(57)【要約】【課題】チタン合金を軌道輪等に用いた転がり軸受について、軌道輪の所定部位等の表面における耐荷重性を高め、軸受の受ける荷重による軌道輪表面の塑性変形量を少なくして圧痕等の形成を防止すると共に、耐摩耗性を向上させ、かつ軌道輪の疲労強度を高めた転がり軸受にすることである。【解決手段】α＋β型（またはα型）のチタン合金製の外輪１の内径面１ａおよび内輪２の外径面２ａおよびそれらの軌道面１ｂ、２ｂの少なくとも一つの表面に、プライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれ、かつ表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層５が形成され、これら所定部位の表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶して表面硬さが５５０Ｈｖ以上の転がり軸受Ａとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪もしくは内輪または両方の軌道輪がα＋β型またはα型のチタン合金で形成された転がり軸受からなり、前記軌道輪の表面にプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれており、前記表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層を設け、前記表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶し、前記表面の硬さが５５０Ｈｖ以上である転がり軸受。
【請求項２】
上記軌道輪の表面が、軌道面、内径面、外径面、保持器案内面および幅面から選ばれる１以上の所定部位の表面である請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
上記所定部位の表面が、ＥＢＳＤ測定の観察画像において、結晶方位差１５°以上を結晶粒界とみなし、前記観察画像の全領域に対し、結晶粒の面積が大きい結集粒から降順に面積を足し合わせ、前記観察画像領域中の全結晶粒面積の７０％に到達した結晶粒までの結晶粒径の平均値を求めた際の平均粒径が１５μｍ以下の結晶粒で構成されている請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
上記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金である請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
上記転がり軸受が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニアまたはアルミナを主成分とするセラミックス製転動体を備えている請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項６】
上記転がり軸受が、α＋β型またはα型のチタン合金からなる転動体を備え、前記転動体の表面にプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれており、前記表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層を設け、前記表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶し、前記表面の硬さが５５０Ｈｖ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受に関し、特に軽量化と共に耐久性の求められる航空宇宙などの技術分野で適用できるチタン合金を用いた転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、人工衛星、ロケット等に用いられる機器は、輸送中の燃料消費量の削減などを目的に、可及的に軽量化することが求められている。
【０００３】
鋼等の一般的な機械構成部材に代えて、軽量化に有効な機械構成部材としてチタン合金が周知である。チタン合金は、軽量でありかつ耐食性や重量比強度に優れているが、鋼と比較して硬度が小さく、耐摩耗性が低いという欠点がある。
【０００４】
チタン合金の硬度を改善する方法として、ガス窒化処理によって軌道輪表面に窒素化合物層とその直下に窒素拡散層を形成した転がり軸受が知られている。
【０００５】
このようにチタン合金製の軌道輪に、窒素あるいは窒素源を有するガス（ＮＨ３ガス等）の元でガス窒化を行ない、表層に窒化化合物層とその直下に窒素拡散層を形成すると、軸受完成品における軌道輪の表面硬さはＨｖ５５０以上になる（特許文献１）。
【０００６】
また、チタン合金製の軌道輪に対して酸化処理を行うことにより、転がり軸受の軌道面の表面に硬さＨｖ４００以上の酸化層を形成することも知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２７５５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されたガス窒化処理によれば、窒化処理温度への加熱時に酸化が進行し、安定な酸化膜層が形成されるので、硬質な窒化層を形成できないという問題があり、この問題を回避するためには、軌道輪を高真空状態の炉内にて保持した後に窒化処理を行う必要がある。それゆえ、通常の大気雰囲気炉を用いて硬化処理された転がり軸受では、軌道輪に求められる硬度を充分に満足できないという問題がある。
【０００９】
上記窒化処理での窒素の拡散係数は、本願の発明で達成される酸素の拡散係数よりも小さく、そのために軌道輪に十分な表面硬さ及び層の深さで硬質な層を形成するためには、硬化処理に要する時間が長くなり、処理コストが増加してしまうという問題点もある。
【００１０】
また、特許文献２に開示された酸化処理では、軌道面の表面硬さがＨｖ４００程度にしかならず、転がり軸受のさらなる高機能化に必要な硬さや、万一に異物が混入した場合の軌道輪表面の圧痕の形成防止には充分ではない。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、チタン合金を軌道輪等に用いた転がり軸受について、軌道輪の所定部位等の表面における耐荷重性を高め、軸受の受ける荷重による軌道輪表面の塑性変形量を少なくして圧痕等の形成を防止すると共に、耐摩耗性を向上させ、かつ軌道輪の疲労強度を高めた転がり軸受にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明においては、外輪もしくは内輪または両方の軌道輪がα＋β型またはα型のチタン合金で形成された転がり軸受からなり、前記軌道輪の表面にプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれており、前記表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層を設け、前記表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶し、前記表面の硬さが５５０Ｈｖ以上である転がり軸受としたのである。
【００１３】
上記のように構成されたこの発明の転がり軸受のα＋β型またはα型のチタン合金製の軌道輪には、プライマリα結晶粒と共に、プライマリα結晶粒より微細なセカンダリα結晶粒が含まれており、微細化した結晶粒によって疲労強度が改善され、軌道輪として充分な靭性および疲労強度が確保される。
【００１４】
このように結晶粒径の微細化に伴って疲労強度が改善されたチタン合金製の軌道輪に対し、軌道面、内径面、外径面、保持器案内面および幅面から選ばれる１以上の所定部位の表面から酸素を固溶させた酸素拡散層を設けて前記所定部位の表面硬さを改善する。前記表面は酸素濃度０．８質量％以上に酸素が固溶されて強化され、硬さ５５０Ｈｖ以上に硬化された面を有する。
【００１５】
酸素拡散層は、チタン合金製の軌道輪の表面に、酸素濃度が表面からの深さに応じて連続的に減少している層であるので、密着性よくチタン合金の内部と一体化して剥離し難い状態に設けられ、また結晶粒の微細化により疲労強度を改善する。すなわち、酸素拡散層は、チタン合金の表面の硬さ，耐摩耗性を向上させ、しかもチタン合金全体の疲労強度を低下させない。
【００１６】
上記チタン合金は、できるだけ引張強度、クリープ強さ等を高めるために、α相の安定化元素であるアルミニウム元素（Ａｌ）をある程度（７質量％以下）まで含ませることが好ましく、例えば、アルミニウム元素（Ａｌ）が６質量％含有され、かつバナジウム（Ｖ）が４質量％含有されているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金などを用いることが好ましい。
【００１７】
酸素原子の化合した微細な二次α相を有する全結晶粒の平均粒径は、１５μｍ以下にすることが疲労強度を高めるために好ましく、そのような平均粒径は、上記軌道輪の所定部位の表面が、ＥＢＳＤ測定の観察画像において、結晶方位差１５°以上を結晶粒界とみなし、前記観察画像の全領域に対し、結晶粒の面積が大きい結集粒から降順に面積を足し合わせ、前記観察画像領域中の全結晶粒面積の７０％に到達した結晶粒までの結晶粒径の平均値を求めた際の平均粒径が１５μｍ以下の結晶粒で構成されていることを確認できるようにすればよい。
【００１８】
また、上記転がり軸受が、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニアまたはアルミナを主成分とするセラミックス製転動体を備えていることにより、高速度工具鋼や高張力鋼等で形成された転動体に比べて軽量化され、かつ耐食性に優れたものになるから、上記セラミックスの特性を活かして転がり軸受の軽量化および耐食性等の要求に応えることができる。
【００１９】
また、上記転がり軸受が、チタン合金製の転動体を備えていてもよい。特に転がり軸受が、上記所定のチタン合金からなる軌道輪を備えた転がり軸受において、α＋β型またはα型のチタン合金で形成された転動体を備え、前記転動体の表面にプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれており、前記表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層を設け、前記表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶し、前記表面の硬さが５５０Ｈｖ以上である上記構成の転がり軸受とすることも、上記同様に転がり軸受の軽量化および耐食性の理由、さらには転動体の耐摩耗性向上の観点からも好ましいことである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の転がり軸受は、軌道輪の所定部位の表面にプライマリα結晶粒と微細なセカンダリα結晶粒が含まれているから、結晶粒の平均粒径が微細化されることによって疲労強度が改善されると共に、酸素拡散層によって軌道輪の所定部位の表面における表面の硬さが改善され、軌道輪の所定部位等の表面における耐荷重性を高め、軸受の受ける荷重等による軌道輪表面の塑性変形量を少なくして圧痕等の形成も防止すると共に、耐摩耗性を向上させ、かつ軌道輪の疲労強度を高めた転がり軸受となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の転がり軸受の断面図
【図２】第２実施形態の転がり軸受の断面図
【図３】実施例の軌道輪の表面からの深さと硬さ（Ｈｖ）の関係を示す図表
【図４】実施例の軌道輪の表面からの深さと酸素濃度の関係を示す図表
【図５】実施例の軌道輪の表面のＥＢＳＤ測定に用いた画像の図面代用写真
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の実施形態を以下に、添付図面に基づいて説明する。
図１に示す第１実施形態の転がり軸受Ａは、外輪１と内輪２の間に複数の転動体（ボール）３を、円環状の保持器４のポケット内に回転自在に保持し、外輪１および内輪２の両軌道輪が、α＋β型（またはα型）のチタン合金で形成された玉軸受である。
【００２３】
外輪１の内径面１ａおよび内輪２の外径面２ｂの軸方向の中程には、周方向に延びる円溝状の軌道面１ｂ、２ｂが形成されており、これら両軌道輪の所定部位の全表面は、プライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれている。
【００２４】
また、これらの所定部位の表面には、表面からの深さに応じて酸素濃度が連続的に減少する酸素拡散層５を後述する浸酸処理によって形成しており、前記所定部位の表面は酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶し、前記表面の硬さは５５０Ｈｖ以上である。
【００２５】
保持器４は、その材質や形態が特に限定されたものでなくてもよく、周知のものを使用できる。例えば保持器４は、高張力鋼やチタン合金その他の周知の金属製保持器であり、または樹脂材料からなるものであり、その形態は、リング状の周方向に等間隔で円孔状のポケットが形成されたものを適用できる。
【００２６】
また、転動体３は、その周知の材質からなるものであり、例えば、高速度工具鋼や高張力鋼等の金属製のもの、または耐摩耗性や軽量性を考慮して、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニアまたはアルミナを主成分とするセラミックス製の転動体が適用される。
【００２７】
図２に示される第２実施形態の転がり軸受Ｂは、少なくとも外輪１がα＋β型またはα型のチタン合金で形成され、転動体（ボール）３を回転自在に保持する保持器６を、外輪１の内径面１ａにおける保持器案内面１ｃで案内し、内輪２を回転させるタイプの玉軸受である。
この玉軸受は、外輪１の軌道面１ｂ以外にも、保持器案内面１ｃ、幅面１ｄ、チタン合金製の転動体３の表面にもプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれており、それらの表面には酸素濃度０．８質量％以上の酸素を固溶した酸素拡散層５を有している。
【００２８】
この発明の転がり軸受は、第１実施形態または第２実施形態以外の周知形態の転がり軸受として、例えば、軌道輪が軸方向に分割可能な多点接触玉軸受、アンギュラ玉軸受などであってもよく、またはころ軸受であってもよい。
【００２９】
上記いずれの実施形態でも所定部位を構成するチタン合金は、α＋β型またはα型のチタン合金を用いている。
例えば、α＋β型チタン合金の例として、Ｔｉ-６Ａｌ-４ＶやＴｉ-６Ａｌ-２Ｓｎ-４Ｚｒ-６Ｍｏ等を挙げることができ、またα型チタン合金の例として、Ｔｉ-５Ａｌ-２．５ＳｎやＴｉ-８Ａｌ-１Ｍｏ-１Ｖ等を挙げることができる。
【００３０】
上記のようなチタン合金製転がり軸受の軌道輪は、最終的にα＋β型またはα型のチタン合金に酸素を浸酸工程で固溶させることにより、表面硬さを高めて強化するが、酸素を固溶させる表面のチタン合金は、複数のα結晶粒を含んでいる。
【００３１】
α結晶粒とは、α相で構成されている結晶粒である。α結晶粒には、プライマリα結晶粒及びセカンダリα結晶粒が含まれている。プライマリα結晶粒は、プライマリα相で構成される結晶粒である。セカンダリα結晶粒は、セカンダリα相で構成される結晶粒である。
【００３２】
プライマリα相は、後述する溶体化処理工程、時効処理工程及び浸酸処理工程のいずれにおいてもβ相に変態することなく残存したα相である。
【００３３】
また、セカンダリα相は、一旦β相に変態した後に冷却される際に、マルテンサイト変態又はマッシブ変態により形成される相である。セカンダリα相には、ｈｃｐ構造のα’相と、斜方晶構造のα’’相とがある。
【００３４】
プライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒とは、形状により識別することができる。プライマリα結晶粒は楕円形状を有しており、セカンダリα結晶粒は針状の形状を有している。
【００３５】
各々のα結晶粒は、結晶方位により識別される。より具体的には、あるα結晶相の結晶方位と当該α結晶相に隣接する別のα結晶相の結晶方位とのずれが１５°未満である場合には、それらのα結晶相は、１つのα結晶粒とみなされる。
【００３６】
他方で、あるα結晶相の結晶方位と当該α結晶相に隣接する別のα結晶相の結晶方位とのずれが１５°以上である場合には、それらのα結晶相は、別々のα結晶粒と見做される。
【００３７】
結晶方位の測定（各々のα結晶粒界の特定）は、例えば、ＥＢＳＤ（Electron  Back  Scatter  Diffraction）法を用いて行われる。
【００３８】
上記測定法を用いて、この発明における軌道輪の表面にあるチタン合金に含まれるα結晶粒の大きさを測定すると、第１群と、第２群とに区分され、第１群に属するα結晶粒の結晶粒径の最小値は、第２群に属するα結晶粒の結晶粒径の最大値よりも大きい。第１群に属するα結晶粒の総面積をα結晶粒の総面積で除した値は、０．７以上である。第１群に属する最も結晶粒径が小さいα結晶粒を除いた第１群に属するα結晶粒の総面積をα結晶粒の総面積で除した値は、０．７未満である。
【００３９】
このことを別の観点からいうと、軌道輪の表面にあるチタン合金に含まれるα結晶粒は、結晶粒径が大きいものから順番に第１群に割り当てられる。そして、それまでに第１群に割り当てられたα結晶粒の総面積がα結晶粒の総面積の０．７倍をはじめて超えた段階で、第１群への割り当てを停止し、残余のα結晶粒を第２群に割り当てる。
【００４０】
なお、「表面にあるα結晶粒」とは、軌道輪の表面と当該表面から２５０μｍの距離にある位置との間にある領域に含まれているα結晶粒のことをいう。「表面にあるα結晶粒」は、軌道輪の表面と当該表面から３００μｍの距離にある位置との間にある領域に含まれているα結晶粒であってもよい。
【００４１】
第１群に属するα結晶粒の平均粒径は、２５μｍ以下である。第１群に属するα結晶粒の平均粒径は、好ましくは１５μｍ以下である。第１群に属するα結晶粒の平均粒径は、各々の結晶粒の円相当径から算出することができる。
【００４２】
以上のようにしてＥＢＳＤ法における軌道輪の表面の観察画像から、結晶方位差１５°以上を結晶粒界とみなし、前記観察画像の全領域に対し、結晶粒の面積が大きい結集粒から降順に面積を足し合わせ、前記観察画像領域中の全結晶粒面積の７０％に到達した結晶粒までの結晶粒径の平均値を求めた際の平均粒径が１５μｍ以下の結晶粒で構成されていることが確認できる。
【００４３】
チタン合金は、表面において、０．８質量％以上の酸素（Ｏ）を含有している。好ましくは、チタン合金は、表面において、１．４質量％以上の酸素を含有している。さらに好ましくは、チタン合金は、表面において、１．８質量％以上の酸素を含有している。なお、チタン合金中における酸素の濃度は、ＥＰＭＡ（Electron  Probe  Micro  Analyzer）により測定される。
【００４４】
上記のように軌道輪にプライマリα結晶粒とセカンダリα結晶粒が含まれているチタン合金を用いた転がり軸受の製造工程では、以下のように準備工程、溶体化処理工程、時効処理工程、浸酸処理工程、後処理工程を経て行なわれる。
【００４５】
準備工程においては、α+β型チタン合金またはα型チタン合金製のいずれかの所定部位を備えた内輪または外輪について、最終製品の寸法に近い寸法と形状にまで切削加工を行なう。
【００４６】
溶体化処理工程では、前記準備工程にて一定形状まで加工された内輪または外輪等の部品を所定の温度と時間、炉中で加熱保持する。
この時、炉内は常圧下で、不活性ガスとしてアルゴン等を導入する。不活性ガスは希ガスであるヘリウムや窒素ガス等を用いても良い。
【００４７】
溶体化処理工程では、保持工程と、冷却工程とを必須工程とする。
保持工程においては、処理対象材が炉内で所定の保持温度（以下に「第１温度」という）において、所定の時間（以下、「第１時間」という）保持される。
溶体化処理工程においては、対象材を構成するチタン合金中のα相の一部が、β相へと変態する。
【００４８】
前記した第１温度は、対象材を構成するチタン合金のβ単相変態点よりも低い。β単相変態点とは、対象材を構成するチタン合金中のα相の全てがβ相へと変態する温度である。
【００４９】
冷却工程は、保持工程の後に行われる。
冷却工程においては、保持工程を経た対象材の冷却が行われる。これにより、保持工程においてβ相に変態したα相がセカンダリα相となる。
【００５０】
時効処理工程は、溶体化処理工程が行われた後にプライマリα結晶粒より微細なセカンダリα結晶粒を析出させることを目的として行われる。
【００５１】
時効処理工程おいては、対象材が、所定の温度（以下、「第２温度」という）において所定の時間（以下、「第２時間」という）保持された後に、冷却される。時効処理工程により、冷却工程においてα相に変態していないβ相から、微細なセカンダリα結晶粒が析出する。
【００５２】
前記した第２温度は、対象材を構成するチタン合金のβ変態開始点よりも低い。β変態開始点とは、対象材を構成するチタン合金中のα相の少なくとも一部が、β相への変態を開始する温度である。
なお、加熱保持する際に、炉内は、常圧下で不活性ガスとしてアルゴン、希ガスであるヘリウムや窒素ガス等を導入する。
【００５３】
浸酸処理工程においては、溶体化処理工程及び時効処理工程の後、高硬度を有する酸素拡散層を形成するために浸酸処理を行なう。
【００５４】
浸酸処理工程は、対象材を、所定の保持温度（以下、「第３温度」という）において、所定の時間（以下、「第３時間」という）保持することにより行われる。
第３温度は、対象材を構成するチタン合金に含まれる結晶粒の粗大化を抑制する観点からβ単相変態点未満が好ましい。
【００５５】
浸酸処理工程は、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気ガス中において行われる。この雰囲気ガスは、不活性ガスをさらに含んでいてもよい。不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスである。不活性ガスは、窒素（Ｎ２）であってもよい。雰囲気ガスの圧力は、常圧（大気圧）であることが好ましい。
【００５６】
上記一連の処理工程は、内輪や外輪等の処理対象材の全表面に対して行なってもよく、また軌道輪の所定部位のみを浸酸処理する時には、処理対象の軌道輪の一部にマスキングを施して酸素拡散層を設けてもよい。
【００５７】
浸酸処理の条件をより詳細に説明すれば以下の通りである。
すなわち、常圧下の炉内にアルゴンガスをベースとしたＣＯ２ガスを導入し，チタン合金製の部材を炉内にて加熱保持後、冷却する。チタン合金をＣＯ２ガス雰囲気下で加熱すると，チタン合金製部材の表面でＣＯ２ガスがＯとＣに解離し、これらの元素が表面から内部に拡散浸透する。なお、炭素は、酸素と比較してチタン中での固溶限が狭いため、対象材の固溶強化に殆ど影響しない。
【００５８】
後処理工程として、前記の浸酸処理工程の後、対象材を特定の寸法精度に仕上げるための旋削や研磨等の機械加工を行ない、転がり軸受の組立を行なう。
すなわち、浸酸処理後のチタン合金の表層部には、ＴｉＣ、ＴｉＯ２またはＴｉＯからなる化合物層が形成されるが、この化合物層は、硬さは高いものの脆性的であるため、後処理工程の機械加工にて表層を除去する。また、浸酸処理後、特定の寸法精度に仕上げるため、旋削や研磨等の機械加工が実施される。
【００５９】
上記一連の工程によって製造された軌道輪の表面の酸素濃度は、約０．８質量％以上になり、軌道輪表面の硬度は約５５０Ｈｖ以上になる。また、軌道輪表面のＥＢＳＤ観察画像において、結晶方位差１５°以上で粒界として規定し、ＥＢＳＤ画像の全領域に対し、結晶粒の面積が大きい結集粒から降順に面積を足し合わせ、ＥＢＳＤ画像領域中の全結晶粒面積の７０％に到達した結晶粒までの結晶粒径の平均値を求めた際の平均粒径が１５μｍ以下の結晶粒で軌道輪の所定部位の表面を構成する。
【００６０】
上記のように製造される実施形態の比強度が高いチタン合金製の軌道輪を有する転がり軸受は、溶体化及び時効処理において結晶粒微細化を行うことで、所定部位の表面にプライマリα結晶粒と微細なセカンダリα結晶粒が含まれているから、結晶粒の平均粒径が微細化されることによって疲労強度が改善される。このようにして疲労強度を確保しながら、その後の浸酸処理において高硬度の酸素拡散層を設けることができ、軌道輪が高硬度を有して異物の噛み込み時や静的荷重負荷時での圧痕の形成は抑制されると共に、疲労強度に優れた転がり軸受になる。
【実施例】
【００６１】
ＡＳＴＭ Ｂ３４８-１３ ＧＲ.５準拠のα+β型チタン合金であるＴｉ-６Ａｌ-４Ｖからなる玉軸受の外輪１（図１）の軌道面１ｂを含む内径面１ａ、および内輪２の軌道面２ｂを含む外径面２ａに対し、準備工程、溶体化処理工程、時効処理工程を行なった。
【００６２】
準備工程としては、Ｔｉ-６Ａｌ-４Ｖからなる内輪１および外輪２を、最終製品の形状と寸法に近しい形状と寸法まで切削加工を行なった。
【００６３】
内輪および外輪の各素材（以下、「試料」と称する。）の外周面のビッカース硬さ（Ｈｖ）を、試料の表面から少しずつ削り取りながら深さ０．５ｍｍまで所定深さ毎に測定し、各深さでのＨｖと当初表面からの深さ（ｍｍ）との関係を図３に示した。
【００６４】
また、上記のビッカース硬さ（Ｈｖ）の測定と同時に、酸素濃度（質量％）をＥＰＭＡ（Electron  Probe  Micro  Analyzer）によって測定し、試料表面から深さ０．５ｍｍまでの深さ（ｍｍ）との関係を図４に示した。
ここで、図３、４では、後処理工程を行っていない試料の硬さ及び酸素濃度分布を示している。
【００６５】
最終製品である実施例の転がり軸受は、外輪の内径面および内輪の外径面の表層が、後処理工程での機械加工によって任意に設定される取り代分だけ除去されたものを用いて組み立てられている。したがって、図３、４に示される試料の硬度及び酸素濃度分布において、取り代分より深い位置での硬度や酸素濃度が、実際の表面の硬度および酸素濃度に相当する。
【００６６】
ここで、浸酸処理後の機械加工は、硬化層である酸素拡散層を可能な限り除去しない範囲内での取り代にて行うことが望ましく、一般的に取り代は、０．１０ｍｍ未満である。参考のために、図中に記載した試料の表面から取り代０．１０ｍｍとした場合の表面の硬さ及び酸素濃度は、５４７Ｈｖ及び０．７８質量％であった。
【００６７】
また、試料の表面から取り代０．１０ｍｍで軸受表面を形成した場合の表層のＥＢＳＤ画像を図５に示した。
図５のＥＢＳＤ画像からも明らかなように、測定した試料中のα結晶粒の平均粒径は、１０．１μmであった。また溶体化および時効処理により析出したセカンダリα結晶粒は、ＥＢＳＤ画像に現れているように微細な針状であることが確認された。
【００６８】
この時の平均粒径の測定条件は、結晶方位差１５°以上で粒界として規定し、ＥＢＳＤ画像の全領域に対し、結晶粒の面積が大きい結集粒から降順に面積を足し合わせ、ＥＢＳＤ画像領域中の全結晶粒面積の７０％に到達した結晶粒までの結晶粒径の平均値として測定した。
【００６９】
以上のようにして得られた実施例の玉軸受は、軌道輪の所定部位の表面における微細なセカンダリα結晶粒を有するα結晶粒の平均粒径は、１０．１μmと小さくなり、その後に浸酸処理されて表面に充分な酸素を固溶しているので、前記表面の硬さは約５５０Ｈｖ及び酸素濃度は約０．８質量％であり、軽量なチタン合金製であっても耐摩耗性と共に高い疲労強度を備えており、耐久性のよい強度が求められる使用条件においても適用性のあることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
航空宇宙機器用の転がり軸受などとして、軽量化および耐久性のよい強度が求められる用途に汎用性のある転がり軸受として利用でき、軌道輪の所定部位表面において耐荷重性や硬さが必要であり、高頻度の起動及び停止を繰り返す転がり軸受などにも利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１  外輪
１ａ  内径面
１ｂ、２ｂ  軌道面
１ｃ  保持器案内面
１ｄ  幅面
２  内輪
２ａ  外径面
３  転動体
４、６  保持器
５  酸素拡散層
Ａ、Ｂ  転がり軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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