JPH0293041A - 高制振鋼およびその鋼を用いた制振軸受 - Google Patents

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 この発明は、高い制振性が要求される機械装置、機械部
品に用いられる高硬度でかつ高制振性を有する鋼および
その鋼を用いた制振軸受に関する。

従来の技術とその問題点 一般に、金属材料のもつ制振性とその強度、硬さとは相
反する特性であることが知られている。このため、従来
公知の制振合金については、その強度がＣｕ−Ａ　Ｉ−
Ｎ　ｉ合金の８０　ｋｇｌ　／　ａｍ　２を最大にいず
れも低く、構造用材料としては不向きである。また、耐
摩耗性も小さい。

昨今の機械装置においては、高性能化、高精度化と相俟
って、静粛性も品質評価の上で重要な要因となっており
、構造用材料としての制振材料の開発が望まれている。

また、この静粛性に対し、軸受での対応要請が強まって
いる。

ところで、たとえばＪＩＳ　　５ＵＪ２、浸炭鋼など通
常の軸受用鋼では制振性がなく、制振性を付与するため
に、軸受軌道輪・と取付部材との当接面に合成樹脂など
の弾性材料、軟質材料を装着することにより対応してい
る。しかし、このようにすれば、余分な材料が必要であ
り、装着時の作業が煩雑になる。また、１３９６　Ｃｒ
　％０．６５％Ｃをベースとするマルテンサイト系ステ
ンレス鋼を制振軸受材料として用いる試みがあるが、制
振性の点で必ずしも満足できるものではない。

転がり軸受用鋼において、高い接触面圧の繰返しによる
剥離を抑えるため、通常必要な硬さはＨＲｃ５８〜６４
程度といわれているが、現状材料でこのような高硬度で
制振性を有する鋼は開発されていない。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、高硬度であり
ながらかつ高い制振性を有する高制振鋼を得ることにあ
る。つまり、熱処理後の硬さがＨＲｃ６０以上、制振性
として内部摩擦値が５ＵＪ２の３倍以上を有する高硬度
、高制振性という両特性を有する鋼およびその鋼を用い
た制振軸受を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による高制振鋼は、重量比にしてＣｒ　５．Ｃ
１〜１０．０％、Ｃ０，６４〜０．８０％、Ｓｌ　Ｏ，
２０〜０．９０％を含有し、残部Ｆｃと不可避不純物元
素からなるものである。

また、この発明による割振軸受は、内輪、外輪または転
動体の少なくともいずれかが、上記の高制振鋼よりなる
ものである。

次に、第１図を参照して、Ｃｒ５ＣおよびＳｌを上記の
範囲とした理由を説明する。第１図の各図は、Ｃ含有量
を一定としてＳｉ含有量を変えたときのＣ「含有量と内
部摩擦値との関係を表わしている。また、第１図（ａ）
はＣ含有量０．６４％、同図（ｂ）はＣ含有量０．８０
％、同図（ｅ）はＣ含有ｍ０．９０％の場合をそれぞれ
表わしている。内部摩擦値は材料の制振性と関連を有し
、内部摩擦値が大きいと制振性が大きい。なお、第１図
には、内部摩擦値を現行の５ＵＪ２を１として、これに
対する比（内部摩擦比）で表わしている。

Ｃｒは制振性向上に有効な元素であり、低炭素鋼におい
ては１２〜１３％で制振性が最も優れ、一般に１３Ｃ「
ステンレス鋼が一部で制振材料として使用されている。

しかし、たとえばＨＲｃ６０以上の高い硬度を必要とす
る構造用鋼などの高炭素鋼においては、制振性とＣｒ含
有量との関係は明らかにされていなかった。この点に関
する本発明者らの研究の結果、第１図（ａ）　ｌ：示す
ように、Ｃ「含有ｆｆ１５．０〜１０゜０％で優れた制
振性を有することが認められた。

つまり、現行の軸受材料５ＵＪ２の内部摩擦値に対し、
この成分範囲で３〜４倍の内部摩擦値を有し、Ｃｒ含有
量７．０〜８，０％で最大値をとる傾向にあった。この
内部摩擦値は、後述するＳｉ　　Ｃ含有量に依存するが
、ＳＵＪ　２の約３倍の内部摩擦値をもって制振性向上
の基準の目安とし、Ｃｒ含有量を５．０〜１０．０％と
規定した。

低炭素鋼において、Ｓｌは制振性向上に有効な元素と考
えられている。しかし、本発明者らの研究結果では、高
炭素鋼の場合、Ｓｌは有害な元素であり、第１図（ａ）
に示すように、Ｓ１含有量の増加きともに５ＵＪ２の場
合と比較した内部摩擦比は低下した。しかし、制振性向
上の基準にもとづいて判断した場合、最大０．９０％ま
で添加可能であることがわかった。つまり、Ｓｉ含有量
が０．９０％以下であれば、制振性向上の基準を満足す
る。一般に、Ｓｌは製鋼時に脱酸剤として用いられる元
素でもあり、これらの効果を得るためには少なくとも０
．２０％以上含有させる必要がある。したがって、Ｓｉ
含有量の下限を０．２０％とし、上限を０゜９０％とす
る。

Ｃは制振性向上に有害な元素であり、第１図（ａ）　、
（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｃ含有量の増加とと
もに内部摩擦値は低下する。しかし、Ｃｒ含有量、Ｓ１
含有量の一定範囲内ではＣ含有量に適正限界があること
がわかった。つまり、Ｃ含有ｆｆ１０．８０９６以下で
あれば、Ｃｒ含有量５．０〜１０．０％、Ｓｌ含有量０
．９０％以下の範囲内で内部摩擦値はＳＵＪ　２の３倍
以上であり、制振性向上の基準を満足する。ただ、Ｃ含
有量が０．６４％以下では焼入れ、焼戻し処理によって
ＨＲｃ６０以上という高い硬度の確保が困難である。し
たがって、Ｃ含有量の下限を０．６４％、上限を０．８
０％と規定した。

なお、本発明においては、上記のＣｒ、Ｃ。

Ｓｌの他に本発明の制振性を阻害しない範囲内でＭｎ　
０．２０〜１．００％、ＣｕＳＮ１、ＭＯをそれぞれ０
．５０％以下含有させることもできる。

発明の作用および効果 この発明による高制振鋼は、重量比でＣｒ　５゜０〜１
０．０％、Ｃ０，６４〜０．８０％、８１０．２０〜０
．９０％を含有し、残部Ｆｅと不可避不純物元素からな
るものであるから、上述のように、ＨＲｃ　６０以上と
いう高硬度の高炭素鋼でありながら、制振性はＳＵＪ　
２の内部摩擦値に比べ３倍以上という高制振性を兼備え
る効果を奏する。

この発明による制振軸受は、内輪、外輪または転動体の
少なくともいずれかが、上記の高制振鋼よりなるもので
あるから、制振性が高く、硬度もＨＲｃ６０以上であり
、転がり寿命においてもＳＵＪ　２と同等である。

実　　施　　例 次に、上記効果を実証するため、この発明の詳細な説明
する。

まず、表１は、本発明に供試した鋼の化学成分を示す。

６鋼を２を溶解炉を用いて溶製したのち、２を鋼塊とし
、ついで熱間圧延により所定の寸法の棒鋼に加工した。

この棒鋼から内部摩擦試験用の幅１０＋ａｍ、厚さ１　
＋ａｍの試験片を作製し、熱処理後、自由端横振動法に
よって試験を行なった。なお、熱処理に際し、オーステ
ナイト化温度をＣｒ含有量が４．６％鋼では９７０℃、
Ｃｒ含有量が１１％鋼では１０５０℃とし、各供試鋼と
も２０分保持後、油冷、深冷処理後、１６５℃で２時間
焼戻し処理を施した。

表２は、前記処理を施した供試鋼について内部摩擦比、
硬さを示す。

（以下余白） 発明ｊ＄ｌｌＡ、ＢＳ（１；ｉ比較鋼り、ＥＳＦ、Ｇｉ
：比べ、制振性向上の基準である内部摩擦値が５ＵＪ２
の３倍以上、硬さＨＲｃ６０以上のいずれをも満足し、
高硬度でかつ高制振性を有することがわかる。比較鋼り
については、内部摩擦比は３．２であり、制振性向上は
認められるものの、Ｃ含有量が０．５７％であるため、
硬さはＨＲｃ５７と硬さ基準を満足していない。さらに
、比較鋼Ｅでは、硬さがＨＲｃ６１と基準を満足してい
るが、内部摩擦比が２．８と制振性向上の基準を満たし
ていない。また、比較鋼Ｆ、Ｇでは、硬さが６０．６１
と基準を満たしているが、内部摩擦比がいずれも２．７
と制振性向上の基準に達していない。

さらに、上記効果を実証するため、この発明鋼からなる
軸受での実施例について、次に説明する。

まず、表３に示すような４種類の鋼、すなわち鋼実施例
１、鋼実施例２ならびに、比較例として、現行の軸受用
鋼、すなわち鋼比較例１（ＳＵＪ２）、鋼比較例２　（
ＳＡＥ５１２０）を準備した。

これらの鋼のうち、鋼比較例２においては、浸炭処理を
施した。浸炭処理にあたっては、９３０℃で４．５時間
浸炭後、８２０℃で２０分間加熱し、その後、油冷、引
続き１８０℃で２時間焼戻しを行なった。

また、表４に示すような４種類の転がり軸受試料、すな
わち軸受実施例１．２および軸受比較例１．２を作った
。

（以下余白） 表３ そして、軸受実施例１、軸受実施例２および軸受比較例
１について、軸受外輪でのハンマリングによる振動音減
衰試験を行なった。試験結果を第２図に示す。同図にお
いて、横軸はハンマで外輪を打診した瞬間を０とした時
間、縦軸は振動音レベル表わしている。また、第３図に
示すように振動レベルが最大値（Ａ）の半分（Ａ／２）
に減衰するまでの時間（Ｔ）を比較した結果を表５に示
す。

表４ 表　　５ これらの結果より、軸受実施例１および軸受実施例２が
軸受比較例１に比べて制振性が良いことがわかる。すな
わち、第２図において、軸受実施例１および軸受実施例
２の振動音レベルはいずれも軸受比較例１のそれより小
さい。また、表３において、軸受実施例１および軸受実
施例２の減衰に要する時間はいずれも軸受比較例１のそ
れより小さい。

また、軸受実施例１、軸受実施例２および軸受比較例２
について、回転試験による振動減衰を調べた。振動減衰
は、回転軸のハンマリングによる加振入力と、ハウジン
グに取付けたピックアップからの出力比（伝達関数）か
ら求めた。

試験条件は、予圧２−　５　ｋｇｒ−ＣＩｌｓ回転数１
１００Ｑｒｐである。試験結果を第４図に示す。同図（
ａ）は軸受実施例１と軸受比較例２の比較結果、同図（
ｂ）は軸受実施例２と軸受比較例２の比較結果を示す。

これらの結果より、軸受実施例１および軸受実施例２が
軸受比較例２に比べて制振性が良いことがわかる。すな
わち、第４図（ａ）において、軸受実施例１は、軸受比
較例２に比べて、２〜３ｋＨｚおよび４〜５ｋＨｚの範
囲で最大５ｄＢ程度減衰効果が優れている。また、第４
図（ｂ）において、軸受実施例２は、軸受比較例２に比
べて、２〜３ｋＨｚの範囲で最大５　ｄＢ程度減衰効果
が優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣ含有量を一定としてＳ１含有量を変えたとき
のＣｒ含有量と内部摩擦値との関係を表わすグラフ、第
２図はハンマリングによる振動音減衰試験の結果を示す
グラフ、第３図は上記試験において振動音レベルが最大
値の半分に減衰するまでの時間を説明するグラフ、第４
図は回転試験による振動減衰を示すグラフである。 以　　上 特許出願人　　光洋精工株式会社 同　　　　愛知製鋼株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にしてＣｒ５．０〜１０．０％、Ｃ０．６
   ４〜０．８０％、Ｓｉ０．２０〜０．９０％を含有し、
   残部Ｆｅと不可避不純物元素からなる高制振鋼。
2. （２）内輪、外輪または転動体の少なくともいずれかが
   、請求項（１）の高制振鋼よりなる制振軸受。