(57)【要約】【課題】  プレス成形性を損なわずに強度を向上させ、高負荷容量化に対応した高強度な転がり軸受用保持器を提供する。【解決手段】  転がり軸受の内輪１と外輪２との間で複数の転動体３を転動自在に保持する転がり軸受用保持器４において、焼付硬化性を有する鋼板のプレス成形品とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の内輪と外輪との間で複数の転動体を転動自在に保持する転がり軸受用保持器において、焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形したものであることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記鋼板として、１４０〜２００°Ｃの硬化処理で焼付硬化性が出現するものを用いたことを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受用保持器。
【請求項３】
前記鋼板のフェライト中の固溶炭素又は固溶窒素の量が５〜４０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載した転がり軸受用保持器。
【請求項４】
内輪と外輪との間に複数の転動体が保持器を介して転動自在に配設された転がり軸受において、
前記保持器として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の保持器を用いたことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、―般産業機械、工作機械、鉄鋼用機械等に用いられる玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等の転がり軸受及び該転がり軸受に組み込まれる保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受用保持器の材料としては、軟鋼と高力黄銅が用いられている。高力黄銅は自己潤滑性を有しているが、材料コストが高く、また、もみ抜きで加工されるため、加工費が高く、材料歩留まりも低くなってしまう。このような理由から保持器用の金属材料としては、その大部分がＳＰＣＣに代表される冷間圧延用鋼板が用いられ、その成形加工性を活かしたプレス保持器に適用されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平６−８９７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、転がり軸受の使用条件が厳しくなり、高負荷容量型の転がり軸受が開発されている。高負荷容量に対応するためには、従来よりも転動体径を小さくして転動体数を増やす手法が採られ、更に、保持器も強度面から最適設計が施されるようになり、形状が複雑化してきている。
特に、転動体数の増大に伴って転動体の間隔が短くなるために、保持器の柱を細くする必要性が生じてきている。また、転がり軸受の使用条件が過酷化しているが、ＳＰＣＣやＳＰＨＣ材は加工性が重視され、板材自体の強度は高くないため、ＳＰＣＣやＳＰＨＣのような鋼板製の保持器では、使用条件によっては、保持器の柱の強度が不足しまうので、高負荷容量化のために保持器の柱を細くするのには限界がある。
【０００４】
更に、保持器の形状の複雑化によって、深絞りや大きな曲げ加工、あるいは穴広げ等の加工度が増し、材料に高い塑性変形能が要求されているが、ＳＰＣＣやＳＰＨＣでは材料のプレス成形性を上げるためには、極低炭素化する手法しがなく、極低炭素化によって降伏強度が低下するという問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、プレス成形性を損なわずに強度を向上させ、高負荷容量化に対応した高強度な転がり軸受用保持器及び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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明者らは、プレス保持器の材料として、ＳＰＣＣやＳＰＨＣ材に代わる高強度なプレス用鋼板に関して鋭意研究を重ねた結果、高い成形性と高強度を兼ね備えた鋼板として、焼付硬化性鋼板に着目し、本発明を完成するに至った。
即ち、請求項１に係る発明は、転がり軸受の内輪と外輪との間で複数の転動体を転動自在に保持する転がり軸受用保持器において、焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形したものであることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記鋼板として、１４０〜２００°Ｃの硬化処理で焼付硬化性が出現するものを用いたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記鋼板のフェライト中の固溶炭素又は固溶窒素の量が５〜４０ｐｐｍであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が保持器を介して転動自在に配設された転がり軸受において、
前記保持器として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の保持器を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形した保持器とすることにより、プレス成形時には低降伏応力であるので、プレス成形性が損なわれず、また、プレス成形後の焼付硬化処理によって、塑性加工で導入された転位が固溶炭素、窒素に固着されることによって材料の強度が強化されるため、保持器強度を従来の鋼板製の保持器よりも向上させることができ、これにより、プレス成形性を損なわずに強度を向上させ、高負荷容量化に対応した高強度な転がり軸受用保持器及び転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態の一例を説明する。
ＳＰＣＣに代表される冷間圧延用鋼板やＳＰＨＣに代表される熱間圧延鋼板は、一般的には、鋼中の炭素量を低炭素化し、組織をフェライト単相、又はフェライトとセメンタイトとすることで、優れたプレス成形性を有しているが、母相がフェライトであるため強度が低く、引張り強さで３００〜３５０ＭＰａ程度である。
本実施形態の一例である焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形した転がり軸受用保持器は、プレス成形時には、低降伏応力であるので非常に軟質であり、成形後の加熱処理によって硬化する特徴を有する。
【０００９】
ＳＰＣＣやＳＰＨＣは、成形性、特に深絞り性を向上させるため、極低炭素化してフェライト中の固溶炭素を減じたり、焼鈍によってフェライト中の固溶炭素を炭化物（セメンタイト）にして、変形抵抗を下げる手法がとられる。このような手法では、プレス成形性を向上させることによって、材料強度が低下してしまう。
焼付硬化型鋼板の強度が増加するメカニズムは、炭素や窒素を母材中に適量固溶させることを特徴としている。これらの固溶元素によって、プレス成形時に導入される転位を、比較的低温の熱処理を施すことによって固溶炭素および固溶窒素で固着させ、これにより、転位の動きを阻害して降伏応力を増大させる、所謂ひずみ時効によって材料が強化される。
【００１０】
焼付硬化型鋼板は、プレス成形性時には、ＳＰＣＣやＳＰＨＣと加工性が同等であるため、保持器に適用しても、成形性の低下による形状のくずれ等の発生はなく、また金型の寿命を低下させることもない。
また、プレス成形後の硬化処理によって、塑性変形した部位が、上述したひずみ時効によって硬化する。硬化処理は、１４０°Ｃ〜２００°Ｃの温度で１０〜３０分、より好ましくは、１７０°Ｃの温度で２０分程度加熱するだけでよいので、生産性の低下は少ない。更に、この加熱温度は、鋼における転位の回復が生じる温度よりも低いので、プレス時のひずみの開放による保持器の寸法変化やそり、曲がり等の変形が生じない。
【００１１】
焼付硬化処理による効果は、固溶している炭素、窒素の量によって変化するが、引張強さで５０〜１００ＭＰａ向上する。この値は、一般的な鋼板を加工した場合の加工硬化で向上する引張強さの向上分よりも大きい。また、加工硬化によって強度が増加する反面、靭性が低下してしまうのに対して、焼付硬化型鋼板の場合は、焼付硬化処理後、靭性を保つことが可能であり、衝撃荷重が付与されるような使用条件下においても保持器は強靭である。
【００１２】
焼付硬化性は、フェライト中の固溶炭素または固溶窒素の量に依存する。焼付硬化性が明確になる固溶量としては、５ｐｐｍが下限であり、この場合は、焼付硬化による降伏強度の向上量が５０ＭＰａ程度である。
固溶量が５ｐｐｍ未満となると、焼付硬化による降伏強度の向上量が１０〜２０ＭＰａ程度となり、十分な硬化が得られない。フェライト中の固溶炭素または固溶窒素の量が３０〜４０ｐｐｍで焼付硬化により１００ＭＰａ程度の降伏強度の向上が可能であるが、固溶量が４０ｐｐｍを越えると硬化が飽和するので、炭素および窒素の固溶量の上限は４０ｐｐｍとする。
【００１３】
また、焼付硬化量は、添加される合金元素によっても変化し、焼付硬化性を向上させる添加元素としては、Ｐ，Ｓｉ，Ｍｎが好適である。
更に、焼付硬化処理前、即ち、プレス成形前における焼付硬化型鋼板の強度は、合金組成によって変化するが、プレス成形性の点から、降伏強度２５０〜３５０ＭＰａの範囲の焼付硬化型鋼板を用いるのが望ましく、焼付き硬化処理により３００〜４５０ＭＰａの降伏強度を得ることが好ましい。
本実施形態で用いる焼付硬化型鋼板は、成形性に優れるので、軸受の型式に限定されず、深溝玉軸受、アンギュラ軸受、針状ころ軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等に組み込まれる保持器で、プレス成形によって加工される保持器に好適に採用することができる。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の実施の一例を説明する
図１〜図３は本発明に係る転がり軸受用保持器を用いた各種転がり軸受の一部を破断した斜視図であり、図１は内輪１と外輪２との間に複数の玉（転動体）３が焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形した保持器４を介して周方向に転動自在に配設された深溝玉軸受、図２は内輪５と外輪６との間に複数の円筒ころ（転動体）７が焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形した保持器８を介して周方向に転動自在に配設された円筒ころ軸受、図３は内輪９と外輪１０との間に複数の円すいころ（転動体）１１が焼付硬化性を有する鋼板をプレス成形した保持器１２を介して周方向に転動自在に配設された円すいころ軸受である。
次に、本発明の効果の一例について、実際の保持器に適用した場合を説明する。
焼付硬化性が得られる鋼板の例として、表１に示した成分の鋼を用い、型番ＮＵ３０８の円筒ころ軸受に対応する保持器をプレス成形により作製した。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１中のＡはＰ（リン）添加Ａｌキルド鋼板、ＢはＳｉ添加焼付硬化型鋼板、ＣはＭｎ添加焼付硬化型鋼板である。
プレス成形後、焼付硬化処理として、大気中において１７０°Ｃでで２０分の硬化処理を実施した。なお、比較例に用いた材料は冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ及び熱間圧延鋼板ＳＰＨＣである。また、鋼板Ａについては、表２に示すように、固溶炭素量を３〜４０ｐｐｍの間で変化させた。
【００１７】
表１の各種鋼板をプレス成形加工して作製した保持器について下記の試験を行ない、その性能を評価した。
（プレス成形性評価）
プレス成形後の保持器について、外観検査により、亀裂およびしわの発生の確認を行った。判定基準としては、プレス成形後、保持器の一部に亀裂またはしわが発生したものを×、異常無しを○とした。
（落下衝撃試験）
保持器を型番ＮＵ３０８の円筒ころ軸受に組み込んで落下衝撃試験を行い、保持器の破損状況を目視により確認し、保持器破損が生じるまで落下の繰り返し数を測定した。落下時の加速度は１８０Ｇとし、周波数は２Ｈｚで試験を実施した。
試験結果を表２に示す。なお、落下衝撃試験の結果は、従来例１のＳＰＣＣ製保持器に破損が発生した繰り返し数を１としてその比率で比較した。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表２から判るように、本発明例１〜７の焼付硬化型鋼板を用いた保持器は、成形性の低下は認められず、従来例１及び従来例２のＳＰＣＣやＳＰＨＣ材を用いた保持器に比べて破損までの衝撃繰り返し数が大きくなっており、焼付硬化処理の効果による強度向上の効果は明らかである。また、本発明例１〜７は、炭素の固溶量がいずれも５〜４０ｐｐｍの範囲に入っている。
また、比較例１は、焼付硬化型鋼板を用いてはいるが、固溶炭素量が５ｐｐｍ未満と少なく、焼付硬化量が少ないために、保持器が十分に強化されず、破損までの繰り返し数が従来例１及び従来例２よりも若干上回っているものの本発明例１〜７より小さくなっている。
なお、この実施例では、表１に示した組成の焼付硬化型鋼板の場合のみを例示したが、材料成分については、これらに限定されず、１４０〜２００°Ｃで焼付硬化性が出現する焼付硬化型鋼板であれば、いずれも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】深溝玉軸受の一部を破断した斜視図である。
【図２】円筒ころ軸受の一部を破断した斜視図である。
【図３】円すいころ軸受の一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  内輪
２  外輪
３  玉（転動体）
４  転がり軸受用保持器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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