(57)【要約】【課題】安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品、および当該軸受部品を備えた転がり軸受を提供する。【解決手段】深溝玉軸受１を構成する外輪１１、内輪１２および玉１３の少なくとも１つは、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０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る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受において、軌道部材または前記軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である軸受部品であって、
窒化珪素に比べて、前記軸受部品と他の軸受部品との間に硬質の異物を噛み込んだ場合における前記他の軸受部品の損傷を抑制することが可能なセラミックスからなる、軸受部品。
【請求項２】
前記セラミックスは、
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０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る、請求項１記載の軸受部品。
【請求項３】
前記セラミックスは、
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０を満たす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、請求項１記載の軸受部品。
【請求項４】
他の軸受部品と接触する面である転走面を含む領域には、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、請求項２または３に記載の軸受部品。
【請求項５】
前記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、請求項４に記載の軸受部品。
【請求項６】
前記緻密層の表面を含む領域には、前記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、請求項４または５に記載の軸受部品。
【請求項７】
前記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、請求項６に記載の軸受部品。
【請求項８】
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複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の軸受部品である、転がり軸受。
【請求項９】
前記軌道部材および前記転動体の一方は請求項１〜７のいずれか１項に記載の軸受部品であり、
前記軌道部材および前記転動体の他方は鋼からなる軸受部品であり、
前記鋼からなる軸受部品の表面の硬度はＨＶ６８０以上である、請求項８に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品および転がり軸受に関し、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軸受部品および当該軸受部品を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて比重が小さく、かつ耐食性が高いだけでなく、絶縁性を有するという特徴を備えている。そのため、軌道部材および転動体を備えた転がり軸受（ハブユニットを含む）の構成部品である軸受部品、たとえば軌道部材や転動体の素材にセラミックスを採用した場合、軸受の軽量化が可能となるとともに、構成部品の腐食による損傷、電食による転がり軸受の短寿命化などを抑制することができる。
【０００３】
また、転がり軸受の一種であるハブユニットは、内部に水分が浸入するおそれのある環境において使用される場合も多く、潤滑が不十分となる場合がある。セラミックスからなる転動体、軌道部材などの軸受部品は、上述のような不十分な潤滑環境下においても損傷しにくいという特徴を有している。そのため、たとえば軸受部品の素材にセラミックスを採用することにより、不十分な潤滑環境下において使用されるハブユニットの耐久性を向上させることができる。
【０００４】
しかし、窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて製造コストが高いため、軸受部品の素材としてセラミックスを採用すると、転がり軸受の製造コストが大幅に上昇するという問題点があった。
【０００５】
これに対し、近年、セラミックスであるβサイアロンを、燃焼合成法を含む製造工程により製造することにより、低コストで製造する方法が開発された（たとえば特許文献１〜３参照）。そのため、このβサイアロンを構成部品の素材として採用した低価格な転がり軸受の製造が検討され得る。
【特許文献１】特開２００４−９１２７２号公報
【特許文献２】特開２００５−７５６５２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９４１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記βサイアロンを軸受部品の素材として採用するためには、βサイアロンからなる軸受部品が十分な転動疲労寿命を有している必要がある。転動疲労寿命は、部材の破壊強度等とは必ずしも一致せず、βサイアロンからなる軸受部品も、必ずしも十分な転動疲労寿命を有しているとはいえない。そのため、βサイアロンからなる軸受部品を備えた転がり軸受においても、十分な耐久性を安定して確保することは容易ではないという問題点があった。
【０００７】
また、弾性変形しにくいβサイアロンを軸受部品の素材として採用した場合、軸受部品である軌道部材と軸受部品である転動体との間の接触面圧が大きくなる傾向にある。そのため、軌道部材と転動体との間に硬質の異物が侵入すると、当該軌道部材および転動体に損傷が発生し易い。特に、軌道部材および転動体の一方が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）からなり、他方が鋼からなる場合、当該鋼からなる軌道部材または転動体に形成される圧痕が大きくなるおそれがある。つまり、βサイアロン焼結体からなる軸受部品を備えた転がり軸受が、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下において使用された場合、上記圧痕などの損傷が軸受部品に発生し易くなり、軸受の寿命が低下する可能性があった。そのため、硬質の異物が軸受内部に侵入する環境下で用いられる軸受部品の素材としては、βサイアロンは必ずしも適していない場合があるという問題点もあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品、および当該軸受部品を備えた転がり軸受（ハブユニットを含む）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った軸受部品は、転がり軸受において、軌道部材または当該軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である軸受部品である。この軸受部品は、窒化珪素に比べて、当該軸受部品と他の軸受部品との間に硬質の異物を噛み込んだ場合における当該他の軸受部品の損傷を抑制することが可能なセラミックスからなっている。
【００１０】
本発明の軸受部品においては、本発明の軸受部品を含む転がり軸受の内部に硬質の異物が侵入し、軸受部品と他の軸受部品との間に当該異物が噛み込んだ場合に、当該他の軸受部品の損傷が抑制される。その結果、本発明の軸受部品によれば、転がり軸受の耐噛み込み性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の一の局面における軸受部品は、転がり軸受において、軌道部材または当該軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である軸受部品である。この軸受部品は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０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る。
【００１２】
本発明の他の局面における軸受部品は、転がり軸受において、軌道部材または当該軌道部材に接触して円環状の軌道上に配置される転動体である軸受部品である。この軸受部品は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０を満たす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。
【００１３】
本発明者は、βサイアロンを主成分とする軸受部品の転動疲労寿命と、軸受部品の構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、本発明に想到した。
【００１４】
すなわち、上述の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が製造可能である。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サイアロンを主成分とする焼結体からなる軸受部品の転動疲労寿命とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えると軸受部品の転動疲労寿命が大幅に低下することが分かった。
【００１５】
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、軸受部品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を超えると軸受部品が摩耗しやすくなり、これに起因して転動疲労寿命が大幅に低下する。つまり、ｚ値が３．５となる組成を境界として、βサイアロン焼結体からなる軸受部品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大幅に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軸受部品において、安定して十分な寿命を確保するためには、ｚ値を３．５以下とする必要がある。
【００１６】
一方、上述のように、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程により製造することにより、安価に製造することができる。しかし、ｚ値が０．１未満では、燃焼合成の実施が困難となることが分かった。そのため、βサイアロン焼結体からなる軸受部品を安価に製造するためには、ｚ値を０．１以上とする必要がある。
【００１７】
さらに、本発明者は、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下で、βサイアロン焼結体からなる軸受部品の相手部材（βサイアロン焼結体からなる軸受部品に接触する軌道部材または転動体）への攻撃性とｚ値との関係を詳細に調査した。その結果、ｚ値が１．０未満では、相手部材に破損が生じ易くなること、ｚ値が２．０を超えると当該焼結体からなる軸受部品自身が破損し易くなることがわかった。ここで、硬質の異物とは、硬度ＨＶ８００以上の固形物であって、たとえば切削工具などに用いられる高速度鋼、研削やラッピングの砥粒に用いられるアルミナ、炭化珪素などが挙げられる。
【００１８】
すなわち、ｚ値が低くなると、軸受部品を構成する素材の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、ｚ値が低くなると、軸受部品が弾性変形しにくくなるため、軸受部品同士の接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、軌道部材と転動体との間に硬質の異物が侵入した場合、上記焼結体からなる軸受部品と相対する相手部材に損傷が発生しやすくなる。一方、軸受部品のｚ値が高くなると、軸受部品が弾性変形しやすくなるため、軸受部品同士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、軸受部品のｚ値が高くなると、これに伴って軸受部品を構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、硬質の異物により、軸受部品自身に損傷が生じやすくなる。したがって、軸受部品のｚ値は、軸受部品を構成する素材の強度と軸受部品同士の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。
【００１９】
より具体的には、βサイアロン焼結体からなる軸受部品のｚ値が１．０未満になると、接触面圧の増加の影響が大きくなる。そのため、軌道部材と転動体との間に硬質の異物が侵入した場合、相手部材に形成される圧痕が大きくなり、これに起因した剥離などの損傷が発生しやすくなる。その結果、βサイアロン焼結体からなる軸受部品を備えた転がり軸受の転動疲労寿命が低下する。したがって、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなる軸受部品のｚ値は、１．０以上であることが必要である。
【００２０】
一方、βサイアロン焼結体からなる軸受部品のｚ値が２．０を超える場合、軸受部品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る。そのため、軌道部材と転動体との間に硬質の異物が侵入した場合、βサイアロン焼結体からなる軸受部品自身が損傷し、転動疲労寿命が低下する。また、ｚ値が２．０を超える場合、軸受部品同士の接触面積が増大することに伴い、軸受部品間に作用する摩擦力が増加し、軸受トルクが上昇するという問題も発生する。したがって、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下で用いられる場合、βサイアロン焼結体からなる軸受部品のｚ値は、２．０以下であることが必要である。
【００２１】
これに対し、本発明の一の局面における軸受部品は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０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ている。そのため、本発明の一の局面における軸受部品によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の他の局面における軸受部品は、基本的には上記本発明の一の局面における軸受部品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軸受部品では、軸受部品の用途等を考慮し、焼結助剤を含む点で上記本発明の一の局面における軸受部品とは異なっている。本発明の他の局面における軸受部品によれば、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βサイアロン焼結体からなる軸受部品を容易に提供することができる。
【００２３】
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軸受部品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。
【００２４】
上記軸受部品において好ましくは、他の軸受部品と接触する面である転走面を含む領域には、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。
【００２５】
上述のβサイアロンを主成分とする焼結体からなる軸受部品においては、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βサイアロン焼結体からなる軸受部品を提供することができる。
【００２６】
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、軸受部品の表面に垂直な断面において軸受部品を切断し、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、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により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。
【００２７】
つまり、上記軸受部品において好ましくは、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、軸受部品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、軸受部品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。
【００２８】
上記軸受部品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。
【００２９】
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、軸受部品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、本発明の軸受部品の転動疲労寿命を一層向上させることができる。
【００３０】
上記軸受部品において好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、当該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。
【００３１】
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、軸受部品の転動疲労に対する耐久性がより向上し、転動疲労寿命が一層向上する。
【００３２】
上記軸受部品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。
【００３３】
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、軸受部品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、本発明の軸受部品の転動疲労寿命を一層向上させることができる。
【００３４】
本発明に従った転がり軸受は、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複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上記本発明の軸受部品である。
【００３５】
本発明の転がり軸受によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品を備えた転がり軸受を提供することができる。
【００３６】
上記転がり軸受においては、軌道部材および転動体の一方は上記本発明の軸受部品であり、軌道部材および転動体の他方は鋼からなる軸受部品であるものとすることができる。この場合、鋼からなる軸受部品の表面の硬度はＨＶ６８０以上であることが好ましい。
【００３７】
これにより、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下において使用される場合でも、βサイアロン焼結体からなる軸受部品と接触する鋼からなる軸受部品における損傷の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明から明らかなように、本発明の軸受部品および転がり軸受によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品および当該軸受部品を備えた転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１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２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１および図２を参照して、実施の形態１における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。
【００４１】
図１を参照して、深溝玉軸受１は、軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに玉転走面１３Ａにおいて接触し、かつ保持器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。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４２】
ここで、図２を参照して、本実施の形態における軸受部品としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０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る。そして、外輪１１、内輪１２および玉１３の転走面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転走面１３Ａを含む領域には、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃよりも緻密性の高い層である外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂが形成されている。この外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層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、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品（外輪１１、内輪１２および玉１３）を備えた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。
【００４３】
なお、上記本実施の形態においては、軸受部品としての外輪１１、内輪１２および玉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βサイアロン焼結体からなる軸受部品を備えた転がり軸受を、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。
【００４４】
さらに、図２を参照して、外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂの表面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転走面１３Ａを含む領域には、外輪緻密層１１Ｂ、内輪緻密層１２Ｂおよび玉緻密層１３Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である外輪高緻密層１１Ｄ、内輪高緻密層１２Ｄおよび玉高緻密層１３Ｄが形成されている。この外輪高緻密層１１Ｄ、内輪高緻密層１２Ｄおよび玉高緻密層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、外輪１１、内輪１２および玉１３の転動疲労に対する耐久性がより向上し、転動疲労寿命が一層向上している。
【００４５】
図３は、実施の形態１の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図４は、図３のスラストニードルころ軸受が備える軌道輪の要部を拡大して示す概略部分断面図である。また、図５は、図３のスラストニードルころ軸受が備えるニードルころを拡大して示す概略断面図である。図３〜図５を参照して、実施の形態１の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。
【００４６】
図３〜図５を参照して、スラストニードルころ軸受２は、基本的には図１に基づいて説明した深溝玉軸受１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、スラストニードルころ軸受２は、軌道部材および転動体の構成において、深溝玉軸受１とは異なっている。すなわち、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された軌道部材としての一対の軌道輪２１と、転動体としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、その外周面であるころ転走面２３Ａにおいて一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４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。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４７】
ここで、本変形例における軸受部品としての軌道輪２１、およびニードルころ２３は、それぞれ上述の外輪１１または内輪１２、および玉１３に該当し、同様のβサイアロン焼結体からなるとともに、同様の内部２１Ｃ，２３Ｃ、緻密層（軌道輪緻密層２１Ｂ、ころ緻密層２３Ｂ）および高緻密層（軌道輪高緻密層２１Ｄ、ころ高緻密層２３Ｄ）を有している。そのため、本変形例おけるスラストニードルころ軸受２は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品（軌道輪２１、ニードルころ２３）を備えた転がり軸受となっている。
【００４８】
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１における転がり軸受の製造方法について説明する。図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図７は、本発明の実施の形態１における転がり軸受の製造方法に含まれる軸受部品の製造方法の概略を示す図である。
【００４９】
図６を参照して、本実施の形態における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、軌道輪２１などが製造される。一方、転動体製造工程では、玉１３、ニードルころ２３などが製造される。
【００５０】
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、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、軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の軸受部品の製造方法を用いて実施される。
【００５１】
図７を参照して、本実施の形態における軸受部品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、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、１．０≦ｚ≦２．０を満たすβサイアロンの粉末を安価に製造することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
次に、図７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、軸受部品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、軸受部品である外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などの概略形状に成形された成形体が作製される。
【００５４】
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軸受部品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外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３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、焼結後に所望の軸受部品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。
【００５５】
次に、図７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、外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３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。
【００５６】
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、軸受部品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、軸受部品としての外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３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軸受部品は完成する。
【００５７】
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ている。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、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、玉転走面１３Ａ、軌道輪転走面２１Ａおよびころ転走面２３Ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、軸受部品の転動疲労寿命を向上させることができる。
【００５８】
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。
【００５９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における転がり軸受であるハブユニットの構成を示す概略断面図である。また、図９は、図８の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図８および図９を参照して、実施の形態２におけるハブユニットについて説明する。
【００６０】
図８および図９を参照して、ハブユニット３は、基本的には図１に基づいて説明した深溝玉軸受１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、ハブユニット３は、軌道部材および転動体の構成において、深溝玉軸受１とは異なっている。すなわち、ハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持する装置である。このハブユニット３は、軌道部材である外輪３１、ハブ輪３２および内輪３３と、転動体としての複数の玉３４とを備えている。
【００６１】
外方部材としての外輪３１は、内周面に２列に形成された転走面３１Ａ１，３１Ａ２を有する環状の軌道部材である。内方部材としてのハブ輪３２は、外輪３１の一方の転走面３１Ａ１に対向する転走面３２Ａを有し、外輪３１にその一部が取り囲まれるように配置される軌道部材である。また、内方部材としての内輪３３は、外輪３１の他方の転走面３１Ａ２に対向する転走面３３Ａを有し、ハブ輪３２の外周面の一部に接触するように嵌め込まれ、かつ固定環３８がハブ輪３２の外周面の一部に接触するように嵌め込まれることによりハブ輪３２に対して固定された円環状の形状を有する軌道部材である。
【００６２】
複数の玉３４は、外輪３１の一方の転走面３１Ａ１と、ハブ輪３２の転走面３２Ａとに接触し、かつ円環状の保持器３９Ａにより周方向に所定のピッチで配置される列と、外輪３１の他方の転走面３１Ａ２と、内輪３３の転走面３３Ａとに接触し、かつ円環状の保持器３９Ｂにより周方向に所定のピッチで配置される列との複列（２列）の円環状の軌道上に転動自在に配置されている。以上の構成により、外方部材としての外輪３１と、内方部材としてのハブ輪３２および内輪３３とは、互いに相対的に回転することが可能となっている。
【００６３】
さらに、ハブ輪３２は、ハブ輪フランジ３５を有しており、ハブ輪フランジ３５にはハブ輪貫通穴３５Ａが形成されている。そして、ハブ輪貫通穴３５Ａに挿入されたボルト３６により、ハブ輪フランジ３５と車輪（図示しない）とが互いに固定されている。一方、外輪３１は、外輪フランジ３７を有しており、外輪フランジ３７には外輪貫通穴３７Ａが形成されている。そして、外輪貫通穴３７Ａに挿入された図示しないボルトにより、外輪フランジ３７と車体に固定された懸架装置（図示しない）とが互いに固定されている。以上の構成により、ハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持している。
【００６４】
すなわち、本実施の形態におけるハブユニット３は、車輪と車体との間に介在して、車輪を車体に対して回転自在に支持するハブユニットである。このハブユニット３は、環状の転走面３１Ａ１，３１Ａ２が形成された内周面を有する外方部材としての外輪３１と、外輪３１の転走面３１Ａ１に対向する環状の転走面３２Ａが形成され、外輪３１の内周面に少なくともその一部が取り囲まれるように配置される内方部材としてのハブ輪３２と、外輪３１の転走面３１Ａ２に対向する環状の転走面３３Ａが形成され、外輪３１の内周面に少なくともその一部が取り囲まれるように配置される内方部材としての内輪３３とを備えている。さらに、ハブユニット３は、外輪３１の転走面３１Ａ１，３１Ａ２とハブ輪３２および内輪３３の転走面３２Ａ，３３Ａとに玉転走面３４Ａにおいて接触し、環状の軌道上に配置される複数の玉３４とを備えている。
【００６５】
ここで、図８および図９を参照して、本実施の形態における軸受部品（ハブユニット用軸受部品）としての外輪３１、ハブ輪３２および内輪３３と玉３４とは、それぞれ実施の形態１における外輪１１および内輪１２と玉１３とに該当し、同様のβサイアロン焼結体からなるとともに、同様の内部３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ、緻密層（外輪緻密層３１Ｂ、ハブ輪緻密層３２Ｂ、内輪緻密層３３Ｂ、玉緻密層３４Ｂ）および高緻密層（外輪高緻密層３１Ｄ、ハブ輪高緻密層３２Ｄ、内輪高緻密層３３Ｄ、玉高緻密層３４Ｄ）を有している。そのため、本実施の形態おけるハブユニット３は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品（外輪３１、ハブ輪３２、内輪３３、玉３４）を備えた転がり軸受となっている。なお、実施の形態２における転がり軸受としてのハブユニット３および当該ハブユニット３が備える軸受部品としての外輪３１、ハブ輪３２、内輪３３、玉３４は、実施の形態１の場合と同様に製造することができる。
【００６６】
上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受および軸受部品の一例として深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受およびハブユニットおよびこれらが備える軸受部品について説明したが、本発明の転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、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や板などであってもよい。すなわち、本発明の軸受部品である軌道部材は、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。また、本発明の転がり軸受は、スラスト玉軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。
【００６７】
また、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受において軌道部材および転動体の両方がβサイアロン焼結体からなる本発明の軸受部品である場合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ない。本発明の転がり軸受は軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか一方が本発明の軸受部品であればよい。そして、軌道部材および転動体のいずれか一方が本発明の軸受部品である場合、転がり軸受の製造コストを考慮すると、転動体が本発明の軸受部品であることが好ましい。
【００６８】
このとき、本発明の転がり軸受における軌道部材の素材は特に限定されず、たとえば鋼、具体的にはＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの軸受鋼やＳ５３Ｃなどの高炭素鋼、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼を採用することができる。
【００６９】
さらに、本発明の軸受部品および転がり軸受は、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下で使用される軸受部品および転がり軸受として特に好適である。具体的には、たとえば上記ハブユニット用軸受部品および当該ハブユニット用軸受部品を備えたハブユニットのほか、トランスミッション、エンジン、電装補機などの自動車用軸受に用いられる自動車用軸受部品および当該自動車用軸受部品を備えた自動車用軸受、航空機エンジン用軸受に用いられる航空機エンジン用軸受部品および当該航空機エンジン用軸受部品を備えた航空機エンジン用軸受、建設機械用軸受に用いられる建設機械用軸受部品および当該建設機械用軸受部品を備えた建設機械用軸受、風車の主軸または主軸の回転を受けて回転する回転部材を、当該主軸または回転部材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風車用軸受に用いられる風車用軸受部品および当該風車用軸受部品を備えた風車用軸受に、本発明の軸受部品および転がり軸受は特に好適である。
【実施例１】
【００７０】
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。
【００７１】
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１において図７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。
【００７２】
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〜Ｃ、参考例Ａ〜Ｅおよび比較例Ｂ〜Ｃ）。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）。
【００７３】
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。
【００７４】
【表１】
2010001943.tif 000003
【００７５】
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、参考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。
【００７６】
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〜Ｃおよび参考例Ａ〜Ｅ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、本発明の範囲外となっている比較例Ｂでは、寿命が大幅に低下するとともに、転動体に摩耗が観察される。すなわち、ｚ値が３．８である比較例Ｂ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、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が４である比較例Ｃにおいては、極めて短時間に転動体の摩耗が進行し、転がり軸受の耐久性が著しく低下している。
【００７７】
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、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大幅に低下する。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、転動疲労寿命が著しく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、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能な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が提供可能であることが確認された。
【００７８】
なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の参考例Ｅ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〜Ｃおよび参考例Ａ〜Ｄ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。
【実施例２】
【００７９】
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、当該転がり軸受の内部に硬質の異物が侵入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。
【００８０】
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０．１〜２．５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０．１〜２．５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（比較例Ｂ〜Ｆ、実施例Ａ〜Ｅ）。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）。
【００８１】
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：２０００ｒｐｍ、潤滑：タービン油ＶＧ６８、試験温度：室温の条件の下、潤滑油にガスアトマイズにより作製したＫＨＡ３０の粉末（粒径１０８〜１８０μｍ；硬質の異物）を０．４ｇ／Ｌの割合で添加した状態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、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。
【００８２】
【表２】
2010001943.tif 000004
【００８３】
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。
【００８４】
表２を参照して、ｚ値が１．０以上２．０以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｅ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２．０を超え、本発明の範囲外となっている比較例Ｅ〜Ｆでは、寿命が大幅に低下するとともに、転動体（玉）の破損（剥離）が先行する。すなわち、ｚ値が２．２５である比較例Ｅでは、硬質の異物の影響によりβサイアロン焼結体からなる軸受部品（玉）に損傷が生じ、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が２．５である比較例Ｆにおいては、一層短時間に転動体の剥離が生じ、転がり軸受の耐久性が著しく低下している。
【００８５】
一方、ｚ値が１．０より小さく、本発明の範囲外となっている比較例Ｂ〜Ｄ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０．７５である比較例Ｄ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間に侵入した硬質の異物による損傷が軌道部材側に集中し、これに起因して、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。
【００８６】
さらに、表２を参照して、ｚ値が１．０以上２．０以下となっている本発明の範囲であっても、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間に侵入した硬質の異物によって、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。
【００８７】
以上のように、ｚ値が２．０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１．０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１．０以上２．０以下とすることにより、軸受部品を構成する素材の強度と軸受部品同士の接触面圧の低減とのバランスが確保される。その結果、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下において、βサイアロン焼結体からなる軸受部品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、軌道部材および転動体の一方はβサイアロン焼結体からなる軸受部品であり、軌道部材および転動体の他方は鋼からなる軸受部品である場合、軌道部材の物性と転動体の物性とがほどよく調和して、硬質の異物による損傷の発生を抑制することができる。このように、ｚ値を１．０以上２．０以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、軸受の内部に硬質の異物が侵入する環境下においても用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる軸受部品を備えた転がり軸受が提供可能であることが確認された。
【００８８】
また、軌道部材および転動体の一方はβサイアロン焼結体からなる軸受部品であり、軌道部材および転動体の他方は鋼からなる軸受部品である場合、鋼からなる軸受部品の損傷を抑制するため、鋼からなる軸受部品の表面硬度はＨＶ６８０以上とすることが好ましいことが確認された。
【実施例３】
【００８９】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の軸受部品の断面における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。
【００９０】
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、実施の形態１において図７に基づいて説明した軸受部品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、上記立方体試験片を製造した。
【００９１】
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。
【００９２】
次に、試験結果について説明する。図１０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１１は、図１０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１２は、図１０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１０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。
【００９３】
図１０および図１１を参照して、本発明の軸受部品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１２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１２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。
【００９４】
【表３】
2010001943.tif 000005
【００９５】
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、本発明の軸受部品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。
【実施例４】
【００９６】
以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の軸受部品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。
【００９７】
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、実施の形態１において図７に基づいて説明した軸受部品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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
【表４】
2010001943.tif 000006
【０１０１】
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、本発明の軸受部品を備えた転がり軸受は、耐久性において優れていることが確認された。そして、本発明の軸受部品を備えた転がり軸受は、軸受部品の加工代を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、軸受部品の加工代を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。
【０１０２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の軸受部品および転がり軸受は、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる軸受部品および当該軸受部品を備えた転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】実施の形態１における深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図３】実施の形態１の変形例におけるスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図４】図３のスラストニードルころ軸受が備える軌道輪の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図５】図３のスラストニードルころ軸受が備えるニードルころを拡大して示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図７】実施の形態１における転がり軸受の製造方法に含まれる軸受部品の製造方法の概略を示す図である。
【図８】実施の形態２における転がり軸受であるハブユニットの構成を示す概略断面図である。
【図９】図８の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図１０】試験片の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。
【図１１】図１０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。
【図１２】図１０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。
【符号の説明】
【０１０５】
１  深溝玉軸受、２  スラストニードルころ軸受、３  ハブユニット、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ  外輪緻密層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ  内部、１１Ｄ  外輪高緻密層、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１２Ｂ  内輪緻密層、１２Ｄ  内輪高緻密層、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１３Ｂ  玉緻密層、１３Ｄ  玉高緻密層、１４，２４，３９Ａ，３９Ｂ  保持器、２１  軌道輪、２１Ａ  軌道輪転走面、２１Ｂ  軌道輪緻密層、２１Ｃ，２３Ｃ  内部、２１Ｄ  軌道輪高緻密層、２３  ニードルころ、２３Ａ  ころ転走面、２３Ｂ  ころ緻密層、２３Ｄ  ころ高緻密層、３１  外輪、３１Ａ１，３１Ａ２，３２Ａ，３３Ａ  転走面、３１Ｂ  外輪緻密層、３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ  内部、３１Ｄ  外輪高緻密層、３２  ハブ輪、３２Ｂ  ハブ輪緻密層、３２Ｄ  ハブ輪高緻密層、３３  内輪、３３Ｂ  内輪緻密層、３３Ｄ  内輪高緻密層、３４  玉、３４Ａ  玉転走面、３４Ｂ  玉緻密層、３４Ｄ  玉高緻密層、３５  ハブ輪フランジ、３５Ａ  ハブ輪貫通穴、３６  ボルト、３７  外輪フランジ、３７Ａ  外輪貫通穴、３８  固定環、３９Ａ，３９Ｂ  保持器。
【図１】
2010001943.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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