JPH11190351A - シール摺動部材ならびに転がり軸受 - Google Patents
シール摺動部材ならびに転がり軸受Info
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- JPH11190351A JPH11190351A JP36883197A JP36883197A JPH11190351A JP H11190351 A JPH11190351 A JP H11190351A JP 36883197 A JP36883197 A JP 36883197A JP 36883197 A JP36883197 A JP 36883197A JP H11190351 A JPH11190351 A JP H11190351A
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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- F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
- F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members
- F16C33/7816—Details of the sealing or parts thereof, e.g. geometry, material
- F16C33/782—Details of the sealing or parts thereof, e.g. geometry, material of the sealing region
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- F16C33/7843—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a groove in the inner surface of the outer race and extending toward the inner race with a single annular sealing disc
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- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
- F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】シール摺動部材において、寸法変化を抑制しな
がら、摩擦係数を低減できるように改質し、発熱や摩耗
を抑制できるようにすること。 【解決手段】シール摺動部材あるいは転がり軸受の軌道
輪（２）の表面にその表面酸化物が除去された状態で窒
化層あるいは浸硫窒化層８を形成することで、その形成
過程における母材の熱歪みを抑えつつ、緻密かつ平滑で
硬質な表面性状に改質できるようにしている。これによ
り、シール摺動部分の摩擦係数が低くなり、油膜切れが
発生するような状況でも発熱を抑制できるようになる。
しかも、窒化層あるいは浸硫窒化層８の形成処理が従来
の熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むようになり、
従来のような後処理を省略できるようになる。
がら、摩擦係数を低減できるように改質し、発熱や摩耗
を抑制できるようにすること。 【解決手段】シール摺動部材あるいは転がり軸受の軌道
輪（２）の表面にその表面酸化物が除去された状態で窒
化層あるいは浸硫窒化層８を形成することで、その形成
過程における母材の熱歪みを抑えつつ、緻密かつ平滑で
硬質な表面性状に改質できるようにしている。これによ
り、シール摺動部分の摩擦係数が低くなり、油膜切れが
発生するような状況でも発熱を抑制できるようになる。
しかも、窒化層あるいは浸硫窒化層８の形成処理が従来
の熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むようになり、
従来のような後処理を省略できるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シール摺動部材な
らびに転がり軸受に関する。例えば転がり軸受として
は、例えばエンジンのベルト系に使用されるアイドラ軸
受などの用途に用いられるものが挙げられる。
らびに転がり軸受に関する。例えば転がり軸受として
は、例えばエンジンのベルト系に使用されるアイドラ軸
受などの用途に用いられるものが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】例えば、転がり軸受では、その内・外輪
間の軸方向一端側にシール部材が装着されたものがある
が、特に高い密封性を得る必要があるような場合には、
シール部材のリップを内・外輪のいずれか一方の肩部周
面に対して摺動接触させるようになっている。
間の軸方向一端側にシール部材が装着されたものがある
が、特に高い密封性を得る必要があるような場合には、
シール部材のリップを内・外輪のいずれか一方の肩部周
面に対して摺動接触させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、シー
ル部材のリップを軸受軌道輪に対して摺動接触する形態
にしていると、摺動に伴い油膜切れを起こしやすくなっ
て発熱しやすくなるため、リップが熱劣化して変形する
おそれがあるなど、密封性能の低下を余儀なくされる。
また、摺動発熱によって、軸受そのものの温度上昇が促
進されることにもなり、ひいては軸受内部のグリースな
どの潤滑剤が比較的早期段階で熱劣化しやすくなるな
ど、軸受寿命の低下を招来するおそれがある。
ル部材のリップを軸受軌道輪に対して摺動接触する形態
にしていると、摺動に伴い油膜切れを起こしやすくなっ
て発熱しやすくなるため、リップが熱劣化して変形する
おそれがあるなど、密封性能の低下を余儀なくされる。
また、摺動発熱によって、軸受そのものの温度上昇が促
進されることにもなり、ひいては軸受内部のグリースな
どの潤滑剤が比較的早期段階で熱劣化しやすくなるな
ど、軸受寿命の低下を招来するおそれがある。
【０００４】これに対して、軌道輪のリップ摺動面に対
して熱硬化処理を施すことが考えられるが、その場合、
リップ摺動面における硬度が高くなるので、リップ摺動
面の摩擦係数を低くできて発熱抑制に貢献できるように
なるけれども、下記のように製造面での不具合が発生す
る。
して熱硬化処理を施すことが考えられるが、その場合、
リップ摺動面における硬度が高くなるので、リップ摺動
面の摩擦係数を低くできて発熱抑制に貢献できるように
なるけれども、下記のように製造面での不具合が発生す
る。
【０００５】すなわち、上記熱硬化処理では、金属組織
をマルテンサイトからオーステナイトへ変態させるこ
と、および処理時の温度変化が大きいことにより、母材
の歪みが大きくなって寸法変化が大きくなりやすいた
め、熱処理後に研磨処理と超仕上げ処理とを施さなけれ
ばならなくなるなど、製造コスト増につながることが指
摘される。
をマルテンサイトからオーステナイトへ変態させるこ
と、および処理時の温度変化が大きいことにより、母材
の歪みが大きくなって寸法変化が大きくなりやすいた
め、熱処理後に研磨処理と超仕上げ処理とを施さなけれ
ばならなくなるなど、製造コスト増につながることが指
摘される。
【０００６】したがって、本発明は、シール摺動部材に
おいて、寸法変化を抑制しながら、摩擦係数を低減でき
るように改質し、発熱や摩耗を抑制できるようにするこ
とを目的としている。
おいて、寸法変化を抑制しながら、摩擦係数を低減でき
るように改質し、発熱や摩耗を抑制できるようにするこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のシー
ル摺動部材は、シール部材のリップが摺動接触させられ
るもので、リップ摺動面に、その表面酸化物が除去され
た状態で窒化層または浸硫窒化層が形成されている。
ル摺動部材は、シール部材のリップが摺動接触させられ
るもので、リップ摺動面に、その表面酸化物が除去され
た状態で窒化層または浸硫窒化層が形成されている。
【０００８】本発明の請求項２の転がり軸受は、シール
部材のリップが摺動接触させられる軌道輪を有するもの
で、前記軌道輪の少なくとも前記リップ摺動面に、その
表面酸化物が除去された状態で窒化層または浸硫窒化層
が形成されている。
部材のリップが摺動接触させられる軌道輪を有するもの
で、前記軌道輪の少なくとも前記リップ摺動面に、その
表面酸化物が除去された状態で窒化層または浸硫窒化層
が形成されている。
【０００９】本発明の請求項３の転がり軸受は、シール
部材のリップが摺動接触させられる軌道輪を有するもの
で、前記軌道輪の外表面全体に、その表面酸化物が除去
された状態で窒化層または浸硫窒化層が形成されてい
る。
部材のリップが摺動接触させられる軌道輪を有するもの
で、前記軌道輪の外表面全体に、その表面酸化物が除去
された状態で窒化層または浸硫窒化層が形成されてい
る。
【００１０】本発明の請求項４の転がり軸受は、上記請
求項２または３の窒化層を、その軌道輪の表面側に形成
される窒化物を含有する硬質な窒化化合物層と、さらに
それよりも下方に窒素が拡散されてなる拡散層とを含む
構成としている。
求項２または３の窒化層を、その軌道輪の表面側に形成
される窒化物を含有する硬質な窒化化合物層と、さらに
それよりも下方に窒素が拡散されてなる拡散層とを含む
構成としている。
【００１１】本発明の請求項５の転がり軸受は、上記請
求項２または３の浸硫窒化層を、その軌道輪の表面側に
形成される硫黄を含む浸硫層と、その下方に形成される
窒化化合物層と、さらにそれよりも下方に窒素が拡散さ
れてなる拡散層とを含む構成としている。
求項２または３の浸硫窒化層を、その軌道輪の表面側に
形成される硫黄を含む浸硫層と、その下方に形成される
窒化化合物層と、さらにそれよりも下方に窒素が拡散さ
れてなる拡散層とを含む構成としている。
【００１２】以上、本発明においてシール摺動部材ある
いは軸受軌道輪の表面に形成される窒化層は、母材表面
に不可避的に存在する酸化物が除去された状態で形成さ
れたものであるから、その形成処理が上記従来の熱硬化
処理に比べて低温、短時間で済むうえ、緻密かつ平滑で
硬質になっている。つまり、窒化層の形成処理が上記従
来の熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むから、処理
過程において母材の熱歪みがほとんど発生せずに済み、
従来の熱硬化処理において必要であった研磨などの後処
理が不要になる。また、窒化層が緻密かつ平滑で硬質に
形成されているから、上記従来の熱硬化処理以上に、リ
ップ摺動面の摩擦係数を低くできるようになる。
いは軸受軌道輪の表面に形成される窒化層は、母材表面
に不可避的に存在する酸化物が除去された状態で形成さ
れたものであるから、その形成処理が上記従来の熱硬化
処理に比べて低温、短時間で済むうえ、緻密かつ平滑で
硬質になっている。つまり、窒化層の形成処理が上記従
来の熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むから、処理
過程において母材の熱歪みがほとんど発生せずに済み、
従来の熱硬化処理において必要であった研磨などの後処
理が不要になる。また、窒化層が緻密かつ平滑で硬質に
形成されているから、上記従来の熱硬化処理以上に、リ
ップ摺動面の摩擦係数を低くできるようになる。
【００１３】また、本発明においてシール摺動部材ある
いは軸受軌道輪の表面に形成される浸硫窒化層は、ガス
浸硫窒化処理により得られるものであって、その処理ガ
スが金属母材の表面に不可避的に存在する酸化物を除去
する機能を有しているので、その形成処理が上記従来の
熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むうえ、緻密かつ
平滑で硬質になっているとともに潤滑性に優れた硫黄成
分を含有するものになっている。つまり、上記窒化層の
場合と同様、処理過程において母材の熱歪みがほとんど
発生せずに済み、従来の熱硬化処理において必要であっ
た研磨などの後処理が不要になる。しかも、浸硫窒化層
を形成している場合、リップ摺動面の摩擦係数が上記窒
化層を形成している場合よりもさらに低くなる。
いは軸受軌道輪の表面に形成される浸硫窒化層は、ガス
浸硫窒化処理により得られるものであって、その処理ガ
スが金属母材の表面に不可避的に存在する酸化物を除去
する機能を有しているので、その形成処理が上記従来の
熱硬化処理に比べて低温、短時間で済むうえ、緻密かつ
平滑で硬質になっているとともに潤滑性に優れた硫黄成
分を含有するものになっている。つまり、上記窒化層の
場合と同様、処理過程において母材の熱歪みがほとんど
発生せずに済み、従来の熱硬化処理において必要であっ
た研磨などの後処理が不要になる。しかも、浸硫窒化層
を形成している場合、リップ摺動面の摩擦係数が上記窒
化層を形成している場合よりもさらに低くなる。
【００１４】このような窒化層あるいは浸硫窒化層を形
成していれば、シール部材のリップならびにシール摺動
部分の発熱を抑制できるようになる。また、軸受軌道輪
の場合にあっては、軸受そのものの昇温を抑制できるよ
うになる。
成していれば、シール部材のリップならびにシール摺動
部分の発熱を抑制できるようになる。また、軸受軌道輪
の場合にあっては、軸受そのものの昇温を抑制できるよ
うになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を図１ないし図４に
示す各実施形態に基づいて説明する。
示す各実施形態に基づいて説明する。
【００１６】図１および図２は本発明の一実施形態にか
かり、図１は、転がり軸受の上半分の縦断面図、図２
は、浸硫窒化層の断面写真およびその断面模式図であ
る。
かり、図１は、転がり軸受の上半分の縦断面図、図２
は、浸硫窒化層の断面写真およびその断面模式図であ
る。
【００１７】図例の転がり軸受１は、いわゆる深溝型玉
軸受であり、内輪２、外輪３、複数の球状の転動体４
と、保持器５とを備えている。この転がり軸受１は、そ
の軸方向両端部にシール部材６，７が装着されることに
より軸受内部にグリースなどの潤滑剤を封入した密封タ
イプとなっている。
軸受であり、内輪２、外輪３、複数の球状の転動体４
と、保持器５とを備えている。この転がり軸受１は、そ
の軸方向両端部にシール部材６，７が装着されることに
より軸受内部にグリースなどの潤滑剤を封入した密封タ
イプとなっている。
【００１８】シール部材６，７は、環状芯金６１，７１
の外周から外側面を経て内周にまたがって弾性体６２，
７２を被着した構成であり、環状芯金６１，７１の内周
部分の弾性体６２，７２には、二股のリップ６３，６
４，７３，７４が設けられている。なお、前述の弾性体
６２，７２は、アクリルゴムやニトリルゴムなどの合成
ゴムとされる。
の外周から外側面を経て内周にまたがって弾性体６２，
７２を被着した構成であり、環状芯金６１，７１の内周
部分の弾性体６２，７２には、二股のリップ６３，６
４，７３，７４が設けられている。なお、前述の弾性体
６２，７２は、アクリルゴムやニトリルゴムなどの合成
ゴムとされる。
【００１９】そして、シール部材６，７は、その外周部
が外輪３の軸方向両端肩部の内周面に設けられている周
段部３１，３２に嵌着されており、そのリップ６３，６
４，７３，７４が、内輪２の軸方向両端肩部の外周面に
設けられている周段部２１，２２に嵌入されている。な
お、一方のリップ６３，７３は、内輪２の周段部２１，
２２の外側傾斜面に対して接触させられており、他方の
リップ６４，７４は、内輪２の周段部２１，２２の内側
垂直面に対して微小隙間を介して対向させられている。
が外輪３の軸方向両端肩部の内周面に設けられている周
段部３１，３２に嵌着されており、そのリップ６３，６
４，７３，７４が、内輪２の軸方向両端肩部の外周面に
設けられている周段部２１，２２に嵌入されている。な
お、一方のリップ６３，７３は、内輪２の周段部２１，
２２の外側傾斜面に対して接触させられており、他方の
リップ６４，７４は、内輪２の周段部２１，２２の内側
垂直面に対して微小隙間を介して対向させられている。
【００２０】この実施形態では、内輪２の周段部２１，
２２の内面に浸硫窒化層８が形成されているものとす
る。但し、図３に示すように、内輪２の外表面全体に浸
硫窒化層８を形成したものとすることができる。
２２の内面に浸硫窒化層８が形成されているものとす
る。但し、図３に示すように、内輪２の外表面全体に浸
硫窒化層８を形成したものとすることができる。
【００２１】なお、内・外輪２，３および転動体４は、
ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのステンレス鋼、窒素と
の親和力が強い合金元素を含む金属材（例えばＪＩＳ規
格ＳＣＭ４１５などの浸炭鋼やＪＩＳ規格ＳＡＣＭ系の
窒化鋼）で形成される。この他、外輪３、転動体４は、
窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とし、焼結助剤として、
イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、そ
の他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いたセラミック
スの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）
などを用いたセラミックスとすることができる。
ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのステンレス鋼、窒素と
の親和力が強い合金元素を含む金属材（例えばＪＩＳ規
格ＳＣＭ４１５などの浸炭鋼やＪＩＳ規格ＳＡＣＭ系の
窒化鋼）で形成される。この他、外輪３、転動体４は、
窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とし、焼結助剤として、
イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、そ
の他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いたセラミック
スの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）
などを用いたセラミックスとすることができる。
【００２２】保持器５は、この実施形態では合成樹脂製
の冠形保持器とされているが、その種類については特に
限定されない。
の冠形保持器とされているが、その種類については特に
限定されない。
【００２３】この実施形態での浸硫窒化層８は、図２に
示すように、金属母材８０（２）の表面側から内部へ向
かう順に、ＦｅＳを主成分とする比較的軟質な浸硫層８
１、Ｆｅ2-3Ｎを主成分とする比較的硬質で緻密な窒化
化合物層８２、金属母材８０（２）にＮ原子が拡散され
てなる超硬質な窒化拡散層８３を含む階層構造になって
いる。なお、図２に示す浸硫窒化層８の断面写真は、電
子顕微鏡で倍率４００倍で撮影したものである。
示すように、金属母材８０（２）の表面側から内部へ向
かう順に、ＦｅＳを主成分とする比較的軟質な浸硫層８
１、Ｆｅ2-3Ｎを主成分とする比較的硬質で緻密な窒化
化合物層８２、金属母材８０（２）にＮ原子が拡散され
てなる超硬質な窒化拡散層８３を含む階層構造になって
いる。なお、図２に示す浸硫窒化層８の断面写真は、電
子顕微鏡で倍率４００倍で撮影したものである。
【００２４】次に、上記浸硫窒化層８の形成方法を説明
する。ここでは、対象品として内輪２とする。
する。ここでは、対象品として内輪２とする。
【００２５】まず、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃを素材と
して鍛造、旋削、生研、ロール成形などを経て外形が整
えられた内輪２の単体を用意する。なお、図１に示すよ
うに、浸硫窒化層８を内輪２の局部に形成する場合に
は、形成領域以外の領域にマスクとなる保護膜を付着す
る前工程が必要となるが、図３に示すように、内輪２の
全体に形成する場合には、前述した前工程は不要であ
る。
して鍛造、旋削、生研、ロール成形などを経て外形が整
えられた内輪２の単体を用意する。なお、図１に示すよ
うに、浸硫窒化層８を内輪２の局部に形成する場合に
は、形成領域以外の領域にマスクとなる保護膜を付着す
る前工程が必要となるが、図３に示すように、内輪２の
全体に形成する場合には、前述した前工程は不要であ
る。
【００２６】この内輪２を気密構造のチャンバ内にセッ
トし、真空状態として、所要の反応ガスを供給する。こ
の反応ガスとしては、浸炭性ガスと、窒化性ガスと、浸
硫性ガスとを混合したもの、つまりＣＯ2＋（ＮＨ3＋Ｎ
2）＋Ｈ2Ｓを用いる。
トし、真空状態として、所要の反応ガスを供給する。こ
の反応ガスとしては、浸炭性ガスと、窒化性ガスと、浸
硫性ガスとを混合したもの、つまりＣＯ2＋（ＮＨ3＋Ｎ
2）＋Ｈ2Ｓを用いる。
【００２７】ここで、チャンバ内を４８０℃〜７００℃
例えば５５０℃とし、３０分〜３００分例えば１２０分
保持する。この後、所要時間をかけて油冷または空冷に
より冷却する。
例えば５５０℃とし、３０分〜３００分例えば１２０分
保持する。この後、所要時間をかけて油冷または空冷に
より冷却する。
【００２８】これにより、まず、反応ガスの特にＨ2Ｓ
が対象品である内輪２の表面に不可避的に存在している
酸化物などの不純物因子を除去して、金属母材の純粋な
表面を露出する。引き続き、Ｎが金属母材内部に速やか
に深く浸透、拡散して、上述した浸硫窒化層８が形成さ
れることになる。
が対象品である内輪２の表面に不可避的に存在している
酸化物などの不純物因子を除去して、金属母材の純粋な
表面を露出する。引き続き、Ｎが金属母材内部に速やか
に深く浸透、拡散して、上述した浸硫窒化層８が形成さ
れることになる。
【００２９】なお、浸硫窒化層８の深さは、処理温度及
び保持時間を適宜設定することにより制御できるが、軸
受の場合、軌道輪の軌道面にかかるせん断応力が表面か
ら０．１〜０．４ｍｍの範囲に作用するので、浸硫窒化
層８の深さとしては少なくとも前述の範囲とすればよ
い。
び保持時間を適宜設定することにより制御できるが、軸
受の場合、軌道輪の軌道面にかかるせん断応力が表面か
ら０．１〜０．４ｍｍの範囲に作用するので、浸硫窒化
層８の深さとしては少なくとも前述の範囲とすればよ
い。
【００３０】以上のようにして浸硫窒化層８が形成され
るが、表面酸化物の除去作用によって処理温度が従来の
熱硬化処理に比べて低くかつ処理時間が従来の熱硬化処
理に比べて短くなるので、金属母材の熱歪みの発生が抑
制されることになる。ちなみに、上記浸硫窒化層８の表
面粗さは、それを形成する前の対象品の表面粗さ（中心
線平均粗さＲａ＝０．７μｍ〜１．０μｍ、十点平均粗
さＲｚ＝４．０μｍ〜７．０μｍ、最大高さＲｍａｘ＝
４．５μｍ〜７．５μｍ）とほとんど同じに維持され
る。このように、浸硫窒化層８を形成する過程で熱歪み
による寸法変化の発生を抑制できるので、この処理の後
で表面に対して研磨を施す必要がなくなる。
るが、表面酸化物の除去作用によって処理温度が従来の
熱硬化処理に比べて低くかつ処理時間が従来の熱硬化処
理に比べて短くなるので、金属母材の熱歪みの発生が抑
制されることになる。ちなみに、上記浸硫窒化層８の表
面粗さは、それを形成する前の対象品の表面粗さ（中心
線平均粗さＲａ＝０．７μｍ〜１．０μｍ、十点平均粗
さＲｚ＝４．０μｍ〜７．０μｍ、最大高さＲｍａｘ＝
４．５μｍ〜７．５μｍ）とほとんど同じに維持され
る。このように、浸硫窒化層８を形成する過程で熱歪み
による寸法変化の発生を抑制できるので、この処理の後
で表面に対して研磨を施す必要がなくなる。
【００３１】以上、本実施形態で得られる浸硫窒化層８
は、緻密かつ平滑に形成されているとともに従来の熱硬
化処理による場合と遜色ない程度の硬質な窒化化合物層
８２の上に硫黄成分を含む潤滑性に優れた浸硫層８１を
有するものであるから、シール摺動面での摩擦係数を低
くすることができ、シール部材６，７のリップ６３，７
３の摺動によって内輪２の周段部２１，２２で油膜切れ
が発生しても、発熱を抑制できるようになる。この結
果、シール部材６，７のリップ６３，７３の熱劣化を抑
制できるようになるので、密封性能を長期にわたって安
定に保つことができるようになる。また、軸受そのもの
の昇温も抑制できるから、軸受内部のグリースなどの潤
滑剤の劣化を長期にわたって防止できるようになり、軸
受寿命の向上に貢献できるようになる。ちなみに、本実
施形態の浸硫窒化層８と、従来の熱硬化処理により得ら
れる硬化層とについての摩擦係数は、無潤滑状態で、そ
れぞれ０．２４、０．５４となり、本実施形態のほうが
２分の１以下と優れたものになる。この摩擦係数を調べ
る実験は、ＨＲＩＤＯＮ式摩耗試験機にて、試験片（表
面に浸硫窒化層８を形成したＳＰＣＣ材）にボール（Ｓ
ＵＪ２材）を荷重２００ｇｆ，速度１００ｍｍ／秒、距
離２０ｍｍで１０往復させ、その際の動摩擦係数を測定
し、各測定値の最大値より求めた。
は、緻密かつ平滑に形成されているとともに従来の熱硬
化処理による場合と遜色ない程度の硬質な窒化化合物層
８２の上に硫黄成分を含む潤滑性に優れた浸硫層８１を
有するものであるから、シール摺動面での摩擦係数を低
くすることができ、シール部材６，７のリップ６３，７
３の摺動によって内輪２の周段部２１，２２で油膜切れ
が発生しても、発熱を抑制できるようになる。この結
果、シール部材６，７のリップ６３，７３の熱劣化を抑
制できるようになるので、密封性能を長期にわたって安
定に保つことができるようになる。また、軸受そのもの
の昇温も抑制できるから、軸受内部のグリースなどの潤
滑剤の劣化を長期にわたって防止できるようになり、軸
受寿命の向上に貢献できるようになる。ちなみに、本実
施形態の浸硫窒化層８と、従来の熱硬化処理により得ら
れる硬化層とについての摩擦係数は、無潤滑状態で、そ
れぞれ０．２４、０．５４となり、本実施形態のほうが
２分の１以下と優れたものになる。この摩擦係数を調べ
る実験は、ＨＲＩＤＯＮ式摩耗試験機にて、試験片（表
面に浸硫窒化層８を形成したＳＰＣＣ材）にボール（Ｓ
ＵＪ２材）を荷重２００ｇｆ，速度１００ｍｍ／秒、距
離２０ｍｍで１０往復させ、その際の動摩擦係数を測定
し、各測定値の最大値より求めた。
【００３２】なお、本発明は上記実施形態のみに限定さ
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３３】（１） 上記実施形態では、転がり軸受１
の内輪２に対してシール部材６，７を摺動接触させるよ
うにしているから、内輪２に対して浸硫窒化層８を形成
する例を挙げているが、外輪３に対してシール部材６，
７を摺動接触させる形態の場合には、外輪３に対して浸
硫窒化層８を形成すればよい。
の内輪２に対してシール部材６，７を摺動接触させるよ
うにしているから、内輪２に対して浸硫窒化層８を形成
する例を挙げているが、外輪３に対してシール部材６，
７を摺動接触させる形態の場合には、外輪３に対して浸
硫窒化層８を形成すればよい。
【００３４】（２） 上記実施形態では、深溝型玉軸受
を例に挙げているが、例えば円筒ころ軸受、円すいころ
軸受、球面ころ軸受、針状ころ軸受など種々な軸受形式
のものに本発明を適用することができる。同様に、軌道
輪を回転軸やハウジングなどの外側環体と一体に形成し
た形式のものにも本発明を適用することができる。その
場合、回転軸や外側環体などのシール摺動部材に対し
て、浸硫窒化層８を形成すればよい。
を例に挙げているが、例えば円筒ころ軸受、円すいころ
軸受、球面ころ軸受、針状ころ軸受など種々な軸受形式
のものに本発明を適用することができる。同様に、軌道
輪を回転軸やハウジングなどの外側環体と一体に形成し
た形式のものにも本発明を適用することができる。その
場合、回転軸や外側環体などのシール摺動部材に対し
て、浸硫窒化層８を形成すればよい。
【００３５】（３） 上記実施形態や上記（１）、
（２）で説明している浸硫窒化層８の代わりに、図４に
示すような窒化層１０とすることができる。ここでの窒
化層１０は、金属母材１００（２）の表面から内側に向
かってＣｒＮ、Ｆｅ2 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、Ｆｅ4 Ｎ等の窒化
物を含有する超硬質な化合物層１０１と、それに続く内
部にＮ原子の拡散層１０２とから構成されている。この
窒化層１０の形成方法を説明する。
（２）で説明している浸硫窒化層８の代わりに、図４に
示すような窒化層１０とすることができる。ここでの窒
化層１０は、金属母材１００（２）の表面から内側に向
かってＣｒＮ、Ｆｅ2 Ｎ、Ｆｅ3 Ｎ、Ｆｅ4 Ｎ等の窒化
物を含有する超硬質な化合物層１０１と、それに続く内
部にＮ原子の拡散層１０２とから構成されている。この
窒化層１０の形成方法を説明する。
【００３６】すなわち、窒化層１０を形成すべき対象品
として、ＪＩＳ規格ＳＣＭ４１５を素材として鍛造、旋
削、生研、ロール成形などを経て外形が整えられた内輪
２を用意する。この内輪２を気密構造のチャンバ内にセ
ットし、真空状態として、ふっ化ガスと、窒化ガスとの
２種を時間的にずらして個別に供給する。ふっ化ガスと
しては、ＮＦ3 、ＢＦ3 、ＣＦ4 、ＨＦ、ＳＦ6 、Ｆ2
の単独もしくは混合物からなる弗素源成分をＮ2 等の不
活性ガス中に合有させたガスが挙げられるが、例えば３
ふっ化窒素（ＮＦ3 ），窒素等の混合気が好適に用いら
れる。なお、効果の点から、ＮＦ3 等のふっ素源成分が
０．０５％〜２０％（重量基準、以下同じ）、好ましく
は３％〜５％の範囲内の濃度に設定される。また、窒化
ガスとしては、例えばＮＨ3 単体からなるガスまたはＮ
Ｈ3 と炭素源とからなる混合ガス（例えばＲＸガス）が
挙げられる。
として、ＪＩＳ規格ＳＣＭ４１５を素材として鍛造、旋
削、生研、ロール成形などを経て外形が整えられた内輪
２を用意する。この内輪２を気密構造のチャンバ内にセ
ットし、真空状態として、ふっ化ガスと、窒化ガスとの
２種を時間的にずらして個別に供給する。ふっ化ガスと
しては、ＮＦ3 、ＢＦ3 、ＣＦ4 、ＨＦ、ＳＦ6 、Ｆ2
の単独もしくは混合物からなる弗素源成分をＮ2 等の不
活性ガス中に合有させたガスが挙げられるが、例えば３
ふっ化窒素（ＮＦ3 ），窒素等の混合気が好適に用いら
れる。なお、効果の点から、ＮＦ3 等のふっ素源成分が
０．０５％〜２０％（重量基準、以下同じ）、好ましく
は３％〜５％の範囲内の濃度に設定される。また、窒化
ガスとしては、例えばＮＨ3 単体からなるガスまたはＮ
Ｈ3 と炭素源とからなる混合ガス（例えばＲＸガス）が
挙げられる。
【００３７】ここで、まずチャンバ内にふっ化ガスを供
給し、３００℃〜４００℃とし、１０分〜１２０分保持
する。これにより、対象品の表面の酸化物等は、除去さ
れて浄化されると同時に、金属ふっ化膜に置き換えられ
る。この際に、表面に形成される金属ふっ化膜は、不働
態膜であるので、表面への酸素の吸着や酸化作用を防止
し、次の窒化処理まで酸化物の生成を阻止する。
給し、３００℃〜４００℃とし、１０分〜１２０分保持
する。これにより、対象品の表面の酸化物等は、除去さ
れて浄化されると同時に、金属ふっ化膜に置き換えられ
る。この際に、表面に形成される金属ふっ化膜は、不働
態膜であるので、表面への酸素の吸着や酸化作用を防止
し、次の窒化処理まで酸化物の生成を阻止する。
【００３８】次いで、チャンバ内に窒化ガスを供給し、
４８０℃〜７００℃の範囲とし、０．５時間〜５時間の
範囲で保持する。これにより、窒化層１０が形成され
る。このとき、対象品の表面の金属ふっ化膜が活性化膜
となるとともに、窒化処理において窒素が金属内部に速
やかに深く浸透、拡散しやすくなる。
４８０℃〜７００℃の範囲とし、０．５時間〜５時間の
範囲で保持する。これにより、窒化層１０が形成され
る。このとき、対象品の表面の金属ふっ化膜が活性化膜
となるとともに、窒化処理において窒素が金属内部に速
やかに深く浸透、拡散しやすくなる。
【００３９】この後、所要時間をかけて油冷または空冷
により冷却する。対象品は、冷却終了まで、窒素ガス中
に保持されているから、表面に酸化物が生成されない。
により冷却する。対象品は、冷却終了まで、窒素ガス中
に保持されているから、表面に酸化物が生成されない。
【００４０】このようにして形成した窒化層１０の表面
粗さは、それを形成する前の対象品の表面粗さ（中心線
平均粗さＲａ＝０．７μｍ〜１．０μｍ、十点平均粗さ
Ｒｚ＝４．０μｍ〜７．０μｍ、最大高さＲｍａｘ＝
４．５μｍ〜７．５μｍ）とほとんど同じに維持され
る。ちなみに、上記窒化層１０の断面を電子顕微鏡（機
種：オリンパスＰＭＧ３、倍率４００倍）で観察する
と、平均粒子径が１μｍ以下で、緻密にかつ平滑に形成
されていた。また、窒化層１０の表面側の硬さは、ビッ
カース硬さ〔Ｈｖ〕で８００〜１０００（試験荷重５０
ｇｆ）と、従来の熱硬化処理品と同等あるいはそれ以上
になる。そして、前述の窒化層１０と、従来の熱硬化処
理により得られる硬化層とについての摩擦係数は、無潤
滑状態で、それぞれ０．２４、０．５４となり、本実施
形態のほうが２分の１以下と優れたものになる。この摩
擦係数を調べる実験は、上記実施形態の場合と同様であ
る。
粗さは、それを形成する前の対象品の表面粗さ（中心線
平均粗さＲａ＝０．７μｍ〜１．０μｍ、十点平均粗さ
Ｒｚ＝４．０μｍ〜７．０μｍ、最大高さＲｍａｘ＝
４．５μｍ〜７．５μｍ）とほとんど同じに維持され
る。ちなみに、上記窒化層１０の断面を電子顕微鏡（機
種：オリンパスＰＭＧ３、倍率４００倍）で観察する
と、平均粒子径が１μｍ以下で、緻密にかつ平滑に形成
されていた。また、窒化層１０の表面側の硬さは、ビッ
カース硬さ〔Ｈｖ〕で８００〜１０００（試験荷重５０
ｇｆ）と、従来の熱硬化処理品と同等あるいはそれ以上
になる。そして、前述の窒化層１０と、従来の熱硬化処
理により得られる硬化層とについての摩擦係数は、無潤
滑状態で、それぞれ０．２４、０．５４となり、本実施
形態のほうが２分の１以下と優れたものになる。この摩
擦係数を調べる実験は、上記実施形態の場合と同様であ
る。
【００４１】上述したように、窒化層１０を形成する過
程で熱歪みによる寸法変化の発生を抑制できるので、こ
の処理の後で表面に対して超仕上げ処理を施せばよく、
従来必要であった研磨処理を省略できるようになる。
程で熱歪みによる寸法変化の発生を抑制できるので、こ
の処理の後で表面に対して超仕上げ処理を施せばよく、
従来必要であった研磨処理を省略できるようになる。
【００４２】
【発明の効果】請求項１ないし５の発明では、シール摺
動部材あるいは転がり軸受の軌道輪の表面に表面酸化物
を除去した状態で窒化層あるいは浸硫窒化層を形成する
ことで、その形成過程における母材の熱歪みを抑えつ
つ、緻密かつ平滑で硬質な表面性状に改質できるように
している。
動部材あるいは転がり軸受の軌道輪の表面に表面酸化物
を除去した状態で窒化層あるいは浸硫窒化層を形成する
ことで、その形成過程における母材の熱歪みを抑えつ
つ、緻密かつ平滑で硬質な表面性状に改質できるように
している。
【００４３】したがって、シール摺動面の摩擦係数が従
来の熱硬化処理と同様あるいはそれ以上に低くなるの
で、シール部材のリップの摺動接触に伴い油膜切れが発
生する状況でもリップならびにシール摺動部分の発熱を
抑制できるようになり、シール部材の密封性能を長期に
わたって十分なものにできるようになる。そして、転が
り軸受の軌道輪に窒化層あるいは浸硫窒化層を形成する
場合にあっては、シール摺動部での発熱を抑制できるこ
とに伴い、軸受内部での昇温を抑制できるようになるか
ら、軸受内部のグリースなどの潤滑剤の熱劣化を長期に
わたって抑制できるようになるなど、軸受寿命の向上に
貢献できるようになる。
来の熱硬化処理と同様あるいはそれ以上に低くなるの
で、シール部材のリップの摺動接触に伴い油膜切れが発
生する状況でもリップならびにシール摺動部分の発熱を
抑制できるようになり、シール部材の密封性能を長期に
わたって十分なものにできるようになる。そして、転が
り軸受の軌道輪に窒化層あるいは浸硫窒化層を形成する
場合にあっては、シール摺動部での発熱を抑制できるこ
とに伴い、軸受内部での昇温を抑制できるようになるか
ら、軸受内部のグリースなどの潤滑剤の熱劣化を長期に
わたって抑制できるようになるなど、軸受寿命の向上に
貢献できるようになる。
【００４４】この他、窒化層および浸硫窒化層を形成後
には従来必要であった研磨などの後処理を省略できるの
で、製造コストを低減できるようになる。
には従来必要であった研磨などの後処理を省略できるの
で、製造コストを低減できるようになる。
【００４５】このように、本発明では、製造コストを安
価に抑制できて、摩耗や発熱を抑制できる優れたシール
摺動部材ならびに転がり軸受を提供できるようになる。
価に抑制できて、摩耗や発熱を抑制できる優れたシール
摺動部材ならびに転がり軸受を提供できるようになる。
【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受の上半分の縦
断面図
断面図
【図２】浸硫窒化層の断面写真およびその断面模式図
【図３】本発明の他の実施形態の転がり軸受の上半分の
縦断面図
縦断面図
【図４】窒化層の断面模式図
１ 転がり軸受 ２ 内輪 ２１，２２ 内輪の周段部 ３ 外輪 ６，７ シール部材 ６３，７３ シール部材のリップ ８ 浸硫窒化層 ８１ 浸硫窒化層の浸硫層 ８２ 浸硫窒化層の窒化化合物層 ８３ 浸硫窒化層の窒化拡散層
フロントページの続き (72)発明者 木村 治生 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 シール部材のリップが摺動接触させられ
るシール摺動部材であって、リップ摺動面に、その表面
酸化物が除去された状態で窒化層または浸硫窒化層が形
成されている、ことを特徴とするシール摺動部材。 - 【請求項２】 シール部材のリップが摺動接触させられ
る軌道輪を有する転がり軸受であって、前記軌道輪の少
なくとも前記リップ摺動面に、その表面酸化物が除去さ
れた状態で窒化層または浸硫窒化層が形成されている、
ことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項３】 シール部材のリップが摺動接触させられ
る軌道輪を有する転がり軸受であって、前記軌道輪の外
表面全体に、その表面酸化物が除去された状態で窒化層
または浸硫窒化層が形成されている、ことを特徴とする
転がり軸受。 - 【請求項４】 請求項２または３に記載の転がり軸受に
おいて、前記窒化層は、その軌道輪の表面側に形成され
る窒化物を含有する硬質な窒化化合物層と、さらにそれ
よりも下方に窒素が拡散されてなる拡散層とを含む、こ
とを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項５】 請求項２または３に記載の転がり軸受に
おいて、前記浸硫窒化層は、その軌道輪の表面側に形成
される硫黄を含む浸硫層と、その下方に形成される窒化
化合物層と、さらにそれよりも下方に窒素が拡散されて
なる拡散層とを含む、ことを特徴とする転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36883197A JPH11190351A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | シール摺動部材ならびに転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36883197A JPH11190351A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | シール摺動部材ならびに転がり軸受 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11190351A true JPH11190351A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=18492876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36883197A Pending JPH11190351A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | シール摺動部材ならびに転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11190351A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009043031A1 (de) | 2008-10-01 | 2010-04-08 | Uchiyama Manufacturing Corp. | Dichtungsvorrichtung |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP36883197A patent/JPH11190351A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009043031A1 (de) | 2008-10-01 | 2010-04-08 | Uchiyama Manufacturing Corp. | Dichtungsvorrichtung |
| US8828178B2 (en) | 2008-10-01 | 2014-09-09 | Uchiyama Manufacturing Corp. | Sealing device |
| DE102009043031B4 (de) * | 2008-10-01 | 2019-01-17 | Uchiyama Manufacturing Corp. | Dichtungsvorrichtung |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050803 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060124 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20060327 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060516 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060908 |