(57)【要約】【課題】  ころと内輪との間に作用する接線力を小さくすることで、自動調心ころ軸受の寿命を長くする。【解決手段】  自動調心ころ軸受のころ３を、高炭素クロム軸受鋼二種よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理、焼入れ処理、および焼戻し処理を施して作製する。そして、ころ３の転がり面をなす表層部のＮ含有率を０．３０質量％以上２．００質量％以下とし、前記表層部のＣ含有率を１．００質量％以上２．００質量％以下とし、前記表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２０体積％以下とする。また、ころ３の転がり面および内輪１の軌道面１ａの表面粗さを、外輪２の軌道面２ａの表面粗さよりも小さくする。【選択図】      図１
2006002871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、およびころを備えた自動調心ころ軸受において、
前記ころは、高炭素クロム軸受鋼二種よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理、焼入れ処理、および焼戻し処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．３０質量％以上２．００質量％以下、Ｃ含有率が１．００質量％以上２．００質量％以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下となっているとともに、
前記ころの転がり面および前記内輪の軌道面の表面粗さは、前記外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
前記ころの素材は、Ｃ含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉ含有率が０．５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ことを特徴とする請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
【請求項３】
前記ころの転がり面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．０９μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動調心ころ軸受。
【請求項４】
前記外輪の軌道面の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調心ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の一つである自動調心ころ軸受は、取り付け誤差や衝撃荷重により内輪や外輪が傾斜してもころの接触状態は変化しないため、異常な荷重の発生を防止でき、且つ、許容できるラジアル荷重が大きいという利点がある。このため、自動調心ころ軸受は、製紙機械用の各種ロールネック軸受、車両用の軸受、および各種産業機械用の軸受等として広く利用されている。
【０００３】
このような自動調心ころ軸受では、清浄環境下で内輪の軌道面に微小な塑性流動が起こり、これを起点としてピーリングが発生・進展して剥離に至る、表面起点型の破損が生じる場合がある。一方、玉軸受や円筒ころ軸受では、清浄環境下で鋼中の非金属介在物を起点として、疲労亀裂が発生・進展して剥離に至る、内部起点型の破損が生じる場合が多い。つまり、上述した表面起点型の破損は、自動調心ころ軸受に特有のものである。
【０００４】
一般に、自動調心ころ軸受では、外輪の軌道面の表面粗さを、内輪の軌道面の表面粗さよりも大きくすることにより、寿命を長くできることが知られている（例えば、特許文献１参照）。寿命を長くできる理由としては、外輪の軌道面の表面粗さを内輪の軌道面の表面粗さよりも大きくすると、ころが軸受の外側に傾く正のスキューが生じて、スラスト（アキシャル）荷重を小さくできるからであると考えられている。一方、ころが軸受の内側に傾く負のスキューは、スラスト荷重を増大させるため、軸受寿命に悪影響を及ぼすと考えられている。
【特許文献１】特開昭４９−５７２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の自動調心ころ軸受では、負のスキューが生じる場合があるとともに、負のスキューが大きくなっても長寿命が得られる場合がある。このため、ころのスキュー調整が、自動調心ころ軸受の寿命延長に決定的な効果を与えているとは言い切れない。すなわち、上述した特許文献１に記載の自動調心ころ軸受には、寿命を長くするという点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、自動調心ころ軸受の寿命を長くすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った結果、自動調心ころ軸受に特有の表面起点型の破損は、ころのスキューが直接の原因ではなく、ころと内外輪との間に作用する接線力（二つの物体間に作用する円周方向の力）が関与していることを見出した。そして、自動調心ころ軸受に特有の表面起点型の破損は、内輪ところとの間に大きな接線力が作用した場合に、内輪の軌道面に生じる微小な塑性流動を起点として生じているという知見を得た。
【０００７】
また、内外輪ところとの間に接線力が作用すると、上述した塑性流動を起点とするピーリングクラックの進展を促進するだけでなく、最大剪断応力位置が表面に露出して、剪断応力の値が大きくなることが分かった。すなわち、ころと内外輪との間に作用する接線力は、自動調心ころ軸受の寿命に悪影響を及ぼしていることを見出した。そこで、本発明者らは、自動調心ころ軸受の主な破損部位である内輪の転がり方向に作用する接線力を小さくすることを目的として、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、内輪、外輪、およびころを備えた自動調心ころ軸受において、前記ころは、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理、焼入れ処理、および焼戻し処理が施されて得られ、その転がり面をなす表層部（表面から１００μｍの深さまでの部分）は、Ｎ含有率が０．３０質量％以上２．００質量％以下、Ｃ含有率が  １．００質量％以上２．００質量％以下、残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下となっているとともに、前記ころの転がり面および前記内輪の軌道面の表面粗さは、前記外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とする自動調心ころ軸受を提供する。
【０００９】
本発明の自動調心ころ軸受では、ＳＵＪ２よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材を用いて作製したため、ころをＳＵＪ２製とした場合よりも、ころと内輪との間に作用する接線力が小さくなる。よって、本発明の自動調心ころ軸受では、ころをＳＵＪ２製とした自動調心ころ軸受と比べて、自動調心ころ軸受特有の表面起点型の破損を低減できる。
【００１０】
ここで、ころをＳＵＪ２よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材で作製しても、ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率、および残留オーステナイト量が好適な範囲でないと、その転がり面に剥離が生じ易くなる。このため、ＳＵＪ２よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材に以下に示す熱処理を施すことにより、ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率、および残留オーステナイト量を以下に示す範囲に調整した。なお、ころの転がり面をなす表層部の硬さは、Ｈｖ７５０〜８５０程度とすることが好ましい。
【００１１】
〔熱処理について〕
まず、ＳＵＪ２よりも摩擦係数の低い鋼からなる素材を、鍛造又は切削によりころの形状に加工した後、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で浸炭窒化処理を行う。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、ころの転がり面をなす表層部に十分なＮ含有率が得られなくなる。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。
【００１２】
この浸炭窒化処理は、焼入れ後の表層部に十分な残留オーステナイト量を付与できるように、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。              
次に、焼入れ処理を行った後、焼戻し処理を行う。焼戻し処理は、マルテンサイト組織の安定化のために、２００〜２６０℃程度で行うことが好ましい。
【００１３】
〔ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率：０．３０質量％以上２．００質量％以下〕
Ｎ（窒素）は、基地に固溶して、転がり面をなす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量の残留オーステナイトを残存させる作用を有する。また、Ｎは、摩耗・摩擦特性を向上させる窒化物や炭窒化物を形成して、接線力を小さくする作用を有する。これらの作用を得るために、ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率は０．３０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量の残留オーステナイトを残存できなくなるとともに、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、ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率は２．００質量％以下とする。
【００１４】
〔ころの転がり面をなす表層部のＣ含有率：１．００質量％以上２．００質量％以下〕    Ｃ（炭素）は、Ｎと同様に、転がり面をなす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、接線力を小さくする作用を有する。この作用を得るために、ころの転がり面をなす表層部のＣ含有率は１．００質量％以上、好ましくは１．２０質量％以上とする。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、ころの転がり面をなす表層部のＣ含有率は２．００質量％以下とする。
【００１５】
〔ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量：５体積％以上２０体積％以下〕  ころの転がり面をなす表層部の残留オーステナイトは、軌道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、ころの転がり面をなす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、硬さが低下して耐疲労性が得られなくなるとともに、摩耗特性が低下して、上述したころの低摩擦化による寿命延長効果が得られなくなる。よって、ころの表層部をなす表層部の残留オーステナイト量は２０体積％以下とする。
【００１６】
本発明の自動調心ころ軸受において、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０．５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ことが好ましい。
ここで、上述した構成の鋼は、ＳＵＪ２（Ｃ含有率：０．９５質量％以上１．１０質量％以下，Ｓｉ含有率：０．１５質量％以上０．３５質量％以下，Ｍｎ含有率：０．５０質量％以下，Ｃｒ含有率：１．３０質量％以上１．６０質量％以下）と比べて、Ｓｉ含有率が多くなっている。
【００１７】
以下、これらの鋼を構成する各成分の数値限定の理由について説明する。
〔Ｃ含有率：０．３質量％以上１．２質量％以下〕
Ｃ（炭素）は、鋼に十分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、軸受として十分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転がり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。
【００１８】
〔Ｓｉ含有率：０．５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、転がり面をなす表層部のＮ含有率と残留オーステナイト量をバランスよく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０．５質量％以上、好ましくは０．８質量％以上とする。
【００１９】
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、浸炭窒化特性が低下して、必要な効果層深さが得られず、転がり面をなす表層部のＮ含有率、Ｃ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。
【００２０】
〔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、焼入れ性を向上し、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残存して、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。
【００２１】
〔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とともに、高硬度の微細な炭化物または炭窒化物を形成して、軸受部品の硬さや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を有する。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。
【００２２】
〔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、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）等を含有してもよい。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、コストの著しい上昇を招くような厳しい不純物規制は行わないが、不可避不純物の含有率は、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。
【００２３】
また、本発明の自動調心ころ軸受において、ころと内輪との間に作用する接線力をさらに小さくするためには、ころと内輪との間のすべり（周速の差）を小さくする必要がある。本発明者らは、ころと内輪との間のすべりを小さくするための手段として、ころの転がり面の表面粗さを外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくすることを見出した。
【００２４】
通常、破壊が生じるような大きな荷重が加えられた環境下で自動調心ころ軸受を使用すると、ころの自転速度はころの公転速度よりも速くなる。このため、ころと外輪との間に作用する接線力は、ころの自転速度を抑制する方向に働く。したがって、ころの転がり面の表面粗さを外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくすることによって、ころと外輪との間に作用する接線力が大きくなり、ころの自転速度が遅くなる。この結果、自動調心ころ軸受の主な破損部位である内輪ところとの間に作用する接線力が小さくなり、自動調心ころ軸受の寿命を長くできる。
【００２５】
このような結果を得るために、ころの転がり面の表面粗さ（Ｒａ）は０．０９μｍ以下とすることが好ましく、外輪の軌道面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とすることが好ましい。
ここで、ころの転がり面の表面粗さが大き過ぎると、ころと内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。ころの転がり面の表面粗さ（Ｒａ）のより好ましい範囲は０．０５μｍ以下である。一方、ころの転がり面の表面粗さ（Ｒａ）の下限値は、製造上の限界から０．００μｍ（０．００１μｍ以上０．００４μｍ以下）とすることが好ましい。
【００２６】
また、外輪の軌道面の表面粗さが大き過ぎると、ころと外輪との間に作用する接線力が大きくなり過ぎて、内輪よりも先に外輪が破損するため、軸受全体としての寿命は短くなる。
さらに、本発明の自動調心ころ軸受において、ころと内輪との間に作用する接線力をさらに小さくするために、内輪の軌道面の表面粗さを外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくした。これにより、ころが軸受の外側に傾く正のスキューが生じて、スラスト荷重を小さくできる。この結果、自動調心ころ軸受の主な破損部位である内輪ところとの間に作用する接線力が小さくなり、自動調心ころ軸受の寿命を長くできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の自動調心ころ軸受によれば、ころと内輪との間に作用する接線力を小さくできることによって、自動調心ころ軸受に特有の表面起点型の破損が抑制されるため、寿命が長くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示す呼び番号２２２１１（内径：５５ｍｍ、外径：１００ｍｍ、幅：２５ｍｍ）の自動調心ころ軸受を、以下の方法で作製した。この自動調心ころ軸受は、複列の軌道面１ａを有する内輪１と、球面状の軌道面２ａを有する外輪２と、複数個のころ３と、保持器４と、からなる。軌道面１ａの径は、軸方向の両端部よりも中央部が大きくなっている。
【００２９】
ころ３は、以下に示す手順で作製した。まず、表１に示す各構成の鋼からなる線材（素材）を、ヘッダー加工、フラッシング加工、および粗研削加工により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。次に、研削加工およびバレル仕上げ加工を行い、ころ３の表面粗さ（Ｒａ）を０．０５μｍとした。
【００３０】
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５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、２００〜２７０℃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「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５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、２００℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
【００３１】
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、８４０℃で０．５時間保持した後、油焼入れを行った。次に、２００℃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、外周面（転がり面）をなす表層部（表面から１００μｍの深さまでの部分）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。その結果を、表１に併せて示す。
【００３２】
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。その結果を、表１に併せて示す。
また、内輪１および外輪２は、以下に示す手順で作製した。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、ＲＸガス雰囲気中において、８３０〜８５０℃で０．５時間保持した後、油焼入れを行った。
【００３３】
次に、２２０〜２４０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
次に、研削加工を行い、内輪１の軌道面１ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．０３〜０．１０μｍとし、外輪２の軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．２０〜０．３０μｍとした。
このようにして得られた内輪１と、外輪２と、複数個のころ３と、鋼製の保持器４とを用いて、自動調心ころ軸受を組み立てた。
そして、これらの自動調心ころ軸受の寿命を、以下の条件で調べた。この試験は、ころ３の転がり面に剥離が生じるまで内輪１を回転させることで行い、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。この結果を、最も寿命の短かったＮｏ．１７の寿命を１とした時の比で、表１に併せて示す。
〔試験条件〕
回転速度：１５００ｍｉｎ-1 
試験荷重：４５２１７Ｎ
潤滑油：Ｒｏ６８
【００３４】
次いで、自動調心ころ軸受のころ３と内輪１との間に作用する接線力を、図２に示す２円筒試験機を用いて調べた。
まず、上述した表１に示す各構成のころ３と同様の構成（鋼の素材，熱処理方法，表層部）となるように、円筒状の試験体（内径１６ｍｍ，外径３０ｍｍ，軸方向の長さ７ｍｍ）Ｓ１を作製した。
具体的には、まず、表１に示す各構成の鋼からなる素材を円筒状に加工した後、表１に示す各方法の熱処理を行うことにより、円筒状の試験体Ｓ１の外周面をなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）のＮ含有率、Ｃ含有率、および残留オーステナイト量を表１に示す値にした。次に、これらに研削加工を施して、試験体Ｓ１の外周面の表面粗さ（Ｒａ）を、０．０５μｍとした。
【００３５】
次に、上述した内輪１と同様の構成（素材，熱処理方法，表層部）となるように、円筒状の試験体（内径１６ｍｍ，外径３０ｍｍ，軸方向の長さ７ｍｍ）Ｓ２を作製した。
具体的には、まず、ＳＵＪ２からなる素材を円筒状に加工した後、上述した内輪１と同じ熱処理を行った。
【００３６】
次に、これらに研削加工を施して、試験体Ｓ２の外周面の表面粗さ（Ｒａ）を、０．１０μｍとした。
このようにして得られた試験体Ｓ１の上に、試験体Ｓ２を両者の軸を合わせて固定して、図２に示す２円筒試験機を組み立てた。ここで、予め図１に示す自動調心ころ軸受の内輪１ところ３の周速を測定した結果、ころ３の周速が内輪１の周速を上回っていたため、ころ３と同様の構成とした試験体Ｓ１を駆動側に取り付け、且つ、内輪１と同様の構成とした試験体Ｓ２を従動側に取り付けた。
【００３７】
次に、図２に示すように、モータ１０により、試験体Ｓ１と試験体Ｓ２を以下の条件で回転させた。ここで、試験体Ｓ２の回転速度と試験体Ｓ１の回転速度は、ギヤ２０により調節した。そして、この時の試験体Ｓ１および試験体Ｓ２の摩擦トルクを、試験体Ｓ１，Ｓ２の各支持軸に取り付けたトルク計３０で測定して、試験体Ｓ１と試験体Ｓ２との間の摩擦係数を算出した。なお、摩擦係数は接線力に比例する値であるため、本実施形態では摩擦係数を接線力とみなした。この結果を、最も接線力の小さかったＮｏ．１５の接線力を１とした時の比として、表１に併せて示す。
〔試験条件〕
試験体Ｓ１（駆動側）の回転速度：５００ｍｉｎ-1 
試験体Ｓ２（従動側）の回転速度：４５０ｍｉｎ-1
ギヤ比：（試験体Ｓ１）／（試験体Ｓ２）＝１０／９
試験体Ｓ１と試験体Ｓ２とのすべり率：１０％
最大面圧：３．２ＧＰａ
潤滑油：Ｒｏ６８
【００３８】
【表１】
2006002871.tif 000003
【００３９】
表１に示すように、ころ３の構成を、本発明の構成（鋼の素材，熱処理方法，転がり面をなす表層部）としたＮｏ．１〜１１は、本発明の構成外としたＮｏ．１２〜１６と比較して長寿命であり、Ｎｏ．１７の２．４〜５．５倍の寿命が得られた。
また、表１に示した結果を用いて、ころ３の転がり面をなす表層部のＮ含有率と寿命との関係を示す図３のグラフを作成した。  
【００４０】
この結果から、ころ３の転がり面をなす表層部のＮ含有率が０．３８質量％以上１．９３質量％以下のＮｏ．１〜１１は、Ｎｏ．１７の寿命の２．４〜５．５倍以上の寿命が得られていることが分かる。一方、Ｎｏ．１４の寿命は、前記表層部のＮ含有率が本発明の範囲（０．３０質量％以上２．００質量％以下）内となっているにも係わらず、残留オーステナイト量が本発明の範囲（５体積％以上２０体積％以下）から外れていたため、Ｎｏ．１７の寿命の１．１倍であった。
【００４１】
さらに、表１に示した結果を用いて、試験体Ｓ１の外周面をなす表層部のＮ含有率と接線力との関係を示す図４のグラフを作成した。
この結果から、試験体Ｓ１の外周面をなす表層部の残留オーステナイト量が本発明の範囲内である場合には、前記表層部のＮ含有率が大きくなるほど、試験体Ｓ１と試験体Ｓ２との間に作用する接線力が小さくなっていることが分かる。特に、試験体Ｓ１の外周面をなす表層部のＮ含有率が０．３８質量％以上１．９３質量％以下のＮｏ．１〜１１では、Ｎｏ．１５の接線力の０．８８倍以下になっていることが分かる。
【００４２】
以上の結果より、ころ３を本発明の鋼からなる素材で作製し、且つ、その転がり面をなす表層部のＮ含有率、Ｃ含有率、および残留オーステナイト量を全て本発明の範囲内とすることで、ころ３と内輪１との間に作用する接線力が小さくなり、それに伴って、自動調心ころ軸受全体の寿命を長くできることが分かった。
【００４３】
続いて、ころ３の転がり面の表面粗さと寿命との関係を、以下のようにして調べた。
まず、上述した表１に示すＮｏ．５のころと同様の構成（鋼の素材，熱処理方法，表層部）で、転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．２０μｍ以下の範囲内でそれぞれ異なるころ３を複数個ずつ用意した。
次に、同じ表面粗さ（Ｒａ）の複数個のころ３と、上述した内輪１、外輪２、および保持器４とを用いて、自動調心ころ軸受を組み立てて、上述と同様の条件で寿命を調べた。この結果を、図５のグラフに示す。なお、図５において、寿命は、転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．２０μｍのころ３を用いて組み立てた、自動調心ころ軸受の寿命を１とした時の比で示した。
【００４４】
図５に示すように、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０９μｍ以下になると寿命が長くなり、その表面粗さ（Ｒａ）を０．２０μｍとした時の寿命の約５．０〜１８．０倍となっていた。また、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下になると寿命がさらに長くなり、その表面粗さ（Ｒａ）を０．２０μｍとした時の寿命の約１３．０〜１８．０倍となっていた。
【００４５】
この結果から、内輪１の軌道面１ａの表面粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．１０μｍで、且つ、外輪２の軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）が０．２０〜０．３０μｍの条件下で、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）を０．０９μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下とすることで、自動調心ころ軸受の寿命が長くできることが分かった。
【００４６】
続いて、ころ３の転がり面の表面粗さと接線力との関係を、以下のようにして調べた。
まず、上述した表１に示すＮｏ．５のころと同様の構成（鋼の素材，熱処理方法，表層部）で、外周面の表面粗さ（Ｒａ）が、０．０３μｍ以上０．５０μｍ以下の範囲内でそれぞれ異なる試験体Ｓ１を用意した。
次に、これらの試験体Ｓ１と、上述した内輪１と同様の構成（鋼の素材，熱処理方法，，表面粗さ）で作製した試験体Ｓ２とを用いて、上述した図２の２円筒試験機を組み立てて、上述と同様の条件で接線力を調べた。
【００４７】
そして、この結果を用いて、試験体Ｓ１の外周面の表面粗さ（Ｒａ）と接線力との関係を示す図６のグラフを作成した。なお、図６において、接線力は、試験体Ｓ１の外周面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍの時の接線力を１とした時の比で示した。
図６に示すように、試験体Ｓ１の外周面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２０μｍ以上とした時の接線力は、その表面粗さ（Ｒａ）を０．０９μｍ以下とした時の接線力の約２．５〜４．３倍となっていた。
この結果から、内輪１の軌道面１ａの表面粗さが０．１０μｍ以下の条件下で、ころ３の転がり面の表面粗さを０．０９μｍ以下にすることで、ころ３と内輪１との間に作用する接線力を効果的に小さくできることが分かった。
【００４８】
続いて、外輪２の軌道面２ａの表面粗さと寿命との関係を、以下のようにして調べた。  まず、上述した外輪２と同様の構成（素材，熱処理方法，表層部）で、軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）が、０．０５μｍ以上０．６０μｍ以下の範囲内でそれぞれ異なる外輪２を用意した。
次に、これらの外輪２と、上述した表１に示すＮｏ．５のころ３と、上述した内輪１および保持器４とを用いて、自動調心ころ軸受を組み立てて、上述と同様の条件で寿命を調べた。この結果を、図７のグラフに示す。なお、図７において、寿命は、軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍの外輪２を用いて組み立てた、自動調心ころ軸受の寿命を１とした時の比で示した。
【００４９】
図７に示すように、外輪２の軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とした時の寿命は、その表面粗さ（Ｒａ）を０．０９μｍ以下および０．５１μｍ以上とした時の寿命の約２．５〜５．８倍となっていた。
この結果から、内輪１の軌道面１ａの表面粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．１０μｍで、且つ、ころ３の転がり面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍの条件下で、外輪２の軌道面２ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．５０μｍ以下とすることで、長寿命が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。
【図２】２円筒試験機を示す概略構成図である。
【図３】ころの転がり面をなす表層部のＮ含有率と寿命との関係を示すグラフである。
【図４】試験体Ｓ１の外周面をなす表層部のＮ含有率と接線力との関係を示すグラフである。
【図５】ころの転がり面の表面粗さと寿命との関係を示すグラフである。
【図６】試験体Ｓ１の外周面の表面粗さと接線力との関係を示すグラフである。
【図７】外輪の軌道面の表面粗さと寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      ころ
４      保持器
【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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【図６】
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【図７】
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