JP2006112557A - Tapered roller bearing - Google Patents

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JP2006112557A JP2004301866A JP2004301866A JP2006112557A JP 2006112557 A JP2006112557 A JP 2006112557A JP 2004301866 A JP2004301866 A JP 2004301866A JP 2004301866 A JP2004301866 A JP 2004301866A JP 2006112557 A JP2006112557 A JP 2006112557A
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Jiro Mochizuki
次郎 望月
Takashi Tsujimoto
崇 辻本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tapered roller bearing having high crack-proof strength and dimensional stability and excellent in fatigue life. <P>SOLUTION: At least one component part of an inner ring 10, an outer ring 20 and tapered rollers 30 of the tapered roller bearing has a nitrogen enrichment layer in a surface layer part. Grain size numbers of austenite crystal grains in the nitrogen enrichment layer are within a range exceeding 10. A curvature radius R of large end faces 32 of the tapered rollers 30 is set within a range of R/R<SB>BASE</SB>=0.75 to 0.87 when a distance from an apex of a cone angle of the tapered rollers 30 to a cone back face rib surface 18 of the inner ring 10 is represented as R<SB>BASE</SB>. Side run-out with outside surface at the large end faces 32 of the tapered rollers 30 is set at 3μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は円すいころ軸受に関する。   The present invention relates to a tapered roller bearing.

円すいころ軸受は転動体として円すいころを用いたラジアル軸受であって、図1に示すように、内輪10と外輪20と円すいころ30と保持器40とで構成される。内輪10は外周に円すい面状の軌道12を有し、軌道12の両側に小つば14と大つば16を備えている。外輪20は内周に円すい面状の軌道22を有する。円すいころ30は内外輪10,20の軌道12,22間に転動自在に介在させてある。保持器40は円周方向に所定間隔に配置した複数のポケットを有し、各ポケットに円すいころ30が収容される。   The tapered roller bearing is a radial bearing using a tapered roller as a rolling element, and includes an inner ring 10, an outer ring 20, a tapered roller 30, and a cage 40 as shown in FIG. The inner ring 10 has a conical track 12 on the outer periphery, and includes a small brim 14 and a large brim 16 on both sides of the track 12. The outer ring 20 has a conical track 22 on the inner periphery. The tapered roller 30 is interposed between the raceways 12 and 22 of the inner and outer rings 10 and 20 so as to roll freely. The cage 40 has a plurality of pockets arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and the tapered rollers 30 are accommodated in the respective pockets.

円すいころ軸受では円すいころ30と内外輪10,20の軌道とが線接触しており、図2に示すように、内外輪10,20の軌道12,22と円すいころ30の円すいの頂点が軸受中心軸上の一点Oに集まるように設計され、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を受けることができる。内輪10の軌道12と外輪20の軌道22では円すい角が違うため、各軌道から円すいころ30に加わる荷重の合力が円すいころ30を内輪10の大つば16に向けて押す方向に作用する。このため、円すいころ30はその大端面32が内輪10の大つば16に押し付けられた状態で案内され、ここで滑り接触をする。詳しくは、図3に示すように、大つば面18はその母線yが軸受の中心軸に対して所定角をなすフラット面とされ、このフラット面に円すいころ30の大端面32が滑り接触する。   In the tapered roller bearing, the tapered rollers 30 and the raceways of the inner and outer rings 10 and 20 are in line contact, and as shown in FIG. 2, the raceways 12 and 22 of the inner and outer races 10 and 20 and the tops of the cones of the tapered rollers 30 are the bearings. Designed to gather at one point O on the central axis, it can receive radial load and axial load in one direction. Since the conical angle is different between the raceway 12 of the inner ring 10 and the raceway 22 of the outer ring 20, the resultant force of the load applied to the tapered roller 30 from each race acts in the direction of pushing the tapered roller 30 toward the collar 16 of the inner ring 10. For this reason, the tapered roller 30 is guided in a state in which the large end surface 32 is pressed against the large collar 16 of the inner ring 10 and is brought into sliding contact therewith. Specifically, as shown in FIG. 3, the large collar surface 18 is a flat surface in which the generatrix y forms a predetermined angle with respect to the central axis of the bearing, and the large end surface 32 of the tapered roller 30 is in sliding contact with the flat surface. .

円すいころ軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重、およびそれらの合成荷重を負荷するのに適した軸受で、負荷能力も大きいため、自動車や建設機械等の車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達装置においては、円すいころ軸受で歯車軸を支持した支持装置が使用されている。自動車のトランスミッションには大別するとマニュアルタイプとオートマチックタイプがあり、また、車両の駆動方式によって前輪駆動(FWD)用トランスアクスル、後輪駆動(RWD)用トランスミッション、四輪駆動(4WD)用トランスファ(副変速機)がある。いずれもエンジンからの駆動力を変速して駆動軸などへ伝達するものである。   Tapered roller bearings are bearings that are suitable for carrying radial and axial loads and their combined loads, and because of their large load capacity, they are used in power transmission devices such as differentials and transmissions for vehicles such as automobiles and construction machinery. A support device is used in which a gear shaft is supported by a tapered roller bearing. There are two types of automobile transmissions: manual type and automatic type. Depending on the vehicle drive system, front wheel drive (FWD) transaxle, rear wheel drive (RWD) transmission, and four wheel drive (4WD) transfer ( Sub transmission). In either case, the driving force from the engine is shifted and transmitted to a drive shaft or the like.

図17に自動車のトランスミッションの構成例を示す。このトランスミッションは同期かみ合い式のもので、同図の左方がエンジン側、右方が駆動車輪側である。メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間に円すいころ軸受43が介在させてある。この例では、メインドライブギヤ42の内周に円すいころ軸受43の外輪軌道面が直接形成してある。メインドライブギヤ42は、円すいころ軸受44でケーシング45に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ42にクラッチギヤ46が係合連結され、クラッチギヤ46に近接してシンクロ機構47が配置してある。   FIG. 17 shows a configuration example of an automobile transmission. This transmission is of a synchronous mesh type, and the left side of the figure is the engine side and the right side is the drive wheel side. A tapered roller bearing 43 is interposed between the main shaft 41 and the main drive gear 42. In this example, the outer ring raceway surface of the tapered roller bearing 43 is formed directly on the inner periphery of the main drive gear 42. The main drive gear 42 is rotatably supported with respect to the casing 45 by a tapered roller bearing 44. A clutch gear 46 is engaged and connected to the main drive gear 42, and a synchronization mechanism 47 is disposed in the vicinity of the clutch gear 46.

シンクロ機構47は、セレクタ(図示省略)の作動によって軸方向(図17の左右方向)に移動するスリーブ48と、スリーブ48の内周に軸方向移動自在に装着したシンクロナイザーキー49と、メインシャフト41の外周に係合連結させたハブ50と、クラッチギヤ46の外周(コーン部)に摺動自在に装着したシンクロナイザーリング51と、シンクロナイザーキー49をスリーブ48の内周に弾性的に押圧する押さえピン52およびスプリング53とを備えている。   The synchronizer 47 includes a sleeve 48 that moves in the axial direction (left and right in FIG. 17) by the operation of a selector (not shown), a synchronizer key 49 that is mounted on the inner periphery of the sleeve 48 so as to be axially movable, and a main shaft. The hub 50 engaged and connected to the outer periphery of 41, the synchronizer ring 51 slidably mounted on the outer periphery (cone portion) of the clutch gear 46, and the synchronizer key 49 are elastically pressed against the inner periphery of the sleeve 48. A pressing pin 52 and a spring 53 are provided.

図17に示す状態では、スリーブ48とシンクロナイザーキーが押さえピン52によって中立位置に保持されている。このとき、メインドライブギヤ42はメインシャフト41に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ48が同図に示す状態からたとえば軸方向左側に移動すると、スリーブ48に従動してシンクロナイザーキー49が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング51をクラッチギヤ46のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ46の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構47側の回転速度が高まる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ48がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ46とかみ合い、メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間がシンクロ機構47を介して連結される。これにより、メインシャフト41とメインドライブギヤ42とが同期回転する。   In the state shown in FIG. 17, the sleeve 48 and the synchronizer key are held in the neutral position by the pressing pin 52. At this time, the main drive gear 42 idles with respect to the main shaft 41. On the other hand, when the sleeve 48 is moved to the left side in the axial direction, for example, by the operation of the selector, the synchronizer key 49 is moved to the left side in the axial direction following the sleeve 48, and the synchronizer ring 51 is moved to the clutch gear 46. Press against the inclined surface of the cone. As a result, the rotational speed of the clutch gear 46 decreases, and conversely, the rotational speed on the synchro mechanism 47 side increases. When the rotational speeds of the two are synchronized, the sleeve 48 further moves to the left in the axial direction, engages with the clutch gear 46, and the main shaft 41 and the main drive gear 42 are connected via the sync mechanism 47. . Thereby, the main shaft 41 and the main drive gear 42 rotate synchronously.

ところで、自動車トランスミッションは、近年、ミッションのAT化、CVT化、低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境下では、油温が高い、油量が少ない、予圧抜けが発生する、などの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点型剥離が生じることがある。   By the way, in recent years, low-viscosity oil tends to be used in automobile transmissions for mission AT, CVT, fuel efficiency, and the like. In an environment where low-viscosity oil is used, a surface-origin type that has a very short life due to poor lubrication when the oil temperature is high, the amount of oil is low, preload loss occurs, etc. Peeling may occur.

軸受部品の転動疲労に対して長寿命を与える熱処理方法として、焼入れ加熱時の雰囲気RXガス中にさらにアンモニアガスを添加するなどして、その軸受部品の表層部に浸炭窒化処理を施す方法がある(たとえば特開平8−4774号公報、特開平11−101247号公報)。この浸炭窒化処理法を用いることにより、表層部を硬化させ、ミクロ組織中に残留オーステナイトを生成させ、転動疲労寿命を向上させることができる。
特開平8−4774号公報 特開平11−101247号公報
As a heat treatment method that gives a long life against rolling fatigue of a bearing component, a method of performing a carbonitriding process on the surface layer portion of the bearing component by adding ammonia gas to the atmosphere RX gas during quenching heating, etc. (For example, JP-A-8-4774, JP-A-11-101247). By using this carbonitriding treatment method, the surface layer portion can be hardened, retained austenite can be generated in the microstructure, and the rolling fatigue life can be improved.
JP-A-8-4774 Japanese Patent Laid-Open No. 11-101247

しかしながら、上記の浸炭窒化処理方法は炭素および窒素を拡散させる拡散処理であるため、長時間高温に保持する必要がある。このため、組織が粗大化する等して耐割れ強度の向上を図ることは困難である。また、残留オーステナイトの増加による経年寸法変化率の増大も問題となる。   However, since the carbonitriding method described above is a diffusion treatment that diffuses carbon and nitrogen, it must be kept at a high temperature for a long time. For this reason, it is difficult to improve the cracking resistance due to the coarsening of the structure. In addition, an increase in the dimensional change rate due to increase in retained austenite is also a problem.

一方、転動疲労に対して長寿命を確保し、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率の増大を防ぐために、鋼の合金設計により組織を調整することで対処することが可能である。しかし、合金設計によると原材料コストが高くなるなどの問題点が発生する。   On the other hand, in order to secure a long life against rolling fatigue, improve crack strength, and prevent an increase in the rate of dimensional change over time, it is possible to cope with the problem by adjusting the structure by the steel alloy design. However, the alloy design causes problems such as high raw material costs.

今後のトランスミッションにおける軸受部品には、使用環境の高荷重化、高温化に伴い、また、トランスミッションの小型化・コンパクト化の要求に伴い、従来よりも、大きな荷重条件で、かつ、より高温で使用できる特性を備えることが要求される。このため、高強度で、転動疲労特性が長寿命で、高度の耐割れ強度と寸法安定性とを有する軸受部品が必要になる。   Bearing parts in future transmissions will be used under higher load conditions and higher temperatures than ever before, as the usage environment increases in load and temperature, and in response to demands for smaller and more compact transmissions. It is required to have characteristics that can be achieved. For this reason, a bearing component having high strength, long rolling fatigue characteristics, high cracking strength and dimensional stability is required.

本発明の目的は、高度の耐割れ強度と寸法安定性とを有し、転動疲労寿命に優れた円すいころ軸受を提供することである。   An object of the present invention is to provide a tapered roller bearing having high cracking resistance and dimensional stability and excellent in rolling fatigue life.

本発明の円すいころ軸受は、外周に円すい面状の軌道を有するとともに軌道の両側に大つばと小つばを形成した内輪と、内周に円すい面状の軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の円すいころと、円すいころを円周方向で所定間隔に保つための保持器とを具備し、前記内輪、外輪、円すいころのうち少なくとも一つの構成部品が表層部に窒素富化層を有し、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を超え、円すいころの円すいの頂点から内輪の大つば面までの距離RBASEに対する円すいころの大端面の曲率半径Rの比の値R/RBASEを0.75以上0.87以下とし、円すいころの大端面の端面振れを3μm以下としたことを特徴とするものである。 The tapered roller bearing of the present invention includes an inner ring having a tapered surface raceway on the outer periphery and formed with large and small collars on both sides of the track, an outer ring having a tapered surface raceway on the inner periphery, and an inner ring raceway. A plurality of tapered rollers interposed between the outer ring raceway and a retainer for keeping the tapered rollers at a predetermined interval in the circumferential direction, and at least one component of the inner ring, outer ring, and tapered roller Has a nitrogen-enriched layer in the surface layer portion, the austenite grain size number in the nitrogen-enriched layer exceeds 10, and the tapered roller with respect to the distance R BASE from the apex of the tapered roller to the large collar surface of the inner ring The ratio R / R BASE of the radius of curvature R of the large end face is set to 0.75 to 0.87, and the end face runout of the large end face of the tapered roller is set to 3 μm or less.

本発明によれば、内輪、外輪、円すいころのうち少なくともいずれか一つの構成部品のオーステナイト粒径が微細であることにより、耐割れ強度、寸法安定性および転動疲労寿命が大幅に改良される。オーステナイト粒径の粒度番号が10番以下では、転動疲労寿命は大きく改善されないので、10番を超える範囲とする。通常、11番以上とする。オーステナイト粒径は細かいほど望ましいが、通常、13番を超える粒度番号を得ることは難しい。なお、トランスミッションにおけるシャフトの支持構造の内輪、外輪および転動体のオーステナイト粒は、浸炭窒化処理の影響を大きく受けている表層部でも、それより内側の内部でも変化しない。したがって、上記の結晶粒度番号の範囲の対象となる位置は、表層部および内部とする。   According to the present invention, since the austenite grain size of at least one of the inner ring, outer ring, and tapered roller is fine, crack resistance strength, dimensional stability, and rolling fatigue life are greatly improved. . If the austenite grain size number is 10 or less, the rolling fatigue life is not greatly improved. Usually 11 or more. Although it is desirable that the austenite particle size is finer, it is usually difficult to obtain a particle size number exceeding # 13. Note that the austenite grains of the inner ring, outer ring, and rolling elements of the shaft support structure in the transmission do not change either in the surface layer part that is greatly affected by the carbonitriding process or in the inner part thereof. Therefore, the target position of the above crystal grain size number range is the surface layer portion and the inside.

なお、本明細書における内輪または外輪は、シャフト、ハウジングなどの部材と一体化されたものであってもよく、また、別体で設けられたものであってもよい。   The inner ring or the outer ring in this specification may be integrated with members such as a shaft and a housing, or may be provided separately.

オーステナイト粒という場合、焼入れされた後のマルテンサイトやベイナイトなどのフェライト相にその痕跡を残している。焼入れ前のオーステナイト粒界を強調するために「旧」を付する場合もある。すなわち、オーステナイト粒と旧オーステナイト粒とは同じものを表現している。   In the case of austenite grains, traces are left in the ferrite phase such as martensite and bainite after being quenched. In some cases, “old” is added to emphasize the austenite grain boundary before quenching. That is, the austenite grains and the prior austenite grains represent the same thing.

オーステナイト結晶粒は、対象とする部材の金相試料に対してエッチングなど、粒界を顕出する処理を施して観察することができる粒界であればよい。低温焼入れ直前の加熱された時点での粒界という意味で、上記のように旧オーステナイト粒と呼ぶ場合がある。測定は、JIS規格の粒度番号の平均値から平均粒径に換算して求めてもよいし、切片法などにより金相組織に重ねたランダム方向の直線が粒界と会合する間の間隔長さの平均値をとってもよい。   The austenite crystal grain may be a grain boundary that can be observed by performing a process of revealing the grain boundary, such as etching, on the gold phase sample of the target member. In the sense that it is a grain boundary at the time of heating just before low-temperature quenching, it may be referred to as prior austenite grains as described above. The measurement may be obtained by converting the average value of the particle size number of JIS standard to the average particle size, or the length of the interval between the straight lines in the random direction superimposed on the gold phase structure by the intercept method or the like and associated with the grain boundary. You may take the average value of.

窒素富化層は、後に説明するように、浸炭窒化処理により形成されるが、上記窒素富化層に炭素が富化されてもよいし、富化されていなくてもよい。   As will be described later, the nitrogen-enriched layer is formed by carbonitriding, but the nitrogen-enriched layer may or may not be enriched with carbon.

上記のような窒素富化層を有する組織は、次のような熱処理工程で形成することができる。すなわち、軸受部品用の鋼をA1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A1変態点未満の温度に冷却し、その後、A1変態点以上で浸炭窒化処理の温度未満の焼入れ温度域に再加熱し、焼入れを行なう。浸炭窒化処理後A1変態点未満の温度に冷却した後に最終的な焼入れを行なうことにより、オーステナイト粒径を細かくすることができる。この結果、シャルピー衝撃値、破壊靭性値、割れ強度、疲労寿命(構成部品が転がり軸受または転がり軸受部品である場合には転動疲労寿命)などを向上させることができる。 The structure having the nitrogen-enriched layer as described above can be formed by the following heat treatment process. That is, after carbonitriding steel for the bearing parts carbonitriding temperature exceeding the A 1 transformation point, cooled to a temperature below the A 1 transformation point, then, below the temperature of the carbonitriding process by A 1 transformation point or more Reheat to the quenching temperature range and quench. The austenite grain size can be made fine by performing final quenching after cooling to a temperature below the A 1 transformation point after carbonitriding. As a result, it is possible to improve the Charpy impact value, fracture toughness value, crack strength, fatigue life (rolling fatigue life when the component is a rolling bearing or rolling bearing component), and the like.

さらに、たとえばオーステナイトが変態する温度にまで冷却することにより、浸炭窒化処理の際のオーステナイト粒界と最終焼入れの際のオーステナイト粒界とを無関係にすることができる。さらに、最終焼入れの際の加熱温度が浸炭窒化処理時の加熱温度よりも低いので、浸炭窒化処理の効果が及ぶ表層部における未溶解セメンタイト量は浸炭窒化処理のときよりも増大する。このため最終焼入れの加熱温度において、浸炭窒化処理のときより、未溶解セメンタイト量の比率が増大し、オーステナイト量の比率が低下する。しかも、鉄−炭素2元状態図から、セメンタイトとオーステナイトとの共存領域において、焼入れ温度の低下に伴いオーステナイトに固溶する炭素濃度も低くなる。   Further, for example, by cooling to a temperature at which austenite transforms, the austenite grain boundary during carbonitriding and the austenite grain boundary during final quenching can be made irrelevant. Furthermore, since the heating temperature at the time of final quenching is lower than the heating temperature at the time of carbonitriding, the amount of undissolved cementite in the surface layer portion to which the effect of carbonitriding is exerted is greater than that at the time of carbonitriding. For this reason, at the heating temperature of the final quenching, the ratio of the amount of undissolved cementite increases and the ratio of the austenite amount decreases compared to the carbonitriding process. Moreover, in the iron-carbon binary phase diagram, in the coexistence region of cementite and austenite, the concentration of carbon that dissolves in austenite also decreases as the quenching temperature decreases.

最終焼入れ温度に加熱したとき、オーステナイト粒の成長を妨げる未溶解セメンタイト量が多いために、オーステナイト粒は微細となる。また、焼入れによってオーステナイトからマルテンサイトやベイナイトに変態した組織は炭素濃度が低いので、浸炭窒化処理温度から焼入れした組織に比べて靭性に富んだ組織となる。   When heated to the final quenching temperature, the austenite grains become fine due to the large amount of undissolved cementite that hinders the growth of austenite grains. In addition, the structure transformed from austenite to martensite or bainite by quenching has a low carbon concentration, and therefore has a structure rich in toughness as compared with the structure quenched from the carbonitriding temperature.

上記の円すいころ軸受の製造方法において好ましくは、焼入れ温度域が790℃〜830℃の温度域である。これにより、オーステナイト結晶粒の成長が生じにくい温度に再加熱して焼入れするので、オーステナイト粒径を細かくすることができる。   In the above method for producing a tapered roller bearing, the quenching temperature range is preferably a temperature range of 790 ° C to 830 ° C. Thereby, since it reheats and quenches to the temperature which austenite crystal grain growth does not produce easily, an austenite grain size can be made fine.

円すいころの大端面の曲率半径Rと円すいころの円すい角の頂点から内輪大つば面までの距離RBASEとの比の値R/RBASEを0.75〜0.87の範囲としたのは次の理由による。
ころ大端面の曲率半径Rは、従来、0.90≦R/RBASE≦0.97であったが、この場合、大つば面と円すいころ大端面との間の最小油膜厚さ比は0.9以下であって、高速回転のためには必ずしも満足のいく値ではなかった。本発明者等は、実験に基づき、前記最小油膜厚さ比を0.95以上にできるRの最適値が0.75≦R/RBASE≦0.87であることを見出し、これを具現化させたものである。
The ratio R / R BASE between the radius of curvature R of the tapered end of the tapered roller and the distance R BASE from the apex of the tapered angle of the tapered roller to the large collar surface of the inner ring is in the range of 0.75 to 0.87. For the following reason.
Conventionally, the radius of curvature R of the roller large end face was 0.90 ≦ R / R BASE ≦ 0.97. In this case, the minimum oil film thickness ratio between the large brim surface and the tapered roller large end face is 0. .9 or less, which is not always a satisfactory value for high-speed rotation. Based on experiments, the present inventors have found that the optimum value of R that enables the minimum oil film thickness ratio to be 0.95 or more is 0.75 ≦ R / R BASE ≦ 0.87, and realizes this. It has been made.

図4は、内輪大つば面と円すいころ大端面との間に形成される油膜厚さtを、Karnaの式を用いて計算した結果を示す。同図において、横軸はR/RBASEを表し、縦軸はR/RBASE=0.76のときの油膜厚さt0に対する油膜厚さtの比の値t/t0を表している。同図から明らかなように、油膜厚さtはR/RBASE=0.76のとき最大となり、R/RBASEが0.9を越えると急激に減少する。 FIG. 4 shows the result of calculating the oil film thickness t formed between the inner ring large collar surface and the tapered roller large end surface using Karna's equation. In the figure, the horizontal axis represents R / R BASE and the vertical axis represents the value t / t 0 of the ratio of the oil film thickness t to the oil film thickness t 0 when R / R BASE = 0.76. . As is apparent from the figure, the oil film thickness t becomes maximum when R / R BASE = 0.76, and decreases rapidly when R / R BASE exceeds 0.9.

図5は、内輪大つば面と円すいころ大端面との間の最大ヘルツ応力pを計算した結果を示す。同図において、横軸はR/RBASEを表し、縦軸は、図4と同様に、R/RBASE=0.76のときの最大ヘルツ応力p0に対する最大ヘルツ応力pの比の値p/p0を表している。同図から明らかなように、最大ヘルツ応力pはR/RBASEの増大に伴って単調に減少する。 FIG. 5 shows the result of calculating the maximum Hertz stress p between the inner ring large collar surface and the tapered roller large end surface. In the figure, the horizontal axis represents R / R BASE , and the vertical axis represents the value p of the ratio of the maximum Hertz stress p to the maximum Hertz stress p 0 when R / R BASE = 0.76 as in FIG. / p 0 is represented. As is clear from the figure, the maximum Hertz stress p monotonously decreases as R / R BASE increases.

内輪大つば面と円すいころ大端面との間の滑り摩擦によるトルクロスと発熱を低減させるためには、油膜厚さtを厚く、最大ヘルツ応力pを小さくすることが望ましい。本発明者らは、図4および図5の計算結果を参考とし、後の表1に示す耐焼付き試験結果に基づいて、R/RBASEの適正範囲を0.75〜0.87に決定した。 In order to reduce torque loss and heat generation due to sliding friction between the inner ring large collar surface and the tapered end surface of the tapered roller, it is desirable to increase the oil film thickness t and decrease the maximum Hertz stress p. The inventors determined the appropriate range of R / R BASE to 0.75 to 0.87 based on the seizure resistance test results shown in Table 1 later with reference to the calculation results of FIGS. 4 and 5. .

また、従来、端面振れの許容値は、最も小さい等級1(円すいころの呼び直径Dwが3mm以上10mm以下)の場合でも4μmとされていたところ、円すいころの大端面の端面振れを3μm以下としたことによって、円すいころ大端面と内輪大つば面の接触圧力の変動が小さくなり、油膜形成を阻害する要因が低減する。   Conventionally, the allowable value of the end face deflection is 4 μm even in the case of the smallest grade 1 (the nominal diameter Dw of the tapered roller is 3 mm or more and 10 mm or less), but the end face runout of the large end face of the tapered roller is 3 μm or less. As a result, the variation in the contact pressure between the large end face of the tapered roller and the large collar face of the inner ring is reduced, and the factors that hinder oil film formation are reduced.

請求項2の発明は、請求項1の円すいころ軸受において、前記構成部品の破壊応力値が2650MPa以上であることを特徴とするものである。本願発明者らは、鋼をA1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A1変態点未満の温度に冷却し、その後にA1変態点以上の焼入れ温度域に再加熱し焼入れを行なうことにより、窒素富化層を有する鋼の破壊応力値を、従来では得られなかった2650MPa以上できることを見出した。これにより、従来と比較して破壊応力値に優れ、それにより強度の高い円すいころ軸受を得ることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the tapered roller bearing of the first aspect, the component component has a fracture stress value of 2650 MPa or more. The present inventors, after were carbonitrided in the carbonitriding temperature exceeding the A 1 transformation point of steel is cooled to a temperature below the A 1 transformation point, then reheated to a quenching temperature range of not lower than the A 1 transformation point It has been found that by performing quenching and quenching, the fracture stress value of the steel having a nitrogen-enriched layer can be 2650 MPa or more, which has not been obtained conventionally. Thereby, it is possible to obtain a tapered roller bearing which has an excellent fracture stress value as compared with the conventional one and thereby has a high strength.

請求項3の発明は、請求項1の円すいころ軸受において、前記構成部品の水素含有量が0.5ppm以下であることを特徴とするものである。これにより、水素に起因する鋼の脆化を軽減することができる。鋼の水素含有率が0.5ppmを超えると鋼の割れ強度は低下する。したがって、このような鋼は過酷な荷重が加わるハブの支持構造にはあまり適さなくなる。水素量は低いほうが望ましい。しかし、0.3ppm未満に減らすためには長時間の加熱が必要になり、オーステナイト粒径が粗大化し、却って靭性が低下してしまう。このため、より望ましい水素含有率は0.3〜0.5ppmの範囲である。さらに望ましくは、0.35〜0.45ppmの範囲である。   According to a third aspect of the invention, in the tapered roller bearing of the first aspect, the hydrogen content of the component is 0.5 ppm or less. Thereby, embrittlement of steel due to hydrogen can be reduced. When the hydrogen content of steel exceeds 0.5 ppm, the crack strength of steel decreases. Therefore, such a steel is not very suitable for a support structure for a hub to which a severe load is applied. A lower hydrogen content is desirable. However, in order to reduce it to less than 0.3 ppm, heating for a long time is required, the austenite grain size becomes coarse, and on the contrary, the toughness is lowered. For this reason, a more desirable hydrogen content is in the range of 0.3 to 0.5 ppm. More desirably, it is in the range of 0.35 to 0.45 ppm.

なお、上記の水素含有率は、拡散性水素は測定の対象にはせず、所定温度以上で鋼から放出される非拡散性水素のみを測定の対象とするものである。サンプルサイズが小さければ、常温でもサンプルから放出され散逸してしまうので、拡散性水素量は測定の対象から外している。非拡散性水素は、鋼中の欠陥部などにトラップされており、所定の加熱温度以上ではじめてサンプルから放出される水素である。この非拡散性水素に限定しても、水素含有率は測定方法によって大きく変動する。上記の水素含有率範囲は熱伝導度法による測定方法による範囲である。さらに、後記するように、LECO社製DH−103型水素分析装置またはそれに準じる測定装置を用いて測定することが望ましい。   Note that the above hydrogen content does not measure diffusible hydrogen, but only measures non-diffusible hydrogen released from steel at a predetermined temperature or higher. If the sample size is small, it will be released and dissipated from the sample even at room temperature, so the amount of diffusible hydrogen is excluded from the measurement. Non-diffusible hydrogen is trapped in a defective portion or the like in steel and is released from a sample only after a predetermined heating temperature or higher. Even if limited to this non-diffusible hydrogen, the hydrogen content varies greatly depending on the measurement method. The above hydrogen content range is a range determined by a measurement method using a thermal conductivity method. Furthermore, as will be described later, it is desirable to measure using a DH-103 type hydrogen analyzer manufactured by LECO or a measuring device according to it.

請求項4の発明は、請求項1の円すいころ軸受において、内輪の大つば面の表面粗さRaを0.05μm〜0.20μmの範囲としたことを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、内輪の大つば面と円すいころの大端面との間の油膜厚さtとの関係で、これらの面間での潤滑状態を適正な状態に保つことができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the tapered roller bearing of the first aspect, the surface roughness Ra of the large collar surface of the inner ring is in the range of 0.05 μm to 0.20 μm. By adopting such a configuration, it is possible to keep the lubrication state between these surfaces in an appropriate state in relation to the oil film thickness t between the large collar surface of the inner ring and the large end surface of the tapered roller. it can.

ここで、表面粗さRaを0.05μm以上としたのは次の理由による。円すいころ軸受を軸に取り付ける際は、前記図1の円すいころ軸受を例にとって説明すると、図6に示すように、内輪10の端面にアキシアル荷重Faを負荷し、軸を50〜100rpm程度の低速で回転させながら、円すいころ30を内輪10の大つば面18側へ移動させ、円すいころ30の大端面32を所定の圧力で大つば面18に予圧するようにしている。この予圧は軸受使用中の円すいころ30の軸方向移動を防止し、円すいころ30を内輪10および外輪20の各軌道面12,22と安定して線接触させるために行われる。この予圧力の管理は、軸トルクを測定することにより行われ、軸トルクが所定の値となったときに予圧作業が完了する。   Here, the reason why the surface roughness Ra is set to 0.05 μm or more is as follows. When the tapered roller bearing is attached to the shaft, the tapered roller bearing of FIG. 1 will be described as an example. As shown in FIG. 6, an axial load Fa is applied to the end face of the inner ring 10, and the shaft is driven at a low speed of about 50 to 100 rpm. The tapered roller 30 is moved to the large collar surface 18 side of the inner ring 10 while being rotated, and the large end surface 32 of the tapered roller 30 is preloaded on the large collar surface 18 with a predetermined pressure. This preload is performed in order to prevent the tapered roller 30 from moving in the axial direction during use of the bearing, and to bring the tapered roller 30 into stable line contact with the raceway surfaces 12 and 22 of the inner ring 10 and the outer ring 20. This preload management is performed by measuring the shaft torque, and the preload operation is completed when the shaft torque reaches a predetermined value.

表面粗さRaが0.05μm未満の場合は、予圧作業の低速回転時に、内輪10の大つば面18と円すいころ30の大端面32との間の潤滑状態が、流体潤滑(完全潤滑)と境界潤滑の混合潤滑になるため、摩擦係数が大幅に変動し、測定される軸トルクのばらつきが大きくなり、予圧力の管理精度が悪くなる。Raが0.05μm以上の場合は、潤滑状態が境界潤滑となって摩擦係数が安定し、精度のよい予圧力の管理を行うことができる。100rpmを越える通常の軸受使用条件下の回転数では、大つば面18と大端面32との間に十分な油膜が形成されるため、これらの両面間の潤滑状態は流体潤滑(完全潤滑)となって摩擦係数が小さくなる。   When the surface roughness Ra is less than 0.05 μm, the lubrication state between the large collar surface 18 of the inner ring 10 and the large end surface 32 of the tapered roller 30 is fluid lubrication (complete lubrication) during low speed rotation of the preloading operation. Since it becomes mixed lubrication of boundary lubrication, the friction coefficient fluctuates greatly, the variation of the measured shaft torque becomes large, and the preload control accuracy deteriorates. When Ra is 0.05 μm or more, the lubrication state becomes boundary lubrication, the friction coefficient is stabilized, and the preload can be managed with high accuracy. At a rotational speed under normal bearing use conditions exceeding 100 rpm, a sufficient oil film is formed between the large brim surface 18 and the large end surface 32. Therefore, the lubrication state between these two surfaces is fluid lubrication (complete lubrication). Thus, the friction coefficient becomes small.

表面粗さRaを0.20μm以下としたのは、Raが0.20μmを越えると、高速回転領域で軸受部が温度上昇し、潤滑油が粘度低下したときに、油膜厚さtが不十分となり、焼付きを生じやすくなるからである。   The reason why the surface roughness Ra is 0.20 μm or less is that when Ra exceeds 0.20 μm, the temperature of the bearing rises in the high-speed rotation region, and the oil film thickness t is insufficient when the viscosity of the lubricating oil decreases. This is because seizure is likely to occur.

請求項5の発明は、請求項1の円すいころ軸受において、円すいころの大端面の表面粗さRaを0.02μm以下としたことを特徴とするものである。このような構成を採用することによって、油膜厚さに対して面粗さが小さくなり、油膜形成を阻害する要因が低減する。より具体的に述べると、油膜厚さに対して面粗さが大きいと金属接触することになるが、面粗さが小さければ金属接触することがなく油膜を破断しない。なお、円すいころの大端面の面粗さをよくすることで、上述の低速回転の予圧管理において多少影響が生じるが、予圧力の管理精度に大きな影響を及ぼすことはない。   According to a fifth aspect of the present invention, in the tapered roller bearing of the first aspect, the surface roughness Ra of the large end face of the tapered roller is 0.02 μm or less. By adopting such a configuration, the surface roughness is reduced with respect to the oil film thickness, and the factors that hinder oil film formation are reduced. More specifically, when the surface roughness is large with respect to the oil film thickness, metal contact is made. However, when the surface roughness is small, metal contact does not occur and the oil film is not broken. Note that, by improving the surface roughness of the large end surface of the tapered roller, there is a slight influence on the above-described low-speed rotation preload management, but it does not significantly affect the preload management accuracy.

本発明の円すいころ軸受を用いることにより、窒素富化層を形成した上で、これまでにない優れた破壊応力値を得ることができるため、優れた耐割れ強度などを得ることができる。また、円すいころの大端面の曲率半径Rを、前記R/RBASE=0.75〜0.87の範囲としたので、部品表面の浸炭窒化層を適度な靭性を有する材質に安定して保ち、異物混入下での耐久寿命を著しく改善でき、かつ、内輪大つば面と円すいころ大端面との間の滑り摩擦によるトルクロスと発熱を低減させて焼付きの発生を防止することができる。さらに、円すいころの大端面の端面振れを3μm以下に抑えたことで、内輪の大つばと円すいころの大端面との間の最適油膜形成を促し、耐焼付き性および耐予圧抜け性が向上する。予圧抜けとは、周知のとおり、摩耗等によって予圧が次第に減少する現象をいう。 By using the tapered roller bearing of the present invention, an excellent fracture stress value that has never been obtained can be obtained after forming a nitrogen-enriched layer. In addition, since the radius of curvature R of the large end face of the tapered roller is in the range of R / R BASE = 0.75 to 0.87, the carbonitrided layer on the surface of the component is stably kept in a material having appropriate toughness. In addition, the durability life under the presence of foreign matter can be remarkably improved, and the occurrence of seizure can be prevented by reducing the torque loss and heat generation due to sliding friction between the inner ring large collar surface and the tapered roller large end surface. Furthermore, by suppressing the end face runout of the large end face of the tapered roller to 3 μm or less, the optimal oil film formation between the large collar of the inner ring and the large end face of the tapered roller is promoted, and seizure resistance and preload resistance are improved. . As is well known, the preload loss is a phenomenon in which the preload gradually decreases due to wear or the like.

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に示すように、円すいころ軸受は内輪10と外輪20と円すいころ30と保持器40とで構成される。内輪10は外周に円すい面状の軌道12を有し、軌道12の両側に小つば14と大つば16を備えている。符号18は内輪10の大つば面すなわち円すいころ30の大端面32と接する面を表している。外輪20は内周に円すい面状の軌道22を有する。円すいころ30は内外輪10,20の軌道12,22間に転動自在に介在させてある。保持器40は円周方向に所定間隔に配置した複数のポケットを有し、各ポケットに円すいころ30が収容される。   As shown in FIG. 1, the tapered roller bearing includes an inner ring 10, an outer ring 20, a tapered roller 30, and a cage 40. The inner ring 10 has a conical track 12 on the outer periphery, and includes a small brim 14 and a large brim 16 on both sides of the track 12. Reference numeral 18 represents a large collar surface of the inner ring 10, that is, a surface in contact with the large end surface 32 of the tapered roller 30. The outer ring 20 has a conical track 22 on the inner periphery. The tapered roller 30 is interposed between the raceways 12 and 22 of the inner and outer rings 10 and 20 so as to roll freely. The cage 40 has a plurality of pockets arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and the tapered rollers 30 are accommodated in the respective pockets.

図2に示すように、円すいころ30と内外輪10,20の軌道12,22とが線接触しており、内外輪10,20の軌道12,22と円すいころ30の円すい(円すい角:β)の頂点(O)が軸受中心軸上の一点Oに集まるように設計されている。内輪10の軌道12と外輪20の軌道22では円すい角が違うため、各軌道12,22から円すいころ30に加わる荷重の合力が円すいころ30を内輪20の大つば16に向けて押す方向に作用する。このため、円すいころ30はその大端面32が内輪10の大つば面18に押し付けられた状態で案内され、両者は滑り接触をする。   As shown in FIG. 2, the tapered rollers 30 and the raceways 12 and 22 of the inner and outer rings 10 and 20 are in line contact, and the raceways 12 and 22 of the inner and outer rings 10 and 20 and the cones of the tapered rollers 30 (cone angle: β ) Is gathered at one point O on the bearing center axis. Since the conical angle is different between the raceway 12 of the inner ring 10 and the raceway 22 of the outer ring 20, the resultant force of the load applied from each of the raceways 12 and 22 to the tapered roller 30 acts in the direction of pushing the tapered roller 30 toward the large collar 16 of the inner ring 20. To do. For this reason, the tapered roller 30 is guided in a state in which the large end surface 32 is pressed against the large collar surface 18 of the inner ring 10, and both are in sliding contact.

円すいころ30の大端面32の曲率半径Rは、円すいの頂点(O)から内輪10の大つば面18までの距離をRBASEとすると、0.75≦R/RBASE≦0.87の範囲内に設定してある。言い換えれば、円すいの頂点(O)から内輪10の大つば面18までの距離RBASEに対する円すいころ30の大端面32の曲率半径Rの比の値R/RBASEを0.75以上0.87以下としてある。また、大つば面18は0.12μmの表面粗さRaに研削加工されている。 The radius of curvature R of the large end surface 32 of the tapered roller 30 is in the range of 0.75 ≦ R / R BASE ≦ 0.87, where R BASE is the distance from the apex (O) of the tapered roller to the large collar surface 18 of the inner ring 10. It is set in. In other words, the value R / R BASE of the ratio of the radius of curvature R of the large end surface 32 of the tapered roller 30 to the distance R BASE from the top (O) of the cone to the large collar surface 18 of the inner ring 10 is 0.75 or more and 0.87. It is as follows. The large brim surface 18 is ground to a surface roughness Ra of 0.12 μm.

図4は、上で既に触れたように円すいころ30の大端面32の曲率半径Rが油膜厚さに及ぼす影響をKARNAの式から求めてグラフにしたものである。同図から明らかなように、従来の0.90≦R/RBASE≦0.97の範囲では油膜が比較的薄いことが分かる。また、油膜厚さ比が0.95以上となるのは0.65≦R/RBASE≦0.87の範囲であるが、この範囲の中でもR/RBASE<0.75では、大端面32の接触面積が比較的小さくなるため、結果として接触面圧が高くなり、耐焼付き性にとって却って不利になることが実験によって確認された。このため、曲率半径Rの最適値は結局、0.75≦R/RBASE≦0.87の範囲であることが分かった。 FIG. 4 is a graph showing the effect of the radius of curvature R of the large end face 32 of the tapered roller 30 on the oil film thickness, as already mentioned above, from the KARNA equation. As is apparent from the figure, the oil film is relatively thin in the conventional range of 0.90 ≦ R / R BASE ≦ 0.97. The oil film thickness ratio is 0.95 or more in the range of 0.65 ≦ R / R BASE ≦ 0.87. Among these ranges, R / R BASE <0.75 has a large end face 32. As a result, the contact area was relatively small, and as a result, the contact surface pressure was increased, and it was confirmed by experiments that it was disadvantageous for seizure resistance. For this reason, it turned out that the optimal value of the curvature radius R is the range of 0.75 <= R / RBASE <= 0.87 after all.

図7は、R/RBASEの値が小さ過ぎても大き過ぎても、それぞれ耐焼付き性にとって不利であることを示す実験結果であって、この実験は、軸受(型番M86649/10)を使用し、円すいころ30の曲率半径Rの値を4種類、つまり、R/RBASEで表したとき、0.72、0.78、0.90、0.97に異ならせた円すいころを、2個一組、合計8個の軸受に組み込み、回転数7000rpm、荷重650kgfの条件に置き、潤滑油の作用下で外輪外周面の温度上昇を測定したものである。実験の結果から、R/RBASE<0.75と、0.87<R/RBASEの範囲は、温度の上昇傾向がはっきりしてくる領域であり、耐焼付き性にとって不利であることが確認された。 FIG. 7 is an experimental result showing that the R / R BASE value is disadvantageous for seizure resistance regardless of whether the R / R BASE value is too small or too large, and this experiment uses a bearing (model number M86649 / 10). However, when the value of the radius of curvature R of the tapered roller 30 is four types, that is, expressed as R / R BASE , two tapered rollers having different values of 0.72, 0.78, 0.90, and 0.97 are used. Each set was assembled into a total of eight bearings, placed under conditions of a rotational speed of 7000 rpm and a load of 650 kgf, and the temperature rise of the outer ring outer peripheral surface was measured under the action of lubricating oil. From the experimental results, it is confirmed that the ranges of R / R BASE <0.75 and 0.87 <R / R BASE are areas where the temperature rise tendency becomes clear, which is disadvantageous for seizure resistance. It was done.

図8は円すいころ軸受の焼付き試験における結果を示し、横軸はアキシアルすきま、縦軸は焼付き時間(分)を表している。この試験では円すいころ大端面の曲率半径Rの値を変えた軸受を使用している。すなわち、R/RBASE<の値を、比較例1は0.97、比較例2は0.90、実施例は0.78としたものである。比較例1、2はアキシアルすきまを100μm程度に増やしても5分以内に焼付きを生じたが、実施例の軸受はアキシアルすきま90μm程度で温度が安定して焼付きは見られなかった。 FIG. 8 shows the result of the seizure test of the tapered roller bearing, where the horizontal axis represents the axial clearance and the vertical axis represents the seizure time (minutes). In this test, a bearing in which the radius of curvature R of the tapered roller large end face is changed is used. That is, the value of R / R BASE <is 0.97 for Comparative Example 1, 0.90 for Comparative Example 2, and 0.78 for the Example. In Comparative Examples 1 and 2, seizure occurred within 5 minutes even when the axial clearance was increased to about 100 μm, but the bearings of the examples had an axial clearance of about 90 μm and the temperature was stable and no seizure was observed.

円すいころ30の大端面32は端面振れを3μm以下、より好ましくは1μm以下とする。端面振れはJIS B 1506に規定された方法によって測定する。具体的には、図9に示すように、円すいころ30を支持台5に置き、大端面32の周辺に近いところで当て金6に点接触させ、その端面でその接触点と円すいころ30の中心軸に対して対称の位置に測定子7を当て、円すいころ30を回転させて行う。円すいころ30の端面振れは、円すいころ30を1回転させたときの測定器の読みの最大値と最小値との差として求める。   The large end face 32 of the tapered roller 30 has an end face runout of 3 μm or less, more preferably 1 μm or less. The end face runout is measured by a method defined in JIS B 1506. Specifically, as shown in FIG. 9, the tapered roller 30 is placed on the support base 5, and is brought into point contact with the stopper 6 near the periphery of the large end surface 32, and the contact point and the center of the tapered roller 30 are at the end surface. The probe 7 is applied to a position symmetrical with respect to the axis, and the tapered roller 30 is rotated. The end face runout of the tapered roller 30 is obtained as a difference between the maximum value and the minimum value of the reading of the measuring instrument when the tapered roller 30 is rotated once.

さらに、円すいころ30の大端面32は研磨仕上とし、表面粗さを0.020μmRa以下とする。ちなみに従来は0.063μmRa以下とされていた。なお、円すいころ30の大端面32の表面粗さは、たとえば加工限界として0.01μmを下限とする。
円すいころ30の大端面32の曲率半径Rが耐焼付き性に及ぼす影響を確認するため、焼付き試験を行なった。試験条件は次のとおりである。
試験軸受:30206
R/RBASE(%):80(実施例)/95(比較例)
端面振れ:1μm
面粗さ:0.02μmRa
回転速度:5000rpm(V=6.2m/s)
焼付き試験の結果を表1に示す。なお、表1中、○は焼付きなし、×は焼付き発生、−は未試験を表す。
Further, the large end face 32 of the tapered roller 30 is polished to have a surface roughness of 0.020 μmRa or less. Incidentally, it was conventionally 0.063 μmRa or less. Note that the surface roughness of the large end face 32 of the tapered roller 30 is, for example, 0.01 μm as a lower limit as a processing limit.
In order to confirm the influence of the radius of curvature R of the large end face 32 of the tapered roller 30 on the seizure resistance, a seizure test was performed. The test conditions are as follows.
Test bearing: 30206
R / R BASE (%): 80 (Example) / 95 (Comparative example)
Edge runout: 1 μm
Surface roughness: 0.02 μm Ra
Rotational speed: 5000 rpm (V = 6.2 m / s)
The results of the seizure test are shown in Table 1. In Table 1, o indicates no seizure, x indicates seizure generation, and-indicates untested.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

表1から明らかなとおり、R/RBASEが80%のもの(実施例)は、内輪大つば面の接触面圧が7.0kgf/mm2でも焼付きが発生しなかった。一方、R/RBASEが95%のもの(比較例)は内輪大つば面の接触面圧を5.5に下げても焼付きが発生した。このことから、R/RBASE0.75以上0.87以下の範囲内であれば、良好な耐焼付き性が得られることがわかる。また、最適油膜形成が実現できることから、円すいころ大端面と内輪大つば面の摩耗が防止され、耐予圧抜け性が向上することは容易に推定できる。 As apparent from Table 1, when R / R BASE was 80% (Example), seizure did not occur even when the contact surface pressure of the inner ring large collar surface was 7.0 kgf / mm 2 . On the other hand, when the R / R BASE was 95% (Comparative Example), seizure occurred even when the contact surface pressure of the inner ring large collar surface was lowered to 5.5. From this, it can be seen that good seizure resistance can be obtained within the range of R / R BASE 0.75 or more and 0.87 or less. Further, since the optimum oil film can be formed, it can be easily estimated that wear of the tapered roller large end surface and the inner ring large collar surface is prevented, and the preload resistance is improved.

上記の円すいころ軸受の内輪、外輪、円すいころのうち少なくともいずれか一つの部材は表層部に窒素富化層を有する鋼を含み、かつ、その部材のオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を超える範囲にある。   At least one member among the inner ring, outer ring, and tapered roller of the tapered roller bearing includes steel having a nitrogen-enriched layer in the surface layer portion, and the grain size number of the austenite crystal grain of the member exceeds ten. Is in range.

また、円すいころ軸受の内輪、外輪、円すいころのうち少なくともいずれか一つの部材が、窒素富化層を有する鋼を含み、かつ、破壊応力値が2650MPa以上である。   Moreover, at least any one member of the inner ring, the outer ring, and the tapered roller of the tapered roller bearing includes steel having a nitrogen-enriched layer, and the fracture stress value is 2650 MPa or more.

また、円すいころ軸受の内輪、外輪、円すいころのうち少なくともいずれか一つの部材は、窒素富化層を有する鋼を含み、かつ、鋼中の水素含有率が0.5ppm以下である。
次に、本実施の形態における円すいころ軸受の構成部品に行う浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。
Moreover, at least any one member of the inner ring, the outer ring, and the tapered roller of the tapered roller bearing includes steel having a nitrogen-enriched layer, and the hydrogen content in the steel is 0.5 ppm or less.
Next, heat treatment including carbonitriding performed on the components of the tapered roller bearing according to the present embodiment will be described.

図10および図11に、本発明の実施の形態における熱処理方法を示す。図10は一次焼入れおよび二次焼入れを行なう方法を示す熱処理パターンであり、図11は焼入れ途中で材料をA1変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れする方法を示す熱処理パターンである。どちらも本発明の実施の態様例である。 10 and 11 show a heat treatment method according to the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a heat treatment pattern showing a method of performing primary quenching and secondary quenching, and FIG. 11 shows a method of cooling the material to below the A 1 transformation point temperature during quenching, and then reheating and finally quenching. It is the heat processing pattern shown. Both are exemplary embodiments of the present invention.

図10を参照して、まず軸受部品用の鋼がA1変態点を超える浸炭窒化処理温度(845℃)に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。処理T1では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また、炭素が鋼に十分に溶け込まされる。この後、軸受部品用の鋼は、処理T1の温度から油焼入れを施されて、A1変態点未満の温度に冷却される。次いで180℃で焼戻しが行われるが、この焼戻しは省略することができる。 Referring to FIG. 10, first, steel for bearing parts is heated to a carbonitriding temperature (845 ° C.) exceeding the A 1 transformation point, and carbonitriding is performed on the steel for bearing parts at that temperature. Carbon and nitrogen in the matrix of the treated T 1 steel is diffused, also carbon is dissolve sufficiently in the steel. Thereafter, the steel for bearing parts is subjected to oil quenching from the temperature of treatment T 1 and cooled to a temperature below the A 1 transformation point. Tempering is then performed at 180 ° C., but this tempering can be omitted.

この後、軸受部品用の鋼がA1変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度(たとえば800℃)に再加熱され、その温度で保持することにより処理T2が施された後、処理T2の温度から油焼入れを施されて、A1変態点未満の温度に冷却される。次いで180℃で焼戻しが行われる。 Thereafter, the steel for the bearing component is reheated to a temperature lower than the temperature of the carbonitriding process (for example, 800 ° C.) at a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point, and the process T 2 is performed by holding at that temperature. After that, oil quenching is performed from the temperature of the treatment T 2 , and it is cooled to a temperature below the A 1 transformation point. Next, tempering is performed at 180 ° C.

図11を参照して、まず軸受部品用の鋼がA1変態点を超える浸炭窒化処理温度(845℃)に加熱され、その温度で軸受部品用の鋼に浸炭窒化処理が施される。処理T1では鋼の素地に炭素や窒素が拡散され、また、炭素が鋼に十分に溶け込まされる。この後、軸受部品用の鋼は焼入れされずにA1変態点以下の温度に冷却される。この後、軸受部品用の鋼がA1変態点以上の温度で上記の浸炭窒化処理の温度未満の温度(たとえば800℃)に再加熱され、その温度で保持することにより処理T2が施された後、処理T2の温度から油焼入れを施されて、A1変態点未満の温度に冷却される。次いで180℃で焼戻しが行われる。 Referring to FIG. 11, first, steel for bearing parts is heated to a carbonitriding temperature (845 ° C.) exceeding the A 1 transformation point, and carbonitriding is performed on the steel for bearing parts at that temperature. Carbon and nitrogen in the matrix of the treated T 1 steel is diffused, also carbon is dissolve sufficiently in the steel. Thereafter, the steel for bearing parts is not quenched and cooled to a temperature below the A 1 transformation point. Thereafter, the steel for the bearing component was reheated to a temperature lower than the temperature of the carbonitriding process (for example, 800 ° C.) at a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point, and the process T2 was performed by holding at that temperature. Thereafter, oil quenching is performed from the temperature of the treatment T2, and the temperature is cooled to a temperature lower than the A 1 transformation point. Next, tempering is performed at 180 ° C.

上記の熱処理は、普通焼入れ(すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま1回焼入れ)するよりも、表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上述したように、上記の熱処理方法によれば、オーステナイト結晶粒の粒径が従来の二分の一以下となるミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けたトランスミッションの構成部員は、疲労寿命特性(構成部品が転がり軸受または転がり軸受部品である場合には転動疲労寿命特性)が長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。   The above heat treatment can improve the cracking strength and reduce the aging dimensional change rate while carbonitriding the surface layer portion, rather than normal quenching (ie, quenching as it is after the carbonitriding process). As described above, according to the above heat treatment method, it is possible to obtain a microstructure in which the grain size of austenite crystal grains is less than half of the conventional one. The components of the transmission that have undergone the above heat treatment have fatigue life characteristics (or rolling fatigue life characteristics when the components are rolling bearings or rolling bearing parts), have a long life, improve crack strength, and age The rate of change can also be reduced.

上記の熱処理のどちらによっても、その中の浸炭窒化処理により「浸炭窒化処理層」である窒素富化層が形成される。浸炭窒化処理において素材となる鋼の炭素濃度が高いため、通常の浸炭窒化処理の雰囲気から炭素が鋼の表面に侵入しにくい場合がある。たとえば炭素濃度が高い鋼の場合(1重量%程度の鋼)、それ以上高い炭素濃度の浸炭層が生成する場合もあるし、それ以上高い炭素濃度の浸炭層は生成しにくい場合もある。しかし、窒素濃度は、Cr濃度などにも依存するが、通常の鋼では最大限0.025重量%程度以下と低いので、素材の鋼の炭素濃度によらず窒素富化層が明瞭に生成される。上記窒素富化層には炭素が富化されていてもよいことはいうまでもない。   In both of the above heat treatments, a nitrogen-enriched layer that is a “carbonitriding layer” is formed by carbonitriding treatment therein. Since the carbon concentration of steel used as a material in the carbonitriding process is high, carbon may not easily enter the steel surface from the normal carbonitriding process atmosphere. For example, in the case of steel with a high carbon concentration (steel of about 1% by weight), a carburized layer with a higher carbon concentration may be generated, or a carburized layer with a higher carbon concentration may be difficult to generate. However, although the nitrogen concentration depends on the Cr concentration, etc., it is as low as about 0.025% by weight or less in normal steel, so a nitrogen-enriched layer is clearly formed regardless of the carbon concentration of the raw steel. The Needless to say, the nitrogen-enriched layer may be enriched with carbon.

上記の図10に示す熱処理パターンを適用した軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図12(a)に示す。比較のため、従来の熱処理方法による軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図12(b)に示す。図13(a)および図13(b)は、図12(a)および図12(b)の組織図を模式的に図解したものである。これらオーステナイト結晶粒度を示す組織図より、従来のオーステナイト粒径はJIS(Japanese Industrial Standard)規格の粒度番号で10番であり、また、本発明による熱処理方法によれば12番の細粒を得ることができる。また、図12(a)の平均粒径は、切断法で測定した結果、5.6μmであった。   FIG. 12A shows the austenite grain size of the bearing steel to which the heat treatment pattern shown in FIG. 10 is applied. For comparison, FIG. 12B shows the austenite grain size of the bearing steel by the conventional heat treatment method. FIGS. 13A and 13B schematically illustrate the organization charts of FIGS. 12A and 12B. From the structure diagram showing the austenite grain size, the conventional austenite grain size is No. 10 in the JIS (Japanese Industrial Standard) standard grain size, and according to the heat treatment method of the present invention, No. 12 fine grains can be obtained. Can do. Moreover, the average particle diameter of Fig.12 (a) was 5.6 micrometers as a result of measuring by the cutting method.

実施例
次に、本発明の実施例について説明する。
Examples Next, examples of the present invention will be described.

(実施例1)
JIS規格SUJ2材(1.0重量%C−0.25重量%Si−0.4重量%Mn−1.5重量%Cr)を用いて、本発明の実施例1を行った。表2に示した各試料の製造履歴を以下に示す。
Example 1
Example 1 of the present invention was performed using JIS standard SUJ2 material (1.0 wt% C-0.25 wt% Si-0.4 wt% Mn-1.5 wt% Cr). The manufacturing history of each sample shown in Table 2 is shown below.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

(試料A〜D:本発明例)
温度850℃で150分間保持して浸炭窒化処理を施した。その浸炭窒化処理時の雰囲気は、RXガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。図10に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度850℃から一次焼入れを行ない、次いで浸炭窒化処理温度より低い温度域780度〜830℃に加熱して二次焼入れを行なった。ただし、二次焼入れ温度780℃の試料Aは焼入れ硬度不足のため試験の対象から外した。
(試料E,F:本発明例)
浸炭窒化処理は、本発明例のA〜Dと同じ履歴で行ない、二次焼入れ温度を浸炭窒化処理温度(850℃)以上の850℃〜870℃で行なった。
(従来浸炭窒化処理品:比較例)
温度850℃で150分間保持して浸炭窒化処理を施した。その浸炭窒化処理時の雰囲気は、RXガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。その浸炭窒化処理時の温度からそのまま焼入れを行ない、二次焼入れは行なわなかった。
(普通焼入れ品:比較例)
浸炭窒化処理を行なわずに、850℃に加熱して焼入れした。二次焼入れは行なわなかった。
(Samples A to D: Examples of the present invention)
Carbonitriding was performed by holding at a temperature of 850 ° C. for 150 minutes. The atmosphere during the carbonitriding process was a mixed gas of RX gas and ammonia gas. In the heat treatment pattern shown in FIG. 10, primary quenching was performed from a carbonitriding temperature of 850 ° C., followed by secondary quenching by heating to a temperature range of 780 ° C. to 830 ° C. lower than the carbonitriding temperature. However, Sample A having a secondary quenching temperature of 780 ° C. was excluded from the test due to insufficient quenching hardness.
(Samples E and F: Examples of the present invention)
The carbonitriding process was performed with the same history as A to D in the examples of the present invention, and the secondary quenching temperature was 850 ° C. to 870 ° C., which is equal to or higher than the carbonitriding temperature (850 ° C.).
(Conventional carbonitrided product: Comparative example)
Carbonitriding was performed by holding at a temperature of 850 ° C. for 150 minutes. The atmosphere during the carbonitriding process was a mixed gas of RX gas and ammonia gas. Quenching was performed as it was from the temperature during the carbonitriding treatment, and secondary quenching was not performed.
(Normally hardened product: comparative example)
Without performing the carbonitriding process, it was quenched by heating to 850 ° C. Secondary quenching was not performed.

上記の各試料に対して、(1)水素量の測定、(2)結晶粒度の測定、(3)シャルピー衝撃試験、(4)破壊応力値の測定、(5)転動疲労試験、の各々を行なった。その結果を表1に合わせて示す。   For each of the above samples, (1) measurement of hydrogen content, (2) measurement of crystal grain size, (3) Charpy impact test, (4) measurement of fracture stress value, (5) rolling fatigue test Was done. The results are also shown in Table 1.

次にこれらの測定方法および試験方法について説明する。
(1)水素量の測定
水素量は、LECO社製DH−103型水素分析装置により、鋼中の非拡散性水素量を分析した。拡散性水素量は測定していない。このLECO社製DH−103型水素分析装置の仕様を下記に示す。
分析範囲:0.01〜50.00ppm
分析精度:±0.1ppmまたは±3%H(いずれか大なるほう)
分析感度:0.01ppm
検出方式:熱伝導度法
試料重量サイズ:10mg〜35g(最大:直径12mm×長さ100mm)
加熱炉温度範囲:50℃〜1100℃
試薬:アンハイドロン(Mg(ClO4)2)、アスカライト(NaOH)
キャリアガス:窒素ガス、ガスドージングガス(水素ガス)、いずれのガスも純度99.99%以上、圧力40PSI(2.8kgf・cm2
Next, these measurement methods and test methods will be described.
(1) Measurement of hydrogen amount The amount of hydrogen was determined by analyzing the amount of non-diffusible hydrogen in the steel using a DH-103 type hydrogen analyzer manufactured by LECO. The amount of diffusible hydrogen is not measured. The specification of this LECO DH-103 type hydrogen analyzer is shown below.
Analysis range: 0.01 to 50.00 ppm
Analysis accuracy: ± 0.1 ppm or ± 3% H (whichever is greater)
Analysis sensitivity: 0.01ppm
Detection method: Thermal conductivity method Sample weight size: 10 mg to 35 g (maximum: diameter 12 mm × length 100 mm)
Heating furnace temperature range: 50 ° C to 1100 ° C
Reagents: Anhydrone (Mg (ClO 4 ) 2 ), Ascarite (NaOH)
Carrier gas: Nitrogen gas, gas dosing gas (hydrogen gas), all gas purity 99.99% or more, pressure 40 PSI (2.8 kgf · cm 2 )

測定手順の概要は以下のとおりである。専用のサンプラーで採取した試料をサンプラーごとに上記の水素分析装置に挿入する。内部の拡散性水素は窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導かれる。この拡散性水素は本実施例では測定しない。次に、サンプラーから試料を取り出し抵抗加熱炉内で加熱し、非拡散性水素を窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導く。熱伝導度検出器において熱伝導度を測定することによって非拡散性水素量を知ることができる。   The outline of the measurement procedure is as follows. Samples collected with a dedicated sampler are inserted into the hydrogen analyzer for each sampler. Internal diffusible hydrogen is directed to the thermal conductivity detector by a nitrogen carrier gas. This diffusible hydrogen is not measured in this example. Next, a sample is taken out from the sampler and heated in a resistance heating furnace, and non-diffusible hydrogen is guided to a thermal conductivity detector by nitrogen carrier gas. The amount of non-diffusible hydrogen can be known by measuring the thermal conductivity with a thermal conductivity detector.

(2)結晶粒度の測定
結晶粒度の測定は、JIS G 0551の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
(2) Measurement of crystal grain size The crystal grain size was measured based on the JIS G 0551 steel austenite grain size test method.

(3)シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づいて行なった。試験片には、JIS Z 2202に示されたUノッチ試験片(JIS3号試験片)を用いた。なお、シャルピー衝撃値は、次式の吸収エネルギーEを断面積(0.8cm2)で除した値である。
吸収エネルギー:E=WgR(cosβ−cosα)
W:ハンマー重量(=25.438kg)
g:重力加速度(=9.80665m/sec2
R:ハンマー回転軸中心から重心までの距離(=0.6569m)
α:ハンマー持ち上げ角度(=146°)
β:ハンマー降り上がり角度
(3) Charpy impact test The Charpy impact test was performed based on the Charpy impact test method of the metal material of JIS Z2242. As a test piece, a U-notch test piece (JIS No. 3 test piece) shown in JIS Z 2202 was used. The Charpy impact value is a value obtained by dividing the absorbed energy E of the following formula by the cross-sectional area (0.8 cm 2 ).
Absorbed energy: E = WgR (cosβ-cosα)
W: Hammer weight (= 25.438 kg)
g: Gravitational acceleration (= 9.80665 m / sec 2 )
R: Distance from the center of rotation of the hammer to the center of gravity (= 0.6569m)
α: Hammer lifting angle (= 146 °)
β: Hammer descending angle

(4) 破壊応力値の測定
図14に破壊応力値の測定に用いた試験片を示す。アムスラー万能試験機を用いて図中のP方向に荷重を負荷して試験片が破壊されるまでの荷重を測定する。その後、得られた破壊荷重を、下記に示す曲がり梁の応力計算式により応力値に換算する。なお、試験片は図13に示す試験片に限られず、他の形状の試験片を用いてもよい。
(4) Measurement of Fracture Stress Value FIG. 14 shows a test piece used for measurement of the fracture stress value. Using an Amsler universal testing machine, load is applied in the direction P in the figure and the load until the test piece is broken is measured. Thereafter, the obtained fracture load is converted into a stress value by the following bending beam stress calculation formula. In addition, a test piece is not restricted to the test piece shown in FIG. 13, You may use the test piece of another shape.

図14の試験片の凸表面における繊維応力σ1、凹表面における繊維応力をσ2とすると、σ1およびσ2は下記の式によって求められる(機械工学便覧A4編材料力学A4−40)。ここで、Nは円環状試験片の軸を含む断面の軸力、Aは横断面積、e1は外半径、e2は内半径を表す。また、κは曲がり梁の断面係数である。
σ1=(N/A)+{M/(Aρo)}[1+e1/{κ(ρo+e1)}]
σ2=(N/A)+{M/(Aρo)}[1+e2/{κ(ρo−e2)}]
κ=−(1/A)∫A{η/(ρo+η)}dA
When the fiber stress σ 1 on the convex surface of the test piece of FIG. 14 and the fiber stress on the concave surface are σ 2 , σ 1 and σ 2 are obtained by the following equations (Mechanical Engineering Handbook A4 Knitting Material Dynamics A4-40). Here, N is the axial force of the cross section including the axis of the annular specimen, A is the cross-sectional area, e 1 is the outer radius, and e 2 is the inner radius. Further, κ is a section modulus of the curved beam.
σ 1 = (N / A) + {M / (Aρo)} [1 + e 1 / {κ (ρo + e 1 )}]
σ 2 = (N / A) + {M / (Aρo)} [1 + e 2 / {κ (ρo−e 2 )}]
κ = − (1 / A) ∫ A {η / (ρo + η)} dA

(5)転動疲労試験
転動疲労寿命試験の試験条件および試験装置の略図を、表2および図15に示す。図15において、転動疲労寿命試験片118は、駆動ロール112によって駆動され、ボール116と接触して回転している。ボール116は3/4インチのボールであり、案内ロール114にガイドされて、転動疲労寿命試験片118との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。
(5) Rolling fatigue test Table 2 and FIG. 15 show the test conditions of the rolling fatigue life test and a schematic diagram of the test apparatus. In FIG. 15, the rolling fatigue life test piece 118 is driven by the driving roll 112 and rotates in contact with the ball 116. The ball 116 is a 3/4 inch ball and is guided by the guide roll 114 to roll while exerting a high surface pressure with the rolling fatigue life test piece 118.

次に上記の測定結果および試験結果について説明する。   Next, the measurement results and test results will be described.

(1)水素量
表2より、浸炭窒化処理したままの従来浸炭窒化処理品の鋼中水素量は、0.72ppmと非常に高い値となっている。これは、浸炭窒化処理の雰囲気に含まれるアンモニア(NH3)が分解して水素が鋼中に侵入したためと考えられる。これに対して、試料B〜Fの鋼中水素量は0.37〜0.42ppmとなっており、従来浸炭窒化処理品の半分近くにまで減少している。この鋼中水素量は普通焼入れ品と同じレベルである。
(1) Hydrogen content From Table 2, the hydrogen content in steel of the conventional carbonitrided product as it is carbonitrided is a very high value of 0.72 ppm. This is thought to be because ammonia (NH 3 ) contained in the carbonitriding atmosphere decomposed and hydrogen entered the steel. On the other hand, the amount of hydrogen in steel of Samples B to F is 0.37 to 0.42 ppm, which is reduced to nearly half that of the conventional carbonitrided product. The amount of hydrogen in this steel is at the same level as that of ordinary quenched products.

上記の鋼中水素量の低減により、水素の固溶に起因する鋼の脆化を軽減することができる。すなわち、水素量の低減により、本発明例の試料B〜Fのシャルピー衝撃値および破壊応力値は大きく改善されている。   By reducing the amount of hydrogen in the steel, embrittlement of the steel due to hydrogen solid solution can be reduced. That is, by reducing the amount of hydrogen, the Charpy impact value and the fracture stress value of the samples BF of the present invention example are greatly improved.

(2)結晶粒度
表1より、結晶粒度は、二次焼入れ温度が浸炭窒化処理時の焼入れ(一次焼入れ)の温度より低い場合、すなわち試料B〜Dの場合、オーステナイト粒は、結晶粒度番号11〜12と顕著に微細化されている。試料EおよびFならびに従来浸炭窒化処理品および普通焼入れ品のオーステナイト粒は、結晶粒度番号10であり、試料B〜Dより粗大な結晶粒となっている。
(2) Crystal grain size From Table 1, when the secondary quenching temperature is lower than the quenching (primary quenching) temperature during the carbonitriding process, that is, in the case of Samples B to D, the austenite grain has a grain size number of 11 It is remarkably miniaturized with ~ 12. The austenite grains of Samples E and F, as well as the conventional carbonitrided product and the normal quenching product have a crystal grain size number 10, and are coarser than Samples B to D.

(3)シャルピー衝撃値
表2によれば、従来浸炭窒化処理品のシャルピー衝撃値は5.33J/cm2であるのに比して、本発明例の試料B〜Fのシャルピー衝撃値は6.20〜6.65J/cm2と高い値が得られている。この中でも、二次焼入れ温度が低いほうがシャルピー衝撃値が高くなる傾向を示す。なお、普通焼入れ品のシャルピー衝撃値は6.70J/cm2と高い。
(3) Charpy impact value According to Table 2, the Charpy impact value of the samples BF of the present invention is 6 compared to the Charpy impact value of the conventional carbonitrided product, which is 5.33 J / cm 2. A high value of .20 to 6.65 J / cm 2 is obtained. Among these, the lower the secondary quenching temperature, the higher the Charpy impact value tends to be. In addition, the Charpy impact value of the normally quenched product is as high as 6.70 J / cm 2 .

(4)破壊応力値
上記破壊応力値は、耐割れ強度に相当する。表2によれば、従来浸炭窒化処理品は2330MPaの破壊応力値となっている。これに比して、試料B〜Fの破壊応力値は2650〜2840MPaと改善されている。普通焼入れ品の破壊応力値は2770MPaであり、試料B〜Fの破壊応力値と同等である。このような、試料B〜Fの改良された耐割れ強度は、オーステナイト結晶粒の微細化と並んで、水素含有率の低減による効果が大きいと推定される。
(4) Fracture stress value The above-mentioned fracture stress value corresponds to the crack resistance strength. According to Table 2, the conventional carbonitrided product has a fracture stress value of 2330 MPa. Compared to this, the fracture stress values of Samples B to F are improved to 2650 to 2840 MPa. The fracture stress value of the normally quenched product is 2770 MPa, which is equivalent to the fracture stress values of Samples B to F. Such improved crack resistance strength of Samples B to F is presumed to have a great effect by reducing the hydrogen content, along with the refinement of austenite crystal grains.

(5)転動疲労試験
表2によれば、普通焼入れ品は窒素富化層を表層部に有しないことを反映して、転動疲労寿命L10は最も低い。これに比して従来浸炭窒化処理品の転動疲労寿命は3.1倍となる。試料B〜Dの転動疲労寿命は従来浸炭窒化処理品より大幅に向上する。試料E,Fは従来浸炭窒化処理品とほぼ同等であった。
(5) According to the rolling contact fatigue test Table 2, usually quenched sample will reflect that no has a nitriding layer on the surface layer portion, the rolling fatigue life L 10 is the lowest. Compared to this, the rolling fatigue life of the conventional carbonitrided product is 3.1 times. The rolling fatigue life of Samples B to D is significantly improved as compared with the conventional carbonitrided product. Samples E and F were almost equivalent to conventional carbonitrided products.

上記をまとめると、本発明例の試料B〜Fでは、鋼中水素量が低くなり、破壊応力値やシャルピー衝撃値が向上する。しかし、転動疲労寿命まで含めて改良しうるのは、さらにオーステナイト結晶粒度を粒度番号で11番程度以上に微細化した試料B〜Dである。したがって、本発明例に該当するのは試料B〜Fであるが、より望ましい本発明の範囲は、二次焼入れ温度を浸炭窒化処理温度より低くして結晶粒の微細化をさらに図った試料B〜Dの範囲である。   In summary, in Samples B to F of the present invention example, the amount of hydrogen in the steel is lowered, and the fracture stress value and Charpy impact value are improved. However, what can be improved including the rolling fatigue life is the samples B to D in which the austenite crystal grain size is further refined to about 11 or more in the grain size number. Therefore, samples B to F correspond to the examples of the present invention, but a more preferable range of the present invention is sample B in which the secondary quenching temperature is made lower than the carbonitriding temperature to further refine crystal grains. It is the range of -D.

(実施例2)
次に、実施例2について説明する。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described.

下記のA材、B材、C材について、一連の試験を行なった。熱処理用素材には、JIS規格SUJ2材(1.0重量%C−0.25重量%Si−0.4重量%Mn−1.5重量%Cr)を用い、A材〜C材に共通とした。A材〜C材の製造履歴は次のとおりである。
A材(比較例):普通焼入れのみを行なった(浸炭窒化処理せず)。
B材(比較例):浸炭窒化処理後にそのまま焼入れした(従来の浸炭窒化焼入れ)。浸炭窒化処理の温度を845℃とし、保持時間を150分間とした。また、浸炭窒化処理の雰囲気を、RXガス+アンモニアガスとした。
C材(本発明例):軸受鋼に図11の熱処理パターンを施した。浸炭窒化処理の温度を845℃とし、保持時間を150分間とし、雰囲気をRXガス+アンモニアガスとした。また、最終焼入れ温度を800℃とした。
A series of tests were performed on the following A material, B material, and C material. JIS standard SUJ2 material (1.0% by weight C-0.25% by weight Si-0.4% by weight Mn-1.5% by weight Cr) is used for the material for heat treatment, which is common to materials A to C. did. The manufacturing histories of the A material to the C material are as follows.
A material (comparative example): Only normal quenching was performed (without carbonitriding).
B material (comparative example): It quenched as it was after carbonitriding (conventional carbonitriding quenching). The temperature of carbonitriding was 845 ° C., and the holding time was 150 minutes. The atmosphere of carbonitriding was RX gas + ammonia gas.
Material C (Example of the present invention): The heat treatment pattern of FIG. 11 was applied to the bearing steel. The carbonitriding temperature was 845 ° C., the holding time was 150 minutes, and the atmosphere was RX gas + ammonia gas. The final quenching temperature was 800 ° C.

(1)転動疲労寿命
転動疲労寿命試験の試験装置には上述した図15の装置を用い、試験条件は表3に示す条件とした。この転動疲労寿命試験の結果を表4に示す。
(1) Rolling fatigue life The above-described apparatus shown in FIG. 15 was used as a rolling fatigue life test apparatus, and the test conditions were as shown in Table 3. The results of this rolling fatigue life test are shown in Table 4.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

Figure 2006112557
Figure 2006112557

表4によれば、浸炭窒化処理を施したB材(比較例)のL10寿命は、普通焼入れのみを施したA材(比較例)のL10寿命(試験片10個中1個が破損する寿命)の3.1倍を示し、浸炭窒化処理による長寿命化の効果が認められる。これに対して、本発明例のC材は、B材の1.74倍、またA材の5.4倍の長寿命を示している。この改良の主因はミクロ組織の微細化によるものと考えられる。 According to Table 4, L 10 life of B material subjected to carbonitriding treatment (comparative example), normally hardened only alms was A material (Comparative Example) of L 10 life (the test piece 10 in one damaged Life) is 3.1 times longer, and the effect of extending the life by carbonitriding is recognized. On the other hand, the C material of the present invention example has a long life of 1.74 times that of the B material and 5.4 times that of the A material. The main reason for this improvement is thought to be the refinement of the microstructure.

(2)シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、Uノッチ試験片を用いて、上述のJIS Z 2242に準じた方法により行なった。試験結果を表5に示す。
(2) Charpy impact test The Charpy impact test was performed by the method according to the above-mentioned JIS Z 2242 using the U notch test piece. The test results are shown in Table 5.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

本発明例のC材では、普通焼きいれのみを施したA材(比較例)と同等で、かつ、浸炭窒化処理を施したB材(比較例)よりも高いシャルピー衝撃値が得られた。   In the C material of the present invention example, a Charpy impact value equivalent to that of the A material (comparative example) subjected only to normal tempering and higher than that of the B material (comparative example) subjected to carbonitriding was obtained.

(3)静的破壊靭性値の試験
静的破壊靭性試験の試験片には、図16に示す試験体を用い、亀裂を予め約1mm導入した後に、3点曲げによる静的荷重Pを加え、破壊荷重を求めた。破壊靱性値(KIC値)の算出には次に示す式を用いた。また、試験結果を表6に示す。
IC=(PL√a/BW2){5.8−9.2(a/W)+43.6(a/W)2−75.3(a/W)3+77.5(a/W)4
(3) Test of static fracture toughness value The test piece shown in FIG. 16 was used as a test piece for the static fracture toughness test. After introducing a crack of about 1 mm in advance, a static load P by three-point bending was applied, The breaking load was determined. The following equation was used to calculate the fracture toughness value (K IC value). The test results are shown in Table 6.
K IC = (PL√a / BW 2 ) {5.8−9.2 (a / W) +43.6 (a / W) 2 −75.3 (a / W) 3 +77.5 (a / W 4 }

Figure 2006112557
Figure 2006112557

予め導入した亀裂の深さが窒素富化層深さよりも大きくなったため、比較例のA材とB材とに違いはない。しかし、本発明例のC材では比較例のA材およびB材に対して約1.2倍の破壊靭性値(KIC値)を得ることができた。 Since the depth of cracks introduced in advance is larger than the depth of the nitrogen-enriched layer, there is no difference between the A material and the B material of the comparative example. However, in the C material of the present invention, a fracture toughness value (K IC value) about 1.2 times that of the A material and B material of the comparative example could be obtained.

(4)静圧壊強度試験(破壊応力の測定)
静圧壊強度試験片には、上述のように図14に示す形状のものを用いた。図中、P方向に荷重を付加して、上記と同様にして静圧壊強度試験を行なった。試験結果を表7に示す。
(4) Static crush strength test (measurement of fracture stress)
As the static crushing strength test piece, one having the shape shown in FIG. 14 was used as described above. In the figure, a load was applied in the P direction, and a static crushing strength test was performed in the same manner as described above. The test results are shown in Table 7.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

浸炭窒化処理を施したB材(比較例)の静圧壊強度は普通焼入れのみを施したA材(比較例)の静圧壊強度よりもやや低い値である。しかしながら、本発明例のC材の静圧壊強度は、B材の静圧壊強度よりも向上し、A材の静圧壊強度よりもわずかに高いレベルになっている。   The static crushing strength of the B material (comparative example) subjected to the carbonitriding treatment is slightly lower than the static crushing strength of the A material (comparative example) subjected only to normal quenching. However, the static crushing strength of the C material of the present invention example is higher than the static crushing strength of the B material, and is slightly higher than the static crushing strength of the A material.

(5)経年寸法変化率
温度130℃で500時間保持した場合の経年寸法変化率を測定した。その測定結果を、表面硬度、残留オーステナイト量(表面から0.1mm深さでの)とともに表8に示す。
(5) Aged dimensional change rate Aged dimensional change rate was measured at a temperature of 130 ° C. for 500 hours. The measurement results are shown in Table 8 together with the surface hardness and the amount of retained austenite (at a depth of 0.1 mm from the surface).

Figure 2006112557
Figure 2006112557

残留オーステナイト量の多いB材の寸法変化率に比べて、本発明例のC材の寸法変化率は低く抑えられている。   Compared to the dimensional change rate of the B material having a large amount of retained austenite, the dimensional change rate of the C material of the example of the present invention is kept low.

(6)異物混入潤滑下における寿命試験
玉軸受6206を用い、標準異物を所定量混入させた異物混入潤滑下での転動疲労寿命を評価した。試験条件を表9に、また、試験結果を表10に示す。
(6) Life test under lubrication mixed with foreign matter Using a ball bearing 6206, the rolling fatigue life was evaluated under lubrication mixed with foreign matter in which a predetermined amount of standard foreign matter was mixed. Table 9 shows the test conditions, and Table 10 shows the test results.

Figure 2006112557
Figure 2006112557

Figure 2006112557
Figure 2006112557

A材に比べ、浸炭窒化処理を施したB材(比較例)では約2.5倍の、また、本発明例のC材では約3.7倍の長寿命が得られた。本発明例のC材では、比較例のB材に比べて残留オーステナイトが少ないものの、窒素の侵入と微細化されたミクロ組織の影響とにより長寿命が得られている。   Compared to the A material, a long life was obtained about 2.5 times longer for the B material (comparative example) subjected to carbonitriding, and about 3.7 times longer for the C material of the present invention example. In the C material of the present invention example, the retained austenite is less than the B material of the comparative example, but a long life is obtained due to the intrusion of nitrogen and the influence of the refined microstructure.

上記の結果より、本発明例のC材、すなわち本発明の熱処理方法によって製造されたトランスミッションにおける支持構造をなす軸受部品は、従来の浸炭窒化処理では困難であった転動疲労寿命の長寿命化、割れ強度の向上、経年寸法変化率の低減の3項目を同時に満足することができることがわかった。   From the above results, the C material of the present invention example, that is, the bearing part forming the support structure in the transmission manufactured by the heat treatment method of the present invention, has a long rolling fatigue life that was difficult with the conventional carbonitriding process. It was found that the three items of improvement in crack strength and reduction in aging dimensional change can be satisfied simultaneously.

なお、本明細書におけるオーステナイト結晶粒とは、焼入れ加熱中に相変態したオーステナイト結晶粒のことであり、これは、冷却によりマルテンサイトへ変態した後も、過去の履歴として残存しているものをいう。   The austenite crystal grains in the present specification are austenite crystal grains that have undergone phase transformation during quenching heating, and this is what remains as a past history after transformation to martensite by cooling. Say.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく種々の変形が可能である。たとえば、本発明は2列以上の複列円すいころ軸受にも応用可能である。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this and can be variously modified. For example, the present invention can be applied to a double row tapered roller bearing having two or more rows.

今回開示された実施の形態および実施例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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. 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.

本発明の実施の形態を示し、(a)は円すいころ軸受の縦断面図、(b)は要部拡大図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiment of this invention is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view of a tapered roller bearing, (b) is a principal part enlarged view. 円すいころ軸受の設計仕様を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the design specification of a tapered roller bearing. 図1の内輪大つば面部分の拡大図である。It is an enlarged view of the inner ring large collar surface part of FIG. 円すいころ大端面の曲率半径と油膜厚さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius of a tapered roller large end surface, and an oil film thickness. 円すいころ大端面の曲率半径と最大ヘルツ応力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius of a tapered roller large end surface, and the maximum Hertz stress. 円すいころ軸受の予圧作業を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the preload operation | work of a tapered roller bearing. 円すいころ大端面の曲率半径Rと軸受温度上昇との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius R of a tapered roller large end surface, and a bearing temperature rise. アキシアルすきまと焼付き時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an axial clearance gap and seizing time. 端面振れ測定装置を示し、(a)は正面図、(b)は側面図である。An end face run-out measuring device is shown, (a) is a front view and (b) is a side view. 本発明の実施の形態における熱処理パターンを示す線図である。It is a diagram which shows the heat processing pattern in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における熱処理パターンを示す線図である。It is a diagram which shows the heat processing pattern in embodiment of this invention. 鋼のミクロ組織とくにオーステナイト粒を示す図であって、(a)は本発明例、(b)は従来例である。It is a figure which shows the microstructure of steel, especially an austenite grain, Comprising: (a) is an example of this invention, (b) is a prior art example. (a)は図12(a)の模式図、(b)は図12(b)の模式図である。(A) is a schematic diagram of FIG. 12 (a), (b) is a schematic diagram of FIG.12 (b). 静圧壊強度試験(破壊応力値の測定)の試験片の断面図である。It is sectional drawing of the test piece of a static crushing strength test (measurement of a fracture stress value). 転動疲労寿命試験機の概略図であって、(a)は正面図、(b)は側面図である。It is the schematic of a rolling fatigue life test machine, (a) is a front view, (b) is a side view. 静的破壊靭性試験の試験要領示す図である。It is a figure which shows the test procedure of a static fracture toughness test. トランスミッションの要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view of a transmission.

符号の説明Explanation of symbols

10 内輪
12 軌道面
14 小つば
16 大つば
18 大つば面
20 外輪
22 軌道面
30 円すいころ軸受
40 保持器



DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inner ring 12 Raceway surface 14 Small brim 16 Large brim 18 Large brim surface 20 Outer ring 22 Raceway surface 30 Tapered roller bearing 40 Cage



Claims (5)

外周に円すい面状の軌道を有するとともに軌道の両側に大つばと小つばを形成した内輪と、内周に円すい面状の軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の円すいころと、円すいころを円周方向で所定間隔に保つための保持器とを具備し、
前記内輪、外輪、円すいころのうち少なくとも一つの構成部品が表層部に窒素富化層を有し、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を超え、
円すいころの円すいの頂点から内輪の大つば面までの距離RBASEに対する円すいころの大端面の曲率半径Rの比の値R/RBASEを0.75以上0.87以下とし、
円すいころの大端面の端面振れを3μm以下としたことを特徴とする円すいころ軸受。
An inner ring having a conical track on the outer periphery and having a large and small brim on both sides of the track, an outer ring having a conical track on the inner periphery, and an inner ring and an outer ring A plurality of tapered rollers, and a retainer for keeping the tapered rollers at a predetermined interval in the circumferential direction,
At least one component of the inner ring, the outer ring, and the tapered roller has a nitrogen-enriched layer in a surface layer part, and the austenite grain size number in the nitrogen-enriched layer exceeds 10,
The ratio R / R BASE of the radius of curvature R of the large end surface of the tapered roller to the distance R BASE from the apex of the tapered roller to the large brim surface of the inner ring is set to 0.75 to 0.87,
A tapered roller bearing having a large end face runout of a tapered roller of 3 μm or less.
前記構成部品の破壊応力値が2650MPa以上であることを特徴とする請求項1の円すいころ軸受。   The tapered roller bearing according to claim 1, wherein the component has a breaking stress value of 2650 MPa or more. 前記構成部品の水素含有量が0.5ppm以下であることを特徴とする請求項1の円すいころ軸受。   The tapered roller bearing according to claim 1, wherein the hydrogen content of the component is 0.5 ppm or less. 内輪の大つば面の表面粗さRaを0.05μm〜0.20μmの範囲としたことを特徴とする請求項1の円すいころ軸受。   2. The tapered roller bearing according to claim 1, wherein the surface roughness Ra of the large collar surface of the inner ring is in the range of 0.05 [mu] m to 0.20 [mu] m. 円すいころの大端面の表面粗さRaを0.02μmとしたことを特徴とする請求項1の円すいころ軸受。   2. The tapered roller bearing according to claim 1, wherein the surface roughness Ra of the large end face of the tapered roller is 0.02 [mu] m.
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