JP2009097658A - Rolling member and rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転動部材および転がり軸受に関し、より特定的には、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる転動部材および当該転動部材を備えた転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling member and a rolling bearing, and more specifically to a rolling member made of a sintered body containing β sialon as a main component and a rolling bearing provided with the rolling member.
窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて比重が小さく、かつ耐食性が高いだけでなく、絶縁性を有するという特徴を備えている。そのため、軌道部材および転動体を備えた転がり軸受（ハブユニットを含む）の構成部品である転動部材、たとえば軌道部材や転動体の素材にセラミックスを採用した場合、軸受の軽量化が可能となるとともに、構成部品の腐食による損傷、電食による転がり軸受の短寿命化などを抑制することができる。 Ceramics such as silicon nitride and sialon are characterized by having a specific gravity smaller than steel and high corrosion resistance, as well as insulating properties. Therefore, when ceramics are used as a rolling member that is a component of a rolling bearing (including a hub unit) including a race member and a rolling element, for example, ceramics is used as a material for the race member and the rolling element, the weight of the bearing can be reduced. At the same time, damage due to corrosion of the component parts, shortening of the life of the rolling bearing due to electrolytic corrosion, and the like can be suppressed.
また、転がり軸受の一種であるハブユニットは、内部に水分が浸入するおそれのある環境において使用される場合も多く、潤滑が不十分となる場合がある。セラミックスからなる転動体、軌道部材などの転動部材は、上述のような不十分な潤滑環境下においても損傷しにくいという特徴を有している。そのため、たとえば転動部品の素材にセラミックスを採用することにより、不十分な潤滑環境下において使用されるハブユニットの耐久性を向上させることができる。 In addition, a hub unit, which is a kind of rolling bearing, is often used in an environment where moisture may enter inside, and lubrication may be insufficient. Rolling members made of ceramics and rolling members such as raceway members have a feature that they are not easily damaged even in the above-mentioned insufficient lubrication environment. Therefore, the durability of the hub unit used in an insufficient lubrication environment can be improved, for example, by adopting ceramics as the material for the rolling parts.
しかし、窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて製造コストが高いため、転がり軸受の転動部材の素材としてセラミックスを採用すると、転がり軸受の製造コストが大幅に上昇するという問題点があった。 However, since ceramics such as silicon nitride and sialon are expensive to manufacture compared to steel, the use of ceramics as the material for rolling members of rolling bearings has the problem of significantly increasing the manufacturing cost of rolling bearings. It was.
これに対し、近年、セラミックスであるβサイアロンを、燃焼合成法を含む製造工程により製造することにより、低コストで製造する方法が開発された（たとえば特許文献１〜３参照）。そのため、このβサイアロンを構成部品の素材として採用した低価格な転がり軸受の製造が検討され得る。
しかしながら、上記βサイアロンを転がり軸受の転動部材の素材として採用するためには、βサイアロンからなる転動部材が十分な転動疲労寿命を有している必要がある。転動疲労寿命は、部材の破壊強度等とは必ずしも一致せず、βサイアロンからなる転動部材も、必ずしも十分な転動疲労寿命を有しているとはいえない。そのため、βサイアロンからなる転動部材を備えた転がり軸受においても、十分な耐久性を安定して確保することは容易ではないという問題点があった。 However, in order to employ the β sialon as a material for a rolling member of a rolling bearing, the rolling member made of β sialon needs to have a sufficient rolling fatigue life. The rolling fatigue life does not necessarily match the fracture strength of the member, and the rolling member made of β sialon does not necessarily have a sufficient rolling fatigue life. Therefore, even in a rolling bearing provided with a rolling member made of β sialon, there is a problem that it is not easy to ensure sufficient durability stably.
また、弾性変形しにくいβサイアロンを転動部材の素材として採用した場合、転動部材である軌道部材と転動部材である転動体との間の接触面圧が大きくなる傾向にある。そのため、βサイアロンからなる転動部材が、負荷される荷重が急激に変化するような用途に適用される軸受の転動部材に採用された場合、転動部材同士の間の接触面圧が許容値を超え、当該転動部材に損傷が発生するおそれがある。そのため、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いられる転動部材の素材としては、βサイアロンは必ずしも適していない場合があるという問題点もあった。 Further, when β sialon which is not easily elastically deformed is employed as the material of the rolling member, the contact surface pressure between the raceway member as the rolling member and the rolling element as the rolling member tends to increase. For this reason, when a rolling member made of β sialon is adopted as a rolling member for a bearing that is used for a purpose in which a load to be abruptly changed, the contact surface pressure between the rolling members is allowed. If the value is exceeded, the rolling member may be damaged. Therefore, there is a problem that β sialon is not always suitable as a material for a rolling member used for an application in which a load to be applied changes abruptly.
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体（βサイアロンを主成分とする焼結体）からなる転動部材、および当該転動部材を備えた転がり軸受（ハブユニットを含む）を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a β sialon that is inexpensive and can stably ensure sufficient durability and can be used for applications in which the load to be applied changes rapidly. It is to provide a rolling member made of a sintered body (sintered body containing β sialon as a main component) and a rolling bearing (including a hub unit) provided with the rolling member.
本発明の一の局面における転動部材は、転がり軸受において、軌道部材、または当該軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である転動部材である。この転動部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である。 The rolling member according to one aspect of the present invention is a rolling member that is a rolling member disposed on an annular raceway in contact with the raceway member in the rolling bearing. This rolling member is a sintered body composed of β sialon as a main component, which is expressed by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and is composed of the remaining impurities. The Young's modulus is 180 GPa or more and 270 GPa or less.
本発明の他の局面における転動部材は、転がり軸受において、軌道部材、または当該軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である転動部材である。この転動部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である。 The rolling member according to another aspect of the present invention is a rolling member that is a rolling member disposed on an annular raceway in contact with the race member in the rolling bearing. This rolling member is mainly composed of β sialon represented by the composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, and the remaining sintering aid and impurities The Young's modulus is 180 GPa or more and 270 GPa or less.
本発明者は、βサイアロンを主成分とする転動部材の転動疲労寿命と、転動部材の構成との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見が得られ、本発明に想到した。 The inventor has investigated in detail the relationship between the rolling fatigue life of a rolling member mainly composed of β sialon and the configuration of the rolling member. As a result, the following knowledge was obtained and the present invention was conceived.
すなわち、上述のβサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、上記ｚの値（以下、ｚ値という）が０．１以上となる種々の組成を有するものが製造可能である。そして、一般に転動疲労寿命に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なｚ値４．０以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる転動部材の転動疲労寿命とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えると転動部材の転動疲労寿命が大幅に低下することが分かった。 That is, the β sialon described above can be manufactured having various compositions in which the value of z (hereinafter referred to as z value) is 0.1 or more by employing a manufacturing process including combustion synthesis. In general, the hardness that greatly affects the rolling fatigue life hardly changes in the range of the z value of 4.0 or less that is easy to manufacture. However, when the relationship between the rolling fatigue life and the z value of a rolling member made of a sintered body containing β sialon as a main component is investigated in detail, if the z value exceeds 3.5, the rolling of the rolling member It was found that the fatigue life was greatly reduced.
より具体的には、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、転動疲労寿命はほぼ同等で、転がり軸受の運転時間が所定時間を超えると、転動部材の表面に剥離が発生して破損する。これに対し、ｚ値が３．５を超えると転動部材が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が大幅に低下する。つまり、ｚ値が３．５となる組成を境界として、βサイアロンからなる転動部材の破損モードが変化し、ｚ値が３．５を超えると転動疲労寿命が大幅に低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロンからなる転動部材において、安定して十分な寿命を確保するためには、ｚ値を３．５以下とする必要がある。 More specifically, when the z value is in the range of 0.1 to 3.5, the rolling fatigue life is almost the same, and when the operation time of the rolling bearing exceeds a predetermined time, the surface of the rolling member is peeled off. Occurs and breaks. On the other hand, if the z value exceeds 3.5, the rolling member is likely to be worn, and the rolling fatigue life is significantly reduced due to this. In other words, the failure mode of the rolling member made of β sialon changes at the boundary where the z value is 3.5, and when the z value exceeds 3.5, the rolling fatigue life is greatly reduced. It became clear. Therefore, in the rolling member made of β sialon, in order to ensure a stable and sufficient life, the z value needs to be 3.5 or less.
一方、上述のように、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程により製造することにより、安価に製造することができる。しかし、ｚ値が０．１未満では、燃焼合成の実施が困難となることが分かった。そのため、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる転動部材を安価に製造するためには、ｚ値を０．１以上とする必要がある。 On the other hand, as described above, β sialon can be manufactured at a low cost by being manufactured by a manufacturing process including combustion synthesis. However, it has been found that when the z value is less than 0.1, it is difficult to perform the combustion synthesis. Therefore, in order to manufacture a rolling member made of a sintered body containing β sialon as a main component at a low cost, the z value needs to be 0.1 or more.
また、転動部材のヤング率が高くなると、転動部材を構成する素材の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、転動部材のヤング率が高くなると、転動部材が弾性変形しにくくなるため、転動部材同士の接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、負荷される荷重が急激に上昇した場合、転動部材に損傷が発生しやすくなる。一方、転動部材のヤング率が低くなると、転動部材が弾性変形しやすくなるため、転動部材同士の接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、転動部材のヤング率が低くなると、これに伴って転動部材を構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、転動部材のヤング率は、転動部材を構成する素材の強度と転動部材同士の接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。 Further, when the Young's modulus of the rolling member increases, the strength of the material constituting the rolling member tends to increase. However, when the Young's modulus of the rolling member is increased, the rolling member is less likely to be elastically deformed, so that the contact area between the rolling members is reduced and the contact surface pressure is increased. As a result, when the load applied increases rapidly, the rolling member is likely to be damaged. On the other hand, when the Young's modulus of the rolling member is lowered, the rolling member is easily elastically deformed, so that the contact area between the rolling members is increased and the contact surface pressure is lowered. However, on the other hand, when the Young's modulus of the rolling member is lowered, the strength of the material constituting the rolling member tends to be reduced accordingly. For this reason, the Young's modulus of the rolling member needs to be in a range in which a balance between the strength of the material constituting the rolling member and the reduction of the contact surface pressure between the rolling members can be secured.
より具体的には、βサイアロン焼結体からなる転動部材のヤング率が１８０ＧＰａ未満の場合、転動部材を構成する素材の強度低下の影響が接触面圧の低減の効果を上回り、転動部材の転動疲労寿命が低下する。また、転動部材同士の接触面積が増大することに伴い、転動部材間に作用する摩擦力が増加し、軸受トルクが上昇するという問題も発生する。したがって、βサイアロン焼結体からなる転動部材のヤング率は、１８０ＧＰａ以上であることが必要である。一方、βサイアロン焼結体からなる転動部材のヤング率が２７０ＭＰａを超えると、接触面圧の増加の影響が転動部材を構成する素材の強度上昇の効果を上回り、負荷される荷重が増加した場合、転動部材において、他の転動部材と接触する面である転走面に変形などの損傷が発生しやすくなる。その結果、βサイアロン焼結体からなる転動部材の転動疲労寿命が低下する。したがって、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いられる場合、βサイアロン焼結体からなる転動部材のヤング率は、２７０ＧＰａ以下であることが必要である。 More specifically, when the Young's modulus of the rolling member made of β sialon sintered body is less than 180 GPa, the influence of the strength reduction of the material constituting the rolling member exceeds the effect of reducing the contact surface pressure, and rolling The rolling fatigue life of the member is reduced. Further, as the contact area between the rolling members increases, the frictional force acting between the rolling members increases and the bearing torque increases. Therefore, the Young's modulus of the rolling member made of the β sialon sintered body needs to be 180 GPa or more. On the other hand, when the Young's modulus of the rolling member made of β sialon sintered body exceeds 270 MPa, the effect of increasing the contact surface pressure exceeds the effect of increasing the strength of the material constituting the rolling member, and the load applied increases. In such a case, in the rolling member, damage such as deformation is likely to occur on the rolling surface which is a surface in contact with the other rolling member. As a result, the rolling fatigue life of the rolling member made of the β sialon sintered body is reduced. Therefore, when used for an application in which the load to be applied changes rapidly, the Young's modulus of the rolling member made of the β sialon sintered body needs to be 270 GPa or less.
これに対し、本発明の一の局面における転動部材では、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されており、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下となっている。そのため、本発明の一の局面における転動部材によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材を提供することができる。 On the other hand, in the rolling member according to one aspect of the present invention, β sialon represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5 is mainly used. It is composed of a sintered body composed of the remaining impurities as components, and has a Young's modulus of 180 GPa or more and 270 GPa or less. Therefore, according to the rolling member in one aspect of the present invention, it is possible to stably ensure sufficient durability while being inexpensive, and to be used in which the load to be applied changes rapidly. The rolling member which consists of beta sialon sintered compact which can be used for can be provided.
なお、負荷される荷重が比較的大きい用途に用いられる場合、転動部材のヤング率は２２０ＧＰａ以上であることが望ましい。一方、外部からの衝撃が負荷される場合など、負荷される荷重の変化が特に大きい環境下で使用される場合、転動部材のヤング率は２６０ＧＰａ以下であることが望ましい。 In addition, when using for the application with a comparatively big load, it is desirable that the Young's modulus of a rolling member is 220 GPa or more. On the other hand, the Young's modulus of the rolling member is preferably 260 GPa or less when used in an environment where the change in applied load is particularly large, such as when an external impact is applied.
また、本発明の他の局面における転動部材は、基本的には上記本発明の一の局面における転動部材と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における転動部材では、転動部材の用途等を考慮し、焼結助剤を含む点で上記本発明の一の局面における転動部材とは異なっている。本発明の他の局面における転動部材によれば、焼結助剤の採用により、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材を容易に提供することができる。 In addition, the rolling member according to another aspect of the present invention basically has the same configuration as that of the rolling member according to one aspect of the present invention, and exhibits the same effects. However, the rolling member according to another aspect of the present invention is different from the rolling member according to one aspect of the present invention in that it includes a sintering aid in consideration of the use of the rolling member. According to the rolling member in another aspect of the present invention, the use of a sintering aid makes it easy to lower the porosity of the sintered body, and β sialon capable of stably ensuring sufficient durability. A rolling member made of a sintered body can be easily provided.
なお、焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、上記本発明の一の局面における転動部材と同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。 As the sintering aid, at least one of magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), rare earth element oxide, nitride, and oxynitride is employed. be able to. In order to achieve the same effect as that of the rolling member according to one aspect of the present invention, the sintering aid is desirably 20% by mass or less in the sintered body.
上記転動部材において好ましくは、他の転動部材と接触する面である転走面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている。 Preferably, in the rolling member, a dense layer that is a denser layer than the inside is formed in a region including a rolling surface that is a surface in contact with another rolling member.
上述のβサイアロンを主成分とする焼結体からなる転動部材においては、その緻密性が転動疲労寿命に大きく影響する。これに対し、上記構成によれば、転走面を含む領域に内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されていることにより、転動疲労寿命が向上する。その結果、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材を提供することができる。 In the rolling member made of a sintered body containing β sialon as a main component, the denseness greatly affects the rolling fatigue life. On the other hand, according to the said structure, a rolling fatigue life improves because the dense layer which is a layer denser than the inside is formed in the area | region containing a rolling surface. As a result, it is possible to provide a rolling member made of a β sialon sintered body capable of stably ensuring sufficient durability.
ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、転動部材の表面に垂直な断面において転動部材を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。 Here, the high-density layer is a layer having a low porosity (high density) in the sintered body, and can be investigated as follows, for example. First, the rolling member is cut in a cross section perpendicular to the surface of the rolling member, and the cross section is mirror-wrapped. Thereafter, the mirror-wrapped cross section is photographed with oblique light (dark field) of an optical microscope at, for example, about 50 to 100 times and recorded as an image of 300 DPI (Dot Per Inch) or more. At this time, the white region observed as a white region corresponds to a region with high porosity (low density). Therefore, a region where the area ratio of the white region is low is denser than a region where the area ratio is high. Then, after binarizing the image recorded using the image processing device with the luminance threshold, the area ratio of the white area is measured, and the denseness of the photographed area can be known from the area ratio.
つまり、上記転動部材において好ましくは、転走面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、上記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、上記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、転動部材の内部における上記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。また、転動部材の転動疲労寿命を一層向上させるためには、上記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。 That is, in the rolling member, a dense layer that is a layer having a lower area ratio of the white region than the inside is preferably formed in the region including the rolling surface. In addition, it is preferable to perform the said imaging | photography at 5 or more places at random, and to evaluate the said area ratio by the average value. Moreover, the area ratio of the said white area | region inside a rolling member is 15% or more, for example. In order to further improve the rolling fatigue life of the rolling member, the dense layer preferably has a thickness of 100 μm or more.
上記転動部材において好ましくは、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。 In the rolling member, preferably, when the cross section of the dense layer is observed with oblique light of an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 7% or less.
白色領域の面積率が７％以下となる程度に上記緻密層の緻密性を向上させることで、転動部材の転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の転動部材の転動疲労寿命を一層向上させることができる。 By improving the denseness of the dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 7% or less, the rolling fatigue life of the rolling member is further improved. Therefore, with the above configuration, the rolling fatigue life of the rolling member of the present invention can be further improved.
上記転動部材において好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、当該緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている。 Preferably, in the rolling member, in the region including the surface of the dense layer, a highly dense layer that is a layer having a higher density than other regions in the dense layer is formed.
緻密性のさらに高い高緻密層が緻密層の表面を含む領域に形成されることにより、転動部材の転動疲労に対する耐久性がより向上し、転動疲労寿命が一層向上する。 By forming the high dense layer with higher denseness in the region including the surface of the dense layer, the durability of the rolling member against rolling fatigue is further improved, and the rolling fatigue life is further improved.
上記転動部材において好ましくは、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である。 In the rolling member, preferably, when the cross section of the highly dense layer is observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 3.5% or less.
白色領域の面積率が３．５％以下となる程度に上記高緻密層の緻密性を向上させることで、転動部材の転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の転動部材の転動疲労寿命を一層向上させることができる。 By improving the denseness of the highly dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 3.5% or less, the rolling fatigue life of the rolling member is further improved. Therefore, with the above configuration, the rolling fatigue life of the rolling member of the present invention can be further improved.
本発明に従った転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上記本発明の転動部材である。 The rolling bearing according to the present invention includes a race member and a plurality of rolling elements that are in contact with the race member and disposed on an annular raceway. And at least any one of a track member and a rolling element is the rolling member of the said invention.
本発明の転がり軸受によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材を備えた転がり軸受を提供することができる。 According to the rolling bearing of the present invention, it is possible to stably ensure sufficient durability while being inexpensive, and it can be used for applications in which the load to be loaded changes abruptly. A rolling bearing provided with a rolling member made of a sialon sintered body can be provided.
以上の説明から明らかなように、本発明の転動部材および転がり軸受によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材および当該転動部材を備えた転がり軸受を提供することができる。 As is clear from the above description, according to the rolling member and the rolling bearing of the present invention, it is possible to stably ensure sufficient durability while being inexpensive, and the load to be applied is abrupt. It is possible to provide a rolling member made of a β sialon sintered body that can be used for such applications as described above and a rolling bearing provided with the rolling member.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１および図２を参照して、実施の形態１における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a deep groove ball bearing as a rolling bearing in the first embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the deep groove ball bearing as a rolling bearing in Embodiment 1 is demonstrated.
図１を参照して、深溝玉軸受１は、軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに玉転走面１３Ａにおいて接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。 Referring to FIG. 1, a deep groove ball bearing 1 includes an annular outer ring 11 as a race member, an annular inner ring 12 as a race member disposed inside the outer ring 11, and an outer ring 11 and an inner ring 12. And a plurality of balls 13 as rolling elements that are arranged and held by an annular cage 14. An outer ring rolling surface 11 </ b> A is formed on the inner circumferential surface of the outer ring 11, and an inner ring rolling surface 12 </ b> A is formed on the outer circumferential surface of the inner ring 12. And the outer ring | wheel 11 and the inner ring | wheel 12 are arrange | positioned so that 12A of inner ring | wheel rolling surfaces and 11A of outer ring | wheels may mutually oppose. Further, the plurality of balls 13 are in contact with the inner ring rolling surface 12A and the outer ring rolling surface 11A at the ball rolling surface 13A, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by the cage 14, thereby causing an annular track. It is held so that it can roll freely. With the above configuration, the outer ring 11 and the inner ring 12 of the deep groove ball bearing 1 are rotatable relative to each other.
ここで、図２を参照して、本実施の形態における転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である。そして、外輪１１、内輪１２および玉１３の転走面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転走面１３Ａを含む領域には、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃよりも緻密性の高い層である外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂが形成されている。この外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。そのため、本実施の形態おける深溝玉軸受１は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材（外輪１１、内輪１２および玉１３）を備えた転がり軸受となっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 Here, referring to FIG. 2, outer ring 11, inner ring 12 and ball 13 as rolling members in the present embodiment are represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8 -Z, and 0 .Beta. Sialon satisfying .ltoreq.1.ltoreq.z.ltoreq.3.5 and composed of a sintered body composed of the remaining impurities, and having a Young's modulus of 180 GPa or more and 270 GPa or less. And in the area | region containing the outer ring | wheel rolling surface 11A which is a rolling surface of the outer ring | wheel 11, the inner ring | wheel 12, and the ball | bowl 13, inner ring | wheel rolling surface 12A and the ball rolling surface 13A, it is denser than the inside 11C, 12C, 13C. The outer ring dense layer 11B, the inner ring dense layer 12B, and the ball dense layer 13B, which are higher layers, are formed. When the cross sections of the outer ring dense layer 11B, the inner ring dense layer 12B, and the ball dense layer 13B are observed with oblique light of an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 7% or less. Therefore, the deep groove ball bearing 1 according to the present embodiment is inexpensive and can stably secure sufficient durability, and is used for an application in which the load to be applied changes abruptly. It is a rolling bearing provided with rolling members (outer ring 11, inner ring 12 and ball 13) made of a β sialon sintered body capable of being. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
なお、上記本実施の形態においては、転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材を備えた転がり軸受を、容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 In the present embodiment, the outer ring 11, the inner ring 12 and the balls 13 as rolling members may be composed of a sintered body mainly composed of β sialon and the balance of sintering aid and impurities. Good. Rolling bearing provided with a rolling member made of a β sialon sintered body that can easily lower the porosity of the sintered body by including a sintering aid and can ensure sufficient durability stably. Can be provided easily. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
さらに、図２を参照して、外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂの表面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転走面１３Ａを含む領域には、外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である外輪高緻密層１１Ｄ、内輪高緻密層１２Ｄおよび玉高緻密層１３Ｄが形成されている。この外輪高緻密層１１Ｄ、内輪高緻密層１２Ｄおよび玉高緻密層１３Ｄの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下となっている。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の転動疲労に対する耐久性がより向上し、転動疲労寿命が一層向上している。 Furthermore, referring to FIG. 2, the region including outer ring rolling surface 11 </ b> A, inner ring rolling surface 12 </ b> A and ball rolling surface 13 </ b> A that are the surfaces of outer ring dense layer 11 </ b> B, inner ring dense layer 12 </ b> B, and ball dense layer 13 </ b> B includes An outer ring high dense layer 11D, an inner ring high dense layer 12D, and a ball high dense layer 13D, which are denser layers than the other regions in the outer ring dense layer 11B, inner ring dense layer 12B, and ball dense layer 13B, are formed. Yes. When cross sections of the outer ring high-density layer 11D, the inner ring high-density layer 12D, and the ball high-density layer 13D are observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 3.5% or less. It has become. Thereby, the durability with respect to rolling fatigue of the outer ring 11, the inner ring 12 and the ball 13 is further improved, and the rolling fatigue life is further improved.
図３は、実施の形態１の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図４は、図３のスラストニードルころ軸受が備える軌道輪の要部を拡大して示す概略部分断面図である。また、図５は、図３のスラストニードルころ軸受が備えるニードルころの要部を拡大して示す概略部分断面図である。図３〜図５を参照して、実施の形態１の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thrust needle roller bearing as a rolling bearing in a modification of the first embodiment. FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view showing, in an enlarged manner, main portions of the bearing ring included in the thrust needle roller bearing of FIG. FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of the needle roller provided in the thrust needle roller bearing of FIG. With reference to FIGS. 3-5, the thrust needle roller bearing as a rolling bearing in the modification of Embodiment 1 is demonstrated.
図３〜図５を参照して、スラストニードルころ軸受２は、基本的には図１に基づいて説明した深溝玉軸受１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、スラストニードルころ軸受２は、軌道部材および転動体の構成において、深溝玉軸受１とは異なっている。すなわち、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された軌道部材としての一対の軌道輪２１と、転動体としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、その外周面であるころ転走面２３Ａにおいて一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。 3-5, the thrust needle roller bearing 2 has basically the same configuration as the deep groove ball bearing 1 described with reference to FIG. 1 and exhibits the same effects. However, the thrust needle roller bearing 2 is different from the deep groove ball bearing 1 in the configuration of the raceway member and the rolling element. That is, the thrust needle roller bearing 2 has a disk-like shape, and a pair of race rings 21 as race members disposed so that one main surfaces thereof face each other, and a plurality of needle rollers 23 as rolling elements. And an annular retainer 24. The plurality of needle rollers 23 are in contact with the raceway rolling surface 21A formed on the main surfaces of the pair of raceways 21 facing each other on the roller raceway 23A, which is the outer circumferential surface thereof, and in the circumferential direction by the cage 24. By being arranged at a predetermined pitch, it is held so as to roll on an annular track. With the above configuration, the pair of race rings 21 of the thrust needle roller bearing 2 can rotate relative to each other.
ここで、本変形例における転動部材としての軌道輪２１、およびニードルころ２３は、それぞれ上述の外輪１１または内輪１２、および玉１３に該当し、同様の内部２１Ｃ，２３Ｃ、緻密層（軌道輪緻密層２１Ｂ、ころ緻密層２３Ｂ）および高緻密層（軌道輪高緻密層２１Ｄ、ころ高緻密層２３Ｄ）を有している。そのため、本変形例おけるスラストニードルころ軸受２は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材（軌道輪２１、ニードルころ２３）を備えた転がり軸受となっている。 Here, the bearing ring 21 and the needle roller 23 as rolling members in the present modification correspond to the outer ring 11 or the inner ring 12 and the ball 13 described above, respectively, and the same inner 21C, 23C, dense layer (tracking ring). It has a dense layer 21B, a roller dense layer 23B) and a highly dense layer (track ring high dense layer 21D, roller highly dense layer 23D). Therefore, the thrust needle roller bearing 2 according to the present modification is inexpensive and can stably secure sufficient durability, and is used for an application in which the applied load changes rapidly. It is a rolling bearing provided with rolling members (orbital ring 21, needle roller 23) made of a β sialon sintered body that can be used.
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１における転がり軸受の製造方法について説明する。図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図７は、本発明の実施の形態１における転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。 Next, the manufacturing method of the rolling bearing in Embodiment 1 which is one embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a diagram showing an outline of a method for manufacturing a rolling bearing in the first embodiment which is an embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 7 is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the rolling member contained in the manufacturing method of the rolling bearing in Embodiment 1 of this invention.
図６を参照して、本実施の形態における転がり軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、外輪１１、内輪１２、軌道輪２１などが製造される。一方、転動体製造工程では、玉１３、ニードルころ２３などが製造される。 Referring to FIG. 6, in the method for manufacturing a rolling bearing in the present embodiment, first, a race member manufacturing process for manufacturing a race member and a rolling element manufacturing process for manufacturing a rolling element are performed. Specifically, in the track member manufacturing process, the outer ring 11, the inner ring 12, the track ring 21, and the like are manufactured. On the other hand, in the rolling element manufacturing process, balls 13 and needle rollers 23 are manufactured.
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１および内輪１２と、玉１３とを組み合わせることにより、深溝玉軸受１が組立てられる。そして、軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の転動部材の製造方法を用いて実施される。 And the assembly process which assembles a rolling bearing is implemented by combining the track member manufactured in the track member manufacturing process, and the rolling element manufactured in the rolling element manufacturing process. Specifically, for example, the deep groove ball bearing 1 is assembled by combining the outer ring 11 and the inner ring 12 and the ball 13. And a race member manufacturing process and a rolling element manufacturing process are implemented using the manufacturing method of the following rolling members, for example.
図７を参照して、本実施の形態における転動部材の製造方法においては、まず、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。 Referring to FIG. 7, in the method of manufacturing a rolling member in the present embodiment, first, a β sialon powder preparation step of preparing β sialon powder is performed. In the β sialon powder preparation step, β sialon powder can be produced at low cost by, for example, a production step employing a combustion synthesis method.
次に、βサイアロン粉末準備工程において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。この混合工程は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。 Next, a mixing step is performed in which a sintering aid is added to and mixed with the β sialon powder prepared in the β sialon powder preparation step. This mixing step can be omitted if no sintering aid is added.
次に、図７を参照して、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、転動部材の概略形状に成形する成形工程が実施される。具体的には、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、転動部材である外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などの概略形状に成形された成形体が作製される。 Next, referring to FIG. 7, a forming step of forming the β sialon powder or the mixture of the β sialon powder and the sintering aid into a schematic shape of the rolling member is performed. Specifically, by applying a molding technique such as press molding, cast molding, extrusion molding, rolling granulation, etc. to the above β sialon powder or a mixture of β sialon powder and a sintering aid, rolling A molded body formed into a schematic shape such as the outer ring 11, inner ring 12, ball 13, race ring 21, needle roller 23, and the like, which are members, is produced.
次に、上記成形体の表面が加工されることにより、当該成形体が焼結後に所望の転動部材の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後に外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などの形状により近い形状になるように加工される。この焼結前加工工程は、成形工程において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の転動部材の形状に近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。 Next, a pre-sintering processing step is performed in which the surface of the formed body is processed so that the formed body is shaped to be closer to the shape of the desired rolling member after sintering. Specifically, by applying a processing method such as green body processing, the molded body becomes a shape closer to the shape of the outer ring 11, the inner ring 12, the ball 13, the race ring 21, the needle roller 23, etc. after sintering. To be processed. This pre-sintering processing step can be omitted when a shape close to the shape of the desired rolling member is obtained after sintering at the stage where the molded body is formed in the forming step.
次に、図７を参照して、上記成形体が焼結される焼結工程が実施される。具体的には、上記成形体が、たとえば１ＭＰａ以下の圧力下でヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などの概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域に上記成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。 Next, referring to FIG. 7, a sintering step is performed in which the molded body is sintered. Specifically, the molded body is heated and sintered under a pressure of 1 MPa or less, for example, by heater heating, electromagnetic wave heating by microwaves or millimeter waves, etc., so that the outer ring 11, inner ring 12, ball 13, a sintered body having a schematic shape such as the race 21 and the needle roller 23 is produced. Sintering is performed by heating the molded body to a temperature range of 1550 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower in an inert gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen. As the inert gas, helium, neon, argon, nitrogen, or the like can be employed, but nitrogen is preferably employed from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
次に、焼結工程において作製された焼結体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、転動部材を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、焼結工程において作製された焼結体の表面を研磨することにより、転動部材としての外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などを完成させる。以上の工程により、本実施の形態における転動部材は完成する。 Next, a finishing process for completing the rolling member is performed by performing a finishing process in which the surface of the sintered body produced in the sintering process is processed and a region including the surface is removed. Specifically, by polishing the surface of the sintered body produced in the sintering step, the outer ring 11, the inner ring 12, the ball 13, the race ring 21, the needle roller 23, etc. as rolling members are completed. The rolling member in the present embodiment is completed through the above steps.
ここで、上記焼結工程における焼結により、焼結体の表面から厚み５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が３．５％以下である高緻密層が形成されている。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に転走面となるべき領域において１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、玉転走面１３Ａ、軌道輪転走面２１Ａおよびころ転走面２３Ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、転動部材の転動疲労寿命を向上させることができる。 Here, as a result of sintering in the above-described sintering step, a region having a thickness of about 500 μm from the surface of the sintered body is denser than the inside, and when the cross section is observed with oblique light of an optical microscope, a white region is obtained. A dense layer in which the area ratio of the observed white region is 7% or less is formed. Furthermore, the region having a thickness of about 150 μm from the surface of the sintered body has a higher density than the other regions in the dense layer, and is observed as a white region when the cross section is observed with an oblique light of an optical microscope. A highly dense layer in which the area ratio of the white region is 3.5% or less is formed. Therefore, in the finishing step, it is preferable that the thickness of the sintered body to be removed is 150 μm or less particularly in a region to be a rolling surface. As a result, the high-density layer remains in the region including the outer ring rolling surface 11A, the inner ring rolling surface 12A, the ball rolling surface 13A, the raceway rolling surface 21A, and the roller rolling surface 23A, thereby rolling the rolling member. The fatigue life can be improved.
なお、上記焼結工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、０．０１ＭＰａ以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、焼結工程は１ＭＰａ以下の圧力下で行なうことが好ましい。また、製造される転動部材のヤング率を１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下の所望の値に調整するためには、たとえばβサイアロン粉末準備工程において準備されるβサイアロン粉末のｚ値を０．１≦ｚ≦３．５の範囲で調節すればよい。より具体的には、ｚ値を増加させることにより、製造される転動部材のヤング率を低下させることができる。 The sintering step is preferably performed under a pressure of 0.01 MPa or higher in order to suppress the decomposition of β sialon, and more preferably performed under a pressure of atmospheric pressure or higher in consideration of cost reduction. Moreover, in order to form a dense layer while suppressing manufacturing costs, the sintering process is preferably performed under a pressure of 1 MPa or less. Moreover, in order to adjust the Young's modulus of the produced rolling member to a desired value of 180 GPa or more and 270 GPa or less, for example, the z value of β sialon powder prepared in the β sialon powder preparation step is set to 0.1 ≦ z ≦ Adjustment may be made within the range of 3.5. More specifically, the Young's modulus of the produced rolling member can be reduced by increasing the z value.
（実施の形態２）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における転がり軸受であるハブユニットの構成を示す概略断面図である。また、図９は、図８の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図８および図９を参照して、実施の形態２におけるハブユニットについて説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a hub unit which is a rolling bearing in the second embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. With reference to FIG. 8 and FIG. 9, the hub unit in Embodiment 2 is demonstrated.
図８および図９を参照して、ハブユニット３は、基本的には図１に基づいて説明した深溝玉軸受１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、ハブユニット３は、軌道部材および転動体の構成において、深溝玉軸受１とは異なっている。すなわち、ハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持する装置である。このハブユニット３は、軌道部材である外輪３１、ハブ輪３２および内輪３３と、転動体としての複数の玉３４とを備えている。 Referring to FIGS. 8 and 9, the hub unit 3 has basically the same configuration as the deep groove ball bearing 1 described with reference to FIG. However, the hub unit 3 is different from the deep groove ball bearing 1 in the configuration of the raceway member and the rolling element. That is, the hub unit 3 is a device that is interposed between the wheel and the vehicle body and supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body. The hub unit 3 includes an outer ring 31, which is a race member, a hub ring 32 and an inner ring 33, and a plurality of balls 34 as rolling elements.
外方部材としての外輪３１は、内周面に２列に形成された転走面３１Ａ１，３１Ａ２を有する環状の軌道部材である。内方部材としてのハブ輪３２は、外輪３１の一方の転走面３１Ａ１に対向する転走面３２Ａを有し、外輪３１にその一部が取り囲まれるように配置される軌道部材である。また、内方部材としての内輪３３は、外輪３１の他方の転走面３１Ａ２に対向する転走面３３Ａを有し、ハブ輪３２の外周面の一部に接触するように嵌め込まれ、かつ固定環３８がハブ輪３２の外周面の一部に接触するように嵌め込まれることによりハブ輪３２に対して固定された円環状の形状を有する軌道部材である。 The outer ring 31 as an outer member is an annular track member having rolling surfaces 31A1 and 31A2 formed in two rows on the inner peripheral surface. The hub wheel 32 as an inner member is a track member that has a rolling surface 32A that faces one rolling surface 31A1 of the outer ring 31, and is disposed so that a part thereof is surrounded by the outer ring 31. The inner ring 33 as an inner member has a rolling surface 33A opposite to the other rolling surface 31A2 of the outer ring 31, and is fitted and fixed so as to contact a part of the outer peripheral surface of the hub wheel 32. The ring member is an orbital member having an annular shape fixed to the hub wheel 32 by fitting the ring 38 so as to contact a part of the outer peripheral surface of the hub wheel 32.
複数の玉３４は、外輪３１の一方の転走面３１Ａ１と、ハブ輪３２の転走面３２Ａとに接触し、かつ円環状の保持器３９Ａにより周方向に所定のピッチで配置される列と、外輪３１の他方の転走面３１Ａ２と、内輪３３の転走面３３Ａとに接触し、かつ円環状の保持器３９Ｂにより周方向に所定のピッチで配置される列との複列（２列）の円環状の軌道上に転動自在に配置されている。以上の構成により、外方部材としての外輪３１と、内方部材としてのハブ輪３２および内輪３３とは、互いに相対的に回転することが可能となっている。 The plurality of balls 34 are in contact with one rolling surface 31A1 of the outer ring 31 and the rolling surface 32A of the hub wheel 32, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by an annular retainer 39A. A double row (two rows) of rows arranged in contact with the other rolling surface 31A2 of the outer ring 31 and the rolling surface 33A of the inner ring 33 and arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by an annular retainer 39B. ) Is arranged on a ring-shaped orbit. With the above configuration, the outer ring 31 as the outer member and the hub ring 32 and the inner ring 33 as the inner members can rotate relative to each other.
さらに、ハブ輪３２は、ハブ輪フランジ３５を有しており、ハブ輪フランジ３５にはハブ輪貫通穴３５Ａが形成されている。そして、ハブ輪貫通穴３５Ａに挿入されたボルト３６により、ハブ輪フランジ３５と車輪を構成するホイール（図示しない）とが互いに固定されている。一方、外輪３１は、外輪フランジ３７を有しており、外輪フランジ３７には外輪貫通穴３７Ａが形成されている。そして、外輪貫通穴３７Ａに挿入された図示しないボルトにより、外輪フランジ３７と車体に固定された懸架装置（図示しない）とが互いに固定されている。以上の構成により、ハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持している。 Further, the hub wheel 32 has a hub wheel flange 35, and a hub wheel through hole 35 </ b> A is formed in the hub wheel flange 35. The hub wheel flange 35 and a wheel (not shown) constituting the wheel are fixed to each other by a bolt 36 inserted into the hub wheel through hole 35A. On the other hand, the outer ring 31 has an outer ring flange 37, and an outer ring through hole 37 </ b> A is formed in the outer ring flange 37. The outer ring flange 37 and a suspension device (not shown) fixed to the vehicle body are fixed to each other by a bolt (not shown) inserted into the outer ring through hole 37A. With the above configuration, the hub unit 3 is interposed between the wheel and the vehicle body, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body.
すなわち、本実施の形態におけるハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持するハブユニットである。このハブユニット３は、環状の転走面３１Ａ１，３１Ａ２が形成された内周面を有する外方部材としての外輪３１と、外輪３１の転走面３１Ａ１に対向する環状の転走面３２Ａが形成され、外輪３１の内周面に少なくともその一部が取り囲まれるように配置される内方部材としてのハブ輪３２と、外輪３１の転走面３１Ａ２に対向する環状の転走面３３Ａが形成され、外輪３１の内周面に少なくともその一部が取り囲まれるように配置される内方部材としての内輪３３とを備えている。さらに、ハブユニット３は、外輪３１の転走面３１Ａ１，３１Ａ２とハブ輪３２および内輪３３の転走面３２Ａ，３３Ａとに玉転走面３４Ａにおいて接触し、環状の軌道上に配置される複数の玉３４とを備えている。 That is, the hub unit 3 in the present embodiment is a hub unit that is interposed between the wheel and the vehicle body and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body. The hub unit 3 is formed with an outer ring 31 as an outer member having an inner peripheral surface on which annular rolling surfaces 31A1 and 31A2 are formed, and an annular rolling surface 32A facing the rolling surface 31A1 of the outer ring 31. Then, a hub wheel 32 as an inner member disposed so that at least a part thereof is surrounded by the inner peripheral surface of the outer ring 31, and an annular rolling surface 33A facing the rolling surface 31A2 of the outer ring 31 are formed. And an inner ring 33 as an inner member disposed so that at least a part of the inner ring is surrounded by the inner circumferential surface of the outer ring 31. Further, the hub unit 3 is in contact with the rolling surfaces 31A1 and 31A2 of the outer ring 31 and the rolling surfaces 32A and 33A of the hub wheel 32 and the inner ring 33 at the ball rolling surface 34A, and is arranged on an annular track. The ball 34 is provided.
ここで、図８および図９を参照して、本実施の形態における転動部材（ハブユニット用転動部材）としての外輪３１、ハブ輪３２および内輪３３と玉３４とは、それぞれ実施の形態１における外輪１１および内輪１２と玉１３とに該当し、同様の内部３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ、緻密層（外輪緻密層３１Ｂ、ハブ輪緻密層３２Ｂ、内輪緻密層３３Ｂ、玉緻密層３４Ｂ）および高緻密層（外輪高緻密層３１Ｄ、ハブ輪高緻密層３２Ｄ、内輪高緻密層３３Ｄ、玉高緻密層３４Ｄ）を有している。そのため、本実施の形態おけるハブユニット３は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる転動部材（外輪３１、ハブ輪３２、内輪３３、玉３４）を備えた転がり軸受となっている。なお、実施の形態２における転がり軸受としてのハブユニット３および当該ハブユニット３が備える転動部材としての外輪３１、ハブ輪３２、内輪３３、玉３４は、実施の形態１の場合と同様に製造することができる。 Here, referring to FIG. 8 and FIG. 9, the outer ring 31, the hub ring 32, the inner ring 33 and the ball 34 as the rolling members (hub unit rolling members) in the present embodiment are respectively shown in the embodiments. 1 corresponds to the outer ring 11 and the inner ring 12 and the ball 13, and the same inner 31C, 32C, 33C, 34C, dense layer (the outer ring dense layer 31B, the hub ring dense layer 32B, the inner ring dense layer 33B, the ball dense layer 34B). And a high-density layer (outer ring high-density layer 31D, hub ring high-density layer 32D, inner ring high-density layer 33D, ball high-density layer 34D). Therefore, the hub unit 3 according to the present embodiment is inexpensive and can stably secure sufficient durability, and can be used for an application in which the load to be applied changes abruptly. It is a rolling bearing provided with rolling members (outer ring 31, hub ring 32, inner ring 33, ball 34) made of a possible β sialon sintered body. The hub unit 3 as a rolling bearing in the second embodiment and the outer ring 31, the hub wheel 32, the inner ring 33, and the ball 34 as rolling members provided in the hub unit 3 are manufactured in the same manner as in the first embodiment. can do.
上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受および転動部材の一例として深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受およびハブユニットおよびこれらが備える転動部材について説明したが、本発明の転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、軌道部材は、転動体が表面を転走するように使用される軸や板などであってもよい。すなわち、本発明の転動部材である軌道部材は、転動体が転走するための転走面が形成された部材であればよい。また、本発明の転がり軸受は、スラスト玉軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。 In the above embodiment, the deep groove ball bearing, the thrust needle roller bearing and the hub unit, and the rolling member included in these are described as an example of the rolling bearing and rolling member of the present invention. However, the rolling bearing of the present invention includes them. Not limited. For example, the race member may be a shaft or a plate used so that the rolling elements roll on the surface. That is, the track member that is the rolling member of the present invention may be a member on which a rolling surface for rolling of the rolling element is formed. Further, the rolling bearing of the present invention may be a thrust ball bearing or a radial roller bearing.
また、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受において軌道部材および転動体の両方がβサイアロン焼結体からなる本発明の転動部材である場合について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られない。本発明の転がり軸受は軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか一方が本発明の転動部材であればよい。そして、軌道部材および転動体のいずれか一方が本発明の転動部材である場合、転がり軸受の製造コストを考慮すると、転動体が本発明の転動部材であることが好ましい。 In the above embodiment, the case where both the race member and the rolling element of the rolling bearing of the present invention are the rolling members of the present invention made of the β sialon sintered body has been described. However, the rolling bearing of the present invention is It is not limited to this. In the rolling bearing of the present invention, at least one of the race member and the rolling element may be the rolling member of the present invention. And when any one of a track member and a rolling element is the rolling member of this invention, when the manufacturing cost of a rolling bearing is considered, it is preferable that a rolling element is a rolling member of this invention.
このとき、本発明の転がり軸受における軌道部材の素材は特に限定されず、たとえば鋼、具体的にはＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの軸受鋼や、ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼を採用することができる。また、本発明の転がり軸受における軌道部材の素材には、窒化珪素などのセラミックスを採用してもよい。 At this time, the material of the race member in the rolling bearing of the present invention is not particularly limited. For example, steel, specifically bearing steel such as JIS standard SUJ2, or carburized steel such as SCR420 and SCM420 can be employed. Moreover, you may employ | adopt ceramics, such as a silicon nitride, as the raw material of the track member in the rolling bearing of this invention.
さらに、本発明の転動部材および転がり軸受は、負荷される荷重が急激に変化する環境下で使用される転動部材および転がり軸受として特に好適である。具体的には、たとえば上記ハブユニット用転動部材および当該ハブユニット用転動部材を備えたハブユニットのほか、電動工具のスピンドルをスピンドルに対向するように配置された部材に対して回転自在に支持する電動工具用軸受に用いられる電動工具用転動部材および当該電動工具用転動部材を備えた電動工具用軸受、磁気軸受により支持される回転部材に軌道輪が対向するように配置された磁気軸受装置用タッチダウン軸受に用いられるタッチダウン軸受用転動部材および当該タッチダウン軸受用転動部材を備えた磁気軸受装置用タッチダウン軸受、風車の主軸または主軸の回転を受けて回転する回転部材を、当該主軸または回転部材に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持する風車用軸受に用いられる風車用転動部材および当該風車用転動部材を備えた風車用軸受に、本発明の転動部材および転がり軸受は特に好適である。 Furthermore, the rolling member and the rolling bearing of the present invention are particularly suitable as a rolling member and a rolling bearing that are used in an environment where a load to be abruptly changed. Specifically, for example, in addition to the hub unit rolling member and the hub unit including the hub unit rolling member, the spindle of the electric tool is rotatable with respect to a member disposed so as to face the spindle. A power tool rolling member used for a power tool bearing to be supported, a power tool bearing provided with the power tool rolling member, and a rotating ring supported by a magnetic bearing so that the raceway faces the rolling member. ROLLING MEMBER FOR TOUCHDOWN BEARING USED FOR TOUCHDOWN BEARING FOR MAGNETIC BEARING DEVICE AND TOUCHDOWN BEARING FOR MAGNETIC BEARING DEVICE HAVING THE ROLLING MEMBER FOR TOUCHDOWN DOWN Rolling part for windmill used for a windmill bearing that supports a member rotatably with respect to a member arranged to face the main shaft or the rotating member And windmill bearing having a rolling member for the wind turbine, the rolling member and the rolling bearing of the present invention is particularly suitable.
以下、本発明の実施例１について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体を有する転がり軸受を作製し、ｚ値と転動疲労寿命（耐久性）との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. Rolling bearings having rolling elements made of β sialon sintered bodies having various z values were produced, and tests for investigating the relationship between the z value and the rolling fatigue life (durability) were conducted. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜４の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態１において図７に基づいて説明した転動体の製造方法と基本的に同様の方法で、ｚ値が０．１〜４である転動体を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、球状の成形体を得た。 First, a method for producing a test bearing to be tested will be described. First, a β sialon powder prepared by a combustion synthesis method with a z value in the range of 0.1 to 4 is prepared, and is basically the same as the rolling element manufacturing method described in the first embodiment based on FIG. By this method, a rolling element having a z value of 0.1 to 4 was produced. A specific manufacturing method is as follows. First, β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a sphere with a mold and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a spherical molded body.
引き続き当該成形体に対して１次焼結として常圧焼結を行なった後、圧力２００ＭＰａの窒素雰囲気中でＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ；熱間静水圧焼結）処理することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（ＪＩＳ等級 Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ｂ〜Ｃ）。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちｚ値が０である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた（比較例Ａ）。 Subsequently, after performing atmospheric pressure sintering as primary sintering for the molded body, the sintered spheres are obtained by performing HIP (Hot Isostatic Press) in a nitrogen atmosphere at a pressure of 200 MPa. Manufactured. Next, lapping was performed on the sintered spheres to obtain 3/8 inch ceramic spheres (JIS grade G5). And the bearing of the JIS standard 6206 model number was produced in combination with the bearing ring (JIS standard SUJ2) made separately, and prepared (Examples AH and comparative examples B-C). For comparison, a rolling element made of silicon nitride, that is, a rolling element having a z value of 0 was also produced in the same manner as the rolling element made of β sialon, and similarly assembled to a bearing (Comparative Example A).
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して転動体の破損状態を確認した。 Next, test conditions will be described. For the bearing of JIS standard 6206 model number produced as described above, maximum contact surface pressure Pmax: 3.2 GPa, bearing rotation speed: 2000 rpm, lubrication: circulating oil supply of turbine oil VG68 (clean oil), test temperature: room temperature, A fatigue test was performed under the conditions of The vibration of the bearing during operation is monitored by the vibration detection device, and the test is stopped when the rolling element is damaged and the vibration of the bearing exceeds a predetermined value. Recorded as bearing life. In addition, after the test was stopped, the bearing was disassembled to confirm the damaged state of the rolling elements.
表１に本実施例の試験結果を示す。表１においては、各実施例および比較例における寿命が、比較例Ａ（窒化珪素）における寿命を１とした寿命比で表されている。また、破損形態は、転動体の表面に剥離が発生した場合「剥離」、剥離が発生することなく表面が摩耗して試験が中止された場合「摩耗」と記載されている。 Table 1 shows the test results of this example. In Table 1, the life in each Example and Comparative Example is expressed as a life ratio with the life in Comparative Example A (silicon nitride) as 1. The damage form is described as “peeling” when peeling occurs on the surface of the rolling element, and “wearing” when the surface is worn without peeling and the test is stopped.
表１を参照して、ｚ値が０．１以上３．５以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｈでは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して遜色ない寿命を有している。また、破損形態も窒化珪素の場合と同様に「剥離」となっている。これに対し、ｚ値が３．５を超え、本発明の範囲外となっている比較例Ｂでは、寿命が大幅に低下するとともに、転動体に摩耗が観察される。すなわち、ｚ値が３．８である比較例Ｂでは、最終的には転動体に剥離が発生しているものの、転動体における摩耗が影響し、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が４である比較例Ｃにおいては、極めて短時間に転動体の摩耗が進行し、転がり軸受の耐久性が著しく低下している。 Referring to Table 1, Examples A to H of the present invention in which the z value is 0.1 or more and 3.5 or less have a life comparable to that of silicon nitride (Comparative Example A). Yes. Further, the form of breakage is “peeling” as in the case of silicon nitride. On the other hand, in Comparative Example B in which the z value exceeds 3.5 and is outside the scope of the present invention, the life is significantly reduced and wear is observed on the rolling elements. That is, in Comparative Example B in which the z value is 3.8, it is considered that although the rolling element finally peeled, the wear on the rolling element affected and the life was significantly reduced. Furthermore, in Comparative Example C in which the z value is 4, the wear of the rolling elements proceeds in a very short time, and the durability of the rolling bearing is significantly reduced.
以上のように、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、サイアロン焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受の耐久性は、窒化珪素の焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受とほぼ同等である。これに対し、ｚ値が３．５を超えると転動体が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が大幅に低下する。さらに、ｚ値が大きくなると、βサイアロンからなる転動体の破損原因が「剥離」から「摩耗」に変化し、転動疲労寿命が著しく低下することが明らかとなった。このように、ｚ値を０．１以上３．５以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受が提供可能であることが確認された。 As described above, when the z value is in the range of 0.1 to 3.5, the durability of the rolling bearing provided with the rolling element made of the sialon sintered body is that the rolling element made of the silicon nitride sintered body is It is almost equivalent to the rolling bearing provided. On the other hand, when the z value exceeds 3.5, the rolling elements are likely to be worn, and the rolling fatigue life is significantly reduced due to this. Furthermore, it has been clarified that when the z value increases, the cause of breakage of the rolling element composed of β sialon changes from “peeling” to “wear”, and the rolling fatigue life is significantly reduced. In this way, by providing a z-value of 0.1 or more and 3.5 or less, a rolling element made of a β sialon sintered body capable of stably securing sufficient durability while being inexpensive is provided. It was confirmed that a rolling bearing could be provided.
なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の実施例Ｈにおいては、転動体には僅かな摩耗が発生しており、寿命も実施例Ａ〜Ｇに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、ｚ値は３以下とすることが望ましいといえる。 In addition, with reference to Table 1, in Example H in which the z value exceeds 3.5, a slight amount of wear has occurred in the rolling elements, and the service life has also decreased compared to Examples A to G. ing. From this, it can be said that the z value is desirably 3 or less in order to ensure sufficient durability more stably.
また、上記実験結果より、窒化珪素からなる転動体と同等以上の耐久性（寿命）を得るには、ｚ値は２以下とすることが好ましく、１．５以下とすることが、より好ましい。一方、燃焼合成を採用した製造工程による、βサイアロン粉体の作製の容易性を考慮すると、十分に自己発熱による反応が期待できるｚ値である０．５以上とすることが好ましい。 From the above experimental results, the z value is preferably 2 or less, and more preferably 1.5 or less, in order to obtain durability (life) equal to or greater than that of a rolling element made of silicon nitride. On the other hand, in view of the ease of production of β sialon powder by the production process employing combustion synthesis, it is preferable that the z value is 0.5 or more at which a reaction due to self-heating can be sufficiently expected.
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転動部材の断面における緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 2 of the present invention will be described below. The test which investigates the formation state of the dense layer in the cross section of the rolling member of this invention and a highly dense layer was done. The test procedure is as follows.
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図７に基づいて説明した転動部材の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、上記立方体試験片を製造した。 First, a β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by a combustion synthesis method is prepared, and the rolling described in Embodiment 1 with reference to FIG. A cubic test piece having a side of about 10 mm was produced in the same manner as the method for producing the member. A specific manufacturing method is as follows. First, a β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a predetermined shape with a mold and further pressed by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a molded body. Subsequently, the cube test piece was manufactured by heating and sintering the molded body at 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa.
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト−ＦＸＡ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフイルム株式会社製 ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰＩ）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製 ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行なって（本実施例での２値化分離閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。 Thereafter, the test piece was cut, and the cut surface was lapped with a diamond lapping machine, and then mirror lapping with a chromium oxide lapping machine was performed to form a cross section for observation including the center of the cube. And the said cross section was observed with the oblique light of the optical microscope (the Nikon Corporation make, Microphoto-FXA), and the 50-times-magnification instant photograph (Fujifilm Corporation FP-100B) was image | photographed. Thereafter, the obtained photographic image was taken into a personal computer using a scanner (resolution: 300 DPI). And the binarization process by a brightness | luminance threshold value was performed using the image processing software (Mitani Corporation WinROOF) (binarization separation threshold value in a present Example: 140), and the area ratio of the white area | region was measured.
次に、試験結果について説明する。図１０は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図１１は、図１０の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図１２は、図１０の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理して白色領域の面積率を測定する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。図１０において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。 Next, test results will be described. FIG. 10 is a photograph of a cross section for observation of the test piece taken with oblique light from an optical microscope. FIG. 11 is an example showing a state in which the image of the photograph of FIG. 10 is binarized using a luminance threshold using image processing software. FIG. 12 shows a region (evaluation region) where image processing is performed when the image of the photograph of FIG. 10 is binarized by a luminance threshold using image processing software and the area ratio of the white region is measured. FIG. In FIG. 10, the upper side of the photograph is the surface side of the test piece, and the upper end is the surface.
図１０および図１１を参照して、本発明の転動部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図１２に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表２に示す結果が得られた。表２においては、図１２に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。 With reference to FIG. 10 and FIG. 11, the test piece in the present Example produced by the same manufacturing method as the rolling member of the present invention has a layer having a white area smaller than the inside in the area including the surface. I understand that. Then, as shown in FIG. 12, the photographed photograph image is divided into three regions according to the distance from the outermost surface of the test piece (the region having a distance from the outermost surface of 150 μm or less, the region exceeding 150 μm and within 500 μm, When the area ratio of the white region was calculated by performing image analysis for each region, the results shown in Table 2 were obtained. In Table 2, the average value and the maximum value of the area ratio of the white region in five fields obtained from five photographs taken at random are shown with each field shown in FIG. 12 as one field of view. Yes.
表２を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、本発明の転動部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。 Referring to Table 2, the area ratio of the white region in the present example was 18.5% inside, whereas it was 3.7% in the region having a depth of 500 μm or less from the surface. It was 1.2% in the region where the depth from the region was 150 μm or less. From this, in the test piece in this example manufactured by the same manufacturing method as the rolling member of the present invention, a dense layer and a highly dense layer with less white area than the inside are formed in the area including the surface. It was confirmed.
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の転動部材の転動疲労寿命を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 3 of the present invention will be described below. The test which confirms the rolling fatigue life of the rolling member of this invention was done. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図７に基づいて説明した転動部材の製造方法と同様の方法で直径９．５２５ｍｍの３／８インチセラミック球を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ ｇｒａｄｅ Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない球状の成形体を得た。 First, a method for producing a test bearing to be tested will be described. First, a β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by a combustion synthesis method is prepared, and the rolling described in Embodiment 1 with reference to FIG. A 3/8 inch ceramic sphere having a diameter of 9.525 mm was produced in the same manner as the method for producing the member. A specific manufacturing method is as follows. First, a β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a sphere with a mold, and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a spherical molded body.
次に、当該成形体に対して焼結後の加工代が所定の寸法となるようにグリーン体加工を行ない、引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、３／８インチセラミック球（転動体；ＪＩＳ等級 Ｇ５）とした。そして、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した。ここで、上記焼結球体に対するラッピング加工により除去される焼結球体の厚み（加工代）を８段階に変化させ、８種類の軸受を作製した（実施例Ａ〜Ｈ）。一方、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて加圧焼結法により焼結した焼結球体（日本特殊陶業株式会社製 ＥＣ１４１）に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、別途準備した軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の軌道輪と組み合わせて、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受を作製した（比較例Ａ）。ラッピング加工による加工代は０．２５ｍｍとした。 Next, the green body is processed so that the processing allowance after sintering becomes a predetermined dimension, and the green body is subsequently heated to 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa. By sintering, sintered spheres were produced. Next, lapping was performed on the sintered spheres to obtain 3/8 inch ceramic spheres (rolling elements; JIS grade G5). And the bearing of the JIS standard 6206 model number was produced in combination with the bearing ring made from bearing steel (JIS standard SUJ2) prepared separately. Here, the thickness (processing allowance) of the sintered sphere removed by the lapping process on the sintered sphere was changed in eight stages, and eight types of bearings were produced (Examples A to H). On the other hand, for comparison, lapping is performed on sintered spheres (EC 141 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.) sintered by pressure sintering using raw material powders composed of silicon nitride and a sintering aid in the same manner as described above. Processing was performed, and a bearing of JIS standard 6206 model number was manufactured in combination with a bearing ring (JIS standard SUJ2) prepared separately (Comparative Example A). The machining allowance for lapping was 0.25 mm.
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に対し、最大接触面圧Ｐｍａｘ：３．２ＧＰａ、軸受回転数：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)の循環給油、試験温度：室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。なお、試験数は実施例、比較例ともに１５個ずつとし、そのＬ１０寿命を算出した上で、比較例Ａに対する寿命比で耐久性を評価した。 Next, test conditions will be described. For the bearing of JIS standard 6206 model number produced as described above, maximum contact surface pressure Pmax: 3.2 GPa, bearing rotation speed: 2000 rpm, lubrication: circulating oil supply of turbine oil VG68 (clean oil), test temperature: room temperature, A fatigue test was performed under the conditions of The vibration of the bearing during operation is monitored by the vibration detection device, and the test is stopped when the rolling element is damaged and the vibration of the bearing exceeds a predetermined value. Recorded as bearing life. The number of tests was 15 in each of the examples and the comparative examples, and after calculating the L 10 life, the durability was evaluated by the life ratio with respect to Comparative Example A.
表３に本実施例の試験結果を示す。表３を参照して、実施例の軸受の寿命は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を０．５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に緻密層を残存させた実施例Ｄ〜Ｇの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の１．５〜２倍程度となっていた。さらに、加工代を０．１５ｍｍ以下とすることにより転動体の表面に高緻密層を残存させた実施例Ａ〜Ｃの軸受の寿命は、比較例Ａの寿命の３倍程度となっていた。このことから、本発明の転動部材を備えた転がり軸受は、耐久性において優れていることが確認された。そして、本発明の転動部材を備えた転がり軸受は、転動部材の加工代を０．５ｍｍ以下として、表面に緻密層を残存させることにより寿命が向上し、転動部材の加工代を０．１５ｍｍ以下として、表面に高緻密層を残存させることにより寿命がさらに向上することが分かった。 Table 3 shows the test results of this example. With reference to Table 3, it can be said that the lifetime of the bearings of the examples is good in consideration of the manufacturing cost and the like. The life of the bearings of Examples D to G in which the dense layer remains on the surface of the rolling element by setting the machining allowance to 0.5 mm or less is about 1.5 to 2 times the life of Comparative Example A. It was. Furthermore, the life of the bearings of Examples A to C in which the high-density layer remained on the surface of the rolling element by setting the machining allowance to 0.15 mm or less was about three times the life of Comparative Example A. From this, it was confirmed that the rolling bearing provided with the rolling member of the present invention is excellent in durability. And the rolling bearing provided with the rolling member of the present invention has a working cost of the rolling member of 0.5 mm or less, the life is improved by leaving a dense layer on the surface, and the machining cost of the rolling member is reduced to 0. It was found that the lifetime was further improved by leaving the highly dense layer on the surface at a thickness of .15 mm or less.
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。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の転動部材および転がり軸受は、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる転動部材および当該転動部材を備えた転がり軸受に特に有利に適用され得る。 The rolling member and rolling bearing of the present invention can be applied particularly advantageously to a rolling member made of a sintered body containing β sialon as a main component and a rolling bearing provided with the rolling member.
１ 深溝玉軸受、２ スラストニードルころ軸受、３ ハブユニット、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ 外輪緻密層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ 内部、１１Ｄ 外輪高緻密層、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１２Ｂ 内輪緻密層、１２Ｄ 内輪高緻密層、１３ 玉、１３Ａ 玉転走面、１３Ｂ 玉緻密層、１３Ｄ 玉高緻密層、１４，２４，３９Ａ，３９Ｂ 保持器、２１ 軌道輪、２１Ａ 軌道輪転走面、２１Ｂ 軌道輪緻密層、２１Ｃ，２３Ｃ 内部、２１Ｄ 軌道輪高緻密層、２３ ニードルころ、２３Ａ ころ転走面、２３Ｂ ころ緻密層、２３Ｄ ころ高緻密層、３１ 外輪、３１Ａ１，３１Ａ２，３２Ａ，３３Ａ 転走面、３１Ｂ 外輪緻密層、３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ 内部、３１Ｄ 外輪高緻密層、３２ ハブ輪、３２Ｂ ハブ輪緻密層、３２Ｄ ハブ輪高緻密層、３３ 内輪、３３Ｂ 内輪緻密層、３３Ｄ 内輪高緻密層、３４ 玉、３４Ａ 玉転走面、３４Ｂ 玉緻密層、３４Ｄ 玉高緻密層、３５ ハブ輪フランジ、３５Ａ ハブ輪貫通穴、３６ ボルト、３７ 外輪フランジ、３７Ａ 外輪貫通穴、３８ 固定環、３９Ａ，３９Ｂ 保持器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deep groove ball bearing, 2 Thrust needle roller bearing, 3 Hub unit, 11 Outer ring, 11A Outer ring rolling surface, 11B Outer ring dense layer, 11C, 12C, 13C Inside, 11D Outer ring high dense layer, 12 Inner ring, 12A Inner ring rolling surface , 12B inner ring dense layer, 12D inner ring dense layer, 13 balls, 13A ball rolling surface, 13B ball dense layer, 13D ball high dense layer, 14, 24, 39A, 39B cage, 21 race ring, 21A race ring rolling Surface, 21B race ring dense layer, 21C, 23C inside, 21D race ring high density layer, 23 needle roller, 23A roller rolling surface, 23B roller dense layer, 23D roller dense layer, 31 outer ring, 31A1, 31A2, 32A, 33A Rolling surface, 31B Outer ring dense layer, 31C, 32C, 33C, 34C Inside, 31D Outer ring dense layer, 32 Hub wheel, 32B Ring dense layer, 32D Hub ring dense layer, 33 Inner ring, 33B Inner ring dense layer, 33D Inner ring dense layer, 34 balls, 34A Ball rolling surface, 34B Ball dense layer, 34D Ball dense layer, 35 Hub ring flange , 35A hub ring through hole, 36 bolt, 37 outer ring flange, 37A outer ring through hole, 38 fixed ring, 39A, 39B cage.
Claims (7)
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、
ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である、転動部材。 In a rolling bearing, a rolling member that is a rolling member disposed on an annular raceway in contact with the raceway member or the raceway member,
Is represented by Si 6-Z Al Z O Z N compositional formula of 8-Z, as a main component β-sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, is composed of a sintered body made of the balance impurities,
A rolling member having a Young's modulus of 180 GPa or more and 270 GPa or less.
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．１≦ｚ≦３．５を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成され、
ヤング率が１８０ＧＰａ以上２７０ＧＰａ以下である、転動部材。 In a rolling bearing, a rolling member that is a rolling member disposed on an annular raceway in contact with the raceway member or the raceway member,
Represented by Si 6-Z Al Z O Z N compositional formula of 8-Z, as a main component β-sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5, the sintered body and the balance sintering aid and impurities Configured,
A rolling member having a Young's modulus of 180 GPa or more and 270 GPa or less.
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の転動部材である、転がり軸受。 A track member;
A plurality of rolling elements that are in contact with the raceway member and disposed on an annular raceway,
The rolling bearing according to claim 1, wherein at least one of the raceway member and the rolling element is the rolling member according to claim 1.
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