JP2017122510A - Bearing ring, rolling bearing and method of manufacturing bearing ring - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受を構成する軌道輪、この軌道輪を備える転がり軸受及びこの軌道輪の製造方法に関し、特に、鋼等の合金により形成された軌道輪と比較して、耐食性に優れ、強度が高く、かつ、製造工程を簡略化することが可能な軌道輪、この軌道輪を備える転がり軸受及びこの軌道輪の製造方法に関する。 The present invention relates to a bearing ring constituting a rolling bearing, a rolling bearing provided with the bearing ring, and a method for manufacturing the bearing ring, and in particular, excellent in corrosion resistance and strength compared to a bearing ring formed of an alloy such as steel. The present invention relates to a bearing ring that is high and that can simplify the manufacturing process, a rolling bearing including the bearing ring, and a method for manufacturing the bearing ring.
一般的に、転がり軸受を構成する軌道輪(外輪及び内輪)は、鋼材を環状の素材に加工する前工程と、環状の素材に軌道溝を形成する旋削工程と、環状の素材の強度及び硬度を向上するための熱処理工程と、軌道輪の仕上げ精度を向上するための仕上げ工程と、を経て形成される。
具体的には、前工程では、まず、SUJ2、SUJ3等の高炭素鋼からなる棒材が切断されることによって、円板状の素材が形成される。そして、円板状の素材に鍛造加工が施されることによって、環状の素材が形成される。
旋削工程では、環状の素材に旋削加工が施されることによって、環状の素材の周面(内周面又は外周面)に軌道溝が形成されるとともに、環状の素材の角部が面取りされる。なお、環状の素材に形成された軌道溝の底面が、転動体が接触する軌道面となる。
熱処理工程では、環状の素材に、焼入れ及び焼き戻し等の熱処理が施されることによって、環状の素材の表面に硬化層が形成される。これによって、軌道輪の強度及び硬度(特に、軌道面の硬度)が向上される。
仕上げ工程では、環状の素材の表面に、研削、研磨、超仕上げ等の各種の仕上げ加工が施されることによって、軌道輪の仕上げ精度(真円度等)が向上されるとともに、軌道面の面粗さが向上される。そして、仕上げ工程を経ることによって、軌道輪が完成する。
In general, the bearing rings (outer ring and inner ring) constituting the rolling bearing are pre-processed to form steel material into an annular material, a turning process to form a raceway groove in the annular material, and the strength and hardness of the annular material. It is formed through a heat treatment process for improving the finish and a finishing process for improving the finishing accuracy of the race.
Specifically, in the previous step, first, a bar-shaped material is formed by cutting a bar made of high carbon steel such as SUJ2 or SUJ3. And an annular material is formed by forging a disk-shaped material.
In the turning process, by turning the annular material, a raceway groove is formed on the circumferential surface (inner circumferential surface or outer circumferential surface) of the annular material, and corners of the annular material are chamfered. . Note that the bottom surface of the raceway groove formed in the annular material becomes the raceway surface with which the rolling elements come into contact.
In the heat treatment step, the annular material is subjected to heat treatment such as quenching and tempering, whereby a hardened layer is formed on the surface of the annular material. As a result, the strength and hardness of the raceway (especially the hardness of the raceway surface) is improved.
In the finishing process, the surface of the annular material is subjected to various finishing processes such as grinding, polishing, and super finishing, so that the finishing accuracy (roundness, etc.) of the raceway is improved and the surface of the raceway surface is improved. Surface roughness is improved. And a raceway ring is completed by passing through a finishing process.
ここで、熱処理工程を経た環状の素材は、熱変形によって真円度等が低下する。これによって、仕上げ工程では、研削により環状の素材の真円度等を向上した後に、研磨、超仕上げ等により仕上げ精度及び面粗さを向上する必要がある。しがたって、仕上げ工程は、複数種類の仕上げ加工を含んでなり、軌道輪の製造工程を煩雑化する原因の一つとなっている。
従来、仕上げ工程において、軌道輪の仕上げ精度を向上しつつ工程を簡略化することを目的とする軌道輪の製造方法として、例えば、特許文献1に示すものが知られている。
この軌道輪の製造方法では、仕上げ工程において、仕上げ加工として、環状の素材に冷間ローリング成形を施すことによって、熱処理工程を経た環状の素材の変形を矯正して、真円度及び面粗さを向上している。これによって、研削、研磨、超仕上げ等が不要となり、仕上げ工程を簡略化している。
Here, the circularity and the like of the annular material that has undergone the heat treatment process are reduced by thermal deformation. Accordingly, in the finishing process, it is necessary to improve the roundness of the annular material by grinding and then improve the finishing accuracy and surface roughness by polishing, superfinishing, or the like. Therefore, the finishing process includes a plurality of types of finishing processes, which is one of the causes for complicating the manufacturing process of the race.
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a method disclosed in Patent Document 1 is known as a method of manufacturing a bearing ring that aims to simplify the process while improving the finishing accuracy of the bearing ring in the finishing process.
In this method of manufacturing a ring, in the finishing process, as a finishing process, the annular material is subjected to cold rolling forming to correct the deformation of the annular material that has undergone the heat treatment process, and the roundness and surface roughness. Has improved. This eliminates the need for grinding, polishing, super-finishing, etc., and simplifies the finishing process.
しかしながら、従来の軌道輪の製造方法では、熱処理工程及び仕上げ工程が必要となるため、依然として、製造工程が煩雑となっている。
また、従来の軌道輪は、鋼等の合金により形成されているため、耐食性及び強度の向上に限界がある。すなわち、鋼等の合金は、結晶構造を有することによって、その組織において結晶粒界が存在する。これにより、結晶粒界を介して腐食元素が内部に浸入して、結晶粒界に沿って腐食が進行し易く、耐食性の向上に限界がある。また、結晶粒界でクラックが発生し易く、強度の向上に限界がある。
本発明の課題は、鋼等の合金により形成された軌道輪と比較して、耐食性に優れ、強度が高く、かつ、製造工程を簡略化することが可能な軌道輪、この軌道輪を備える転がり軸受及びこの軌道輪の製造方法を提供することにある。
However, since the conventional method for manufacturing a raceway requires a heat treatment step and a finishing step, the manufacturing step is still complicated.
Moreover, since the conventional bearing ring is formed with alloys, such as steel, there exists a limit in improvement of corrosion resistance and intensity | strength. That is, an alloy such as steel has a crystal grain structure and therefore has grain boundaries in its structure. As a result, the corrosive elements enter the inside through the crystal grain boundaries, and the corrosion tends to proceed along the crystal grain boundaries, and there is a limit to the improvement of the corrosion resistance. In addition, cracks are likely to occur at the grain boundaries, and there is a limit to improving the strength.
An object of the present invention is to provide a race ring having excellent corrosion resistance, high strength, and capable of simplifying the manufacturing process as compared with a race ring formed of an alloy such as steel, and a rolling provided with the race ring. The object is to provide a bearing and a method of manufacturing the race.
上記課題を解決するために、第一の発明に係る軌道輪は、転がり軸受を構成する軌道輪であって、前記軌道輪は、金属ガラスにより形成され、前記金属ガラスは、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−Nb−P−B、Ni−Nb−Ti及びNi−Nb−Zrのうち、いずれかの組成を有していることを特徴とする。
第一の発明に係る軌道輪は、金属ガラスにより形成されている。これによって、鋼等の合金により形成された軌道輪と比較して、強度及び耐食性を向上することが可能となる。
特に、第一の発明に係る軌道輪では、金属ガラスが、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−Nb−P−B、Ni−Nb−Ti及びNi−Nb−Zrのうち、いずれかの組成を有している。これによって、軌道輪の製造工程において、大気中における成形が可能となり、製造工程を簡略化することが可能となる。
In order to solve the above-mentioned problems, a bearing ring according to a first aspect of the present invention is a bearing ring constituting a rolling bearing, wherein the bearing ring is made of metal glass, and the metal glass is made of Ni-Cr-P. It has a composition of any one of -B, Ni-Cr-P-B, Ni-Cr-Nb-P-B, Ni-Nb-Ti, and Ni-Nb-Zr.
The track ring according to the first invention is made of metal glass. As a result, the strength and corrosion resistance can be improved as compared with a bearing ring formed of an alloy such as steel.
In particular, in the race according to the first invention, the metal glass is Ni—Cr—P—B, Ni—Cr—P—B, Ni—Cr—Nb—P—B, Ni—Nb—Ti and Ni—. It has any composition among Nb-Zr. Thereby, in the manufacturing process of the bearing ring, molding in the atmosphere is possible, and the manufacturing process can be simplified.
第二の発明に係る転がり軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、前記外輪及び前記内輪のうち少なくとも一方として、第一の発明に係る軌道輪を備えることを特徴とする。
第二の発明に係る転がり軸受によれば、鋼等の合金により形成された軌道輪を備える転がり軸受と比較して、強度及び耐食性を向上することが可能となる。
特に、第二の発明に係る転がり軸受によれば、外輪及び内輪の製造工程において、大気中における成形が可能となり、製造工程を簡略化することが可能となる。
A rolling bearing according to a second invention is a rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring, wherein the outer ring and the inner ring As at least one, the track ring according to the first invention is provided.
According to the rolling bearing which concerns on 2nd invention, compared with the rolling bearing provided with the bearing ring formed with alloys, such as steel, it becomes possible to improve an intensity | strength and corrosion resistance.
In particular, according to the rolling bearing according to the second invention, in the manufacturing process of the outer ring and the inner ring, molding in the atmosphere is possible, and the manufacturing process can be simplified.
第三の発明に係る軌道輪の製造方法は、転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、金型内に充填された金属ガラス粉末を、圧縮するとともに、該金属ガラス粉末のガラス遷移温度と結晶化温度との間の温度領域に加熱する工程を含むことを特徴とする。
第三の発明に係る軌道輪の製造方法では、粉末冶金の手法を用いて、金属ガラス粉末から軌道輪を形成する。これによって、軌道輪の組織における結晶相の析出を抑制することができ、異形状のバルク材である軌道輪を形成することが可能となる。
A method for manufacturing a bearing ring according to a third aspect of the invention is a method for manufacturing a bearing ring that constitutes a rolling bearing, wherein the metal glass powder filled in a mold is compressed and the glass transition of the metal glass powder is performed. And heating to a temperature region between the temperature and the crystallization temperature.
In the raceway manufacturing method according to the third aspect of the invention, the raceway is formed from metallic glass powder using a powder metallurgy technique. Thereby, precipitation of the crystal phase in the structure of the raceway can be suppressed, and it becomes possible to form the raceway which is an irregularly shaped bulk material.
第四の発明に係る軌道輪の製造方法は、第三の発明に係る軌道輪の製造方法において、金属ガラス粉末の最大粒径は、70μm以下であることを特徴とする。
第四の発明に係る軌道輪の製造方法によれば、金型内での成形を容易に行うことが可能となる。
特に、第四の発明に係る軌道輪の製造方法によれば、金型に対する精度を向上することが可能となる。その結果、金型の精度を高めることで、軌道輪の仕上げ精度及び面粗さを向上することができるため、製造工程において、軌道輪の仕上げ精度を向上するための仕上げ工程を省略することが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bearing ring manufacturing method according to the third aspect, wherein the maximum particle size of the metal glass powder is 70 μm or less.
According to the track ring manufacturing method of the fourth invention, it is possible to easily perform molding in the mold.
In particular, according to the raceway manufacturing method according to the fourth aspect of the invention, it is possible to improve the accuracy with respect to the mold. As a result, it is possible to improve the finishing precision and surface roughness of the bearing ring by increasing the precision of the mold, so that the finishing process for improving the finishing precision of the bearing ring can be omitted in the manufacturing process. It becomes possible.
本発明に係る軌道輪、転がり軸受又は軌道輪の製造方法によれば、強度及び耐食性を向上することができ、かつ、製造工程を簡略化することが可能となる。 According to the method for manufacturing a bearing ring, a rolling bearing, or a bearing ring according to the present invention, the strength and corrosion resistance can be improved, and the manufacturing process can be simplified.
以下、本発明の実施形態に係る転がり軸受1の構成及び軌道輪の製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a configuration of a rolling bearing 1 and a method of manufacturing a bearing ring according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(転がり軸受1の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。図2は、図1に示す転がり軸受が備える外輪及び内輪の断面図である。
図1に示すように、転がり軸受1は、外輪10と、外輪10の内側に配設された内輪20と、外輪10と内輪20との間に配設された複数の転動体30と、複数の転動体30を保持する保持器40と、外輪10と内輪20との間をシールする一対のシール部材50と、を備えている。
(Configuration of rolling bearing 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rolling bearing according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of an outer ring and an inner ring included in the rolling bearing shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the rolling bearing 1 includes an
外輪10は、円環状に形成されている。図2に示すように、外輪10の内周面には、軌道溝11及び一対のシール溝12が形成されている。軌道溝11は、一対のシール溝12の間の位置に形成されている。軌道溝11は、幅方向に沿う断面が円弧状に形成され、外輪10の内周面の全周に亘って連続している。そして、軌道溝11の内面(底面)は、転動体30が接触(転動)する軌道面11aとなっている。一対のシール溝12は、それぞれ、幅方向に沿う断面が円弧状に形成され、外輪10の内周面の全周に亘って連続している。
The
内輪20は、円環状に形成されている。図2に示すように、内輪20の外周面には、軌道溝21が形成されている。軌道溝21は、幅方向に沿う断面が円弧状に形成され、内輪20の外周面の全周に亘って連続している。そして、軌道溝21の内面(底面)は、転動体30が接触(転動)する軌道面21aとなっている。
複数の転動体30は、それぞれ、球状に形成されている。本実施形態では、各転動体30は、軸受鋼(SUJ2)、ステンレス鋼(SUS440C)等の鋼材、セラミック等により形成されている。
The
The plurality of rolling
保持器40は、環状に形成されている。本実施形態では、保持器40は、炭素鋼(S25C〜S55C)、ステンレス鋼(SUS304〜SUS316)、軟鋼(SS400)等の鋼材、又は、ナイロン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂材料により形成されている。保持器40は、複数の保持凹部(図示せず)を有している。複数の保持凹部は、保持器40の周方向に沿って、等間隔となるように配置されている。そして、各保持凹部は、1つの転動体30を転動自在に保持することが可能となっている。
The
一対のシール部材50は、それぞれ、環状に形成されている。本実施形態では、各シール部材50は、水素添加ニトリルゴム、エステルアクリルゴム等の弾性材料と、該弾性材料を補強する芯金と、により形成されている。各シール部材50は、その外周縁部がシール溝12に嵌合されることによって、外輪10に固定されている。なお、各シール部材50は、その内周縁部(リップ)が内輪20の外周面に接触する接触型シールであっても、その内周縁部が内輪20の外周面に接触しない非接触型シールであってもどちらでも構わない。
Each of the pair of
転がり軸受1では、軌道面11a及び軌道面21aを互いに対向させた状態で、内輪20が外輪10の内側に配設されている。そして、軌道面11aと軌道面21aとの間には、複数の転動体30が転動自在に配設されている。複数の転動体30は、保持器40に保持されることで、周方向に沿って等間隔に配置される。
また、転がり軸受1では、外輪10と内輪20との間に、潤滑剤(図示せず)が充填されている。潤滑剤としては、潤滑油、グリース等を用いることができる。そして、外輪10と内輪20との間に充填された潤滑剤は、一対のシール部材50によって、外部への流出が抑制される。
In the rolling bearing 1, the
In the rolling bearing 1, a lubricant (not shown) is filled between the
特に、転がり軸受1では、外輪10及び内輪20のうち少なくとも一方が、金属ガラスにより形成されている。本実施形態では、外輪10及び内輪20は、それぞれ、金属ガラスにより形成されている。
金属ガラスは、原子径が互いに12%以上異なる3種類以上の金属元素を含んでなる合金であって、加熱時に、結晶化前に明瞭なガラス遷移と比較的に広い(40〜130K程度)過冷却液体温度領域を有する合金である。
外輪10及び内輪20を形成する金属ガラスとしては、ジルコニウム(Zr)を主成分とするZr基金属ガラス、鉄(Fe)を主成分とするFe基金属ガラス、チタン(Ti)を主成分とするTi基金属ガラス、ニッケル(Ni)を主成分とするNi基金属ガラス等を用いることができる。
In particular, in the rolling bearing 1, at least one of the
Metallic glass is an alloy containing three or more kinds of metal elements whose atomic diameters are different from each other by 12% or more, and when heated, a clear glass transition and a relatively wide (about 40 to 130K) excess before crystallization. An alloy having a cooling liquid temperature region.
The metallic glass forming the
本実施形態では、後述するように大気中における成形を可能とするために、外輪10及び内輪20を形成する金属ガラスとして、Ni基金属ガラス、特に、ニッケル(Ni)及びニオブ(Nb)を含むNi−Nb基金属ガラスを用いている。
Ni基の金属ガラスの組成としては、例えば、Ni56Cr24P16B4、Ni65Cr15P16B4等が挙げられる。また、Ni−Nb基金属ガラスの組成としては、例えば、Ni65Cr13Nb2P16B4、Ni60Nb30Ti10、Ni36Nb24Zr40等が挙げられる。
また、転がり軸受1では、複数の転動体30のそれぞれを金属ガラスにより形成しても構わない。この場合、複数の転動体30を形成する金属ガラスの成分は、軌道輪10,20を形成する金属ガラスの成分と同一とすることが好ましい。
In the present embodiment, in order to enable molding in the atmosphere as will be described later, the metallic glass forming the
Examples of the composition of the Ni-based metallic glass include Ni 56 Cr 24 P 16 B 4 and Ni 65 Cr 15 P 16 B 4 . As the composition of the Ni-Nb based metallic glass, for example, Ni 65 Cr 13 Nb 2 P 16 B 4,
In the rolling bearing 1, each of the plurality of rolling
(軌道輪の製造方法)
次に、転がり軸受1が備える軌道輪(外輪10及び内輪20)の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
軌道輪10,20は、軌道輪10,20を形成する材料となる金属ガラス粉末原料を製造する粉末製造工程と、金属ガラス粉末原料を成形して軌道輪10,20を形成する成形工程と、を含んで製造される。
(Rolling ring manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the bearing rings (the
The race rings 10 and 20 are a powder manufacturing process for producing a metal glass powder raw material that is a material for forming the race rings 10 and 20, a molding process for forming the
金属ガラス粉末原料としては、Zr基金属ガラス粉末、Fe基金属ガラス粉末、Ti基金属ガラス粉末、Ni基金属ガラス粉末等を用いることができる。
ここで、Zr基金属ガラス粉末は、他の組成の金属ガラスと比較して、非晶質形成能が高く、大きなバルク材を形成し易い。しかしながら、Zr基金属ガラス粉末は、他の組成の金属ガラス粉末と比較して耐食性が低いため、成型工程において、真空中での成形が必須となる。これに対して、Ni基金属ガラス粉末は、他の組成の金属ガラス粉末と比較して耐食性が高いため、成形工程において、大気中での成形が可能となる。そこで、本実施形態では、金属ガラス粉末原料として、Ni基金属ガラス粉末、特に、ニッケル(Ni)及びニオブ(Nb)を含むNi−Nb基金属ガラス粉末を用いている。
一方、Ni基金属ガラス粉末は、他の組成の金属ガラス粉末と比較して非晶質形成能が低いため、環状等の異形状のバルク材を形成すると結晶相が析出し易くなる。そこで、本製造方法では、粉末冶金の手法を用いて、Ni基金属ガラスの粉末から環状の軌道輪10,20を形成する。これによって、軌道輪10,20の組織における結晶相の析出を抑制することができ、異形状のバルク材である軌道輪10,20を形成することが可能となる。
As the metal glass powder raw material, Zr-based metal glass powder, Fe-based metal glass powder, Ti-based metal glass powder, Ni-based metal glass powder and the like can be used.
Here, the Zr-based metallic glass powder has a high amorphous forming ability and is easy to form a large bulk material as compared with metallic glasses having other compositions. However, since the Zr-based metallic glass powder has low corrosion resistance compared to metallic glass powders of other compositions, molding in vacuum is essential in the molding process. In contrast, Ni-based metallic glass powder has higher corrosion resistance than metallic glass powders of other compositions, and thus can be molded in the atmosphere in the molding process. Therefore, in this embodiment, Ni-based metal glass powder, particularly Ni—Nb-based metal glass powder containing nickel (Ni) and niobium (Nb) is used as the metal glass powder raw material.
On the other hand, since the Ni-based metallic glass powder has a lower amorphous forming ability than metallic glass powders of other compositions, the crystal phase is likely to precipitate when an irregularly shaped bulk material such as a ring is formed. Therefore, in this manufacturing method, the
粉末製造工程では、軌道輪10,20を形成する材料となる金属ガラス粉末原料を製造する。金属ガラス粉末原料を製造する方法としては、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、油アトマイズ法等、種々の方法を選択することができる。
ここで、金属ガラス粉末原料の製造過程においては、過冷却液体状態の金属ガラスを、当該金属ガラスのガラス遷移温度より低い温度に急冷する必要があり、この際、冷却速度が遅いと、組織において結晶相が析出して、金属ガラスとしての特質が損なわれる。そこで、本実施形態では、金属ガラス粉末原料を製造する方法として、過冷却液体状態の金属ガラスの急冷に適した方法である水アトマイズ法を選択している。また、水アトマイズ法によれば、球形状の金属ガラス粉末原料を得ることが可能となる。
In the powder manufacturing process, a metal glass powder raw material that is a material for forming the
Here, in the manufacturing process of the metallic glass powder raw material, it is necessary to rapidly cool the supercooled liquid state metallic glass to a temperature lower than the glass transition temperature of the metallic glass. A crystalline phase precipitates, and the characteristics as a metallic glass are impaired. Therefore, in this embodiment, the water atomization method, which is a method suitable for rapid cooling of the supercooled liquid state metal glass, is selected as a method for producing the metal glass powder raw material. Moreover, according to the water atomization method, a spherical metal glass powder raw material can be obtained.
具体的には、粉末製造工程では、水アトマイズ法によって、金属ガラス粉末原料を構成する物質を融解した母合金から、アトマイズ粉末を製造する。そして、製造されたアトマイズ粉末を篩別することによって、所望の金属ガラス粉末原料を得る。
ここで、金属ガラス粉末原料の最大粒径が70μmを超えると、成形工程における成形が困難となる。したがって、金属ガラス粉末原料の最大粒径は、70μm以下であることが好ましい。
Specifically, in the powder production process, atomized powder is produced from a mother alloy obtained by melting a material constituting the metal glass powder raw material by a water atomization method. And the desired metal glass powder raw material is obtained by sieving the manufactured atomized powder.
Here, if the maximum particle size of the metal glass powder raw material exceeds 70 μm, molding in the molding process becomes difficult. Therefore, the maximum particle size of the metal glass powder raw material is preferably 70 μm or less.
次に、成形工程において使用する金型について説明する。
図3は、金型装置の断面図である。
成形工程では、金型として、例えば、図3に示す金型装置60を使用する。金型装置60は、円筒形状のダイ61と、ダイ61の内側に挿入される下パンチ62及び上パンチ63と、下パンチ62及び上パンチ63の内側に挿入されるコアロッド64と、を備えている。そして、金型装置60では、ダイ61の内周面、コアロッド64の外周面、下パンチ62の上面及び上パンチ63の下面により囲まれた領域が、金属ガラス粉末原料が圧縮・加熱されるキャビティー65となる。
また、ダイ61には、ヒーター等の加熱手段(図示せず)が配設されている。これによって、キャビティー65内の金属ガラスを加熱することが可能となっている。さらに、コアロッド64には、熱電対等の温度センサ(図示せず)が配設されている。これによって、キャビティー65内の金属ガラス(金属ガラス粉末原料)の温度を計測することが可能となっている。
Next, the metal mold | die used in a formation process is demonstrated.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the mold apparatus.
In the molding process, for example, a
The
成形工程では、金属ガラス粉末原料を成形して、軌道輪10,20を形成する。具体的には、金属ガラス粉末原料を金型(キャビティー65)に充填して、金属ガラス粉末原料を、所定の成形圧力で圧縮するとともに、所定の成形温度(ガラス遷移温度(Tg)以上、結晶化温度(Tx)以下の温度)となるように加熱する。本実施形態では、圧縮(加圧)及び加熱を同時に行っている。ここで、所定の成形温度は、成形する金属ガラス粉末原料の過冷却液体温度領域に含まれる温度に設定される。
また、本実施形態では、金属ガラス粉末原料としてNi−Nb基金属ガラス粉末を用いているため、大気中において圧縮・加熱を行うことができる。
さらに、Ni−Nb基金属ガラス粉末は、ガラス遷移温度(Tg)が約350℃、結晶化温度(Tx)が約420℃となっている。これにより、上記所定の成形温度が400℃未満となる場合には、過冷却液体状態となった金属ガラスの流動性が悪く、金属ガラスの組織が充分に高密度化されない。また、上記所定の成形温度が415℃を超える場合には、短時間で結晶化が進行してしまう。したがって、金属ガラス粉末原料としてNi−Nb基金属ガラス粉末を用いる場合には、上記所定の成形温度は、400℃以上、415℃以下の範囲内の温度、特に、410℃に設定することが好ましい。
また、上記所定の成形圧力を480MPa未満とした場合には、金属ガラス原料を覆っている酸化皮膜を壊すことができず、軌道輪10,20の強度が低下する。したがって、上記所定の成形圧力は、480MPa以上、特に、500MPaに設定することが好ましい。
そして、上記条件による圧縮・加熱が終了後、過冷却液体状態となっている金属ガラスを、当該金属ガラスのガラス遷移温度(Tg)未満となるように冷却する。その後、金型から成形された金属ガラスを抜き出す。これによって、軌道輪10,20が完成する。
In the forming step, the metal glass powder raw material is formed to form the
Moreover, in this embodiment, since Ni-Nb group metal glass powder is used as a metal glass powder raw material, it can compress and heat in air | atmosphere.
Furthermore, the Ni—Nb-based metallic glass powder has a glass transition temperature (Tg) of about 350 ° C. and a crystallization temperature (Tx) of about 420 ° C. Thereby, when the said predetermined | prescribed shaping | molding temperature becomes less than 400 degreeC, the fluidity | liquidity of the metal glass which became a supercooled liquid state is bad, and the structure | tissue of a metal glass is not fully densified. Further, when the predetermined molding temperature exceeds 415 ° C., crystallization proceeds in a short time. Therefore, when using Ni-Nb-based metal glass powder as the metal glass powder raw material, the predetermined molding temperature is preferably set to a temperature within the range of 400 ° C or higher and 415 ° C or lower, particularly 410 ° C. .
When the predetermined molding pressure is less than 480 MPa, the oxide film covering the metal glass raw material cannot be broken, and the strength of the race rings 10 and 20 decreases. Therefore, the predetermined molding pressure is preferably set to 480 MPa or more, particularly 500 MPa.
Then, after completion of the compression and heating under the above conditions, the metallic glass in the supercooled liquid state is cooled so as to be lower than the glass transition temperature (Tg) of the metallic glass. Thereafter, the metallic glass formed from the mold is extracted. Thereby, the
(作用・効果)
転がり軸受1では、軌道輪10,20が、非晶質構造を有する金属ガラスにより形成されている。これによって、軌道輪10,20によれば、鋼等の合金により形成された軌道輪と比較して、強度及び耐食性を向上することが可能となる。したがって、転がり軸受1によれば、鋼等の合金により形成された軌道輪を備える転がり軸受と比較して、強度及び耐食性を向上することが可能となる。
特に、転がり軸受1では、軌道輪10,20が、自己不動態化が発生し易いNi基金属ガラスにより形成されている。これにより、転がり軸受1によれば、軌道輪10,20の耐食性を更に向上することが可能となり、特に、酸性下、オイル中等の過酷な条件下における使用が可能となる。
(Action / Effect)
In the rolling bearing 1, the race rings 10 and 20 are made of metal glass having an amorphous structure. Thereby, according to the bearing rings 10 and 20, it becomes possible to improve strength and corrosion resistance as compared with the bearing rings formed of an alloy such as steel. Therefore, according to the rolling bearing 1, compared with the rolling bearing provided with the bearing ring formed with alloys, such as steel, it becomes possible to improve an intensity | strength and corrosion resistance.
In particular, in the rolling bearing 1, the race rings 10 and 20 are made of Ni-based metallic glass that is susceptible to self-passivation. Thereby, according to the rolling bearing 1, the corrosion resistance of the bearing rings 10 and 20 can be further improved, and in particular, it can be used under severe conditions such as acidity and in oil.
また、本実施形態に係る軌道輪の製造方法では、金型内において金属ガラス粉末を過冷却液体温度領域に加熱・圧縮することによって、軌道輪10,20を形成する。ここで、金属ガラスは、過冷却液体温度領域に加熱すると、粘性を有する流動体である過冷却液体状態に変化する。また、金属ガラスは、結晶金属と比較して、凝固収縮が小さい。これによって、金属ガラスは、金型に対する転写性が極めて高い。したがって、本実施形態に係る軌道輪の製造方法によれば、金型に対する精度の高い軌道輪10,20を形成することが可能となる。よって、金型の精度を高めることで、軌道輪10,20の仕上げ精度及び面粗さを向上することができるため、軌道輪10,20の仕上げ精度を向上するための仕上げ工程を省略することが可能となる。
また、本実施形態に係る軌道輪の製造方法では、金型内において金属ガラス粉末が粘性を有する流動体である過冷却液体状態に変化することによって、金属粉末を用いた粉末冶金製品の欠点である空孔の発生を抑制することができる。これによって、軌道輪10,20の強度を更に向上することができるとともに、軌道面11a,21aの硬度を向上することができるため、軌道輪10,20の強度及び硬度を向上するための熱処理工程を省略することが可能となる。
さらに、本実施形態に係る軌道輪の製造方法では、金属ガラスの粉末から軌道輪10,20を形成することによって、軌道輪10,20の組織における結晶相の析出を抑制することができ、軌道輪10,20の強度及び硬度を更に向上することが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る軌道輪の製造方法では、熱処理工程及び仕上げ工程を省略することができ、製造工程を簡略化することが可能となる。
特に、本実施形態に係る軌道輪の製造方法では、Ni基金属ガラス粉末を用いて軌道輪10,20を形成する。ここで、Ni基金属ガラスは、他の組成の金属ガラスと比較して、自己不動態化が発生し易く、耐食性が高い。これによって、本実施形態に係る軌道輪の製造方法によれば、金属ガラス粉末原料を大気中において成形することができ、製造工程を更に簡略化することが可能となる。
Moreover, in the manufacturing method of the bearing ring which concerns on this embodiment, the bearing rings 10 and 20 are formed by heating and compressing metal glass powder to a supercooled liquid temperature area | region within a metal mold | die. Here, when the metallic glass is heated to the supercooled liquid temperature region, it changes to a supercooled liquid state that is a viscous fluid. In addition, the metallic glass has less solidification shrinkage than the crystalline metal. As a result, the metallic glass has extremely high transferability to the mold. Therefore, according to the bearing ring manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to form the bearing rings 10 and 20 with high accuracy for the mold. Therefore, since the finishing accuracy and surface roughness of the bearing rings 10 and 20 can be improved by increasing the accuracy of the mold, the finishing process for improving the finishing accuracy of the bearing rings 10 and 20 is omitted. Is possible.
Moreover, in the manufacturing method of the raceway ring according to the present embodiment, the metal glass powder is changed into a supercooled liquid state that is a viscous fluid in the mold, which is a disadvantage of the powder metallurgy product using the metal powder. Generation of certain holes can be suppressed. As a result, the strength of the
Furthermore, in the manufacturing method of the raceway ring according to the present embodiment, the formation of the raceway rings 10 and 20 from the powder of metal glass can suppress the precipitation of the crystal phase in the structure of the raceway rings 10 and 20. It is possible to further improve the strength and hardness of the
As described above, in the bearing ring manufacturing method according to the present embodiment, the heat treatment step and the finishing step can be omitted, and the manufacturing step can be simplified.
In particular, in the method for manufacturing a bearing ring according to the present embodiment, the bearing rings 10 and 20 are formed using Ni-based metallic glass powder. Here, the Ni-based metallic glass is more susceptible to self-passivation and has higher corrosion resistance than metallic glasses having other compositions. Thereby, according to the manufacturing method of the raceway ring concerning this embodiment, a metallic glass powder raw material can be shape | molded in air | atmosphere, and it becomes possible to further simplify a manufacturing process.
ここで、転がり軸受1は、強度が高いため、サーバーファン等の連続駆動時間が長い装置への適用に適している。また、転がり軸受1は、耐食性が高いため、医療用装置等の腐食の恐れが高い環境下で使用される装置への適用に適している。
特に、転がり軸受1は、仕上げ精度を向上することができるため、外径(外輪10の外径)が15mm以下、特に、8mm以下のミニチュアベアリングとして構成することに適している。
また、転がり軸受1では、外輪10、内輪20及び複数の転動体30のそれぞれを、金属ガラスにより形成し、保持器40を樹脂により形成することによって、転がり軸受1の強度及び耐食性を更に向上することが可能となる。
一方、転がり軸受1では、外輪10及び内輪20のそれぞれを、金属ガラスにより形成し、複数の転動体30のそれぞれを、セラミックにより形成し、保持器40を樹脂により形成することによって、転がり軸受1のコストの増加を抑制しつつ、転がり軸受1の強度及び耐食性を向上することが可能となる。
Here, since the rolling bearing 1 has high strength, it is suitable for application to a device such as a server fan having a long continuous drive time. Moreover, since the rolling bearing 1 has high corrosion resistance, it is suitable for application to an apparatus used in an environment where there is a high risk of corrosion such as a medical apparatus.
In particular, since the rolling bearing 1 can improve finishing accuracy, the rolling bearing 1 is suitable for being configured as a miniature bearing having an outer diameter (outer diameter of the outer ring 10) of 15 mm or less, particularly 8 mm or less.
Moreover, in the rolling bearing 1, the strength and corrosion resistance of the rolling bearing 1 are further improved by forming each of the
On the other hand, in the rolling bearing 1, each of the
(変形例)
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態では、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明に係る軌道輪(転がり軸受)を、転動体として球体を用いる玉軸受に適用した。しかしながら、本発明に係る軌道輪(転がり軸受)は、ころ軸受、円錐ころ軸受、針軸受、スラスト軸受等の他の種類の転がり軸受に適用しても構わない。
また、上記実施形態では、転動体30が鋼材により形成され、保持器40が鋼材又は樹脂により形成されている。しかしながら、転動体30及び保持器40のうち少なくとも一方を、軌道輪10,20と同様に、金属ガラスにより形成しても構わない。
(Modification)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, in the said embodiment, a various change is possible.
For example, in the above embodiment, the bearing ring (rolling bearing) according to the present invention is applied to a ball bearing using a sphere as a rolling element. However, the bearing ring (rolling bearing) according to the present invention may be applied to other types of rolling bearings such as a roller bearing, a tapered roller bearing, a needle bearing, and a thrust bearing.
Moreover, in the said embodiment, the rolling
(実施例)
次に、本発明の実施例について説明する。
図4は、本発明の実施例に係る軌道輪及び比較例に係る軌道輪のそれぞれについて、面粗さRa、真円度、ビッカース硬さ及び圧環強度を計測した結果を示す図である。
本発明の実施例として、Ni65Cr13Nb2P16B4の金属ガラス粉末原料を用いて、上記実施形態に係る軌道輪の製造方法によって軌道輪を形成した。この際、粉末製造工程では、水アトマイズ法によって、粒径範囲が30μm〜60μmの金属ガラス粉末原料を形成した。また、成形工程では、上記所定の成形温度を410℃、上記所定の成形圧力を500MPaに設定して、金属ガラス粉末原料を成形した。そして、本発明の実施例に係る軌道輪について、面粗さRa、真円度、ビッカース硬さ及び圧環強度を計測した。
また、比較例に係る軌道輪として、軸受鋼(SUJ2)により形成された一般的な軌道輪を用意した。比較例に係る軌道輪は、従来の製造方法(熱処理工程及び仕上げ工程を有する製造方法)によって製造されたものである。
図4に示すように、本発明の実施例に係る軌道輪は、仕上げ工程を経て製造された比較例に係る軌道輪と比較して、面粗さRaが同等となっており、かつ、真円度が高くなっている。特に、本発明の実施例に係る軌道輪では、金型と同一の真円度を達成することができている。
したがって、本発明の実施例に係る軌道輪は、金型に対する精度が非常に高いことがわかる。よって、金型の精度を高めることで、軌道輪の仕上げ精度及び面粗さを向上することができるため、製造工程において、軌道輪の仕上げ精度を向上するための仕上げ工程を省略することが可能となることがわかる。
(Example)
Next, examples of the present invention will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the surface roughness Ra, roundness, Vickers hardness, and pressure ring strength for each of the raceway according to the example of the present invention and the raceway according to the comparative example.
As an example of the present invention, using a metal glass powder raw material of Ni 65 Cr 13 Nb 2 P 16 B 4, a race ring was formed by the race ring manufacturing method according to the above embodiment. At this time, in the powder manufacturing process, a metal glass powder raw material having a particle size range of 30 μm to 60 μm was formed by a water atomization method. In the molding step, the predetermined glass forming temperature was set to 410 ° C., and the predetermined molding pressure was set to 500 MPa to mold the metal glass powder raw material. And the surface roughness Ra, roundness, Vickers hardness, and crushing strength were measured about the bearing ring which concerns on the Example of this invention.
In addition, as a bearing ring according to the comparative example, a general bearing ring made of bearing steel (SUJ2) was prepared. The bearing ring according to the comparative example is manufactured by a conventional manufacturing method (a manufacturing method having a heat treatment step and a finishing step).
As shown in FIG. 4, the bearing ring according to the embodiment of the present invention has the same surface roughness Ra as compared with the bearing ring according to the comparative example manufactured through the finishing process, and is true. The circularity is high. In particular, the raceway according to the embodiment of the present invention can achieve the same roundness as that of the mold.
Therefore, it can be seen that the bearing ring according to the embodiment of the present invention has very high accuracy with respect to the mold. Therefore, by increasing the accuracy of the mold, the finishing accuracy and surface roughness of the bearing ring can be improved, so that the finishing process for improving the finishing accuracy of the bearing ring can be omitted in the manufacturing process. It turns out that it becomes.
また、本発明の実施例に係る軌道輪及び比較例に係る軌道輪を、腐食液中に浸漬して、浸漬時間に応じた腐食の進行度合いを観察した。この際、腐食液として、5%/wt塩水を使用した。そして、腐食液中に3h浸漬した本発明の実施例に係る軌道輪、腐食液中に3h浸漬した比較例に係る軌道輪、腐食液中に33h浸漬した本発明の実施例に係る軌道輪、及び、腐食液中に33h浸漬した比較例に係る軌道輪を準備して、各軌道輪の表面及び内部における腐食の度合いを目視により観察した。なお、各軌道輪の内部における腐食の度合いの観察は、各軌道輪を切断した切断面(円筒軸に沿う方向に沿って切断した断面)を観察することにより行った。
その結果、腐食液中に3h浸漬した比較例に係る軌道輪では、表面の一部における腐食が観察された。また、腐食液中に33h浸漬した比較例に係る軌道輪では、表面の広い範囲における腐食が観察され、かつ、腐食が内部(厚み方向の略全域)にまで達していることが観察された。
一方、腐食液中に3h浸漬した本発明の実施例に係る軌道輪及び腐食液中に33h浸漬した本発明の実施例に係る軌道輪では、表面及び内部における腐食は観察されなかった。
したがって、本発明の実施例に係る軌道輪は、耐食性が高いことがわかる。
Moreover, the bearing ring according to the example of the present invention and the bearing ring according to the comparative example were immersed in a corrosive liquid, and the progress of corrosion according to the immersion time was observed. At this time, 5% / wt salt water was used as the corrosive liquid. And a bearing ring according to an embodiment of the present invention immersed in a corrosive liquid for 3 hours, a bearing ring according to a comparative example immersed in a corrosive liquid for 3 hours, a bearing ring according to an embodiment of the present invention immersed in a corrosive liquid for 33 hours, And the bearing ring which concerns on the comparative example immersed for 33 hours in corrosive liquid was prepared, and the degree of corrosion on the surface and each inside of each bearing ring was observed visually. The degree of corrosion inside each track was observed by observing a cut surface (cross section cut along the direction along the cylindrical axis) of each track.
As a result, corrosion was observed on a part of the surface of the bearing ring according to the comparative example immersed in the corrosive liquid for 3 hours. Further, in the bearing ring according to the comparative example immersed in the corrosive liquid for 33 hours, corrosion in a wide range of the surface was observed, and it was observed that the corrosion reached the inside (substantially the entire area in the thickness direction).
On the other hand, no corrosion on the surface and inside was observed in the bearing ring according to the embodiment of the present invention immersed in the corrosive liquid for 3 hours and the bearing ring according to the embodiment of the present invention immersed in the corrosive liquid for 33 hours.
Therefore, it can be seen that the bearing ring according to the embodiment of the present invention has high corrosion resistance.
1 転がり軸受
10 外輪
11 軌道溝
11a 軌道面
12 シール溝
20 内輪
21 軌道溝
21a 軌道面
30 転動体
40 保持器
50 シール部材
60 金型装置
61 ダイ
62 下パンチ
63 上パンチ
64 コアロッド
65 キャビティー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rolling bearing 10
Claims (4)
前記軌道輪は、金属ガラスにより形成され、
前記金属ガラスは、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−P−B、Ni−Cr−Nb−P−B、Ni−Nb−Ti及びNi−Nb−Zrのうち、いずれかの組成を有していることを特徴とする軌道輪。 A bearing ring constituting a rolling bearing,
The bearing ring is formed of metal glass,
The metallic glass has a composition of any one of Ni—Cr—P—B, Ni—Cr—P—B, Ni—Cr—Nb—P—B, Ni—Nb—Ti, and Ni—Nb—Zr. A bearing ring characterized by having.
前記外輪及び前記内輪のうち少なくとも一方として、請求項1に記載の軌道輪を備えることを特徴とする転がり軸受。 A rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring,
A rolling bearing comprising the bearing ring according to claim 1 as at least one of the outer ring and the inner ring.
金型内に充填された金属ガラス粉末を、圧縮するとともに、該金属ガラス粉末のガラス遷移温度と結晶化温度との間の温度領域に加熱する工程を含むことを特徴とする軌道輪の製造方法。 A method of manufacturing a bearing ring constituting a rolling bearing,
A method of manufacturing a bearing ring, comprising a step of compressing a metal glass powder filled in a mold and heating the metal glass powder to a temperature region between a glass transition temperature and a crystallization temperature of the metal glass powder. .
The method for manufacturing a bearing ring according to claim 3, wherein the maximum particle size of the metal glass powder is 70 μm or less.
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