(57)【要約】 【課題】  安定した転がり疲れ寿命を備え、信頼性の高い転がり支持装置を提供する。【解決手段】  内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つを、その転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が１００μｍ以下で、且つ、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であるものとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の鋼製の前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体を評価する方法であって、
その転がり面をなす表層部において、３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が１００μｍ以下であり、且つ、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であるものを長寿命品として評価することを特徴とする転がり支持装置の転動部材の評価方法。
【請求項２】
互いに対向する軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つの転動部材は、
請求項１に記載の評価方法により長寿命品として評価された鋼製の転動部材であることを特徴とする転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、及びリニアガイド等の転がり支持装置の転動部材の評価方法と、転がり支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、転がり支持装置の一例である転がり軸受は、高面圧下で使用される。このため、その転動部材（内輪、外輪、及び転動体）としては、長寿命が得られ易い軸受鋼（例えば、高炭素クロム軸受鋼）に対して焼入れ及び焼戻し等の熱処理を施すことにより、その転がり面（軌道面や転動面）をなす表層部を硬化させたものが用いられている。ところが、これらの熱処理を行うことにより、転動部材を構成する鋼が高温で加熱保持されるため、鋼をなすオーステナイト結晶粒が粗大化し、鋼の強度や靱性、及び転がり疲れ特性を低下させるという問題がある。
【０００３】
また、近年では、製造コストを削減するために、熱処理前の転動部材を冷間鍛造によって成形することが行われている。ところが、冷間鍛造によって転動部材の成形を行った後に、通常の焼入れ及び焼戻し等の熱処理を施すと、鋼をなすオーステナイト結晶粒が部分的に異常成長し、鋼の強度や靱性及び転がり疲れ特性を低下させるという問題がある。
このような問題を解決するために、特許文献１及び特許文献２では、転動部材を構成する鋼をなすオーステナイト結晶粒を微細化させる技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、鋼中にＮｂ（ニオブ）やＡｌ（アルミニウム）等の粒成長ピン止め効果を有する元素を添加して、Ｎｂ炭窒化物やＡｌ炭窒化物を析出させることにより、鋼をなすオーステナイト結晶粒をＪＩＳに規定された結晶粒度４以下とすることが提案されている。
特許文献２では、鋼をＡ１変態点を超える温度で窒化処理した後、Ａ１変態点未満の温度に冷却し、その後、Ａ１変態点以上且つ窒化処理温度未満の焼入れ温度域に再加熱して焼入れを行なうことにより、鋼をなすオーステナイト結晶粒の平均粒径を８μｍ以下とすることが提案されている。
【特許文献１】特開平８−１９９３０３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２に規定された一般的な結晶粒径の測定方法では、一部に粗大な結晶粒が含まれていても、その周囲に微細な結晶粒が存在している混粒組織の結晶粒径は、微細な結晶粒だけからなる微細組織の結晶粒径と近似した値になるという傾向がある。
このため、上述した特許文献１及び特許文献２に記載のように、オーステナイト結晶粒の結晶粒度や結晶粒径が特定された鋼を使用して転動部材を構成しても、その転がり面をなす表層部が混粒組織である場合には、この混粒組織中の粗大な結晶粒が応力集中源となって転がり疲れ寿命が短くなるおそれがある。
【０００６】
すなわち、上述した特許文献１及び特許文献２に記載の技術には、長寿命品として評価された転動部材であっても突発的に短寿命品が発生する可能性があり、安定した転がり疲れ寿命を備え、信頼性の高い転がり支持装置を得るという点で更なる改善の余地がある。  そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定した転がり疲れ寿命を備え、信頼性の高い転がり支持装置を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】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明は、互いに対向する軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の鋼製の前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体を評価する方法であって、その転がり面をなす表層部において、３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒（例えば、１視野の１辺に旧オーステナイト結晶粒が２０個以上存在する倍率において、少なくとも３視野当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒）の最大粒径が１００μｍ以下であり、且つ、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であるものを長寿命品として評価することを特徴とする転がり支持装置の転動部材の評価方法を提供する。
【０００８】
なお、本発明において「転がり支持装置」とは、例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドを指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部材及び第二部材は内輪及び外輪を指す。また、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部材及び第二部材はねじ軸及びナットを指す。さらに、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部材及び第二部材は案内レール及びスライダを指す。
【０００９】
また、本発明において「旧オーステナイト結晶粒」とは、焼入れ前のオーステナイト結晶粒を指し、焼入れ及び焼戻し後にマルテンサイト組織を腐食させることで現出できるものである。
さらに、本発明において「転がり面をなす表層部」とは、転がり面（軌道面や転動面）をなす表面から所定深さ（例えば、１０００μｍ）のまでの部分を指す。
【００１０】
さらに、本発明の方法で評価する転動部材としては、特に限定されないが、例えば、ＳＵＪ２等の軸受鋼や、ＳＵＳ４４０等のステンレス鋼に、焼入れ及び焼戻し処理を施したり、浸炭又は浸炭窒化処理と焼入れ及び焼戻しとを施したりすることで得られた鋼製の転動部材が挙げられる。
ここで、転動部材の転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が１００μｍを超えると、粗大な結晶粒を応力集中源とする短寿命品が発生し易くなる。よって、転動部材の転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径は、１００μｍ以下、好ましくは９０μｍ以下とする。
【００１１】
また、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍを超えると、粗大な結晶粒を応力集中源とする短寿命品が発生し易くなる。よって、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径は１２０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とする。
【００１２】
本発明はまた、互いに対向する軌道面を有する第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び前記第二部材の間に転動自在に配設され、前記軌道面に対する転動面を有する転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより、前記第一部材及び前記第二部材のうち一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、前記第二部材、及び前記転動体のうち少なくとも一つの転動部材は、本発明に係る転がり支持装置の転動部材の評価方法により長寿命品として評価された転動部材であることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る転がり支持装置の転動部材の評価方法によれば、転がり面をなす表層部において、３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径と、極値統計処理に基づいて１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径とを用いて転動部材の評価を行うことにより、長寿命品として評価した転動部材に、突発的な短寿命品を発生し難くすることができる。
【００１４】
よって、本発明に係る評価方法で長寿命品として評価された転動部材を用いることで、安定した転がり疲れ寿命を備え、信頼性の高い転がり支持装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、呼び番号５１３０５の転がり軸受（転がり支持装置）を、以下に示すようにして作製した。
まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、表１に示す各条件の焼入れ処理と、２４０℃で２時間保持することによる焼戻し処理とを施すことにより、転がり軸受の転動部材である内輪、外輪、及び玉をそれぞれ作製した。
【００１６】
なお、表１に示す「焼入れ」とは、表１に示す各温度で加熱処理した後油焼入れを行った処理を指す。また、表１に示す「二次焼入れ」とは、表１に示す各温度で加熱処理した後油焼入れをする処理を二回続けて行った処理を指す。さらに、表１に示す「繰り返し焼入れ」とは、表１に示す各温度で加熱処理した後油焼入れをする処理を３回続けて行った処理を指す。
【００１７】
このようにして得られた内輪、外輪、及び玉のうち、それぞれ破壊試験用のサンプルを用いて、転がり面（内輪及び外輪の各軌道面、玉の転動面）をなす表層部（表面から１０００μｍの深さまでの部分）の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径及び最大粒径と、極値統計処理により前記表層部の１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径と、前記表層部の硬さと、を以下に示すようにして測定した。
【００１８】
前記表層部の単位面積当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径及び最大粒径は、以下に示す方法で測定した。
まず、内輪、外輪、及び玉をそれぞれ切断した後、その切断面に研磨による鏡面仕上げを施した。次に、その切断面をピクリン酸溶液（ピクラール：ラウリルベンゼンスルフォン酸＝１：１）を用いて腐食させることで、表層部の組織を現出させた。
【００１９】
次に、この組織を光学顕微鏡を用いて５０〜１０００倍（１視野の１辺に少なくとも２０個の旧オーステナイト結晶粒が存在する倍率）で１視野当たり１００ｍｍ2 の観察を３０視野分行い、各視野の結晶粒界をトレースして画像処理した。
そして、１視野（１００ｍｍ2 ）当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の各平均粒径（長軸と短軸の平均値）を測定して、その平均粒径が大きい方から順に３視野分（３００ｍｍ2 ）を選択し、その平均値を算出した。この結果は、表１に「平均粒径」として併せて示した。
【００２０】
また、１視野（１００ｍｍ2 ）当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の各最大粒径を測定する処理を最低でも３回行い、３００ｍｍ2 中の最大粒径を求めた。この結果は、表１に「最大粒径」として併せて示した。
さらに、３０視野分の旧オーステナイト結晶粒の各最大粒径を用いて、公知の極値統計処理を施すことにより、実測面積（３０００ｍｍ2 ）の５倍の１５００００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径を算出した。これらの結果は、表１に「推定最大粒径」として併せて示した。
【００２１】
さらに、前記表層部の硬さは、ビッカース硬さ試験法を用いて算出した。この結果は、表１に併せて示した。
なお、得られた内輪、外輪、及び玉の表層部に存在する各残留オーステナイト量は、いずれも５体積％以下であった。
次に、得られた内輪、外輪、及び玉のうち、それぞれ寿命試験用のサンプルを用いて、転がり軸受を組み立てた。そして、以下に示す条件で寿命試験を行った。この寿命試験は、内輪、外輪、及び玉のいずれかに損傷が生じるまで内輪を回転させることで行い、損傷が生じるまでの回転時間を寿命として測定した。この結果は、Ｎｏ．１７の寿命を１とした時の比として、表１に併せて示した。
＜寿命試験条件＞
最大接触面圧：３．９ＧＰａ
回転速度：１０００ｍｉｎ-1 
潤滑油：♯６８タービン油（油浴）
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示すように、内輪、外輪、及び玉の転がり面をなす表層部において、３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が２５μｍ以下で、その最大粒径が１００μｍ以下で、且つ、１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であるＮｏ．１〜Ｎｏ．１６では、上記条件から外れるＮｏ．１７〜Ｎｏ．２６の場合と比べて、長寿命であった。
【００２４】
一方、Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．２４の結果から、単位面積当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が大きくなるにつれて、短寿命となっていることが分かる。
また、Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．１９の結果と、Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２６の結果から、単位面積当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が２５μｍ以下であっても、その最大粒径や推定最大粒径が所定値を超えると、短寿命となっていることが分かる。
【００２５】
続いて、表１に示す結果に基づいて、転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径と、寿命との関係を示す図１のグラフを作成した。
図１から、転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が２５μｍ以下であると、Ｎｏ．１７の１．１倍以上の寿命が得られていることが分かる。
【００２６】
続いて、表１に示す結果に基づいて、転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径と、寿命との関係を示す図２のグラフを作成した。
図２から、転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が１００μｍ以下であると、Ｎｏ．１７の１．１倍以上の寿命が得られていることが分かる。
【００２７】
続いて、表１に示す結果に基づいて、転がり面をなす表層部の１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径と、寿命との関係を示す図３のグラフを作成した。
図３から、転がり面をなす表層部の１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であると、Ｎｏ．１７の１．１倍以上の寿命が得られていることが分かる。
【００２８】
以上の結果から、転がり軸受の構成部材である内輪、外輪、玉として、その転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径が１００μｍ以下で、且つ、その表層部の１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径が１２０μｍ以下であるものを用いることにより、転がり疲れ寿命の安定した転がり軸受を得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の平均粒径と、寿命との関係を示す図である。
【図２】転がり面をなす表層部の３００ｍｍ2 当たりに存在する旧オーステナイト結晶粒の最大粒径と、寿命との関係を示す図である。
【図３】転がり面をなす表層部の１５０００ｍｍ2 当たりに存在すると推定される旧オーステナイト結晶粒の推定最大粒径と、寿命との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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