくは2%以上添加する必要
がある。また、Mo濃度を0.05%以上、Cr濃度を
1.5%以下とすることは、炭化物の微細化に対しさら
に効果的である。さらに、表面の炭素濃度が0.6%未
満になると疲労強度が低下するので、0.6%以上とす
る必要がある。さらに、Niを5%を超えて添加する
と、浸炭処理後の焼鈍しが困難になるので、5%以下と
する必要がある。さらに、Moを5%を超えて添加する
と、焼入れ温度が著しく高くなるので経済的でなく、5
%以下とする必要がある。
In order to refine the carbide present at the grain boundaries,
It is necessary to reduce the total amount by lowering the carbon concentration of the rolling surface to 1.2% or less, and to add 1% or more, preferably 2% or more of Ni. Further, setting the Mo concentration to 0.05% or more and the Cr concentration to 1.5% or less is more effective for miniaturizing carbides. Further, when the carbon concentration on the surface is less than 0.6%, the fatigue strength is reduced. Further, if Ni is added in excess of 5%, annealing after carburizing becomes difficult, so it is necessary to make it 5% or less. Further, if Mo is added in excess of 5%, the quenching temperature becomes extremely high, so that it is not economical.
% Or less.

【0055】粒界の非金属介在物を微細化するには、酸
素濃度を15ppm以下、硫黄濃度を0.020%以
下、Ti濃度を50ppm以下に低減する必要がある。
Mn濃度を1.0%以下にするとMnSが小さくなるの
で、粒界の非金属介在物の微細化が促進される。転がり
面の残留圧縮応力は、100MPa以上で腐食疲労強度
の向上に効果的である。ただし、500MPaを超える
と、軌道面に垂直な方向の引張り応力が無視できなくな
って、逆に腐食疲労強度が低下するので好ましくない。
To refine the nonmetallic inclusions at the grain boundaries, it is necessary to reduce the oxygen concentration to 15 ppm or less, the sulfur concentration to 0.020% or less, and the Ti concentration to 50 ppm or less.
When the Mn concentration is set to 1.0% or less, MnS becomes small, so that miniaturization of nonmetallic inclusions at grain boundaries is promoted. When the residual compressive stress on the rolling surface is 100 MPa or more, it is effective for improving the corrosion fatigue strength. However, if it exceeds 500 MPa, the tensile stress in the direction perpendicular to the raceway surface cannot be ignored, and conversely, the corrosion fatigue strength decreases, which is not preferable.

【0056】[0056]

【発明の実施の形態】本発明に係る転がり軸受の実施の
形態を、図面及び表を参照しながら詳細に説明する。 (第一実施形態)図1は、本発明に係る転がり軸受の第
一実施形態である円すいころ軸受1の構造と、寿命試験
機の構造とを併せて示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a rolling bearing according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings and tables. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a tapered roller bearing 1 which is a first embodiment of a rolling bearing according to the present invention, together with the structure of a life tester.

【0057】円すいころ軸受1は、内輪2と、外輪3
と、内輪2と外輪3との間に転動自在に配設される複数
のころ4と、ころ4を保持する保持器5と、から構成さ
れている。この円すいころ軸受1は、内径85mm,外
径130mm,組立幅29mm,基本動定格荷重C=1
43kN,基本静定格荷重C0 =231kN,ころ4の
直径(平均径)10.6mmであり、外輪3は表1,
3,5に示す組成の鋼で構成されている。そして、浸炭
処理により外輪3の表面を種々の炭素濃度に調整した
後、研削加工により外輪3を完成させた。
The tapered roller bearing 1 includes an inner ring 2 and an outer ring 3.
And a plurality of rollers 4 rotatably arranged between the inner ring 2 and the outer ring 3, and a retainer 5 for holding the rollers 4. The tapered roller bearing 1 has an inner diameter of 85 mm, an outer diameter of 130 mm, an assembly width of 29 mm, and a basic dynamic load rating C = 1.
43 kN, basic static load rating C 0 = 231 kN, diameter of roller 4 (average diameter) 10.6 mm.
It is composed of steel having the composition shown in FIGS. Then, after adjusting the surface of the outer ring 3 to various carbon concentrations by carburizing treatment, the outer ring 3 was completed by grinding.

【0058】[0058]

【表1】 [Table 1]

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】[0060]

【表3】 [Table 3]

【0061】[0061]

【表4】 [Table 4]

【0062】[0062]

【表5】 [Table 5]

【0063】[0063]

【表6】 [Table 6]

【0064】このような円すいころ軸受1を図1に示す
ような寿命試験機に装着して、寿命試験を行った。すな
わち、外輪3(固定輪)をハウジング7に組み込むとと
もに、内輪2(回転輪)を回転軸6に嵌合して、回転軸
6を回転させながら寿命試験を行なった。その際には、
ラジアル荷重Fr及びアキシャル荷重Faを円すいころ
軸受1に負荷するとともに、円すいころ軸受1の内部に
断続的に注水を行った。なお、内輪2及びころ4は肌焼
鋼SAE5120で作製した。また、転がり面(内輪2
及び外輪3の軌道面、並びにころ4の転動面)の表面粗
さは、約0.1μmRaである。
The tapered roller bearing 1 was mounted on a life tester as shown in FIG. 1 and a life test was conducted. That is, the outer ring 3 (fixed wheel) was incorporated in the housing 7, the inner ring 2 (rotating wheel) was fitted to the rotating shaft 6, and a life test was performed while rotating the rotating shaft 6. In that case,
A radial load Fr and an axial load Fa were applied to the tapered roller bearing 1, and water was intermittently injected into the tapered roller bearing 1. The inner ring 2 and the rollers 4 were made of case hardened steel SAE5120. In addition, the rolling surface (inner ring 2
And the raceway surface of the outer ring 3 and the rolling surface of the roller 4) have a surface roughness of about 0.1 μmRa.

【0065】試験条件は、ラジアル荷重Fr=71.5
kN,アキシャル荷重Fa=15.6kNで、内輪2の
回転速度は2500rpmである。また、潤滑剤は、L
i石鹸(増ちょう剤)と粘度VG64の基油とからなる
グリースであり、60gを使用した。さらに、注水につ
いては、20mlの水を3時間に1回注入した。その
際、水漏れを防止するために、寿命試験機の回転軸6と
ハウジング7との間にゴムシール(O−リング)が装着
してある。試験温度は約60℃で、定格疲れ寿命(10
%破損寿命の計算値)は67時間である。
The test conditions were as follows: radial load Fr = 71.5
kN, the axial load Fa = 15.6 kN, and the rotation speed of the inner ring 2 is 2500 rpm. The lubricant is L
i A grease composed of a soap (thickening agent) and a base oil having a viscosity of VG64, and 60 g was used. Further, for water injection, 20 ml of water was injected once every three hours. At this time, in order to prevent water leakage, a rubber seal (O-ring) is mounted between the rotating shaft 6 and the housing 7 of the life tester. The test temperature is about 60 ° C and the rated fatigue life (10
% Calculated lifetime) is 67 hours.

【0066】なお、円すいころ軸受1の内輪2,外輪
3,ころ4は、浸炭後の焼入れ・焼戻し処理により有効
硬化深さ(ビッカース硬さHv550以上の表面層厚
さ)を1.5mmとしてある。そして、表面の炭素濃度
は浸炭時の露点により調節し、0.40〜1.50質量
%の範囲内で種々のレベルにしてある。ただし、内輪2
及びころ4の表面の炭素濃度は0.9質量%で、内輪2
の軌道面及びころ4の転動面の表面硬さはHRC62で
ある。外輪3の軌道面の表面硬さは、表2,4,6に示
すようにHRC55〜62である。
The inner ring 2, outer ring 3, and rollers 4 of the tapered roller bearing 1 have an effective hardening depth (surface layer thickness of Vickers hardness Hv550 or more) of 1.5 mm by quenching and tempering after carburization. . The carbon concentration on the surface is adjusted by the dew point at the time of carburization, and is set to various levels within a range of 0.40 to 1.50% by mass. However, inner ring 2
The carbon concentration on the surfaces of the rollers 4 and 0.9 is 0.9% by mass.
The surface hardness of the raceway surface and the rolling surface of the roller 4 is HRC62. The surface hardness of the raceway surface of the outer race 3 is HRC 55 to 62 as shown in Tables 2, 4, and 6.

【0067】試験した軸受の半数が剥離を起こすまでの
時間(L50寿命)により、寿命の評価を行った。寿命試
験の結果を表2,4,6の最右列に示す。剥離部位は全
て外輪3の応力負荷圏であった。なお、軌道面の残留応
力σR は、電気研磨により表層を50μm除去した後、
X線法により表面の応力を測定した。表2,4,6中の
残留応力σR のうち負の値は圧縮応力であることを示
す。残留応力σR が−500及び−600MPaの外輪
3にはショットピーニングが施してある。
[0067] By the time half of the tested bearings to cause peeling (L 50 life) were evaluated life. The results of the life test are shown in the rightmost columns of Tables 2, 4, and 6. All of the exfoliated portions were in the stress load zone of the outer ring 3. Incidentally, the residual stress σ R on the raceway surface is obtained by removing the surface layer by 50 μm by electropolishing,
The surface stress was measured by the X-ray method. A negative value of the residual stress σ R in Tables 2, 4, and 6 indicates that the stress is a compressive stress. The outer ring 3 having the residual stress σ R of −500 and −600 MPa is subjected to shot peening.

【0068】表1〜6の実施例及び比較例の結果をグラ
フ化したものを、図2〜10に示す。図2〜10のグラ
フは、L50寿命と外輪3のN濃度,O濃度,S濃度,T
i濃度,Ni濃度,P濃度,Mo濃度,軌道面のC濃
度,軌道面の残留応力σR との関係を、それぞれ示した
ものである。なお、各グラフ中の楕円で囲んだ点は、横
軸の変数は本発明の条件を満たしているが、他の変数が
本発明の条件を満たしていないものである。
FIGS. 2 to 10 show graphs of the results of Examples and Comparative Examples in Tables 1 to 6. Graph in Figure 2-10, N concentration of the L 50 life and the outer ring 3, O concentrations, S concentration, T
The relationship among the i concentration, the Ni concentration, the P concentration, the Mo concentration, the C concentration on the raceway surface, and the residual stress σ R on the raceway surface is shown. The points enclosed by the ellipses in the graphs indicate that the variables on the horizontal axis satisfy the conditions of the present invention, but other variables do not satisfy the conditions of the present invention.

【0069】これらの図より、潤滑剤中に水が混入する
ような潤滑環境下では、外輪3(非回転側の軌道輪)を
構成する鋼は、N濃度が100ppm以下、O濃度が1
5ppm以下、S濃度が0.020質量%以下、Ti濃
度50ppm以下、Ni濃度が1〜5質量%、P濃度が
0.020質量%以下、Mo濃度が0.1〜5質量%で
あると、円すいころ軸受1が長寿命となることが分か
る。
From these figures, it can be seen that in a lubricating environment where water is mixed in the lubricant, the steel constituting the outer ring 3 (non-rotating side raceway) has an N concentration of 100 ppm or less and an O concentration of 1%.
5 ppm or less, S concentration of 0.020 mass% or less, Ti concentration of 50 ppm or less, Ni concentration of 1 to 5 mass%, P concentration of 0.020 mass% or less, and Mo concentration of 0.1 to 5 mass%. It can be seen that the tapered roller bearing 1 has a long life.

【0070】また、同様に、外輪3の軌道面のC濃度が
0.6〜1.2質量%、外輪3の軌道面の残留圧縮応力
が100〜500MPaであると、円すいころ軸受1が
長寿命となることが分かる。 (第二実施形態)次に、下記の点以外は第一実施形態の
円すいころ軸受1と全く同様の構成の円すいころ軸受に
ついて、第一実施形態と同様の寿命試験を行った(円す
いころ軸受の構成や試験条件の説明は省略する)。第一
実施形態の円すいころ軸受1と構成の異なる点は、外輪
が表7〜9に示す組成の鋼で構成されていること、内
輪,外輪,ころの表面の炭素濃度が0.9%に統一して
あること、及び外輪の軌道面の残留応力と硬さとは測定
していないこと、の3点である。
Similarly, when the C concentration on the raceway surface of the outer race 3 is 0.6 to 1.2 mass% and the residual compressive stress on the raceway surface of the outer race 3 is 100 to 500 MPa, the tapered roller bearing 1 has a longer length. It can be seen that the life is reached. Second Embodiment Next, a life test similar to that of the first embodiment was performed on a tapered roller bearing having exactly the same configuration as the tapered roller bearing 1 of the first embodiment except for the following points (tapered roller bearing). The description of the configuration and test conditions will be omitted.) The difference from the tapered roller bearing 1 of the first embodiment is that the outer ring is made of steel having the composition shown in Tables 7 to 9, and the carbon concentration on the inner ring, outer ring, and roller surfaces is 0.9%. The three points are that they are unified, and the residual stress and hardness of the raceway surface of the outer ring are not measured.

【0071】[0071]

【表7】 [Table 7]

【0072】[0072]

【表8】 [Table 8]

【0073】[0073]

【表9】 [Table 9]

【0074】そして、各軸受の寿命(L10寿命)を測定
した結果を、鋼におけるNi濃度の数値をCr濃度,M
o濃度,Mn濃度の各数値の総和で除した値と併せて表
10〜12に示し、それをグラフ化したものを図11に
示す。
[0074] Then, the results of measuring the lifetime (L 10 life) of each bearing, numerical concentration of Cr Ni concentration in the steel, M
The results are shown in Tables 10 to 12 together with the values obtained by dividing the respective values of the o concentration and the Mn concentration by the sum of the numerical values, and FIG. 11 shows a graph thereof.

【0075】[0075]

【表10】 [Table 10]

【0076】[0076]

【表11】 [Table 11]

【0077】[0077]

【表12】 [Table 12]

【0078】実施例17〜25は、C濃度が0.05〜
0.45%、N濃度が100ppm以下、Ni濃度の数
値をCr濃度,Mo濃度,Mn濃度の各数値の総和で除
した値が1.0〜3.2、の3条件を全て満たしてい
る。よって、内部に水が侵入して潤滑剤に混入するよう
な劣悪な潤滑環境下においても、円すいころ軸受が長寿
命となっている。
In Examples 17 to 25, the C concentration was 0.05 to
0.45%, the N concentration is 100 ppm or less, and the value obtained by dividing the numerical value of the Ni concentration by the sum of the numerical values of the Cr concentration, Mo concentration, and Mn concentration satisfies all three conditions of 1.0 to 3.2. . Therefore, the tapered roller bearing has a long life even in a poor lubrication environment in which water enters and mixes with the lubricant.

【0079】それに対して、比較例22〜39は、上記
3条件のうち少なくとも1つの条件を満たしていないの
で、短寿命となっている。 (第三実施形態)図12及び図13は、本発明に係る転
がり軸受の第三実施形態である4列円すいころ軸受10
(密封転がり軸受)の構造を示す断面図である。なお、
その構造は、従来の技術の項において説明した従来の4
列円すいころ軸受と同様であるので、その説明は省略す
る。
On the other hand, Comparative Examples 22 to 39 do not satisfy at least one of the above three conditions, and thus have a short life. (Third Embodiment) FIGS. 12 and 13 show a four-row tapered roller bearing 10 according to a third embodiment of the rolling bearing according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of (sealed rolling bearing). In addition,
Its structure is the same as that of the conventional 4 described in the section of the prior art.
The description is omitted because it is the same as the row tapered roller bearing.

【0080】ただし、固定輪である外輪11,11,1
2は、N濃度が100ppm以下、O濃度が15ppm
以下、S濃度が0.020%以下、Ti濃度が50pp
m以下、Ni濃度が1〜5%、P濃度が0.020%以
下、Mn濃度が1.0%以下、Mo濃度が0.05〜5
%、Cr濃度が1.5%以下である鋼で構成されてお
り、そして、外輪11,11,12が備える軌道面のC
濃度は0.6〜1.2%であり、前記軌道面の残留圧縮
応力は100〜500MPaである。
However, the outer rings 11, 11, 1 which are fixed wheels
2 has an N concentration of 100 ppm or less and an O concentration of 15 ppm
Hereinafter, the S concentration is 0.020% or less, and the Ti concentration is 50 pp.
m, Ni concentration 1-5%, P concentration 0.020% or less, Mn concentration 1.0% or less, Mo concentration 0.05-5.
%, And a steel having a Cr concentration of 1.5% or less.
The concentration is 0.6 to 1.2%, and the residual compressive stress on the raceway surface is 100 to 500 MPa.

【0081】次に、このような密封転がり軸受の寿命
を、液体状の水が軸受内に侵入することは防止されるが
気体状の水は侵入するような条件下において評価した結
果について説明する。なお、この寿命試験は、密封転が
り軸受10を上記のような条件下において試験する代わ
りに、第一実施形態の円すいころ軸受1と同様の軸受を
図1に示すような寿命試験機に装着して、水分を飽和さ
せた120℃の空気(湿潤空気)を円すいころ軸受1の
内部に供給しながら行った(なお、供給された前記空気
は、図示しない管により軸受内部から外部に導出され
る)。
Next, a description will be given of the results of evaluating the life of such a sealed rolling bearing under conditions in which liquid water is prevented from entering the bearing, but gaseous water is allowed to enter. . In this life test, instead of testing the sealed rolling bearing 10 under the above conditions, a bearing similar to the tapered roller bearing 1 of the first embodiment is mounted on a life testing machine as shown in FIG. This was performed while supplying air (humid air) at 120 ° C. saturated with water to the inside of the tapered roller bearing 1 (the supplied air is led out of the inside of the bearing by a pipe (not shown)). ).

【0082】寿命試験に用いた円すいころ軸受の構成や
試験条件については、第一実施形態と同様であるので説
明は省略する。ただし、外輪3を構成する鋼の組成や外
輪3の軌道面の性状については、表13〜20に示す通
りである。そして、試験温度は120℃である。
The configuration and test conditions of the tapered roller bearing used in the life test are the same as those in the first embodiment, and therefore, description thereof will be omitted. However, the composition of the steel constituting the outer ring 3 and the properties of the raceway surface of the outer ring 3 are as shown in Tables 13 to 20. And the test temperature is 120 ° C.

【0083】[0083]

【表13】 [Table 13]

【0084】[0084]

【表14】 [Table 14]

【0085】[0085]

【表15】 [Table 15]

【0086】[0086]

【表16】 [Table 16]

【0087】[0087]

【表17】 [Table 17]

【0088】[0088]

【表18】 [Table 18]

【0089】[0089]

【表19】 [Table 19]

【0090】[0090]

【表20】 [Table 20]

【0091】試験した軸受の半数が剥離を起こすまでの
時間(L50寿命)により、寿命の評価を行った。寿命試
験の結果を表14,16,18,20の最右列に示す。
剥離部位は全て外輪3の応力負荷圏であった。なお、軌
道面の残留応力σR は、電気研磨により表層を50μm
除去した後、X線法により表面の応力を測定した。表1
4,16,18,20中の残留応力σR のうち負の値は
圧縮応力であることを示す。残留応力σR が−500及
び−600MPaの外輪3にはショットピーニングが施
してある。
[0091] By the time half of the tested bearings to cause peeling (L 50 life) were evaluated life. The results of the life test are shown in the rightmost columns of Tables 14, 16, 18, and 20.
All of the exfoliated portions were in the stress load zone of the outer ring 3. The residual stress σ R on the raceway surface was 50 μm for the surface layer by electropolishing.
After the removal, the surface stress was measured by the X-ray method. Table 1
Negative values of the residual stress σ R in 4, 16, 18, and 20 indicate compressive stress. The outer ring 3 having the residual stress σ R of −500 and −600 MPa is subjected to shot peening.

【0092】表13〜20の実施例及び比較例の結果を
グラフ化したものを、図14〜24に示す。図14〜2
4のグラフは、L50寿命と外輪3のN濃度,O濃度,S
濃度,Ti濃度,Ni濃度,P濃度,軌道面のC濃度,
軌道面の残留応力σR ,Mo濃度,Mn濃度,Cr濃度
との関係を、それぞれ示したものである。これらの図よ
り、湿潤空気が軸受内部に侵入するような環境下では、
外輪3(非回転側の軌道輪)を構成する鋼は、N濃度が
100ppm以下、O濃度が15ppm以下、S濃度が
0.020質量%以下、Ti濃度50ppm以下、Ni
濃度が1〜5質量%、P濃度が0.020質量%以下、
Mo濃度が0.05〜5質量%、Mn濃度が1.0%以
下、Cr濃度1.5%以下であると、円すいころ軸受1
が長寿命となることが分かる。
Graphs of the results of Examples and Comparative Examples in Tables 13 to 20 are shown in FIGS. Figures 14-2
4 graphs, N concentration of L 50 life and the outer ring 3, O concentrations, S
Concentration, Ti concentration, Ni concentration, P concentration, C concentration of track surface,
The relationship between the residual stress σ R on the raceway surface, the Mo concentration, the Mn concentration, and the Cr concentration is shown, respectively. From these figures, in an environment where moist air enters the bearing,
The steel constituting the outer ring 3 (non-rotating raceway) has an N concentration of 100 ppm or less, an O concentration of 15 ppm or less, an S concentration of 0.020 mass% or less, a Ti concentration of 50 ppm or less, and a Ni concentration of 50 ppm or less.
The concentration is 1 to 5% by mass, the P concentration is 0.020% by mass or less,
When the Mo concentration is 0.05 to 5% by mass, the Mn concentration is 1.0% or less, and the Cr concentration is 1.5% or less, the tapered roller bearing 1
It can be seen that has a long life.

【0093】また、同様に、外輪3の軌道面のC濃度が
0.6〜1.2質量%、外輪3の軌道面の残留圧縮応力
が100〜500MPaであると、円すいころ軸受1が
長寿命となることが分かる。なお、本実施形態は本発明
の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限
定されるものではない。
Similarly, when the C concentration on the raceway surface of the outer race 3 is 0.6 to 1.2 mass% and the residual compressive stress on the raceway surface of the outer race 3 is 100 to 500 MPa, the tapered roller bearing 1 has a longer length. It can be seen that the life is reached. Note that the present embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment.

【0094】例えば、本実施形態においては、転がり軸
受として円すいころ軸受を例示して説明したが、本発明
の転がり軸受は、他の種類の転がり軸受にも適用可能で
あることは勿論である。例えば、深みぞ玉軸受,アンギ
ュラ玉軸受,円筒ころ軸受,針状ころ軸受等のラジアル
形の転がり軸受や、スラスト玉軸受,スラストころ軸受
等のスラスト形の転がり軸受があげられる。
For example, in the present embodiment, a tapered roller bearing has been described as an example of a rolling bearing. However, the rolling bearing of the present invention can, of course, be applied to other types of rolling bearings. For example, there are radial rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular ball bearings, cylindrical roller bearings, and needle roller bearings, and thrust rolling bearings such as thrust ball bearings and thrust roller bearings.

【0095】また、グリースの種類は、本実施形態にお
いて使用したものに限定されるものではなく、転がり軸
受に慣用される通常のグリースが使用可能である。
The type of grease is not limited to that used in the present embodiment, and ordinary grease commonly used for rolling bearings can be used.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上のように、本発明の転がり軸受は優
れた耐焼付き性と高い耐腐食疲労強度とを有していて、
内部に水が侵入して潤滑剤に混入するような劣悪な潤滑
環境下においても好適に使用可能である。また、本発明
の密封転がり軸受は、気体状の水分が侵入しても、早期
損傷や早期剥離といった問題が生じにくく長寿命であ
る。
As described above, the rolling bearing of the present invention has excellent seizure resistance and high corrosion fatigue strength.
It can be suitably used even in a poor lubrication environment in which water enters and mixes with the lubricant. In addition, the sealed rolling bearing of the present invention has a long service life even if gaseous moisture enters, without causing problems such as early damage and early peeling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る転がり軸受の第一実施形態である
円すいころ軸受の構造と、寿命試験機の構造とを併せて
示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a tapered roller bearing, which is a first embodiment of a rolling bearing according to the present invention, together with the structure of a life tester.

【図2】第一実施形態におけるN濃度とL50寿命との関
係を示すグラフである。
2 is a graph showing the relationship between the N concentration and L 50 life in the first embodiment.

【図3】第一実施形態におけるO濃度とL50寿命との関
係を示すグラフである。
3 is a graph showing the relationship between the O 2 concentration and the L 50 life in the first embodiment.

【図4】第一実施形態におけるS濃度とL50寿命との関
係を示すグラフである。
4 is a graph showing the relationship between S concentration and the L 50 life in the first embodiment.

【図5】第一実施形態におけるTi濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
5 is a graph showing the relationship between the Ti concentration and the L 50 life in the first embodiment.

【図6】第一実施形態におけるNi濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
6 is a graph showing the relationship between the Ni concentration and the L 50 life in the first embodiment.

【図7】第一実施形態におけるP濃度とL50寿命との関
係を示すグラフである。
7 is a graph showing the relationship between the P concentration and the L 50 life in the first embodiment.

【図8】第一実施形態におけるMo濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
8 is a graph showing the relationship between the Mo content and the L 50 life in the first embodiment.

【図9】第一実施形態における軌道面のC濃度とL50寿
命との関係を示すグラフである。
9 is a graph showing the relationship between C concentration of the raceway surface and the L 50 life in the first embodiment.

【図10】第一実施形態における軌道面の残留応力σR
とL50寿命との関係を示すグラフである。
FIG. 10 shows the residual stress σ R on the raceway surface in the first embodiment.
4 is a graph showing the relationship between the L50 and L50 life.

【図11】第二実施形態において、Ni濃度の数値をC
r濃度,Mo濃度,Mn濃度の各数値の総和で除した値
とL10寿命との関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the Ni concentration and the C value in the second embodiment;
r concentration is a graph showing the relationship between the Mo content and the value obtained by dividing the sum of the numerical values of Mn concentration and L 10 life.

【図12】本発明に係る転がり軸受の第三実施形態であ
る4列円すいころ軸受の構造を示す縦断面図である。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a structure of a four-row tapered roller bearing which is a third embodiment of the rolling bearing according to the present invention.

【図13】図12の軸受の中間シール周辺部分の構造を
示す拡大断面図、及び中間シールの要部を説明する図で
ある。
13 is an enlarged sectional view showing a structure of a peripheral portion of the intermediate seal of the bearing shown in FIG. 12, and a diagram for explaining a main part of the intermediate seal.

【図14】第三実施形態におけるN濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
14 is a graph showing the relationship between the N concentration and L 50 life in the third embodiment.

【図15】第三実施形態におけるO濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
15 is a graph showing the relationship between the O 2 concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図16】第三実施形態におけるS濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
16 is a graph showing the relationship between S concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図17】第三実施形態におけるTi濃度とL50寿命と
の関係を示すグラフである。
17 is a graph showing the relationship between the Ti concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図18】第三実施形態におけるNi濃度とL50寿命と
の関係を示すグラフである。
18 is a graph showing the relationship between the Ni concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図19】第三実施形態におけるP濃度とL50寿命との
関係を示すグラフである。
19 is a graph showing the relationship between the P concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図20】第三実施形態における軌道面のC濃度とL50
寿命との関係を示すグラフである。
FIG. 20 shows the C concentration and L 50 on the raceway surface in the third embodiment.
It is a graph which shows the relationship with a service life.

【図21】第三実施形態における軌道面の残留応力σR
とL50寿命との関係を示すグラフである。
FIG. 21 shows residual stress σ R on the raceway surface in the third embodiment.
4 is a graph showing the relationship between the L50 and L50 life.

【図22】第三実施形態におけるMo濃度とL50寿命と
の関係を示すグラフである。
22 is a graph showing the relationship between the Mo content and the L 50 life in the third embodiment.

【図23】第三実施形態におけるMn濃度とL50寿命と
の関係を示すグラフである。
23 is a graph showing the relationship between the Mn concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図24】第三実施形態におけるCr濃度とL50寿命と
の関係を示すグラフである。
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the Cr concentration and the L 50 life in the third embodiment.

【図25】従来の密封転がり軸受の構造を示す縦断面図
である。
FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional sealed rolling bearing.

【図26】図25の密封転がり軸受の中間シールの要部
を説明する拡大図である。
26 is an enlarged view illustrating a main part of an intermediate seal of the sealed rolling bearing in FIG. 25.

【図27】図26とは別種の中間シールの周辺部分の構
造を示す拡大断面図である。
FIG. 27 is an enlarged cross-sectional view showing a structure of a peripheral portion of a different kind of intermediate seal from FIG. 26;

【図28】従来の密封転がり軸受について、軸受使用時
間に対して、(a)回転数,(b)軸受内部温度,
(c)軸受内部圧力を示すグラフである。
28A and 28B show the relationship between (a) rotation speed, (b) bearing internal temperature,
(C) It is a graph which shows a bearing internal pressure.

【図29】従来の密封転がり軸受について、軸受内部圧
力と軸受内部への水の混入量との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 29 is a graph showing the relationship between the pressure inside the bearing and the amount of water mixed into the inside of the bearing in the conventional sealed rolling bearing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 円すいころ軸受 2 内輪 3 外輪 4 ころ 9 中間シール 10 4列円すいころ軸受 11,12 外輪 13 内輪 14 ころ 18 端面シール 69 ベント穴 S 軸受空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tapered roller bearing 2 Inner ring 3 Outer ring 4 Roller 9 Intermediate seal 10 Four row tapered roller bearing 11, 12 Outer ring 13 Inner ring 14 Roller 18 End face seal 69 Vent hole S Bearing space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3J016 AA04 BA03 BB03 3J101 AA16 AA25 AA32 AA42 AA44 AA54 AA62 BA70 DA02 DA11 EA04 FA08 GA36  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3J016 AA04 BA03 BB03 3J101 AA16 AA25 AA32 AA42 AA44 AA54 AA62 BA70 DA02 DA11 EA04 FA08 GA36

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える
転がり軸受において、 前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道
輪を、N濃度が100ppm以下、O濃度が15ppm
以下、S濃度が0.020%以下、Ti濃度が50pp
m以下、Ni濃度が1〜5%、P濃度が0.020%以
下、Mo濃度が0.1〜5%である鋼で構成するととも
に、 前記軌道輪が備える軌道面のC濃度を0.6〜1.2%
とし、 前記軌道面の残留圧縮応力を100〜500MPaとし
たことを特徴とする転がり軸受。
1. A rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements rotatably disposed between the inner ring and the outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring does not rotate. In the side race, the N concentration is 100 ppm or less and the O concentration is 15 ppm
Hereinafter, the S concentration is 0.020% or less, and the Ti concentration is 50 pp.
m, a Ni concentration of 1 to 5%, a P concentration of 0.020% or less, and a Mo concentration of 0.1 to 5%. 6-1.2%
A rolling bearing, wherein the residual compressive stress on the raceway surface is set to 100 to 500 MPa.
【請求項2】 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える
転がり軸受において、 前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道
輪を、N濃度が100ppm以下、C濃度が0.05〜
0.45%であり、且つ、Ni濃度の数値をCr濃度,
Mo濃度,Mn濃度の各数値の総和で除した値が1.0
〜3.2である鋼で構成したことを特徴とする転がり軸
受。
2. A rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements rotatably disposed between the inner ring and the outer ring, wherein at least one of the inner ring and the outer ring does not rotate. When the N-concentration is 100 ppm or less and the C-concentration is 0.05-
0.45%, and the numerical value of the Ni concentration is the Cr concentration,
The value divided by the sum of the respective values of the Mo concentration and the Mn concentration is 1.0.
A rolling bearing characterized in that the rolling bearing is made of steel having a size of about 3.2.
【請求項3】 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
の間に形成される軸受空間に転動自在に配設された複数
の転動体と、前記軸受空間の軸方向両端部に配設された
回転シール部材と、前記内輪に配設された静止シール部
材と、を備えるとともに、前記回転シール部材及び前記
静止シール部材により前記軸受空間が密封された転がり
軸受において、 前記軸受空間内の流体圧を外部の流体圧に近づけるベン
ト手段を備えるとともに、 前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道
輪を、N濃度が100ppm以下、O濃度が15ppm
以下、S濃度が0.020%以下、Ti濃度が50pp
m以下、Ni濃度が1〜5%、P濃度が0.020%以
下、である鋼で構成し、 前記軌道輪が備える軌道面のC濃度を0.6〜1.2%
とし、前記軌道面の残留圧縮応力を100〜500MP
aとしたことを特徴とする密封転がり軸受。
3. An inner ring, an outer ring, a plurality of rolling elements rotatably disposed in a bearing space formed between the inner ring and the outer ring, and disposed at both axial ends of the bearing space. A rolling bearing, comprising a provided rotary seal member and a stationary seal member disposed on the inner race, and wherein the bearing space is sealed by the rotary seal member and the stationary seal member. A vent means for bringing the fluid pressure closer to the external fluid pressure is provided. At least the non-rotating raceway of the inner ring and the outer ring has an N concentration of 100 ppm or less and an O concentration of 15 ppm.
Hereinafter, the S concentration is 0.020% or less, and the Ti concentration is 50 pp.
m, a Ni concentration of 1 to 5%, and a P concentration of 0.020% or less. The C concentration of the raceway surface of the race is 0.6 to 1.2%.
And the residual compressive stress of the raceway surface is 100 to 500MP.
a sealed rolling bearing characterized in that: a.
【請求項4】 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
の間に形成される軸受空間に転動自在に配設された複数
の転動体と、前記軸受空間の軸方向両端部に配設された
回転シール部材と、前記内輪に配設された静止シール部
材と、を備えるとともに、前記回転シール部材及び前記
静止シール部材により前記軸受空間が密封された転がり
軸受において、 前記軸受空間内の流体圧を外部の流体圧に近づけるベン
ト手段を備えるとともに、 前記内輪及び前記外輪のうち少なくとも非回転側の軌道
輪を、N濃度が100ppm以下、O濃度が15ppm
以下、S濃度が0.020%以下、Ti濃度が50pp
m以下、Ni濃度が2〜5%、P濃度が0.020%以
下、Mn濃度が1.0%以下、Mo濃度が0.05〜5
%、Cr濃度が1.5%以下である鋼で構成し、 前記軌道輪が備える軌道面のC濃度を0.6〜1.2%
とし、前記軌道面の残留圧縮応力を100〜500MP
aとしたことを特徴とする密封転がり軸受。
4. An inner ring, an outer ring, a plurality of rolling elements rotatably disposed in a bearing space formed between the inner ring and the outer ring, and disposed at both axial ends of the bearing space. A rolling bearing, comprising a provided rotary seal member and a stationary seal member disposed on the inner race, and wherein the bearing space is sealed by the rotary seal member and the stationary seal member. A vent means for bringing the fluid pressure closer to the external fluid pressure is provided. At least the non-rotating raceway of the inner ring and the outer ring has an N concentration of 100 ppm or less and an O concentration of 15 ppm.
Hereinafter, the S concentration is 0.020% or less, and the Ti concentration is 50 pp.
m, Ni concentration 2-5%, P concentration 0.020% or less, Mn concentration 1.0% or less, Mo concentration 0.05-5.
%, And a steel having a Cr concentration of 1.5% or less, wherein the C concentration of the raceway surface of the race is 0.6 to 1.2%.
And the residual compressive stress of the raceway surface is 100 to 500MP.
a sealed rolling bearing characterized in that: a.
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