JP2001336538A - 転がり軸受とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
に必要とすれば優れた耐蝕性も兼ね備えた転がり軸受を
実現する。 【解決手段】 内輪軌道3a〜3c及び外輪軌道4a〜
4c、並びに外輪5a〜5cの内周面の一部で保持器7
a〜7cの外周面を案内する部分に、硬度がHv900以
上の化合物層と拡散硬化層とから成る、緻密な窒化層
を、低温窒化法により形成する。
Description
トエンジンやギヤボックス等の回転支持部に組み込ま
れ、高温環境下で使用される転がり軸受の耐摩耗性を向
上させる事により、この転がり軸受の耐久性向上を図る
ものである。
用ジェットエンジンやギヤボックス等の回転支持部に、
図1(A)〜(C)に示す様な転がり軸受1a〜1c
が、航空機用軸受として組み込まれている。この図1
(A)〜(C)に記載した3種類の転がり軸受1a〜1
cのうち、(A)に示した転がり軸受1aは、2分割式
の内輪2aを有する、4点接触式の単列深溝型の玉軸
受、(B)に示した転がり軸受1bは、カウンターボア
型の内輪2bを有する、アンギュラ型の玉軸受、(C)
に示したものは、単列円筒ころ軸受である。
周面に内輪軌道3a〜3cを有する鉄系合金製の内輪2
a〜2cと、内周面に外輪軌道4a〜4cを有する鉄系
合金製の外輪5a〜5cと、これら内輪軌道3a〜3c
と外輪軌道4a〜4cとの間に転動自在に設けられた複
数の転動体6a〜6cと、これら各転動体6a〜6cを
転動自在に保持する保持器7a〜7cとを備える。そし
て、この保持器7a〜7cの外周面を、上記外輪5a〜
5cの内周面の一部で上記外輪軌道4a〜4cから外れ
た部分で案内する事により、上記保持器7a〜7cのラ
ジアル方向の変位を抑えている。
を有する転がり軸受1a〜1cを、航空機用軸受のうち
で特に大きな耐蝕性を要する用途で使用する場合には、
上記内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cを、SUS44
0C(Cを1.05重量%、Pを0.040重量%以
下、Sを0.030重量%以下、Mnを1.00重量%、
Siを1.00重量%、Crを17.00重量%、Moを0.
75重量%含有し、残りをFeと不可避不純物とした鉄系
合金)で造る場合が多い。
ットエンジンやギヤボックス等の高温環境下で使用され
る場合には、必ずしも十分な耐摩耗性を持たず、耐久性
を確保する面からは不利であった。即ち、上述の様な用
途で使用される転がり軸受1a〜1cを構成する内輪2
a〜2c及び外輪5a〜5cは、その製造過程で高温焼
き戻しを実施する為、上記内輪軌道3a〜3c及び外輪
軌道4a〜4cを含む表面の硬度は、Hv650程度に留
まる。この値は、M50(Cを0.80重量%、Pを
0.030重量%以下、Sを0.030重量%以下、Mn
を0.30重量%、Siを0.25重量%、Crを4.00
重量%、Vを1.00重量%、Moを4.25重量%含有
し、残りをFeと不可避不純物とした鉄系合金)の様な耐
熱軸受鋼の場合の硬度Hv700程度に比べて低く、耐摩
耗性の面からは不利である。これに対して、上記M50
等の耐熱軸受鋼は、耐蝕性の面から、十分な耐久性確保
を図りにくい。
品名=Cを0.07重量%、Pを0.005重量%以
下、Sを0.003重量%以下、Mnを0.65重量%、
Siを0.40重量%、Crを13.00重量%、Vを0.
60重量%、Moを1.80重量%、Niを2.60重量
%、Coを5.40重量%含有し、残りをFeと不可避不純
物とした鉄系合金)の様な、耐熱・耐蝕鋼を使用する場
合がある。但し、この様な耐熱・耐食鋼により、転がり
軸受1a〜1cの内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cを
造ると、表面を硬化させる為に浸炭処理を施すのに伴っ
て、これら内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cの表面に
Cr炭化物が析出し、この表面の耐蝕性が低下する為、や
はり十分な耐久性を確保する事が難しくなる。
等を支持する為に図1(A)〜(C)に示す様な転がり
軸受1a〜1cを使用した場合、外輪5a〜5cの内周
面の一部で、保持器7a〜7cの外周面を案内する部分
が摩耗損傷を起こす場合がある。この様な損傷を防止す
る為に従来は、この案内する部分にTiN等の硬質皮膜処
理を施している。但し、この様な硬質皮膜処理は、非常
に高価な処理である為、上記転がり軸受1a〜1cのコ
スト上昇に結び付くだけでなく、硬質皮膜が剥離する場
合もある為、必ずしも確実な耐摩耗性向上効果を得られ
ない。
ックス等に使用する転がり軸受1a〜1cのうち、耐焼
き付き性の向上を図る為に、内輪2a〜2c及び外輪5
a〜5cを軸受鋼により、転動体6a〜6cをセラミッ
クにより、それぞれ構成した、所謂ハイブリッド軸受の
場合には、上記内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cの耐
摩耗性向上がより問題となる。即ち、上述の様なハイブ
リッド軸受の場合、上記内輪2a〜2c及び外輪5a〜
5cと上記転動体6a〜6cとの接触状態が、異種材料
同士の接触状態となるので、この転動体6a〜6cも軸
受鋼により造った場合に比べて、耐焼き付き性は向上す
る。但し、上記内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cを構
成する軸受鋼の硬度が、上記転動体6a〜6cを構成す
るセラミックの硬度に比べて遥かに低い為、上記転がり
軸受1a〜1c内に塵芥等の異物が混入した場合には、
内輪軌道3a〜3c及び外輪軌道4a〜4cの摩耗が著
しく進んでしまう。本発明は、この様な事情に鑑みて、
低コストでしかも優れた耐摩耗性を有し、更に必要とす
れば優れた耐蝕性も兼ね備えた転がり軸受を実現すべく
発明したものである。
の製造方法のうち、請求項1に記載した転がり軸受は、
前述した従来の転がり軸受と同様に、外周面に内輪軌道
を有する鉄系合金製の内輪と、内周面に外輪軌道を有す
る鉄系合金製の外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との
間に転動自在に設けられた複数の転動体と、これら各転
動体を転動自在に保持する保持器とを備える。そして、
この保持器の内外両周面のうちの何れかの周面を、上記
内輪の外周面と上記外輪の内周面とのうちの何れかの周
面の一部で案内する事により、上記保持器のラジアル方
向の変位を抑えている。
なくとも上記内輪軌道及び外輪軌道、並びに上記内輪の
外周面と上記外輪の内周面とのうちの何れかの周面の一
部で上記保持器の周面を案内する部分に、硬度がHv90
0以上の化合物層と拡散硬化層とから成る、緻密な窒化
層を形成している。更に、請求項3に記載した転がり軸
受の製造方法では、上記内輪及び外輪の表面に窒化層を
形成する為、これら内輪及び外輪に、300〜400℃
で行なう低温窒化処理を施す。尚、この様な低温窒化処
理の方法としては、大同ほくさん(株)の「NV−30
0」なるNV窒化処理方法が、好ましく使用できる。
く300〜400℃で行なう低温窒化処理を施した場
合、二次硬化が起こらずに窒素が金属組織中に入り込ん
で、上記鉄系合金により造った内輪2a〜2c及び外輪
5a〜5cの表面の硬度が高められる。この様に表面の
硬度が高くなる事で、上記内輪2a〜2c及び外輪5a
〜5cの耐摩耗性が向上する。しかも、これら内輪2a
〜2c及び外輪5a〜5cの表面が二次硬化せず、この
表面にCrNが析出する事もない為、この表面の耐蝕性が
低下する事がない。従って、上記鉄系合金として、優れ
た耐蝕性を有するものを使用すれば、上記内輪2a〜2
c及び外輪5a〜5cの耐蝕性も十分に確保できる。
硬化する為に使用されていた、一般的なガス窒化処理に
よる場合には、処理温度が480〜600℃と高い為、
上記内輪2a〜2c及び外輪5a〜5cの表面が二次硬
化するだけでなく、この表面にCrNが析出する。これら
は、何れも鉄系合金の表面の耐蝕性を悪化させる為、好
ましくない。
を0.13重量%、Pを0.030重量%以下、Sを
0.030重量%以下、Mnを0.30重量%、Siを0.
25重量%、Crを4.00重量%、Vを1.20重量
%、Moを4.25重量%、Niを3.50重量%含有し、
残りをFeと不可避不純物とした鉄系合金)に低温窒化処
理を施せば、残留圧縮応力が増加し、破壊靱性と転がり
疲れ寿命とが何れも向上する。特に、表面硬度が向上す
る為、異物混入下での転がり疲れ寿命が著しく向上す
る。
就いて説明する。実験は、図2に示す様な試験装置(Po
lymet 試験装置)を使用して行なった。この試験装置
は、図示しないモータにより回転駆動される円柱状の試
験片8の直径方向反対側2個所位置に負荷円板9、9
を、負荷装置10によりこの試験片8に押し付けるもの
である。これら試験片8の外周面と負荷円板9、9の外
周面との転がり接触部には、給油装置から一定量の潤滑
油(合成ガスタービン油)を滴下して、この転がり接触
部を潤滑する。
6mmとした。又、この試験片8の回転速度は12500
min-1 、上記転がり接触部の接触圧力は4.8GPaとし
た。更に、この転がり接触部の油圧パラメータ(Λ値)
は0.9とした。この様な条件で、上記試験片8をM5
0とM50NiLとで多数用意し、それぞれに就いて、前
述の低温窒化処理を施したものと施さないものとを造っ
た。そして、各試験片8毎に、表面に剥離が発生するま
で試験を行ない、剥離が生じるまでの各試験片8の総回
転数(応力繰り返し数)を記録した。その結果を図3〜
4に示す。
ち、図3はM50製の試験片に関する実験の結果を、図
4はM50NiL製の試験片に関する実験の結果を、それ
ぞれ示している。又、各図で、「○」印は低温窒化処理
を施さないものの結果を、「●」印は低温窒化処理を施
したものの結果を、それぞれ表している。これら図3〜
4から明らかな通り、低温窒化処理を施した試験片の場
合には、施さない試験片に比べて、耐剥離性が大幅に向
上する。
の残留応力の計測結果を示している。この図5でも、
「○」印が低温窒化処理を施さないものの計測結果を、
「●」印が低温窒化処理を施したものの計測結果を、そ
れぞれ表している。この図5から、低温窒化処理を施し
た試験片の場合には、施さない試験片に比べて、残留圧
縮応力が大幅に大きくなっており、この事が、耐剥離性
の大幅な向上に結び付いているものと考えられる。
0NiL製のものを使用したが、ステンレス鋼製の試験片
の場合でも、低温窒化処理を施した試験片と施さない試
験片との間で同様の差が生じる。従って、ステンレス鋼
により造った内輪及び外輪に低温窒化処理を施せば、優
れた耐蝕性に加え、優れた耐摩耗性を得られる。
り構成され作用するので、航空機用ジェットエンジンや
ギヤボックス等の回転支持部の耐久性向上に寄与でき
る。
分断面図。
の正面図。
を示すグラフ。
結果を示すグラフ。
線図。
Claims (3)
- 【請求項1】 外周面に内輪軌道を有する鉄系合金製の
内輪と、内周面に外輪軌道を有する鉄系合金製の外輪
と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設け
られた複数の転動体と、これら各転動体を転動自在に保
持する保持器とを備え、この保持器の内外両周面のうち
の何れかの周面を、上記内輪の外周面と上記外輪の内周
面とのうちの何れかの周面の一部で案内する事により、
上記保持器のラジアル方向の変位を抑えた転がり軸受に
於いて、少なくとも上記内輪軌道及び外輪軌道、並びに
上記内輪の外周面と上記外輪の内周面とのうちの何れか
の周面の一部で上記保持器の周面を案内する部分に、硬
度がHv900以上の化合物層と拡散硬化層とから成る、
緻密な窒化層を形成した事を特徴とする転がり軸受。 - 【請求項2】 転動体がセラミック製である、請求項1
に記載した転がり軸受。 - 【請求項3】 請求項1〜2の何れかに記載した転がり
軸受を構成する内輪及び外輪の表面に窒化層を形成する
為、これら内輪及び外輪に、300〜400℃で行なう
低温窒化処理を施す、転がり軸受の製造方法。
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