JP2004218761A - ころ軸受用保持器 - Google Patents
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Abstract
【課題】帯状の金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されかつ円周数ヶ所に径方向に貫通するポケット３を有するころ軸受用保持器１において、耐久性ならびに信頼性を高める。
【解決手段】保持器１の表面の金属組織がマルテンサイトとされているとともに、表面の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下に設定されており、かつ、保持器１の内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とされているとともに、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上に設定されている。これにより、保持器１の疲労強度が向上する。
【選択図】 図１
【解決手段】保持器１の表面の金属組織がマルテンサイトとされているとともに、表面の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下に設定されており、かつ、保持器１の内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とされているとともに、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上に設定されている。これにより、保持器１の疲労強度が向上する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころ軸受用保持器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
保持器ところのみで構成されるころ軸受（いわゆるケージ・アンド・ローラ）で用いる保持器のうち、溶接タイプの保持器がある。
【０００３】
この溶接タイプの保持器とは、一般的に、帯状金属板をベースとしてポケットを形成するなど必要な加工を施してから、円筒形に丸めて両端を溶接するようにしたものである。
【０００４】
この溶接タイプの保持器では、成形しやすくかつ溶接しやすくするために、例えばＪＩＳ規格ＳＰＣなどの低炭素鋼を用い、さらに、耐摩耗性を高めるために、表面部分に対して浸炭硬化処理を行うことにより表面の金属組織をマルテンサイトとするとともに表面を高硬度とするようにしている。（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２３７６２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の保持器では、疲労強度が不足し、特に条件の厳しい環境での使用において耐久性が低下することが指摘される。なお、上記従来例の保持器では、表面硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で７５０〜８００で、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で１５０〜１７０になっている。このことに基づき本発明者は、上記従来例の保持器内部の金属組織がフェライト／パーライトであると推察し、このような金属組織が原因で上述したように疲労強度が不足する結果になっていたものと考えた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のころ軸受用保持器は、帯状金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されかつ円周数ヶ所に径方向に貫通するポケットが設けられたもので、表面の金属組織がマルテンサイトとされているとともに、表面の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下に設定されており、かつ、内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とされているとともに、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上に設定されている。
【０００８】
この場合、保持器において特に内部の金属組織を緻密で安定させたうえで、内部の硬度を必要十分に高めているから、疲労強度が向上するに至った。
【０００９】
なお、上記帯状金属板として、Ｃ成分の含有量が０．１０％以上に設定された冷間圧延鋼板が用いられており、これに対して製造過程で熱処理が施されることによって前記表面から内部までの金属組織や硬度が確保されたものとすることができる。この場合、上記のような金属組織や硬度を容易に確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図６に本発明の一実施形態を示している。図中、１は保持器、２はころである。この保持器１は、ころ２のみを組み合わせて、ケージ・アンド・ローラと呼ばれるころ軸受を構成するものである。このころ軸受は、例えば手動式変速機の各部に使用され、上記変速機内部の軸などといった内径側部材の外周面をころ２の内輪軌道として、また、上記変速機内部の変速ギヤなどといった外径側部材の内周面をころ２の外輪軌道とする。
【００１１】
上記保持器１は、帯状金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されるものであり、その円周数ヶ所に径方向に貫通するポケット３が設けられている。ここでの保持器１は、外径面が外径側部材に案内される。
【００１２】
上記ポケット３は、平面的に見てほぼ長方形であり、このポケット３に対してころ２が径方向内外に抜け出さないように収納される。例えば、保持器１において、周方向で隣り合う各ポケット３の間に柱部４が存在し、柱部４の軸方向両側に円環部が存在している。また、ポケット３の断面形状は、上記のような製作方法に基づき、図４に示すように、扇形となる。
【００１３】
上記柱部４の軸方向中間部分は、径方向内向きに沈み込むように屈曲されている。この沈んだ軸方向中間部分において軸方向両端部５，５の周方向対向間隔、つまりポケット３における内径側の開口幅は、ころ２の直径よりも小さく設定されており、これにより、図４に示すように、ころ２が径方向内向きに抜け出すことを防止するようになっている。また、柱部４において軸方向両端部の周方向両側面には、凸部６が設けられている。ポケット３内に臨む２つの柱部４の各凸部６，６の周方向対向間隔が、ころ２の直径よりも小さく設定されており、これにより、図５に示すように、ころ２が径方向外向きに抜け出すことを防止するようになっている。なお、図４および図５において、ＰＣＤは、ころ２および保持器１を使用対象に組み込んだ状態において、すべてのころ２の中心を結ぶ円径を示している。
【００１４】
上記構成において、本実施形態では、上記保持器１において、表面の金属組織をマルテンサイトとするとともに、表面の硬度をビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下、好ましくは４００以上６００以下、より好ましくは４７０以上５７０以下に設定したうえで、内部の金属組織を低炭素マルテンサイトを主体とした組織にするとともに、内部の硬度をビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上４００以下、好ましくは３００以上４００以下に設定している。
【００１５】
要するに、上記数値範囲は、保持器１の表面硬度を過剰に硬くせずに内部硬度を前記表面硬度に近づけることにより、成形や溶接のしやすさを確保したうえで疲労強度を高めることを考慮して、本発明者が実験に基づいて定めたものである。特に、表面の硬度は４００ＨＶ以上６００ＨＶ以下であれば疲労強度が向上するが、４７０ＨＶ以上５７０ＨＶ以下が好適である。一方、表面の硬度を上限の７００ＨＶとした場合には、疲労強度が若干落ちるものの、耐摩耗性において優れている。これらのことから、要求される条件を考慮して、硬度を設定するのが好ましい。
【００１６】
また、保持器１の内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とするという意味は、この保持器１の内部にフェライトが例えば１０％以下存在する場合も含む意味である。また、上記保持器１の表面とは、特に限定されるものではないが、本発明の一適用例として、例えば、保持器１の板厚を１．２〜２．０ｍｍとした場合において外表面から深さ０．１５ｍｍまでの範囲を含むものであり、この範囲に従うとそれよりも深い部分が保持器１の内部となる。
【００１７】
このような保持器１の製造方法について説明する。
【００１８】
まず、保持器１のベースとなる帯状金属板として、Ｃ成分の含有量が０．１０％以上０．２０％以下に設定された冷間圧延鋼板を用いる。この冷間圧延鋼板としては、例えばＢＡＳ規格ＳＰＢ２（Ｃ成分の含有量０．１３％以上０．２０％以下）を挙げることができる。
【００１９】
この帯状金属板に対して、図２に示す断面形状を得るために幅方向中間部分を段付き形状とするよう屈曲する工程と、ポケット３を形成する工程と、熱処理を行う工程と、円筒形に丸めて両端を溶接する工程とを少なくとも行う。なお、溶接工程の後で、例えば研磨仕上げなどを行う。
【００２０】
上記熱処理は、浸炭焼入れ、焼き戻しを含む。浸炭焼入れでは、表面に所定量のＣ成分を浸透拡散させることにより高炭素とし、これを焼入れする。この浸炭時の焼入れでは、例えば、８００℃以上９００℃以下の温度で、０．５ｈ以上１．０ｈ以下の時間をかけて行う。また、焼き戻しでは、前記浸炭焼入れにより保持器１の表面や内部に残留するオーステナイトをマルテンサイト化させる。この焼き戻しとしては、例えば、３００℃以上４００℃以下の温度で、０．５ｈ以上１．５ｈ以下の時間をかけて行う。
【００２１】
以上説明したように、この実施形態では、保持器１のベースとなる帯状金属板として、従来品よりもＣ成分の含有量の多い高炭素鋼を用い、熱処理を施すことにより、完成品の保持器１における表面から内部までの金属組織や硬度を上述したように設定している。特に、保持器１の内部の金属組織を、従来例のようなフェライト／パーライトに比べて緻密で安定したものにするとともに、保持器１の内部の硬度を必要十分に高めるようにしている。これにより、保持器１の疲労強度を向上できて、耐久性、信頼性の向上に貢献できるようになる。
【００２２】
参考までに、表面硬度を変えて疲労強度試験を行ったので、説明する。試料としては、実施例１，２と比較例との３つを用意した。実施例１，２および比較例に係る試料は、上述した形状の保持器とし、硬度を変えている。実施例１は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＢ２として、表面硬度を５３０ＨＶに、内部硬度は３５０ＨＶに設定している。実施例２は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＢ２として、表面硬度を７００ＨＶに、内部硬度は３８０ＨＶに設定している。比較例は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＣとして、表面硬度を６５０ＨＶに、内部硬度は１５０ＨＶに設定している。
【００２３】
結果としては、図６に示すように、実施例１，２は、すべての条件において疲労強度が比較例よりも向上していることが確認できた。図６において、縦軸は試料に加えるラジアル方向の荷重を表し、また、横軸は試料に与える荷重の繰り返し数を対数で表している。繰り返し周期は２０ＨＺである。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施形態で例示した保持器１のみに限定されるものではなく、ポケット３の孔形状や柱部４の断面形状が異なるものにも本発明を適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のころ軸受用保持器は、従来例に比べて疲労強度が向上するので、条件の厳しい環境での使用においても耐久性ならびに信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るころ軸受用保持器の一部を示す斜視図
【図２】図１のころ軸受用保持器の上半分を示す断面図
【図３】図１のころ軸受用保持器のポケットを示す平面展開図
【図４】図１の（４）−（４）線断面の矢視図
【図５】図１の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】本発明ならびに比較例のころ軸受用保持器に関する疲労強度を調べた結果を示す図表
【符号の説明】
１ 保持器
２ ころ
３ 保持器のポケット
４ 保持器の柱部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころ軸受用保持器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
保持器ところのみで構成されるころ軸受（いわゆるケージ・アンド・ローラ）で用いる保持器のうち、溶接タイプの保持器がある。
【０００３】
この溶接タイプの保持器とは、一般的に、帯状金属板をベースとしてポケットを形成するなど必要な加工を施してから、円筒形に丸めて両端を溶接するようにしたものである。
【０００４】
この溶接タイプの保持器では、成形しやすくかつ溶接しやすくするために、例えばＪＩＳ規格ＳＰＣなどの低炭素鋼を用い、さらに、耐摩耗性を高めるために、表面部分に対して浸炭硬化処理を行うことにより表面の金属組織をマルテンサイトとするとともに表面を高硬度とするようにしている。（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２３７６２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の保持器では、疲労強度が不足し、特に条件の厳しい環境での使用において耐久性が低下することが指摘される。なお、上記従来例の保持器では、表面硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で７５０〜８００で、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で１５０〜１７０になっている。このことに基づき本発明者は、上記従来例の保持器内部の金属組織がフェライト／パーライトであると推察し、このような金属組織が原因で上述したように疲労強度が不足する結果になっていたものと考えた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のころ軸受用保持器は、帯状金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されかつ円周数ヶ所に径方向に貫通するポケットが設けられたもので、表面の金属組織がマルテンサイトとされているとともに、表面の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下に設定されており、かつ、内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とされているとともに、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上に設定されている。
【０００８】
この場合、保持器において特に内部の金属組織を緻密で安定させたうえで、内部の硬度を必要十分に高めているから、疲労強度が向上するに至った。
【０００９】
なお、上記帯状金属板として、Ｃ成分の含有量が０．１０％以上に設定された冷間圧延鋼板が用いられており、これに対して製造過程で熱処理が施されることによって前記表面から内部までの金属組織や硬度が確保されたものとすることができる。この場合、上記のような金属組織や硬度を容易に確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図６に本発明の一実施形態を示している。図中、１は保持器、２はころである。この保持器１は、ころ２のみを組み合わせて、ケージ・アンド・ローラと呼ばれるころ軸受を構成するものである。このころ軸受は、例えば手動式変速機の各部に使用され、上記変速機内部の軸などといった内径側部材の外周面をころ２の内輪軌道として、また、上記変速機内部の変速ギヤなどといった外径側部材の内周面をころ２の外輪軌道とする。
【００１１】
上記保持器１は、帯状金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されるものであり、その円周数ヶ所に径方向に貫通するポケット３が設けられている。ここでの保持器１は、外径面が外径側部材に案内される。
【００１２】
上記ポケット３は、平面的に見てほぼ長方形であり、このポケット３に対してころ２が径方向内外に抜け出さないように収納される。例えば、保持器１において、周方向で隣り合う各ポケット３の間に柱部４が存在し、柱部４の軸方向両側に円環部が存在している。また、ポケット３の断面形状は、上記のような製作方法に基づき、図４に示すように、扇形となる。
【００１３】
上記柱部４の軸方向中間部分は、径方向内向きに沈み込むように屈曲されている。この沈んだ軸方向中間部分において軸方向両端部５，５の周方向対向間隔、つまりポケット３における内径側の開口幅は、ころ２の直径よりも小さく設定されており、これにより、図４に示すように、ころ２が径方向内向きに抜け出すことを防止するようになっている。また、柱部４において軸方向両端部の周方向両側面には、凸部６が設けられている。ポケット３内に臨む２つの柱部４の各凸部６，６の周方向対向間隔が、ころ２の直径よりも小さく設定されており、これにより、図５に示すように、ころ２が径方向外向きに抜け出すことを防止するようになっている。なお、図４および図５において、ＰＣＤは、ころ２および保持器１を使用対象に組み込んだ状態において、すべてのころ２の中心を結ぶ円径を示している。
【００１４】
上記構成において、本実施形態では、上記保持器１において、表面の金属組織をマルテンサイトとするとともに、表面の硬度をビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下、好ましくは４００以上６００以下、より好ましくは４７０以上５７０以下に設定したうえで、内部の金属組織を低炭素マルテンサイトを主体とした組織にするとともに、内部の硬度をビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上４００以下、好ましくは３００以上４００以下に設定している。
【００１５】
要するに、上記数値範囲は、保持器１の表面硬度を過剰に硬くせずに内部硬度を前記表面硬度に近づけることにより、成形や溶接のしやすさを確保したうえで疲労強度を高めることを考慮して、本発明者が実験に基づいて定めたものである。特に、表面の硬度は４００ＨＶ以上６００ＨＶ以下であれば疲労強度が向上するが、４７０ＨＶ以上５７０ＨＶ以下が好適である。一方、表面の硬度を上限の７００ＨＶとした場合には、疲労強度が若干落ちるものの、耐摩耗性において優れている。これらのことから、要求される条件を考慮して、硬度を設定するのが好ましい。
【００１６】
また、保持器１の内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とするという意味は、この保持器１の内部にフェライトが例えば１０％以下存在する場合も含む意味である。また、上記保持器１の表面とは、特に限定されるものではないが、本発明の一適用例として、例えば、保持器１の板厚を１．２〜２．０ｍｍとした場合において外表面から深さ０．１５ｍｍまでの範囲を含むものであり、この範囲に従うとそれよりも深い部分が保持器１の内部となる。
【００１７】
このような保持器１の製造方法について説明する。
【００１８】
まず、保持器１のベースとなる帯状金属板として、Ｃ成分の含有量が０．１０％以上０．２０％以下に設定された冷間圧延鋼板を用いる。この冷間圧延鋼板としては、例えばＢＡＳ規格ＳＰＢ２（Ｃ成分の含有量０．１３％以上０．２０％以下）を挙げることができる。
【００１９】
この帯状金属板に対して、図２に示す断面形状を得るために幅方向中間部分を段付き形状とするよう屈曲する工程と、ポケット３を形成する工程と、熱処理を行う工程と、円筒形に丸めて両端を溶接する工程とを少なくとも行う。なお、溶接工程の後で、例えば研磨仕上げなどを行う。
【００２０】
上記熱処理は、浸炭焼入れ、焼き戻しを含む。浸炭焼入れでは、表面に所定量のＣ成分を浸透拡散させることにより高炭素とし、これを焼入れする。この浸炭時の焼入れでは、例えば、８００℃以上９００℃以下の温度で、０．５ｈ以上１．０ｈ以下の時間をかけて行う。また、焼き戻しでは、前記浸炭焼入れにより保持器１の表面や内部に残留するオーステナイトをマルテンサイト化させる。この焼き戻しとしては、例えば、３００℃以上４００℃以下の温度で、０．５ｈ以上１．５ｈ以下の時間をかけて行う。
【００２１】
以上説明したように、この実施形態では、保持器１のベースとなる帯状金属板として、従来品よりもＣ成分の含有量の多い高炭素鋼を用い、熱処理を施すことにより、完成品の保持器１における表面から内部までの金属組織や硬度を上述したように設定している。特に、保持器１の内部の金属組織を、従来例のようなフェライト／パーライトに比べて緻密で安定したものにするとともに、保持器１の内部の硬度を必要十分に高めるようにしている。これにより、保持器１の疲労強度を向上できて、耐久性、信頼性の向上に貢献できるようになる。
【００２２】
参考までに、表面硬度を変えて疲労強度試験を行ったので、説明する。試料としては、実施例１，２と比較例との３つを用意した。実施例１，２および比較例に係る試料は、上述した形状の保持器とし、硬度を変えている。実施例１は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＢ２として、表面硬度を５３０ＨＶに、内部硬度は３５０ＨＶに設定している。実施例２は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＢ２として、表面硬度を７００ＨＶに、内部硬度は３８０ＨＶに設定している。比較例は、素材をＪＩＳ規格ＳＰＣとして、表面硬度を６５０ＨＶに、内部硬度は１５０ＨＶに設定している。
【００２３】
結果としては、図６に示すように、実施例１，２は、すべての条件において疲労強度が比較例よりも向上していることが確認できた。図６において、縦軸は試料に加えるラジアル方向の荷重を表し、また、横軸は試料に与える荷重の繰り返し数を対数で表している。繰り返し周期は２０ＨＺである。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施形態で例示した保持器１のみに限定されるものではなく、ポケット３の孔形状や柱部４の断面形状が異なるものにも本発明を適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のころ軸受用保持器は、従来例に比べて疲労強度が向上するので、条件の厳しい環境での使用においても耐久性ならびに信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るころ軸受用保持器の一部を示す斜視図
【図２】図１のころ軸受用保持器の上半分を示す断面図
【図３】図１のころ軸受用保持器のポケットを示す平面展開図
【図４】図１の（４）−（４）線断面の矢視図
【図５】図１の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】本発明ならびに比較例のころ軸受用保持器に関する疲労強度を調べた結果を示す図表
【符号の説明】
１ 保持器
２ ころ
３ 保持器のポケット
４ 保持器の柱部
Claims (2)
- 帯状金属板を円筒形に丸めて両端を溶接して製作されかつ円周数ヶ所に径方向に貫通するポケットが設けられたころ軸受用保持器であって、
表面の金属組織がマルテンサイトとされているとともに、表面の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で４００以上７００以下に設定されており、かつ、内部の金属組織が低炭素マルテンサイトを主体とされているとともに、内部の硬度がビッカース硬さ（ＨＶ）で２５０以上に設定されている、ころ軸受用保持器。 - 前記帯状金属板として、Ｃ成分の含有量が０．１０％以上に設定された冷間圧延鋼板が用いられており、これに対して製造過程で熱処理が施されることによって前記表面から内部までの金属組織や硬度が確保されている、請求項１のころ軸受用保持器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003007837A JP4120406B2 (ja) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | ころ軸受用保持器およびころ軸受用保持器の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2003007837A JP4120406B2 (ja) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | ころ軸受用保持器およびころ軸受用保持器の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004218761A true JP2004218761A (ja) | 2004-08-05 |
| JP4120406B2 JP4120406B2 (ja) | 2008-07-16 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263220A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Nsk Ltd | ケージアンドローラ |
| JP2015064108A (ja) * | 2009-06-15 | 2015-04-09 | コーヨー ベアリングス ノース アメリカ エルエルシー | ベアリングアセンブリのためのケージ |
-
2003
- 2003-01-16 JP JP2003007837A patent/JP4120406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263220A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Nsk Ltd | ケージアンドローラ |
| JP2015064108A (ja) * | 2009-06-15 | 2015-04-09 | コーヨー ベアリングス ノース アメリカ エルエルシー | ベアリングアセンブリのためのケージ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4120406B2 (ja) | 2008-07-16 |
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