JP2005249112A - Bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は軸受に関し、より具体的には高温環境下で使用されて高耐久性を有する軸受に関するものである。 The present invention relates to a bearing, and more specifically to a bearing that is used in a high temperature environment and has high durability.
エンジンの動弁機構の1つであるロッカーアームには、軸受を使用するタイプがある。このようなタイプのロッカーアームにおける軸受は高温雰囲気(約130〜140℃)で使用されており、その熱の影響により軸受が経年寸法変化を起こすことがある。上記のロッカーアーム用軸受の他に、CVT(Continuous Variable Transmission)、AT(Automatic Transmission)ミッションなどのトランスミッションの遊星歯車用軸受についても同様のことがいえる。 There is a type that uses a bearing in a rocker arm that is one of engine valve mechanisms. The bearing in such a type of rocker arm is used in a high-temperature atmosphere (about 130 to 140 ° C.), and the bearing may sometimes undergo a dimensional change due to the influence of heat. The same applies to the planetary gear bearings of transmissions such as CVT (Continuous Variable Transmission) and AT (Automatic Transmission) missions in addition to the rocker arm bearings described above.
ロッカーアームに軸受を固定する方法には、圧入タイプと軸端かしめタイプとがある。圧入タイプでは、転動軸を構成する鋼の光輝焼入(ズブ焼入)焼戻を行なうが、軸端かしめタイプでは、転動軸の転走面のみ硬化させるべく高周波熱処理を実施する。かしめを行なうタイプでは、かしめ加工を行う必要があり、端部でのかしめ加工を容易化するために、上記高周波焼入処理において軸方向に沿って硬度管理を行なう方法が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
しかしながら、上記ロッカーアーム軸受の転動軸に高周波焼入処理を施した場合に、重要な問題であるのにもかかわらず残留オーステナイトの制御や、使用中の寸法変化による不具合などについてはまったく説明がなされていない。上記高周波熱処理を施された鋼部品は、硬さ確保のために加熱温度を高くするので、光輝焼入(ズブ焼入)焼戻した場合に比べて残留オーステナイトが多く生成される傾向にある。上記残留オーステナイトは熱的に不安定なため、熱影響を受けてマルテンサイトへと変態する。そのマルテンサイトへの変態に際し寸法変化(膨張)を伴うことは周知の事実である。 However, when the rolling shaft of the rocker arm bearing is subjected to induction hardening, there are no explanations regarding residual austenite control or problems due to dimensional changes during use, although this is an important issue. Not done. Since the steel part subjected to the above-mentioned induction heat treatment is heated at a high temperature in order to ensure hardness, a larger amount of retained austenite tends to be generated as compared with the case of bright quenching (subduction quenching) and tempering. Since the retained austenite is thermally unstable, it is transformed into martensite under the influence of heat. It is a well-known fact that a dimensional change (expansion) is involved in the transformation to martensite.
ロッカーアーム用の軸受は、外輪、ころ(転動体)は軸受鋼の光輝焼入焼戻により製造され、内輪に相当する転動軸は高周波焼入処理され、その後に焼戻処理が施される。外輪、ころ、転動軸のすべての部品は同じ素材が用いられているにも拘らず熱処理条件が異なるために、製品の残留オーステナイト量が異なり、この結果、使用中に熱影響を受けて生じる寸法変化量も部品によって異なる。 The bearing for the rocker arm is manufactured by bright quenching and tempering of the outer ring and the rollers (rolling elements) of the bearing steel, and the rolling shaft corresponding to the inner ring is induction-hardened and then tempered. . All parts of the outer ring, roller and rolling shaft are made of the same material, but the heat treatment conditions are different, so the amount of retained austenite of the product is different, and as a result, it is affected by heat during use. The amount of dimensional change also varies depending on the part.
上述のように、高周波焼入処理および焼戻処理を施された転動軸は、光輝焼入焼戻に比べ、残留オーステナイト量が多く生成する。このため、過酷な使用条件下で発生する熱の影響によって他の部品よりも寸法変化が大きく生じる。このため、使用前は適正なラジアル隙間や、円周方向隙間が過少となり、摩耗や焼付きの原因になり得る。 As described above, the rolling shaft that has been subjected to induction hardening and tempering produces a larger amount of retained austenite than bright quenching and tempering. For this reason, a dimensional change arises larger than other components by the influence of the heat | fever generate | occur | produced on severe use conditions. For this reason, an appropriate radial gap or circumferential gap is insufficient before use, which may cause wear or seizure.
上記の転動軸は、両端部をかしめ加工するために高周波焼入されないので残留オーステナイトは両端部には存在しないため、中央部において寸法変化を起こしやすい。特に、滑りタイプの軸受では、軸の寸法変化により局部的に面圧が大きくなると、かじり、摩耗などが発生するため、寸法変化を抑える必要がある。 Since the above rolling shaft is not induction hardened by caulking both end portions, the retained austenite does not exist at both end portions, so that a dimensional change is likely to occur in the central portion. In particular, in a sliding type bearing, if the surface pressure is locally increased due to a change in the dimension of the shaft, galling, wear, and the like are generated.
本発明は、使用中に高温環境に配置される軸受において、高周波焼入処理された部品の高周波焼入層を調整することにより耐久性を向上させた軸受を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a bearing which is improved in durability by adjusting an induction hardening layer of a component subjected to induction hardening in a bearing placed in a high temperature environment during use.
本発明の軸受は、内輪である転動軸を含み、その転動軸に高周波焼入処理を行なう軸受において、転動軸の高周波焼入層の表面における硬度をHRC59〜65とし、その表面における残留オーステナイト量を30%以下とする。 The bearing of the present invention includes a rolling shaft that is an inner ring, and the hardness of the surface of the induction hardening layer of the rolling shaft is HRC 59 to 65 in the bearing that performs induction hardening on the rolling shaft. The amount of retained austenite is 30% or less.
上記の構成により、高温環境下において変形量を抑制し、耐転動疲労特性などの性能を向上させることができる。残留オーステナイトはX線回折などにより測定することができる。 With the above configuration, the amount of deformation can be suppressed in a high-temperature environment, and performance such as rolling fatigue resistance can be improved. Residual austenite can be measured by X-ray diffraction or the like.
また、本発明の別の軸受は、内輪である転動軸を含み、その転動軸に高周波焼入処理を行なう軸受において、前記転動軸の高周波焼入層の表面における硬度をHRC59〜65とし、その転動軸の230℃、2時間保持後の寸法変化率を5×10-4以下とする。 Another bearing according to the present invention includes a rolling shaft that is an inner ring, and in the bearing that performs induction hardening on the rolling shaft, the hardness of the surface of the induction hardening layer of the rolling shaft is HRC 59 to 65. And the dimensional change rate after maintaining the rolling shaft at 230 ° C. for 2 hours is set to 5 × 10 −4 or less.
上記のように高周波熱処理条件を調整することにより、転動軸の高周波焼入層における高温環境での寸法変化を抑え、その結果、過少隙間を防ぐことができる。また、滑りタイプのローラフォロアなどでは、局部的な面圧増加を防ぐことができ、摩耗、かじり等を防ぐことができる。 By adjusting the induction heat treatment conditions as described above, the dimensional change in the high temperature environment in the induction hardening layer of the rolling shaft can be suppressed, and as a result, an excessive gap can be prevented. Further, in a sliding type roller follower or the like, it is possible to prevent a local increase in surface pressure and to prevent wear, galling, and the like.
(実施の形態1)
図1〜3は、本発明の実施の形態におけるロッカーアーム用軸受を示す断面図である。図1〜図3を参照して、いずれの軸受10も、図示していないカムと接触する外輪2と、ころ3と、ロッカーアーム部5と、ロッカーアーム部にかしめ加工により固定される内輪1とを備えている。内輪1は、ころと接触する転走面に高周波焼入処理が施され、残留オーステナイト量が調整された高周波焼入層1aが形成されている。高周波焼入による硬化層は、かしめ加工部1bには及ばないようにされ、このためかしめ加工部は、高周波焼入層よりは大幅に低い硬度を有している。転動軸は、JISG4805 SUJ2(C:0.95〜1.10重量%、Si:0.15〜0.35重量%、Mn:0.50重量%、P:0.025重量%以下、S:0.025重量%以下、Cr:1.30〜1.60重量%)を用いて形成されている。この転動軸用の鋼素材はSUJ2に限定されず、たとえばS53CやSK5などを用いてもよい。
(Embodiment 1)
1 to 3 are cross-sectional views showing a rocker arm bearing according to an embodiment of the present invention. 1 to 3, any bearing 10 includes an
図1に示す軸受の転動軸の高周波焼入層1aでは、ほぼ一定の深さで高周波焼入層が形成されており、その一定の深さは図2〜図3に示す高周波焼入層よりも浅い。図2に示す転動軸の高周波焼入層1aは、中央部で深くなる形状を有している。図3に示す転動軸の高周波焼入層1aは、転動軸の中心軸にまで及び、転動軸全断面にわたって形成されている。
In the
上記の軸受10の転動軸1の高周波焼入層1aでは、高周波焼入処理(焼戻を含む)を行ったあと、その表面において硬度はHRC59〜65の範囲に調整され、その表面において残留オーステナイト量は30%以下である。
In the induction hardened
図4〜図6は、図1〜図3に示す転動軸の使用後の形状を示す図である。図4〜図6を参照して分かるように、一般に、高周波焼入層が深く、その体積率が大きいほど、使用後の寸法変化率も大きい。図6に示す転動軸にのみ寸法変化率の定義式を示すが、図4および図5に示す転動軸においても同様の定義式が適用されることはいうまでもない。上記転動軸の寸法変化率の導出における転動軸直径の測定は、中央部で行なう。 4-6 is a figure which shows the shape after use of the rolling shaft shown in FIGS. 1-3. As can be seen with reference to FIGS. 4 to 6, generally, the deeper the induction-hardened layer and the larger the volume ratio, the greater the dimensional change rate after use. Although the definition formula of the dimensional change rate is shown only for the rolling shaft shown in FIG. 6, it goes without saying that the same defining formula is applied to the rolling shaft shown in FIGS. 4 and 5. The rolling shaft diameter in the derivation of the dimensional change rate of the rolling shaft is measured at the center.
図1〜図3に示す軸受10の転動軸1は、上記残留オーステナイト量に関係なく、高周波焼入層の表面における硬度HRC59〜65であり、その転動軸の230℃に2時間加熱処理した前後の寸法変化率が5×10-4以下である。前記加熱処理は寸法変化率をみるための加速処理であり、上記寸法変化率の測定は未使用の転動軸に対して適用される。
The
高温雰囲気で使用される軸受は、寸法変化率の抑制という意味で、図3よりは図1および図2の高周波焼入層の形状であることが望ましい。これは、図1→図2→図3のように高周波焼入層が深くなるほど、焼入温度が高くなる結果、残留オーステナイト量も増える傾向にあるからである。しかし、図3に示す高周波焼入層の形状でも、その表面の残留オーステナイトを30%以下にすることは可能である。 The bearing used in a high-temperature atmosphere preferably has the shape of the induction-hardened layer of FIGS. 1 and 2 rather than FIG. 3 in terms of suppressing the dimensional change rate. This is because, as the induction hardened layer becomes deeper as shown in FIG. 1 → FIG. 2 → FIG. 3, the quenching temperature increases, and as a result, the amount of retained austenite tends to increase. However, even with the shape of the induction-hardened layer shown in FIG. 3, the retained austenite on the surface can be reduced to 30% or less.
高周波焼入においては、上記残留オーステナイト量になるように、条件を設定する。このとき高周波コイルの変更をする場合もある。 In the induction hardening, conditions are set so that the amount of retained austenite is obtained. At this time, the high-frequency coil may be changed.
図7および図8に高周波焼入処理の条件を示す。図7に示す条件では、50kHzという比較的低い周波数を用いるので電力は、表面電流で遮蔽されることなく比較的深い位置にまで投入される。このため図2または図3に示す高周波焼入層を形成するのに適している。加熱温度は850〜900℃と低目にすることにより、未固溶の炭化物を多くして焼入後の残留オーステナイト量を抑制することができる。最高温度までの加熱時間は、1.2秒という短時間で行うため、オーステナイト粒径は比較的微細にすることができる。上記、高周波焼入の後に焼戻を行う。図7の場合は、180℃というやや高い温度にする。この焼戻温度を高めにすることによっても残留オーステナイトの分解量を増やして、残留オーステナイト量を減らすことができる。 7 and 8 show the conditions of the induction hardening process. In the condition shown in FIG. 7, since a relatively low frequency of 50 kHz is used, the electric power is input to a relatively deep position without being shielded by the surface current. For this reason, it is suitable for forming the induction hardening layer shown in FIG. 2 or FIG. By lowering the heating temperature to 850 to 900 ° C., the amount of undissolved carbide can be increased and the amount of retained austenite after quenching can be suppressed. Since the heating time to the maximum temperature is as short as 1.2 seconds, the austenite grain size can be made relatively fine. Tempering is performed after induction hardening. In the case of FIG. 7, the temperature is set to a slightly high temperature of 180.degree. By increasing the tempering temperature, the amount of residual austenite can be increased and the amount of residual austenite can be reduced.
図8では、150kHzという高い周波数を用いるので、電力が浸透する深さは図7の場合よりも浅くなり、図1または図2に示す高周波焼入層を形成するのに適している。この場合、最高温度までは1.0秒という短時間で加熱する。焼戻温度は、高周波焼入の条件が残留オーステナイトを抑制する条件であるため、160℃という低目の温度にする。 In FIG. 8, since a high frequency of 150 kHz is used, the penetration depth of the electric power is shallower than that in the case of FIG. 7, which is suitable for forming the induction hardening layer shown in FIG. In this case, heating is performed in a short time of 1.0 seconds up to the maximum temperature. The tempering temperature is set to a low temperature of 160 ° C. because induction hardening is a condition for suppressing retained austenite.
上記のように、焼戻条件を含む高周波焼入条件を調整することにより、任意の形状および任意の残留オーステナイト量の高周波焼入層を形成することができる。このような製造条件を目標とする残留オーステナイト量、硬さまたは寸法変化率、硬さとなるように設定する。この結果、高温環境で使用して高耐久性を示す軸受を提供することが可能になる。 As described above, by adjusting the induction hardening conditions including the tempering conditions, an induction hardening layer having any shape and any amount of retained austenite can be formed. Such production conditions are set so as to be the amount of retained austenite, hardness or dimensional change rate, and hardness. As a result, it is possible to provide a bearing that exhibits high durability when used in a high temperature environment.
図9は、上記のロッカーアーム用軸受において、ころを含まず、外輪と内輪である転動軸とが接触するタイプの滑り軸受を示す図である。このような軸受10において、転動軸1の高周波焼入層を上記の範囲に設定することにより、高温環境で高い耐久性を確保できる軸受を提供することができる。
FIG. 9 is a view showing a slide bearing of a type in which the outer ring and the rolling shaft as the inner ring are in contact with each other in the above-described rocker arm bearing. In such a
(実施の形態2)
図10は、本発明の実施の形態2における軸受を示す図である。このATミッション50に用いられる遊星歯車の軸受である。図10において、この軸受は、遊星歯車である外輪42と、内輪である転動軸48と、外輪と転動軸との間に介在するころ46とを含む。外輪42に設けた歯車の歯は、太陽歯車軸41に固定されその太陽歯車軸と連動する太陽歯車と、互いにかみ合うように配置される。内輪48は、その端部においてかしめ加工され、キャリア44に固定される。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a diagram showing a bearing in the second embodiment of the present invention. This is a planetary gear bearing used in the
図10に示す転動軸は、JISG4805 SUJ2(C:0.95〜1.10重量%、Si:0.15〜0.35重量%、Mn:0.50重量%、P:0.025重量%以下、S:0.025重量%以下、Cr:1.30〜1.60重量%)を用いて形成されている。この転動軸用の鋼素材はSUJ2に限定されず、たとえばS53CやSK5などを用いてもよい。 The rolling shaft shown in FIG. 10 is JISG4805 SUJ2 (C: 0.95 to 1.10% by weight, Si: 0.15 to 0.35% by weight, Mn: 0.50% by weight, P: 0.025% by weight). %, S: 0.025% by weight or less, Cr: 1.30 to 1.60% by weight). The steel material for the rolling shaft is not limited to SUJ2, and for example, S53C or SK5 may be used.
上記の遊星歯車の転動軸48の高周波焼入層では、高周波焼入処理(焼戻を含む)を行ったあと、その表面における硬度はHRC59〜65の範囲に調整され、表面の残留オーステナイト量を30%以下とする。
In the induction hardening layer of the rolling
上記遊星歯車の転動軸48は、上記残留オーステナイト量に関係なく、高周波焼入層の表面における硬度をHRC59〜65とし、その転動軸の230℃に2時間保持したあとの寸法変化率を5×10-4以下とすることができる。この寸法変化率は未使用の転動軸に対して適用される。
Regardless of the amount of retained austenite, the rolling
上記の転動軸を用いることにより、高温環境下での過酷な使用条件においても耐久性を有する遊星歯車用軸受を確保することができる。 By using the above-mentioned rolling shaft, it is possible to secure a planetary gear bearing having durability even under severe use conditions in a high temperature environment.
上述した実施の形態を含めて、本発明の実施の形態の変形例を羅列的に説明する。 Modification examples of the embodiment of the present invention will be enumerated including the above-described embodiment.
上記の転動軸では、軸受以外の他の部材に、かしめ加工により固定されるための端部が高周波焼入層に含まれない。 In the above-described rolling shaft, an end portion to be fixed to a member other than the bearing by caulking is not included in the induction hardening layer.
端部は硬度が低いため容易にかしめ加工することができる。 Since the end portion has low hardness, it can be easily caulked.
ロッカーアーム用のローラフォロア軸受であって、転動軸における前記ロッカーアームにかしめ加工により固定するための両端部が前記高周波焼入層に含まれないようにできる。 In the roller follower bearing for the rocker arm, both ends of the rolling shaft for fixing to the rocker arm by caulking may not be included in the induction hardening layer.
この構成により、高温での耐久性に優れ、かしめ加工も容易なロッカーアーム用軸受を提供することができる。 With this configuration, it is possible to provide a rocker arm bearing that is excellent in durability at high temperatures and that is easily caulked.
CVT、ATミッションなどのトランスミッションの遊星歯車用の軸受であって、転動軸においてキャリアにかしめ加工により固定するための両端部が高周波焼入層に含まれないようにできる。 It is a bearing for planetary gears of transmissions such as CVT and AT missions, and both end portions for fixing to the carrier by caulking on the rolling shaft can be excluded from the induction hardening layer.
この構成により、高温での耐久性に優れ、かしめ加工も容易なATミッションの遊星歯車用軸受を提供することができる。 With this configuration, it is possible to provide an AT mission planetary gear bearing that has excellent durability at high temperatures and is easy to be caulked.
上記の転動軸は、さらに窒素富化層を有することができる。 The rolling shaft can further have a nitrogen-enriched layer.
この構成により、表面の残留オーステナイトを容易にマルテンサイト変態しないように安定化することができ、変形防止に役立つ。また非常に過酷な応力条件下でマルテンサイト変態する場合は転動疲労に対する耐久性を向上させる。 With this configuration, the retained austenite on the surface can be stabilized so as not to be easily transformed into martensite, which helps prevent deformation. In addition, when martensitic transformation is performed under extremely severe stress conditions, durability against rolling fatigue is improved.
上記軸受において、内輪である転動軸は、外輪との間に転動体を介在させず該外輪と接するタイプの滑り軸受であってもよい。 In the above-described bearing, the rolling shaft that is an inner ring may be a sliding bearing that is in contact with the outer ring without a rolling element interposed between the inner ring and the outer ring.
上記のように、滑りタイプのローラフォロアでは、局部的な面圧増加を防ぐことができ、摩耗、かじり等を防ぐことができる。 As described above, the sliding type roller follower can prevent a local increase in surface pressure and can prevent wear, galling, and the like.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の軸受を用いることにより、高温環境の過酷な使用条件下であっても、寸法変化の小さい転動軸を含む信頼度の高い軸受を提供できるので、自動車用のロッカーアームの軸受や、CVT、ATミッションなどのトランスミッションの遊星歯車用軸受を中心に広範に利用されることが期待される。 By using the bearing of the present invention, it is possible to provide a highly reliable bearing including a rolling shaft with a small dimensional change even under severe use conditions in a high temperature environment. It is expected to be widely used around planetary gear bearings for transmissions such as CVT and AT missions.
1 転動軸(内輪)、1a 高周波焼入層、1b かしめ加工部、3 ころ(転動体)、5 ロッカーアーム部、10 ロッカーアーム用軸受、41 太陽歯車軸、42 外輪、44 キャリア、46 ころ(転動体)、48 転動軸(内輪)、50 ATミッション。
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