(57)【要約】【課題】金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化やすい環境で使用された場合の寿命を長くする。【解決手段】軌道輪をなす鋼のクロム含有率を通常より高くし、転動体の転動面の表層部にＳｉ・Ｍｎ系窒化物を特定の範囲で存在させる。また、軌道輪と転動体の接触面における残留オーステナイト量の差を特定の範囲に設定する。【選択図】  図１
2008255399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪の少なくとも一方は、
炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上１．２０質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５質量％以上１７．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．１０質量％以上１．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．１０質量％以上２．０質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）の含有率が２．０質量％以下、バナジウム（Ｖ）の含有率が１．０質量％以下であり、残部鉄および不可避的不純物である鉄鋼製の素材を、所定形状に加工した後、浸炭処理または窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻し、あるいは焼入れと焼戻しからなる熱処理が施されて得られ、軌道面の表層部の窒素含有率と炭素含有率の合計が０．５０質量％以上２．５質量％以下であり、
転動体は、
炭素（Ｃ）の含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．２０質量％以上２．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２０質量％以上２．０質量％以下であり、残部鉄および不可避的不純物である鉄鋼製の素材を、所定形状に加工した後、窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻しが施されて得られ、
転動面の表層部に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ・Ｍｎ系窒化物が、面積比で１．０％以上２０％以下の範囲で存在し、
転動面の表層部の窒素含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下、炭素含有率が１．０質量％以上２．０質量％以下、軌道面の硬さがＨｖ７５０以上であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
軌道輪の軌道面表層部の残留オーステナイト量をγR1（体積％）、転動体の転動面表層部の残留オーステナイト量をγR2（体積％）とした場合に、下記の（１）式を満たす請求項１記載の転がり軸受。
γR1−１５≦γR2≦γR1＋１５‥‥（１）
ただし、γR1およびγR2は０以上５０体積％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車、農業機械、建設機械および鉄鋼機械等のトランスミッションや無段変速機用（トロイダルＣＶＴ、ベルトＣＶＴ）エンジン補機用( オルタネータ、コンブレッサー、水ポンプ等）に使用される転がり軸受の使用環境は、金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化やすい環境である。
下記の特許文献１には、異物混入潤滑環境下で使用される転がり軸受の寿命を向上させるために、軸受の転がり表面層のＣの含有量、残留オーステナイト量、及び炭窒化物の含有量を適性値にすることで、異物により生じる圧痕のエッジ部における応力の集中を緩和し、クラックの発生を抑えることが記載されている。
【０００３】
特許文献１において、内輪および外輪は０．１〜０．７ｗｔ％の炭素を含む炭素鋼からなる素材を用い、浸炭を含む熱処理により硬化させて、軌道面表層部の残留オーステナイトを２０〜４５ｖｏｌ％とし、転動体は０．７〜１．１ｗｔ％の炭素を含む炭素鋼からなる素材を用い、浸炭を含む熱処理により硬化させて、転動面表層部の残留オーステナイトを２０〜４５ｖｏｌ％とし、表面層の炭窒化物を３〜１５ｖｏｌ％としている。
【特許文献１】特開昭６４−５５４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、転がり軸受が金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化やすい環境で使用された場合、十分な寿命向上効果が得られない。
異物混入潤滑環境下で生じる早期剥離は、転動体と軌道輪間に異物を噛み込むことによって形成された圧痕を起点として生じており、この圧痕起点型剥離の原因は、従来、圧痕が形成されることによって生じる応力集中であると考えられてきたが、これ以外の原因として、転動体と軌道輪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）を考慮する必要がある。
【０００５】
また、前記用途の場合には、泥水の混入に伴って生じる水素に起因する剥離寿命の低下にも対応しなければならない。すなわち、軌道面に形成された潤滑膜が部分的に破断されると、軌道面と転動体とが接触し易くなって、潤滑膜が破断された部分の軌道面が活性な新生面（鋼の組織が露出している面）となるため、この新生面が触媒となって、混入した水がトライボケミカル反応により分解して水素イオンが生じ易い。そして、この水素イオンが前記新生面に吸着して水素原子となり、高歪み場（最大剪断応力位置の近傍）に集積されることにより、組織が白色組織に変化する。このような組織変化に起因して、軌道面に早期剥離が生じ易くなる。
【０００６】
本発明は、金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化やすい環境で使用される転がり軸受に関し、応力集中の抑制だけでなく、転動体と軌道輪間に作用する接線力の抑制を行うことで、効果的に圧痕起点型剥離を防止するとともに、泥水の混入に伴って生じる水素に起因する剥離寿命の低下も効果的に抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、下記の構成（１）を満たす鉄鋼製の素材を、所定形状に加工した後、浸炭処理または窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻し、あるいは焼入れと焼戻しからなる熱処理が施されて得られ、下記の構成（２）を満たすものとする。転動体は、下記の構成（３）を満たす鉄鋼製の素材を、所定形状に加工した後、窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻しが施されて得られ、下記の構成（４）〜（７）を満たすものとする。
【０００８】
（１）炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上１．２０質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５質量％以上１７．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．１０質量％以上１．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．１０質量％以上２．０質量％以下、モリブデン（Ｍｏ）の含有率が２．０質量％以下、バナジウム（Ｖ）の含有率が１．０質量％以下であり、残部鉄および不可避的不純物である。
【０００９】
（２）軌道面の表層部（表面から１００μｍまでの深さ）の窒素含有率と炭素含有率の合計が０．５０質量％以上２．５質量％以下である。
（３）炭素（Ｃ）の含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．２０質量％以上２．２０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２０質量％以上２．０質量％以下であり、残部鉄および不可避的不純物である。
【００１０】
（４）転動面の表層部（表面から１００μｍまでの深さ）に、珪素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ・Ｍｎ系窒化物が、面積比で１．０％以上２０％以下の範囲で存在する。
（５）転動面の表層部（表面から１００μｍまでの深さ）の窒素含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下である。
（６）転動面の表層部（表面から１００μｍまでの深さ）の炭素含有率が１．０質量％以上２．０質量％以下である。
（７）軌道面の硬さがＨｖ７５０以上である。
【００１１】
〔構成（１）について〕
軌道輪（内輪および外輪の少なくとも一方）用の素材をなす鉄鋼の合金成分の含有率は、以下の理由で上述の範囲とした。
＜炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上１．２０質量％以下＞
炭素の含有率が０．２０質量％未満であると、δフェライトの発生を抑制して十分な靱性を得ることができない。１．２０質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が形成されて、焼き入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。また、冷間加工性が低下して製造コストの上昇を招く恐れもある。
【００１２】
浸炭処理または浸炭窒化処理と焼入れおよび焼戻しを行う場合には、割れを抑制するために、炭素の含有率を０．２０質量％以上０．６０質量％以下とし、浸炭処理または浸炭窒化処理により、表層部の炭素含有率を１．０質量％以上２．０質量％以下とすることが好ましい。
浸炭処理および浸炭窒化処理を行わずに焼入れおよび焼戻しを行う場合には、表層部の強度を確保するために、炭素の含有率を０．５０質量％以上１．２０質量％以下とすることが好ましい。
【００１３】
＜クロム（Ｃｒ）の含有率が２．５質量％以上１７．０質量％以下＞
通常の転がり軸受の軌道輪用の素材は、クロム含有率が０．９〜１．６質量％のＳＵＪ２等の軸受鋼や、０．９〜１．２質量％のＳＣｒ４２０等の浸炭鋼からなり、本発明の軌道輪用の素材をなす鉄鋼のクロム含有率はこれらよりも高い。
クロムは、マトリックスに固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性を高くする作用を有する。また、高硬度の微細な炭化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）3 Ｃ、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ3 ）または炭窒化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）3 （Ｃ，Ｎ）、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 （Ｃ，Ｎ）3 ）を形成する作用を有する。これにより、耐摩耗性が向上し、転がり疲労寿命が長くなる。さらに、炭素や窒素等の侵入型固溶元素を動き難くして組織を安定させるとともに、水素の拡散速度を遅らせて、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制する作用も有する。
【００１４】
クロムの含有率が２．５質量％未満であると、このような作用が実質的に得られず、Ｆｅ3 ＣやＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）が析出するため、早期剥離が生じ易くなる。
一方、クロムの含有率が高くなると、製鋼時に粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物が形成され易くなり、焼き入れ特性や転がり疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れが出てくる。また、冷間加工性、被削性、浸炭処理を行う場合の処理性が低下して、製造コストの上昇を招く場合がある。そのため、クロムの含有率の上限値を１７．０質量％以下とした。また、クロムの含有率の好ましい範囲は３．０質量％以上７．０質量％以下である。
【００１５】
＜珪素（Ｓｉ）の含有率が０．１０質量％以上１．５０質量％以下＞
珪素は、製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入れ性を向上させるとともに、マルテンサイト組織を強化する元素であり、軸受寿命を長くするために有効な元素である。珪素の含有率が０．１０質量％未満では、これらの作用が実質的に得られない。珪素の含有率が１．５０質量％を超えると、被切削性、鍛造性、および冷間加工性が著しく低下する場合がある。
【００１６】
＜マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．１０質量％以上２．０質量％以下＞
マンガンは、フェライト組織を強化して焼入れ性を向上させる元素であり、マンガンの含有率が０．１０質量％未満では、この作用が実質的に得られない。マンガンの含有率が２．０質量％を超えると、焼入れ後の残留オーステナイト量が過剰となって十分な硬さが得られなくなったり、冷間加工性が低下する場合がある。
【００１７】
＜モリブデン（Ｍｏ）の含有率が２．０質量％以下＞
モリブデンは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を著しく向上できる作用があり、転動疲労寿命の向上にも寄与する元素であるが、２．０質量％を超えて含有していると靱性および加工性が不十分となる場合がある。
【００１８】
＜バナジウム（Ｖ）の含有率が１．０質量％以下＞
バナジウムは、微細な炭化物を形成して耐摩耗性を向上させる元素である。１．０質量％を超えて含有すると、この作用は飽和し、巨大炭化物の発生や材料コストの上昇といった問題点が生じる。
なお、炭素、クロム、モリブデン、バナジウムの各含有率（〔Ｃ〕、〔Ｃｒ〕、〔Ｍｏ〕、〔Ｖ〕、単位：質量％）は、下記の（２）式を満たすことが好ましい。
〔Ｃ〕≦−０．０５〔Ｃｒ〕−０．１２（〔Ｍｏ〕＋〔Ｖ〕）＋１．４１‥‥（２）
【００１９】
（２）式は「〔Ｃ〕＋０．０５〔Ｃｒ〕＋０．１２（〔Ｍｏ〕＋〔Ｖ〕）」を１．４１以下にすることを意味する。「〔Ｃ〕＋０．０５〔Ｃｒ〕＋０．１２（〔Ｍｏ〕＋〔Ｖ〕）」が１．４１を超えると、製鋼時に共晶炭化物が生成し易くなって、前処理加工性が悪化するともに、炭化物周りに応力集中が生じ、これを起点としたフレーキングが生じ易くなる。
【００２０】
〔構成（２）と構成（６）について〕
軌道面の表層部（表面から１００μｍまでの深さ）の窒素含有率と炭素含有率の合計を０．５０質量％以上２．５質量％以下とすることで、硬さ、残留オーステナイト量、炭化物および炭窒化物からなる析出物の存在率が適性範囲となって、良好な転がり疲労寿命が得られる。２．５質量％を超えると、析出物が粗大化して転がり疲労寿命が不良となる。好ましくは０．６０質量％以上２．５質量％以下とする。
【００２１】
〔構成（３）について〕
転動体用の素材をなす鉄鋼の合金成分の含有率は、以下の理由で上述の範囲とした。
＜炭素（Ｃ）の含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下＞
炭素の含有率が０．３０質量％未満であると、芯部の十分な強度が得られないし、熱処理によって必要な硬化層深さを得るための処理時間が長くなる。好ましくは０．５０質量％以上１．２０質量％以下とする。また、１．２０質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が形成されて、焼き入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。また、冷間加工性が低下して製造コストの上昇を招く恐れもある。
窒化処理または浸炭窒化処理と焼入れおよび焼戻しが施された後の表層部の炭素含有率を１．０質量％以上２．０質量％以下とすることにより、必要な表面硬さが得られる。
【００２２】
＜クロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下＞
使用する鉄鋼のクロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％未満であると、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を高くする作用と、高硬度の微細な炭化物または炭窒化物を形成する作用が、実質的に得られない。これらの作用を十分に得るために、クロム（Ｃｒ）の含有率は１．３質量％以上であることが好ましい。
また、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が形成されて、焼き入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。また、冷間加工性や被削性が低下して製造コストの上昇を招く場合がある。そのため、クロム（Ｃｒ）の含有率は１．６質量％以下であることが好ましい。
【００２３】
＜珪素（Ｓｉ）の含有率が０．２０質量％以上２．２０質量％以下＞
使用する鉄鋼の珪素（Ｓｉ）の含有率が０．２０質量％未満であると、製鋼時の脱酸剤としての作用、マルテンサイト組織の強化、焼き戻し軟化抵抗性の向上、窒化物形成、および残留オーステナイト量の確保等の、珪素添加効果が実質的に得られない。この点から、好ましくは０．４質量％以上とする。しかし、珪素（Ｓｉ）の含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性および被削性が低下する。この点から、好ましくは１．５質量％以下とする。
【００２４】
＜マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２０質量％以上２．０質量％以下＞
使用する鉄鋼のマンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２質量％未満であると、製鋼時の脱酸剤としての作用、焼入れ性の向上、窒化物形成量の確保、残留オーステナイト量の確保等の、マンガン添加効果が実質的に得られない。しかし、マンガン（Ｍｎ）の含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性および被削性が低下する。この点から、好ましくは０．７質量％以下とする。
珪素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の含有比（Ｓｉ／Ｍｎ）を５以下とすることで、転動面に、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物が粒径１μｍ以下の大きさで均一に分散析出される。
【００２５】
〔構成（５）について〕
前記構成（３）（４）（６）（７）を満たし、表面から１００μｍまでの深さの窒素含有率が異なる各種試験片を用意して、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。また、シャルピー衝撃試験を、「ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２」に従い、試験温度２０℃で行った。
耐圧痕性試験は、図２に示すように、直径が２７ｍｍで厚さが５ｍｍである円板状の試験片４１の上に、直径が２ｍｍの鋼球４２を置き、さらにその上に硬さＨｖ９００の円形の鋼板４３を置き、その上から５ＧＰａの荷重を１０秒間付与した後に、試験片４１の上面に生じた圧痕の深さｄを測定することで行った。
【００２６】
耐摩耗性試験は、図３に示すように、二円筒型摩耗試験機を用いて行った。図３（ａ）はこの試験機の正面図であり、図３（ｂ）は側面図である。この試験機は、上下方向で対向させた一対の回転軸５１，５２と、モータ５３と、ギア５４と、トルク計５５，５６を備えている。
先ず、回転軸５１，５２に円筒状の試験片Ｓ１，Ｓ２を装着する。両試験片Ｓ１，Ｓ２の寸法は、内径１６ｍｍ、外径３０ｍｍ、軸方向の長さ７ｍｍであり、表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍである。駆動側の試験片Ｓ１は、周面が円凸状に形成されている。
【００２７】
次に、駆動側の回転軸５１を、モータ５３により１０ｍｉｎ-1で回転させる。従動側の回転軸５２は、モータ５３の回転力をギア５４で減速して伝達することで、７ｍｉｎ-1で回転させる。これにより、両試験片Ｓ１，Ｓ２間に強制的に滑り（滑り率：３０％）を与えながら、上側の試験片Ｓ２に荷重をかけて両試験片Ｓ１，Ｓ２を面圧３．２ＧＰａで接触状態とし、接触位置に潤滑油（ＩＳＯ−ＶＧ１０）を吹き付けながら回転させる。
この回転を２０時間行った後に、両試験片Ｓ１，Ｓ２の摩耗量を測定し、両試験片の平均値を算出した。
【００２８】
なお、表面から１００μｍまでの深さに存在する窒素の含有率は、電子線マイクロアナライザーにより測定した。
これらの試験の結果を図４〜６にグラフで示す。図４は耐圧痕性試験の結果を示すグラフであり、図５は耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。これらのグラフから、表面から１００μｍまでの深さにおける窒素の含有率が０．２質量％以上であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さにおける窒素の含有率を０．２質量％以上にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。また、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さにおける窒素の含有率は０．４５質量％以上であることが好ましい。
【００２９】
一方、図６はシャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。このグラフから、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さにおける窒素の含有率が２．０質量％以下であると、吸収エネルギーが１０Ｊ以上の高い靱性を確保できるが、２．０質量％を超えると靱性が急激に低下することが分かる。
よって、転動面の表面から１００μｍまでの深さにおける窒素の含有率を、０．２質量％以上２．０質量％以下の範囲で存在させた。
【００３０】
〔構成（４）について〕
前記構成（３）（５）〜（７）を満たし、表面から１００μｍまでの深さにおけるＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる各種試験片を用意して、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。また、シャルピー衝撃試験を、「ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２」に従い、試験温度２０℃で行った。
【００３１】
なお、表面から１００μｍまでの深さにおけるＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率（面積％）は、次のようにして測定した。先ず、各試験片について、表面から１０μｍ、５０μｍ、１００μｍの各深さ位置の面が露出するように研磨する。次に、各研磨面の５０μｍ×５０μｍの範囲を、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用い、加速電圧１０ｋＶ、倍率５０００倍で観察し、観察画像に占めるＳｉ・Ｍｎ系窒化物粒子の合計面積の割合を画像解析装置により測定した。観察は各深さ位置の３視野以上で行い、深さ位置毎に全視野の平均値を算出した。次に、各試験片で、３つの深さ位置での値による平均値を算出し、これをＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率とした。
【００３２】
これらの試験の結果を図７〜９にグラフで示す。図７は耐圧痕性試験の結果を示すグラフであり、図８は耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。これらのグラフから、表面から１００μｍまでの深さに存在するＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が１．０面積％以上であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さに存在するＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率を１．０面積％以上にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。また、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さに存在するＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率は２．０質量％以上であることが好ましい。
【００３３】
一方、図９はシャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。このグラフから、ころの転動面の表面から１００μｍまでの深さに存在するＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が１０面積％以下であると、吸収エネルギーが８Ｊ以上の高い靱性を確保できるが、１０面積％を超えると靱性が急激に低下することが分かる。
よって、転動面の表面から１００μｍまでの深さに、珪素（Ｓｉ）の窒化物およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ・Ｍｎ系窒化物を、面積比で１％以上１０％以下の範囲で存在させた。
【００３４】
＜圧痕起点剥離寿命試験＞
鋼１：合金成分が〔Ｃ〕１．０１質量％、〔Ｓｉ〕０．５６質量％、〔Ｍｎ〕１．１０質量％、〔Ｃｒ〕１．１０質量％。
鋼２：合金成分が〔Ｃ〕０．９９質量％、〔Ｓｉ〕０．２５質量％、〔Ｍｎ〕０．４０質量％、〔Ｃｒ〕１．４９質量％。
【００３５】
上記鋼１（ＳＵＪ３）からなる素材と鋼２（ＳＵＪ２）からなる素材を用意し、それぞれを直径６５ｍｍ厚さ６ｍｍの円板状に切削加工して多数個の試験片を得た。これらの試験片に対して、ＲＸガス＋プロパンガス＋アンモニアの混合ガス雰囲気での浸炭窒化処理と、その後の油焼入れと焼戻しを各条件で行った。浸炭窒化処理条件は、温度条件を８２０〜９００℃の範囲で変化させ、処理時間を２〜１０時間の範囲で変化させ、アンモニアガス流量も変化させた。焼戻し条件は、処理時間を２時間とし、温度条件を２００〜２４０℃とした。
熱処理後の試験片の表面を研磨した後、ラッピングによる鏡面仕上げを行った。これらの試験片をスラスト寿命試験機にかけて、下記の条件で異物混入潤滑下で回転させて剥離が生じるまでの時間を調べた。
【００３６】
＜＜試験条件＞＞
試験荷重：５８８０Ｎ
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
潤滑油：ＶＧ６８
混入異物：硬さＨｖ８７０、粒径７４〜１４７μｍ、混入量２００ｐｐｍ
各試験片について、表層部の炭素含有率（質量％）と、窒素含有率（質量％）と、表面硬さ（Ｈｖ）と、表層部の残留オーステナイト量（体積％）と、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率（面積％）と、寿命試験の結果（寿命比）を、下記の表１に示す。
【００３７】
【表１】
2008255399.tif 000003
【００３８】
また、表層部の窒素含有率（質量％）とＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率（面積％）との関係を図１０に、試験片表層部のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率（面積％）とスラスト寿命比との関係を図１１に、それぞれグラフで示す。
これらの結果から、同じ鋼であれば表層部のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率は窒素含有率に比例することが分かる。また、表層部の窒素含有率が同程度の場合には、鋼のＳｉおよびＭｎ含有率が多いほどＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率が多くなることが分かる。また、圧痕起点型剥離寿命は、表層部のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率が１．１２〜１１．０面積％の場合に、０．５９面積％の場合の２．１〜３．５倍となっている。
【００３９】
〔構成（７）について〕
前記構成（３）〜（５）（６）を満たし、表面硬さがＨｖ６５０〜８３０の各値である各種試験片を用意して、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。その結果を図１２と図１３にグラフで示す。
これらのグラフから、試験片の表面硬さがＨｖ７５０以上であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表面硬さをＨｖ７５０以上にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。また、表面硬さが硬いほど疲労強度が高くなるため、ころの転動面の表面硬さをＨｖ７５０以上にすることで、圧痕起点型剥離強度も高くなる。
【００４０】
本発明の転がり軸受は、軌道輪の軌道面表層部の残留オーステナイト量をγR1（体積％）、転動体の転動面表層部の残留オーステナイト量をγR2（体積％）とした場合に、下記の（１）式を満たすことが好ましい。
γR1−１５≦γR2≦γR1＋１５‥‥（１）
ただし、γR1およびγR2は０以上５０体積％以下である。
【００４１】
軌道輪の軌道面および転動体の転動面における表層部の残留オーステナイト量が少ないほど、軌道面および転動面の耐圧痕性、耐摩耗性が向上し、多いことは転がり軸受の剥離寿命を長くすることにつながる。表層部の残留オーステナイト量が５０体積％を超えると、軌道面および転動面の耐圧痕性、耐摩耗性が不良となるだけでなく、良好な寸法安定性が得られない。
【００４２】
軌道輪と転動体の接触面における残留オーステナイト量の差を上記（１）式を満たすように設定することで、両者間に作用する接線力が抑制されて、効果的に圧痕起点型剥離が防止されるため、転がり軸受の寿命を長くすることができる。
なお、本発明の転がり軸受は、転動体の転動面の表層部にＳｉ・Ｍｎ系窒化物が面積比で１．０％以上２０％以下の範囲で存在しているが、転動面の面積３７５μｍ2 中における０．０５μｍ以上１μｍ以下のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数が１００個以上となっていることが好ましい。
【００４３】
窒化物の面積率が同じ場合、粒径が小さいほど存在する粒子の数が多く、粒子間距離が短くなるため、析出強化能が高くなる。よって、Ｓｉ及びＭｎの含有量の多い鉄鋼を用い、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の面積率１．０〜２０％の範囲で、平均粒径が０．０５μｍ以上１μｍ以下の微細な窒化物の個数を増やすことが、転動面をより強化することにつながる。さらに、０．０５μｍ以上１μｍ以下のＳｉ・Ｍｎ系窒化物における、０．０５〜０．５０μｍのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の割合を２０％以上とすることにより、転動面を更に強化することが可能になる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の転がり軸受によれば、軌道輪をなす鋼のクロム含有率を通常より高くすることと、転動体の転動面の表層部にＳｉ・Ｍｎ系窒化物を特定の範囲で存在させることで、金属バリなどの異物や泥水が混入して潤滑条件が劣化やすい環境で使用された場合の寿命を長くすることができる。
さらに、軌道輪と転動体の接触面における残留オーステナイト量の差を特定の範囲に設定することで、前記環境での転がり軸受の寿命をより長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示す構造であって、呼び番号Ｌ４４６４９の円錐ころ軸受の内輪１、外輪２、およびころ３を、以下の方法で作製した。
【００４６】
［No. １〜４７］
内輪１および外輪２については、先ず、合金成分が下記の組成である鋼からなる円環状の素材を所定形状に加工した後、８８０〜９６０℃、保持時間２〜８時間、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気の条件で浸炭窒化処理を行った。次に、８３０〜８５０℃で１時間加熱保持した後に油冷却する焼入れ処理と、１８０〜２４０℃で２時間保持する焼戻しを行って、内輪および外輪軌道面の表層部の〔Ｃ〕＋〔Ｎ〕＝１．２質量％とするとともに、残留オーステナイト量を１０、２０、３０体積％の３種類とした。次に、研削加工とバレル研磨を行って、内輪１および外輪２の軌道面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍにした。
【００４７】
＜内輪および外輪の素材の合金成分＞
〔Ｃ〕：０．４質量％、〔Ｓｉ〕：０．４質量％、〔Ｍｎ〕：１．０質量％、〔Ｃｒ〕：３．０質量％。
ころ３については、先ず、合金成分が下記の表２に示す組成の各鉄鋼からなる線状の素材を、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「ころ３」の形状とした。次に、温度８３０℃、保持時間５〜２０時間、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気の条件で浸炭窒化処理を行った後に油冷却する焼入れを行った後、１８０〜２７０℃に２時間保持する焼き戻しを行った。次に、仕上げ加工を行って、表面粗さ（Ｒａ）を０．０５μｍにした。
【００４８】
得られた「ころ３」の表層部の炭素含有率〔Ｃ〕、窒素含有率〔Ｎ〕、残留オーステナイト量（γR ）、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率、表面硬さ（Ｈｖ）を測定した。その結果を表２〜６に併せて示す。
このようにして得られたNo. １〜２２の「ころ３」は、転動面の残留オーステナイト量が１０体積％であった。これらの「ころ３」と、残留オーステナイト量が１０体積％である前述の内輪１および外輪２と、保持器４を用いて、円錐ころ軸受を組み立て、下記の条件で、異物および水混入潤滑下での寿命試験を行った。具体的には、各サンプル１２体の軸受を組み立てて下記の条件で回転させ、剥離が生じるまでの時間を測定し、Ｌ１０寿命を求めた。その結果も表２に併せて示す。
【００４９】
＜試験条件＞
試験荷重：ラジアル荷重Ｆｒ＝１２ｋＮ、アキシアル荷重Ｆａ＝３．５ｋＮ
回転速度：３０００ｍｉｎ-1
潤滑油：ＶＧ６４
混入異物：硬さＨｖ８７０、粒径７４〜１３４μｍ、混入量７．８×１０-3質量％（潤滑油１２７５ｇ当たり０．１ｇ）
混入水量：２質量％
【００５０】
【表２】
2008255399.tif 000004
【００５１】
表２において、No. １〜１９は本発明の実施例に相当し、No. ２０〜２２は比較例に相当する。表２の「軸受の寿命比」はNo. ２０の軸受の寿命を「１」とした比である。本発明の実施例であるNo. １〜１９の軸受は、No. ２０の１．９〜３．３倍の寿命が得られたが、比較例であるNo. ２１と２２の軸受は１．２倍であった。なお、No. １〜２２の軸受は、内輪１および外輪２の軌道面の残留オーステナイト量と「ころ３」の転動面の残留オーステナイト量が１０体積％で同じであるため、（１）式を満たしている。
【００５２】
次に、No. １と同じ素材を用いて焼戻し温度を変えることにより、表層部の窒素含有率とＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率が同じで、表層部の残留オーステナイト量と表面硬さ（Ｈｖ）が異なるNo. ２３〜３０の「ころ３」を得た。各「ころ３」の構成を下記の表３に示す。
このようにして得られたNo. ２３〜３０の「ころ３」と、残留オーステナイト量が１０体積％である前述の前述の内輪１および外輪２と、保持器４を用いて、円錐ころ軸受を組み立て、前述の条件で、異物および水混入潤滑下での寿命試験を行った。その結果も表３に併せて示す。
【００５３】
【表３】
2008255399.tif 000005
【００５４】
表３において、No. ２３〜３０は全て本発明の実施例に相当する。表３の「軸受の寿命比」は表２のNo. ２０の軸受の寿命を「１」とした比である。本発明の実施例であるNo. ２３〜３０の軸受は、No. ２０の１．５〜２．９倍の寿命が得られている。
このうちNo. ２９とNo. ３０の軸受は、内輪１および外輪２の軌道面の残留オーステナイト量が１０体積％であるのに対して、「ころ３」の転動面の残留オーステナイト量が３０体積％、３５体積％であるため、（１）式から外れる。No. ２３〜２８の軸受は（１）式を満たしている。No. ２３〜２８の軸受の寿命はNo. ２０の２．３〜２．９倍であるのに対して、No. ２９、３０の軸受の寿命はNo. ２０の１．５倍、１．６倍と寿命向上効果が低いものとなった。
【００５５】
次に、No. １と同じ素材を用いて焼戻し温度を変えることにより、表層部の窒素含有率とＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率が同じで、表層部の残留オーステナイト量と表面硬さ（Ｈｖ）が異なるNo. ３１〜３８の「ころ３」を得た。各「ころ３」の構成を下記の表４に示す。
このようにして得られたNo. ３１〜３８の「ころ３」と、残留オーステナイト量が２０体積％である前述の前述の内輪１および外輪２と、保持器４を用いて、円錐ころ軸受を組み立て、前述の条件で、異物および水混入潤滑下での寿命試験を行った。その結果も表４に併せて示す。
【００５６】
【表４】
2008255399.tif 000006
【００５７】
表４において、No. ３１〜３８は全て本発明の実施例に相当する。表４の「軸受の寿命比」は表２のNo. ２０の軸受の寿命を「１」とした比である。本発明の実施例であるNo. ３１〜３８の軸受は、No. ２０の２．５〜４．６倍の寿命が得られている。
このうちNo. ３１とNo. ３７とNo. ３８の軸受は、内輪１および外輪２の軌道面の残留オーステナイト量が２０体積％であるのに対して、「ころ３」の転動面の残留オーステナイト量が０体積％、４０体積％、４５体積％であるため、（１）式から外れる。No. ３２〜３６の軸受は（１）式を満たしている。No. ３２〜３６の軸受の寿命はNo. ２０の２．３〜２．９倍であるのに対して、No. ３１、３７、３８の軸受の寿命はNo. ２０の２．９、２．６倍、２．５倍と寿命向上効果が低いものとなった。
【００５８】
次に、No. １と同じ素材を用いて焼戻し温度を変えることにより、表層部の窒素含有率とＳｉ・Ｍｎ系窒化物の含有率が同じで、表層部の残留オーステナイト量と表面硬さ（Ｈｖ）が異なるNo. ３９〜４７の「ころ３」を得た。各「ころ３」の構成を下記の表５に示す。
このようにして得られたNo. ３９〜４７の「ころ３」と、残留オーステナイト量が３０体積％である前述の前述の内輪１および外輪２と、保持器４を用いて、円錐ころ軸受を組み立て、前述の条件で、異物および水混入潤滑下での寿命試験を行った。その結果も表５に併せて示す。
【００５９】
【表５】
2008255399.tif 000007
【００６０】
表５において、No. ３９〜４７は全て本発明の実施例に相当する。表５の「軸受の寿命比」は表２のNo. ２０の軸受の寿命を「１」とした比である。本発明の実施例であるNo. ３９〜４７の軸受は、No. ２０の３．０〜５．７倍の寿命が得られている。
このうちNo. ３９とNo. ４０とNo. ４６とNo. ４７の軸受は、内輪１および外輪２の軌道面の残留オーステナイト量が３０体積％であるのに対して、「ころ３」の転動面の残留オーステナイト量が５体積％、１０体積％、５０体積％、５５体積％であるため、（１）式から外れる。No. ４１〜４５の軸受は（１）式を満たしている。No. ４１〜４５の軸受の寿命はNo. ２０の２．３〜２．９倍であるのに対して、No. ３９とNo. ４０とNo. ４６とNo. ４７の軸受の寿命はNo. ２０の４．１倍、４．２倍、３．２倍、３．０倍と寿命向上効果が低いものとなった。
【００６１】
No. ２３〜４７の結果をまとめたグラフを図１４に示す。このグラフから、内輪１および外輪２の軌道面表層部の残留オーステナイト量が１０、２０、３０体積％のいずれの場合も、ころ３の転動面表層部の残留オーステナイト量との関係が（１）式を満たすことで軸受寿命を長くできることが分かる。また、ころの転動面表層部の残留オーステナイト量が同じ場合、内輪１および外輪２の軌道面表層部の残留オーステナイト量が多いほど軸受寿命を長くできることが分かる。
【００６２】
［No. ４８〜５４］
内輪１および外輪２については、先ず、合金成分が下記の表６に示す組成である鋼からなる円環状の素材を所定形状に加工した後、No. ４８では、Ｒｘガス雰囲気で８３０℃に加熱し２０分保持した後に、１６０℃で焼戻しを行った。
No. ４９〜５４では、温度８８０〜９６０℃、保持時間２〜８時間、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気の条件で浸炭窒化処理を行った。次に、８３０〜８５０℃で１時間加熱保持した後に油冷却する焼入れ処理と、１８０〜２４０℃で２時間保持する焼戻しを行って、内輪および外輪軌道面の表層部の〔Ｃ〕＋〔Ｎ〕＝０．４０〜２．５０質量％とするとともに、残留オーステナイト量を１０体積％とした。
【００６３】
次に、No. ４８〜５４の全てのサンプルについて、研削加工とバレル研磨を行って、内輪１および外輪２の軌道面の表面粗さ（Ｒａ）を０．１μｍにした。
このようにして得られたNo. ４８〜５４の内輪１および外輪２と、No. １の「ころ３」と、保持器４を用いて、円錐ころ軸受を組み立て、前述の条件で、異物および水混入潤滑下での寿命試験を行った。その結果も表６に併せて示す。
【００６４】
【表６】
2008255399.tif 000008
【００６５】
表６において、No. ４８〜５２は本発明の実施例に相当し、No. ５３〜５４は比較例に相当する。表６の「軸受の寿命比」は表２のNo. ２０の軸受の寿命を「１」とした比である。本発明の実施例であるNo. ４８〜５２の軸受は、No. ２０の２．４〜２．９倍の寿命が得られたが、比較例であるNo. ５３と５４の軸受は１．１倍、１．２倍であった。なお、No. ４８〜５４の軸受は、内輪１および外輪２の軌道面の残留オーステナイト量と「ころ３」の転動面の残留オーステナイト量が１０体積％で同じであるため、（１）式を満たしている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の転がり軸受の構造の一例を示す断面図である。
【図２】耐圧痕性試験の方法を説明するための図である。
【図３】耐摩耗性試験の方法を説明するための図である。
【図４】表面から１００μｍ深さまでの窒素含有率が異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフである。
【図５】表面から１００μｍ深さまでの窒素含有率が異なる試験片を用いて行った、耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。
【図６】表面から１００μｍ深さまでの窒素含有率が異なる試験片を用いて行った、シャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。
【図７】表面から１００μｍ深さまでのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフである。
【図８】表面から１００μｍ深さまでのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる試験片を用いて行った、耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。
【図９】表面から１００μｍ深さまでのＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる試験片を用いて行った、シャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。
【図１０】表層部の窒素含有率（質量％）とＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率（面積％）との関係を示すグラフである。
【図１１】試験片表層部のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の存在率（面積％）とスラスト寿命比との関係を示すグラフである。
【図１２】表面硬さの異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフである。
【図１３】表面硬さの異なる試験片を用いて行った、耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。
【図１４】実施形態で得られたデータに基づく、内外輪の軌道面表層部の残留オーステナイト量と、ころの転動面表層部の残留オーステナイト量と、軸受の寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１  外輪
２  内輪
３  ころ（転動体）
４  保持器
４１  円板状の試験片
４２  鋼球
４３  鋼板
５１  駆動側の回転軸
５２  従動側の回転軸
５３  モータ
５４  ギア
５５，５６  トルク計
【図１】
2008255399.tif 000009
【図２】
2008255399.tif 000010
【図３】
2008255399.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008255399.tif 000014
【図７】
2008255399.tif 000015
【図８】
2008255399.tif 000016
【図９】
2008255399.tif 000017
【図１０】
2008255399.tif 000018
【図１１】
2008255399.tif 000019
【図１２】
2008255399.tif 000020
【図１３】
2008255399.tif 000021
【図１４】
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