JP2008267403A - Rolling device - Google Patents

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啓之 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long-life rolling device hardly causing damage of a raceway surface. <P>SOLUTION: At least one of the raceway surface 1a of the inner ring 1 of a conical rolling bearing and the raceway surface 2a of the outer ring 2 thereof is finished by projecting substantially spherical ceramic particles having an average particle diameter of 200 μm or smaller, surface roughness Ra is set to not less than 0.04 μm nor more than 0.25 μm, and surface residual stress is set to not less than -1400 MPa nor more than -900 MPa. After projecting the ceramic particles, solid carbon dioxide powder may be projected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、転がり軸受,リニアガイド装置,ボールねじ,直動ベアリング等のような転動装置に関する。   The present invention relates to a rolling device such as a rolling bearing, a linear guide device, a ball screw, a linear motion bearing and the like.

一般に、転がり軸受等の転動装置においては、転動装置を構成する内方部材,外方部材と転動体との間で転がり運動が行われ、内方部材,外方部材の軌道面及び転動体の転動面は高面圧下で剪断応力を繰り返し受ける。そのため、内方部材,外方部材,転動体を構成する材料には、硬い、転がり疲労寿命が長い等の性質が要求される。
そこで、これらの部材を構成する材料には、SUJ2等の高炭素クロム軸受鋼や、SCr420,SCM420,SAE4320H等の肌焼鋼がよく使用される。そして、これらの材料は、転がり疲労寿命等の必要とされる性質を得るために、軸受鋼であれば焼入れ,焼戻しが施され、硬さがHRC58以上64以下とされている。また、肌焼鋼であれば浸炭処理又は浸炭窒化処理の後に焼入れ,焼戻しが施されて、表面硬さがHRC58以上64以下、芯部硬さがHRC30以上48以下とされている。
Generally, in a rolling device such as a rolling bearing, a rolling motion is performed between an inner member, an outer member, and a rolling element constituting the rolling device, and the inner member, the raceway surface of the outer member, and the rolling member. The rolling surface of the moving body is repeatedly subjected to shear stress under high surface pressure. Therefore, the materials constituting the inner member, the outer member, and the rolling element are required to have properties such as being hard and having a long rolling fatigue life.
Therefore, high carbon chrome bearing steel such as SUJ2 and case-hardened steel such as SCr420, SCM420, and SAE4320H are often used as materials constituting these members. In order to obtain the required properties such as rolling fatigue life, these materials are hardened and tempered if they are bearing steel, and the hardness is set to HRC 58 or more and 64 or less. In case of case-hardened steel, quenching and tempering are performed after carburizing or carbonitriding, and the surface hardness is HRC 58 or more and 64 or less, and the core hardness is HRC 30 or more and 48 or less.

しかしながら、近年においては、転動装置のメンテナンスフリー化や、転動装置を備えた自動車の低燃費化が求められているため、転動装置の使用条件が過酷なものとなっている。このため、転動装置を潤滑する潤滑剤中に混入する異物や転動装置の潤滑不良による軌道面や転動面の損傷及び剥離が問題となっており、上記のような厳しい使用条件下における転動装置の長寿命化に対する要求が高まっている。   However, in recent years, there has been a demand for maintenance-free rolling devices and reduction in fuel consumption of automobiles equipped with rolling devices, and the use conditions of the rolling devices have become severe. For this reason, the foreign matter mixed in the lubricant for lubricating the rolling device and the damage and peeling of the raceway surface and the rolling surface due to poor lubrication of the rolling device have become a problem. There is an increasing demand for extending the life of rolling devices.

このような要求に対して、転がり疲労寿命の向上に効果のある圧縮残留応力に着目して転動装置を長寿命化する方法が、特許文献1〜3に提案されている。
特許文献1には、ショットブラストの後にバレル仕上げすることにより、転がり面に油溜まりとなる微小くぼみを多数形成した転がり部品が記載されている。そして、この転がり面の表面から深さ100μmまでの表層部における圧縮残留応力の最小値は、90MPa以上とされている。
In response to such demands, Patent Documents 1 to 3 propose methods for extending the life of a rolling device by paying attention to compressive residual stress effective in improving rolling fatigue life.
Patent Document 1 describes a rolling component in which a number of minute depressions that become oil pools are formed on the rolling surface by barrel finishing after shot blasting. And the minimum value of the compressive residual stress in the surface layer part from the surface of this rolling surface to the depth of 100 μm is 90 MPa or more.

また、特許文献2には、ショットピーニングを施すことにより、軌道輪の軌道面の最表面部における最大圧縮残留応力を100kgf/mm2 以上とするとともに、表面下300μmの位置における圧縮残留応力を40kgf/mm2 以上とした転がり軸受が記載されている。
さらに、特許文献3には、ショットピーニングを施すことにより、表層部における最大圧縮残留応力を50〜110kgf/mm2 とするとともに、表面粗さの平均波長を25μm以下とした転がり摺動部品が記載されている。
特開平8−232964号公報 特許第2949794号公報 特許第3125434号公報
Further, in Patent Document 2, by performing shot peening, the maximum compressive residual stress at the outermost surface portion of the raceway surface of the raceway is set to 100 kgf / mm 2 or more, and the compressive residual stress at a position 300 μm below the surface is set to 40 kgf. A rolling bearing with a / mm 2 or more is described.
Furthermore, Patent Document 3 describes a rolling sliding component in which the maximum compressive residual stress in the surface layer portion is set to 50 to 110 kgf / mm 2 and the average wavelength of the surface roughness is set to 25 μm or less by performing shot peening. Has been.
Japanese Patent Laid-Open No. 8-232964 Japanese Patent No. 2949794 Japanese Patent No. 3125434

しかしながら、特許文献1に記載の転がり部品においては、ショットブラストの後にバレル仕上げを施して転がり面を仕上げるため、被加工物をカゴの中で回転させるというバレル仕上げの特性上、転がり部品がカムフォロアの外輪等の小径なものに限定されてしまうおそれがある。そのため、例えば内径が80mmを超えるような大径の転がり軸受には適用することが困難である。その上、バレル仕上げ時には被加工物同士が衝突して打痕が生じるという問題があるため、玉軸受の軌道輪には適用することが困難である。   However, in the rolling component described in Patent Document 1, the barrel finish is performed after shot blasting to finish the rolling surface. Therefore, due to the barrel finishing property of rotating the workpiece in the basket, the rolling component is a cam follower. There is a risk of being limited to a small diameter such as an outer ring. Therefore, for example, it is difficult to apply to a large-diameter rolling bearing having an inner diameter exceeding 80 mm. In addition, there is a problem that the workpieces collide with each other during barrel finishing, resulting in a dent, which is difficult to apply to the ball bearing race.

また、特許文献2に記載の転がり軸受においては、軌道輪の軌道面の表面粗さは規定されていないが、ショットピーニングでは汎用の大きな粒径のショット材(例えば、平均粒径0.72mmの鋼球)が使用されることが多いため、ショットピーニング後の表面粗さは必然的に大きくなる。よって、軌道面の表面粗さを転がり軸受として使用可能なレベルとするためには、ショットピーニング後に研磨加工を行って表面を仕上げる必要がある。ところが、特に大径で研磨取代の大きな転がり軸受では、圧縮応力が付与された表面層が取代分取り除かれてしまうという問題があり、適用が困難である。   Further, in the rolling bearing described in Patent Document 2, the surface roughness of the raceway surface of the raceway ring is not specified, but in shot peening, a shot material having a large particle size (for example, having an average particle size of 0.72 mm) is used. Since steel balls are often used, the surface roughness after shot peening inevitably increases. Therefore, in order to make the surface roughness of the raceway surface at a level that can be used as a rolling bearing, it is necessary to finish the surface by performing polishing after shot peening. However, in particular, a rolling bearing with a large diameter and a large grinding allowance has a problem that a surface layer to which a compressive stress is applied is removed by the allowance, and is difficult to apply.

さらに、特許文献3に記載の転がり摺動部品においては、カムフォロアの外輪等のように、摺動する相手面が比較的粗い面であることを想定しているため、所謂なじみ性を向上させるために、表面粗さを広い範囲で規定している。このため、玉軸受の軌道輪のように、摺動する相手面が鏡面である場合には、逆に相手面に損傷を与えてしまうおそれがあり、適用が困難である。
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、軌道面の損傷が生じにくく長寿命な転動装置を提供することを課題とする。
Furthermore, in the rolling and sliding component described in Patent Document 3, it is assumed that the mating surface to be slid is a relatively rough surface such as an outer ring of a cam follower, so that the so-called compatibility is improved. In addition, the surface roughness is defined in a wide range. For this reason, when the other surface to be slid is a mirror surface like the raceway of a ball bearing, there is a possibility that the other surface may be damaged, making it difficult to apply.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rolling device that solves the above-described problems of the prior art and is less likely to damage the raceway surface and has a long life.

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の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記両軌道面の少なくとも一方は、平均粒径200μm以下の略球状のセラミック粒子を投射することにより仕上げ加工が施されており、表面粗さRaが0.04μm以上0.25μm以下、表面残留応力が−1400MPa以上−900MPa以下とされていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling device according to claim 1 of the present invention includes an inner member having a raceway surface on the outer surface, and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member, and is disposed outward of the inner member. And a plurality of rolling elements arranged so as to be able to roll between the two raceway surfaces. At least one of the raceway surfaces has a substantially spherical shape with an average particle size of 200 μm or less. The ceramic grain is projected to finish, the surface roughness Ra is 0.04 μm or more and 0.25 μm or less, and the surface residual stress is −1400 MPa or more and −900 MPa or less.

セラミック粒子の投射により軌道面の表面残留応力が好適な値となっているため、転動装置が長寿命である。また、投射により仕上げ加工が施されているため、軌道面が極めて平滑に仕上げられている。よって、投射による仕上げ加工の後に研磨加工を行って表面を仕上げる必要がない。また、例えば玉軸受の軌道輪のように、摺動する相手面が鏡面である場合でも、相手面に損傷を与えるおそれがほとんどない。さらに、微粒子の投射という比較的単純な処理であるため、処理の対象となる内方部材,外方部材の形状及び大きさが制限されることがなく、ほぼ全ての種類の転動装置に対して本発明を適用することが可能である。   Since the surface residual stress of the raceway surface has a suitable value due to the projection of the ceramic particles, the rolling device has a long life. Moreover, since the finishing process is given by projection, the raceway surface is finished very smoothly. Therefore, it is not necessary to finish the surface by performing polishing after finishing by projection. Moreover, even when the sliding counterpart surface is a mirror surface, such as a ball bearing race, there is almost no risk of damage to the counterpart surface. Furthermore, since it is a relatively simple process of projecting fine particles, the shape and size of the inner and outer members to be processed are not limited, and for almost all types of rolling devices. Thus, the present invention can be applied.

セラミック粒子の平均粒径が200μm超過であると、セラミック粒子を投射した後の軌道面の表面粗さが過大となるので、軌道面の仕上げが不十分となる。また、セラミック粒子の形状が、滑らかな曲面である球状や略球状ではなく角部を持った形状であると、セラミック粒子を投射した後の軌道面の表面粗さが過大となるおそれがある。さらに、投射材の材質が例えば錫のように軟質であると、投射エネルギーが投射材自身の変形に費やされてしまい、軌道面に表面残留応力を十分に付与できなくなるため、投射材は硬質なセラミックである必要がある。   If the average particle size of the ceramic particles is more than 200 μm, the surface roughness of the raceway surface after projecting the ceramic particles becomes excessive, so that the finish of the raceway surface becomes insufficient. Further, when the shape of the ceramic particles is not a spherical shape or a substantially spherical shape which is a smooth curved surface but a shape having corners, the surface roughness of the raceway surface after the ceramic particles are projected may be excessive. Furthermore, if the material of the projection material is soft, such as tin, the projection energy is expended on the deformation of the projection material itself, and the surface residual stress cannot be sufficiently applied to the raceway surface. Must be a good ceramic.

さらに、転動装置(特に、高精度が要求される玉軸受)として必要な機能(例えば寿命や音響性能)を損なわないためには、仕上げ加工が施された後の軌道面の表面粗さRaは0.25μm以下である必要がある。ただし、0.04μm未満とするためには長時間の仕上げ加工が必要となり効率的でないため、軌道面の表面粗さRaは0.04μm以上である必要がある。   Furthermore, in order not to impair the functions (for example, life and acoustic performance) required for the rolling device (particularly, a ball bearing that requires high accuracy), the surface roughness Ra of the raceway surface after finishing is performed. Needs to be 0.25 μm or less. However, in order to make it less than 0.04 μm, finishing for a long time is required and it is not efficient. Therefore, the surface roughness Ra of the raceway surface needs to be 0.04 μm or more.

さらに、軌道面の表面残留応力が−900MPa以下であると、すなわち表面の圧縮残留応力が900MPa以上であると、軌道面へのクラックの発生が抑制され、転動装置が長寿命となる。ただし、表面残留応力が−1400MPa未満であると、すなわち表面の圧縮残留応力が1400MPa超過であると、軌道面がオーバーピーニングの状態となるため、逆にクラックの発生源となって短寿命となるおそれがある。   Further, if the surface residual stress of the raceway surface is −900 MPa or less, that is, if the surface compressive residual stress is 900 MPa or more, the occurrence of cracks on the raceway surface is suppressed, and the rolling device has a long life. However, if the surface residual stress is less than −1400 MPa, that is, if the surface compressive residual stress is more than 1400 MPa, the raceway surface is overpeened, and on the contrary, it becomes a source of cracks and has a short life. There is a fear.

また、本発明に係る請求項2の転動装置は、請求項1に記載の転動装置において、前記セラミック粒子の投射の後に固体状二酸化炭素の粉末が投射されていることを特徴とする。
セラミック粒子を投射した後には、軌道面にセラミック成分が若干残留している場合があるが、固体状二酸化炭素の粉末を投射することにより、残留したセラミック成分を軌道面から完全に除去することができる。その結果、軌道面の摩耗が極めて生じにくくなるとともに、音響性能が大幅に向上するので、優れた耐摩耗性や音響性能が要求されるような用途に好適となる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the rolling device according to the first aspect, wherein a solid carbon dioxide powder is projected after the ceramic particles are projected.
After the ceramic particles are projected, some ceramic components may remain on the raceway surface, but by projecting solid carbon dioxide powder, the remaining ceramic components may be completely removed from the raceway surface. it can. As a result, the wear on the raceway surface is extremely unlikely to occur, and the acoustic performance is greatly improved, making it suitable for applications that require excellent wear resistance and acoustic performance.

なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受,ボールねじ,リニアガイド装置,直動ベアリング等である。また、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。   The present invention can be applied to various rolling devices. For example, a rolling bearing, a ball screw, a linear guide device, a linear motion bearing, and the like. Further, the inner member in the present invention means an inner ring when the rolling device is a rolling bearing, a screw shaft when the ball screw is also used, a guide rail when the linear guide device is used, and a linear motion bearing. Means each axis. The outer member is the outer ring when the rolling device is a rolling bearing, the nut when it is a ball screw, the slider when it is a linear guide device, and the outer cylinder when it is also a linear bearing. Each means.

本発明の転動装置は、軌道面に損傷が生じにくく長寿命である。   The rolling device of the present invention has a long life with little damage to the raceway surface.

本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明に係る転動装置の一実施形態である円すいころ軸受の構造を示す縦断面図である。
図1の円すいころ軸受は、回転軸6の一端の軸受座6aに嵌合された内輪1(内方部材)と、ハウジング7の外輪嵌合部材8に嵌合された外輪2(外方部材)と、内輪1の軌道面1aと外輪2の軌道面2aとの間に転動自在に配された複数の転動体(円すいころ)3と、複数の転動体3を両輪1,2の間に保持する保持器4と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a rolling device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a structure of a tapered roller bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention.
The tapered roller bearing shown in FIG. 1 includes an inner ring 1 (inner member) fitted to a bearing seat 6a at one end of a rotating shaft 6 and an outer ring 2 (outer member) fitted to an outer ring fitting member 8 of a housing 7. ), A plurality of rolling elements (tapered rollers) 3 arranged between the raceway surface 1a of the inner ring 1 and the raceway surface 2a of the outer ring 2, and a plurality of rolling elements 3 between the two wheels 1 and 2. And a retainer 4 to be held in the housing.

また、外輪嵌合部材8の端面には、給水路9を備えるリング状の蓋体10が取り付けられており、その給水路9の出口には、円すいころ3の大端面3aに対向させて噴霧装置11が取り付けられている。さらに、図示しないラジアル荷重負荷手段を用いて回転軸6にラジアル荷重Frを加えることにより、円すいころ軸受にラジアル荷重が負荷されるようになっている。また、図示しない油圧シリンダを用いて外輪嵌合部材8にアキシャル荷重Fsを加えることにより、円すいころ軸受にアキシャル荷重が負荷されるようになっている。   Further, a ring-shaped lid body 10 having a water supply passage 9 is attached to the end face of the outer ring fitting member 8, and the outlet of the water supply passage 9 is sprayed so as to face the large end face 3 a of the tapered roller 3. A device 11 is attached. Furthermore, the radial load is applied to the tapered roller bearing by applying a radial load Fr to the rotary shaft 6 using a radial load loading means (not shown). Further, the axial load is applied to the tapered roller bearing by applying an axial load Fs to the outer ring fitting member 8 using a hydraulic cylinder (not shown).

この円すいころ軸受の両軌道面1a,2aの少なくとも一方は、平均粒径200μm以下の略球状のセラミック粒子(例えばガラスビーズ)を投射することにより仕上げ加工が施されており、表面粗さRaが0.04μm以上0.25μm以下、表面残留応力が−1400MPa以上−900MPa以下とされている。なお、両軌道面1a,2aには、セラミック粒子の投射の前に、超仕上げ加工を施してもよい。また、セラミック粒子の投射の後に、固体状二酸化炭素の粉末を投射してもよい。   At least one of the raceway surfaces 1a and 2a of the tapered roller bearing is finished by projecting substantially spherical ceramic particles (for example, glass beads) having an average particle size of 200 μm or less, and the surface roughness Ra is It is 0.04 μm or more and 0.25 μm or less, and the surface residual stress is −1400 MPa or more and −900 MPa or less. Note that the both raceway surfaces 1a and 2a may be subjected to super finishing before the ceramic particles are projected. Alternatively, solid carbon dioxide powder may be projected after the ceramic particles are projected.

セラミック粒子の投射には、汎用のショットピーニング装置を用いることができ、噴射圧力は0.196〜0.588MPa、噴射時間は10〜20minが好ましい。また、1回の処理に用いる内輪,外輪の質量は、それぞれ1〜20kgが好ましい。
固体状二酸化炭素の粉末の投射を行う場合には、図2のようなショットピーニング装置を用いるとよい。すなわち、このショットピーニング装置は、固体状二酸化炭素の粉末を供給する固体状二酸化炭素供給装置と、固体状二酸化炭素供給装置から供給された固体状二酸化炭素の粉末を収容するタンクと、圧縮空気を供給するコンプレッサーと、コンプレッサーから供給された圧縮空気を乾燥するエアードライヤーと、混合された固体状二酸化炭素の粉末と圧縮空気とを噴出するノズルと、投射が施されるワークを収容するショット部と、を備えている。
A general-purpose shot peening apparatus can be used for projecting the ceramic particles. The injection pressure is preferably 0.196 to 0.588 MPa, and the injection time is preferably 10 to 20 minutes. Moreover, as for the mass of the inner ring | wheel and outer ring | wheel used for one process, 1-20 kg is respectively preferable.
When projecting solid carbon dioxide powder, a shot peening apparatus as shown in FIG. 2 may be used. That is, the shot peening apparatus includes a solid carbon dioxide supply device that supplies solid carbon dioxide powder, a tank that stores the solid carbon dioxide powder supplied from the solid carbon dioxide supply device, and compressed air. A compressor for supplying, an air dryer for drying compressed air supplied from the compressor, a nozzle for jetting mixed solid carbon dioxide powder and compressed air, and a shot unit for accommodating a workpiece to be projected It is equipped with.

タンクからノズルへと向かう固体状二酸化炭素の粉末に、エアードライヤーにより乾燥された圧縮空気が混合され、ノズルからワークに吹き付けられる。噴射圧力は0.196〜0.588MPa、噴射時間は10〜20minが好ましい。また、1回の処理に用いるワーク(内輪,外輪)の質量は、それぞれ1〜20kgが好ましい。なお、固体状二酸化炭素の粉末の代わりに、固体状二酸化炭素のペレット状物を用いてもよい。   Compressed air dried by an air dryer is mixed with solid carbon dioxide powder from the tank toward the nozzle, and sprayed onto the workpiece from the nozzle. The injection pressure is preferably 0.196 to 0.588 MPa, and the injection time is preferably 10 to 20 minutes. Moreover, as for the mass of the workpiece | work (inner ring, outer ring) used for one process, 1-20 kg is preferable, respectively. A solid carbon dioxide pellet may be used in place of the solid carbon dioxide powder.

これらの処理が施された軌道面1a,2aの表面粗さRaは、0.04μm以上0.25μm以下となっている。また、軌道面1a,2aの表面残留応力は、−1400MPa以上−900MPa以下となっている。
このような内輪1,外輪2を転動体3及び保持器4とともに組み立てて得られた円すいころ軸受は、軌道面1a,2aに損傷が生じにくく長寿命である。
The surface roughness Ra of the raceway surfaces 1a and 2a subjected to these treatments is 0.04 μm or more and 0.25 μm or less. Moreover, the surface residual stress of the raceway surfaces 1a and 2a is -1400 MPa or more and -900 MPa or less.
The tapered roller bearing obtained by assembling the inner ring 1 and the outer ring 2 together with the rolling elements 3 and the cage 4 has a long life because the raceway surfaces 1a and 2a are hardly damaged.

なお、内輪1,外輪2,及び転動体3の材質は特に限定されるものではなく、例えばSUJ2製で浸炭窒化処理が施されたものでもよいし、SUJ2製でズブ焼き入れ又は高周波焼入れが施されたものでもよいし、SCM420又はSCr420製で浸炭窒化処理又は浸炭処理が施されたものでもよい。また、保持器4の材質も特に限定されるものではなく、例えばプラスチックや鋼があげられる。さらに、内輪1と外輪2との間に形成される空間に、潤滑剤を封入してもよい。   The material of the inner ring 1, outer ring 2, and rolling element 3 is not particularly limited. For example, SUJ2 made of carbonitriding treatment may be used, or SUJ2 made of quenching or induction hardening. It may be made of SCM420 or SCr420 and subjected to carbonitriding or carburizing. Further, the material of the cage 4 is not particularly limited, and examples thereof include plastic and steel. Further, a lubricant may be enclosed in a space formed between the inner ring 1 and the outer ring 2.

さらに、本実施形態においては、転動装置の例として円すいころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は円すい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,自動調心ころ軸受,針状ころ軸受,円筒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。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ,リニアガイド装置,直動ベアリング等である。   Furthermore, in the present embodiment, the tapered roller bearing is described as an example of the rolling device, but the type of the rolling bearing is not limited to the tapered roller bearing, and the present invention is applicable to various types of rolling bearings. It can be applied to. For example, radial rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, self-aligning ball bearings, self-aligning roller bearings, needle roller bearings, and cylindrical roller bearings, and thrust types such as thrust ball bearings and thrust roller bearings This is a rolling bearing. Furthermore, the present invention can be applied not only to rolling bearings but also to various types of various rolling devices. For example, a ball screw, a linear guide device, a linear motion bearing, or the like.

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。前述した図1の円すいころ軸受とほぼ同様の構成の軸受において、投射の条件を種々変更することにより、内輪及び外輪の軌道面の表面残留応力及び表面粗さが種々異なる試験軸受を用意して(表1を参照)、その寿命を評価した。
すなわち、セラミック粒子のショットピーニングにおいては、用いたセラミック粒子の種類(材質、形状)及び平均粒径を種々変更した。ガラス製のセラミック粒子の場合は、その形状は略球状であり、炭化ケイ素(SiC)製のセラミック粒子の場合は、その形状は角部を持った形状である。また、セラミック粒子のショットピーニングの後に、固体状二酸化炭素の粉末のショットピーニングを行った場合と行わなかった場合とについても試験を行った。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. Test bearings having different surface residual stresses and surface roughnesses on the inner and outer ring raceways are prepared by changing the projection conditions in the bearing having the same configuration as the tapered roller bearing of FIG. 1 described above. (See Table 1) and its life was evaluated.
That is, in shot peening of ceramic particles, the type (material, shape) and average particle size of the ceramic particles used were variously changed. In the case of glass ceramic particles, the shape is substantially spherical. In the case of silicon carbide (SiC) ceramic particles, the shape is a shape having corners. In addition, tests were performed with and without performing shot peening of solid carbon dioxide powder after shot peening of ceramic particles.

Figure 2008267403
Figure 2008267403

なお、この円すいころ軸受は呼び番号HR32017XJの軸受であり、内径は85mm、外径は130mm、幅は29mmである。また、基本動定格荷重は143000Nである。さらに、内輪及び外輪はSUJ2鋼で構成されており、表面硬さはHRC58〜64、表面の残留オーステナイト量は3〜10体積%である。この残留オーステナイト量は、内輪及び外輪の軌道面の表面から深さ20μmまでの部分に存在する残留オーステナイトの量であり、X線による測定値である。
なお、本実施例においては、内輪,外輪,及び転動体には浸炭窒化処理が施されているが、浸炭窒化処理は施さずにズブ焼入れ及び高周波焼入れ処理を施したものでもよい。また、SUJ2鋼に代えて、SCM420,SCr420に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施したものを用いてもよい。
This tapered roller bearing is a bearing having a nominal number HR32017XJ, and has an inner diameter of 85 mm, an outer diameter of 130 mm, and a width of 29 mm. The basic dynamic load rating is 143000N. Further, the inner ring and the outer ring are made of SUJ2 steel, the surface hardness is HRC58-64, and the surface retained austenite amount is 3-10% by volume. This amount of retained austenite is the amount of retained austenite present in the portion from the surface of the raceway surface of the inner ring and outer ring to a depth of 20 μm, and is a measured value by X-ray.
In the present embodiment, the inner ring, the outer ring, and the rolling element are subjected to carbonitriding, but may be subjected to submerged quenching and induction quenching without performing carbonitriding. Further, instead of SUJ2 steel, SCM420 and SCr420 subjected to carburizing treatment or carbonitriding treatment may be used.

このような試験軸受を下記のような条件で回転させ、振動値が初期値の5倍となった時点で回転を停止した。そして、実体顕微鏡を用いて剥離,摩耗等の損傷の有無を確認し、軌道面に損傷がある場合は寿命とし、損傷がない場合は回転試験を続行した。結果を表1に示す。なお、表1の寿命の数値は、セラミック粒子のショットピーニングを施していない比較例1の寿命を1とした場合の相対値で示してある。
ラジアル荷重 :35750N
アキシャル荷重:15680N
内輪回転速度 :1500rpm
潤滑剤 :純グリース潤滑(グリース量60g)
ただし、潤滑剤には、異物としてステンレス鋼粉を0.05g混入してある。ステンレス鋼粉の硬さはHRC64であり、粒径は70〜140μmである。
Such a test bearing was rotated under the following conditions, and the rotation was stopped when the vibration value reached 5 times the initial value. Using a stereomicroscope, the presence or absence of damage such as peeling or abrasion was confirmed. If the raceway surface was damaged, the life was reached. If there was no damage, the rotation test was continued. The results are shown in Table 1. In addition, the numerical value of the lifetime of Table 1 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 1 which has not performed the shot peening of the ceramic particle is set to 1.
Radial load: 35750N
Axial load: 15680N
Inner ring rotation speed: 1500rpm
Lubricant: Pure grease lubrication (grease amount 60g)
However, the lubricant contains 0.05 g of stainless steel powder as a foreign matter. The hardness of the stainless steel powder is HRC64, and the particle size is 70 to 140 μm.

表1から分かるように、実施例1〜6は、比較例1よりも格段に長寿命であり、比較例1の5.7倍以上の寿命を有していた。特に、固体状二酸化炭素の粉末のショットピーニングを行った実施例1〜3は、摩耗が生じにくくより長寿命であった。
比較例2は、セラミック粒子の形状の影響で表面粗さが大きすぎるため、短寿命であった。また、比較例3は、セラミック粒子の平均粒径が大きいことにより、圧縮残留応力が過大となったため、微小なクラックが発生して短寿命となった。さらに、比較例4は、圧縮残留応力が小さすぎるため短寿命であった。
As can be seen from Table 1, Examples 1 to 6 had a much longer life than Comparative Example 1, and had a life of 5.7 times or more that of Comparative Example 1. In particular, Examples 1 to 3, which performed shot peening of solid carbon dioxide powder, were less prone to wear and had a longer life.
Comparative Example 2 had a short life because the surface roughness was too large due to the influence of the shape of the ceramic particles. Further, in Comparative Example 3, since the compressive residual stress was excessive due to the large average particle size of the ceramic particles, a minute crack was generated and the life was shortened. Furthermore, Comparative Example 4 had a short life because the compressive residual stress was too small.

本発明に係る転動装置の一実施形態である円すいころ軸受の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the tapered roller bearing which is one Embodiment of the rolling device which concerns on this invention. 固体状二酸化炭素の粉末の投射を行う場合に使用するショットピーニング装置を説明する図である。It is a figure explaining the shot peening apparatus used when projecting the powder of solid carbon dioxide.

符号の説明Explanation of symbols

1 内輪
1a 軌道面
2 外輪
2a 軌道面
3 転動体
1 inner ring 1a raceway surface 2 outer ring 2a raceway surface 3 rolling element

Claims (2)

外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記両軌道面の少なくとも一方は、平均粒径200μm以下の略球状のセラミック粒子を投射することにより仕上げ加工が施されており、表面粗さRaが0.04μm以上0.25μm以下、表面残留応力が−1400MPa以上−900MPa以下とされていることを特徴とする転動装置。
An inner member having a raceway surface on the outer surface, an outer member having a raceway surface opposite to the raceway surface of the inner member, and arranged on the outer side of the inner member, and rolling between the both raceway surfaces In a rolling device comprising a plurality of freely arranged rolling elements,
At least one of the raceway surfaces is finished by projecting substantially spherical ceramic particles having an average particle size of 200 μm or less, the surface roughness Ra is 0.04 μm or more and 0.25 μm or less, and the surface residual stress. Is a rolling device characterized in that -1400 MPa or more and -900 MPa or less.
前記セラミック粒子の投射の後に固体状二酸化炭素の粉末が投射されていることを特徴とする請求項1に記載の転動装置。   The rolling device according to claim 1, wherein a solid carbon dioxide powder is projected after the ceramic particles are projected.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014012870A (en) * 2012-07-04 2014-01-23 Daido Steel Co Ltd Carbonitriding component excellent in surface fatigue strength due to hydrogen embrittlement
US10458468B2 (en) 2018-01-16 2019-10-29 Roller Bearing Company Of America, Inc. Cam follower for high axial load applications
WO2022065408A1 (en) * 2020-09-28 2022-03-31 Ntn株式会社 Bearing ring and rolling bearing

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