JP2022054994A - 軌道輪 - Google Patents
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Abstract
【課題】軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能な軌道輪を提供する。【解決手段】軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、5mm未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、600Hv以上である。120℃で2000時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、30×10-5以下である。【選択図】図1
Description
本発明は、軌道輪に関する。
特開2020-117783号公報(特許文献1)には、転がり軸受の内輪が記載されている。内輪は、焼き入れの行われた高炭素鋼製である。内輪は、内周面と、外周面とを有している。外周面は、軌道面を含む。軌道面における鋼中の残留オーステナイト量は、内周面における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から内周面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、5体積パーセント以上である。
特許文献1に記載の内輪においては、内周面における鋼中の残留オーステナイト量が低減されているため、径方向における寸法変化率が低減(すなわち、耐クリープ性が改善)されている。しかしながら、本発明者らが見出した知見によると、特許文献1に記載の内輪は、寸法安定性に改善の余地がある。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能な軌道輪を提供するものである。
本発明の第1態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、5mm未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、600Hv以上である。120℃で2000時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、30×10-5以下である。
本発明の第2態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、5mm以上10mm未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、600Hv以上である。120℃で2000時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、20×10-5以下である。
本発明の第1態様及び第2態様に係る軌道輪では、軌道面に圧縮残留応力が作用していてもよい。
本発明の第1態様及び第2態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値が、3体積パーセント以上であってもよい。
本発明の第3態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。鋼には、浸窒処理が行われている。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有する。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、5mm未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、18体積パーセント以上である。軌道面における硬さは、650Hv以上である。120℃で2000時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、40×10-5以下である。
本発明の第4態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。鋼には、浸窒処理が行われている。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有する。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、5mm以上10mm未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、18体積パーセント以上である。軌道面における硬さは、650Hv以上である。120℃で2000時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、30×10-5以下である。
本発明の第3態様及び第4態様に係る軌道輪では、軌道面に100MPa以上の圧縮残留応力が作用していてもよい。
本発明の第3態様及び第4態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残量オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を除した値が、10体積パーセント以上であってもよい。
本発明の第1態様、第2態様、第3態様及び第4態様に係る軌道輪では、反軌道面における鋼の硬さが、650Hv以上であってもよい。
本発明の第1態様、第2態様、第3態様及び第4態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値で除した値で除した値が、0.3体積パーセント/mm以上30体積パーセント/mm以下であってもよい。
本発明の第1態様、第2態様、第3態様及び第4態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼の硬さから反軌道面における鋼の硬さを減じた値を径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値で除した値で除した値が、1Hv/mm以上100Hv/mm以下であってもよい。
本発明の第1態様、第2態様、第3態様及び第4態様に係る軌道輪によると、軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能である。
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。
以下に、第1実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。
第1実施形態に係る軌道輪は、転がり軸受の内輪10である。第1実施形態に係る軌道輪は、内輪10に限られず、例えば転がり軸受の外輪であってもよい。以下においては、内輪10を第1実施形態に係る軌道輪の例として説明する。
図1は、内輪10の断面図である。図1に示されるように、内輪10は、中心軸Aを有している。以下においては、中心軸Aに沿う方向を軸方向とし、中心軸Aを中心とする円に沿う方向を周方向とし、軸方向に直交している方向を径方向とする。内輪10は、リング状(環状)の形状を有している。内輪10は、第1幅面10aと、第2幅面10bと、内周面10cと、外周面10dとを有している。
第1幅面10a及び第2幅面10bは、軸方向における内輪10の端面である。第2幅面10bは、軸方向における第1幅面10aの反対面である。
内周面10cは、中心軸A側を向いている。内周面10cは、周方向に沿って延在している。内輪10は、内周面10cにおいて、軸(図示せず)に取り付けられる。外周面10dは、中心軸Aとは反対側を向いている。すなわち、外周面10dは、径方向における内周面10cの反対面である。外周面10dは、周方向に沿って延在している。内周面10c及び外周面10dは、軸方向における一方端で第1幅面10aに連なっており、軸方向の他方端で第2幅面10bに連なっている。
外周面10dは、軌道面10daを有している。外周面10dは、軌道面10daにおいて、転動体(図示せず)に接触する。なお、内輪10においては、内周面10cが反軌道面になっている。外周面10dは、軌道面10daにおいて、内周面10c側に窪んでいる。中心軸Aを通る断面視において、軌道面10daは、部分円弧形状を有している。軌道面10daは、軸方向において、外周面10dの中央にある。
軌道面10daと軌道面10daからの距離が0.3mmとなる位置との間にある領域を、第1表層部11とする。反軌道面(内周面10c)と反軌道面からの距離が0.3mmとなる位置との間にある領域を、第2表層部12とする。
内輪10の厚さTは、10mm未満である。より具体的には、厚さTは、5mm未満又は5mm以上10mm未満のいずれかである。厚さTは、径方向における内周面10cと外周面10dとの距離の最小値である。
内輪10の径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さTが5mm未満である場合、30×10-5以下である。内輪10の径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さTが5mm以上10mm未満である場合、20×10-5以下である。
内輪10の径方向における寸法変化率は、120℃で2000時間加熱保持した後の内輪10の外径から当該加熱保持が行われる前の内輪10の外径を減じた値を当該加熱保持が行われる前の内輪10の外径で除することにより、算出される。
内輪10は、鋼製である。この鋼は、JIS規格(JIS G 4805:2019)に定められている高炭素クロム軸受鋼SUJ2である。この鋼は、焼き入れ及び焼き戻しが行われた鋼である。
内輪10を構成している鋼中には、残留オーステナイトと、マルテンサイトとが含まれている。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上である。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量は、第1表層部11における鋼中の残留オーステナイト量の平均値である。
軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量は、反軌道面(内周面10c)における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。反軌道面(内周面10c)における鋼中の残留オーステナイト量は、第2表層部12における鋼中の軌道面10daにおける鋼中残留オーステナイト量の平均値である。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面(内周面10c)における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、3体積パーセント以上であることが好ましい。
軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面(内周面10c)における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を厚さTで除した値は、0.3体積パーセント/mm以上30体積パーセント/mm以下であることが好ましい。このことを別の観点から言えば、鋼中の残留オーステナイト量は、軌道面10daから反軌道面(内周面10c)にかけて、0.3体積パーセント/mm以上30体積パーセント/mm以下の勾配で低下していることが好ましい。
鋼中の残留オーステナイト量は、X線回折法を用いて測定される。すなわち、鋼中のマルテンサイトのX線回折ピークの積分強度と鋼中のオーステナイトのX線回折ピークの積分強度とを比較することにより、残留オーステナイト量が得られる。
軌道面10daには、圧縮残留応力が作用していることが好ましい。軌道面10daにおける残留応力は、X線回折法により測定される。より具体的には、軌道面10daにX線を照射した際の回折ピーク角の変化に基づいて、軌道面10daにおける残留応力が測定される。
軌道面10daにおいて、鋼の硬さは、600Hv以上である。反軌道面(内周面10c)において、鋼の硬さは、650Hv以上であることが好ましい。軌道面10daにおける鋼の硬さは第1表層部11における鋼の硬さの平均値であり、反軌道面(内周面10c)における鋼の硬さは、第2表層部12における鋼の硬さの平均値である。
好ましくは、軌道面10daにおける鋼の硬さは、反軌道面(内周面10c)における鋼の硬さよりも高い。好ましくは、軌道面10daにおける鋼の硬さから反軌道面(内周面10c)における鋼の硬さから減じた値を厚さTで除した値は、1Hv/mm以上100Hv/mm以下である。このことを別の観点から言えば、鋼の硬さは、軌道面10daから反軌道面(内周面10c)にかけて1Hv/mm以上100Hv/mm以下の勾配で低下していることが好ましい。
鋼の硬さは、JIS規格(JIS Z 2244:2009)に定められたビッカース硬さ試験法にしたがって測定される。
以下に、内輪10の製造方法を説明する。
図2は、内輪10の製造方法を示す工程図である。図2に示されるように、内輪10の製造方法は、準備工程S1と、焼き入れ工程S2と、焼き戻し工程S3と、後処理工程S4とを有している。
準備工程S1においては、加工対象部材20が準備される。加工対象部材20は、内輪10とほぼ同一の形状を有している。図3は、加工対象部材20の断面図である。図3に示されるように、加工対象部材20は、第1幅面20aと、第2幅面20bと、内周面20cと、外周面20dとを有している。第1幅面20a、第2幅面20b、内周面20c及び外周面20dは、後処理工程S4の終了後に、それぞれ第1幅面10a、第2幅面10b、内周面10c及び外周面10dとなる面である。
焼き入れ工程S2は、加熱工程S21と、冷却工程S22とを有している。加熱工程S21において、加工対象部材20は、A1変態点以上の温度に保持される。これにより、加工対象部材20を構成している鋼中に、オーステナイトが生成される。冷却工程S22において、加工対象部材20は、Ms変態点以下の温度に冷却される。これにより、加熱工程S21において生成されたオーステナイトの一部がマルテンサイトとなり、加熱工程S21において生成されたオーステナイトの一部が残留オーステナイトとなる。なお、残留オーステナイトの分解は、焼き戻し工程S3により生じる。
図4は、焼き戻し工程S3を説明するための平面模式図である。図5は、焼き戻し工程S3を説明するための断面模式図である。図4及び図5に示されるように、焼き戻し工程S3における加熱は、例えば、誘導加熱により行われる。より具体的には、内周面20cを加熱コイル30に沿って周方向に回転させて内周面20cを誘導加熱することにより行われる。加熱コイル30により内周面20cの加熱が行われている際、外周面20dは、噴射部(図示せず)から噴射される水等の冷却液により冷却されている。
図6は、加熱コイル30による加熱時間と内周面20c及び外周面20dにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図6中において、横軸は、加熱コイル30による加熱時間(単位:秒)であり、縦軸は、内周面20c及び外周面20dにおける温度(単位:℃)である。図6のシミュレーションは、内周面20cの加熱温度が420℃、外周面20dを水冷、内周面20cと外周面20dとの間の距離が3mmとの条件の下で行われた。図6に示されるように、焼き戻し工程S3においては、外周面20dの加熱温度は、内周面20cの加熱温度よりも低くなる。
図7は、内周面20cの加熱温度を変化させた際の外周面20dの到達温度のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図7中において、横軸は、内周面20cの加熱温度(単位:℃)、縦軸は、外周面20dの到達温度(単位:℃)である。図7のシミュレーションは、内周面20cの加熱温度を変化させたことを除き、図7のシミュレーションと同様の条件で行われた。図7に示されるように、外周面20dの到達温度は、内周面20cの加熱温度の一次式となる。内周面20cの加熱温度をx、外周面20dの到達温度をyとすると、y=a×x+b(aは1未満の正の数、bは正の数)となる。
例えば、特開平10-102137号公報に記載されているように、焼き戻し工程S3が行われた後における加工対象部材20を構成する鋼中の残留オーステナイト量(M1)は、焼き戻し工程S3が行われる前における加工対象部材20を構成する鋼中の残留オーステナイト量(M0)、加熱温度(T)及び加熱時間(t)を用いて、M1=M0×{A×exp(-Q/RT)×tn}(A、Q及びnは定数、Rはガス定数)となる。
そのため、加熱コイル30による内周面20cの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、外周面20dの到達温度を適宜調整することができ、それに伴い、内周面20c(反軌道面)における残留オーステナイト量及び外周面20d(軌道面10da)における残留オーステナイト量を適宜調整することができる。
表1には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cを300℃となるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合の軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量の測定結果が示されている。なお、表1の例では、加工対象部材20の厚さ(内周面20cと外周面20dとの間の距離の最小値)は、3mmである。表1に示されるように、軌道面10daにおける鋼中のオーステナイト量は、外周面20dが水冷される結果、減少が抑制されており、焼き戻し工程S3後においても10体積パーセント以上であった。
表2には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cを300℃となるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合の軌道面10daにおける残留応力の測定結果が示されている。なお、表2中においては、圧縮残留応力が負の値で示されており、引張残留応力が正の値で示されている。表2の例では、加工対象部材20の厚さは3mmである。
上記のとおり、焼き戻し工程S3においては、外周面20d(外周面10d)における鋼中の残留オーステナイト量の低下が、抑制されている。その結果、表2に示されるように、焼き戻し工程S3後では、内周面20c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量との違いに起因して、外周面20d(軌道面10da)に圧縮残留応力が作用するようになる。
焼き戻し工程S3により内周面20c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量が減少する結果、内輪10の径方向における寸法変化率が減少する。表3には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが300℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合と焼き戻し工程S3を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表4には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが450℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合と焼き戻し工程S3を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表3の例では加工対象部材20の厚さは3mmであり、表4の例では加工対象部材20の厚さは5mmである。表3及び表4中の寸法変化率の値が負であることは、加工対象部材20が収縮するように変形していることを示している。
表3に示されるように、内輪10では、厚さTが5mm未満である場合、焼き戻し工程S3が行われることにより、120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が30×10-5以下であった。表4に示されるように、内輪10では、厚さTが5mm以上10mm未満である場合、焼き戻し工程S3が行われることにより、120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が20×10-5以下であった。
例えば参考文献(井上毅,「新しい焼き戻しパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼き戻し積算法への応用」,鉄と鋼,66,10(1980),1533)に記載されているように、焼き戻し工程S3が行われた後における加工対象部材20を構成する鋼の硬さ(Hv)は、加熱時間(t)及び加熱温度(T)を用いて、Hv=c×logt+d/T+e(c、d及びeは定数)となる。そのため、加熱コイル30による内周面20cの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、内周面20cにおける硬さ及び外周面20dにおける硬さを適宜調整することができる。
表5には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが300℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合の内周面20c(反軌道面)における鋼の硬さが示されている。表5の例では、加工対象部材20の厚さは、3mmである。表5に示されるように、焼き戻し工程S3が行われることにより内周面20c(反軌道面)における鋼の硬さが減少しているが、650Hv以上の硬さを維持することが可能である。表5には示されていないが、焼き戻し工程S3により外周面20d(軌道面10da)においては鋼中の残留オーステナイトが分解されにくいため、外周面20d(軌道面10da)における鋼の硬さは、焼き戻し工程S3の前後で大きく変化しない。
後処理工程S4においては、加工対象部材20に対する後処理が行われる。この後処理には、加工対象部材20に対する研削加工、加工対象部材20に対する洗浄等が含まれている。以上により、内輪10の製造工程が完了する。
以下に、内輪10の効果を説明する。
内輪10では、軌道面10daにおける鋼の硬さが600Hv以上となっているとともに、軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量が10体積パーセント以上となっている。そのため、内輪10によると、軌道面10daにおける信頼性(例えば、転動疲労寿命)が確保されている。
また、内輪10では、径方向における120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、厚さTが5mm未満の場合に30×10-5以下であり、厚さTが5mm以上10mm未満である場合に20×10-5以下であるため、寸法安定性が改善されている。このように、内輪10によると、軌道面10daにおける信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することができる。
軌道面10daに圧縮残留応力が作用している場合、軌道面10daが起点となる剥離の発生を抑制することができる。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量と内周面10c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量との差が3体積パーセント以上である場合、内輪10の寸法安定性をさらに改善することができる。内周面10c(反軌道面)における鋼の硬さが650Hvである場合、反軌道面における内輪10の耐摩耗性を改善することができる。
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。
以下に、第2実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。
第2実施形態に係る軌道輪は、転がり軸受の内輪10Aである。以下においては、内輪10の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
図8は、内輪10Aの断面図である。図8に示されるように、内輪10Aは、第1幅面10aと、第2幅面10bと、内周面10cと、外周面10dとを有している。外周面10dは、軌道面10daを有している。内輪10Aは、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製である。これらの点に関して、内輪10Aの構成は、内輪10の構成と共通している。
内輪10Aを構成している鋼は、浸窒処理が行われた鋼である。120℃で2000時間保持した後の内輪10Aの径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さTが5mm未満である場合に40×10-5以下であり、厚さTが5mm以上10mm未満である場合に30×10-5以下である。軌道面10da及び内周面10c(反軌道面)における鋼の硬さは、650Hv以上である。
内輪10Aでは、軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量が、18体積パーセント以上である。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量から内周面10c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、10体積パーセント以上である。軌道面10daには、100MPa以上の圧縮残留応力が作用している。これらの点に関して、内輪10Aの構成は、内輪10の構成と異なっている。
以下に、内輪10Aの製造方法を説明する。
ここでは、内輪10の製造方法と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
図9は、内輪10Aの製造方法を示す工程図である。図9に示されるように、内輪10Aの製造方法は、準備工程S1と、焼き入れ工程S2と、焼き戻し工程S3と、後処理工程S4とを有している。この点に関して、内輪10Aの製造方法は、内輪10の製造方法と共通している。
内輪10Aの製造方法は、浸窒工程S5をさらに有している。この点に関して、内輪10Aの製造方法は、内輪10の製造方法と異なっている。
浸窒工程S5は、焼き入れ工程S2の前に行われる。浸窒工程S5においては、加工対象部材20の表面に対する浸窒処理が行われる。浸窒工程S5は、窒素を含む雰囲気ガス(例えば、アンモニアガスを含む雰囲気ガス)中において、加工対象部材20を所定の温度で所定時間保持することにより行われる。これにより、加工対象部材20の表面において、鋼中に窒素が固溶される。
表6には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cを300℃となるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合の軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量の測定結果が示されている。なお、表6の例では、加工対象部材20の厚さは、3mmである。表6に示されるように、軌道面10daにおける鋼中のオーステナイト量は、外周面20dが水冷される結果、減少が抑制されており、焼き戻し工程S3後においても18体積パーセント以上であった。
上記のとおり、焼き戻し工程S3においては、外周面20d(外周面10d)における鋼中の残留オーステナイト量の低下が、抑制されている。その結果、表7に示されるように、焼き戻し工程S3後では、内周面20c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量との違いに起因して、外周面20d(軌道面10da)に圧縮残留応力が作用するようになる。特に、浸窒工程S5が行われている場合、焼き戻し工程S3が行われる前の残留オーステナイト量が多いため、焼き戻し工程S3が行われた後の外周面20d(軌道面10da)における圧縮残留応力が100MPa以上に大きくなる。
表8には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが300℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合と焼き戻し工程S3を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表9には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが450℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合と焼き戻し工程S3を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表8の例では加工対象部材20の厚さは3mmであり、表9の例では加工対象部材20の厚さは5mmである。表8及び表9中において寸法変化率の値が負であることは、加工対象部材20が収縮するように変形したことを示している。
表8に示されるように、内輪10では、厚さTが5mm未満である場合には、焼き戻し工程S3が行われることにより、120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、40×10-5以下であった。表9に示されるように、内輪10では、厚さTが5mm以上10mm未満である場合、焼き戻し工程S3が行われることにより、120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、30×10-5以下であった。
表10には、外周面20dを水冷した状態で内周面20cが300℃になるように加熱して焼き戻し工程S3を行った場合の内周面20c(反軌道面)における鋼の硬さが示されている。表10の例では、加工対象部材20の厚さは、3mmである。表10に示されるように、焼き戻し工程S3が行われることにより内周面20c(反軌道面)における鋼の硬さが減少しているが、650Hv以上の硬さを維持することが可能である。表10には示されていないが、焼き戻し工程S3により外周面20d(軌道面10da)においては鋼中の残留オーステナイトが分解されにくいため、外周面20d(軌道面10da)における鋼の硬さは、焼き戻し工程S3の前後で大きく変化しない。
以下に、内輪10Aの効果を説明する。ここでは、内輪10の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
内輪10Aでは、軌道面10daにおける鋼の硬さが650Hv以上となっているとともに、軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量が18体積パーセント以上となっている。そのため、内輪10Aによると、軌道面10daにおける信頼性(例えば、転動疲労寿命)が確保されている。
また、内輪10Aでは、径方向における120℃で2000時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、厚さTが5mm未満の場合に40×10-5以下であり、厚さTが5mm以上10mm未満である場合に30×10-5以下であるため、寸法安定性が改善されている。このように、内輪10Aによると、軌道面10daにおける信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することができる。
軌道面10daに100MPa以上の圧縮残留応力が作用している場合、軌道面10daが起点となる剥離の発生を抑制することができる。軌道面10daにおける鋼中の残留オーステナイト量と内周面10c(反軌道面)における鋼中の残留オーステナイト量との差が10体積パーセント以上である場合、内輪10の寸法安定性をさらに改善することができる。内周面10c(反軌道面)における鋼の硬さが650Hvである場合、反軌道面における内輪10の耐摩耗性を改善することができる。
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
上記の実施形態は、転がり軸受の軌道輪に特に有利に適用される。
10 内輪、10A 内輪、10a 第1幅面、10b 第2幅面、10c 内周面、10d 外周面、10da 軌道面、11 第1表層部、12 第2表層部、20 加工対象部材、20a 第1幅面、20b 第2幅面、20c 内周面、20d 外周面、30 加熱コイル、A 中心軸、S1 準備工程、S2 焼き入れ工程、S3 焼き戻し工程、S4 後処理工程、S5 浸窒工程、S21 加熱工程、S22 冷却工程、T 厚さ。
Claims (11)
- 鋼製の軌道輪であって、
内周面と、
前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
前記鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、
前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、5mm未満であり、
前記軌道面における残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上であり、
前記軌道面における前記鋼の硬さは、600Hv以上であり、
120℃で2000時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、30×10-5以下である、軌道輪。 - 鋼製の軌道輪であって、
内周面と、
前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
前記鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、
前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、5mm以上10mm未満であり、
前記軌道面における残留オーステナイト量は、10体積パーセント以上であり、
前記軌道面における前記鋼の硬さは、600Hv以上であり、
120℃で2000時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、20×10-5以下である、軌道輪。 - 前記軌道面には圧縮残留応力が作用している、請求項1又は請求項2に記載の軌道輪。
- 前記軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、3体積パーセント以上である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の軌道輪。
- 鋼製の軌道輪であって、
内周面と、
前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
前記鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、
前記鋼には、浸窒処理が行われており、
前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、5mm未満であり、
前記軌道面における残留オーステナイト量は、18体積パーセント以上であり、
前記軌道面における硬さにおける硬さは、650Hv以上であり、
120℃で2000時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、40×10-5以下である、軌道輪。 - 鋼製の軌道輪であって、
内周面と、
前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
前記鋼は、JIS規格に定められた高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、
前記鋼には、浸窒処理が行われており、
前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、5mm以上10mm未満であり、
前記軌道面における残留オーステナイト量は、18体積パーセント以上であり、
前記軌道面における前記鋼の硬さは、650Hv以上であり、
120℃で2000時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、30×10-5以下である、軌道輪。 - 前記軌道面には100MPa以上の圧縮残留応力が作用している、請求項5又は請求項6に記載の軌道輪。
- 前記軌道面における前記鋼中の残量オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を除した値は、10体積パーセント以上である、請求項5~請求項7のいずれか1項に記載の軌道輪。
- 前記反軌道面における前記鋼の硬さは、650Hv以上である、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の軌道輪。
- 前記軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値で除した値は、0.3体積パーセント/mm以上30体積パーセント/mm以下である、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の軌道輪。
- 前記軌道面における前記鋼の硬さから前記反軌道面における前記鋼の硬さを減じた値を前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値で除した値は、1Hv/mm以上100Hv/mm以下である、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の軌道輪。
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