JP2019219018A - Holder for rolling bearing and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速回転で使用される転がり軸受用の保持器およびその製造方法に関し、特に、工作機用軸受、液体燃料ターボポンプ用軸受などに用いられる保持器およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cage for a rolling bearing used at high speed rotation and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a cage used for a bearing for a machine tool, a bearing for a liquid fuel turbo pump, and a method for manufacturing the same.
転がり軸受に用いられる保持器が、例えば工作機用軸受や液体燃料ターボポンプ用軸受などの高速回転で使用される場合、軌道輪（外輪、内輪）と保持器、または転動体と保持器との接触部位における耐摩耗性が必要となる。また、高速回転する際、保持器の強度が低いと遠心力による変形が生じるため、保持器と転動体との接触部位で面圧が高くなり、軸受の焼付きが起こるおそれがある。変形が繰返し発生する場合、疲労破壊が生じる場合もある。そのため、高速回転で使用される転がり軸受用保持器には、耐摩耗性、高強度、耐疲労性、軽量などの材料特性が要求される。 When a cage used for a rolling bearing is used at a high rotation speed, such as a bearing for a machine tool or a bearing for a liquid fuel turbopump, for example, a bearing ring (outer ring, inner ring) and a cage, or a rolling element and a cage are used. Abrasion resistance at the contact site is required. In addition, when the cage is rotated at high speed, if the strength of the cage is low, deformation due to centrifugal force occurs, so that the contact pressure between the cage and the rolling element increases, and there is a possibility that bearing seizure may occur. When deformation occurs repeatedly, fatigue failure may occur. Therefore, a cage for a rolling bearing used at high speed rotation is required to have material properties such as wear resistance, high strength, fatigue resistance, and light weight.
例えば、高速回転で使用される転がり軸受の保持器の材料として、熱可塑性樹脂などにガラス繊維などの繊維状補強材を配合した材料（特許文献１）や、有機繊維からなる織物と熱硬化性樹脂とを一体化した材料（特許文献２）などが提案されている。また、アルミニウム合金粉末と炭化ケイ素粉末とをボールミキサーにより混合し、炭化ケイ素を分散させたアルミニウム合金材料（特許文献３）などが提案されている。また、特許文献４には金属マトリックス複合材が記載されており、当該文献ではアルミニウム合金に平均粒径０.３〜５μｍのセラミックス微粒子を配合することで、複合材の高強度化、耐摩耗性の向上を図っている。
For example, as a material for a cage of a rolling bearing used at high speed rotation, a material in which a fibrous reinforcing material such as glass fiber is blended with a thermoplastic resin or the like (Patent Document 1), or a woven fabric made of organic fibers and a thermosetting material A material that integrates a resin (Patent Document 2) and the like have been proposed. Also, an aluminum alloy material in which aluminum alloy powder and silicon carbide powder are mixed by a ball mixer and silicon carbide is dispersed (Patent Document 3) has been proposed.
しかしながら、特許文献１の保持器では、熱可塑性樹脂を用いているため高温における強度が低く、また弾性率が不足し、高速回転時の遠心力に十分に耐えることができない場合がある。特許文献２の保持器は、有機繊維織物と熱硬化性樹脂とを一体化するため有機繊維を配列したシート状のプリプレグを積層する工程を要することから、製造コストが高くなることが懸念される。また、特許文献３の保持器は、耐摩耗性についての評価は実施されているが、保持器の強度や耐疲労性については検討されていない。
However, since the cage of
特許文献４には、上記金属マトリックス複合材からなる部材として、ブレーキディスクやローター、チェーンリングなどが記載されているが、転がり軸受用保持器は開示されておらず、保持器に要求される耐疲労性等などは評価されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、破損が防止され、軌道輪と保持器、または転動体と保持器の接触部位における摩耗が低減された転がり軸受用保持器およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a bearing for a rolling bearing in which breakage is prevented and wear at a contact portion between a bearing ring and a cage or a rolling element and a cage is reduced, and manufacturing thereof. The aim is to provide a method.
本発明の転がり軸受用保持器は、内輪と、外輪と、上記内輪および外輪との間を転動する複数の転動体とを備える転がり軸受に使用され、上記転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、上記転がり軸受用保持器がアルミニウム合金材からなり、該アルミニウム合金材は、炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在しているアルミニウム合金材であり、上記炭化ケイ素が、上記アルミニウム合金材全体の５〜５０体積％含まれることを特徴とする。本発明において、「炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在する」とは、アルミニウム合金材中に炭化ケイ素が一次粒子の状態または二次粒子（凝集体）の状態で分散されており、一次粒子および凝集体の平均粒径が０.１μｍ以上１０μｍ未満であることをいう。 A retainer for a rolling bearing of the present invention is used for a rolling bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements rolling between the inner ring and the outer ring, and retains the rolling element for holding the rolling element. Wherein the cage for a rolling bearing is made of an aluminum alloy material, and the aluminum alloy material is an aluminum alloy material in which silicon carbide is present in a state where silicon carbide is dispersed in a state of an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm. Yes, the silicon carbide is contained in an amount of 5 to 50% by volume of the entire aluminum alloy material. In the present invention, "the silicon carbide is present in a state of being dispersed in a state of having an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm" means that silicon carbide is contained in an aluminum alloy material in a primary particle state or a secondary particle (aggregate). Dispersed in a state, and mean that primary particles and aggregates have an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm.
上記アルミニウム合金材が、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定される引張試験に準拠して測定される０．２％耐力が３００ＭＰａ以上で、かつ、ＪＩＳ Ｚ ２２７４に規定される回転曲げ疲れ試験に準拠して測定される疲れ限度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とする。 The aluminum alloy material has a 0.2% proof stress of 300 MPa or more measured in accordance with the tensile test specified in JIS Z 2241, and is measured in accordance with the rotational bending fatigue test specified in JIS Z 2274. The fatigue limit is 150 MPa or more.
上記転がり軸受が、工作機用軸受または液体燃料ターボポンプ用軸受であることを特徴とする。 The rolling bearing is a bearing for a machine tool or a bearing for a liquid fuel turbopump.
本発明の転がり軸受用保持器の製造方法は、本発明の転がり軸受用保持器を製造する方法であって、アルミニウム元素を主成分とする金属粉末と炭化ケイ素粉末（ＳｉＣ粉末）を含む混合粉末をメカニカルアロイング処理（ＭＡ処理）して合金粉末を得る工程を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a cage for a rolling bearing according to the present invention is a method for manufacturing a cage for a rolling bearing according to the present invention, wherein a mixed powder containing a metal powder containing an aluminum element as a main component and a silicon carbide powder (SiC powder) is provided. A step of obtaining an alloy powder by subjecting the alloy to a mechanical alloying treatment (MA treatment).
本発明の転がり軸受用保持器は、アルミニウム合金材からなり、該アルミニウム合金材は、炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在しているので、耐摩耗性、高強度、耐疲労性に優れる。これにより、保持器の破損が防止され、軌道輪と保持器、または転動体と保持器の接触部位における摩耗が低減される。 The cage for a rolling bearing of the present invention is made of an aluminum alloy material, and the aluminum alloy material has abrasion resistance because silicon carbide is present in a state where silicon carbide is dispersed in an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm. High strength and excellent fatigue resistance. This prevents the cage from being damaged, and reduces wear at the contact portion between the bearing ring and the cage or between the rolling element and the cage.
本発明の転がり軸受用保持器の製造方法は、アルミニウム元素を主成分とする金属粉末とＳｉＣ粉末を含む混合粉末をＭＡ処理して合金粉末を得る工程を有するので、アルミニウム合金材中に炭化ケイ素を平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散させることができ、各種特性に優れた保持器を得ることができる。 Since the method for manufacturing a cage for a rolling bearing of the present invention includes a step of subjecting a mixed powder containing a metal powder mainly composed of an aluminum element and a SiC powder to MA processing to obtain an alloy powder, silicon carbide is contained in the aluminum alloy material. Can be dispersed in a state where the average particle diameter is 0.1 μm or more and less than 10 μm, and a cage excellent in various characteristics can be obtained.
本発明の転がり軸受用保持器は、耐摩耗性、強度、疲労特性に優れたアルミニウム合金材からなる。本発明では、このアルミニウム合金材の内部に、炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在し、さらに、炭化ケイ素が、アルミニウム合金材全体の５〜５０体積％含まれることを特徴としている。具体的には、アルミニウム元素を主成分とする金属粉末とＳｉＣ粉末を含む混合粉末をＭＡ処理することで、微粒子化された炭化ケイ素をアルミニウム合金材中に均一に分散させることができる。本発明者らは、このアルミニウム合金材を用いることで、保持器の耐摩耗性、高強度、耐疲労性が大幅に向上することを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。 The cage for a rolling bearing of the present invention is made of an aluminum alloy material having excellent wear resistance, strength, and fatigue characteristics. In the present invention, silicon carbide is present in the aluminum alloy material in a state of being dispersed in an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm, and silicon carbide is contained in an amount of 5 to 50% by volume of the entire aluminum alloy material. It is characterized by being. Specifically, by subjecting a mixed powder containing a metal powder containing aluminum element as a main component and a SiC powder to MA treatment, finely divided silicon carbide can be uniformly dispersed in the aluminum alloy material. The present inventors have found that the use of this aluminum alloy material significantly improves the wear resistance, high strength, and fatigue resistance of the cage. The present invention is based on such findings.
本発明の転がり軸受用保持器の一例を図１に示す。図１は深溝玉軸受用のもみ抜き型保持器の斜視図である。図１に示すように、保持器１は、円環状の保持器本体１ａに転動体であるボールを保持するポケット２が周方向に一定間隔で複数設けられている。ポケット２の平面形状は、平円形状であるが、真円でもよい。
FIG. 1 shows an example of the rolling bearing retainer of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of a machined die cage for a deep groove ball bearing. As shown in FIG. 1, the
本発明の転がり軸受用保持器の製造方法は、少なくとも、アルミニウム元素を主成分とする金属粉末とＳｉＣ粉末を含む混合粉末をＭＡ処理して合金粉末を得る工程と、得られた合金粉末を圧縮成形してプリフォーム（予備成形体）とする工程と、プリフォームを焼結する工程とを有する。さらに、得られた成形焼結体に熱処理、機械加工などを施して上記保持器が得られる。 The method for manufacturing a cage for a rolling bearing according to the present invention includes, at least, a step of subjecting a mixed powder containing a metal powder mainly composed of an aluminum element and a SiC powder to MA processing to obtain an alloy powder, and compressing the obtained alloy powder. It has a step of forming a preform (preformed body) and a step of sintering the preform. Further, the obtained sintered compact is subjected to heat treatment, machining, and the like to obtain the above-described cage.
ＭＡ処理に用いる金属粉末はアルミニウム元素を主成分としており、アルミニウム元素を５０質量％以上含む。アルミニウム元素の含有量は、８０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。上記金属粉末には、アルミニウム以外の元素として、銅、マグネシウム、ケイ素、亜鉛、リチウム、ジルコニウム、マンガン、ビスマス、チタン、ホウ素、ナトリウム、ストロンチウム、アンチモンなどを含んでもよい。高強度であることから、銅、マグネシウム、マンガンのうち少なくとも１種類以上の元素を含むことが好ましい。具体的には、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ５０５６、Ａ６０６１などが使用できる。 The metal powder used for the MA treatment contains an aluminum element as a main component and contains 50% by mass or more of the aluminum element. The content of the aluminum element is preferably at least 80 mass%, more preferably at least 90 mass%. The metal powder may contain, as an element other than aluminum, copper, magnesium, silicon, zinc, lithium, zirconium, manganese, bismuth, titanium, boron, sodium, strontium, antimony, and the like. From the viewpoint of high strength, it is preferable to include at least one element among copper, magnesium, and manganese. Specifically, A2017, A2024, A5056, A6061 and the like can be used.
ＭＡ処理に用いるＳｉＣ粉末としては、市販品を用いることができる。市販のＳｉＣ粉末の平均粒径は特に限定されないが、ＭＡ処理によって所定サイズの微粒子にすることから、平均粒径０．１〜３０μｍのものを用いることが好ましく、平均粒径０．１〜１０μｍのものを用いることがより好ましい。ＭＡ処理に用いるＳｉＣ粉末の平均粒径は、例えば、レーザー回折・散乱法で測定される粒度分布における体積積算値５０％での粒径（ｄ５０）である。 Commercially available products can be used as the SiC powder used for the MA treatment. Although the average particle size of the commercially available SiC powder is not particularly limited, it is preferable to use a SiC powder having an average particle size of 0.1 to 30 μm because the particles are formed into fine particles of a predetermined size by MA treatment. It is more preferable to use The average particle size of the SiC powder used in the MA treatment is, for example, the particle size (d50) at a volume integrated value of 50% in the particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering method.
なお、金属粉末とＳｉＣ粉末を含む混合粉末に、別途アルミニウム粉末を加えてもよい。アルミニウム粉末として、好ましくは純度が９８％以上、より好ましくは純度が９９％以上の粉末を用いる。また、上記混合粉末に、アルミニウム元素を主成分としない非アルミニウム金属粉末を別途加えてもよい。非アルミニウム金属粉末としては、例えば、鉄、銅、チタン、マグネシウムなどの粉末が挙げられる。 Note that an aluminum powder may be separately added to the mixed powder containing the metal powder and the SiC powder. As the aluminum powder, a powder having a purity of preferably 98% or more, more preferably 99% or more, is used. Further, a non-aluminum metal powder containing no aluminum element as a main component may be separately added to the mixed powder. Examples of the non-aluminum metal powder include powders of iron, copper, titanium, magnesium and the like.
ＭＡ処理は、炭化ケイ素が微粒子化され、合金粉末中に炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在する条件であれば特に限定されない。ＭＡ処理に用いる装置としては、乾式アトライタ、遊星ボールミル、振動ボールミルなどの既知の高エネルギーミルが使用される。ボールミルとしては、鋼やセラミックスが用いられる。また、ＭＡ処理にはアルコールや脂肪酸などの公知の粉砕助剤を用いてもよい。ＭＡ処理は、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で行われ、ＭＡ処理時間は例えば１０〜３０時間に設定される。 The MA treatment is not particularly limited as long as silicon carbide is finely divided and silicon carbide is dispersed and present in the alloy powder in a state of having an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm. As an apparatus used for the MA treatment, a known high energy mill such as a dry attritor, a planetary ball mill, and a vibration ball mill is used. As the ball mill, steel or ceramics is used. In the MA treatment, a known grinding aid such as an alcohol or a fatty acid may be used. The MA processing is performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, and the MA processing time is set to, for example, 10 to 30 hours.
ＭＡ処理で得られた合金粉末を、プレス金型を用いた圧縮成形によりプリフォームに加工する。この成形工程では、室温で成形する冷間成形、金型を加熱して成形する温間成形のどちらを用いてもよい。また、合金粉末とプレス金型との凝着を防ぐ目的で潤滑剤を用いることが好ましい。潤滑剤を用いる方法としては、合金粉末に潤滑剤を混合する方法（内部潤滑）や、金型に潤滑剤を塗布する方法（金型潤滑）のどちらを用いてもよい。潤滑剤としては、脂肪酸アミド系潤滑剤などを用いることができる。 The alloy powder obtained by the MA treatment is processed into a preform by compression molding using a press die. In this forming step, either cold forming for forming at room temperature or warm forming for heating and forming a mold may be used. Further, it is preferable to use a lubricant for the purpose of preventing adhesion between the alloy powder and the press die. As a method of using a lubricant, either a method of mixing a lubricant with an alloy powder (internal lubrication) or a method of applying a lubricant to a mold (mold lubrication) may be used. As the lubricant, a fatty acid amide-based lubricant or the like can be used.
続く工程では、プリフォームを焼結し、ビレット化する。焼結の方法としては、真空焼結、常圧焼結、加圧焼結などの公知の焼結方法を用いることができ、例えば、熱間等方圧加圧加工（ＨＩＰ処理）によって焼結する。ＨＩＰ処理は、例えば、１０００〜１２００℃の温度、３０〜１５０ＭＰａの圧力で実施される。得られたビレットは熱処理した後、機械加工により保持器の形状に仕上げるのが好ましい。熱処理の質別（ＪＩＳ Ｈ ０００１）は限定されるものではないが、Ｔ６が好ましい。機械加工としては、例えば打ち抜き加工により、円柱状のビレットの壁面に貫通する複数のポケットを形成する。また、ビレットを用いて、押出成形または鍛造を行ってから、機械加工により保持器の形状に仕上げてもよい。この場合、押出成形または鍛造後に熱処理することが好ましい。 In the subsequent step, the preform is sintered and billetized. Known sintering methods such as vacuum sintering, normal pressure sintering, and pressure sintering can be used as the sintering method. For example, sintering is performed by hot isostatic pressing (HIP processing). I do. The HIP processing is performed, for example, at a temperature of 1000 to 1200 ° C. and a pressure of 30 to 150 MPa. After the heat treatment of the obtained billet, it is preferable to finish it to the shape of a cage by machining. The quality of the heat treatment (JIS H 0001) is not limited, but T6 is preferred. As the mechanical processing, a plurality of pockets penetrating the wall surface of the cylindrical billet are formed by, for example, punching. Further, after extruding or forging using a billet, the shape of the cage may be finished by machining. In this case, heat treatment is preferably performed after extrusion or forging.
本発明の転がり軸受用保持器はＭＡ処理を用いて製造されるため、アルミニウム合金材の内部に、炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されている。この炭化ケイ素は各粒子が概ね独立して分散されている。言い換えると、炭化ケイ素粒子の大部分が、互いに凝集して凝集体を形成することなく個々に存在している。具体的には、個数基準で、炭化ケイ素粒子の６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上が凝集することなく存在している。一方、Ｖ型混合機を用いた粉末混合では炭化ケイ素の粒子同士は凝集しやすく、処理後には炭化ケイ素粒子の多くが凝集体を形成して存在する。このようにＭＡ処理によって、炭化ケイ素粒子は個々の粒子間に空隙を有するように母材全体として疎密なく均一に分散される。 Since the cage for a rolling bearing of the present invention is manufactured using the MA treatment, silicon carbide is dispersed in the aluminum alloy material in a state of having an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm. In the silicon carbide, each particle is substantially independently dispersed. In other words, most of the silicon carbide particles are present individually without agglomerating together to form aggregates. Specifically, 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more of the silicon carbide particles are present without aggregation on a number basis. On the other hand, in powder mixing using a V-type mixer, silicon carbide particles tend to agglomerate, and after the treatment, many of the silicon carbide particles form aggregates and exist. As described above, by the MA treatment, the silicon carbide particles are uniformly and uniformly dispersed throughout the base material so as to have voids between the individual particles.
ＭＡ処理では、例えば、ボールミル時のボールの衝突エネルギーで粉末混合を行い、粉末同士の機械的な折りたたみと圧延を繰り返し起こさせることで、アルミニウム合金材の内部に炭化ケイ素が微粒子状態で均一に分散させられた状態とすることができる。これにより、例えば、低エネルギーの粉末混合機（Ｖ型混合機、ダブルコーン型混合機など）を用いる場合に比べ、耐摩耗性などが大幅に向上できる。 In the MA treatment, for example, the powder is mixed by the collision energy of the balls in a ball mill, and the mechanical folding and rolling of the powders are repeated to cause silicon carbide to be uniformly dispersed in fine particles in the aluminum alloy material. It can be in the state of being made to be. Thereby, for example, abrasion resistance and the like can be significantly improved as compared with the case where a low energy powder mixer (V-type mixer, double cone type mixer, or the like) is used.
アルミニウム合金材中の炭化ケイ素の平均粒径は、０．１μｍ以上１０μｍ未満であり、好ましくは０．１μｍ以上５μｍ未満であり、より好ましくは０．１μｍ以上３μｍ以下である。アルミニウム合金材中の炭化ケイ素の平均粒径は、ＳＥＭ画像による画像解析によって測定できる。具体的には、ＳＥＭ画像を二値化処理した後、各粒子および凝集体の円相当径を算出し、平均粒径を得る方法がある。 The average particle size of silicon carbide in the aluminum alloy material is 0.1 μm or more and less than 10 μm, preferably 0.1 μm or more and less than 5 μm, and more preferably 0.1 μm or more and 3 μm or less. The average particle size of silicon carbide in the aluminum alloy material can be measured by image analysis using a SEM image. Specifically, there is a method in which after the SEM image is binarized, the equivalent circle diameter of each particle and aggregate is calculated to obtain the average particle diameter.
炭化ケイ素の含有量は、アルミニウム合金材全体の５〜５０体積％であり、１０〜４０体積％が好ましく、２０〜３０体積％がより好ましい。炭化ケイ素の含有量が５体積％未満では耐摩耗性や強度について十分な効果が得られにくくなる。また、炭化ケイ素の含有量が５０体積％を超えると相対的にアルミニウム合金の含有量が少なくなり、クラックなどの不具合が生じるおそれがある。 The content of silicon carbide is 5 to 50% by volume of the entire aluminum alloy material, preferably 10 to 40% by volume, and more preferably 20 to 30% by volume. When the content of silicon carbide is less than 5% by volume, it is difficult to obtain sufficient effects on wear resistance and strength. On the other hand, if the content of silicon carbide exceeds 50% by volume, the content of the aluminum alloy becomes relatively small, which may cause a problem such as a crack.
図２には、本発明の保持器を適用した高速回転に用いられる転がり軸受の一例としてアンギュラ玉軸受の軸方向断面図を示す。図２に示すように、アンギュラ玉軸受３は、内輪４と、外輪５と、内輪４および外輪５の間に複数の転動体６が配置され、転動体６を保持するための保持器１を備える。保持器１の保持器本体１ａに形成されたポケット２に転動体６が保持される。転動体６と内輪４および外輪５との接触点を結ぶ直線が、径方向中心線に対してある角度θを持っているので、ラジアル荷重および一方向のアキシアル荷重を負荷できる。必要に応じて、転動体６の周囲にグリースなどの潤滑剤が封入されて潤滑がなされる。
FIG. 2 shows an axial sectional view of an angular contact ball bearing as an example of a rolling bearing used for high-speed rotation to which the cage of the present invention is applied. As shown in FIG. 2, the
図２のようなアンギュラ玉軸受３は、高速回転用途などで使用されるものである。アンギュラ玉軸受３において、本発明の保持器を用いることで、内輪４と保持器１、外輪５と保持器１、または転動体６と保持器１との間の摩耗を抑制できる。また、保持器１は高強度であるため、高速回転の際の変形量が小さくなる。そのため、保持器１と転動体６との接触部位での面圧が異常上昇することはなく、軸受の焼付きが起こり難い。さらに、保持器１は、耐疲労性に優れるため、高速回転の際、保持器の変形が繰返し発生しても疲労破壊を生じ難い。
The
本発明の保持器には、耐食性向上のため、陽極酸化処理などの表面処理を施してもよい。また、摺動性向上のため、コーティング用樹脂組成物を用いてコーティングを施してもよい。コーティング用樹脂組成物の樹脂材としては、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。該樹脂組成物にはポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛などの固体潤滑剤を配合してもよい。コーティングを実施する前に、アルミニウム合金材にショットブラスト処理、化学エッチングなどを施し、表面に凹凸をつけるとコーティングの密着性が向上するため、より好ましい。 The cage of the present invention may be subjected to a surface treatment such as an anodic oxidation treatment for improving corrosion resistance. Further, in order to improve slidability, coating may be performed using a resin composition for coating. Examples of the resin material of the resin composition for coating include a polyamideimide resin, a polyimide resin, and an epoxy resin. The resin composition may contain a solid lubricant such as polytetrafluoroethylene resin and graphite. It is more preferable to apply a shot blast treatment, a chemical etching, or the like to the aluminum alloy material before performing the coating to make the surface uneven, thereby improving the adhesion of the coating.
図２では、本発明の転がり軸受としてアンギュラ玉軸受を例に説明したが、本発明を適用できる軸受形式はこれに限定されず、他の玉軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受などにも適用できる。 In FIG. 2, an angular ball bearing has been described as an example of the rolling bearing of the present invention. However, the bearing type to which the present invention can be applied is not limited thereto, and other ball bearings, tapered roller bearings, self-aligning roller bearings, and needles It can also be applied to roller bearings.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例（実施例１〜６）および比較例（比較例１〜５）に用いた原料粉末の一覧を表１に示す。金属粉末および純アルミニウム粉末はガスアトマイズ法で製造した粉末であり、不可避不純物を含む。ＳｉＣ粉末として、平均粒径がそれぞれ異なった４種類のＳｉＣ粉末（Ａ）〜（Ｄ）を用いた。表１に記載の平均粒径は、ＭＡ処理またはＶ型混合処理の各処理前における、金属粉末、純アルミニウム粉末、各ＳｉＣ粉末をレーザー回折法により測定した値である。 Table 1 shows a list of raw material powders used in Examples (Examples 1 to 6) and Comparative Examples (Comparative Examples 1 to 5). The metal powder and the pure aluminum powder are powders manufactured by a gas atomization method and contain unavoidable impurities. As the SiC powder, four types of SiC powders (A) to (D) having different average particle diameters were used. The average particle size shown in Table 1 is a value measured by a laser diffraction method for a metal powder, a pure aluminum powder, and each SiC powder before each treatment of the MA treatment or the V-type mixing treatment.
表１の原料粉末を用い、乾式アトライタ（日本コークス工業株式会社、ＭＡ１Ｄ）によるメカニカルアロイング処理、またはＶ型混合機（株式会社セイシン企業、ＳＶＭ−１０）による粉末混合を行った。乾式アトライタは、粉末に強力な衝突・せん断作用を加えることが可能な高エネルギーミルである。一方、Ｖ型混合機は、Ｖ字型容器を回転させることで容器内の粉末が集合・分散を繰返す原理であり、乾式アトライタのような強力な衝突・せん断作用はない。 Using the raw material powders in Table 1, mechanical alloying treatment was performed by a dry attritor (Nippon Coke Industry Co., Ltd., MA1D) or powder mixing was performed by a V-type mixer (Seishin Corporation, SVM-10). A dry attritor is a high-energy mill that can apply a powerful impact / shear action to powder. On the other hand, the V-type mixer is based on the principle that the powder in the container is repeatedly gathered and dispersed by rotating the V-shaped container, and does not have a strong collision / shear action unlike a dry attritor.
粉末混合によって得られた合金粉末を、プレス金型を用いた温間成形により円柱状のプリフォームに成形した。温間成形の条件は、成形圧６００ＭＰａ、温度１００℃とし、プレス金型の表面には脂肪酸アミド系潤滑剤を塗布して行った。続いて、得られたプリフォームを圧力１００ＭＰａ、温度１０００℃の条件でＨＩＰ処理し、φ６０×２００ｍｍの円柱状ビレットを得た。円柱状ビレットの断面をＳＥＭ観察することにより、炭化ケイ素粒子の平均粒径を算出した。表２には、ＭＡ処理を行なった場合の平均粒径を示す。表１に比べて、炭化ケイ素粒子が微粒化されているのはＭＡ処理によるものである。なお、Ｖ型混合処理を行なった場合は、該処理によって炭化ケイ素の粒子同士が凝集するため、処理前の平均粒径よりも平均粒径は小さくならない。例えば、Ｖ型混合処理を行なったＳｉＣ粉末（Ｂ）の平均粒径は１０μｍ以上である。 The alloy powder obtained by powder mixing was formed into a cylindrical preform by warm forming using a press die. The conditions of the warm forming were a forming pressure of 600 MPa, a temperature of 100 ° C., and a press die surface coated with a fatty acid amide-based lubricant. Subsequently, the obtained preform was subjected to HIP treatment under the conditions of a pressure of 100 MPa and a temperature of 1000 ° C. to obtain a cylindrical billet of φ60 × 200 mm. The average particle size of the silicon carbide particles was calculated by observing the cross section of the cylindrical billet by SEM. Table 2 shows the average particle size when the MA treatment was performed. Compared to Table 1, the silicon carbide particles are atomized by the MA treatment. When the V-type mixing treatment is performed, the average particle diameter does not become smaller than the average particle diameter before the treatment because the silicon carbide particles are aggregated by the treatment. For example, the average particle size of the SiC powder (B) subjected to the V-type mixing treatment is 10 μm or more.
円柱状ビレットから、ＪＩＳ Ｚ ２２４１準拠の４号試験片、ＪＩＳ Ｚ ２２７４準拠の回転曲げ疲れ試験片、円筒状摩耗試験片（内径８ｍｍ、外径１６ｍｍ、軸方向寸法５ｍｍ）をそれぞれ作製した。なお、各試験片は、仕上げ寸法から取り代を１〜２ｍｍ残した形状まで荒加工を行い、この形状で熱処理（溶体化処理５０５℃×８ｈ、時効硬化処理１５０℃×６ｈ）した後、仕上げ寸法に加工した。
From the cylindrical billet, a No. 4 test piece according to JIS Z 2241, a rotating bending fatigue test piece according to JIS Z 2274, and a cylindrical wear test piece (inner diameter 8 mm, outer diameter 16 mm,
（１）引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の試験法により、速度２４ＭＰａ／ｓ、温度２３℃±２℃の条件で実施した。得られた応力−ひずみ線図から０.２％耐力をオフセット法により算出した。
（２）回転曲げ疲れ試験は、小野式回転曲げ疲れ試験機を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２７４の試験法により、繰返し速度３６００ｍｉｎ-1、温度２３±２℃の条件で実施した。試験結果から応力−繰返し数線図を作製し、疲れ限度（繰返し数１０７回）を求めた。
（３）摩耗試験はラジアル型摩擦摩耗試験機を用い、円筒状摩耗試験片の内径とＳＵＪ２（ＪＩＳ Ｇ ４８０５）製相手軸とを、軸回転により摺動させた。面圧１.４ＭＰａ、速度１.３ｍ／ｓ、試験時間２ｈ、試験室温度２３±２℃、無潤滑の条件で摩耗試験を行い、試験前後の真円度を測定することにより摩耗深さを測定した。
引張試験、回転曲げ疲れ試験、摩耗試験の試験結果の一覧を表３に示す。
(1) The tensile test was carried out under the conditions of a speed of 24 MPa / s and a temperature of 23 ° C. ± 2 ° C. according to the test method of JIS Z 2241. The 0.2% proof stress was calculated from the obtained stress-strain diagram by the offset method.
(2) The rotating bending fatigue test was performed using an Ono-type rotating bending fatigue tester under the conditions of a repetition rate of 3600 min -1 and a temperature of 23 ± 2 ° C. according to the test method of JIS Z 2274. Stress from the test results - to produce a number of iterations diagram was determined fatigue limit (repeated several 10 7 times).
(3) The abrasion test was performed by using a radial type friction and abrasion tester, and the inner diameter of the cylindrical abrasion test piece and the mating shaft made of SUJ2 (JIS G 4805) were slid by rotation. A wear test is performed under the conditions of a surface pressure of 1.4 MPa, a speed of 1.3 m / s, a test time of 2 h, a test room temperature of 23 ± 2 ° C., and no lubrication, and measuring a roundness before and after the test to determine a wear depth. It was measured.
Table 3 shows a list of test results of the tensile test, the rotating bending fatigue test, and the wear test.
結果、ＭＡ処理によって炭化ケイ素が平均粒径０．１μｍ以上１０μｍ未満の状態で母材中に分散された実施例１〜６では、０.２％耐力が３００ＭＰａ以上、疲れ限度が１５０ＭＰａ以上の優れた値が得られた。特に、実施例１（平均粒径０．１μｍ）および実施例２（平均粒径３μｍ）は、疲れ限度が３００ＭＰａ以上であり、微粒子化による効果が顕著であった。また、実施例１〜６のいずれも摩耗深さは小さく、炭化ケイ素の含有量が少量の実施例３以外は１μｍ以下であった。なお、金属粉末の一部を純アルミニウム粉末に置き換えた実施例６でも、良好な結果が得られた。 As a result, in Examples 1 to 6 in which silicon carbide was dispersed in the base material in a state in which silicon carbide had an average particle size of 0.1 μm or more and less than 10 μm by MA treatment, 0.2% proof stress was 300 MPa or more, and the fatigue limit was 150 MPa or more. Values obtained. In particular, in Example 1 (average particle diameter: 0.1 μm) and Example 2 (average particle diameter: 3 μm), the fatigue limit was 300 MPa or more, and the effect of forming fine particles was remarkable. Further, in all of Examples 1 to 6, the wear depth was small, and except for Example 3 in which the content of silicon carbide was small, it was 1 μm or less. Good results were also obtained in Example 6 in which part of the metal powder was replaced with pure aluminum powder.
一方、比較例１および比較例２のＶ型混合を行なった場合、原料のＳｉＣ粉末の平均粒径が１０μｍ以上であり、０.２％耐力および疲れ限度のいずれも実施例１〜６より低い値であり、耐摩耗性も大幅に劣る結果となった。また、比較例３（炭化ケイ素：３体積％）は、ＭＡ処理を行なっているものの、０.２％耐力および疲れ限度いずれも実施例１〜６より低い値であり、耐摩耗性も劣る結果となった。また、比較例４（炭化ケイ素：５５体積％）はプリフォームを成形した際にクラックが入ったため、試験不可であった。また、ＭＡ処理を行なっているものの平均粒径が１０μｍを超える比較例５は、実施例１〜６に比べて耐摩耗性が大幅に劣る結果となった。 On the other hand, when the V-type mixing of Comparative Examples 1 and 2 was performed, the average particle size of the raw material SiC powder was 10 μm or more, and both the 0.2% proof stress and the fatigue limit were lower than those of Examples 1 to 6. Value, and the abrasion resistance was also significantly inferior. In Comparative Example 3 (silicon carbide: 3% by volume), although the MA treatment was performed, both the 0.2% proof stress and the fatigue limit were lower than those in Examples 1 to 6, and the abrasion resistance was poor. It became. Further, Comparative Example 4 (silicon carbide: 55% by volume) was untestable because cracks were formed when the preform was molded. Further, Comparative Example 5 which had been subjected to the MA treatment but had an average particle diameter of more than 10 μm resulted in much lower abrasion resistance than Examples 1 to 6.
以上のように、本発明の保持器は、アルミニウム合金材からなり、その母材内部に炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在しており、炭化ケイ素が、アルミニウム合金材全体の５〜５０体積％含まれるので、耐摩耗性、強度、疲労特性に優れる。 As described above, the cage of the present invention is made of an aluminum alloy material, in which silicon carbide is dispersed and present in a matrix having an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm. Since 5 to 50% by volume of the entire aluminum alloy material is contained, it is excellent in wear resistance, strength, and fatigue characteristics.
本発明の転がり軸受用保持器は、高速回転で使用する際、保持器の破損を防止し、軌道輪と保持器、または転動体と保持器との接触部位における摩耗を大幅に低減できるので、自動車、モータ、工作機械などで用いられる種々の転がり軸受の保持器として利用できる。特に、工作機用軸受、液体燃料ターボポンプ用軸受などの保持器として好適である。 The rolling bearing retainer of the present invention can prevent breakage of the retainer when used at high speed rotation, and can significantly reduce wear at the contact portion between the bearing ring and the retainer or the rolling element and the retainer, It can be used as a retainer for various rolling bearings used in automobiles, motors, machine tools, and the like. In particular, it is suitable as a retainer for a bearing for a machine tool, a bearing for a liquid fuel turbopump, and the like.
１ 保持器
２ ポケット
３ アンギュラ玉軸受
４ 内輪
５ 外輪
６ 転動体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記転がり軸受用保持器がアルミニウム合金材からなり、該アルミニウム合金材は、炭化ケイ素が平均粒径０.１μｍ以上１０μｍ未満の状態で分散されて存在しているアルミニウム合金材であり、
前記炭化ケイ素が、前記アルミニウム合金材全体の５〜５０体積％含まれることを特徴とする転がり軸受用保持器。 An inner ring, an outer ring, used for a rolling bearing including a plurality of rolling elements rolling between the inner ring and the outer ring, a rolling bearing retainer for holding the rolling elements,
The rolling bearing retainer is made of an aluminum alloy material, and the aluminum alloy material is an aluminum alloy material in which silicon carbide is present in a dispersed state with an average particle diameter of 0.1 μm or more and less than 10 μm,
The cage for a rolling bearing, wherein the silicon carbide is contained in an amount of 5 to 50% by volume of the entire aluminum alloy material.
アルミニウム元素を主成分とする金属粉末と炭化ケイ素粉末を含む混合粉末をメカニカルアロイング処理して合金粉末を得る工程を有することを特徴とする転がり軸受用保持器の製造方法。 It is a manufacturing method of the cage for rolling bearings of any one of Claim 1 to Claim 3, Comprising:
A method for producing a cage for a rolling bearing, comprising a step of mechanically alloying a mixed powder containing a metal powder containing aluminum element as a main component and a silicon carbide powder to obtain an alloy powder.
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