JPH02125838A

JPH02125838A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH02125838A
Application number: JP27899288A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Muraoka; 村岡　智機
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車、農業機械、建設機械及び鉄鋼機械等
に使用される転がり軸受に係り、特に、トランスミッシ
ョンやエンジン用として求められる長寿命な転がり軸受
に関する。

〔従来の技術〕

従来から、転がり玉軸受７球面ころ軸受等の転がり軸受
の内輪、外輪を軸受鋼（例えば、ＪＩＳ５ＵＪ−２）を
用いて製造する際は、冷間転造を利用して、円筒形のブ
ランク材を冷間転造後の旋削加工が不用になるまでリン
グ状に塑性加工することが行われて来た。

しかしながら、上記塑性加工を行った際、内輪。

外輪の内側に微小な割れないし亀裂が発生し、これがク
ランクの起点となると云う事が知られていた。そこで、
この出願の出願人は、冷間転造、据込加工等の塑性加工
時のクランクの発生を防止可能な転がり軸受を提案して
いる（特願昭６３−１７２０３０号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記クランクが発生すると、それが原因となって内輪、
外輪のリング割れを生ずる。そこで、内輪、外輪の表皮
に０．４〜０．７ｍｍの余肉を予め付けて置き、この余
肉にクランクが発生するので、塑性加工終了後に余肉を
削り取る機械加工が行われて来た。

一方、このような余肉の付加及びその削除を省略しよう
とすると、ある程度加工度を下げた塑性加工を行い、そ
して、最終形状まで成形する旋削加工を追加しなければ
ならなかった。

しかしながら、これでは転がり軸受製造の工程が複雑と
なるばかりでなく、材料歩止まり及び生産コストの上昇
を招く。そこで、従来がら如何にして塑性加工時のクラ
ンクがより発生せず、且つ長寿命の転がり軸受を得るか
と云うことが課題となっていた。

本発明はこのような従来の未解決の課題を解決する為に
、塑性加工時にクラックが発生しない転がり軸受を提供
することを第１の目的とし、これに加えてより長寿命な
転がり軸受を提供することを第２の目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するための請求項（１）記載の発
明は、内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、前記内輪及び外輪の少なくとも一方は、重量％で、
ＣｉＯ，４〜０．７％、ｓｉ；０．０４％以下、Ｍｎ；
０．４〜１．０％、Ｃｒ；０．４％〜１．０％、Ｐ；０
．０２５％以丁、ｓｉＱ、００３％以下、Ｏ；０．００
１５％以下で、残部はＦｅ及び不可避の不純物からなる
鋼が塑性加工されたものからなる、ことを特徴とする。

また、上記第２の目的を達成するだめの請求項（２）記
載の発明は、内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、前記内輪及び外輪の少なくとも一方が、重量
％で、Ｃ；０，４〜０．　７％、Ｓｉ；０．０４％以下
、Ｍｎ　；　０．４〜１．０％、Ｃｒ；０．４％〜１．
０％、Ｐ；０．０２５％以下、Ｓｉｎ、００３％以下、
Ｏ；００１５％以下で、残部はＦｅ及び不可避の不純物
からなる鋼が塑性加工され、次いで表面硬化熱処理がな
されたものからなる、ことを特徴とする。

さらに、上記第２の目的を達成するための請求項（３）
記載の発明は、内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸
受において、前記内輪及び外輪の少なくとも一方が、重
量％で、Ｃ；０．４〜０．７％、Ｓｉ；０．０４％以下
、Ｍｎ　；　０．　４〜１．　０％、Ｃｒ；０，４％〜
１．０％、Ｐ；０．０２５％以下、Ｓ；０，００３％以
下、Ｏ；０．００１５％以下１、Ｎｂまたは■の少なく
とも一種；０．２％以下で、残部はＦｅ及び不可避の不
純物からなる鋼が塑性加工され、次いで表面硬化熱処理
がなされたものからなる、ことを特徴とする。

〔作用〕

本願発明者らは、転がり軸受の塑性加工時のクラック発
生及び転がり軸受の長寿命化について種々の検討を加え
た結果、Ｓ含有量と塑性加工時の割れ発生率との関係、
結晶粒度と寿命との関係等、について種々の新しい知見
を得るに到り、この知見に基づき特許請求の範囲に記載
の如くの本発明に到達したものである。

次に本発明に用いられる各種元素の作用及びその含有量
の臨界的意義について説明する。

（Ｃ）Ｃが０．４重量％（以下、単に％と記す。）よ長くなり
、熱処理生産性が低下してしまう。また、０．７％を越
えて含有されると変形抵抗が大きくなり塑性加工性、特
に冷間転造性が低下してクランクが発生ずる。従って、
以上のことからＣ量を上記値の範囲内に限定した。

（Ｓｌ）Ｓｉは脱酸剤として必要であるが、０．０４％を越えて
含有されると塑性加工性が低下してクラックが発生ずる
ので、Ｓｉ量を上記の値の範囲内に限定した。

（Ｍｎ）Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上するのに必要な元素であるが
、０．４％未満であると焼入れ性が低下し、１．０％を
越えて含有されると硬度が高くなり、被削性等の機械加
工性及び鍛造性、特に熱間加工性が低下するため、その
含有量を上記値の範囲内に限定した。

（Ｃｒ）Ｃｒは鋼の焼入れ性及び耐摩耗性を向上するのに必要な
元素であるが、０．４％未満であると焼き入れ性が十分
でなく、１．０％を越えて含有するとＣｒ炭化物が多く
生成して転がり疲労寿命が低下する。従って、その含有
量を上記値の範囲内に限定した。

（Ｐ）Ｐの含有量が０．０２５％より多いと、機械加工性が低
下するので、その含有量の上限を」−配植に限定した。

（Ｓ）ＳはＭｎＳなどの硫化物系非金属介在物生成の原因とな
る。ＭｎＳは硬度が低く、塑性変形能が大きいことがら
冷間転造等の塑性加工時クランク発生の起点として作用
する。したがって、転がり軸受の塑性加工時に割れ発生
を防止し、より強加工を可能にするためＳ含有量を低下
させる必要があり、上限を０．００３％未満とした。

０は酸化物系非金属介在物発生元素として転がり軸受の
転がり疲労寿命を低下させるため、その含有量を極力低
下させる必要があり、そこで上限を０．００１５％とし
た。

（Ｎｂ、Ｖ）Ｎｂ、Ｖは結晶粒界に析出してその粗大化を抑制し、結
晶粒を微細化して軸受の長寿命化のために有効な元素で
ある。特に、浸炭、浸炭窒化時間短縮のため、高温熱処
理（９５０〜９７０°Ｃ）を行うと、結晶粒が粗大化し
やすいが、この場合でも結晶粒の粗大化を防止する上で
効果的である。

そこで、Ｎｂまたは■の少なくとも一種を、０゜２％以
下含有した。０．２％を越えて含有しても結晶粒を微細
化する効果の向上は少なく、且つコストが増加する為、
その含有量の上限を上記の値に限定した。

ｒ尚、上記Ｎｂ、Ｖの含有量の下限値としては、Ｎｂは
０．０３％、■は０．１％であることが望ましい。」請求項（１）記載の発明では、転がり軸受は、Ｓ含有量
が０．００３％以下である為にクランクの起点となるＭ
ｎＳ等の硫化物系非金属介在物の発生が抑制され、そし
て成形能が向上した鋼から構成されている。従って、冷
間転造等の塑性加工により最終形状まで成形加工を行っ
ても、クラックの発生を防止することができる。

そして、請求項（２）記載の発明では、請求項（１）記
載の鋼に焼入れ又は浸炭・浸炭窒化焼入れ等の表面硬化
熱処理がなされている為、塑性加工時にクランクが発生
せず、しかも軸受の寿命を向」−するこうが出来る。

さらに、請求項（３）記載の発明では、請求項（２）記
載の鋼に結晶粒の粗大化を防止可能なＮｂ、Ｖを含有す
る為、軸受の寿命をより向−Ｆすることが出来る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

次の第１表に示す組成の実施例鋼（Ａｌ〜Ａ８）および
比較例鋼（Ｂｌ〜Ｂ４）を１００ｋｇｆ真空溶解炉で溶
製し、この鋼塊を均熱した後φ５０に鍛伸した。

（以下、余白）次いで、第１表記載の鋼を球状化焼鈍後、所定のブラン
ク形状に旋削加工し、次いで、単列玉深溝玉軸受の内輪
、外輪の外径を拘束しない冷間転造にて成形加工を行っ
た。

第１図は、内輪及び外輪の厚み方向における半断面を示
したものである。第１図（１）は、外輪の冷間転造前の
円筒形ブランクを示したものであり、（２）はこの円筒
形ブランクを冷間転造した外輪を示したものである。（
１）図において、ｄｌは、冷間転造前の外輪側半径であ
り、（２）図において、ｄ２は、冷間転造後の外輪側半
径である。また、（２）図において、１は冷間転造の結
果形成された外輪側の深溝である。

さらに、第１図（３）は内輪の冷間転造前の円筒形ブラ
ンクを示したものであり、（４）はこの円筒形ブランク
を冷間転造した内輪を示したものである。

（３）図において、ｄｌは、冷間転造前の内輪側半径で
あり、（４）図において、ｄ２は、冷間転造後の内輪側
半径である。また、（４）図において、２は冷間転造の
結果形成された内輪側の溝である。

前記第１図において、冷間転造前のブランクの半径（ｄ
、）と冷間転造後の成形品の半径（ｄ２）の比（ｄｚ／
ｄ＋）は、転造比であり、この比が大きい程、冷間転造
における加工強度が大きいことを示す。

そこで、上記冷間転造比を変化させて成形加工し、内輪
、外輪に発生するクランクの発生の有無について肉眼に
より検査した。その結果を次の第２表に示す。尚、この
クラックは、内輪、外輪共生として内径面側（第１図の
３）に発生することが知られている。

（以下、余白）第２表第２表において、（１）は転造比（ｄ＋／ｄｚ）が−１
，４５であり、（２）は転造比（ｄ＋／ｄｚ）が！＝ｉ
　１．６であることを示している。

第２表を見てみると、比較例鋼Ｂｌ、Ｂ２では、Ｓｉ含
有量が本発明の範囲外であるため塑性加工性が低下し、
冷間転造の際の加工強度が大きくなると（転造比が約１
．６）、内輪、外輪の両方にクランクが発生しているこ
とが分かる。

また、比較例鋼Ｂ３では、Ｃの含有量、Ｓｉの含有量、
Ｃｒの含有量が本発明の範囲外であるため変形抵抗が太
き（なり、冷間転造の際の加工強度が小さい場合（転造
比が約１．４５）及びその加工強度が大きい場合（転造
比が約１．６）に、内輪、外輪の両方にクラックが発生
していることが分かる。

また、比較例鋼Ｂ４では、Ｓの含有量が本発明の範囲外
であるため硫化物系非金属介在物が多く生成し、冷間転
造の際の加工強度が小さい場合及び加工強度が大きい場
合もクランクが内輪、外輪の双方に発生していることが
分かる。

これに対し、実施例鋼では、冷間転造の際の加工強度が
小さい場合ばかりでなく、加工強度が大きい場合であっ
ても内輪、外輪共にクラックが発生していないことが分
かる。

上記第２表に示す実施例鋼Ａｌ−Ａ３は成形加工性が良
く、冷間転造により最終形状まで塑性成形加工を行って
も、転造比、例えば、１．４５〜１．６の範囲でクラッ
クが発生しないので、円筒形ブランク材に余肉を付加し
、そして転造後この余肉を削除する工程を省略できる為
、軸受製造の工程が簡潔に出来る。その結果、材料歩止
まりの向上及び生産コストの低減を達成することが出来
る。

次に、前記転造比が１．４５で冷間転造を行った成形リ
ング（内輪、外輪）を使用して転がり軸受を完成させ、
これについて次の第３表に示す焼入れ又は浸炭（浸炭窒
化でも良い）後焼入れ、次いで焼戻しの熱処理を行った
。

第３表に示す熱処理のうち浸炭熱処理については、Ｒ，
ガス＋エンリッチガスの雰囲気で約３時間、９３０°Ｃ
±５°Ｃで熱処理を行い、その後油焼入れ、更に１６０
°Ｃで２時間の焼戻しを行った。

尚、比較例鋼Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４のものは冷間転造後に微
小なりラックが密生していたので旋削加工によりクラン
ク発生部分を取り除いた後上記表面硬化熱処理を行った
。

そして、この熱処理を行った転がり軸受について、表面
硬さを測定するとともに「特殊鋼便覧（第１版）電気製
鋼研究所線、理工学社、１９６５年５月２５日、第１０
頁〜２目１記載の試験機を用いて転がり疲れ寿命（Ｌ＋
ｏで表示）試験を行った。試験条件は次の通りである。

ラジアル荷重（Ｆｒ）＝１４００ｋｇ−ｆ／ｍｍ２Ｎ　
＝４００Ｏｒ　、ｐ、ｍ潤滑油　　＃６８　　タービン油浴以上の結果を次の第３表に示す。

（以下、余白）第３表において、実施例鋼Ａ２．Ａ３．Ａ８は、結晶粒
を微細するＮｂまたは■が含有されている為、これらＮ
ｂ、Ｖを含有せず、単に熱処理を行った他の実施例鋼に
比較して転勤寿命が更に向上していることが分かる。

〔発明の効果〕

以上説明したように請求項（１）記載の発明によれば、
冷間転造等の塑性加工により最終形状までの成形加工を
行っても、クランクが発生しない転がり軸受を提供する
ことができる。

また、請求項（２）記載の発明によれば、請求項（１）
記載の鋼に焼入れ又は浸炭・浸炭窒化焼入れの表面硬化
熱処理がなされている為、塑性加工時にクラックが発生
せず、しかも寿命が向上した転がり軸受を提供すること
ができる。

さらに、請求項（３）記載の発明によれば、請求項（２
）記載の鋼に結晶粒の粗大化を防止可能なＮｂまたは■
のずくなくとも一種が含有されている為、塑性加工時に
クランクが発生せず、しかも寿命がさらに向上した転が
り軸受を提供することができ

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷間転造前後における内輪及び外輪の厚み方
向の半断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、前記内輪及び外輪の少なくとも一方は、重量％で、
Ｃ；０．４〜０．７％、Ｓｉ；０．０４％以下、Ｍｎ；
０．４〜１．０％、Ｃｒ；０．４〜１．０％、Ｐ；０．
０２５％以下、Ｓ；０．００３％以下、Ｏ；０．００１
５％以下で、残部はＦｅ及び不可避不純物の鋼が塑性加
工されたものからなる、ことを特徴とする転がり軸受。
（２）内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、前記内輪及び外輪の少なくとも一方が、重量％で、
Ｃ；０．４〜０．７％、Ｓｉ；０．０４％以下、Ｍｎ；
０．４〜１．０％、Ｃｒ；０．４〜１．０％、Ｐ；０．
０２５％以下、Ｓ；０．００３％以下、Ｏ；０．００１
５％以下で、残部はＦｅ及び不可避不純物の鋼が塑性加
工され、次いで表面硬化熱処理がなされたものからなる
、ことを特徴とする転がり軸受。
（３）内輪、外輪及び転動体からなる転がり軸受におい
て、前記内輪及び外輪の少なくとも一方が、重量％で、
Ｃ；０．４〜０．７％、Ｓｉ；０．０４％以下、Ｍｎ；
０．４〜１．０％、Ｃｒ；０．４〜１．０％、Ｐ；０．
０２５％以下、Ｓ；０．００３％以下、Ｏ；０．００１
５％以下、ＮｂまたはＶの少なくとも一種；０．２％以
下で、残部はＦｅ及び不可避不純物の鋼が塑性加工され
、次いで表面硬化熱処理がなされたものからなる、こと
を特徴とする転がり軸受。