JP2008106875A

JP2008106875A - 大型転がり軸受

Info

Publication number: JP2008106875A
Application number: JP2006291464A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tobitaka; 秀幸飛鷹; Daisuke Watanuki; 大輔渡貫
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【課題】異物混入潤滑環境下で使用されても長寿命な大型転がり軸受を提供する。
【解決手段】円筒ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えており、内径が１４０ｍｍ以上の大型転がり軸受である。そして、鋼で構成された内輪１及び外輪２には、軟窒化処理の後に浸炭処理が施されているため、その軌道面には十分な量の窒素が確保されているとともに十分高い表面硬度を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は大型転がり軸受に関する。

摩耗粉等の異物が潤滑剤中に混入した潤滑環境下（以降においては、このような潤滑環境を「異物混入潤滑環境」と記すこともある）で使用された場合に転がり軸受に生じる早期剥離は、軌道輪と転動体との間に異物を噛み込むことによって形成された圧痕を起点として生じ、圧痕縁における応力集中が原因であると言われている。

このような形態の剥離の抑制には、軌道輪の残留オーステナイト量を増加させ、なおかつ硬質の窒化物などによって表面硬度を高めることにより、圧痕が形成されにくくし、圧痕縁における応力集中を低減させる手法が有効である。残留オーステナイト量や表面硬度を高める方法としては、浸炭処理や浸炭窒化処理が一般的であり、特に浸炭窒化処理は異物混入潤滑環境下での転がり軸受の長寿命化に有効である（特許文献１を参照）。
特開昭６４−５５４２３号公報特開平６−１７２２４号公報特開２０００−１９２９６２号公報

しかしながら、大型の転がり軸受に対しては、浸炭窒化処理はほとんど行われていない。これは、鋼は熱処理によって変形を起こすため大型の転がり軸受ほど取り代が大きくなることと、必要な浸炭深さが大きいので経済的に浸炭処理を行うためには窒化がほとんど起こらない９００℃以上の高温で処理を行う必要があること、が理由である。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、異物混入潤滑環境下で使用されても長寿命な大型転がり軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の大型転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、内径が１４０ｍｍ以上である大型転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、軟窒化処理の後に浸炭処理が施されたものであることを特徴とする。
このように浸炭処理の前に軟窒化処理を施せば、窒素の供給源をフェライト域（７００℃以下）の領域で生成する窒化物として、窒素の拡散を浸炭処理と同時に行うことができる。以下に、さらに詳細に説明する。

鋼への窒素の導入は、アンモニアガス等が鋼の表面で反応することによって進行し、フェライト域では窒素の固溶源が少ないので表面に窒化物として析出する。この状態のものをオーステナイト域（７００℃以上）まで加熱すると、フェライトからオーステナイトへの相変態が起こるが、オーステナイトは窒素の固溶源が大きく、相変態時には結晶構造の変化に伴う界面移動によって窒素が短時間のうちに数百μｍ程度浸入する。それと同時に、転がり軸受として必要な硬度を満足するために長時間の浸炭処理が行われるので、その温度と時間を利用して炭素と同様に内部まで窒素が拡散する。

このような熱処理により、熱処理による変形が大きく取り代を大きく設計せざるを得ない大型の転がり軸受においても、表面に十分な量の窒素（例えば０．１質量％以上）を確保することができ、浸炭窒化処理が施された小型の転がり軸受と同様に異物混入潤滑環境下で使用されても長寿命となる。

本発明の大型転がり軸受は、異物混入潤滑環境下で使用されても長寿命である。

本発明に係る大型転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る大型転がり軸受の一実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す縦断面図である。
図１の円筒ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に転動体３を保持する保持器４と、を備えており、内径が１４０ｍｍ以上の大型転がり軸受である。なお、保持器４は備えていなくてもよい。

鋼で構成された内輪１及び外輪２には、軟窒化処理の後に浸炭処理が施されているため、その軌道面には十分な量の窒素が確保されているとともに十分高い表面硬度を有している。よって、この円筒ころ軸受は、異物混入潤滑環境下で使用されても長寿命である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、大型転がり軸受の例として円筒ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は円筒ころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。呼び番号ＮＵ２２８の円筒ころ軸受を用意して回転試験を行い、その寿命を評価した。まず、円筒ころ軸受の製造方法について説明する。
円筒ころ軸受の内輪及び外輪は浸炭用軸受鋼ＳＣＲ４２０で構成されており、以下のような熱処理が施されている。まず、アンモニアを含有する雰囲気下、５００〜６５０℃で１〜３０時間軟窒化処理を施す。次に、ＲＸガス雰囲気下、８００〜１０００℃で１０〜１００時間浸炭処理を施す。そして、軸受として必要な硬度を得るため、大気下，真空下，又は窒素ガス下で焼入れ及び焼戻しを行う。焼入れの条件は７５０〜８６０℃で１〜３時間であり、焼戻しの条件は１５０〜３００℃で１〜３時間である。

表１に、軟窒化処理の処理時間と、熱処理終了後の表面の窒素濃度とを示す。窒素濃度については、研削前の表面から０．５ｍｍ内側の部分の窒素濃度を測定した。これは、呼び番号ＲＶ６５０等の大型転がり軸受を想定し、取り代を０．５ｍｍに設定したためである。

表１から分かるように、軟窒化処理の処理時間が長くなるほど、表面から０．５ｍｍ内側の部分の窒素濃度が高くなっている。これは、該窒素濃度が、軟窒化処理によって導入された窒素量に依存していることを示している。

次に、熱処理終了後の内輪及び外輪に研削加工（取り代は０．５ｍｍ）を行い、組み立てて円筒ころ軸受を完成させた。そして、異物混入潤滑環境下において下記のような条件で回転試験を行い、寿命を測定した。
荷重：Ｐ／Ｃ（Ｐ：動等価荷重、Ｃ：基本動定格荷重) ＝０．３
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
潤滑剤：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯＶＧ６８であるタービン油
潤滑剤中の混入異物：硬さＨｖ８７０、粒径７４〜１４７μｍの微粉を２００ｐｐｍ混入した。

試験結果を表１に示す。また、軟窒化処理の処理時間と寿命との関係を図２のグラフに示し、前述の窒素濃度と寿命との関係を図３のグラフに示す。なお、表１及び図２，３における寿命の数値は、比較例１の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
図２のグラフから、軟窒化処理の処理時間が１時間以上であると、軸受が長寿命となることが分かる。これは、１時間以上軟窒化処理を施すことにより、研削前の表面から０．５ｍｍ内側の部分の窒素濃度が０．１質量％以上となることに対応している。

このように、浸炭処理の前に軟窒化処理により窒素を窒化物として供給しておき、その後の浸炭処理において窒素を拡散させることにより、長寿命な大型転がり軸受を製造することが可能である。

本発明の大型転がり軸受は、圧延機に代表される産業機械等において好適に使用可能である。

本発明に係る大型転がり軸受の一実施形態である円筒ころ軸受の構造を示す縦断面図である。軟窒化処理の処理時間と軸受の寿命との関係を示すグラフである。窒素濃度と軸受の寿命との関係を示すグラフである。

符号の説明

１内輪
２外輪
３転動体

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、内径が１４０ｍｍ以上である大型転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、軟窒化処理の後に浸炭処理が施されたものであることを特徴とする大型転がり軸受。