(57)【要約】【課題】  異物混入潤滑下で使用しても寿命の長い円すいころ軸受を、低コストで提供する。【解決手段】  円すいころ軸受のころ３を、Ｃ含有率が０．３〜１．２質量％、Ｓｉ含有率が０．４〜２．０質量％、Ｍｎ含有率が０．２〜２．０質量％、Ｃｒ含有率が０．５〜２．０質量％である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とを施すことにより作製する。そして、ころ３の転がり面および大径側鍔部１０Ａとの摺接面をなす表層部のＮ含有率を０．２０〜２．００質量％とし、ＣおよびＮの合計含有率を１．２０〜３．００質量％とし、硬さをＨｖ７５０〜９００とし、残留オーステナイト量を５〜２０体積％とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪および外輪の間に転動自在に配設される円すい形状の複数のころと、を備え、前記内輪の外周面端部には、前記ころの軸方向端面のうち大径側端面と摺接する内側面を有する大径側鍔部が形成されている円すいころ軸受において、
前記ころは、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．４質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、
その転がり面および前記大径側鍔部との摺接面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下、ＣおよびＮの合計含有率が１．２０質量％以上３．００質量％以下、硬さがＨｖ７５０以上Ｈｖ９００以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下となっていることを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】
前記ころの転がり面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１２μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
【請求項３】
前記大径側鍔部の内側面の表面粗さσ1 と前記ころの大径側端面の表面粗さσ2 との合成粗さσ＝√( σ12＋σ22）は、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受の転動体および内外輪としては、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）等の軸受鋼鋼材に焼入れおよび焼戻し処理を施して、表面硬さをＨＲＣ５８〜６２（Ｈｖ６５０〜７４０）程度に硬化させることにより、必要な転がり疲れ寿命が付与されたものが用いられている。
このような転がり軸受の定格疲れ寿命は、玉軸受では下記（１）式で算出され、ころ軸受では下記（２）式で算出される。
Ｌ1 ＝（Ｃ／Ｐ）3                                               ・・・（１）
Ｌ2 ＝（Ｃ／Ｐ）10/3                                            ・・・（２）
【０００３】
但し、（１），（２）式中、Ｌ1 は玉軸受の定格疲れ寿命、Ｌ2 はころ軸受の定格疲れ寿命、Ｃは基本動定格荷重、Ｐは軸受荷重を示す。
近年、製鋼技術の飛躍的な進歩に伴い、鋼の清浄度が格段に向上したことによって、清浄な油浴潤滑下では、上記定格疲れ寿命を満足せずに早期に転がり疲れによる剥離が生じることはほとんどなくなってきている。しかしながら、自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械のトランスミッション（変速機）、エンジン、および減速機等で使用される転がり軸受は、潤滑油中に金属の切粉、削り屑、バリ、および摩耗粉が混入する潤滑環境下（以下、「異物混入潤滑下」と記す。）で使用される場合が多い。このため、これらの用途の転がり軸受では、上述した定格疲れ寿命に達する前に表面起点型のフレーキング（以下、「表面起点型剥離」と記す。）が生じる場合がある。
【０００４】
このような表面起点型剥離を抑制するために、特許文献１では、軌道輪および転動体の少なくとも一つについて、Ｃ含有率が０．２〜１．０質量％で、Ｃｒ、Ｍｏ、およびＶの合計含有率が１質量％以上の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化・硬化熱処理を施すことにより、その表面層に存在する炭窒化物の単位面積当たりの面積率を１０％以上とし、前記表面層に存在する最大炭窒化物径を３μｍ以下とし、前記表面層の残留オーステナイト量を２５〜４５体積％とし、前記表面層の表面硬さをＨｖ７５０以上とすることが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、軌道輪および転動体の少なくとも一つについて、炭化物形成元素を含有し、転がり面をなす表面層の残留オーステナイト量（γR ）を２０〜４５体積％とし、平均粒径０．５〜１．５μｍの微細炭化物または炭窒化物の分散強化により、前記表面層の表面硬さ（Ｈｖ）を、前記残留オーステナイト量に対して下記（３）式の範囲内の合金鋼から構成することが提案されている。
−４．７×（γR ）＋９２０≦（Ｈｖ）≦−４．７×（γR ）＋１０２０・・・（３）
【０００６】
さらに、非特許文献１では、潤滑油中の異物による表面損傷とこの表面損傷を起点とするフレーキングの発生メカニズムや、残留オーステナイトによる圧痕縁への応力集中低減効果と寿命延長効果との関係について報告されている。  
ところで、転がり軸受の一つである円すいころ軸受は、外周面に円すい凸面状の内輪軌道面を有する内輪と、内周面に円すい凹面状の外輪軌道面を有する外輪と、これらの両軌道面間に転動自在に配設される円すい形状の複数のころと、を備えている。そして、内輪の外周面端部には、ころの軸方向端面のうち大径側端面と対向する内側面を有する大径側鍔部と、小径側端面と対向する内側面を有する小径側鍔部と、が形成されている。
【０００７】
この円すいころ軸受では、内外輪の相対回転に伴ってころが転動することにより、ころの大径側端面と大径側鍔部の内側面とが摺接し、この摺接面でスラスト荷重を支持するようになっている。よって、円すいころ軸受は、玉軸受と比較して高剛性で高負荷容量ではあるが、トルクが大きくなるため、例えば高速回転域等の苛酷な条件下で使用される場合には、前記摺接面に焼付きが生じ易いという問題がある。
【０００８】
特許文献３には、内輪、外輪、およびころの少なくとも一つについて、Ｃ含有率が０．２〜０．５質量％、Ｍｎ含有率が０．５〜１．２質量％、Ｃｒ含有率が０．５〜２．０質量％である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とを施すことにより、軌道面および／または転動面の表層部のＣ含有率を０．７〜１．２質量％とし、前記表層部の残留オーステナイト量を２０．０〜４０．０体積％とし、前記表層部の硬さをＨｖ７００以上とすることが記載されている。
【特許文献１】特開平５−７８８１４号公報
【特許文献２】特開平４−２６７５２号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３４６１号公報
【非特許文献１】”Ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ｂｅａｒｉｎｇｓ  Ｕｎｄｅｒ  Ｃｌｅａｎ  Ｌｕｎｂｒｉｃａｔｉｏｎ”，ＡＳＴＥＭ−ＳＴＰ１１９５（１９９３），ｐ１９９〜２１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、省エネルギー化を目的として、輸送機器や構造物の軽量化や鉄鋼材料のさらなる高強度化が求められてきている。また、装置の高性能化や低トルク化に伴って、潤滑環境が苛酷になってきている。さらに、装置の低コスト化も求められている。
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載の軸受には、異物混入潤滑下での表面起点型剥離を抑制するという点でさらなる改善の余地がある。
【００１０】
また、上述した特許文献３に記載の軸受には、ころと大径側鍔部との摺接面での焼付きを抑制するという点でさらなる改善の余地がある。
さらに、上述した特許文献３に記載の軸受を異物混入潤滑下で使用する場合には、ころだけでなく軌道輪も強化しないと、転がり面の表面起点型剥離を抑制することは難しい。よって、この特許文献３に記載の軸受には、低コストで寿命を長くするという点でもさらなる改善の余地がある。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、特に、異物混入潤滑下で使用しても寿命の長い円すいころ軸受を低コストで提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪および外輪の間に転動自在に配設された円すい形状の複数のころと、を備え、前記内輪の外周面端部には、前記ころの軸方向端面のうち大径側端面と摺接する内側面を有する大径側鍔部が形成されている円すいころ軸受において、前記ころは、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．４質量％以上２．０質量％以下、Ｍｎ含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、その転がり面および前記大径側鍔部との摺接面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下、ＣおよびＮの合計含有率が１．２０質量％以上３．００質量％以下、硬さがＨｖ７５０以上Ｈｖ９００以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下となっていることを特徴とする円すいころ軸受を提供する。
なお、前記表層部とは、表面から所定深さ（例えば、ころの最大径の２％の深さ）までの範囲を指す。
【００１２】
本発明の円すいころ軸受では、上述した特定の鋼からなる素材をころの形状に加工した後、以下に示す熱処理を施すことで、その転がり面および大径側鍔部との摺接面をなす表層部の残留オーステナイト量と、硬さと、Ｎ含有率およびＣ含有率とを特定した。これにより、円すいころ軸受のころとして必要な転がり疲れ寿命が得られるとともに、ころの転がり面に表面起点型剥離が生じ難くなり、且つ、ころの大径側鍔部との摺接面に焼付きが生じ難くなる。
【００１３】
以下、本発明の各数値限定の理由と、熱処理方法について説明する。
〔Ｃ含有率：０．３質量％以上１．２質量％以下〕
Ｃ（炭素）は、鋼に必要な強度と寿命を付与する作用を有する。Ｃ含有率が少な過ぎると、円すいころ軸受のころとして必要な強度が得られないだけでなく、浸炭窒化処理を行う際に、ころの転がり面および大径側鍔部との摺接面として必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、生産コストが増大する。このため、Ｃ含有率は０．３質量％以上、好ましくは０．６質量％以上とする。
一方、Ｃ含有率が多過ぎると、製鋼時に巨大な炭化物が生成されて、その後の焼入れ特性や転がり疲れ寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、ヘッダー加工性が低下してコストの上昇を招く。よって、Ｃ含有率は１．２質量％以下とする。
【００１４】
〔Ｓｉ含有率：０．４質量％以上２．０質量％以下〕
Ｓｉ（ケイ素）は、製鋼時に脱酸剤としての作用を有するとともに、基地であるマルテンサイトを強化し、且つ、焼戻し軟化抵抗性を高め、転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、浸炭窒化処理を行う際に、前記表層部に必要なＮ含有率と残留オーステナイト量を付与する作用も有する。これらの作用を得るために、Ｓｉ含有率は０．４質量％以上、好ましくは０．５質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有率が多過ぎると、ヘッダー加工性および被削性等が低下するだけでなく、浸炭窒化処理特性が低下して、必要な硬化層深さが得られず、前記表層部のＮ含有率、ＣおよびＮの合計含有率および残留オーステナイト量を本発明の範囲内に出来なくなる。よって、Ｓｉ含有率は２．０質量％以下、好ましくは１．５質量％以下とする。
【００１５】
〔Ｍｎ含有率：０．２質量％以上２．０質量％以下〕
Ｍｎ（マンガン）は、Ｓｉと同様に、製鋼時に脱酸剤としての作用を有する他、焼入れ性を向上させ、且つ、転がり疲れ寿命に有効な残留オーステナイト量の生成を促進する作用を有する。これらの作用を得るために、Ｍｎ含有率は０．２質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有率が多過ぎると、ヘッダー加工性および被削性が低下するだけでなく、熱処理後に多量の残留オーステナイトが存在して、良好な転がり疲れ寿命が得られなくなる。よって、Ｍｎ含有率は２．０質量％以下、好ましくは０．７質量％以下とする。
【００１６】
〔Ｃｒ含有率：０．５質量％以上２．０質量％以下〕
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有する。また、Ｃｒは、高硬度の微細な炭化物または炭窒化物を形成して、円すいころ軸受のころとして必要な硬さを付与するとともに、熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制し、転がり疲れ寿命を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、Ｃｒ含有率は０．５質量％以上、好ましくは１．３質量％以上とする。
一方、Ｃｒ含有率が多過ぎると、製鋼時に巨大な炭化物が生成されて、その後の焼入れ特性や転がり疲れ寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、ヘッダー加工性および被削性が低下して生産コストの上昇を招く。よって、Ｃｒ含有率は２．０質量％以下、好ましくは１．６質量％以下とする。
【００１７】
〔鋼のその他の構成成分について〕
本発明で使用する鋼は、上述した元素に加えて、Ｃｒと同様の作用を有するＭｏ（モリブデン）やＶ（バナジウム）等の炭化物形成促進元素を、素材費の上昇や加工性の低下によるコスト上昇を招かない範囲で含有してもよい。ＭｏやＶの含有率は、合計で４．０質量％以下とすることが好ましい。
また、本発明で使用する鋼において、上述した必須成分（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ）および選択的に含有させるＭｏやＶ以外は、実質的にＦｅ（鉄）からなるが、不可避不純物として、Ｓ（硫黄），Ｐ（リン），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｏ（酸素）等が含有されていてもよい。これらの元素は、表面起点型の破損に対して特に際立った抑制効果はないと言われているが、鋼の品質が著しく悪い場合には、これらが起点となって内部起点型の破損が生じる。このため、不可避不純物の含有率は、コストの著しい上昇を招かない範囲で、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼の清浄度規制を満たす品質レベルとする。
【００１８】
〔表層部のＮ含有率：０．２０質量％以上２．００質量％以下〕
Ｎ（窒素）は、基地に固溶して、前記表層部に必要な強度を付与するとともに、前記表層部に必要な残留オーステナイトを存在させる作用を有する。また、Ｎは、窒化物や炭窒化物を形成して、摩擦・摩耗特性を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、前記表層部のＮ含有率は０．２０質量％以上、好ましくは０．５０質量％以上とする。一方、前記表層部のＮ含有率が多過ぎると、窒化物や炭窒化物の析出量が増大して、前記表層部に必要な残留オーステナイトを存在させられなくなるとともに、焼入れ性が低下して十分な耐疲労性が得られなくなる。よって、前記表層部のＮ含有率は２．００質量％以下とする。
【００１９】
〔表層部のＣおよびＮの合計含有率：１．２０質量％以上３．００質量％以下〕  
Ｃ（炭素）は、Ｎと同様に、前記表層部に必要な強度と残留オーステナイト量を付与するとともに、摩擦・摩耗特性を向上させる作用を有する。この作用を得るために、前記表層部のＣ含有率は、ＣおよびＮの合計含有率で１．２０質量％以上、好ましくは１．５０質量％以上となるようにする。一方、前記表層部のＣ含有率が多過ぎると、巨大な炭化物が生成されて、転がり疲れ寿命が低下する。よって、前記表層部のＣ含有率は、ＣおよびＮの含有率で３．００質量％以下となるようにする。
【００２０】
〔表層部の残留オーステナイト量：５体積％以上２０体積％以下〕
前記表層部に存在する残留オーステナイトは、転がり面に生じた圧痕に起因する応力集中を緩和する作用を有する。この作用を得るために、前記表層部の残留オーステナイト量は５体積％以上、好ましくは８体積％以上とする。一方、前記表層部の残留オーステナイト量が多過ぎると、ころに表面起点型剥離が生じ難くなるが、耐疲労特性が得られなくなったり、表面硬さが低下したりするため、上述した接線力を小さくすることによる寿命延長効果が得られなくなる。よって、前記表層部の残留オーステナイト量は２０体積％以下とする。
【００２１】
〔表層部の硬さ：Ｈｖ７５０以上Ｈｖ９００以下〕
前記表層部の硬さは、異物の噛み込みによる圧痕の発生を抑制することにより、圧痕縁に作用する接線力の増大を抑制するために、Ｈｖ７５０以上とする。一方、前記表層部が硬過ぎると、十分な残留オーステナイト量が確保できなくなったり、かえって靱性が低下する場合もあるため、前記表層部の硬さはＨｖ９００以下とする。
【００２２】
〔熱処理について〕
まず、上述した特定の鋼からなる線材（素材）にヘッダー加工および粗施削加工等を施すことにより、所定形状に加工した後、混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）を導入した炉内で数時間加熱保持することにより、浸炭窒化処理を行う。
この浸炭窒化処理は、焼入れ後の前記表層部の残留オーステナイト量および硬さを本発明の範囲内にできるように、ＮとＣを基地組織に固溶させるとともに、焼入れ後の前記表層部に摩耗・摩擦低減効果の高い窒化物や炭窒化物を析出分散させることを目的として行われる。
【００２３】
ここで、アンモニアガスは処理温度が高くなる程分解し易くなる。アンモニアガスが分解し易くなると、混合ガス中の残留アンモニアガスの濃度が小さくなり、前記表層部に本発明の範囲内のＮ含有率が得られなくなる。一方、処理温度が低くなると、基地組織に十分な炭素や窒素を固溶させることができないため、前記表層部に耐疲労特性と本発明の範囲内の残留オーステナイト量が得られなくなる。よって、浸炭窒化処理は、雰囲気温度８２０〜８５０℃程度で行うことが好ましい。
【００２４】
次に、焼入れ処理を行った後、マルテンサイト組織の安定化のために２００〜２６０℃程度の焼戻し処理を行う。次に、研削加工およびバレル加工等を行うことにより、所望の形状とするとともに、ころの転がり面および大径側鍔部との摺接面になる大径側端面を以下に示す表面粗さに仕上げる。
また、本発明の円すいころ軸受において、前記ころの転がり面の表面粗さを、算術平均粗さＲａで０．１２μｍ以下、好ましくは０．１０μｍ以下とすることにより、異物混入潤滑下における寿命をさらに長くできる。
【００２５】
ここで、前記ころの表面粗さ（Ｒａ）が０．１２μｍを超えると、圧痕の盛り上がり部において、金属接触が生じ、ころと内外輪との間に作用する接線力が大きくなるため、十分な寿命延長効果が得られなくなる。
さらに、本発明の円すいころ軸受において、前記大径側鍔部の内側面の表面粗さσ1 と前記ころの大径側端面の表面粗さσ2 との合成粗さσ＝√( σ12＋σ22）を、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１５μｍ以下とすることにより、ころと大径側鍔部との摺接面の焼付き寿命をさらに長くできる。
ここで、前記合成粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍを超えると、金属接触し易くなって、耐焼付き性が低下する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の円すいころ軸受によれば、ころを構成する鋼からなる素材と、その転がり面および大径側鍔部との摺接面をなす表層部のＮ含有率，ＣおよびＮの合計含有率，残留オーステナイト量，硬さとを特定することにより、ころ自身のみならず、内外輪の表面起点型剥離も抑制できるとともに、ころと大径側鍔部との摺接面での焼付きを抑制できる。よって、異物混入潤滑下で使用した場合でも、寿命を長くできる。
また、ころを変えるだけで円すいころ軸受の寿命を長くできるため、装置の低コスト化も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１に示す呼び番号Ｌ４４６４９／６１０の円すいころ軸受（外径：５０．２９２ｍｍ，内径：２６．９８８ｍｍ，幅：１４．２２４ｍｍ）を以下のようにして作製した。
この円すいころ軸受は、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、円すい形状の複数のころ３と、保持器４と、からなる。内輪１の外周面端部には、大径側鍔部１０Ａと小径側鍔部１０Ｂとが形成されている。ころ３は、大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａに案内されながら両軌道面１ａ，２ａ間を転動する。また、ころ３の大径側端面３ａと大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａとは、ころ３の転動に伴って摺接するようになっている。
【００２８】
円すいころ軸受のころ３は、以下のようにして作製した。
まず、表１に示す各含有率のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを含む鋼からなる線材（素材）に、ヘッダー加工および粗施削加工を施すことにより、ころの形状に加工した。
次に、これらに表１に示す各方法の熱処理を施した。次に、これらに研削仕上げ加工および超仕上げ加工を施すことにより、ころ３の外周面（転がり面）と大径側端面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を調節した。表１に示す「合成粗さ」とは、ころ３の大径側端面３ａの表面粗さσ1 （Ｒａ）と大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａの表面粗さσ2 （Ｒａ）とから算出した合成粗さσ＝√（σ12＋σ22）を示す。
【００２９】
なお、表１に「浸炭窒化→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８３０℃で３時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、１６０〜２４０℃の範囲の所定温度で２時間保持することにより焼戻しを行った。
また、表１に「焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス雰囲気中において、８４０℃で０．５時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１６０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
【００３０】
さらに、表１に「浸炭→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気中において、８４０℃で３時間保持することにより浸炭を行った後、油焼入れを行った。次に、１６０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
このようにして得られたころ３において、その転がり面および大径側端面３ａ（大径側鍔部１０Ａとの摺接面））をなす表層部（表面から５０μｍの深さ部分）のＮ含有率およびＣ含有率 (質量比）を、電子線マイクロアナライザ (ＥＰＭＡ）により測定した。この結果を、表１に併せて示した。
【００３１】
また、前記表層部の残留オーステナイト量γR ( 体積比）を、Ｘ線回折装置により測定した。この結果を、表１に併せて示した。
さらに、前記表層部の硬さ（Ｈｖ）を、荷重９．８Ｎを加えた条件下でビッカース硬度計を用いて測定した。この結果を、表１に併せて示した。
このようにして得られた円すいころ軸受のころ３と、ＳＵＪ２製で焼入れおよび焼戻しが施された内輪１および外輪２と、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）製のプレス保持器４とを用いて、円すいころ軸受を組み立てた。なお、内輪１は、大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａの表面粗さ（Ｒａ）が０．０８〜０．２０μｍに調整されたものを用いた。
【００３２】
次に、これらの円すいころ軸受を用いて、異物混入潤滑下で使用することを想定した以下の条件で寿命試験を行った。なお、この試験は、内輪１、外輪２、およびころ３の少なくとも一つにフレーキングが発生するまで行い、このフレーキングが発生するまでの累積応力繰り返し回転数を寿命として測定した。
異物混入潤滑下での寿命試験の結果は、各サンプルについてそれぞれ１０回の寿命試験を行い、ワイブル分布関数に基づくＬ10寿命を計算して、Ｎｏ．２０のＬ10寿命を１とした時の比を、表１に併せて示した。また、この試験結果から、図２に示すように、ころ３の前記表層部のＮ含有率と異物混入潤滑下での寿命との関係を示すグラフを作成した。さらに、この試験結果から、図４に示すように、ころ３の転がり面の表面粗さと異物混入潤滑下での寿命との関係を示すグラフを作成した。
【００３３】
〔異物混入潤滑下での寿命試験条件〕
荷重比（Ｐ／Ｃｒ）：０．４３
回転速度：４０００ｍｉｎ-1
潤滑油：♯６８タービン油
混入異物：（組成）Ｆｅ3 Ｃ
（硬さ）Ｈｖ８７０
（粒径）７４〜１４７μｍ
（混入量）潤滑油中に３００ｐｐｍとなるように混入
【００３４】
次に、上述した円すいころ軸受について、以下の条件で焼付き試験を行った。この焼付き試験は、潤滑油を供給しつつ所定時間内輪１を運転した後潤滑油の供給を停止し、さらに内輪１を回転させることにより行った。なお、この試験は、トルクが急上昇するまでの時間を焼付き寿命として測定した。
焼付き寿命試験の結果は、各サンプルについてそれぞれ５回の焼付き試験を行い、ワイブル分布関数に基づくＬ10寿命を計算して、比較例であるＮｏ．２０のＬ10寿命を１とした時の比を、表１に併せて示した。また、この試験結果から、図３に示すように、ころ３の前記表層部のＮ含有率と焼付き寿命との関係を示すグラフを作成した。さらに、この試験結果から、図５に示すように、ころ３の大径側端面３ａおよび大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａの合成粗さと焼付き寿命との関係を示すグラフを作成した。
〔焼付き寿命試験条件〕
スラスト荷重：４０００Ｎ
回転速度：６０００ｍｉｎ-1
潤滑油：ギア油（４０℃における動粘度：１８０ｍｍ2 ／ｓ）
給油停止前の潤滑油供給量：４８０ｃｃ／ｍｉｎ
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、ころ３を本発明の構成 (鋼中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの含有率と、前記表層部のＮ含有率，Ｃ＋Ｎ含有率，残留オーステナイト量，硬さ）とした発明例Ｎｏ．１〜１９では、ころ３を本発明の構成外とした比較例Ｎｏ．２０〜２８と比べて、異物混入潤滑下での寿命が長くなっていた。また、発明例Ｎｏ．１〜１９の焼付き寿命は、比較例Ｎｏ．２０〜２８と同程度か、より長くなっていた。
【００３７】
図２に示すように、ころ３の表層部のＮ含有率を０．２０質量％以上としたＮｏ．１〜１９では、異物混入潤滑下での寿命がＮｏ．２０の１．６１倍以上となっていることが分かる。ここで、Ｎｏ．２３〜２５では、ころ３の表層部のＮ含有率が０．２０質量％以上であるが、異物混入潤滑下での寿命が十分に得られなかった。これは、ころ３の表層部の硬さおよび残留オーステナイト量が本発明の範囲外であったためであると考えられる。
【００３８】
図３に示すように、ころ３の表層部のＮ含有率を０．２質量％以上としたＮｏ．１〜１９では、焼付き寿命がＮｏ．２０の１．５倍以上となっていることが分かる。ここで、Ｎｏ．２３，２５では、ころ３の表層部のＮ含有率が０．２０質量％以上であったが、十分な焼付き寿命が得られなかった。これは、ころ３の表層部の硬さおよび残留オーステナイト量が本発明の範囲外であったためであると考えられる。
本発明例のうちＮｏ．１７では、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１２μｍを超えていたため、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が本発明の範囲内であるＮｏ．１〜１６，１８と比べて、異物混入潤滑下での寿命が短かった。
【００３９】
図４に示すように、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１２μｍ以下としたＮｏ．１〜１６，１８では、異物混入潤滑下での寿命がＮｏ．２０の１．９０倍以上となっていることが分かる。
ここで、Ｎｏ．２０，２２〜２７では、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．１２μｍ以下であるが、異物混入潤滑下での寿命が十分に得られなかった。これは、ころ３の表層部のＮ含有率，残留オーステナイト量，硬さのいずれかが本発明の範囲外であったためであると考えられる。
【００４０】
また、本発明例のうちＮｏ．１８，１９では、ころ３の大径側端面３ａと大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａとの合成粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍを超えていたため、素材として同じ鋼を用いて転がり面をなす表層部の構成および合成粗さを本発明の範囲内としたＮｏ．１５と比べて、焼付き寿命が短かった。
【００４１】
図５に示すように、ころ３の大径側端面３ａと大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａとの合成粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下のＮｏ．１〜１７では、焼付き寿命がＮｏ．２０の１．５倍以上となっていた。
ここで、Ｎｏ．２０，２２〜２８では、合成粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以下であるが、焼付き寿命が十分に得られなかった。これは、ころ３の表層部のＮ含有率，残留オーステナイト量，硬さのいずれかが本発明の範囲外であったためであると考えられる。
【００４２】
以上の結果から、円すいころ軸受のころ３を本発明の構成 (鋼中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの含有率と、前記表層部のＮ含有率，Ｃ＋Ｎ含有率，残留オーステナイト量，硬さ）とすることにより、異物混入潤滑下での寿命および焼付き寿命をともに長くできることが分かった。  
また、上述した構成に加えて、円すいころ軸受のころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）を特定することにより、異物混入潤滑下での寿命をさらに長くできることが分かった。
さらに、上述した構成に加えて、円すいころ軸受のころ３の大径側端面３ａと大径側鍔部１０Ａの内側面１０ａとの合成粗さ（Ｒａ）を特定することにより、円すいころ軸受の焼付き寿命をさらに長くできることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の円すいころ軸受の一例を示す断面図である。
【図２】ころの表層部のＮ含有率と、異物混入潤滑下での寿命との関係を示すグラフである。
【図３】ころの表層部のＮ含有率と、焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【図４】ころの転がり面の表面粗さと、異物混入潤滑下での寿命との関係を示すグラフである。
【図５】ころの大径側端面および大径側鍔部の内側面の合成粗さと、焼付き寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１      内輪
２      外輪
３      ころ
３ａ    大径側端面
１０      鍔部
１０Ａ    大径側鍔部
１０ａ    内側面
【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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