(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されており、前記窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備え、
前記転動体は、セラミックスからなっており、
前記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である、転がり軸受。
【請求項２】
前記窒素富化層の厚みは０．１ｍｍ以上である、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記窒素富化層は、８００ＨＶ以上の硬度を有している、請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
ガスタービンエンジンの内部において、主軸または前記主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材を、前記回転部材に隣接する部材に対して回転自在に支持する、請求項１〜３のいずれか１項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、転がり軸受に関し、より特定的には、セラミックスからなる転動体を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転がり軸受が使用される機械装置の高性能化、高効率化などの進行に伴い、転がり軸受に対しては、過酷な使用環境下における高い耐久性が求められる傾向にある。具体的には、内部に硬質の異物が侵入する異物混入環境において用いられる転がり軸受では、当該異物の噛み込みに起因して転がり軸受が早期に（軸受の計算寿命よりも短い運転時間で）損傷する場合がある。また、負荷される荷重が比較的小さい場合でも、高速で回転する転がり軸受においては、スミアリングが発生する場合がある。さらに、潤滑が不十分な環境下において使用される転がり軸受においては、焼付きが発生する場合がある。また、転がり軸受が高温、たとえば２００℃を超える高温環境下で使用される場合、転がり軸受を構成する部品（軸受部品）の硬度が低下し、耐久性が低下する場合もある。
【０００３】
これに対し、軸受部品が鋼からなる場合、当該鋼に４質量％以上のクロムを添加して鋼の焼戻軟化抵抗を向上させることにより、高温での強度を向上させ、転がり軸受の高温環境下における耐久性を向上させることができる。また、軸受部品が炭素含有量０．１５質量％以下である鋼からなる場合、異物混入環境における耐久性を向上させるためには、軸受部品に対し、たとえば浸炭処理を行なうことにより表層部に他の領域に比べて炭素濃度の高い領域（浸炭層）を形成した上で、表層部に他の領域に比べて窒素濃度が高い層である窒素富化層を形成する処理、たとえば窒化処理を行なう対策を採用することができる。
【０００４】
ここで、クロム含有量の高い鋼、たとえば４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品においては、表層部に化学的に安定な酸化膜が形成される。そのため、通常の窒化処理を実施しても、表層部に窒素が侵入せず、窒素富化層が形成されないという問題が生じる。これに対し、プラズマ窒化処理を実施することにより、窒素富化層を形成する対策が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。そして、プラズマ窒化処理の制御については、たとえばグロー放電の分光分析に基づいて行なう方法や、被処理物を流れる電流の電流密度に基づいて行なう方法が提案されている（たとえば特許文献２および３参照）。これにより、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品の表層部に窒素富化層を形成することが可能となる。
【０００５】
また、耐焼付き性を向上させるために、軸受部品である玉を有機リン化合物中に浸漬し、表面に反応膜を形成する対策が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平２−５７６７５号公報
【特許文献２】特開平７−１１８８２６号公報
【特許文献３】特開平９−３６４６号公報
【特許文献４】特開平９−１３３１３０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、上述のようなプラズマ窒化処理を用いて４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品の表層部に窒素富化層を形成した場合でも、当該軸受部品の特性が十分に向上しない場合がある。すなわち、上述のような軸受部品に応力が繰返し負荷された場合、早期に剥離や破断が発生することがある（疲労強度の低下）。また、上述のような軸受部品に衝撃的な応力が負荷された場合、容易に破損が発生することもある（靭性の低下）。つまり、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品においては、単に窒素富化層を形成するのみでは、表層部の硬度は上昇するものの、特に疲労強度や靭性の点で、必ずしも十分な特性が得られない場合があるという問題があった。
【０００７】
また、転がり軸受が使用される環境はますます過酷化している。たとえば、航空機などのジェットエンジンに使用される転がり軸受においては、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、潤滑が一時的に遮断された場合における耐焼付性の向上（いわゆるドライラン性能の向上）が求められる。そのため、上記特許文献１〜４に開示された対策を含め、従来の対策では必ずしも十分であるとはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な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】
【０００９】
本発明に従った転がり軸受は、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されており、窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体とを備えている。そして、転動体は、セラミックスからなっている。
【００１０】
本発明者は、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品に窒素富化層を形成した場合に、疲労強度や靭性が低下する原因について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような現象が起こることに起因して、軸受部品の疲労強度や靭性が低下することが分かった。
【００１１】
すなわち、上述のようにプラズマ窒化により４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品に窒素富化層を形成した場合、表層部における窒素量が、軸受部品を構成する鋼の固溶限（析出物に含まれる窒素も含めた固溶限）を超える。そのため、軸受部品を構成する鋼には、結晶粒界に沿って析出する鉄の窒化物（Ｆｅ３Ｎ、Ｆｅ４Ｎなど）が形成される。そして、アスペクト比２以上で、かつ７．５μｍ以上の長さで形成された鉄の窒化物（以下、アスペクト比２以上、かつ７．５μｍ以上の長さを有し、結晶粒界に沿って形成される鉄の窒化物を粒界析出物という）は、剥離や破断の起点となるおそれがある。
【００１２】
より具体的には、粒界析出物が形成された軸受部品に応力が繰返し負荷された場合、当該粒界析出物が応力の集中源となり、亀裂が発生することがある。そして、この亀裂が進展し、剥離や破断に至るため、軸受部品の疲労強度が低下する。また、粒界析出物が形成された軸受部品に衝撃的な応力が負荷されると、当該粒界析出物が亀裂の発生や進展を助長するため、靭性が低下する場合がある。つまり、軸受部品の表層部において過剰な量の窒素が侵入する結果、粒界析出物が形成され、これが原因となって軸受部品の疲労強度や靭性が低下し得る。
【００１３】
これに対し、本発明の転がり軸受を構成する軌道部材においては、適切な成分組成を有する鋼からなる軌道部材の表面を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上の窒素富化層を形成した上で、当該窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とすることにより、粒界析出物の形成を抑制することが可能となっている。その結果、本発明の転がり軸受を構成する軌道部材によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなることにより高温環境下における硬度低下が抑制されるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された軌道部材を提供することができる。以下、軌道部材を構成する鋼の成分範囲および窒素富化層における窒素および炭素の濃度を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【００１４】
炭素：０．１１質量％以上０．１５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、炭素が０．１１質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、炭素が０．１５質量％を超えると、心部硬度の上昇、靱性の低下という問題が発生し得る。したがって、炭素は０．１１質量％以上０．１５質量％以下とする必要がある。
【００１５】
珪素：０．１質量％以上０．２５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、珪素が０．１質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、珪素が０．２５質量％を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、珪素は０．１質量％以上０．２５質量％以下とする必要がある。
【００１６】
マンガン：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、マンガンが０．１５質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、マンガンが０．３５質量％を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、マンガンは０．１５質量％以上０．３５質量％以下とする必要がある。
【００１７】
ニッケル：３．２質量％以上３．６質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、ニッケルが３．２質量％未満では、耐食性や硬度、靱性の向上という効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、ニッケルが３．６質量％を超えると、残留オーステナイト量の増加という問題が発生し得る。したがって、ニッケルは３．２質量％以上３．６質量％以下とする必要がある。
【００１８】
クロム：４質量％以上４．２５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、クロムが４質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、クロムが４．２５質量％を超えると、焼入が実施される際に炭化物の固溶が阻害されるという問題が発生し得る。したがって、クロムは４質量％以上４．２５質量％以下とする必要がある。
【００１９】
モリブデン：４質量％以上４．５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、モリブデンが４質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、モリブデンが４．５質量％を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、モリブデンは４質量％以上４．５質量％以下とする必要がある。
【００２０】
バナジウム：１．１３質量％以上１．３３質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、バナジウムが１．１３質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下やバナジウム添加によるミクロ組織の微細化の効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、バナジウムが１．３３質量％を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、バナジウムは１．１３質量％以上１．３３質量％以下とする必要がある。
【００２１】
窒素富化層の窒素濃度：０．０５質量％以上
上記鋼からなる軌道部材において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、表面を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されている必要がある。また、耐摩耗性等を一層向上させるためには、軌道部材の表面における窒素濃度は、０．１５質量％以上であることが好ましい。
【００２２】
窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値：０．５５質量％以上１．９質量％以下
上記鋼からなる軌道部材において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、窒素濃度だけでなく炭素濃度をも管理することが重要である。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が０．５５質量未満では、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、０．５５質量％以上とする必要がある。また、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することを容易にするためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、０．７質量％以上とすることが好ましい。
【００２３】
一方、上記鋼からなる軌道部材において、表層部の窒素濃度が高くなると粒界析出物が形成されやすくなり、炭素濃度が高くなるとその傾向がより強くなる。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が１．９質量％を超えると、粒界析出物の形成を抑制することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、１．９質量％以下とする必要がある。また、粒界析出物の形成を一層抑制するためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、１．７質量％以下とすることが好ましい。なお、上記炭素濃度および窒素濃度とは、鉄、クロムなどの炭化物や窒化物以外の領域である素地（母相）における濃度をいう。
【００２４】
さらに、本発明の転がり軸受においては、転動体がセラミックスからなっている。これにより、スミアリングの発生が抑制されるとともに、互いに接触する軌道部材と転動体とが異種材料となるため、耐焼付き性が向上する。また、鋼に比べて硬度の高いセラミックスを転動体の素材に採用することにより、異物混入環境における転動体の耐久性が向上する。その結果、耐スミアリング性の向上および異物混入環境における耐久性の向上と同時に、潤滑が不十分な環境下における耐久性、たとえばドライラン性能の向上が達成される。また、転動体がセラミックスからなることにより、高温環境下における転動体の硬度低下が抑制される。ここで、転動体を構成するセラミックスとしては、たとえば窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニアなどを採用することができる。
【００２５】
以上のように、本発明の転がり軸受においては、軌道部材が４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、転動体がセラミックスからなることにより、高温環境下における軸受部品の硬度低下が抑制される。また、適切な成分組成を有する鋼からなる軌道部材の表層部に、炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とした窒素富化層を形成するとともに、転動体がセラミックスからなることにより、異物混入環境における軸受部品の耐久性が向上する。さらに、鋼からなる軌道部材にセラミックスからなる転動体を組み合わせることにより、耐スミアリング性の向上とともに、ドライラン性能の向上が達成される。その結果、本発明の転がり軸受によれば、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な転がり軸受を提供することができる。
【００２６】
上記転がり軸受において好ましくは、上記窒素富化層の厚みは０．１ｍｍ以上である。軌道部材においては、表面および表面直下、具体的には表面からの距離が０．１ｍｍ以内の領域の強度が重要となる場合が多い。そのため、上記窒素富化層の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、軌道部材に十分な強度を付与することが可能となる。なお、軌道部材の強度を一層十分なものとするためには、上記窒素富化層の厚みは０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
上記転がり軸受において好ましくは、上記窒素富化層は、８００ＨＶ以上の硬度を有している。表層部に形成される窒素富化層の硬度を８００ＨＶ以上とすることにより、軌道部材の強度を一層確実に確保することが可能となる。
【００２８】
上記転がり軸受において好ましくは、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である。
【００２９】
上述のように、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物である粒界析出物は、軸受部品の疲労強度、靭性などの特性を低下させるおそれがある。そして、本発明者が上記成分組成を有する鋼からなる軸受部品について、軸受部品の疲労強度と粒界析出物の数密度との関係について調査したところ、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個を超える数密度で存在すると、軸受部品の疲労強度が低下することが分かった。したがって、窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物の数が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下であることにより、軌道部材の疲労強度を向上させることができる。なお、軌道部材の疲労強度を一層向上させるためには、上記粒界析出物の数は、一辺１５０μｍの正方形領域６０視野内に１個以下であることが好ましい。
【００３０】
上記転がり軸受は、ガスタービンエンジンの内部において、主軸または主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材を、当該回転部材に隣接する部材に対して回転自在に支持する軸受として用いてもよい。ガスタービンエンジンの内部において回転部材（主軸または主軸の回転を受けて回転する部材）を支持する軸受には、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上、耐スミアリング性の向上およびドライラン性能の向上が求められる。そのため、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上を達成可能な本発明の転がり軸受は、ガスタービンエンジンの内部において回転部材を支持する軸受として好適である。
【００３１】
なお、上記窒素富化層における窒素および炭素の濃度は、たとえばＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により調査することができる。また、上記鉄の窒化物（粒界析出物）の数密度は、たとえば以下のように調査することができる。すなわち、まず軸受部品を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を研磨する。その後、適切な腐食液にて当該断面腐食した上で、窒素富化層をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）あるいは光学顕微鏡にて観察して写真を撮影する。そして、表面が視野の一辺として規定された一辺１５０μｍの正方形の視野を画像解析装置により解析し、粒界析出物の数を調査する。これをランダムに５視野以上において実施し、５視野あたりの粒界析出物の数を算出する。
【発明の効果】
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な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】
【００３３】
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、その説明は繰り返さない。
【００３４】
図１は、本発明の転がり軸受を適用可能なガスタービンエンジンであるターボファンエンジンの構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態におけるターボファンエンジンの構成について説明する。
【００３５】
図１を参照して、ターボファンエンジン７０は、圧縮部７１と、燃焼部７２と、タービン部７３とを備えている。そして、ターボファンエンジン７０は、圧縮部７１から、燃焼部７２を通り、タービン部７３に至るように配置された、低圧主軸７４と、低圧主軸７４の外周面を取り囲むように配置された高圧主軸７７とを備えている。
【００３６】
圧縮部７１は、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４から径方向外側に突出するように形成された複数のファンブレード７５Ａを有するファン７５と、ファン７５の外周側を取り囲むとともに燃焼部７２に向けて延在するファンナセル７６と、ファン７５から見て燃焼部７２側に配置されたコンプレッサ８１とを含んでいる。コンプレッサ８１は、低圧コンプレッサ８１Ａと、低圧コンプレッサ８１Ａから見て燃焼部７２側に配置される高圧コンプレッサ８１Ｂとを有している。低圧コンプレッサ８１Ａは、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４側から径方向外側に向けて突出し、かつファン７５側から燃焼部７２に近づく方向に並べて配置される複数のコンプレッサブレード８８を有している。また、高圧コンプレッサ８１Ｂは、高圧主軸７７に接続され、高圧主軸７７側から径方向外側に向けて突出し、かつファン７５側から燃焼部７２に近づく方向に並べて配置される複数のコンプレッサブレード８８を有している。さらに、低圧コンプレッサ８１Ａの外周側を取り囲むように、コアカウル７８が配置されている。このコアカウル７８とファンナセル７６との間の環状の空間は、バイパス流路７９を構成する。
【００３７】
燃焼部７２は、圧縮部７１の高圧コンプレッサ８１Ｂに接続され、燃料供給部材および点火部材（図示しない）を有する燃焼室８２を含んでいる。タービン部７３は、高圧タービン８３Ｂと、高圧タービン８３Ｂから見て燃焼部７２とは反対側に配置される低圧タービン８３Ａとを有するタービン８３を含んでいる。さらに、低圧タービン８３Ａから見て高圧タービン８３Ｂとは反対側には、タービン８３内の燃焼ガスを外部に排出するタービンノズル８４が配置されている。低圧タービン８３Ａは、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４側から径方向外側に向けて突出し、かつ燃焼室８２側からタービンノズル８４に近づく方向に並べて配置される複数のタービンブレード８７を有している。また、高圧タービン８３Ｂは、高圧主軸７７に接続され、高圧主軸７７側から径方向外側に向けて突出し、かつ燃焼室８２側からタービンノズル８４に近づく方向に並べて配置される複数のタービンブレード８７を有している。
【００３８】
そして、主軸または当該主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材としての低圧主軸７４および高圧主軸７７は、転がり軸受８９により、低圧主軸７４および高圧主軸７７に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持されている。すなわち、転がり軸受８９は、ガスタービンエンジンであるターボファンエンジン７０の内部において、主軸または当該主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材としての低圧主軸７４または高圧主軸７７を、低圧主軸７４または高圧主軸７７に隣接する部材に対して回転自在に支持している。
【００３９】
次に、本実施の形態におけるターボファンエンジン７０の動作について説明する。図１を参照して、ファン７５から見て燃焼部７２とは反対側、すなわちターボファンエンジン７０の前方側の空気は、低圧主軸７４の軸周りに回転するファン７５により、ファンナセル７６に囲まれる空間に取り込まれる（矢印α）。取り込まれた空気の一部は、矢印βに沿った方向に流れ、バイパス流路７９を通って空気噴流として外部に排出される。この空気噴流は、ターボファンエンジン７０によって発生される推力の一部となる。
【００４０】
一方、ファンナセル７６に囲まれる空間に取り込まれた空気の残部は、矢印γに沿ってコンプレッサ８１の内部に流入する。コンプレッサ８１の内部に流入した空気は、低圧主軸７４の軸周りに回転する複数のコンプレッサブレード８８を有する低圧コンプレッサ８１Ａの内部を高圧コンプレッサ８１Ｂに向けて流れることにより圧縮され、高圧コンプレッサ８１Ｂに流入する。さらに、高圧コンプレッサ８１Ｂに流入した空気は、高圧主軸７７の軸周りに回転する複数のコンプレッサブレード８８を有する高圧コンプレッサ８１Ｂの内部を燃焼室８２に向けて流れることによりさらに圧縮され、燃焼室８２に流入する（矢印δ）。
【００４１】
コンプレッサ８１において圧縮され、燃焼室８２に流入した空気は、燃料供給部材（図示しない）により燃焼室内に供給された燃料と混合された上で、点火部材（図示しない）により点火される。これにより、燃焼ガスが燃焼室８２内に発生する。この燃焼ガスは、燃焼室８２から流出し、タービン８３内に流入する（矢印ε）。
【００４２】
タービン８３内に流入した燃焼ガスは、高圧タービン８３Ｂ内において、高圧主軸７７に接続されたタービンブレード８７に衝突することにより、高圧主軸７７を軸周りに回転させる。これにより、高圧主軸７７に接続されたコンプレッサブレード８８を有する高圧コンプレッサ８１Ｂが駆動される。さらに、高圧タービン８３Ｂ内を通過した燃焼ガスは、低圧タービン８３Ａ内において、低圧主軸７４に接続されたタービンブレード８７に衝突することにより、低圧主軸７４を軸周りに回転させる。これにより、低圧主軸７４に接続されたコンプレッサブレード８８を有する低圧コンプレッサ８１Ａと、低圧主軸７４に接続されたファンブレード７５Ａを有するファン７５とが駆動される。
【００４３】
そして、低圧タービン８３Ａ内を通過した燃焼ガスは、タービンノズル８４から外部へと排出される。この排出される燃焼ガスの噴流は、ターボファンエンジン７０によって発生される推力の一部となる。
【００４４】
ここで、ターボファンエンジン７０の内部において、低圧主軸７４または高圧主軸７７を、低圧主軸７４または高圧主軸７７に隣接する部材に対して回転自在に支持する転がり軸受８９は、ターボファンエンジン７０において発生する熱の影響により、高温環境下で使用される。また、転がり軸受８９の内部には、金属粉やカーボン粉などの硬質の異物が侵入するおそれがある。そのため、転がり軸受８９には、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上が求められる。また、低圧主軸７４または高圧主軸７７の高速回転を支持するため、スミアリングの発生を抑制する必要がある。さらに、ターボファンエンジン７０が航空機に装備される場合、何らかの原因で転がり軸受８９の潤滑が一時的に遮断された場合でも、当該潤滑が回復するまでの間、焼き付くことなく低圧主軸７４または高圧主軸７７を回転自在に支持し続けるドライラン性能が転がり軸受８９には求められる。
【００４５】
これに対し、転がり軸受８９が、以下に説明する本発明の一実施の形態における転がり軸受であることにより、上記要求を満たすことができる。
【００４６】
図２は、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての３点接触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す概略部分断面図である。図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての３点接触玉軸受について説明する。
【００４７】
図２を参照して、３点接触玉軸受１は、軌道部材である環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材である環状の内輪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。内輪１２は、第１内輪１２１と第２内輪１２２とを含んでおり、軸方向中央部において分割された構造を有している。第１内輪１２１および第２内輪１２２の外周面には、それぞれ第１内輪転走面１２１Ａおよび第２内輪転走面１２２Ａが形成されている。この第１内輪転走面１２１Ａおよび第２内輪転走面１２２Ａは、内輪転走面１２Ａを構成する。さらに、複数の玉１３は、外周面である玉転走面１３Ａにおいて、第１内輪転走面１２１Ａ、第２内輪転走面１２２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触可能となっており、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、３点接触玉軸受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。
【００４８】
ここで、軌道部材である外輪１１および内輪１２は、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図２を参照して、外輪１１および内輪１２の表面である外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域には、窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂが形成されている。さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である。ここで、上記不純物は、鋼の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などの不可避的不純物を含む。
【００４９】
さらに、転動体である玉１３はセラミックスからなっている。より具体的には、本実施の形態においては、玉１３は、窒化珪素を主成分とし、残部不純物からなる焼結体からなっている。なお、当該焼結体は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの焼結助剤を含んでいてもよい。
【００５０】
本実施の形態における３点接触玉軸受１の軌道部材である外輪１１および内輪１２においては、上記適切な成分組成を有する鋼からなるとともに、表面に形成された外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂが形成されている。そして、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値が適切な範囲である０．５５質量％以上１．９質量％以下とされることにより、表層部に十分な硬度が付与されるとともに、粒界析出物の形成が抑制されている。その結果、本実施の形態における軌道部材である外輪１１および内輪１２は、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された軸受部品となっている。
【００５１】
さらに、本実施の形態における３点接触玉軸受１においては、転動体である玉１３がセラミックスからなっている。これにより、スミアリングの発生が抑制されるとともに、互いに接触する外輪１１および内輪１２と玉１３とが異種材料となるため、耐焼付き性が向上する。その結果、耐スミアリング性の向上と同時に、潤滑が不十分な環境下における耐久性、たとえばドライラン性能の向上が達成される。また、鋼に比べて硬度の高いセラミックスを玉１３の素材に採用することにより、異物混入環境における玉１３の耐久性が向上する。さらに、玉１３がセラミックスからなることにより、高温環境下における玉１３の硬度低下が抑制される。また、玉１３がセラミックスからなることにより、玉１３が鋼からなる場合に比べて玉１３が軽量化され、玉１３に作用する遠心力が低減されるため、３点接触玉軸受１は、特に高速回転する部材を支持する転がり軸受として好適である。
【００５２】
以上のように、本実施の形態における３点接触玉軸受１においては、軌道部材である外輪１１および内輪１２が４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、転動体である玉１３がセラミックスからなることにより高温環境下における軸受部品の硬度低下が抑制されている。また、適切な成分組成を有する鋼からなる外輪１１および内輪１２の外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域に、炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とした外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂを形成するとともに、玉１３がセラミックスからなることにより、異物混入環境における軸受部品の耐久性が向上している。さらに、鋼からなる外輪１１および内輪１２にセラミックスからなる玉１３を組み合わせることにより、耐スミアリング性の向上とともに、ドライラン性能の向上が達成されている。その結果、３点接触玉軸受１は、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成した転がり軸受となっている。
【００５３】
さらに、外輪１１および内輪１２に形成された外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂの厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３に十分な強度が付与される。
【００５４】
さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂは、８００ＨＶ以上の硬度を有していることが好ましい。これにより、外輪１１および内輪１２の強度を一層確実に確保することが可能となる。
【００５５】
さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂを顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下であることが好ましい。これにより、外輪１１および内輪１２の疲労強度を向上させることができる。
【００５６】
図４は、本実施の形態の変形例である転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図５は、図４の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図４および図５を参照して、本実施の形態の変形例である円筒ころ軸受について説明する。
【００５７】
図４を参照して、円筒ころ軸受２は、環状の外輪２１と、外輪２１の内側に配置された環状の内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に配置され、円環状の保持器２４に保持された転動体としての複数のころ２３とを備えている。ころ２３は、円筒形状を有している。外輪２１の内周面には外輪転走面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には内輪転走面２２Ａが形成されている。そして、内輪転走面２２Ａと外輪転走面２１Ａとが互いに対向するように、外輪２１と内輪２２とは配置されている。さらに、複数のころ２３は、外周面であるころ転走面２３Ａにおいて内輪転走面２２Ａおよび外輪転走面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、円筒ころ軸受２の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００５８】
ここで、図５を参照して、本変形例における円筒ころ軸受２の外輪２１および内輪２２は、上記３点接触玉軸受１の外輪１１および内輪１２に、ころ２３は玉１３に該当し、同様の構成を有しており、同様の効果を奏する。すなわち、軌道部材である外輪２１および内輪２２は、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。
【００５９】
そして、図５を参照して、外輪２１および内輪２２の表面である外輪転走面２１Ａおよび内輪転走面２２Ａを含む領域には、それぞれ窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層２１Ｂおよび内輪窒素富化層２２Ｂが形成されている。また、外輪窒素富化層２１Ｂおよび内輪窒素富化層２２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である。
【００６０】
さらに、転動体であるころ２３は、セラミックス、たとえば窒化珪素を主成分とする焼結体からなっている。
【００６１】
本変形例における円筒ころ軸受２においては、上記３点接触玉軸受１と同様に、軌道部材である外輪２１および内輪２２が４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、転動体であるころ２３がセラミックスからなることにより、高温環境下における軸受部品の硬度低下が抑制されている。また、適切な成分組成を有する鋼からなる外輪２１および内輪２２の外輪転走面２１Ａおよび内輪転走面２２Ａを含む領域に、炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とした外輪窒素富化層２１Ｂおよび内輪窒素富化層２２Ｂをそれぞれ形成するとともに、ころ２３がセラミックスからなることにより、異物混入環境における軸受部品の耐久性が向上している。さらに、鋼からなる外輪２１および内輪２２にセラミックスからなるころ２３を組み合わせることにより、耐スミアリング性の向上とともに、ドライラン性能の向上が達成されている。その結果、円筒ころ軸受２は、高温環境下における軸受部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上および耐スミアリング性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成した転がり軸受となっている。
【００６２】
次に、上記本発明の一実施の形態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における転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【００６３】
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は、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１１０）を含む軌道部材作製工程と、工程（Ｓ２１０）〜（Ｓ２５０）を含む転動体作製工程と、工程（Ｓ３００）として実施される組立て工程とを備えている。
【００６４】
まず、軌道部材作製工程について説明する。工程（Ｓ１０）として実施される鋼部材準備工程では、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された鋼部材が準備される。具体的には、たとえば、上記成分を含有する棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、軌道部材としての外輪１１，２１、内輪１２，２２などの概略形状に成形された鋼部材が準備される。
【００６５】
次に、工程（Ｓ１０）において準備された上述の鋼部材に対して、焼入処理および窒化処理を含む熱処理を行なう熱処理工程が実施される。熱処理工程は、工程（Ｓ２０）として実施される浸炭工程、工程（Ｓ３０）として実施される焼入工程、工程（Ｓ４０）として実施される第１焼戻工程、工程（Ｓ５０）として実施される第１サブゼロ工程、工程（Ｓ６０）として実施される第２焼戻工程、工程（Ｓ７０）として実施される第２サブゼロ工程、工程（Ｓ８０）として実施される第３焼戻工程、工程（Ｓ９０）として実施されるプラズマ窒化工程および工程（Ｓ１００）として実施される拡散工程を含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００６６】
次に、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が工程（Ｓ１１０）として実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の外輪転走面１１Ａ，２１Ａ、内輪転走面１２Ａ，２２Ａなどに対する研磨加工が実施される。これにより、本実施の形態における軌道部材は完成し、本実施の形態における軌道部材作製工程は完了する。
【００６７】
次に、上述の熱処理工程の詳細について説明する。図７は、本実施の形態における軌道部材作製工程に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図７において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図７において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００６８】
図７を参照して、本実施の形態における熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材が浸炭処理される浸炭工程が実施される。具体的には、たとえば鋼部材が一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスの雰囲気中でＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱され、時間ｔ１の間保持されることにより、鋼部材の表層部に炭素が侵入する。これにより、鋼部材の表面を含む領域に、当該表面を含む領域以外の領域である内部領域に比べて炭素濃度の高い浸炭層が形成される。
【００６９】
次に、図７を参照して、浸炭処理が実施された鋼部材が焼入処理される焼入工程が実施される。具体的には、当該鋼部材が、Ａ１変態点以上の温度である温度Ｔ１からＭＳ点以下の温度に冷却されることにより、焼入硬化される。
【００７０】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００７１】
次に、焼入処理が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第１焼戻工程が実施される。具体的には、図７を参照して、たとえば鋼部材が減圧雰囲気中（真空中）でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ２に加熱され、時間ｔ２の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材の焼入処理による残留応力を緩和し、熱処理によるひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００７２】
次に、第１焼戻工程が実施された鋼部材に対し、サブゼロ処理を行なう第１サブゼロ工程が実施される。具体的には、図７を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて０℃未満の温度である温度Ｔ３に冷却され、時間ｔ３の間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、鋼の組織が安定化する等の効果が得られる。
【００７３】
次に、第１サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第２焼戻工程が実施される。具体的には、図７を参照して、たとえば鋼部材が真空中でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ４に加熱され、時間ｔ４の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材のサブゼロ処理による残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００７４】
次に、第２焼戻工程が実施された鋼部材に対し、再度サブゼロ処理を行なう第２サブゼロ工程が実施される。具体的には、図７を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて０℃未満の温度である温度Ｔ５に冷却され、時間ｔ５の間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがさらにマルテンサイトに変態し、鋼の組織が一層安定化する等の効果が得られる。
【００７５】
次に、第２サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、再度焼戻処理を行なう第３焼戻工程が実施される。具体的には、図７を参照して、上記第２焼戻工程と同様に、鋼部材が真空中でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ６に加熱され、時間ｔ６の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。ここで、温度Ｔ６およびｔ６は第２焼戻工程の温度Ｔ４およびｔ４と同様の条件とすることができる。これにより、第２サブゼロ工程における鋼部材のサブゼロ処理により発生し得る残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００７６】
次に、第３焼戻工程が実施された鋼部材に対し、プラズマ窒化処理を行なうプラズマ窒化工程が実施される。具体的には、図７を参照して、たとえば圧力５０Ｐａ以上５０００Ｐａ以下となるように窒素（Ｎ２）と、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）およびアルゴン（Ａｒ）からなる群から選択される少なくともいずれか１つ以上とが導入されたプラズマ窒化炉に、鋼部材が挿入され、放電電圧５０Ｖ以上１０００Ｖ以下、放電電流０．００１Ａ以上１００Ａ以下の条件下で温度Ｔ７に加熱されて時間ｔ７の間保持された後、冷却されることにより鋼部材がプラズマ窒化処理される。これにより、鋼部材の表層部に窒素が侵入して窒素富化層が形成され、当該表層部の強度が向上する。ここで、温度Ｔ７は、たとえば３００℃以上５５０℃以下、時間ｔ７は１時間以上８０時間以下とすることができる。この温度Ｔ７、時間ｔ７などの熱処理条件は、仕上げ工程で実施される仕上げ加工における取りしろを考慮し、プラズマ窒化処理において形成される粒界析出物層（粒界析出物が形成されている層）の厚みが、仕上げ加工において除去可能な厚み以下となるように決定することができる。
【００７７】
なお、鋼部材を構成する鋼がＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）である場合、プラズマ窒化工程における上記圧力は５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、放電電圧は５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流は０.００１Ａ以上３００Ａ以下、温度Ｔ７は３５０℃以上４５０℃以下、時間ｔ７は１時間以上５０時間以下とすることが好ましい。
【００７８】
次に、プラズマ窒化工程が実施された鋼部材に対し、拡散処理を行なう拡散工程が実施される。具体的には、図７を参照して、たとえば真空中で温度Ｔ８に加熱され、時間ｔ８の間保持されることにより鋼部材が拡散処理される。ここで、温度Ｔ８は、３００℃以上４８０℃以下、好ましくは３００℃以上４３０℃以下、時間ｔ８は５０時間以上３００時間以下とすることができる。これにより、窒化層形成による表層部の硬度上昇が相殺されることを抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。そして、この拡散工程を実施することにより、プラズマ窒化工程において窒素が侵入する深さを、仕上げ加工での粒界析出物層の除去が可能な範囲にとどめても、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。以上の工程により、本実施の形態における熱処理工程は完了する。
【００７９】
以上のように、本実施の形態における熱処理方法によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼の表層部を窒化処理して高硬度な窒素富化層を形成するとともに、粒界析出物の発生を抑制することができる。
【００８０】
また、上記実施の形態における軌道部材作製工程によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなり、表層部が窒化処理されて高硬度な窒素富化層が形成されるとともに、粒界析出物の発生が抑制された軌道部材（外輪１１，２１、内輪１２，２２など）を製造することができる。その結果、上述のように、本実施の形態における軌道部材（外輪１１，２１、内輪１２，２２など）の表面（外輪転走面１１Ａ，２１Ａ、内輪転走面１２Ａ，２２Ａなど）を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．５５質量％以上１．９質量％以下である厚み０．１ｍｍ以上、硬度８００ＨＶ以上の窒素富化層を形成するとともに、当該窒素富化層を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を光学顕微鏡またはＳＥＭを用いて、表面を含む一辺１５０μｍの正方形の視野をランダムに５視野観察した場合、粒界析出物の検出数を１個以下とすることができる。ここで、窒素富化層における炭素濃度および窒素濃度は、たとえばプラズマ窒化工程において実施されるプラズマ窒化の処理時間、および拡散工程において実施される拡散処理の処理時間を調整することにより、コントロールすることができる。
【００８１】
一方、図６を参照して、転動体作製工程においては、まず、工程（Ｓ２１０）として、セラミックスの粉末を準備する粉末準備工程が実施される。具体的には、転動体を構成する素材として採用されるセラミックス、たとえば窒化珪素の粉末が準備される。次に、工程（Ｓ２２０）として、工程（Ｓ２１０）において準備されたセラミックスの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。
【００８２】
次に、図６を参照して、上記セラミックス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工程（Ｓ２３０）として実施される。具体的には、上記セラミックス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、転動造粒などの手法を用いた成形を実施することにより、転動体である玉１３、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。
【００８３】
次に、工程（Ｓ２４０）として、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、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；熱間静水圧焼結法）、ＧＰＳ（Ｇａｓ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ガス圧焼結法）などの加圧焼結法を用いて焼結されることにより、外輪１１，２１、内輪１２，２２などの概略形状を有する焼結体が得られる。
【００８４】
次に、工程（Ｓ２４０）において得ら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、転動部材を完成させる仕上げ工程が、工程（Ｓ２５０）として実施される。具体的には、焼結工程において得られた焼結体の表面（転走面）を研磨することにより、転動体としての玉１３、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転動体作製工程は完了する。
【００８５】
そして、図６を参照して、完成した軸受部品が組合わされて転がり軸受が組立てられる組立て工程が、工程（Ｓ３００）として実施される。具体的には、たとえば上述の工程により作製された外輪１１、内輪１２および玉１３と別途準備された保持器１４とが組合わされて、３点接触玉軸受１が組立てられる。これにより、上記本実施の形態における転がり軸受が完成する。
【００８６】
なお、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受の一例として、３点接触玉軸受および円筒ころ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、たとえば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラストニードルころ軸受など、種々の転がり軸受に適用することができる。
【実施例１】
【００８７】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の転がり軸受を構成する軌道部材と同様の構成を有するサンプルを、上記実施の形態における熱処理方法を用いて実際に作製し、表層部における粒界析出物の発生が抑制されていることを確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００８８】
まず、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ４０ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、厚みｔ１６ｍｍの試験片を作製した。
【００８９】
次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図７に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程を実施した。ここで、Ｔ１、ｔ１、Ｔ２、ｔ２、Ｔ３、ｔ３、Ｔ４、ｔ４、Ｔ５、ｔ５、Ｔ６およびｔ６は、第３焼戻工程後の試験片の硬度が５８ＨＲＣ以上６５ＨＲＣ以下となるように決定し、Ｔ７は４３０℃、ｔ７は１０時間、Ｔ８は４３０℃、ｔ８は１６０時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４３０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）＝１：１の割合で炉内にガスを導入した。
【００９０】
さらに、拡散工程では、窒素雰囲気に調整された雰囲気炉内において試験片が加熱され、試験片の表面における炭素濃度と窒素濃度との和が１．９質量％以下となるように、拡散処理が実施された。以上のように上記実施の形態と同様の熱処理工程が実施された試験片を、本発明の実施例のサンプルとした（実施例Ａ）。
【００９１】
一方、同様に作製されたＡＭＳ規格６２７８からなる試験片に対し、上記実施の形態において図７に基づいて説明した鋼の熱処理方法から、拡散工程を省略した熱処理工程を実施した。ここで、Ｔ１、ｔ１、Ｔ２、ｔ２、Ｔ３、ｔ３、Ｔ４、ｔ４、Ｔ５、ｔ５、Ｔ６およびｔ６は、第３焼戻工程後の試験片の硬度が５８ＨＲＣ以上６５ＨＲＣ以下となるように決定し、Ｔ７は４８０℃、ｔ７は３０時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４８０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）：メタン（ＣＨ４）＝７９：８０：１の割合で炉内にガスを導入した。以上の熱処理方法が実施された試験片を、本発明の比較例のサンプルとした（比較例Ａ）。
【００９２】
そして、上述のように作製された実施例Ａおよび比較例Ａのサンプルを表面に垂直な断面にて切断し、当該断面を研磨した。さらに、研磨された断面を腐食液にて腐食した後、表面を含む一辺１５０μｍの正方形の視野をランダムに５視野観察した。
【００９３】
次に、実験結果について説明する。図８は、実施例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図９は、実施例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図１０は、実施例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。また、図１１は、比較例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図１２は、比較例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図１３は、比較例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。図８および図１１において、写真上部がサンプルの表面側に該当する。また、図９および図１２において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は硬度（単位はビッカース硬さ）を示している。また、図１０および図１３において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は炭素および窒素の濃度を示しており、細線が炭素濃度、太線が窒素濃度を示している。
【００９４】
図８を参照して、本発明の実施例Ａのサンプルにおける表層部には、粒界析出物（アスペクト比２以上で、かつ７．５μｍ以上の長さで形成された鉄の窒化物）は観察されず、良好なミクロ組織となっている。また、図９および図１０を参照して、実施例Ａのサンプルの表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域は、９５０ＨＶ以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、実施例Ａと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施すことにより、窒素濃度が０．０５質量％以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．５５質量％以上１．９質量％以下、厚み０．１ｍｍ以上、硬度８００ＨＶ以上の窒素富化層が形成されるとともに、当該窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である機械部品を製造することができる。
【００９５】
一方、図１１を参照して、本発明の範囲外である比較例Ａのサンプルにおける表層部には、多数の粒界析出物９０が観察される。また、図１２および図１３を参照して、比較例Ａのサンプルの表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域は、実施例Ａと同様に、９５０ＨＶ以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、比較例Ａと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施しても、高硬度な表層部が形成されているものの、表層部に粒界析出物が残存する機械部品が得られる。このような軸受部品は、上述のように、十分な疲労強度や靭性を有しているとはいえない。
【００９６】
以上より、上記実施の形態における熱処理方法を採用した軌道部材の製造方法によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された軌道部材を製造可能であることが確認された。
【実施例２】
【００９７】
以下、本発明の実施例２について説明する。上記実施の形態において説明した熱処理方法の拡散工程における、適切な加熱温度の範囲を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００９８】
まず、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ４０ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、厚みｔ１６ｍｍの試験片を作製した。
【００９９】
次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図７に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程のうち、浸炭工程から第３焼戻工程までを上記実施例１の実施例Ａの場合と同様に実施した。そして、当該試験片を４３０℃〜５７０℃の温度に種々の時間保持することにより、拡散工程と同様の工程を実施し、浸炭層の硬度を測定した。より具体的には、試験片の表面からの距離が０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の領域において硬度を９点測定し、そのうちの最低硬度を算出した。さらに、当該測定結果を反応速度論に基づき解析し、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を算出した。
【０１００】
一方、同様の試験片に浸炭工程から第３焼戻工程までを上記実施例１の実施例Ａの場合と同様に実施した後、実際にプラズマ窒化工程および拡散工程を実施して、試験片の硬度分布を確認する実験も行なった。プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４８０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御し、１時間保持することによりプラズマ窒化を行なった。さらに、プラズマ窒化工程では、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）＝１：１の割合で炉内にガスを導入した。さらに、プラズマ窒化工程が完了した試験片に対して、４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった。そして、拡散工程を実施する前後における試験片の表層部における硬度分布を測定した。
【０１０１】
次に、実験の結果について説明する。図１４は、上記反応速度論に基づく解析の結果得られた、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を示す図（アブラミプロット）である。図１４において、横軸は加熱処理時間（拡散時間）、縦軸は浸炭層の硬度を示している。また、図１５は、拡散工程を行なう前の試験片、および４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の表層部の硬度分布を示す図である。図１５において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は硬度を示している。また、図１５において、菱形は拡散工程を行なう前の試験片、四角形は４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の硬度を示している。
【０１０２】
図１４を参照して、試験片の浸炭層の硬度は、拡散温度が高いほど短時間で低下しているが、拡散温度が４８０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が５０ＨＶ以下となり、母材の硬度（浸炭層のうちプラズマ窒化による窒素の侵入の影響がない領域における硬度）の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が小さくなる。また、拡散温度が４６０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が３０ＨＶ以下となり、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が一層小さくなる。さらに、拡散温度が４３０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が１０ＨＶ以下となり、母材の硬度の低下は、表層部の硬度にほとんど影響を及ぼさなくなる。
【０１０３】
一方、図１５を参照して、４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった場合、実際の母材硬度の低下幅は、図１４の解析結果とほぼ一致しており、図１４の解析結果は、実際の熱処理の結果に一致しているものと考えられる。
【０１０４】
以上の実験結果より、拡散工程における加熱温度（拡散温度）は、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させる観点から、４８０℃以下とする必要があり、４６０℃以下とすることが好ましい。さらに、当該加熱温度を４３０℃以下とすることにより、母材の硬度の低下を表層部の硬度にほとんど影響させることなく、拡散工程を実施することができる。なお、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制する観点からは、拡散工程における加熱温度を一層低くすることが好ましいが、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させるために要する時間が実際の生産工程における許容限度を超えて長くなることを回避するため、当該加熱温度は３００℃以上とすることが好ましい。
【０１０５】
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】
【０１０６】
本発明の軸受部品は、過酷な条件下における耐久性の向上が求められる転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の転がり軸受を適用可能なターボファンエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】３点接触玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図４】円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図６】転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】軌道部材作製工程に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図８】実施例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。
【図９】実施例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。
【図１０】実施例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。
【図１１】比較例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。
【図１２】比較例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。
【図１３】比較例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。
【図１４】拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を示す図（アブラミプロット）である。
【図１５】拡散工程を行なう前の試験片、および４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の表層部の硬度分布を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ３点接触玉軸受、２  円筒ころ軸受、１１，２１  外輪、１１Ａ，２１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，２１Ｂ  外輪窒素富化層、１２，２２  内輪、１２Ａ，２２Ａ  内輪転走面、１２Ｂ，２２Ｂ  内輪窒素富化層、１２１  第１内輪、１２１Ａ  第１内輪転走面、１２２  第２内輪、１２２Ａ  第２内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１４，２４  保持器、２３  ころ、２３Ａ  ころ転走面、７０  ターボファンエンジン、７１  圧縮部、７２  燃焼部、７３  タービン部、７４  低圧主軸、７５  ファン、７５Ａ  ファンブレード、７６  ファンナセル、７７  高圧主軸、７８  コアカウル、７９  バイパス流路、８１  コンプレッサ、８１Ａ  低圧コンプレッサ、８１Ｂ  高圧コンプレッサ、８２  燃焼室、８３  タービン、８３Ａ  低圧タービン、８３Ｂ  高圧タービン、８４  タービンノズル、８７  タービンブレード、８８  コンプレッサブレード、８９  転がり軸受、９０  粒界析出物。
【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９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図８】
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【図１１】
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