JPH06341442A - 耐食性転がり軸受 - Google Patents

耐食性転がり軸受

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JPH06341442A
JPH06341442A JP15291693A JP15291693A JPH06341442A JP H06341442 A JPH06341442 A JP H06341442A JP 15291693 A JP15291693 A JP 15291693A JP 15291693 A JP15291693 A JP 15291693A JP H06341442 A JPH06341442 A JP H06341442A
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JP
Japan
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rolling
outer ring
inner ring
anticorrosion
bearing
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JP15291693A
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English (en)
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Hiroshi Aida
博 相田
Toshiyuki Yamamoto
敏之 山本
Toshimi Sasaki
敏美 佐々木
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NSK Ltd
Parker Netsushori Kogyo KK
Original Assignee
NSK Ltd
Parker Netsushori Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】安定した耐食性が付与され、かつ長期の転がり
疲れ寿命が保証される耐食性転がり軸受を提供する。 【構成】鋼からなる外輪2,内輪4,転動体5の少なく
とも一つを塩浴軟窒化して、その表面に硬さがHV 65
4〜HV 830(HR C58〜HR C65)で厚さが5
〜20μmの化合物層を形成したものとしたため、軟窒
化層による保護膜が形成されて塩水噴霧などの厳しい腐
食環境下にあってもバラツキがなく安定した耐食性を示
すと共に、長期の転がり疲れ寿命が保証される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、洗濯機,釣り具等のよ
うに水や海水により錆が発生しやすいものに使用される
転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】転がり軸受の外輪,内輪(以下、軌道輪
という)や転動体,保持器などの各部材は、例えばC量
0.8 wt%以下のSCr420H,SCM420H,S
AE8620H,SAE4320Hなどの浸炭鋼、又は
例えばSUJ−2のような軸受鋼、あるいはSKH,S
KDなどの工具鋼等の合金鋼で作られる。それを浸炭又
は軟窒化した後に熱処理硬化するか、又は焼入熱処理硬
化して所要の表面硬さにした後に、組み立てて転がり軸
受にしている。通常の転がり軸受の場合、上記の複数種
の軸受材料と熱処理は、適宜に組み合わされて用いられ
ている。
【0003】しかし、このような軸受材料は、水や海水
などにより錆やすいという欠点があり、例えばこれを洗
濯機用のローラクラッチの軸受に使用した場合、錆によ
りローラクラッチの耐久寿命が短くなってしまう。こう
した従来の転がり軸受の耐食性を改善するための提案と
しては、例えば実開平3−6135号公報および実開平
4−105223号公報に開示されたものがある。
【0004】前者は、一方向クラッチに関するもので、
炭素鋼材をプレス成形したシェルの表面に窒化物層を形
成したことにより耐蝕性を向上させ、シェルに対して水
や海水などがかかっても錆びつきが防止できるとしてい
る。後者も同じく一方向クラッチに関するもので、耐食
処理を施した外輪に転がり部材を保持する保持環を嵌入
した後、外輪の開口側を折り曲げ加工する必要がない構
造として、折り曲げ加工による外輪耐食処理面の破壊を
なくし、海水,水,ゴミ等による腐食の防止を図ってい
る。その耐食処理としては、外輪の内外周面に窒化処理
やその他の耐食性処理を施すことが例示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に開示された従来の炭素鋼の窒化処理は耐蝕性にバ
ラツキがあり、水・海水等に対する安定した防錆性は保
証されないという問題点があった。そこで、本発明は、
このような従来の問題点に着目してなされたものであ
り、安定した耐食性が付与され、かつ長期の転がり疲れ
寿命が保証される耐食性転がり軸受を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、鋼からなる外輪,内輪,転動体の少なくとも一
つを塩浴軟窒化して、その表面に硬さがHV 654〜H
V 830(HR C58〜HR C65)で厚さが5〜20
μmの化合物層を形成したことを特徴とする。ここで、
前記転がり軸受はローラクラッチであってもよい。
【0007】また、転がり軸受がローラクラッチの場合
に、化合物層の形成後に加工することで軌道輪の表面粗
さをRmax 0.5 〜2.0 μmにすることができる。
【0008】
【作用】本発明の耐食性転がり軸受にあっては、塩浴軟
窒化によりHV 654(HRC58)〜HV 830(HR
C65)の表面硬さが得られると共に、耐食性に十分な
軟窒化層が5〜20μm形成される。更に、酸素固溶に
より最表面にFe3 4 を主成分とする緻密な保護膜が
形成され耐食性が一層向上する。
【0009】表面硬さがHV 654(HRC58)未満
ではそれらの部材表面が軟らか過ぎて、軸受の転がり疲
れ定格寿命が保証できない。一方、前記表面硬さの上限
値はHV 830(HRC65)に限定する必要はない
が、通常の浸炭鋼,軸受鋼では焼入れ後にひずみ除去の
ため行われる焼戻処理(温度160〜180℃)の関係
で、この値以上の硬さが出にくい。
【0010】軟窒化層からなる化合物層の厚さが5μm
未満では十分なころがり疲れ寿命が得られないと共に、
表面の傷に対し耐食性が十分に保たれない。一方、厚さ
が20μmを越えても、耐食性の効果はあまり変わらな
い割に処理時間が長くなってコスト高をまねく。本発明
をローラクラッチに適用した場合の軌道輪の表面粗さを
max 0.5 〜2.0 μmとしたのは、Rmax 0.5 μm未満
では表面粗さが良すぎてすべり角が大きくなる。一方、
すべり角αがRmax 2.0 を越えると、摩耗粉のためすべ
り角の値がばらつき、特に内輪軌道面の表面粗さが2μ
mを越えると不連続音が出易いことによる。
【0011】本発明の塩浴軟窒化プロセスとしては、例
えばSQPプロセス(パーカー熱処理工業株式会社の商
品名)が好適に使用できる。このプロセスは、次の一連
の工程からなるプロセスである。 タフトライド法(TF1)による液体軟窒化処理:
シアン酸塩(KCNO及びNaCNO)を主成分とし残
部がK2 CO3 及びNa2 CO3 からなり、CNO-
6〜39%、CN- 0〜6%を含有する軟窒化塩浴(T
F1浴)を用い、580℃×60〜90分の条件で軟窒
化処理する。
【0012】これによりシアン酸塩が熱分解して発生機
の窒素NのほかにCOが発生し、これが鋼中に窒素N及
び炭素Cを拡散させ窒化物及び炭化物を形成する。この
ことから、単なる窒化処理とは異なり鋼材表面にC,N
を固溶させる軟窒化処理がなされる。 酸化性塩浴への浸漬処理:NaOH及びKOHを主
成分としアルカリ金属硝酸塩を2〜20%含有する酸化
性塩浴(AB1浴)を用い、上記軟窒化処理したものを
直ちに本塩浴中に350〜400℃,10〜20分の条
件で浸漬して冷却し、組織を安定させると共に最表面に
Fe3 4 からなる緻密な防錆膜が形成される。 水冷:続いて水冷する。 ラップ仕上:最後に振動バレルを用いて1〜3時間
の範囲でラッピングし、表面粗さをRmax 0.5 〜2.0 μ
mに調整する。
【0013】以上のプロセスで処理することにより生成
される化合物層は、単なる窒化層とは異なり窒素,炭素
の他に多量の酸素を固溶しており、耐食性を著しく向上
させると共に耐摩耗性,耐焼付性を良好にする。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 (1) 供試品転がり軸受として図1,図2に示すロー
ラクラッチを用いて、本発明品と他の耐食性処理を施し
たものとの耐食耐久性を比較する。図示のローラクラッ
チ1において、外輪(シエル)2は内周面に複数の凹部
3を有し、その外輪2と内輪4(中空、内輪がない場合
は軸)との間に、複数の転動体としてのローラ5と、そ
のローラ5と同数のポケット6及びローラ5を前記凹部
3の斜面から離す方向に付勢するスプリング7を備えた
プラスチックス製の保持器8とが介装されている。
【0015】寸法(単位mm)は、外輪…内径17×外
径32×長さ4.5 内輪…内径15×外径17×長さ6.3 (A)本発明品の耐食性処理 上記ローラクラッチ1の外輪2,内輪4,ローラ5の各
部品に、図3に示す処理条件でSQP塩浴軟窒化処理を
施す。
【0016】水冷後のラップ仕上の条件は次の通りであ
る。 振動バレル:〔共栄研磨(株)製 メディア:Cup,SGT 8×8(ピー・エム・ジー
製) コンパウンド:防錆剤 処理時間:1〜3時間(被研磨試料のサイズにより適宜
に調整) どの部品もRmax 1.0μmの粗さに仕上げる。
【0017】なお、外輪2と内輪4の表面硬さは次の通
りである。 外輪:Hv780〜790 内輪:Hv785〜790 (B)比較品の耐食性処理 比較品1:ローラクラッチ1の外輪2,内輪4,ローラ
5の各部品に電解ニッケルメッキを施し、厚さ10μm
のNi被膜を形成する。
【0018】比較品2:ローラクラッチ1の外輪2,内
輪4,ローラ5の各部品にクロムメッキを施し、厚さ1
0μmのCr被膜を形成する。 比較品3:ローラクラッチ1の外輪2,内輪4,ローラ
5の各部品に、Rxガスとアンモニアガスを用いガス浸
炭窒化法により浸炭窒化処理を施す。 (C)塩水噴霧試験 上記の耐食処理を施した本発明品並びに比較品の各供試
ローラクラッチについて、JIS Z2371の「塩水
噴霧試験方法」を参照して、5%−塩水噴霧テストを行
い発錆時間を測定して耐食性を調査する。
【0019】結果を図4のグラフに示す。このグラフか
ら、本発明の塩浴軟窒化処理品の発錆時間は、比較品に
比べて格段に長く、耐食性が著しく向上していることが
わかる。図5の写真は、S45C鋼材からなる軸受部品
にSQP塩浴軟窒化処理を施したものの組織である。す
なわち、S45Cを580℃で90分間TF1タフトラ
イド処理したものを、380℃の酸化性塩浴AB1に2
0分間浸漬後に水冷し、最表面をラッピングしたものの
組織を示している。写真で観察される白層は、タフトラ
イドによるεFe2 3 N化合物層10である。一般に
この白層は5〜20μmの厚さで形成され、AB1浴に
よる酸化処理後に面粗度調整のため数μmラッピングさ
れているが、最表面には酸素固溶によるFe3 4 を主
成分とする緻密な四三化鉄層からなる数μmの耐食性層
11が形成されている。このFe34 層は組織的には
観察しにくい。また、化合物層10の下層には、深さ数
百μmにわたりN固溶の拡散層12がある。この拡散層
12はS45Cの焼入れ,焼戻処理によるソルバイト組
織であるため観察が困難である。
【0020】このように、本実施例の塩浴軟窒化処理品
の場合は、窒素,炭素の他に酸素が固溶する結果、通常
のガス軟窒化による処理品(比較品3)のものよりも、
更に耐食性の向上が顕著になっている。 (2) 本発明品のローラクラッチにおける表面粗さを
種々に変えたものについて、すべり率との関係を検討す
る。
【0021】各部品をSQP塩浴軟窒化処理して表面に
化合物層10(及び耐食性層11)を20μmの厚さに
形成し、それぞれの表面硬さを次の通りとする。 外輪(シエル):HV 773〜HV 786(HR C63
〜HR C63.5) 内輪(中空) :HV 698〜HV 760(HR C60
〜HR C62.5) 転動体(ローラ):HV 773〜HV 830(HR C6
3〜HR C65) 軌道輪の転送面の仕上げ表面粗さは、バレルによる最終
ラップ処理時間を変えることにより、Rmax 0.5未満
〜5の範囲に調整する。
【0022】上記の部品を組み立てた供試ローラクラッ
チの平均すべり角を測定する。なお、平均すべり角の試
験は、ローラクラッチの揺動角±θ(例えば±30
°)、総揺動回数n(例えば1000回)、軸の総回転
角(ロックして軸が回転される総角度)Ta °とすると 平均すべり角=(θ×n−Ta )/n で算出する。
【0023】結果を図6に示す。Rmax 0.5 未満では表
面粗さが良すぎてすべり角が大きくなる。一方、すべり
角がRmax 2.0 を越えると、摩耗粉のためすべり角の値
がばらつく。特に内輪で表面粗さが2μmを越えると不
連続音が出易くなる。以上の結果から、本発明のローラ
クラッチの軌道面の表面粗さは、Rmax 0.5〜Rmax 2.0
であることが好ましいといえる。
【0024】なお、上記の実施例においては、被試験軸
受の構成部材である外輪,内輪,転動体および保持器の
うち、外輪,内輪,転動体のそれぞれに塩浴軟窒化処理
を施したものについて説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、それら構成部材のうちの一部の部
材にのみ塩浴軟窒化処理を施したものの場合にも適用可
能である。
【0025】また、内輪を省略し、軸に直接組み込むタ
イプのローラクラッチにおいても本発明が適用できる。
また、転がり軸受をローラクラッチについて説明した
が、転動体としてローラ,ボール,ニードルローラを用
い組み込んだ通常の転がり軸受にも同様に本発明が適用
できる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼からなる外輪,内輪,転動体の少なくとも一つを塩浴
軟窒化して、その表面に硬さがHV 654〜HV 830
(HRC58〜HR C65)で厚さが5〜20μmの化
合物層を形成したものとしたため、軟窒化層による保護
膜が形成されて塩水噴霧などの厳しい腐食環境下にあっ
てもバラツキがなく安定した耐食性を示すと共に、長期
の転がり疲れ寿命が保証されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の転がり軸受の一実施例の断面図であ
る。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】本発明品の塩浴軟窒化処理の一例を説明する処
理工程図である。
【図4】本発明品と比較品との塩水噴霧試験結果を示す
グラフである。
【図5】本発明の塩浴軟窒化処理を施した軸受部品の金
属組織を示す写真である。
【図6】本発明品のローラクラッチにおける表面粗さと
平均すべり角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 転がり軸受 2 外輪 4 内輪 5 転動体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼からなる外輪,内輪,転動体の少なく
    とも一つを塩浴軟窒化して、その表面に硬さがHV 65
    4〜HV 830で厚さが5〜20μmの化合物層を形成
    したことを特徴とする耐食性転がり軸受。
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