転がり軸受
【課題】従来の転がり疲れ寿命を維持しつつも、軸受のトルクと発塵現象を低減できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１は、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼でボール４が形成され、かつ浸炭窒化処理又は窒化処理により、転動面４ａのＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び転動面４ａのＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ内輪２及び外輪３がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ軸受外径をＤ、軸受内径をｄ、転動体の玉径をＤａ、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたとき、パラメータＡが４３％以上５４％以下となる。
【解決手段】転がり軸受１は、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼でボール４が形成され、かつ浸炭窒化処理又は窒化処理により、転動面４ａのＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び転動面４ａのＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ内輪２及び外輪３がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ軸受外径をＤ、軸受内径をｄ、転動体の玉径をＤａ、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたとき、パラメータＡが４３％以上５４％以下となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、転がり軸受は、エアコンファン、冷却ファン、換気扇、クリーナー、及び洗濯機等の家電用モータ全般、並びに汎用モータ、工作機械スピンドル、サーボモータ、及びステッピングモータ等の産業用モータ全般において利用できる。
ここで、従来より、転がり軸受には、早期剥離を防止する課題があるため、例えば、内輪、外輪及び転動体のうち少なくとも一つの転動体が、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、浸炭窒化又は窒化を含む熱処理が施されて得られ、その転がり面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が、面積比で１．０％以上２０．０％以下であるとともに、その転がり面をなす表層部のＮ含有率が、０．２質量％以上であるものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示の転がり軸受は、早期剥離の低減を実現できたが、本願発明者は、転動体の大きさと個数が、トルクの大きさ及びグリース漏れの可能性に関わることが分かった（後述の図３及び図４参照）。従って、転がり軸受トルクを低減し、グリース漏れや蒸発、飛散による発塵現象を低減することには、更に改善の余地がある。
本発明の目的は、早期剥離を低減できる材料により形成された転動体を採用し、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２鋼を利用する場合とほぼ同等な軸受の転がり疲れ寿命を維持しつつも、軸受のトルクと発塵現象を低減できる転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記内輪及び前記外輪のうち一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によって前記転動体が形成され、かつ、
浸炭窒化処理又は窒化処理によって、前記転動体の転動面のＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び前記転動面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ、前記内輪及び前記外輪がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ、前記外輪の軸受外径をＤとし、前記内輪の軸受内径をｄとし、転動体の玉径をＤａとし、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下となることを特徴とする転がり軸受である。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１の記載において、前記内輪及び前記外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγRAB とし、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たすことを特徴とする転がり軸受である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、転動体について現行品（ＳＵＪ２鋼を用いた通常の軸受モデル）と比べてパラメータＡを小さくしたことで（玉径及び／又は転動体の数を小さくしたことで）、軸受の内部空間を広げ、グリースの攪拌抵抗を小さくし、軸受トルクを低減できる。更に、グリース漏れや蒸発、飛散も低減でき、これによる発塵現象も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の転がり軸受の構成を示す図である。
【図２】パラメータＡと寿命比との関係を示す特性図である。
【図３】パラメータＡと動トルク（動トルク比）との関係を示す特性図である。
【図４】パラメータＡとグリース漏れ量（グリース漏れ量比）との関係を示す特性図である。
【図５】非接触シール付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図６】接触シール付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図７】非接触シールド付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図８】プラスチック製保持器を有する転がり軸受の構成例を示す斜視図である。
【図９】実施例１を説明する特性図である。
【図１０】実施例２を説明する特性図である。
【図１１】実施例３を説明する特性図である。
【図１２】実施例４を説明する特性図である。
【図１３】実施例５を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態は、転がり軸受である。
図１は、本実施形態の転がり軸受１の構成を示す。
図１に示すように、転がり軸受１は、互いに対向配置される軌道面２ａ，３ａを有する内輪２及び外輪３と、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置され、軌道面２ａ，３ａに対する転動面４ａを有するボール４と、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置されたボール４を円周方向に等間隔に保持する保持器５と、を有する深溝玉軸受である。このような転がり軸受は、内輪２の外周面及び外輪３の内周面に設けた対向する軌道面２ａ，３ａ間に複数のボール４が保持器５により保持されつつ転動自在に配置され、ボール４が転動することにより、内輪２及び外輪３のうち一方が他方に対して相対移動する。
【００１０】
ここで、転がり軸受１は、以下の条件を満たしている。
（１）Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によってボール４が形成されている。
（２）浸炭窒化処理又は窒化処理によって、ボール４の転動面４ａのＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及びボール４の転動面４ａのＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下になっている。
（３）内輪２及び外輪３の軌道面２ａ，３ａの残留オーステナイト量をγRAB とし、ボール４の転動面４ａの残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たしている。
（４）内輪２及び外輪３がＪＩＳ Ｇ ４８０５規格のＳＵＪ２鋼によって形成されている。
（５）外輪３の軸受外径をＤとし、内輪２の軸受内径をｄとし、ボール４の玉径（ボール径）をＤａとし、玉数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下になっている。
【００１１】
以上の条件（１）乃至（５）を満たす本実施形態の転がり軸受の寿命は、従来の内外輪及びボール全てにＳＵＪ２鋼を使用したものと同等に維持されつつも、低トルクかつ低発塵のものとなる。図２乃至図４を用いて、その理由を説明する。
図２は、横軸にパラメータＡをとり、縦軸に転がり軸受の寿命比をとっている。そして、図２には、ＳＵＪ２鋼により形成されたボールと内外輪により得られる結果（従来例又は通常例）Ａ、ボール及び内外輪が条件（１）乃至（４）（条件（４）については従来と同様）を満たし、ボールの玉径及び玉数が従来と同様であり、パラメータＡを調整していない（パラメータＡが約６０％）のボールにより得られる結果（参照例）Ｂ、及び条件（１）乃至（５）（条件（４）については従来と同様）を満たす転がり軸受により得られる結果（実施形態の例）Ｃ及びＤを示す。ここで、寿命比は、従来例Ａの寿命を１．０とした場合の値である。
【００１２】
図２に示すように、参照例Ｂの寿命は、従来例Ａの約１．５倍になる。その一方で、参照例Ｂに対して、条件（５）を加えた実施形態の例Ｃ及びＤは、従来例Ａと同等（寿命比＝１．０）になる。
なお、図２中に実線や一点鎖線で示すように、転がり軸受の寿命は、パラメータＡを連続的に変化させたとき、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを連続的に変化させたとき、線形的に変化する。
【００１３】
ここで、図３は、パラメータＡと動トルク（動トルク比）との関係を示す。
図３に示すように、パラメータＡを小さくすると、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを小さい値にすると、ボールの転がり摩擦抵抗の総和、保持器の保持ポケット内での滑り抵抗の総和、及びボールの慣性力の総和が小さくなるため、動トルクが小さくなる（低トルクになる）。
【００１４】
また、図４は、パラメータＡとグリース漏れ量（グリース漏れ量比）との関係を示す。
図４に示すように、パラメータＡを小さくすると（なお、このとき、軸受の内外径及び幅寸法は維持）、軸受の空間容積が大きくなる。これにより、封入されたグリースについて、回転時に軸受内で堆積する容量が増すため、グリース漏れ量が少なくなる、すなわち、グリース漏れや蒸発、飛散を低減でき、低発塵になる。
【００１５】
以上のように、従来例Ａの約１．５倍の寿命を有する参照例Ｂに対して、条件（５）を加えた（パラメータＡを４３％以上５４％以下と小さくした）実施形態の例Ｃ及びＤは、従来例Ａと同等（寿命比＝１．０）になる。そして、実施形態の例Ｃ及びＤは、パラメータＡを小さくし抑えていることで、低トルクかつ低発塵になる（図３及び図４参照）。
つまり、本実施形態の転がり軸受は、条件（５）を満たすこと、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを小さい値にすることで、それに伴う転がり軸受の寿命低下を条件（１）乃至（４）（特に条件（１）乃至（３））により補って、転がり軸受の寿命を従来のものと同等にしつつ、低トルクかつ低発塵を実現している。
【００１６】
すなわち、本実施形態の転がり軸受は、転動体について現行品（ＳＵＪ２鋼を用いた通常の軸受モデル）と比べてパラメータＡを小さくしたことで（玉径及び／又は転動体の数を小さくしたことで）、軸受の内部空間を広げ、グリースの攪拌抵抗を小さくし、軸受トルクを低減できる。更に、本実施形態の転がり軸受は、グリース漏れや蒸発、飛散も低減でき、これによる発塵現象も低減できる。
【００１７】
また、転がり軸受の寿命延長のためには、セラミック球を用いることは効果的であるが、セラミック球は高価である。これに対して、本実施形態の転がり軸受は、安価に転がり軸受の寿命を所望のものとすることができる。
【００１８】
（本実施形態の変形例）
本実施形態では、転がり軸受に次のようなシール又はシールドを設けることもできる。
図５は、非接触シール付き転がり軸受の構成例を示す。
図５に示すように、非接触シール１０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。非接触シール１０は、一枚の円環状体である芯金１１に、ゴムやエラストマー等の弾性材１２を被覆して成形され、全体が円環板状に形成されている。この非接触シール１０は、その外周縁部１０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合されることによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。
【００１９】
弾性材１２の内周縁部には、軸方向内側に延び、内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの軸方向内側面２ｂ１に非接触の内側リップ１２ａと、内側リップ１２ａより軸方向外側に位置し、径方向内側に延び、内輪シール溝２ｂの径方向内側面２ｂ２に非接触となって該径方向内側面２ｂ２との間でラビリンス隙間１３を形成する外側リップ１２ｂと、が形成されている。
非接触シール付き転がり軸受は、このような非接触シール１０により、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、非接触シール付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
【００２０】
図６は、接触シール付き転がり軸受の構成例を示す。
図６に示すように、接触シール２０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。接触シール２０は、一枚の円環板状体を所要の形状に加工してなる芯金２１に、ゴムやエラストマー等の弾性材２２を被覆して成形され、全体が円環板状に形成されている。この接触シール２０は、その外周縁部２０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合されることによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。
【００２１】
弾性材２２の内周縁部には、軸方向内側に延び、内輪２の外周面２ｃと非接触の内側リップ２２ａと、内側リップ２２ａより軸方向外側に位置し、径方向内側に延び、内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの軸方向の内側に向く面２ｂ３に接触する外側リップ２２ｂと、が形成されている。
接触シール付き転がり軸受は、このような接触シールにより、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、接触シール付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
【００２２】
図７は、非接触シールド付き転がり軸受の構成例を示す。
図７に示すように、非接触シールド３０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。非接触シールド３０は、鉄板やステンレス板などの薄い金属板をプレス加工などにより、一枚の円環状体として形成されている。非接触シールド３０は、その外径が外輪３の外径よりも小径、且つ外輪３の内径よりも大径で、その内径が内輪２の外径よりも小径、且つ内輪２の内径よりも大径をなすように形成されている。この非接触シールド３０は、その外周縁部３０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合することによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。そして、非接触シールド３０は、内周縁部３０ｂが内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの径方向内側面２ｂ２に非接触となって該径方向内側面２ｂ２との間でラビリンス隙間３１を形成している。
【００２３】
非接触シールド付き転がり軸受は、このような非接触シールドにより、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、非接触シールド付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
また、本実施形態では、保持器をプラスチック製保持器とすることもできる。
図８は、プラスチック製保持器４０を有する転がり軸受１の構成例を示す。
【００２４】
図８に示すように、転がり軸受１は、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置されたボール４を円周方向に等間隔に保持するプラスチック製保持器４０を有する。
転がり軸受１は、このように、標準的な鉄製保持器ではなく、プラスチック製保持器４０を有することにより、保持器４０とボール４との接触による摩擦粉の発生を低減できる。これにより、転がり軸受１は、さらに、グリースの劣化を抑制できる。
【００２５】
また、本実施形態では、前記条件（３）を必須の条件としないこともできる。すなわち、本実施形態では、少なくとも前記条件（１）、（２）、（４）及び（５）（特に条件（１）、（２）及び（５））を満たせば、軸受トルクを低減でき、更に、グリース漏れや蒸発、飛散の低減により発塵現象を低減できる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが８ｍｍ、軸受外径Ｄが２２ｍｍ、幅が７ｍｍの軸受を用いた場合に、玉数Ｚを減少させて（７個から５個に減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図９に示す。
図９に示すように、玉数Ｚが７個である参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６０８ 玉径３．９６９ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚを５個とした実施例は、パラメータＡが約４３％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約４３％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２７】
（実施例２）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが８ｍｍ、軸受外径Ｄが２２ｍｍ、幅が７ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉径Ｄａを減少させて（３．９６９ｍｍから３．５４ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１０に示す。
図１０に示すように、玉径Ｄａが３．９６９ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６０８ 玉径３．９６９ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉径Ｄａが３．５４ｍｍである実施例は、パラメータＡが約５３％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５３％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２８】
（実施例３）
実施例３では、実施例１に対して、軸受内径ｄ、軸受内径Ｄ、及び幅を変えている。すなわち、条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受外径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉数Ｚを減少させて（７個から５個に減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１１に示す。
図１１に示すように、玉数Ｚが７個である参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚが５個である実施例は、パラメータＡが約４５％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約４５％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２９】
（実施例４）
実施例４では、実施例２に対して、軸受内径ｄ、軸受外径Ｄ、幅、及び玉径Ｄａを変えている。すなわち、条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受内径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉径Ｄａを減少させて（５．９５３ｍｍから５．３ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１２に示す。
図１２に示すように、玉径Ｄａが５．９５３ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉径Ｄａが５．３ｍｍである実施例は、パラメータＡが約５４％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５４％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００３０】
（実施例５）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受外径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉数Ｚ及び玉径Ｄａを減少させて（７個×５．９５３ｍｍから６個×５．８２ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１３に示す。
図１３に示すように、玉数Ｚ及び玉径Ｄａが７個×５．９５３ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚ及び玉径Ｄａが６個×５．８２ｍｍである実施例では、パラメータＡが約５１％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５１％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００３１】
なお、実施例１乃至５を説明する図９乃至図１３中に実線で示すように、転がり軸受の寿命は、パラメータＡを連続的に変化させたとき、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを連続的に変化させたとき、線形的に変化する。
【符号の説明】
【００３２】
１ 転がり軸受、２ 内輪、２ａ，３ａ 軌道面、３ 外輪、４ ボール、４ａ 転動面、５ 保持器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、転がり軸受は、エアコンファン、冷却ファン、換気扇、クリーナー、及び洗濯機等の家電用モータ全般、並びに汎用モータ、工作機械スピンドル、サーボモータ、及びステッピングモータ等の産業用モータ全般において利用できる。
ここで、従来より、転がり軸受には、早期剥離を防止する課題があるため、例えば、内輪、外輪及び転動体のうち少なくとも一つの転動体が、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、浸炭窒化又は窒化を含む熱処理が施されて得られ、その転がり面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が、面積比で１．０％以上２０．０％以下であるとともに、その転がり面をなす表層部のＮ含有率が、０．２質量％以上であるものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示の転がり軸受は、早期剥離の低減を実現できたが、本願発明者は、転動体の大きさと個数が、トルクの大きさ及びグリース漏れの可能性に関わることが分かった（後述の図３及び図４参照）。従って、転がり軸受トルクを低減し、グリース漏れや蒸発、飛散による発塵現象を低減することには、更に改善の余地がある。
本発明の目的は、早期剥離を低減できる材料により形成された転動体を採用し、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２鋼を利用する場合とほぼ同等な軸受の転がり疲れ寿命を維持しつつも、軸受のトルクと発塵現象を低減できる転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記内輪及び前記外輪のうち一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によって前記転動体が形成され、かつ、
浸炭窒化処理又は窒化処理によって、前記転動体の転動面のＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び前記転動面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ、前記内輪及び前記外輪がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ、前記外輪の軸受外径をＤとし、前記内輪の軸受内径をｄとし、転動体の玉径をＤａとし、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下となることを特徴とする転がり軸受である。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１の記載において、前記内輪及び前記外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγRAB とし、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たすことを特徴とする転がり軸受である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、転動体について現行品（ＳＵＪ２鋼を用いた通常の軸受モデル）と比べてパラメータＡを小さくしたことで（玉径及び／又は転動体の数を小さくしたことで）、軸受の内部空間を広げ、グリースの攪拌抵抗を小さくし、軸受トルクを低減できる。更に、グリース漏れや蒸発、飛散も低減でき、これによる発塵現象も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態の転がり軸受の構成を示す図である。
【図２】パラメータＡと寿命比との関係を示す特性図である。
【図３】パラメータＡと動トルク（動トルク比）との関係を示す特性図である。
【図４】パラメータＡとグリース漏れ量（グリース漏れ量比）との関係を示す特性図である。
【図５】非接触シール付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図６】接触シール付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図７】非接触シールド付き転がり軸受の構成例を示す図である。
【図８】プラスチック製保持器を有する転がり軸受の構成例を示す斜視図である。
【図９】実施例１を説明する特性図である。
【図１０】実施例２を説明する特性図である。
【図１１】実施例３を説明する特性図である。
【図１２】実施例４を説明する特性図である。
【図１３】実施例５を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態は、転がり軸受である。
図１は、本実施形態の転がり軸受１の構成を示す。
図１に示すように、転がり軸受１は、互いに対向配置される軌道面２ａ，３ａを有する内輪２及び外輪３と、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置され、軌道面２ａ，３ａに対する転動面４ａを有するボール４と、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置されたボール４を円周方向に等間隔に保持する保持器５と、を有する深溝玉軸受である。このような転がり軸受は、内輪２の外周面及び外輪３の内周面に設けた対向する軌道面２ａ，３ａ間に複数のボール４が保持器５により保持されつつ転動自在に配置され、ボール４が転動することにより、内輪２及び外輪３のうち一方が他方に対して相対移動する。
【００１０】
ここで、転がり軸受１は、以下の条件を満たしている。
（１）Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によってボール４が形成されている。
（２）浸炭窒化処理又は窒化処理によって、ボール４の転動面４ａのＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及びボール４の転動面４ａのＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下になっている。
（３）内輪２及び外輪３の軌道面２ａ，３ａの残留オーステナイト量をγRAB とし、ボール４の転動面４ａの残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たしている。
（４）内輪２及び外輪３がＪＩＳ Ｇ ４８０５規格のＳＵＪ２鋼によって形成されている。
（５）外輪３の軸受外径をＤとし、内輪２の軸受内径をｄとし、ボール４の玉径（ボール径）をＤａとし、玉数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下になっている。
【００１１】
以上の条件（１）乃至（５）を満たす本実施形態の転がり軸受の寿命は、従来の内外輪及びボール全てにＳＵＪ２鋼を使用したものと同等に維持されつつも、低トルクかつ低発塵のものとなる。図２乃至図４を用いて、その理由を説明する。
図２は、横軸にパラメータＡをとり、縦軸に転がり軸受の寿命比をとっている。そして、図２には、ＳＵＪ２鋼により形成されたボールと内外輪により得られる結果（従来例又は通常例）Ａ、ボール及び内外輪が条件（１）乃至（４）（条件（４）については従来と同様）を満たし、ボールの玉径及び玉数が従来と同様であり、パラメータＡを調整していない（パラメータＡが約６０％）のボールにより得られる結果（参照例）Ｂ、及び条件（１）乃至（５）（条件（４）については従来と同様）を満たす転がり軸受により得られる結果（実施形態の例）Ｃ及びＤを示す。ここで、寿命比は、従来例Ａの寿命を１．０とした場合の値である。
【００１２】
図２に示すように、参照例Ｂの寿命は、従来例Ａの約１．５倍になる。その一方で、参照例Ｂに対して、条件（５）を加えた実施形態の例Ｃ及びＤは、従来例Ａと同等（寿命比＝１．０）になる。
なお、図２中に実線や一点鎖線で示すように、転がり軸受の寿命は、パラメータＡを連続的に変化させたとき、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを連続的に変化させたとき、線形的に変化する。
【００１３】
ここで、図３は、パラメータＡと動トルク（動トルク比）との関係を示す。
図３に示すように、パラメータＡを小さくすると、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを小さい値にすると、ボールの転がり摩擦抵抗の総和、保持器の保持ポケット内での滑り抵抗の総和、及びボールの慣性力の総和が小さくなるため、動トルクが小さくなる（低トルクになる）。
【００１４】
また、図４は、パラメータＡとグリース漏れ量（グリース漏れ量比）との関係を示す。
図４に示すように、パラメータＡを小さくすると（なお、このとき、軸受の内外径及び幅寸法は維持）、軸受の空間容積が大きくなる。これにより、封入されたグリースについて、回転時に軸受内で堆積する容量が増すため、グリース漏れ量が少なくなる、すなわち、グリース漏れや蒸発、飛散を低減でき、低発塵になる。
【００１５】
以上のように、従来例Ａの約１．５倍の寿命を有する参照例Ｂに対して、条件（５）を加えた（パラメータＡを４３％以上５４％以下と小さくした）実施形態の例Ｃ及びＤは、従来例Ａと同等（寿命比＝１．０）になる。そして、実施形態の例Ｃ及びＤは、パラメータＡを小さくし抑えていることで、低トルクかつ低発塵になる（図３及び図４参照）。
つまり、本実施形態の転がり軸受は、条件（５）を満たすこと、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを小さい値にすることで、それに伴う転がり軸受の寿命低下を条件（１）乃至（４）（特に条件（１）乃至（３））により補って、転がり軸受の寿命を従来のものと同等にしつつ、低トルクかつ低発塵を実現している。
【００１６】
すなわち、本実施形態の転がり軸受は、転動体について現行品（ＳＵＪ２鋼を用いた通常の軸受モデル）と比べてパラメータＡを小さくしたことで（玉径及び／又は転動体の数を小さくしたことで）、軸受の内部空間を広げ、グリースの攪拌抵抗を小さくし、軸受トルクを低減できる。更に、本実施形態の転がり軸受は、グリース漏れや蒸発、飛散も低減でき、これによる発塵現象も低減できる。
【００１７】
また、転がり軸受の寿命延長のためには、セラミック球を用いることは効果的であるが、セラミック球は高価である。これに対して、本実施形態の転がり軸受は、安価に転がり軸受の寿命を所望のものとすることができる。
【００１８】
（本実施形態の変形例）
本実施形態では、転がり軸受に次のようなシール又はシールドを設けることもできる。
図５は、非接触シール付き転がり軸受の構成例を示す。
図５に示すように、非接触シール１０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。非接触シール１０は、一枚の円環状体である芯金１１に、ゴムやエラストマー等の弾性材１２を被覆して成形され、全体が円環板状に形成されている。この非接触シール１０は、その外周縁部１０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合されることによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。
【００１９】
弾性材１２の内周縁部には、軸方向内側に延び、内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの軸方向内側面２ｂ１に非接触の内側リップ１２ａと、内側リップ１２ａより軸方向外側に位置し、径方向内側に延び、内輪シール溝２ｂの径方向内側面２ｂ２に非接触となって該径方向内側面２ｂ２との間でラビリンス隙間１３を形成する外側リップ１２ｂと、が形成されている。
非接触シール付き転がり軸受は、このような非接触シール１０により、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、非接触シール付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
【００２０】
図６は、接触シール付き転がり軸受の構成例を示す。
図６に示すように、接触シール２０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。接触シール２０は、一枚の円環板状体を所要の形状に加工してなる芯金２１に、ゴムやエラストマー等の弾性材２２を被覆して成形され、全体が円環板状に形成されている。この接触シール２０は、その外周縁部２０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合されることによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。
【００２１】
弾性材２２の内周縁部には、軸方向内側に延び、内輪２の外周面２ｃと非接触の内側リップ２２ａと、内側リップ２２ａより軸方向外側に位置し、径方向内側に延び、内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの軸方向の内側に向く面２ｂ３に接触する外側リップ２２ｂと、が形成されている。
接触シール付き転がり軸受は、このような接触シールにより、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、接触シール付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
【００２２】
図７は、非接触シールド付き転がり軸受の構成例を示す。
図７に示すように、非接触シールド３０は、内輪２と外輪３との間であって、その軸方向両端部にそれぞれ配置されている。非接触シールド３０は、鉄板やステンレス板などの薄い金属板をプレス加工などにより、一枚の円環状体として形成されている。非接触シールド３０は、その外径が外輪３の外径よりも小径、且つ外輪３の内径よりも大径で、その内径が内輪２の外径よりも小径、且つ内輪２の内径よりも大径をなすように形成されている。この非接触シールド３０は、その外周縁部３０ａを外輪３の内周面の軸方向両端部に形成される外輪シール溝３ｂに嵌合することによって、外輪３の内周面の軸方向端部に支持固定されている。そして、非接触シールド３０は、内周縁部３０ｂが内輪２の外周面の軸方向両端部に形成される内輪シール溝２ｂの径方向内側面２ｂ２に非接触となって該径方向内側面２ｂ２との間でラビリンス隙間３１を形成している。
【００２３】
非接触シールド付き転がり軸受は、このような非接触シールドにより、軸受内部にダストや水等が浸入することを防止できる。そして、非接触シールド付き転がり軸受は、前述のようなグリース漏れや蒸発、飛散の低減による発塵現象も低減できる。
また、本実施形態では、保持器をプラスチック製保持器とすることもできる。
図８は、プラスチック製保持器４０を有する転がり軸受１の構成例を示す。
【００２４】
図８に示すように、転がり軸受１は、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配置されたボール４を円周方向に等間隔に保持するプラスチック製保持器４０を有する。
転がり軸受１は、このように、標準的な鉄製保持器ではなく、プラスチック製保持器４０を有することにより、保持器４０とボール４との接触による摩擦粉の発生を低減できる。これにより、転がり軸受１は、さらに、グリースの劣化を抑制できる。
【００２５】
また、本実施形態では、前記条件（３）を必須の条件としないこともできる。すなわち、本実施形態では、少なくとも前記条件（１）、（２）、（４）及び（５）（特に条件（１）、（２）及び（５））を満たせば、軸受トルクを低減でき、更に、グリース漏れや蒸発、飛散の低減により発塵現象を低減できる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが８ｍｍ、軸受外径Ｄが２２ｍｍ、幅が７ｍｍの軸受を用いた場合に、玉数Ｚを減少させて（７個から５個に減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図９に示す。
図９に示すように、玉数Ｚが７個である参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６０８ 玉径３．９６９ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚを５個とした実施例は、パラメータＡが約４３％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約４３％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２７】
（実施例２）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが８ｍｍ、軸受外径Ｄが２２ｍｍ、幅が７ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉径Ｄａを減少させて（３．９６９ｍｍから３．５４ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１０に示す。
図１０に示すように、玉径Ｄａが３．９６９ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６０８ 玉径３．９６９ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉径Ｄａが３．５４ｍｍである実施例は、パラメータＡが約５３％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５３％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２８】
（実施例３）
実施例３では、実施例１に対して、軸受内径ｄ、軸受内径Ｄ、及び幅を変えている。すなわち、条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受外径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉数Ｚを減少させて（７個から５個に減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１１に示す。
図１１に示すように、玉数Ｚが７個である参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚが５個である実施例は、パラメータＡが約４５％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約４５％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００２９】
（実施例４）
実施例４では、実施例２に対して、軸受内径ｄ、軸受外径Ｄ、幅、及び玉径Ｄａを変えている。すなわち、条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受内径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉径Ｄａを減少させて（５．９５３ｍｍから５．３ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１２に示す。
図１２に示すように、玉径Ｄａが５．９５３ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉径Ｄａが５．３ｍｍである実施例は、パラメータＡが約５４％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５４％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００３０】
（実施例５）
条件（１）乃至（４）の条件を満たすボール及び内外輪を用い、軸受内径ｄが１２ｍｍ、軸受外径Ｄが３２ｍｍ、幅が１０ｍｍの転がり軸受を用いた場合に、玉数Ｚ及び玉径Ｄａを減少させて（７個×５．９５３ｍｍから６個×５．８２ｍｍに減少させて）、パラメータＡにしたときの結果を図１３に示す。
図１３に示すように、玉数Ｚ及び玉径Ｄａが７個×５．９５３ｍｍである参照例（例えば、日本精工株式会社製、名番６２０１ 玉径５．９５３ｍｍ×玉数７個）の場合、転がり軸受の寿命は、従来例の約１．５倍になり、パラメータＡは、約６０％になる。
これに対して、玉数Ｚ及び玉径Ｄａが６個×５．８２ｍｍである実施例では、パラメータＡが約５１％となり（条件（５）を満たし）、転がり軸受の寿命が従来例（ＳＵＪ２）と同様の寿命比１．０に維持される。そして、この実施例では、パラメータＡが約５１％に減少しているので、低トルクかつ低発塵となる（図３及び図４参照）。
【００３１】
なお、実施例１乃至５を説明する図９乃至図１３中に実線で示すように、転がり軸受の寿命は、パラメータＡを連続的に変化させたとき、すなわち、玉数Ｚや玉径Ｄａを連続的に変化させたとき、線形的に変化する。
【符号の説明】
【００３２】
１ 転がり軸受、２ 内輪、２ａ，３ａ 軌道面、３ 外輪、４ ボール、４ａ 転動面、５ 保持器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記内輪及び前記外輪のうち一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、
Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によって前記転動体が形成され、かつ、
浸炭窒化処理又は窒化処理によって、前記転動体の転動面のＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び前記転動面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ、
前記内輪及び前記外輪がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ、
前記外輪の軸受外径をＤとし、前記内輪の軸受内径をｄとし、転動体の玉径をＤａとし、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下となることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記内輪及び前記外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγRAB とし、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を有する内輪及び外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配置され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記内輪及び前記外輪のうち一方が他方に対して相対移動する転がり軸受において、
Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．３質量％以上２．２質量％以下、及びＭｎ含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下の鋼によって前記転動体が形成され、かつ、
浸炭窒化処理又は窒化処理によって、前記転動体の転動面のＮ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、及び前記転動面のＳｉ及びＭｎを含む窒化物の存在率が面積比で１．０％以上２０．０％以下となり、かつ、
前記内輪及び前記外輪がＳＵＪ２鋼によって形成され、かつ、
前記外輪の軸受外径をＤとし、前記内輪の軸受内径をｄとし、転動体の玉径をＤａとし、転動体の数をＺとし、軸受平均径ｄｍを（Ｄ＋ｄ）／２とし、パラメータＡをＤａ・Ｚ／（π・ｄｍ）としたときに、パラメータＡが４３％以上５４％以下となることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記内輪及び前記外輪の軌道面の残留オーステナイト量をγRAB とし、前記転動体の転動面の残留オーステナイト量をγRCとしたときに、０≦γRAB 及び０≦γRC≦５０を満たすとともに、γRAB−１５≦γRC≦γRAB＋１５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１２７４０８（Ｐ２０１２−１２７４０８Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８９５１（Ｐ２０１０−２７８９５１）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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