(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を加工した素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９００℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施した後、得られた中間素材に対して、−５０〜−１００℃でのサブゼロ処理、および仕上げ加工を施すことにより得られ、研磨仕上げされている表面を有している軸受構成部材であって、
前記研磨仕上げされている表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％であり、前記表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０であり、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、
前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％であることを特徴とする軸受構成部材。
【請求項２】
前記軸受構成部材が、研磨仕上げされている軌道部を有する軌道部材であって、前記鋼材は０．７〜０．９質量％の炭素を含み、
前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が０．７〜１．０質量％であり、かつこの表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７００〜８００である請求項１に記載の軸受構成部材。
【請求項３】
内周面に軌道部を有する外輪と、外周面に軌道部を有する内輪と、前記外内輪の両軌道部の間に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受であって、
前記外輪が、固定輪であるとともに、請求項１または２に記載の軸受構成部材からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
前記内輪が、駆動輪であり、
３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材から得られ、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％であり、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７４０〜９００であり、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２０〜５５体積％であり、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、
表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％である部材である請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を、所定の形状に加工して、素形材を得る前加工工程、
前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９００℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、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、−５０〜−１００℃で当該中間素材を冷却するサブゼロ処理を施すサブゼロ処理工程、および
前記サブゼロ処理工程後の中間素材に、仕上げ加工を施すことにより、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０であり、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％である軸受構成部材を得る仕上げ加工工程
を含むことを特徴とする軸受構成部材の製造方法。
【請求項６】
請求項２に記載の軸受構成部材としての軌道部材の製造方法であって、
０．７〜０．９質量％の炭素と、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも軌道面を形成する部分に研磨取代を有する軌道部材の素形材を得る加工工程、
前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９００℃で４時間以上加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、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、−５０〜−１００℃で当該中間素材を冷却するサブゼロ処理を施すサブゼロ処理工程、および
前記サブゼロ処理工程後の中間素材の前記軌道面を形成する部分に、研磨仕上げ加工を施すことにより、前記軌道部を形成し、前記軌道部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１質量％以上１．６質量％未満であり、この表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０であり、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％であり、前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が０．７〜１．０質量％であり、かつこの表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７００〜８００である軌道部材を得る仕上げ加工工程
を含むことを特徴とする軸受構成部材としての軌道部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受構成部材およびその製造方法ならびに転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、使用時に過大な静的荷重を受けた場合や、極低回転数での回転時に大きな衝撃荷重を受けた場合、外内輪の各軌道面と転動体との接触部分において、局部的な永久変形を生じることがある。この永久変形は、荷重の増大とともに大きくなり、限界荷重（静定格荷重）を超えると円滑な回転を妨げるようになる。例えば、玉軸受の場合、転動体と外内輪の軌道部との間の最大接触応力は、４２００ＭＰａ程度とされており、玉軸受の設計に際しては、かかる応力を考慮して、静定格荷重が定められている。
この静定格荷重の向上は、転がり軸受の小型軽量化を実現するためには、重要な課題の１つとなっている。
【０００３】
一方、転がり軸受は、荷重を受けて回転すると、外内輪の各軌道面や転動体の転動面に、繰返し応力が負荷される。そのため、一定期間使用し続けると、転がり軸受を構成する軸受構成部材の材料において、転がり疲労が生じ、軌道面や転動面にフレーキングが発生する。かかる軌道面や転動面でのフレーキングが発生するまでの転がり軸受の総回転数（「転がり疲れ寿命」という）は、転がり軸受の交換の指標とされており、この転がり疲れ寿命が長いほど、転がり軸受を交換する頻度を少なくすることができる。
【０００４】
転がり疲れ寿命を向上させた転がり軸受としては、例えば、ＪＩＳ  ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼に機械加工などを施して所定の形状に形成された素材を、カーボンポテンシャルが１．２以上である浸炭雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱する浸炭処理を施し、急冷し、さらに焼もどし処理を施すことにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量を１．０〜１．６質量％とするとともに、表面から深さ０．５ｍｍの範囲の表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０質量％とし、表層部に炭素化合物を析出させ、析出した炭素化合物の量を面積率で５〜１５％とし、前記炭素化合物の粒子の粒径を３μｍ以下とした外内輪を備えた転がり軸受が知られている（特許文献１を参照）。
しかしながら、部品の小型化を図る観点から、外内輪や転動体にかかる荷重の増大、使用温度の高温化などの過酷な使用環境下での用途が多くなっており、さらなる高性能化が求められている。
【０００５】
また、転がり軸受は、例えば、異物混入条件下で使用された場合、外内輪や転動体に異物が押し付けられて、外内輪の軌道面や転動体の表面に圧痕が形成されることがある。かかる異物により生成した圧痕などの表面損傷部は、応力集中による疲労剥離の起点となり、転がり軸受の寿命を低下させる原因の１つとなっている。
したがって、異物混入条件下などでの転がり軸受の寿命の向上が要望されている。
【０００６】
転がり軸受の寿命を向上させるために、例えば、３．２〜５．０質量％のクロム、１．０質量％未満のモリブデン、０．５質量％未満のバナジウムなどを含有する鋼材に機械加工などを施して所定の形状に形成された素形材に対して、カーボンポテンシャルが１．２〜１．５である浸炭雰囲気中において８５０〜９３０℃で加熱し、急冷する浸炭処理を施し、ついで、焼もどし処理を施すことにより、転がり軸受の軸受構成部材の表層部の炭化物からなる粒子の平均粒径を０．５μｍ以下、前記炭化物からなる粒子の面積率を９〜３０％、ロックウェルＣ硬さを６３（ビッカース硬さ７７０）以上、表層部における残留オーステナイト量を３０〜５０体積％とすることが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５２１０１号公報
【特許文献２】特開２００６−１７６８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献２に記載の方法のように、外内輪および転動体の表面における残留オーステナイト量を増加させた場合、異物を噛み込んだときに生成される圧痕周辺への応力集中を緩和することができるため、異物油中寿命を向上させ、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
しかしながら、残留オーステナイトの降伏応力は、マルテンサイトの降伏応力に比べて、著しく低いため、静的負荷容量が低くなる。
【０００９】
これに対して、外内輪および転動体の表面における残留オーステナイト量を低減することにより、静的負荷容量を向上させることが考えられるが、外内輪および転動体の表面における残留オーステナイト量を低減させた場合、十分な寿命を確保することができないことが考えられる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、転がり軸受の長寿命化を図ることができるとともに、十分な静的負荷容量を確保することができる軸受構成部材およびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、長寿命であり、かつ十分な静的負荷容量を示す転がり軸受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】
【００１１】
本発明の軸受構成部材は、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼を加工した素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９００℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施した後、得られた中間素材に対して、−５０〜−１００℃でのサブゼロ処理、および仕上げ加工を施すことにより得られ、研磨仕上げされている表面を有している軸受構成部材であって、
前記研磨仕上げされている表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％であり、前記表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０であり、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、
前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％であることを特徴としている。なお、表面から１０μｍまでの範囲の表面層とは表面と、表面から１０μｍの深さの位置までの間の範囲と規定する。
【００１２】
本発明の軸受構成部材は、前記浸炭窒化処理が施された中間素材に対して、前記サブゼロ処理が施されたものである。これにより、本発明の軸受構成部材では、研磨仕上げされている表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０（ロックウェルＣ硬さ６４〜６８）となり、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％となっている。
したがって、本発明の軸受構成部材では、マルテンサイト量が多くなっており、降伏応力が高く、十分な静的負荷容量が確保される。これにより、本発明の軸受構成部材によれば、使用時に過大な静的荷重を受けた場合や、極低回転数での回転時に大きな衝撃荷重を受けた場合であっても、外内輪の各軌道面と転動体との接触部分における局部的な永久変形量を少なくすることができる。
【００１３】
本発明では、前記軸受構成部材が、研磨仕上げされている軌道部を有する軌道部材であり、前記鋼材は０．７〜０．９質量％の炭素を含み、前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が０．７〜１．０質量％であり、かつ前記非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７００〜８００であることが好ましい。
この場合、前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が０．７〜１．０質量％であり、かつ前記非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７００〜８００であるので、非研磨部における過剰浸炭組織の発生を抑制することができる。
したがって、かかる構成を備えた軸受構成部材としての軌道部材は、前記作用効果に加えて、外部からの負荷がかかりやすい、例えば、転がり軸受の外輪として用いれば、当該転がり軸受の転がり疲れ寿命を向上させることができるとともに、この転がり軸受に対して十分な強度を与えることができる。
【００１４】
本発明の転がり軸受は、内周面に軌道部を有する外輪と、外周面に軌道部を有する内輪と、前記外内輪の両軌道部の間に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受であって、
前記外輪が、固定輪であるとともに、前述した軸受構成部材からなることを特徴としている。
【００１５】
本発明の転がり軸受は、固定輪たる外輪が前述した軸受構成部材からなるため、転がり軸受において、最大接触応力が最も大きくなる固定輪における静的負荷容量が十分に確保される。これにより、本発明の転がり軸受によれば、固定輪たる外輪における転動体との接触部分での永久変形量を少なくすることができ、前記静的荷重または衝撃荷重が限界荷重を超えても、円滑な回転を確保することができる。
【００１６】
本発明の転がり軸受では、前記内輪は、駆動輪であり、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材から得られ、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％であり、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７４０〜９００（ロックウェルＣ硬さが６２〜６７）であり、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２０〜５５体積％であり、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％である部材からなることが好ましい。
このように、本発明の転がり軸受は、内輪における面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２０〜５５体積％となっているため、異物が混入した潤滑油中で当該転がり軸受を使用した場合であっても、この転がり軸受が異物を噛み込んだときに生成される圧痕周辺における応力集中が緩和されて、表面起点損傷が抑制される。したがって、この場合、高い異物油中寿命を確保することができる。
【００１７】
本発明の軸受構成部材の製造方法は、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を、所定の形状に加工して、素形材を得る前加工工程、
前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９００℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、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、−５０〜−１００℃で当該中間素材を冷却するサブゼロ処理を施すサブゼロ処理工程、ならびに
前記サブゼロ処理工程後の中間素材に、仕上げ加工を施すことにより、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０（ロックウェルＣ硬さ６４〜６８）であり、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％である軸受構成部材を得る仕上げ加工工程
を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の軸受構成部材の製造方法では、前記鋼材から得られた素形材に対して、前記浸炭窒化処理を施し、さらに浸炭窒化処理後の中間素材にサブゼロ処理を施し、かかるサブゼロ処理後の中間素材に仕上げ加工を施すので、浸炭窒化処理後の中間素材の表面における残留オーステナイトをより硬質のマルテンサイトに変化させることができる。
そのため、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さを８００〜９４０（ロックウェルＣ硬さ６４〜６８）、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を５〜３０体積％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を存在させ、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率を１〜１０％とし、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率を１〜１０％とすることができる。
したがって、かかる構成を採用した製造方法で得られた軸受構成部材は、転がり軸受における固定輪として用いた場合、前述した軸受構成部材における作用効果を奏することができる。
【００１９】
本発明の軌道部材の製造方法は、前述した軸受構成部材としての軌道部材の製造方法であって、
０．７〜０．９質量％の炭素と、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を、所定の形状に加工して、少なくとも軌道面を形成する部分に研磨取代を有する軌道部材の素形材を得る加工工程、
前記素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９００℃で４時間以上加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施し、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、−５０〜−１００℃で当該中間素材を冷却するサブゼロ処理を施すサブゼロ処理工程、および
前記サブゼロ処理工程後の中間素材の前記軌道面を形成する部分に、研磨仕上げ加工を施すことにより、前記軌道部を形成し、前記軌道部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１質量％以上１．６質量％未満であり、前記表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０であり、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率が１〜１０％であり、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率が１〜１０％であり、前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が０．７〜１．０質量％であり、かつ前記非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７００〜８００である軌道部材を得る仕上げ加工工程
を含むことを特徴としている。
【００２０】
かかる構成を採用した軌道部材の製造方法によれば、前記鋼材を所定の形状に加工して得られた少なくとも軌道面を形成する部分に研磨取代を有する軌道部材の素形材に対して、前記浸炭窒化処理を施し、さらに浸炭窒化処理後の中間素材にサブゼロ処理を施し、かかるサブゼロ処理後の中間素材に仕上げ加工を施すので、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における残留オーステナイトをより硬質のマルテンサイトに変化させることができる。
そのため、軌道部材の軌道部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量を１．１質量％以上１．６質量％未満、前記表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さを８００〜９４０、前記表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を５〜３０体積％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量を０．１〜１．０質量％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層に、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を存在させ、かつ前記表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の双方が存在している場合、当該表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子との合計の面積率を１〜１０％とし、当該表面層にバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のいずれか一方が存在している場合、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子のうちの前記表面層に存在する粒子の面積率を１〜１０％とし、前記軌道部以外の部分に存在する非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量を０．７〜１．０質量％であり、かつこの表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さを７００〜８００とすることができる。
したがって、かかる構成を採用した製造方法で得られた軸受構成部材は、前述した作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の軸受構成部材およびその製造方法によれば、転がり軸受の長寿命化を図ることができるとともに、十分な静的負荷容量を確保することができるという優れた効果を奏する。また、本発明の転がり軸受は、長寿命であり、かつ十分な静的負荷容量を示すという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受構成部材を有する転がり軸受としての玉軸受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軸受構成部材である外輪の製造方法を示す工程図である。
【図３】実験番号１における熱処理条件を示す線図である。
【図４】実験番号２における熱処理条件を示す線図である。
【図５】実験番号３における熱処理条件を示す線図である。
【図６】実験番号４における熱処理条件を示す線図である。
【図７】実験番号５における熱処理条件を示す線図である。
【図８】実験番号６および比較例８における熱処理条件を示す線図である。
【図９】実験番号７における熱処理条件を示す線図である。
【図１０】実験番号８における熱処理条件を示す線図である。
【図１１】実験番号９における熱処理条件を示す線図である。
【図１２】実験番号１０における熱処理条件を示す線図である。
【図１３】実験番号１１における熱処理条件を示す線図である。
【図１４】実験番号１２における熱処理条件を示す線図である。
【図１５】実験番号１３における熱処理条件を示す線図である。
【図１６】実施例３における熱処理条件を示す線図である。
【図１７】比較例９における熱処理条件を示す線図である。
【図１８】比較例１０における熱処理条件を示す線図である。
【図１９】比較例１１における熱処理条件を示す線図である。
【図２０】比較例１２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】
【００２３】
〔軸受構成部材およびそれを備えた転がり軸受〕
以下、添付の図面により本発明の一実施形態に係る軸受構成部材である外輪を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる軸受構成部材（外輪）を備えた転がり軸受としての玉軸受の構造を示す概略説明図である。
【００２４】
玉軸受６０は、内周面に軌道部５１ａを有する外輪５１と、外周面に軌道部５２ａを有する内輪５２と、外内輪５１，５２の両軌道部５１ａ，５２ａ間に配置された複数個の転動体としての玉５３と、複数個の玉５３を周方向に所定間隔毎に保持する保持器５４とを備えている。
【００２５】
外輪５１の軌道部５１ａ、端面５１ｂ、肩面５１ｃ、および外周面５１ｄの表面は、研磨仕上げがされた研磨部とされている。
一方、外輪５１の端面５１ｂと外周面５１ｄとにつながる断面Ｒ形状の外輪５１の外周側の面取り５１ｅと、端面５１ｂと肩面５１ｃとにつながる断面直線形状の外輪５１の内周側の面取り５１ｆとは、研磨仕上げがされていない非研磨部として構成されている。
また、内輪５２の軌道部５２ａ、端面５２ｂ、肩面５２ｃ、および内周面５２ｄの表面は、研磨仕上げがされた研磨部とされている。一方、内輪５２の端面５２ｂと内周面５２ｄとにつながる断面Ｒ形状の内輪５２の内周側の面取り５２ｅと、端面５２ｂと肩面５２ｃとにつながる断面直線形状の内輪５２の外周側の面取り５２ｆとは、研磨仕上げがされていない非研磨部として構成される。
【００２６】
玉軸受６０では、外輪５１が固定輪とされており、内輪５２が駆動輪とされている。
そして、内輪５２における軌道部５２ａの転走面の曲率半径は、玉５３の直径をＢｄとすると、０．５０５Ｂｄであり、外輪５１における軌道部５１ａの転走面の曲率半径は、０．５３Ｂｄである。このように、玉軸受６０では、内輪５２の曲率半径に比べて、外輪５１の曲率半径が大きくなっているため、外輪５１と玉５３との間の最大接触応力が、内輪５２と玉５３との間の最大接触応力に比べて大きくなっている。
そこで、外輪５１では、内輪５２に比べて、残留オーステナイト量を少なくすることによって、静的負荷容量を向上させている。これにより、外輪５１においては、永久変形の発生の抑制が図られている。
一方、内輪５２では、外輪５１に比べて、残留オーステナイト量を多くすることによって、異物を噛み込んだときに生成される圧痕周辺への応力集中を緩和するようにされている。これにより、内輪５２においては、異物油中寿命の向上が図られている。
【００２７】
外内輪５１，５２は、いずれも、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材から得られる部材からなる。
【００２８】
固定輪である外輪５１では、軌道部５１ａを含む研磨部の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％とされており、内輪５２の軌道部５２ａを含む研磨部に比べて、前記残留オーステナイト量が少なくなっている。これにより、外輪５１では、マルテンサイト量が多くなっているため、降伏応力が高く、十分な静的負荷容量が確保されている。
このように、外輪５１では、軌道部５１ａを含む研磨部の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５体積％以上とされていることから、外輪として十分な寿命性能が確保されている。また、軌道部５１ａ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３０体積％以下とされていることから、外輪として十分な静的負荷容量が確保されている。
したがって、玉軸受６０における最大接触応力の負荷が最も大きくなった場合でも、固定輪たる外輪５１において、十分な静的負荷容量が確保されているため、外内輪の各軌道面と転動体との接触部分における永久変形量を少なくすることができ、円滑な回転を維持することができる。
【００２９】
外輪５１において、軌道部５１ａを含む研磨部の表面から５０μｍの深さの位置での硬さは、外輪として十分な寿命および静的負荷容量を確保する観点から、ビッカース硬さ８００（ロックウェルＣ硬さ６４）以上であり、脆化を抑制し、軸受として、十分な靱性を確保する観点から、ビッカース硬さ９４０（ロックウェルＣ硬さ６８）以下である。
【００３０】
また、一実施形態において、軌道部５１ａを含む研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、粒径５００ｎｍ以下の窒化物からなる粒子（窒化物粒子）を有していてもよく、この表面層における窒化物を含む析出物の面積率が５〜２０％であってもよい。この場合、過剰浸炭組織の発生が抑制されており、十分な圧壊強度が得られる。
【００３１】
また、一実施形態において、軌道部５１ａを含む研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒化物を含む析出物の面積率は、十分な圧壊強度を得る観点から、５％以上が好ましく、過剰窒化による脆化を防止する観点から、２０％以下が好ましい。
【００３２】
また、一実施形態においては、外輪５１の外周側の面取り５１ｅ、および外輪５１の内周側の面取り５１ｆを含む非研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量は、軸受としての静的強度を確保するための硬さを得る観点から、０．７質量％以上であり、非研磨部における過剰浸炭組織の発生を抑制して、十分な圧壊強度を得る観点から、１．０質量％以下である。
【００３３】
また、一実施形態においては、外輪５１の外周側の面取り５１ｅ、および外輪５１の内周側の面取り５１ｆを含む非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さは、玉軸受として十分な強度を得る観点から、７００以上であり、十分な靭性を確保する観点から、８００以下である。
【００３４】
一方、駆動輪である内輪５２では、その軌道部５２ａを含む研磨部の表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量は、異物が混入した潤滑油中で玉軸受６０を使用した際に前記異物を噛みこんだときに生成される圧痕周辺への応力集中を緩和する観点から、２０体積％以上であり、内輪として、十分な表面硬さを得る観点から、５５体積％以下である。
【００３５】
また、内輪５２では、軌道部５２ａを含む研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７４０（ロックウェルＣ硬さが６２）以上となっていることから、異物が混入した潤滑油中で玉軸受６０を使用した際に前記異物を噛みこんだときに生成される圧痕の寸法を小さくすることができる。さらに、内輪５２では、軌道部５２ａを含む研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが９００（ロックウェルＣ硬さが６７）以下となっていることから、脆化を防止することができる。
なお、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さは、前記外輪５１ａや前記内輪５２を表面から深さ方向に切断した後、前記表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあてて測定した値である。また、ロックウェルＣ硬さは、測定されたビッカース硬さを変換することにより求めた値である。
【００３６】
外内輪５１，５２の軌道部５１ａ，５２ａを含む研磨部および玉５３それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒子が存在している。前記粒子の粒径は、オロワン機構による分散強化により降伏応力を向上させる観点から、０．２μｍ以上であり、オストワルド成長により粒子の粗大化を誘発させる観点から、好ましくは２μｍ以下である。なお、研磨部の表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、粒径が０．２μｍ未満の粒子も含んでいる。
また、外内輪５１，５２の軌道部５１ａ，５２ａを含む研磨部および玉５３それぞれの表面には、セメンタイトおよびＭ7Ｃ3型炭化物およびＭ23Ｃ6型炭化物が析出している。
【００３７】
外内輪５１，５２の軌道部５１ａ，５２ａを含む研磨部および玉５３それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層における前記バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の面積率は、オロワン機構による分散強化により降伏応力を向上させて、固定輪および駆動輪それぞれに十分な静的負荷容量を確保する観点から、１％以上であり、鋼材中への過剰な窒素の浸入を抑制し、所要の炭素量を確保することで前記表面から５０μｍの深さの位置でのロックウェルＣ硬さ（またはビッカース硬さ）を固定輪および駆動輪それぞれに応じた所定値とし、固定輪および駆動輪それぞれに十分な静的負荷容量を確保する観点から、１０％以下である。なお、本明細書において、前記粒子の面積率とは、表面から１０μｍまでの範囲の表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とを併せたものの面積率をいう。
【００３８】
外内輪５１，５２の軌道部５１ａ，５２ａを含む研磨部および玉５３それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量は、圧痕などの表面損傷部への応力集中の緩和効果のある残留オーステナイト量を固定輪および駆動輪それぞれに応じた所定値とし、かつ固定輪および駆動輪それぞれに応じた所定の表面硬さにする観点から、１．１質量％以上であり、前記表面層における炭化物の粗大析出物（例えば、粒径が１０μｍを超える析出物）の存在量を少なくすることにより、寿命を一層向上させる観点から、１．６質量％以下である。
【００３９】
外内輪５１，５２の軌道部５１ａ，５２ａを含む研磨部および玉５３それぞれの表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量は、オロワン機構による分散強化により降伏応力を向上させて、十分な静的負荷容量を確保する観点から、０．１質量％以上であり、鋼材中への過剰な窒素の浸入を抑制し、所要の炭素量を確保することで、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（またはロックウェルＣ硬さ）や残留オーステナイト量を固定輪および駆動輪それぞれに応じた所定値とし、長寿命化を図るとともに、固定輪および駆動輪それぞれに十分な静的負荷容量を確保する観点から、１．０質量％以下である。
【００４０】
転動体である玉５３は、ＪＩＳ  ＳＵＪ２からなる部材からなる一般的な転動体であってもよい。また、玉５３は、外輪５１と同様の軸受構成部材から構成されていてもよい。
【００４１】
なお、本実施形態に係る玉軸受６０においては、外輪５１が固定輪であり、内輪５２が駆動輪であるが、本発明においては、内輪５２が固定輪であり、外輪５１が駆動輪であってもよい。この場合、固定輪である内輪５２として、研磨部について、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％であり、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０（ロックウェルＣ硬さが６４〜６８）であり、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層には、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有しており、かつ前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における前記バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の面積率が１〜１０％である軸受構成部材が用いられる。
【００４２】
なお、外輪５１は、後述の本発明の一実施形態にかかる軸受構成部材の製造方法により製造することができる。
また、内輪５２は、例えば、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材を所定の形状に加工した素形材を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、当該素形材を８５０〜９００℃で加熱し、急冷し、得られた中間素材を１６０℃以上で加熱する焼もどし処理を施し、その後、仕上げ加工を施すことにより得られる。
【００４３】
〔軸受構成部材の製造方法〕
つぎに、前記軸受構成部材の製造方法の例として、外輪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軸受構成部材（外輪）の製造方法の工程図である。
【００４４】
まず、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有する鋼材からなる外輪の環状素材６３〔図２（ａ）参照〕を製造し、得られた環状素材６３に切削加工などを施して、所定形状に加工して、軌道面６１ａ、端面６１ｂ、肩面６１ｃおよび外周面６１ｄそれぞれを形成する部分に研磨取代を有するとともに、端面６１ｂと外周面６１ｄとにつながる研磨されない断面Ｒ形状の外輪の外周側の面取り６１ｅと、端面６１ｂと肩面６１ｃとにつながる研磨されない断面直線形状の外輪の内周側の面取り６１ｆとを有する外輪の素形材６４を得る〔「前加工工程」、図２（ｂ）参照〕。
【００４５】
前記鋼材としては、０．７〜０．９質量％の炭素と、０．０５〜０．７０質量％のケイ素と、０．０５〜０．７質量％のマンガンと、３．２〜５．０質量％のクロムと、０．１〜１．０質量％のモリブデンと、０．０５質量％以上０．５質量％未満のバナジウムとを含有し、残部が鉄および不可避不純物である鋼材を用いることができる。
かかる鋼材によれば、外輪６１の表面における製造時に析出する粗大な共晶炭化物の量が少なくなり、軸受での疲労破壊を抑制することができるとともに、焼入れ後や、浸炭窒化および焼もどし後において、十分な硬さを確保することができる。
【００４６】
前記鋼材において、炭素は、次工程の浸炭窒化処理工程を行なう際に鋼材の硬さを上昇させ、強度確保のための内部硬さを得るための元素である。また、炭素は、後述する浸炭窒化処理前において、鋼材中に未固溶の炭化物を多量に残存させ、これを浸炭窒化処理後にも微細かつ多量に残存した状態とすることにより、転がり疲れ寿命を向上させることを可能にするための元素である。
前記鋼材中に含まれる炭素の含有量は、鋼材中に未固溶の炭化物を十分に残存させる観点から、０．７質量％以上であり、浸炭窒化処理前の加工性を十分に得るとともに、鋼材製造時に疲労破壊の起点となり易い粗大な共晶炭化物の生成を抑制する観点から、０．９質量％以下である。
【００４７】
また、前記鋼材において、クロムは、浸炭窒化処理前の段階において、浸炭窒化処理時に析出核として作用する多量の未固溶の炭化物を生成させ、浸炭窒化後の表面浸炭窒化層に微細炭化物（Ｍ7Ｃ3型炭化物、Ｍ23Ｃ6型炭化物）、微細炭窒化物〔Ｍ7（Ｃ，Ｎ）3型炭窒化物、Ｍ23（Ｃ，Ｎ）6型炭窒化物〕および微細窒化物（ＣｒＮ、ＶＮ）を析出させることにより、軸受構成部材の転がり疲れ寿命を向上させるとともに、後述の焼もどし処理工程による焼もどし軟化に対する抵抗性を向上させるための元素である。また、クロムは、鋼材中における炭窒化物および窒化物の生成促進による鋼材の最表面層における窒化反応の促進を行なうとともに、浸炭反応の抑制（過剰浸炭組織の発生の抑制）を行なう。
前記効果を得るために観点から、鋼材中に含まれるクロムの含有量は、３．２質量％以上であり、疲労破壊の起点となる共晶炭化物の生成の抑制を容易に行なう観点およびコストを低減させる観点から、５．０質量％以下である。
【００４８】
前記鋼材において、バナジウムは、炭素との親和力が非常に強い元素であり、炭化物を形成する元素である。また、炭素とバナジウムとから生成される炭化バナジウムは、炭化モリブデンに比べて、固溶温度が高いため、本発明の軸受構成部材の製造に際する浸炭窒化処理の温度範囲では、浸炭窒化処理前に存在していた炭化バナジウムの多くは、固溶せず、未固溶の炭化バナジウムとして鋼材中に存在することになる。かかる未固溶の炭化バナジウムは、浸炭窒化処理時における炭化物（ＶＣ）、炭窒化物〔Ｖ（Ｃ，Ｎ）〕および窒化物〔（Ｃｒ，Ｖ）Ｎ〕などの析出核として働くとともに、前記炭化物、炭窒化物、窒化物などの析出物の微細化に寄与し、鋼材の硬さや転がり疲れ寿命を向上させることができる。あわせて、バナジウムは、鋼材中のクロム以上に、炭窒化物および窒化物の生成促進による鋼材の最表面層における窒化反応の促進および浸炭反応の抑制（過剰浸炭組織の発生の抑制）を行なうことができる。また、バナジウムは、後述の焼もどし処理工程による焼もどし軟化に対する抵抗性を向上させるための元素として働く。前記効果を得るために観点から、鋼材中に含まれるバナジウムの含有量は、０．０５質量％以上であり、炭化バナジウムの生成を抑制することにより、固溶炭素量を十分に確保し、固定輪である外輪として十分な残留オーステナイト量を確保する観点から、０．５質量％未満である。
【００４９】
前記鋼材において、ケイ素は、鋼の精錬時の脱酸のために必要な元素である。また、ケイ素は、炭化物に固溶しにくい性質を有するため、炭化物の粗大成長を抑制する効果を有する元素である。
前記効果を得る観点から、鋼材中に含まれるケイ素の含有量は、０．０５質量％以上であり、浸炭窒化処理前において、十分な加工性を確保するとともに、鋼材および加工等に要するコストを低減させる観点から、０．７０質量％以下である。
【００５０】
前記鋼材において、マンガンは、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。また、マンガンは、鋼材中に含まれる量を増やすことによって、容易に残留オーステナイト量を増加させることができる元素である。
前記効果を得る観点から、鋼材中に含まれるマンガンの含有量は、０．０５質量％以上であり、鋼材中における未固溶の炭化物の量を増加させ、炭化物を析出させて、鋼材の硬さを向上させるとともに、十分な熱間加工性および機械加工性を得る観点から、０．７質量％以下であり、好ましくは０．５０質量％以下である。
【００５１】
前記鋼材において、モリブデンは、クロムより炭素との親和力の強い元素であり、炭化物および炭窒化物の生成に関与する元素である。また、モリブデンは、本発明の軸受構成部材を製造する際の浸炭窒化処理の温度における炭化物および炭窒化物の固溶温度を上昇させ、未固溶の炭化物および炭窒化物を増加させる元素である。したがって、モリブデンは、浸炭窒化処理後の表面浸炭窒化層中における微細炭化物量および炭窒化物量を増加させ、鋼材の硬さを上昇させるための重要な元素である。また、モリブデンは、鋼材の焼入れ性を向上させるとともに、鋼材における残留オーステナイト量を増加させる。さらに、モリブデンは、炭化物（Ｍ23Ｃ6型炭化物）および炭窒化物〔Ｍ23（Ｃ、Ｎ）6型炭窒化物〕を効率よく析出させる元素である。
前記効果を得る観点から、鋼材中に含まれるモリブデンの含有量は、０．１０質量％以上であり、コストを低減させる観点および疲労破壊の起点となる粗大な共晶炭化物の生成を抑制する観点から、１．０質量％以下である。
【００５２】
つぎに、得られた外輪の素形材６４（中間素材）を、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度が２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９００℃で所定時間加熱保持し、その後、所定温度に急冷する〔「浸炭窒化処理工程」、図２（ｃ）参照〕。
【００５３】
浸炭窒化雰囲気におけるカーボンポテンシャルは、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、前記バナジウム窒化物またはバナジウム炭窒化物を含む析出物の面積率を前述の範囲とするとともに、過剰浸炭組織の発生を抑制する観点から、１．３以下である。
【００５４】
また、浸炭窒化雰囲気におけるアンモニアガス濃度は、過剰浸炭組織の発生を抑制するとともに、後述の焼もどし処理工程による焼もどし軟化に対する抵抗性を向上させる観点から、２体積％以上であり、過剰窒化による脆化を防止する観点から、５体積％以下である。
【００５５】
浸炭窒化雰囲気における加熱保持温度は、十分な硬化層を形成させる観点から、８５０℃以上であり、軸受構成部材中への過剰な炭素の侵入を抑制して、過剰浸炭組織の発生を抑制するとともに、粗大炭化物の析出を抑制する観点から、９００℃以下である。
また、加熱保持時間は、表面層の強化に十分な浸炭深さを得る観点から、４時間以上である。
【００５６】
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。
【００５７】
つぎに、浸炭窒化処理後の外輪の素形材６４（中間素材）を０℃未満の所定温度に冷却するサブゼロ処理を行なう〔「サブゼロ処理」、図２（ｄ）参照〕。
サブゼロ処理における冷却温度は、コストを低減する観点から、好ましくは−１００℃以上であり、残留オーステナイトを所定のマルテンサイトに変化させる観点から、好ましくは−５０℃以下である。
また、サブゼロ処理における冷却時間は、固定輪として用いるのに十分な静的負荷容量を確保する観点から、好ましくは１時間以上である。
このようにサブゼロ処理を行なって、残留オーステナイトをマルテンサイトに変化させることにより、固定輪として用いるのに十分な静的容量を確保することができる。
【００５８】
つぎに、前記サブゼロ処理後の外輪の素形材６４（中間素材）を、所定温度で加熱保持する焼もどし処理を行なう〔「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、軸受としての耐熱性を確保する観点から、１５０℃以上であり、所定の硬さを確保する観点から、２５０℃以下である。
また、焼もどし処理における加熱保持時間は、均一に処理を行なう観点から、０．５時間以上である。
【００５９】
その後、焼もどし処理工程後の外輪の素形材６４（中間素材）の軌道面６１ａ、端面６１ｂ、肩面６１ｃ、外周面６１ｄそれぞれを形成する部分に対して、研磨仕上げ加工を施すとともに、軌道面６１ａに対して超仕上げ加工を施して、所定精度に仕上げる〔図２（ｆ）参照、「仕上げ加工工程」〕。このようにして、目的の外輪６１を得ることができる。得られた外輪６１では、軌道面６１ａ、端面６１ｂ、肩面６１ｃ、および外周面６１ｄは、研磨部として構成され、この外輪６１のうち、外輪の外周側の面取り６１ｅと外輪の内周側の面取り６１ｆとは、研磨されていない非研磨部として構成される。
【実施例】
【００６０】
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。
【００６１】
〔実施例１、２および比較例１〜７、参考例１〜３〕
表１に示す組成を有する２種類の鋼材ＡおよびＢそれぞれを所定形状に加工して、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）用内外輪および転動面を形成する部分に研磨取代を有する玉軸受（型番６２０６）用転動体それぞれの素形材を製造した。表１の鋼材Ｂは、軸受綱であるＪＩＳ  ＳＵＪ２である。なお、転動体の直径は、９．５２５ｍｍとした。
【００６２】
【表１】
0005597977.tif 000002
【００６３】
つぎに、得られた素形材に、図３〜図１５に示す熱処理条件で熱処理を施して、得られた熱処理後の内外輪の各中間素材の前記軌道面を形成する部分および得られた熱処理後の転動体の中間素材の前記転動面を形成する部分それぞれに研磨加工を施して、実施例１および２の玉軸受ならびに比較例１〜７、参考例１〜３の玉軸受を製造した。
【００６４】
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１．１、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号１）。
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、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８５０℃で４時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１６０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号２）。
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１．１、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、つぎに、−５５℃で１時間冷却〔サブゼロ処理〕し、その後、２００℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号３）。
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１．１、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８５０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号４）。
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１．１、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し、つぎに、−７５℃で１時間冷却〔サブゼロ処理〕し、その後、２００℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号５）。
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０．８の雰囲気中において８３０℃で０．５時間加熱して、ズブ焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号６）。
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の浸炭雰囲気中において８５０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１６０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号７）。
図１０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０．８の雰囲気中において９００℃で０．５時間加熱して、ズブ焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号８）。
図１１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の浸炭雰囲気中において９００℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１６０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号９）。
図１２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、アンモニアガス濃度が１体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号１０）。
図１３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、アンモニアガス濃度が１５体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号１１）。
図１４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、アンモニアガス濃度が５体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号１２）。
図１５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１．０、アンモニアガス濃度が２体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼もどし処理〕するものである（実験番号１３）。
【００６５】
なお、実施例１において、内輪は、図３に示される熱処理条件（実験番号１）で、転動体は、図４に示される熱処理条件（実験番号２）で、外輪は、図５に示される熱処理条件（実験番号３）で製造した。
また、実施例２において、内輪は、図６に示される熱処理条件（実験番号４）で、転動体は、図４に示される熱処理条件（実験番号２）で、外輪は、図７に示される熱処理条件（実験番号５）で製造した。
比較例１の玉軸受の外輪、内輪および転動体は、それぞれ、図８に示される熱処理条件（実験番号６）で製造した。
比較例２、比較例４〜比較例７の玉軸受の外輪および内輪は、それぞれ、図９に示される熱処理条件（実験番号７）〜図１３に示される熱処理条件（実験番号１１）で製造した。比較例３の玉軸受の外輪および内輪は、図４に示される熱処理条件（実験番号２）で製造した。参考例１の玉軸受の外輪および内輪は、図３に示される熱処理条件（実験番号１）で製造した。また、参考例２および３の玉軸受の外輪および内輪は、それぞれ、図１４に示される熱処理条件（実験番号１２）および図１５に示される熱処理条件（実験番号１３）で製造した。比較例２〜比較例７、参考例１〜３の玉軸受の転動体は、それぞれ、図４に示される熱処理条件（実験番号２）で製造した。
【００６６】
〔試験例１〕
実施例１および２の外輪、実施例１および２の玉軸受に用いた内輪、比較例１〜７、参考例１〜３の外輪について、軌道部の表面（研磨部）から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）、前記表面から１０μｍの深さの位置での表層部残留オーステナイト量、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量、析出物形態、およびバナジウム系析出物（バナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子）の面積率を調べた。実施例１および２の玉軸受に用いた転動体の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）、前記表面から１０μｍの深さの位置での表層部残留オーステナイト量、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量、析出物形態、およびバナジウム系析出物（バナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子）の面積率を調べた。
【００６７】
実質的な表面層の硬さを測定するため、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さは、前記内外輪および転動体それぞれを表面から深さ方向に切断した後、前記表面から５０μｍの深さの位置にビッカース圧子をあてて測定した。また、ロックウェルＣ硬さは、測定されたビッカース硬さを変換することにより求めた。前記表面から１０μｍの深さの位置での表層部残留オーステナイト量は、前記内輪の軌道部の表面から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。表面から１０μｍまでの範囲における炭素含有量および表面から１０μｍまでの範囲における窒素含有量は、それぞれ、前記内外輪および転動体それぞれを表面から深さ方向に切断した後、前記表面から１０μｍまでの範囲における各含有量を測定することにより求めた。
【００６８】
前記析出物形態は、前記内外輪および転動体それぞれを表面から深さ方向に切断した後、前記表面から１０μｍまでの範囲を観察することにより評価した。バナジウム系析出物（バナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子）の面積率は、前記内外輪および転動体それぞれを表面から深さ方向に切断した後、前記表面から１０μｍまでの範囲で測定した。なお、前記析出物形態およびバナジウム系析出物（バナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子）の面積率は、８００μｍ2の測定視野において、加速電圧：１５．０ｋＶ、照射電流：２．０１６×１０-7Ａおよびスキャン倍率：３０００倍の条件で、電解放出型電子プローブマイクロアナライザを用いて、炭素、窒素およびバナジウムをマッピングし、画像処理装置で面積率を算出した。
【００６９】
また、実施例１および２ならびに比較例１〜７、参考例１〜３の各玉軸受について、寿命の１つの指標である異物が混入した潤滑油中での寿命（異物油中寿命）と、静的負荷容量の１つの指標である軌道輪圧痕深さとを調べた。
【００７０】
異物油中寿命は、表２に示す条件で試験した。前記異物油注寿命について、以下の判断基準で評価した。
〔判断基準〕
○：比較例１の玉軸受のＬ１０寿命の８倍以上である。
×：比較例１の玉軸受のＬ１０寿命の８倍未満である。
【００７１】
【表２】
0005597977.tif 000003
【００７２】
また、軌道輪圧痕深さは、実施例１および２ならびに比較例１〜７、参考例１〜３の玉軸受における玉を鉛直線上に配置し、鉛直方向上方から１４．７ｋＮの荷重をかけ、前記玉軸受の軌道輪において、最大応力が生じる部分における圧痕の深さを、３次元形状測定器で測定することにより評価した。軌道輪圧痕深さは、内輪に生じた圧痕深さと、外輪に生じた圧痕深さとの総和の値である。前記軌道輪圧痕深さについて、以下の判断基準で評価した。
〔判断基準〕
○：圧痕の深さが０．６３５μｍ以下
×：圧痕の深さが０．６３５μｍより大
なお、前記「０．６３５μｍ」は、転動体直径が９．５２５ｍｍであるときの玉軸受における円滑な回転を妨げない限度である永久変形量である。この値は、転動体直径（９．５２５ｍｍ）×１／１００００で判断される転がり軸受全体での圧痕による変形の許容限度のうち、圧痕による変形が、内輪と外輪と転動体とにそれぞれ均等に（全体の１／３ずつ）生じると仮定し、内輪の圧痕の深さと外輪の圧痕の深さとを合わせた値が転がり軸受全体での圧痕による変形の許容限度の２／３となることから、転がり軸受全体での圧痕による変形の許容限度の２／３を許容値として求めた値である。
【００７３】
実施例１および２の外輪、ならびに実施例１および２の玉軸受に用いた内輪および転動体に用いた鋼材の種類、熱処理条件、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量、析出物形態、バナジウム系析出物の面積率、ならびに実施例１および２の玉軸受の異物油中寿命および軌道輪圧痕深さを調べた結果を表３に示す。
また、比較例１〜７、参考例１〜３の外内輪に用いた鋼材の種類、熱処理条件、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量、析出物形態、バナジウム系析出物の面積率、ならびに比較例１〜７、参考例１〜３の玉軸受の異物油中寿命および軌道輪圧痕深さを調べた結果を表４に示す。
なお、表３および４中、「ビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）」は、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（ロックウェルＣ硬さ）を示し、「残留オーステナイト量（体積％）」は、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量を示し、「炭素含有量（質量％）」および「窒素含有量（質量％）」は、それぞれ、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量および窒素含有量を示し、「バナジウム系析出物の面積率（％）」は、表面から１０μｍまでの範囲の表面層におけるバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子とを併せたものの面積率を示す。
【００７４】
【表３】
0005597977.tif 000004
【００７５】
【表４】
0005597977.tif 000005
【００７６】
表３に示された結果から、実施例１および２の玉軸受の異物油中寿命は、比較例１の玉軸受のＬ１０寿命の１２倍以上である。また、実施例１および２の玉軸受の軌道輪圧痕深さは、それぞれ、０．３５μｍおよび０．３８μｍであり、玉軸受における円滑な回転を妨げない限度である永久変形量（０．６３５μｍ）以下である。
したがって、実施例１および２における外輪および内輪の組み合わせによれば、転がり軸受の長寿命化を図ることができるとともに、十分な静的負荷容量を確保することができることがわかる。
【００７７】
これに対して、表４に示された結果から、比較例２〜４および７の玉軸受の異物油中寿命は、比較例１の玉軸受のＬ１０寿命の８倍未満（１〜３倍）であり、実施例１および２の玉軸受に比べて、異物油中寿命が短くなっていることがわかる。また、比較例１〜４および７の玉軸受の軌道輪圧痕深さは、０．６３５μｍより大きく（０．８２〜２．０μｍ）、玉軸受における円滑な回転を妨げない限度である永久変形量以上であることがわかる。
さらに、表４に示された結果から、比較例５、６およびの玉軸受の異物油中寿命は、比較例１の玉軸受のＬ１０寿命の８倍以上〔それぞれ、１０倍（比較例５）および１２倍（比較例６）〕であるが、軌道輪圧痕深さは、０．６３５μｍより大きく〔それぞれ、１．４μｍ（比較例５）および１．６μｍ（比較例６）〕、玉軸受における円滑な回転を妨げない限度である永久変形量以上であることがわかる。
【００７８】
また、表４に示された結果から、参考例１〜３の玉軸受では、異物油中寿命および軌道輪圧痕深さはいずれも、使用可能なレベルであるが、実施例１および２の玉軸受に比べて、軌道輪圧痕深さが長くなっており、実施例１および２の玉軸受に比べて、静的負荷容量が低いことがわかる。
【００７９】
したがって、これらの結果から、転がり軸受である玉軸受において、前記鋼材Ａを加工した素形材に対して、カーボンポテンシャル０．９〜１．３で、アンモニアガス濃度２〜５体積％の浸炭窒化雰囲気において、８５０〜９００℃で加熱し、急冷する浸炭窒化処理を施すことにより得られた下記所定値の性質を有する駆動輪（内輪）と、前記素形材に対して、前記浸炭処理を施した後、得られた中間素材に対して、−５０〜−１００℃でのサブゼロ処理を施すことにより得られた下記所定値の性質を有する固定輪（外輪）とを用いることにより、長寿命化を図ることができることに加えて、静的負荷容量を向上させることもできることがわかる。
（１）内輪：
表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが７４０〜９００（ロックウェルＣ硬さが６２〜６７）、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が２０〜５５体積％、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％、表面から１０μｍまでの範囲の表面層に、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有し、かつ前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における前記バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の面積率が１〜１０％。
（２）外輪：
表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素の含有量が１．１〜１．６質量％、表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００〜９４０（ロックウェルＣ硬さが６４〜６８）、表面から１０μｍの深さの位置での残留オーステナイト量が５〜３０体積％、表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素の含有量が０．１〜１．０質量％、表面から１０μｍまでの範囲の表面層に、バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子を有し、かつ表面から１０μｍまでの範囲の表面層における前記バナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子および／またはバナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子の面積率が１〜１０％。
【００８０】
〔実施例３および比較例８〜１２〕
表５に示す鋼材ＣおよびＤそれぞれを、所定形状に加工して、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）用外内輪の素形材を製造した。なお、表５の鋼材Ｄは、軸受鋼であるＪＩＳ  ＳＵＪ２である。
【００８１】
【表５】
0005597977.tif 000006
【００８２】
つぎに、得られた素形材に、図８、図１６〜図２０に示す熱処理条件で熱処理を施し、さらに、研磨による仕上げ加工を施して、軌道部材である実施例３および比較例８〜１２の外輪を製作した。
図１６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、アンモニアガス濃度が５体積％の浸炭窒化雰囲気中において８６０℃で７時間加熱した後、８０℃に油冷し、つぎに、−７５℃で１時間維持〔サブゼロ処理〕し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼戻し処理〕するものである。
図１７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の浸炭雰囲気において８５０℃で５時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼戻し処理〕するものである。
図１８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、アンモニアガス濃度が５体積％の浸炭窒化雰囲気中において８５０℃で４時間加熱した後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼戻し処理〕するものである。
図１９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１．０の雰囲気中において９００℃で０．５時間加熱して、ズブ焼入れを行った後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼戻し処理〕するものである。
図２０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１．２の浸炭雰囲気中において９３０℃で７時間加熱した後、この加熱に引き続いて９００℃で０．５時間加熱し、ついで８０℃に油冷し、その後、１８０℃で２時間加熱〔焼戻し処理〕するものである。
【００８３】
〔試験例２〕
実施例３および比較例８〜１２の外輪について、熱処理品質を調べた。
実施例３および比較例８〜１２の外輪の製造に用いた鋼材の種類、熱処理条件を表６に示す。
【００８４】
【表６】
0005597977.tif 000007
【００８５】
また、軌道部の表面（研磨部）の熱処理品質を表７に、非研磨部の熱処理品質を表８に示す。軌道部の表面（研磨部）の熱処理品質として、軌道部の表面（研磨部）から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（表中、「ビッカース硬さ」）、表面から１０μｍの深さの位置での表層部残留オーステナイト量（表中、「表層部残留オーステナイト量」）、前記表面から２ｍｍの深さの位置での内部残留オーステナイト量（表中、「内部残留オーステナイト量」）、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量（表中、「炭素含有量」）、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量（表中、「窒素含有量」）、析出物形態、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層におけるバナジウム系析出物（バナジウム炭窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子およびバナジウム窒化物からなる粒径０．２〜２μｍの粒子）の面積率（表中、「バナジウム系析出物の面積率」）および前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒化物を含む析出物の面積率（表中、「窒化物を含む析出物の面積率」）をそれぞれ示す。
【００８６】
また、非研磨部の熱処理品質として、非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さ（表中、「ビッカース硬さ」）、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量（表中、「炭素含有量」）、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量（表中、「窒素含有量」）および前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子の有無（表中、「粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子」）をそれぞれ示す。
【００８７】
【表７】
0005597977.tif 000008
【００８８】
【表８】
0005597977.tif 000009
【００８９】
表７および表８に示される結果から、鋼材Ｃから得られた素形材に浸炭窒化処理を施した後に、サブゼロ処理を施すことにより得られた実施例３の外輪は、研磨部では、軌道部の表面（研磨部）から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８８０、前記表面から１０μｍの深さの位置での表層部残留オーステナイト量が２２体積％、前記表面から２ｍｍの深さの位置での内部残留オーステナイト量が５体積％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量が１．４質量％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量が０．６質量％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層におけるバナジウム系析出物の面積率が６％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒化物を含む析出物の面積率が１２％であることがわかる。
また、非研磨部では、非研磨部の表面から５０μｍの深さの位置でのビッカース硬さが８００、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における炭素含有量が０．８質量％、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒素含有量が１．３質量％であり、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子がない。
また、実施例３の外輪の軌道部の表面（研磨部）には、粒径５００ｎｍ以下の窒化物粒子が存在していた。
実施例３の研磨仕上げされた外輪の軌道部の表面（研磨部）は、前記研磨仕上げされている表面から１０μｍまでの範囲の表面層に、粒径５００ｎｍ以下の窒化物からなる粒子を有し、前記表面から１０μｍまでの範囲の表面層における窒化物を含む析出物の面積率が５〜２０％であるので、表面の硬さが向上しており、異物が混入した潤滑油中で使用された場合であっても、異物を噛みこんだときに生成される圧痕周辺における応力集中を緩和することができる。
これらの結果から、実施例３の外輪のように、非研磨部に浸炭窒化層を形成させることによって、非研磨部において、過剰浸炭組織の発生が抑制されることが示唆される。
【００９０】
一方、表７および表８に示された結果から、鋼材Ｃから得られた素形材に浸炭処理を施すことにより得られた比較例１２の外輪は、非研磨部の表面に窒素（Ｎ）が含まれていないことがわかる。また、比較例１２の外輪の非研磨部には、粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子が存在しているため、過剰浸炭組織が発生している。
【００９１】
〔試験例３〕
つぎに、実施例３および比較例８〜１２の外内輪それぞれについて、異物油中寿命試験および圧壊強度試験を行った。異物油中寿命試験を行うに際しては、実施例３および比較例８〜１２のそれぞれの外内輪と、高炭素クロム軸受綱（ＪＩＳ  ＳＵＪ２）に浸炭窒化処理を施した後、焼入れ、焼戻し処理を行なうことにより製造された玉とを組み合わせて、型番６２０６の玉軸受を組み立て、得られた玉軸受を異物油中寿命試験に供した。異物油中寿命試験の試験条件は、前記表２に示される条件である。圧壊強度試験の試験条件を表９に示す。圧壊強度試験は、６２０６外輪の周方向の第１の箇所と、前記周方向の第１の箇所とは１８０℃周方向に移動した箇所である第２の箇所とを、アムスラー試験機で径方向に挟み、第１の箇所と第２の箇所とを結ぶ６２０６外輪の軸線と垂直な方向に沿って、第１の箇所と第２の箇所とが０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で近接するよう移動させることで、前記６２０６外輪を変形させ、破壊させ、破壊した時のラジアル荷重を評価する試験である。圧壊強度比は、各実施例、比較例の６２０６外輪が破壊した時の荷重の、比較例８の６２０６外輪が破壊した時の荷重に対する比である。そして、これらの結果を表１０に示す。
【００９２】
【表９】
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【００９３】
【表１０】
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【００９４】
表１０に示される結果から、表５の組成の鋼材Ｃが用いられた実施例３の外輪を備えた玉軸受は、鋼材Ｄが用いられた比較例８〜１２の外輪を備えた玉軸受に比べて、異物油中寿命が長くなっているとともに、その外輪の圧壊強度も高いことがわかる。
【００９５】
一方、表１０に示される結果から、実施例３の外輪に用いられた鋼材と同じ鋼材Ｃから得られた素形材に対して浸炭処理を施した比較例１２の外輪を備えた玉軸受は、鋼材Ｄが用いられた比較例８〜１０の外輪を備えた玉軸受よりも、その外輪の圧壊強度が低くなっていることがわかる。これに対して、鋼材Ｃから得られた素形材に浸炭窒化処理を施すことにより得られた実施例３の外輪を備えた玉軸受は、異物油中寿命およびその外輪の圧壊強度の両方が向上していることがわかる。
このように、比較例９、１２では、前記軌道部を除いた部分に存在する非研磨部に、粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子が存在し、フリーカーバイドなどの過剰浸炭組織が発生しており、この過剰浸炭組織が応力集中の起点となることによって、転がり軸受の圧壊強度を低下させることを見出した。そして、実施例３では、所定の鋼材に対して、所定の条件で浸炭窒化処理を施すことにより、転がり軸受の軌道部において、析出物の少ない長寿命組織（浸炭組織）を形成させながらも、非研磨部において、粒径１０μｍ以上の粗大炭素化合物粒子が生じず、フリーカーバイドなどの過剰浸炭組織の発生が抑制され、圧壊強度の低下が抑制されるとともに、高い転がり疲れ寿命を達成することができた。
【００９６】
したがって、これらの結果から、実施例３のように、表５の組成の鋼材Ｃから得られた素形材に浸炭窒化処理を施すことにより得られた軌道部材によれば、非研磨部に過剰浸炭組織が形成されず、異物油中寿命および圧壊強度ともに優れた転がり軸受が得られることが示唆される。
【符号の説明】
【００９７】
５１，６１  外輪、５１ａ，６１ａ  軌道部、５２  内輪、５２ａ  軌道部、５３  玉、６０  玉軸受
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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