JPH04194415A

JPH04194415A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH04194415A
Application number: JP2326393A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Mitamura; 宣晶三田村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-14
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JP2962817B2

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、転がり軸受に係り、特に、自動車、農業機械
、建設機械、鉄鋼機械等のトランスミッション及びエン
ジン等に使用される長寿命な転がり軸受に関する。

〔従来の技術〕

従来、自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械等のトラ
ンスミッション及びエンジン等に使用される転がり軸受
に用いる鋼としては、軸受鋼２種（ＳＵＪ２）等の各種
の合金鋼がある。前記のような転かり軸受は、近年の機
械の性能向上に伴う荷重の増大や軸受のサイズダウンに
より、軸受の負荷面圧が増大する傾向かあり、耐久寿命
の改善が要求されている。

また、転かり軸受は、高面圧下て繰り返し剪断応力を受
けるため、その剪断力に耐える転がり疲労寿命を確保す
る必要がある。

転かり軸受の寿命を延ばすためには、表面硬さを所望の
値にすると同時に、転動体の表面硬さと軌道輪の表面硬
さに高低関係を付けることが重要である。なぜならば、
軸受の使用条件が高面圧。

油膜形成か不十分、ラジアル及びスラスト両刃か作用、
異物混入潤滑である時等には軌道輪よりも転動体の方に
先にフレーキングか発生してしまうからであり、且つこ
のような使用条件は非常に多いからである。転動体の表
面硬さか軌道輪の表面硬さより低い、或いは同等だと、
転動体が集中的に且つ早期に剥離し軸受として短寿命と
なってしまう。

そこて、高炭素クロム鋼軸受を用い、これを焼入・焼戻
しする際に、転動体の焼戻し温度を１４０〜１４５°Ｃ
１軌道輪の焼戻し温度を１６０〜１８０℃にして焼戻す
ことで、転動体の表面硬さを軌道輪の表面硬さに比べて
ＨＲＣて１〜２高くし、転動体の表面硬さと軌道輪の表
面硬さに高低関係を付けるこて、転がり軸受の寿命を向
上する従来例が知られている（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ
　　。

ｆ　　ｔｈｅ　　ＡＳＭＥ；Ｅ、Ｖ、２ＡＲＥＴＳＫＹ
　　ｅｔｃ、；）ランスアクションオブザエイエスエム
イー；３１４〜３１９頁、１９６９年４月発行）。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしなから、前記従来例は、転動体の焼戻し温度を軌
道輪の焼戻し温度より２０〜４０°Ｃ低い１４０〜１４
５°Ｃに抑えて焼戻しを行うことで、転がり軸受の長寿
命化に必要な、転動体と軌道輪との表面硬さの差を得て
いるため、転動体の表面硬さが向上する反面、焼戻し過
程で起こる衝撃強度、繰り返し荷重に対する強度等に必
要な粘靭性の向上が十分に行われず、例えば、潤滑油中
に存在する異物により引き起こされる損傷箇所からクラ
ックが発生し、それが起点となって早期にフレーキング
が生じ、転かり軸受の寿命か低下する等の課題があった
。

そして、軸受の焼戻し温度を１４０〜１４５°Ｃに抑え
て焼戻すと、当該軸受を準高温〜高温下で使用した際、
残留オーステナイトかマルテンサイトに変態し、寸法変
化、内部歪み等が生じ易くなり、該軸受の寸法安定性を
損ねるという課題もあった。

そこで、転動体の粘靭性の低下及び、内部歪みの発生を
防ぐために、転動体の焼戻し温度を高温（１６０〜１８
０°Ｃ）とし、さらに転がり軸受の長寿命化に必要な、
転動体と軌道輪との表面硬さの差を得るために、軌道輪
の焼戻し温度を転動体の焼戻し温度より２０〜４０°Ｃ
高い１８０〜２２０℃にして焼戻しを行うと、当該軌道
輪は、その表面硬さがＨＲＣ５８を下回り、耐疲労性か
低下し、異物混入潤滑下は勿論、クリーンな潤滑下にお
いても、転がり軸受の寿命が低下するという課題かあっ
た。

そこで本発明は、このような課題を解決するためになさ
れたものであり、必要な表面硬さを有し、粘靭性の低下
がなく、準高温下の使用でも寸法安定性に優れた長寿命
な転がり軸受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〕

この目的を達成するために本発明は、転動体及び軌道輪
を備えた転がり軸受において、当該転動体及び軌道輪の
表面硬さはＨＲＣ５８以上てあり、当該転動体の表面硬
さは、前記軌道輪の表面硬さよりＨＲＣて１〜２高い転
がり軸受であることを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明によれば、転動体及び軌道輪の表面硬さをＨＲ
Ｃ５８以上とし、当該転動体の表面硬さを軌道輪の表面
硬さよりＨＲＣで１〜２高くしたことで、粘靭性の低下
かなく、寸法安定性に優れた長寿命な転がり軸受を提供
することかできる。

また、特に、少なくとも前記転動体に浸炭窒化を施し、
当該転動体の表面の炭素含有率及び窒素含有率を上げる
ことで、当該転動体に炭素及び窒素の固溶強化作用、及
び窒素の焼戻し軟化抵抗性を付与することかてき、当該
転動体の表面硬さを向上することができる。このため、
軌道輪の焼戻し温度と同じ高温（１６０〜１８０°Ｃ）
で前記転動体の焼戻しを行っても、転動体の表面硬さを
軌道輪の表面硬さよりＨＲＣで１〜２高くすることがで
きる。

次に、本発明に係る各特性値の臨界的意義及び作用等に
ついて説明する。

転動体及び軌道輪の表面硬さかＨＲＣ５８以上転がり軸
受は、高面圧下て繰り返し剪断応力を受けるという厳し
い使われ方をするために、その剪断応力に耐えて転がり
疲労寿命を確保する必要がある。この転がり疲労寿命を
確保するために必要な表面硬さの臨界値かＨＲＣ５８で
ある。このため、両者の表面硬さは、ＨＲＣ５８以上、
好ましくは、ＨＲＣ６０〜６４必要である。

転動体の表面硬さ一軌道輪の表面硬さ＝ＨＲＣ１〜２転かり軸受は、高面圧、油膜形成が不十分、ラジアル及
びスラスト両刃が作用、異物混入潤滑である時等には、
軌道輪よりも転動体の方か先にフレーキングを発生する
。そして、転かり軸受の使用に際しては、前記のような
条件下で使用する場合か非常に多い。このため、前記転
動体にフレーキングが発生することを防ぐために、当該
転動体の表面硬さを軌道輪より高くすることが必要であ
る。転動体の表面硬さと転動体の表面硬さとの差が１未
満だと、前記フレーキングが発生することを防ぐための
表面硬さを転動体に付与することかできない。また、転
動体の表面硬さと軌道輪との表面硬さとの差が３以上だ
と、軌道輪の表面硬さに対して転動体の表面硬さか高く
なりすぎ、今度は軌道輪に早期にフレーキングが発生す
るようになる。このため、転動体の表面硬さを軌道輪の
表面硬さよりＨＲＣて１〜２高くすることで長寿命な軸
受となる。

浸炭窒化転動体に浸炭窒化を施すことで、当該転動体に炭素およ
び窒素の固溶強化作用及び窒素の焼戻し軟化抵抗性を付
与することができ、当該転動体の表面硬さを向上するこ
とかできる。このため、当該転動体を高温（１６０〜１
８０°Ｃ）で焼戻しても、転動体に必要な表面硬さ及び
靭性の向上と同時に、軌道輪との表面硬さの差を得るこ
とができる。また、浸炭窒化は、被浸炭窒化材に炭素と
窒素が固溶するため、例えば、浸炭等に比べて、固溶強
化作用の効果が大きく、さらに窒素は焼戻し軟化抵抗性
を有するため、被浸炭窒化材の表面をより硬くすること
ができる。また、前記のような高温で軸受を焼戻しでき
るため、常温での使用は勿論のこと、準高温〜高温（１
００〜２００”Ｃ）下で前記軸受を使用しても、寸法安
定性、長寿命化か損なわれることがない。

また、浸炭窒化に際しては、表面炭素固溶量が１．２〜
１．６％、表面窒素固溶量か０．２〜０．６％となるよ
うに、炭素及び窒素を軸受表面に固溶させることが好ま
しい。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

５ＵＪ２を用い、第１表に示す熱処理を施した３／８イ
ンチの転動体を作製した。また、５ＵＪ２を用い、第１
表に示す熱処理を施した軌道輪（内外輪）を作製した。

次いて、前記転動体及び軌道輪の表面硬さ（ＨＲＣ）を
ロックウェル硬度計で測定した。この結果を第１表に示
す。

尚、第１表に示す熱処理条件は、以下の通りである。

（通常の熱処理）８３０℃て３時間加熱した５ＵＪ２を６０℃の油中に３
０分間浸漬して焼入し、再び第１表に示す焼戻し温度で
２時間焼戻しだ。

（浸炭窒化）第１図は、５ＵＪ２の浸炭窒化条件を示す。第１図に示
すように、Ｒｘガス士エンリッチガス＋アンモニアガス
５％の雰囲気で、８４０℃で３時間浸炭窒化を行い、そ
の後、６０℃の油中に３０分間浸漬して焼入し、再び第
１表に示す焼戻し温度で２時間焼戻しだ。このようにし
て、表面に炭素が１．２〜１．６％、窒素が０．２〜０
．６％固溶した５ＵＪ２を得た。

第１表より、転動体に浸炭窒化を施すことで、当該転動
体を１８０°Ｃで焼戻しても、当該転動体の表面硬さを
、同じ温度で焼戻しだ軌道輪の一表面硬さに比較してＨ
ＣＲで１〜２高くすることができた（軸受Ｎａ４）。

また、軌道輪にも浸炭窒化を施すことで、前記軌道輪の
焼戻し温度を２２０℃まで上げても、軌道輪の表面硬さ
か低下することなく、転動体の表面硬さが軌道輪の表面
硬さよりＨＲＣで１〜２高くすることかできる（軸受Ｎ
１５）。尚、当該軌道輪の焼戻し温度を２２０°Ｃまで
上げることで、より高温での寸法安定性に優れた軸受を
提供することができる。

（以下、余白）第１表次いで、前記転動体及び軌道輪を両者の表面硬さの差か
第１表に示す値となるように組合せた転がり軸受を作製
し、軸受の寿命試験を行った。この結果を第２図に示す
。尚、第２図中の数字は、軸受勲に対応している。

この軸受の寿命試験は、玉軸受寿命試験機（日本精工株
式会社製造）を用い、ダーピン油（ＦＢＫオイルＲＯ６
８；日本精工株式会社製造）を潤滑剤として用い、軸受
負荷荷重（ラジアル７００、ｋｇｆ、軸受回転数４００
　Ｏｒ、ｐ、ｍ、）で行い、転動体、軌道輪のうちの１
つにフレーキングか生じるまての時間（ｈｒｓ）を寿命
とし、９０％残存寿命（Ｌ１２）で表現した。

第２図より、少なくとも転動体に浸炭窒化を施し、両者
の表面硬さがＨＲＣ５８以上、好ましくはＨＲＣ６０〜
６４で、両者の表面硬さの差か、ＨＲＣで１〜２（転動
体の表面硬さ〉軌道輪の表面硬さ）の軸受（軸受Ｎα４
及び５）は、他の軸受に比へ長寿命であることか実証さ
れた。

また、軸受Ｎα４及び５の軸受は、高温（１８０℃又は
２２０°Ｃ）ての焼戻しが可能になるため、準高温〜高
温下の使用でも、寸法安定性に優れ、長寿命となる。

次に、第２の実施例について説明する。

浸炭鋼５Ｃｒ４４０を用い、第２表に示す熱処理を施し
た３／８インチの転動体を作製した。また、浸炭鋼５Ｃ
ｒ４４０を用い、第２表に示す熱処理を施した軌道輪（
内外輪）を作製した。次いで、前記転動体及び軌道輪の
表面硬さ（ＨＲＣ）を前記実施例と同様の方法で測定し
た。この結果を第２表に示す。

尚、第２表に示す熱処理条件は、以下の通りである。

（通常の浸炭処理）９３０℃で５時間浸炭処理を行った後、８３０°Ｃまで
下げ、次いて６０℃の油中に３０分間浸漬して焼入じ、
再び第２表に示す焼戻し温度で２時間焼戻した。

（浸炭窒化）第３図は、浸炭鋼ＳＣｒ　４４０の浸炭窒化条件を示す
。第３図に示すように、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋ア
ンモニアガス５％の雰囲気で、８７０℃で４時間浸炭窒
化を行い、その後、６０℃の油中に３０分間浸漬して焼
入し、再び第２表に示す焼戻し温度で２時間焼戻した。

このようにして、表面に炭素が０，６〜１．０％、窒素
か０．２〜０．４％固溶した浸炭鋼５Ｃｒ４４０を得た
。

第２表より、転動体に浸炭窒化を施すことて、当該転動
体を１８０°Ｃで焼戻しても、当該転動体の表面硬さを
、同じ温度で焼戻した軌道輪の表面硬さに比較してＨＣ
Ｒてｌ〜２高くすることかできた（軸受Ｎα１））。

また、軌道輪にも浸炭窒化を施すことて、前記軌道輪の
焼戻し温度を２２０℃まで上げても、軌道輪の表面硬さ
が低下することなく、転動体の表面硬さが軌道輪の表面
硬さよりＨＲＣで１〜２高くすることかてきる（軸受Ｎ
α１２）。尚、当該軌道輪の焼戻し温度を２２０°Ｃま
で上げることで、より高温での寸法安定性に優れた軸受
を提供す・ることかできる。

（以下、余白）第２表次いて、この転動体及び軌道輪両者の表面硬さの差か第
２表に示す値となるように組合せた転かり軸受を作製し
、前記と同様の軸受の寿命試験を行った。この結果を第
２図に示す。

第２図より、少なくとも転動体に浸炭窒化を施し、両者
の表面硬さかＨＲＣ５８以上、好ましくはＨＲＣ６０〜
６４で、両者の表面硬さの差か、ＨＲＣで１〜２（転動
体の表面硬さ〉軌道輪の表面硬さ）の軸受（軸受Ｎα１
）及び１２）は、他の軸受に比べ長寿命であることか実
証された。

また、軸受Ｎａ１ｌ及び１２の軸受は、高温（１８０℃
又は２２０℃）での焼戻しが可能になるため、準高温〜
高温下の使用でも、寸法安定性に優れ、長寿命となる。

本実施例では、５ＵＪ２及び浸炭鋼ＳＣｒ　４４０を用
い、これに浸炭窒化を施したが、これに限らず、５ＵＪ
３，５ＵＪ４等の他の高炭素クロム軸受鋼、ＳＣＭ４２
０Ｈ，ＳＮＣＭ２２０Ｈ等の他の浸炭鋼、Ｍ２Ｏ等の高
温軸受用高速度鋼、５ＵＳ４４０Ｃ，５１４４０Ｃ等の
転がり軸受用ステンレス鋼等を用い、これに浸炭窒化を
施しても良い。

そして、軸受の浸炭窒化条件は、本実施例で説明した浸
炭窒化条件に限るものではなく、ＨＲＣ５８以上、好ま
しくはＨＲＣ６０〜６４で、転動体の表面硬さか軌道輪
の表面硬さよりＨＲＣて１〜２高い軸受を得ることがで
きれば、鋼の素材。

大きさ等により任意に決定して良い。そして、軌道輪の
浸炭窒化処理の有無は、所望により決定して良い。

本実施例では、転動体として鋼球を用いたが、これに限
らず、円筒ころ１円錐ころ等の他の転動体についても同
様の効果を示すことは勿論である。

従って、以上のような本発明は、公知の各種玉軸受、転
がり軸受等に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係わる転がり軸受によれば
、転動体及び軌道輪の表面硬さをＨＲＣ５８以上とし、
当該転動体の表面硬さを当該軌道輪の表面硬さよりＨＲ
Ｃで１〜２高くしたことて、粘靭性の低下かなく、準高
温下ての使用でも寸法安定性に優れた長寿命な転かり軸
受を提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、５ＵＪ２の浸炭窒化条件を示す図、第２図は
、転動体と軌道輪との表面硬さの差と軸受の寿命との関
係図、第３図は、浸炭鋼５Ｃｒ４４０の浸炭窒化条件を
示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）転動体及び軌道輪を備えた転がり軸受において、
当該転動体及び軌道輪の表面硬さはＨＲＣ５８以上であ
り、当該転動体の表面硬さは、前記軌道輪の表面硬さよ
りＨＲＣで１〜２高いことを特徴とする転がり軸受。