JP2010001994A - Rolling bearing for prime mover - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原動機用転がり軸受に関し、より特定的には、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる構成部品を備えた原動機用転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing for a prime mover, and more particularly to a rolling bearing for a prime mover including a component made of a sintered body containing β sialon as a main component.
一般に、原動機は、燃料を燃焼させることにより得られた膨張エネルギーを、主軸の回転として取り出すことにより、原動機に接続された各種機械装置に回転エネルギーを供給する機能を果たす。ここで、当該主軸は、主軸の外周面に対向するように配置されたハウジングなどの部材に対して転がり軸受により回転自在に保持される。そして、この主軸を支持する転がり軸受である原動機用転がり軸受としては、深溝玉軸受などが採用される(たとえば特許文献1参照)。 Generally, a prime mover fulfills the function of supplying rotational energy to various mechanical devices connected to the prime mover by taking out expansion energy obtained by burning fuel as rotation of the main shaft. Here, the said main axis | shaft is rotatably hold | maintained with a rolling bearing with respect to members, such as a housing arrange | positioned so as to oppose the outer peripheral surface of a main axis | shaft. A deep groove ball bearing or the like is employed as a prime mover rolling bearing that is a rolling bearing that supports the main shaft (see, for example, Patent Document 1).
ここで、原動機用転がり軸受は、原動機において燃料を燃焼させる燃焼室の近傍に配置されるため、高温環境下において使用されることとなる。そのため、原動機用転がり軸受においては潤滑が不十分となるおそれがあり、耐焼付性の向上が求められる。また、原動機の主軸の回転数は、数千回転を超える場合もあり、原動機用転がり軸受は高速回転する環境下において用いられる。そのため、転動体に作用する遠心力を低減する観点から、転動体の軽量化も求められる。 Here, since the rolling bearing for motor | power_engine is arrange | positioned in the vicinity of the combustion chamber which burns a fuel in a motor | power_engine, it will be used in a high temperature environment. Therefore, there is a possibility that lubrication is insufficient in the rolling bearing for the prime mover, and improvement in seizure resistance is required. Further, the rotational speed of the main shaft of the prime mover may exceed several thousand revolutions, and the rolling bearing for the prime mover is used in an environment where it rotates at high speed. Therefore, from the viewpoint of reducing the centrifugal force acting on the rolling elements, it is also required to reduce the weight of the rolling elements.
これに対し、原動機用転がり軸受の転動体として、窒化珪素製の転動体が採用される場合がある。窒化珪素は、転動体の素材として一般的に採用される鋼に比べて比重が小さいため、転動体の軽量化に寄与することができる。また、窒化珪素を転動体の素材として採用することにより、鋼からなる軌道輪などの軌道部材と、玉、ころなどの転動体とが異種材料となるとともに転動体の耐摩耗性および耐熱性が向上するため、耐焼付性も向上する。したがって、原動機用転がり軸受の転動体の素材として窒化珪素を採用することにより、上述の転動体の軽量化および耐焼付性の向上を達成することができる。
一方、原動機においては、燃料の燃焼などに伴う振動や衝撃が発生し、当該振動や衝撃が原動機用転がり軸受にも作用する。ここで、窒化珪素は、鋼に比べてヤング率が大きく、弾性変形しにくいという特徴がある。そのため、鋼製の転動体に比べて、窒化珪素製の転動体と軌道部材との接触面積は小さくなり、接触面圧が大きくなる傾向にある。したがって、原動機用転がり軸受の転動体として窒化珪素製の転動体が採用されている場合、振動や衝撃が作用すると、軌道部材に圧痕などの損傷が発生しやすくなる。軌道部材に圧痕などの損傷が発生した場合、転がり軸受の寿命が低下するおそれがある。つまり、原動機用転がり軸受の転動体として窒化珪素製の転動体を採用した場合、原動機用転がり軸受に作用する振動や衝撃により、軌道部材に損傷が発生し易いという問題があった。 On the other hand, in the prime mover, vibrations and impacts accompanying fuel combustion and the like occur, and the vibrations and impacts also act on the rolling bearings for the prime mover. Here, silicon nitride has a characteristic that it has a Young's modulus larger than that of steel and is less likely to be elastically deformed. For this reason, the contact area between the rolling element made of silicon nitride and the raceway member is smaller than the rolling element made of steel, and the contact surface pressure tends to increase. Therefore, when a rolling element made of silicon nitride is employed as the rolling element of the rolling bearing for the prime mover, damage such as indentation is likely to occur on the race member when vibration or impact is applied. When damage such as indentation occurs in the raceway member, the life of the rolling bearing may be reduced. In other words, when a silicon nitride rolling element is used as the rolling element for the prime mover rolling bearing, there is a problem in that the race member is likely to be damaged by vibrations and impacts acting on the prime mover rolling bearing.
そこで、本発明の目的は、振動や衝撃に起因した軌道部材の損傷を抑制しつつ、転動体の軽量化および耐焼付性の向上を達成することが可能な原動機用転がり軸受を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rolling bearing for a prime mover that can achieve reduction in the weight of the rolling element and improvement in seizure resistance while suppressing damage to the raceway member due to vibration and impact. is there.
本発明に従った原動機用転がり軸受は、原動機の主軸を、当該主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持する原動機用転がり軸受である。この原動機用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えている。そして、転動体は、窒化珪素からなる場合に比べて軌道部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなっている。より具体的には、たとえば転動体は、窒化珪素からなる場合に比べてヤング率が小さくなるセラミックスからなっている。 The rolling bearing for a prime mover according to the present invention is a rolling bearing for a prime mover that rotatably supports the main shaft of the prime mover with respect to a member disposed so as to face the main shaft. The motor rolling bearing includes a race member and a rolling element that contacts the race member and is disposed on an annular raceway. And the rolling element consists of ceramics which can suppress the impact with respect to a track member compared with the case where it consists of silicon nitride. More specifically, for example, the rolling element is made of ceramics having a Young's modulus smaller than that of silicon nitride.
本発明の原動機用転がり軸受によれば、衝撃が作用した場合でも軌道部材における損傷が抑制されるため、振動や衝撃に起因した軌道部材の損傷を抑制しつつ、転動体の軽量化および耐焼付性の向上を達成することが可能な原動機用転がり軸受を提供することができる。 According to the rolling bearing for a prime mover of the present invention, since damage to the raceway member is suppressed even when an impact is applied, the rolling element is reduced in weight and seizure resistance while suppressing damage to the raceway member due to vibration and impact. It is possible to provide a rolling bearing for a prime mover capable of achieving improvement in performance.
本発明の一の局面における原動機用転がり軸受は、原動機の主軸を、当該主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持する原動機用転がり軸受である。この原動機用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えている。そして、転動体は、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される。 The rolling bearing for a prime mover according to one aspect of the present invention is a rolling bearing for a prime mover that rotatably supports a main shaft of the prime mover with respect to a member disposed so as to face the main shaft. The motor rolling bearing includes a race member and a rolling element that contacts the race member and is disposed on an annular raceway. And a rolling element is comprised from the sintered compact which has (beta) sialon as a main component and consists of remainder impurities.
本発明の他の局面における原動機用転がり軸受は、原動機の主軸を、当該主軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持する原動機用転がり軸受である。この原動機用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えている。そして、転動体は、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成される。 The prime mover rolling bearing according to another aspect of the present invention is a prime mover rolling bearing that rotatably supports a main shaft of a prime mover with respect to a member disposed so as to face the main shaft. The motor rolling bearing includes a race member and a rolling element that contacts the race member and is disposed on an annular raceway. And a rolling element is comprised from the sintered compact which has (beta) sialon as a main component and consists of a remainder sintering auxiliary agent and an impurity.
本発明の一の局面における原動機用転がり軸受においては、転動体にセラミックスであるβサイアロン焼結体(βサイアロンを主成分とする焼結体)が採用されている。そのため、転動体の軽量化および耐焼付性の向上が達成される。さらに、βサイアロン焼結体は、窒化珪素(Si3N4)やアルミナ(Al2O3)などの一般的なセラミックスからなる焼結体に比べてヤング率が小さい。そのため、ヤング率が高いことに起因した振動や衝撃による軌道部材の損傷を抑制することができる。以上のように、本発明の一の局面における原動機用転がり軸受によれば、振動や衝撃に起因した軌道部材の損傷を抑制しつつ、転動体の軽量化および耐焼付性の向上を達成することが可能な原動機用転がり軸受を提供することができる。 In the rolling bearing for a prime mover according to one aspect of the present invention, a β sialon sintered body (sintered body containing β sialon as a main component), which is ceramic, is employed as the rolling element. Therefore, weight reduction of the rolling element and improvement of seizure resistance are achieved. Further, the β sialon sintered body has a Young's modulus smaller than a sintered body made of a general ceramic such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) or alumina (Al 2 O 3 ). Therefore, it is possible to suppress damage to the track member due to vibration and impact caused by the high Young's modulus. As described above, according to the rolling bearing for a prime mover in one aspect of the present invention, it is possible to reduce the weight of the rolling element and improve seizure resistance while suppressing damage to the raceway member due to vibration or impact. It is possible to provide a rolling bearing for a prime mover that is capable of achieving the above.
また、本発明の他の局面における原動機用転がり軸受は、基本的には上記本発明の一の局面における原動機用転がり軸受と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における原動機用転がり軸受では、焼結体が焼結助剤を含む点で上記本発明の一の局面における原動機用転がり軸受とは異なっている。本発明の他の局面における原動機用転がり軸受によれば、焼結助剤の採用により、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能な原動機用転がり軸受を容易に提供することができる。 A prime mover rolling bearing according to another aspect of the present invention basically has the same configuration as that of the prime mover rolling bearing according to one aspect of the present invention, and exhibits the same effects. However, the prime mover rolling bearing according to another aspect of the present invention differs from the prime mover rolling bearing according to one aspect of the present invention in that the sintered body contains a sintering aid. According to the rolling bearing for the prime mover in another aspect of the present invention, the adoption of the sintering aid makes it easy to lower the porosity of the sintered body and can stably ensure sufficient durability. A rolling bearing can be easily provided.
なお、焼結助剤としては、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、珪素(Si)、チタン(Ti)、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、上記本発明の一の局面における原動機用転がり軸受と同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち20質量%以下とすることが望ましい。 As the sintering aid, at least one of magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), rare earth element oxide, nitride, and oxynitride is employed. be able to. In addition, in order to achieve the same effect as the motor rolling bearing according to the one aspect of the present invention, the sintering aid is preferably 20% by mass or less in the sintered body.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、上記βサイアロンは、Si6−ZAlZOZN8−Zの組成式で表され、0.1≦z≦3.5を満たす。 In the motor rolling bearing, preferably, the β sialon is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5.
本発明者は、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命とβサイアロンの組成との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見が得られた。βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、上記zの値(以下、z値という)が0.1以上となる種々の組成を有するものを安価に製造することができる。そして、一般に転動疲労寿命に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なz値4.0以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命とz値との関係を詳細に調査したところ、z値が3.5を超えると転動体の転動疲労寿命が低下することが分かった。 The inventor has investigated in detail the relationship between the rolling fatigue life of a rolling element made of a β sialon sintered body and the composition of β sialon. As a result, the following knowledge was obtained. By adopting a production process including combustion synthesis, β sialon can be produced inexpensively with various compositions having a value of z (hereinafter referred to as z value) of 0.1 or more. In general, the hardness that greatly affects the rolling fatigue life hardly changes in the range of the z value of 4.0 or less that is easy to manufacture. However, when the relationship between the rolling fatigue life of the rolling element made of β sialon sintered body and the z value is investigated in detail, when the z value exceeds 3.5, the rolling fatigue life of the rolling element may decrease. I understood.
より具体的には、z値が0.1以上3.5以下の範囲においては、転動疲労寿命はほぼ同等で、転がり軸受の運転時間が所定時間を超えると、転動体の表面に剥離が発生して破損する。これに対し、z値が3.5を超えると転動体が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が低下する。つまり、z値が3.5となる組成を境界として、βサイアロンからなる転動体の破損モードが変化し、z値が3.5を超えると転動疲労寿命が低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロン焼結体からなる転動体において、安定して十分な寿命を確保するためには、z値を3.5以下とすることが好ましい。以上のように、上記βサイアロンを0.1≦z≦3.5を満たすものとすることにより、安価で、かつ耐久性に優れた原動機用転がり軸受を提供することができる。 More specifically, when the z value is in the range of 0.1 or more and 3.5 or less, the rolling fatigue life is substantially the same, and if the operation time of the rolling bearing exceeds a predetermined time, the surface of the rolling element is peeled off. Occurs and breaks. On the other hand, if the z value exceeds 3.5, the rolling elements are likely to be worn, resulting in a decrease in the rolling fatigue life. That is, it becomes clear that the failure mode of the rolling element made of β sialon changes with the composition having the z value of 3.5 as a boundary, and the rolling fatigue life decreases when the z value exceeds 3.5. It was. Therefore, in the rolling element made of β sialon sintered body, the z value is preferably set to 3.5 or less in order to ensure a stable and sufficient life. As described above, when the β sialon satisfies 0.1 ≦ z ≦ 3.5, a rolling bearing for a prime mover that is inexpensive and excellent in durability can be provided.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、上記βサイアロンは、Si6−ZAlZOZN8−Zの組成式で表され、0.5≦z≦3.0を満たす。 In the motor rolling bearing, preferably, the β sialon is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z and satisfies 0.5 ≦ z ≦ 3.0.
これにより、振動や衝撃が作用した場合における原動機用転がり軸受の耐久性を一層向上させることができる。 Thereby, durability of the rolling bearing for motor | power_engine when a vibration and an impact act can be improved further.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、上記転動体のヤング率は180GPa以上270GPa以下である。 In the motor rolling bearing, the Young's modulus of the rolling element is preferably 180 GPa or more and 270 GPa or less.
転動体のヤング率が高くなると、転動体を構成する素材(βサイアロン焼結体)の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、転動体のヤング率が高くなると、転動体が弾性変形しにくくなるため、軌道部材との接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、軌道部材に損傷が発生し易くなる。一方、転動体のヤング率が低くなると、転動体が弾性変形しやすくなるため、軌道部材との接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、転動体のヤング率が低くなると、これに伴って転動体を構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、転動体のヤング率は、転動体を構成する素材の強度と軌道部材との間における接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。 When the Young's modulus of the rolling element increases, the strength of the material (β sialon sintered body) constituting the rolling element tends to increase. However, when the Young's modulus of the rolling element is increased, the rolling element is less likely to be elastically deformed, so that the contact area with the raceway member is reduced and the contact surface pressure is increased. As a result, the track member is likely to be damaged. On the other hand, when the Young's modulus of the rolling element becomes low, the rolling element is easily elastically deformed, so that the contact area with the raceway member increases and the contact surface pressure decreases. However, on the other hand, when the Young's modulus of the rolling element becomes low, the strength of the material constituting the rolling element tends to decrease. For this reason, the Young's modulus of the rolling element needs to be within a range in which a balance between the strength of the material constituting the rolling element and the reduction of the contact surface pressure between the race members can be secured.
より具体的には、βサイアロン焼結体からなる転動体のヤング率が180GPa未満の場合、転動体を構成する素材の強度低下の影響が接触面圧の低減の効果を上回り、転動体の転動疲労寿命が低下する。また、軌道部材との接触面積が増大することに伴い、軌道部材との間に作用する摩擦力が増加して軸受トルクが上昇し、原動機の効率が低下するという問題も発生する。したがって、βサイアロン焼結体からなる転動体のヤング率は、180GPa以上であることが好ましく、220GPa以上であることがより好ましい。 More specifically, when the Young's modulus of the rolling element made of β sialon sintered body is less than 180 GPa, the influence of the strength reduction of the material constituting the rolling element exceeds the effect of reducing the contact surface pressure, and the rolling element rolling Dynamic fatigue life is reduced. Further, as the contact area with the raceway member increases, the frictional force acting between the raceway member and the bearing torque increases, and the efficiency of the prime mover decreases. Therefore, the Young's modulus of the rolling element made of the β sialon sintered body is preferably 180 GPa or more, and more preferably 220 GPa or more.
一方、βサイアロン焼結体からなる転動体のヤング率が270GPaを超えると、接触面圧の増加の影響が転動体を構成する素材の強度上昇の効果を上回り、軌道部材の転走面に圧痕などの損傷が発生しやすくなる。したがって、βサイアロン焼結体からなる転動体のヤング率は、270GPa以下であることが好ましく、260GPa以下であることが好ましい。 On the other hand, if the Young's modulus of the rolling element made of β sialon sintered body exceeds 270 GPa, the effect of increasing the contact surface pressure exceeds the effect of increasing the strength of the material constituting the rolling element, and the indentation is formed on the rolling surface of the race member. Damage is likely to occur. Therefore, the Young's modulus of the rolling element made of the β sialon sintered body is preferably 270 GPa or less, and preferably 260 GPa or less.
上記原動機用転がり軸受においては、軌道部材は鋼からなるものとすることができる。この場合、当該軌道部材の表面硬度はHV680以上であることが好ましい。これにより、振動や衝撃が作用した場合における軌道部材の損傷を抑制することができる。 In the motor rolling bearing, the race member may be made of steel. In this case, the surface hardness of the track member is preferably HV680 or more. Thereby, damage to the track member when vibration or impact is applied can be suppressed.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、上記転動体は、軌道部材と接触する面である転走面を含む領域に、内部よりも緻密性の高い層である緻密層を有している。 Preferably, in the rolling bearing for a prime mover, the rolling element has a dense layer that is a layer having higher density than the inside in a region including a rolling surface that is a surface in contact with the race member.
上述のβサイアロン焼結体からなる転動体においては、その緻密性が転動疲労寿命に大きく影響する。これに対し、上記構成によれば、転走面を含む領域に内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されていることにより、転動疲労寿命が向上する。その結果、十分な耐久性を安定して確保することが可能な原動機用転がり軸受を提供することができる。 In the rolling element made of the above-described β sialon sintered body, the denseness greatly affects the rolling fatigue life. On the other hand, according to the said structure, a rolling fatigue life improves because the dense layer which is a layer denser than the inside is formed in the area | region containing a rolling surface. As a result, it is possible to provide a prime mover rolling bearing capable of stably ensuring sufficient durability.
ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い(密度の高い)層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、βサイアロン焼結体からなる転動体の表面に垂直な断面において転動体を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光(暗視野)にて、たとえば50〜100倍程度で撮影し、300DPI(Dot Per Inch)以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い(密度の低い)領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、記録された画像を、画像処理装置を用いて輝度閾値により2値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。 Here, the high-density layer is a layer having a low porosity (high density) in the sintered body, and can be investigated as follows, for example. First, the rolling element is cut in a cross section perpendicular to the surface of the rolling element made of β sialon sintered body, and the cross section is mirror-wrapped. Thereafter, the mirror-wrapped cross section is photographed with oblique light (dark field) of an optical microscope at, for example, about 50 to 100 times and recorded as an image of 300 DPI (Dot Per Inch) or more. At this time, the white region observed as a white region corresponds to a region with high porosity (low density). Therefore, a region where the area ratio of the white region is low is denser than a region where the area ratio is high. The recorded image is binarized using a luminance threshold using an image processing apparatus, and then the area ratio of the white area is measured, and the density of the photographed area can be known from the area ratio. .
つまり、上記原動機用転がり軸受において好ましくは、上記焼結体は、転走面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、上記撮影は、ランダムに5箇所以上で行ない、上記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、上記焼結体の内部における上記白色領域の面積率は、たとえば15%以上である。また、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命を一層向上させるためには、上記緻密層は100μm以上の厚みを有していることが好ましい。 That is, in the motor rolling bearing, preferably, in the sintered body, a dense layer that is a layer having a lower area ratio in the white region than in the inside is formed in the region including the rolling surface. In addition, it is preferable to perform the said imaging | photography at 5 or more places at random, and to evaluate the said area ratio by the average value. Moreover, the area ratio of the said white area | region inside the said sintered compact is 15% or more, for example. In order to further improve the rolling fatigue life of the rolling element made of β sialon sintered body, the dense layer preferably has a thickness of 100 μm or more.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は7%以下である。 In the prime mover rolling bearing, preferably, when the cross section of the dense layer is observed with oblique light of an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 7% or less.
白色領域の面積率が7%以下となる程度に上記緻密層の緻密性を向上させることで、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の原動機用転がり軸受の耐久性を一層向上させることができる。 By improving the denseness of the dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 7% or less, the rolling fatigue life of the rolling element made of the β sialon sintered body is further improved. Therefore, the durability of the rolling bearing for prime mover of the present invention can be further improved by the above configuration.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている。 In the motor rolling bearing described above, a high-density layer, which is a layer having a higher density than other areas in the dense layer, is preferably formed in the region including the surface of the dense layer.
緻密性のさらに高い高緻密層が緻密層の表面を含む領域に形成されることにより、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労に対する耐久性がより向上し、原動機用転がり軸受の寿命を一層向上させることができる。 By forming a high-density layer with higher density in the region including the surface of the dense layer, the durability of the rolling element made of β-sialon sintered body against rolling fatigue is further improved, and the life of the rolling bearing for prime mover is improved. Can be further improved.
上記原動機用転がり軸受において好ましくは、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は3.5%以下である。 In the motor rolling bearing, preferably, when the cross section of the high-density layer is observed with oblique light of an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 3.5% or less.
白色領域の面積率が3.5%以下となる程度に上記高緻密層の緻密性を向上させることで、βサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の原動機用転がり軸受の耐久性を一層向上させることができる。 By improving the denseness of the highly dense layer to such an extent that the area ratio of the white region is 3.5% or less, the rolling fatigue life of the rolling element made of the β sialon sintered body is further improved. Therefore, the durability of the rolling bearing for prime mover of the present invention can be further improved by the above configuration.
以上の説明から明らかなように、本発明の原動機用転がり軸受によれば、振動や衝撃に起因した軌道部材の損傷を抑制しつつ、転動体の軽量化および耐焼付性の向上を達成することが可能な原動機用転がり軸受を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the rolling bearing for a prime mover of the present invention, it is possible to reduce the rolling element weight and improve seizure resistance while suppressing damage to the raceway member due to vibration and impact. It is possible to provide a rolling bearing for a prime mover that is capable of achieving the above.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の一実施の形態における原動機用転がり軸受としての深溝玉軸受を備えた原動機である汎用エンジンの構成を示す概略断面図である。図1を参照して、本発明の一実施の形態における深溝玉軸受を備えた汎用エンジンについて説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a general-purpose engine that is a prime mover provided with a deep groove ball bearing as a prime mover rolling bearing according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 1, the general purpose engine provided with the deep groove ball bearing in one embodiment of this invention is demonstrated.
図1を参照して、本実施の形態における汎用エンジン90は、燃料の燃焼により往復運動するピストン95と、主軸としてのクランクシャフト91と、ピストン95とクランクシャフト91とを接続するコンロッド(コネクティングロッド)93と、クランクシャフト91をハウジング99に対して回転自在に支持する原動機用転がり軸受としての複数の深溝玉軸受1とを備えている。クランクシャフト91は、当該クランクシャフト91の回転軸と平行で、かつ回転軸から離れた位置に延在するクランクピン92を有するように屈曲している。コンロッド93は、ピストン95のピストンピン94に接続されるとともに、クランクシャフト91のクランクピン92に接続されることにより、ピストン95とクランクシャフト91とを接続している。深溝玉軸受1は、クランクシャフト91のクランクピン92を挟むように少なくとも一対配置されている。また、深溝玉軸受1は、内輪12がクランクシャフト91の外周面91Aに嵌め込まれるとともに、外輪11がクランクシャフト91に対向して配置されるハウジング99に嵌め込まれている。これにより、クランクシャフト91は、ハウジング99に対して回転自在に支持されている。すなわち、深溝玉軸受1は、原動機としての汎用エンジン90の主軸であるクランクシャフト91を、当該クランクシャフト91に対向するように配置される部材であるハウジング99に対して回転自在に支持する原動機用転がり軸受である。 Referring to FIG. 1, a general-purpose engine 90 in the present embodiment includes a piston 95 that reciprocates by combustion of fuel, a crankshaft 91 as a main shaft, and a connecting rod (connecting rod) that connects the piston 95 and the crankshaft 91. ) 93 and a plurality of deep groove ball bearings 1 serving as prime mover rolling bearings that rotatably support the crankshaft 91 with respect to the housing 99. The crankshaft 91 is bent so as to have a crankpin 92 extending parallel to the rotation axis of the crankshaft 91 and extending away from the rotation axis. The connecting rod 93 is connected to the piston pin 94 of the piston 95 and is connected to the crankpin 92 of the crankshaft 91, thereby connecting the piston 95 and the crankshaft 91. At least a pair of deep groove ball bearings 1 are arranged so as to sandwich the crank pin 92 of the crankshaft 91. In the deep groove ball bearing 1, the inner ring 12 is fitted into the outer peripheral surface 91 </ b> A of the crankshaft 91, and the outer ring 11 is fitted into a housing 99 that is disposed facing the crankshaft 91. Thereby, the crankshaft 91 is supported rotatably with respect to the housing 99. That is, the deep groove ball bearing 1 is for a prime mover that rotatably supports a crankshaft 91 that is a main shaft of a general-purpose engine 90 as a prime mover with respect to a housing 99 that is a member disposed so as to face the crankshaft 91. It is a rolling bearing.
次に、汎用エンジン90の動作について説明する。燃料の燃焼によりピストン95が往復運動すると、ピストンピン94に接続されたコンロッド93の一方の端部が往復運動する。ここで、コンロッド93の他方の端部が接続されたクランクシャフト91のクランクピン92はクランクシャフト91の回転軸から離れた位置に延在するため、コンロッド93の当該他方の端部はクランクシャフト91の回転軸を中心として回転運動する。その結果、クランクシャフト91は、深溝玉軸受1により支持されつつハウジング99に対して軸周りに回転する。そして、このクランクシャフト91の回転が、汎用エンジン90の外部に動力として伝達される。 Next, the operation of the general-purpose engine 90 will be described. When the piston 95 reciprocates due to the combustion of fuel, one end of the connecting rod 93 connected to the piston pin 94 reciprocates. Here, since the crank pin 92 of the crankshaft 91 to which the other end of the connecting rod 93 is connected extends to a position away from the rotation axis of the crankshaft 91, the other end of the connecting rod 93 is connected to the crankshaft 91. It rotates around the rotation axis. As a result, the crankshaft 91 rotates around the axis with respect to the housing 99 while being supported by the deep groove ball bearing 1. The rotation of the crankshaft 91 is transmitted as power to the outside of the general-purpose engine 90.
次に、上記深溝玉軸受1について説明する。図2は、本実施の形態における転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図3は、図2の要部を拡大して示した概略部分断面図である。 Next, the deep groove ball bearing 1 will be described. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a deep groove ball bearing as a rolling bearing in the present embodiment. FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG.
図2および図3を参照して、深溝玉軸受1は、第1軌道部材としての外輪11と、第2軌道部材としての内輪12と、複数の転動体としての玉13と、保持器14とを備えている。外輪11の内周面には、円環状の第1転走面しての外輪転走面11Aが形成されている。内輪12の外周面には、外輪転走面11Aに対向する円環状の第2転走面としての内輪転走面12Aが形成されている。また、複数の玉13には、転動体転走面としての玉転走面13A(玉13の表面)が形成されている。そして、当該玉13は、外輪転走面11Aおよび内輪転走面12Aの各々に玉転走面13Aにおいて接触し、円環状の保持器14により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。これにより、外輪11と内輪12とは互いに相対的に回転可能となっている。 2 and 3, the deep groove ball bearing 1 includes an outer ring 11 as a first race member, an inner ring 12 as a second race member, balls 13 as a plurality of rolling elements, and a cage 14. It has. An outer ring rolling surface 11 </ b> A as an annular first rolling surface is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 11. On the outer peripheral surface of the inner ring 12, an inner ring rolling surface 12A as an annular second rolling surface facing the outer ring rolling surface 11A is formed. In addition, a plurality of balls 13 is formed with a ball rolling surface 13A (the surface of the ball 13) as a rolling element rolling surface. The balls 13 are in contact with each of the outer ring rolling surface 11A and the inner ring rolling surface 12A at the ball rolling surface 13A, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by an annular retainer 14. It is rotatably held on an annular track. Thereby, the outer ring | wheel 11 and the inner ring | wheel 12 can rotate relatively mutually.
そして、本実施の形態における転動体としての玉13は、Si6−ZAlZOZN8−Zの組成式で表され、0.1≦z≦3.5を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成され、ヤング率が180GPa以上270GPa以下となっている。 Then, balls 13 serving as rolling elements in this embodiment is represented by a composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z, composed mainly of β-sialon satisfying 0.1 ≦ z ≦ 3.5 And the Young's modulus is 180 GPa or more and 270 GPa or less.
さらに、図3を参照して、玉13の転走面である玉転走面13Aを含む領域には、内部13Cよりも緻密性の高い層である玉緻密層13Bが形成されている。この玉緻密層13Bの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は7%以下である。そのため、本実施の形態おける深溝玉軸受1は、汎用エンジン90での燃料の燃焼等による振動や衝撃に起因した軌道部材(外輪11および内輪12)の損傷を抑制しつつ、転動体(玉13)の軽量化および耐焼付性の向上を達成することが可能な原動機用転がり軸受となっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 Furthermore, with reference to FIG. 3, a ball dense layer 13 </ b> B that is a layer having a higher density than the inside 13 </ b> C is formed in a region including the ball rolling surface 13 </ b> A that is a rolling surface of the ball 13. When the cross section of the dense ball layer 13B is observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 7% or less. Therefore, the deep groove ball bearing 1 in the present embodiment suppresses damage to the raceway members (the outer ring 11 and the inner ring 12) due to vibrations and impacts caused by the combustion of fuel in the general-purpose engine 90, and the rolling elements (balls 13). ) To achieve a reduction in weight and improvement in seizure resistance. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
さらに、図3を参照して、玉緻密層13Bの表面である玉転走面13Aを含む領域には、玉緻密層13B内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である玉高緻密層13Dが形成されている。玉高緻密層13Dの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は3.5%以下となっている。これにより、玉13の転動疲労に対する耐久性がより向上し、深溝玉軸受1の耐久性が一層向上している。 Further, referring to FIG. 3, the region including the ball rolling surface 13 </ b> A that is the surface of the ball dense layer 13 </ b> B has a high ball density that is a layer having a higher density than the other regions in the ball dense layer 13 </ b> B. Layer 13D is formed. When the cross section of the ball height dense layer 13D is observed with oblique light from an optical microscope, the area ratio of the white region observed as a white region is 3.5% or less. Thereby, the durability with respect to the rolling fatigue of the ball 13 is further improved, and the durability of the deep groove ball bearing 1 is further improved.
なお、上記本実施の形態においては、深溝玉軸受1を構成する玉13は、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能な深溝玉軸受1を、容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。 In the present embodiment, the balls 13 constituting the deep groove ball bearing 1 may be composed of a sintered body mainly composed of β sialon and composed of the remaining sintering aid and impurities. By including a sintering aid, the porosity of the sintered body can be easily lowered, and the deep groove ball bearing 1 capable of stably ensuring sufficient durability can be easily provided. The impurities include inevitable impurities including those derived from raw materials or those mixed in the manufacturing process.
次に、本実施の形態における原動機用転がり軸受の製造方法について説明する。図4は、本発明の一実施の形態における原動機用転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図5は、本発明の一実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなる転動体の製造方法の概略を示す図である。 Next, the manufacturing method of the rolling bearing for motor | power_engine in this Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a diagram showing an outline of a method for manufacturing a rolling bearing for a prime mover according to an embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 5 is a figure which shows the outline of the manufacturing method of the rolling element which consists of (beta) sialon sintered compact in one embodiment of this invention.
図4を参照して、本実施の形態における原動機用転がり軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、外輪11、内輪12などが製造される。一方、転動体製造工程では、玉13などが製造される。 Referring to FIG. 4, in the method for manufacturing a rolling bearing for a prime mover in the present embodiment, first, a race member manufacturing process for manufacturing a race member and a rolling element manufacturing process for manufacturing a rolling element are performed. Specifically, in the race member manufacturing process, the outer ring 11, the inner ring 12, and the like are manufactured. On the other hand, in the rolling element manufacturing process, balls 13 and the like are manufactured.
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、原動機用転がり軸受を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪11および内輪12と、玉13とを組み合わせることにより、深溝玉軸受1が組立てられる。そして、転動体製造工程は、たとえば以下のβサイアロン焼結体からなる転動体の製造方法を用いて実施される。 And the assembly process of assembling the rolling bearing for motor | power_engine is implemented by combining the track member manufactured in the track member manufacturing process, and the rolling element manufactured in the rolling element manufacturing process. Specifically, for example, the deep groove ball bearing 1 is assembled by combining the outer ring 11 and the inner ring 12 and the ball 13. And a rolling element manufacturing process is implemented using the manufacturing method of the rolling element which consists of the following (beta) sialon sintered compact, for example.
図5を参照して、本実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなる転動体の製造方法においては、まず、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、安価にβサイアロンの粉末を製造することができる。 Referring to FIG. 5, in the method for manufacturing a rolling element made of a β sialon sintered body in the present embodiment, first, a β sialon powder preparation step of preparing β sialon powder is performed. In the β sialon powder preparation step, β sialon powder can be produced at low cost by, for example, a production step employing a combustion synthesis method.
次に、βサイアロン粉末準備工程において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。この混合工程は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。 Next, a mixing step is performed in which a sintering aid is added to and mixed with the β sialon powder prepared in the β sialon powder preparation step. This mixing step can be omitted if no sintering aid is added.
次に、図5を参照して、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、転動体の概略形状に成形する成形工程が実施される。具体的には、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、玉13などの概略形状に成形された成形体が作製される。 Next, referring to FIG. 5, a forming step of forming the β sialon powder or the mixture of the β sialon powder and the sintering aid into a schematic shape of the rolling element is performed. Specifically, by applying a molding technique such as press molding, cast molding, extrusion molding, rolling granulation, or the like to the above β sialon powder or a mixture of β sialon powder and a sintering aid, the ball 13 Thus, a molded body formed into a general shape such as is produced.
次に、上記成形体の表面が加工されることにより、当該成形体が焼結後に所望の転動体の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後に玉13などの形状により近い形状になるように加工される。この焼結前加工工程は、成形工程において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の転動体の形状に十分近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。 Next, a pre-sintering processing step is performed in which the surface of the molded body is processed so that the molded body is shaped to be closer to the shape of the desired rolling element after sintering. Specifically, by applying a processing method such as green body processing, the molded body is processed to have a shape closer to the shape of the ball 13 or the like after sintering. This pre-sintering processing step can be omitted if the shape is sufficiently close to the shape of the desired rolling element after sintering at the stage where the molded body is formed in the forming step.
次に、図5を参照して、上記成形体が焼結される焼結工程が実施される。具体的には、上記成形体が、たとえば1MPa以下の圧力下でヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、玉13などの概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、1550℃以上1800℃以下の温度域に上記成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。 Next, referring to FIG. 5, a sintering step is performed in which the molded body is sintered. Specifically, for example, the molded body is heated and sintered by a heating method such as heating with an electromagnetic wave using microwaves or millimeter waves under a pressure of 1 MPa or less, so that the rough shape of the ball 13 or the like is obtained. A sintered body having the same is produced. Sintering is performed by heating the molded body to a temperature range of 1550 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower in an inert gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and oxygen. As the inert gas, helium, neon, argon, nitrogen, or the like can be employed, but nitrogen is preferably employed from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
次に、焼結工程において作製された焼結体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、転動体を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、焼結工程において作製された焼結体の表面を研磨することにより、転動体としての玉13などを完成させる。以上の工程により、本実施の形態におけるβサイアロン焼結体からなる転動体は完成する。 Next, a finishing process for completing the rolling elements is performed by performing a finishing process in which the surface of the sintered body produced in the sintering process is processed and a region including the surface is removed. Specifically, the balls 13 as rolling elements are completed by polishing the surface of the sintered body produced in the sintering step. Through the above steps, the rolling element made of the β sialon sintered body in the present embodiment is completed.
ここで、上記焼結工程における焼結により、焼結体の表面から厚み500μm程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が7%以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み150μm程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が3.5%以下である高緻密層が形成される。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に転走面となるべき領域において150μm以下とすることが好ましい。これにより、玉転走面13Aを含む領域に、高緻密層を残存させ、玉13の転動疲労寿命を向上させることができる。 Here, as a result of sintering in the above-described sintering step, a region having a thickness of about 500 μm from the surface of the sintered body is denser than the inside, and when the cross section is observed with oblique light of an optical microscope, a white region is obtained. A dense layer in which the area ratio of the observed white region is 7% or less is formed. Furthermore, the region having a thickness of about 150 μm from the surface of the sintered body has a higher density than the other regions in the dense layer, and is observed as a white region when the cross section is observed with an oblique light of an optical microscope. A highly dense layer in which the area ratio of the white region is 3.5% or less is formed. Therefore, in the finishing step, it is preferable that the thickness of the sintered body to be removed is 150 μm or less particularly in a region to be a rolling surface. Thereby, a highly dense layer can remain in the region including the ball rolling surface 13A, and the rolling fatigue life of the ball 13 can be improved.
なお、上記焼結工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、0.01MPa以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、焼結工程は1MPa以下の圧力下で行なうことが好ましい。また、βサイアロン焼結体からなる転動体のヤング率を180GPa以上270GPa以下の所望の値に調整するためには、たとえばβサイアロン粉末準備工程において準備されるβサイアロン粉末のz値を、0.1≦z≦3.5の範囲で調節すればよい。より具体的には、z値を増加させることにより、βサイアロン焼結体のヤング率を低下させることができる。 The sintering step is preferably performed under a pressure of 0.01 MPa or higher in order to suppress the decomposition of β sialon, and more preferably performed under a pressure of atmospheric pressure or higher in consideration of cost reduction. Moreover, in order to form a dense layer while suppressing manufacturing costs, the sintering process is preferably performed under a pressure of 1 MPa or less. Further, in order to adjust the Young's modulus of the rolling element made of the β sialon sintered body to a desired value of 180 GPa or more and 270 GPa or less, for example, the z value of the β sialon powder prepared in the β sialon powder preparation step is set to 0. What is necessary is just to adjust in the range of 1 <= z <= 3.5. More specifically, the Young's modulus of the β sialon sintered body can be decreased by increasing the z value.
また、上記実施の形態における外輪11および内輪12の素材としては、たとえばJIS規格SUJ2などの高炭素クロム軸受鋼、SCM420などの機械構造用合金鋼、S53Cなどの機械構造用炭素鋼などの鋼を採用することができる。 Further, as the material of the outer ring 11 and the inner ring 12 in the above embodiment, for example, high carbon chromium bearing steel such as JIS standard SUJ2, alloy steel for machine structure such as SCM420, steel such as carbon steel for machine structure such as S53C, and the like. Can be adopted.
上記実施の形態においては、本発明の原動機用転がり軸受の一例として深溝玉軸受について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受など種々の形式の転がり軸受に採用することができる。また、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受の軌道部材として、外輪および内輪が採用される場合について説明したが、軌道部材は、転動体が表面を転走するように使用される軸、ハウジングなどの部材であってもよい。すなわち、軌道部材は、転動体が転走するための転走面が形成された部材であればよい。 In the above embodiment, the deep groove ball bearing has been described as an example of the rolling bearing for a prime mover of the present invention. However, the rolling bearing of the present invention is not limited to this, and various types of rolling bearings such as an angular ball bearing and a cylindrical roller bearing. Can be adopted. In the above embodiment, the case where the outer ring and the inner ring are employed as the race members of the rolling bearing of the present invention has been described. However, the race member is a shaft used so that the rolling elements roll on the surface. Or a member such as a housing. That is, the raceway member should just be a member in which the rolling surface for a rolling element to roll was formed.
以下、本発明の実施例1について説明する。種々のz値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体を有する転がり軸受を作製し、z値と転動疲労寿命(耐久性)との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. Rolling bearings having rolling elements made of β sialon sintered bodies having various z values were produced, and tests for investigating the relationship between the z value and the rolling fatigue life (durability) were conducted. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でz値を0.1〜4の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態において図5に基づいて説明した転動体の製造方法と基本的に同様の方法で、z値が0.1〜4である転動体を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム(住友化学株式会社製、AKP30)および酸化イットリウム(H.C.Starck社製、Yttriumoxide grade C)とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形(CIP)で加圧を行ない、球状の成形体を得た。 First, a method for producing a test bearing to be tested will be described. First, β sialon powder prepared by a combustion synthesis method with a z value in the range of 0.1 to 4 is prepared, and is basically the same as the rolling element manufacturing method described in the above embodiment based on FIG. The rolling element whose z value is 0.1-4 by the method was produced. A specific manufacturing method is as follows. First, β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a sphere with a mold and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a spherical molded body.
引き続き当該成形体に対して1次焼結として常圧焼結を行なった後、圧力200MPaの窒素雰囲気中でHIP(Hot Isostatic Press;熱間静水圧焼結)処理することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、3/8インチセラミック球(JIS等級 G5)とした。そして、別途準備した軸受鋼(JIS規格SUJ2)製の軌道輪と組み合わせて、JIS規格6206型番の軸受を作製した(実施例A〜J)。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちz値が0である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた(比較例A)。 Subsequently, after performing atmospheric pressure sintering as primary sintering for the molded body, the sintered spheres are obtained by performing HIP (Hot Isostatic Press) in a nitrogen atmosphere at a pressure of 200 MPa. Manufactured. Next, lapping was performed on the sintered spheres to obtain 3/8 inch ceramic spheres (JIS grade G5). And the bearing of the JIS standard 6206 model number was produced in combination with the bearing ring made from bearing steel (JIS standard SUJ2) prepared separately (Example AJ). For comparison, a rolling element made of silicon nitride, that is, a rolling element having a z value of 0 was also produced in the same manner as the rolling element made of β sialon, and similarly assembled to a bearing (Comparative Example A).
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたJIS規格6206型番の軸受に対し、最大接触面圧Pmax:3.2GPa、軸受回転数:2000rpm、潤滑:タービン油VG68(清浄油)の循環給油、試験温度:室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して転動体の破損状態を確認した。 Next, test conditions will be described. Maximum contact surface pressure P max : 3.2 GPa, bearing rotational speed: 2000 rpm, lubrication: circulating oil supply of turbine oil VG68 (clean oil), test temperature: room temperature for the JIS standard 6206 model bearing manufactured as described above A fatigue test was performed under the conditions of The vibration of the bearing during operation is monitored by the vibration detection device, and the test is stopped when the rolling element is damaged and the vibration of the bearing exceeds a predetermined value. Recorded as bearing life. In addition, after the test was stopped, the bearing was disassembled to confirm the damaged state of the rolling elements.
表1に本実施例の試験結果を示す。表1においては、各実施例および比較例における寿命が、比較例A(窒化珪素)における寿命を1とした寿命比で表されている。また、破損形態は、転動体の表面に剥離が発生した場合「剥離」、剥離が発生することなく表面が摩耗して試験が中止された場合「摩耗」と記載されている。 Table 1 shows the test results of this example. In Table 1, the life in each Example and Comparative Example is expressed as a life ratio with the life in Comparative Example A (silicon nitride) as 1. The damage form is described as “peeling” when peeling occurs on the surface of the rolling element, and “wearing” when the surface is worn without peeling and the test is stopped.
表1を参照して、z値が0.1以上3.5以下となっている本発明の実施例A〜Hでは、窒化珪素(比較例A)と比較して遜色ない寿命を有している。また、破損形態も窒化珪素の場合と同様に「剥離」となっている。これに対し、z値が3.5を超える実施例Iでは、寿命が低下するとともに、転動体に摩耗が観察される。すなわち、z値が3.8である実施例Iでは、最終的には転動体に剥離が発生しているものの、転動体における摩耗が影響し、寿命が低下したものと考えられる。さらに、z値が4である実施例Jにおいては、短時間に転動体の摩耗が進行し、転がり軸受の耐久性がさらに低下している。 Referring to Table 1, Examples A to H of the present invention in which the z value is 0.1 or more and 3.5 or less have a life comparable to that of silicon nitride (Comparative Example A). Yes. Further, the form of breakage is “peeling” as in the case of silicon nitride. On the other hand, in Example I in which the z value exceeds 3.5, the life is shortened and wear is observed on the rolling elements. That is, in Example I in which the z value is 3.8, it is considered that although the rolling element finally peeled off, the life of the rolling element was affected by the wear of the rolling element. Furthermore, in Example J in which the z value is 4, the wear of the rolling elements proceeds in a short time, and the durability of the rolling bearing is further reduced.
以上のように、z値が0.1以上3.5以下の範囲においては、βサイアロン焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受の耐久性は、窒化珪素の焼結体からなる転動体を備えた転がり軸受とほぼ同等である。これに対し、z値が3.5を超えると転動体が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が低下する。さらに、z値が大きくなると、βサイアロンからなる転動体の破損原因が「剥離」から「摩耗」に変化し、転動疲労寿命が一層低下することが明らかとなった。このように、z値を0.1以上3.5以下とすることにより、安価で、かつ耐久性に優れたβサイアロン焼結体からなる転動体が得られることが確認された。 As described above, when the z value is in the range of 0.1 to 3.5, the rolling bearing provided with the rolling element made of β sialon sintered body has the durability of the rolling element made of the silicon nitride sintered body. It is almost equivalent to a rolling bearing with On the other hand, if the z value exceeds 3.5, the rolling elements are likely to be worn, resulting in a decrease in the rolling fatigue life. Furthermore, it has been clarified that when the z value increases, the cause of breakage of the rolling element made of β sialon changes from “peeling” to “wear”, and the rolling fatigue life is further reduced. Thus, it was confirmed that a rolling element made of a β sialon sintered body that is inexpensive and excellent in durability can be obtained by setting the z value to 0.1 or more and 3.5 or less.
なお、表1を参照して、z値が3を超える3.5の実施例Hにおいては、転動体には僅かな摩耗が発生しており、寿命も実施例A〜Gに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、z値は3以下とすることが望ましいといえる。 In addition, with reference to Table 1, in Example H in which the z value exceeds 3.5, a slight amount of wear has occurred in the rolling elements, and the service life has also decreased compared to Examples A to G. ing. From this, it can be said that the z value is desirably 3 or less in order to ensure sufficient durability more stably.
また、上記実験結果より、窒化珪素からなる転動体と同等以上の耐久性(寿命)を得るには、z値は2以下とすることが好ましく、1.5以下とすることが、より好ましい。一方、燃焼合成を採用した製造工程によるβサイアロン粉体の作製の容易性を考慮すると、十分に自己発熱による反応が期待できる0.5以上のz値を採用することが好ましい。 From the above experimental results, the z value is preferably 2 or less, and more preferably 1.5 or less, in order to obtain durability (life) equal to or greater than that of a rolling element made of silicon nitride. On the other hand, in view of the ease of production of β sialon powder by a production process employing combustion synthesis, it is preferable to employ a z value of 0.5 or more at which a reaction due to self-heating can be sufficiently expected.
以下、本発明の実施例2について説明する。種々のz値を有するβサイアロン焼結体からなる転動体を有する転がり軸受を作製し、当該転がり軸受に対して衝撃が作用する環境下におけるz値と転動疲労寿命との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 2 of the present invention will be described below. A test for producing a rolling bearing having rolling elements made of β-sialon sintered bodies having various z values and investigating the relationship between the z value and the rolling fatigue life in an environment in which an impact is applied to the rolling bearing. Was done. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でz値を0.1〜3.5の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施例1と同様の方法で、z値が0.1〜3.5である転動体を作製した。そして、別途準備した様々な鋼材を素材として製作した軌道輪と組み合わせて、JIS規格6206型番の軸受を作製した(実施例A〜J)。軌道輪を構成する鋼としては、JIS規格SUJ2、SCM420、SCr420、S53C、S45C、S40CおよびAISI規格M50を採用した。また、比較のため、窒化珪素からなる転動体、すなわちz値が0である転動体も上記βサイアロンからなる転動体と同様の方法で作製し、同様に軸受に組立てた(比較例A)。 First, a method for producing a test bearing to be tested will be described. First, β sialon powder prepared by a combustion synthesis method with a z value in the range of 0.1 to 3.5 is prepared, and the z value is 0.1 to 3.5 by the same method as in Example 1 above. A rolling element was produced. And the bearing of the JIS standard 6206 model number was produced in combination with the bearing ring produced using the various steel materials prepared separately as a raw material (Examples AJ). As steel constituting the race, JIS standards SUJ2, SCM420, SCr420, S53C, S45C, S40C and AISI standard M50 were adopted. For comparison, a rolling element made of silicon nitride, that is, a rolling element having a z value of 0 was also produced in the same manner as the rolling element made of β sialon, and similarly assembled to a bearing (Comparative Example A).
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたJIS規格6206型番の軸受に対し、最大接触面圧Pmax:2.5GPa、軸受回転数:500rpm、潤滑:タービン油VG68循環給油、加振条件:2500N(50Hz)、試験温度:室温の条件の下で運転する加振衝撃疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、軸受に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。また、試験中止後、軸受を分解して軸受の破損状態を確認した。 Next, test conditions will be described. For the bearing of the JIS standard 6206 model number manufactured as described above, the maximum contact surface pressure P max : 2.5 GPa, the bearing rotation speed: 500 rpm, lubrication: turbine oil VG68 circulating oil supply, vibration conditions: 2500 N (50 Hz), Test temperature: An excitation shock fatigue test was performed under the condition of room temperature. The vibration of the bearing during operation is monitored by the vibration detection device, and the test is stopped when the bearing is damaged and the vibration of the bearing exceeds a predetermined value. Recorded as the lifetime of. In addition, after the test was stopped, the bearing was disassembled to confirm the damaged state of the bearing.
表2に本実施例の試験結果を示す。表2においては、各欄内の上段に各実施例および比較例における寿命が、軌道輪の材質をSUJ2とした場合の比較例A(窒化珪素)の寿命を1とした寿命比で表されている。また、各欄内の下段には、軸受の破損部位(軌道輪または玉)が記載されている。 Table 2 shows the test results of this example. In Table 2, the life in each example and comparative example is shown in the upper part of each column as a life ratio with the life of Comparative Example A (silicon nitride) as 1 when the material of the bearing ring is SUJ2. Yes. Moreover, the damaged part (bearing ring or ball) of the bearing is described in the lower part of each column.
表2を参照して、z値が0.5以上3.0以下となっている本発明の実施例C〜Hは、窒化珪素(比較例A)と比較して明確に長寿命となっている。ここで、表2に示すように、破損部位は窒化珪素の場合と同様に軌道部材(軌道輪)となっており、破損形態は剥離であった。これに対し、z値が3.0を超える実施例IおよびJでは、寿命が低下するとともに、転動体(玉)の破損(剥離)が先行する。すなわち、z値が3.25である実施例Iでは、衝撃の影響によりβサイアロン焼結体からなる軸受部品(玉)に損傷が生じ、寿命が低下したものと考えられる。さらに、z値が3.5である実施例Jおいては、さらに短時間に転動体の剥離が生じ、転がり軸受の耐久性が一層低下している。 Referring to Table 2, Examples C to H of the present invention having a z value of 0.5 or more and 3.0 or less clearly have a longer life than silicon nitride (Comparative Example A). Yes. Here, as shown in Table 2, the damaged part was a track member (track ring) as in the case of silicon nitride, and the damaged form was delamination. On the other hand, in Examples I and J in which the z value exceeds 3.0, the life is shortened and the rolling element (ball) is damaged (peeled) first. That is, in Example I in which the z value is 3.25, it is considered that the bearing part (ball) made of the β sialon sintered body is damaged due to the impact and the life is shortened. Furthermore, in Example J in which the z value is 3.5, the rolling elements are peeled off in a shorter time, and the durability of the rolling bearing is further reduced.
一方、z値が0.5より小さい実施例AおよびBでは、寿命が比較例Aとほぼ同じ程度にまで低下するとともに、軌道部材の破損(剥離)が先行する。すなわち、z値が0.25である実施例Bでは、z値が0(窒化珪素)である比較例Aとの物性の差が小さくなる。そのため、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との衝突によって、一方的に軌道部材側に損傷が生じ、窒化珪素焼結体からなる玉を採用した比較例A並みにまで寿命が低下したものと考えられる。 On the other hand, in Examples A and B in which the z value is smaller than 0.5, the lifetime is reduced to substantially the same level as in Comparative Example A, and the raceway member is preceded by breakage (peeling). That is, in Example B in which the z value is 0.25, the difference in physical properties from Comparative Example A in which the z value is 0 (silicon nitride) is reduced. Therefore, the collision between the ball made of the β sialon sintered body and the race member facing the ball unilaterally causes damage on the race member side, and the same as Comparative Example A employing the ball made of the silicon nitride sintered body. It is thought that the lifetime was reduced to
さらに、表2を参照して、z値が0.5以上3.0以下となっている場合であっても、相対する軌道輪の硬度(表面硬度)がHV680未満である場合、軌道輪の硬度がHV680以上の場合に比べて寿命が低下する傾向にある。これは、軌道輪の硬度が低い場合、βサイアロン焼結体からなる玉と、当該玉に相対する軌道部材との衝突によって、軌道部材側に損傷が生じ易くなるためであると考えられる。 Furthermore, referring to Table 2, even when the z value is 0.5 or more and 3.0 or less, when the hardness (surface hardness) of the opposite bearing ring is less than HV680, The life tends to be shorter than when the hardness is HV680 or higher. This is thought to be because when the hardness of the raceway is low, damage to the raceway member is likely to occur due to the collision between the ball made of β sialon sintered body and the raceway member facing the ball.
以上のように、z値が3.0を超えるとβサイアロン焼結体からなる軸受部品自身が破損し易くなる一方、z値が0.5未満では、相手部材との間の接触面圧が増加し、相手部材に損傷が発生しやすくなる。そして、z値を0.5以上3.0以下とすることにより、転動体を構成する素材の強度と、軌道部材との間の接触面圧の低減とのバランスが確保される。その結果、軸受に対して衝撃が作用する環境下において、βサイアロン焼結体からなる転動体を含む転がり軸受の寿命が向上することが確認された。特に、軌道部材が鋼からなる場合、軌道部材の物性と転動体の物性とがほどよく調和して、衝撃、振動等による損傷の発生を抑制することができる。このように、転動体を構成するβサイアロンのz値を0.5以上3.0以下とすることにより、衝撃が作用する環境下で使用される転がり軸受の耐久性を向上させることができることが確認された。 As described above, when the z value exceeds 3.0, the bearing part itself made of the β sialon sintered body is easily damaged, whereas when the z value is less than 0.5, the contact surface pressure between the mating member is low. It increases, and damage to the mating member is likely to occur. And by making z value 0.5 or more and 3.0 or less, the balance of the intensity | strength of the raw material which comprises a rolling element and the reduction of the contact surface pressure between track members is ensured. As a result, it was confirmed that the life of a rolling bearing including a rolling element made of a β sialon sintered body is improved in an environment in which an impact is applied to the bearing. In particular, when the race member is made of steel, the physical properties of the race member and the physical properties of the rolling elements are well matched, and the occurrence of damage due to impact, vibration, or the like can be suppressed. Thus, the durability of the rolling bearing used in an environment in which an impact acts can be improved by setting the z-value of β sialon constituting the rolling element to 0.5 or more and 3.0 or less. confirmed.
また、軌道部材が鋼からなる場合、当該軌道部材の損傷を抑制するため、軌道部材の表面硬度はHV680以上とすることが好ましいことが確認された。 In addition, when the race member is made of steel, it was confirmed that the surface hardness of the race member is preferably HV680 or more in order to suppress damage to the race member.
以下、本発明の実施例3について説明する。本発明の原動機用転がり軸受を構成するβサイアロンからなる転動体の緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 3 of the present invention will be described below. A test was conducted to investigate the formation state of the dense layer and the highly dense layer of the rolling elements made of β sialon constituting the rolling bearing for prime mover of the present invention. The test procedure is as follows.
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がSi5AlON7であるβサイアロンの粉末(株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス)を準備し、上記実施の形態において図5に基づいて説明した転動体の製造方法と同様の方法で、一辺が約10mmの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム(住友化学株式会社製、AKP30)および酸化イットリウム(H.C.Starck社製、Yttriumoxide grade C)とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形(CIP)で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力0.4MPaの窒素雰囲気中で1650℃に加熱して焼結することで(常圧焼結)、上記立方体試験片を製造した。 First, a β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by a combustion synthesis method was prepared, and the rolling element described in the above embodiment based on FIG. A cubic test piece having a side of about 10 mm was produced in the same manner as in the manufacturing method. A specific manufacturing method is as follows. First, a β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a predetermined shape with a mold and further pressed by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a molded body. Subsequently, the cube test piece was manufactured by heating and sintering the molded body at 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere having a pressure of 0.4 MPa (atmospheric pressure sintering).
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡(株式会社ニコン製、マイクロフォト−FXA)の斜光で観察し、倍率50倍のインスタント写真(フジフイルム株式会社製 FP−100B)を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて(解像度300DPI)パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト(三谷商事株式会社製 WinROOF)を用いて輝度閾値による2値化処理を行なって(本実施例での2値化分離閾値:140)、白色領域の面積率を測定した。 Thereafter, the test piece was cut, and the cut surface was lapped with a diamond lapping machine, and then mirror lapping with a chromium oxide lapping machine was performed to form a cross section for observation including the center of the cube. And the said cross section was observed with the oblique light of the optical microscope (the Nikon Corporation make, Microphoto-FXA), and the 50-times-magnification instant photograph (Fujifilm Corporation FP-100B) was image | photographed. Thereafter, the obtained photographic image was taken into a personal computer using a scanner (resolution: 300 DPI). And the binarization process by a brightness | luminance threshold value was performed using the image processing software (Mitani Corporation WinROOF) (binarization separation threshold value in a present Example: 140), and the area ratio of the white area | region was measured.
次に、試験結果について説明する。図6は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図7は、図6の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により2値化処理した状態を示す一例である。また、図8は、図6の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により2値化処理して白色領域の面積率を測定する際に、画像処理を行なう領域(評価領域)を示す図である。図6において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。 Next, test results will be described. FIG. 6 is a photograph obtained by photographing the observation cross section of the test piece with oblique light from an optical microscope. FIG. 7 is an example showing a state in which the image of the photograph in FIG. 6 is binarized using a luminance threshold using image processing software. Further, FIG. 8 shows a region (evaluation region) where image processing is performed when the image of the photograph of FIG. 6 is binarized by the luminance threshold using image processing software and the area ratio of the white region is measured. FIG. In FIG. 6, the upper side of the photograph is the surface side of the test piece, and the upper end is the surface.
図6および図7を参照して、上記実施の形態と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図8に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて3つの領域(最表面からの距離が150μm以内の領域、150μmを超え500μm以内の領域、500μmを超え800μm以内の領域)に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表3に示す結果が得られた。表3においては、図8に示した各領域を1視野として、無作為に撮影された5枚の写真から得られる5視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。 With reference to FIGS. 6 and 7, the test piece in this example manufactured by the same manufacturing method as in the above embodiment has a layer having a white area smaller than the inside in the area including the surface. I understand. Then, as shown in FIG. 8, the photographed photograph image is divided into three regions according to the distance from the outermost surface of the test piece (the region having a distance of 150 μm or less from the outermost surface, the region exceeding 150 μm and within 500 μm, When the area ratio of the white area was calculated by performing image analysis for each area and obtaining the area ratio of the white area, the results shown in Table 3 were obtained. In Table 3, the average value and the maximum value of the area ratio of the white area in five fields of view obtained from five photographs taken at random are shown with each field shown in FIG. 8 as one field of view. Yes.
表3を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において18.5%であったのに対し、表面からの深さが500μm以下である領域においては3.7%、表面からの深さが150μm以下の領域においては1.2%となっていた。このことから、上記実施の形態と同様の上記製造方法により作製された本実施例における試験片においては、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。 Referring to Table 3, the area ratio of the white region in the present example was 18.5% inside, whereas it was 3.7% in the region having a depth of 500 μm or less from the surface. It was 1.2% in the region where the depth from the region was 150 μm or less. From this, in the test piece in the present example produced by the above manufacturing method similar to the above embodiment, a dense layer and a highly dense layer having a white region less than the inside are formed in the region including the surface. It was confirmed.
以下、本発明の実施例4について説明する。本発明の原動機用転がり軸受を構成するβサイアロン焼結体からなる転動体の転動疲労寿命を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 4 of the present invention will be described below. A test was conducted to confirm the rolling fatigue life of the rolling element made of the β sialon sintered body constituting the rolling bearing for a prime mover of the present invention. The test procedure is as follows.
まず、試験の対象となる試験軸受の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がSi5AlON7であるβサイアロンの粉末(株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス)を準備し、上記実施の形態において図5に基づいて説明した転動体の製造方法と同様の方法で直径9.525mmの3/8インチセラミック球を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム(住友化学株式会社製、AKP30)および酸化イットリウム(H.C.Starck社製、Yttriumoxide grade C)とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で球体に成形し、さらに冷間静水圧成形(CIP)で加圧を行ない球状の成形体を得た。 First, a method for producing a test bearing to be tested will be described. First, a β sialon powder (product name: Melamix, manufactured by Isman Jay Co., Ltd.) having a composition of Si 5 AlON 7 prepared by a combustion synthesis method was prepared, and the rolling element described in the above embodiment based on FIG. A 3/8 inch ceramic sphere having a diameter of 9.525 mm was produced in the same manner as the production method described above. A specific manufacturing method is as follows. First, a β sialon powder refined to submicron, aluminum oxide (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP30) and yttrium oxide (manufactured by HC Starck Co., Ltd., Yttrium oxide grade C) as a ball mill Were mixed by wet mixing. Then, granulation was performed with a spray dryer to produce granulated powder. The granulated powder was molded into a sphere with a mold, and further pressurized by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a spherical molded body.
次に、当該成形体に対して焼結後の加工代が所定の寸法となるようにグリーン体加工を行ない、引き続き当該成形体を圧力0.4MPaの窒素雰囲気中で1650℃に加熱して焼結することで、焼結球体を製造した。次に、当該焼結球体にラッピング加工を行ない、3/8インチセラミック球(転動体;JIS等級 G5)とした。そして、別途準備した軸受鋼(JIS規格SUJ2)製の軌道輪と組み合わせて、JIS規格6206型番の軸受を作製した。ここで、上記焼結球体に対するラッピング加工により除去される焼結球体の厚み(加工代)を8段階に変化させ、8種類の軸受を作製した(実施例A〜H)。一方、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて加圧焼結法により焼結した焼結球体(日本特殊陶業株式会社製 EC141)に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、別途準備した軸受鋼(JIS規格SUJ2)製の軌道輪と組み合わせて、JIS規格6206型番の軸受を作製した(比較例A)。ラッピング加工による加工代は0.25mmとした。 Next, the green body is processed so that the processing allowance after sintering becomes a predetermined dimension, and the green body is subsequently heated to 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.4 MPa. By sintering, sintered spheres were produced. Next, lapping was performed on the sintered spheres to obtain 3/8 inch ceramic spheres (rolling elements; JIS grade G5). And the bearing of the JIS standard 6206 model number was produced in combination with the bearing ring made from bearing steel (JIS standard SUJ2) prepared separately. Here, the thickness (processing allowance) of the sintered sphere removed by the lapping process on the sintered sphere was changed in eight stages, and eight types of bearings were produced (Examples A to H). On the other hand, for comparison, lapping is performed on sintered spheres (EC 141 manufactured by Nippon Special Ceramics Co., Ltd.) sintered by pressure sintering using raw material powders composed of silicon nitride and a sintering aid in the same manner as described above. Processing was performed, and a bearing of JIS standard 6206 model number was manufactured in combination with a bearing ring (JIS standard SUJ2) prepared separately (Comparative Example A). The machining allowance for lapping was 0.25 mm.
次に、試験条件について説明する。上述のように作製されたJIS規格6206型番の軸受に対し、最大接触面圧Pmax:3.2GPa、軸受回転数:2000rpm、潤滑:タービン油VG68(清浄油)の循環給油、試験温度:室温、の条件の下で運転する疲労試験を行なった。そして、振動検出装置により運転中の軸受の振動を監視し、転動体に破損が発生して軸受の振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該軸受の寿命として記録した。なお、試験数は実施例、比較例ともに15個ずつとし、そのL10寿命を算出した上で、比較例Aに対する寿命比で耐久性を評価した。 Next, test conditions will be described. Maximum contact surface pressure P max : 3.2 GPa, bearing rotational speed: 2000 rpm, lubrication: circulating oil supply of turbine oil VG68 (clean oil), test temperature: room temperature for the JIS standard 6206 model bearing manufactured as described above A fatigue test was performed under the conditions of The vibration of the bearing during operation is monitored by the vibration detection device, and the test is stopped when the rolling element is damaged and the vibration of the bearing exceeds a predetermined value. Recorded as bearing life. The number of tests was 15 in each of the examples and the comparative examples, and after calculating the L 10 life, the durability was evaluated by the life ratio with respect to Comparative Example A.
表4に本実施例の試験結果を示す。表4を参照して、実施例の軸受の寿命は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を0.5mm以下とすることにより転動体の表面に緻密層を残存させた実施例D〜Gの軸受の寿命は、比較例Aの寿命の1.5〜2倍程度となっていた。さらに、加工代を0.15mm以下とすることにより転動体の表面に高緻密層を残存させた実施例A〜Cの軸受の寿命は、比較例Aの寿命の3倍程度となっていた。このことから、本発明の原動機用転がり軸受は、耐久性において優れていることが確認された。そして、本発明の原動機用転がり軸受は、βサイアロン焼結体からなる転動体の加工代を0.5mm以下として、表面に緻密層を残存させることにより寿命が向上し、加工代を0.15mm以下として、表面に高緻密層を残存させることにより寿命がさらに向上することが分かった。 Table 4 shows the test results of this example. Referring to Table 4, it can be said that the life of the bearings of the examples is all good considering the manufacturing cost and the like. The life of the bearings of Examples D to G in which the dense layer remains on the surface of the rolling element by setting the machining allowance to 0.5 mm or less is about 1.5 to 2 times the life of Comparative Example A. It was. Furthermore, the life of the bearings of Examples A to C in which the high-density layer remained on the surface of the rolling element by setting the machining allowance to 0.15 mm or less was about three times the life of Comparative Example A. From this, it was confirmed that the rolling bearing for motor of the present invention is excellent in durability. In the rolling bearing for motor of the present invention, the machining allowance of the rolling element made of β sialon sintered body is 0.5 mm or less, the life is improved by leaving the dense layer on the surface, and the machining allowance is 0.15 mm. It has been found that the lifetime is further improved by leaving a highly dense layer on the surface as follows.
今回開示された実施の形態および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て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。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の原動機用転がり軸受は、耐焼付性の向上が求められる原動機用転がり軸受に、特に有利に適用され得る。 The rolling bearing for a prime mover of the present invention can be particularly advantageously applied to a rolling bearing for a prime mover that requires improved seizure resistance.
1 深溝玉軸受、11 外輪、11A 外輪転走面、12 内輪、12A 内輪転走面、13 玉、13A 玉転走面、13B 玉緻密層、13C 内部、13D 玉高緻密層、14 保持器、90 汎用エンジン、91 クランクシャフト、91A 外周面、92 クランクピン、93 コンロッド、94 ピストンピン、95 ピストン、99 ハウジング。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deep groove ball bearing, 11 outer ring, 11A outer ring rolling surface, 12 inner ring, 12A inner ring rolling surface, 13 balls, 13A ball rolling surface, 13B ball dense layer, 13C inside, 13D ball high dense layer, 14 cage, 90 general-purpose engine, 91 crankshaft, 91A outer peripheral surface, 92 crankpin, 93 connecting rod, 94 piston pin, 95 piston, 99 housing.
Claims (12)
軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備え、
前記転動体は、窒化珪素からなる場合に比べて前記軌道部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなっている、原動機用転がり軸受。 A prime mover rolling bearing that rotatably supports a main shaft of a prime mover with respect to a member disposed so as to face the main shaft,
A track member;
A rolling element that contacts the raceway member and is disposed on an annular raceway,
The rolling element for a prime mover, wherein the rolling element is made of ceramics capable of suppressing an impact on the raceway member as compared with a case where the rolling element is made of silicon nitride.
前記軌道部材の表面硬度はHV680以上となっている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の原動機用転がり軸受。 The track member is made of steel,
The rolling bearing for a prime mover according to any one of claims 1 to 7, wherein a surface hardness of the raceway member is HV680 or more.
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