(57)【要約】【課題】  転がり疲れ寿命の長い転がり軸受を低コストで提供する。【解決手段】  内外輪１，２は、Ｃ：０．２〜１．２％、Ｓｉ：０．１５〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：０．５〜２．０％、Ｍｏ：２．０％以下、Ｖ：２．０％以下、Ｏ：１２ｐｐｍ以下、残部：Ｆｅ及び不可避不純物の鋼に浸炭又は浸炭窒化を含む熱処理を施して作製する。軌道面１ａ，２ａをなす表層部は、Ｎ＋Ｃ：０．７〜４．０％、γR ：２０〜４０％、Ｈｖ６５０以上とする。ころ３は、Ｃ：０．２〜１．２％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｃｒ：０．５〜２．０％、Ｏ：１２ｐｐｍ以下、残部：Ｆｅ及び不可避不純物の鋼に浸炭窒化を含む熱処理を施して作製する。転動面３ａをなす表層部は、Ｎ：０．２０〜２．００％、Ｎ＋Ｃ：０．７〜４．０％、γR ：２０〜２４％、Ｈｖ７００以上とし、転動面３ａの表面粗さは、軌道面１ａ，２ａより小さくする。【選択図】  図１
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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、
前記第一部材及び前記第二部材は、Ｃ含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．１５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、Ｍｏ含有率が２．０質量％以下、Ｖ含有率が２．０質量％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理が施されて得られ、
その軌道面をなす表層部は、Ｎ及びＣの合計含有率が０．７質量％以上４．０質量％以下で、残留オーステナイト量が２０体積％以上４０体積％以下で、硬さがＨｖ６５０以上であり、
前記転動体は、Ｃ含有率が０．２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、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理を含む熱処理が施されて得られ、
その転動面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下で、Ｎ及びＣの合計含有率が０．８質量％以上４．０質量％以下で、残留オーステナイト量が２０体積％以上２４体積％以下で、硬さはＨｖ７００以上であるとともに、
前記転動面の表面粗さ（Ｒａ）は、前記軌道面の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなっていることを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
前記転動体は、前記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、ピーニング処理とがこの順で施されて得られていることを特徴とする請求項１に記載の転がり支持装置。
【請求項３】
前記第一部材及び前記第二部材が、前記鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理を含む熱処理が施されて得られた場合において、
前記転動面をなす表層部のＮ含有率は、前記軌道面をなす表層部のＮ含有率よりも多くなってい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、リニアガイド、ボールねじ等の転がり支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり支持装置の一例である転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、この剪断応力に耐えて転がり疲れ寿命を確保する必要がある。このため、転がり軸受の軌道輪（内輪や外輪）及び転動体としては、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）に焼入れ及び焼戻し処理を施したり、肌焼鋼（ＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０，ＳＡＥ４３２０Ｈ等）に浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ及び焼戻し処理を施すことにより、表面硬さをＨｖ６５０〜８００としたものが用いられている。
【０００３】
近年、自動車，工作機械，一般産業機械，鉄鋼設備等の動力伝達機構や支持機構の高能率化及び小型化を実現するために、これらの機構で使用される転がり軸受は、高速条件，高荷重条件，高温条件等の苛酷な環境下で使用されることが多くなってきている。
特に、高荷重条件下で使用される転がり軸受では、軌道面に油膜が形成され難く、軌道輪と転動体との間に金属接触が生じて、その転がり面（軌道面や転動面）に大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。また、高荷重条件下で使用される転がり軸受では、軌道輪と転動体との間にスキューによるすべりが生じ易く、軌道輪と転動体との間に繰り返し剪断応力や大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。
【０００４】
表面損傷による寿命低下は、上述した潤滑不足やすべりによって転がり面に大きな接線力が発生した場合に加えて、異物が混入された潤滑条件下（以下、「異物混入潤滑下」と記す。）で異物の噛み込みによって転がり面に圧痕が生じ、圧痕の縁に応力集中が発生した場合にも起こる。
このような表面損傷による寿命低下を防止するための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１では、少なくとも軌道輪を、質量比で、Ｃ含有率が０．８％以上１．２％以下、Ｓｉ含有率が０．４％以上１．０％以下、Ｃｒ含有率が０．２％以上１．２％以下、Ｍｎ含有率が０．８％以上１．５％以下の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、８３０〜８７０℃での焼入れ処理と、１６０〜１９０℃での焼戻し処理とを施すことで作製し、その表層部の残留オーステナイト量を２５体積％以上５０体積％以下とすることが提案されている。また、特許文献１には、異物混入下で優れた転がり疲れ寿命を得るために、表層部の残留オーステナイト量を２５体積％以上３０体積％以下として、特定の表面硬さを確保することが好ましいと記載されている。
【０００６】
特許文献２では、少なくともころを、質量比で、Ｃ含有率が０．８％以上１．５％以下、Ｓｉ含有率が０．４％以上１．２％以下、Ｍｎ含有率が０．８％以上１．５％以下、Ｃｒ含有率が０．８％以上１．８％以下の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、焼入れ処理及び焼戻し処理とを施すことで作製し、表層部の残留オーステナイト量を２０％体積以上４０体積％以下とし、表面硬さをＨｖ７５０以上とすることが提案されている。
【特許文献１】特開平７−１９００７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１及び２に記載の技術では、表層部の残留オーステナイト量と硬さとをともに大きくすることで転がり疲れ寿命の向上を図っているため、製造コストを削減するという点でさらなる改善の余地がある。
また、特許文献１及び２に記載の軸受では、表面損傷による寿命低下が問題となる転動部材の寿命についてのみ考慮されており、それ以外の転動部材の寿命については考慮されていない。このため、寿命低下が問題となる転動部材の寿命のみを長くしても、それ以外の転動部材の寿命が不足して、装置全体の寿命を長くできない場合がある。
そこで、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、表面損傷が生じ易い環境下で使用されても、転がり疲れ寿命の長い転がり支持装置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】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明者は、第一部材及び第二部材の転がり疲れ寿命と、転動体の転がり疲れ寿命との相互バランスについて鋭意検討を重ねた結果、転がり支持装置全体として転がり疲れ寿命を長くできる第一部材部材及び第二部材と転動体との組合せを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、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、前記第一部材及び前記第二部材は、Ｃ含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．１５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、Ｍｏ含有率が２．０質量％以下、Ｖ含有率が２．０質量％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭処理又は浸炭窒化処理を含む熱処理が施されて得られ、その軌道面をなす表層部は、Ｎ及びＣの合計含有率が０．７質量％以上４．０質量％以下で、残留オーステナイト量が２０体積％以上４０体積％以下で、硬さがＨｖ６５０以上であり、前記転動体は、Ｃ含有率が０．２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、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理を含む熱処理が施されて得られ、その転動面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下で、Ｎ及びＣの合計含有率が０．８質量％以上４．０質量％以下で、残留オーステナイト量が２０体積％以上２４体積％以下で、硬さはＨｖ７００以上であるとともに、前記転動面の表面粗さ（Ｒａ）は、前記軌道面の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【００１０】
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。
また、本発明において「表層部」とは、表面から所定深さ（例えば、１μｍ）までの範囲を指す。
【００１１】
以下、本発明の数値限定の臨界的意義について説明する。
まず、転動部材（第一部材、第二部材、転動体）の素材をなす鋼について詳細に説明する。
〔Ｃ含有率：（転動部材全て）０．２〜１．２質量％〕
Ｃ（炭素）は、基地をマルテンサイト化することにより、強度を増加させる作用を有する。本発明においては、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に浸炭窒化処理又は浸炭処理を含む熱処理が施されるため、転動部材の表層部にはＮ（窒素）やＣが添加される。
よって、転動部材の素材をなすＣ含有率は、転動部材の芯部に必要な強度を確保するために、いずれも０．２％以上とする。なお、転動部材の芯部を好ましい硬さＨｖ６５０以上にするために、素材をなすＣ含有率は、いずれも０．８％以上とすることが好ましい。  一方、素材をなすＣ含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して、転がり疲れ寿命を低下させる場合がある。よって、転動部材の素材をなすＣ含有率は、いずれも１．２％以下とする。
【００１２】
〔Ｓｉ含有率：（第一部材及び第二部材）０．１５〜２．０質量％，（転動体）０．４〜２．０質量％〕
Ｓｉ（ケイ素）は、鋼の焼戻し軟化抵抗性を強化し、疲労強度を増加させる作用を有するとともに、浸炭層や浸炭窒化層のＮ含有率やＣ含有率を安定して得る作用を有する。これらの作用を得るために、第一部材及び第二部材の素材をなすＳｉ含有率は、０．１５質量％以上とし、転動体の素材をなすＳｉ含有率は０．４質量％以上とする。
一方、素材をなすＳｉ含有率が多過ぎると、浸炭窒化処理時に浸炭窒化層の生成を阻害したり、切削性を低下させたりする場合がある。よって、転動部材の素材をなすＳｉ含有率は、いずれも２．０質量％以下とする。
【００１３】
〔Ｍｎ含有率：（転動部材全て）０．２〜２．０質量％〕
Ｍｎ（マンガン）は、Ｓｉと同様に、浸炭層や浸炭窒化層のＮ含有率やＣ含有率を安定して得る作用を有するとともに、製鋼時の脱酸剤や脱硫剤としての作用を有する。これらの作用を得るために、転動部材の素材をなすＭｎ含有率は、いずれも０．２質量％以上とする。
また、Ｓｉに加えてＭｎを添加することにより、研磨取り代の多い形状の転動体であっても、その転動面をなす表層部に本発明範囲のＮ含有率を安定して確保できる。
一方、素材をなすＭｎ含有率が多過ぎると、鋼中に存在する非金属介在物が多くなり過ぎて転がり疲れ寿命が低下したり、素材の鍛造性や被削性当の機械加工性が低下したりする場合がある。よって、転動部材の素材をなすＭｎ含有率は、いずれも２．０質量％以下とする。
【００１４】
〔Ｃｒ含有率：（転動部材全て）０．５〜２．０質量％〕
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地を強化して転がり疲れ寿命を長くする作用を有する。また、微細で高硬度の炭化物や炭窒化物を生成して、耐摩耗性を向上させる作用も有する。さらに、浸炭層又は浸炭窒化層のＣ含有率を安定して得ることで、浸炭窒化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、転動部材をなす素材のＣｒ含有率は、いずれも０．５％以上とする。
一方、素材をなすＣｒ含有率が多過ぎると、その効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭窒化特性を阻害する場合があるため、転動部材の素材をなすＣｒ含有率は、いずれも２．０％以下とする。
【００１５】
〔Ｍｏ含有率：２．０質量％以下〕
Ｍｏ（モリブデン）は、基地に固溶して焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有するとともに、微細で高硬度の炭窒化物を生成して、硬さを向上させ、かつ、疲労強度を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、第一部材及び第二部材の素材をなすＭｏ含有率は、０．５質量％以上とする。
しかしながら、Ｍｏを添加させるとコストが上昇するため、Ｍｏは第一部材及び第二部材のみに添加し、その上限値を２．００質量とする。
【００１６】
〔Ｖ含有率：２．００質量％以下〕
Ｖ（バナジウム）は、高硬度な炭窒化物を生成して、硬さを向上させるとともに、熱処理時の結晶粒の成長を抑制する作用を有する。これらの作用を得るために、第一部材及び第二部材の素材をなすＶ含有率は、０．５質量％以上とする。  
しかしながら、Ｖを添加させると、Ｍｏと同様にコストが上昇するため、Ｖは第一部材及び第二部材のみに添加し、その上限値を２．０質量％以下とする。
【００１７】
〔Ｏ含有率：（転動部材全て）１２ｐｐｍ以下〕
Ｏ（酸素）は、転がり疲れ寿命に悪影響を与える酸化物系非金属介在物を生成するため、その含有率を出来る限り少なくする必要がある。このため、転動部材の素材をなすＯ含有率は、いずれも１２ｐｐｍ以下、好ましくは９ｐｐｍ以下とする。
【００１８】
〔不可避不純物について〕
本発明の第一部材及び第二部材に用いる鋼には、上述した元素以外に、例えばＰ（リン），Ｓ（硫黄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｎｂ（ニオブ）等の不可避不純物が含まれていてもよいし、本発明の転動体に用いる鋼には、上述した不可避不純物に加えて、さらにＭｏやＶが含まれていてもよい。これらの元素は、コストの許す限り添加してもよいが、その添加量は合計で２．０質量％以下とすることが好ましい。
【００１９】
続いて、上述した鋼からなる素材に対して施す熱処理について詳細に説明する。
〔転動部材の熱処理について〕
まず、上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削により転動部材の所定形状に加工した後、混合ガス（例えば、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、所定時間加熱保持することにより浸炭窒化処理を行う。なお、第一部材及び第二部材は、上述した浸炭窒化処理の代わりに、混合ガス（例えば、ＲＸガス＋エンリッチガス）を導入した炉内で、所定時間加熱保持することによる浸炭処理を行ってもよい。
【００２０】
この浸炭処理や浸炭窒化処理は、転動部材の転がり面（第一部材及び第二部材の各軌道面や、転動体の転動面）をなす表層部に、それぞれ本発明範囲のＮやＣを付与できる条件で行う。
転動部材の転がり面をなす表層部に存在するＮは、経時変化に影響を及ぼす耐圧痕性や耐摩耗性を向上させることにより、転動部材の転がり疲れ寿命を長くする作用を有する。このため、第一部材及び第二部材に対しても浸炭窒化処理を施して、その軌道面をなす表層部にＮを存在させることが好ましい。
この作用を得るために、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部のＮ含有率は０．１０質量％以上とし、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率は０．２０質量％以上、好ましくは０．４０質量％以上とする。
【００２１】
一方、転動部材の転がり面をなす表層部に存在するＮが多過ぎると、表層部におけるＣｒの枯渇化により脆弱な窒化層が形成されて、表層部の硬さが低下したり、転がり疲れ寿命が低下したりするとともに、切削性が著しく劣化する場合がある。よって、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部のＮ含有率は０．５０質量％以下とし、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率は２．００質量％以下、好ましくは１．５０質量％以下、より好ましくは１．００質量％以下とする。
【００２２】
また、転動部材の転がり面をなす表層部に存在するＣは、転動部材の転がり面をなす表層部に本発明範囲内の硬さを付与する作用を有する。このため、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部のＣ含有率は０．６質量％以上として、その軌道面をなす表層部のＮ及びＣの合計含有率を０．７質量％以上とする。また、転動体の転動面をなす表層部のＣ含有率は０．６質量％以上として、その転動面をなす表層部のＮ及びＣの合計含有率を０．８質量％以上とする。
【００２３】
一方、転動部材の転がり面をなす表層部のＣ含有率が多過ぎると、粗大な炭化物が析出して、転動部材の転がり疲れ寿命が低下する場合がある。よって、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部のＣ含有率は２．５質量％以下として、その軌道面をなす表層部のＮ及びＣの合計含有率を４．０質量％以下とする。また、転動体の転動面をなす表層部のＣ含有率は２．５質量％以下、好ましくは２．０質量％以下として、その転動面をなす表層部のＮ及びＣの合計含有率を４．０質量％以下とする。
【００２４】
なお、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量と、転動体の転動面をなす表層部の残留オーステナイト量とが略同一である場合には、第一部材及び第二部材よりも、転動体の転がり疲れ寿命を長くするために、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率を、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部のＮ含有率よりも多くすることが好ましい。
【００２５】
次に、焼入れ処理を行った後、焼戻し処理を行う。
この焼入れ処理及び焼戻し処理は、転動部材の転がり面をなす表層部に、それぞれ本発明範囲の残留オーステナイト量及び硬さを付与できる条件で行う。
転動部材をなす転がり面をなす表層部に存在する残留オーステナイト量は、転がり面に形成された圧痕縁への応力集中を低減させる作用を有する。この作用を得るために、転動部材の各表層部に存在する残留オーステナイト量は、２０体積％以上とする。
【００２６】
一方、転動部材をなす転がり面をなす表層部に存在する残留オーステナイト量が多過ぎると、経時変化に影響を及ぼす耐圧痕性や耐摩耗性が低下したり、切削性が低下したりするため、転動体の経時変化を抑制することで、転動体と第一部材及び第二部材との間の摩擦を低減する効果が十分に得られなくなる。よって、第一部材及び第二部材の軌道面をなす表層部に存在する残留オーステナイト量は４０体積％以下とし、転動体の転動面をなす表層部に存在する残留オーステナイト量は２４体積％以下とする。
【００２７】
次に、転動体に対しては、ショットピーニング処理やバレルピーニング処理等のピーニング処理を施すことが好ましい。このピーニング処理は、転動体の転動面をなす表層部の残留オーステナイト量をさらに低減させるとともに、前記表層部の硬さをさらに向上できるため、転動体の経時変化をさらに抑制するために有効である。また、転動体に対してピーニング処理を施すことにより、転動体の半価幅も増加するため、転動体の転がり疲れ寿命も長くできる。
なお、転動面の圧縮応力が１０００ＭＰａを超えると、マイクロクラック等が発生して転がり疲れ寿命が低下する場合があるため、転動面の圧縮応力は１０００ＭＰａ以下となる条件で、ピーニング処理を行うことが好ましい。
【００２８】
次に、研削仕上げ加工を施して、転動体の転動面における表面粗さ（Ｒａ）を、第一部材及び第二部材の軌道面における表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくなるようにする。これにより、潤滑不足やすべりによって転がり面に発生する接線力が低減し、表面損傷が生じ難くなる。
一方、転動体の転動面における表面粗さ（Ｒａ）を、第一部材及び第二部材の軌道面における表面粗さ（Ｒａ）よりも大きくすると、第一部材及び第二部材の転がり疲れ寿命が、転動体の転がり疲れ寿命よりも大幅に短くなるため、転がり支持装置全体の転がり疲れ寿命が著しく低下する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の転がり支持装置によれば、第一部材及び第二部材の転がり疲れ寿命と、転動体の転がり疲れ寿命との相互バランスを考慮して、転動体の残留オーステナイト量を低減し、且つ、表面窒素濃度を増加させたことにより、転動体の経時変化を抑制し、転動体と第一部材及び第二部材との間の摩擦を低減できるため、表面損傷による寿命低下を低コストで抑制できる。よって、表面損傷が生じ易い環境下で使用した場合でも、転がり疲れ寿命の長い転がり支持装置を低コストで提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
＜第１実施形態＞
本実施形態では、図１に示す呼び番号Ｌ４４６４９の円錐ころ軸受（外径：５０．２９２ｍｍ，内径：２６．９８８ｍｍ，幅：１４．２２４ｍｍ）を、以下に示す方法で作製した。この円錐ころ軸受は、図１に示すように、内輪（第一部材）１と、外輪（第二部材）２と、内輪１及び外輪２の各軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配設された円錐状の複数のころ（転動体）３と、保持器４と、からなる。また、ころ３の大径側端面３ｂは、内輪１の大径側端部に形成された鍔部１０で保持されている。
【００３１】
ころ３は、以下の手順で作製した。
まず、表１に示す各構成の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表１に示す各方法の熱処理を施した。
ここで、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、混合ガス（Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガス）の雰囲気下で、アンモニアガスの流量を混合ガス全体の２〜９％とした条件下において、８３０〜８６０℃で４〜６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、表１に示す各温度で２時間保持することにより焼戻しを行った。
【００３２】
また、表１に「浸炭窒化焼入れ→焼戻し→ショットピーニング」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、上述と同様の浸炭窒化処理を行った後、油焼入れを行った。次に、表１に示す各温度で２時間保持することにより焼戻しを行った。次に、ころ３の転動面３ａに対して、ショット粒として、平均粒径が０．５０〜０．５４ｍｍで、表面硬さがＨＲＣ６１の鋼球を使用して、６０〜１２０ｍ／ｓのショット投射速度でショットピーニング処理を行った。
【００３３】
さらに、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、８３０〜８６０℃で０．５〜１時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
次に、研削等の仕上げ加工を施して、転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．０６μｍとなるように調整した。また、ころ３の軸方向端面における研磨取り代は、大径側端面３ｂ及び小径側端面３ｃでそれぞれ５０μｍずつとした。
【００３４】
そして、得られたころ３のうち破壊検査用のサンプルを用いて、転動面３ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）のＮ含有率（質量比）及びＣ含有率（質量比）と、前記表層部の残留オーステナイト量（体積比）と、前記表層部の硬さ（Ｈｖ）とを、以下に示す方法でそれぞれ測定した。これらの結果は、「Ｎ含有率」、「Ｎ＋Ｃ含有率」、「γR 」、及び「硬さ」として、表１に併せて示した。
なお、前記表層部のＮ含有率及びＣ含有率は、電子線マイクロアナライザ (ＥＰＭＡ）を用いて測定した。また、前記表層部の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折装置を用いて測定した。さらに、前記表層部の硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定されたビッカース硬さ試験法を用いて測定した。
【００３５】
内輪１及び外輪２は、以下に示す手順で作製した。
まず、ＪＩＳ鋼種である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、８３０〜８６０℃で０．５〜１時間保持した後に油焼入れを施した後、１８０℃で２時間保持することによる焼戻しを施すことにより、軌道面１ａ，２ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）の硬さをＨｖ６８０以上とし、前記表層部の残留オーステナイト量を９体積％とした。
【００３６】
次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、各軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）を、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）よりも大きな０．１５μｍとなるように調整した。
このようにして得られた内輪１及び外輪２と、ころ３とを用いて、円錐ころ軸受を組み立てた。そして、この円錐ころ軸受を、表面損傷が生じ易い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運転させることにより、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。
【００３７】
この寿命試験は、内輪１、外輪２、及びころ３のいずれかの転がり面（軌道面１ａ，２ａや転動面３ａ）に剥離（フレーキング）が生じるまで内輪１を回転させることで行い、寿命試験開始から剥離が生じるまでの回転時間を寿命とした。また、この寿命試験は、各サンプルにおいてそれぞれ３０回行った。この結果は、各サンプル毎にワイブル分布関数に基づいてＬ10寿命を算出し、Ｎｏ．１７のＬ10寿命を１とした時の比として、表１に併せて示した。また、表１には、この寿命試験の結果、ころ３に剥離が生じた割合を併せて示した。
〔寿命試験条件〕
荷重比（Ｐ／Ｃｒ）：０．４６
回転速度：４５００ｍｉｎ-1 
潤滑油：♯６８タービン油
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
【００３８】
【表１】
2006348342.tif 000003
【００３９】
表１に示すように、Ｎｏ．１，Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１６の円錐ころ軸受では、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量が少なくなる程、ころ３の剥離率が増加し、寿命が長くなっていることが分かる。
この理由としては、本実施形態の内輪１及び外輪２ところ３との組合せの場合、ころ３の転がり疲れ寿命が内輪１及び外輪２の転がり疲れ寿命よりも長いため、円錐ころ軸受の寿命は内輪１及び外輪２の転がり疲れ寿命に影響を受けるからであると考えられる。
【００４０】
また、表１に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９の円錐ころ軸受では、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率が多くなる程、寿命が長くなる傾向が見られた。
さらに、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２の円錐ころ軸受では、ころ３の転動面３ａにピーニング処理を施すことにより、同一鋼種を用いて作製され、且つ、同一のＮ含有率及びＮ＋Ｃ含有率としたＮｏ．２〜Ｎｏ．４の円錐ころ軸受よりも寿命が長くなっていることが分かる。
【００４１】
以上の結果から、内輪１及び外輪２を本発明構成のＳＵＪ２からなる素材で構成し、且つ、軌道面１ａ，２ａをなす表層部を本発明構成外（Ｎ含有率：０％，Ｎ＋Ｃ含有率：１．０％，残留オーステナイト量：９体積％，硬さ：Ｈｖ６８０）とした場合においては、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量やＮ含有率を多くすることにより、表面損傷が生じ易い異物混入潤滑下で使用した円錐ころ軸受の寿命が長くなる傾向があることが分かった。
【００４２】
＜第２実施形態＞
上述した円錐ころ軸受の内輪１及び外輪２を、以下に示す手順で作製した。
まず、表２に示す各構成の鋼からなる素材を内輪１及び外輪２の各形状に加工した後、表２に示す各方法で熱処理を施した。
なお、表２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、混合ガス（Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガス）の雰囲気下で、アンモニアガスの流量を混合ガス全体の２〜９％とした条件下において、８３０〜８６０℃で５〜１０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、１５０〜２００℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
【００４３】
また、表２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、混合ガス（Ｒｘガス＋プロパンガス）の雰囲気下において、８４０〜８８０℃で５〜１０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、１５０〜２００℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、各軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）を、０．１５μｍに調整した。また、内輪１及び外輪２の各軸方向端面における研磨取り代は、それぞれ１５０μｍずつとした。
【００４４】
そして、得られた内輪１及び外輪２のうち破壊検査用のサンプルを用いて、上述と同様の方法で軌道面１ａ，２ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）のＮ含有率（質量比）及びＣ含有率（質量比）と、前記表層部の残留オーステナイト量（体積比）と、前記表層部の硬さ（Ｈｖ）と、をそれぞれ測定した。これらの結果は、「Ｎ含有率」、「Ｎ＋Ｃ含有率」、「γR 」、及び「硬さ」として、表２に併せて示した。
このようにして得られた内輪１及び外輪２と、第１実施形態で作製した各構成のころ３と、を表２に示すように組み合わせて、円錐ころ軸受を組み立てた。
そして、この円錐ころ軸受を上述と同様の条件で運転させることにより、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。この結果は、表１に示すＮｏ．１７のＬ10寿命を１とした時の比として、表２に併せて示した。
【００４５】
【表２】
2006348342.tif 000004
【００４６】
表２に示すように、本発明構成の内輪１及び外輪２と、本発明構のころ３とを用いたＮｏ．２１〜Ｎｏ．３３の円錐ころ軸受では、本発明構成の内輪１及び外輪２と、本発明構成外のころ３とを用いたＮｏ．３４〜Ｎｏ．３８の円錐ころ軸受ころ３よりも、寿命が長くなっていることが分かる。
このうち、内輪１及び外輪２に対して浸炭窒化処理を含む熱処理を施したＮｏ．２１〜Ｎｏ．２９の円錐ころ軸受では、内輪１及び外輪２に対して浸炭処理を含む熱処理を施したＮｏ．３０〜Ｎｏ．３２の円錐ころ軸受よりも、寿命が長くなっていることが分かる。
【００４７】
また、Ｎｏ．３３の円錐ころ軸受では、内輪及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率が、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率よりも多くなっているため、ころ３の剥離率が大幅に増大していることが分かる。この結果から、ころ３の摩擦低減効果を十分に得るとともに、研削コストを低減させるためには、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率を、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率よりも多くすればよいことが分かる。
【００４８】
一方、表２に示すように、Ｎｏ．３４〜Ｎｏ．３７の円錐ころ軸受では、表１に示す結果とは異なり、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量が少なくなる程、ころ３の剥離率が大幅に増加して、寿命が短くなっていることが分かる。
この理由としては、本実施形態の内輪１及び外輪２ところ３との組合せの場合、内輪１及び外輪２の転がり疲れ寿命がころ３よりも長いため、円錐ころ軸受の寿命が、ころ３の転がり疲れ寿命に影響を受けるからであると考えられる。
【００４９】
また、Ｎｏ．３４の円錐ころ軸受では、ころ３の剥離率が１０％であるにも係わらず、寿命が短くなっていることが分かる。この結果から、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量が多過ぎると、ころ３の経時変化が増加して、内輪１及び外輪２との間の摩擦低減効果が十分に得られないことが分かる。
さらに、Ｎｏ．３７の円錐ころ軸受では、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率が本発明範囲よりも少ないため、寿命が短くなっていることが分かる。
【００５０】
これらの結果から、内輪１及び外輪２を本発明構成の鋼からなる素材で構成し、且つ、軌道面１ａ，２ａをなす表層部を本発明の構成（Ｎ含有率：０．１０〜０．５０％，Ｎ＋Ｃ含有率：０．７〜４．０％，残留オーステナイト量：２０〜４０％，硬さ：Ｈｖ６５０以上）とした場合において、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率及び残留オーステナイト量を特定しないと、表面損傷が生じ易い異物混入潤滑下で使用した円錐ころ軸受の寿命を長くできないことが分かった。
【００５１】
図２は、表２に示す結果に基づいて、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量と、ころ３の転がり疲れ寿命及びころ３と組み合わせる本発明構成の内輪１及び外輪２の転がり疲れ寿命との関係を、模式的に示す図である。
図２に示す結果より、内輪１及び外輪２の転がり疲れ寿命と、ころ３の転がり疲れ寿命との相互バランスを考慮して、軌道面１ａ，２ａ及び転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量を本発明範囲に特定することにより、表面損傷の生じ易い異物混入潤滑下で使用した円錐ころ軸受の寿命を長くできることが分かる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
上述した表２に示すＮｏ．２３の構成で作製し、その転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ，０．２０μｍ，０．２５μｍにそれぞれ調整したころ３を用意した。
そして、これらのころ３と、上述した表２に示すＮｏ．２３の内輪１及び外輪２（各軌道面１ａ，２ａの表面粗さが０．１５μｍ）とを用いて、円錐ころ軸受を組み立てた。そして、この円錐ころ軸受を上述と同様の条件で運転させて、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。
【００５３】
この結果、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０〜０．２５μｍにそれぞれ調整したころ３を用いた円錐ころ軸受では、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．０６μｍとした表２に示すＮｏ．２３の場合（Ｎｏ．１７の７．５倍の寿命）よりも、寿命が短くなっていた。具体的には、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍとした場合にはＮｏ．１７の６．１倍の寿命が得られ、同様に、０．２０μｍとした場合にはＮｏ．１７の３．２の寿命が得られ、０．２５μｍとした場合にはＮｏ．１７の２．１倍の寿命が得られた。
【００５４】
以上の結果より、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）が、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）よりも大きくなると、円錐ころ軸受の寿命が大幅に短くなることが分かった。よって、円錐ころ軸受の寿命を長くするためには、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）よりも小さくする必要があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の転がり軸受の一例として円錐ころ軸受を示す断面図である。
【図２】ころの転動面をなす表層部の残留オーステナイト量と、ころの転がり疲れ寿命及び内外輪の転がり疲れ寿命と、の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１          内輪
１ａ        内輪軌道面
２          外輪
２ａ        外輪軌道面
３          ころ（転動体）
３ａ        転動面    
１０        鍔部
【図１】
2006348342.tif 000005
【図２】
2006348342.tif 000006