(57)【要約】【課題】耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受を提供する。【解決手段】円錐ころ軸受１Ａは、外輪１１と、内輪１２と、複数の円錐ころ１３と、保持器２０とを備えている。外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３は、０．６質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼からなり、接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上である。保持器２０は、小環状部と、大環状部と、複数の柱部とを含む。ポケットは、円錐ころ１３の小径側を収容する部分が狭幅側となり、円錐ころ１３の大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有する。ポケットの狭幅側の柱部には切欠きが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面において外輪転走面を有する外輪と、
外周面において内輪転走面を有し、前記内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、前記外輪の内側に配置された内輪と、
前記外輪転走面と前記内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、
前記円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備え、
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、０．６質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であり、
前記保持器は、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、前記円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、前記小環状部および前記大環状部を連結する複数の柱部とを含み、
前記ポケットは、前記円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、前記円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有し、
前記ポケットの前記狭幅側の前記柱部には切欠きが設けられている、円錐ころ軸受。
【請求項２】
内周面において外輪転走面を有する外輪と、
外周面において内輪転走面を有し、前記内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、前記外輪の内側に配置された内輪と、
前記外輪転走面と前記内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、
前記円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備え、
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、０．６質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、さらに０．５質量％以下のニッケルおよび０．２質量％以下のモリブデンの少なくともいずれか一方を含有し、残部不純物からなる鋼からなり、他の部品と接触する接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であり、
前記保持器は、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、前記円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、前記小環状部および前記大環状部を連結する複数の柱部とを含み、
前記ポケットは、前記円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、前記円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有し、
前記ポケットの前記狭幅側の前記柱部には切欠きが設けられている、円錐ころ軸受。
【請求項３】
前記大鍔は、前記円錐ころの前記大径端面とすべり接触する大鍔面を含み、
前記大径端面下の前記表層部および前記大鍔面下の前記表層部における窒素濃度が０．３質量％以上である、請求項１または２に記載の円錐ころ軸受。
【請求項４】
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、全体の平均残留オーステナイト量が２０体積％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項５】
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品において、前記接触面下の前記表層部には、前記接触面に垂直な断面において直径０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２あたり５個以上存在している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項６】
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品において、前記接触面から深さが５０μｍである領域における残留オーステナイト量は２０体積％以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項７】
前記内輪の内径表面における窒素濃度が０．０５質量％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項８】
内周面において外輪転走面を有する外輪と、
外周面において内輪転走面を有し、前記内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、前記外輪の内側に配置された内輪と、
前記外輪転走面と前記内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、
前記円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備え、
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころのうち少なくとも前記円錐ころは、０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる焼入硬化された鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上であり、前記接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である、円錐ころ軸受。
【請求項９】
前記保持器は、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、前記円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、前記小環状部および前記大環状部を連結する複数の柱部とを含み、
前記ポケットは、前記円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、前記円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有し、
前記ポケットの前記狭幅側の前記柱部には切欠きが設けられている、請求項８に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１０】
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころのうち少なくとも前記円錐ころの前記接触面の硬度は６０．０ＨＲＣ以上である、請求項８または９に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１１】
前記外輪、前記内輪および前記円錐ころのうち少なくとも前記円錐ころの前記接触面の硬度は６４．０ＨＲＣ以下である、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１２】
デファレンシャルまたはトランスミッション内において回転する回転部材を、前記回転部材に隣接して配置される他の部材に対して回転自在に支持する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１３】
前記ポケットの狭幅側の小環状部に切欠きが設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１４】
前記ポケットの広幅側の柱部に切欠きが設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１５】
前記ポケットの狭幅側の柱部に設けられた切欠きの合計面積が、前記ポケットの前記広幅側の前記柱部に設けられた前記切欠きの合計面積よりも大きい、請求項１４に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１６】
前記保持器の小環状部には、前記内輪の前記小鍔に対向する鍔が設けられており、
前記小環状部の前記鍔と前記内輪の前記小鍔との隙間は、前記内輪の前記小鍔の外径の２．０％以下である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【請求項１７】
前記円錐ころの表面には、凹形状のくぼみが設けられており、
前記円錐ころの前記表面の面粗さ（Ｒｙｎｉ）が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円錐ころ軸受に関し、より特定的には、耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の省エネルギー政策の一環として自動車の省燃費化の要求が高まっており、これに伴い自動車に使用される軸受には低トルク化が要求されている。また、自動車のトランスミッションやデファレンシャルなどを支持する軸受については、トランスミッションの多段化や運転空間の拡大のために与えられるスペースが縮小される傾向があり、これに伴い軸受のサイズ当たりの負荷荷重が大きくなっている。また、自動車に使用される軸受には、異物が混入した油潤滑環境下における寿命の向上も要求されている。さらに、この軸受は、安価な材料を用いて低コストな方法により製造されることが望ましく、世界各国で入手可能な材料を用いてコスト上昇を招来しない簡易な方法により製造されることが望ましい。
【０００３】
自動車のトランスミッションやデファレンシャルなどを支持する軸受としては、たとえば円錐ころ軸受がある。円錐ころ軸受は、外周面に形成された軌道面の両側に小鍔および大鍔が設けられた内輪と、内周面に軌道面が形成された外輪と、内輪および外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、円錐ころをポケットに収容して保持する保持器とから構成されている。また、保持器は、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とから構成されている。また、ポケットの平面形状は、円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有している。
【０００４】
自動車のトランスミッションやデファレンシャルなどにおいて、円錐ころ軸受は下部が油浴に漬かった状態で使用されるため、回転に伴い油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する。このような用途においては、潤滑油は円錐ころの小径側から軸受内部に流入する。そして、保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側に流れ、また保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側に流れる。
【０００５】
このように潤滑油が外部から流入する用途に使用される円錐ころ軸受としては、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油が当該切欠きを通過し、軸受内部における潤滑油の流通を向上させたものが開示されている（たとえば特許文献１および２参照）。
【０００６】
また、このように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部に流入する円錐ころ軸受では、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油の割合が多くなることでトルク損失が増大するという問題がある。すなわち、保持器の外径側から外輪側に流入する潤滑油は、外輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側に滑らかに通過して軸受内部から流出されるのに対し、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油は内輪の外周面に形成された大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留する。そのため、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油の割合が多くなると軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、当該潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するという問題がある。これに対して、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油を外輪側に逃がし、軸受内部に滞留する潤滑油の量を少なくすることが可能な円錐ころ軸受が開示されている（たとえば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２８５８号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１１４９号公報
【特許文献３】特開２００７−２４１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献３に開示されている円錐ころ軸受では、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減されている一方で、軸受の耐焼付き性や寿命（特に、異物混入環境下における転動疲労寿命）などに関して十分な検討がなされていなかった。そこで、本発明の目的は、耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ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】
本発明の一の局面に従った円錐ころ軸受は、内周面において外輪転走面を有する外輪と、外周面において内輪転走面を有し、内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、外輪の内側に配置された内輪と、外輪転走面と内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備える。外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、０．６質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼からなる。上記少なくともいずれかの軸受部品では、他の部品と接触する接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上である。保持器は、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、小環状部および大環状部を連結する複数の柱部とを含む。ポケットは、円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有する。ポケットの狭幅側の柱部には切欠きが設けられている。
【００１０】
本発明の他の局面に従った円錐ころ軸受は、内周面において外輪転走面を有する外輪と、外周面において内輪転走面を有し、内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、外輪の内側に配置された内輪と、外輪転走面と内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備える。外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、０．６質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、さらに０．５質量％以下のニッケルおよび０．２質量％以下のモリブデンの少なくともいずれか一方を含有し、残部不純物からなる鋼からなる。上記少なくともいずれかの軸受部品では、他の部品と接触する接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上である。保持器は、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、小環状部および大環状部を連結する複数の柱部とを含む。ポケットは、円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有する。ポケットの狭幅側の柱部には切欠きが設けられている。
【００１１】
本発明者は、世界各国で入手容易なＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当材料（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＡＳＴ規格５２１００、ＤＩＮ規格１００Ｃｒ６、ＧＢ規格ＧＣｒ５またはＧＣｒ１５、およびΓＯＣＴ規格ЩＸ１５）を材料として用いた円錐ころ軸受において、耐焼付き性および寿命を向上させるための方策について鋭意検討を行った。その結果、以下のような知見を得て、本発明に想到した。
【００１２】
軸受内部に滞留する潤滑油を少なくした場合には当該潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減されてトルクの増大による温度上昇が抑制される一方、軸受部品（内輪、外輪、円錐ころなど）同士の潤滑性が低下することで部品同士の接触面において焼付きが発生し易くなる。すなわち、当該接触面において局部的に温度上昇し易くなり、その結果当該接触面の硬度が低下する場合がある。また、軸受部品（内輪、外輪、円錐ころなど）の当該接触面下の表層部では、亀裂などの損傷が発生し易い。そのため、当該接触面に浸炭窒化処理を施すことにより耐久性の向上を図ることができる。本発明者の検討によると、当該表層部における窒素濃度を０．３質量％以上にすることにより、当該接触面の耐久性が向上する。
【００１３】
本発明の一の局面および他の局面に従った円錐ころ軸受では、外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品が上記成分組成の鋼からなるため、世界各国で入手容易なＳＵＪ２相当材料を用いることができる。また、保持器のポケットの狭幅側の柱部には切欠きが設けられている。そのため、軸受内部に滞留する潤滑油がより少なくなり、その結果潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減することができる。また、外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品の接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上となっている。これにより、当該接触面の焼戻し軟化抵抗が向上するため、当該接触面における焼付きの発生を抑制することができる。また、当該表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であるため、当該接触面の耐久性が向上し、その結果軸受の寿命を向上させることができる。したがって、本発明の一の局面および他の局面に従った円錐ころ軸受によれば、トルク損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受を提供することができる。なお、「表層部」とは、当該接触面から深さ２０μｍまでの領域をいう。
【００１４】
上記円錐ころ軸受において、内輪の大鍔は、円錐ころの大径端面とすべり接触する大鍔面を含んでいてもよい。また、円錐ころの大径端面下の表層部および内輪の大鍔面下の表層部における窒素濃度は０．３質量％以上であってもよい。
【００１５】
円錐ころの大径端面と内輪の大鍔面とはすべり接触するため、特に温度上昇し易く焼付きが発生し易い。そのため、当該大径端面下の表層部および大鍔面下の表層部における窒素濃度を０．３質量％以上にすることで、耐焼付き性をより向上させることができる。
【００１６】
上記円錐ころ軸受において、外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品は、全体の平均残留オーステナイト量が２０体積％以下であってもよい。
【００１７】
本発明者の検討によると、上記軸受部品の全体の平均残留オーステナイト量が２０体積％以下である場合には経年寸法変化率が低下する。したがって、上記軸受部品の全体の平均残留オーステナイト量を２０体積％以下にすることにより、軸受の寸法安定性を向上させることができる。
【００１８】
上記円錐ころ軸受では、外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品において、接触面下の表層部には、接触面に垂直な断面において直径０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２あたり５個以上存在していてもよい。
【００１９】
直径０．５μｍ以下という微細な炭窒化物が１００μｍ２当たり５個以上の割合で表層部に存在することで表層部が強化され、表層部の耐久性が一層向上することにより耐久性に優れた軸受が得られる。ここで、炭窒化物とは、鉄の炭化物または当該炭化物の炭素の一部が窒素に置き換わったものであり、Ｆｅ−Ｃ系の化合物およびＦｅ−Ｃ−Ｎ系の化合物を含む。また、この炭窒化物は、クロムなど、鋼に含まれる合金元素を含んでいてもよい。
【００２０】
上記円錐ころ軸受では、外輪、内輪および円錐ころの少なくともいずれかの軸受部品において、接触面から深さが５０μｍである領域における残留オーステナイト量が２０体積％以上であってもよい。これにより、接触面の耐久性、特に異物混入環境における接触面の耐久性をより向上させることができる。
【００２１】
上記円錐ころ軸受において、内輪の内径表面における窒素濃度が０．０５質量％以下であってもよい。残留オーステナイトの分解による寸法変化は、部品寸法の膨張として現れる場合が多い。一方、円錐ころ軸受の内輪は、その内径面が軸などの外周面に嵌め込まれて使用される場合が多い。そのため、内径が膨張すると、内輪の軸に対する嵌め込み状態が不安定になるおそれがある。これに対し、内径面における窒素濃度を０．０５質量％以下にまで低減することで、上記問題の発生を抑制することができる。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従った円錐ころ軸受は、内周面において外輪転走面を有する外輪と、外周面において内輪転走面を有し、内輪転走面の両側に小鍔および大鍔が形成され、外輪の内側に配置された内輪と、外輪転走面と内輪転走面との間に配列された複数の円錐ころと、円錐ころを収容するポケットを有する保持器とを備える。外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころは、０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる焼入硬化された鋼からなり、他の部品と接触する面である接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上であり、当該接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に従った円錐ころ軸受では、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころが上記成分組成の鋼からなるため、世界各国で入手容易なＳＵＪ２相当材料を用いることができる。また、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上となっている。これにより、当該接触面の焼戻し軟化抵抗が向上するため、当該接触面における焼付きの発生を抑制することができる。また、当該接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上であるため、当該接触面の耐久性が向上し、その結果軸受の寿命を向上させることができる。したがって、本発明のさらに他の局面に従った円錐ころ軸受によれば、耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受を提供することができる。
【００２４】
また、本発明者のさらなる検討によると、接触面における窒素濃度を０．２５質量％にまで向上させて残留オーステナイト量を特に調整しない場合には、接触面における残留オーステナイト量は窒素量との関係から２０〜４０体積％程度になる。このように残留オーステナイト量が過大な状態（１２体積％を超える）では、当該接触面の耐圧痕性が低下する。一方で、残留オーステナイト量が過少な状態（６体積％未満）では、異物混入環境での寿命が低下する。
【００２５】
また、円錐ころは、玉軸受に用いられる鋼球と異なり製造工程において十分に耐圧痕性も付与されず、鋼球と異なり転動位置が固定されるため長寿命化の必要性がより高い。そのため、円錐ころ軸受において耐圧痕性および転動疲労寿命を高いレベルで両立させるためには、特に円錐ころに対して耐圧痕性および転動疲労寿命の向上のための対策が必要となる。
【００２６】
本発明のさらに他の局面に従った円錐ころ軸受では、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。そのため、寿命の低下が抑制され、かつ接触面の耐圧痕性が向上している。また、この円錐ころ軸受では、少なくとも円錐ころの接触面における窒素濃度が０．２５％以上であり、かつ残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下となっている。したがって、本発明のさらに他の局面に従った円錐ころ軸受によれば、耐圧痕性と転動疲労寿命とが高いレベルで両立された円錐ころ軸受を提供することができる。
【００２７】
上記円錐ころ軸受において、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面における残留オーステナイト量は１０体積％以下であってもよい。これにより、耐圧痕性をより向上させることができる。
【００２８】
上記円錐ころ軸受において、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面における窒素濃度は０．５質量％以下であってもよく、０．４質量％以下であってもよい。これにより、コスト上昇を抑えつつ鋼中に窒素を侵入させることが可能となり、かつ残留オーステナイト量の調整が容易になる。
【００２９】
上記円錐ころ軸受において、保持器は、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、小環状部および大環状部を連結する複数の柱部とを含んでいてもよい。また、ポケットは、円錐ころの小径側を収容する部分が狭幅側となり、円錐ころの大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有していてもよい。また、ポケットの狭幅側の柱部には切欠きが設けられていてもよい。これにより、軸受内部に滞留する潤滑油がより少なくなり、その結果潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減することができる。
【００３０】
上記円錐ころ軸受において、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面の硬度は６０．０ＨＲＣ以上であってもよい。これにより、転動疲労寿命および耐圧痕性を一層向上させることができる。
【００３１】
上記円錐ころ軸受において、外輪、内輪および円錐ころのうち少なくとも円錐ころの接触面の硬度は６４．０ＨＲＣ以下であってもよい。窒素濃度を０．２５質量％以上にまで高めて接触面の硬度を６４．０ＨＲＣを超える状態にした場合、残留オーステナイトを１２体積％以下に調整することが困難になる。そのため、接触面の硬度を６４．０ＨＲＣ以下とすることにより、残留オーステナイト量を１２体積％以下の範囲に調整することが容易になる。
【００３２】
上記円錐ころ軸受は、デファレンシャルまたはトランスミッション内において回転する回転部材を、回転部材に隣接して配置される他の部材に対して回転自在に支持するものであってもよい。
【００３３】
耐焼付き性および寿命が向上した上記本発明に従った円錐ころ軸受は、デファレンシャルやトランスミッションに用いられる軸受として好適である。
【００３４】
上記円錐ころ軸受において、保持器のポケットの狭幅側の小環状部に切欠きが設けられていてもよい。これにより、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油を逃がし、内輪の大鍔にまで到達する潤滑油の量をより少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。
【００３５】
上記円錐ころ軸受において、保持器のポケットの広幅側の柱部に切欠きが設けられていてもよい。これにより、円錐ころをバランス良く柱部に摺接させることができる。
【００３６】
上記円錐ころ軸受において、保持器のポケットの狭幅側の柱部に設けられた切欠きの合計面積が、上記ポケットの広幅側の柱部に設けられた切欠きの合計面積よりも大きくてもよい。
【００３７】
これにより、内輪の大鍔にまで到達する潤滑油の量をさらに少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【００３８】
上記円錐ころ軸受において、保持器の小環状部には、内輪の小鍔に対向する鍔が設けられていてもよい。また、小環状部の鍔と内輪の小鍔との隙間は、内輪の小鍔の外径の２．０％以下であってもよい。これにより、保持器の内径側から内輪側に流入する潤滑油の量を少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を一層低減することができる。
【００３９】
上記円錐ころ軸受において、円錐ころの表面には凹形状のくぼみが設けられていてもよい。また、円錐ころの表面の面粗さ（Ｒｙｎｉ）は０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であってもよい。これにより、円錐ころの表面全体に潤滑油を保持させることができる。その結果、軸受内部に滞留する潤滑油の量が少なくなった場合でも、円錐ころと外輪および内輪との接触を十分に潤滑することができる。
【００４０】
上記パラメータＲｙｎｉは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ  ４２８７：１９９７）。また、Ｓｋ値は、粗さ曲線のひずみ度、すなわち粗さの凹凸分布の非対称性を表す値である（ＩＳＯ  ４２８７：１９９７）。ガウス分布のように対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさなどを選ぶことにより行なうことができる。Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本発明に従った円錐ころ軸受によれば、耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。
【図２】保持器の構造を示す概略平面図である。
【図３】実施の形態１に係る円錐ころ軸受の構造を拡大して示す概略断面図である。
【図４】変形例の保持器の構造を示す概略平面図である。
【図５】変形例の保持器の構造を示す概略平面図である。
【図６】実施の形態１に係る円錐ころ軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２に係る円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態２に係る円錐ころ軸受の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３に係るマニュアルトランスミッションの構成を示す概略断面図である。
【図１０】実施の形態４に係るデファレンシャルの構成を示す概略断面図である。
【図１１】図１０のピニオンギアの配置を示す概略図である。
【図１２】雰囲気温度と内輪大鍔面の硬度との関係を示す図である。
【図１３】表面付近の残留オーステナイト量の分布を示す図である。
【図１４】残留オーステナイト量と経年寸法変化率との関係を示す図である。
【図１５】表面付近の炭素および窒素の濃度分布を示す図である。
【図１６】表面付近の炭素および窒素の濃度分布を示す図である。
【図１７】試験片表面のＳＥＭ写真である。
【図１８】試験片表面のＳＥＭ写真である。
【図１９】試験片表面のＳＥＭ写真である。
【図２０】試験片表面のＳＥＭ写真である。
【図２１】トルク測定試験の結果を示すグラフである。
【図２２】焼戻温度と圧痕深さとの関係を示す図である。
【図２３】焼戻温度と硬度との関係を示す図である。
【図２４】真ひずみと真応力との関係を示す図である。
【図２５】図２４の領域αを拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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。
【００４４】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１を参照して、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ａは、環状の外輪１１および内輪１２と、複数の円錐ころ１３と、保持器２０とを備える。外輪１１は、内周面において外輪転走面１１ａを有する。内輪１２は、外周面において内輪転走面１２ａを有し、内輪転走面１２ａが外輪転走面１１ａに対向するように外輪１１の径方向内側に配置される。円錐ころ１３は、転動面１３ａ、小径端面１３ｂおよび大径端面１３ｃを含む。円錐ころ１３は、外輪転走面１１ａおよび内輪転走面１２ａの間において保持器２０により保持されて配列される。内輪転走面１２ａの両側には小鍔１２ｂおよび大鍔１２ｃが形成され、これにより円錐ころ１３の軸方向の移動が規制される。小鍔１２ｂおよび大鍔１２ｃは、小鍔面１２ｂ１および大鍔面１２ｃ１をそれぞれ含む。円錐ころ１３の転動面１３ａは、外輪転走面１１ａおよび内輪転走面１２ａに対して転がり接触し、また大径端面１３ｃは大鍔面１２ｃ１に対してすべり接触する。
【００４５】
外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３は、０．６０質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる焼入硬化された鋼（たとえばＪＩＳ規格高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２）からなる。上記軸受部品（外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３）では、他の部品と接触する接触面下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上である。すなわち、外輪１１では、接触面である外輪転走面１１ａ下の表層部の窒素濃度が０．３質量％以上である。内輪１２では、接触面である内輪転走面１２ａおよび大鍔面１２ｃ１下の表層部の窒素濃度が０．３質量％以上である。円錐ころ１３では、接触面である転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ下の表層部の窒素濃度が０．３質量％以上である。
【００４６】
図２を参照して、保持器２０は、円錐ころ１３の小径端面側で連なる小環状部２１と、円錐ころ１３の大径端面側で連なる大環状部２２と、小環状部２１および大環状部２２を連結する複数の柱部２３とを含む。保持器２０は、円錐ころ１３を収容するためのポケット２４を有する。ポケット２４は、円錐ころ１３の小径側を収容する部分が狭幅側となり、円錐ころ１３の大径側を収容する部分が広幅側となるような台形形状を有する。ポケット２４の狭幅側および広幅側の柱部２３には、２つずつ切欠き２４ａ，２４ｂが設けられる。切欠き２４ａ，２４ｂの深さＤ１，Ｄ２はたとえば１ｍｍであり、幅Ｗ１，Ｗ２はたとえば４．６ｍｍである。
【００４７】
以上のように、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ａは、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３が上記成分組成の鋼からなるため、世界各国で入手容易なＪＩＳ規格ＳＵＪ２などを材料として用いることができる。また、保持器２０のポケット２４の狭幅側の柱部２３には切欠き２４ａが設けられるため、軸受内部に滞留する潤滑油が少なくなり、トルク損失が低減される。より具体的には、図３を参照して、円錐ころ軸受１Ａが高速回転してその下部が油浴に漬かると、図３中矢印に示すように油浴中の潤滑油が円錐ころ１３の小径側から保持器２０の外径側と内径側とに分かれて軸受内部に流入する。保持器２０の外径側から外輪１１に流入する潤滑油は、外輪１１の外輪転走面１１ａに沿って円錐ころ１３の大径側に流出する。一方、保持器２０の内径側から内輪１２側に流入する潤滑油の一部は、切欠き２４ａを通過して保持器２０の外径側に流出する。これにより、内輪１２の大鍔１２ｃにまで到達する潤滑油が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が少なくなる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減される。また、円錐ころ軸受１Ａでは、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３の接触面（外輪転走面１１ａ、内輪転走面１２ａ、大鍔面１２ｃ１、転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ）下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であるため、当該接触面の焼戻軟化抵抗が向上している。そのため、軸受内部に滞留する潤滑油が少なく軸受の潤滑性が悪い場合でも接触面の焼き付きを抑制することができる。また、当該表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であるため、当該接触面の耐久性を向上し、その結果異物混入潤滑下における寿命が向上している。このように、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ａは、トルクの損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上したものとなっている。
【００４８】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、内輪１２の大鍔１２ｃは、円錐ころ１３の大径端面１３ｃとすべり接触する大鍔面１２ｃ１を含んでいてもよい。また、円錐ころ１３の大径端面１３ｃ下の表層部および内輪１２の大鍔面１２ｃ１下の表層部における窒素濃度が０．３質量％以上であってもよい。円錐ころ１３の大径端面１３ｃと内輪１２の大鍔面１２ｃ１とはすべり接触するため、特に温度上昇し易く焼き付き易い。そのため、大径端面１３ｃ下の表層部および大鍔面１２ｃ１下の表層部の窒素濃度を０．３質量％以上にすることで、耐焼き付き性をさらに向上させることができる。
【００４９】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３を構成する鋼は、さらに０．５質量％以下のニッケルおよび０．２質量％以下のモリブデンの少なくともいずれか一方を含有していてもよい。これにより、鋼の焼入性が向上し、より大型の軸受部品を得ることができる。
【００５０】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３は、全体の平均残留オーステナイト量が２０体積％以下であってもよい。これにより、上記軸受部品の寸法安定性を向上させることができる。
【００５１】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３の接触面（外輪転走面１１ａ、内輪転走面１２ａ、大鍔面１２ｃ１、転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ）下の表層部には、当該接触面に垂直な断面において直径０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２あたり５個以上存在していてもよい。このように微細な炭窒化物が表層部に多数存在することで表層部の耐久性が一層向上する。上記炭窒化物は、上記領域において１０個以上存在することが好ましい。なお、上記炭窒化物の存在量（数）は、たとえば上記領域を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、観察結果を画像解析処理することにより確認される。
【００５２】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３の接触面（外輪転走面１１ａ、内輪転走面１２ａ、大鍔面１２ｃ１、転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ）から深さ５０μｍである領域における残留オーステナイト量は２０体積％以上であってもよい。これにより、当該接触面の耐久性、特に異物混入環境における耐久性を向上させることができる。
【００５３】
上記円錐ころ軸受１Ａにおいて、内輪１２の内径表面１２ｄにおける窒素濃度は０．０５質量％以下である。これにより、内輪１２の軸などの部材に対する嵌め込み状態が安定する。
【００５４】
図４および図５を参照して、保持器２０の変形例を説明する。図４を参照して、ポケット２４の狭幅側の小環状部２１には切欠き２４ｃが設けられていてもよい。また、狭幅側の３つの切欠き２４ａ，２４ｃの合計面積が、広幅側の２つの切欠き２４ｂの合計面積よりも広くなっていてもよい。これにより、保持器２０の内径側から内輪１２側に流入する潤滑油を切欠き２４ｃから逃がし、内輪１２の大鍔１２ｃにまで到達する潤滑油の量をより少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。なお、切欠き２４ｃの深さＤ３はたとえば１ｍｍであり、幅Ｗ３はたとえば５．７ｍｍである。
【００５５】
図５を参照して、狭幅側の柱部２３に設けられた切欠き２４ａの深さＤ１は、広幅側の柱部２３に設けられた切欠き２４ｂの深さＤ２よりも大きくなっていてもよい。そして、切欠き２４ａの合計面積が、切欠き２４ｂの合計面積よりも大きくなっていてもよい。これにより、内輪１２の大鍔１２ｃにまで到達する潤滑油の量をさらに少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【００５６】
図３を参照して、保持器２０の小環状部の軸方向外側には、内輪１２の小鍔１２ｂの外径面に対向させた径方向内向きの鍔１４が設けられていてもよい。また、鍔１４の内径面と内輪１２の小鍔１２ｂの外径面との隙間δは、小鍔１２ｂの外径寸法の２．０％以下に設定されていてもよい。これにより、保持器２０の外径側から外輪１１側に流入する潤滑油に比べて保持器２０の内径側から内輪１２側に流入する潤滑油の量を著しく少なくすることができる。その結果、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を一層低減することができる。
【００５７】
円錐ころ１３の表面全体には、微小な凹形状のくぼみ（図示しない）がランダムに無数に設けられていてもよい。そして、当該くぼみが設けられた円錐ころ１３の表面は、面粗さパラメータ（Ｒｙｎｉ）が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であってもよい。これにより、円錐ころ１３の表面全体に潤滑油を保持させることができる。その結果、軸受内部に滞留する潤滑油の量が少なくなった場合でも、円錐ころ１３と外輪１１および内輪１２との接触を十分に潤滑することができる。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法について説明する。本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法では、上記円錐ころ軸受１Ａが製造される。
【００５９】
図６を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．６０質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼、または０．６０質量％以上１．５０質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上２．５０質量％以下の珪素と、０．３０質量％以上１．５０質量％以下のマンガンと、０．２０質量％以上２．００質量％以下のクロムとを含有し、さらに０．５質量％以下のニッケルおよび０．２質量％以下のモリブデンの少なくともいずれか一方を含有し、残部不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５などの高炭素クロム軸受鋼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。
【００６０】
次に、工程（Ｓ２０）として、成形工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば上記工程（Ｓ１０）において準備された棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施される。これにより、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３（図１参照）などの形状に成形された成形部材が作製される。
【００６１】
次に、工程（Ｓ３０）として、浸炭窒化工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記工程（Ｓ２０）において作製された成形部材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される。まず、上記成形部材が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、予熱された成形部材が、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カーボンポテンシャルが調整された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た雰囲気中において加熱されて浸炭窒化処理される。浸炭窒化処理の温度は、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、成形部材に形成すべき窒素富化層の窒素濃度に合わせて設定することができ、たとえば４時間以上７時間以下とすることができる。これにより、成形部材の脱炭を抑制しつつ窒素富化層を形成することができる。
【００６２】
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、上記工程（Ｓ３０）において浸炭窒化処理されることにより窒素富化層が形成された成形部材が、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材としての焼入油中に成形部材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、成形部材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、上記工程（Ｓ３０）の浸炭窒化処理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。
【００６３】
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、上記工程（Ｓ４０）において焼入処理された成形部材が焼戻処理される。具体的には、たとえば１８０℃以上２４０℃以下の温度域に加熱された雰囲気中において成形部材が０．５時間以上３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。
【００６４】
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、上記工程（Ｓ５０）において焼戻処理された成形部材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（外輪転走面１１ａ、内輪転走面１２ａ、大鍔面１２ｃ１、転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ）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、外輪１１、内輪１２および円錐ころ１３などが完成する。
【００６５】
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および円錐ころ１３と、別途準備された保持器２０（図２参照）とが組み合わされて、上記円錐ころ軸受１Ａが組み立てられる。これにより、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法が完了する。
【００６６】
ここで、上記工程（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部における窒素濃度が０．３質量％以上となるように成形部材が浸炭窒化処理される。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０．３質量％以上とすることが可能なように窒素量が調整される。
【００６７】
さらに、上記工程（Ｓ５０）では、成形部材全体の平均残留オーステナイト量が２０体積％以下となるように成形部材が焼戻処理される。
【００６８】
また、完成品において、接触面（外輪転走面１１ａ、内輪転走面１２ａ、大鍔面１２ｃ１、転動面１３ａおよび大径端面１３ｃ）から深さが５０μｍである領域における残留オーステナイト量を２０体積％以上とするためには、たとえば工程（Ｓ３０）において形成される窒素濃度分布、工程（Ｓ４０）における焼入温度、工程（Ｓ５０）における焼戻温度、工程（Ｓ６０）における取り代などを調整することができる。
【００６９】
さらに、内輪１２の内径表面１２ｄにおける窒素濃度を０．０５質量％以下とするためには、たとえば内径表面１２ｄを治具やコーディング層にて覆ったうえで、工程（Ｓ３０）を実施すればよい。
【００７０】
また、接触面に垂直な断面において、表層部に直径０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２あたり５個以上存在する状態とするためには、たとえば工程（Ｓ４０）における焼入温度、工程（Ｓ５０）における焼戻温度などを調整することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る円錐ころ軸受は、基本的には上記実施の形態１の場合と同様の構成を有し、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係る円錐ころ軸受は、外輪、内輪および円錐ころの構成において上記実施の形態１の場合とは異なっている。
【００７２】
図７を参照して、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂは、上記実施の形態１と同様に外輪３１と、内輪３２と、円錐ころ３３と、保持器４０とを備える。外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３のうち少なくとも円錐ころ３３、より具体的には外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３は、０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる焼入硬化された鋼からなる。上記軸受部品（外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３）では、他の部品と接触する接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上であり、かつ当該接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。すなわち、外輪３１では、接触面である外輪転走面３１ａにおける窒素濃度が０．２５質量％以上であり、かつ残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。内輪３２では、接触面である内輪転走面３２ａおよび大鍔面３２ｃ１における窒素濃度が０．２５質量％以上であり、かつ残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。円錐ころ３３では、接触面である転動面３３ａおよび大径端面３３ｃにおける窒素濃度が０．２５質量％以上であり、かつ残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である。
【００７３】
以上のように、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂは、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３が上記成分組成の鋼からなるため、世界各国で入手容易なＳＵＪ２相当材料を用いることができる。また、保持器４０は、上記実施の形態１の保持器２０と同様の構造を有するため、上記実施の形態１の場合と同様に軸受内部に滞留する潤滑油を少なくすることでトルク損失を低減することができる。また、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３の接触面（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）における窒素濃度が０．２５質量％以上であるため、上記実施の形態１の場合と同様に当該接触面における焼付きの発生を抑制し、かつ当該接触面の耐久性を向上させることができる。このように、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂは、上記円錐ころ軸受１Ａと同様に、トルク損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上したものとなっている。
【００７４】
さらに、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂでは、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３の接触面（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下となっている。そのため、寿命の低下が抑制され、かつ当該接触面の耐圧痕性が向上している。また、円錐ころ軸受１Ｂでは、少なくとも円錐ころ３３の接触面（転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）における窒素濃度が０．２５質量％以上であり、かつ残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下となっている。そのため、本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂは、耐圧痕性および転動疲労寿命が高いレベルで両立されたものとなっている。
【００７５】
上記円錐ころ軸受１Ｂにおいて、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３の接触面（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）の硬度は、好ましくは６０．０ＨＲＣ以上である。これにより、寿命および耐圧痕性が一層向上する。また、当該接触面の硬度は、好ましくは６４．０ＨＲＣ以下である。これにより、当該接触面における残留オーステナイト量を１２体積％以下の範囲に容易に調整することができる。
【００７６】
次に、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法について説明する。本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法では、上記円錐ころ軸受１Ｂが製造される。
【００７７】
図８を参照して、まず、工程（Ｓ８０）として鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＡＳＴＭ規格５２１００、ＤＩＮ規格１００Ｃｒ６、ＧＢ規格ＧＣｒ５もしくはＧＣｒ１５、およびΓＯＣＴ規格ЩＸ１５などのＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当鋼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。
【００７８】
次に、工程（Ｓ９０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、上記工程（Ｓ２０）と同様に、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３（図７参照）などの形状に成形された成形部材が作製される。
【００７９】
次に、工程（Ｓ１００）として浸炭窒化工程が実施される。この工程（Ｓ１００）では、工程（Ｓ９０）において作製された成形部材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される。まず、上記成形部材が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、予熱された成形部材が、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カーボンポテンシャルが調整された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た雰囲気中において加熱されて浸炭窒化処理される。浸炭窒化処理の温度は、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、成形部材に形成すべき窒素富化層の窒素濃度に合わせて設定することができ、たとえば３時間以上９時間以下とすることができる。これにより、成形部材の脱炭を抑制しつつ窒素富化層を形成することができる。
【００８０】
次に、工程（Ｓ１１０）として焼入工程が実施される。この工程（Ｓ１１０）では、工程（Ｓ１００）において浸炭窒化処理されることにより窒素富化層が形成された成形部材が、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、８６０℃以下とされることにより、後続の焼戻工程における炭素の固溶量と析出量とのバランス、および残留オーステナイト量の調整が容易となる。また、焼入温度が８２０℃以上とされることにより、後続の焼戻工程における炭素の固溶量と析出量とのバランス、および残留オーステナイト量の調整が容易となる。焼入処理は、たとえば所定の温度に保持された冷却材としての焼入油中に成形部材を浸漬することにより実施することができる。
【００８１】
次に、工程（Ｓ１２０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ１２０）では、工程（Ｓ１１０）において焼入処理された成形部材が焼戻処理される。具体的には、たとえば２１０℃以上３００℃以下の温度域に加熱された雰囲気中において成形部材が０．５時間以上３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。
【００８２】
次に、工程（Ｓ１３０）として仕上げ加工工程が実施される。この工程（Ｓ１３０）では、工程（Ｓ１２０）において焼戻処理された成形部材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（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）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、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３などが完成する。
【００８３】
さらに、工程（Ｓ１４０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ１４０）では、工程（Ｓ８０）〜（Ｓ１３０）において作製された外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３と、別途準備された保持器４０とが組み合わされて、上記本実施の形態に係る円錐ころ軸受１Ｂが組み立てられる。これにより、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法が完了する。
【００８４】
ここで、上記工程（Ｓ１００）では、後続の工程（Ｓ１３０）における仕上げ加工によって接触面（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）における窒素濃度が０．２５質量％以上となるように成形部材が浸炭窒化処理される。つまり、工程（Ｓ１３０）での取り代などを考慮して、接触面完成後における表面の窒素濃度を０．２５質量％以上とすることが可能なように窒素富化層が形成される。
【００８５】
さらに、上記工程（Ｓ１２０）では、後続の工程（Ｓ１３０）における仕上げ加工によって接触面（外輪転走面３１ａ、内輪転走面３２ａ、大鍔面３２ｃ１、転動面３３ａおよび大径端面３３ｃ）における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下となるように成形部材が焼戻処理される。つまり、工程（Ｓ１３０）での取り代などを考慮して、接触面完成後における表面の残留オーステナイト量を６体積％以上１２体積％以下とすることが可能なように、焼戻処理によって残留オーステナイト量が調整される。
【００８６】
また、工程（Ｓ１２０）では、成形部材が２４０℃以上３００℃以下の温度域にて焼戻処理されることが好ましい。これにより、焼入処理によって素地に固溶した炭素が適切な割合で炭化物として析出する。その結果、固溶強化と析出強化との適切なバランスが達成され、外輪３１、内輪３２および円錐ころ３３の耐圧痕性が向上する。
【００８７】
（実施の形態３）
次に、上記実施の形態１および２に係る円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂの用途の一例について説明する。図９を参照して、マニュアルトランスミッション１００は、常時噛合い式のマニュアルトランスミッションであって、入力シャフト１１１と、出力シャフト１１２と、カウンターシャフト１１３と、ギア（歯車）１１４ａ〜１１４ｋと、ハウジング１１５とを備えている。
【００８８】
入力シャフト１１１は、円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂによりハウジング１１５に対して回転可能に支持されている。この入力シャフト１１１の外周にはギア１１４ａが形成され、内周にはギア１１４ｂが形成されている。
【００８９】
一方、出力シャフト１１２は、一方側（図中右側）において円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂによりハウジング１１５に回転可能に支持されているとともに、他方側（図中左側）において転がり軸受１２０Ａにより入力シャフト１１１に回転可能に支持されている。この出力シャフト１１２には、ギア１１４ｃ〜１１４ｇが取り付けられている。
【００９０】
ギア１１４ｃおよびギア１１４ｄはそれぞれ同一部材の外周と内周に形成されている。ギア１１４ｃおよびギア１１４ｄが形成される部材は、転がり軸受１２０Ｂにより出力シャフト１１２に対して回転可能に支持されている。ギア１１４ｅは、出力シャフト１１２と一体に回転するように、かつ出力シャフト１１２の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト１１２に取り付けられている。
【００９１】
また、ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇの各々は同一部材の外周に形成されている。ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇが形成されている部材は、出力シャフト１１２と一体に回転するように、かつ出力シャフト１１２の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト１１２に取り付けられている。ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇが形成されている部材が図中左側にスライドした場合には、ギア１１４ｆはギア１１４ｂと噛合い可能であり、図中右側にスライドした場合にはギア１１４ｇとギア１１４ｄとが噛合い可能である。
【００９２】
カウンターシャフト１１３には、ギア１１４ｈ〜１１４ｋが形成されている。カウンターシャフト１１３とハウジング１１５との間には、２つのスラストニードルころ軸受が配置され、これによってカウンターシャフト１１３の軸方向の荷重（スラスト荷重）が支持されている。ギア１１４ｈは、ギア１１４ａと常時噛合っており、かつギア１１４ｉはギア１１４ｃと常時噛合っている。また、ギア１１４ｊは、ギア１１４ｅが図中左側にスライドした場合に、ギア１１４ｅと噛合い可能である。さらに、ギア１１４ｋは、ギア１１４ｅが図中右側にスライドした場合に、ギア１１４ｅと噛合い可能である。
【００９３】
次に、マニュアルトランスミッション１００の変速動作について説明する。マニュアルトランスミッション１００においては、入力シャフト１１１に形成されたギア１１４ａと、カウンターシャフト１１３に形成されたギア１１４ｈとの噛み合わせによって、入力シャフト１１１の回転がカウンターシャフト１１３へ伝達される。そして、カウンターシャフト１１３に形成されたギア１１４ｉ〜１１４ｋと出力シャフト１１２に取り付けられたギア１１４ｃ、１１４ｅとの噛み合わせ等によって、カウンターシャフト１１３の回転が出力シャフト１１２へ伝達される。これにより、入力シャフト１１１の回転が出力シャフト１１２へ伝達される。
【００９４】
入力シャフト１１１の回転が出力シャフト１１２へ伝達される際には、入力シャフト１１１およびカウンターシャフト１１３の間で噛合うギアと、カウンターシャフト１１３および出力シャフト１１２の間で噛合うギアとを変えることによって、入力シャフト１１１の回転速度に対して出力シャフト１１２の回転速度を段階的に変化させることができる。また、カウンターシャフト１１３を介さずに入力シャフト１１１のギア１１４ｂと出力シャフト１１２のギア１１４ｆとを直接噛合わせることによって、入力シャフト１１１の回転を出力シャフト１１２へ直接伝達することもできる。
【００９５】
以下に、マニュアルトランスミッション１００の変速動作をより具体的に説明する。ギア１１４ｆがギア１１４ｂと噛合わず、ギア１１４ｇがギア１１４ｄと噛合わず、かつギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合う場合には、入力シャフト１１１の駆動力は、ギア１１４ａ、ギア１１４ｈ、ギア１１４ｊおよびギア１１４ｅを介して出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第１速とされる。
【００９６】
ギア１１４ｇがギア１１４ｄと噛合い、ギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合わない場合には、入力シャフト１１１の駆動力は、ギア１１４ａ、ギア１１４ｈ、ギア１１４ｉ、ギア１１４ｃ、ギア１１４ｄおよびギア１１４ｇを介して出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第２速とされる。
【００９７】
ギア１１４ｆがギア１１４ｂと噛合い、ギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合わない場合には、入力シャフト１１１はギア１１４ｂおよびギア１１４ｆとの噛合いにより出力シャフト１１２に直結され、入力シャフト１１１の駆動力は直接出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第３速とされる。
【００９８】
上述のように、マニュアルトランスミッション１００は、回転部材としての入力シャフト１１１および出力シャフト１１２をこれに隣接して配置されるハウジング１１５に対して回転可能に支持するために、円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂを備えている。このように、上記実施の形態１および２に係る円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂは、マニュアルトランスミッション１００内において使用することができる。そして、トルク損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂは、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるマニュアルトランスミッション１００内での使用に好適である。
【００９９】
（実施の形態４）
次に、上記実施の形態１および２に係る円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂの用途の他の一例について説明する。図１０および図１１を参照して、デファレンシャル２００は、デフケース２０１と、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂと、サンギア２０３と、ピニオンキャリア２０４と、アーマチュア２０５と、パイロットクラッチ２０６と、電磁石２０７と、ロータークラッチ（デフケース）２０８と、カム２０９を備えている。
【０１００】
デフケース２０１の内周に設けられた内歯２０１ａと４つのピニオンギア２０２ａの各々とが互いに噛みあっており、４つのピニオンギア２０２ａの各々と４つのピニオンギア２０２ｂの各々とが互いに噛み合っており、４つのピニオンギア２０２ｂの各々とサンギア２０３とが互いに噛み合っている。サンギア２０３は第１の駆動軸としての左駆動軸２２０の端部に接続されており、これによりサンギア２０３と左駆動軸２２０とは一体となって自転することができる。また、ピニオンギア２０２ａの回転軸２０２ｃの各々と、ピニオンギア２０２ｂの回転軸２０２ｄとの各々が、ともにピニオンキャリア２０４によって自転可能に保持されている。ピニオンキャリア２０４は第２の駆動軸としての右駆動軸２２１の端部に接続されており、これによりピニオンキャリア２０４と右駆動軸２２１とは一体となって自転することができる。
【０１０１】
また、電磁石２０７、パイロットクラッチ２０６、ロータークラッチ（デフケース）２０８、アーマチュア２０５、およびカム２０９によって電磁クラッチが構成されている。
【０１０２】
デフケース２０１の外歯２０１ｂは図示しないリングギアの歯車と噛み合っており、デフケース２０１はリングギアからの動力を受けて自転する。左駆動軸２２０および右駆動軸２２１の間に差動がない場合には、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂは自転せず、デフケース２０１、ピニオンキャリア２０４、およびサンギア２０３の３つの部材が一体となって回転する。つまり、リングギアから左駆動軸２２０へは、矢印Ｂで示されるように動力が伝達され、リングギアから右駆動軸２２１へは、矢印Ａで示されるように動力が伝達される。
【０１０３】
一方、左駆動軸２２０および右駆動軸２２１のうちいずれか一方、たとえば左駆動軸２２０に抵抗が加わる場合には、左駆動軸２２０と接続したサンギア２０３に抵抗が加わり、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂの各々が自転する。そして、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂの回転によってピニオンキャリア２０４の自転が速められ、左駆動軸２２０と右駆動軸２２１との間に差動が発生する。
【０１０４】
また、電磁クラッチは、左駆動軸２２０と右駆動軸２２１との間に一定以上の差動が生じると通電し、電磁石２０７によって磁界が発生される。パイロットクラッチ２０６およびアーマチュア２０５は、磁気誘導作用により電磁石２０７に引き付けられて摩擦トルクを発生する。摩擦トルクはカム２０９によりスラスト方向に変換される。そして、スラスト方向に変換された摩擦トルクにより、ピニオンキャリア２０４を介してメーンクラッチがデフケース２０８に押し付けられ、これにより差動制限トルクが発生する。スラストニードルころ軸受１３０はカム２０９で生じたスラスト方向の反力を受け、この反力をデフケース２０８に伝達する。その結果、摩擦トルクに比例したカム２０９による倍のスラスト力が発生される。このように、電磁石２０７は、パイロットクラッチ２０６のみを制御し、そのトルクを倍力機構により増幅することができ、また任意に摩擦トルクをコントロールすることができる。
【０１０５】
ここで、カム２０９とデフケース２０８との間には、スラストニードルころ軸受１３０が配置されている。また、デフケース２０８とデフケース２０８の外周側に配置される部材との間には、実施の形態１および２に係る円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂが配置されている。このように、上記実施の形態１および２に係る円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂは、デファレンシャル２００内において使用することができる。そして、トルク損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受１Ａ，１Ｂは、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるデファレンシャル２００内での使用に好適である。
【実施例】
【０１０６】
（実施例１）
円錐ころ軸受の転動疲労寿命、トルクおよび耐焼付き性について詳細に調査するための実験を行った。
【０１０７】
（転動疲労寿命試験）
試験には、ＪＩＳ規格３０２０６型番のものを用いた（内径：３０ｍｍ、外径：６２ｍｍ、幅：１７．２５ｍｍ）。まず、上記実施の形態１および２と同様の手順により内輪、外輪および円錐ころを作製した（ＳＵＪ２製、焼入温度：８５０℃、焼戻温度：２４０℃、表層部の窒素濃度：０．４質量％）。そして、作製した内輪を、上記本実施の形態に係る保持器と組合わせて円錐ころ軸受を作製した（実施例）。また、比較のため、内輪、外輪および円錐ころに対して浸炭窒化処理を施さず、上記本実施の形態に係る保持器を用いた円錐ころ軸受も作製した（比較例１、ＳＵＪ２製、焼入温度：８５０℃、焼戻温度：１８０℃、表層部の窒素濃度：０質量％）。また、内輪、外輪および円錐ころに対して上記実施例と同様に浸炭窒化処理を施し、上記本実施の形態に係る保持器ではなく従来の保持器を用いた円錐ころも作製した（比較例２）。試験では、Ｐ／Ｃ（荷重／負荷容量）が０．４となるように荷重を負荷し、内輪軌道面の面圧を２．５ＧＰａとした。潤滑油には、動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）のＡＴＦを用いた。潤滑油中には、粒径が１００〜１８０μｍの硬質異物（８００ＨＶ）を混入させた（１．０ｇ／Ｌ）。
【０１０８】
（トルク測定試験）
試験には、ＪＩＳ規格３０２０８型番のものを用いた（内径：４０ｍｍ、外径：８０ｍｍ、幅：１９．７５ｍｍ）。上記の場合と同様に、実施例および比較例の円錐ころ軸受を作製した。試験荷重（Ｆａ）は８００ｋｇｆとした。回転速度は、３５００ｍｉｎ−１とした。潤滑油には、動粘度が１５０ｍｍ２／ｓ（４０℃）のデフ油を用いた（自然循環）。測定温度は１００℃とした。
【０１０９】
（耐焼付き性試験）
試験には、ＪＩＳ規格３０２０６型番のものを用いた（内径：３０ｍｍ、外径：６２ｍｍ、幅：１７．２５ｍｍ）。上記の場合と同様に、実施例および比較例の円錐ころ軸受を作製した。試験荷重（Ｆａ）は２〜１５ｋＮとした。回転速度は、３５００ｍｉｎ−１または６５００ｍｉｎ−１とした。潤滑油には、動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）のＡＴＦを用いた。給油量は、４５ｍｌ／ｍｉｎとした。温度が１５０℃上昇するまでの時間を測定した。上記試験結果を表１に示す。
【０１１０】
【表１】
2014238153.tif 000003
【０１１１】
（転動疲労寿命試験の結果）
実施例および比較例１の結果を比べると、比較例１の場合に比べて実施例の場合には寿命が大きく向上した。この結果より、異物混入潤滑条件下での寿命においては、内輪、外輪および円錐ころの表層部における窒素濃度を０．４質量％（０．３質量％以上）にすることが有効であることが分かった。また、実施例および比較例２の結果を比べると、比較例２の場合に比べて実施例の場合には寿命が向上した。これは、上記実施の形態に係る保持器を用いることで軸受内部に滞留する潤滑油の量が制限され、当該潤滑油中に含まれる異物の量も減少するためである。この結果より、異物混入潤滑条件下での寿命においては、上記実施の形態に係る保持器を用いることが有効であることが分かった。
【０１１２】
（トルク測定試験の結果）
実施例および比較例２の結果を比べると、比較例２の場合に比べて実施例の場合にはトルク値がより小さくなった。この結果より、円錐ころ軸受の低トルク化においては、上記本実施の形態に係る保持器を用いることが有効であることが分かった。また、実施例および比較例１の結果を比べると、実施例の場合にはトルク値がより小さくなった。これは、内輪、外輪および円錐ころの表層部の窒素濃度を高めることにより焼戻し軟化抵抗が向上し、軌道輪（内輪、外輪）と円錐ころとの転がり接触部およびすべり接触部における変形量が小さくなり、その結果当該接触部の面積がより小さくなるためである。この結果より、円錐ころ軸受の低トルク化においては、軌道輪および円錐ころの表層部の窒素濃度を高めることが有効であることが分かった。
【０１１３】
（耐焼付き性試験）
実施例および比較例１の結果を比べると、比較例１の場合に比べて実施例の場合には耐焼付き性がより向上した。これは、軌道輪および円錐ころの表層部の窒素濃度を高めることにより、焼戻し軟化抵抗が向上するためである。この結果より、円錐ころ軸受の耐焼付き性の向上においては、軌道輪および円錐ころの表層部の窒素濃度を向上させることが有効であることが分かった。また、実施例および比較例２の結果を比べると、比較例２の場合に比べて実施例の場合には耐焼付き性がより向上した。これは、上記実施の形態に係る保持器を用いることで軸受が低トルク化され、軸受の温度上昇が鈍化するためである。
【０１１４】
（実施例２）
円錐ころ軸受の耐焼付き性について詳細に調査する実験を行った。まず、８５０℃のＲＸガスにアンモニアを添加した雰囲気において、内輪、外輪および円錐ころに対して浸炭窒化処理を行った（１８０分間）。これにより、内輪の大鍔面下の表層部および円錐ころの大径端面下の表層部を窒化した。そして、これらの軸受部品と上記実施の形態に係る保持器とを組合わせて円錐ころ軸受を作製した（実施例）。また、比較例として、８５０℃のＲＸガス雰囲気中で８０分間加熱してズブ焼を施した内輪、外輪および円錐ころも作製し、同様に円錐ころ軸受を作製した（比較例）。そして、実施例および比較例の円錐ころ軸受について、雰囲気温度と内輪の大鍔面の硬度との関係を調査した。上記実験結果を図１２に示す。
【０１１５】
図１２を参照して、実施例では比較例に比べて内輪の大鍔面の硬度が高く、かつ雰囲気温度の上昇による硬度の低下が小さかった。これは、内輪の大鍔面下の表層部および円錐ころの大径端面下の表層部において高濃度の窒素が固溶することで残留オーステナイトが安定化し、その結果焼戻し軟化低下が向上したためである。
【０１１６】
（実施例３）
経年寸法変化に及ぼす残留オーステナイト量の影響を調査する実験を行なった。ＳＵＪ２を素材として、外径（φ）６０ｍｍ、内径（φ）５４ｍｍ、幅（ｔ）１５ｍｍのリング状試験片を、焼入温度、焼戻温度、および表層部の窒素濃度を変化させて作製した。この試験片に対して、２３０℃に加熱して２時間保持する熱処理を実施し、当該熱処理前後での外径の寸法差を熱処理前の外径で除して経年寸法変化率を算出した。試験結果を表２に示す。一方、上記試験片の残留オーステナイト量の分布を図１３に示す。この図１３の残留オーステナイト量の分布から試験片内の平均値を算出するとともに、先に算出した対応する試験片の経年寸法変化率との関係を調査した。試験片全体の平均残留オーステナイト量と経年寸法変化率との関係を図１４に示す。
【０１１７】
【表２】
2014238153.tif 000004
【０１１８】
表２および図１４を参照して、焼戻温度を２１０℃にまで上昇させて試験片全体の平均残留オーステナイト量を低減することにより、経年寸法変化率を低減できることが確認される。そして、平均残留オーステナイト量を２０体積％以下、好ましくは１５体積％以下とすることが経年寸法変化率低減の観点からは有効で、特に１１体積％以下とすることにより、経年寸法変化率を１００×１０−５未満にまで低減できることが分かる。
【０１１９】
（実施例４）
接触面下の表層部における炭窒化物の分布状態を調査する実験を行なった。上記実施の形態の場合と同様の手順において、浸炭窒化処理の際の炭素の活量を調整して、炭化物の固溶による消失を抑制した条件でＳＵＪ２からなる試験片を作製した。具体的には、焼入温度は８５０℃、焼戻温度は１８０℃、表層部の窒素濃度は０．３質量％とした（条件１）。一方、比較のため、表面付近に脱炭が生じる条件で同様に試験片を作製した（比較例）。条件１および比較例の試験片における表面付近の炭素濃度および窒素濃度の分布を、それぞれ図１５および図１６に示す。
【０１２０】
図１５および図１６を参照して、比較例の試験片では表面付近の炭素濃度が低下し、脱炭が確認されるのに対し、条件１の試験片では表面付近の炭素濃度は内部とほぼ同等のレベルが維持されている。比較例の表層部のＳＥＭ写真および条件１の表層部のＳＥＭ写真を、それぞれ図１７および図１８に示す。また、焼入温度を８８０℃、焼戻温度を２１０℃、表層部の窒素濃度を０．３質量％とした試験片（条件２）の表層部のＳＥＭ写真を図１９および図２０に示す。
【０１２１】
ここで、条件１および２について、表層部のＳＥＭ写真（表面に垂直な断面のＳＥＭ写真）に基づいて、析出強化に寄与すると考えられる直径０．５μｍ以下の炭窒化物の個数を算出した。表３に算出結果を示す。
【０１２２】
【表３】
2014238153.tif 000005
【０１２３】
１００μｍ２内の領域に存在する炭窒化物の個数を各試験片について３回（３箇所）調査し、その平均値を算出した。表３に示すように、条件１および２においては、直径０．５μｍ以下の炭窒化物が１００μｍ２内に５個以上存在していることが確認された。
【０１２４】
（実施例５）
保持器による円錐ころ軸受の低トルク化について調査する実験を行った。図２に示した保持器２０を用いた円錐ころ軸受（実施例１）と、図４に示した保持器２０を用いた円錐ころ軸受(実施例２）とを準備した。また、比較のため、ポケットに切欠きが設けられていない保持器を用いた円錐ころ軸受（比較例１）と、ポケットの狭幅側の柱部に切欠けが設けられていない保持器を用いた円錐ころ軸受（比較例２）を準備した。各円錐ころ軸受の寸法は、外径が１００ｍｍ、内径が４５ｍｍ、幅が２７．２５ｍｍであり、ポケットの切欠きを除いた部分は同じである。
【０１２５】
上記実施例および比較例の円錐ころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。この試験において、アキシアル荷重は３００ｋｇｆとした。回転速度は、３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）とした。潤滑油には７５Ｗ−９０を用い、油浴潤滑を行った。図２１に、上記トルク測定試験の結果を示す、図２１において、縦軸はポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例１のトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例２もトルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けた実施例１は、この比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例２は、さらに優れたトルク低減効果が認められる。
【０１２６】
また、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、実施例１が９．５％、実施例２が１１．５％であり、デファレンシャルやトランスミッションなどにおける高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例２の回転速度２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は８．０％である。
【０１２７】
（実施例６）
軸受部品の特性に及ぼす熱処理条件等の影響を調査する実験を行なった。まず、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる平板を準備し、８００℃で１時間予熱した後、ＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中において８５０℃に加熱し、４時間保持することにより浸炭窒化処理した。その後、浸炭窒化処理における加熱温度である８５０℃から、そのまま上記平板を焼入油中に浸漬することにより焼入硬化させた。さらに、当該平板に対して種々の温度で焼戻処理を施した。得られた平板に対して直径１９．０５ｍｍのＳＵＪ２製標準転がり軸受用鋼球を荷重３．１８ｋＮ（最大接触面圧４．４ＧＰａ）で押し付け、１０秒間保持した後、除荷した。そして、この鋼球の押し付けによって平板に形成された圧痕の深さを測定することにより、耐圧痕性を調査した。また、同じ試験片について、ロックウェル硬度計にて表面硬度を測定した。耐圧痕性の調査結果を図２２に、硬度の測定結果を図２３に示す。
【０１２８】
図２２および図２３を参照して、焼戻温度が高くなるにつれて表面硬度が低下する一方で、圧痕深さは極小値を有している。具体的には、焼戻温度を２４０℃以上３００℃以下とすることにより、圧痕深さが０．２μｍ以下となっている。このことから、耐圧痕性を向上させる観点からは、焼戻温度は２４０℃以上３００℃以下とすることが好ましいといえる。
【０１２９】
ここで、上記焼戻温度の最適値は、以下のようにして決定されているものと考えられる。焼入処理を行なうと、鋼の素地には炭素が固溶した状態となる。一方、焼戻処理を行なうと、素地中に固溶した炭素の一部が炭化物（たとえばＦｅ３Ｃ）として析出する。このとき、焼戻処理の温度が高くなるほど鋼の降伏強度に対する固溶強化の寄与が低下するとともに、析出強化の寄与が大きくなる。そして、２４０℃以上３００℃以下の温度域で焼戻処理を実施することにより、これらの強化機構のバランスが最適となり、降伏強度が極大値をとるため、耐圧痕性が特に高くなる。
【０１３０】
また、上記圧痕深さの測定の場合と同様に圧痕を押し付けることによる鋼の変形に基づいて測定される表面硬度が単調減少するにもかかわらず、耐圧痕性が極大値をとる理由は以下の通りであると考えられる。
【０１３１】
図２４は、上記各焼戻温度における上記熱処理条件で浸炭窒化処理のみ省略した処理を施した引張り試験（ＪＩＳ  Ｚ２２０１  ４号試験片）の真応力と真ひずみとの関係を示す図である。図２４は、ｎ乗硬化弾塑性体でモデル化した真応力−真ひずみ線図である。σＹ降伏応力を境目に次式の通り特性が異なる。
【０１３２】
【数１】
2014238153.tif 000006
【０１３３】
ここで、σは真応力、Ｅはヤング率、εは真ひずみ、Ｋは塑性係数、ｎは加工硬化指数、σＹは降伏応力である。ただし、ヤング率Ｅは共振法で実測し、加工効果指数ｎおよび組成係数Ｋは、引張試験により実測した。そして、これらを上記２式に代入し、交点をσＹとした。
【０１３４】
ここで、圧痕深さの測定における真ひずみの水準は、図２４における領域αに相当するのに対し、硬度測定における真ひずみの水準は、図２４における領域β以上に相当する。そして、図２５を参照して、圧痕深さの測定領域に対応する領域αにおける降伏点を確認すると、焼戻温度が２４０℃〜３００℃の範囲において降伏点が高くなっており、これよりも低温の場合、降伏点が低下している。一方、図２４を参照して、表面硬度の測定領域に対応する領域βを確認すると、同じひずみ量を与えようとすると、焼戻温度が低くなるにつれ大きな応力が必要となることが分かる。このような現象に起因して、焼戻温度が１８０℃〜２２０℃の場合に比べて硬度が低下するにもかかわらず、焼戻温度を２４０℃〜３００℃とすることにより、耐圧痕性が向上するものと考えられる。
【０１３５】
また、焼戻温度のほか、表面窒素濃度および焼入温度を変化させた条件で熱処理した試験片について、表面の残留オーステナイト量、圧痕深さ、寿命、リング圧砕強度、経年変化率を調査した。
【０１３６】
ここで、圧痕深さは、上記の場合と同様に測定した。圧痕深さが０．２μｍ未満の場合をＢ、０．２〜０．４μｍの場合をＣ、０．４μｍ以上の場合をＤと評価した。寿命は、圧痕深さの測定の場合と同様の条件にて軌道面に圧痕を形成した後、清浄油潤滑のもとで油膜パラメータが０．５となる条件で、軸受がトランスミッションに使用される場合の荷重条件を模擬して実施した。そして、焼入温度８５０℃、焼戻温度２４０℃、表面窒素量０．４質量％の試験片の寿命を基準（Ｂ）として、基準寿命よりも長い場合をＡ、短い場合をＣ、著しく短い場合をＤと評価した。リング圧砕強度は、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、幅１５のリングを作製し、これを径方向に平板にて圧縮し亀裂が発生した荷重を調査することにより評価した。亀裂発生時の荷重が５０００ｋｇｆ以上の場合をＡ、３５００〜５０００ｋｇｆの場合をＢ、３５００ｋｇｆ未満の場合をＤと評価した。また、経年変化率は、試験片を２３０℃で２時間保持し、当該熱処理前からの外径寸法変化量を測定することにより評価した。変化量が１０．０×１０５以下の場合をＡ、１０．０×１０５〜３０．０×１０５の場合をＢ、３０．０×１０５〜９０．０×１０５の場合をＣ、９０．０×１０５以上の場合をＤと評価した。試験結果を表４に示す。
【０１３７】
【表４】
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【０１３８】
表４を参照して、表面窒素濃度が０．２５〜０．５質量％、焼入温度が８２０〜８６０℃、焼戻温度が２４０〜３００℃の条件をすべて満たす試験片において、上記全ての項目において優れた評価が得られている。
【０１３９】
（実施例７）
円錐ころ軸受の耐圧痕性および転動疲労寿命をより詳細に調査する実験を行った。
【０１４０】
（耐圧痕性試験）
試験には、ＪＩＳ規格３０２０６型番のものを用いた。ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材からなる内輪、外輪および円錐ころを準備し、これらに対して浸炭窒化処理、焼入処理および焼戻処理を順に施した。焼入温度は８５０℃とし、焼戻温度は２４０℃とし、表層部の窒素濃度は０．４質量％とした（実施例）。また、比較のため、内輪、外輪および円錐ころに対して浸炭窒化処理を行わず、焼戻温度を低く設定した場合についても調査した（比較例）。この場合、焼入温度は８５０℃とし、焼入温度は１８０℃とし、表層部の窒素濃度は０質量％とした。そして、内輪の軌道面および円錐ころの転動面に対して４．５ＧＰａの荷重を負荷した場合の圧痕深さを調査した。
【０１４１】
比較例では、内輪軌道面の圧痕深さが０．４２〜０．５３μｍ（１０個平均が０．４５μｍ）であり、転動面の圧痕深さが０．２３〜０．４４μｍ（１０個平均が０．３μｍ）であった。これに対して、実施例では、内輪軌道面の圧痕深さが０．１１〜０．２３μｍ（１０個平均が０．１４μｍ）であり、転動面の圧痕深さが０．０５〜０．１２μｍ（１０個平均が０．７３μｍ）であった。
【０１４２】
（転動疲労寿命試験）
試験には、ＪＩＳ規格３０２０６型番のものを用いた。ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材からなる内輪、外輪および円錐ころを準備し、これに対して浸炭窒化処理、焼入処理および焼戻処理を順に施した。焼入温度は８５０℃とし、焼入温度は２４０℃とし、表層部の窒素濃度は０．４０５質量％とした（実施例）。また、比較のため、内輪、外輪および円錐ころに対して浸炭窒化処理を行わず、焼戻温度を低く設定した場合についても調査した（比較例）。この場合、焼入温度は８５０℃とし、焼入温度は１８０℃とし、表層部の窒素濃度は０質量％とした。試験では、Ｐ／Ｃ（荷重／負荷容量）が０．４となるように荷重を負荷し、内輪軌道面の面圧を２．５ＧＰａとした。潤滑油には、動粘度が３０ｍｍ２／ｓ（４０℃）のＡＴＦを用いた。潤滑油中には、粒径が１００〜１８０μｍの硬質異物（８００ＨＶ）を混入させた（１．０ｇ／Ｌ）。
【０１４３】
比較例では寿命が４９．５〜９６．５ｈ（１０個によるＬ１０＝４１．２ｈ）であったのに対して、実施例では寿命が５３．１〜１１３．２ｈ（６個によるＬ１０＝５１．０ｈ）であった。
【０１４４】
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】
【０１４５】
本発明の円錐ころ軸受は、耐焼付き性および寿命の向上が要求される円錐ころ軸受において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【０１４６】
１Ａ，１Ｂ  円錐ころ軸受、１２０Ａ，１２０Ｂ  転がり軸受、１３０  スラストニードルころ軸受、１１ａ，３１ａ  外輪転走面、１２ａ，３２ａ  内輪転走面、１１，３１  外輪、１２，３２  内輪、１２ｂ，３２ｂ  小鍔、１２ｂ１，３２ｂ１  小鍔面、１２ｃ，３２ｃ  大鍔、１２ｃ１，３２ｃ１  大鍔面、１２ｄ，３２ｄ  内径表面、１３ａ，３３ａ  転動面、１３ｂ，３３ｂ  小径端面、１３ｃ，３３ｃ  大径端面、１４  鍔、２０，４０  保持器、２１  小環状部、２２  大環状部、２３  柱部、２４  ポケット、１００  マニュアルトランスミッション、１１１  入力シャフト、１１２  出力シャフト、１１３  カウンターシャフト、１１４ａ〜１１４ｋ  ギア、１１５  ハウジング、２００  デファレンシャル、２０１，２０８  デフケース、２０１ａ  歯、２０１ｂ  外歯、２０２ａ，２０２ｂ  ピニオンギア、２０２ｃ，２０２ｄ  回転軸、２０３  サンギア、２０４  ピニオンキャリア、２０５  アーマチュア、２０６  パイロットクラッチ、２０７  電磁石、２０９  カム、２２０  左駆動軸、２２１  右駆動軸。
【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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