JPS63647B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテーパードランド軸受に係り、特に硬
質化のための全体の熱処理を施さず歪のないテー
パードランド軸受に関する。

従来から油膜を積極的に形成させるためのテー
パードランド軸受は回転軸端面を支承する軸受面
に、その円周方向に順次テーパー面とランド面を
形成したものが一般に知られている。このテーパ
ードランド軸受は、そのテーパー面およびランド
面の形状が重要であるため高精度の表面仕上技術
が要求されるとともに、耐摩耗性が要求される。

従来、テーパードランド軸受を製造する場合に
は、まず基材にプレス加工によりテーパー形状を
形成し、その後研摩等によりテーパー面およびラ
ンド面の形状、寸法精度を出す方法を採つてい
る。そして基材としては、鋼材を一般的に使用し
耐摩耗性を向上させる必要から焼入れ等の表面処
理を施している。

なお基材として硬い材料を用いる場合には、あ
る程度の耐摩耗性は期待できるがテーパー面の加
工が困難であり、また軟かい材料を用いる場合に
は、成形は容易であるが耐摩耗性に劣るという欠
点がある。そして耐摩耗性を向上させるために熱
処理を施す場合には、高精度に仕上げたテーパー
面およびランド面が熱の影響で歪を生じ、軸受と
しての機能を失なうおそれがある。その理由とし
ては、軸受作用中には熱歪によつて高さの高くな
つたテーパードランド面に必然的に荷重が集中
し、このため荷重が集中したテーパードランド面
では油膜が切れてしまい金属接触を起し、その結
果異常摩耗や高摩擦熱による焼付現象を発生させ
ることが考えられる。従つてテーパードランド軸
受にとつて特にテーパードランド面の高さが均一
であることが重要であり、ゆえに高精度であるこ
とが要求される。また、熱処理に要するコストが
高いという難点もある。

そこで一部では、歪量を可及的に少なくし、且
つ硬質化の手段として、浸ボロン処理、クロム拡
散処理、および浸炭処理等の処理方法、あるいは
塩浴軟窒化方法が提案されているが、いずれの場
合も未だ歪量が多く、また塩浴軟窒化方法では硬
度がHv400〜500程度でさほど硬くならない。

本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、テーパー面の加工が容易
でかつ表面処理に伴なう歪がほとんどない安価な
テーパードランド軸受を提供するにある。

本発明は、従来の難点がテーパードランド軸受
全体を表面処理していたことに起因するととも
に、耐摩耗性が要求されるのは主に回転軸と接触
する断面鋸刃状のランド面近辺のみであることに
着目し、ランド面を、パワー密度が高く必要部分
のみ焼入れをして他の部分には熱の悪影響が少な
いという利点を有するレーザビームまたは電子ビ
ームにより焼入れ処理するようにし、これにより
硬質化のための表面処理に伴なう歪を極力少なく
することができるようにしたものである。更に詳
しくは、機械構造用炭素鋼または高炭素クロム軸
受鋼からなる前記基材の軸受面に浸硫処理または
リン酸マンガン処理を施すとともに、テーパー面
とランド面の境界部を含む前記ランド面をレーザ
ビームまたは電子ビームにより10〜300μの範囲
内でテーパードランドの立上り寸法より深く、か
つ、周方向に不連続に焼入れ処理を施したもので
あり、これにより、高精度で摺動特性に優れたテ
ーパードランド軸受を得たものである。

以下本発明を第１図ないし第３図に示す一実施
例に基づいて説明する。

第１図および第２図はテーパードランド軸受を
示すもので、その基材１は機械構造用炭素鋼
（S45C）が用いられ、基材１の上面には、周方向
の長さ（Ｘ）が５mmで立上がり寸法（Ｙ）が５〜
6μm程度およびランド２ａの巾（Ｚ）が１〜２
ｍ／ｍ程度の断面鋸刃状のテーパー面２およびラ
ンド面２ａが形成されている。そしてランド面２
ａには、前記基材１の軸受面に浸硫処理またはリ
ン酸マンガン処理が施されており、更に第２図に
示す如く、テーパー面２とランド面の境界部を含
む前記ランド面２ａをレーザビームまたは電子ビ
ームによりテーパードランドの立上り寸法より深
く、かつ、周方向に不連続に焼入れ処理が施され
ている。その焼入れ硬化部３の深さは0.2mm程度
となつているが、テーパードランドの立上り寸法
より深ければ10〜300μの範囲内まで許容される。
またテーパードランド軸受の一般的な形状として
は周方向の長さ（Ｘ）が３〜10mmで立上がり寸法
（Ｙ）が３〜50μm、ランド面２ａの巾（Ｚ）はＸ
に対して０＜Ｚ／Ｘ＜0.6の関係を有しているも
のが多い。

次に作用について説明する。

製造に際しては、まず基材１の上面にプレス加
工により所要形状のテーパー面２を形成する。そ
の後、研摩によりテーパー面２およびランド面２
ａの形状、寸法精度を出す。この際、基材１は
S45Cで形成されているので加工が比較的容易で
ある。

更に、この形状成形加工後のものに、浸硫処
理、またはリン酸マンガン処理を施す。この処理
をすることにより基材表面には、該基材と反応し
た薄膜、すなわち浸硫処理時には硫化鉄の、また
リン酸マンガン処理時にはリン酸鉄とリン酸マン
ガンとの各皮膜が形成され、特に鉄素材どうしで
摺動させた際の凝着を上記皮膜の介在により有効
に防止することができる。また、前記基材１は機
械構造用炭素鋼（S45C）である為、前記各被膜、
および焼入れ硬さが均一に形成される。従つて、
長期間の使用に対しても摩耗にムラが生じること
はなく摩擦が安定する効果が有る。

次いで、テーパードランド軸受のテーパーとラ
ンド面の境界部を含むランド面２ａのみにレーザ
ビームまたは電子ビームを照射してランド面の焼
入れを行ない、その焼入硬化部３の深さをテーパ
ードランドの立上り寸法より深い0.2mm程度とし
た。

テーパーとランド面の境界部を含むランド面２
ａに焼入れを行なつたため、テーパードランド軸
受において最も荷重を受けやすいテーパ面の境界
部近傍の精度を長期間保ち、好適に油膜が形成さ
れて負荷能力を維持する効果がある。

更に、焼入硬化部３の深さをテーパードランド
の立上り寸法より深い0.2mm程度としたため、ラ
ンド面２ａと相手軸との並行度が崩れることなく
負荷能力が低下を防止する効果がある。逆に、テ
ーパードランドの立上り部の途中までしか焼入れ
処理を施さない場合、焼入れ硬化されていない途
中部分に応力が集中し、ここがへたりランド面２
ａと相手軸との並行度が崩れて負荷能力が低下す
る不具合が発生する。このへたりによる負荷能力
低下の発生を防止する為にも、テーパードランド
の立上り寸法より深く焼入れ処理を施すことが必
要でる。

前記効果を維持しつつ、熱変形を最小限に留め
る為には、焼入れ深さは10〜300μの範囲内で周
方向に不連続にすることが必要である。この際、
レーザビームおよび電子ビームは、パワー密度が
高く必要な部分のみ焼入れして他の部分には熱の
悪影響が少ないという利点を有するので、ランド
面２ａのみの焼入れが可能となるとともに、他の
部分への熱の悪影響が少なく熱による歪を極力少
なくすることが可能となる。またビームパワーお
よび／または照射時間の調節により、焼入硬化部
３の深さの調整が可能である。この焼入硬化部３
の深さは通常10μ〜0.3ｍ／ｍであるが相手材の材
質、荷重、回転数などの運転条件により決定され
るべきである。また、焼入硬化部３はランド面２
ａのみに形成されることが望ましいが、運転条件
などにより一部テーパー面２まで形成してもいつ
こうにかまわない。更に焼入硬化部３の表面硬度
は相手の回転軸の硬度より極端に硬いと相手材の
摩耗を増加させるため、相手材の硬度に応じ変え
ることが望ましい。硬さの調節はビームパワーお
よび／または照射時間の調節のほか、鋼材の選定
によつて行う。

なお、本出願人が前記焼入硬化部３の硬度を測
定したところ、Hv600〜700程度であり充分な硬
さが得られた。また、本出願人は、S45Cの基材
のままで硬質化の表面処理を施さない軸受と、テ
ーパードランド軸受全体に焼入れ処理を施した従
来の軸受と、レーザビームによりランド面に焼入
れ処理を施した軸受とを製作し、摩耗量と時間と
の関係を測定して第３図に示す結果を得た。図に
おいてＡはS45Cの基材のままの軸受を、またＢ
はS45Cの基材に従来方法によつて焼入れを施し
た軸受を、さらにＣはS45Cの基材にレーザビー
ムにより焼入れを施した軸受をそれぞれ示す。

第３図からも明らかなようにレーザビームによ
り焼入れを施した軸受が耐摩耗性が最も優れてい
ることが判る。なお、従来の焼入れ方法の場合に
もある程度の耐摩耗性は期待できるが、熱処理に
伴なう歪により片当りが発生して局部摩耗が生じ
ることが確認された。また、レーザビームに代え
て電子ビームを用いて焼入れを施した場合にもレ
ーザビームの場合と同様の結果が得られた。

本出願人はさらに、各種焼入れ方法による歪量
を比較したところ、第４図に示す結果を得た。な
お第４図において横軸のＤはレーザビームによる
焼入れを、またＥは塩浴軟窒化処理を、またＦは
浸ボロン処理、クロム拡散処理または浸炭処理
を、さらにＧは通常の焼入れ処理の場合をそれぞ
れ表わす。

第４図から明らかなように、浸ボロン処理、ク
ロム拡散処理または浸炭処理の場合は通常の焼入
れ処理に比較して歪量を少なくすることができ、
また塩浴軟窒化処理の場合には歪量をさらに少な
くすることができるが、レーザビームによる焼入
れの場合には塩浴軟窒化処理の場合よりもさらに
歪量を少なくすることができることが判る。な
お、レーザビームに代えて電子ビームを用いて焼
入れ処理を施した場合にもレーザビームの場合と
同様の結果が得られた。

しかして、レーザビームまたは電子ビームを用
いてランド面２ａのみを焼入れすることにより、
熱による歪がほとんどなく、かつ充分な耐摩耗性
を有するテーパードランド軸受を得ることができ
る。

なお、前記実施例においては、基材１として
S45Cを用いた場合について説明したが、これに
代えて高炭素クロム軸受鋼（SUJ）を用いてもよ
い。このようにすれば、焼入硬化部３の高度が
Hv800〜1000程度になり、耐摩耗性をさらに向上
させることができる。

さらに、前記実施例ではレーザビームまたは電
子ビームを用いて焼入れを行なう場合について説
明したが、前記両ビームと同様のものとしてプラ
ズマがあり、これを用いて焼入れを行なうことが
考えられる。しかしプラズマの場合には、焼入れ
範囲をランド面２ａのみに限定することができず
広範囲な焼入れとなつてしまうため、熱による歪
が発生してテーパードランド軸受の焼入れとして
は好ましくない。

以上本発明を好適な実施例に基づいて説明した
が、本発明によれば、パワー密度が高いレーザビ
ームまたは電子ビームによりランド面のみに焼入
れ処理を施すことができるので、熱による歪がほ
とんどなく、加工時の真直度、うねりの精度が狂
うことがない。このため高精度のテーパードラン
ド軸受を製作することができる。また充分な焼入
れが期待できるので、低コストの材料を高耐摩耗
材料として利用することができるとともに、テー
パー面およびランド面の加工が容易である。

さらに、鉄系基材からなる軸受面に浸硫処理ま
たはリン酸マンガン処理を施すようにしているた
め、この処理をすることにより基材表面には、該
基材と反応した薄膜、すなわち浸硫処理時には硫
化鉄の、またリン酸マンガン処理時にはリン酸鉄
とリン酸マンガンとの各被膜が形成され、鉄系素
材どうしで摺動させた際の凝着を上記被膜の介在
により有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２
図は第１図の―線に沿つて断面し、かつその
断面を誇張して示した拡大断面図、第３図は摩耗
量についての実験結果、第４図は歪についての実
験結果図である。 １……基材、２……テーパー面、２ａ……ラン
ド面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸を支承する鉄系基材からなる軸受面の
   周方向に順次テーパー面とランド面とを有するテ
   ーパードランド軸受において、機械構造用炭素鋼
   または高炭素クロム軸受鋼からなる前記基材の軸
   受面に浸硫処理またはリン酸マンガン処理を施す
   とともに、テーパー面とランド面の境界部を含む
   前記ランド面をレーザビームまたは電子ビームに
   より10〜300μの範囲内でテーパードランドの立
   上り寸法より深く、かつ、周方向に不連続に焼入
   れ処理を施したことを特徴とするテーパードラン
   ド軸受。