JP2003502505A - ころがり構造物鋼 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
0.90〜1.00 wt %のC、0.95〜1.05 wt %のSi、0.25〜0.45 wt %のMn、最高0.015 wt %のS、最高0.025 wt %のP、1.30〜1.50 wt %のCr、および0.17〜0.20 wt %のMoを含むころがり構造物鋼。望ましくは、この鋼は、860＋20 ℃でオーステナイト化し、油焼入れし、240＋20 ℃で焼戻すことによって製造する。この方法で、高いころがり接触疲れ強さおよび高温使用条件での寸法安定性を有する鋼が得られる。
Description
【０００１】
＜発明の属する技術分野＞
本発明は、下記のものを含むころがり構造物鋼に関する。
0.9〜1.00 wt %のC
0.95〜1.05 wt %のSi
0.25〜0.45 wt %のMn
最高0.015 wt %のS
最高0.025 wt %のP
1.30〜1.50 wt %のCr
【０００２】
＜従来の技術＞
ころがり構造物とは、ころがり軸受および、CVTおよびIVTのディスクおよび動
力ローラなど、他のころがり構造物の構成部品の両方を含む言葉である。
力ローラなど、他のころがり構造物の構成部品の両方を含む言葉である。
【０００３】
このような鋼は、既知であり、例えば、US-A-4992111の導入部で記述されてい
る。この鋼は、改良された軸受疲れ強さ寿命を有していることが知られている。
高い珪素含有量は、そのコストおよび球状化処理の際の黒鉛化問題の可能性のた
め、制限されている。クロムは、最少1.30 wt %で、無心焼入れ用に存在してい
る。
る。この鋼は、改良された軸受疲れ強さ寿命を有していることが知られている。
高い珪素含有量は、そのコストおよび球状化処理の際の黒鉛化問題の可能性のた
め、制限されている。クロムは、最少1.30 wt %で、無心焼入れ用に存在してい
る。
【０００４】
EP0721996A1は、高炭素軸受鋼の組成を非常に一般的な仕方で開示している。
示された範囲は、一般に広く、特定の組成を選択することは不可能である。
示された範囲は、一般に広く、特定の組成を選択することは不可能である。
【０００５】
構成部品および構造物のサイズを減らすことは、多くの用途で望まれることで
ある。その例は、自動車のホイールベアリングの設計に求められる。第一段階は
、ブレーキディスクサポートとアンギュラコンタクトハブユニット玉軸受を一体
化することである。これは、選択的な表面誘導焼入れを行って、一方では、関連
軌道の十分な硬さを得るとともに、他方では、車両のドライブおよびブレーキ荷
重を吸収するのに十分なハブユニットの靭性を得ることにより成し遂げられる。
しかしながら、このような構成部品をさらに減らすと、周囲と熱を交換するのに
利用できる表面が減ってしまう。その結果、関連構成部品の温度が上昇すること
になる。
ある。その例は、自動車のホイールベアリングの設計に求められる。第一段階は
、ブレーキディスクサポートとアンギュラコンタクトハブユニット玉軸受を一体
化することである。これは、選択的な表面誘導焼入れを行って、一方では、関連
軌道の十分な硬さを得るとともに、他方では、車両のドライブおよびブレーキ荷
重を吸収するのに十分なハブユニットの靭性を得ることにより成し遂げられる。
しかしながら、このような構成部品をさらに減らすと、周囲と熱を交換するのに
利用できる表面が減ってしまう。その結果、関連構成部品の温度が上昇すること
になる。
【０００６】
温度上昇の別の一例は、コンパクトな交流発電機の深溝玉軸受の小形化による
ものである。
ものである。
【０００７】
また、温度上昇が普通に見られる別の例は、IVTディスクおよび動力ローラで
ある。これら構成部品における最高接触応力は、4 GPaの高さにもなり、これは
、既知のころがり軸受鋼にとっては余りにも高過ぎる値であり、ディスクおよび
動力ローラは、これらの応力レベルでは、剥離が生じやすくなる。図は、このよ
うなIVT変速装置の一例を示す。以下、IVT変速装置の設計の要件を挙げると、 接触疲れ強さが高いこと、 静荷重容量が高いこと、 構造的な疲れ強さおよび疲れ亀裂阻止特性が高いこと、 寸法安定性、すなわち、成長および軸方向すきまの増大に対する抵抗性、 高温耐量、 振動荷重に対する許容度が高く、誤ブリネリングに対する抵抗性が高いこと。
ある。これら構成部品における最高接触応力は、4 GPaの高さにもなり、これは
、既知のころがり軸受鋼にとっては余りにも高過ぎる値であり、ディスクおよび
動力ローラは、これらの応力レベルでは、剥離が生じやすくなる。図は、このよ
うなIVT変速装置の一例を示す。以下、IVT変速装置の設計の要件を挙げると、 接触疲れ強さが高いこと、 静荷重容量が高いこと、 構造的な疲れ強さおよび疲れ亀裂阻止特性が高いこと、 寸法安定性、すなわち、成長および軸方向すきまの増大に対する抵抗性、 高温耐量、 振動荷重に対する許容度が高く、誤ブリネリングに対する抵抗性が高いこと。
【０００８】
＜発明の要約＞
本発明の目的は、表面強さが高く、降伏強さが高い強靭なコアーを有し、安定
したミクロ組織が高温耐量を有するその構成部品を作り出すための鋼並びに方法
を提供することである。
したミクロ組織が高温耐量を有するその構成部品を作り出すための鋼並びに方法
を提供することである。
【０００９】
本発明によれば、これは、0.17〜0.20 wt %のMoを含む上記の鋼で実現できる
。
。
【００１０】
驚くべきことに、珪素とモリブデンを組み合わせると、高温ころがり疲れ強さ
が増大することが分かった。この組成を有する鋼では、炭素の含有量が高いにも
関わらず、黒鉛化の問題が生じない。Moの含有量の指定がよいため、偏析は、最
小限に抑えられる。
が増大することが分かった。この組成を有する鋼では、炭素の含有量が高いにも
関わらず、黒鉛化の問題が生じない。Moの含有量の指定がよいため、偏析は、最
小限に抑えられる。
【００１１】
モリブデンの含有量が、高炭素との組合せで高すぎると、液状鋼の凝固の際、
過度の偏析が生ずることが分かったため、Moの上限値は、0.20 wt %である。モ
リブデンの含有量を高くすることも可能であるが、均質化処理に要する時間が長
くなり、また（あるいは）、ころがり軸受およびITV構成部品を製造するための
製鋼および熱間成形作業の際の熱間加工性が失われることになる。
過度の偏析が生ずることが分かったため、Moの上限値は、0.20 wt %である。モ
リブデンの含有量を高くすることも可能であるが、均質化処理に要する時間が長
くなり、また（あるいは）、ころがり軸受およびITV構成部品を製造するための
製鋼および熱間成形作業の際の熱間加工性が失われることになる。
【００１２】
本発明の別の好適な実施形態によれば、0.25 wt %またはそれ以下のNiが加え
られる。また、望ましくは、0.30 wt %またはそれ以下のCuも存在する。また別
の好適な実施形態によれば、鋼に30 ppm またはそれ以下のTiが存在し、同じも
のに、最高10 ppmで存在すべき酸素が加えられる。本発明によれば、選択的な表
面焼入れおよびより詳しくは誘導焼入れが、選択された表面部域に使用可能であ
る。
られる。また、望ましくは、0.30 wt %またはそれ以下のCuも存在する。また別
の好適な実施形態によれば、鋼に30 ppm またはそれ以下のTiが存在し、同じも
のに、最高10 ppmで存在すべき酸素が加えられる。本発明によれば、選択的な表
面焼入れおよびより詳しくは誘導焼入れが、選択された表面部域に使用可能であ
る。
【００１３】
＜発明の実施の形態＞
以下、添付の図を参照して、本発明をさらに説明する。
【００１４】
図１は、IVTの一例を示す。IVTは、大部分の実施形態において、エンジンの出
力軸に接続された入力ディスク１および車両の駆動チェーンもしくはその先のギ
ヤボックスの構成部品あるいは可変比で駆動される任意の他の構成部品に接続さ
れた対向位置の出力ディスク２を含んでいる。両ディスクの間には、多数の動力
ローラ３が有る。動力ローラ３は、任意の軸で支持でき、その軸心は４で示して
ある。この軸は、矢印５の方向に回動可能である。入力ディスクと出力ディスク
との間の速度伝達比は、他のローラの、矢印５の方向の回動により変わる。図１
に示したように、動力ローラ３は、その中心線の近くで入力ディスクと係合して
おり、一方、出力ディスクとは、この中心線の遠くで係合している。動力ローラ
の円周面は、入力ディスクの軌道８および出力ディスクの軌道９に、それぞれ、
圧力で締め付けられている。この締付け力は、矢印１０で模式的に示してある。
図１のIVTは、「Torotrak IVT」とも呼ばれている。従来技術では、他の手段も
用いられているが、どの実施形態でも、少なくとも３個の動力ローラを設け、そ
れらを矢印５の方向に幾らか傾斜させて、入力ディスクと出力ディスクとの間の
速度伝達の比を変えるようになっている。このような構造によれば、従来の自動
変速装置に比べて、効率が１５％アップできることが分かった。また、ころがり
軸受の場合と異なり、この構造体の隣接する構成部品の間には、いかなる潤滑膜
もない。
力軸に接続された入力ディスク１および車両の駆動チェーンもしくはその先のギ
ヤボックスの構成部品あるいは可変比で駆動される任意の他の構成部品に接続さ
れた対向位置の出力ディスク２を含んでいる。両ディスクの間には、多数の動力
ローラ３が有る。動力ローラ３は、任意の軸で支持でき、その軸心は４で示して
ある。この軸は、矢印５の方向に回動可能である。入力ディスクと出力ディスク
との間の速度伝達比は、他のローラの、矢印５の方向の回動により変わる。図１
に示したように、動力ローラ３は、その中心線の近くで入力ディスクと係合して
おり、一方、出力ディスクとは、この中心線の遠くで係合している。動力ローラ
の円周面は、入力ディスクの軌道８および出力ディスクの軌道９に、それぞれ、
圧力で締め付けられている。この締付け力は、矢印１０で模式的に示してある。
図１のIVTは、「Torotrak IVT」とも呼ばれている。従来技術では、他の手段も
用いられているが、どの実施形態でも、少なくとも３個の動力ローラを設け、そ
れらを矢印５の方向に幾らか傾斜させて、入力ディスクと出力ディスクとの間の
速度伝達の比を変えるようになっている。このような構造によれば、従来の自動
変速装置に比べて、効率が１５％アップできることが分かった。また、ころがり
軸受の場合と異なり、この構造体の隣接する構成部品の間には、いかなる潤滑膜
もない。
【００１５】
各動力ローラの円周面並びに軌道８および９には、相当な荷重が掛る。今まで
この方法が一般に採用されなかった理由の一つは、恐らくこれであろう。例えば
、各動力ローラの円周面と関連軌道との間の最大接触応力は、４GPaにもなる場
合がある。これは、普通のころがり軸受で生ずる接触圧力より遥かに大きい。さ
らに、矢印５の方向の傾斜運動では、ローラは、ディスクに対して、スリップす
ることになる。このスリップは、ころがり軸受では生じない。繰返し曲げ応力に
よる疲れ亀裂および破壊が報告されている。ディスクの、円１１内の部域は、特
に傷つき易い。これは、粘着摩擦面（軌道）のころがり接触疲れ強さと疲れ破壊
強さを改善しなければならないことを意味している。以下は、IVT変速装置のい
くつかの構成部品に対する荷重状況を極めて概略的に纏めた表である。
この方法が一般に採用されなかった理由の一つは、恐らくこれであろう。例えば
、各動力ローラの円周面と関連軌道との間の最大接触応力は、４GPaにもなる場
合がある。これは、普通のころがり軸受で生ずる接触圧力より遥かに大きい。さ
らに、矢印５の方向の傾斜運動では、ローラは、ディスクに対して、スリップす
ることになる。このスリップは、ころがり軸受では生じない。繰返し曲げ応力に
よる疲れ亀裂および破壊が報告されている。ディスクの、円１１内の部域は、特
に傷つき易い。これは、粘着摩擦面（軌道）のころがり接触疲れ強さと疲れ破壊
強さを改善しなければならないことを意味している。以下は、IVT変速装置のい
くつかの構成部品に対する荷重状況を極めて概略的に纏めた表である。
【００１６】
図２は、ホイールハブの一部を示す。２０は、ホイールおよびブレーキディス
クを接続すべきフランジの参照符号である。玉軸受の正面は、２１で示してあり
、玉部は、２３および２４で示してある。軌道の陰線を施した部分には、比較的
高い接触疲れが存在する。フランジそれ自体は、相当な降伏強さ、靭性および構
造疲れ強さを有する材料から作るべきである。長期使用後の軸方向すきまの増大
に対する抵抗性については、全体的に高い条件が課せられている。ホイール軸受
の調整は、もはや許されず、関連車両の使用寿命中は、軸方向すきまのいかなる
実質的な増大も有るべきではない。
クを接続すべきフランジの参照符号である。玉軸受の正面は、２１で示してあり
、玉部は、２３および２４で示してある。軌道の陰線を施した部分には、比較的
高い接触疲れが存在する。フランジそれ自体は、相当な降伏強さ、靭性および構
造疲れ強さを有する材料から作るべきである。長期使用後の軸方向すきまの増大
に対する抵抗性については、全体的に高い条件が課せられている。ホイール軸受
の調整は、もはや許されず、関連車両の使用寿命中は、軸方向すきまのいかなる
実質的な増大も有るべきではない。
【００１７】
本発明によれば、両タイプのころがり構造物に対して設定されている条件は、
下記の組成を有する鋼により満たされる。
下記の組成を有する鋼により満たされる。
【００１８】
0.9〜1.00 wt %のC
0.95〜1.05 wt %のSi
0.25〜0.45 wt %のMn
最高0.015 wt %のS
最高0.025 wt %のP
1.30〜1.50 wt %のCr
0.17〜0.20 wt %のMo 。
【００１９】
図３は、珪素の添加による強さの増大を示す。コアーの強さは増大し、軟焼き
なまし鋼の選択的な表面誘導加熱処理を行うことが可能である。降伏強さは、表
面誘導焼入れ鋼の重要な設計条件である。
なまし鋼の選択的な表面誘導加熱処理を行うことが可能である。降伏強さは、表
面誘導焼入れ鋼の重要な設計条件である。
【００２０】
図４aおよび４bは、珪素とモリブデンの組合せの、無心マルテンサイト焼入れ
鋼および高温硬さ保持力に対する有利な影響を示す。これらの図は、0.95 wt %
のC、0.36 wt %のMn、1.73 wt %のCrおよび0.32 wt %のMoの組成を有するマルテ
ンサイト焼入れ鋼に対する珪素添加の効果を、0.32 wt %のSiおよび0.92 wt %の
Siの両方の場合で示す。
鋼および高温硬さ保持力に対する有利な影響を示す。これらの図は、0.95 wt %
のC、0.36 wt %のMn、1.73 wt %のCrおよび0.32 wt %のMoの組成を有するマルテ
ンサイト焼入れ鋼に対する珪素添加の効果を、0.32 wt %のSiおよび0.92 wt %の
Siの両方の場合で示す。
【００２１】
本発明は、鋼の好適な応用例を引用して説明したが、本発明による鋼は、ころ
がり軸受、CTVディスクの動力ローラおよびCVJ玉継手など、任意のころがり構造
物の任意の構成部品に使用可能であることを理解すべきである。本発明によれば
、ころがり接触疲れ強さは、高温（150℃以上）で相当に向上する。
がり軸受、CTVディスクの動力ローラおよびCVJ玉継手など、任意のころがり構造
物の任意の構成部品に使用可能であることを理解すべきである。本発明によれば
、ころがり接触疲れ強さは、高温（150℃以上）で相当に向上する。
【００２２】
本発明による鋼は、好適な実施形態によれば、無心焼入れまたは表面焼入れす
る。
る。
【００２３】
同様のことは、焼戻し処理にも当て嵌まり、焼戻しは、望ましくは、240±5℃
で、関連構成部品のサイズにもよるが、約4時間行う。
で、関連構成部品のサイズにもよるが、約4時間行う。
【００２４】
本発明は、本発明の好適な実施形態に関連を取って説明したが、本発明の範囲
は、それらに限定されず、添付の請求項の範囲内のあらゆる実施形態を包含する
。
は、それらに限定されず、添付の請求項の範囲内のあらゆる実施形態を包含する
。
【図１】
IVTの一例を示す。
【図２】
ホイールベアリングの一部を示す。
【図３ａ〜ｄ】
珪素添加の効果を示すグラフである。
【図４ａ〜ｂ】
マルテンサイト焼入れ鋼における珪素添加の効果を示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年７月９日（２００１．７．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
＜発明の属する技術分野＞
本発明は、ころがり構造物鋼の構成部品を製造する方法に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば、これは、0.90〜1.00 wt %のC、0.95〜1.05 wt %のSi、0.25
〜0.45 wt %のMn、最高0.015 wt %のS、最高0.025 wt %のP、1.30〜1.50 wt %の
Crおよび0.17〜0.25 wt %のMo、残余はFeおよび不純物を含むころがり構造物鋼
の構成部品を製造するための方法であって、前記鋼の構成部品は、860±20 ℃で
オーステナイト化により無心焼入れされ、250±20 ℃で焼戻されることを特徴と
する方法により実現される。
〜0.45 wt %のMn、最高0.015 wt %のS、最高0.025 wt %のP、1.30〜1.50 wt %の
Crおよび0.17〜0.25 wt %のMo、残余はFeおよび不純物を含むころがり構造物鋼
の構成部品を製造するための方法であって、前記鋼の構成部品は、860±20 ℃で
オーステナイト化により無心焼入れされ、250±20 ℃で焼戻されることを特徴と
する方法により実現される。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年８月２４日（２００１．８．２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，
ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ
Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ
，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，
ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ
Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ
，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，
ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ
Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ
，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，
ＺＷ
Ｆターム(参考） 4K042 AA20 AA22 AA23 BA01 BA02
BA03 BA04 CA05 CA08 CA10
CA12 DA01 DA02 DB01 DC02
Claims (12)
- 【請求項１】 0.9〜1.00 wt %のC 0.95〜1.05 wt %のSi 0.25〜0.45 wt %のMn 最高0.015 wt %のS 最高0.025 wt %のP 1.30〜1.50 wt %のCr を含むころがり構造物鋼において、 該鋼は、0.17〜0.20 wt %のMoを含むことを特徴とするころがり構造物鋼。
- 【請求項２】 0.18〜0.20 wt %のMoを含むこととする請求項１に記載のこ
ろがり構造物鋼。 - 【請求項３】 0.25 wt %またはそれ以下のNiを含むこととする上記請求項
のうちのいずれか一つに記載のころがり構造物鋼。 - 【請求項４】 0.30 wt %またはそれ以下のCuを含むこととする上記請求項
のうちのいずれか一つに記載のころがり構造物鋼。 - 【請求項５】 30% ppmまたはそれ以下のTiを含むこととする上記請求項の
うちのいずれか一つに記載のころがり構造物鋼。 - 【請求項６】 10% ppmまたはそれ以下のOを含むこととする上記請求項のう
ちのいずれか一つに記載のころがり構造物鋼。 - 【請求項７】 0.9〜1.00 wt %のC、0.95〜1.05 wt %のSi、0.25〜0.45 wt
%のMn、最高0.015 wt %のS、最高0.025 wt %のP、1.30〜1.50 wt %のCr、および
0.17〜0.25 wt %のMoを含むころがり構造物鋼の構成部品を製造する方法におい
て、前記鋼の構成部品は、860±20℃でのオーステナイト化により、無心焼入れ
されることを特徴とする方法。 - 【請求項８】 前記鋼の構成部品は、860＋5 ℃でオーステナイト化される
こととする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記鋼の構成部品は、油焼入れされることとする請求項７ま
たは請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記鋼の構成部品は、250＋20 ℃で焼戻されることとする
請求項７ないし請求項９のうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記鋼の構成部品は、240＋5 ℃で焼戻されることとする
請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 表面の選択的部域が、焼き入れされることとする請求項７
ないし請求項１１のうちのいずれか一つに記載の方法。
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