(57)【要約】【課題】円錐ころ軸受のつば部の強度を確保しながら、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命を高くする。【解決手段】内輪１のつば面の表層部を、硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００以上７６０以下、残留オーステナイト量が１２体積％以上４０体積％以下、オーステナイト結晶粒が、「ＪＩＳ  Ｇ０５５１」で規定された粒度番号１０に相当する大きさであるか、これ以上に微細にする。そのために、軸受鋼からなる素材を内輪１の形状に加工した後に、誘導加熱後に冷却する焼入れと焼戻しを施す。【選択図】      図２
2007155020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪に、ころの端面を保持するつば面が形成されている円錐ころ軸受において、
前記つば面の表層部の硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００以上７６０以下であり、前記表層部の残留オーステナイト量が１２体積％以上４０体積％以下であり、前記表層部のオーステナイト結晶粒が、ＪＩＳ  Ｇ０５５１で規定された粒度番号１０に相当する大きさであるか、これ以上に微細であることを特徴とする円錐ころ軸受。
【請求項２】
軸受鋼からなる素材を内輪の形状に加工した後に、誘導加熱後に冷却する焼入れと焼戻しを施して得られたことを特徴とする請求項１記載の円錐ころ軸受。
【請求項３】
浸炭鋼からなる素材を内輪の形状に加工した後に、浸炭または浸炭窒化を施し、次いで誘導加熱後に冷却する焼入れと焼戻しを施して得られたことを特徴とする請求項１記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
円錐ころ軸受は、例えば、自動車のデファレンシャルやトランスミッションなどの動力伝達装置の歯車軸を支持する軸受として使用されている。この用途の円錐ころ軸受には、金属摩耗粉等の異物（ゴミ）がハウジングに封入された潤滑油に混入するため、異物混入潤滑（ゴミが混入された潤滑油で潤滑された状態）下での転がり疲労寿命を高くする要求がある。
【０００３】
この要求に応える技術の提案としては、下記の特許文献１に記載された技術が挙げられる。この提案では、内輪、外輪、円錐ころの表面に、炭素含有率０．８０質量％以上で、ロックウエル硬さＨＲＣ５８以上である浸炭窒化層を形成し、この浸炭窒化層の残留オーステナイト量を２５〜３５体積％とし、内輪の軌道面の両端部にクラウニングを形成し、このクラウニングの幅を内輪の軌道面幅の２０％以下としている。
【０００４】
軌道面の表層部の残留オーステナイト量を高くすることは、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命を高くする方法として有用である。軌道面の表層部の残留オーステナイト量を高くするためには、浸炭鋼を用いて浸炭および浸炭窒化を長時間行うか、軸受鋼を用いて焼入れ温度を高くする必要がある。しかしながら、いずれの場合にも、硬さの低下やオーステナイト結晶粒の粗大化が生じて、円錐ころ軸受の内輪のつば部強度が低下するという問題がある。
【０００５】
下記の特許文献２には、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止して、トランスミッション用の転がり軸受の転動疲労寿命を長くする方法として、Ａ1 変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後に、Ａ1 変態点未満の温度に冷却し、その後、７９０℃〜８３０℃に再加熱して焼入れを行う方法が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１６１３４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記特許文献１および２に記載された方法とは異なる方法で、円錐ころ軸受のつば部の強度を確保しながら、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命を長くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、内輪に、ころの端面を保持するつば面が形成されている円錐ころ軸受において、前記つば面の表層部の硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００以上７６０以下であり、前記表層部の残留オーステナイト量が１２体積％以上４０体積％以下であり、前記表層部のオーステナイト結晶粒が、ＪＩＳ  Ｇ０５５１で規定された粒度番号１０に相当する大きさであるか、これ以上に微細であることを特徴とする円錐ころ軸受を提供する。
【０００８】
「ＪＩＳ  Ｇ０５５１」では、オーステナイト結晶粒の大きさを粒度番号「−３」〜「１０」の１４種類に分類して規定している。本発明の円錐ころ軸受では、この規定で最も微細な粒度番号１０に相当する大きさ（断面積１ｍｍ2 当たりの結晶粒の数が８１９２個で、結晶粒の平均断面積０．０００１２２ｍｍ2 ）か、これ以上に微細なオーステナイト結晶粒が、内輪のつば面の表層部に形成されている。
【０００９】
本発明の円錐ころ軸受は、軸受鋼からなる素材を内輪の形状に加工した後に、誘導加熱後に冷却する焼入れと焼戻しを施すことにより得られる。あるいは、浸炭鋼からなる素材を内輪の形状に加工した後に、浸炭または浸炭窒化を施し、次いで誘導加熱後に冷却する焼入れと焼戻しを施すことにより得られる。前記軸受鋼とは、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５）を指す。前記浸炭鋼とはＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０を指す。
【００１０】
前記誘導加熱とは、ワークに近接したコイルに所定の周波数の電流を流すことにより、渦電流を発生させて急速加熱する方法である。
焼入れの加熱処理として誘導加熱を採用することにより、残留オーステナイト量を高くするために焼入れ温度を高くしても、表層部の硬さの低下およびオーステナイト結晶粒の粗大化が抑制される。よって、この方法で焼入れすることにより、円錐ころ軸受の内輪を、つば面の表層部の硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７００以上７６０以下であり、前記表層部の残留オーステナイト量が１２体積％以上４０体積％以下であり、前記表層部のオーステナイト結晶粒が、ＪＩＳ  Ｇ０５５１で規定された粒度番号１０に相当する大きさであるか、これ以上に微細なものとすることができる。
【００１１】
前記表層部の残留オーステナイト量が１２体積％未満であるか、前記表層部のオーステナイト結晶粒が前記粒度番号１０に相当する大きさより大きいと、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命の向上効果が得られない。
前記表層部の残留オーステナイト量が４０体積％を超えると、前記表層部の硬さ（Ｈｖ７００以上７６０以下）が確保できず、内輪のつば部の強度が不十分となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、円錐ころ軸受の内輪のつば部の強度を確保しながら、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当する円錐ころ軸受を示す断面図である。
図１の円錐ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、円錐ころ３と、保持器４とからなる。内輪１の外周面には、円錐面状の内輪軌道面１１が形成されている。内輪軌道面１１の大径側と小径側に、円錐ころ３の端面を保持する各つば面１２，１３が形成されている。外輪２の内周面には、円錐面状の外輪軌道面２１が形成されている。
【００１４】
内輪１を以下の方法で作製した。先ず、ＳＵＪ２（軸受鋼）からなる円筒形の素材と、ＳＣｒ４２０（浸炭鋼）からなる円筒形の素材を用意した。各素材を内輪１の形状に加工した後、表１に示す各方法で熱処理を行った。誘導加熱を伴う焼入れは、図２に示す装置を用いて行った。
この装置は、図２（ａ）に示すように、内輪１を載せる台座５と、内輪１の上に載せる上治具６と、内輪１の外周面全体を囲うようにコイルが配置されたリング状コイル７と、リング状コイル７の上方に設置される水冷ジャケット８とで構成されている。図３は台座５を上面（上治具６と対向する面）から見た図であり、図４は上治具６を下面（台座５と対向する面）から見た図である。図２は図３のＡ−Ａ断面図に相当し、図２は図４のＢ−Ｂ断面図に相当する。
【００１５】
図２および図３に示すように、台座５は、内輪１の軸穴１ａに挿入される軸部５１の下に、内輪１の下端面を受ける台部５２が連続した形状で、軸線Ｃを中心に回転する。台座５の中心線Ｃに沿って貫通穴５３が形成されている。軸部５１には、この貫通穴５３から軸部５１の断面円の半径に沿って放射状に延びる貫通穴５４が形成されている。軸部５１の外周面には、周方向で隣合う貫通穴５４の間となる位置に、突起部５５が形成されている。台部５２の上面には、周方向で隣合う突起部５５の間の位置に、貫通穴５４と同じ半径に沿って延びる溝５６が形成されている。
【００１６】
図２および図４に示すように、上治具６は、内輪１の軸穴１ａに挿入される軸部６１の上に、内輪１の上端面に載せる蓋部６２が連続した形状である。軸部６１の下面には、断面円の中心から半径に沿って放射状に延びる溝６３が形成されている。軸部６１の外周面には、周方向で隣合う溝６３の間となる位置に、突起部６４が形成されている。蓋部６２の下面には、周方向で隣合う突起部６４の間の位置に、溝６３と同じ半径に沿って延びる溝６５が形成されている。
【００１７】
誘導加熱を伴う焼入れの際には、先ず、図２（ａ）に示すように、台座５に内輪１を取り付けて、内輪１の上に上治具６を取り付け、内輪１の外側にリング状コイル７を配置して、内輪１の外周面全体をコイルで囲った状態で、コイルに所定周波数の電流を供給することにより、誘導加熱を行う。
次に、図２（ｂ）に示すように、リング状コイル７および水冷ジャケット８を降下させて、水冷ジャケット８を内輪１の外周面全体を囲うように配置し、台座２を回転させ、貫通穴５３から冷却水を供給する。これにより、内輪１の外周面には水冷ジャケット８から冷却水が吹き付けられ、内輪１の内周面（軸穴１ａの面）には、貫通穴５３から吹き上げられて、台座２の軸部５１内の貫通穴５４を通った冷却水と、上治具６の溝６３を通った冷却水が吹き付けられる。また、内輪１の内周面に吹き付けられた冷却水の一部は、台座５の突起部５５の間を通って溝５６から排出され、残りは、上治具６の突起部６４の間を通って溝６５から排出される。
【００１８】
なお、台座５の回転に伴って、上治具６と内輪１は台座５と一体に回転する。この回転時に、台座５の回転中心が内輪１の中心からズレないように、内輪１と台座５および上治具６との間を、バネおよびボールを用いて３点支持することが好ましい。また、真円度矯正用治具を併設して、誘導加熱時に内輪１を拘束してもよい。
表１のNo. １〜３の内輪に対しては、先ず、ずぶ焼入れとして、図２の装置を用いて、コイルに周波数３０ｋＨｚ、出力２０ｋＷで電流を供給することにより、誘導加熱を行って５秒後に内輪の温度を８５０〜９５０℃とし、１秒間保持した後に、水冷を行った。水冷は、図２（ｂ）に示す状態で、冷却水の温度３０℃、台座５の回転速度１００ｍｉｎ-1、水冷時間１５秒間の条件で行った。次に、１６０〜１８０℃で１２０分間保持する焼戻しを行った。
【００１９】
表１のNo. ４の内輪に対しては、先ず、浸炭処理を、雰囲気ガス：「ＲＸガス＋エンリッチガス」、処理温度：９３０℃、処理時間：３時間の条件で行った。次に、図２の装置を用いて、コイルに周波数３０ｋＨｚ、出力２０ｋＷで電流を供給することにより、誘導加熱を行って５秒後に内輪の温度を８５０〜９５０℃とし、１秒間保持した後に、水冷を行った。水冷は、図２（ｂ）に示す状態で、冷却水の温度３０℃、台座５の回転速度１００ｍｉｎ-1、水冷時間１５秒間の条件で行った。次に、１６０〜１８０℃で１２０分間保持する焼戻しを行った。
【００２０】
表１のNo. ５の内輪に対しては、先ず、浸炭窒化処理を、雰囲気ガス：「ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス」、処理温度：８５０℃、処理時間：３時間の条件で行った。次に、図２の装置を用いて、コイルに周波数３０ｋＨｚ、出力２０ｋＷで電流を供給することにより、誘導加熱を行って５秒後に内輪の温度を８５０〜９５０℃とし、１秒間保持した後に、水冷を行った。水冷は、図２（ｂ）に示す状態で、冷却水の温度３０℃、台座５の回転速度１００ｍｉｎ-1、水冷時間１５秒間の条件で行った。次に、１６０〜１８０℃で１２０分間保持する焼戻しを行った。
【００２１】
表１のNo. ６〜８の内輪は、ずぶ焼入れとして、加熱炉（内部の空気をヒーターで加熱する装置）に入れて８２０〜９００℃に３０分保持した後に、６０℃の油に１０分間浸漬する油冷却を行った。次に、１６０〜１８０℃で１２０分間保持する焼戻しを行った。
得られた各内輪について、表層部（表面から深さ２００μｍの範囲）の硬さ（Ｈｖ）と、表層部の残留オーステナイト量と、表層部のオーステナイト結晶粒度を測定した。また、No. ４の内輪については、これに加えて、前記表層部の炭素含有率を測定した。No. ５の内輪については、これに加えて、前記表層部の炭素含有率と窒素含有率を測定した。
【００２２】
炭素含有率と窒素含有率は電子線マイクロアナライザーを用いて、硬さはビッカース硬度計を用いて、残留オーステナイト量はＸ線回折装置を用いて、それぞれ測定した。オーステナイト結晶粒度は「ＪＩＳ  Ｇ０５５１」に準拠した方法で測定した。
また、図５に示す方法で、内輪１のつば部の強度を測定した。この方法では、端面の内側部分が内輪１のつば面１２に当たる寸法に形成された円筒状部材９と、小径部１０１と大径部１０２とからなる軸１００を使用した。そして、軸１００の小径部１０１に内輪１を嵌めて、内輪１の下端面を大径部１０２の上面１０２ａで受け、円筒状部材９を内輪１に上側から嵌めて、端面の内側部分を内輪１のつば面１２に当てる。
【００２３】
この状態で、軸１００側を固定し、円筒状部材９の上面にスラスト荷重Ｐを付与して、つば部が破損する最小荷重を「つば強度」として測定した。そして、No. １〜５と７，８のつば強度をNo. ６のつば強度で除算することにより、No. ６のつば強度を「１」とした相対値を算出した。
このようにして作製した内輪１と、各サンプルNo. 毎に内輪と同じ方法で作製した外輪２と、ＳＵＪ２製で通常の熱処理が施された円錐ころ３と、ＳＰＣＣ製の冠形保持器４を用いて、図１に示す円錐ころ軸受を組み立て、回転試験装置に装着して寿命試験を行った。寿命試験は、軸を介して内輪１にスラスト荷重とラジアル荷重を付与して、以下の条件により異物混入潤滑下で行った。また、内輪または外輪の軌道面に剥離が生じるまでの回転時間を寿命として測定し、No. ６の寿命を「１」とした相対値を算出した。
【００２４】
〔寿命試験条件〕
スラスト荷重：１３．７ｋＮ
ラジアル荷重：２０．６ｋＮ
回転速度：５０００ｍｉｎ-1
混入異物：（組成）ステンレス系粉
（硬さ）ＨＲＣ５２
（粒径）７４〜１４７μｍ
（混入量）潤滑油中に３００ｐｐｍとなるように混入
これらの試験結果も下記の表１に併せて示す。
なお、No. ４の内輪表層部の炭素含有率は１．０質量％であった。また、No. ５の内輪表層部の炭素含有率は１．０質量％であり、窒素含有率は０．１質量％であった。
【００２５】
【表１】
2007155020.tif 000003
【００２６】
この表に示すように、本発明の実施例に相当するNo. １〜５の円錐ころ軸受は、比較例に相当するNo. ６〜８の円錐ころ軸受と比較して、つば部の強度および異物混入潤滑下での剥離寿命（転がり疲労寿命）のいずれもが良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に相当する円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態で行った誘導加熱方法を説明する断面図である。
【図３】実施形態で行った熱処理に使用する、内輪を置く台座を上から見た図である。
【図４】実施形態で行った熱処理に使用する、内輪の上に置く上治具を下から見た図である。
【図５】実施形態で行った「つば強度」の試験方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  内輪
２  外輪
３  円錐ころ
４  保持器
１１  内輪軌道面
１２  つば面
１３  つば面
５  台座
６  上治具
７  リング状コイル
８  水冷ジャケット
【図１】
2007155020.tif 000004
【図２】
2007155020.tif 000005
【図３】
2007155020.tif 000006
【図４】
2007155020.tif 000007
【図５】
2007155020.tif 000008