JP4629385B2 - 針状ころ軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、転動体として針状ころを用いた針状ころ軸受に関するものである。
針状ころを軸の回りの円筒面に配列したラジアルタイプの針状ころ軸受や、針状ころを軸の回りに放射状に配列したスラストタイプの針状ころ軸受には、配列された針状ころを鋼製保持器で保持したものが多く採用されている。転動体として細径の針状ころを用いたこれらの針状ころ軸受は、転動体のほかに保持器のみを備えたものと、さらに内外輪の少なくとも一方の軌道輪を備えたものとがあるが、いずれも他の転動体を用いる転がり軸受に較べて薄い軸受厚みで大きな負荷容量を確保できるので、産業機械や自動車等を構成する各種機械装置をコンパクト化するのに好便であり、滑り軸受の置き換え用も含めて用途が拡大している。
ラジアルタイプの針状ころ軸受の鋼製保持器は、その製造工程によって大別すると、パイプ材から削り出しによって製造する削り出し保持器、板材から打ち抜いた円形ブランクを絞り工程を含むプレス加工で成形するプレス保持器、および帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接する溶接保持器とがある。溶接保持器は、生産効率を高めるために、帯板の状態でポケット抜きやロール成形による段差や折り曲げ部の形成が行なわれることが多い。一方、スラストタイプの針状ころ軸受の鋼製保持器は、板材からの打ち抜きや削り出しで製造され、必要に応じてプレス加工されるものもある。
これらの鋼製保持器の形状は、その用途によって様々であるが、いずれも針状ころを収納する複数のポケットがポケット抜きで形成され、各ポケットが柱部で区画されている。針状ころ軸受では、これらのポケットに収納されて転動する針状ころが、ポケットを区画する柱部の側面に摺接する。針状ころは転動に伴ってスキューすることがあり、このようなスキューが生じたときは、針状ころの柱部側面への摺接が局所的となり、摺接圧力が非常に高くなる。また、針状ころ軸受が軌道輪を備えている場合は、保持器の内径面または外径面が軌道輪と摺接することもある。このため、これらの保持器の摺接面には、摩耗のほかに焼付き等の表面損傷が生じることがある。
従来、針状ころ軸受の鋼製保持器の素材には、製造工程における切削加工性やプレス加工性等を考慮して、炭素含有量が０．１５質量％以下であるＳ１５Ｃ等の低炭素機械構造用鋼、ＳＣＭ４１５等の低炭素機械構造用合金鋼、およびＳＰＣ等の低炭素冷延鋼板が多く用いられている。このような炭素含有量が０．１５質量％以下の素材を用いて、上述したような保持器の摩耗や表面損傷を防止するために、従来は、加工後に、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理のような表面熱処理を施したり（例えば、特許文献１参照）、前熱処理として浸炭窒化処理をするかまたは前熱処理なしで、ポケット部の転動体が接触する部分に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施したり（例えば、特許文献２参照）している。特許文献２に記載されたものでは、この表面焼入れによって、表面硬さをＨＶ２５０以上、心部硬さをＨＶ１９０以下としている。また、銀や銅等の金属めっき処理、燐酸マンガン処理等の酸化皮膜処理のような表面化学処理を施して（例えば、特許文献３参照）、耐摩耗性や表面疲労強度を高めるように鋼製保持器を表面改質したものもある。
特開平１０−４６３１８号公報（第３−４頁） 特開２０００−２０５２７４号公報（第２−３頁） 特開平１１−３０３８７５号公報（第２−３頁）
上述した従来の針状ころ軸受に採用されている、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等の表面熱処理によって鋼製保持器を表面改質する手段は、これらの表面熱処理が雰囲気調整を必要とするので、雰囲気炉等の熱処理設備が大きくなるとともに、炭素や窒素を拡散させるために熱処理時間が長くなる問題がある。また、雰囲気を調整する熱処理は、一度に多数の部品を処理しないと効率が悪いので大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムが長くなる問題もある。さらに、焼入れ油等の廃油処理も必要であり、地球環境への負担も無視できない。
一方、金属めっき処理、酸化皮膜処理等の表面化学処理によって鋼製保持器を表面改質する手段は、めっき処理等のための表面処理設備が大きくなるとともに、めっき皮膜や酸化皮膜等の表面皮膜の形成と、その厚みの確保のために処理時間が長くなる。また、上記表面熱処理の場合と同様に、大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムも長くなり、めっき液等の廃液処理も必要とするので、地球環境への負担も大きくなる。
また、これらの表面改質のための表面熱処理や表面化学処理では、突然の停電や何らかのトラブルで処理設備が停止すると、処理中の大量の保持器が不良品となり、その回収と設備の復帰のために多大な時間とコストが無駄になる問題もある。さらに、已むを得ず小ロット生産を行う場合は、生産効率が低下するのみでなく、異品が混入する恐れもある。
なお、特許文献２には、ころ軸受を実施例とした転がり軸受用保持器に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施す手段が記載されており、前熱処理として浸炭窒化処理をしなければ、雰囲気炉等の熱処理設備を必要としない。しかしながら、特許文献２に記載された転がり軸受用保持器は、多数のポケットを有する針状ころ軸受の保持器に適用すると、各ポケット毎に表面のみを焼入れするのに非常に手間がかかる問題がある。また、保持器のポケットを区画する柱部は、針状ころの進み遅れやスキューによって圧縮応力や引張応力を負荷されるので、表面焼入れのみでは保持器全体の疲労強度や破壊強度を高めることができない問題もある。
そこで、本発明の課題は、針状ころ軸受の鋼製保持器を、コンパクトな処理設備を用いて、小ロット生産でも短時間で効率よく熱処理し、その摩耗や表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めることである。
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の針状ころを鋼製保持器で保持した針状ころ軸受において、前記針状ころ軸受を外輪を備えたものとし、前記鋼製保持器を前記外輪および前記針状ころと一体に組み立てたあとで、前記鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施した構成を採用した。
すなわち、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すことにより、小寸法で肉厚の薄いものが多い針状ころ軸受の鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めることができるようにした。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少ない。
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。通常、高周波熱処理は高周波焼入れと高周波焼戻しまたは炉焼戻しとから成るが、高周波焼戻しを選択すれば、共に処理時間の短い高周波焼入れと高周波焼戻しとを容易にインライン化することができる。
前記鋼製保持器の表面硬さと内部硬さは、ビッカース硬度でＨＶ３５０〜７００の範囲に入れるのがよい。耐摩耗性と保持器全体の疲労強度は硬度が高いほど向上するが、鋼製保持器の硬度がＨＶ３５０未満では、これらの耐摩耗性と疲労強度を十分に確保できない。また、破壊強度は硬度が高いと靭性の低下によって割れやすくなり、硬度が低いと変形によって壊れやすくなるので、鋼製保持器の硬さは、好ましくはＨＶ４００〜６５０とするのがよい。
前記鋼製保持器の炭素含有量は０．１５〜１．１０質量％の範囲に入れるのがよい。炭素含有量が０．１５質量％未満では、高周波熱処理のみでは鋼製保持器の表面硬さを十分に確保できない。また、炭素含有量が増加すると加工性や溶接性が低下するので、炭素含有量は１．１０質量％以下、好ましくは０．５０質量％以下とするのがよい。なお、炭素含有量を０．３０質量％以下とすれば、鉄の母相に炭素を完全に固溶させることができるので、高周波熱処理における高周波焼戻しや炉焼戻しを省略することもできる。
本発明の針状ころ軸受は、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すようにしたので、小寸法で肉厚の薄いものが多い針状ころ軸受の鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や表面損傷を防止できるとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めることができる。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少なくすることができる。
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この針状ころ軸受は、図１に示すように、外輪１の軌道面１ａに沿って軸Ａの回りの円筒面に配列された針状ころ２を、鋼製保持器３で保持したラジアルタイプのものである。この外輪１は鋼板のプレス加工で形成されたシェル型外輪であるが、切削加工で形成される外輪としてもよい。
前記保持器３はプレス加工で成形されたプレス保持器であり、図２に示すように、鋼板から打ち抜かれた円形ブランクが絞り工程でカップ状に絞られたのち、成形工程で底抜き、縁切り、縁曲げされて両端鍔付きの円筒体とされ、さらにポケット抜き工程で針状ころ２を収納するポケット３ａが打ち抜かれたのち、仕上げ成形工程で円筒体中央部に段差を形成されている。
前記保持器３の素材鋼板は、炭素含有量が０．５０質量％の構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃであり、図２に示したようにプレス加工されたのちに、肉厚方向を含めた全体に、高周波焼入れと高周波焼戻しとから成る高周波熱処理を施されて、製品の表面硬さがビッカース硬度でＨＶ４００〜６５０の範囲に入れられている。この保持器３の素材鋼板は、炭素含有量が０．１５〜１．１０質量％の範囲に入るものであればよく、他の構造用炭素鋼やＳＫ５等の工具鋼とすることもできる。素材鋼板の炭素含有量を０．３０質量％以下とする場合は、高周波焼戻しを省略してもよい。また、高周波熱処理は、保持器３を外輪１および針状ころ２と一体に組み立てたあとで施すこともでき、高周波焼戻しの替りに炉焼戻しを行なってもよい。
図３は、前記鋼製保持器３の形状の変形例を示す。図３（ａ）、（ｂ）は、プレス保持器または、ポケット抜きした帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図３（ｃ）は、ロール成形で段差を形成してポケット抜きした帯板を、同様に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図３（ｄ）、（ｅ）は、パイプ材から削り出しした削り出し保持器の例である。これらの変形例と第１の実施形態の保持器３を用いた針状ころ軸受は、そのまま軌道輪のないものとすることもできる。
図４は、第２の実施形態を示す。この針状ころ軸受は、外輪４と内輪５の各軌道面４ａ、５ａ間で軸Ｂの回りに放射状に配列した針状ころ６を、鋼製保持器７で保持したスラストタイプのものである。外輪４、内輪５および保持器７に保持された各針状ころ６は、外輪４と内輪５に設けられた各爪４ｂ、５ｂによって非分離とされている。
前記鋼製保持器７は溶接保持器であり、その素材鋼板は炭素含有量が０．３０質量％の構造用炭素鋼Ｓ３０Ｃである。この保持器７も、加工と溶接後に高周波焼入れと高周波焼戻しとから成る高周波熱処理を施され、製品の表面硬さがビッカース硬度でＨＶ４００〜６５０の範囲に入れられている。
第１の実施形態の針状ころ軸受を示す縦断面図 図１の鋼製保持器のプレス加工工程を説明する概念図 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ図１の鋼製保持器の変形例を示す断面図 第２の実施形態の針状ころ軸受を示す一部省略縦断面図
符号の説明
１ 外輪
１ａ 軌道面
２ 針状ころ
３ 保持器
３ａ ポケット
４ 外輪
５ 内輪
４ａ、５ａ 軌道面
４ｂ、５ｂ 爪
６ 針状ころ
７ 保持器

Claims (1)

  1. 複数の針状ころを鋼製保持器で保持した針状ころ軸受において、前記針状ころ軸受を外輪を備えたものとし、その外輪は鋼板のプレス加工で形成されたシェル型外輪であり、前記鋼製保持器は、板材から打ち抜いた円形ブランクを絞り工程を含むプレス加工で成形するプレス保持器であり、この鋼製保持器の炭素含有量が０．１５〜１．１０質量％の範囲にあり、前記鋼製保持器を前記外輪および前記針状ころと一体に組み立てたあとで、前記鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施し、前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含め、前記鋼製保持器全体の表面硬さと内部硬さがビッカース硬度でＨＶ４００〜６５０の範囲にあることを特徴とする針状ころ軸受。
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