(57)【要約】【課題】転動体との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格を安定化することが可能な軌道輪および当該軌道輪を備える転がり軸受を提供する。【解決手段】外輪２０は、環形状を有し、転がり軸受のボールと接触すべき外輪転走面２０ａを含む負荷部材２１と、外輪転走面２０ａとは反対側において負荷部材２１に接続され、環形状を有する支持部材２２とを備える。負荷部材２１は、鋼からなる。負荷部材２１は、外輪転走面２０ａを含むように外輪転走面２０ａに沿って全周にわたり形成された焼入層２１ａを含む。負荷部材２１の径方向における厚みは、ボールと外輪転走面２０ａとの接触において外輪転走面２０ａに最大接触面圧が負荷される際の接触楕円の短半径の１０倍未満である。支持部材２２の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つの濃度は、負荷部材２１の構成材料に比べて小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の軌道輪であって、
環形状を有し、前記転がり軸受の転動体と接触すべき転走面を含む第１軌道部材と、
前記転走面とは反対側において前記第１軌道部材に接続され、環形状を有する第２軌道部材とを備え、
前記第１軌道部材は、
鋼からなり、
前記転走面を含むように前記転走面に沿って全周にわたり形成された焼入層を含み、
前記第１軌道部材の径方向における厚みは、前記転動体と前記転走面との接触において前記転走面に最大接触面圧が負荷される際の接触楕円の短半径の１０倍未満であり、
前記第２軌道部材の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つの濃度は、前記第１軌道部材の構成材料に比べて小さい、軌道輪。
【請求項２】
前記焼入層の前記径方向における厚みは、前記接触楕円の短半径の１．５倍以上である、請求項１に記載の軌道輪。
【請求項３】
前記第２軌道部材の構成材料の降伏応力が、前記転動体と前記転走面との接触において前記転走面に最大接触面圧が負荷される際に前記第２軌道部材に負荷される応力よりも大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載の軌道輪。
【請求項４】
前記第２軌道部材は、焼入れされていない鋼から構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪。
【請求項５】
前記第２軌道部材は、弾性変形が可能なゴムから構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪。
【請求項６】
環形状を有し、前記第１軌道部材と前記第２軌道部材との間に配置され、前記第１軌道部材と前記第２軌道部材とを接続する第３軌道部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道輪。
【請求項７】
前記第３軌道部材は、焼入れされていない鋼から構成されている、請求項６に記載の軌道輪。
【請求項８】
前記第３軌道部材は、弾性変形が可能なゴム材料から構成されている、請求項６に記載の軌道輪。
【請求項９】
内周面に外輪転走面を有する外輪と、
外周面に内輪転走面を有し、前記内輪転走面が前記外輪転走面に対向するように前記外輪の内側に配置される内輪と
前記外輪転走面および前記内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体とを備え、
前記外輪および前記内輪のうち少なくとも一方は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の軌道輪である、転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道輪および転がり軸受に関するものであり、より特定的には、転動体との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格を安定化することが可能な軌道輪および当該軌道輪を備える転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の構成部品である軌道輪（内輪や外輪）には、転動体との接触に対する耐久性を確保するため、高価な合金成分を含む鋼が構成材料として使用されている。また、これらの軌道輪のそれぞれは、通常一体として製造されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１９７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように従来の軌道輪は一体として製造されるものであるため、耐久性の確保が必要とされない部分においても高価な合金成分を含む高硬度な鋼が使用されたものとなっていた。体積が小さい薄肉タイプの軌道輪では、ほぼ全体に負荷が掛かるため全体に高硬度な鋼を使用する必要がある一方、厚肉タイプの軌道輪では、負荷が掛かる部分が全体に対して非常に小さく、耐久性確保の観点からは高硬度な鋼が無駄に使用された状態であった。そのため、従来の軌道輪では、合金成分の価格変動により軸受の価格が大きく影響されるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動体との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格を安定化することが可能な軌道輪および当該軌道輪を備える転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の軌道輪は、転がり軸受の軌道輪であって、以下の構成を備えている。本発明の軌道輪は、環形状を有し、転がり軸受の転動体と接触すべき転走面を含む第１軌道部材と、転走面とは反対側において第１軌道部材に接続され、環形状を有する第２軌道部材とを備えている。第１軌道部材は、鋼からなっている。第１軌道部材は、転走面を含むように転走面に沿って全周にわたり形成された焼入層を含んでいる。第１軌道部材の径方向における厚みは、転動体と転走面との接触において転走面に最大接触面圧が負荷される際の接触楕円の短半径の１０倍未満となっている。第２軌道部材の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つの濃度は、第１軌道部材の構成材料に比べて小さくなっている。
【０００７】
本発明の軌道輪において、第１軌道部材は、転動体と接触すべき転走面に沿って形成された焼入層を含むため、転動体との接触に対する耐久性を確保することができる。また、本発明の軌道輪は、第２軌道部材をさらに備えており、第２軌道部材の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つの濃度は、第１軌道部材の構成材料に比べて小さくなっている。そのため、第１軌道部材のみからなる軌道輪に比べて、ニッケル、クロムまたはモリブデンの価格変動による転がり軸受の価格への影響をより小さくすることができる。したがって、本発明の軌道輪によれば、転動体との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格を安定化することが可能な軌道輪を提供することができる。
【０００８】
上記軌道輪において、焼入層の上記径方向における厚みは、上記接触楕円の短半径の１．５倍以上であってもよい。これにより、転動体との接触に対する耐久性をより確実に確保することができる。
【０００９】
上記軌道輪は、第２軌道部材の構成材料の降伏応力が、転動体と転走面との接触において転走面に最大接触面圧が負荷される際に第２軌道部材に負荷される応力よりも大きくなるように構成されていてもよい。これにより、転動体との接触に対する耐久性をさらに確実に確保することができる。
【００１０】
上記軌道輪において、第２軌道部材は、焼入れされていない鋼から構成されていてもよい。このように、第２軌道部材の構成材料として剛性が高い鋼を採用することにより、転がり軸受の寸法精度を向上させることができる。
【００１１】
上記軌道輪において、第２軌道部材は、弾性変形が可能なゴムから構成されていてもよい。これにより、転がり軸受に防振機能を付与することができる。
【００１２】
上記軌道輪は、環形状を有し、第１軌道部材と第２軌道部材との間に配置され、第１軌道部材と第２軌道部材とを接続する第３軌道部材をさらに備えていてもよい。これにより、転がり軸受の構造の自由度を向上させることができる。
【００１３】
上記軌道輪において、第３軌道部材は、焼入れされていない鋼から構成されていてもよい。このように、第３軌道部材の構成材料として剛性が高い鋼を採用することにより、転がり軸受の寸法精度を向上させることがより容易になる。
【００１４】
上記軌道輪において、第３軌道部材は、弾性変形が可能なゴム材料から構成されていてもよい。これにより、転がり軸受に防振機能を付与することがより容易になる。
【００１５】
本発明の転がり軸受は、内周面に外輪転走面を有する外輪と、外周面に内輪転走面を有し、内輪転走面が外輪転走面に対向するように外輪の内側に配置される内輪と、外輪転走面および内輪転走面に接触し、円環状の軌道上に並べて配置される複数の転動体とを備えている。外輪および内輪のうち少なくとも一方は、上記本発明の軌道輪である。
【００１６】
本発明の転がり軸受は、転がり軸受の価格を安定化することが可能な上記本発明の軌道輪を備えている。したがって、本発明の転がり軸受によれば、価格がより安定した転がり軸受を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明の軌道輪によれば、転動体との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格をより安定化することが可能な軌道輪を提供することができる。また、本発明の転がり軸受によれば、価格がより安定した転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】軸受の構造を示す概略図である。
【図２】外輪の構造を示す概略図である。
【図３】外輪の構造を拡大して示す概略図である。
【図４】外輪の構造を示す概略図である。
【図５】内輪の構造を示す概略図である。
【図６】転動体との接触により軌道輪に負荷される応力を説明するための図である。
【図７】転動体との接触により軌道輪に負荷される応力を説明するための図である。
【図８】変形例の外輪の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００２０】
まず、本発明の一実施の形態の転がり軸受の構造について説明する。図１を参照して、本実施の形態の転がり軸受１は、深溝玉軸受であって、環状の外輪２０と、外輪２０の内側に配置された環状の内輪３０と、外輪２０と内輪３０との間に配置された複数の転動体としてのボール１０と、樹脂製の保持器４０とを備えている。
【００２１】
外輪２０の内周面には、ボール１０と接触する外輪転走面２０ａが形成されている。内輪３０の外周面には、同様に、ボール１０と接触する内輪転走面３０ａが形成されている。内輪３０は、内輪転走面３０ａが外輪転走面２０ａに対向するように配置されている。
【００２２】
ボール１０は、たとえば鋼球であり、外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａ上に接触して配置されている。複数のボール１０は、外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａの周方向に沿った円環状の軌道上において、保持器４０により所定のピッチで並べられ、当該軌道上を転動自在に配置されている。このように、転がり軸受１は、ボール１０が当該軌道上を転動することにより外輪２０および内輪３０が互いに相対的に回転することが可能に構成されている。また、転がり軸受１の外輪２０および内輪３０は、後述する本発明の一実施の形態の軌道輪である。
【００２３】
次に、本実施の形態の軌道輪である外輪２０および内輪３０の構造について説明する。まず、外輪２０の構造について説明する。図２を参照して、外輪２０は、転がり軸受１の軌道輪であって、環形状を有する第１軌道部材としての負荷部材２１と、環形状を有し、負荷部材２１の外側に配置される第２軌道部材としての支持部材２２とを備えている。
【００２４】
負荷部材２１は、内周面において、転がり軸受１のボール１０（図１参照）と接触すべき外輪転走面２０ａを含んでいる。負荷部材２１は、鋼から構成されている。負荷部材２１を構成する鋼は、０．５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．７質量％以下の珪素と、０．５質量％以上１．１５質量％以下のマンガンと、４．５質量％以下のニッケルと、０．９質量％以上１．６質量％以下のクロムとを含み、さらに０．４質量％以下の窒素と０．３５質量％以下のモリブデンとを含んでいる。また、負荷部材２１を構成する鋼に含まれるリンおよび硫黄の濃度は、それぞれ０．５質量％以下および０．０２５質量％以下にまで低減されている。負荷部材２１の径方向における厚みＤは、ボール１０（図１参照）と外輪転走面２０ａとの接触において外輪転走面２０ａに最大接触面圧Ｐｍａｘが負荷される際の接触楕円の短半径ｂの１０倍未満であり、通常の転がり軸受に使用される外輪の径方向における厚みよりも小さくなっている。
【００２５】
負荷部材２１は、外輪転走面２０ａを含むように外輪転走面２０ａに沿って全周にわたり形成された焼入層２１ａを含んでいる。焼入層２１ａの径方向における厚みは、ボール１０（図１参照）と外輪転走面２０ａとの接触における上記接触楕円の短半径ｂの１．５倍以上となっている。また、負荷部材２１は、その一部が焼入層２１ａとなっていてもよいが、その全体が焼入層となっていてもよい。
【００２６】
支持部材２２は、外輪転走面２０ａとは反対側において負荷部材２１に接続されている。支持部材２２の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つ合金成分の濃度は、負荷部材２１の構成材料の比べて小さくなっている。本実施の形態では、支持部材２２の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのそれぞれの合金成分の濃度が、負荷部材２１の構成材料に比べて小さくなっている。支持部材２２は、たとえば焼入れされていない鋼、鉄、Ｔｉ合金あるいはＡｌ合金などの金属材料から構成されていてもよく、弾性変形可能なゴムなどの樹脂材料から構成されていてもよい。また、外輪２０は、支持部材２２の構成材料の降伏応力が、ボール１０（図１参照）と外輪転走面２０ａとの接触において外輪転走面２０ａに最大接触面圧Ｐｍａｘが負荷される際に支持部材２２に負荷される応力よりも大きくなるように構成されている。
【００２７】
負荷部材２１と支持部材２２とは、互いに嵌め合うことにより接続されている。また、負荷部材２１および支持部材２２のそれぞれの嵌め合い面には、面粗度を低下させるような処理が施されており、負荷部材２１および支持部材２２の間に生じる摩擦力により負荷部材２１および支持部材２２を確実に接続することが可能となっている。
【００２８】
図３を参照して、負荷部材２１と支持部材２２とは、接着剤２３を用いて化学的に接合することにより接続されていてもよい。このとき、上述のように負荷部材２１および支持部材２２の嵌め合い面の面粗度を低下させておくことにより、接着剤２３による接着性をより向上させることができる。また、負荷部材２１と支持部材２２とは、ネジやクサビなどの接続部材２４を用いて物理的に固定することにより接続されていてもよい。また、負荷部材２１と支持部材２２とは、溶接により機械的に接続されていてもよい。このようにすることにより、負荷部材２１と支持部材２２とをより確実に接続することができる。
【００２９】
図４を参照して、負荷部材２１の支持部材２２が接続される部分には、当該部分から径方向において支持部材２２側（径方向外側）に向かい突出する突出面２１ｂが形成されていてもよい。これにより、図４に示すように、負荷部材２１の外周は軸方向から見て非円形となっている。このようにすることにより、ボール１０（図１参照）の転動による負荷部材２１の供回りを抑制することができる。また、このように負荷部材２１の供回りを抑制するため、支持部材２２の負荷部材２１が接続される部分において当該部分から負荷部材２１側（径方向内側）に向かい突出する突出面が形成されていてもよい。
【００３０】
次に、内輪３０の構造について説明する。図５を参照して、内輪３０は、外輪２０と同様に転がり軸受１の軌道輪であって、第１軌道部材としての負荷部材３１と、第２軌道部材としての支持部材３２とを備えている。内輪３０では、図５に示すように、支持部材３２が負荷部材３１の内側に配置されている。
【００３１】
負荷部材３１は、外周面において、転がり軸受１のボール１０（図１参照）と接触すべき内輪転走面３０ａを含んでいる。負荷部材３１は、外輪２０の負荷部材２１と同様の材料から構成され、かつ同様の構造を有している。負荷部材３１は、内輪転走面３０ａを含むように内輪転走面３０ａに沿って全周にわたり形成された焼入層３１ａを含んでいる。
【００３２】
支持部材３２は、内輪転走面３０ａとは反対側において負荷部材３１に接続されている。支持部材３２は、外輪２０の支持部材２２と同様の材料により構成され、かつ同様の構造を有している。また、負荷部材３１と支持部材３２とは、外輪２０の負荷部材２１および支持部材２２と同様に接続されている。
【００３３】
本実施の形態の軌道輪である外輪２０および内輪３０において、負荷部材２１，３１は、ボール１０と接触すべき外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａに沿って形成された焼入層２１ａ，３１ａを含むため、ボール１０との接触に対する耐久性を確保することができる。また、外輪２０および内輪３０は、支持部材２２，３２をさらに備えており、支持部材２２，３２の構成材料に含まれるニッケル、クロムおよびモリブデンのうち少なくとも一つの濃度は、負荷部材２１，３１の構成材料に比べて小さくなっている。そのため、負荷部材のみからなる軌道輪に比べて、ニッケル、クロムまたはモリブデンの価格変動による転がり軸受の価格への影響や、資源枯渇の影響をより小さくすることができる。したがって、本実施の形態の軌道輪である外輪２０および内輪３０によれば、ボール１０との接触に対する耐久性が確保され、かつ転がり軸受の価格を安定化することが可能となる。
【００３４】
また、上述のように、外輪２０および内輪３０において、焼入層２１ａ，３１ａの径方向における厚みは、上記接触楕円の短半径ｂの１．５倍以上であってもよい。これにより、ボール１０との接触において必要な耐久性をより確実に確保することができる。
【００３５】
このことについて、図６および図７を参照して詳細に説明する。図６は、ボール１０との接触時において、ボール１０の転動による転動疲労を想定した場合の外輪２０および内輪３０内部のミゼスの相当応力分布を示している。図中縦軸は、外輪２０および内輪３０とボール１０との接触点（０，０）から深さ方向における位置を示し、また図中横軸は、接触点（０，０）から外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａに沿った方向における位置を示している。図６の応力分布図の縦軸値（ｚ／ｂ）および横軸値（ｙ／ｂ）のそれぞれは、接触点（０，０）から深さ方向における位置および接触点（０，０）から外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａに沿った方向における位置を、ボール１０との接触において外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａに最大接触面圧Ｐｍａｘが負荷される際の接触楕円の短半径ｂの値（図７参照）により無次元化した値を示している。また、図６の応力分布図内に示した値は、最大接触面圧Ｐｍａｘに対するそれぞれの位置におけるミゼスの相当応力σＶＭの割合（σＶＭ／Ｐｍａｘ）を示している。
【００３６】
外輪２０および内輪３０内部においてボール１０の転動による破壊寿命を決定する領域は、最大負荷応力（σＶＭ／Ｐｍａｘ＝０．５５７）の８０％程度以上の応力が負荷される領域、すなわちｚ／ｂ＝１．５付近までの領域と考えられる。そのため、焼入層２１ａ，３１ａの径方向の厚みを１．５ｂ以上とすることにより、ボール１０による転動に対する耐久性を確保することができる。
【００３７】
また、上述のように、外輪２０および内輪３０は、支持部材２２，３２の構成材料の降伏応力が、ボール１０と外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａとの接触において外輪転走面２０ａおよび内輪転走面３０ａに最大接触面圧Ｐｍａｘが負荷される際に支持部材２２，３２に負荷される応力よりも大きくなるように構成されている。これにより、ボール１０との接触に対する耐久性をさらに確実に確保することができる。
【００３８】
外輪２０および内輪３０には、小さな接触面積で大きな荷重が負荷される。そのため、ボール１０との接触による塑性変形を小さくするためには、外輪２０および内輪３０の静的負荷容量を高めることが必要となる。外輪２０および内輪３０の塑性変形は、ミゼスの相当応力が構成材料の降伏応力に到達した時に生じる。これに対して、本実施の形態の外輪２０および内輪３０のように、支持部材２２，３２の構成材料の降伏応力が、支持部材２２，３２に負荷される応力よりも大きくなるように構成することにより、高い静的負荷容量を確保することが可能となる。たとえば、２．５ＧＰａの最大接触面圧Ｐｍａｘ（市場でのおおよその最大使用面圧）が加わる場合には、ｚ／ｂ＝５の深さ位置における負荷応力σＶＭは５００ＭＰａとなる。この場合において、支持部材２２，３２の構成材料として炭素鋼の調質材（硬度：約２７０ＨＶ、降伏応力：５００ＭＰａ）を採用し、ｚ／ｂが５以上である領域に支持部材２２，３２を配置すると、支持部材２２，３２に負荷される応力が支持部材２２，３２の構成材料の降伏応力を超えず、外輪２０および内輪３０の高い静的負荷容量を確保することができる。また、支持部材２２，３２の構成材料としては、焼入れされていない鋼、鉄、Ｔｉ合金またはＡｌ合金などの金属材料、あるいは弾性変形可能なゴムなどの樹脂材料を採用することが可能であり、これらの構成材料の降伏応力を考慮して負荷部材２１，
３１および支持部材２２，３２の配置を適宜設計することができる。
【００３９】
また、上述のように、外輪２０および内輪３０において、支持部材２２，３２は、焼入れされていない鋼からなっていてもよい。また、支持部材２２，３２は、弾性変形が可能なゴム材料からなっていてもよい。これにより、転がり軸受の製造において負荷部材２１，３１のみに焼入れ処理を施せばよく、１バッチ当たりの軸受の製造量が増加し、その結果熱処理コストを削減することができる。また、熱処理時に必要とするエネルギーや二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量も削減されるため、環境負荷の低減を図ることもできる。また、支持部材２２，３２の構成材料として剛性が高い鋼を採用することにより、転がり軸受１の寸法精度を向上させることができる。また、支持部材２２，３２の構成材料として、弾性変形が可能なゴム材料を採用することにより、転がり軸受１に防振機能を付与することができる。
【００４０】
次に、本実施の形態の変形例の軌道輪について説明する。本変形例の軌道輪は、基本的には上記本実施の形態の軌道輪としての外輪２０と同様の構成を有し、かつ同様の効果を奏する。しかし、本変形例の軌道輪は、負荷部材と支持部材との間に配置される中間部材をさらに備えている点において、上記本実施の形態の外輪２０とは異なっている。
【００４１】
図８を参照して、本変形例の軌道輪として外輪２０Ａは、負荷部材２１と、支持部材２２と、第３軌道部材としての中間部材２５とを備えている。中間部材２５は、負荷部材２１と支持部材２２との間に配置され、負荷部材２１と支持部材２２とを接続する。これにより、転がり軸受の構造の自由度を向上させることができる。
【００４２】
中間部材２５は、たとえば焼入れされていない鋼からなっていてもよい。このように、中間部材２５の構成材料として剛性が高い鋼を採用することにより、転がり軸受１の寸法精度を向上させることがより容易になる。また、中間部材２５は、弾性変形可能なゴムなどの樹脂材料からなっていてもよい。これにより、転がり軸受１に防振機能を付与することがより容易になる。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の軌道輪および転がり軸受は、転動体との接触に対する耐久性の確保、および転がり軸受の価格の安定化が要求される軌道輪および当該軌道輪を備える転がり軸受において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４５】
１  転がり軸受、１０  ボール、２０，２０Ａ  外輪、２０ａ  外輪転走面、３０ａ  内輪転走面、２１，３１  負荷部材、２１ａ，３１ａ  焼入層、２１ｂ  突出面、２２，３２  非負荷部材、２３  接着剤、２４  接続部材、２５  中間部材、３０  内輪、４０  保持器。
【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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