(57)【要約】高い清浄度であっても大型介在物を定量的に評価できる軸受用鋼の大型介在物評価方法を提供することを第一の目的とする。また、この大型介在物評価方法に基づいて評価された適切な軸受用鋼を提供することを第二の目的とする。さらに、短寿命品や割損品をなくし、軸受全体の長寿命化を実現できる転がり軸受を提供することを第三の目的とする。そして、この第一の目的を達成するために、評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定する。また、この大型介在物評価方法に基づいて軸受用鋼内に存在する大型介在物を限定することで、第二の目的を達成する。さらに、第三の目的を達成するために、直径１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無し鋼管を素材とし、且つ、素材の段階で長さ１ｍｍ以上の欠陥がないことを保証した転がり軸受を作製する。
2003060507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、超音波探傷によって探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、前記評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することを特徴とする軸受用鋼の大型介在物評価方法。
【請求項２】
前記超音波探傷の探傷方法を斜角探傷法としたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
【請求項３】
前記斜角探傷法を、探傷周波数１５ＭＨｚ以下で行うことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
【請求項４】
前記超音波探傷の探傷方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法としたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
【請求項５】
前記垂直探傷法を、探傷周波数３０ＭＨｚ以下で行うことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が１０．０個以下であることを特徴とする軸受用鋼。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積１．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の大型介在物の総長さが８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の軸受用鋼。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が２．０個以下であることを特徴とする軸受用鋼。
【請求項９】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
請求の範囲第３項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
請求の範囲第５項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１１】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
請求の範囲第６項乃至第８項の何れか一項に記載の軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１２】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
直径１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無しの鋼管を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ１ｍｍ以上の欠陥がないことが保証されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１３】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
直径６０ｍｍ以下の丸棒を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ１ｍｍ以上の欠陥がないことが保証されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項１４】
内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体用の鋼材の外径面下から全断面の被検体積における欠陥の大きさが、旋削工程において最大長さ０．６ｍｍを超えるものがなく、且つ表面粗さが５μｍＲａ以下であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
技術背景
本発明は、軸受用鋼及びその大型介在物評価方法、並びに転がり軸受に関するものである。
背景技術
従来より、異物が進入しない潤滑環境下では、軌道輪表面及びこの表面直下に存在する大型の非金属介在物（以下、大型介在物と称す）が、転がり軸受の寿命に大きな影響を及ぼすことがよく知られている。
最近の冶金技術の向上により、鋼など転がり軸受の素材となる金属材料の清浄度が大幅に改善されたため、この金属材料中に存在する大型介在物は一段と少なくなり、且つ、大型介在物の大きさも小さくなっている。
このような実状から、逆に、偶発的に或いは極めて低い確率で発生する大型介在物を定量的に検出することが非常に困難になってきており、大型介在物を正確に検出可能な金属材料の清浄度評価方法に対する要望が高まってきている。
金属材料の清浄度評価方法のうち最も一般的なものとして、鋼中酸素量による評価方法がある。しかしながら、この鋼中酸素量による評価方法は、近年、金属材料中の酸素量が大幅に改善され、しかも低い水準で安定していることから、大型介在物量の優劣を判断するには有用でない。
また、その他の定量的な金属材料清浄度評価方法として、ＪＩＳ（日本規格協会）やＡＳＴＭ（米国材料試験協会）に準拠した、光学顕微鏡を用いた方法と、この方法で得られたデータを基にした極値統計法とによって、鋼材の一定面積中に存在するＡｌ２Ｏ３を主体とした酸化物系介在物やＴｉ系介在物などの硬い介在物の個数を規定する方法がある（例えば、文献１（特開平６−１４５８８３号公報）、文献２（特開平３−５６６４０号公報）、文献３（特開平５−１１７８０４号公報）、文献４（特開平６−１９２７９０号公報）参照）。しかしながら、文献１〜文献４に記載の顕微鏡観察による評価方法は、検査面積が数百ｍｍ２と小さいことから、数少ない大型介在物を検出することが困難である。
さらに、その他の定量的な金属材料清浄度評価方法として、金属材料から酸溶解によって介在物を抽出し、その介在物の粒径と個数を顕微鏡で評価する方法（例えば、文献５（特開平９−１２５１９９号公報）参照）や、ＥＢ溶解法によって金属材料を溶解し、浮上した介在物を顕微鏡によって観察する方法（文献６（特開平９−１２５２００号公報）参照）がある。しかしながら、文献５や文献６に記載の評価方法は、検査体積が数千ｍｍ３程度であり、大型介在物を評価するものとしては十分とはいえない。また、文献５や文献６に記載の方法は、試験を非破壊的に行うことができず、且つ、大型介在物が酸に溶解したり、大型介在物自体が融解、凝集したりするおそれがあり、高清浄度を有する金属材料中に存在する大型介在物を評価するために利用することはできない。
そして、上述した金属材料清浄度評価方法はいずれも、試験を非破壊的に行うことはできず、且つ、ある鋼材ロットの代表サンプルを検査し、この鋼材ロットにて製造された転がり軸受の寿命を評価するものである。よって、製品となる転がり軸受に存在する大型介在物を個別に評価することはできないため、僅かに発生する短寿命品を正確に評価することができない。
また、超音波探傷を用いた金属材料大型介在物評価方法として、文献７（特開２０００−１４１７０４号公報）に記載されるように、高周波数探触子（探傷周波数＝５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）を使用し、従来光学顕微鏡を用いて評価していた極値統計法を行うことが提案されているが、これも被検査体積が小さいと、十分な大きさの大型介在物までは評価しにくい。
そして、軸受用鋼の大型介在物の定量的な評価ができないと、大型介在物が起点となって短寿命で損傷する軸受が僅かではあるが発生することを評価できない。つまり、適切な大型介在物評価方法を見出せないと、軸受用鋼自体を定量的に評価することもできない。
すなわち、製品となる転がり軸受の全数を検査でき、且つ、高清浄度を有する金属材料中に存在する僅かな大型介在物を確実に評価できる金属材料の高清浄度評価方法は、未だ実現できていないのが現状である。
一方、鉄鋼設備などでは高荷重化、高面圧化及び圧延設備の小型化が進んでおり、抄紙機設備などでは高温化に対する要求が厳しくなっている。
例えば、ロールネック軸受に代表される鉄鋼用の転がり軸受は、高荷重、高面圧で使用され、最近では圧延設備の小型化が進み、軸受が挿入されているハウジングも小型化が進んでいる。この場合、例えば、ハウジングの剛性が不足すると、軸受がハウジングに倣い、外輪には繰返しの曲げ応力が負荷され、短寿命品の発生や割損の発生につながるおそれがある。
また、抄紙機用の転がり軸受の内輪は、はめ合い応力を付与された状態で使用されているが、近年の高温化が進む環境下では、軸受にはさらに大きなフープ応力が作用する場合があった。例えば、内輪にフープ応力が作用した場合には、内径面表面が最大の引張り応力の発生位置となり、内部になるにしたがって引張り応力は減少していくが、途中に大型介在物などからなる欠陥が存在すると、その部分に対する応力集中が大きくなり割損が生じてしまうことになる。
ここで、一定時間でラインの点検、整備が行われている生産体制をとる鉄鋼設備や抄紙機設備などにおいては、短寿命品や割損品が発生するとラインストップとなり、多大な損害が生じることとなる。このため、このような鉄鋼設備や抄紙機設備などに用いられる転がり軸受には、長寿命化はもとより、突発的に発生する短寿命品や割損品の撲滅が求められている。
このような実状から、従来においては、転がり軸受の表面に浸炭などの表面処理を施し、表面に圧縮応力を与えることで割損しないような対策が行われている（例えば、文献８（特開平６−３０７４５７号公報）参照）。
また、割損を誘発する欠陥を検出するために、製鋼メーカーにおいて、圧延後、超音波探傷法により全数検査し、地きずや穴などの欠陥を除去する作業が行われるため、大きな欠陥はなくなってきている（例えば、文献９（特殊鋼４６巻６号，Ｐ３１（社）特殊鋼倶楽部編）参照）。
しかしながら、製鋼メーカーで行われる超音波探傷法による検査は、一般的に鋼管や丸棒などの製品段階で軸方向に走査して実施している。ここで、この検査速度を遅くすることで軸方向の検査ピッチを精細にとることができるため、より小さな欠陥の検出が可能となるが、検査に長時間を要するといった問題がある。また、探傷に使用される周波数は、周波数を高くすると、探傷原理にしたがってより小さな欠陥の検出が可能となるが、周波数を高くした場合、探傷距離に対する音波の減衰が大きくなり探傷範囲が小さくなるといった問題がある。
このため、製鋼メーカーで行われる超音波探傷法は、その生産性を考慮すると、探傷に要する検査速度は、遅い場合でも数１０ｍ／ｍｉｎ、速い場合では１００ｍ／ｍｉｎを超える速度で検査が実施されている。また、鋼材径の大小にわたって汎用性よく検査する必要があることから、探傷に使用される周波数は、深さ方向に対して音波の減衰の少ない数ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満に選定することが望ましい。
しかしながら、製鋼メーカーで行われる超音波探傷法は、上述したように探傷に要する検査速度が速く、しかも、探触子又は鋼材を回転させながら行う高速探傷であるため、各種ノイズが発生しやすく、探傷機の感度があまり上げられないといった問題がある。
以上の要因から、製鋼メーカーで行われる超音波探傷法によって検出できる欠陥は、幅数百μｍで、且つ、長さが数十ｍｍ程度と検出限界があった。
ここで、鉄鋼設備や抄紙機設備などで用いられる転がり軸受において、実際に短寿命品や割損などの問題が発生したものの起点には、数百μｍの大きさの大型非金属介在物や、介在物単体は小さいものの、それらが凝集して大きな塊になった欠陥が存在していることが判明している。しかしながら、製鋼メーカーにおいて行われる超音波探傷法は、検査面が圧延したままである表面状態の鋼管や丸棒などに行われるため、鋼材内部の結晶粒及び表面層が粗く、超音波探傷時に雑ノイズが大きくなり、数百μｍ程度の大きさの欠陥を高精度に探傷することは不可能であった。
すなわち、鉄鋼用軸受のように高荷重、高面圧下で使用されたり、抄紙機用軸受のように内輪に高はめあい応力を付加し、高温下で使用されるなどの過酷な環境下で使用される場合であっても、短寿命品や割損品の発生の懸念がなく、信頼性の高い転がり軸受は、未だ実現できていないのが現状である。
そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、高い清浄度であっても大型介在物を定量的に評価できる軸受用鋼の大型介在物評価方法を提供することを第一の課題としている。また、この軸受用鋼の大型介在物評価方法に基づいて評価された適切な軸受用鋼を提供することを第二の課題としている。さらに、短寿命品や割損品をなくし、軸受全体の長寿命化を実現できる転がり軸受を提供することを第三の課題としている。
発明の開示
このような課題を解決するために、本発明のうち請求の範囲第１項に係る大型介在物評価方法は、評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、超音波探傷によって探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、前記評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することを特徴とするものである。
この発明は、主として製鋼方法の異なるチャージの比較や評価に用い、また、同一の製鋼方法の異なるチャージの評価や、同一チャージで鋳造初期と後期の比較などにも用いられる。
存在確率の低い大型介在物は、小さな面積や体積を検査しても検出することは難しい。また、そのデータを基にした極値統計でも、検査体積が小さいと母集団は中・小型介在物となり、大型介在物の予測には適さない。したがって、大型介在物を評価するためには大きな体積を検査する必要がある。本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、大きな体積の評価は超音波探傷法によって可能であることを見出した。例えば、φ３６ｍｍ×２ｍの軸受用鋼の場合、全断面探傷では体積が２．０×１０６ｍｍ３に相当し、膨大となる。したがって、従来の検査面積或いは検査体積では極稀にしか検出できなかった大型介在物を検出できる確率が高くなる。
また、本発明のうち請求の範囲第２項に係る軸受用鋼の大型介在物評価方法は、請求の範囲第１項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記超音波探傷の探傷方法を斜角探傷法としたことを特徴とするものである。
一般的に超音波伝達媒体として水を用いる水浸法による超音波探傷方法には、斜角探傷法と垂直探傷法とがある。それぞれの方法での欠陥の検出限界は、それぞれが発信している波の音速に比例する。一般に、斜角探傷法では横波を用い、垂直探傷法では縦波を用いるが、鋼材を伝播する横波の音速は縦波の約１／２倍なので、横波を用いた検出限界は縦波の約１／２倍である。つまり、音速が遅いほど、小さい介在物を検出することができるので、横波を用いる斜角探傷法の方が、より小さい介在物を検出することができることになる。後述するように、大型介在物といっても、その大きさは平方根長さで約０．２ｍｍ程度であるから、漏れが少なく、また、精度よく探傷を行うためには、横波を用いる斜角探傷法が望ましい。
さらに、本発明のうち請求の範囲第３項に係る大型介在物評価方法は、請求の範囲第２項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記斜角探傷法を、探傷周波数１５ＭＨｚ以下で行うことを特徴とするものである。
探傷周波数と欠陥の検出限界の関係は、波長の１／２〜１／４とされている。このため、探傷周波数を大きくすると、検出限界は改善されるが、伝播する音波の減衰が大きくなるため、検査深さは浅くなる。本発明は、斜角探傷法を用いて、軸受寿命に有害な大きさの大型介在物を探傷することを目的とし、また可及的に大きな検査体積を得るために、最適な探傷周波数を見出した。
さらに、本発明のうち請求の範囲第４項に係る大型介在物評価方法は、請求の範囲第１項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記超音波探傷の探傷方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法としたことを特徴とするものである。
斜角探傷法は、垂直探傷法に比べてより小さな介在物を検出することができるが、超音波が鋼材に入射後、その入射角度に応じて屈折するという性質を持っているため、垂直探傷法に比べて、欠陥部の正確な位置を特定するには限度があった。また、斜角探傷法は、深さ方向に傾斜して超音波が伝播するため、垂直探傷法に比べて、探傷深さ範囲が浅くなるという不具合もあった。ところが、垂直探傷法を用いて斜角探傷法と同じ大きさの欠陥を検出するためには、周波数をあげる必要があり、鋼中での超音波の減衰が激しく、探傷深さが浅く限定されてしまうという問題があった。本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、振動子に高分子（ポリマー）樹脂を用いた高分子（ポリマー）探触子を利用することで、垂直探傷法による検出が可能であることを見出した。
この高分子探触子は、超音波を反射させた信号を受信した際のダンピング特性に優れるため、特に高周波（例えば、５０ＭＨｚ以上）にて探傷を行う必要がある場合に、一般的なセラミック振動子を用いた場合と比べて、共振等による不感帯が少ないので効果的であると知られているものである。このため、本発明の範囲程度の周波数帯では利用されていないのが現状であったが、本発明者等が軸受用鋼の超音波探傷に高分子探触子を適用してみたところ、従来のセラミック探触子と比べて、周波数を上げても超音波の減衰が少なく、より深い範囲まで効果的に探傷可能であることが分かった。つまり、探傷周波数が高くできるので、より小さい大型介在物を、しかもより深い範囲まで検出できる垂直探傷法が採用できるようになる。すなわち、軸受用鋼の超音波探傷を、より多くの断面にわたり正確に探傷することができる。したがって、小さな大型介在物を広い範囲で探傷するためには、高分子探触子を用いた垂直探傷法が望ましい。
さらに、本発明のうち請求の範囲第５項に係る大型介在物評価方法は、請求の範囲第４項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法において、前記垂直探傷法を、探傷周波数３０ＭＨｚ以下で行うことを特徴とするものである。
上述したように、従来、探傷周波数を大きくすると、検出限界は改善されるが、伝播する音波の減衰が大きくなるため、検査深さは浅くなる。本発明は、垂直探傷法を用いて、軸受寿命に有害な大きさの大型介在物をより深くまで探傷することを目的とし、また大型介在物をより小さな大きさまで探傷できる最適な探傷周波数を見出した。
さらに、本発明のうち請求の範囲第６項に係る軸受用鋼は、請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が１０．０個以下であることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第７項に係る軸受用鋼は、請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積１．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の大型介在物の総長さが８０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
すなわち、請求の範囲第７項の軸受用鋼においては、請求の範囲第６項のように、所定の探傷体積当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物の個数を測定する場合、例えば５ｍｍの細長い介在物も、０．５ｍｍの短い介在物も一個と評価される。この限定の他に、本発明者等が介在物の長さによる有害度を評価した結果、請求の範囲第６項の軸受用鋼において、所定探傷体積当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物の個数のみならず、単位体積当たりに存在する介在物の総長さを限定することで、さらに高い確率で長寿命化が得られることを見出した。
さらに、本発明のうち請求の範囲第８項に係る軸受用鋼は、請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が２．０個以下であることを特徴とするものである。
すなわち、請求の範囲第８項の軸受用鋼は、請求の範囲第６項又は請求の範囲第７項の軸受用鋼より清浄度が悪い場合に、より少ない探傷体積で、良否の保証が可能であり、それによって検査時間を短く（特に不良品を判断するとき）できる。
さらに、本発明のうち請求の範囲第９項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の範囲第３項に記載の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第１０項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の範囲第５項に記載の大型介在物評価方法によって評価された軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第１１項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、請求の範囲第６項乃至第８項の何れか一項に記載の軸受用鋼を素材として製造されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第１２項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、直径１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無しの鋼管を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ１ｍｍ以上の欠陥がないことが保証されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明のうち請求の範囲第１３項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、直径６０ｍｍ以下の丸棒を素材として製造され、且つ素材の段階で長さ１ｍｍ以上の欠陥がないことが保証されていることを特徴とするものである。
本発明者らは、これまで軸受寿命に有害な大型非金属介在物の検出方法として、文献１０（特開平１１−３３７５３０号公報）及び文献１１（特開２０００−１３０４４７号公報）に記載のように、軸受完成品の段階で、軌道面直下の大型非金属介在物を検出する方法について開示し、軸受の長寿命効果が保証可能な方法を提案している。
ところが、これらはいずれも軸受完成品の段階で大型非金属介在物の有無を検出、選別することになるため、選別された軸受は完成品の段階で不良となってしまい、これまでの製造コストを無駄にすることとなる。したがって、転がり軸受を製造する素材の段階で、転がり寿命に有害な大型非金属を検出できれば、コストの面から大きな効果があると言える。
そこで、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、軸受の製造方法の一つとして、内、外輪をそれぞれ歩留りを考慮した上、最適な径及び肉厚の鋼管を素材として、旋削した後、熱処理、研削を経て軸受リングを製造する場合が多くなってきていること等に着目した。そして、本発明者らは、直径１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無し鋼管を素材として製造される軸受において、素材の段階で最大長さ１ｍｍ以上の介在物を検出可能なことを知見し、全数検査することで、従来より製造コストに影響を及ぼすことなく、長寿命な転がり軸受を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明者らは、近年の軸受の製造方法として、材料の歩留まり向上のため、鋼材より熱間鍛造により素形材を成型したのち、冷間ローリングや旋削により軸受リングを製造する場合が多くなってきていること等に着目した。そして、本発明者等は、素材となる直径６０ｍｍ以下の丸棒について、素材の段階で、寿命に有害な介在物として、長さ１ｍｍ以上の介在物を検出可能なことを知見し、全数検査することで、従来より製造コストに影響を及ぼすことなく、長寿命な軸受を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
さらに、本発明のうち請求の範囲第１４項に係る転がり軸受は、内輪と外輪との間に複数の転動体が周方向に所定の間隔で配設された転がり軸受において、前記内輪、前記外輪及び前記転動体用の鋼材の外径面下から全断面の被検体積における欠陥の大きさが、旋削工程において最大長さ０．６ｍｍを超えるものがなく、且つ表面粗さが５μｍＲａ以下であることを特徴とするものである。
軸受軌道面直下から深い位置を含む全断面を被検体積とし、数十〜数百μｍの大きさの非金属介在物を検出する方法については、上述した文献１０で提案しているが、欠陥検出の高精度化について、本発明者らがさらなる鋭意研究を重ねた結果、軸受用鋼材外径面の表面粗さを５μｍＲａ以下に限定することで、内外輪、転動体の全断面において精度良く最大長さ０．６ｍｍを超える欠陥（非金属介在物の集合体含む）が検出可能なことを知見し、さらに、欠陥の最大長さが０．６ｍｍ以下であれば、表面近傍を含む軸受全断面について欠陥を起点とした早期はくり及び割損が防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、上述した文献１０に記載の発明では、欠陥検出を行う際に、軸受は熱処理後研削加工を施したものが良好と示したが、その後、本発明者らがさらなる鋭意研究を重ねた結果、旋削加工を施したものでも欠陥検出に好適な表面粗さの範囲があることが判明した。
すなわち、表面粗さと検出強度の関係を調査した結果、表面粗さが５μｍＲａ以下であれば検出可能なＳ／Ｎ比を示し、これを超えると検出の強度が極端に悪くなり最大長さ０．６ｍｍを超える大きさの欠陥を検出することが困難となることから上記限定範囲とした。したがって、本発明によれば、欠陥検出精度こそ若干低下するが、研削前の旋削面においても簡易的に欠陥を発見することができ、コストダウンにつながる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態の軸受用鋼で作製した転がり軸受の断面図である。この転がり軸受は、内径φ８５ｍｍ、外径φ１３０ｍｍ、幅２９ｍｍの呼び番号ＨＲ３２０１７ＸＪの円錐ころ軸受である。図中の符号１は内輪、符号２は外輪、符号３は転動体（円錐ころ）である。
まず、表１に示すように、製鋼法の異なる軸受用鋼をチャージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類準備した。表１には、酸素量及び極値統計法で評価した結果を合わせて示す。表中、酸素量（不活性ガス溶融燃焼法で測定）にはほとんど差が見られない。
また、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０視野中を検査して極値統計法によって推定された、３×１０４ｍｍ２に存在する最大介在物面積の平方根長さで示す極値統計法の結果でも、大きな差は見られず、また、極値統計法の結果は、本発明が対象とする平方根長さ０．２ｍｍオーダの大型介在物の存在を見出せなかった。なお、極値統計法は「微小欠陥と介在物の影響」（村上敬宣著、養賢堂出版）に詳しく記載されている。また、本実施形態で示す大型介在物は、酸化物系介在物及び硫化物系介在物が対象であり、以降の大型介在物も同様の意味である。
次いで、上述した各チャージの軸受用鋼を超音波探傷法によって評価する。
図２に、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装置の一概略構成図を示す。同図の符号１１は、評価対象軸受用鋼からなる丸棒である。また、符号１２は、焦点型の超音波探触子であり、前記丸棒１１と共に、超音波伝達媒体である水を貯留した水槽１３内に浸漬されている。なお、丸棒１１のサイズについては後段に詳述する。
この評価対象軸受用鋼からなる丸棒をモータ１４で一定方向に回転させると共に、前記超音波探触子１２をモータ１５、１６、１７で図示Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に移動させ、所定の体積について探傷して大型介在物を検出する。各モータ１４〜１７はモータコントローラ１８で駆動され、超音波探触子１２の検出信号は探傷器１９で解析される。また、モータコントローラ１８は、パソコン２０への入力で作動が制御される。前記モータコントローラ１８は各モータ１４〜１７の回転方向、回転速度、回転角を制御することにより、探触子１２と丸棒１１との位置関係を制御する。また、前記探傷器１９は、探触子１２の探傷周波数及び反射エコーと、当該反射エコーの強度から検出される介在物の大きさをモニターし、それをパソコン２０のメモリーに記憶する。
上述したように、本発明法に用いた超音波探傷法には、垂直探傷法と斜角探傷法とがある。本実施形態のように被検査体を丸棒とし、探触子による超音波の発信方向が鉛直下方であるとき、垂直探傷法は丸棒の中心線の直上に探触子をセットして探傷する。これに対し、斜角探傷法は、探触子を丸棒の中心線からずらして（オフセット）探傷する。斜角探傷法の超音波の入射角は、このオフセット量を丸棒の半径で除した値の逆正弦で求められるので、これをパソコンに入力し、モータコントローラで制御する。
ここで、斜角探傷法及び垂直探傷法の角度調整は、図３に示すように、超音波探触子１２を奥行き方向にｘだけ送ってθを所望の角度（斜角θ＝１９°）に調整する。図からＲｓｉｎθ＝ｘの関係からｓｉｎθ＝ｘ／Ｒとなり、したがって、θ＝ｓｉｎ−１（ｘ／Ｒ）となる。試験片ＴＰ１の外半径Ｒは予め分かっているのでｘはθとの関係で一義的に求めることができる。
この超音波探傷検査装置を用いて、上述した各チャージの軸受用鋼を超音波探傷した。このとき、超音波探傷法としては斜角探傷法を用いて、探傷周波数は１０ＭＨｚ、軸受用鋼への超音波入射角は１９°とし、探傷体積３．５×１０６ｍｍ３まで探傷し、検出された介在物の数と位置とを特定した。
図４に、軸受用鋼における探傷体積と介在物数との関係を示す。なお、介在物数は、上述したチャージＡと、その他のチャージＢ〜Ｄとの比で示した。同図から明らかなように、探傷体積が小さいときには介在物数の比がばらついているが、探傷体積が多くなるにつれて介在物数の比が安定し、探傷体積が２．０×１０６ｍｍ３以上の領域ではほぼ一定となる。探傷体積が多くなると、探傷する時間は増えるが、２．０×１０６ｍｍ３以上の体積を探傷すると、より信頼性を増すことができるので、本実施形態の探傷体積は２．０×１０６ｍｍ３とする。
次に、上述した垂直探傷法と斜角探傷法とについて比較する。
図５に、垂直探傷法と斜角探傷法を、いずれも検査体積２．０×１０６ｍｍ３を１０ＭＨｚの探傷周波数で探傷したときの検出介在物数の比を示す。なお、検出介在物数は、上述したチャージＡと、その他のチャージＢ〜Ｄの比で示した。同図から明らかなように、斜角探傷法の方が、垂直探傷法よりも検出数が多く、このことから超音波探傷法には斜角探傷法が、より信頼性の高い清浄度を保証する上で好ましい。
次に、超音波探傷法の探傷周波数を種々に変更したときの結果について考察する。
図６は、本発明の軸受用鋼からなる丸棒に人口欠陥を形成した状態を示す横断面図である。
まず、図６に示すように、上述した評価対象軸受用鋼からなる丸棒１１の外周面から中心軸Ｏに向かって深さＡ（２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ）分入り込んだ位置に、円柱状の穴（寸法φ０．５×１５ｍｍ）をその中心軸Ｏ１が丸棒１１の中心軸Ｏと平行となるようにそれぞれ設け、人口欠陥丸棒を作製した。そして、この人口欠陥丸棒に対して、セラミック振動子を用いたセラミック探触子（５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚ：振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）を利用して、上述した図２に示す超音波探傷検査装置（ＵＳＤ１５、日本クラウトクレーマー製）を用いて、斜角探傷法（入射角：１９°、水距離１０ｍｍ）による超音波探傷を行った。
図７に、それぞれの探傷周波数と探傷深さとの関係を示す説明図である。探傷深さは、エコー強度がピークエコー強度の半分になる深さを有効な探傷深さとした。
同図から明らかなように、探傷周波数が大きいほど、探傷深さは小さくなっている。これは、同一面積を走査するとき、探傷深さが小さいことは探傷体積も小さいことを意味する。例えば、（直径）φ５０ｍｍの丸棒を探傷するとき、探傷深さが小さいほど、本実施形態での前記必要探傷体積２．０×１０６ｍｍ３に達する長さは長い。
図８に、それぞれの探傷周波数で（直径）φ５０ｍｍの丸棒を斜角探傷法にて探傷するとき、その探傷周波数と、探傷体積が必要探傷体積２．０×１０６ｍｍ３に達するときの探傷長さとの関係を示した。
同図から明らかなように、探傷周波数１５ＭＨｚ以上では探傷長さが急増している。このことから、本実施形態では、実用的な探傷周波数を１５ＭＨｚ以下とした。
次に、上述した各チャージの軸受用鋼から図１に示す円錐ころ軸受を作製し、この円錐ころ軸受に対して、図９で示す軸受寿命試験機を用いて寿命試験を行った。なお、試験の条件は以下の通りである。
軸受：円錐ころ軸受ＨＲ３２０１７ＸＪ
ラジアル荷重：５３７５０Ｎ
アキシャル荷重：２２６８０Ｎ
内輪回転数：１５００ｍｉｎ−１
潤滑：グリース
図１０に、寿命試験の結果を示す。
チャージＣ及びチャージＤから作製した軸受には寿命の短いものがある。これは、Ｌ１０寿命以下の（つまり、短寿命の）部分でチャージＡ及びチャージＢは寿命が長く、チャージＣ及びチャージＤは短くなっていることから分かる。つまり、チャージＣ、Ｄは、チャージＡ、Ｂに比べて極端に寿命の短いものが見られ、軸受用鋼として寿命信頼性に乏しいことを示している。なお、短寿命品のはくり部位は、評価材を用いた内輪及び外輪のそれぞれで発生しており、転動部材の部位によらず、大型介在物が存在した場合は短寿命品が発生することがわかる。
表２に、斜角探傷法によって、探傷周波数１５ＭＨｚ以下、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３、入射角１９°の条件で超音波探傷を行った結果を示す。なお、表２には、平方根長さ０．１５ｍｍ以上の大きさの介在物数と、平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物数の評価を示す。
同表から明らかなように、介在物数はチャージによる差が明瞭に表れている。図１１に、上述した斜角探傷法による平方根長さ０．１５ｍｍ以上の大きさの介在物数及び平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物数と、軸受寿命（Ｌ１０寿命）との関係を示す。
平方根長さ０．１５ｍｍ以上の大きさの介在物にしても、平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物にしても、介在物数の増加と共に寿命が短くなる相関が表れている。このうち、平方根長さ０．１５ｍｍ以上の大きさの介在物数は、介在物数の増加とともに徐々に寿命が短くなるため、介在物数に閾値を設けにくい。これに対し、平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物数は、検出介在物個数１０個を境に急激に寿命が短くなる。また、平方根長さ０．１５ｍｍ以上の大きさの介在物数は、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たりの数が多すぎて、個数検出が煩雑である。そこで、本実施形態では、寿命保証のための介在物の大きさを平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物とし、その検出介在物個数を、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たり１０．０個以下とした。
＜第二実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第二実施形態について説明する。
ここでは、上述した第一実施形態と比べて大型介在物が多く含まれていると予想されるか、検査してみて多い場合、より少ない探傷体積で清浄度の保証をより効率的に行う場合について説明する。
まず、表３に示すように、製鋼法の異なる軸受用鋼をチャージＡ、Ｅ、Ｆの３種類準備した。このうち、チャージＡの軸受用鋼は、上述した第一実施形態のチャージＡと同等である。
表３に、酸素量及び極値統計法で評価した結果を合わせて示す。
同表から明らかなように、各チャージ毎の酸素量には差がある。また、各チャージ毎の１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０視野中を検査して極値統計法で推定された、３×１０４ｍｍ２に存在し得る最大介在物面積の平方根長さで示す極値統計法の結果と、超音波評価法（本発明の方法により４×１０５ｍｍ３当たりの評価により、平方根長さ０．２ｍｍ以上の介在物が何個あるかを示したもの）にも違いが見られる。これは、後段に詳述するように、極値統計法により推定された最大介在物径は実際に存在する大型介在物の存在を示したものではなく、統計的に推定された値によるものであるからである。
次に、上述した第一実施形態と同様の超音波探傷検査装置を用いて、上述した各チャージの軸受用鋼を超音波探傷した。超音波探傷法としては、斜角探傷法を用い、探傷周波数は１０ＭＨｚとし、探傷体積４．０×１０６ｍｍ３まで探傷し、検出された介在物の数と位置を特定した。
図１２に、探傷体積と単位体積当たりに存在する大型介在物の検出個数との関係を示す。
同図から明らかなように、２．０×１０５ｍｍ３のように探傷体積が小さいときには平方根長さ０．２ｍｍ以上の介在物数がばらついているが、探傷体積が多くなるにつれて介在物数が安定し、本実施形態では探傷体積が４．０×１０５ｍｍ３以上の領域で安定化の傾向を示し、検出個数の多いチャージＥ、Ｆにおいても検出個数が安定するのは、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３以上の領域である。このことから、本実施形態における推奨探傷体積は、４．０×１０５ｍｍ３とする。
次に、上述した各チャージの軸受用鋼から図１のような円錐ころ軸受を作製し、この円錐ころ軸受に対して上述した第一実施形態と同様に、図８で示す軸受寿命試験機を用いて寿命試験を行った。なお、試験の条件は、上述した第一実施形態と同様である。
図１３に、寿命試験の結果を示す。
同図から明らかなように、チャージＥ及びチャージＦから作製した円錐ころ軸受は全般に寿命が短い。
そして、表３に、探傷周波数１５ＭＨｚ以下の斜角探傷法（入射角は１９°）による超音波探傷の評価の結果を示す。表３には、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３を超音波探傷したときの平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物個数を示す。
図１３に示す寿命試験の結果と照合して、寿命の長いチャージＡの探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たりに検出された平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物個数は２．０個以下である。そこで、本実施形態では、寿命保証のための介在物の大きさを平方根長さ０．２ｍｍ以上の大きさの介在物とし、その検出個数を、前記探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たり２．０個以下とした。
以上、第一実施形態及び第二実施形態において、本発明の軸受用鋼について説明したが、清浄度保証の順序としては、まず、第二実施形態で示したように、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の介在物が２．０個以下であるかを判定し、これを満たさないものは不良とし、この条件を満たすものを良品とすることで、保証対象のチャージの清浄度を保証する。そして、必要に応じて、この良品と保証された軸受用鋼についてのみ、第一実施形態で示したように、時間はかかるがより厳しい保証をすることが検査時間の短縮上望ましい。
＜第三実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第三実施形態について説明する。
本実施形態においては、上述した図６に示すように作製した人口欠陥丸棒に対して、本発明例である高分子振動子を用いた高分子探触子（２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ：振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）と、従来のセラミック振動子を用いたセラミック探触子（１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚ：振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）とを利用して、水距離１５ｍｍで垂直探傷法による超音波探傷した。
図１４に、それぞれの探傷周波数における探傷深さと、人口欠陥エコー強度との関係を示す。なお、探傷深さは、エコー強度がピークエコー強度の半分になる深さを有効な探傷深さとした。また、セラミック探触子と高分子探触子は、特性上、同一のアンプ強度では同一欠陥の反射強度が異なるため、同一欠陥での検出能力を相対比較する（合わせる）ために、表面下２ｍｍ位置での欠陥を、セラミック振動子２０ＭＨｚ、ポリマー振動子３０ＭＨｚで１００％となるように調整比較した。
同図から明らかなように、本発明の高分子探触子と従来のセラミック探触子とを比較すると、高分子探触子は周波数が高くなっても音波の減衰が少ないため、探傷周波数が３０ＭＨｚの高分子探触子では、探傷周波数が１５ＭＨｚのセラミック探触子よりも深い探傷深さを有していることが分かる。また、同一の探触子同士を比較すると、周波数が大きいほど、探傷深さは小さくなっている。ここで、同一面積を走査するとき、探傷深さが小さいことは探傷体積も小さいことを意味する。例えば、φ５０ｍｍの丸棒を探傷するとき、探傷深さが浅いほど、上述した第一及び第二実施形態で示した必要探傷体積２．０×１０６ｍｍ３に達する長さは多く必要となる。
図１５に、垂直探傷法を用いて、それぞれの探傷周波数でφ５０の丸棒を探傷するとき、その探傷周波数と、探傷体積が必要探傷体積２．０×１０６ｍｍ３に達するときの探傷長さとの関係を示している。
同図から明らかなように、従来のセラミック探触子では、探傷周波数１５ＭＨｚ以上では探傷長さが急増する。ところが、本発明の高分子探触子では、探傷周波数を高くしても探傷範囲が広くでき、３０ＭＨｚを超えて４０ＭＨｚになると探傷長さが急増する。このことから、高分子探触子を用いて超音波探傷を行う場合には、実用的な探傷周波数を３０ＭＨｚとした。
次に、表４に示すように、製鋼法の異なる軸受用鋼を、チャージＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩの６種類準備した。表４には、酸素量及び極値統計法で評価した結果を示す。
表中、チャージＩ〜Ｖの５種類は、酸素量が９ｐｐｍ以下と低い値を示すのに対し、チャージＶＩは１３ｐｐｍと高い値である。また、上述した極値統計法で評価された介在物の大きさは、各チャージ毎の１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０視野中を検査して求められた最大介在物面積の平方根長さを、極値統計法を用いて、３×１０６ｍｍ２中に存在し得ると推定された最大介在物面積の平方根長さで示している。この値も酸素量の結果と同様に、チャージＩ〜Ｖの５種類は、最大平方根長さが３２μｍ以下と低い値を示すのに対し、チャージＶＩは４８μｍと高い値である。
次に、上述した各チャージの軸受用鋼を、第一実施形態で用いた超音波探傷検査装置を用いて超音波探傷法により評価する。本実施形態における超音波探傷評価は、焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法によって、探傷周波数は２０ＭＨｚ、探傷体積１．５×１０７ｍｍ３まで探傷した。
表４に、各チャージＩ〜ＶＩにおいて、探傷体積１．５×１０７ｍｍ３を探傷し、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３あたりに換算した平方根長さ０．２ｍｍ以上の介在物の個数及び探傷体積１．０×１０６ｍｍ３当たりに換算した長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さを示した。
次いで、上述した各チャージの軸受用鋼を用いて、第一実施形態と同様に、図１に示すような円錐ころ軸受を作製し、それを第一実施形態と同様に、図９に示すような軸受寿命試験機を用いて寿命試験を行った。なお、試験の条件は、上述した第一実施形態と同様である。
図１６に、寿命試験の結果を示す。
同図及び表４に示した超音波探傷による評価を照合して、チャージＶＩは、酸素量、極値統計値、及び超音波探傷の評価がいずれも悪く、短寿命を示すことが明らかである。また、チャージＩＶ及びチャージＶは、チャージＩ〜ＩＩＩと同等の酸素量及び極値統計値を有するのにもかかわらず、寿命が短くなっている。また、チャージＩＩＩ及びチャージＩＶは、超音波探傷を行い、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３中に存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の介在物の個数が同じであるのにもかかわらず、チャージＩＶの寿命の方が急激に短くなっている。つまり、超音波探傷法による探傷体積１．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さが８０ｍｍを境に急激に寿命が短くなる。そこで、本実施形態では、寿命保証のための単位体積（１．０×１０６ｍｍ３）当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さを８０ｍｍ以下とした。
図１７に、各探傷体積と、その時の単位体積当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さとの関係を示す。なお、介在物の総長さは、前記チャージＩ、チャージＩＩＩ、及びチャージＶＩについて、探傷体積１．０×１０５〜４．０×１０６ｍｍ３の間で評価し、それぞれの探傷体積での介在物の総長さを１．０×１０６ｍｍ３の単位体積当たりに換算した値で示す。また、図中の結果は、上述したチャージそれぞれを探傷体積４．０×１０６ｍｍ３で評価した結果を１とし、それより探傷体積を減らした場合に介在物の総長さがどのようにばらつくかを表したものである。
同図から明らかなように、探傷体積が小さいときには介在物の総長さの比がばらついているが、探傷体積が多くなるにつれて介在物の総長さの比が安定し、探傷体積が２．０×１０６ｍｍ３以上の領域ではほぼ一定となる。探傷体積が多くなると探傷する時間は増えるが、２．０×１０６ｍｍ３以上の体積を探傷するとより信頼性を増すことができるので、本実施形態の必要探傷体積は２．０×１０６ｍｍ３とする。すなわち、この必要探傷体積は、上述した第一実施形態で示した結果と同じであることから、介在物数及び単位体積当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さのいずれも安定した値を得るために、２．０×１０６ｍｍ３以上の探傷体積で探傷することが望ましい。
以上、第一乃至第三実施形態について、本発明の軸受用鋼の欠陥として非金属介在物を例に説明したが、本発明が適用できる欠陥の保証は、この他に、地傷、開口クラック等にも適用できる。また、これらの欠陥の平方根長さは、欠陥の形状に応じて次のようにそれぞれ求められる。
１）欠陥の形状が線状である場合（線状欠陥）は、その長さＬと幅Ｄとの積の平方根（Ｌ×Ｄ）１／２を平方根長さとする。
２）欠陥の形状が粒状、球状又は塊状である場合（非線状欠陥）は、その最大径（長軸径）Ｄ１と最小径（短軸径）Ｄ２との積の平方根（Ｄ１×Ｄ２）１／２を平方根長さとする。
＜第四実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第四実施形態について説明する。
本実施形態においては、図１８に示すように、外径φ１８０ｍｍ×内径φ１３ｍｍ（肉厚２５ｍｍ）の継ぎ目無し鋼管を３００ｍｍの長さで切り出し、その継ぎ目無し鋼管の外周面から中心軸Ｏに向かって深さＡ（２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ）分入り込んだ位置に、円柱状の穴（寸法φ０．５ｍｍ×２０ｍｍ）をその中心軸Ｏ１が丸棒１１の中心軸Ｏと平行となるようにそれぞれ設け、人工欠陥鋼管を作製した。
そして、この人工欠陥鋼管に対して、第一実施形態で示したものと同様の超音波探傷検査装置（ＵＳＤ１５、日本クラウトクレーマー製）を用いて超音波探傷を行い、検出限界を見極めるための検証を行った。なお、本実施形態における超音波探傷法は、入射角１９°（屈折角４５°）、探傷周波数１５ＭＨｚとした探傷条件で、焦点型探触子（振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）を用い、水距離１０ｍｍにて斜角探傷法を行った。また、アンプ感度は、表面下２ｍｍ位置での欠陥が１００％となるように設定した。そして、図１９に、この超音波探傷による人工欠陥鋼管の深さ方向の探傷結果を示し、図２０に、この超音波探傷により、２ｍｍ位置深さの人工欠陥を円周方向に探傷した結果を示す。なお、図２０は、上述した探傷能力を維持した状態で、軸方向に移動するのに必要な有効探傷ピッチを検証したものである。
図１９から明らかなように、本実施条件では人工欠陥鋼管の表面から２〜５ｍｍの位置が相対エコー強度１００％を示し、この場合を１００％としたとき、相対エコー強度が半分の５０％となる深さは２５ｍｍ位置で、肉厚２５ｍｍ全断面の探傷が可能であることを検証した。したがって、本条件での深さ方向の探傷可能範囲は、エコー強度が半分（−６ｄＢ）となる位置までとした場合、表面から２５ｍｍ位置までとなることが判る。
図２０から明らかなように、エコー高さが半分（−６ｄＢ）となる範囲は移動幅にして約２．５ｍｍあり、１／４（−３ｄＢ）低下する幅としても約４ｍｍ程度有していた。
ここで、図２０は、人工欠陥鋼管において、表面から深さＡ＝５ｍｍ分入り込んだ位置の人工欠陥のエコー高さが、最も高くなる位置に調整を行ったのち、そのエコー高さを１００％エコー高さに感度を調整し、さらにその位置を中心に円周方向に前後にピッチを細かく取り探傷を行った結果を示している。ここで、図２０は、上述した第一実施形態と同様の超音波探傷検査装置を用いて、人工欠陥鋼管の表面から深さＡ＝５ｍｍ分入り込んだ位置の人口欠陥を検知したときのピーク値（１００％）に対する各移動距離（回転距離）に対する相対エコー強度を示している。つまり、探触子がピーク値となる点（０点）に対し、手前から次第に相対エコー強度が上昇して０点を過ぎると減少している状態が示されている。この相対エコー強度は、欠陥の長さに比例する。したがって、移動範囲の中で０点（ピーク値）のみに着目し、上述した図２で示すパソコン２０でピークホールド処理をし、常にピーク値をメモリーするようになっている。これは、移動範囲を特定しないと、相対エコー強度が一定にならないため、本発明の１．０ｍｍや１．１ｍｍの長さの欠陥を正しく求めることができなくなるためである。
また、図１９は、上述のようにして求めたピーク値を相対エコー強度（２〜５ｍｍまでを１００％として）として縦軸に、０．５φｍｍ×２０ｍｍの人工欠陥エコー強度を表面からの深さに対し、比で示したものであり、表面からの距離が深くなるにしたがって、相対エコー強度が低下していることが判る。
このように同じ欠陥長さのものが深さによって相対エコー強度が異なる（深くなると減衰する）不具合が生じる。
このため、まず、０．５ｍｍφ×２０ｍｍの欠陥が表面からどの位の深さにあるかは（エコー強度は別として）、発振した超音波信号が欠陥によって反射され、再び探触子に検知される時間と発振周波数との関係からパソコン２０によって正確に求まるようになっている。
次に、深さによって減衰する相対エコー強度は、予め人工欠陥を用い、図１９のような関係を求めておく。
実測定では、この図１９の関係を補正係数（例えば各深さ位置での相対エコー強度の逆数）得られた深さに対する欠陥エコーの補正係数としてパソコン２０にメモリーしておき、演算させる。
このようにして継ぎ目無し鋼管の表面からの深さに対する欠陥エコー値（ピーク値）をパソコン２０のメモリーに次々と取り込み、演算すれば、全断面（所望の深さまでも含め）中にある欠陥長さを検知できる。
すなわち、本実施例は、直径１８０ｍｍφ以下、肉厚２５ｍｍ以下までの継ぎ目無し鋼管の素材の段階で全断面の欠陥長さを検知でき、従来、製鋼メーカーにおいてできなかったユーザー側の軸受に適する素材の全断面を全数検査することができる。そして、本実施例では、全断面中に長さが１ｍｍ以上の欠陥がないことが長寿命できることを見いだした。
以上の結果より、本実施形態においては、上述した条件で探傷を行えば、深さ方向で表面から２５ｍｍ程度、また、有効探傷ピッチ（ビーム径）は２．５ｍｍ程度の探傷能力を有していることが判った。
したがって、直径１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無し鋼管素材を本実施形態により全断面評価するには、探傷深さが２５ｍｍ程度のため、全断面探傷が可能となることが判る。
また、探傷速度については、本発明限定範囲例では、直径φ１８０ｍｍの場合で、探傷ピッチを２．５ｍｍ程度とし、さらに一般的な市販の探傷機器による超音波の送受信速度を勘案すると、７ｍ／ｍｉｎ程度の速度では探傷可能なことが判った。
これは、従来製鋼メーカーで実施していた商用的な検査速度、１００ｍ／ｍｉｎを超えるレベルに比べると遅く、製鋼メーカーで生産性の観点より実施不可能な速度であるものの、軸受の製造工程の例では、例えば熱間鍛造により製造される速度が、速くても１０ｍ／ｍｉｎ程度のため、十分全数探傷可能な範囲である。
したがって、本実施形態によれば、軸受の製造においては、直径φ１８０ｍｍ以下で、肉厚２５ｍｍ以下の継ぎ目無し鋼管を素材として使用すれば、生産能力を落とすことなく、全数、全断面の超音波探傷による評価が可能なことが判る。次に、第四実施形態で示した方法により選別された良質な継ぎ目無し鋼管を素材として製造した転がり軸受の長寿命化について検証した。
一般的な軸受用鋼材の場合、清浄度が良好で軸受軌道面に大型介在物が存在する頻度が少なくなるため、本発明の効果を明確にするため、予め清浄度の劣る継ぎ目無し鋼管を準備した。そして、この清浄度の劣る継ぎ目無し鋼管に対して第四実施形態で示した精細な超音波探傷によって欠陥の有無を選別し、この鋼管を用いて製造された転がり軸受で寿命試験を行うことで効果の検証を行った。
まず、外輪用の継ぎ目無し鋼管（外径φ１０２ｍｍ、肉厚６ｍｍ）及び内輪用の継ぎ目無し鋼管（外径φ５７ｍｍ、肉厚７ｍｍ）を素材とし、以下の探傷条件で超音波探傷を行った。そして、超音波探傷を実施して素材を選別し、高い清浄度が確保された継ぎ目無し鋼管と、超音波探傷を実施せず、清浄度の劣る継ぎ目無し鋼管とを素材として、旋削、熱処理、研削を経て６３０９深溝玉軸受をそれぞれ作製した。
また、比較として、通常の素材（清浄度良好素材）の継ぎ目無し鋼管を使用し、上述と同様に、超音波探傷を実施して素材を選別し、６３０９深溝玉軸受を作製した。なお、素材に実施した探傷条件は、いずれも上述した第四実施形態と同様の条件で行った。
ここで、上述した清浄度の異なる二種類の素材の超音波探傷の評価結果は、有効探傷範囲の体積中に長さ１ｍｍ以上の欠陥が検出された個数を、評価体積（重量）で割ったもので表した。
また、超音波探傷評価においての欠陥（介在物）の長さ評価については、予め欠陥が検出された場合の図２の超音波探傷検査装置による欠陥長さと、その欠陥を切断調査にて見出した実介在物の長さと相関をとり、検量線を求めて、以下の評価に望んだ。
次に、各々の評価を経て製作された転がり軸受にて、寿命試験を行った。寿命試験条件を以下に示す。
寿命試験条件は次の通りである。
試験軸受：６３０９深溝玉軸受
試験荷重：ラジアル荷重２１２００Ｎ
回転数：３９００ｍｉｎ−１
潤滑油：ＶＧ６８相当鉱油
試験は、上記試験条件での計算寿命が６７時間であることから３倍の２００時間で中断し、その時点での剥離の有無について評価を行った。
表５に、評価結果を示す。
表５のＮｏ．２及びＮｏ．４は全断面中に長さが１ｍｍ以上の欠陥がない継ぎ目無し鋼管素材で製作された本発明例の試験軸受（玉はＳＵＪ２の焼入れ、焼き戻し品）であり、いずれも２００時間の試験をクリアーしているのが判る。
表５によれば、清浄度の劣る素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２）は、全断面に長さ１ｍｍ以上の介在物が存在する割合が通常の素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．３、Ｎｏ．４）に比べ高くなっているが、長さ１ｍｍ以上の介在物が検出されずに選別された素材からなる試験軸受（Ｎｏ．２）では２００時間を超えてもはくりは発生せず安定した長寿命が得られた。これに対し、超音波探傷による選別が行われていない素材からなる試験軸受（Ｎｏ．１）は打ち切りとなる２００時間の間に１０個中４個と多くの割合ではくりが発生した。また、通常の素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．３）も、頻度は少ないものの、１０個中１個ではくりが発生し、安定した長寿命化が得られるといった点では、超音波探傷による選別品に対して劣ることが判る。
また、介在物の長さ１．２ｍｍ以上の有無にて選別した素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．５）では、探傷を実施し欠陥を除去したにもかかわらず、Ｎｏ．３と同様に頻度は少ないものの１０個中１個にはくりが発生している。したがって、安定的に長寿命を得るには、１ｍｍ以上の長さの介在物が無いことが重要である。
＜第五実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第五実施形態について説明する。
本実施形態においては、上述した図６と同様に、軸受用素材φ６０ｍｍの丸棒鋼材を３００ｍｍ長さで切り出し、その丸棒鋼材の外周面から中心軸にＯに向かって深さＡ（５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ）分入り込んだ位置に、円柱状の穴（寸法φ１．０ｍｍ×２０ｍｍ）をその中心軸Ｏ１が丸棒１１の中心軸Ｏと平行となるようにそれぞれ設け、人口欠陥丸棒を作製した。
そして、この人口欠陥丸棒に対して、上述した第一実施形態と同様の超音波探傷検査装置（ＵＳＤ１５、日本クラウトクレーマー製）を用いて超音波探傷を行い、検出限界を見極めるための検証を行った。なお、本実施形態における超音波探傷法は、入射角０°、探傷周波数１５ＭＨｚとした探傷条件で、焦点型探傷子（振動子径６ｍｍ、水中焦点距離５０ｍｍ）を用い、水距離１０ｍｍにて垂直探傷法を行った。そして、図２１に、この超音波探傷による人工欠陥丸棒の深さ方向の探傷結果を示し、図２２に、この超音波探傷による人工欠陥丸棒の円周方向の探傷結果を示す。なお、図２２は、上述した探傷能力を維持した状態で、軸方向に移動するのに必要な有効探傷ピッチを検証したものである。
図２１から明らかなように、本実施条件では人工欠陥丸棒の表面から深さＡ＝１０ｍｍ分入り込んだ位置が相対エコー強度１００％を示し、この場合を１００％としたとき、相対エコー強度が半分の５０％となる深さＡは２５ｍｍ位置であった。したがって、本条件での深さ方向の探傷可能範囲は、エコー強度が半分（−６ｄＢ）となる位置までとした場合、人工欠陥丸棒の表面から深さＡ＝３３ｍｍ分入り込んだ位置までとなることが判る。
図２２から明らかなように、エコー高さが半分（−６ｄＢ）となる範囲は移動幅にして約１．６ｍｍあり、１／４（−３ｄＢ）低下する幅としても約１ｍｍ程度有していた。
ここで、図２２は、人工欠陥丸棒において、深さＡ＝１０ｍｍ分入り込んだ位置の人工欠陥のエコー高さが、最も高くなる位置に調整を行ったのち、そのエコー高さを１００％エコー高さに感度を調整し、さらにその位置を中心に円周方向に前後にピッチを細かく取り探傷を行った結果を示している。
但し、本方法は垂直探傷法を用いているため、人工欠陥丸棒の表面から深さＡ＝２〜３ｍｍ程度までは探傷のできない領域（不惑帯）が生じることとなる。しかし、この程度の深さ範囲は、軸受の完成に至る間に旋削等で削り取られるか、または残ったとしても軸受外径面にあたるため、寿命には影響を及ぼさない範囲である。
そして、本実施形態の場合も、上述した第四実施形態と同様にして、丸棒素材の表面からの深さＡに対する欠陥エコー値（ピーク値）を上述した図２のパソコン２０のメモリーに次々と取り込み、演算すれば、全断面（所望の深さまでも含め）中にある欠陥長さを検知できる。
すなわち、本実施形態は、直径６０ｍｍφ以下の丸棒素材の段階で全断面の欠陥長さを検知でき、従来においては製鋼メーカーでは不可能であったユーザー側の軸受に適する素材の全断面を全数検査することができる。そして、本実施形態では、全断面中に長さが１ｍｍ以上の欠陥がないことが長寿命できることを見いだした。
以上の結果より、本実施形態では、上述した条件で探傷を行えば、深さ方向で表面から３０ｍｍ程度、また、有効探傷ピッチ（ビーム径）は１．５ｍｍ程度の探傷能力を有していることが判った。
したがって、丸棒素材を本実施形態により全断面評価するには、探傷深さが３０ｍｍ程度のため、素材の直径はφ６０ｍｍが限定範囲となることが判る。
また、探傷速度については、本発明限定範囲例では、丸棒素材の直径がφ６０ｍｍの場合で、探傷ピッチを１．５ｍｍ程度とし、さらに一般的な市販の探傷機器による超音波の送受信速度を勘案すると、１０ｍ／ｍｉｎ程度の速度では探傷可能なことが判った（径が細くなると単位時間あたりの測定長さは長くなる方向であり、φ６０ｍｍが限定範囲内では一番遅い条件）。
これは、従来製鋼メーカーで実施していた商用的な検査速度、１００ｍ／ｍｉｎを超えるレベルに比べると遅く、製鋼メーカーで実施不可能な速度であるものの、軸受の製造工程の例では、例えば熱間鍛造により製造される速度が、速くても１０ｍ／ｍｉｎ程度のため、十分全数探傷可能な範囲である。
したがって、本実施形態によれば、軸受の製造においては、φ６０ｍｍ以下の丸棒素材を使用すれば、生産能力を落とすことなく、全数、全断面超音波探傷による評価が可能なことがわかる。
次に、第五実施形態で示した方法により選別された良質な丸棒を素材として製造した転がり軸受の長寿命化について検証した。
一般的な軸受用鋼材の場合、清浄度が良好で軸受軌道面に大型介在物が存在する頻度が少なくなるため、本発明の効果を明確にするため、予め清浄度の劣る丸棒を準備した。そして、この清浄度の劣る丸棒素材に対して第五実施形態で示した精細な超音波探傷によって欠陥の有無を選別し、この鋼管を用いて製造された転がり軸受で寿命試験を行うことで効果の検証を行った。
まず、φ３５ｍｍの丸棒を素材とし、以下の探傷条件で超音波探傷を行った。そして、超音波探傷を実施して素材を選別し、高い清浄度が確保された丸棒と、と、超音波探傷を実施せず、清浄度の劣る継ぎ丸棒とを素材として、旋削、熱処理、研削を経て６２０６深溝玉軸受をそれぞれ作製した。
また、比較として、通常の素材（清浄度良好素材）の丸棒を使用し、上述と同様に、超音波探傷を実施して素材を選別し、６２０６深溝玉軸受を作製した。なお、素材に実施した探傷条件は、いずれも上述した第五実施形態と同様の条件で行った。
ここで、上述した清浄度の異なる二種類の素材の超音波探傷の評価結果は、有効探傷範囲の体積中に長さ１ｍｍ以上の欠陥が検出された個数を、評価体積（重量）で割ったもので表した。
また、超音波探傷評価においての欠陥（介在物）の長さ評価については、予め欠陥が検出された場合の図２の超音波探傷検査装置による欠陥長さと、その欠陥を切断調査にて見出した実介在物の長さと相関をとり、検量線を求めて、以下の評価に望んだ。
次に、各々の評価を経て製作された転がり軸受にて、寿命試験を行った。寿命試験条件を以下に示す。
寿命試験条件は次の通りである。
試験軸受：６２０６深溝玉軸受
試験荷重：ラジアル荷重７８００Ｎ
回転数：３９００ｍｉｎ−１
潤滑油：ＶＧ６８相当鉱油
試験は、上記試験条件での計算寿命が６７時間であることから３倍の２００時間で中断し、その時点での剥離の有無について評価を行った。
表６に、評価結果を示す。
表６のＮｏ．２及びＮｏ．４は全断面中に長さが１ｍｍ以上の欠陥がない丸棒素材で製作された本発明例の試験軸受（玉はＳＵＪ２の焼入れ、焼き戻し品）であり、いずれも２００時間の試験をクリアーしているのが判る。
表６によれば、清浄度の劣る素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２）は、全断面に長さ１ｍｍ以上の介在物が存在する割合が通常の素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．３、Ｎｏ．４）に比べ高くなっているが、長さ１ｍｍ以上の介在物が検出されずに選別された素材からなる試験軸受（Ｎｏ．２）では２００時間を超えてもはくりは発生せず安定した長寿命が得られた。これに対し、超音波探傷による選別が行われていない素材からなる試験軸受（Ｎｏ．１）は打ち切りとなる２００時間の間に１０個中６個と多くの割合ではくりが発生した。また、通常の素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．３）も、頻度は少ないものの、１０個中１個ではくりが発生し、安定した長寿命化が得られるといった点では、超音波探傷による選別品に対して劣ることが判る。
また、介在物の長さ１．２ｍｍ以上の有無にて選別した素材を使用した試験軸受（Ｎｏ．５）では、探傷を実施し欠陥を除去したにもかかわらず、Ｎｏ．３と同様に頻度は少ないものの１０個中１個にはくりが発生している。したがって、安定的に長寿命を得るには、１ｍｍ以上の長さの介在物が無いことが重要である。
＜第六実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第六実施形態について説明する。
本実施形態においては、表７に示す各鋼種で軸受の内輪形状に成形し、図２３に示す熱処理にて、浸炭鋼には浸炭、焼入れ、焼戻しの熱処理を行い、ずぶ焼鋼には焼入れ、焼戻しの熱処理を行った後、仕上げ研磨を行うことにより、内径がテーパ状の内輪３３（図２５参照）を作製した。なお、この内輪３３は、旋削加工したものに図２３の熱処理を施したもので研削加工は施されていない。また、表面粗さは３．０μｍＲａに仕上げてある。
ここで、表７中の本発明例２、３、５の内輪及び比較例１、３の内輪、つまり、浸炭鋼（ＳＣＲ，ＳＣＭ，ＳＡＥ）には、図２３（ａ）のように、９００〜９６０℃で１０時間浸炭を行い、その後８００〜８６０℃で１時間焼入れを行い、その後、１６０〜２００℃で焼戻しを施すことで熱処理を行った。また、表７中の本発明例１、４、６の内輪及び比較例２の内輪、つまり、ずぶ焼鋼（ＳＵＪ）には、図２３（ｂ）のように、８００〜８６０℃で１時間焼入れを行い、その後、１６０〜２００℃で焼戻しを施すことで熱処理を行った。
次いで、本発明例１〜６、比較例１〜３の内輪について、まず、図２４に示す超音波探傷検査装置で全断面において非金属介在物の最大長さを検出する。
この超音波探傷検査装置は、図２４に示すように、リング状の軸受用鋼材（外輪相当）からなる試験片ＴＰが水槽５０内に水平方向に互いに離間配置された二個のプーリ５１に載置されており、各プーリ５１及び回転駆動用モータ５２のモータ軸に固定されたプーリ５３にはベルト５４が正三角形状に巻き掛けられている。
回転駆動用モータ５２はモータ駆動用制御アンプ５３を介して制御装置４５によって制御されるようになっており、回転駆動用モータ５２の駆動により各プーリ５１に載置された試験片ＴＰが所定の速度で回転するようになっている。なお、制御装置４５は、ＣＲＴ等の表示手段を備えたパソコン等で構成されている。また、探触子４０は試験片ＴＰの軸方向に沿って移動可能に配置されたリニアガイド装置４１のＸＹステージ４２に探触子取付具４３を介して取り付けられており、取付状態においては試験片ＴＰの内周面に対向配置されている。探触子４０は超音波探傷装置４４からの電圧信号に応じて超音波パルスを試験片ＴＰの内周面に向けて送信すると共にその反射エコーを受信し、これを電圧信号に変換して超音波探傷装置４４に送信する。
超音波探傷装置４４は制御装置４５からの指令に基づいて探触子４０に電圧信号からなる指令信号を送信するとともに、送信した信号と受信した信号とを基にして得られた探傷情報を制御装置４５に送信し、制御装置４５がこれをＣＲＴ上に表示する。
リニアガイド装置４１はリニアガイド用コントローラ４６によって制御される図示しないサーボモータを介して探触子４０を試験片ＴＰの軸方向に移動させるようになっている。
リニアガイド用コントローラ４６は試験片ＴＰの外周面に設置されたロータリエンコーダによって試験片ＴＰが一回転（３６０°）したことが検知されると、制御装置４５からの指令に基づいてサーボモータを制御して探触子４０を試験片ＴＰの軸方向に所定寸法移動させる。これにより、試験片ＴＰの全軌道面下の全断面の探傷がなされるようになっている。なお、図２４では、試験片ＴＰとして外輪相当の軸受用鋼材が図示されているが、探触子４０とプーリ５１の位置を逆転させるようにして構成すれば、内輪相当の軸受用鋼材からなる試験片についても適用される。
なお、本実施形態における超音波探傷条件は、焦点型探触子（振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）を用いて、探傷周波数１５ＭＨｚで行った。また、本実施形態における超音波探傷法は、内輪の軌道面表面から２ｍｍ程度までは入射された超音波の入射角を２５°になるように設置し、水距離を２５ｍｍとした。また、それより深い領域は、内輪に入射された超音波の入射角を５°になるように設置して、水距離を１５ｍｍとし、双方を合わせて使用することで任意の深さの欠陥を検出した。
ここで、非金属介在物の最大長さは、予めそれぞれの軸受（鋼種）にて多数検査を行い、検出された欠陥エコーの強度と長さ、幅の情報を基に、発見された欠陥を軌道面表面から追い込み研削を行い、超音波エコーの強度と欠陥の大きさの関係を求め、表７に示した各軸受内輪を選定したものである。
そして、作製された本発明例１〜６、比較例１〜３の内輪３３を、図２５に示す内輪割損寿命試験機のテーパ軸３１に圧入することにより、内輪３３にはめあい応力（２００ＭＰａ）を与え、ラジアル荷重３８０００Ｎ、回転数１８００ｍｉｎ−１の条件でテーパ軸３１を回転させた。これにより、内輪３３の軌道面に転がり応力をかけて、内輪３３が軸方向に割損するまでの総回転数を調べる割損寿命試験を行った。
表７に、割損寿命試験結果を示す。
表７から明らかなように、本発明例１〜６の内輪では、非金属介在物の最大長さが０．６ｍｍ以下で割損寿命が長いのが判る。これに対し、非金属介在物の最大長さが０．６ｍｍを越える比較例１〜３は本発明例に比べて割損寿命が大きく低下するのが判る。
したがって、軸受軌道面下から全断面の被検体積において欠陥（非金属介在物の集合体含む）の最大長さを０．６ｍｍ以下に限定することで、軌道輪の割損を防止できる。
＜第七実施形態＞
次に、本発明の軸受用鋼及びその大型介在物評価方法の第七実施形態について説明する。
本実施形態においては、図２６に示す軸受用鋼材からなる試験片の上面（外径面）を旋削加工して種々の表面粗さ１〜１２μｍＲａ（図２７参照）のものを作製し、試験片の底面から垂直方向にφ０．５ｍｍの穴（人工欠陥）を表面下２ｍｍの位置まで加工した。次いで、種々の表面粗さの試験片について、人工欠陥のエコー強度とノイズの比を求め、欠陥検出の可否を調査した。
試験片の人工欠陥の検出は、図２４に示す超音波探傷検出装置を用いて、焦点型探触子（振動子径６ｍｍ、水中焦点距離２５ｍｍ）、探傷周波数１５ＭＨｚとした条件で超音波探傷を行った。なお、本実施形態における超音波探傷は、試験片に入射される超音波の入射角を２５°になるように設置し、水距離を１５ｍｍとした。
図２７に、Ｓ／Ｎ比と試験片の外径面の表面粗さとの関係を示す。
同図から明らかなように、試験片の外径面表面粗さが５μｍＲａまでは良好な検出強度（Ｓ／Ｎ比）を示すが、５μｍＲａを越えるとエコー強度が極端に低下し、長さが０．６ｍｍより小さな欠陥の検出は困難となる。したがって、軸受用鋼材の表面粗さの限定を５μｍＲａ以下とした。
本発明例によれば、従来の鋼材のサンプル評価による清浄度規制によらず、軸受用材料にて鋼材外径面下から全断面の被検体積において欠陥（非金属介在物の集合体含む）が鋼材外径面の表面粗さを５μｍＲａ以下に限定することで、軸受用材料の全断面において精度良く最大長さ０．６ｍｍ以上の欠陥が検出可能である。
したがって、検出精度こそ若干低下するが、研削前の旋削面においても簡易的に欠陥を発見することができ、完成品になる前で不良と選別されるので、完成品段階で選別していた従来に比べてコストダウンになる。
また、市場での過酷な条件下においても割損の懸念がなく、軸受の短寿命品の発生を無くすることができ、サンプル調査では無く軸受全数を保証することができるものである。
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産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法によれば、評価対象軸受用鋼からなる丸棒及び超音波探触子を超音波伝達媒体中に配置し、超音波探傷によって探傷体積中に存在する大型介在物の大きさ及び数を測定し、評価対象軸受用鋼の大型介在物の存在確率を推定することとしたため、より大きな体積について簡易に超音波探傷を行うことで大きな探傷体積中の大型介在物の存在確率を推定することができ、清浄度の高い軸受用鋼に対しても適切な大型介在物の評価を行うことができる。
また、前記超音波探傷の探傷方法を斜角探傷法としたことにより、より小さな介在物を正確に検出することができ、これにより大型介在物の存在をより一層正確に検出することができる。
さらに、前記斜角探傷法を、探傷周波数１５ＭＨｚ以下で行うことにより、より深い領域を探傷することができ、これにより大型介在物探傷の時間を短縮することができる。
さらに、前記超音波探傷の探傷方法を、前記超音波探触子として焦点型の高分子探触子を用いた垂直探傷法としたことにより、より小さな大型介在物をより深い範囲まで探傷でき、これにより大型介在物の存在をよりいっそう正確に検出することができる。
さらに、前記垂直探傷法を、探傷周波数３０ＭＨｚ以下で行うことにより、より深い領域を探傷することができ、これにより大型介在物探傷の時間を短縮することができる。
さらに、本発明の軸受用鋼によれば、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が１０．０個以下であることとしたため、大型介在物の存在を定量的に保証した長寿命の軸受用鋼を提供することが可能となる。
さらに、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積２．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が１０．０個以下であるとともに、探傷体積１．０×１０６ｍｍ３当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の大型介在物の総長さが８０ｍｍ以下であることとしたため、大型介在物の存在をさらに定量的に保証した長寿命の軸受用鋼を提供することが可能となる。
さらに、前記軸受用鋼の大型介在物評価方法によって推定された大型介在物のうち、探傷体積４．０×１０５ｍｍ３当たりに存在する平方根長さ０．２ｍｍ以上の大型介在物が２．０個以下であることとしたため、大型介在物の存在を定量的に保証した長寿命の軸受用鋼を提供することが可能となる。
さらに、本発明の転がり軸受によれば、軸受の短寿命品をなくし、軸受全体の寿命を延ばすことで高い信頼性を確保することが可能となる。
さらに、本発明の転がり軸受によれば、鉄鋼用軸受のように高荷重，高面圧下で使用され、抄紙機用軸受のように内輪にはめあい応力を負荷し、高温下で使用される等の過酷な環境下で使用される場合においても、短寿命品や割損品の発生の懸念をなくし、軸受全体の寿命を延ばすことで高い信頼性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の軸受用鋼で作製した転がり軸受の一実施形態を示す縦断面図である。図２は、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。図３は、斜角探傷法と垂直探傷法との角度調整法を説明するための説明図である。図４は、本発明の軸受用鋼における探傷検査体積と介在物数との関係を示す説明図である。図５は、振動子にセラミックを用いた場合での本発明の軸受用鋼における垂直探傷法による検出介在物数と、斜角探傷法による検出介在物数との違いを示す説明図である。図６は、本発明の軸受用鋼からなる丸棒に入口欠陥を形成した状態を示す横断面図である。図７は、本発明の軸受用鋼における探傷周波数と探傷深さとの関係を示す説明図である。図８は、本発明の軸受用鋼における探傷周波数と探傷長さとの関係を示す説明図である。図９は、軸受寿命試験機の一例を示す概略説明図である。図１０は、本発明の軸受用鋼における各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図１１は、本発明の軸受用鋼における介在物数と軸受寿命との関係を示す説明図である。図１２は、本発明の軸受用鋼における探傷体積と介在物数との関係を示す説明図である。図１３は、本発明の軸受用鋼における各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図１４は、本発明の軸受用鋼における探傷深さと探傷周波数との関係を示す説明図である。図１５は、本発明の軸受用鋼における探傷周波数と探傷長さとの関係を示す説明図である。図１６は、本発明の軸受用鋼における各チャージ毎の軸受寿命の説明図である。図１７は、本発明の軸受用鋼における探傷体積と単位体積当たりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さとの関係を示す説明図である。図１８は、本発明の軸受用鋼からなる継ぎ目無し鋼管に人工欠陥を形成した状態を示す斜視図である。図１９は、試験片の表面からの距離（深さ）と相対エコー強度との関係を示すグラフ図である。図２０は、試験片に対する探触子の円周方向の移動範囲と相対エコー強度との関係を示すグラフ図である。図２１は、試験片の表面からの距離（深さ）と相対エコー強度との関係を示すグラフ図である。図２２は、試験片に対する探触子の円周方向の移動範囲と相対エコー強度との関係を示すグラフ図である。図２３は、熱処理法を説明するための説明図であり、（ａ）は浸炭鋼、（ｂ）はずぶ焼鋼である。図２４は、本発明の軸受用鋼の大型介在物評価方法に用いる超音波探傷検査装置の他の例を示す概略構成図である。図２５は、内輪割損寿命試験機を説明するための説明図である。図２６は、超音波探傷法による人工欠陥検出に用いられる軸受用鋼材の試験片を示す断面図である。図２７は、試験片の外径面粗さとＳ／Ｎ比との関係を示すグラフ図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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