(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道輪および転動体が鋼からなる自動車エンジン補機用転がり軸受において、
少なくとも固定側軌道輪の組織を、保持温度２６０℃以上とした恒温変態により下部ベイナイト組織とし、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下としたことを特徴とする自動車エンジン補機用転がり軸受。
【請求項２】
軌道輪および転動体が鋼からなる自動車エンジン補機用転がり軸受において、
少なくとも固定側軌道輪の組織を、保持温度２６０℃以上とした恒温変態により下部ベイナイト組織とし、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量を０．５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下としたことを特徴とする自動車エンジン補機用転がり軸受。
【請求項３】
上記鋼が、ＳＵＪ２である請求項１又は２に記載の自動車エンジン補機用転がり軸受。
【請求項４】
自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、
ワークをオーステナイト化処理した後に、保持温度２６０℃以上とした恒温変態処理を行うことで、下部ベイナイト組織であり、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量が５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率が２０％以下である前記軌道輪を得ることを特徴とする自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【請求項５】
自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、
ワークをオーステナイト化処理した後に、保持温度２６０℃以上とした恒温変態処理を行うことで、下部ベイナイト組織であり、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量が０．５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率が２０％以下である前記軌道輪を得ることを特徴とする自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受部品の軌道輪および転動体の素材として、軸受鋼の一種であるＳＵＪ２が多く用いられ、また、大形の転がり軸受には、焼き入れ性を向上させたＳＵＪ３やＳＵＪ５が用いられている。
転がり軸受の長寿命化を図るためには、軌道面の摩耗やピッチングと呼ばれる軌道面の表面剥離を抑制することが必要である。このため、軸受鋼に焼き入れ焼戻し処理を施して、組織を焼戻しマルテンサイト組織とすることにより、硬さと靭性のバランス調整が行われている。
また、長寿命化を図る別の方法として、ショットピーニング処理によって軌道面の表面に圧縮残留応力を付与することが一部行われている。このショットピーニング処理をさらに活用するために、例えば特開平５−１９５０６９公報では、焼き入れ時に残留する未変態の残留オーステナイトに注目して、表面部はショットピーニング処理によってマルテンサイト変態させて硬さを確保し、内部は上記オーステナイトをそのまま残留させて延性を確保することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、自動車エンジン補機用軸受等では、使用条件が過酷になってきており、従来方法では防止することが困難な早期剥離現象が顕在化してきた。この早期剥離現象は、白層と呼ばれる組織変化によって、極短時間で軌道面が剥離する現象であり、高振動、高衝撃荷重によって、軌道面に高いせん断応力が局所的に負荷されるために起こる現象である。
このような白層の発生を抑制するために、潤滑に用いるグリースの基油粘度を高めることが提案されているが、潤滑方法が限定される問題がある。
また、材料組織を、局所的な変形の起こりにくい安定な組織にすることが提案されている。例えば、残留オーステナイトは分解して白層の発生を助長するため、サブゼロ処理等によって低減させることが提案されている。しかし、この場合でも、白層の発生を効果的に抑制することができない。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、この発明は、白層の発生を効果的に抑制することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明の転がり軸受は、軌道輪および転動体が鋼からなる自動車エンジン補機用転がり軸受において、少なくとも固定側軌道輪の組織を、保持温度２６０℃以上とした恒温変態により下部ベイナイト組織とし、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下としたことを特徴とするものである。上記構成の転がり軸受は、少なくとも固定側軌道輪を恒温変態による下部ベイナイト組織としているので、残留オーステナイト量を低減でき、かつ、均一微細分散した炭化物が作用応力を分散するので、白層の発生を効果的に抑制することができる。
すなわち、この発明は、通常の焼き入れ焼戻しによる、従来の焼戻しマルテンサイト組織に比べ、炭化物がより均一微細に分布した下部ベイナイト組織にすることにより、白層発生の原因である高いせん断応力を効果的に分散できること、および、この下部ベイナイト組織を恒温変態によって得ることにより、残留オーステナイト量を低減することができることを見出し、かかる知見に基づいて完成させたものである。
なお、硬さをＨＲＣ＝５４以上にした理由は、５４未満では摩耗、変形が生じやすいためである。ＨＲＣ＝６４を超えると延靭性が劣化して、剥離が起こり易い。
残留オーステナイト量を５％以下としたのは、上記のように転動中に分解して白層の発生を助長させないためである。
０．８μｍ以上の２次炭化物の面積率を２０％以下としたのは、２０％を超えると作用応力の分散効果が小さくなるためである。
【０００６】
上記軸受に用いる鋼としては、ＳＵＪ２であるのが好ましい。
このＳＵＪ２の場合には、優れた白層発生防止効果を付与することができ、さらに、機械的性質を効果的に向上させることができる。
また、本発明は、軌道輪および転動体が鋼からなる自動車エンジン補機用転がり軸受において、少なくとも固定側軌道輪の組織を、保持温度２６０℃以上とした恒温変態により下部ベイナイト組織とし、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量を０．５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下としたことを特徴としている。
また、本発明は、自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、ワークをオーステナイト化処理した後に、保持温度２６０℃以上とした恒温変態処理を行うことで、下部ベイナイト組織であり、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量が５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率が２０％以下である前記軌道輪を得ることを特徴としている。
また、本発明は、自動車エンジン補機用転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、ワークをオーステナイト化処理した後に、保持温度２６０℃以上とした恒温変態処理を行うことで、下部ベイナイト組織であり、かつ、硬さをＨＲＣ＝５４以上、５８．９以下、残留オーステナイト量が０．５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率が２０％以下である前記軌道輪を得ることを特徴としている。
【０００７】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。ただし、この発明はこれに限定されるものではない。
[参考例１]
参考例１として、ＳＵＪ２を用いて製作したワークを、８４０℃で４０分間のオーステナイト化処理後に、２３０℃、１時間の条件で恒温変態処理し、軸受の固定側軌道輪を得た。
[参考例２]
参考例２として、恒温変態処理の保持時間を４時間とした以外は、参考例１と同じ条件で処理して、軸受の固定側軌道輪を得た。
[実施例１]
実施例１として、ＳＵＪ２を用いて製作したワークを、８４０℃で４０分間のオーステナイト化処理後に、恒温変態処理の保持温度を２６０℃とし、保持時間を１時間として、軸受の固定側軌道輪を得た。
[実施例２]
実施例２として、恒温変態処理の保持時間を４時間とした以外は、実施例１と同じ条件で処理して、軸受の固定側軌道輪を得た。
[実施例３]
実施例３として、ＳＵＪ２を用いて製作したワークを、８４０℃で４０分間のオーステナイト化処理後に、恒温変態処理の保持温度を２９０℃とし、保持時間を１時間として、軸受の固定側軌道輪を得た。
[実施例４]
実施例４として、恒温変態処理の保持時間を４時間とした以外は、実施例３と同じ条件で処理して、軸受の固定側軌道輪を得た。
上記参考例１，２及び実施例１〜４における恒温変態処理は、変態処理温度に加熱保持したソルトバスに浸漬して行った。
表１には、上記恒温変態処理した参考例１，２及び実施例１〜４について、硬さと残留オーステナイト量を測定した結果を示している。
【０００８】
【表１】
0003997662.tif 000002
【０００９】
上記恒温変態処理を施すことにより、参考例１，２及び実施例１〜４の材料組織は２次炭化物が微細分散した下部ベイナイト組織であることが確認された。表１に明らかなように、参考例１，２及び実施例１〜４の残留オーステナイト量は５％未満に低減されることが分かる。また、この恒温変態処理後の硬さを、耐摩耗性の観点から転がり軸受に必要とされるＨＲＣ＝５４〜６４の範囲にすることができた。さらに、参考例１，２及び実施例１〜４のいずれについても、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の炭化物の面積率は２０％以下であった。
【００１０】
次に、下記供試片１と供試片２とについて、引張り試験および衝撃試験を行い機械的性質を比較した（表２参照）。
供試片１は、ＳＵＪ２を用いて製作した引張り試験片および衝撃試験片を、８４０℃で４０分間のオーステナイト化処理後に、恒温変態処理を行い、硬さをＨＲＣ＝５９に調整し、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の炭化物の面積率を２０％以下にしたものである。
供試片２は、ＳＵＪ２を用いて製作した引張り試験片および衝撃試験片を、通常の焼き入れ焼戻し処理を行う従来方法により同一硬さ（ＨＲＣ＝５９）に調整したものである。
【００１１】
【表２】
0003997662.tif 000003
【００１２】
表２から明らかなように、供試片１では、伸び、絞り、衝撃値のいずれの機械的性質も供試片２に対して優れており、上記恒温変態処理によって、ＳＵＪ２の機械的性質が改善されることが分かる。
【００１３】
[実施例５]
実施例５として、ＳＵＪ２からなるワークに、８４０℃で４０分間のオーステナイト化処理をした後、恒温変態処理を施し、硬さをＨＲＣ＝５８．９、残留オーステナイト量を０．５％、全２次炭化物面積に対する長さが０．８μｍ以上の
炭化物の面積率を１５％に調整した固定側軌道輪を得た。
[比較例]
比較例として、ＳＵＪ２からなるワークに従来の焼き入れ焼戻し処理を施し、硬さをＨＲＣ＝６２．６、残留オーステナイト量が１１．６％、全２次炭化物面積に対する長さが０．８μｍ以上の炭化物の面積率が２５％の固定側軌道輪を得た。
実施例５と比較例に、従来の焼き入れ焼戻し処理を施したＳＵＪ２からなる転動体および回転側軌道輪を組み合わせて転がり軸受を作製し、加振耐久試験機を用いて耐白層剥離寿命を評価した。その結果を表３に示す。
【００１４】
【表３】
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【００１５】
表３から明らかなように、比較例を用いた転がり軸受では白層剥離発生までの寿命時間が４８〜１０２時間であるのに対して、実施例５を用いた転がり軸受では１０００時間を超える耐剥離寿命が確認された。したがって、ＳＵＪ２は、恒温変態処理によって、所要の硬さと、優れた機械的性質と、白層発生防止機能とを付与できる素材であることが分かる。
上記結果から、転がり軸受の寿命改善は、少なくとも固定側軌道輪の組織を、恒温変態処理により得られる下部ベイナイト組織にし、硬さをＨＲＣ＝５４〜６４、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下にすることにより、達成できることを確認した。
なお、転動体や回転側軌道輪にも、上記恒温変態処理を適用して、硬さをＨＲＣ＝５４〜６４、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下としても良い。また、材料はＳＵＪ２のみに限定されるものではなく、上記恒温変態処理を適用して、硬さをＨＲＣ＝５４〜６４、残留オーステナイト量を５％以下、全２次炭化物面積に対する０．８μｍ以上の長さの炭化物の面積率を２０％以下とできるものであれば、種々の鋼を使用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る転がり軸受及び転がり軸受の軌道輪の製造方法によれば、恒温変態による下部ベイナイト組織を用い、軸受として必要な硬さと、低い残留オーステナイト量と、良好な靭性とを得たものであるので、作用応力を分散でき、白層の発生を抑制することができる。このため、高振動、高衝撃応力条件においても長期に亘って安定して使用することができる。
【００１７】
請求項３に係る転がり軸受によれば、恒温変態処理により、機械的性質がより効果的に改善され、かつ、優れた白層発生防止機能を発揮することができる。このため、高振動、高衝撃応力条件においてより好適な長寿命の軸受を提供することができる。