(57)【要約】      （修正有）【課題】寸法安定性に優れた転がり、摺動部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み部品素材を、カーボンポテンシャルが１．２％以上の浸炭雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱して浸炭処理を施した後、８３０℃以下に降温し、ついで急冷する。これにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部の全炭素量を１．０〜１．６wt％、および表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０wt％とするとともに、表層部に炭化物を析出させて炭化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とする。さらに、表層部よりも深い部分の硬さをロックウェルＣ硬さで３０〜６４、表層部よりも深い部分の残留オーステナイト量を１５％以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受鋼よりなり、浸炭処理または浸炭窒化処理が施されて、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部の全炭素量が１．０〜１．６wt％となされるとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量が０．６〜１．０wt％となされ、さらに前記表層部に炭化物または炭窒化物が析出しているとともに、前記炭化物または炭窒化物の量が面積率で５〜２０％でかつその粒径が３μｍ以下となされており、前記表層部よりも深い部分の硬さがロックウェルＣ硬さで３０〜６４、前記表層部よりも深い部分の残留オーステナイト量が１５％以下となっている転がり、摺動部品。
【請求項２】
内外両輪および転動体を備えており、内外両輪および転動体のうちの少なくとも１つが、請求項１の部品からなる転がり軸受。
【請求項３】
軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み部品素材を、カーボンポテンシャルが１．２％以上の浸炭または浸炭窒化雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱して浸炭または浸炭窒化処理を施した後、８３０℃以下に降温し、ついで急冷することにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部の全炭素量を１．０〜１．６wt％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０wt％とし、さらに前記表層部に炭化物または炭窒化物を析出させて前記炭化物または炭窒化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、前記表層部よりも深い部分の硬さをロックウェルＣ硬さで３０〜６４、前記表層部よりも深い部分の残留オーステナイト量を１５％以下とすることを特徴とする転がり、摺動部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり、摺動部品およびその製造方法、さらに詳しくは、たとえば異物が混入した潤滑油が用いられる転がり軸受の軌道輪および転動体として使用される転がり部品、またはすべり軸受部品として用いられるのに適した転がり、摺動部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、転がり、摺動部品とは、純然たる転がり接触、純然たるすべり接触、および転がり接触とすべり接触とが混在する接触を行う部品をいうものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、異物が混入した潤滑油を用いて使用される転がり軸受の寿命向上対策の一環として、本出願人は、先に、転がり軸受の軌道輪や転動体に用いられる転がり、摺動部品であって、JIS ＳＵＪ２などの軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼）よりなり、浸炭処理が施されて、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの範囲の表層部の全炭素量が１．０〜１．６wt％となされるとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量が０．６〜１．０wt％となされ、さらに前記表層部に炭化物が析出しているとともに、前記炭化物の量が面積率で５〜２０％でかつその粒径が３μｍ以下となされ、前記表層部の残留オーステナイト量が２０〜４０％となされた転がり、摺動部品を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１記載の転がり、摺動部品は、低コストでかつ長寿命であるが、高温、高荷重等のより過酷な条件下で使用する場合や、高精度機器に使用する場合には、経時的な寸法変化をより抑制し、寸法安定性を向上させることが望まれる。
【特許文献１】特開２００４−５２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、低コストかつ長寿命で、寸法安定性に優れた転がり、摺動部品およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による転がり、摺動部品は、軸受鋼よりなり、浸炭処理または浸炭窒化処理が施されて、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部の全炭素量が１．０〜１．６wt％となされるとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量が０．６〜１．０wt％となされ、さらに前記表層部に炭化物または炭窒化物が析出しているとともに、前記炭化物または炭窒化物の量が面積率で５〜２０％でかつその粒径が３μｍ以下となされており、前記表層部よりも深い部分（以下、深部と称する）の硬さがロックウェルＣ硬さ（以下、ＨＲＣと称する）で３０〜６４、深部の残留オーステナイト量が１５％以下となっているものである。
【０００７】
請求項１の発明において、各数値の限定理由は次の通りである。
【０００８】
表層部の全炭素量
この全炭素量を１．０〜１．６wt％に限定したのは、上限値を超えると炭化物または炭窒化物が極めて粗大になり、微細化できないからである。なお、下限値はJIS ＳＵＪ２等の軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼）がベースとなっていることから必然的に決まる。
【０００９】
表層部のマトリックス中の固溶炭素量
この固溶炭素量を０．６〜１．０wt％に限定したのは、下限値未満であると所望の表面硬さを得ることができなくて、潤滑油中に混入した異物により圧痕が生成し易くなり、上限値を超えると表層部の微細炭化物または炭窒化物の量が面積率で５％未満になって、耐摩耗性が低下するからである。
【００１０】
表層部の微細炭化物または炭窒化物の量
この微細炭化物または炭窒化物の量を面積率で５〜２０％に限定したのは、下限値未満であると耐摩耗性が低下し、上限値を超えると粗大な炭化物または炭窒化物が発生し、この粗大炭化物または炭窒化物が疲労亀裂の起点となって転がり、摺動部品の短寿命化につながるからである。
【００１１】
表層部の微細炭化物または炭窒化物の粒径
この粒径を３μｍ以下に限定したのは、３μｍを超えると、非金属介在物と同様に疲労亀裂の起点となるとともに、靭性を確保することができないからである。
【００１２】
深部の硬さ
この深部の硬さをＨＲＣ３０〜６４に限定したのは、下限値については、ＨＲＣが３０未満であると、軸受が荷重を受けたときの転がり、摺動部品、すなわち転動体と軌道輪の弾性変形量が大きくなり、軸受剛性に問題が起きるからである。また、上限値については、炭素含有量１％の軸受鋼においてサブゼロ処理を施すことなく深部の硬さをＨＲＣが６４を超えると、残留オーステナイト量が１５％を超え、寸法安定性に問題が起きるからである。
【００１３】
深部の残留オーステナイト量
この深部の残留オーステナイト量が１５％以下を超えると、経時的な寸法変化に影響を与える残留オーステナイトの分解量が明らかに多くなり、寸法安定性が低下するからである。
【００１４】
請求項２の発明による転がり軸受は、内外両輪および転動体を備えており、内外両輪および転動体のうちの少なくとも１つが、請求項１の発明の部品からなるものである。
【００１５】
請求項３の発明による転がり、摺動部品の製造方法は、軸受鋼より所定の形状に形成された加工済み部品素材を、カーボンポテンシャルが１．２％以上の浸炭または浸炭窒化雰囲気中において８４０〜８７０℃で３時間以上加熱して浸炭または浸炭窒化処理を施した後、８３０℃以下に降温し、ついで急冷することにより、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部の全炭素量を１．０〜１．６wt％とするとともに、前記表層部のマトリックス中の固溶炭素量を０．６〜１．０wt％とし、さらに前記表層部に炭化物または炭窒化物を析出させて前記炭化物または炭窒化物の量を面積率で５〜２０％でかつその粒径を３μｍ以下とし、深部の硬さをロックウェルＣ硬さで３０〜６４、深部の残留オーステナイト量を１５％以下とすることを特徴とするものである。    
請求項３の発明における各数値の限定理由は次の通りである。なお、表層部の全炭素量、表層部のマトリックス中の固溶炭素量、表層部の炭化物または炭窒化物の量および表層部の炭化物または炭窒化物の粒径については、限定理由は請求項１の発明の場合と同じである。
【００１６】
浸炭または浸炭窒化処理雰囲気のカーボンポテンシャル
このカーボンポテンシャルを１．２％以上に限定したのは、１．２％未満では、炭素含有量が１wt％程度である軸受鋼に対してほとんど浸炭されないことになり、表層部の硬さおよび炭化物または炭窒化物の面積率を所望のものにすることができず、しかも炭化物または炭窒化物の微細化を図ることができないからである。なお、カーボンポテンシャルが過剰になると大量の煤が発生するので、その上限は１．４％程度であることが好ましい。
【００１７】
浸炭または浸炭窒化処理温度
この温度を８４０〜８７０℃に限定したのは、下限値未満であるとカーボンポテンシャルのところで述べたような必要な浸炭を行うことができず、上限値を超えると表層部の結晶粒度が大きくなりすぎるとともに巨大炭化物または炭窒化物が析出して強度が低下するからである。すなわち、降伏強さは結晶粒度の−１／２乗に比例するので、結晶粒度が大きくなりすぎると強度が低下する。
【００１８】
浸炭または浸炭窒化処理時間
この時間を３時間以上に限定したのは、３時間未満であると、一般的転がり、摺動部品の転がり、摺動面における表層部の強化に要する浸炭深さが得られないからである。なお、この表層部とは、一般的には表面から深さ０．５ｍｍ程度までの範囲である。
【００１９】
また、浸炭または浸炭窒化処理後に８３０℃以下に降温し、その後急冷するのは、深部の残留オーステナイト量を１５％以下にするためである。
【００２０】
上記において、表面から最大せん断応力が作用する深さまでの表層部とは、たとえば転がり、摺動接触面の最表面から５０μｍまでの深さの部分をいう。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明の転がり、摺動部品によれば、深部の硬さがＨＲＣ３０〜６４で、深部の残留オーステナイト量が１５％以下であるから、転がり、摺動部品の寸法安定性が向上し、経時的な寸法変化を抑制することができる。
【００２２】
また、表層部の状態が前述した通りであるから、表面硬さが増大して潤滑油中に混入した異物により圧痕が生成しなくなるとともに、耐摩耗性が向上し、その結果転がり、摺動部品を用いた転がり軸受や、すべり軸受の長寿命化を図ることができる。しかも、軸受用として大量生産される軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼）よりなるので、材料コストが安くなり、その結果トータルの製造コストが安くなる。軸受鋼の中でもJIS ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。特に、転がり軸受の内輪の場合、その軌道面と転動体とは、凸と凸との接触になるので、発生する接触圧力が大きくなり、破損しやすい。この発明による転がり、摺動部品を内輪に用いた転がり軸受によれば、内輪の破損を防止することができ、その結果この転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
【００２３】
請求項２の発明の転がり軸受によれば、寸法安定性が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。
【００２４】
請求項３の発明の転がり、摺動部品の製造方法によれば、軸受用として多く用いられる軸受鋼よりなる部品素材を用いるので、材料コストが安くなる。しかも、浸炭または浸炭窒化処理温度が８４０〜８７０℃であるとともに、１度の浸炭または浸炭窒化処理の後、８３０℃以下に降温して急冷する熱処理を行うだけであるから、熱処理コストが安くなる。したがって、軸受部品のトータルの製造コストが安くなる。軸受鋼の中でもJIS ＳＵＪ２は特に大量生産されるため、これを用いると材料コストが極めて安くなるので、好ましい。
【発明の実施形態】
【００２５】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
【００２６】
実施例１および比較例１〜２
JIS ＳＵＪ２を用いて型番６２０６の転がり軸受に用いられる３種類の内輪素材を形成し、これらの内輪素材に熱処理を施して３種類の内輪（実施例１および比較例１〜２）を製造した。
【００２７】
実施例１の内輪に施された熱処理は図１に示すものであって、カーボンポテンシャル１．３％の浸炭雰囲気中において８５０℃で４時間加熱保持した後、８２０℃まで降温し、この温度で大気雰囲気中において０．５時間加熱保持し、ついで８０℃に油冷するものである。
【００２８】
比較例１の内輪に施された熱処理は図２に示すものであって、カーボンポテンシャル１．３％の浸炭雰囲気中において８５０℃で３時間加熱した後、８０℃に油冷するものである。
【００２９】
なお、上述した実施例１および比較例１の熱処理においては、図示は省略したが、最後に１６０℃で２時間加熱する焼戻し処理が施される。
【００３０】
比較例２の内輪に施された熱処理は普通焼入処理であって、８３０℃で４０分間加熱した後、８０℃に油冷し、その後１８０℃で２時間加熱する焼戻し処理を施すものである。
【００３１】
なお、上述した全ての熱処理においては、図示は省略したが、最後に１６０℃で２時間加熱する焼戻し処理が施される。
【００３２】
このようにして製造された実施例１および比較例１〜２の内輪の軌道面の表面硬さ(HRC)、軌道最表面の全炭素量、軌道最表面のマトリックス中の固溶炭素量、軌道最表面に析出した炭化物の量（面積率）、軌道最表面に析出した炭化物の最大粒径、表層部の残留オーステナイト量、深部の硬さおよび深部の残留オーステナイト量（γＲ量）は、表１に示す通りである。
【表１】
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【００３３】
評価試験１
実施例１および比較例１〜２の内輪内にシャフトを圧入し、恒温槽内において１２０℃に保持した。シャフト圧入時の引張応力は１００〜１５０ＭＰａである。そして、５０時間、１００時間、２００時間、５００時間、１０００時間および２０００時間経過後に、それぞれ内輪内径面の６点（円周方向に等間隔をおいた３箇所の軸方向に間隔をおいた２点）の内径を測定し、加熱保持する前の内輪内径面の前記６点の寸法に対する各時間経過後の寸法の変化率（％）を求めた。その結果を図３に示す。なお、寸法変化率は、（各時間経過後の寸法−試験前の寸法）／試験前の寸法である。
【００３４】
評価試験２
実施例１および比較例１〜２の内輪を、JIS ＳＵＪ２からなりかつ通常の浸炭窒化処理が施されてなる外輪および玉と組み合わせて型番６２０６Ｃ３の玉軸受を組立てた。そして、これらの玉軸受を使用し、異物が混入した潤滑油を用いて寿命試験を行った。試験条件は表２に示す通りである。
【表２】
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【００３５】
なお、表２に示す試験機は、同時に２個の玉軸受の試験を行うことが可能であり、表２中のラジアル荷重は、１つの玉軸受のラジアル荷重を意味する。寿命試験の結果も表１に示す。
【００３６】
表１中のＬ１０寿命およびＬ５０寿命は、試験機に同じ内輪を備えた玉軸受を２個セットし、いずれかの玉軸受の内輪が破損するまでの時間を計測するという試験を５回実施することにより得られる、１０％の累積破損確率寿命（Ｌ１０寿命）と、５０％の累積破損確率寿命（Ｌ５０寿命）のことである。
【００３７】
以上の結果から明らかなように、本発明品である実施例１は、寿命に関しては、特許文献１に記載された転がり、摺動部品と同じものである比較例１と同等であり、寸法安定性に関してJIS ＳＵＪ２からなる標準品である比較例２と同等でかつ比較例１よりも優れている。
【００３８】
本発明品の上述した効果は、１２０℃以上の高温環境や、１００ＭＰａ以上の引張応力環境において、特に顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の内輪に施された熱処理条件を示す線図である。
【図２】比較例１の内輪に施された熱処理条件を示す線図である。
【図３】評価試験１の結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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