(57)【要約】【課題】厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法を提供する。【解決手段】軸受部品である外輪１１、内輪１２、玉１３は、０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と転がり接触する面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａから深さ２０μｍ以内の領域である表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂにおける平均窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下であり、表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂには、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する。【選択図】図２
2014080661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、
他の部品と転がり接触する面である接触面から深さ２０μｍ以内の領域である表層領域における平均窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下であり、
前記表層領域には、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する、軸受部品。
【請求項２】
表面から深さ２０μｍ以内の領域全域において平均窒素濃度が０．７質量％以下である、請求項１に記載の軸受部品。
【請求項３】
前記接触面の硬度は７００ＨＶ以上である、請求項１または２に記載の軸受部品。
【請求項４】
前記接触面における残留オーステナイト量が２０体積％以上３５体積％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項５】
全体の平均残留オーステナイト量が１８体積％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項６】
５００℃に１時間保持した後、前記接触面に垂直な断面において深さ方向に硬度分布を測定した場合、硬度の最大値と最小値との差が１３０ＨＶ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受部品。
【請求項７】
軌道部材と、
前記軌道部材に接触して配置される転動体とを備え、
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１〜６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８】
０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなる成形体を準備する工程と、
前記成形体を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む浸炭窒化雰囲気中で浸炭窒化温度に加熱することにより、前記成形体を浸炭窒化する工程と、
浸炭窒化された前記成形体を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む拡散雰囲気中で前記浸炭窒化温度以下の温度である拡散温度に保持することにより、前記成形体中の窒素を拡散させる工程とを備え、
未分解アンモニア分圧をＰＮ、水素分圧をＰＨとし、ａｃ＊を以下の式（１）、αを以下の式（２）で定義した場合、前記浸炭窒化雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．０１２以上０．０２０以下に設定され、前記拡散雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．００３以上０．０１２以下に設定される、軸受部品の製造方法。
【数１】
2014080661.tif 000006
【請求項９】
前記成形体中の窒素を拡散させる工程よりも後に、前記成形体を１７０℃以上２２０℃以下の温度域に加熱して冷却する焼戻処理が実施される工程をさらに備えた、請求項８に記載の軸受部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法に関し、より特定的には、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸受部品の耐久性を向上させる方策として、焼入処理に先立って軸受部品の表層部に炭素および窒素を導入する浸炭窒化処理が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この浸炭窒化処理により、転がり軸受の転動疲労寿命、特に転がり軸受内に硬質の異物が侵入する環境（異物侵入環境）における寿命が改善することが知られている。浸炭窒化処理は、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で鋼からなる軸受部品をＡ１変態点以上の温度域に加熱して、軸受部品の表層部に炭素を侵入させ、あるいは表層部の脱炭を抑制しつつ、表層部に窒素を侵入させる処理である。
【０００３】
この浸炭窒化処理については、以下の式（１）により定義されるａｃ＊、および式（２）により定義されるαを適切な範囲に調整することにより、表層部の炭素濃度を適切なレベルに保持するとともに、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【数１】
2014080661.tif 000003
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１８３３６号公報
【特許文献２】特開２００７−２７７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のような浸炭窒化処理を軸受部品に施した場合でも、使用環境によっては耐久性が不足する場合があるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従った軸受部品は、０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、他の部品と転がり接触する面である接触面から深さ２０μｍ以内の領域である表層領域における平均窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下であり、表層領域には、直径０．５μｍ以下の炭化物（炭窒化物を含む）が１００μｍ２あたり５個以上存在する。
【０００９】
本発明者は、軸受部品に浸炭窒化処理を施した場合でも耐久性が不足するという現象の原因を詳細に検討した。その結果、以下のような知見を得て、本発明に想到した。
【００１０】
軸受部品の表層領域（接触面からの深さが２０μｍ以下である領域）に直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する状態とすることにより、当該炭化物の析出強化によって軸受部品の静的負荷容量が向上する。ここで、表層領域に直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する状態とは、軸受部品の接触面に垂直な断面で軸受部品を切断し、得られた断面の表層領域を顕微鏡で観察した場合に直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上確認される状態をいう。また、表層領域の平均窒素濃度を０．２質量％以上とすることにより、軸受部品の、異物混入環境における耐久性（寿命）および清浄油潤滑環境における耐久性が十分に向上する。
【００１１】
しかし、上記鋼のように比較的クロムを多く含む鋼に窒素を侵入させた場合、窒素が侵入した領域の炭素の固溶限が大きくなる。その結果、炭化物が減少し、場合によっては消失する。また、表層領域の窒素濃度が０．７質量％を超えると、表層領域の焼入性が低下して不完全焼入組織が形成されやすくなる。このような問題を解消するためには、浸炭窒化処理の後に拡散処理を実施することが有効である。しかしながら、何ら対策を講じることなく拡散処理を実施すると、表層領域において窒素の離脱が発生して窒素濃度が低下し、軸受部品の表面付近に内部に比べて窒素濃度が高い窒素富化層が形成されているにもかかわらず、耐久性に大きく影響する表層領域の窒素濃度が不十分となり、これが軸受部品の耐久性向上を妨げていることが明らかとなった。すなわち、軸受部品に浸炭窒化処理を行って窒素富化層を形成した場合、窒素量過多に起因する不完全焼入組織の形成や、炭化物の減少、消失が起こる。拡散処理が実施されて窒素量過多が解消された場合には、窒素富化層が形成されているにもかかわらず、表層領域の窒素濃度が不十分となる。本発明者は、このような現象が軸受部品の耐久性向上を妨げていることを見出し、これを解消することにより軸受部品の耐久性向上を達成した。
【００１２】
本発明の軸受部品では、表層領域（他の部品と転がり接触する面である接触面から深さ２０μｍ以内の領域）に、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在するようにすることにより、軸受部品の静的負荷容量を十分に確保している。そして、当該表層領域の平均窒素濃度を０．２質量％以上０．７質量％以下とすることにより、窒素侵入による耐久性の向上と、窒素侵入による不完全焼入組織の形成回避とを両立している。表層領域に導入した窒素を表面から離脱させないようにすることで、上記特徴は達成することができる。このように、本発明の軸受部品によれば、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することができる。なお、「接触面」とは、軌道輪などの軌道部材における転走面、玉やころなどの転動体の転動面（玉の表面、ころの外周面）を意味する。
【００１３】
ここで、上記軸受部品を構成する鋼の成分組成を上記範囲に設定した理由について説明する。
【００１４】
炭素：０．９５質量％以上１．１０質量％以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軸受部品の硬度および炭化物量に大きな影響を与える。鋼の炭素含有量を０．９５質量％以上とすることにより、熱処理によって鋼中に多くの炭素を導入することなく、十分な硬度および炭化物量を達成することができる。一方、炭素含有量が１．１０質量％を超えると、鋼の製造時点において大型の炭化物が形成され、これが軸受部品の耐久性に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、炭素含有量は０．９５質量％以上１．１０質量％以下とした。
【００１５】
珪素：０．０５質量％以上０．３５質量％以下
珪素は、鋼の焼戻軟化抵抗の向上に寄与する。珪素含有量が０．０５質量％未満では、焼戻軟化抵抗が不十分となり、焼入硬化後の焼戻や、軸受部品の使用中における温度上昇により接触面の硬度が許容範囲を超えて低下する可能性がある。一方、珪素含有量が０．３５質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、素材を軸受部品に成形する際の冷間加工における加工性が低下する。そのため、珪素含有量は０．０５質量％以上０．３５質量％以下とした。なお、珪素は、軸受部品の水素脆性剥離を助長する。そのため、珪素含有量の下限値は、最も一般的な軸受用鋼であるＪＩＳ規格ＳＵＪ２よりも低く設定している。つまり、水素脆性剥離の抑制を重視する場合、珪素含有量はＳＵＪ２よりも低い０．１５質量％未満とすることができる。
【００１６】
マンガン：０．１０質量％以上０．５０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に寄与する。マンガン含有量が０．１０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、マンガン含有量が０．５０質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間加工における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は０．１０質量％以上０．５０質量％以下とした。
【００１７】
クロム：１．３０質量％以上２．００質量％以下
クロムは、鋼の焼入性の向上および軸受部品の転動疲労寿命の改善に寄与する。クロム含有量が１．３０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、クロム含有量が２．００質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、クロム含有量は１．３０質量％以上２．００質量％以下とした。なお、水素脆性剥離の対策として珪素含有量を低減した場合、鋼の焼入性が不十分となるおそれがある。この焼入性の不足は、クロム添加量の増加にて補うことができる。そのため、クロム含有量の上限値は、最も一般的な軸受用鋼であるＪＩＳ規格ＳＵＪ２よりも高く設定している。特に、水素脆性剥離の抑制を重視して珪素含有量をＳＵＪ２よりも低い０．１５質量％未満とした場合、クロム含有量はＳＵＪ２よりも高い１．６０質量％を超えるものとすることができる。
【００１８】
上記軸受部品において好ましくは、表面から深さ２０μｍ以内の領域全域において平均窒素濃度が０．７質量％以下である。
【００１９】
このようにすることにより、軸受部品の接触面だけでなく、接触面以外の領域、たとえばぬすみ部など、窒素富化層形成後に研削加工されないような領域においても不完全焼入組織の形成が抑制される。
【００２０】
上記軸受部品において好ましくは、接触面の硬度は７００ＨＶ以上である。これにより、厳しい環境で使用される軸受部品に対しても、十分な静的負荷容量を付与することができる。
【００２１】
上記軸受部品において好ましくは、接触面における残留オーステナイト量が２０体積％以上３５体積％以下である。これにより、接触面における十分な硬度を維持しつつ、異物混入環境における軸受部品の耐久性を向上させることができる。
【００２２】
上記軸受部品において好ましくは、全体の平均残留オーステナイト量が１８体積％以下である。このようにすることにより、軸受部品の寸法安定性の向上（経年寸法変化の抑制）を達成することができる。
【００２３】
上記軸受部品において好ましくは、５００℃に１時間保持した後、接触面に垂直な断面において深さ方向に硬度分布を測定した場合、硬度の最大値と最小値との差が１３０ＨＶ以上である。このような軸受部品においては、十分な濃度の窒素の導入が確保されている。
【００２４】
本発明に従った転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される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、上記軸受部品である。本発明の転がり軸受は、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品を軌道部材および転動体の少なくともいずれかとして含んでいることにより、高い耐久性を有している。
【００２５】
本発明に従った軸受部品の製造方法は、０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなる成形体を準備する工程と、成形体を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む浸炭窒化雰囲気中で浸炭窒化温度に加熱することにより、成形体を浸炭窒化する工程と、浸炭窒化された成形体を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む拡散雰囲気中で上記浸炭窒化温度以下の温度である拡散温度に保持することにより、成形体中の窒素を拡散させる工程とを備えている。そして、未分解アンモニア分圧をＰＮ、水素分圧をＰＨとし、ａｃ＊を以下の式（１）、αを以下の式（２）で定義した場合、浸炭窒化雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．０１２以上０．０２０以下に設定され、拡散雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．００３以上０．０１２以下に設定される。
【００２６】
【数２】
2014080661.tif 000004
【００２７】
本発明の軸受部品の製造方法では、上記適切な成分組成を有する鋼からなる成形体に対して、浸炭窒化処理および拡散処理が順次実施される。この拡散処理が実施されることにより、成形体内における局所的な窒素過多が解消され、不完全焼入組織の形成が抑制される。そして、拡散処理を実施するに際して上記ａｃ＊のみならずαをも適切な値に調整することにより、拡散処理における表層領域での窒素の離脱を抑制し、適切な窒素含有量を有する表層領域を得ることができる。その結果、本発明の軸受部品の製造方法によれば、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品を製造することができる。
【００２８】
上記軸受部品の製造方法においては、成形体中の窒素を拡散させる工程よりも後に、成形体を１７０℃以上２２０℃以下の温度域に加熱して冷却する焼戻処理が実施される工程をさらに備えていてもよい。これにより、軸受部品の接触面に適切な硬度を付与し、十分な静的負荷容量を確保することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明の軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法によれば、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】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した概略部分断面図である。
【図３】スラストころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図４】図３の軌道輪の概略部分断面図である。
【図５】図３のころの概略断面図である。
【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】ａｃ＊を０．８とした場合の表面付近における炭素および窒素の濃度を示す図である。
【図８】ａｃ＊を０．９５とした場合の表面付近における炭素および窒素の濃度を示す図である。
【図９】αを０．０１７とした場合の表面付近における窒素の濃度を示す図である。
【図１０】αを０．００５とした場合の表面付近における窒素の濃度を示す図である。
【図１１】窒素濃度と硬度および半価幅との関係を示す図である。
【図１２】表層領域における平均窒素濃度が１．０質量％である場合のミクロ組織を示す写真である。
【図１３】αが０である場合の表面付近における窒素の濃度を示す図である。
【図１４】αが０.００５である場合の表面付近における窒素の濃度を示す図である。
【図１５】表面硬度と圧痕深さとの関係を示す図である。
【図１６】転走面直下の窒素濃度分布を示す図である。
【図１７】転走面直下の窒素濃度分布を示す図である。
【図１８】転走面直下の窒素濃度分布を示す図である。
【図１９】転走面直下の窒素濃度分布を示す図である。
【図２０】転走面直下の窒素濃度分布を示す図である。
【図２１】剥離発生後における剥離部付近の形状を示す図である。
【図２２】圧痕の形状の一例を示す図である。
【図２３】表層領域における平均窒素濃度と圧痕起点型剥離寿命との関係を示す図である。
【図２４】表層領域における平均窒素濃度と清浄油潤滑寿命との関係を示す図である。
【図２５】残留オーステナイト量と圧痕起点型剥離寿命との関係を示す図である。
【図２６】表面付近における残留オーステナイト量の分布を示す図である。
【図２７】残留オーステナイト量と寸法変化率との関係を示す図である。
【図２８】５００℃に１時間保持して冷却した後の硬度差と窒素濃度との関係を示す図である。
【図２９】炭化物が消失した状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３０】炭化物が保持された状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３１】圧痕深さに及ぼす炭化物の存在の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
まず、図１および図２を参照して、軸受部品である軌道輪および玉を備えた転がり軸受を例に、本発明の一実施の形態について説明する。深溝玉軸受１は、軸受部品である第１軌道部材としての外輪１１と、軸受部品である第２軌道部材としての内輪１２と、軸受部品である複数の転動体としての玉１３と、保持器１４とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転動面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａは、これらの軸受部品の接触面である。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転動面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器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。
【００３３】
図２を参照して、軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２からなっている。そして、接触面としての外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａを含む領域には、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに比べて窒素濃度が高い窒素富化層１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄが、それぞれ形成されている。窒素富化層１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄの表面である接触面としての外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａからの距離が２０μｍ以内である表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂにおける平均窒素濃度は、０．２質量％以上０．７質量％以下となっている。さらに、表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂには、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する。
【００３４】
本実施の形態における軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、接触面下の表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂにおける窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下となっており、かつ表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂには、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する。その結果、外輪１１、内輪１２および玉１３は、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品となっている。また、上記炭化物は上記領域に１０個以上存在していることがより好ましい。なお、上記炭化物の存在量（数）は、たとえば上記領域を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、観察結果を画像解析処理することにより確認することができる。
【００３５】
また、外輪１１、内輪１２および玉１３は、表面から深さ２０μｍ以内の領域全域において平均窒素濃度が０．７質量％以下となっていることが好ましい。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の接触面だけでなく、接触面以外の領域、たとえばぬすみ部など、窒素富化層形成後に研削加工されないような領域においても不完全焼入組織の形成が抑制される。
【００３６】
さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３の接触面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの硬度は７００ＨＶ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が厳しい環境で使用される場合でも、十分な静的負荷容量を確保することができる。
【００３７】
また、外輪１１、内輪１２および玉１３の接触面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける残留オーステナイト量は、２０体積％以上３５体積％以下であることが好ましい。これにより、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける十分な硬度を維持しつつ、異物混入環境における外輪１１、内輪１２および玉１３の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３においては、全体の平均残留オーステナイト量が１８体積％以下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の寸法安定性の向上を達成することができる。
【００３９】
また、外輪１１、内輪１２および玉１３を５００℃に１時間保持した後、接触面に垂直な断面において深さ方向に硬度分布を測定した場合、硬度の最大値と最小値との差が１３０ＨＶ以上であることが好ましい。このような外輪１１、内輪１２および玉１３では、十分な濃度の窒素の導入が確保されている。
【００４０】
次に、図３〜図５を参照して、他の実施の形態における軸受部品を備えた転がり軸受について説明する。スラストニードルころ軸受２は、上記深溝玉軸受１と基本的には同様の構成を有し、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、ニードルころ２３の外周面であるころ転動接触面２３Ａにおいて、一対の軌道輪２１の互いに対向する一方の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。
【００４１】
そして、スラストニードルころ軸受２の軌道輪２１は、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２に、スラストニードルころ軸受２のニードルころ２３は深溝玉軸受の玉１３にそれぞれ相当し、同様の素材からなるとともに、同様の窒素濃度および炭化物（炭窒化物を含む）の分布状態等が達成されている。すなわち、軌道輪２１およびニードルころ２３は、深溝玉軸受１の場合と同様の構成を有する軌道輪転走面２１Ａ（外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに対応）、転動接触面２３Ａ（玉転動面１３Ａに対応）、表層領域２１Ｂ，２３Ｂ（表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂに対応）、内部２１Ｃ，２３Ｃ（内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに対応）および窒素富化層２１Ｄ，２３Ｄ（窒素富化層１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄに対応）を有している。これにより、軌道輪２１およびニードルころ２３は、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが可能な軸受部品となっている。
【００４２】
次に、上記実施の形態における軸受部品および転がり軸受の製造方法について説明する。図６を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．９５質量％以上１．１０質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる鋼材が準備される。具体的には、たとえば上記成分組成を有する棒鋼や鋼線などが準備される。そして、当該鋼材に対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図１〜図５に示される外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３などの形状に成形された成形体が作製される。
【００４３】
次に、工程（Ｓ２０）として浸炭窒化工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された成形体が浸炭窒化処理される。この浸炭窒化処理は、たとえば以下のように実施することができる。まず、上記成形体が７８０℃以上８２０℃以下程度の温度域で、３０分間以上９０分間以下の時間予熱される。次に、予熱された成形体が、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む浸炭窒化雰囲気中で浸炭窒化温度に加熱されることにより、成形体が浸炭窒化される。このとき、当該浸炭窒化雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．０１２以上０．０２０以下に設定される。具体的には、エンリッチガスとしてのプロパンガスやブタンガスが添加されることによりａｃ＊が調整されたＲＸガスなどの吸熱型ガスに、さらにアンモニアガスが導入されてαが調整された雰囲気中において、成形体が加熱されて浸炭窒化処理される。浸炭窒化処理の温度（浸炭窒化温度）は、たとえば８２０℃以上８８０℃以下とすることができる。また、浸炭窒化処理の時間は、所望の窒素富化層の窒素濃度に合わせて設定することができるが、たとえば４時間以上１０時間以下とすることができる。これにより、成形体の表層領域に炭化物を適切に分布させつつ、窒素富化層を形成することができる。
【００４４】
次に、工程（Ｓ３０）として拡散工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む拡散雰囲気中で上記浸炭窒化温度以下の温度である拡散温度に保持されることにより、成形体中の窒素を内部へと拡散させる拡散処理が実施される。このとき、当該拡散雰囲気におけるａｃ＊が０．８８以上１．２７以下、αが０．００３以上０．０１２以下に設定される。具体的には、エンリッチガスとしてのプロパンガスやブタンガスが添加されることによりａｃ＊が調整されたＲＸガスなどの吸熱型ガスに、さらにアンモニアガスが導入されてαが調整された雰囲気中において、成形体が加熱されて拡散処理が実施される。拡散処理の温度（拡散温度）は、たとえば７８０℃以上８８０℃以下とすることができ、８２０℃以上８８０℃以下とすることが好ましい。また、拡散処理の時間は、たとえば１時間以上５時間以下とすることができる。これにより、成形体の表層領域における炭化物の適切な分布状態を維持しつつ、窒素を拡散させて不完全焼入組織の形成を抑制するとともに、表面からの窒素の離脱を抑制して表層領域における窒素濃度を適切な範囲に調整することができる。
【００４５】
次に、工程（Ｓ４０）として焼入工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ３０）において窒素富化層が形成された成形体が、所定の焼入温度から急冷されることにより焼入処理される。この焼入温度は、たとえば８２０℃以上８８０℃以下とすることができ、８５０℃以上８８０℃以下とすることが好ましい。焼入処理は、たとえば所定の温度に保持された冷却剤としての焼入油中に成形体を浸漬することにより実施することができる。また、この工程（Ｓ４０）では、成形体において接触面下の表層部となるべき領域が、焼入温度から６００℃までの温度範囲において平均２０℃／ｓｅｃ以上、かつ焼入温度から４００℃までの温度範囲において平均３０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却されることが好ましい。これにより、窒素富化層の形成によって焼入性が低下した表層部となるべき領域を確実に焼入硬化することができる。
【００４６】
次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において焼入処理された成形体が焼戻処理される。具体的には、たとえば１７０℃以上２２０℃以下の温度域に加熱された雰囲気中において成形体が０．５時間以上４時間以下の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。さらに、焼戻温度は、１８０℃以上２１０℃以下とされてもよい。
【００４７】
次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において焼戻処理された成形体を加工することにより他の部品と接触する面である接触面が、すなわち深溝玉軸受１の外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａ、ならびにスラストニードルころ軸受２の軌道輪転走面２１Ａおよび転動接触面２３Ａが形成される。仕上げ加工としては、たとえば研削加工を実施することができる。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などが完成する。
【００４８】
さらに、工程（Ｓ７０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において作製された外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３と、別途準備された保持器１４，２４などとが組合わされて、上記実施の形態における深溝玉軸受１やスラストニードルころ軸受２が組立てられる。これにより、本実施の形態における転がり軸受の製造方法が完了する。
【００４９】
ここで、接触面から深さ２０μｍ以内の領域である表層領域における平均窒素濃度を０．２質量％以上０．７質量％以下とするためには、上記工程（Ｓ２０）〜（Ｓ３０）では、後続の工程（Ｓ６０）における仕上げ加工によって接触面下の表層領域１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，２１Ｂ，２３Ｂにおける窒素濃度が０．２質量％以上０．７質量％以下となるように成形体に窒素富化層が形成される。つまり、工程（Ｓ６０）での取り代などを考慮して、接触面完成後における表層部の窒素濃度を０．２質量％以上０．７質量％以下とすることが可能なように窒素量を調整した窒素富化層１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄ，２１Ｄ，２３Ｄが形成される。このとき、仕上げ加工により表層部が除去されない領域（たとえば、ぬすみ部）においても窒素濃度を０．７質量％以下として不完全焼入組織の発生を抑制することが好ましい。このためには、工程（Ｓ３０）の完了時点において、表層領域の窒素濃度を０．７質量％以下に調整しておく必要がある。
【００５０】
さらに、接触面の硬度を７００ＨＶ以上とするためには、工程（Ｓ５０）における加熱温度を適切に設定する必要がある。具体的には、焼戻温度を、たとえば１７０℃以上２２０℃以下とすることができる。また、外輪１１、内輪１２、玉１３、軌道輪２１、ニードルころ２３の残留オーステナイト量を適切な値に調整するためには、工程（Ｓ４０）における焼入温度を調整する必要がある。
【００５１】
以上のような手順により、本実施の形態における軸受部品および転がり軸受を製造することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態において説明した深溝玉軸受およびスラストころ軸受、ならびにそれらを構成する軸受部品は、本発明の転がり軸受ならびに軸受部品の一例である。本発明の転がり軸受および軸受部品は、種々の形態の転がり軸受に適用することができる。
【実施例１】
【００５３】
浸炭窒化処理時における雰囲気管理の必要性について確認する実験を行った。具体的には、ａｃ＊およびαの値を変化させてＳＵＪ２からなる試験片に浸炭窒化処理を行い、表面付近の炭素濃度および窒素濃度を確認する実験を行った。
【００５４】
図７にａｃ＊を０．８０、αを０．０１７に調整した雰囲気中で２．５時間の浸炭窒化処理を実施した場合の炭素および窒素濃度分布を示す。また、図８にａｃ＊を０．９５、αを０．０１７とした雰囲気中で２．５時間の浸炭窒化処理を実施した場合の炭素および窒素濃度分布を示す。図７および図８において、細線が炭素濃度分布、太線が窒素濃度分布を示している。αは同じ値なので両者とも窒化は正常にされているが、図７はａｃ＊が０．８８未満であるため、表面付近の炭化物が消失し、かつ母相の炭素も僅かに脱けている。
【００５５】
また、図９にａｃ＊を１、αを０．０１７とした雰囲気中で５時間の浸炭窒化処理を実施した場合の窒素濃度分布を、図１０にａｃ＊を１、αを０．００５とした雰囲気中で５時間の浸炭窒化処理を実施した場合の窒素濃度分布を示す。浸炭窒化の処理時間は同じであるが、αの小さい図１０では、αが適切な範囲にある図９に比べて窒素侵入量が少ない。
【００５６】
以上の実験結果から、浸炭窒化処理時におけるａｃ＊およびαの管理は重要であることが分かる。そして、ａｃ＊を０．８８〜１．２７、αを０．０１２〜０．０２の範囲に維持する必要があるといえる。
【実施例２】
【００５７】
浸炭窒化処理後の拡散処理の必要性について確認する実験を行った。具体的には、ＳＵＪ２からなる試験片に条件を変えた浸炭窒化処理を行って窒素濃度の異なるサンプルを作製し、窒素濃度と表面硬度および半価幅との関係を調査する実験を行った。ここで、「半価幅」は、Ｃｒ管球のＫα線を用いて測定されたマルテンサイトに対応するピーク（１４２．３〜１７０．２°）の半価幅を意味する。
【００５８】
図１１に、実験の結果得られた表層領域における窒素濃度（平均窒素濃度）と表面硬度および半価幅との関係を示す。図１１を参照して、表層領域における窒素濃度が０．７質量％以上の場合に、硬度が７００ＨＶ以下になり、半価幅が７．０以下となっている。このことから、表層領域における窒素濃度が０．７質量％以上の場合に当該領域に不完全焼入組織が発生していることが分かる。また、図１２は表層領域における窒素濃度が１．０質量％の場合におけるミクロ組織の写真である。この写真から、表面付近に不完全焼入組織が形成されていることが確認される。以上のように、表面付近における不完全焼入組織の形成を回避する観点から、特に転動疲労寿命に対して影響の大きい表層領域における窒素濃度は０．７質量％以下にすべきであることが確認される。
【００５９】
なお、比較的高濃度の（たとえば０．２質量％以上の）窒素富化層を効率よく形成するためには、浸炭窒化処理にて被処理物の表面に高濃度の窒素富化層を形成した後、拡散処理を行うプロセスの採用が好ましい。このとき、拡散処理によって表面付近の窒素濃度を０．７質量％以下としておくことにより、不完全焼入組織の形成を抑制することができる。拡散処理によって部品全体の表層部の窒素濃度を０．７質量％以下としておけば、後工程において加工されない領域（たとえばぬすみ部）においても、不完全焼入組織が製品内に残存することが抑制される。
【実施例３】
【００６０】
拡散処理における雰囲気管理の必要性について確認する実験を行った。具体的には、ＳＵＪ２からなる試験片に浸炭窒化処理を行った後、αの値を変化させて拡散処理を実施し、表層領域の窒素濃度に及ぼすαの値の影響を調査する実験を行った。図１３はαを０とした場合、図１４はαを０．００５とした場合の表面付近の窒素濃度分布を示している。
【００６１】
図１３に示すように、αが０、すなわちＰＮが０である雰囲気中で拡散処理を実施した場合、表面から窒素が離脱して表層領域の窒素濃度が低下していることが分かる。一方、αの値を０．００５とすることにより、上記窒素の離脱は抑制され、適切な窒素濃度を有する表層領域が得られていることが分かる。このことから、拡散処理においても、αの値を管理することが重要であることが分かる。そして、本発明者の検討によれば、αの値を０．００３〜０．０１２の範囲に設定することにより、適切な窒素濃度を有する表層領域が得られる。
【００６２】
浸炭窒化処理後の拡散処理においては、雰囲気中にアンモニアが導入されることなく、カーボンポテンシャルのみが調整されるのが一般的である。しかし、本発明者の検討によれば、このような拡散処理により表層領域の窒素濃度が低下し、軸受部品の耐久性向上が妨げられていたものと考えられる。そして、拡散処理においてαの値を０．００３〜０．０１２の範囲に設定することにより、軸受部品の耐久性向上が達成される。
【実施例４】
【００６３】
表面硬度と静的負荷容量との関係を調査する実験を行った。具体的には、ＳＵＪ２からなる試験片を準備し、浸炭窒化処理、拡散処理、焼入処理を同一条件で行った後、焼戻温度を変化させて表面硬度が異なるサンプルを作製した。そして、当該サンプルの表面硬度を測定するとともに、サンプルの表面に直径φ９．５２５ｍｍの窒化珪素製のボールを一定の荷重で押し付け、圧痕を形成した。そして、形成された圧痕（荷重を除荷した後の残留圧痕）の深さを調査した。実験結果を図１５に示す。図１５において、横軸は表面負荷された応力、縦軸は圧痕の深さを示している。
【００６４】
図１５を参照して、表面硬度が低くなるにしたがって、圧痕の深さは深くなっている。そして、表面硬度が７００ＨＶ以上である硬度７３０ＨＶの場合のみ、高い静的負荷容量が要求される用途で使用される場合でも許容される圧痕深さの範囲となっている。このことから、軸受部品の接触面における硬度は７００ＨＶ以上であることが好ましいといえる。
【実施例５】
【００６５】
転がり軸受の軌道輪の耐久性に及ぼす表層部の窒素濃度の影響を調査する実験を行なった。具体的には、軌道輪（内輪）の転走面に圧痕を形成した状態で転動疲労寿命試験を実施した。実験の手順は以下の通りである。
【００６６】
試験は、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受（内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１６ｍｍ、転動体９個、ＳＵＪ２製）により実施した。まず、上記実施の形態と同様の手順により内輪を作製した。このとき、浸炭窒化処理時の雰囲気における未分解アンモニア分圧、水素分圧、炭素の活量、熱処理時間、焼入温度等を調整することにより、内輪表面付近に侵入する窒素の濃度分布を制御した。また、比較のため、浸炭窒化を実施しない内輪も作製した。その結果、図１６〜図２０の５通りの窒素濃度分布を有する内輪が得られた。ここで、図１６〜図２０において、横軸は表面（転走面）からの距離を示しており、縦軸は窒素濃度を示している。また、窒素の濃度分布測定は、各条件について２回ずつ実施し、図１６〜図２０には、２回の測定結果が重ねて表されている。
【００６７】
次に、得られた内輪に圧痕を形成した。ここで、実際の使用環境を模擬した転がり軸受寿命の評価方法として、異物混入潤滑下での寿命試験が実施される場合がある。この試験方法は、転がり軸受の潤滑油中にガスアトマイズにて作製された粒径１００〜１８０μｍの粒子（硬度８００ＨＶ程度）を混入させて運転し、その破損寿命を評価するものである。粒径を１００〜１８０μｍとしている理由は、実際の使用環境において最大で１００μｍ程度の粒径を持つ硬質異物が混入する場合があるためである。このような異物混入潤滑下では、硬質異物により軸受部品に圧痕が形成され、当該圧痕が起点となって剥離する圧痕起点型剥離が発生する。図２１に、この異物混入潤滑下での寿命試験により破損した軌道輪の表面形状（圧痕形状）を示す。図２１において、横軸は表面（転走面）に沿った基準点からの距離、縦軸は高さを示している。横軸の基準点から０．３ｍｍ付近までが当初の転走面、０．３ｍｍ〜１．１ｍｍ付近までが圧痕、１．１ｍｍ以上の領域が剥離部に対応する。図２１から、上記硬質の異物によって形成される圧痕は１５〜２０μｍ程度の深さであることが分かる。
【００６８】
また、圧痕の盛上がり部の形状およびミクロ組織が、寿命を決める大きな要因となる。圧痕の盛り上がり部の形状は、圧痕深さまでの材料のミクロ組織で決まると考えられる。また、窒素濃度によって鋼のミクロ組織は変化する。これらのことから、硬質の異物が侵入する環境下での寿命は、表面の窒素濃度だけではなく、表面から圧痕深さまでの窒素濃度に左右されると考えられる。
【００６９】
そして、上述のように圧痕深さは最大で約２０μｍになる。このことから、本願明細書等では、表面から深さ２０μｍまでの領域を表層領域とし、表層領域における平均窒素濃度に着目している。この表層領域における平均窒素濃度は、具体的には、表面に垂直な断面についてＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により深さ方向に線分析を行ない、表面から２０μｍ深さまでの平均値を算出することにより、調査することができる。
【００７０】
以上の検討結果を踏まえて、内輪には、転走面の溝底部中央に円すい形ダイヤモンドのロックウェル硬さ測定用圧子（頂角１２０°の円錐の頂点に曲率０．２ｍｍの球面を持つ圧子）を荷重１９６Ｎで押し付けて圧痕を形成した。形成した圧痕の形状を三次元表面形状装置で測定したところ、圧痕周縁部の盛り上がり形状が圧痕中心を対称軸として軸方向、円周方向に対しほぼ対称形状であることが確認された。図２２に代表的な圧痕形状を示す。付与した圧痕は内輪１個当り３０個であり、周方向に等間隔に（すなわち中心角１２°ごとに）形成した。
【００７１】
このようにして作製された内輪に、浸炭窒化処理を施さず、かつ圧痕を形成しない通常の外輪のほか、転動体、保持器等を組み合わせて軸受を組立てた。そして、得られた軸受を寿命試験に供した。試験結果を図２３に示す。また、同様の手順において圧痕形成を省略した軸受も作成し、通常の清浄油潤滑環境における寿命も調査した。清浄油潤滑環境における寿命の試験結果を図２４に示す。
【００７２】
図２３および図２４において、横軸は表層領域の平均窒素濃度、縦軸は累積破損確率が１０％となる時間（Ｌ１０寿命）である。図２３を参照して、表層領域の平均窒素濃度が０．２質量％以上の場合に、圧痕起点型剥離寿命が平均窒素濃度０の場合に比べて２倍以上となっている。また、図２４を参照して、表層領域の平均窒素濃度が０．２質量％以上の場合に、清浄油潤滑環境における寿命についても、平均窒素濃度０の場合に比べて２倍以上となっている。
【００７３】
以上の実験結果から、窒素富化層の形成（浸炭窒化処理）の明確な効果を得るためには、表層領域の平均窒素濃度は０．２質量％以上とすべきであることが確認された。また、上記実施例２において説明した実験結果から、不完全焼入組織の形成抑制のためには、表層領域の平均窒素濃度を０．７質量％以下とすべきであることも考慮すると、適切な表面窒素濃度は０．２質量％以上０．７質量％以下であるといえる。
【実施例６】
【００７４】
接触面における残留オーステナイト量と圧痕起点型剥離寿命との関係を調査する実験を行った。具体的には、表層領域の平均窒素濃度を一定（０．４質量％）とし、焼戻温度を変化させることにより残留オーステナイト量を変化させたサンプルを作製し、上記実施例５において説明した圧痕起点型剥離寿命試験を実施した。実験結果を図２５に示す。図２５において横軸は内輪の転走面における残留オーステナイト量、縦軸はＬ１０寿命を示している。
【００７５】
図２５を参照して、残留オーステナイト量が増えるに従って圧痕起点型剥離寿命は長くなっている。そして、残留オーステナイト量が２０体積％以上の場合に、圧痕起点型剥離寿命が上記実施例５における平均窒素濃度０の場合に比べて２倍以上となっている。一方、残留オーステナイト量が３５体積％を超えると、転走面（接触面）における硬度が不足するおそれがある。以上の検討結果より、接触面における残留オーステナイト量は２０体積％以上３５体積％以下とすることが好ましいといえる。
【実施例７】
【００７６】
部品全体の残留オーステナイト量と寸法安定性との関係を調査する実験を行なった。具体的には、外径φ：６０ｍｍ、内径φ：５４ｍｍ、軸方向長さｔ：１５ｍｍのＳＵＪ２からなるリング状試験片を準備し、異なった条件で浸炭窒化処理等の熱処理を実施することにより、全体の平均残留オーステナイト量の異なる焼入硬化されたサンプルとした。サンプルの残留オーステナイト量分布を図２６に示す。図２６において横軸は表面からの距離、縦軸は残留オーステナイト量を示している。この図２６に基づいてサンプル全体の平均残留オーステナイト量を算出した。図２６の凡例において、「焼入温度−焼戻温度−表層領域の平均窒素濃度」が表示されている。たとえば、８５０℃−１８０℃−Ｎ０．４ｍａｓｓ％の表示は、焼入温度が８５０℃、焼戻温度が１８０℃、表層領域の平均窒素濃度が０．４質量％であることを示している。
【００７７】
これらのサンプルを１２０℃に２５００時間保持する処理を実施した。そして、当該処理の前後におけるサンプルの外径を測定し、その変化率（変化量を変化前の外径で除した値）により寸法安定性を評価した。ここで、上記１２０℃に２５００時間保持する処理は、実機において長期間を経て現れる経年寸法変化を加速して発生させるものである。試験結果を表１に示す。また、図２７に平均残留オーステナイト量と寸法変化率との関係を示す。図２７において、横軸は各サンプル全体における平均残留オーステナイト量、縦軸は外径の寸法変化率を示している。
【００７８】
【表１】
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【００７９】
表１および図２７を参照して、経年寸法変化率を好ましい値である６０×１０−５以下にする観点から、部品全体の平均残留オーステナイト量は１８質量％以下にすることが好ましいといえる。
【実施例８】
【００８０】
上記実施例５において説明したように、十分な耐久性を軸受部品に付与するためには、表層領域における平均窒素濃度は０．２質量％以上とする必要がある。ここで、窒素濃度は、上述のように、たとえばＥＰＭＡにより確認することができる。しかし、軸受部品の量産プロセスにおいてＥＰＭＡを用いた品質確認を実施することは、品質確認作業を煩雑なものとする。そのため、量産プロセスにおける品質確認は、より簡便な方法により実施されることが望ましい。そこで、本発明者は鋼中に侵入した窒素が焼戻軟化抵抗を向上させることを利用して、品質確認を実施する方法を検討した。
【００８１】
具体的には、窒素濃度の異なる焼入硬化されたサンプル（浸炭窒化処理済み）を準備し、当該サンプルに対して５００℃に１時間保持する熱処理を施し、当該熱処理後におけるサンプルの断面硬度分布を測定する実験を行なった。ここで、サンプルの中心部には窒素は侵入しておらず、当該中心部は焼戻軟化抵抗が最も小さい。そのため、中心部の硬度が最も低くなる。一方、窒素が侵入した表層部は、窒素濃度に応じた焼戻軟化抵抗を有する。そのため、表層部は、中心部よりも硬度が高く、窒素濃度に対応した硬度を有する。図２８に窒素濃度と硬度差との関係を示す。図２８において横軸は窒素濃度、縦軸は断面硬度分布における最大値と最小値との差を示している。
【００８２】
図２８を参照して、上記熱処理後の硬度差は、窒素濃度が０．２〜０．３質量％程度の場合に最も大きくなっている。また、窒素濃度が０．２質量％以上０．３質量％以下の範囲では、９５％以上の確率で硬度差が１３０ＨＶ以上となっている。そのため、５００℃に１時間保持した後、表面に垂直な断面において深さ方向に硬度分布を測定した場合、硬度の最大値と最小値との差が１３０ＨＶ以上であれば、窒素濃度が０．２質量％以上であると判断することができる。このような判断手法を採用することにより、軸受部品の品質確認を簡便に実施することができる。
【実施例９】
【００８３】
Ｃｒを含有するＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの軸受鋼は、浸炭窒化処理などにより鋼中に窒素を侵入させると、母材中のＣｒ濃度が低下して、オーステナイト単相領域が拡大するため、炭素の固溶限濃度が上昇する。その結果、特に対策を講じることなく高濃度の（たとえば０．２質量％以上の窒素富化層を形成するような）浸炭窒化処理を施すと、脱炭は生じなくとも、炭化物（炭窒化物を含む）が減少または消失する。ここで、軸受部品の高強度化の観点からは、炭化物を残存させ、当該炭化物による析出強化機能を利用することが好ましいと考えられる。本発明の軸受部品の製造方法では、ａｃ＊の値を０．８８以上１．２７以下に設定し、窒素富化層の炭素固溶限の上昇よりも早く浸炭を行うことで、炭化物の消失を抑制している。この炭化物残存の効果を確認する実験を行なった。図２９は従来の浸炭窒化処理方法によりに浸炭窒化処理を実施したＳＵＪ２からなるサンプルの断面ＳＥＭ写真である。図２９の写真では、炭化物がほとんど消失している。これに対し、図３０は本発明の軸受部品の製造方法において採用される浸炭窒化方法（ａｃ＊の値を１としたもの）により浸炭窒化処理を実施したＳＵＪ２からなるサンプルの断面ＳＥＭ写真である。図３０の写真では、直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたりに５個以上存在している。
【００８４】
そして、上記炭化物の効果を確認するため、ＳＵＪ２からなる試験片に浸炭窒化処理を異なった条件で実施し、炭化物の存在量（数密度）を変化させつつ、硬度を７５０ＨＶとしたサンプルを作製し、当該サンプルの表面に直径φ９．５２５ｍｍの窒化珪素製の玉を押し付けることにより、形成される圧痕深さを測定する実験を行なった。実験結果を図３１に示す。図３１において、横軸は窒化珪素製の玉の押し付け圧力、縦軸は玉の押し付けにより形成された圧痕の深さを示している。また、図３１において正方形印は炭化物が消失したサンプル、菱形印は直径０．５μｍ以下の炭化物が１００μｍ２あたりに５個以上存在サンプルの測定結果に対応する。
【００８５】
図３１を参照して、硬度が同じであるにもかかわらず、炭化物が消失したサンプルに比べて、直径０．５μｍ以下の炭化物（炭窒化物）が１００μｍ２あたりに５個以上存在するサンプルでは、圧痕の深さが小さくなっていることが確認される。以上の実験結果より、軸受部品の静的負荷容量向上の観点から、軸受部品の表層領域には直径０．５μｍ以下の炭化物（炭窒化物）が１００μｍ２あたりに５個以上存在することが好ましいといえる。
【００８６】
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】
【００８７】
本発明の軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法は、厳しい使用環境においても高い耐久性を確保することが求められる軸受部品、転がり軸受および軸受部品の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００８８】
１  深溝玉軸受、２  スラストニードルころ軸受、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，２１Ｂ，２３Ｂ  表層領域、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ，２１Ｃ，２３Ｃ  内部、１１Ｄ，１２Ｄ，１３Ｄ，２１Ｄ，２３Ｄ  窒素富化層、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転動面、１４，２４  保持器、２１  軌道輪、２１Ａ  軌道輪転走面、２３  ニードルころ、２３Ａ  転動接触面。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３１】
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【図１２】
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【図２９】
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【図３０】
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