(57)【要約】【課題】優れた寸法安定性を有するとともに、高い嵌め合い応力が負荷されても損傷が生じにくく、さらに劣悪な潤滑環境下で使用されても長寿命な転がり軸受を提供する。【解決手段】深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えており、これらのうち内輪１は高炭素クロム軸受鋼で構成されている。内輪１の軌道面１ａには、浸炭処理又は浸炭窒化処理が施されていて、硬化層５が形成されている。この硬化層５中の残留オーステナイト量は５体積％以上１５体積％以下であり、硬化層５の表面硬さＨＲＣは５８以上６４以下である。また、硬化層５の内側の芯部６の硬さＨＲＣは５６以上６２以下であり、内輪１全体の平均残留オーステナイト量は４体積％以下である。【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、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、前記内輪が下記の４つの条件を満足することを特徴とする転がり軸受。
条件Ａ：高炭素クロム軸受鋼で構成されている。
条件Ｂ：残留オーステナイト量が５体積％以上１５体積％以下で且つ表面硬さＨＲＣが５８以上６４以下である浸炭層又は浸炭窒化層が、軌道面に形成されている。
条件Ｃ：芯部の硬さＨＲＣが５６以上６２以下である。
条件Ｄ：平均残留オーステナイト量が４体積％以下である。
【請求項２】
前記軌道面には１３０ＭＰａ以上の残留圧縮応力が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記転動体は０．４質量％以上１．５質量％以下のケイ素を含有する合金鋼からなり、その表面には、０．３質量％以上２質量％以下の窒素を含有する浸炭窒化層が形成されており、この浸炭窒化層は、表面硬さＨＲＣが６２以上で、且つ、残留オーステナイト量が１５体積％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受においては、軌道輪と転動体との間で転がり運動が行われるため、軌道輪の軌道面及び転動体の転動面は剪断応力を繰り返し受ける。転がり軸受は剪断応力に耐えて十分な転がり疲労寿命を有する必要があるため、軌道輪や転動体を構成する材料にはＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼が用いられる。そして、これに焼入れ，焼戻しを施すことにより、表面硬さをＨＲＣ５８〜６４に調整して、必要な転がり疲労寿命を確保している。
【０００３】
このような転がり軸受の定格疲れ寿命は、基本動定格荷重と軸受荷重とから算出されるが、転がり軸受は実際には劣悪な潤滑環境下で使用されることがあるので、定格疲れ寿命を満足できずに、表面を起点としたフレーキングが早期に発生する場合がある。なお、劣悪な潤滑環境としては、例えば、金属の切粉，削り屑，バリ，摩耗粉等の異物が潤滑剤中に混入した潤滑環境（以降においては、このような潤滑環境下で使用される場合には「異物混入潤滑下」と記すこともある）や、油膜が十分に形成されないような潤滑環境（以降においては、このような潤滑環境下で使用される場合には「低Λ潤滑下」と記すこともある）がある。また、以降の説明においては、上記のような劣悪な潤滑環境下で表面を起点として生じるフレーキングを表面起点型フレーキングと記し、清浄な潤滑剤による潤滑下において鋼中の介在物等を起点として生じるフレーキングを内部起点型フレーキングと記す。
【０００４】
上記のような劣悪な潤滑環境下における転がり軸受の寿命の向上を図った例として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１には、転動面の表層の残留オーステナイト量、炭素の含有量、炭窒化物の含有量を適正値とすることによって、異物の噛み込みにより生じる圧痕縁における応力集中を緩和し、表面起点型フレーキングに対して寿命向上を図る技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、転動面の表層の残留オーステナイト量と表面硬さとの最適な関係を見出し、さらに転動面の表層に存在する炭化物及び炭窒化物の平均粒径を最適な値とすることにより、残留オーステナイトの存在による表面硬さの低下を補償し、寿命向上を図る技術が開示されている。
さらに、特許文献３，４には、浸炭窒化処理後に一旦Ａ1 変態点以下の温度に冷却した後、再度Ａ1 変態点以上の温度域に加熱保持し、さらに焼入れ，焼戻しを施すことによって、表層に単位面積当たり１０〜１７％の炭窒化物を析出させ、さらに析出強化を図ったものが開示されている。
【０００６】
一方、転がり軸受が少ない締め代で軸に取り付けられ、内輪に荷重を受けて回転すると、荷重点が円周方向に移動することにより、内輪と軸との間で有害な円周方向の滑り（以降はクリープと記すこともある）が生じることがある。このクリープが起こると、嵌め合い面は著しく摩耗し、軸やハウジングが損傷したり、軸受内部に摩耗粉が侵入したりするので、異常発熱，振動，フレーキングの原因となる場合がある。したがって、転がり軸受の嵌め合いにおいては、荷重を受けて回転する軌道輪にはその用途における軸受荷重の性質，大きさ，温度条件，転がり軸受の取り付け，取り外し等の諸条件も考慮した適切な締め代を与えて、軸又はハウジングに固定し、回転中のクリープを極力防止している。
【０００７】
ところが、特に高荷重下，高温下，高振動下のような、軸と内輪との間でクリープが生じやすい環境下で使用される転がり軸受では、鋼中に多量の残留オーステナイトが含有されていると、これが熱又は応力によって分解し、それによって膨張し締め代が減少する場合があった。よって、前述のようなクリープが生じやすい環境下で使用される転がり軸受では、クリープが生じる場合があった。そして、前述した特許文献１〜４の技術では、クリープの防止が十分に図れないおそれがあった。
【０００８】
そこで、前述のようなクリープが生じやすい環境下で使用される転がり軸受においては、軸受鋼にオーステンパー処理を施したり、焼入れ後に比較的高温で焼戻しを施したりして、その組織を、残留オーステナイトがほとんど存在しないベナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織とすることにより、クリープの防止を図っていた。
【特許文献１】特開昭６４−５５４２３号公報
【特許文献２】特開平４−２６７５２号公報
【特許文献３】特開平５−７８８１４号公報
【特許文献４】特開２００２−２１２６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、残留オーステナイトがほとんど存在しないベナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織を有する場合は、非常に高い寸法安定性は得られるものの、前述のような劣悪な潤滑環境下で使用されるとフレーキングが早期に生じやすいという問題があった。
また、軸と内輪との間でクリープが生じやすい環境下で使用される転がり軸受は、クリープ防止のために１００ＭＰａを超える高い嵌め合い応力が負荷されて使用される場合があるが、残留オーステナイトがほとんど存在しないベナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織を有する場合には、軌道面に付与できる残留圧縮応力が０〜１００ＭＰａ程度であるため、嵌め合い応力に加えて転がり応力が作用することによって、軌道面近傍に存在する非金属介在物等の欠陥を起点として、内輪に軸方向の割損が生じるおそれがある。
【００１０】
さらに、浸炭鋼を用いれば、特許文献１〜４のような技術により、前述のような劣悪な潤滑環境下で使用されても十分な寿命を確保できる上に、表層に高い残留圧縮応力を付与できるため、より高い嵌め合い応力が負荷されても内輪の割損が生じにくい。しかし、浸炭鋼の場合は、残留オーステナイトがほとんど存在しないベナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織を有する場合と比べて、寸法安定性が劣るだけでなく、十分な有効硬化層深さを得るために長時間にわたって浸炭処理を施す必要があるため、転がり軸受の製造コストが大きく上昇するという問題があった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた寸法安定性を有するとともに、高い嵌め合い応力が負荷されても損傷が生じにくく、さらに劣悪な潤滑環境下で使用されても長寿命な転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、前記内輪が下記の４つの条件を満足することを特徴とする。
条件Ａ：高炭素クロム軸受鋼で構成されている。
条件Ｂ：残留オーステナイト量が５体積％以上１５体積％以下で且つ表面硬さＨＲＣが５８以上６４以下である浸炭層又は浸炭窒化層が、軌道面に形成されている。
条件Ｃ：芯部の硬さＨＲＣが５６以上６２以下である。
条件Ｄ：平均残留オーステナイト量が４体積％以下である。
【００１２】
また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記軌道面には１３０ＭＰａ以上の残留圧縮応力が付与されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記転動体は０．４質量％以上１．５質量％以下のケイ素を含有する合金鋼からなり、その表面には、０．３質量％以上２質量％以下の窒素を含有する浸炭窒化層が形成されており、この浸炭窒化層は、表面硬さＨＲＣが６２以上で、且つ、残留オーステナイト量が１５体積％以下であることを特徴とする。
【００１３】
以下に、本発明の転がり軸受について、前述の各数値（硬さ、残留オーステナイト量等）の臨界的意義を中心に説明する。
〔条件Ａについて〕
転がり軸受を構成する内輪及び外輪のうち少なくとも内輪は、高炭素クロム軸受鋼で構成され、後述する浸炭処理又は浸炭窒化処理が施されている。
【００１４】
高炭素クロム軸受鋼は、清浄度等の品質が極めて安定しているので、内部起点型フレーキングが生じにくく、十分な転がり疲労寿命が得られやすい。なお、鋼の清浄度については、ＪＩＳ  Ｇ４８０５に規定される清浄度規制を満足するようなもの（ベアリングクオリティー）が好ましい。
例えばＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０等の肌焼鋼の場合は、剪断応力に耐える十分な硬化層を形成させるためには、非常に長時間にわたって浸炭処理又は浸炭窒化処理を施す必要があるので、熱処理コストが大幅に上昇してしまう。これに対して高炭素クロム軸受鋼の場合は、焼入れのみでも十分な硬さを確保できるので、熱処理コストを低く抑えることができる。
【００１５】
なお、高炭素クロム軸受鋼の例としては、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ４８０５に規定のものがあげられる。ただし、過共析組成を有する高炭素鋼であれば同等の強度を有するので、清浄度等の品質がベアリングクオリティーを満足するならば、炭素の含有量が０．８質量％以上１．２質量％以下の炭素鋼や合金鋼も使用可能である。
【００１６】
〔条件Ｂ〜Ｄについて〕
前述のような劣悪な潤滑環境下で使用される転がり軸受は、表面起点型フレーキングが生じて定格疲れ寿命を満足できない場合がある。この表面起点型フレーキングは、残留オーステナイト量が多いほど起こりにくい傾向があるが、残留オーステナイトは非常に分解しやすいので、その量に依存して寸法安定性が低下する。
そこで、浸炭処理又は浸炭窒化処理を短時間行ない、転動面の表層に形成された浸炭層又は浸炭窒化層の残留オーステナイト量を芯部の残留オーステナイト量よりも高くし、その後にオーステンパー処理又は２３０〜２５０℃程度の高温での焼戻しを施して、表層に形成された浸炭層又は浸炭窒化層のみ残留オーステナイト量を確保しつつ、芯部の残留オーステナイトをほとんど分解させるとよい。
【００１７】
浸炭層又は浸炭窒化層の残留オーステナイト量が５体積％未満であると、異物混入潤滑下や低Λ潤滑下において、転がり軸受の寿命が不十分となるおそれがある。一方、１５体積％を超えると、残留オーステナイトが分解することによる寸法変化を無視できなくなり、転がり軸受の寸法安定性が不十分となるおそれがある。
そして、芯部の残留オーステナイトをほとんど分解させて３体積％以下とし、内輪全体の平均残留オーステナイト量を４体積％以下すると、極めて優れた寸法安定性を付与できる。なお、本発明においては、「平均残留オーステナイト量」とは、部材全体における残留オーステナイト量の平均値を意味し、例えば、表面から中心部までの残留オーステナイト量の分布を測定し、その平均値を算出することにより得ることができる。
【００１８】
転がり軸受の寸法変化は、残留オーステナイトの分解による膨張の大きさとマルテンサイトの収縮の大きさとの和であるが、残留オーステナイトの分解に伴なう膨張の大きさがマルテンサイトの収縮の大きさよりも非常に大きいため、残留オーステナイト量が非常に多い場合には残留オーステナイトの分解量だけを考慮すれば十分である。しかしながら、残留オーステナイトのほぼ全てが分解すると、その後はマルテンサイトの収縮が大きくなって、若干の収縮傾向を示す。つまり、残留オーステナイトが分解して０体積％に近づくと、膨張ではなく収縮方向の寸法変化を示す。したがって、芯部の残留オーステナイトをほぼ分解させ、好ましくは３体積％以下とし、表層の浸炭層又は浸炭窒化層の残留オーステナイト量を５体積％以上１５体積％以下とし、平均残留オーステナイト量を４体積％以下することにより、収縮と膨張とのバランスが改善され、良好な寸法安定性が確保できるとともに、劣悪な潤滑環境下における転がり疲労寿命も十分なものとなる。
【００１９】
一方、浸炭層又は浸炭窒化層の表面硬さが不十分であると、異物が混入した場合に大きな圧痕が形成されやすくなって寿命が低下するため、表面硬さＨＲＣは５８以上である必要がある。ただし、表面硬さが高すぎると、硬質の異物が混入した場合に表層の靱性が低下して、かえって寿命が低下する場合もあるため、表面硬さＨＲＣは６４以下である必要がある。なお、本発明における表層とは、表面から深さ１００μｍの位置までの部分を意味する。
また、浸炭層又は浸炭窒化層の内側の芯部の硬さＨＲＣが５６未満であると、必要な硬化層深さを確保するために長時間の浸炭処理又は浸炭窒化処理が必要になるという不都合があり、６２超過であると、芯部の靱性が低下するという不都合がある。
【００２０】
〔残留圧縮応力について〕
内輪の軌道面に薄い浸炭層又は浸炭窒化層を形成したことにより、表面直下から最大剪断応力位置近傍までの部分に残留圧縮応力が付与されるため、より高い嵌め合い応力が負荷されても、内輪の割損が生じにくい。内輪の割損を効果的に抑制するためには、残留圧縮応力を１３０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００２１】
〔転動体について〕
前述したように、異物混入潤滑下や低Λ潤滑下においては、内輪の軌道面に相等量の残留オーステナイト量を確保することが効果的であるが、さらに転動体を上記のような構成とすることによって、転がり軸受をより長寿命とすることができる。
前述のような劣悪な潤滑環境下においては、転動体と軌道輪との間に生じる接線力が大きくなるほど寿命が低下しやすい。０．４質量％以上１．５質量％以下のケイ素（Ｓｉ）を含有する合金鋼に浸炭窒化処理を施すと、その表面には、ケイ素を含む窒化物，炭窒化物が多量に析出し高濃度に窒素が富化された摩擦，摩耗特性に優れる硬化層（浸炭窒化層）が形成され、前述のような劣悪な潤滑環境下での転がり疲労寿命が大幅に向上する。
【００２２】
転がり疲労寿命を十分に向上するためには、合金鋼中のケイ素の含有量は０．４質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。ただし、ケイ素の含有量が多すぎると、合金鋼のヘッダー性，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十分な硬化層深さや窒素拡散深さを確保できなくなる場合があり、転動体の表面の品質が不十分となるおそれがあるため、合金鋼中のケイ素の含有量は２質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましい。
【００２３】
また、転がり疲労寿命を十分に向上するためには、浸炭窒化層中の窒素の含有量は０．２質量％以上であることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましい。ただし、窒素が必要以上に添加されると、窒化物又は炭窒化物の析出量が増大して、焼入れ性が低下したり十分な耐疲労性が得られない場合があるため、浸炭窒化層中の窒素の含有量は２質量％以下であることが好ましい。
さらに、合金鋼中の炭素の含有量が少ないと、必要な硬化層深さを得るための熱処理時間が長くなり、熱処理コストの上昇につながるため、炭素の含有量は０．３質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
【００２４】
さらに、転動体の表面硬さが低かったり、転動体の表層に存在する残留オーステナイト量が多いと、摩擦摩耗特性が低下するだけでなく、転動体に傷が付きやすくなったり、時間とともに表面が粗くなって、軌道輪との間に生じる接線力を増大させ、転がり疲労寿命が不十分となる場合がある。よって、浸炭窒化層の表面硬さはＨＲＣ６２以上であることが好ましく、浸炭窒化層中の残留オーステナイト量は１５体積％以下であることが好ましい。なお、異物混入潤滑下においては、浸炭窒化層中の残留オーステナイト量が０体積％であると、転動体の寿命が低下して転がり軸受の寿命に悪影響を与えるおそれがあるため、浸炭窒化層中の残留オーステナイト量は３体積％以上であることが好ましく、５体積％以上であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の転がり軸受は、優れた寸法安定性を有するとともに、高い嵌め合い応力が負荷されても損傷が生じにくく、さらに劣悪な潤滑環境下で使用されても長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１の深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えており、これらのうち内輪１は高炭素クロム軸受鋼で構成されている。内輪１の軌道面１ａには、浸炭処理又は浸炭窒化処理が施されていて、硬化層（浸炭層又は浸炭窒化層）５が形成されている。この硬化層５中の残留オーステナイト量は５体積％以上１５体積％以下であり、硬化層５の表面硬さＨＲＣは５８以上６４以下である。また、硬化層５の内側の芯部６の硬さＨＲＣは５６以上６２以下であり、内輪１全体の平均残留オーステナイト量は４体積％以下である。
【００２７】
このような深溝玉軸受は、優れた寸法安定性を有するとともに、高い嵌め合い応力が負荷されても損傷が生じにくい。また、劣悪な潤滑環境下（異物混入潤滑下や低Λ潤滑下）で使用されても長寿命である。外輪２も内輪１と同様の構成とすれば、上記のような効果がより優れたものとなる。
なお、内輪１の軌道面１ａには、１３０ＭＰａ以上の残留圧縮応力が付与されていることが好ましい。そうすれば、より高い嵌め合い応力が内輪１に負荷されたとしても、内輪１の割損が生じにくい。また、０．４質量％以上１．５質量％以下のケイ素を含有する合金鋼で転動体３を構成し、その表面に、０．３質量％以上２質量％以下の窒素を含有する浸炭窒化層を形成することが好ましい。この浸炭窒化層は、表面硬さＨＲＣが６２以上で、且つ、残留オーステナイト量が１５体積％以下である。そうすれば、前述のような劣悪な潤滑環境下で使用されても、深溝玉軸受はより長寿命となる。
【００２８】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。種々の玉軸受を用意して、異物混入潤滑下及び低Λ潤滑下において回転試験を行い、転がり疲労寿命を評価した。
試験に用いた玉軸受の内輪は、高炭素クロム軸受鋼で構成されており、下記の熱処理条件Ａ〜Ｅのうちいずれか一つの熱処理が施されている。内輪に施した熱処理の条件，内輪の軌道面の表層の残留オーステナイト量，軌道面の表面硬さ，芯部の硬さ，芯部の残留オーステナイト量，平均残留オーステナイト量，及び軌道面に付与されている残留応力は、表１に示す通りである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
なお、表面硬さとは表面直下５０μｍの深さ位置における硬さであり、軌道面の表層の残留オーステナイト量とは、表面直下５０μｍの深さ位置における残留オーステナイト量である。また、残留応力は、表面直下５０μｍの深さ位置における残留応力である。硬さはビッカース硬度計を用いて測定し、ＨＲＣ硬さに換算した。また、残留オーステナイト量及び残留応力はＸ線回折法により測定した。さらに、すべての内輪の軌道面の表層について炭素濃度及び窒素濃度を測定したところ、炭素濃度は１．１〜１．３５質量％、窒素濃度は０．０５〜０．２質量％であった。
【００３１】
（熱処理条件Ａ）８４０〜８６０℃で１〜３時間浸炭窒化処理（雰囲気はＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアである）を施した後に、油冷して焼入れを施した。そして、２３０〜２５０℃で１．５時間保持した後に空冷して、焼戻しを施した。
（熱処理条件Ｂ）焼戻しの温度が１６０〜２２０℃である点以外は、熱処理条件Ａと同様である。
（熱処理条件Ｃ）８４０〜８６０℃で１時間保持（雰囲気はＲＸガスである）した後に油冷して、焼入れを施した。そして、１６０〜１８０℃で１．５時間保持した後に空冷して、焼戻しを施した。
（熱処理条件Ｄ）焼戻しの温度が２３０〜２５０℃である点以外は、熱処理条件Ｃと同様である。
（熱処理条件Ｅ）８４０〜８６０℃で１時間保持（雰囲気はＲＸガスである）した後に、２３０〜２４０℃で４時間オーステンパー処理（ソルト焼入れ）を施した。
【００３２】
また、試験に用いた玉軸受の外輪は、高炭素クロム軸受鋼で構成されており、前述の熱処理条件Ｃのような熱処理が施されいる。
さらに、試験に用いた玉軸受の転動体は、下記に示すような工程を経て製造された３種の鋼球のうちのいずれか一種である。ただし、異物混入潤滑下における回転試験に供する軸受には、転動体ア又は転動体イを用い、低Λ潤滑下における回転試験に供する軸受には、転動体ウを用いた。表１には、異物混入潤滑下における回転試験に供する軸受に用いた転動体の種類が記載されている。
【００３３】
（転動体ア）ＳＵＪ２製の線材から、ヘッダー加工，フラッシング加工，粗旋削加工により素球を製作し、８４０〜８６０℃で３〜４時間浸炭窒化処理（雰囲気はＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアである）を施した後に、油冷して焼入れを施した。そして、２００〜２７０℃で１．５時間保持した後に空冷して、焼戻しを施した。引続いてタンブラー加工を施した後に、再度１５０〜１７０℃の焼戻しを施して、等級１０の浸炭窒化鋼球を得た。
【００３４】
（転動体イ）１．０質量％の炭素、１．０質量％のケイ素，０．４質量％のマンガン，及び１．５質量％のクロムを含有する合金鋼製の線材から、転動体アの場合と同様にして、等級１０の浸炭窒化鋼球を得た。
（転動体ウ）ＳＵＪ２製の線材から、ヘッダー加工，フラッシング加工，粗旋削加工により素球を製作し、８４０〜８６０℃で保持した後に油冷して、焼入れを施した。そして、２００〜２７０℃で１．５時間保持した後に空冷して、焼戻しを施した。引続いてタンブラー加工を施した後に、再度１５０〜１７０℃の焼戻しを施して、表面粗さ０．２５μｍＲａの鋼球を得た。
【００３５】
なお、転動体アの表面の窒素濃度は０．２５質量％、表面硬さはＨＲＣ６３〜６５、表層の残留オーステナイト量は２５〜３０体積％である。また、転動体イの表面の窒素濃度は０．５５質量％、表面硬さはＨＲＣ６５〜６７、表層の残留オーステナイト量は５〜７体積％であった。
玉軸受の寿命の評価には、「特殊鋼便覧  第一版」（電気製鋼研究所編、理工学社、１９６９年５月２５日発行）の第１０〜２１頁に記載のスラスト型軸受鋼寿命試験機を用いた。そして、試験軸受にフレーキングが発生するまでに繰り返し負荷された応力の累積回数を、その試験軸受の寿命とした。なお、１種の玉軸受につき複数個ずつ試験を行ってワイブルプロットを作成し、ワイブル分布曲線から各々のＬ10寿命を求めた。
【００３６】
異物混入潤滑下における回転試験の条件は以下の通りである。
面圧    ：４９００ＭＰａ
回転速度：３０００ｍｉｎ-1
潤滑剤  ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８であるタービン油
潤滑剤中の混入異物：ステンレス系粉（硬さ：ＨＲＣ５２，粒径：７４〜１４７μｍ，混入量：３００ｐｐｍ）
次に、低Λ潤滑下における回転試験の条件は以下の通りである。
面圧    ：４９００ＭＰａ
回転速度：３０００ｍｉｎ-1
潤滑剤  ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ１０であるタービン油
【００３７】
試験結果を表１に示す。そして、内輪の軌道面の表層の残留オーステナイト量と異物混入潤滑下における軸受の寿命との相関を示すグラフを図２に示し、内輪の軌道面の表層の残留オーステナイト量と低Λ潤滑下における軸受の寿命との相関を示すグラフを図３に示す。なお、表１及び図２，３における寿命の数値は、比較例２の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００３８】
次に、種々の円筒ころ軸受（呼び番号ＮＵ２１６）を用意して、寸法安定性及び内輪割損寿命を評価した。
試験に用いた円筒ころ軸受の内輪及び外輪は、形状が異なることを除いては、前述の玉軸受の場合と全く同様であるので、その説明は省略する。また、円筒ころ軸受の転動体は、一般的なＳＵＪ２製のころである。
【００３９】
寸法安定性の評価方法について説明する。円筒ころ軸受を１９０℃で５００時間保持し、その際の内輪の外径の変化率により寸法安定性を評価した。試験結果を表１に示す。
内輪割損寿命の評価方法について説明する。内輪の軌道面に幅５０μｍ、深さ５０μｍの予亀裂を形成し、２５０ＭＰａの嵌め合い応力を負荷した状態で、下記に示すような条件で回転試験を行なった。そして、内輪に割損が発生するまでに繰り返し負荷した応力の累積回数を、その試験軸受の内輪割損寿命とした。なお、１種の円筒ころ軸受につき複数個ずつ試験を行ってワイブルプロットを作成し、ワイブル分布曲線から各々のＬ10寿命を求めた。
荷重    ：１９６００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．１９）
回転速度：１８００ｍｉｎ-1
潤滑剤  ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８であるタービン油
【００４０】
試験結果を表１に示す。そして、内輪の平均残留オーステナイト量と内輪の外径の変化率との相関を示すグラフを図４に示し、内輪の軌道面に付与されている残留応力と内輪割損寿命との相関を示すグラフを図５に示す。なお、内輪割損寿命の数値は、比較例２の軸受の内輪割損寿命を１とした場合の相対値で示してある。また、表１及び図５の残留応力には正負の数値があるが、負の数値は残留圧縮応力を意味し、正の数値は残留引張応力を意味する。本発明においては、内輪の軌道面に付与されている残留圧縮応力は１３０ＭＰａ以上であることが好ましいが、表１及び図５における表示方法によれば「内輪の軌道面に付与されている残留応力は−１３０ＭＰａ以下であることが好ましい」ということになる。
【００４１】
表１及び図２〜５から分かるように、実施例の軸受は、異物混入潤滑下における寿命、低Λ潤滑下における寿命、寸法安定性、及び内輪割損寿命が優れていた。
これに対して、比較例１は、内輪の平均残留オーステナイト量が多すぎるため、寸法安定性及び内輪割損寿命が共に劣っていた。また、比較例２，３は、高温焼戻し又はオーステンパー処理により表層の残留オーステナイト量をほぼ０体積％とした例（従来からある寸法安定化処理品の例）であるが、寸法安定性は優れているものの、異物混入潤滑下における寿命、低Λ潤滑下における寿命、及び内輪割損寿命が不十分であった。ただし、その寸法変化は若干の収縮傾向を示した。さらに、比較例４，５は、表層の残留オーステナイト量又は平均残留オーステナイト量が多すぎるため、寸法安定性が不十分であった。
【００４２】
実施例の軸受の優れた寸法安定性は、芯部の残留オーステナイトが分解する過程において収縮する性質を利用したものであり、表層には残留オーステナイトを幾分残存させ、芯部の残留オーステナイト量は寸法安定性を害しない程度にまで低減することによって、全体のバランスを取り優れた寸法安定性を確保したものである。表層には必要量の残留オーステナイトを確保したため、優れた転がり疲労寿命と寸法安定性との両立が図られ、高温，高振動，高嵌め合い応力下においても優れた寿命を示す。
なお、外輪には低温焼戻しを施したが、前述のような高温焼戻しを施すことにより、外輪自身の寸法安定性もより高めることができ、転がり軸受の寸法変化による隙間変化も抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の転がり軸受は、自動車，鉄道車両，農業機械，建設機械，鉄鋼機械等において好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】内輪の軌道面の表層の残留オーステナイト量と異物混入潤滑下における軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【図３】内輪の軌道面の表層の残留オーステナイト量と低Λ潤滑下における軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【図４】内輪の平均残留オーステナイト量と外径の変化率との相関を示すグラフである。
【図５】内輪の軌道面に付与されている残留応力と内輪割損寿命との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
３      転動体
５      硬化層
６      芯部
【図１】
2006071022.tif 000004
【図２】
2006071022.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006071022.tif 000007
【図５】
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