(57)【要約】【課題】生産性の低下や製造コストの上昇を抑えつつ、白色組織剥離の発生を抑えた転がり軸受を提供する。【解決手段】一対の軌道輪の少なくとも一方が、特定組成の鋼からなり、かつ、鋼中のSi、Mn、Cr、Moの含有量（[Si]、[Mn]、[Cr]、[Mo]）が「0.5[Si]＋0.2[Mn]＋0.2[Cr]＋0.7[Mo]≧0.95」を満たし、焼入れ焼戻し後の硬さがＨＶ697〜800、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が１５〜２５体積％であるとともに、一方の軌道輪の軌道面の算術平均粗さが0.1〜0.3μｍRa、他方の軌道輪の算術平均粗さが0.01〜0.09μｍRaで、両軌道輪の軌道面の算出平均粗さを[x]、[y]（[x]＞[y]）とするときに「[x]/[y]≧2.0」を満たす。【選択図】図１
2015140479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軌道輪と、一対の軌道輪の間に配設される転動体と、転動体を支える保持器とを備える転がり軸受において、
一対の軌道輪の少なくとも一方が、
Ｃ：０．７０〜１．１０質量％
Ｓｉ：０．４５〜０．９０質量％
Ｍｎ；０．６０〜１．５０質量％
Ｃｒ：１．８０〜２．３０質量％
Ｍｏ：０．１０〜０．４５質量％
Ｎｉ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｃｕ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｓ：０．０１０質量％以下（０質量％を含む）
Ｐ：０．０２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｏ：１０質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含む）
を含み、残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼からなり、かつ、
鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量（質量％）をそれぞれ［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］とするときに下記関係式（１）を満たし、
（１）：０．５［Ｓｉ］＋０．２［Ｍｎ］＋０．２［Ｃｒ］＋０．７［Ｍｏ］≧０．９５
焼入れ焼戻し後の硬さがＨＶ６９７〜８００で、
焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が１５〜２５体積％であるとともに、
一方の軌道輪の軌道面の算術平均粗さが０．１〜０．３μｍＲａで、他方の軌道輪の算術平均粗さが０．０１〜０．０９μｍＲａであり、
両軌道輪の軌道面の算出平均粗さをそれぞれ［ｘ］、［ｙ］で、かつ、［ｘ］＞［ｙ］とするときに下記関係式（２）
（２）：［ｘ］／［ｙ］≧２．０
を満たすことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関し、より詳細には、水素による白色組織剥離を抑えて耐久性を向上させた転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受では、荷重が負荷されて長時間使用されることによって金属疲労が生じ、軌道面表面が剥離する場合がある。そのメカニズムは、従来から「内部起点型剥離」と「表面起点型剥離」とがよく知られている。「内部起点型剥離」は、材料内部の非金属介在物の周辺に応力集中が生じ、それを起点として疲労亀裂が生じて剥離に至る現象である。「表面起点型剥離」は、潤滑剤中に異物が混入すると軌道面に圧痕が生じ、圧痕縁で応力集中が生じ、それを起点として疲労亀裂が生じて剥離に至る現象である。
【０００３】
しかしながら、一部の用途では、水素が鋼中に侵入し、金属組織の変化を引き起こす場合がある。具体的には、軸受使用中に転動体と軌道輪との間で滑りが発生し、それにより軌道面に新生面が発生し、トライボケミカル反応による潤滑剤の分解によって水素が発生し、この水素が鋼中に侵入する。そして、水素侵入により金属組織が変化すると、組織変化部と正常部との界面から疲労亀裂が生じて剥離を引き起こす。この金属組織の変化は、軸受鋼の基地組織であるマルテンサイトが、水素によって、微細なフェライト粒に変化する現象である。エッチングを行って金属組織を観察すると、組織変化部は白く見えることから「白色組織」等と呼ばれており、以降の説明ではこの金属組織変化による剥離を「白色組織剥離」と呼ぶ。
【０００４】
この白色組織剥離は、「内部起点型剥離」や「表面起点型剥離」とは異なるメカニズムで生じるため、長寿命化の対策も異なり、例えば特許文献１、２ではＣｒを多量に添加した鋼製の軌道輪を備える転がり軸受を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４７３５２号公報
【特許文献２】特許第４２７３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鋼中にＣｒを多量に添加することにより、組織変化の発生を遅延させることができるものの、鋼材の製造工程において、割れ易くなるなどの問題が生じて生産性を低下させる。更に、軸受の製造工程においても、必要な硬さを得るための焼入れ温度を高くしなければならず、生産性の低下とともに、製造コストの上昇を招く。そのため、特許文献１，２のようにＣｒを多量に添加した鋼材を用いる方法では、白色組織剥離に対する寿命は優れるものの、生産性や製造コスト面での問題があり、工業上、広く利用することが難しいという問題がる。
【０００７】
そこで本発明は、生産性の低下や製造コストの上昇を抑えつつ、白色組織剥離の発生を抑えた転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らは鋭意検討した結果、一方の軌道面を粗くし、他方の軌道面を平滑にすることにより、転動体と軌道輪との間の滑りや金属接触を抑制して金属新生面での潤滑剤の分解を抑制することができることを見出した。また、Ｃｒ含有量を抑えつつ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏを最適な量添加することにより、水素による組織変化を遅延させて長寿命化する効果があることを見出した。更に、Ｃｒ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏについて、長寿命化に対する効果を定量化し、これら元素の各含有量の関係式を作成した。これによって、標準的な軸受鋼であるＪＩＳ  ＳＵＪ２と同等の生産性を保持する範囲で長寿命になるように合金組成を特定した。
【０００９】
また、材料組織中の残留オーステナイトにも組織変化を遅延させる効果があり、その量を特定するとともに、ＳＵＪ２と同じ条件で熱処理を行った場合に、好適な残留オーステナイト量となるように合金組成を規定した。
【００１０】
即ち、本発明は、一対の軌道輪と、一対の軌道輪の間に配設される転動体と、転動体を支える保持器とを備える転がり軸受において、
一対の軌道輪の少なくとも一方が、
Ｃ：０．７０〜１．１０質量％
Ｓｉ：０．４５〜０．９０質量％
Ｍｎ；０．６０〜１．５０質量％
Ｃｒ：１．８０〜２．３０質量％
Ｍｏ：０．１０〜０．４５質量％
Ｎｉ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｃｕ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｓ：０．０１０質量％以下（０質量％を含む）
Ｐ：０．０２０質量％以下（０質量％を含む）
Ｏ：１０質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含む）
を含み、残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼からなり、かつ、
鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量（質量％）をそれぞれ［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］とするときに下記関係式（１）を満たし、
（１）：０．５［Ｓｉ］＋０．２［Ｍｎ］＋０．２［Ｃｒ］＋０．７［Ｍｏ］≧０．９５
焼入れ焼戻し後の硬さがＨＶ６９７〜８００で、
焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が１５〜２５体積％であるとともに、
一方の軌道輪の軌道面の算術平均粗さが０．１〜０．３μｍＲａで、他方の軌道輪の算術平均粗さが０．０１〜０．０９μｍＲａであり、
両軌道輪の軌道面の算出平均粗さをそれぞれ［ｘ］、［ｙ］で、かつ、［ｘ］＞［ｙ］とするときに下記関係式（２）
（２）：［ｘ］／［ｙ］≧２．０
を満たすことを特徴とする転がり軸受を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり軸受は特定の合金組成の鋼材からなる軌道輪を備えるが、Ｃｒ含有量を抑えつつ、白色組織剥離の発生を効果的に防止することができる。また、Ｃｒ含有量を抑えたことにより、生産性の低下や製造コストの上昇を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｓｉ含有量と、切削バイトの逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間との関係を示すグラフである。
【図２】Ｃｒ含有量と、焼入れ焼戻し後の硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】Ｍｎ含有量と、残留オーステナイト量との関係を示すグラフである。
【図４】Ｍｏ含有量と、軌道面の算出平均粗さとの関係を示すグラフである。
【図５】（１）式の左辺の値と、白色組織剥離寿命（対数目盛表示）との関係を示すグラフである。
【図６】図５において、白色組織寿命を通常目盛にしたグラフである。
【図７】（２）式の左辺の値と、白色組織剥離寿命との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、図面を参照して更に説明する。
【００１４】
本発明において、転がり軸受には制限はないが、軌道輪の一方もしくは両方を下記に示す鋼材で形成する。
【００１５】
鋼材は、Ｃを０．７０〜１．１０質量％、Ｓｉを０．４５〜０．９０質量％、Ｍｎを０．６０〜１．５０質量％、Ｃｒを１．８０〜２．３０質量％、Ｍｏを０．１０〜０．４５質量％、Ｎｉを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｕを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｓを０．０１０質量％以下（０質量％を含む）、Ｐを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｏを１０質量ｐｐｍ以下（０質量ｐｐｍを含む）を含み、残部が鉄及び不可避的不純物を含む鋼からなる。
【００１６】
［Ｃ：０．７０〜１．１０質量％］
Ｃは焼入れによって基地に固溶し、硬さを向上させる元素である。Ｃ含有量が０．７０質量％未満では、焼入れ後の硬さが十分ではなく、耐摩耗性や転がり疲労寿命が低下する。固溶しなかったＣは炭化物を形成するが、この炭化物は耐摩耗性や転動疲労寿命などを向上させる効果があるものの、炭化物を形成する際にＣｒやＭｏ等の他の合金成分と化学結合しやすいため、その分基地組織に残留しているＣｒやＭｏ等が減少する。ＣｒやＭｏ等は、基地組織に固溶してマルテンサイトを安定化させる効果があるため、この効果も十分に得られなくなる。Ｃ含有量が１．１０質量％を越えると炭化物の生成量が過剰となって基地組織のマルテンサイト安定化効果が十分に得られなくなる。好ましくは、基地組織安定効果を安定して得るために、０．７０〜０．８９質量％とする。
【００１７】
［Ｓｉ：０．４５〜０．９０質量％］
Ｓｉは、基地に固溶して焼入れ性を向上させる効果がある。また、基地組織を安定化させるため、水素による組織変化の発生を遅延させて寿命を延長する効果がある。Ｓｉ含有量が０．４５質量％未満では、これら効果が十分に得られない。しかし、Ｓｉ含有量が０．９０質量％を超えると旋削性が低下する。好ましいＳｉ含有量は、０．４５〜０．７０質量％である。
【００１８】
［Ｍｎ：０．６０〜１．５質量％］
Ｍｎは、基地に固溶して焼入れ性を向上させる効果がある。また、基地組織を安定化させるため、水素による組織変化の発生を遅延させて寿命を延長する効果がある。更に、熱処理後の残留オーステナイトを生成しやすくする効果もある。生成した残留オーステナイトは、鋼中の水素の拡散・集積を遅延させるので、組織変化の発生を遅延させて寿命を延長する効果がある。Ｍｎ含有量が０．６０質量％未満では、これらの効果が十分に得られない。しかし、Ｍｎ含有量が１．５質量％を超えると残留オーステナイト量が過多になり、寸法安定性が低下する。好ましくは、安定的に寿命を向上させるために、０．８〜１．５質量％とする。
【００１９】
［Ｃｒ：１．８〜２．３質量％］
Ｃｒは、基地に固溶して焼入れ性を向上させる効果がある。また、Ｃと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる効果がある。更に、炭化物と基地組織のマルテンサイトとを安定化させるため、水素による組織変化の発生を遅延させて寿命を延長する効果がある。Ｃｒ含有量が１．８質量％未満では、これら効果が十分に得られず、より安定的にこれらの効果を得るためには２．０質量％以上とする。しかし、Ｃｒ含有量が２．３質量％を超えると、素材がコストアップしたり、焼入れ温度を高くしないと必要な硬さが得られないなどの理由で生産性が低下する。
【００２０】
［Ｍｏ：０．１０〜０．４５質量％］
Ｍｏ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効果と、鋼中に硬い炭化物を形成して耐摩耗性及び転動疲労寿命を向上させる効果がある。また、炭化物と基地組織のマルテンサイトとを安定化させるため、水素による組織変化の発生を遅延させて寿命を延長する効果がある。Ｍｏ含有量が０．１０質量％未満では、これら効果が十分に得られない。しかし、Ｍｏ含有量が０．４５質量％を超えると旋削性が低下する。また、Ｍｏは非常に高価な元素であるため、素材のコストアップを招く。好ましくは、０．１０〜０．４０質量％である。
【００２１】
［Ｎｉ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）］
Ｎｉは、焼入れ性を向上させる効果と、オーステナイトを安定化させる効果とを備え、更に多量に添加すると靭性を向上させる効果もある。しかし、Ｎｉは非常に高価な元素であるため、素材のコストアップを招く。従って、本発明では積極的に添加せず、０．２０質量％以下とする。
【００２２】
［Ｃｕ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）］
Ｃｕは、焼入れ性を向上させる効果と、粒界強度を向上させる効果とを有する。しかし、含有量が多くなると熱間鍛造性が低下するため、０．２０質量％以下とする。
【００２３】
［Ｓ：０．０１０質量％以下（０質量％を含む）］
ＳはＭｎＳを形成し、介在物として作用するため、Ｓ含有量は少ないほど好ましく、０．０１０質量％以下とする。
【００２４】
［Ｐ：０．０２０質量％以下（０質量％を含む）］
Ｐは結晶粒界に偏在して粒界強度や破壊靭性値を低下させるため、Ｐ含有量は少ないほど好ましく、０．０２０質量％以下とする。
【００２５】
［Ｏ：１０質量ｐｐｍ（０質量ｐｐｍを含む）］
Ｏは、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物系の介在物を形成する。酸化物系の非金属介在物は剥離の起点となり、転動疲労寿命に悪影響を及ぼすので、Ｏ含有量は少ないほど好ましく、１０質量ｐｐｍ以下とする。
【００２６】
［０．５［Ｓｉ］＋０．２［Ｍｎ］＋０．２［Ｃｒ］＋０．７［Ｍｏ］≧０．９５］
以上が鋼材の必須元素であるが、更にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量（質量％）をそれぞれ［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］とするとき、下記関係式（１）を満たす必要がある。
（１）：０．５［Ｓｉ］＋０．２［Ｍｎ］＋０．２［Ｃｒ］＋０．７［Ｍｏ］≧０．９５
【００２７】
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏは、上記したように、それぞれ組織変化の発生を遅延させ、白色組織剥離に対する寿命を向上させる効果がある。ＳｉとＭｎは、置換型元素としてマルテンサイト組織の基地に固溶する。ＣｒとＭｏは、一部が置換型元素として基地に固溶し、残りはＣと結合して炭化物となる。水素による組織変化が生じる際には、マルテンサイト組織の基地に固溶したＣが拡散して微細なフェライト粒になる。また、同時に、炭化物も溶解して微細なフェライト粒の粒界に析出する。上記の置換型元素は、基地組織のマルテンサイト組織を安定させ、固溶したＣの拡散を遅らせるため、組織変化の発生を遅らせる効果がある。また、ＣｒとＭｏとを含む炭化物は化学的に安定であるため、溶解しにくなり、組織変化の発生を遅らせる効果がある。
【００２８】
本発明者らは、種々の合金組成の鋼材を用いて寿命試験を行い、合成元素と白色組織剥離寿命との関係を回帰分析することにより、白色組織剥離に影響を及ぼす合金元素の効果を定量化したところ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏの各添加量の効果がＳｉ：Ｍｎ：Ｃｒ：Ｍｏ＝５：２：２：７となることを知見した。即ち、上記の合金組成において、更に上記の（１）式を満たすときに、標準的な軸受鋼であるＪＩＳ  ＳＵＪ２と比較して、白色剥離寿命を３倍以上にすることができる。
【００２９】
（１）式の左辺の値が０．９５未満では、白色組織剥離寿命がＪＩＳ  ＳＵＪ２と比較して３倍以上にはならず、明確な寿命延長効果が得られない。（１）式の左辺の値が大きいほど白色組織剥離寿命は向上し、好ましくは１．１以上である。但し、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＭｏの各含有量の上限は表面起点型剥離の発生や生産性、寸法安定性を考慮して規定されており、それぞれの上限値を（１）式の左辺に代入すると最大で１．３６５であり、この値を超えることはない。
【００３０】
以上が鋼材の必須元素であるが、必要に応じて、Ｂ、Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ等を含有してもよい。
【００３１】
本発明では、上記鋼材を用いて軌道輪の形状に加工した後、焼入れ焼戻し処理を行い、その後研削加工を行い、完成形状に仕上げる。その際、下記に示す硬化特性や金属組織、表面性状となるよう調整する。
【００３２】
［焼入れ焼戻し後の硬さがＨＶ６９７〜８００］
本発明者らは、水素による組織変化は、局所的に塑性変形が生じることによって引き起こされることを見出した。従って、組織変化の発生を遅延させるためには、焼入れ焼戻し処理により硬さを向上させ、塑性変形に対する抵抗値を向上させる必要がある。硬さがＨＶ６９７未満では硬さが不足し、水素による組織変化の発生を抑える効果が十分ではなく、転がり疲労寿命が低下する。しかし、ＨＶ８００を超えると破壊靭性値が低下するようになる。好ましい硬さは、ＨＶ７１２〜７８５である。
【００３３】
［焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が１５〜２５体積％］
水素は原子半径が小さいため鋼中で拡散し、応力が高い箇所に集積しやすいことが知られている。転がり軸受では軌道面直下に大きなせん断応力が作用するため、そこに水素が局所的に集積し、組織変化を生じさせる。一方、金属組織の残留オーステナイトは、基地組織であるマルテンサイトと結晶構造が異なるため、水素の拡散係数を低下させる効果があり、水素が局所的に集積するのを遅延させる。その結果、水素による組織変化の発生を遅延させることができる。残留オーステナイト量が１５体積％未満では、このような効果が十分に得られない。しかし、残留オーステナイト量が２５体積％を超えると、寸法安定性が低下するようになる。好ましい残留オーステナイト量は、１７〜２３体積％である。
【００３４】
尚、残留オーステナイト量は、軌道面の一部を切り出した後、軌道面表面を電解研磨し、Ｘ旋回折装置を用いて測定する。
【００３５】
このような焼入れ焼戻し後の硬さ及び残留オーステナイト量にするには、上記した合金組成の鋼材を用いることにより、標準的な軸受鋼であるＪＩＳ  ＳＵＪ２の熱処理条件と同等にすることができ、ＪＩＳ  ＳＵＪ２製の軌道輪と同時に処理することができるため、生産性が高まる。即ち、焼入れ条件はＪＩＳ  ＳＵＪ２と同様に、８３０〜８６０℃で所定時間保持した後、油冷する。また、焼戻しもＪＩＳ  ＳＵｊ２と同様に、１６０〜２００℃で所定時間保持した後、空冷あるいは炉冷する。焼戻し温度が１６０℃未満では、残留オーステナイト量が過多になり、寸法安定性が低下する。焼戻し温度が２００℃を超えると、残留オーステナイト量が低下して組織変化の発生を遅延させる効果が得られるなる。
【００３６】
［一方の軌道輪の軌道面の算術平均粗さが０．１〜０．３μｍＲａ］
軌道輪と転動体間の滑りは、転動体が軸受の負荷圏と非負荷圏との境界を通過する際に顕著となり、金属接触により生じた新生面と潤滑剤とがトライボケミカル反応を起こして水素発生を引き起こす。軌道輪の一方の軌道面の算術平均粗さを０．１〜０．３μｍＲａに規定することにより、この滑りを抑制することができ、白色組織剥離寿命を延長することができる。この粗さが０．１μｍＲａ未満では転動体の自転滑りを抑制できず、結果として水素が発生して白色組織変化が起きて早期剥離が生じる。一方、この粗さが０．３μｍＲａを越えると、転動体の自転滑りを抑制できるものの、軌道面が粗すぎて油膜が十分に形成されないおそれがあり、表面起点型剥離が生じて寿命が短くなる可能性が高くなる。また、粗さが増すことで軸受使用時の音響が悪化してしまう。これらの問題を防ぐために、好ましくは０．１〜０．２μｍＲａとする。
【００３７】
尚、白色組織剥離は、アプリケーションや使用条件によって、内輪に出やすい場合と外輪に出やすい場合とがあるが、本発明では白色組織剥離が出にくい方の軌道輪の軌道面を上記の粗さとする。
【００３８】
［他方の軌道輪の算術平均粗さが０．０１〜０．０９μｍＲａ］
他方の軌道輪は白色組織剥離が出やすい軌道輪であり、軌道輪と転動体との間で滑りや金属接触による水素の発生及び侵入を抑制する必要がある。滑りは、一方の軌道輪の軌道面の粗さが上記のように規定することで抑制することができるが、金属接触は他方の軌道輪の軌道面を算出平均粗さで０．０１〜０．０９μｍＲａとすることにより抑制することができる。この粗さが０．０９μｍＲａを超えると、金属接触の頻度が増して水素による白色組織変化が起こり早期剥離が発生してしまう。金属接触発生の観点からは粗さの下限は特に規定されないが、０．０１μｍＲａ未満にしても効果が飽和するだけでなく、加工コストが増大してしまう。好ましくは、０．０１〜０．０５μｍＲａとする。
【００３９】
尚、上記の表面算術粗さは、形状測定器で溝底を中心とした１．５ｍｍの範囲を軸方向に測定して算出する。
【００４０】
［両軌道輪の軌道面の算出平均粗さをそれぞれ［ｘ］、［ｙ］で、かつ、［ｘ］＞［ｙ］とするときに、［ｘ］／［ｙ］≧２．０］
両軌道輪の軌道面の算術平均粗さの値が近すぎる場合、双方に滑りと金属接触とが混在していまい明確にならないことがある。本発明者らは、軌道面の算術平均粗さの異なる種々の軌道輪を組み合わせて寿命試験を行ったところ、両軌道輪における軌道面の算術平均粗さの組み合わせと、白色組織剥離寿命の延長効果との関係を見出した。即ち、両軌道輪の軌道面の算術平均粗さを［ｘ］、［ｙ］（但し、［ｘ］＞［ｙ］）としたときに、下記（２）式を満足することで、白色組織剥離寿命の延長効果が顕著になる。好ましくは、（２）式における左辺の値は５以上である。
（２）：［ｘ］／［ｙ］≧２．０
【００４１】
尚、軌道面の粗さは、素材の合金成分変更による加工性の変更と、研削砥石や研磨速度等の研削条件の調整によって変更が可能で、これらの組み合わせによって調整する。
【００４２】
本発明の転がり軸受は、上記した特定の軌道輪を備える限り、転動体には制限はなく、金属製でもセラミックス製でもよい。また、潤滑のために潤滑剤が充填されるが、潤滑剤にも制限はない。
【００４３】
用途にも制限はないが、水素の発生しやすさは潤滑剤の種類により異なり、トラクション係数を上げたり、摩耗を防止するために添加剤を多く含む潤滑剤には水素を発生しやすいものがある。例えば、自動車や産業機械の変速機に使用される潤滑剤には、添加剤を多く含み、水素が発生しやすいものがあるので、本発明の転がり軸受を好適に使用することができる。
【００４４】
また、軸受内部に電流が流れると、潤滑剤の分解が促進されて水素が発生しやすくなる。例えば、ゴムベルトとプーリーを用いて回転を伝達する構成の装置の場合、ゴムベルトとプーリーとの間の摩擦により静電気が発生する。静電気による電位差は、プーリーに嵌合するシャフトを伝わり軸受の軌道輪と転動体間の電位差となる。軸受の軌道輪と転動体との間には油膜が形成されており、電気的に絶縁されているが、回転速度の変動や振動によって軌道輪と転動体との間が金属接触を起こすと電流が流れるようになる。そして、電流が流れると、金属表面が局所的に溶解されて化学的に活性な新生面が露出することによって、潤滑剤の分解が促進されて水素が発生しやすくなる。このように、ゴムベルトとプーリーを用いて回転を伝達する構成の装置に使用される転がり軸受では水素が発生しやすいが、本発明の転がり軸受を用いることにより水素の発生を抑えることができる。自動車のオルタネータ等の電装補機用の転がり軸受では、エンジンからの回転をゴムベルトとプーリーで伝達しているので、静電気が発生して水素が発生しやすいため、本発明の転がり軸受を好適に使用することができる。
【００４５】
その他にも、軸受内部に電流が流れやすい用途として、電気モータ用軸受がある。電気モータからの電流がシャフトを通って軸受内部に流れると、上記の静電気の場合と同様に潤滑剤の分解が促進されて水素が発生しやすくなる。そのため、電機モータ用軸受に本発明の転がり軸受を用いることにより、水素の発生を抑えることができる。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００４７】
１．生産性評価試験
表１に示す合金組成の鋼材を用いて、下記の工程に従って軌道輪を作製し、試験軸受を組み立てた。その際、旋削工程、熱処理工程及び研削工程において、下記に示す実験を行って生産性を評価した。
鋼材切断→熱間鍛造→球状化焼鈍→旋削→熱処理（焼入れ焼戻し）→研削→組立
【００４８】
【表１】
2015140479.tif 000003
【００４９】
１−１．旋削実験
球状化焼鈍後の硬さはＳｉの添加によって上昇するため、旋削性にはＳｉ含有量が大きく影響する。従って、旋削性に及ぼすＳｉ含有量の影響を調べるため、表１に示す鋼種Ａ〜Ｇ、Ｉ、Ｓを用いて旋削実験を行った。この旋削実験は、軸受の外径面を旋削加工することを想定し、球状化焼鈍したφ６５ｍｍの棒材の外周面を旋削し、その後に切削バイトに生じる逃げ面摩擦量を測定した。切削バイトには超硬バイトを用い、切削速度は１２０ｍ／ｍｉｎとした。
【００５０】
そして、切削バイトの逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間（摩耗時間）を測定した。結果を表２に示す。また、同摩耗時間と、Ｓｉ含有量との関係を図１に示す。
【００５１】
図１に示すように、Ｓｉ含有量が０．９質量％を超えると摩耗時間が急激に短くなり、旋削性が低下することがわかる。従って、生産性の観点から本発明で規定するＳｉ含有量を０．９質量％以下とする。
【００５２】
１−２．熱処理実験
焼入れ焼戻し後の硬さは、金属組織に固溶するＣ量の影響が大きい。しかし、鋼材のＣ含有量が十分で、焼入れ温度が一定である場合、基地に固溶するＣ量は鋼材のＣｒ含有量の影響が大きい。これは、Ｃｒ含有量が多いほど炭化物が化学的に安定になり、焼入れ時に炭化物中のＣが基地に溶け込みにくくなるためである。
【００５３】
また、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量は、鋼材のＣ含有量が十分で、焼入れ温度が一定である場合、オーステナイト安定化元素であるＭｎ含有量の影響が大きい。
【００５４】
そこで、焼入れ焼戻し後の熱処理品質に及ぼすＣｒ含有量とＭｎ含有量の影響を調べるために、表１に示す鋼材を用いて熱処理実験を行った。この熱処理実験は、φ６０ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板試験片を表１に示す鋼材で作製し、ＪＩＳ  ＳＵＪ２と同様の熱処理条件、即ち焼入れ温度８４０℃、焼戻し温度１８０℃にて熱処理を行った後、円板試験片の断面の硬さと、表面直下の残留オーステナイト量を測定した。尚、残留オーステナイト量の測定は、円板試験片表面を２００μｍ電解研磨した後、Ｘ線回折装置を用いて行った。
【００５５】
結果を表２に示す。また、図２にＣｒ含有量と、焼入れ焼戻し後の硬さとの関係を示す。図２から、Ｃｒ含有量が２．３質量％を超えると焼入れ焼戻し後の硬さが急激に低下することがわかる。硬さが低下すると、疲労強度が低下するので転がり軸受の寿命が短くなる。Ｃｒ含有量が高い場合には、焼入れ温度を高くすることにより基地の固溶Ｃ量を増加して硬さを向上させることができるが、このときの焼入れ温度がＪＩＳ  ＳＵＪ２の焼入れ温度よりも高くなると、ＪＩＳ  ＳＵＪ２製の軌道輪と同時に処理できなくなり、生産性が低下する。そのため、本発明では、生産性の観点から、Ｃｒ含有量を２．３質量％以下とする。
【００５６】
また、図３に、Ｍｎ含有量と、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量との関係を示す。Ｍｎ含有量が１．５質量％を超えると焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が２５体積％を超えることがわかる。金属組織中の残留オーステナイトは、転がり軸受の使用温度が高くなると、時間の経過とともに徐々に分解して寸法安定性が低下する。焼戻し温度を高くすることにより残留オーステナイト量を減らすことは可能であるが、このときの焼戻し温度がＪＩＳ  ＳＵＪ２の焼戻し温度よりも高くなると、ＪＩＳ  ＳＵＪ２製の軌道輪と同時に処理することができなくなり、生産性が低下する。しかも、焼戻し温度を高くすると、同時に硬さが低下するため、疲労強度が低下して転がり疲労寿命が低下する。そのため、本発明では、生産性と疲労寿命の観点から、Ｍｎ含有量を１．５質量％以下とする。
【００５７】
１−３．研削試験
Ｍｏは焼入れ焼戻し後に堅い炭化物を形成するので、研削性にはＭｏ含有量の影響が大きい。そこで、研削性に及ぼすＭｏ含有量の影響を調べるために、表１に示す鋼材の中から異種Ａ〜Ｇ、Ｌ、Ｐ、Ｓを用いて研削実験を行った。この研削実験は、軸受の外径面を研削することを想定して、直径６２．４ｍｍ、厚さ４ｍｍの焼入れ焼戻し後の円筒リング１０個を、外径が直径６０ｍｍのなるまで研削した。研削はアルミナ砥石を用いて行い、研削後の周方向に算術平均粗さを測定した。
【００５８】
結果を表２に示す。また、図４にＭｏ含有量と周方向の算術平均粗さとの関係を示す。Ｍｏ含有量が０．４５質量％を超えると粗さが急激に上昇し、研削性が低下することがわかる。粗さは、送り速度を小さくする等の研削条件を変えて向上させることは可能であるが、そのぶん生産性が低下する。そのため、本発明では、生産性の観点から、Ｍｏ含有量を０．４５質量％以下とする。
【００５９】
【表２】
2015140479.tif 000004
【００６０】
２．白色組織剥離寿命試験
２−１．転動疲労基礎実験
上記の生産性評価試験で、生産性が低下すると評価された鋼種Ｉ〜Ｌを除く鋼材について、白色組織剥離寿命の評価を行った。即ち、表１に示す鋼種Ａ〜Ｈ、Ｍ〜Ｓを用いて、直径６５ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板を旋削加工して作製し、その後、焼入れ焼戻し及び平面の研削加工を行い、転動疲労試験の試験片とした。焼入れ焼戻し条件は、上記の熱処実験と同条件である。転動疲労試験を開始する前に、試験片を５０℃の２０質量％チオシアン酸アンモニウム水溶液に２４時間浸漬することにより水素を鋼中に侵入させた（以下「水素チャージ」と呼ぶ）。そして、水素チャージ後の試験片をスラスト型転動疲労試験機にセットし、転動疲労試験を行った。潤滑油には一般鉱油（ＩＳＯ−ＶＧ６８）を使用し、最大面圧を３．８ＧＰａ、回転速度を１０００ｍｉｎ−１とした。試験は１鋼種につき４〜７回行い、累積破損確率が５０％となる寿命を求めた。尚、本試験では転動体と試験片との間の滑りは殆ど発生しないため、試験片の表面粗さは金属接触を抑制するのに十分な０．０２μｍＲａで一律とした。
【００６１】
白色組織剥離寿命は、鋼種Ｓ（ＪＩＳ  ＳＵＪ２）の寿命を１．０とする寿命比として求めたものであり、結果を表２に示す。また、図５、図６に（１）式の左辺（０．５［Ｓｉ］＋０．２［Ｍｎ］＋０．２［Ｃｒ］＋０．７［Ｍｏ］）の値と、白色組織剥離寿命（図５では対数目盛、図６では標準目盛）との関係を示すが、参考例１〜７は、（１）式を満足しているため、白色組織の発生を抑制する効果に優れ、寿命比が３倍を超えて長寿命になっている。特に、参考例４〜７では（１）式の左辺の値が、好ましい範囲である１．１以上であることから寿命比が４倍以上になっている。また、（１）式の左辺の値が大きくなるほど長寿命になっており、（１）式の左辺の値が特に大きい参考例６、７ではより長寿命になっている。
【００６２】
これに対し参考例８は、（１）式を満足しないため白色組織の発生を抑制する効果が十分に得られなかったため寿命が短い。参考例１３、１４、１５、１６は（１）式を満足するものの、Ｓｉ、Ｍｎ、ＣｒまたはＭｏの含有量が本発明で規定する範囲よりも低いため、白色組織の発生を抑制する効果が十分に得られず寿命が短い。
【００６３】
また、それ以外の鋼種の寿命は、（１）式の左辺と良い相関がある。
【００６４】
このように、（１）式を満足することにより白色組織剥離を抑えることができ、優れた寿命の延長効果が得られ、（１）式の左辺の値が１，１以上であることが好ましく、大きいほど好ましいといえる。
【００６５】
２−２．軸受試験
NSK Technical Journal, No.679, p28に開示されているオルタネータシミュレート試験機に、後述する試験軸受を装着して寿命試験を実施した。本試験機は、プーリーとゴムベルトでシャフトの回転を伝達しているため、試験中にプーリーとゴムベルトとの間に静電気が発生し、グリースの分解により水素が発生しやすい条件となっている。また、本試験機では外輪に白色組織剥離が発生しやすい。試験軸受の作製方法は以下の通りである。
【００６６】
上記の転動疲労基礎実験で特に寿命が長かった表1の鋼種Ｄ〜Ｇと、ＪＩＳ  ＳＵＪ２に相当する鋼種Ｓとを用いて、深溝玉軸受６３０３（外径４７ｍｍ、内径ｍｍ１７ｍｍ、幅１４ｍｍ）用の外輪を作製した。剥離の発生しにくい内輪は、軌道面の算術平均粗さの調整時の加工性を優先させるため、全て加工性の良好な鋼種Ｓで作製した。作製に際し、球状化焼鈍された鋼材を旋削して内輪及び外輪の形成とし、その後、焼入れ焼戻し及び研削を行った。焼入れ焼戻し条件は、上記の熱処理実験と同条件である。研削は、内輪と外輪それぞれの軌道面の算術平均粗さを変化させるために、研削砥石のる粒度や加工時間を調整しながら行った。表３に、鋼種とともに、内外輪の各軌道面の算術平均粗さ［ｘ］。［ｙ］を示す。また、ボールには、ＪＩＳ  ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施したものを用いた。そして、これらの内輪、外輪及びボールと、ポリアミド製保持器とを用いて軸受を組み立て、グリースを充填して試験軸受とした。
【００６７】
尚、試験は、実施例２０〜２７及び比較例２８〜３３（鋼種Ｄ〜Ｇ）は各３個、比較例３４（鋼種Ｓ：ＪＩＳ  ＳＵＪ２）は７個の試験軸受を用いて行い、累積破損確率が５０％となる寿命を求めた。結果を表3に示す。また、図７に［ｘ］／［ｙ］と寿命との関係を示す。
【００６８】
【表３】
2015140479.tif 000005
【００６９】
実施例２０〜２５では、１０００時間経過しても剥離が生じなかったため、この時点で試験を打ち切った。また、試験後の軸受断面を観察したところ、少量の白色組織が発生していたが、剥離には至っていない。
【００７０】
実施例２６、２７でも、１０００時間経過しても剥離が生じなかったため、この時点で試験を打ち切った。また、試験後の軸受断面を観察したところ、白色組織は発生してなかった。実施例２６、２７の試験軸受は、合金成分、軌道面の粗さが何れも好ましい範囲にあるため、白色組織の発生をより効果的に抑制でき、白色組織の発生もなく、より長寿命になることが予測される。
【００７１】
これに対し比較例２８は、合金成分は本発明の範囲内であるが、内輪の軌道面の算術平均粗さが本発明で規定する値よりも小さいため、軌道面とボールとの間の滑りを抑制する効果が不十分となり、３個の試験軸受の全てに白色組織剥離が発生していた。
【００７２】
比較例２９は、合金成分は本発明の範囲内であるが、内輪の軌道面の算術平均粗さが本発明で規定する値よりも大きいため、軌道面とボールとの間の滑りを抑制する効果が十分であるものの、内輪の軌道面での金属接触が過剰となり、３個の試験軸受の全てで内輪に表面起点型剥離が発生して寿命が短くなっている。
【００７３】
比較例３０〜３２は、合金成分は本発明の範囲内であり、内輪及び外輪の各軌道面の算術平均粗さも本発明の範囲内であるが、両算術平均粗さの値が近いため、（２）式（［ｘ］／［ｙ］≧２．０）を満足しておらず、両軌道輪で滑りと金属接触とが混在して外輪に白色組織剥離が発生した。
【００７４】
比較例３３は、合金成分は本発明の範囲内であるが、外輪の軌道面の算術平均粗さが本発明で規定する値よりも大きく、金属接触が過剰となり、３個の試験軸受の全ての外輪に白色組織剥離が発生していた。
【００７５】
比較例３４のＪＩＳ  ＳＵＪ２製の試験軸受は、７個全ての外輪に白色組織剥離が発生していた。
【００７６】
また、図７から、［ｘ］／［ｙ］が２．０以上であると、比較例３４のＪＩＳ  ＳＵＪ２と比較して寿命を５倍以上に延長できることがわかる。
【００７７】
以上より、本発明の転がり軸受は、水素が発生しやすい用途においても白色組織の発生が遅延されて長寿命となり、このような環境での使用に好適であることが確認された。
【００７８】
尚、以上の実験例では深溝玉軸受についての評価を行ったが、アンギュラ玉軸受等の他の玉軸受や、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等のころ軸受、ボールねじ、リニアガイド等のその他の転動部材においても同様の効果が得られることは勿論である。
【図１】
2015140479.tif 000006
【図２】
2015140479.tif 000007
【図３】
2015140479.tif 000008
【図４】
2015140479.tif 000009
【図５】
2015140479.tif 000010
【図６】
2015140479.tif 000011
【図７】
2015140479.tif 000012