JPH11190349A

JPH11190349A - 軸受用軌道輪

Info

Publication number: JPH11190349A
Application number: JP9358935A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kondo; 幸博近藤; Koji Maeda; 浩二前田; Kikuo Maeda; 喜久男前田; Kunio Kamo; 邦男賀茂; Junichi Yokoi; 純一横井
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な材料で製造でき、かつ従来例と同程度
に優れた軸受性能を有する軸受用軌道輪を提供する。【解決手段】軸受用軌道輪２１、２２は、化学成分％
でＢを０．００１０％以上０．００２５％以下含む中炭
素合金鋼よりなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受用軌道輪に関
するものであり、より特定的には、建設機械の旋回部に
使用される旋回軸受用の軌道輪に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル、トラッククレーン、トン
ネル掘進機などの建設機械の旋回部に使用される旋回軸
受には現在、高周波焼入れ鋼が採用されている。特に軌
道輪の転走面については、その材料を高周波焼入れする
ことにより旋回軸受に必要な表面硬度が十分に得られ
る。また必要に応じて軌道輪に設けられた旋回用歯車部
にも高周波焼入れが施される。

【０００３】大型軸受や断面寸法が大きな軸受で深い高
周波焼入れ層が要求される場合には、Ｃｒ（クロム）や
Ｍｏ（モリブデン）を添加した合金鋼、たとえばＳＣＭ
４４５が軌道輪に採用されている。このＣｒおよびＭｏ
は、鋼に対して焼入れ性を向上させる元素である。

【０００４】このＳＣＭ４４５は、化学成分％でＣ（炭
素）を０．４３〜０．４８％、Ｓｉ（シリコン）を０．
１５〜０．３５％、Ｍｎ（マンガン）を０．６０〜０．
８５％、Ｐ（リン）を０．０３０％以下、Ｓ（硫黄）を
０．０３０％以下、Ｃｒを０．６９０〜１．２０％、Ｍ
ｏを０．１５〜０．３０％含み、残部がＦｅ（鉄）より
なるクロムモリブデン鋼である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＣｒやＭｏは、上述し
たように軌道輪の焼入れ性を向上させることで軸受性能
を良好とすることから採用されている。しかし、Ｃｒや
Ｍｏは比較的高価な材料であるため、従来のＳＣＭ４４
５などの合金鋼で軌道輪を作製すると旋回軸受が高価な
ものになってしまうという問題点があった。

【０００６】それゆえ、本発明の目的は、安価な材料で
製造でき、かつ従来例と同程度の優れた軸受性能を有す
る軸受用軌道輪を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは種々の材
料および処理方法について鋭意検討を行なった結果、中
炭素合金鋼にＢ（ボロン）を所定量添加することで、Ｓ
ＣＭ４４５よりＣｒ、Ｍｏ量を少なくしても優れた焼入
れ性が得られ、結果として優れた軸受性能を有する軸受
用軌道輪の得られることを見出した。

【０００８】それゆえ、本発明の軸受用軌道輪は、化学
成分％でＢを０．００１０％以上０．００２５％以下含
む中炭素合金鋼よりなっている。

【０００９】このようにＢを添加したことでＳＣＭ４４
５よりＣｒ、Ｍｏ量を低減させても、ＳＣＭ４４５を用
いた場合と同程度に優れた軸受性能（転がり疲労特性、
リング回転割れ疲労特性および静的割れ強度）を有する
軸受用軌道輪が得られる。つまり、安価でかつ優れた軸
受性能を有する軸受用軌道輪が得られる。

【００１０】また上記の軸受用軌道輪において、中炭素
合金鋼は、化学成分％でＣを０．３７％以上０．４３％
以下含むことが好ましい。

【００１１】また上記の軸受用軌道輪において、中炭素
合金鋼は、化学成分％でＳｉを０．１５％以上０．３５
％以下、Ｍｎを０．７０％以上１．２０％以下、Ｐを
０．０３０％以下、Ｓを０．０３５％以下、Ｃｕを０．
３０％以下、Ｎｉを０．２０％以下、Ｃｒを０．６０％
以上１．２０％以下含むことが好ましい。

【００１２】このような組成とすることで軸受用軌道輪
に適したボロンを含む中炭素合金鋼（中炭素ボロン合金
鋼）が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００１４】まず本願発明者らは、以下の表１および表
２に示す２種の材料を用いて、軌道輪の内輪および外輪
の各１セットを、鍛造−調質−切削−歯切り−高周波焼
入れまで行ない、調質および高周波焼入れの熱処理特性
を調べた。

【００１５】また本願発明者らは、上記と同様の処理を
施した本発明鋼１、２よりなる各試験片を用いて、φ１
２円筒点接触疲労寿命試験、リング回転割れ疲労強度試
験、および静的割れ強度試験を行なった。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】なお、表１、表２に示した組成のものを各
々、本発明鋼１、本発明鋼２とし、比較材としてＳＣＭ
４４５（従来鋼）を用いた。

【００１９】以下、上記の処理および試験の条件および
結果について説明する。（１）調質について上記本発明鋼１、本発明鋼２、ＳＣＭ４４５よりなる
内、外輪を各１個づつ準備し、各々に標準条件で調質を
行なった。この調質は、加熱後に油冷による焼入れを
し、焼戻し後に空冷をすることで行なった。上記条件で
調質を行なった場合の各鋼種における硬度を表３に示
す。

【００２０】

【表３】

【００２１】表３の結果より明らかなように、ＳＣＭ４
４５と同じ調質条件では、本発明鋼１および２の双方と
もＳＣＭ４４５ほどの硬度が得られないことが判明し
た。そこで、本願発明者らは本発明鋼１および２につい
て適当な調質条件を検討し、冷却条件をコントロールす
ることで、ＳＣＭ４４５と同等の硬度を得た。その結果
を表４に示す。

【００２２】

【表４】

【００２３】この結果より、本発明鋼１および２でも、
調質条件を適切に設定すれば、ＳＣＭ４４５と同程度の
硬度の得られることが判明した。

【００２４】（２）高周波焼入れについて上記の調質処理後に、切削および歯切りを行なった。そ
の後、転走面については表５に示す条件で、また歯面に
ついては表６に示す条件で各々高周波焼入れを行なっ
た。その高周波焼入れ後の熱処理特性を表５および表６
に併せて示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】

【表６】

【００２７】本発明鋼１および２ではＳＣＭ４４５と異
なる条件で高周波焼入れを行なった。これは、ＳＣＭ４
４５と同じ条件で本発明鋼１および２について高周波焼
入れを行なうと、本発明鋼１および２ではＳＣＭ４４５
程の硬度が得られなかったためである。そこで、本願発
明者らは従来例のＳＣＭ４４５と同程度の硬度を得るべ
く鋭意検討した結果、冷却速度条件をコントロールする
ことで本発明鋼１および２でも、従来例のＳＣＭ４４５
と同程度の硬度を得た。

【００２８】（３） φ１２円筒点接触疲労寿命試験に
ついてこの試験は、図１に示すように、本発明鋼１、２もしく
はＳＣＭ４４５よりなるφ１２×Ｌ２２の円筒形状の試
験片１を、案内輪４に接する鋼球２と駆動輪３との間で
支持した状態で駆動輪３を回転駆動させ、そのときの寿
命（Ｌ₁₀寿命）を測定することにより行なった。なお、
図１（ａ）は、図１（ｂ）の矢印Ａ方向から見た図に対
応する。

【００２９】この試験条件を表７に、またこの試験の結
果得られた寿命（Ｌ₁₀寿命）を試験数（ｎ数）および硬
度とともに表８に示す。

【００３０】

【表７】

【００３１】

【表８】

【００３２】上記の結果より、本発明鋼１および２で
も、従来鋼であるＳＣＭ４４５と同程度の転がり寿命の
得られることが判明した。

【００３３】（４）リング回転割れ疲労強度試験この試験は、図２に示すように、本発明鋼１、２もしく
はＳＣＭ４４５よりなるφ４５×φ６０×Ｌ１５の円筒
形状の試験片１１を、駆動ロール１２と負荷ロール１３
との間で負荷荷重（９．８ｋＮ）を加えた状態で駆動ロ
ール１２を回転させ、そのときの寿命時間を測定するこ
とにより行なった。この際、駆動ロール１２と試験片１
１との間には潤滑油を供給部１５から供給した。また試
験片１１には案内ロール１４が接するように配置した。
この試験条件および試験結果を表９および表１０に示
す。

【００３４】

【表９】

【００３５】

【表１０】

【００３６】なお表１０においては中炭素ボロン合金鋼
の寿命時間は本発明鋼１および２の平均値で示してい
る。

【００３７】上記の結果より、本発明鋼１および２で
も、従来鋼であるＳＣＭ４４５と同程度の回転割れ疲労
寿命の得られることが判明した。

【００３８】（５）静的割れ強度試験静的割れ強度試験は、アムスラー押し試験により、本発
明鋼１、２もしくはＳＣＭ４４５よりなる試料に破断が
生じるまでの荷重を測定することにより行なった。な
お、この静的割れ強度試験は、試料を図３に示すように
長さ方向に５つの部位に分け、外縁部Ａ、中心部Ｂ、外
縁部Ａと中心部Ｂとの間の部分との各部位で行なった。
その結果を表１１に示す。

【００３９】

【表１１】

【００４０】この結果より、本発明鋼１および２でも、
従来鋼であるＳＣＭ４４５と同程度もしくはそれ以上の
破断強度の得られることが判明した。

【００４１】なお、本実施例では本発明鋼１、２の処理
および試験結果について説明したが、以下の表１２に示
すように化学成分％でＢを０．００１０〜０．００２５
％含むのであれば、Ｃを０．３７〜０．４３％、Ｓｉを
０．１５〜０．３５％、Ｍｎを０．７０〜１．２０％、
Ｐを０．０３０％以下、Ｓを０．０３５％以下、Ｃｕを
０．３０％以下、Ｎｉを０．２０％以下、Ｃｒを０．６
０〜１．２０％含む組成範囲の中炭素ボロン合金鋼では
本発明鋼１、２と同様の結果の得られることも確認し
た。

【００４２】

【表１２】

【００４３】上述した本発明の中炭素ボロン合金鋼の軌
道輪が用いられる軸受として、以下に旋回座用玉軸受を
例に挙げて説明する。

【００４４】図４は、旋回座用玉軸受を示す部分断面図
である。図４を参照して、旋回座用玉軸受２０は、外輪
２１、内輪２２と、玉２３とを有する単列玉軸受であ
り、内輪２の内周側に歯車２２ｂを備えた形式のもので
ある。外輪２１の内周側に内輪２２が配置され、外輪２
１および内輪２２の断面形状が半円状の転走面２１ａ、
２２ａに玉２３が装入されている。そして内輪２１およ
び外輪２２の少なくともいずれかが、上述した表１２の
組成を有する中炭素ボロン合金鋼よりなっている。

【００４５】上記の中炭素ボロン合金鋼は特に大型の軸
受に適用されることが好ましい。ここで大型の軸受と
は、軌道輪の高さが８０ｍｍ以上であり、軌道輪の内周
面と外周面との間の径方向寸法が８０ｍｍ以上のもの、
つまり８０角以上のものである。また、上記の中炭素ボ
ロン合金鋼は、軌道輪の高さが１６０ｍｍ以上であり、
軌道輪の内周面と外周面との間の径方向寸法が１６０ｍ
ｍ以上、つまり１６０角以上のより大型の軸受に適用さ
れることがより好ましい。もちろん、上記の中炭素ボロ
ン合金鋼は８０角以下の軌道輪にも適用されうる。

【００４６】上記のような処理方法を採用することで、
表１２に示す組成の中炭素ボロン合金鋼をこのような大
型の軸受に適用しても、軸受に必要な諸性能を得ること
ができる。

【００４７】今回開示された実施例はすべての点で例示
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の
範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ
び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軸受用軌
道輪では、化学成分％でＢを０．００１０％以上０．０
０２５％以下含む中炭素合金鋼にて軸受用軌道輪を構成
している。このようにＢを添加したことで、ＳＣＭ４４
５よりＣｒ、Ｍｏ量を低減させてもＳＣＭ４４５を用い
た場合と同程度に優れた軸受特性を有する軸受用軌道輪
が得られる。このため、油圧ショベル、トラッククレー
ン、トンネル掘進機などの建設機械の旋回部に使用され
る旋回軸受として、安価でかつ優れた軸受特性を有する
ものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】φ１２円筒点試験機の主要部を示す概略図であ
る。

【図２】リング回転割れ疲労試験機の主要部を示す概略
図である。

【図３】試験片の各部位を示す概略図である。

【図４】本発明の中炭素ボロン合金鋼の軌道輪を有する
旋回座用玉軸受の部分断面図である。

【符号の説明】

１、１１試験片２鋼球３駆動輪４案内輪１２駆動ロール１３負荷ロール１４案内ロール１５潤滑油供給部２０旋回座用玉軸受２１外輪２２内輪２３玉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学成分％でＢを０．００１０％以上
０．００２５％以下含む中炭素合金鋼よりなる、軸受用
軌道輪。
【請求項２】前記中炭素合金鋼は、化学成分％でＣを
０．３７％以上０．４３％以下含む、請求項１に記載の
軸受用軌道輪。
【請求項３】前記中炭素合金鋼は、化学成分％でＳｉ
を０．１５％以上０．３５％以下、Ｍｎを０．７０％以
上１．２０％以下、Ｐを０．０３０％以下、Ｓを０．０
３５％以下、Ｃｕを０．３０％以下、Ｎｉを０．２０％
以下、Ｃｒを０．６０％以上１．２０％以下含む、請求
項１に記載の軸受用軌道輪。