(57)【要約】【課題】コスト上昇を抑えつつ、非金属介在物の周辺のバタフライ型組織変化を発生し難くして、転がり軸受の長寿命化を図る。【解決手段】軸受部品を構成する合金鋼中のＣを０．８５〜１．１５質量％、Ｓｉを０．４０〜０．９０質量％、Ｍｎを０．５５〜１．２０質量％、Ｃｒを１．３０〜１．９０質量％、Ｍｏを０．３０質量％以下、Ｎｉを０．３０質量％以下、Ｃｕを０．２０質量％以下、Ｓを０．０２５質量％以下、Ｐを０．０２０質量％以下、Ｏを１５質量ｐｐｍ以下とし、残部をＦｅと不可避的不純物とする。前記軸受部品に関して、面積３００００ｍｍ２に存在する酸化物系介在物の面積の平方根を２２μｍ以上５０μｍ以下とする。同じく、硫化物系介在物の最大厚さを１５μｍ以下とする。且つ、焼き入れ・焼き戻し後の硬さを、Ｈｖ６９７〜８００とする。【選択図】図１
2014122378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
何れかの面に第一の軌道面を有する第一の軌道輪と、この第一の軌道面と対向する面に第二の軌道面を有する第二の軌道輪と、これら第一、第二の両軌道面同士の間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えた転がり軸受に於いて、
前記第一の軌道輪と前記第二の軌道輪とこれら各転動体とのうちの少なくとも１種の部材である軸受部品が、
Ｃを０．８５〜１．１５質量％、Ｓｉを０．４０〜０．９０質量％、Ｍｎを０．５５〜１．２０質量％、Ｃｒを１．３０〜１．９０質量％、Ｍｏを０．３０質量％以下、Ｎｉを０．３０質量％以下、Ｃｕを０．２０質量％以下、Ｓを０．０２５質量％以下、Ｐを０．０２０質量％以下、Ｏを１５質量ｐｐｍ以下、それぞれ含有し、残部をＦｅと不可避的不純物とした鋼により造られており、
この鋼により造られた前記軸受部品に関して、極値統計法により、面積３００００ｍｍ２に存在する酸化物系介在物の大きさに関する最大値を予測した場合に、最大の酸化物系介在物の面積の平方根が２２μｍ以上５０μｍ以下で、同じく面積３００００ｍｍ２に存在する硫化物系介在物の最大厚さを予測した場合に、この最大厚さが１５μｍ以下であり、且つ、焼き入れ・焼き戻し後の硬さが、Ｈｖ６９７〜８００である事を特徴とする
転がり軸受。
【請求項２】
前記第一、第二の軌道面が、母線形状が部分円弧形の軌道溝の表面であり、前記各転動体が玉であり、前記両軌道輪各部の直径のうちの最大直径が１８０ｍｍ以下で、且つ、これら各玉の直径が３０．２ｍｍ以下である、請求項１に記載した転がり軸受。
【請求項３】
請求項１の条件を満たす鋼により造られた軸受部品の鋼中の残留オーステナイト量が、１０容量％〜２０容量％である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受。
【請求項４】
前記各玉の直径に対する前記軌道溝の曲率半径の比が５３％以上、５４％以下である、請求項２又はこの請求項２を引用した請求項３に記載した転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラジアル軸受、スラスト軸受等の一般的な転がり軸受、直動軸受（リニアガイド）やボールねじ等の特殊な転がり軸受を含めた、各種転がり軸受の耐久性向上を図るものである。具体的には、転がり軸受を構成する軸受部品を構成する鋼中に存在する介在物による組織変化を抑え、当該軸受部品を含む転がり軸受の耐久性向上を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
各種回転機械装置の回転支持部に、例えば図１に示す様なラジアル玉軸受１が組み込まれている。このラジアル玉軸受１は、内周面に外輪軌道２を有する外輪３と、外周面に内輪軌道４を有する内輪５と、これら外輪軌道２と内輪軌道４との間に設けた、それぞれが転動体である複数個の玉６、６とを備える。これら各玉６、６は、円周方向に等間隔に配置された状態で、保持器７により、転動自在に保持されている。
【０００３】
又、大きなラジアル荷重が加わる回転支持部には、例えば図２に示す様な、転動体として円筒ころ８、８を使用したラジアル円筒ころ軸受９が組み込まれている。このラジアル円筒ころ軸受９は、内周面に円筒凹面状の外輪軌道２ａを有する外輪３ａと、外周面に円筒凸面状の内輪軌道４ａを有する内輪５ａと、これら外輪軌道２ａと内輪軌道４ａとの間に、保持器７ａに保持された状態で転動自在に設けられた、複数の円筒ころ８、８とを備える。又、前記外輪３ａの両端部内周面に内向鍔部１０、１０を、前記内輪５ａの一端部外周面に外向鍔部１１を、それぞれ形成している。
【０００４】
又、大きなラジアル荷重に加えてスラスト荷重が加わる回転支持部には、例えば図３に示す様な、転動体として円すいころ１２、１２を使用したラジアル円すいころ軸受１３が組み込まれている。このラジアル円すいころ軸受１３は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道２ｂを有する外輪３ｂと、外周面に円すい凸面状の内輪軌道４ｂを有する内輪５ｂと、これら外輪軌道２ｂと内輪軌道４ｂとの間に、保持器７ｂに保持された状態で転動自在に設けられた、複数の円すいころ１２、１２とを備える。又、前記内輪５ｂの外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部１４を、小径側端部には小径側鍔部１５を、それぞれ形成している。尚、この小径側鍔部１５は省略する場合もある。
【０００５】
更に、大きなラジアル荷重を受ける状態で運転され、しかも、外輪の中心軸と内輪の中心軸とを厳密に一致させたままにする事が難しい条件下では、図４に示す様な自動調心ころ軸受１６が使用されている。この自動調心ころ軸受１６では、転動体として、母線形状が部分円弧状であり、全体がビヤ樽型の、球面ころ１７、１７を使用している。又、外輪３ｃの内周面に設ける外輪軌道２ｃは、この外輪３ｃの中心軸上の点を曲率中心とする、部分球面状としている。又、内輪５ｃの外周面には、複列の内輪軌道４ｃ、４ｃを設けている。これら両内輪軌道４ｃ、４ｃの母線形状は、前記各球面ころ１７、１７の中心軸に関して、前記外輪軌道２ｃの母線形状と対称である。更に、これら各球面ころ１７、１７は、それぞれ保持器７ｃ、７ｃにより保持された状態で、前記外輪軌道２ｃと前記両内輪軌道４ｃ、４ｃとの間に、転動自在に設けられている。
【０００６】
上述の図１〜４に示す様な各種転がり軸受は、大きな荷重が負荷された状態で長期間使用される場合が多い。この様な使用に伴って、前記外輪３、３ａ、３ｂ、３ｃ、前記内輪５、５ａ、５ｂ、５ｃ、転動体（玉６、６、円筒ころ８、８、円すいころ９、９、球面ころ１７、１７）等の軸受部品を構成する鋼に金属疲労が生じ、当該軸受部品の表面が剥離する場合がある。この様な剥離は、転動体の転動面よりも、この転動面に比べて大きな応力が発生し易い、前記外輪３、３ａ、３ｂ、３ｃや前記内輪５、５ａ、５ｂ、５ｃ等の軌道輪の軌道面（特に内輪軌道４、４ａ、４ｂ、４ｃ）に発生し易い。この様な、転がり軸受の構成部品の表面に発生する剥離の種類には、材料内部の介在物を起点として生じる「介在物起点型剥離」や、塵等の異物を噛み込んだ圧痕を起点として生じる「表面起点型剥離」や、水素が鋼中に侵入して水素脆性を生じた、白色組織と呼ばれる組織変化を起点として生じる「白色組織剥離」等がある。これら各剥離は、それぞれ異なるメカニズムで生じる為、それぞれに就いて、互いに異なる対策が必要である。本発明は、このうちの介在物起点型剥離を抑える事を目的としている為、この介在物起点型剥離発生のメカニズムと、この介在物起点型剥離の発生を抑える為に考えられている従来技術とに就いて、先ず説明する。
【０００７】
軸受部品を構成する鋼中に、この鋼の本来の硬さよりも遥かに硬い、酸化物系介在物等の非金属介在物が存在すると、この介在物の周辺部分に応力集中が生じ、この周辺部分にバタフライ型組織変化が生じる。この様なバタフライ型組織変化が生じると、この組織が変化した部分の界面に沿って、金属疲労による亀裂が発生し、更にこの亀裂が進展して、介在物起点型の剥離に至る。この様な介在物起点型の剥離が発生するのを抑える為に従来は、剥離の起点となる酸化物系介在物等の非金属介在物を小さくしたり、数を減らす事が提案されていた。
【０００８】
例えば、特許文献１には、合金鋼中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｍｏ、Ｓｂの含有量を規制すると共に、酸化物系非金属介在物の最大径を１０μｍ以下に抑え、更に、厚さが１μｍ以上の硫化物系非金属介在物の個数を、３２０ｍｍ２当り１２００個以下に抑える事で、軸受部品の転がり疲れ寿命を向上させる事が記載されている。
又、特許文献２には、合金鋼中のＣ、Ｃｒ、Ｏ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ａｌの含有量を規制すると共に、酸化物系非金属介在物の個数を、３２０ｍｍ２当り１００〜２００個に規制する事で、軸受部品の転がり疲れ寿命を向上させる事が記載されている。
又、特許文献３には、極値統計法により推定される、３００００ｍｍ２中に含まれる酸化物系非金属介在物の最大径を５μｍ以下に規制する事で、軸受部品の転がり疲れ寿命を向上させる事が記載されている。
更に、特許文献４には、表面硬度をＨＲＣ５８以上とすると共に、極値統計法により推定される、３００００ｍｍ２中に含まれる硫化物系非金属介在物の予測最大径を４０μｍ以下に抑えるか、或いは、同じ条件で、酸化物、硫化物、窒化物の各介在物の予測最大径を６０μｍ以下に抑える事で、軸受部品の転がり疲れ寿命を向上させる事が記載されている。
【０００９】
但し、上述の特許文献１〜４に記載されている様な従来技術によっては、厳しい条件下で使用される転がり軸受の耐久性を、必ずしも十分には向上させられないか、或いはコストが嵩む。
例えば、特許文献１、２に記載されている程度に、合金鋼中の微小な面積中に含まれる非金属介在物の数や大きさを制限しても、実際に転がり軸受を、高荷重下の様な厳しい条件で使用すると、軸受部品の高応力部に存在する最大の非金属介在物を起点として剥離が生じる場合がある。そして、この様な場合には、非金属介在物を起点とする剥離により、当該転がり軸受の転がり疲れ寿命が、予想外に短くなる場合がある。
又、特許文献３に記載されている従来技術の様に、酸化物系非金属介在物の最大径を５μｍ以下に規制する如く、極めて清浄度の高い合金鋼を造る事は、コストの面から難しい。即ち、この様な清浄度の高い合金鋼を造る為には、合金鋼中のＯ量やＳ量の低減が不可欠であるが、これらＯやＳの低減に関して、現在の工業レベルでは既に限界に達しており、更なるＯ量やＳ量の低減の為には、設備や工程の更なる改良が必要になる。この結果、鋼材価格の上昇を招き、工業上広く利用する事が難しくなる。
更に、特許文献４に記載されている従来技術の様に、或る程度の大きさの非金属介在物の存在を許容する場合には、使用条件が厳しくなると、この非金属介在物を起点としてバタフライ型組織変化が生じて剥離に至り、転がり軸受の耐久性を、必ずしも十分には向上させられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０９−２９１３４０号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４３２６号公報
【特許文献３】特開２００３−２３２３６７号公報
【特許文献４】特開２００６−０６３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、軸受部品を構成する鋼中に存在する非金属介在物を過度のコスト上昇を招く程（現在一般的に実施されているよりも）低減させるのではなく、鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏを適正量添加し、非金属介在物の周辺にバタフライ型組織変化を発生し難くする（バタフライ型組織変化の発生を遅延させる）事によって、長寿命化を図れる転がり軸受を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の転がり軸受は、前述の図１〜４に示したラジアル玉軸受１、ラジアル円筒ころ軸受９、ラジアル円すいころ軸受１３、自動調心ころ軸受１６を含み、従来から知られている各種転がり軸受と同様に、何れかの面に第一の軌道面を有する第一の軌道輪と、この第一の軌道面と対向する面に第二の軌道面を有する第二の軌道輪と、これら第一、第二の両軌道面同士の間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
本発明は、この様な転がり軸受のうち、前記第一、第二の軌道面が母線形状が部分円弧形の軌道溝の表面であり、前記各転動体が玉であり、前記両軌道輪各部の直径のうちの最大直径（ラジアル玉軸受の場合には外輪の外径）が１８０ｍｍ以下で、且つ、これら各玉の直径が３０．２ｍｍ以下である玉軸受を対象として、好ましく実施できる。尚、後述の説明から明らかな通り、小径の転がり軸受の場合には、特に下限値を限定する事なく実施できる。
【００１３】
例えば、上述の様な大きさの玉軸受等の転がり軸受を対象とする本発明に於いては、前記第一の軌道輪と前記第二の軌道輪とこれら各転動体とのうちの少なくとも１種の部材である軸受部品（最も好ましくはラジアル玉軸受の内輪）を、Ｃを０．８５〜１．１５質量％、Ｓｉを０．４０〜０．９０質量％、Ｍｎを０．５５〜１．２０質量％、Ｃｒを１．３０〜１．９０質量％、Ｍｏを０．３０質量％以下、Ｎｉを０．３０質量％以下、Ｃｕを０．２０質量％以下、Ｓを０．０２５質量％以下、Ｐを０．０２０質量％以下、Ｏを１５質量ｐｐｍ以下、それぞれ含有し、残部をＦｅと不可避的不純物とした鋼により造っている。
【００１４】
更に、この鋼により造られた前記軸受部品に関して、極値統計法により、面積３００００ｍｍ２に存在する酸化物系介在物の大きさに関する最大値を予測した場合に、最大の酸化物系介在物の面積の平方根が２２μｍ以上、５０μｍ以下で、同じく面積３００００ｍｍ２に存在する硫化物系介在物の最大厚さを予測した場合に、この最大厚さが１５μｍ以下であり、且つ、焼き入れ・焼き戻し後の硬さが、Ｈｖ６９７〜８００である。尚、前記軸受部品には、所謂ズブ焼き入れを施すので、この軸受部品の硬さは、表面から芯部まで、ほぼ同じとなる。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に構成する本発明によれば、軸受部品を構成する鋼中に存在する酸化物系介在物や硫化物系介在物を、過度のコスト上昇を招く程低減させなくても（小さくしなくても）、これら各介在物の周辺にバタフライ型組織変化が発生し難くなり、転がり軸受の長寿命化を図れる。この理由に就いて、各数値の限定理由と共に、以下に説明する。
【００１６】
本発明により発生を抑えようとする「介在物起点型剥離」とは、前述の通り、軸受部品を構成する鋼の内部に存在する酸化物系介在物や硫化物系介在物の周辺に発生した応力集中に基づいて、この周辺部分にバタフライ型組織変化が生じ、この変化した組織の界面に沿って生じた疲労亀裂が進展して、剥離に至る現象である。前述した特許文献１〜４に記載された発明の場合には、この様な剥離の起点になる非金属介在物の大きさと量とを制限する事で、介在物起点型剥離を抑える事を意図していた。これに対して本発明の場合には、次の様にして、介在物起点型剥離を抑える。
【００１７】
前記バタフライ型組織変化は、次の様な現象である。軸受部品に大きな荷重が加わると、この軸受部品を構成する鋼の内部に存在する酸化物系介在物や硫化物系介在物の周辺に応力が集中する。そして、この応力集中によって生じる大きな剪断応力が、前記鋼の基地のマルテンサイト組織に繰り返し負荷される事によって、マルテンサイト組織中の転位と固溶炭素とが動かされ、徐々にマルテンサイト組織が崩れ、超微細なフェライト組織に変化する。本発明は、この様なバタフライ型組織変化を遅延させる為に、鋼中の合金成分として、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏを最適な量添加する事によって、基地中のマルテンサイト組織を安定化させるものである。即ち、本発明は、このマルテンサイト組織を安定させる事により、マルテンサイト組織中で転位と固溶炭素とを動きにくくし、バタフライ型組織変化を遅延させて、軸受部品の長寿命化を図るものである。
【００１８】
但し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの添加によっても、バタフライ型組織変化を完全に阻止できる訳ではなく、遅延させる事に止まる。従って、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの添加によってバタフライ型組織変化を遅延させられるとは言え、酸化物系介在物や硫化物系介在物の大きさが大き過ぎると、これら酸化物系介在物や硫化物系介在物を起点とするバタフライ型組織変化の発生を、必ずしも十分には抑えられない。一方で、このバタフライ型組織変化の発生を遅延させられるので、前述の特許文献１〜４に記載された発明の様に、鋼中の酸化物系介在物や硫化物系介在物の大きさや数を、製鋼コストが特に嵩む程、小さくしたり少なくしたりする必要はない。本発明の場合には、最大の酸化物系介在物の面積の平方根を２２μｍ以上、５０μｍ以下に、硫化物系介在物の最大厚さを１５μｍ以下に、それぞれ規制しているので、製鋼コストを抑えつつ、酸化物系介在物や硫化物系介在物を起点とするバタフライ型組織変化の発生を十分に抑えられる。
【００１９】
要するに、鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏを添加する事により、この鋼中に或る程度の大きさの酸化物系介在物や硫化物系介在物が存在しても、軸受部品に介在物起点型剥離を発生し難くして、当該軸受部品を組み込んだ転がり軸受の耐久性の向上を図れる。
次に、本発明の対象となる転がり軸受の軸受部品を構成する鋼中に添加する元素及びその含有量、酸化物系介在物の大きさ、硫化物系介在物の最大厚さ、軸受部品の硬さ、本発明の実施の対象として好ましい転がり軸受のサイズ、好ましい残留オーステナイト量等をそれぞれ規制した理由に就いて、以下に説明する。
【００２０】
［Ｃ：０．８５〜１．１５質量％］
Ｃは、焼き入れによって基地に固溶し、硬さを向上させる元素である為、軸受部品に必要な硬さを確保する為に添加する。合金成分中のＣ量が０．８５質量％未満であると、焼き入れ後の硬さが不足して、耐摩耗性や転がり疲れ寿命が低下する。そこで、Ｃを０．８５質量％以上、含有させる。これら耐摩耗性や転がり疲れ寿命をより安定的に得る為に、好ましくは、Ｃの含有量を０．９５質量％以上とする。一方、Ｃの含有量が１．１５質量％を超えると、得られた軸受部品が硬くなり過ぎて、研削性の低下や破壊靭性値の低下を生じる。そこで、Ｃの含有量を１．１５質量％以下に抑える。前記研削性をより安定させる為に、好ましくは、Ｃの含有量を１．１０質量％以下とする。
【００２１】
［Ｓｉ：０．４０〜０．９０質量％］
Ｓｉは、基地に固溶して焼き入れ性及び焼き戻し軟化抵抗性を向上させる効果がある為、軸受部品に必要な硬さを確保する為に添加する。且つ、Ｓｉは、本発明の重要な目的である、介在物起点型剥離の発生を抑える効果がある。即ち、Ｓｉは、基地組織中のマルテンサイトを安定化させ、非金属介在物周辺に生じるバタフライ型組織変化を遅延させて、軸受部品に介在物起点型剥離が発生する事を抑え（遅延させ）、この軸受部品を組み込んだ転がり軸受の寿命延長に寄与する。この様な、バタフライ型組織変化の遅延による寿命延長効果は、Ｓｉ量が０．４０質量％未満の場合には十分には得られない。一方、Ｓｉの含有量が０．９０質量％を超えると、球状化焼鈍後の硬さが上昇する為、旋削性及び冷間加工性が低下する。球状化焼鈍後の硬さを適正範囲に抑え、安定した旋削性及び冷間加工性を得る為に、好ましくは、Ｓｉの含有量を、０．７０質量％以下に抑える。
【００２２】
［Ｍｎ：０．５５〜１．２０質量％］
Ｍｎは、基地に固溶して焼き入れ性を向上させる効果がある為、軸受部品に必要な硬さを確保する為に添加する。且つ、Ｍｎも、上述したＳｉの場合と同様に、本発明の重要な目的である、介在物起点型剥離の発生を抑える効果がある。即ち、Ｍｎも、基地組織中のマルテンサイトを安定化させ、非金属介在物周辺に生じるバタフライ型組織変化を遅延させて、軸受部品に介在物起点型剥離が発生する事を抑え、この軸受部品を組み込んだ転がり軸受の寿命延長に寄与する。更に、Ｍｎは、熱処理後の残留オーステナイトを生成し易くする効果がある。残留オーステナイトは、比較的軟らかい組織であり、前述した表面起点型剥離を抑えて、別の観点から、前記軸受部品を組み込んだ転がり軸受の寿命延長に寄与する。この様な効果は、Ｍｎの含有量が０．５５質量％未満の場合には、十分には得られない。一方、Ｍｎの含有量が１．２０質量％を超えると、熱間鍛造時の変形抵抗が上昇して、熱間鍛造性を低下させる。又、軸受部品を構成する鋼中の残留オーステナイトは、転がり軸受の使用に伴って少しずつ分解し、分解に伴って、僅かとは言え体積が膨張する。この為、Ｍｎの含有量を多くする事で残留オーステナイトの量が過剰になると、前記軸受部品の形状及び寸法の安定性が低下する。そこで、この軸受部品を構成する鋼中のＭｎの量を、０．５５〜１．２０質量％の範囲とする。尚、表面起点型剥離寿命を向上させる為に、好ましくは、Ｍｎの含有量を０．８０〜１．２０質量％とする。
【００２３】
［Ｃｒ：１．３０〜１．９０質量％］
Ｃｒは、基地のマルテンサイト中に固溶する分と、球状化炭化物中に固溶する分とに分配される。基地のマルテンサイト中に固溶したＣｒは、焼き入れ性を向上させて、軸受部品表面の硬さを確保する効果がある。又、Ｃｒも、前述したＳｉ及び上述したＭｎの場合と同様に、本発明の重要な目的である、介在物起点型剥離の発生を抑える効果がある。即ち、Ｃｒも、基地組織中のマルテンサイトを安定化させ、非金属介在物周辺に生じるバタフライ型組織変化を遅延させて、軸受部品に介在物起点型剥離が発生する事を抑え、この軸受部品を組み込んだ転がり軸受の寿命延長に寄与する。この様な効果は、Ｃｒの含有量が１．３０質量％未満の場合には、十分には得られない。一方、Ｃｒの含有量が１．９０質量％を超えると、球状化焼鈍後の硬さが上昇する為、旋削性及び冷間加工性が低下する。そこで、前記軸受部品を構成する鋼中のＣｒの量を、１．３０〜１．９０質量％の範囲とする。尚、旋削性及び冷間加工性をより安定させる為に、好ましくは、Ｃｒの含有量を１．７０質量％以下とする。
【００２４】
［Ｍｏ：０．３０質量％以下］
Ｍｏは、基地に固溶して、焼き入れ性及び焼き戻し軟化抵抗性を向上させ、軸受部品表面の硬さを確保する効果がある。又、Ｍｏも、前述したＳｉ、Ｍｎ及び上述したＣｒの場合と同様に、本発明の重要な目的である、介在物起点型剥離の発生を抑える効果がある。即ち、Ｍｏも、基地組織中のマルテンサイトを安定化させ、酸化物系介在物や硫化物系介在物周辺に生じるバタフライ型組織変化を遅延させて、軸受部品に介在物起点型剥離が発生する事を抑え、この軸受部品を組み込んだ転がり軸受の寿命延長に寄与する。但し、Ｍｏの含有量が０．３０質量％を超えると、Ｍｏの一部が硬い炭化物を形成し、研削性を低下させる。又、高価な元素である為、前記軸受部品を含む転がり軸受の製造コストを高くする原因となる。そこで、Ｍｏの含有量を０．３０質量％以下とした。好ましくは、Ｍｏの含有量を０．１５質量％以下とする。尚、Ｍｏの含有量の下限値は、製造コストの面から規制するが、０．０１質量％以上とする事が好ましい。
【００２５】
［Ｎｉ：０．３０質量％以下］
Ｎｉは、焼き入れ性を向上させる効果とオーステナイトを安定化させる効果とを持つ元素であり、更に、多量に添加すると靱性が向上する。但し、高価な元素である為、前記軸受部品を含む転がり軸受の製造コストを高くする原因となる。そこで、Ｎｉに関しては、積極的には添加せず、その含有量を０．３０質量％以下とした。好ましくは、Ｎｉの含有量を０．１８質量％以下とする。尚、Ｎｉの含有量の下限値は、製造コストの面から規制するが、０．０１質量％以上とする事が好ましい。
【００２６】
［Ｃｕ：０．２０質量％以下］
Ｃｕは、焼き入れ性を向上させる効果と、粒界強度を向上させる効果とがある。但し、Ｃｕの含有量が多くなると熱間鍛造性が低下する。そこで、Ｃｕに関しては、積極的には添加せず、その含有量を０．２０質量％以下とした。但し、Ｃｕに関しては、添加する事による利点もあるので、好ましくは０．０１質量％以上添加する。
【００２７】
［Ｓ：０．０２５質量％以下］
Ｓは、ＭｎＳを形成し、介在物として作用する為、鋼中に含まれるＳ量は少ない程良い。但し、Ｓは自然界に多く存在する元素であり、Ｓの含有量を極端に少なく抑えようとすると、軸受部品を造る為の合金構成の素材（鋼材）の生産性が低下し、鋼材の製造コストが上昇する為、工業上広く利用する事が難しくなる。一方、Ｓを０．０２５質量％程度含んでも、他の元素の含有量及び熱処理方法を適切にする事で、軸受部品に必要とされる耐久性を確保できる。そこで、Ｓの含有量の上限値を０．０２５質量％とした。
【００２８】
［Ｐ：０．０２０質量％以下］
Ｐは、結晶粒界に偏析して、粒界強度や破壊靱性値を低下させるので、少ない程良い。但し、Ｐも自然界に多く存在する元素であり、Ｐの含有量を極端に少なく抑えようとすると、鋼材の製造コストが上昇する。一方、Ｐを０．０２０質量％程度含んでも、他の元素の含有量及び熱処理方法を適切にする事で、軸受部品に必要とされる耐久性を確保できる。そこで、Ｐの含有量の上限値を０．０２０質量％とした。
【００２９】
［Ｏ：１５質量ｐｐｍ以下］
Ｏは、鋼中でＡｌ２Ｏ３等の酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物は、硬く、剥離の起点となり、転がり疲れ寿命に大きな悪影響を及ぼすので、Ｏの含有量は少ない程良い。但し、Ｏに関しても、含有量を極端に少なくすると鋼材コストが上昇するのに対して、Ｏを１５質量ｐｐｍ程度含んでも、他の元素の含有量及び熱処理方法を適切にする事で、軸受部品に必要とされる耐久性を確保できる。そこで、Ｏの含有量の上限値を１５質量ｐｐｍとした。
【００３０】
［最大の酸化物系介在物の面積の平方根が２２μｍ以上、５０μｍ以下］
本発明でこの平方根の値を規定する為に利用した極値統計法は、正規分布、指数分布、対数分布等に従う集合に対して、最大値及び最小値等の極値を予測する手法であり、鋼中に含まれる介在物の最大径を予測する手法として有効である。又、転がり軸受を構成する軸受部品の鋼中に存在する酸化物系介在物による介在物起点型剥離に於いては、極値統計法で予測した最大介在物径と転がり疲れ寿命との間に良い相関が見られる。特に、酸化物系介在物は、硬い為、寿命に最も悪影響をもたらす事が知られている。
【００３１】
そこで、本発明の場合には、転がり軸受は、極値統計法により、面積３００００ｍｍ２に存在する最大の酸化物系介在物の大きさを予測した場合に、最大の酸化物系介在物の面積の平方根を、２２μｍ以上、５０μｍ以下としている。この平方根に関する値が５０μｍを超えると、転がり疲れを受けた場合に、バタフライ型組織変化が生じる以前に、酸化物系介在物から直接疲労亀裂が発生する。この為、合金成分（組成）が本発明で規定する範囲内であっても、軸受部品の寿命延長効果を得られない。一方、前記平方根に関する値を２２μｍ未満にする事は、転がり疲れに基づく損傷防止の面からは好ましいが、鋼材の中で大きな介在物を含む部位を多く破棄する必要を生じる為、鋼材の歩留まりが過度に低下し、鋼材のコストが徒に嵩み、工業上広く利用する事が難しくなる。そこで、前記最大の酸化物系介在物の面積の平方根を、２２μｍ以上、５０μｍ以下とする。
【００３２】
尚、本発明で前記平方根の値を規制する場合に、酸化物系介在物の面積とは、近似的に、酸化物系介在物を長方形と仮定して求めれば良い。又、極値統計を行う際には、日本トライボロジー学会の「軸受鋼における非金属介在物の評価法研究会（略称ＥＩＢＳ研究会）」が提案する方法が好ましい。即ち、鋼材断面の観察面積１００ｍｍ２中に含まれる最大の酸化物系介在物を求め、それを鋼材の３０箇所の断面で行い、統計処理により３００００ｍｍ２に存在する最大の酸化物系介在物の大きさを求める事が好ましい。
【００３３】
［硫化物系介在物の最大厚さが１５μｍ以下］
ＭｎＳ等の硫化物系介在物は、硬さが低く、合金鋼製の素材の圧延方向に細長く伸びた形状をしている。この為、軸受部品の転がり疲れ寿命への悪影響（有害度）は、酸化物系介在物に比べて小さいと考えられている。但し、厚さが１５μｍを超える様な、厚い硫化物径介在物になると、有害度が大きくなり、前記軸受部品の転がり疲れ寿命短縮（悪化）に及ぼす影響を無視できなくなる。そこで、本発明の場合には、統計処理により３００００ｍｍ２に存在する硫化物系介在物の最大厚さを予測した場合に於ける、この硫化物系介在物の最大の厚さを１５μｍ以下に抑える。尚、この硫化物系介在物の厚さは、前述の酸化物系介在物の極値統計と同様の方法で、短辺の長さを厚さとして測定する事により求める。
【００３４】
［焼き入れ・焼き戻し後の硬さがＨｖ６９７〜８００］
本発明により抑えようとする介在物起点型剥離は、前述した通り、バタフライ型組織変化部分の界面に沿った、金属疲労による亀裂の進展として生じる。又、このバタフライ型組織変化は、先に述べた通り、酸化物系介在物や硫化物系介在物周辺の応力集中によって生じる大きな剪断応力が、基地のマルテンサイト組織に繰り返し負荷される事によって、マルテンサイト組織中の転位と固溶炭素とが動かされ、超微細なフェライト組織に変化する現象である。基地組織の硬さを向上させる事は、基地組織に剪断応力が加わった場合にも、マルテンサイト組織中で転位と固溶炭素とを動きにくくし、バタフライ型組織変化が生じるのを遅延させる効果がある。硬さがＨｖ６９７未満であると、上記の効果が不足する事によって、バタフライ型組織変化が生じ易くなり、転がり疲れ寿命が低下する。一方、硬さがＨｖ８００を超えると、軸受部品の研削性と破壊靱性値との低下が生じる。そこで、硬さの値をＨｖ６９７〜８００の範囲に規制した。この硬さが、表面から芯部までほぼ同じである事は、前述した通りである。
【００３５】
［軌道輪の最大直径が１８０ｍｍ以下、各玉の直径が３０．２ｍｍ以下］
玉軸受等の転がり軸受の転動輪は、玉等の各転動体からの荷重によって、内部に剪断応力が負荷されるが、この剪断応力が高くなる領域の体積は、転がり軸受の外径と転動体直径との相関が強い。ラジアル玉軸受等の玉軸受の場合には、前記軌道輪の最大直径（ラジアル玉軸受の場合には外輪の外径）が１８０ｍｍ以下、各玉の直径が３０．２ｍｍ以下であれば、前記軌道輪のうちで剪断応力が大きくなる部分の体積が小さくなり、極値統計法で予測する以上の大型介在物を含む可能性を低く抑えられる（請求項２に記載した発明）。逆に言えば、軌道輪の最大直径が１８０ｍｍを超えたり、各転動体の直径が３０．２ｍｍ超えたりする様な、大型の転がり軸受の場合には、極値統計法により予測する、酸化物系、硫化物系各介在物が大きくなる可能性があり、転がり軸受の耐久性を、必ずしも十分に確保できない可能性を生じる。尚、小径の転がり軸受の場合には、前記極値統計法の予測値がより小さくなるので、特に下限値を限定する事なく実施できる。
【００３６】
［焼き入れ・焼き戻し後の残留オーステナイト量の適正値］
鋼中に含まれる残留オーステナイトは、基地組織であるマルテンサイトに比べて軟質である為、鉄粉等の硬質の異物を噛み込む事で生じる圧痕の縁部分の応力集中を緩和する。そして、この圧痕の縁部分を起点とした亀裂の発生を抑制でき、表面起点型剥離寿命を延長する効果がある。本発明と組み合わせてこの様な効果を十分に得る為には、残留オーステナイト量を１０容量％以上とする事が好ましい。前述した様に、本発明は介在物起点型剥離を抑える事を意図しており、上述の様な残留オーステナイト量を確保する事による表面起点型剥離寿命が介在物起点型剥離寿命以上である事が好ましい。鋼中の残留オーステナイトの量が１０容量％未満の場合には、介在物起点型剥離よりも、表面起点型剥離が先に生じてしまう可能性が高くなり、転がり軸受の寿命延長に結び付かない。これに対して、残留オーステナイト量が２０容量％を超えると、前述した様な理由により、形状安定性及び寸法安定性が低下する。
【００３７】
これらを考慮して、本発明と合わせて、焼き入れ・焼き戻し後の残留オーステナイト量を規制する場合には、１０容量％以上、２０容量％以下とする事が好ましい（請求項３に記載した発明）。より好ましくは、良好な形状安定性及び寸法安定性と、表面起点型剥離寿命とを得る為に、前記鋼中の残留オーステナイト量を、１０容量％以上、１５容量％以下とする。尚、残留オーステナイト量の測定は、軸受部品の一部（例えば軌道面の一部）を切り出した後、この一部表面（例えば軌道面表面）を電解研磨して、Ｘ線回折装置を用いて行う。
但し、本発明を実施する場合、残留オーステナイト量を、必ずしも１０容量％以上にする必要はない。例えば、残留オーステナイトの分解が進み易い、高温条件下で使用する転がり軸受に本発明を適用する場合には、形状安定性及び寸法安定性を重視して、残留オーステナイト量を１０容量％未満にして使用する事が好ましい場合もある。
【００３８】
［好適な熱処理条件］
本発明の転がり軸受を実施する場合に於いて、特許請求の範囲に記載した条件を満たす軸受部品が軌道輪である場合には、素材に熱間加工と旋削加工とを順次施して、当該部品の形状を軌道輪の完成形状に近づけて中間素材とした後、この中間素材に焼き入れ及び焼き戻し処理を施して第二中間素材とする。その後、この第二中間素材のうちで、少なくとも軌道面部分に研削加工を施して、完成形状に仕上げる。前述した硬さ、残留オーステナイト量、及び残存する球状化炭化物の割合は、特許請求の範囲に記載した条件を満たす鋼材を使用し、更に、焼き入れ・焼き戻し条件を適正に規制する事によって実現できる。
【００３９】
生産性を、軸受部品として一般的に使用されている、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５）と同等にする為、前記鋼材を、ＳＵＪ２と同条件で焼き入れをする事が好ましい。即ち、好ましくは、焼き入れは、８２０〜８６０℃で所定の時間保持した後、油冷する。より好ましくは、安定的に、硬さ、残留オーステナイト及び残存する球状化炭化物の割合を好適な範囲にする為に、保持温度を８３０〜８５０℃とする。
【００４０】
焼き戻しも、ＳＵＪ２と同条件で行う事が好ましい。即ち、１６０〜２００℃で所定の時間保持した後、空冷或いは炉冷する事が好ましい。この焼き戻し温度が１６０℃未満であると、残留オーステナイト量が過剰になり、形状安定性及び寸法安定性が低下する。これに対して、焼き戻し温度が２００℃を超えると、残留オーステナイト量が低下し、前述した表面起点型剥離の原因となる、圧痕縁部分の応力集中を緩和する効果を十分に得られなくなる。
但し、先に述べた様に、本発明を高温条件下で使用する転がり軸受に本発明を適用する場合には、形状安定性及び寸法安定性を重視して、２００℃以上、２９０℃以下の温度で焼き戻しを行い、残留オーステナイト量を１０容量％未満にしても良い。
尚、硬くなり易い元素を含む合金成分と、焼き入れ温度、焼き戻し温度との組み合わせによっては、これらが何れも本発明で規定する範囲内であっても、硬さの値が大きくなり（本発明の範囲から外れ）、生産性を悪化させる可能性がある。この為に本発明の場合には、熱処理後の硬さに就いても規定している。
【００４１】
［好適な軌道輪の軌道溝形状］
本発明の転がり軸受は、深溝型玉軸受、アンギュラ型玉軸受、スラスト玉軸受等の玉軸受、円筒ころ軸受や円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等のころ軸受、或いはニードル軸受等、転がり軸受の型式に制限されず適用可能である。このうち、最も一般的な玉軸受の場合には、軌道輪の軌道溝形状を、下記の様に規制する事が、玉軸受の耐久性確保と低トルク化との両立を図る面から好ましい。
【００４２】
即ち、転がり軸受に於いては、耐久性（寿命）だけでなく、回転抵抗（動トルク）が低い事（低トルク化）が求められる場合が多い。玉軸受の動トルクを低減する為には、玉の直径に対する軌道溝（の母線形状）の曲率半径の比を大きくして、各玉の転動面と軌道面との接触面積（接触楕円）を小さくする事が有効である。但し、一般的には、前記各玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の比を大きくして、接触面積を小さくすると、接触部の面圧が大きくなり、軌道面の表面近傍部分に発生する応力が大きくなる。この為、前記軌道輪を構成する鋼中に存在する非金属介在物を起点として、バタフライ型組織変化が発生し易くなり、前記軌道輪を含む転がり軸受の寿命が低下する。
【００４３】
これに対して、本発明の転がり軸受は、前述の様な要件を備える事により、バタフライ型組織変化を発生し難くしている為、前記各玉の直径に対する前記軌道溝の曲率半径の比を大きくしても、寿命が低下し難い。これらの事を勘案すると、本発明の転がり軸受は、低トルクでの回転が求められる用途、例えば、モータ用軸受、自動車のトランスミッション用軸受や工作機械用軸受等に好適である。
玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の比は、一般的には５１〜５２％程度であるが、本発明の転がり軸受の場合には、玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の比を５３％以上、５４％以下にした場合でも、一般的な鋼で造られた、玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の比が５２％の軸受と同様の寿命が得られる。
これらの事を考慮すれば、本発明を玉軸受として実施する場合に、前記各玉の直径に対する前記軌道溝の曲率半径の比を、５３％以上、５４％以下にする事が好ましい（請求項４に記載した発明）。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の対象となる転がり軸受の一種であるラジアル玉軸受の部分切断斜視図。
【図２】同じくラジアル円筒ころ軸受の部分切断斜視図。
【図３】同じくラジアル円すいころ軸受の部分切断斜視図。
【図４】同じく自動調心ころ軸受の部分切断斜視図。
【図５】軌道面の近傍部分で観察された非金属介在物の２例を示す顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の特徴は、転がり軸受を構成する軸受部品の一部又は全部に就いて、鋼材の成分、酸化物系介在物の大きさ、焼き入れ・焼き戻し後の硬さを適切に規制する事により、酸化物系介在物や硫化物系介在物を起点として発生する剥離を抑える点にある。図面に現れる構造に関しては、前述の図１〜４に示したラジアル玉軸受１、ラジアル円筒ころ軸受９、ラジアル円すいころ軸受１３、自動調心ころ軸受１６を含み、従来から知られている各種転がり軸受と同様であるから、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００４６】
本発明を成す過程で行った実験に就いて説明する。実験は、下記の表１に示したＡ〜Ｏの１５種類の鋼材に就いて、加工のし易さを知る為の旋削性評価試験と、所望の硬さ及び残留オーステナイト量を得られるか否かを知る為の熱処理試験と、軌道面の粗さを所望通りに仕上られるか否かを知る為の軸受試作試験と、実際に造った転がり軸受の耐久性を知る為の軸受寿命試験との、４種類の試験を行った。
【００４７】
【表１】
2014122378.tif 000003
尚、この表１中、各数値の単位は質量％である。但し、Ｏのみは質量ｐｐｍである。又、括弧により囲んだ数値は、当該数値が本発明の技術的範囲から外れる事を表している。又、鋼種ＭはＳＵＪ２である。
【００４８】
［旋削性評価試験］
前記表１に示す組成を有する鋼材を用いて、球状化焼鈍を行った後、旋削試験を行った。この旋削試験は、切削工具（バイト）により棒材の外周を２０分間旋削した後、この切削工具の逃げ面の摩耗量を測定する事で行った。試験条件を下記に示す。
切削工具  ：  超硬（Ｐ２０）
被切削部の周速  ：  １５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み量  ：  １．０ｍｍ
切削工具の送り速度  ：  ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
潤滑条件  ：  乾式
【００４９】
この様な条件で行った実験の結果を、次の表２のうちの、「旋削試験摩耗量」の欄に示す。
【表２】
2014122378.tif 000004
この表２中、各数値の単位は、それぞれに関して前述した通りである。尚、旋削摩耗量及び溝粗さの単位はμｍである。又、括弧により囲んだ数値は、当該数値が本発明の技術的範囲又は好ましい範囲から外れるか、又は、性能的に好ましく無い事を表している。
【００５０】
この表２から明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する実施例１〜８は、鋼材の組成が好適な範囲である為、球状化焼鈍後の旋削性は、ＪＩＳ−ＳＵＪ２（比較例５）とほぼ同程度のレベルである。
一方、比較例１はＳｉ量が、比較例３はＣｒ量が、それぞれ本発明で規定するよりも高い為、旋削試験に於ける工具の逃げ摩耗量が大きく、旋削性が劣る。
【００５１】
［熱処理試験］
前記表１に示した組成を有する鋼材を用いて、球状化焼鈍を行った後、直径６０ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板試験片を作製した。それらを、前記表２の「焼き入れ温度」、「焼き戻し温度」の欄にそれぞれ記載した温度により、焼き入れ・焼き戻し処理した後、表面の硬さをビッカース硬度計で測定した。又、残留オーステナイト量（残留γ、ｒＲ）も測定した。焼き入れ時の保持時間は４０ｍｉｎ、焼き戻し時の保持時間は２ｈｒである。この様な熱処理条件は、ＳＵＪ２の熱処理条件とほぼ同じである。測定結果を、前記表２の「硬さ」の欄及び「残留γ」の欄に示す。
【００５２】
前記表２から明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する実施例１〜８は、鋼材の組成が好適な範囲である為、ＳＵＪ２と同条件で熱処理しても、良好な硬さ及び残留オーステナイト量を得られる。
一方、比較例２は、Ｍｎ量が本発明で規定するよりも高い為、残留オーステナイト量が高い。従って、転がり軸受として長時間使用する事を考慮すると、十分な形状安定性及び寸法安定性を得られるとは言えない。
又、比較例８は、実施例４と同じ鋼材Ｄを使用しているが、焼き入れ温度の相違により、硬さが本発明で規定する範囲より高い為、軸受部品の研削性及び破壊靱性値確保の面から不利になる。
又、比較例９は、実施例６と同じ鋼材Ｆを用いているが、焼き入れ温度の相違により、硬さが本発明で規定する範囲よりも低い為、転がり疲れ寿命確保の面から不利になる。
又、酸化物系介在物の観察も行い、極値統計法によって、３００００ｍｍ２中に含まれる最大の酸化物系介在物の大きさを予測した。予測した最大の酸化物系介在物の面積の平方根の値を、前記表２の酸化物系介在物最大径（単位はμｍ）の欄に記載した。同様にして、硫化物系介在物に就いても、３００００ｍｍ２中に含まれる硫化物系介在物の最大厚さ予測その値を前記表２の硫化物系介在物最大厚さ（単位はμｍ）の欄に記載した。
【００５３】
［軸受試作（研削性評価）試験］
前記表１に記載した組成を有する鋼材を用いて、呼び番号が６２０６である単列深溝型の玉軸受（内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１６ｍｍ）の内輪及び外輪を、以下の工程で造った。先ず、鋼材に球状化焼鈍を施して中間素材としてから、この中間素材に旋削加工及び焼き入れ・焼き戻しを施して第二中間素材とし、最後にこの第二中間素材に研削加工を施して最終形状とした。研削加工後の軌道溝（内輪軌道及び外輪軌道）の表面粗さを測定する事によって、研削性の評価とした。表面粗さの測定は、算術平均粗さＲａを指標として、内輪軌道及び外輪軌道の表面のうちで、軸方向に離隔した３箇所位置ずつを測定して（各試料毎に６種類ずつの測定値の）平均値を求めた。この様にして求めた表面粗さに関する測定結果（単位はμｍ）を、前記表２の「溝粗さ」の欄に記載した。
【００５４】
この様な表２の記載から明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する実施例１〜８は、組成及び焼き入れ・焼き戻し後の硬さが好適な範囲である為、軌道溝の表面粗さは、ＳＵＪ２と同成分の比較例５と同程度の値であり、研削性に優れている。
一方、比較例８は、焼き入れ・焼き戻し後の硬さが本発明で規定する範囲よりも高い為、軌道溝の表面粗さが大きく（悪く）、研削性に劣る。
【００５５】
［軸受寿命試験］
上述した軸受試作試験で述べた様にして造った、呼び番号が６２０６である玉軸受の内輪と外輪との間に、ＳＵＪ２製の玉（直径９．５２５ｍｍ）を組み込み、ポリアミド樹脂製の冠型保持器により保持して、それぞれ試験軸受とした。同様に、呼び番号が６３１７である玉軸受（内径８５ｍｍ、外径１８０ｍｍ、幅４１ｍｍ）の内輪と外輪との間に、ＳＵＪ２製の玉（直径３０．１６２ｍｍ）を組み込み、ポリアミド樹脂製の冠型保持器により保持して、それぞれ試験軸受とした。
寿命試験条件は下記の通りである。各実施例及び各比較例で、それぞれ４〜８個ずつの玉軸受で寿命試験を実施し、累積破損確率が１０％となる寿命（Ｌ１０寿命）を求めた。
「呼び番号６２０６に関して」
ラジアル荷重  ：  １３８１８Ｎ
回転速度  ：  ３９００ｍｉｎ−１
回転条件  ：  内輪回転
潤滑油  ：  ＩＳＯ−ＶＧ６８相当の鉱油（強制循環方式）
「呼び番号６３１７に関して」
ラジアル荷重  ：  ６６１５０Ｎ
回転速度  ：  ２０００ｍｉｎ−１
回転条件  ：  内輪回転
潤滑油  ：  ＩＳＯ−ＶＧ６８相当の鉱油（強制循環方式）
尚、先に述べた各試験、旋削評価試験で不良と判定された比較例１、３、８と、残留オーステナイト量が多く、寸法安定性が劣ると判定された比較例２とに関しては、軸受寿命試験を省略した。
【００５６】
上述の様な条件で行った軸受寿命試験は、軌道面（内輪軌道又は外輪軌道であるが、多くの場合、内輪軌道）の表面が剥離し、玉軸受の運転に伴う振動が大きくなった場合に、当該試験片（玉軸受）は寿命に達したとした。何れの試験片に就いても、寿命試験終了後に剥離部の表面を観察しても、剥離部の表面には、剥離を引き起こす様な圧痕は見られなかった。又、剥離部断面には、水素によって生じる白色組織は観察されなかった。一方、剥離部断面の近傍には、介在物を起点とするバタフライ型組織変化が観察された。従って、各試験片は、介在物を起点として、剥離が生じた（介在物起点型剥離が発生した）ものと推定される。この様な条件で行った軸受寿命試験の結果を、前記表２の「軸受試験寿命比」の欄に記載した。尚、この軸受試験寿命比の欄に記載した数値は、ＳＵＪ２を使用した比較例５のＬ１０寿命を１とし、それぞれの寿命を、この比較例５との比で表したものである。この様にして行った実験の結果を示す前記表２の記載から、次の事が分かる。
【００５７】
本発明の技術的範囲に属する実施例１〜８に関しては、何れも、組成、酸化物系介在物の大きさ、硬さ及び算出値が、何れも本発明で規定する範囲内にある為、介在物起点型剥離に対して長寿命になる。特に、実施例１〜３は、合金組成がより好ましい範囲であり、更に、焼き入れ・焼き戻し後の残留オーステナイト量がより好ましい範囲（１０〜１５容量％）になっている為、寿命が長い。尚、呼び番号が６２０６の玉軸受は、同じく６３１７の玉軸受よりも小さい為、軌道輪のうちで剪断応力が大きくなる部分の体積をより小さく抑えられて、極値統計法で予測する酸化物系、硫化物系各介在物の大きさが小さい為、本発明を実施する事による耐久性向上効果が大きくなる。
【００５８】
一方、比較例４、５は、合金鋼の組成が本発明で規定する範囲外である為、バタフライ型組織変化が生じ易くなり、転がり疲れ寿命が短くなった。
又、比較例６、７は、極値統計法で予測した酸化物系介在物又は硫化物系介在物の大きさが本発明で規定する範囲より大きく、軌道面の直下に、大きな酸化物系介在物又は硫化物系介在物が存在すると推定され、これら酸化物系介在物又は硫化物系介在物の存在に基づいて寿命が短くなったものと考えられる。
更に、比較例９は、硬さが本発明で規定する範囲より低く、この為、介在物周辺の応力集中によって、バタフライ型組織変化が生じ易く、寿命が短くなったものと考えられる。
【００５９】
図５に、寿命試験後の試料の切断面の顕微鏡写真を示す。この図５のうちの（Ａ）は、比較例５の剥離部の近傍に観察された酸化物系介在物を示している。酸化物系介在物の周辺に、白く見えるバタフライ型組織変化が発生している。又、図５の（Ｂ）は、実施例２の剥離部の近傍に観察された酸化物系介在物を示している。酸化物系介在物の大きさに関する限り、比較例５の場合と大きな相違は無いが、バタフライ型組織変化は小さい。この事から、合金鋼の組成の違いにより、組織変化が遅延して、介在物起点型剥離に関する寿命が延びたものと考えられる。
【００６０】
次に、転がり軸受の大きさが及ぼす影響を知る為に行った実験に就いて説明する。この実験では、呼び番号が６３２０である玉軸受（内径１００ｍｍ、外径２１５ｍｍ、幅４７ｍｍ）の内輪と外輪との間に、ＳＵＪ２製の玉（直径３６．５１２ｍｍ）を組み込み、鋼製のプレス保持器（波型保持器）により保持して、比較例１０〜１２である試験軸受とした。そして、これら比較例１０〜１２に就いて、前記表２に示した各実施例及び各比較例の場合と同様に軸受寿命試験を実施し、累積破損確率が１０％となる寿命（Ｌ１０寿命）を求めた。試験条件は次の通りである。
ラジアル荷重  ：  ８６７３０Ｎ
回転速度  ：  ２０００ｍｉｎ−１
回転条件  ：  内輪回転
潤滑油  ：  ＩＳＯ−ＶＧ６８相当の鉱油（強制循環方式）
【００６１】
前記比較例１０〜１２の試験軸受を構成する外輪及び内輪の加工条件及び軸受寿命試験の結果を、下記の表３に示す。
【表３】
2014122378.tif 000005
【００６２】
この表３から明らかな通り、比較例１０〜１２の様に軸受サイズが大きくなると、本願発明と同様の組成を有する合金鋼により造った軌道輪に本願発明の場合と同様の熱処理を施しても、軸受寿命の延長効果を得られない。一方、呼び番号が６２０６よりも小さい玉軸受に関しては、極値統計法により予想した大型介在物を含む可能性がより小さくなるので、本発明を実施する効果がより大きくなる事は明らかである。
以上に述べた実験結果から、軸受部品を構成する合金鋼の組成、極値統計法で予測される酸化物系介在物の大きさ、同じく硫化物系介在物の厚さ、硬さ、転がり軸受の大きさを適正範囲内とする事によって、介在物周辺に形成するバタフライ型組織変化を遅延させて、介在物起点型の剥離寿命を延長できる事が分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上述した軸受寿命試験は、本発明を深溝型のラジアル玉軸受に適用した場合に就いて行ったが、本発明は、アンギュラ玉軸受やスラスト玉軸受等のその他の玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、ニードル軸受等のころ軸受、ボールねじやリニアガイド等の特殊な転がり軸受に適用しても、同様の効果が得られる。但し、本発明を実施する事により効果が得られるサイズは、転がり軸受の種類により異なる。
【符号の説明】
【００６４】
１    ラジアル玉軸受
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  外輪軌道
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  外輪
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  内輪軌道
５、５ａ、５ｂ、５ｃ  内輪
６    玉
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  保持器
８    円筒ころ
９    ラジアル円筒ころ軸受
１０    内向鍔部
１１    外向鍔部
１２    円すいころ
１３    ラジアル円すいころ軸受
１４    大径側鍔部
１５    小径側鍔部
１６    自動調心ころ軸受
１７    球面ころ
【図１】
2014122378.tif 000006
【図２】
2014122378.tif 000007
【図３】
2014122378.tif 000008
【図４】
2014122378.tif 000009
【図５】
2014122378.tif 000010