JP2002275580A

JP2002275580A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2002275580A
Application number: JP2001073299A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hirakawa; 清平川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】焼入れ等の熱処理時の変形が小さい転がり軸
受を提供する。【解決手段】外輪１と、内輪２と、外輪１と内輪２と
の間に転動自在に配設された複数の玉３と、を備えた深
みぞ玉軸受において、外輪１及び内輪２を、炭素を０．
７〜１．１％、ケイ素を１．０％以下、マンガンを１．
５％以下、クロムを８．０％以下、モリブデンを２．０
％以下含有し且つＤＩ値が２５０ｍｍ以上である鋼で構
成した。また、外輪１及び内輪２の厚さの最大値を３ｍ
ｍとし、外輪１の外径を３０ｍｍとした。さらに、外輪
１及び内輪２を、加熱を真空中で行い冷却を不活性ガス
中で行う焼入れを施されたものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に係
り、特に、焼入れ等の熱処理時の変形が小さい転がり軸
受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転がり軸受の軌道輪は、その厚さ
（ラジアル軸受の場合は、内周面と外周面との間のラジ
アル方向の距離）の最大値が１５ｍｍ以下の場合には、
ＪＩＳＳＵＪ２で構成され、焼入れ，焼戻しが施された
ものが使用されていた。そして、焼入れにおける冷却
は、軌道輪の心部にまで焼入れが施されるように、油中
に投入（油焼入れ）又はソルト中に投入（ソルト焼入
れ）することによって行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
油焼入れでは、軌道輪の冷却が必ずしも均一には行われ
ないため、変形が大きい場合があるという問題点があっ
た。また、洗浄工程において焼入れ油の除去に時間を要
するという問題点もあった。一方、前述のソルト焼入れ
は、油焼入れに比べて熱処理による変形は小さいもの
の、洗浄においてソルトの除去に時間を要するという問
題点と、軌道輪に錆びが生じやすいという問題点とを有
していた。

【０００４】そこで、本発明は、このような従来技術が
有する問題点を解決し、焼入れ等の熱処理時の変形が小
さい転がり軸受を提供することを課題とする。

【０００５】

【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、外輪と、内輪と、前
記外輪と前記内輪との間に転動自在に配設された複数の
転動体と、を備えた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一方が、炭素を０．７〜１．
１％、ケイ素を１．０％以下、マンガンを１．５％以
下、クロムを８．０％以下、モリブデンを２．０％以下
含有し且つＤＩ値が２５０ｍｍ以上である鋼で構成され
るとともに、その厚さの最大値が３ｍｍ以下であること
を特徴とする。

【０００６】また、本発明に係る請求項２の転がり軸受
は、請求項１記載の転がり軸受において、前記外輪の外
径が３０ｍｍ以下であることを特徴とする。さらに、本
発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求
項２記載の転がり軸受において、前記外輪及び前記内輪
のうち前記鋼で構成されたものは、加熱を真空中で行い
冷却を不活性ガス中で行う焼入れを施されたものである
ことを特徴とする。

【０００７】ここで、上記のＤＩ値（ジョミニーイン
デックス）について説明する。焼入れが施される素材の
直径が小さい場合は、心部まで焼入れが施されて硬さが
高くなるが、直径がある程度以上に大きくなると、不完
全焼入状態となりマルテンサイト化しない部分が増加す
るため、焼入れ後の素材の心部の硬さが、直径が大きく
なるにしたがって急激に低下するという傾向がある。し
かしながら、素材の焼入性が優れていれば、より大きな
直径のものでも完全焼入状態（すなわち、焼入れ後の心
部の硬さが高い）とすることができる。

【０００８】ＤＩ値は焼入性を表す一つのパラメータで
あって、心部まで焼入れが施される直径の臨界値を示し
ている。換言すれば、ＤＩ値が大きい素材ほど焼入性が
優れていることを意味する。このようなＤＩ値は、例え
ば、ＪＩＳのＧ０５６１に規定される鋼の焼入性試験方
法によって測定することができる。また、ＤＩ値に関し
ては、種々の定義式が実験等により求められている。

【０００９】本発明においては、ＡＩＳＩ（American I
ron and Steel Institute ）により定義された下記式に
よって算出されるＤＩ値を使用する。ＤＩ値＝（０．３１１×Ｃ％^0.498）×（０．７×Ｓｉ
％＋１）×（３．３３×Ｍｎ％＋１）×（２．１６×Ｃ
ｒ％＋１）なお、この式により得られるＤＩ値の単位はインチであ
るので、本発明においてはミリメートル単位に変換した
ＤＩ値を用いる。また、下記式におけるＣ％は、鋼中に
含有される炭素の濃度であり、Ｓｉ％，Ｍｎ％，Ｃｒ％
は、同じくケイ素，マンガン，クロムの濃度である。

【００１０】本発明においては、ＤＩ値が２５０ｍｍ以
上という焼入性の優れた鋼で軌道輪を構成し、該鋼で構
成された軌道輪の厚さ（ラジアル軸受の場合は、内周面
と外周面との間のラジアル方向の距離）の最大値を、焼
入れが心部まで施されやすいように３ｍｍ以下と限定し
たので、焼入れの冷却に冷却速度の小さいガス冷却を採
用しても、心部まで焼入れを施すことができる。

【００１１】その結果、熱処理による変形量を大幅に減
少させることができて、真円度の良好な軌道輪（転がり
軸受）を製造することができる。このことにより、軌道
輪の研削工程の加工時間を短縮することができるので、
加工コストを低減することができる。また、焼入れの冷
却における冷却剤に焼入れ油やソルトを使用する必要が
ないので、冷却剤を除去する後洗浄工程が不要である。

【００１２】さらに、焼入れ油中に混入しているゴミ等
の異物が、シール溝等の非研削部に付着することもな
い。よって、転がり軸受の音響品質が優れている。ＤＩ
値が２５０ｍｍ未満であったり、軌道輪の厚さの最大値
が３ｍｍ超過であると、焼入れの冷却にガス冷却を採用
した場合に、心部まで焼入れが施されず硬さが不十分と
なることがあるので、焼入れ時の変形が大きくなり、十
分な真円度を有する軌道輪を得ることができないおそれ
がある。

【００１３】また、本発明の転がり軸受は、前記外輪の
外径を３０ｍｍ以下とすることが好ましい。前記外輪の
外径が３０ｍｍ超過であると、焼入れ時の変形が大きく
なって、十分な真円度とならないおそれがある。さら
に、本発明の転がり軸受は、前記鋼で構成された軌道輪
を、加熱を真空中で行い冷却を不活性ガス中で行う焼入
れを施されたものとすることが好ましい。

【００１４】焼入れの加熱を真空中で行うことによっ
て、軌道輪に付着する異物を減少させることができるの
で、特にＨＤＤ用の転がり軸受のように極めて高い音響
品質が求められる場合に有効である。なお、前記不活性
ガスとしては、例えば、窒素ガス，希ガス等があげられ
る。次に、本発明における前記鋼に含有される各元素に
ついて説明する。

【００１５】（１）炭素（Ｃ）Ｃの含有量は、０．７〜１．１％である必要がある。Ｃ
が０．７％より少ないと、転がり軸受に必要な硬さ（Ｈ
ＲＣ５８）が得られなくなり、１．１％を超えて含有さ
れると、粗大炭化物が形成されるようになり転動寿命が
低下するおそれがある。

【００１６】（２）ケイ素（Ｓｉ）Ｓｉの含有量は１．０％以下である必要がある。Ｓｉは
製鋼時の脱酸剤から不可避的に０．０１％程度以上含有
されるが、１．０％を超えて含有されると冷間加工性が
損なわれる。（３）マンガン（Ｍｎ）Ｍｎの含有量は１．５％以下である必要がある。

【００１７】Ｍｎは焼入性を向上するために必要な元素
であるが、１．５％を超えて含有されると変形抵抗が増
大する。（４）クロム（Ｃｒ）Ｃｒの含有量は８．０％以下である必要がある。Ｃｒは
焼入性を向上し耐摩耗性を向上するために必要な元素で
あるが、０．９％未満であると焼入性及び耐摩耗性が不
十分となり、８．０％超過であると共晶炭化物が多く生
成し、加工性が低下する。

【００１８】（５）モリブデン（Ｍｏ）Ｍｎの含有量は２．０％以下である必要がある。Ｍｏは
焼入性を向上させるために添加されるが、２．０％超過
であると焼入性の向上効果が減少する。

【００１９】

【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、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の転がり軸受の一実施形態である単列深みぞ玉軸受の
構造を示す部分断面図である。図１の深みぞ玉軸受（Ｊ
ＩＳ呼び番号：６２００、外径３０ｍｍ，内径１０ｍ
ｍ，幅９ｍｍ）は、外輪１と、内輪２と、外輪１と内輪
２との間に転動自在に配設された複数の玉３と、玉３を
保持する図示しない冠形保持器と、で構成されている。

【００２０】外輪１及び内輪２は、炭素を０．７〜１．
１％、ケイ素を１．０％以下、マンガンを１．５％以
下、クロムを８．０％以下、モリブデンを２．０％以下
含有し且つＤＩ値が２５０ｍｍ以上である鋼で構成され
ている。また、外輪１及び内輪２の厚さの最大値、すな
わち、外輪１及び内輪２の内周面と外周面との間のラジ
アル方向の距離の最大値は３ｍｍである。

【００２１】このような本実施形態の深みぞ玉軸受は、
外輪１及び内輪２が、加熱を真空中で行い冷却を窒素ガ
ス，希ガス等の不活性ガス中で行う焼入れを施されたも
のである。上記のような深みぞ玉軸受は、ＤＩ値が２５
０ｍｍ以上という焼入性の優れた鋼で外輪１及び内輪２
が構成され、外輪１及び内輪２の厚さの最大値が、焼入
れが心部まで施されやすい３ｍｍとされているので、焼
入れの冷却に冷却速度の小さいガス冷却を採用しても、
心部まで焼入れが施されている。

【００２２】また、ガス冷却を採用したため、外輪１及
び内輪２の熱処理による変形量が小さく、外輪１及び内
輪２の真円度が良好である。このことにより、外輪１及
び内輪２の研削工程の加工時間を短縮することができる
ので、加工コストが低い。さらに、焼入れの加熱を真空
中で行ったので、外輪１及び内輪２に付着した異物が少
ない。そのため、特にＨＤＤ用の転がり軸受のように極
めて高い音響品質が求められる用途に好適に使用可能で
ある。

【００２３】さらに、焼入れの冷却における冷却剤に焼
入れ油やソルトを使用していないため、冷却剤を除去す
る後洗浄工程が不要である。さらにまた、焼入れ油中に
混入しているゴミ等の異物が、シール溝等の非研削部に
付着することもない。よって、深みぞ玉軸受の音響品質
が優れている。また、本実施形態の深みぞ玉軸受は外輪
１の外径が３０ｍｍであるので、焼入れ時の変形が小さ
く、十分な真円度を有している。そのため、シールを取
り付けた場合はシールの変形も小さいので、優れたシー
ル性能を保つことができる。

【００２４】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。例えば、本実施形態においては、外輪１及び内
輪２の双方を前記鋼で構成したが、一方のみを前記鋼で
構成してもよい。また、本実施形態においては、転がり
軸受として深みぞ玉軸受を例示して説明したが、本発明
の転がり軸受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して
適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，円
筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心
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であ
る。

【００２５】ただし、スラスト形の転がり軸受の場合
は、外輪，内輪の厚さとは軌道盤の高さである。（実施例）次に、外輪に類似した形状を有する環状部材
に熱処理を施した際の、焼入性（硬さ）及び変形量つい
て検討した結果を説明する。

【００２６】この環状部材を構成する鋼は、表１に示す
ような組成とＤＩ値とを有する４種（実施例１〜３及び
比較例）である。なお、実施例１の鋼はＳＵＪ５、実施
例２の鋼はＳＫＤ１２、比較例の鋼はＳＵＪ２である。
また、環状部材の形状は、外径が３０ｍｍ、幅が９ｍ
ｍ、厚さが１，２，３，５ｍｍの４種で、呼び番号６２
００の深みぞ玉軸受の外輪に相当する形状である。

【００２７】

【表１】

【００２８】このような環状部材に、表１に示すような
熱処理条件で焼入れを施し、その後に焼戻しを施した。
さらに、詳細に説明すると、オールケース炉の加熱室に
環状部材を入れ、窒素雰囲気（弱還元性の雰囲気とする
ため、１〜３ｖｏｌ％（爆発限界以下）の水素を混合す
ることが望ましい）中で表１に記載の温度に加熱し、３
０分間保持した。その後、環状部材を冷却室に移し、窒
素ガスを攪拌ファンで吹き付けながら冷却して焼入れを
施した。そして、焼入れを施した環状部材を恒温槽に移
し、１６０℃で２時間保持することにより焼戻しを施し
た。

【００２９】なお、焼入れの冷却は、実施例の各環状部
材については、上記のように冷却剤として窒素ガスを使
用して行った（ガス冷却）が、比較例の環状部材につい
ては、油中に浸漬することにより行った。次に、得られ
た環状部材について、断面のほぼ中央部（心部）のビッ
カース硬さＨｖを測定した。その結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２の結果から分かるように、比較例の場
合は鋼の焼入性が不十分（ＤＩ値が２５０ｍｍ未満）で
あるため、厚さが１ｍｍの場合でも焼入れが心部にまで
施されておらず、転がり軸受に必要な硬さＨｖ６６０
（ＨＲＣ５８．３）を下回っていた。それに対して実施
例１の場合は、厚さが５ｍｍと大きい場合は焼入れが心
部にまで施されていなかったが、厚さ３ｍｍまでは焼入
れが心部にまで施されていて、硬さはＨｖ７００以上で
あった。

【００３２】また、実施例２，３の場合は、鋼の焼入性
が優れているため、厚さが５ｍｍと大きい場合でも焼入
れが心部にまで施されていて、硬さはＨｖ７００以上と
十分なものであった。次に、実施例２と比較例の環状部
材について、焼入れ，焼戻し後の真円度を測定すること
により、熱処理による変形量を評価した。この評価のた
めに外径が８〜１５０ｍｍの１１種の環状部材を新たに
用意し（表３参照）、前述と同様の熱処理を施して、外
径３０ｍｍのものと併せて評価した。なお、それぞれの
環状部材について、厚さ１，２，３ｍｍの３種を用意し
た。評価結果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】比較例については、外径，厚さにかかわら
ず、全ての環状部材の真円度が０．０２０ｍｍを超えて
いた。真円度が０．０２０ｍｍを超えると、研削工程の
加工時間を短縮することができず、加工コストを低減す
ることができない。これに対して、実施例２の場合は、
外径が３０ｍｍ以下のものであれば、どのような厚さで
あっても全て真円度が０．０２０ｍｍ以下であった。し
たがって、研削工程の加工時間を短縮することができる
から、加工コストを低減することが可能である。

【００３５】ただし、外径が４０ｍｍ以上のものについ
ては、真円度が０．０２０ｍｍを超えていた。以上の結
果から、ＤＩ値が２５０ｍｍ以上という焼入性の優れた
鋼で環状部材を構成し、その厚さの最大値を３ｍｍ以下
とし、さらに、その外径を３０ｍｍ以下とすれば、焼入
れの冷却に冷却速度の小さいガス冷却を採用しても、心
部まで焼入れを施すことができて、心部の硬さを転がり
軸受に必要な硬さであるＨｖ６６０以上とすることがで
きる。また、焼入れ時の変形を小さくできるので、０．
０２０ｍｍ以下という十分な真円度を有する環状部材を
得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１の転が
り軸受は、ＤＩ値が２５０ｍｍ以上という焼入性の優れ
た鋼で軌道輪を構成し、該鋼で構成された軌道輪の厚さ
の最大値を３ｍｍ以下としたので、焼入れの冷却に冷却
速度の小さいガス冷却を採用しても、心部まで焼入れを
施すことができる。また、熱処理による変形量が小さい
ので、真円度が良好である。

【００３７】また、本発明の請求項２の転がり軸受は、
外輪の外径を３０ｍｍ以下としたので、焼入れ時の変形
が小さく、十分な真円度を有している。さらに、本発明
の請求項３の転がり軸受は、前記鋼で構成された軌道輪
を、加熱を真空中で行い冷却を不活性ガス中で行う焼入
れを施されたものとしたので、焼入れの冷却における冷
却剤に焼入れ油やソルトを使用する必要がない。したが
って、冷却剤を除去する後洗浄工程が不要である。

【００３８】また、焼入れの加熱を真空中で行い、冷却
を不活性ガス中で行うので、軌道輪に付着する異物の量
が少ない。よって、転がり軸受の音響品質が優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転がり軸受の一実施形態である単列深
みぞ玉軸受の構造を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１外輪２内輪３玉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 33/64 Ｆ１６Ｃ 33/64 // Ｃ２１Ｄ 9/40 Ｃ２１Ｄ 9/40 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪と
の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備えた
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一方が、炭素を
０．７〜１．１％、ケイ素を１．０％以下、マンガンを
１．５％以下、クロムを８．０％以下、モリブデンを
２．０％以下含有し且つＤＩ値が２５０ｍｍ以上である
鋼で構成されるとともに、その厚さの最大値が３ｍｍ以
下であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】前記外輪の外径が３０ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】前記外輪及び前記内輪のうち前記鋼で構
成されたものは、加熱を真空中で行い冷却を不活性ガス
中で行う焼入れを施されたものであることを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の転がり軸受。