JP2004523698A - 粉末冶金成分を有するころがり軸受 - Google Patents

Abstract

内輪、転動体そして外輪を有するころがり軸受。本発明の一つの形態によると、内輪はＭ６２粉末冶金技術で作られ、一方、外輪は従来の鋼の輪である。他の形態によると、粉末冶金技術により作られた一つの部品を有するころがり軸受は能動的な潤滑状態におかれる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪、転動体そして外輪を有し、該外輪が鋳造、鍛造そして機械加工により作られ玉軸受鋼より成るころがり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるころがり軸受は広く知られている。高温下で使用されるころがり軸受（例えば、レントゲン装置）では潤滑剤も存在できないということも知られている。高温下で耐えるには、かかるころがり軸受のすべての部品が高合金粉末冶金技術で作られる。
【０００３】
低温での高荷重には、軸受は能動的な潤滑状態で使用される。例えば、ギアボックスでは、油がポンプにより、あるいはギアの動きによって循環される。潤滑剤は、ころがり軸受がシールされていないときには、転動体と内外輪との間の面にのみに達する。
【０００４】
多くの応用例では寿命を保つためにシールがなされており、すなわち、汚染されるかも知れない油の交換のための準備がなされていない。
【０００５】
しかしながら、特に運転中に、そしてその後の段階で、潤滑剤が汚染され始めているということが判っている。汚染は好ましくない運転状態によっても加速される。例えば、製紙機におけるギアトランスミッションの場合にそのような状態が見られる。
【０００６】
潤滑剤における汚染物質の存在がころがり軸受の実用寿命を著しく短くする。通常、疲労は転動による面圧疲労のメカニズムによるものであり、これはアブレシブ摩耗と関連表面疲労損傷により加速される。潤滑剤中の汚染物質等の硬質粒子は軸受の部品を損傷せしめ、かかる硬質粒子はころがり軸受の面に没入する。その結果、内外輪そして転動体の表面を著しく粗面化し、このことが突起頂部での金属対金属の接触により潤滑を悪化させる。閉ざされた没入突起は、転動中に、剪断を生じて表面に亀裂をもたらしこの亀裂を増長させ、汚染されていない潤滑状態にくらべて、軸受寿命を短くしてしまう。
【０００７】
特許文献１では通常の一つの内輪と、焼結合金で作られ互いに焼結された二つの外輪部材から成る一つの外輪とを有し、後にこの外輪に潤滑油を含浸させた軸受が開示されている。
【特許文献１】
特開平０９−０２５９３８
【発明の要約】
【０００８】
本発明は、潤滑剤中の（硬い）汚染物質の悪影響に対抗し、すなわち転動による面圧疲労による早期疲労が防止される軸受を提供することを目的とする。
【０００９】
これは、かかるころがり軸受が少なくとも次の要求に対応できることを意味する。
【００１０】
―高表面粗度の増長と、没入し突起の剪断による金属対金属接触と、を阻止できる高い耐アブレンブ摩耗性
―亀裂の成長に対抗できる高い局部靭性と抗力
本発明によると、この目的は、高合金粉末冶金技術によって得られた玉軸受鋼で内輪を作ることにより実現できる。
【００１１】
本発明は、又、軸体を支持するための高合金粉末冶金技術で得られた軌道輪のような部品を少なくとも一つ有するころがり軸受の使用方法にも関し、このころがり軸受は能動的な潤滑状態におかれる。
【００１２】
EP 0875588 A2そしてEP 0076027 A2では、硬い微細なカーバイドの高体積分率をもった材料を用いることが、良好な耐摩耗性、靭性、強度そして熱疲労破壊や熱衝撃に対する抵抗が要求される工具について、広く知られている。
【００１３】
驚くべきことは、硬い微細なカーバイドの高体積分率をもつ微細構造が汚染潤滑状態で良好な成果をもたらすことが判った。これは、ころがり軸受の部品がこのような材料で作られているならば、転動による面圧疲労に起因する疲労を生ずる機会が著しく減少するということを意味する。
【００１４】
特に、ころがり軸受の内輪が転動による面圧疲労にさらされているということも判った。しかし、又、軸受の他の部品も、その製造に粉末冶金技術を用いることで利点を得る。
【００１５】
本発明の好ましい形態によると、粉末冶金材料はＭ６２鋼を含む。これは、Ｃが１．３〜１．４％（wt）、Ｓが最大で０．０３５％（wt）、Ｃｒが３．５０〜４．２５（wt）、Ｖが１．７５〜２．２０％（wt）、Ｗが５．７５〜６．５０％（wt）そしてＭｏが１０．００〜１１．００％（wt）を有している鋼である。このような粉末鋼では、真空誘導、窒素ガス噴霧、混合、スクリーニング、充填あるいは缶封入そして真空引きによって得られる。形状づけは、球状化熱処理後に回転熱間鍛造よって実現できる。
【００１６】
転動体あるいは外輪が非粉末冶金鋼で作られれば、非常に経済効果の高いころがり軸受を得られる。これは、面圧疲労荷重を最も受ける部分のみが、最も高い対抗性をもつ材料で作られるということを意味する。
【００１７】
本発明による、転動による面圧疲労における著しく改善された実用寿命をもたらす微細構造の一例として、０．５〜３μmのＭ_６Ｃカーバイドが１２〜１５％（vol）と約１nm（ナノメートル）のＭ_２３Ｃ_６カーバイドが約８％（vol）を有している。このカーバイドは、微細なＭ_２３Ｃ_６の折出を生ずるに十分な高温で焼戻しすることにより得られる基材に没入している。高温焼戻しは、靭性を増し、亀裂成長を遅くし、耐表面剥れ疲労を改善する。
【好適な実施形態】
【００１８】
本発明は、添付図を参照することにより明らかになるであろう。
【００１９】
図１には、Ｍ_６ＣカーバイドとＭ_２３Ｃ_６カーバイドを有する冶金材料の一部の透過電子顕微鏡写真が示されている。これは組成が既述されたＭ６２粉末冶金鋼である。
【００２０】
図２には、いくつかの温度において、Ｍ６２粉末冶金鋼の焼入れ硬化データが示されている。焼入れ温度が１１５０℃から１２０５℃に上がると硬度が著しく増大することが判る。
【００２１】
図３には、いくつかの材料の高温硬度を示す。Ｍ６２粉末冶金鋼の優れた特性がすぐに判る。
【００２２】
図４はマルテンサイト等級が等級３（５２１００）の材料と比較したＭ６２粉末冶金鋼の靭性を示す。
【００２３】
図５は、すり合わせ運転の汚染条件下で深溝玉軸受に用いられた、ＶＩＭ（真空誘導溶融）−ＶＡＲ（真空アーク再溶融）による５２１００鋼と比較した、Ｍ６２粉末冶金材料のＬ５０の増加を示す。ＰＭ材料が優れた特性をもつことは明瞭である。
【００２４】
これは、浸炭鋼とＭ６２粉末冶金材料についての本願発明の鋼の応用例を示す図６によっても確認できる。最後に、図７は、ころがり軸受に用いられるいくつかの鋼の特性についてのまとめを示す。本願によると、粉末冶金技術そして、特に、Ｍ６２粉末冶金鋼技術がころがり軸受、特にその内輪に用いられている。この内輪では、接触荷重、温度そして潤滑汚染レベルが、標準のころがり軸受鋼から作られたころがり軸受の能力を超えている。もし、標準鋼で寿命に問題があり、あるいは軸受の小型化が求められているならば、上記の粉末冶金材料が用いられる。無段変速機のパワーローラにも適用可能である。しかしながら、汚染が問題となる他の応用例も本願の範囲内にある。上述したように、本発明は内輪のみに限定されず、外輪そして転動体にも適用できる。
【００２５】
本願請求の範囲は、上述されなくとも、当業者は本願を読んで自明であるような形態をも包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明により作られたころがり軸受の一部についての透過電子顕微鏡写真である。
【図２】Ｍ６２粉末冶金鋼の焼入れ硬化のデータである。
【図３】他の鋼と比較した高温硬度のデータである。
【図４】靭性のデータである。
【図５】他の材料と比較した転動による面圧疲労強度のデータである。
【図６】軸受の寿命／すり合わせ運転についての汚染条件である。
【図７】ころがり軸受鋼特性のまとめである。

Claims (8)

1. 内輪、転動体そして外輪を有し、転動体とこれに接触する周辺部材が液体接続されていて、外輪が鋳造、鍛造そして機械加工され玉軸受鋼で作られているころがり軸受において、内輪は粉末冶金技術で得られた玉軸受鋼で作られていることを特徴とするころがり軸受。
2. 外輪、内輪そして両輪間に配された転動体とを有し、内輪が粉末冶金技術で得られた材料で作られているころがり軸受の使用方法において、ころがり軸受は能動的潤滑状態であることを特徴とするころがり軸受の使用方法。
3. 粉末冶金成分はＭ６２鋼を含むこととする請求項１又は請求項２に記載のころがり軸受又はその使用方法。
4. 粉末冶金成分はＭ６２粉末冶金鋼を含むこととする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載のころがり軸受又はその使用方法。
5. 転動体は非粉末冶金鋼を含むこととする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載のころがり軸受又はその使用方法。
6. 粉末冶金成分は表面組織にＭ_６Ｃカーバイドを１０〜１７％（vol）とＭ_２３Ｃカーバイドを約８％（vol）を含むこととする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載のころがり軸受又はその使用方法。
7. Ｍ_６Ｃカーバイドは０．５〜３μmの粒径であることとする請求項６に記載のころがり軸受又はその使用方法。
8. Ｍ_２３Ｃ_６カーバイドは約１nmの粒径であることとする請求項６又は請求項７に記載のころがり軸受又はその使用方法。

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