(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の転動体を有し、該転動体は、その表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力が、４５０〜８００ＭＰａの範囲に設定され、
その表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力が、１０〜１００ＭＰａに設定されるとともに、前記転動体の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における残留オーステナイト量が８〜１５％である、、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受において、
前記転動体の素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ２とする、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項１または２に記載の転がり軸受において、
衝撃荷重が負荷される用途に使用される、ことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に関する。この転がり軸受は、例えば振動などの衝撃荷重や高荷重が負荷されるような用途に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の転がり軸受では、その転動体について、ＪＩＳ規格Ｇ４８０５で規定される高炭素クロム軸受鋼を素材として、外形を粗成形した後、焼入れ、焼き戻しなどの熱処理を施し、研磨やラップなどの仕上げを行うことにより製作される。なお、前述の熱処理の後で冷間加工などの表面硬化処理を施すこともある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、冷間加工を施すことにより転動体の表面硬度を高めて表面損傷を防止するようにしているが、材料が弱体化することがあって、衝撃荷重や高荷重の負荷により転がり疲労亀裂が発生、進展しやすくなる。なお、転がり疲労亀裂は、転動体の表面に沿う方向に発生するもので、剥離につながる。
【０００４】
このようなことから、本願発明者は、転動体の表面側と内部との強度のバランスが重要になっていることを見いだした。このような事情に鑑み、本発明は、転がり軸受において、衝撃荷重や高荷重が負荷される用途での耐久性向上を図ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる転がり軸受は、鋼製の転動体を有し、該転動体は、その表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力が、４５０〜８００ＭＰａの範囲に設定され、その表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力が、１０〜１００ＭＰａに設定されるとともに、前記転動体の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における残留オーステナイト量が８〜１５％である。
【０００６】
請求項２の発明にかかる転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記転動体の素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ２とする。
【０００７】
請求項３にかかる転がり軸受は、請求項１または２に記載の転がり軸受において、衝撃荷重が負荷される用途に使用される。
【０００８】
このような本発明において、転動体の直径のほぼ１／１００の位置とは、転がり疲労亀裂の発生起点付近であり、また、転動体の直径のほぼ１／２５の位置とは、転がり疲労亀裂が進展する部分である。
【０００９】
このように、転動体の深さ方向における損傷の形態を調べて、それらの損傷形態に応じて各深さ位置の円周方向圧縮残留応力を個別に特定することにより硬度と靭性とを最適に管理している。これにより、転動体の表面損傷や転がり疲労亀裂の発生を長期にわたって防止できるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１および図２に本発明の一実施形態を示している。図１は、転がり軸受の断面図、図２は、転がり軸受の耐久性能試験機を示す側面図である。
【００１２】
図中、Ａは深溝型玉軸受などの転がり軸受の全体を示している。この転がり軸受Ａは、内輪１、外輪２、転動体としての複数の玉３、保持器４とから構成されている。
【００１３】
そして、内・外輪１，２および玉３は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＵＳ４４０Ｃなど各種の鋼材を素材として製作される。保持器４は、使用用途により異なるが、金属材の他、一般的なポリアミド樹脂（ナイロン６６）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのふっ素系などの合成樹脂とされる。保持器４の形式としては、図示する冠型の他、波型やもみ抜き型など任意である。
【００１４】
本発明の特徴は、上述した玉３について、その表面側から深さ方向複数位置での円周方向圧縮残留応力を個別に特定していることである。具体的に、玉３の表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力は、４００〜８００ＭＰａの範囲に設定され、また、玉３の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以下に設定される。
【００１５】
この実施形態では、玉３の製作方法として、ある程度の真円度を有する素球に成形した後、焼入れ、焼き戻しなどの熱処理を施すとともに、冷間加工などの表面硬化処理を施してから、研磨やラップなどの仕上げを行うことにより製作される。
【００１６】
前述の冷間加工は、一般的に周知の方法であるが、例えば回転ドラム内に複数の玉３を入れ、回転ドラムを所要回転速度で所要時間にわたって回転させるものである。
【００１７】
この実施形態では、前述の冷間加工での回転ドラムの回転速度や処理時間を適宜設定することにより、上述した残留応力を管理するのである。ちなみに、玉３の直径が大きいほど最大残留応力の位置が深くなり、処理時間を長くするほど残留応力値が大きくなり、なおかつ残留応力形成の範囲が深くなる傾向となる。
【００１８】
具体的に、玉３の素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ２とし、焼入れを温度８３０〜８５０℃で３０分〜６０分とし、焼き戻しを温度１５０〜１７０℃で１〜２時間とし、冷間加工での回転速度を４０〜７０ｒｐｍとし、処理時間を１〜２時間とした。このような条件であれば、玉３の表面から直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を、およそ４００〜８００ＭＰａの範囲に、また、玉３の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を１００ＭＰａ以下にできる。この場合、玉３の表面から直径のほぼ１／２５の深さ位置における残留オーステナイト量（γR）は、８〜１５％の範囲になり、表面硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で６４〜６８となる。
【００１９】
以上説明した実施形態の転がり軸受Ａでは、玉３が深さ方向で適度な硬度となるとともに適度な靭性を持つ構造となるから、玉３の表面損傷や転がり疲労亀裂の発生を長期にわたって抑制できて、玉３の初期性状を長期にわたって安定に保つことができるようになる。これにより、転がり軸受Ａの振動や騒音などの発生を長期にわたって抑制できるなど長寿命化を達成できる。
【００２０】
具体的に、転がり軸受Ａの耐久性について調べたので説明する。
【００２１】
試験機は、図２に示すようなものを用いる。図２において、２０は回転軸、２１は支持台、２２はコイルバネを用いる荷重負荷ユニット、２３は回転軸２０のサポート軸受、２４は試験軸受である。試験は、試験軸受２４に対してラジアル荷重を与えた状態で回転軸２０を回転させて行う。
【００２２】
試験軸受２４は、呼び番号６３０４の深溝玉軸受とする。この場合、玉３のサイズは３／８ｉｎｃｈである。
【００２３】
試験条件は、ラジアル荷重を動定格荷重の５０％（６．３５ＫＮ）、回転数を１２０００ｒｐｍ、グリース潤滑である。
【００２４】
そして、試験軸受２４については、下記する表１に示すように、実施形態１〜８、比較例１，２を用意した。
【００２５】
【表１】
0003934266.tif 000002
【００２６】
結果的に、実施形態１〜８はいずれも３００時間を越えるまで異状無しであるのに対して、比較例１は１９１時間、比較例２は２０６時間でそれぞれ玉３に剥離が発生した。ちなみに、上記試験条件での試験軸受２４の計算寿命は２１．７時間であるので、比較例１，２も計算寿命に比べて優れているものの、実施形態１〜８に比べて劣る。このことから、玉３の直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を４００〜８００ＭＰａの範囲で設定すれば、転がり疲労亀裂が発生しにくくなっていると言える。
【００２７】
さらに、実施形態３，７については他の実施形態１，２，４，６，８に比べてさらに耐久性が向上する結果となっており、実施形態３，７のように玉３の直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を３０ＭＰａに設定することが好ましいことを意味している。
【００２８】
以上のことから、実施形態３，７のように、玉３の直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を４００〜８００ＭＰａの範囲とし、かつ玉３の直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を３０ＭＰａに設定すれば、転がり疲労亀裂の発生と進展とを抑制できるようになり、これらの条件を持たせることが最も好ましいと言える。しかし、実用範囲からすると、上記結果から明らかなように、玉３の直径のほぼ１／１００の深さ位置における円周方向圧縮残留応力を４００〜８００ＭＰａの範囲とすれば、玉３の直径のほぼ１／２５の深さ位置における円周方向圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以下に設定しても十分であると言える。
【００２９】
ところで、上記実施形態のように、玉３の素材をＪＩＳ規格ＳＵＪ２とする場合においても、それに含有する硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）についての量を、それぞれ０．０１５ｍａｓｓ％以下、０．０１０〜０．０４０ｍａｓｓ％、０．００１０ｍａｓｓ％以下に設定するのが好ましい。なぜならば、玉３の転がり疲労亀裂の起点は、素材に含有するＭｎＳ，Ａｌ2Ｏ3の非金属介在物の存在位置で起こる。つまり、これらの非金属介在物を減少させれば、転がり疲労亀裂の発生、進展を抑制できると言える。ここで、非金属介在物であるＭｎＳは、ＳがＭｎと結び付いて形成されるものであり、また、Ａｌ2Ｏ3は、ＡｌとＯが結び付いて形成されるものである。したがって、冷間加工による表面硬化処理を深さ方向複数位置での円周方向残留応力を管理するとともに、非金属介在物形成元素であるＳ、Ａｌ、Ｏを減少させることが望ましく、Ｓ、Ａｌ、Ｏの含有量は生産性、加工性の点から、上記範囲に設定することが望ましい。
【００３０】
なお、上記実施形態では、転動体を玉としたが、円筒ころや円すいころにも応用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受では、玉を深さ方向で適度な硬度と靭性を持つ構造にできるから、特に高荷重、衝撃荷重が負荷される用途での使用において、玉の表面損傷や転がり疲労亀裂の発生を長期にわたって抑制できて、玉の初期性状を長期にわたって安定に保つことができるようになる。これにより、転がり軸受の振動や騒音などの発生を長期にわたって抑制できるなど長寿命化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受の断面図
【図２】転がり軸受の耐久性能試験機を示す側面図
【符号の説明】
Ａ      転がり軸受
１      内輪
２      外輪
３      玉
４      保持器
【図１】
0003934266.tif 000003
【図２】
0003934266.tif 000004