JPH01206118A

JPH01206118A - 回転体の軸受構造

Info

Publication number: JPH01206118A
Application number: JP2961888A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和雄佐藤; Takeshi Okazaki; 健岡崎; Katsunori Hanakawa; 勝則花川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1989-08-18
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2632529B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、回転体の軸受の構造に関し、詳しくは、その
材質の改良に関するものである。

（従来の技術）例えば４輪駆動タイプの自動車の駆動系のデファレンシ
ャルギアケースは、回転自在にベアリングに支持されて
いる。このようにベアリングのローラ等の転動子と直接
接触する回転体の軸受部分は高い耐摩耗性が要求される
。また、回転接触に伴うピッチングによりケース表面が
荒れて接触部分に、ピット等が発生するのを防止するた
め、高い耐ピツチング性も必要とされる。

前記デフケース１は、一般に、球状黒鉛鋳鉄により形成
されるものであるが、球状黒鉛鋳鉄は前述したような耐
摩耗性や耐ピツチング性に乏しい。

例えば第４図に示すＦ　ＣＤ　−６５Ｎを原材料とする
４ＷＤ車の回転タイプのデフケース１は基地組織がパー
ライト地であるため耐ピツチング性、耐摩耗性に劣る。

したがって、ベアリングの転動子９と、ケース表面が直
接接触することのないよう、インナレースを設ける方法
が採用されている。すなわち、ピッチング対策として、
転動子９の当り幅部分に剛性の高い浸炭鋼スリーブ２を
装着し、また耐摩耗性を向上させるため高周波焼入処理
部３を設け、さらにケース内側にもスラストワッシャ一
部４を設け、またケースコーナ部５には疲労強度対策と
して、ロール加工を行う等して補強を施している。

また他に補強対策が施されたデフケースとしては、Ｆ−
Ｒ車における回転しないタイプの固定型デフケースにお
いて、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理したものがあ
る。

（発明が解決しようとする課題）しかし前述した４ＷＤタイプのデフケースのようにイン
ナレースを設けて耐摩耗性や、耐ピツチング性を向上さ
せる方法は、生産性の面からも好ましくなく、効果的で
はない。このため回転するデフケースにおいてもインナ
レースを設けずに、直接に転動子９と接触せしめても不
都合のない回転体の軸受構造の開発が要望されている。

本発明は、前記要望に応え、生産性を低下させることな
い効果的な方法で、耐摩耗性、耐ピツチング性に優れた
回転体の軸受構造を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明の回転体の軸受構造は、ベアリングの転動子に直
接回転自在に、支持された回転体がベイナイトと残留オ
ーステナイトの混在組織からなる球状黒鉛鋳鉄で構成さ
れることを特徴とするものである。

なお、前記、ベイナイトと残留オーステナイトの混在組
織は、一般に球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理するこ
とにより得るのが好ましい。

（作　　用）本発明の回転体の軸受構造は前述したような構造をとる
ため、剛性の高い材質で回転体を形成することができ、
回転体自体の耐疲労強度等を向上せさることができる。

（実　施　例）以下、本発明の回転体の軸受構造の実施例を第１図に示
す４ＷＤタイプの車両の駆動系のデファレンシャルギア
ケースを例にとって説明する。

デフケース６はＣ（２，５％〜４．１％）　、　８１　
（１，８％〜３．５％）　、　Ｍｎ　（０，１％〜０．
５％）、Ｐ（５０，１５％）、Ｓ（５０，０３％）　、
　Ｃｕ　（０，３％〜１．３％）。

Ｍｏ　　（０，０４％〜０．５％）　、　Ｍｇ　（０，
０２５％〜０．１０％）の化学成分からなる球状黒鉛鋳
鉄からなる。すなわち本実施例においては、Ｃ，Ｓｌ、
Ｍｎ、Ｐ＊Ｓ、Ｍｇからなる一般的な球状黒鉛鋳鉄の基
本組成にＣｕ、Ｍｏを添加したものを用いて、デフケー
スを作成することにより耐摩耗性、耐ピツチング性およ
び疲労強度特性の向上がはかられている。

本実施例においてＣｕは０．４％〜１．３％の範囲が適
当である。これは０．４％以下ではＭｏとの関係におい
て、焼入れ性が不十分となり残留オーステナイトが得ら
れなくなり、疲労強度、耐ピツチング特性が得られない
。また、１．３％以上になると焼入れ性は確保されるが
、粒界への偏析傾向が強くなり強度、靭性の低下および
疲労強度の低下を招く。またＭｏは０．０４％〜０．５
％の範囲とするのが適当である。Ｍｏ元素はＣｕとの組
合せによって疲労強度特性を向上する元素であるが０．
０４％以下では効果が顕著でなく、一方０．５％以上で
は基地中への炭化物の析出傾向が強くなり、疲労強度を
鋳物肉厚との関係において著るしく阻害する。

また残留オーステナイトが塊状に残留する傾向が強くな
り特にＭｎとの関係においては加工性を著るしく低下す
る。

したがって、本実施例においては、Ｃ（３，４８％）　
、　　５ｉ（２，８６％）　、　Ｍｎ（０，３２％）　
、　Ｐ　（０，０２％）　、　　Ｓ　（０，００７％）
　、　　Ｃｕ（０，８２％）　、　Ｍｏ（０，０９％）
　、　Ｍｇ　（０，０４３％）の組成により、デフケー
ス６を作成する。

デフケース６の鋳造においては、前記組成を有する溶湯
に注湯流接種を行い鋳込みを行う。注湯流接種とはこの
溶湯の鋳込み時、前記組成の溶湯を鋳型に鋳込むとき溶
湯の流れに接種を行うもので、Ｆｅ−５ｉをベースにＣ
ａ、Ａ、ｌ！　Ｂａ、Ｂｉ　。

ＲＥを適量添加した市販の接種剤を０．Ｏ１〜０．８ｖ
ｔ％注渦流に接種し、これにより黒鉛粒数の増加を計り
、後工程のオーステンパー処理における処理品の加工性
を改善する方法がとられる。また、この接種により、塊
状に残留するオーステナイトが分散され黒鉛粒数の増加
との相乗効果によって疲労強度が向上する。このように
して素材を鋳造し、次に二段焼鈍処理を行う。焼鈍はチ
ル分解とフェライト化による加工性改善とＡＴ処理によ
る熱変形抑制のための鋳造応力除去、および基地組織の
均一化によってオーステナイト化時の変態による歪み抑
制を狙いとするものでオーステンパー処理前に行う。

本実施例における焼鈍は２段焼鈍であり、８００℃〜９
５０℃で０．５時間〜４時間焼鈍し、さらに６５０℃〜
７５０℃で０．５時間〜４時間焼鈍する方法が適してお
り、９２０℃で３時間焼鈍を行い、その後７３０℃で３
．５時間焼鈍し、炉冷する二段焼鈍方法をとるのが最も
好ましい。なお炉冷は、被焼鈍物が５５０℃以下に炉冷
せしめられた後は空冷も可能となる。このように焼鈍に
より組織調整や鋳造応力の除去を行った後、次工程とし
て機械加工を行う。この機械加工においては、寸法精度
の厳しい部分には、研磨式を０．１１〜０．１５＋ａｍ
残し全加工を行いこの後にオーステンパー処理を行う。

オーステンパー処理は、高い疲労強度の確保およびニー
ドルベアリングをセットする軸部の耐ピツチング性を向
上させるに必要なオーステナイトを基地中に残留させる
ために行うもので、前記機械加工済の素材を８３０℃〜
９００℃に０．５時間〜４．０時間熱し、オーステナイ
ト化処理を行い急冷し、２５０℃〜４２０℃で０．５時
間〜４．０時間熱し、ベイナイト化処理を行い空冷また
は湯冷するもので、好ましくは素材を８９０℃で２時間
オーステナイト化処理しこれを急冷し３８０℃で２時間
ベイナイト化処理するのが適当である。このようにして
オーステンパー処理を行うことにより素材はベイナイト
と１５〜５５容量％の残留オーステナイトとなる。なお
、前述したオーステナイト化温度８３０℃〜９００℃は
本材質および鋳物肉厚の関係において焼入れ性と目的と
する基地組織を得るためのオーステナイト化温度として
十分な温度である。その理由は８３０℃以下ではオース
テナイト化が不十分となり目的の基地組織が得られず特
性が劣る。また、９００℃以上では結晶粒が粗大化し、
強度低下を起すためである。

また、ベイナイト化処理である恒温変態処理温度は２５
０℃〜４２０℃が適当である。これは、２５０℃以下で
はマルテンサイトを多量に析出し、靭性等の低下を起し
、４２０℃以上になると処理時間との関係において残留
オーステナイトがフェライトと炭化物に分解し、デフケ
ース６の製造上好ましくないためである。このようにし
てオーステンパー処理を施すことによりベイナイトと残
留オーステナイトとの混在組織からなる球状黒鉛鋳鉄か
らなるデフケース６が形成され、さらにベアリングの５
幅の部分７にロール加工が施される。このロール加工は
ニードルベアリングを接触するギアケース側の軸部が高
面圧下（１００〜２００ｋｇｆ／ｍ■２）にされピッチ
ングを起すために基地中の残留オーステナイトを一部ま
たは全部を摺動面下約０．０５〜１．０ｍｍの深さまで
マルテンサイト化を行い耐ピツチング性を向上させるた
めに行うものである。本実施例におけるロール加工は、
ロール半径が小さくなるとロール寿命が短くなり又大き
くなると押付は力が小さくなり効果が少なくなる。また
押付は荷重が大きくなると剛性不足から変形を起す、ロ
ールの送りは小さ過ぎると長時間を要し生産性が劣り大
き過ぎると均一な硬化層が得られない、等の理由からロ
ール半径Ｒ１，０〜３．０、押付は荷重５０〜ｅｏｏ　
ｋｇ、ロールの送り０．０５〜０．５鰭、ワーク回転数
２０〜１ｏ００ｒｐａ　ｓが適当であり、好ましくは、
ロール半径ＩＪＲ，押付は荷重２００ｋｇ、ロールの送
り０．２５ｍ、ワーク回転数７０Ｏｒｐｍが最も適当で
ある。

このロール加工後のデフケース６の表面から、内部への
硬さの分布を第２図に示す。この第２図から明らかなよ
うに、ロール加工を施したデフケースの表面硬度は非常
に高い。これはロール加工により、残留オーステナイト
の一部が誘起変態し、硬度の高いマルテンサイト組織に
変化したことによるものである。

このようにして形成されたデフケース６に仕上げ加工を
施し実機テストに供したところ耐摩耗性、耐ピツチング
性は極めて高く有効であることがわかった。

次に、このような、球状黒鉛鋳鉄をオーステンパー処理
してデフケースを作成する他の実施例を示す。前述した
割合の基本組成分（Ｃ，Ｓｌ。

Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ）からなる球状黒鉛鋳鉄に耐摩耗性
、耐ピツチング性、焼入れ性、加工性の改善を行う目的
で、Ｃｕ　（０，３％〜ｔ、ａ％）　、Ｍｏ（０，０４
％〜０．５％）　、Ｎｌ　（ＯＪ％〜２．５％）の元素
の少なくとも一種以上を添加する。前記Ｃｕは０．３％
以下ではＭｏ、Ｎ１元素との関係において前記特性が改
善されず、また１、３％以上では改善効果が飽和し、コ
ストアップとなるため前述した０６３％〜１．３％の範
囲が適当である。

また、前記Ｍｏは０６０４％以下ではＣｕ、Ｎ１元素と
の関係において特性の改善効果が発揮されず、０．５％
以上になると焼入れ性、耐摩耗性効果は飽和すると同時
に多量の炭化物を析出し、強度加工性を著るしく阻害し
またコストアップにつながるため０．０４％〜０．５％
が範囲が適当である。

さらに、前記Ｎ１は０．３％以下ではＣｕ、Ｍ。

元素との関係において改善効果が期待できない。

また２、５％以上になると効果が飽和し、コストアップ
につながりまた強度低下の原因ともなるため、０．３％
〜２．５％が適当である。本実施例においては、Ｃ（３
，８２％）　、　　５ｌ（２，５５％）、Ｍｎ（０４１
％）。

Ｐ　（０，０２％）　、　　Ｓ　（０，０１％）　、　
　Ｃｕ（０，７９％）。

Ｍｏ（０，０９％）　、　Ｍｇ（０，０４１％）の組成
を用いてデフケースを作成することにより前述したよう
な改善の効果を得るものである。

前記組成を有する溶湯を用いて、前記第１の実施例と略
同様の方法で注湯流接種を行いデフケースの鋳造を行う
。その際、接種剤の添加量は０．０１ｗｔ％以下では接
種効果がみられず、０．４ｖｔ％以下では酸化物、未溶
解の接種剤の溶湯中への差込みによりハードスポットを
生じるため、０．０１ｖｔ％〜０．４νｔ％が適してい
る。この、注湯流接種により前述したような効果を有し
て鋳造された、デフケース素材はオーステンパー処理前
に前述したような二段焼鈍処理が施される。本実施例に
おいては、９２０℃で２．５時間焼鈍を行い７３０℃で
３．５時間さらに焼鈍した後、炉冷を行いチル分解、お
よび鋳造応力除去および基地組織均一化等の効果を得た
後前述したような機械加工を行い前述したようなオース
テンパー処理を行う。本実施例においては、８９０℃で
２時間オーステンパー処理を施した後、３９５℃！２時
間でベイナイト化処理である恒温変態処理を施すことに
より、素材の基地組織がベイナイトと１０〜６０％の残
留オーステナイトとなる。

このようにして作成されたデフケースに第１の実施例同
様、ロール加工を行う。本実施例におけるロール加工は
ロール半径Ｒ１，５、押付は荷重５００眩、ロール回数
２５回、ワーク回転数９０ｒｐ層が適している。なお押
付は荷重は３５０　ｋｇでは疲労強度が向上しないため
５００ｋｇとし、これにより　１２０〜１５５％ｕｐす
ることができる。

これら２つの実施例においてロール加工は疲労強度を高
める目的で行うものであるため、基地の硬さがＶＨＮ４
００以下の場合に行う。ＶＨＮ４００以上へのロール加
工は高荷重を要すると共に、圧縮応力の付与効果が小さ
く、ロール寿命も短かくなる。

またロール加工と同様に疲労強度の向上を目的に行うも
ので基地の硬さがＶＨＮ４００以上の場合に特に効果的
であるのは高速ショットピーニングである。これを施す
ことによりデフケースの強度向上をはかってもよい、。

次に本発明のデフケース材質と従来のインナレース部分
との耐ピツチング性を比較し第３Ａ図に示す。第３Ｂ図
に示すように前記デフケース材質６ａを矢印Ａ方向に回
転させこれに矢印Ｂ方向に回転せしめられた荷重部材８
により荷重をかけた際の荷重と表面損傷発生までの繰返
し回転数との関係を各々縦軸横軸にとった第３Ａ図に示
す。この図より、オーステンパー処理を施し、ＶＨＮ３
００ノデフケース材質ＩＯと、ＶＨＮ　４００（７）デ
フケース材質１１とは鎖線に示す従来の一般的なデフケ
ース材質１２テアル浸灰深さ０．３８ｍｍＶ　ＨＮ　３
９０（７）（Ｊ　１ｅｓｃＲ２２Ｈ）に比べ荷重に対す
る表面損傷発生度が極めて低く耐ピツチング性が高く強
度的に優れていることがわかる。

これは、残留オーステナイトの特性により素材の延びが
向上し、衝撃吸収力が、強化されたことによるものであ
る。

（発明の効果）本発明はベアリングの転動子に直接回転自在に、支持さ
れた回転体がベイナイトと残留オーステナイトの混在組
織からなる球状黒鉛鋳鉄で構成されることを特徴とする
ため、回転体自体の強度が向上し、耐摩耗性、耐ピツチ
ング性に優れるため直接ベアリングの転動子と接触した
状態で回転させることが可能で、インナレース等の回転
体の補強部材を設ける必要がなくなり、部材のコストダ
ウンをはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転体の軸受構造の一実施例を示
す断面図、第２図は前記構造のロール加工による表面硬さを示すグ
ラフ、第３Ａ図は、本発明による２つの実施例と、従来例との
耐久性の比較を示すグラフ、第３Ｂ図は、第３Ａ図に示す耐久性の測定方法を示す図
、第４図は従来の一般的なデフケースを示す断面図である
。１．６・・・デフケース（回転体の軸受構造）９・・・
転動子第１図第４図第２図東面〃−９の距卸Ｌ（ｍｍ）ロール７７０工慄６喀め硬；分千

Claims

【特許請求の範囲】

ベアリングの転動子に直接回転自在に、支持された回転
体がベイナイトと残留オーステナイトの混在組織からな
る球状黒鉛鋳鉄で構成されることを特徴とする回転体の
軸受構造。