JP2004301149A - 玉軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】接触面圧４２００ＭＰａ時の等価荷重に相当する静定格荷重を向上させ、且つ、異物侵入条件下においても異物の侵入を防止し、寿命低下を抑制することにより、耐転がり疲労の向上を図ることができる玉軸受を提供する。
【解決手段】軌道面１８を有する固定輪１２と、軌道面１６を有する回転輪１１と、両軌道面１８，１６の間に相対回転自在に配された複数の玉１３と、を備えた玉軸受１０であって、固定輪１２および回転輪１１に、焼入れ・焼戻し処理を行い、その後にサブゼロ処理を行うことにより、残留オーステナイト量を４％以下とし、硬さをＨｖ８１０から９００に設定し、玉１３に対して軸方向の少なくとも一方に密封式のシール部材１５を配した。
【選択図】 図１
【解決手段】軌道面１８を有する固定輪１２と、軌道面１６を有する回転輪１１と、両軌道面１８，１６の間に相対回転自在に配された複数の玉１３と、を備えた玉軸受１０であって、固定輪１２および回転輪１１に、焼入れ・焼戻し処理を行い、その後にサブゼロ処理を行うことにより、残留オーステナイト量を４％以下とし、硬さをＨｖ８１０から９００に設定し、玉１３に対して軸方向の少なくとも一方に密封式のシール部材１５を配した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のＭ／Ｔ，Ａ／Ｔ，ベルトＣＶＴ等のトランスミッションにおいて衝撃的な荷重が作用するデフサイド用軸受や、ハブユニット用軸受及び、オルタネータ，中間プーリ，電磁クラッチ等のエンジン補機用軸受について、基本静定格荷重を向上させることにより、耐圧痕性能を向上させる密封タイプの玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、玉軸受は、機械要素として極めて重要な地位を占めるものであるため、その材料については、寸法精度を維持するための寸法安定性、耐摩耗性及び高負荷に長時間耐え得る疲労強さを併せ持つことが要求される。
【０００３】
従来の玉軸受は、例えば、軸受鋼に代表されるような高炭素・高クロム鋼を用いているため、高い硬さを得るために焼入れ熱処理が施されており、熱処理時に５〜１０％程度のオーステナイト組織が必然的に残留する。この残留オーステナイトは、経年使用後に順次マルテンサイト変態し、寸法安定性において好ましくない。一方、残留オーステナイトを極めてゼロにするためには、２５０℃以上の高温焼戻しを行なうことにより可能となるが、硬度がＨＲＣ５７以下となるため軸受転動寿命として不利に働く。また、焼入れ後にサブゼロ処理を行なうことにより、残留オーステナイトを２％程度まで減少させ、且つ硬さを向上させることが可能であるが、設備やコスト面の問題が残る。
【０００４】
また、玉軸受に用いられる軸受鋼においては、焼入れを行なうに際し、まず６００℃の温度で予熱した後に、７８０〜８４０℃の温度で０．５〜１ｈ保持し、油冷または水冷する。この場合、残留オーステナイトは、その存在が避けられず、通常５〜１０％残留するが、その存在は硬さを低下させ、また、マルテンサイト化等によって変形をもたらすので少ない方がよい。残留オーステナイト量を減少させるために、サブゼロ処理を行なうことにより、−７０〜−１８０℃に冷却すればよいが、この処理は、残留オーステナイトの安定化の起こらない焼入れ直後に行なう必要がある。
【０００５】
更に、焼入れにおいて、フェライトをオーステナイトとし、焼入れによってマルテンサイトにする。焼入れ温度は、通常、ＳＵＪ１，２では、８１０〜８４０℃、ＳＵＪ３では、７９０℃で油および水焼入れを行なう。焼戻しにおいては、焼入れマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトにする。焼戻し温度は、通常、１５０〜１８０℃である。焼入れにより変態応力、熱応力により、後に残留応力を生ずる。この残留応力が大きいと焼割れを起こす。熱処理においては、焼割れを起こさないことが重要である。また、焼入れ温度が高過ぎると残留応力を大きくするため、圧壊値等の機械的性質を悪くする。焼戻しは、軸受鋼の機械的性質を向上させる。マルクエンチング処理は焼入れ残留応力を減少させる（非特許文献１参照）。
【０００６】
更にまた、軸受鋼における二次焼戻しの効果として、８３０℃焼入れ、１３０℃焼戻し、空冷後、１５０度にて焼戻しを行なった結果、一時焼戻し後空冷しによる残留オーステナイトの分解が起こり、二次焼戻しにより残留オーステナイトを更に安定させることができるため、複雑な形状のものでも焼割れを防止し、且つ、硬さがＨＲＣ程度で時効変形を少なくすることができる。
【０００７】
更に、玉軸受の寿命を向上させる技術としては、固定輪（外輪）をサブゼロ処理または２５０〜３８０℃の焼戻し処理を行なう技術が提案されている。この技術によれば、残留オーステナイト量を１０％以下とすることにより、振動・衝撃を受けても、組織変化やクラックが生じなくなり、軸受鋼の長寿命化が図られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
昭和３６年９月 日本工業新聞社発行 金属熱処理技術便覧 金属熱処理技術便覧 編集委員会編 第５７２頁）
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−３０８２１８号公報（第３〜４頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
玉軸受は、自動車の急発進等に見られる過大な荷重が瞬間的に生じるような大きな衝撃荷重を受けると、転動体と軌道面との間に局部的な永久変形を生ずる。その変形量は、荷重が大きくなるのに従い大きくなり、ある限界荷重を超えると、円滑な回転を阻害することがある。
基本静定格荷重とは、この最大応力を受けている転動体と軌道面の接触部との中央において、玉軸受の場合に、４２００ＭＰａの接触応力を生じさせるような静荷重をいう。
これは、軸受鋼の硬さが、Ｈｖ７５０程度であり、最大せん断応力（τ）と接触面圧との関係が、τ＝Ｐｍａｘ×０．３、τ＝１／６×Ｈｖがあるため、Ｐｍａｘ＝４２００ＭＰａが計算される。
しかしながら、自動車のデフサイド用軸受等、歯車等の切子が軸受内部に侵入しやすい環境下では、異物に負けない軌道面硬さを単純に向上させたり、異物による圧痕を緩和するために軌道面の残留オーステナイト量を２０％以上としたりする対策を行なわない場合、早期にはくりが生ずるといった問題が起きる。この問題により、上記特許文献１に記載された玉軸受では、異物起点からはくりが生ずるため、自動車のデフサイド用軸受への適用は難しい。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接触面圧４２００ＭＰａ時の等価荷重に相当する静定格荷重を向上させ、且つ、異物侵入条件下においても異物の侵入を防止し、寿命低下を抑制することにより、耐転がり疲労の向上を図ることができる玉軸受を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
（１） 軌道面を有する固定輪と、軌道面を有する回転輪と、前記固定輪の軌道面と前記回転輪の軌道面との間に相対回転自在に配された複数の玉と、を備えた玉軸受であって、少なくとも前記固定輪および回転輪に、焼入れ・焼戻し処理を行い、その後にサブゼロ処理を行うことにより、残留オーステナイト量を４％以下とし、硬さをＨｖ８１０から９００に設定し、前記玉に対して軸方向の少なくとも一方に密封式のシール部材を配したことを特徴とする玉軸受。
（２） 研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、前記軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足することを特徴とする（１）記載の玉軸受。
【００１３】
本発明に係る玉軸受によれば、焼入れ・焼戻し処理が行なわれ、その後にサブゼロ処理が行なわれることにより、残留オーステナイト量が４％以下で、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪が用いられ、密封式のシール部材が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪と、密封式のシール部材とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、寿命低下を抑制することにより長寿命とすることができる。
【００１４】
また、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすれば、軌道輪がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することにより、さらに長寿命化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の玉軸受の実施の形態例を図１に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態の玉軸受の半断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の一実施形態の玉軸受１０は、内輪（軌道輪）１１と、外輪（軌道輪）１２と、内外輪１１，１２間に複数配された転動体である玉１３と、玉１３を円周方向等間隔に保持する保持器１４と、玉１３に対して軸方向両側に配された一対のシール部材１５，１５と、から構成されている。この玉軸受１０は、深溝玉軸受である。
【００１７】
内輪１１は、内輪外径面の中央部に内輪軌道面１６が形成されており、内輪外径面の軸方向両端部に凹形状のシール溝１７，１７が形成されている。本実施形態では、内輪１１は、内周部に図示しない軸が内嵌されるため、回転輪として機能する。
【００１８】
内輪１１は、軸受鋼を用い、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理（深冷処理）を行い、その後に、仕上げ研磨加工して作成されている。内輪１１は、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａである。内輪軌道面１６は、溝曲率が５０．１〜５２．９％に設定されている。
【００１９】
また、内輪１１は、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する玉直径Ｄａの２％位置の領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が０〜２％を満足するようにしても良い。そうすることにより、内輪１１をさらに強化することができる。
【００２０】
外輪１２は、外輪内径面の中央部に外輪軌道面１８が形成されており、外輪内径面の軸方向両端部に、凹状にされたシール部材固定部１９，１９が形成されている。外輪１２は、外周部が図示しないハウジングに内嵌されるため、固定輪として機能する。
【００２１】
外輪１２は、軸受鋼を用い、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理（深冷処理）を行い、その後に、仕上げ研磨加工して作成されている。外輪１２は、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａである。外輪軌道面１８は、溝曲率が５１．０〜５３．９％に設定されている。
【００２２】
また、外輪１２は、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する玉直径Ｄａの２％位置の領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が０〜２％を満足するようにしても良い。そうすることにより、外輪１２がさらに強化することができる。
【００２３】
玉１３は、強度を向上させるために、軸受鋼２種に浸炭窒化処理及びサブゼロ処理を行うことにより、表面硬さを、Ｈｖ９００として強化した。
【００２４】
保持器１４は、もみ抜き保持器であって、円周方向に複数形成したポケト２０内に、内輪軌道面１６と外輪軌道面１８との間に配された玉１３を転動自在に保持している。
【００２５】
シール部材１５，１５は、円環形状に形成された密封式のシール部材である。シール部材１５は、金属製であって補強の役目をもつ芯金２１を、ゴムや合成樹脂等の弾性部材２２で覆って形成されている。シール部材１５の外径端部には、外輪１２のシール部材固定部１９に嵌着される固定部２３が形成されている。また、シール部材１５の内径端部には、内輪１１のシール溝１７に向けて延出していてシール溝１７の内側部に摺接するリップ２４が突出形成されている。一対のシール部材１５，１５によって囲まれた軸受空間内には、所定のグリースが封入される。シール部材１５は、玉１３に対して片側のみに配されてもよい
【００２６】
本実施形態の玉軸受１０によれば、内輪１１及び外輪１２が、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理を行い、その後に、仕上げ研磨加工して完成することにより、残留オーステナイト量が４％以下で、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａとされ、密封式の一対のシール部材１５，１５が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された内外輪１１，１２と、密封式の一対のシール部材１５，１５とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、寿命低下を抑制することにより長寿命とすることができる。
【００２７】
また、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすることにより、内外輪１１，１２がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することによりさらに長寿命化を図ることができる。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明に係る玉軸受を用い、比較例の玉軸受との寿命試験を行った。試験には、内径φ３０ｍｍ，外径φ６５ｍｍ，幅１７ｍｍの深溝玉軸受（ＪＩＳ名番６２０６）を用い、試験は、衝撃試験と耐久試験との２種類を実施した。
［衝撃試験条件］
ラジアル荷重を、Ｐ／Ｃ０ｒの１．２倍（１３８０ｋｇｆ），１．６倍（１８４０ｋｇｆ），２倍（２３００ｋｇｆ）の値により各５０回連続で負荷させ、その後に、軌道面の圧痕の有無を確認した。表１において、○印は圧痕無し、△印は１μｍ未満の圧痕有り、×印は１μｍ以上の圧痕有り、を示す。試験数は、各ｎ＝５個である。保持器は、プラスチックス製を用いた。試験後に軌道輪を分解し、圧痕の有無を確認した。
［耐久試験］
衝撃試験（２．０×Ｃ０ｒ）後の軸受を用い、ＶＧ６８の潤滑油を強制循環させた。試験荷重は、Ｆｒ＝４９５ｋｇｆ（Ｐ／Ｃｒ＝０．２５），回転数は、２０００ｒｐｍとした。また、異物に相当するものとして、Ｈｖ７５０の鉄分（粒径１５０μｍ）を０．０５ｇ／１０リットル混入させ、試験数を各ｎ＝５個とした。更に試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。試験打ち切り時間は、計算寿命が、Ｌｃａｌ＝５３３時間であるため、約２倍の１０００時間とした。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１により明らかなように、衝撃試験においては、
実施例１において、硬さをＨｖ８１０とし、残留オーステナイト量を４．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３１】
実施例２において、硬さをＨｖ８３０とし、残留オーステナイト量を３．２％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３２】
実施例３において、硬さをＨｖ８６０とし、残留オーステナイト量を２．４％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３３】
実施例４において、硬さをＨｖ８８０とし、残留オーステナイト量を２．３％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３４】
実施例５において、硬さをＨｖ９００とし、残留オーステナイト量を４．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３５】
実施例６において、硬さをＨｖ８５０とし、残留オーステナイト量を０．８％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３６】
実施例７において、硬さをＨｖ８９０とし、残留オーステナイト量を１．１％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３７】
実施例８において、硬さをＨｖ９３０とし、残留オーステナイト量を２．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で圧痕無し、となった。
【００３８】
実施例９において、硬さをＨｖ９５０とし、残留オーステナイト量を０．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で圧痕無し、となった。
【００３９】
比較例１は、一般的なＳＵＪ２を使用した。比較例１において、硬さをＨＶ７２０とし、残留オーステナイト量を９．８％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４０】
比較例２は、比較例１と同様のＳＵＪ２を使用した。比較例２において、硬さをＨＶ７５０とし、残留オーステナイト量を５．６％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４１】
比較例３は、通常のＳＵＪ２に通常の浸炭窒化処理のみを行った軸受鋼を使用した。比較例３において、硬さをＨｖ７８０とし、残留オーステナイト量を２４．２％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４２】
比較例４は、通常の肌焼鋼に通常の浸炭窒化処理のみを行った軸受鋼を使用した。比較例４において、硬さをＨｖ８１０とし、残留オーステナイト量を３４．３％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ未満の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２により明らかなように、耐久試験においては、
実施例１において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４４１０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が７２４時間で、３／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００４５】
実施例２において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４５１０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が７４３時間で、３／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００４６】
実施例３において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４６８０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が８４４時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４７】
実施例４において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４７９０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が８５２時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４８】
実施例５において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４９００ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が９６１時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４９】
実施例６において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４６２０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５０】
実施例７において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４８４０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５１】
実施例８において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を５０６０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５２】
実施例９において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を５１７０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５３】
比較例１において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、シール部材を配さない開放形としたものでは、評価時間が５２時間で、５／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００５４】
比較例２において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が９８時間で、５／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００５５】
比較例３において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１２５時間で、５／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００５６】
比較例４において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４４１０ＭＰａとし、シール部材を配さない開放形としたものでは、評価時間が３５２時間で、５／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００５７】
衝撃試験及び耐久試験の結果、実施例１，２，３においては、硬さをＨｖ８１０〜８６０とし、残留オーステナイト量を２．４〜４．０％とすることにより、耐衝撃性が向上し、１．６×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ以上の圧痕が発生されないことが判明した。また、片側にのみシール部材を配した実施例１，２は、３／５個の内輪にはくりが発生したが、計算寿命よりも長寿命となり、評価時間が、Ｌ１０＝７２４ｈｒ，７４３ｈｒとなった。両側にシール部材を配した実施例３においては、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、２／５個の内輪にはくりが生じた。
【００５８】
実施例４，５においては、硬さをＨｖ８８０，Ｈｖ９００とし、残留オーステナイト量を２．３％，４．０％とすることにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕が生じたのみであることが判明した。また、両側にシール部材を配した実施例４では、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生したが、計算寿命よりも長寿命となり、評価時間が、Ｌ１０＝８５２ｈｒとなった。片側にのみシール部材を配した実施例５においては、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、２／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝９５０ｈｒとなった。
【００５９】
実施例６，７においては、硬さをＨｖ８５０，Ｈｖ８９０とし、残留オーステナイト量を０．８％，１．１％とすることにより、実施例１〜４と比較して、ほぼ完全なマルテンサイト組織単一となり、降伏点が上昇したことにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕が生じたのみであることが判明した。また、両側にシール部材を配しているため、３０μｍ以下の微細な異物の侵入が認められる程度で、異常はなく、５／５個とも、評価時間が１０００ｈｒに至ってもはくりが発生しないことが確認された。
【００６０】
実施例８，９においては、硬さをＨｖ９３０，Ｈｖ９５０とし、残留オーステナイト量を２．０％，０．０％とすることにより、実施例１〜４と比較して、ほぼ完全なマルテンサイト組織単一となり、降伏点が上昇したことにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕は確認できず、さらに、片側のみシール部材を配したのにも拘わらず、異物混入の跡は認められたが、シビアな圧痕は生じず、５／５個とも、評価時間が１０００ｈｒに至ってもはくりが発生しないことが確認された。
【００６１】
一方、比較例１，２においては、１．２×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生し、シール部材を配していない比較例１では、５／５個のすべての内輪に異物起点によるはくりが発生し、評価時間が、Ｌ１０＝５２ｈｒとなり、計算寿命以下となった。両側にシール部材を配した比較例２では、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝９８ｈｒとなった。
【００６２】
比較例３においては、マルテンサイト組織とオーステナイト組織との混合組織であるため、硬さ上昇に伴う降伏点上昇がさほどないため、１．２×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生した。また、片側にのみシール部材を配したため、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝１２５ｈｒとなった。
【００６３】
比較例４においては、比較例３と同様に、マルテンサイト組織とオーステナイト組織との混合組織であるが、比較例３よりも降伏点が上昇したことにより、１．６×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生した。また、シール部材を配さないため、異物起点で５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝３５２ｈｒとなった。
【００６４】
本実施例における衝撃試験及び耐久試験においては、軌道輪のみについて実験を行なったが、玉についても本発明を適用することにより、更なる延命効果が期待できる。更に、内輪，外輪の溝曲率に関しては、それぞれ５２％で行なったが、内輪の溝曲率に関し、５０．１〜５１．９％とすることにより、軸傾きによる玉乗り上げを考慮して内輪面圧を低下させることが可能となり、静的強度を更に高めることが可能となる。また、外輪の溝曲率に関しては、内輪の接触面圧よりも小さくなるように、５２．１〜５３．９％とすることにより、内外輪の静定格荷重を同等にすることが可能である。
【００６５】
そして、本実施例に用いた材料は、軸受鋼２種の焼入れ焼戻し熱処理を行なったが、浸炭窒化処理焼入れ、焼戻し後にサブゼロ処理を行なうことにより、更に、長寿命効果を有するものとなる。また、玉に関しても、肌焼鋼やその材料に浸炭及び浸炭窒化処理を行なうことにより、同様な効果を得ることができる。
【００６６】
なお、本発明に係る玉軸受は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、内輪及び外輪の両軌道輪に熱処理を行ったが、当該熱処理を内輪のみに行っても良い。
また、玉軸受として、深溝玉軸受に代えて、アンギュラ玉軸受や各種ころ軸受に本発明を適用しても良い。
そして、保持器として、冠形保持器に代えて、鉄製の波型プレス保持器やもみ抜き保持器等に本発明を適用しても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の玉軸受によれば、焼入れ・焼戻し処理が行なわれ、その後にサブゼロ処理が行なわれることにより、残留オーステナイト量が４％以下で、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪が用いられ、密封式のシール部材が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪と、密封式のシール部材とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、接触面圧４２００ＭＰａ時の等価荷重に相当する静定格荷重を向上させ、且つ、異物侵入条件下においても異物の侵入を防止し、寿命低下を抑制することにより、耐転がり疲労の向上を図ることができる。
【００６８】
また、本発明の玉軸受によれば、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすることにより、軌道輪がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することにより、さらに長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の玉軸受の半断面図である。
【符号の説明】
１０ 玉軸受
１１ 内輪（回転輪）
１２ 外輪（固定輪）
１３ 玉
１４ 保持器
１５ シール部材
１６ 内輪軌道面（軌道面）
１８ 外輪軌道面（軌道面）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のＭ／Ｔ，Ａ／Ｔ，ベルトＣＶＴ等のトランスミッションにおいて衝撃的な荷重が作用するデフサイド用軸受や、ハブユニット用軸受及び、オルタネータ，中間プーリ，電磁クラッチ等のエンジン補機用軸受について、基本静定格荷重を向上させることにより、耐圧痕性能を向上させる密封タイプの玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、玉軸受は、機械要素として極めて重要な地位を占めるものであるため、その材料については、寸法精度を維持するための寸法安定性、耐摩耗性及び高負荷に長時間耐え得る疲労強さを併せ持つことが要求される。
【０００３】
従来の玉軸受は、例えば、軸受鋼に代表されるような高炭素・高クロム鋼を用いているため、高い硬さを得るために焼入れ熱処理が施されており、熱処理時に５〜１０％程度のオーステナイト組織が必然的に残留する。この残留オーステナイトは、経年使用後に順次マルテンサイト変態し、寸法安定性において好ましくない。一方、残留オーステナイトを極めてゼロにするためには、２５０℃以上の高温焼戻しを行なうことにより可能となるが、硬度がＨＲＣ５７以下となるため軸受転動寿命として不利に働く。また、焼入れ後にサブゼロ処理を行なうことにより、残留オーステナイトを２％程度まで減少させ、且つ硬さを向上させることが可能であるが、設備やコスト面の問題が残る。
【０００４】
また、玉軸受に用いられる軸受鋼においては、焼入れを行なうに際し、まず６００℃の温度で予熱した後に、７８０〜８４０℃の温度で０．５〜１ｈ保持し、油冷または水冷する。この場合、残留オーステナイトは、その存在が避けられず、通常５〜１０％残留するが、その存在は硬さを低下させ、また、マルテンサイト化等によって変形をもたらすので少ない方がよい。残留オーステナイト量を減少させるために、サブゼロ処理を行なうことにより、−７０〜−１８０℃に冷却すればよいが、この処理は、残留オーステナイトの安定化の起こらない焼入れ直後に行なう必要がある。
【０００５】
更に、焼入れにおいて、フェライトをオーステナイトとし、焼入れによってマルテンサイトにする。焼入れ温度は、通常、ＳＵＪ１，２では、８１０〜８４０℃、ＳＵＪ３では、７９０℃で油および水焼入れを行なう。焼戻しにおいては、焼入れマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトにする。焼戻し温度は、通常、１５０〜１８０℃である。焼入れにより変態応力、熱応力により、後に残留応力を生ずる。この残留応力が大きいと焼割れを起こす。熱処理においては、焼割れを起こさないことが重要である。また、焼入れ温度が高過ぎると残留応力を大きくするため、圧壊値等の機械的性質を悪くする。焼戻しは、軸受鋼の機械的性質を向上させる。マルクエンチング処理は焼入れ残留応力を減少させる（非特許文献１参照）。
【０００６】
更にまた、軸受鋼における二次焼戻しの効果として、８３０℃焼入れ、１３０℃焼戻し、空冷後、１５０度にて焼戻しを行なった結果、一時焼戻し後空冷しによる残留オーステナイトの分解が起こり、二次焼戻しにより残留オーステナイトを更に安定させることができるため、複雑な形状のものでも焼割れを防止し、且つ、硬さがＨＲＣ程度で時効変形を少なくすることができる。
【０００７】
更に、玉軸受の寿命を向上させる技術としては、固定輪（外輪）をサブゼロ処理または２５０〜３８０℃の焼戻し処理を行なう技術が提案されている。この技術によれば、残留オーステナイト量を１０％以下とすることにより、振動・衝撃を受けても、組織変化やクラックが生じなくなり、軸受鋼の長寿命化が図られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
昭和３６年９月 日本工業新聞社発行 金属熱処理技術便覧 金属熱処理技術便覧 編集委員会編 第５７２頁）
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−３０８２１８号公報（第３〜４頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
玉軸受は、自動車の急発進等に見られる過大な荷重が瞬間的に生じるような大きな衝撃荷重を受けると、転動体と軌道面との間に局部的な永久変形を生ずる。その変形量は、荷重が大きくなるのに従い大きくなり、ある限界荷重を超えると、円滑な回転を阻害することがある。
基本静定格荷重とは、この最大応力を受けている転動体と軌道面の接触部との中央において、玉軸受の場合に、４２００ＭＰａの接触応力を生じさせるような静荷重をいう。
これは、軸受鋼の硬さが、Ｈｖ７５０程度であり、最大せん断応力（τ）と接触面圧との関係が、τ＝Ｐｍａｘ×０．３、τ＝１／６×Ｈｖがあるため、Ｐｍａｘ＝４２００ＭＰａが計算される。
しかしながら、自動車のデフサイド用軸受等、歯車等の切子が軸受内部に侵入しやすい環境下では、異物に負けない軌道面硬さを単純に向上させたり、異物による圧痕を緩和するために軌道面の残留オーステナイト量を２０％以上としたりする対策を行なわない場合、早期にはくりが生ずるといった問題が起きる。この問題により、上記特許文献１に記載された玉軸受では、異物起点からはくりが生ずるため、自動車のデフサイド用軸受への適用は難しい。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接触面圧４２００ＭＰａ時の等価荷重に相当する静定格荷重を向上させ、且つ、異物侵入条件下においても異物の侵入を防止し、寿命低下を抑制することにより、耐転がり疲労の向上を図ることができる玉軸受を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
（１） 軌道面を有する固定輪と、軌道面を有する回転輪と、前記固定輪の軌道面と前記回転輪の軌道面との間に相対回転自在に配された複数の玉と、を備えた玉軸受であって、少なくとも前記固定輪および回転輪に、焼入れ・焼戻し処理を行い、その後にサブゼロ処理を行うことにより、残留オーステナイト量を４％以下とし、硬さをＨｖ８１０から９００に設定し、前記玉に対して軸方向の少なくとも一方に密封式のシール部材を配したことを特徴とする玉軸受。
（２） 研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、前記軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足することを特徴とする（１）記載の玉軸受。
【００１３】
本発明に係る玉軸受によれば、焼入れ・焼戻し処理が行なわれ、その後にサブゼロ処理が行なわれることにより、残留オーステナイト量が４％以下で、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪が用いられ、密封式のシール部材が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪と、密封式のシール部材とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、寿命低下を抑制することにより長寿命とすることができる。
【００１４】
また、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすれば、軌道輪がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することにより、さらに長寿命化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の玉軸受の実施の形態例を図１に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態の玉軸受の半断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の一実施形態の玉軸受１０は、内輪（軌道輪）１１と、外輪（軌道輪）１２と、内外輪１１，１２間に複数配された転動体である玉１３と、玉１３を円周方向等間隔に保持する保持器１４と、玉１３に対して軸方向両側に配された一対のシール部材１５，１５と、から構成されている。この玉軸受１０は、深溝玉軸受である。
【００１７】
内輪１１は、内輪外径面の中央部に内輪軌道面１６が形成されており、内輪外径面の軸方向両端部に凹形状のシール溝１７，１７が形成されている。本実施形態では、内輪１１は、内周部に図示しない軸が内嵌されるため、回転輪として機能する。
【００１８】
内輪１１は、軸受鋼を用い、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理（深冷処理）を行い、その後に、仕上げ研磨加工して作成されている。内輪１１は、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａである。内輪軌道面１６は、溝曲率が５０．１〜５２．９％に設定されている。
【００１９】
また、内輪１１は、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する玉直径Ｄａの２％位置の領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が０〜２％を満足するようにしても良い。そうすることにより、内輪１１をさらに強化することができる。
【００２０】
外輪１２は、外輪内径面の中央部に外輪軌道面１８が形成されており、外輪内径面の軸方向両端部に、凹状にされたシール部材固定部１９，１９が形成されている。外輪１２は、外周部が図示しないハウジングに内嵌されるため、固定輪として機能する。
【００２１】
外輪１２は、軸受鋼を用い、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理（深冷処理）を行い、その後に、仕上げ研磨加工して作成されている。外輪１２は、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａである。外輪軌道面１８は、溝曲率が５１．０〜５３．９％に設定されている。
【００２２】
また、外輪１２は、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する玉直径Ｄａの２％位置の領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が０〜２％を満足するようにしても良い。そうすることにより、外輪１２がさらに強化することができる。
【００２３】
玉１３は、強度を向上させるために、軸受鋼２種に浸炭窒化処理及びサブゼロ処理を行うことにより、表面硬さを、Ｈｖ９００として強化した。
【００２４】
保持器１４は、もみ抜き保持器であって、円周方向に複数形成したポケト２０内に、内輪軌道面１６と外輪軌道面１８との間に配された玉１３を転動自在に保持している。
【００２５】
シール部材１５，１５は、円環形状に形成された密封式のシール部材である。シール部材１５は、金属製であって補強の役目をもつ芯金２１を、ゴムや合成樹脂等の弾性部材２２で覆って形成されている。シール部材１５の外径端部には、外輪１２のシール部材固定部１９に嵌着される固定部２３が形成されている。また、シール部材１５の内径端部には、内輪１１のシール溝１７に向けて延出していてシール溝１７の内側部に摺接するリップ２４が突出形成されている。一対のシール部材１５，１５によって囲まれた軸受空間内には、所定のグリースが封入される。シール部材１５は、玉１３に対して片側のみに配されてもよい
【００２６】
本実施形態の玉軸受１０によれば、内輪１１及び外輪１２が、８２０〜８７０℃で加熱油冷却後に、焼戻し及び、−６０〜−１８０℃の温度でサブゼロ処理を行い、その後に、仕上げ研磨加工して完成することにより、残留オーステナイト量が４％以下で、表面硬さが、Ｈｖ６５０〜９００であり、表面粗さが、０．０１〜０．０５μｍＲａとされ、密封式の一対のシール部材１５，１５が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された内外輪１１，１２と、密封式の一対のシール部材１５，１５とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、寿命低下を抑制することにより長寿命とすることができる。
【００２７】
また、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすることにより、内外輪１１，１２がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することによりさらに長寿命化を図ることができる。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明に係る玉軸受を用い、比較例の玉軸受との寿命試験を行った。試験には、内径φ３０ｍｍ，外径φ６５ｍｍ，幅１７ｍｍの深溝玉軸受（ＪＩＳ名番６２０６）を用い、試験は、衝撃試験と耐久試験との２種類を実施した。
［衝撃試験条件］
ラジアル荷重を、Ｐ／Ｃ０ｒの１．２倍（１３８０ｋｇｆ），１．６倍（１８４０ｋｇｆ），２倍（２３００ｋｇｆ）の値により各５０回連続で負荷させ、その後に、軌道面の圧痕の有無を確認した。表１において、○印は圧痕無し、△印は１μｍ未満の圧痕有り、×印は１μｍ以上の圧痕有り、を示す。試験数は、各ｎ＝５個である。保持器は、プラスチックス製を用いた。試験後に軌道輪を分解し、圧痕の有無を確認した。
［耐久試験］
衝撃試験（２．０×Ｃ０ｒ）後の軸受を用い、ＶＧ６８の潤滑油を強制循環させた。試験荷重は、Ｆｒ＝４９５ｋｇｆ（Ｐ／Ｃｒ＝０．２５），回転数は、２０００ｒｐｍとした。また、異物に相当するものとして、Ｈｖ７５０の鉄分（粒径１５０μｍ）を０．０５ｇ／１０リットル混入させ、試験数を各ｎ＝５個とした。更に試験の終了の判定は、初期振動値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキングを確認した。試験打ち切り時間は、計算寿命が、Ｌｃａｌ＝５３３時間であるため、約２倍の１０００時間とした。
【００２９】
【表１】
表１により明らかなように、衝撃試験においては、
実施例１において、硬さをＨｖ８１０とし、残留オーステナイト量を４．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３１】
実施例２において、硬さをＨｖ８３０とし、残留オーステナイト量を３．２％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３２】
実施例３において、硬さをＨｖ８６０とし、残留オーステナイト量を２．４％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で１μｍ未満の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００３３】
実施例４において、硬さをＨｖ８８０とし、残留オーステナイト量を２．３％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３４】
実施例５において、硬さをＨｖ９００とし、残留オーステナイト量を４．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３５】
実施例６において、硬さをＨｖ８５０とし、残留オーステナイト量を０．８％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３６】
実施例７において、硬さをＨｖ８９０とし、残留オーステナイト量を１．１％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で１μｍ未満の圧痕有り、となった。
【００３７】
実施例８において、硬さをＨｖ９３０とし、残留オーステナイト量を２．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で圧痕無し、となった。
【００３８】
実施例９において、硬さをＨｖ９５０とし、残留オーステナイト量を０．０％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で圧痕無し、１．６倍で圧痕無し、２．０倍で圧痕無し、となった。
【００３９】
比較例１は、一般的なＳＵＪ２を使用した。比較例１において、硬さをＨＶ７２０とし、残留オーステナイト量を９．８％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４０】
比較例２は、比較例１と同様のＳＵＪ２を使用した。比較例２において、硬さをＨＶ７５０とし、残留オーステナイト量を５．６％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４１】
比較例３は、通常のＳＵＪ２に通常の浸炭窒化処理のみを行った軸受鋼を使用した。比較例３において、硬さをＨｖ７８０とし、残留オーステナイト量を２４．２％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ以上の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４２】
比較例４は、通常の肌焼鋼に通常の浸炭窒化処理のみを行った軸受鋼を使用した。比較例４において、硬さをＨｖ８１０とし、残留オーステナイト量を３４．３％としたものでは、ラジアル荷重が、Ｐ／Ｃ０ｒの、１．２倍で１μｍ未満の圧痕有り、１．６倍で１μｍ以上の圧痕有り、２．０倍で１μｍ以上の圧痕有り、となった。
【００４３】
【表２】
表２により明らかなように、耐久試験においては、
実施例１において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４４１０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が７２４時間で、３／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００４５】
実施例２において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４５１０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が７４３時間で、３／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００４６】
実施例３において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４６８０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が８４４時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４７】
実施例４において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４７９０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が８５２時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４８】
実施例５において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４９００ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が９６１時間で、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００４９】
実施例６において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４６２０ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５０】
実施例７において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４８４０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５１】
実施例８において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を５０６０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５２】
実施例９において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を５１７０ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１０００時間で、はくりは発生しなかった。
【００５３】
比較例１において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、シール部材を配さない開放形としたものでは、評価時間が５２時間で、５／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００５４】
比較例２において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、両側にシール部材を配したものでは、評価時間が９８時間で、５／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００５５】
比較例３において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４２００ＭＰａとし、片側にのみシール部材を配したものでは、評価時間が１２５時間で、５／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生した。
【００５６】
比較例４において、Ｃ０ｒに対する接触面圧を４４１０ＭＰａとし、シール部材を配さない開放形としたものでは、評価時間が３５２時間で、５／５個の内輪に異物起点によるはくりが発生した。
【００５７】
衝撃試験及び耐久試験の結果、実施例１，２，３においては、硬さをＨｖ８１０〜８６０とし、残留オーステナイト量を２．４〜４．０％とすることにより、耐衝撃性が向上し、１．６×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ以上の圧痕が発生されないことが判明した。また、片側にのみシール部材を配した実施例１，２は、３／５個の内輪にはくりが発生したが、計算寿命よりも長寿命となり、評価時間が、Ｌ１０＝７２４ｈｒ，７４３ｈｒとなった。両側にシール部材を配した実施例３においては、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、２／５個の内輪にはくりが生じた。
【００５８】
実施例４，５においては、硬さをＨｖ８８０，Ｈｖ９００とし、残留オーステナイト量を２．３％，４．０％とすることにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕が生じたのみであることが判明した。また、両側にシール部材を配した実施例４では、２／５個の内輪にブリネル圧痕起点によるはくりが発生したが、計算寿命よりも長寿命となり、評価時間が、Ｌ１０＝８５２ｈｒとなった。片側にのみシール部材を配した実施例５においては、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、２／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝９５０ｈｒとなった。
【００５９】
実施例６，７においては、硬さをＨｖ８５０，Ｈｖ８９０とし、残留オーステナイト量を０．８％，１．１％とすることにより、実施例１〜４と比較して、ほぼ完全なマルテンサイト組織単一となり、降伏点が上昇したことにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕が生じたのみであることが判明した。また、両側にシール部材を配しているため、３０μｍ以下の微細な異物の侵入が認められる程度で、異常はなく、５／５個とも、評価時間が１０００ｈｒに至ってもはくりが発生しないことが確認された。
【００６０】
実施例８，９においては、硬さをＨｖ９３０，Ｈｖ９５０とし、残留オーステナイト量を２．０％，０．０％とすることにより、実施例１〜４と比較して、ほぼ完全なマルテンサイト組織単一となり、降伏点が上昇したことにより、耐衝撃性が向上し、２．０×Ｃ０ｒを負荷した場合でも、１μｍ未満の圧痕は確認できず、さらに、片側のみシール部材を配したのにも拘わらず、異物混入の跡は認められたが、シビアな圧痕は生じず、５／５個とも、評価時間が１０００ｈｒに至ってもはくりが発生しないことが確認された。
【００６１】
一方、比較例１，２においては、１．２×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生し、シール部材を配していない比較例１では、５／５個のすべての内輪に異物起点によるはくりが発生し、評価時間が、Ｌ１０＝５２ｈｒとなり、計算寿命以下となった。両側にシール部材を配した比較例２では、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝９８ｈｒとなった。
【００６２】
比較例３においては、マルテンサイト組織とオーステナイト組織との混合組織であるため、硬さ上昇に伴う降伏点上昇がさほどないため、１．２×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生した。また、片側にのみシール部材を配したため、異物起点ではなく、２．０×Ｃ０ｒブリネル圧痕起点として、５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝１２５ｈｒとなった。
【００６３】
比較例４においては、比較例３と同様に、マルテンサイト組織とオーステナイト組織との混合組織であるが、比較例３よりも降伏点が上昇したことにより、１．６×Ｃ０ｒを負荷した場合に、１μｍ以上のブリネル圧痕が内輪に発生した。また、シール部材を配さないため、異物起点で５／５個の内輪にはくりが生じ、評価時間が、Ｌ１０＝３５２ｈｒとなった。
【００６４】
本実施例における衝撃試験及び耐久試験においては、軌道輪のみについて実験を行なったが、玉についても本発明を適用することにより、更なる延命効果が期待できる。更に、内輪，外輪の溝曲率に関しては、それぞれ５２％で行なったが、内輪の溝曲率に関し、５０．１〜５１．９％とすることにより、軸傾きによる玉乗り上げを考慮して内輪面圧を低下させることが可能となり、静的強度を更に高めることが可能となる。また、外輪の溝曲率に関しては、内輪の接触面圧よりも小さくなるように、５２．１〜５３．９％とすることにより、内外輪の静定格荷重を同等にすることが可能である。
【００６５】
そして、本実施例に用いた材料は、軸受鋼２種の焼入れ焼戻し熱処理を行なったが、浸炭窒化処理焼入れ、焼戻し後にサブゼロ処理を行なうことにより、更に、長寿命効果を有するものとなる。また、玉に関しても、肌焼鋼やその材料に浸炭及び浸炭窒化処理を行なうことにより、同様な効果を得ることができる。
【００６６】
なお、本発明に係る玉軸受は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、内輪及び外輪の両軌道輪に熱処理を行ったが、当該熱処理を内輪のみに行っても良い。
また、玉軸受として、深溝玉軸受に代えて、アンギュラ玉軸受や各種ころ軸受に本発明を適用しても良い。
そして、保持器として、冠形保持器に代えて、鉄製の波型プレス保持器やもみ抜き保持器等に本発明を適用しても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の玉軸受によれば、焼入れ・焼戻し処理が行なわれ、その後にサブゼロ処理が行なわれることにより、残留オーステナイト量が４％以下で、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪が用いられ、密封式のシール部材が配される。
したがって、焼入れ・焼戻し処理の後にサブゼロ処理が行なわれて残留オーステナイト量が４％以下となり、硬さがＨｖ８１０から９００に設定された軌道輪と、密封式のシール部材とにより、耐圧痕性能が向上し、更に異物混入環境下においても異物の侵入を防止できるため、接触面圧４２００ＭＰａ時の等価荷重に相当する静定格荷重を向上させ、且つ、異物侵入条件下においても異物の侵入を防止し、寿命低下を抑制することにより、耐転がり疲労の向上を図ることができる。
【００６８】
また、本発明の玉軸受によれば、研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足するようにすることにより、軌道輪がさらに強化され、耐圧痕性能が一層向上し、それによって、寿命低下を抑制することにより、さらに長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の玉軸受の半断面図である。
【符号の説明】
１０ 玉軸受
１１ 内輪（回転輪）
１２ 外輪（固定輪）
１３ 玉
１４ 保持器
１５ シール部材
１６ 内輪軌道面（軌道面）
１８ 外輪軌道面（軌道面）
Claims (2)
- 軌道面を有する固定輪と、
軌道面を有する回転輪と、
前記固定輪の軌道面と前記回転輪の軌道面との間に相対回転自在に配された複数の玉と、を備えた玉軸受であって、
少なくとも前記固定輪および回転輪に、焼入れ・焼戻し処理を行い、その後にサブゼロ処理を行うことにより、残留オーステナイト量を４％以下とし、硬さをＨｖ８１０から９００に設定し、前記玉に対して軸方向の少なくとも一方に密封式のシール部材を配したことを特徴とする玉軸受。 - 研磨仕上げ工程において、加工硬化の影響により硬さを更に向上させ、最大せん断応力が作用する領域の硬さをＨｖ８５０以上のＨｖ９５０とし、前記軌道面表面の残留オーステナイト量が、０〜２％を満足することを特徴とする請求項１記載の玉軸受。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003091503A JP2004301149A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 玉軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003091503A JP2004301149A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 玉軸受 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004301149A true JP2004301149A (ja) | 2004-10-28 |
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ID=33404861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003091503A Pending JP2004301149A (ja) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | 玉軸受 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008286387A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-27 | Ntn Corp | 自動車補機用軸受 |
| JP2009002473A (ja) * | 2007-06-24 | 2009-01-08 | Yushin Precision Equipment Co Ltd | 直動案内機構 |
| JP2010138933A (ja) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Ntn Corp | 玉軸受及びこれを用いたオルタネータ用軸受 |
| CN102359495A (zh) * | 2011-09-03 | 2012-02-22 | 浙江泰丰轴承有限公司 | 一种轴承内外圈的制作方法 |
| JP2012081945A (ja) * | 2010-09-17 | 2012-04-26 | Jtekt Corp | ステアリング装置 |
| WO2021090805A1 (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-14 | Ntn株式会社 | ハブベアリング |
-
2003
- 2003-03-28 JP JP2003091503A patent/JP2004301149A/ja active Pending
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