JP4186568B2 - 転がり軸受及び転がり軸受の内輪の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は転がり軸受及び転がり軸受の内輪の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、清浄油や異物の混ざった油（異物油）の中、或いはグリース潤滑下で使用される転がり軸受については、その軌道輪の軌道部の長寿命化を図るために、当該軌道輪に浸炭、窒化、高周波焼入等の表面硬化処理を施すことが行われており（例えば特許文献１参照）、特に、清浄油中での長寿命化に関しては、材料中の非金属介在物の含有割合を減らしたり、合金成分を添加して強度を高めたりすることも行われている（例えば特許文献２参照）。
しかし、前記の長寿命化のための方策は、いずれも転がり軸受の製造コストが高く付くという問題があった。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、軌道輪の寿命をコスト安価に延ばすことができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１９５０７０号公報（第２頁〜第３頁）
【特許文献２】
特開２００２−２２０６３８号公報（第２頁〜第４頁）
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受は、軌道輪としての内輪と外輪との間に複数の転動体を介在している転がり軸受において、前記内輪と外輪の少なくとも一方が、熱処理硬化された軸受用鋼からなり、前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施して、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下しており、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴としている（請求項１）。
このような構成の転がり軸受によれば、前記軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、前記ローラバニシング加工によって軌道部に残留圧縮応力が生じる点と相まって、軌道部の疲労強度をより一層効果的に高めることができる。
【０００５】
前記転がり軸受は、軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上である。そのため、軌道部の疲労強度をより効果的に高めることができる。
また、本発明の転がり軸受の内輪の製造方法は、少なくとも内輪の軌道部を形成するように所定形状に加工された後、熱処理硬化されたブランクの軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施す工程を含み、
前記軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とし、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる転がり軸受を示す断面図である。この転がり軸受は、同芯に配置された軌道輪としての内輪１及び外輪２の相互間に、転動体としての玉３を複数個介在し、各玉３を保持器４によって等間隔に保持している。
【０００７】
前記内輪１及び外輪２は、焼入硬化されたＳＵＪ−２等の軸受鋼からなり、その軌道部１ｃ，２ｃは、表面の硬さがＨＲＣ６５以上、表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下である。また、前記軌道部１ｃ，２ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であり、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上である。
【０００８】
図２は前記内輪１の製造方法の一例を示す工程図である。この製造方法は、まず、環状素材Ａ（図２（ａ）参照）に旋削加工を施して、端面１ａ、外周１ｂ、軌道部１ｃ及び内周１ｄ等を所定形状に加工する（図２（ｂ）参照）。次に、この旋削加工されたブランクＢを熱処理して、例えばＨＲＣ６０〜６３の硬さに硬化させる（図２（ｃ）参照）。その後、熱処理が完了したブランク３の端面１ａ、軌道部１ｃ及び内周１ｄを、研磨加工によって所定精度に仕上げる（図２（ｄ）参照）。
【０００９】
研磨加工が完了すると、前記軌道部１ｃの表面にローラバニシング加工を施す（図２（ｅ）参照）。このローラバニシング加工は、油圧で保持されたセラミックス製の鏡面ボールＣを、軌道部１ｃに強圧で押し付けて転がり接触させながら、軌道部１ｃの軸方向断面に沿って移動させるものである。このローラバニシング加工は、軌道部１ｃの硬さがＨＲＣ６５以上、表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上となるように、そのバニシング量や加圧力等の加工条件を選択する。
【００１０】
図３は前記ローラバニシング加工後における軌道部１ｃの表面からの各深さにおける硬さを測定した結果を示すグラフ図である。比較のためにローラバニシング加工を施す前のもの、及び旋削仕上げされた軌道部にショットピーニングを施したものの測定結果も同図に併せて記載している。
図３より明らかなように、ローラバニシング加工された軌道部１ｃは、その表面付近においてＨｖ８４０（ＨＲＣ６５．３）以上の硬さが確保されている。また、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さにおいて、Ｈｖ７００（ＨＲＣ６０．１）以上の硬さがそれぞれ確保されており、当該０．２ｍｍの深さにおける硬さが、ローラバニシング加工を施す前のもの及びショットピーニングを施したものよりも大幅に硬くなっている。
【００１１】
図４は記ローラバニシング加工後における軌道部１ｃの表面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。比較のためにローラバニシング加工を施す前のもの、及び研磨仕上げされた軌道部にショットピーニングを施したものの測定結果も同図に併せて記載している。
図４より明らかなように、ローラバニシング加工後の軌道部１ｃは、その表面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの深さにおいて、１０００ＭＰａ以上の残留圧縮応力が生じており、しかも、ショットピーニング品に比べて約２倍の深さまで加工硬化が生じている。
【００１２】
外輪２の製造方法についても前記した内輪１の製造方法と基本的に同じであり、その軌道部２ｃのローラバニシング加工についても、ブランクＢを熱処理し、その軌道部２ｃを研磨した後において、内輪１の場合と同様にして行う。
【００１３】
以上により得られた内輪１及び外輪２は、軌道部１ｃ，２ｃのローラバニシング加工によって、軌道部に残留圧縮応力を生じさせることができるとともに、当該軌道部１ｃ，２ｃの表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度を高めることができる。特に、前記実施の形態においては、軌道部１ｃ，２ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であるので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度をさらに効果的に高めることができる。さらに、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であるので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度をより一層効果的に高めることができる。したがって、前記内輪１及び外輪２を組み込んだ玉軸受の寿命を従来品に比べて大幅に延ばすことができる。具体的には、前記内輪１及び外輪２を軸受型番６２０６に適用し、清浄油中及び異物油中において下記の条件でそれぞれ寿命試験を行った結果、軸受鋼からなる従来品と比べて清浄油中で３倍、異物油中で２倍の寿命を発揮できることが確認されている。しかも、軌道部１ｃ，２ｃにローラバニシング加工を施すだけであるので、そのコスト負担も僅かで済む。
【００１４】
＜寿命試験条件＞
(1)試験機 ＫＳラジアル寿命試験機
(2)ラジアル荷重 ９７０９Ｎ／ｂｒｇ
(3)回転数 １８００ｒｐｍ
(4)潤滑 タービン油＃１０ 油浴
(5)油温 自然昇温（約８５℃）
(6)試験方法 ２セット×５回 サドンデス試験
【００１５】
なお、前記実施の形態の形態においては、内輪１及び外輪２の素材として軸受鋼を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば浸炭鋼等の他の軸受用鋼を用いて実施してもよい。また、この発明の転がり軸受は、その使用条件に応じて前記内輪１及び外輪２の少なくとも一方の軌道部にローラバニシング加工を施して実施することもできる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、内輪の軌道部に施したローラバニシング加工によって、当該軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、軌道部に残留圧縮応力が生じている点と相まって、軌道部の疲労強度を高めることができる。したがって、転がり軸受の寿命をコスト安価に延ばすことができる。また、かかる転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、軸受用鋼からなる軌道輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であるので、軌道部の疲労強度をより効果的に高めることができ、前記転がり軸受の寿命をより効果的に延ばすことができる。さらに、かかる転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であるので、軌道部の疲労強度をより一層効果的に高めることができ、前記転がり軸受の寿命をより一層効果的に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。
【図２】内輪の製造方法を示す工程図である。
【図３】軌道部の表面からの各深さにおける硬さを測定した結果を示すグラフ図である。
【図４】軌道部の表面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 内輪
１ｃ 軌道部
２ 外輪
２ｃ 軌道部
Ｂ ブランク
【産業上の利用分野】
この発明は転がり軸受及び転がり軸受の内輪の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、清浄油や異物の混ざった油（異物油）の中、或いはグリース潤滑下で使用される転がり軸受については、その軌道輪の軌道部の長寿命化を図るために、当該軌道輪に浸炭、窒化、高周波焼入等の表面硬化処理を施すことが行われており（例えば特許文献１参照）、特に、清浄油中での長寿命化に関しては、材料中の非金属介在物の含有割合を減らしたり、合金成分を添加して強度を高めたりすることも行われている（例えば特許文献２参照）。
しかし、前記の長寿命化のための方策は、いずれも転がり軸受の製造コストが高く付くという問題があった。
この発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、軌道輪の寿命をコスト安価に延ばすことができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１９５０７０号公報（第２頁〜第３頁）
【特許文献２】
特開２００２−２２０６３８号公報（第２頁〜第４頁）
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受は、軌道輪としての内輪と外輪との間に複数の転動体を介在している転がり軸受において、前記内輪と外輪の少なくとも一方が、熱処理硬化された軸受用鋼からなり、前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施して、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下しており、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴としている（請求項１）。
このような構成の転がり軸受によれば、前記軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、前記ローラバニシング加工によって軌道部に残留圧縮応力が生じる点と相まって、軌道部の疲労強度をより一層効果的に高めることができる。
【０００５】
前記転がり軸受は、軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上である。そのため、軌道部の疲労強度をより効果的に高めることができる。
また、本発明の転がり軸受の内輪の製造方法は、少なくとも内輪の軌道部を形成するように所定形状に加工された後、熱処理硬化されたブランクの軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施す工程を含み、
前記軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とし、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる転がり軸受を示す断面図である。この転がり軸受は、同芯に配置された軌道輪としての内輪１及び外輪２の相互間に、転動体としての玉３を複数個介在し、各玉３を保持器４によって等間隔に保持している。
【０００７】
前記内輪１及び外輪２は、焼入硬化されたＳＵＪ−２等の軸受鋼からなり、その軌道部１ｃ，２ｃは、表面の硬さがＨＲＣ６５以上、表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下である。また、前記軌道部１ｃ，２ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であり、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上である。
【０００８】
図２は前記内輪１の製造方法の一例を示す工程図である。この製造方法は、まず、環状素材Ａ（図２（ａ）参照）に旋削加工を施して、端面１ａ、外周１ｂ、軌道部１ｃ及び内周１ｄ等を所定形状に加工する（図２（ｂ）参照）。次に、この旋削加工されたブランクＢを熱処理して、例えばＨＲＣ６０〜６３の硬さに硬化させる（図２（ｃ）参照）。その後、熱処理が完了したブランク３の端面１ａ、軌道部１ｃ及び内周１ｄを、研磨加工によって所定精度に仕上げる（図２（ｄ）参照）。
【０００９】
研磨加工が完了すると、前記軌道部１ｃの表面にローラバニシング加工を施す（図２（ｅ）参照）。このローラバニシング加工は、油圧で保持されたセラミックス製の鏡面ボールＣを、軌道部１ｃに強圧で押し付けて転がり接触させながら、軌道部１ｃの軸方向断面に沿って移動させるものである。このローラバニシング加工は、軌道部１ｃの硬さがＨＲＣ６５以上、表面の中心線平均粗さＲａが０．１μｍ以下、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上となるように、そのバニシング量や加圧力等の加工条件を選択する。
【００１０】
図３は前記ローラバニシング加工後における軌道部１ｃの表面からの各深さにおける硬さを測定した結果を示すグラフ図である。比較のためにローラバニシング加工を施す前のもの、及び旋削仕上げされた軌道部にショットピーニングを施したものの測定結果も同図に併せて記載している。
図３より明らかなように、ローラバニシング加工された軌道部１ｃは、その表面付近においてＨｖ８４０（ＨＲＣ６５．３）以上の硬さが確保されている。また、当該表面から少なくとも０．２ｍｍの深さにおいて、Ｈｖ７００（ＨＲＣ６０．１）以上の硬さがそれぞれ確保されており、当該０．２ｍｍの深さにおける硬さが、ローラバニシング加工を施す前のもの及びショットピーニングを施したものよりも大幅に硬くなっている。
【００１１】
図４は記ローラバニシング加工後における軌道部１ｃの表面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。比較のためにローラバニシング加工を施す前のもの、及び研磨仕上げされた軌道部にショットピーニングを施したものの測定結果も同図に併せて記載している。
図４より明らかなように、ローラバニシング加工後の軌道部１ｃは、その表面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの深さにおいて、１０００ＭＰａ以上の残留圧縮応力が生じており、しかも、ショットピーニング品に比べて約２倍の深さまで加工硬化が生じている。
【００１２】
外輪２の製造方法についても前記した内輪１の製造方法と基本的に同じであり、その軌道部２ｃのローラバニシング加工についても、ブランクＢを熱処理し、その軌道部２ｃを研磨した後において、内輪１の場合と同様にして行う。
【００１３】
以上により得られた内輪１及び外輪２は、軌道部１ｃ，２ｃのローラバニシング加工によって、軌道部に残留圧縮応力を生じさせることができるとともに、当該軌道部１ｃ，２ｃの表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度を高めることができる。特に、前記実施の形態においては、軌道部１ｃ，２ｃの表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であるので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度をさらに効果的に高めることができる。さらに、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であるので、当該軌道部１ｃ，２ｃの疲労強度をより一層効果的に高めることができる。したがって、前記内輪１及び外輪２を組み込んだ玉軸受の寿命を従来品に比べて大幅に延ばすことができる。具体的には、前記内輪１及び外輪２を軸受型番６２０６に適用し、清浄油中及び異物油中において下記の条件でそれぞれ寿命試験を行った結果、軸受鋼からなる従来品と比べて清浄油中で３倍、異物油中で２倍の寿命を発揮できることが確認されている。しかも、軌道部１ｃ，２ｃにローラバニシング加工を施すだけであるので、そのコスト負担も僅かで済む。
【００１４】
＜寿命試験条件＞
(1)試験機 ＫＳラジアル寿命試験機
(2)ラジアル荷重 ９７０９Ｎ／ｂｒｇ
(3)回転数 １８００ｒｐｍ
(4)潤滑 タービン油＃１０ 油浴
(5)油温 自然昇温（約８５℃）
(6)試験方法 ２セット×５回 サドンデス試験
【００１５】
なお、前記実施の形態の形態においては、内輪１及び外輪２の素材として軸受鋼を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば浸炭鋼等の他の軸受用鋼を用いて実施してもよい。また、この発明の転がり軸受は、その使用条件に応じて前記内輪１及び外輪２の少なくとも一方の軌道部にローラバニシング加工を施して実施することもできる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、内輪の軌道部に施したローラバニシング加工によって、当該軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としているので、軌道部に残留圧縮応力が生じている点と相まって、軌道部の疲労強度を高めることができる。したがって、転がり軸受の寿命をコスト安価に延ばすことができる。また、かかる転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、軸受用鋼からなる軌道輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であるので、軌道部の疲労強度をより効果的に高めることができ、前記転がり軸受の寿命をより効果的に延ばすことができる。さらに、かかる転がり軸受及び転がり軸受の製造方法によれば、前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であるので、軌道部の疲労強度をより一層効果的に高めることができ、前記転がり軸受の寿命をより一層効果的に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。
【図２】内輪の製造方法を示す工程図である。
【図３】軌道部の表面からの各深さにおける硬さを測定した結果を示すグラフ図である。
【図４】軌道部の表面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 内輪
１ｃ 軌道部
２ 外輪
２ｃ 軌道部
Ｂ ブランク
Claims (4)
- 軌道輪としての内輪と外輪との間に複数の転動体を介在している転がり軸受において、
前記内輪と外輪の少なくとも一方が、熱処理硬化された軸受用鋼からなり、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施して、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下としており、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴とする転がり軸受。 - 前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上である請求項１記載の転がり軸受。
- 転がり軸受の内輪の製造方法において、
少なくとも内輪の軌道部を形成するように所定形状に加工された後、熱処理硬化させたブランクの軌道部に、ボールを強圧で押し付けて転がり接触させるローラバニシング加工を施す工程を含み、
前記軌道部の表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の硬さをＨＲＣ６５以上とし、その表面の中心線平均粗さＲａを０．１μｍ以下とし、
前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨＲＣ６０以上であることを特徴とする転がり軸受の内輪の製造方法。 - 前記軸受用鋼からなる内輪の軌道部の表面から少なくとも０．１５ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上である請求項３記載の転がり軸受の内輪の製造方法。
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| JP2002277535A JP4186568B2 (ja) | 2002-09-24 | 2002-09-24 | 転がり軸受及び転がり軸受の内輪の製造方法 |
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