(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化、高定格荷重化が可能なシェル型軸受を提供する。【解決手段】円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔１４，１５としたシェル型外輪１１と、このシェル型外輪１１の内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状の内輪１６とからなり、前記シェル型外輪１１に前記内輪１６を挿入した後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより、前記シェル型外輪１１と、前記内輪１６の表面を硬化させたシェル型軸受。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状態の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、
このシェル型外輪の内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状の内輪とからなり、
前記シェル型外輪に前記内輪を挿入した後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記内輪の表面を硬化させたことを特徴とするシェル型軸受。
【請求項２】
円筒状態の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、
このシェル型外輪の内側に軸方向に並んで回転自在に挿入されている２つの金属製の円筒状の内輪とからなり、
前記シェル型外輪と、前記内輪を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記両内輪の表面を硬化させたことを特徴とするシェル型軸受。
【請求項３】
円筒状態の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、
このシェル型外輪の内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状のローラと、このローラの内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状の内輪とからなり、
前記シェル型外輪と、前記ローラと、前記内輪を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記ローラと、前記内輪の表面を硬化させたことを特徴とするシェル型軸受。
【請求項４】
前記内輪の外周面、内周面、両側面の内、少なくともいずれかの面に、グリース保持溝、グリース保持凹部、もしくはグリース保持穴の内、少なくともいずれかが、一つ以上設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のシェル型軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車やその他産業機械などに多用されるシェル型軸受の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、シェル型針状ころ軸受の一般的な形状を示す概略断面図であり、図中１はシェル型外輪、２は針状ころ、３は保持器を夫々示す。
【０００３】
図示する様にシェル型外輪１は、円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔４、５とし、このシェル型外輪１の内側には、全周に亘って針状ころ２が複数配置される。また保持器３は円筒状に形成されてシェル型外輪１の内側に挿入される。この保持器３には円周方向に等間隔を置いて軸方向に延びる窓孔が複数穿設されており、この窓孔の夫々に前記針状ころ２が嵌挿されて回転自在に支持されるように構成されている。
【０００４】
尚図３では、保持器３によって針状ころ２を支持する構成を示したが、保持器３を設けずに、シェル型外輪１の鍔４，５を軸心方向の内方側に更に折り曲げた状態で針状ころ２を支持する総ころタイプのシェル型針状ころ軸受も知られている。
【０００５】
ところで、近年、このようなシェル型針状ころ軸受は、小型化、高定格荷重化を要求されているが、小型化すると定格荷重が小さくなるという問題があった。そのため、例えば特許文献１の技術のように、針状ころの表面に浸炭窒化処理を施し、強度向上を図る技術や、特許文献２の技術のように針状ころ端面を平坦にして、軌道面との接触面積を大きくして定格荷重を上げる技術などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−０４６３１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年のシェル型針状ころ軸受に対する小型化、高定格荷重化の要求は、強まる一方で、上記特許文献１、２のような技術では、いずれ要求にこたえきれなくなることが予想される。
【０００８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型化、高定格荷重化が可能なシェル型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】
【０００９】
本発明のシェル型軸受は、円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、このシェル型外輪の内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状の内輪とからなり、前記シェル型外輪に前記内輪を挿入した後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記内輪の表面を硬化させたことを特徴とする。
あるいは、円筒状態の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、このシェル型外輪の内側に軸方向に並んで回転自在に挿入されている２つの金属製の円筒状の内輪とからなり、前記シェル型外輪と、前記内輪を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記両内輪の表面を硬化させたことを特徴とする。
あるいは、円筒状態の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔としたシェル型外輪と、このシェル型外輪の内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状のローラと、このローラの内側に回転自在に挿入されている金属製の円筒状の内輪とからなり、前記シェル型外輪と、前記ローラと、前記内輪を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことにより前記シェル型外輪と、前記ローラと、前記内輪の表面を硬化させたことを特徴とする。
また、前記内輪の外周面、内周面、両側面の内、少なくともいずれかの面に、グリース保持溝、グリース保持凹部、もしくはグリース保持穴の内、少なくともいずれかが、一つ以上設けられているとなお良い。
【発明の効果】
【００１０】
上述の様に構成される本発明のシェル型軸受の場合、外輪と内輪が面で接触しているため、高定格荷重（相当）が実現でき、シェル型軸受の小型化を可能とすることができる。また、グリース保持溝、もしくは、グリース保持凹部により、接触面が広くなることに伴うグリース切れを防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図２】本発明のシェル型軸受の別な一例におけるクラウニング形状を説明する図。
【図３】一般的なシェル型針状ころ軸受の断面略図。
【図４】本発明の第２の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図８】本発明の第６の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【図９】本発明の第７の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施例１）
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
【００１３】
図示する様にシェル型外輪１１は、円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔１４、１５と
し、このシェル型外輪１１の内側には、円筒状の内輪１６が回転自在に挿入されている。
【００１４】
内輪１６の外周面と外輪１１の内径面との間には微小隙間が設けられ、グリース若しくは潤滑油等を介して回転可能な滑り軸受として機能する。
この様な構成とすることで、ラジアル荷重を受ける面積を針状ころに比べ格段に大きく取る事が可能となる。そのため、シェル型針状ころ軸受よりも格段に高い定格荷重（相当）が実現できる。さらに、定格荷重（相当）が高いので、シェル型針状ころ軸受よりも軸方向長さの小型化、径の小径化、あるいは、径方向寸法を薄くすることも容易に実現できる。
【００１５】
しかし、この様な構成とすることにより、起動トルクが大きくなる場合がある。この様な場合や、ミスアライメントが発生しやすい環境で使用される場合、内輪１６の外周面にクラウニング加工を施すことが可能である。このクラウニングの形状は、従来の針状ころ軸受の針状ころに施すクラウニングと同等の形状が好ましい。すなわち、図２に示すように、本発明の内輪１６の軸方向断面の外周面の形状が、従来の針状ころの軸方向断面の外周面の形状と同等の形状をしていることが望ましい。
【００１６】
また、上記クラウニング形状に、さらにバレル加工を施し、その際生じる表面の微小な凹凸のうち、最も高い部分の位置を最表面位置とした場合に、この最表面位置から深さ方向に２．０μｍ寄った位置部分の、面方向の仮想平面に関する断面積が、相手部材と接触する部分の表面全体の面積に占める割合を９０％以上となるようにバレル加工の条件を設定することにより、外輪内径と内輪外形の間に強固な油膜を形成することが可能となる。
【００１７】
この様なシェル型軸受は、先ず、シェル型外輪１１が、帯鋼から略円筒形状にプレス絞り成形される。次に、組立工程において、別途成形した金属製の内輪１６が前記シェル型外輪１１に組み込まれ、曲げ工程において、内輪１６を包み込むように該シェル型外輪１１の軸方向両端縁部の鍔１４、１５が曲げ加工され、シェル型軸受を組み立てた状態とする。
【００１８】
上述の如く鍔１４、１５が曲げ加工される時点では、前記シェル型外輪１１は硬化されていない。シェル型軸受は、組み立てられた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理により硬化させられる。窒化処理は、浸炭に比べて鋼材の表面層を著しく硬化することができるので、軸受寿命を長くすることができる。特に、材料成分にＣｒ（クロム）が１０％以上含有されると、更に硬さが増すので、さらに軸受寿命が長寿命となる。
【００１９】
ここでの窒化処理の一例として、所謂ＮＶ窒化処理は、予めＮＦ3 等のフッ素系ガス雰囲気下でシェル型軸受を１５０〜３５０℃の温度に加熱保持し、該シェル型軸受を表面処理した後、アンモニア（ＮＨ3 ）等の公知の窒化用ガス雰囲気中で４００〜７００℃に加熱して窒化層を形成する。
【００２０】
ここで、曲げ加工を行うシェル型外輪１１の材料としては、冷間加工性の良いＳＰＣＣ等の軟鋼が使用可能であり、良好な冷間加工性を考えると、含有炭素量が０．２％以下の軟鋼が好ましい。また、高Ｃｒ鋼を使用すると更に硬さが増し、軸受寿命を更に長くできる。この場合、含有Ｃｒ量は最低５％が必要であるが、１０％以上が好適である。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼が使用できる。
【００２１】
内輪１６の材料としては、針状ころなどに使用される材料と同じく、ＳＵＪ２の使用が可能である。尚、シェル型外輪１１の場合と同様に、高Ｃｒ鋼を使用することにより、表面の硬さが上昇するが、マルテンサイト系ステンレス鋼を選択することにより、内部硬さも２次硬化により高い硬さを維持でき、更に軸受寿命の面で有効である。この場合の含有Ｃｒ量も最低５％が必要であり、１０％以上なら更に良い。
【００２２】
ところで、高Ｃｒ鋼のように、Ｃｒ（クロム）等の酸素との親和力の大きい元素を多量に含む鋼材の表面は、一般に、窒化される際に酸化皮膜を形成し易いので、不均一な窒化層が形成され易い。しかしながら、上述の如き本実施形態におけるＮＶ窒化処理の場合は、予め前記シェル型軸受をフッ素系ガスでフッ化処理することによって、活性化したフッ素原子により軸受表面に付着していた不働態皮膜（無機，有機物の汚染物質や酸化皮膜等）が破壊除去されて表面が浄化されるとともに、フッ化物膜で被覆保護された状態となる。
【００２３】
そこで、上記ＮＶ窒化処理によれば、難窒化材である高Ｃｒ鋼や、ステンレス鋼製の軸受表面にも均一な窒化層を形成し易い。そして、前記ステンレス鋼は、窒化させるとＦｅＣｒ窒化物となり、高い硬さを得ることができる。尚、本実施形態においては、より均一な窒化層を得られる上記ＮＶ窒化処理を窒化処理として用いたが、通常のガス窒化でも良いことはいうまでもない。
【００２４】
更に、浸炭又は浸炭窒化処理や、ずぶ焼等に比べて処理温度が低温（４００〜７００℃）の上記窒化処理で熱処理されたシェル型外輪１１は、熱処理変形（歪み）が小さく、耐焼付き性に優れた軸受を製作することができる。
【００２５】
（実施例２）
次に、図４は、本発明の第２の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
図示する様にシェル型外輪２１は、円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔２４、２５とし、このシェル型外輪２１の内側には、円筒状の２つの内輪２６、２７が軸方向に並んで回転自在に挿入されている。
【００２６】
両内輪２６，２７の外周面と外輪１１の内径面との間には微小隙間が設けられ、グリース若しくは潤滑油等を介して回転可能な滑り軸受として機能する。
この様な構成とすることで、第１の実施形態と同様、ラジアル荷重を受ける面積を針状ころに比べ格段に大きく取る事が可能となる。そのため、シェル型針状ころ軸受よりも格段に高い定格荷重（相当）が実現できる。さらに、定格荷重（相当）が高いので、シェル型針状ころ軸受よりも軸方向長さの小型化、径の小径化、あるいは、径方向寸法を薄くすることも容易に実現できる。また、２つの内輪からなるため、第１の実施形態よりも潤滑性の向上が期待できる。また、第１の実施の形態と同様、内輪２６，２７の外周面にクラウニング加工を施したり、さらに、このクラウニング形状に、バレル加工で微小な凹凸を施したりしても良い。
【００２７】
なお、各構成部品の材料は、第１の実施例と同じである。そして、前記シェル型外輪２１と、前記内輪２６、２７を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことによりシェル型外輪２１と、両内輪２６、２７の表面を硬化させている。
【００２８】
（実施例３）
次に、図５は、本発明の第３の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
図示する様にシェル型外輪３１は、円筒状体の軸方向両端縁を半径方向内方に折り曲げて鍔３４、３５とし、このシェル型外輪３１の内側には、円筒状のローラ３７が回転自在に挿入されており、さらに、このローラ３７の内側には、円筒状の内輪３６が回転自在に挿入されている。
【００２９】
内輪３６の外周面とローラ３７の内周面との間、および、ローラ３７の外周面と外輪３１の内径面との間には微小隙間が設けられ、グリース若しくは潤滑油等を介して回転可能な滑り軸受として機能する。
この様な構成とすることで、第１の実施形態と同様、ラジアル荷重を受ける面積を針状ころに比べ格段に大きく取る事が可能となる。そのため、シェル型針状ころ軸受よりも格段に高い定格荷重（相当）が実現できる。さらに、定格荷重（相当）が高いので、シェル型針状ころ軸受よりも軸方向長さの小型化、径の小径化、あるいは、径方向寸法を薄くすることも容易に実現できる。また、内輪３６と外輪３１の間にローラ３７を回転自在に設けたことにより、第１の実施形態、第２の実施形態よりも耐磨耗性に優れている。また、第１の実施形態と同様、内輪３６の外周面、ローラの内周面、外周面にクラウニング加工を施したり、さらに、このクラウニング形状に、バレル加工で微小な凹凸を施したりしても良い。
【００３０】
なお、各構成部品の材料は、第１の実施例と同じである。また、ローラ３７の材料、熱処理などは、内輪１６，２６，２７に準ずる。そして、前記シェル型外輪３１と、前記ローラ３７、前記内輪３６を組み付けた後に浸炭、または、窒化、または、浸炭窒化処理を行うことによりシェル型外輪３１と、ローラ３７と、内輪３６の表面を硬化させている。
【００３１】
（実施例４）
次に、図６は、本発明の第４の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
本実施形態は、第１の実施形態の内輪１６の外周面にグリース保持溝４８ａ、４８ｂを、内周面にグリース保持溝４９ａ、４９ｂを設けたものである。グリース保持溝４８ａ、４８ｂにより、シェル型外輪１１と内輪４６の間の油膜切れを防ぐことが出来る。また、グリース保持溝４９ａ、４９ｂにより、内輪４６と図示しない相手軸との間の油膜切れを防ぐことが出来る。
【００３２】
図６の例では、内輪４６の外周面の両端部近くにグリース保持溝４８ａ、４８ａを、軸方向中央にグリース保持溝４８ａよりも幅の広いグリース保持溝４８ｂを設け、内周面の両端部近くにグリース保持溝４９ａ、４９ａを、軸方向中央にグリース保持溝４９ａよりも幅の広いグリース保持溝４９ｂを設けているが、必ずしもグリース保持溝４８ｂの方がグリース保持溝４８ａよりも幅が広い必要は無い、また、グリース保持溝４９ｂの方がグリース保持溝４９ａよりも幅が広い必要も無い。
さらに、グリース保持溝の数も一つ以上有れば効果を得ることが出来、また、内輪４６の外周面、内周面のうち、いずれかの面に設けるだけでも効果を得ることが出来る。
【００３３】
図６の例では、グリース保持溝４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂは、円周溝であるが、必ずしも円周方向に繋がっている必要は無く、一定の円弧長のグリース保持凹部や貫通しているグリース保持穴であっても良い。グリース保持凹部、グリース保持穴は、整列している必要は無く、内輪４６の内周面、外周面、あるいはその両面にランダムに設けられていても良い。さらには、グリース保持凹部、グリース保持穴の形状は、特に制限されるものではなく、形状の異なるグリース保持凹部グリース保持穴、大きさの異なるグリース保持凹部、グリース保持穴が混在していても効果を得ることが出来る。また、グリース保持溝、グリース保持凹部、グリース保持穴が混在していても良い。
【００３４】
図６の例は、第１の実施形態の内輪１６にグリース保持溝を設けた例であるが、第２の実施形態の内輪２６、２７、第３の実施形態の内輪３６、ローラ３７にグリース保持溝、グリース保持凹部を設けても良い。
【００３５】
（実施例５）
次に、図７は、本発明の第５の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
本実施形態は、第１の実施形態の内輪１６の両側面にグリース保持溝５８を設けたものである。シェル型外輪１１と内輪５６が軸方向に相対移動し、シェル型外輪１１の鍔１４、もしくは１５と内輪５６の端面との間のすきまが小さくなったとき、グリースが外部に押し出されてしまうが、グリース保持溝５８内のグリースは保持される。そのため、シェル型外輪１１と内輪５６の間の油膜切れ、内輪５６と図示しない相手軸との間の油膜切れを防ぐことが出来る。
【００３６】
図７の例では、内輪４６の両端面にグリース保持溝５８、５８を設けたが、グリース保持溝５８の数は各面複数であっても良く、また両端面の数が同じである必要もなく、いずれかの面に設けるだけでも良い。
【００３７】
図７の例では、グリース保持溝５８、５８は、円周溝であるが、必ずしも円周方向に繋がっている必要は無く、一定の円弧長のグリース保持凹部であっても良い。また、グリース保持凹部は、整列している必要は無く、内輪１６の両端面、あるいは一方の端面にランダムに設けられていても良い。さらには、グリース保持凹部の形状は、特に制限されるものではなく、形状の異なるグリース保持凹部、大きさの異なるグリース保持凹部が混在していても効果を得ることが出来る。
【００３８】
図７の例は、第１の実施形態の内輪１６の端面にグリース保持溝を設けた例であるが、第２の実施形態の内輪２６、２７、第３の実施形態の内輪３６、ローラ３７の端面にグリース保持溝５８、グリース保持凹部を設けても良い。また、第４の実施形態と併用しても良い。
【００３９】
（実施例６）
次に、図８は、本発明の第６の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
本実施形態は、第５の実施形態の内輪５６の円周方向溝であるグリース保持溝５８、５８の変わりに外周側に開放した放射状の径方向溝６８、６８を設けたものである。グリース保持溝６８、６８に保持されたグリースが、第５の実施形態よりも内輪５６の外周側に回りやすいように溝形状を工夫したものである。
【００４０】
グリース保持溝６８の数は各面一つ以上あれば良く、円周方向等配である必要も無い。また両端面の数が同じである必要もなく、いずれかの面に設けるだけでも良い。
【００４１】
第５の実施形態と同様、第２の実施形態の内輪２６、２７、第３の実施形態の内輪３６、ローラ３７の端面にグリース保持溝６８を設けても良い。また、第４の実施形態、第５の実施形態と併用しても良い。
【００４２】
（実施例７）
次に、図９は、本発明の第７の実施形態であるシェル型軸受の一例を示す断面図である。
本実施形態は、第６の実施形態の内輪６６のグリース保持溝６８、６８を内外周側に開放した放射状の径方向溝７８、７８としたものである。グリース保持溝７８、７８に保持されたグリースが、内輪５６の内周側、外周側に回りやすいように溝形状を工夫したものである。
【００４３】
グリース保持溝７８の数は各面一つ以上あれば良く、円周方向等配である必要も無い。また両端面の数が同じである必要もなく、いずれかの面に設けるだけでも良い。
【００４４】
第６の実施形態と同様、第２の実施形態の内輪２６、２７、第３の実施形態の内輪３６、ローラ３７の端面にグリース保持溝６８を設けても良い。また、第４の実施形態、第５の実施形態、第６の実施形態と併用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明のシェル型軸受によれば、外輪と内輪が面で接触しているため、高定格荷重（相当）が実現でき、シェル型軸受の小型化を可能とすることができるので、自動車やその他産業機械などに多用されるシェル型軸受として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    シェル型外輪
２    針状ころ
３    保持器
４    鍔
５    鍔
１１    シェル型外輪
１４    鍔
１５    鍔
１６    内輪
２１    シェル型外輪
２４    鍔
２５    鍔
２６    内輪
２７    内輪
３１    シェル型外輪
３４    鍔
３５    鍔
３６    内輪
３７    ローラ
４６    内輪
４８ａ、４８ｂ    グリース保持溝
４９ａ、４９ｂ    グリース保持溝
５６    内輪
５８    グリース保持溝
６６    内輪
６８    グリース保持溝
７６    内輪
７８    グリース保持溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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