(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られ、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６〜０．９質量％であり、
前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．７質量％であり、
前記転がり摺動面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％であり、
前記転がり摺動面の表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする前記転がり摺動面を備えた転がり摺動部材の製造方法であって、
０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に研磨取代を有する素形材を得る前加工工程、
前記素形材を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８８０〜９２０℃で加熱した後、前記浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を前記加熱温度より低い温度で、かつ８００〜８４０℃で加熱し、急冷して、前記転がり摺動面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が４５％以上である中間素材を得る浸炭窒化処理工程、
前記浸炭窒化処理後の中間素材に対して、当該中間素材を１６０℃以上で加熱する焼もどし処理を施す焼もどし処理工程、および
前記焼もどし処理後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分を研磨する研磨加工工程、
研磨加工工程後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に対して、ショットピーニング加工を施し、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％であり、前記転がり摺動面の表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上である転がり摺動部材を得るショットピーニング加工工程
を含むことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり摺動部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械などに用いられている転がり軸受を長寿命化させるために、軸受の軌道輪や転動体を形成する鋼材として、焼入れ性や耐磨耗性の向上に寄与するクロムを多く含む合金に対して１回の浸炭窒化処理および窒素を含まない雰囲気下での加熱拡散処理を施した軸受鋼からなる鋼材が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、表面層における窒素の含有量を０．１〜０．５質量％程度にすることができるだけであり、十分な量の窒素を鋼材の表面層に含有させることができないため、耐熱性や耐磨耗性が十分に得られておらず、十分な長寿命化を図ることができないという欠点がある。また、希少金属であるクロムが多く含まれている軸受鋼は、高価であるため、転がり軸受の製造コストが増大する。
そこで、前記軸受鋼よりも安価な機械構造用炭素鋼を転がり軸受の材料として用いることが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２００００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機械構造用炭素鋼は、十分な硬さに焼入れ、硬化することができず、従来のＳＵＪ２などの軸受鋼製の転がり軸受と同等の寿命を確保することができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、安価な材料を用いて、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる転がり摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転がり摺動部材は、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られ、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動面を有する転がり摺動部材であって、
前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６〜０．９質量％であり、
前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．７質量％であり、
前記転がり摺動面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％であり、
前記転がり摺動面の表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
なお、表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量は、表面から深さ方向の断面において、表面から１０μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における窒素の含有量のことをいう。また、表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量は、表面から深さ方向の断面において、表面から２００μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における窒素の含有量のことをいう。
【０００８】
前記構成を備えた転がり摺動部材は、前記組成を有する機械構造用炭素鋼などの安価な鋼材から得られたものであるため、安い材料コストで製造することができる。
しかも、前記構成を備えた転がり摺動部材は、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６〜０．９質量％、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．７質量％となっているので、表面層における耐磨耗性および耐熱性を確保することができるとともに、内部（表面から略２００μｍの深さの位置）における内部起点剥離を抑制するのに十分な組織安定性とを確保することができる。また、前記転がり摺動部材は、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％となっているので、異物による表面損傷による応力集中を低減することができ、かつ従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の硬さを確保することができる。さらに、表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上となっているので、前記転がり摺動部材は、十分な疲労強度を確保することができる。
したがって、前記転がり摺動部材は、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができる。
【０００９】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相手部材との間で相対的に転がり接触もしくは滑り接触または両接触を含む接触をする前記転がり摺動面を備えた転がり摺動部材の製造方法であって、
０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に研磨取代を有する素形材を得る前加工工程、
前記素形材を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８８０〜９２０℃で加熱した後、前記浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を前記加熱の際の温度より低い温度で、かつ８００〜８４０℃で加熱し、急冷して、前記転がり摺動面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が４５％以上である中間素材を得る浸炭窒化処理工程、
前記浸炭窒化処理後の中間素材に対して、当該中間素材を１６０℃以上で加熱する焼もどし処理を施す焼もどし処理工程、および
前記焼もどし処理後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分を研磨する研磨加工工程、
研磨加工工程後の中間素材の少なくとも前記転がり摺動面を形成する部分に対して、ショットピーニング加工を施し、前記転がり摺動面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４質量％以上であり、前記転がり摺動面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％であり、前記転がり摺動面の表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上である転がり摺動部材を得るショットピーニング加工工程
を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、前記鋼材を加工した素形材に対して、８８０〜９２０℃での浸炭窒化処理（「高温浸炭窒化処理」という）、当該高温浸炭窒化処理の際の加熱の温度より低い温度で、かつ８００〜８４０℃での浸炭窒化処理（「低温浸炭窒化処理」という）、焼もどし処理、研磨加工およびショットピーニング加工をこの順で施しているため、得られる転がり摺動部材の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量を０．６〜０．９質量％、表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量を０．４〜０．７質量％、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を２５〜３５％、表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上とすることができる。
したがって、本発明の転がり摺動部材の製造方法によれば、前述の優れた作用効果を奏する転がり摺動部材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり摺動部材およびその製造方法によれば、安価な材料を用いて、従来の軸受鋼製の転がり摺動部材と同等以上の寿命を確保することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材を備えた玉軸受の構造を示す概略説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材としての外輪の製造方法を示す工程図である。
【図３】実施例１における熱処理条件を示す線図である。
【図４】実施例２における熱処理条件を示す線図である。
【図５】実施例３における熱処理条件を示す線図である。
【図６】実施例４における熱処理条件を示す線図である。
【図７】比較例１における熱処理条件を示す線図である。
【図８】比較例２における熱処理条件を示す線図である。
【図９】比較例３における熱処理条件を示す線図である。
【図１０】比較例４における熱処理条件を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（転がり摺動部材および転がり軸受）
以下、添付の図面により本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材を備えた玉軸受の構造を示す概略説明図である。
【００１４】
玉軸受１０は、内周面に転がり摺動面としての軌道面１ａを有する外輪１と、外周面に転がり摺動面としての軌道面２ａを有する内輪２と、前記外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａ間に配置され、転がり摺動面としての転動面を有する複数個の玉３と、前記複数個の玉３を周方向に所定間隔毎に保持する保持器４とを備えている。外内輪１，２および玉３は、本実施形態に係る転がり摺動部材である。
【００１５】
外内輪１，２および玉３は、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材から得られたものである。かかる鋼材は、安価に入手することができるものであるため、外内輪１，２および玉３は、低コストで製造することができる。
前記鋼材としては、Ｓ２５Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼が挙げられる。
【００１６】
玉軸受１０では、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量は、前記表面から１０μｍの範囲を含む表面層において、十分な耐磨耗性および耐熱性を確保する観点から、０．６質量％以上であり、十分な靱性を確保する観点から、０．９質量％以下である。
また、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量は、内部起点剥離を抑制するに十分な組織安定性を得る観点から、０．４質量％以上であり、焼入れの効果を十分に得る観点から、０．７質量％以下である。
これにより、外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面層において、耐磨耗性および耐熱性を確保することができ、かつ内部（表面から略２００μｍの深さの位置）において、内部起点剥離を抑制するのに十分な組織安定性を確保することができる。
【００１７】
外内輪１，２の両軌道面１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量は、異物による表面損傷による応力集中を低減する観点から、２５％以上であり、転がり摺動部材として十分な硬さを確保する観点から、３５％である。
【００１８】
外内輪１，２の両軌道部１ａ，２ａおよび玉３の転動面それぞれの表面から少なくとも１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力は、十分な疲労強度を確保する観点から、６００ＭＰａ以上である。
【００１９】
（転がり摺動部材の製造方法）
つぎに、かかる転がり摺動部材の製造方法の例として、前記外輪１の製造方法を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る転がり摺動部材としての外輪の製造方法の工程図である。
【００２０】
まず、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である鋼材からなる外輪の環状素材１３を製造し、得られた環状素材１３に切削加工などを施して、所定形状に加工して、軌道面１１ａ、端面１１ｂ、内周面１１ｃおよび外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に研磨取代を有する外輪の素形材１４を得る〔「前加工工程」、図２（ａ）および（ｂ）参照〕。
かかる前加工工程では、安価に入手することができる前記機械構造用炭素鋼などの鋼材を用いるため、安価なコストで外輪１を製造することができる。
【００２１】
つぎに、得られた外輪の素形材１４（中間素材）を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８８０〜９２０℃で加熱し、急冷し〔「高温浸炭窒化工程」、図２（ｃ）参照〕、その後、前記と同じ浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８００〜８４０℃で加熱し、急冷する〔「低温浸炭窒化工程」、図２（ｄ）参照〕。
【００２２】
前記浸炭窒化雰囲気におけるカーボンポテンシャルは、外輪１，２の軌道面の表面における硬さを十分な硬さとする観点から、０．９以上であり、靱性を確保する観点から、１．３以下である。
【００２３】
前記浸炭窒化雰囲気における残留アンモニア量は、素形材１４の内部に窒素を十分に浸透させる観点から、１体積％以上であり、素形材１４の表面で窒素が気泡状となり浸透が妨げられることを抑制する観点から、１．４体積％以下である。
【００２４】
前記高温浸炭窒化工程において、加熱保持温度は、窒素を素形材の内部に十分に拡散させ、浸透させる観点から、８８０℃以上であり、過剰浸炭組織の発生を抑制する観点から、９２０℃である。これにより、窒素を前記素形材の内部にまで拡散させて侵入させることができる。加熱保持時間は、３時間以上であればよい。
前記高温浸炭窒化工程で加熱保持した後、前記浸炭窒化雰囲気中において１０〜６０分かけて、つぎの前記低温浸炭窒化工程の加熱保持温度まで降温する。
表面から少なくとも５００μｍの深さまでの範囲は、浸炭窒化層となっている。通常、かかる浸炭窒化層は、表面から８００μｍ程度の深さまで形成されている。浸炭窒化層より深い位置は、浸炭窒化されていない。
【００２５】
前記低温浸炭窒化工程において、加熱保持温度は、軌道面の表面に十分な硬化層を形成させる観点から、８００℃以上であり、軌道面の表面窒素含有量を確保する観点から、８４０℃である。これにより、前記素形材の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量を増加させることができる。また、加熱保持時間は、２時間以上であればよい。
【００２６】
前記高温浸炭窒化工程および低温浸炭窒化工程をこの順に行なうことによって、得られた中間素材の軌道面１１ａ、端面１１ｂ、外周面１１ｄそれぞれを形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を４５％以上（例えば、４５〜６５％）とすることができる。
【００２７】
急冷は、冷却油の油浴中における油冷により行われる。冷却油の油浴温度は、通常、６０〜１８０℃であればよい。
【００２８】
その後、前記浸炭窒化処理後の中間素材１４を、１６０℃以上の温度で加熱保持する焼もどし処理を行う〔「焼もどし処理工程」、図２（ｅ）参照〕。
焼もどし処理における加熱保持温度は、焼入れ後の靱性を回復させる観点から、１６０℃以上であり、十分な硬さを確保する観点から、２００℃以下である。
また、焼もどし処理における加熱保持時間は、特に限定されないが、通常２時間とすることができる。
【００２９】
つぎに、得られた外輪の中間素材１５の軌道面１１ａ、端面１１ｂ、外周面１１ｄそれぞれを形成する部分に対して、研磨加工を施す〔図２（ｆ）参照、「研磨加工工程」〕。
【００３０】
その後、研磨加工後の外輪の中間素材１５の軌道面１１ａ、端面１１ｂ、外周面１１ｄに対して、ショットピーニング加工を施す〔図２（ｇ）参照、「ショットピーニング加工工程」〕。このようにして、目的の外輪１１を得ることができる。
本実施形態の転がり摺動部材の製造方法では、前記高温浸炭窒化工程および低温浸炭窒化工程において、軌道面１１ａ、端面１１ｂ、外周面１１ｄそれぞれを形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を４５％以上（例えば、４５〜６５％）になるようにしているため、本ショットピーニング加工工程においてショットピーニング加工によって残留オーステナイト量が減少しても、十分な残留オーステナイト量を確保することができる。
【００３１】
なお、本実施形態の転がり摺動部材の製造方法は、内輪および転動体の製造にも採用することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
〔実施例１〜４および比較例１〜３〕
機械構造用炭素鋼であるＳ２５Ｃを、所定形状に加工して、転がり摺動面としての軌道面を形成する部分に研磨取代を有する玉軸受（型番６２０６）用外内輪それぞれの素形材を製造した。なお、Ｓ２５Ｃの元素組成は、炭素０．２０〜０．３０質量％と、ケイ素０．１５〜０．４０質量％、マンガン０．３０〜０．６０質量％、クロム０．０５〜０．１５質量％、残部鉄および不可避不純物である。つぎに、得られた素形材に、図３〜図９に示す熱処理条件で熱処理を施した。
【００３４】
ここで、図３に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１体積％の浸炭窒化雰囲気中において９２０℃で３時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８００℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８００℃で４時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例１の外内輪）。
図４に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．２体積％の浸炭窒化雰囲気中において９００℃で３時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８４０℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８４０℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例２の外内輪）。
図５に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８８０℃で３．５時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８２０℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８２０℃で２時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例３の外内輪）。
図６に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．３体積％の浸炭窒化雰囲気中において９２０℃で４時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８００℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８００℃で３．５時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（実施例４の外内輪）。
図７に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．３体積％の浸炭窒化雰囲気中において９００℃で３時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８６０℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で２時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例１の外内輪）。
図８に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が１．３体積％の浸炭窒化雰囲気中において８７０℃で２時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８２０℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８２０℃で２時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例２の外内輪）。
図９に示される熱処理条件は、素形材を、カーボンポテンシャルが１．２、残留アンモニア量が０．８体積％の浸炭窒化雰囲気中において９２０℃で３時間加熱し（高温浸炭窒化処理）、つぎに、この浸炭窒化雰囲気中において３０分間かけて８００℃まで降温し、そのまま前記と同じ浸炭窒化雰囲気中において８００℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷し（低温浸炭窒化処理）、その後、１７０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである（比較例３の外内輪）。
【００３５】
なお、前記低温浸炭窒化処理後、中間素材の軌道面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を測定した。前記低温浸炭窒化処理後の中間素材の軌道面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量は、前記中間素材の軌道面を形成する部分の表面から１０μｍの深さまでを電解研磨し、電解研磨された表面の残留オーステナイト量を測定することにより求めた。
【００３６】
前記熱処理後の中間素材の前記軌道面を形成する部分に研磨加工を施し、つぎに、研磨加工後の中間素材の軌道面を形成する部分にショットピーニング加工を施し、実施例１〜４および比較例１〜３の外内輪を製造した。ショットピーニング加工におけるショット条件は、表１に示される通りである。
【００３７】
【表１】
0005392099.tif 000002
【００３８】
〔比較例４〕
軸受鋼であるＳＵＪ２を用いて、型番６２０６の玉軸受の外内輪を製造するための素形材それぞれを製造した。つぎに、得られた素形材に、図１０に示す熱処理条件で熱処理を施して、比較例４の外内輪を製造した。
なお、図１０に示される熱処理条件は、素形材を、８４０℃で０．５時間加熱した後、８０℃に油冷し（焼入れ）、１８０℃で２時間加熱（焼もどし処理）するものである。
【００３９】
〔試験例１〕
実施例１〜４、比較例１〜４の内輪について、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量、軌道面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量および軌道面の表面から１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力を調べた。また、実施例１〜４、比較例１〜４の各外内輪を有する玉軸受について、寿命試験を行なった。
【００４０】
軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量は、前記内輪を表面から深さ方向に切断した後、前記表面から１０μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における窒素の含有量を測定することにより求めた。また、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素含有量は、前記内輪を表面から深さ方向に切断した後、前記表面から２００μｍの深さの位置を中心とした深さ方向に±１μｍの範囲における窒素含有量を測定することにより求めた。軌道面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量は、前記内輪の表面から１０μｍの深さまでを電解研磨し、電荷研磨された表面の残留オーステナイト量を測定することにより求めた。軌道面の表面から１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力は、前記内輪の表面から１００μｍの深さまでを電解研磨し、電解研磨された表面の残留圧縮応力をＸ線残留応力測定装置によって測定することにより求めた。
【００４１】
また、寿命試験は、実施例１〜４および比較例１〜４の内外輪と、比較例４と同様にして製造した転動体との組み合わせを用いて、それぞれ、実施例１〜４および比較例１〜４の各玉軸受を組み立て、得られた各玉軸受について、表２に示す条件で試験した。そして、玉軸受の内輪が破損するまでの時間を測定するという試験を５回繰り返し、ワイブル分布により１０％の損傷確率があると推定されるＬ10寿命を求めた。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
これらの結果を表３に示す。表３中、「浸炭窒化処理後の残留オーステナイト量」は、低温浸炭窒化処理後の中間素材の軌道面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量、「表面窒素含有量」は、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量、「内部窒素含有量」は、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量、「表面残留圧縮応力」は、軌道面の表面から１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力、「残留オーステナイト量」は、軌道面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量、「寿命」は、Ｌ10寿命をそれぞれ示す。なお、寿命は、比較例４の玉軸受の寿命を１として、相対値として算出した。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
表３に示された結果から、実施例１〜４の内輪では、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．６〜０．９質量％であること、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量が０．４〜０．７質量％であること、軌道面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２５〜３５％であること、および軌道面の表面から１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上であることのいずれをも満たしていることがわかる。一方、比較例１〜３の内輪では、軌道面の表面から略１０μｍの深さの位置での窒素の含有量の範囲、軌道面の表面から略２００μｍの深さの位置での窒素の含有量の範囲、軌道面の表面から１００μｍの深さの位置での残留圧縮応力の範囲、軌道面の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量の範囲のいずれかを満たしていないことがわかる。
【００４６】
また、表３に示された結果から、実施例１〜４の内輪では、比較例４の玉軸受の３倍以上の寿命を示すことがわかる。これに対して、比較例１〜３の玉軸受では、比較例４の玉軸受の１．７倍以下の寿命を示すにとどまっていることがわかる。
【００４７】
一般的に、転がり摺動部材を製造するための鋼材として、前記Ｓ２５Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いた場合、１回の浸炭窒化処理を行なっただけでは、表面の硬さが不十分であり、十分な寿命を確保することができない。
しかしながら、表３に示された結果からわかるように、鋼材として、０．１〜０．５質量％の炭素と、０．１質量％〜０．４質量％ケイ素と、０質量％を超え、かつ０．９質量％以下のマンガンと、０質量％を超え、かつ０．２質量％以下のクロムとを含有し、かつ残部が鉄および不可避不純物である安価な鋼材（Ｓ２５Ｃなどの機械構造用炭素鋼）を用いた場合であっても、かかる鋼材からなる素形材を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、残留アンモニア量が１〜１．４体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８８０〜９２０℃で加熱した後（高温浸炭窒化処理）、前記浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８００〜８４０℃で加熱し、急冷し（低温浸炭窒化処理）、得られた中間素材を１６０℃以上で加熱し（焼もどし処理）、焼もどし処理後の中間素材の少なくとも転がり摺動面を形成する部分を研磨し（研磨加工）、研磨加工工程後の中間素材の少なくとも転がり摺動面を形成する部分に対して、ショットピーニング加工を施すことにより、十分な寿命を示す転がり摺動部材を低コストで得ることができることがわかる。
【００４８】
さらに、通常、ショットピーニング加工を行なった場合、残留オーステナイト量が減少するが、実施例１〜４の内輪では、前記高温浸炭窒化処理および低温浸炭窒化処理によって、浸炭窒化処理後の中間素材の軌道面を形成する部分の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を４５％以上としているため、十分な残留オーステナイト量を確保することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  外輪、１ａ  軌道部、２  内輪、２ａ  軌道部、４  保持器、１０  玉軸受、
１１  外輪
【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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【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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