(57)【要約】【課題】水素脆性剥離などの発生を抑制し、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を提供する。【解決手段】自動車電装・補機であるオルタネータ９０に用いられるグリース封入深溝玉軸受１を構成する自動車電装・補機用転動部材は、０．３〜０．４％のＣ、０．２〜０．５％のＳｉ、０．３〜０．８％のＭｎ、０．５〜１．２％のＮｉ、１．６〜２．５％のＣｒ、０．１〜０．７％のＭｏ、０．３〜０．８％のＶを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、ＶはＭｏ以上、ＭｏとＶとの和はＳｉの２倍以上、ＣｒとＭｏとＶとの和は２．３〜３．５％である鋼から構成され、表層部に形成された硬化処理層の硬度は、Ｈｖ７００〜７８０であり、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は１０μｍ以下、面積率は７〜２５％であり、内部の硬度は、Ｈｖ５００〜６００である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、前記回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材であって、
０．３質量％以上０．４％質量％以下の炭素と、０．２質量％以上０．５質量％未満の珪素と、０．３質量％以上０．８質量％以下のマンガンと、０．５質量％以上１．２質量％以下のニッケルと、１．６質量％以上２．５質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．７質量％以下のモリブデンと、０．３質量％以上０．８質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の２倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は２．３質量％以上３．５質量％以下である鋼から構成され、
表層部には、硬化処理層が形成され、
前記硬化処理層の硬度は、Ｈｖ７００以上７８０以下であり、
前記硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、１０μｍ以下であり、
前記硬化処理層における前記炭化物の面積率は、７％以上２５％以下であり、
前記硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下であることを特徴とする、自動車電装・補機用転動部材。
【請求項２】
５００℃での高温焼戻後における前記硬化処理層の硬度は、Ｈｖ５５０以上６５０以下であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車電装・補機用転動部材。
【請求項３】
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は０．６質量％以上１．５質量％以下である鋼から構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車電装・補機用転動部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転動部材を備えた、自動車電装・補機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に関し、より特定的には、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のオルタネータ、ファンカップリング、プーリ（アイドラプーリ、テンションプーリなど）のような自動車電装・補機に用いられる転がり軸受（自動車電装・補機用転がり軸受）には、エンジンの回転に対応した急激な加減速や振動が作用する。また、エンジンの近傍に配置される自動車電装・補機用転がり軸受は、高温下で使用されることとなる。このような苛酷な条件下で用いられる結果、自動車電装・補機用転がり軸受においては、使用中に転走面に早期に剥離が発生し、当該剥離の起点付近に白層と呼ばれる組織が観察される場合がある。
【０００３】
一方、白層が発生した軸受を構成する転動部材としての軌道輪や転動体においては、当該転動部材を構成する鋼中の水素含有量が明確に増加している。このことから、上述の白層の発生を伴った剥離による軸受の損傷には、水素が関与していると考えられる。本明細書、要約書、特許請求の範囲においては、上述の白層を伴った特異な剥離を水素脆性剥離と呼ぶ。
【０００４】
上述の急激な加減速や振動が作用するとともに、高温環境で使用されるため、自動車電装・補機用転がり軸受においては、グリースなどの潤滑剤の劣化が進む。その結果、自動車電装・補機用転がり軸受においては、軌道輪などの軌道部材と玉などの転動体との間に瞬間的な金属接触が生じ、軌道部材および転動体の表面に微小摩耗が生じる。この微小摩耗により生じた化学的に活性な金属新生面を触媒として潤滑剤が分解される。そして、これにより発生した水素が転動部材を構成する鋼中に侵入することにより、上記水素脆性剥離は発生すると考えられる。
【０００５】
これに対し、自動車電装・補機用軸受の構成部品の形状（たとえば特許文献１参照）、材質（たとえば特許文献２および３参照）、および潤滑剤としてのグリース（たとえば特許文献４〜７参照）を改良する提案がなされている。
【特許文献１】特開２００４−９２８９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２４１７２７号公報
【特許文献３】国際公開第２００１／０９６７５６号パンフレット
【特許文献４】特開２００４−１２４０５０号公報
【特許文献５】特開２００４−９９８４７号公報
【特許文献６】特開２００６−８９５３３号公報
【特許文献７】特開２００４−１３２５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、自動車電装・補機においては、小型化、軽量化が進められている。そのため、自動車電装・補機用転がり軸受に対しても、小型化、軽量化の要求があり、自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材に作用する応力が大きくなる傾向にある。また、上記自動車電装・補機の小型化に伴って生じる出力の低下を、自動車電装・補機内の部材の高速回転化により補う対策がとられており、自動車電装・補機用転がり軸受の回転速度は速くなる傾向にある。さらに、近年の自動車の高性能化、高出力化に伴い、自動車電装・補機用転がり軸受に作用する荷重も大きくなるとともに、エンジン周辺が高温化し、エンジンの近傍で使用される自動車電装・補機用転がり軸受は、高い温度、たとえば２００℃程度で使用される場合もある。
【０００７】
このような状況の下、自動車電装・補機用転がり軸受においては、上述の自動車電装・補機用転動部材の金属接触に起因した水素脆性剥離が一層発生しやすくなっている。また、摩耗紛の潤滑剤への混入に起因した表面損傷も発生しやすくなっており、自動車電装・補機用転動部材の摩耗、ピーリング、表面起点剥離などが発生するおそれも強くなっている。そのため、上述の特許文献１〜７に記載された転がり軸受の構成を自動車電装・補機用転がり軸受に採用するのみでは、自動車電装・補機用転がり軸受に発生する水素脆性剥離等への対策としては必ずしも十分であるとはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受において、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った自動車電装・補機用転動部材は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材である。当該自動車電装・補機用転動部材は、０．３質量％以上０．４％質量％以下の炭素と、０．２質量％以上０．５質量％未満の珪素と、０．３質量％以上０．８質量％以下のマンガンと、０．５質量％以上１．２質量％以下のニッケルと、１．６質量％以上２．５質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．７質量％以下のモリブデンと、０．３質量％以上０．８質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の２倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は２．３質量％以上３．５質量％以下である鋼から構成されている。さらに、表層部には、硬化処理層が形成されている。そして、硬化処理層の硬度は、Ｈｖ７００以上７８０以下であり、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径は、１０μｍ以下であり、硬化処理層における炭化物の面積率は、７％以上２５％以下である。さらに、硬化処理層より内側の領域である内部の硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下である。
【００１０】
本発明の自動車電装・補機用転動部材では、自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの３成分がバランス良く添加されている。これにより、自動車電装・補機用転動部材の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することができる。また、本発明の自動車電装・補機用転動部材では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用され、当該鋼からなる部材に対して浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層における炭化物の大きさ、および面積率が適切な範囲に調整される。これにより、自動車電装・補機用転動部材の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保される。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制される。その結果、自動車電装・補機用転動部材において摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制される。そのため、自動車電装・補機用転動部材の耐久性が向上する。さらに、自動車電装・補機用転動部材の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性（加工性）が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上する。
【００１１】
以上のように、本発明の自動車電装・補機用転動部材によれば、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される自動車電装・補機用転動部材において、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材を提供することができる。
【００１２】
ここで、自動車電装・補機用転動部材の表層部とは、自動車電装・補機用転動部材の表面から深さ０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍまでの層、特に０．１ｍｍまでの層をいう。表層部には、浸炭焼入または浸炭窒化焼入と焼戻処理とによって、硬化処理層が形成される。硬化処理層とは、浸炭処理や浸炭窒化処理によって形成される、鋼の炭素濃度や窒素濃度が高められた結果、鋼の硬度が向上した層をいう。焼戻後の硬化処理層の硬度をＨｖ７００以上（ＨＲＣ６０以上）とすることにより、自動車電装・補機用転動部材に十分な表面硬度を付与し、十分な転動疲労寿命を確保することができる。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から炭素量が制限されるため、Ｈｖ７８０を超える硬化処理層の硬度は得られにくいことを考慮し、焼戻後の硬化処理層の硬度の上限値はＨｖ７８０以下とする。
【００１３】
なお、焼戻温度は１８０℃以上３００℃以下、好ましくは２２０℃以上３００℃以下、より好ましくは２４０℃以上３００℃以下とされる。
【００１４】
また、鋼の成分組成を考慮すると、炭化物を形成する傾向の強い元素（炭化物形成元素）が多いため、炭化物量が増加し、個々の炭化物も粗大化しやすい。これに対し、硬化処理層に分布する炭化物の最大粒径を１０μｍ以下とすることにより、粗大な炭化物が応力集中源となることを防止することができる。厳しい使用環境を考慮すると、炭化物は細かい方が応力集中源にならないので好ましく、炭化物の最大粒径を５μｍ以下にすればさらに優れたものにできる。
【００１５】
また、硬化処理層における炭化物の面積率を２５％以下とすることにより、過多な炭化物が加工性（研削性）や加工精度を阻害することを防止することができる。加工性の点からは、炭化物の面積率を２０％以下に抑えると難加工の問題も出難いためより好ましい。一方、炭化物の面積率が７％未満では、転動疲労寿命が低下する可能性があるので、炭化物の面積率を７％以上２５％以下の範囲とする。なお、炭化物とは、たとえばＦｅ３Ｃ（セメンタイト）、またはクロムやモリブデンなどの鋼が含有する合金成分によってＦｅが置換された炭化物（Ｍ３Ｃと示される）、もしくはＭ２３Ｃ６やＭ７Ｃ３などである。
【００１６】
さらに、硬化処理層より内側の領域、具体的には自動車電装・補機用転動部材の表面から深さ１．０ｍｍ以上の領域である内部の硬度を、Ｈｖ６００以下とすることにより、靱性を持たせるとともに残留圧縮応力を表層部に形成することができる。一方、内部の硬度をＨｖ５００以上とすることにより、大きな荷重が作用した場合にも内部割れの発生を防止することができる。
【００１７】
なお、上記硬化処理層および内部の硬度は、たとえば、自動車電装・補機用転動部材を切断し、硬化処理層および内部の硬度をビッカース硬度計により測定することにより調査することができる。また、硬化処理層における炭化物の最大粒径および面積率は、たとえば、以下のように調査することができる。すなわち、自動車電装・補機用転動部材を切断し、切断面を研磨した後、ピクラル（ピクリン酸アルコール溶液）にて腐食する。そして、硬化処理層に該当する領域をランダムに２０視野（倍率４００倍、視野面積０．６ｍｍ２）観察し、画像処理装置などを用いて炭化物の最大粒径および面積率を調査する。
【００１８】
ここで、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【００１９】
炭素：０．３質量％以上０．４％質量％以下
自動車電装・補機用転動部材の表層部を浸炭または浸炭窒化することにより、割れ強度を確保し、かつ表層部に圧縮応力を付与することができる。しかし、従来のような低炭素鋼を自動車電装・補機用転動部材の素材として採用した場合、内部硬度が低く、大きな荷重や衝撃が作用した場合にかえって低強度になる。したがって、炭素含有量の下限は十分な内部硬度確保のため、０．３質量％とした。一方、素材の炭素量が高いと加工性が悪くなり、また浸炭後の表層圧縮応力や靱性を確保出来なくなるので、０．４質量％を上限とした。
【００２０】
珪素：０．２質量％以上０．５質量％未満
従来、珪素は安価でありながら、耐熱性を与える元素であるため、積極的に活用されてきた。しかし、環境からの著しい水素侵入がおこる可能性のある自動車電装・補機用転動部材では、珪素が多いと水素脆性剥離を助長する懸念があるので、添加量を制限した。耐熱性を他の元素で補うことを考え、また、他の元素添加による加工性、旋削・研削性の低下をカバーするため、珪素の添加量は０．５質量％未満とした。一方、焼戻軟化抵抗を増大させるため、珪素量の下限値を０．２質量％とした。
【００２１】
マンガン：０．３質量％以上０．８質量％以下
マンガンも自動車電装・補機用転動部材の焼入性の向上、転動疲労寿命の向上のためには必須の元素であるが、珪素同様、加工性を阻害するので、他の元素を増やすことによる焼入性向上、転動疲労寿命向上とのバランスから、添加量の上限を０．８質量％に制限した。しかしながら、製鋼過程での脱酸に必須の元素であることを考慮し、通常の高合金鋼に含まれるレベルである０．３質量％を下限値とした。
【００２２】
ニッケル：０．５質量％以上１．２質量％以下
ニッケルは自動車電装・補機用転動部材の高温での転動疲労寿命確保に必須であり、高温での腐食への耐性向上などにも効果がある。このため、０．５質量％を下限とした。一方、ニッケルが多いと焼入後の残留オーステナイト量が増え所定の硬度が確保できず、また鋼材コストが上昇する。このため上限を１．２質量％とした。
【００２３】
クロム：１．６質量％以上２．５質量％以下
クロムも自動車電装・補機用転動部材の転動疲労寿命や高温硬度の確保には必須の元素である。通常の軸受鋼でもクロムは１．５質量％程度含まれており、高温用途で十分な効果を出すには、これより多い添加が必要になるので、１．６質量％以上とした。一方、クロムの含有量が多い場合、モリブデンやバナジウムなど炭化物を形成する他の元素とのかねあいや、大きな炭化物を形成し転動疲労寿命や割れ強度を低下させることを考慮し、２．５質量％を上限とした。
【００２４】
モリブデン：０．１質量％以上０．７質量％以下
モリブデンも焼入性向上、炭化物形成による焼戻軟化抵抗性付与の点から、クロム同様に高温での自動車電装・補機用転動部材の転動疲労寿命確保に必須である。また、モリブデン炭化物や炭窒化物が水素をトラップするとも言われ、水素脆性剥離の抑制にも効果がある。一方、モリブデンは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、バナジウムの添加量との関係から下限を０．１質量％、上限を０．７質量％とした。
【００２５】
バナジウム：０．３質量％以上０．８質量％以下
バナジウムは微細な炭化物を形成して粒界に析出し、結晶粒を微細化して自動車電装・補機用転動部材の強度や靱性を向上させる。さらに、炭化物が水素のトラップサイトとして働くことから、水素感受性を抑える機能を有する。そのため、水素が侵入するおそれのある条件で使用される自動車電装・補機用転動部材の高強度化や、水素脆性剥離の発生を抑制することによる長寿命化に効果がある。高温で浸炭または浸炭窒化処理され、高温焼戻が実施される場合に、その効果が顕著になるので、特に重要な元素である。また、自動車電装・補機用転動部材の転動疲労寿命の長寿命化と安定化にも効果がある。これらの効果を出すには０．３質量％以上の添加が必要なため、最低添加量を０．３質量％に決定した。一方、バナジウムは高価な元素であり、コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、クロム、モリブデンの添加量との関係から上限を０．８質量％とした。
【００２６】
なお、リン、硫黄、アルミニウム、チタンなどの不純物元素は、軸受用鋼では通常低いレベルに抑えられており、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼でも同様である。一般的な値として、以下の範囲に限定する。
【００２７】
リン：０．０３質量％以下
偏析による靱性低下、転動疲労寿命の低下を防ぐため０．０３質量％以下とした。
【００２８】
硫黄：０．０３質量％以下
マンガンと結びつきマンガンの効果をなくし、また非金属介在物を形成するので、０．０３質量％以下とした。
【００２９】
アルミニウム：０．０５質量％以下
耐熱性は与えるが、非金属介在物の原因になりやすいので０．０５質量％以下とした。
【００３０】
チタン：０．００３質量％以下
非金属介在物であるＴｉＮを形成し、自動車電装・補機用転動部材の転動疲労寿命低下の原因となるとともに、水素脆性剥離の剥離起点になるおそれがあるので、０．００３質量％以下とした。
【００３１】
また、珪素は水素脆性剥離を助長する懸念があることから、その含有量を低減するとともに、珪素含有量の低減による耐熱性の低下をクロム、モリブデン、バナジウムの添加により補完する必要がある。また、バナジウムの炭化物を多く析出させるためには、モリブデンと結合する炭素の量を抑える必要がある。よって、クロム、バナジウム、モリブデン、珪素の含有量には、以下の関係が必要である。
【００３２】
バナジウムの含有量は、モリブデンの含有量以上とする。水素感受性抑制に効果のあるバナジウム炭化物をより多く形成させ、自動車電装・補機用転動部材の水素脆性剥離を抑制するためである。
【００３３】
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、珪素の含有量の２倍以上とする。自動車電装・補機用転動部材の耐熱性および水素脆性剥離の抑制のためである。
【００３４】
クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は、自動車電装・補機用転動部材の耐熱性および転動疲労寿命の向上のため、下限を２．３質量％以上とする。一方、多すぎると大きな炭化物が形成され、転動疲労寿命がかえって低下し、割れ強度も低下するため、上限を３．５質量％以下とする。
【００３５】
上記自動車電装・補機用転動部材において好ましくは、５００℃での高温焼戻後における硬化処理層の硬度は、Ｈｖ５５０以上６５０以下である。
【００３６】
焼戻軟化抵抗性を図る指標として５００℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度を採用し、当該硬度をＨｖ５５０以上とすることによって、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。なお好ましくは、高温焼戻条件は５００℃において１時間保持する条件である。一方、炭化物の最大粒径および硬化処理層における炭化物の面積率の制限から、素材の炭素含有量が制限されるため、Ｈｖ６５０を超える５００℃高温焼戻後における硬化処理層の硬度は得られにくい。そして、これを達成するためには、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等が必要となる。そのため、５００℃高温焼戻後の硬化処理層の硬度はＨｖ６５０以下とする。
【００３７】
上記自動車電装・補機用転動部材において好ましくは、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は０．６質量％以上１．５質量％以下である鋼から構成されている。
【００３８】
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、自動車電装・補機用転動部材の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、自動車電装・補機用転動部材の製造コストを抑制することができる。
【００３９】
本発明に従った自動車電装・補機用転がり軸受は、上述の自動車電装・補機用転動部材を備えている。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される自動車電装・補機用転がり軸受において、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材を備えていることにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受によれば、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受において、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受（オルタネータ用転がり軸受）を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１におけるグリース封入深溝玉軸受を備えたオルタネータの構成について説明する。
【００４３】
図１を参照して、オルタネータ９０は、円盤状の形状を有し、ロータコイル９１Ａが巻きつけられたロータ９１と、ロータ９１を取り囲むように配置されたハウジング９４と、ロータ９１の中央部を貫通し、かつハウジング９４の壁面を貫通するロータ軸９２と、ハウジング９４の内部においてロータ９１の外周面に対向するようにハウジング９４に対して固定されて配置されたステータ９３とを備えている。また、ステータ９３には、たとえばロータ９１の外周面に沿った周面上の１２０°ずつ離れた３箇所にステータコイル９３Ａがそれぞれ巻きつけられている。そして、ロータ軸９２の外周面９２Ａと、外周面９２Ａの一部に対向して配置される部材であるハウジング９４との間には、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受としての１対のグリース封入深溝玉軸受１が配置されている。つまり、グリース封入深溝玉軸受１は、自動車電装・補機であるオルタネータ９０において、回転駆動される回転部材としてのロータ軸９２を、ロータ軸９２の外周面側に隣接して配置される部材であるハウジング９４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００４４】
これにより、ロータ軸９２は、ハウジング９４に対して軸まわりに回転自在に保持され、ロータ９１は、ロータ軸９２と一体に回転可能に構成されている。さらに、オルタネータ９０は、ハウジング９４の外部において、ロータ軸９２に接続され、ロータ軸９２と一体に回転可能に構成された円環状の形状を有するオルタネータプーリ９９を備えている。そして、オルタネータプーリ９９の外周面には、図示しない動力伝達用のベルトが掛けられるための溝部９９Ａが形成されている。
【００４５】
次に、オルタネータ９０の動作について説明する。溝部９９Ａの形成されたオルタネータプーリ９９の外周面には、図示しないエンジンなどの動力源からの動力によって回転するベルト（図示しない）が掛けられる。当該ベルトが回転することにより、オルタネータプーリ９９は、ハウジング９４に対してグリース封入深溝玉軸受１により軸支されたロータ軸９２と一体に、ロータ軸９２の軸まわりに回転する。そして、ロータ９１は、ロータ軸９２と一体に、ロータ軸９２の軸まわりに回転する。このとき、ロータ９１は、ロータ９１の外周面に対向し、ハウジング９４に固定されて配置されたステータ９３に対して相対的に回転する。その結果、ロータコイル９１Ａとステータコイル９３Ａとの間の電磁誘導作用により、ステータコイル９３Ａに起電力が発生する。
【００４６】
すなわち、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１は、ロータ９１を回転させることによって、ロータ９１の外周側に対向して配置されるステータ９３のステータコイル９３Ａに起電力を発生させるオルタネータにおいて、ロータ９１を貫通し、ロータ９１と一体に回転するロータ軸９２をロータ軸９２の外周面に対向して配置される部材であるハウジング９４に対して回転自在に軸支するオルタネータ用転がり軸受である。
【００４７】
つまり、グリース封入深溝玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するオルタネータ９０において、当該動力により回転駆動されるロータ軸９２を、ロータ軸９２に隣接して配置されるハウジング９４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００４８】
次に、上記グリース封入深溝玉軸受１について説明する。図２は、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【００４９】
図２および図３を参照して、グリース封入深溝玉軸受１は、自動車電装・補機用転動部材である第１軌道部材としての外輪１１と、自動車電装・補機用転動部材である第２軌道部材としての内輪１２と、自動車電装・補機用転動部材である複数の転動体としての玉１３と、保持器１４と、シール部材１５とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転走面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。
【００５０】
１対のシール部材１５は、外輪１１および内輪１２に挟まれる空間、より具体的には外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに挟まれる空間である軌道空間を閉じるように、外輪１１と内輪１２との間において、外輪１１および内輪１２の幅方向の両端部のそれぞれに配置されている。以上の構成により、グリース封入深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。また、上記軌道空間には、グリース組成物１６が封入されている。
【００５１】
さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．３質量％以上０．４％質量％以下の炭素と、０．２質量％以上０．５質量％未満の珪素と、０．３質量％以上０．８質量％以下のマンガンと、０．５質量％以上１．２質量％以下のニッケルと、１．６質量％以上２．５質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．７質量％以下のモリブデンと、０．３質量％以上０．８質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の２倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は２．３質量％以上３．５質量％以下である鋼から構成されている。
【００５２】
さらに、図３を参照して、外輪１１、内輪１２および玉１３の表層部には、それぞれ硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されている。そして、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの硬度は、Ｈｖ７００以上７８０以下であり、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂに分布する炭化物の最大粒径は、１０μｍ以下であり、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける炭化物の面積率は、７％以上２５％以下である。さらに、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂより内側の領域である内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下である。
【００５３】
実施の形態１の自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３では、外輪１１、内輪１２および玉１３を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの３成分がバランス良く添加されている。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の耐熱性、靱性を確保しながら、水素脆性剥離の発生を抑制することが可能となっている。また、実施の形態１の外輪１１、内輪１２および玉１３では、一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用され、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける炭化物の大きさおよび面積率が適切な範囲に調整されている。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の表面に圧縮応力が形成され、かつ表層部が十分に硬化されるとともに、内部硬度も十分に確保されている。さらに、大型の炭化物を応力集中源とする破損が抑制されている。その結果、外輪１１、内輪１２および玉１３において摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されている。そのため、外輪１１、内輪１２および玉１３の耐久性が向上している。さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３の静的割れ強度および疲労割れ強度の両立が図られるとともに、製造工程における加工の容易性（加工性）が向上し、かつ浸炭または浸炭窒化に要する時間が短縮されて生産性も向上している。
【００５４】
以上のように、実施の形態１の自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される外輪１１、内輪１２および玉１３において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、実施の形態１の自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１は、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用されるグリース封入深溝玉軸受１において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。
【００５５】
また、実施の形態１の外輪１１、内輪１２および玉１３においては、５００℃での高温焼戻後における硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの硬度は、Ｈｖ５５０以上６５０以下であることが好ましい。これにより、製造コストの上昇を招来する特殊な熱処理等を実施することなく、高温での十分な転動疲労寿命および強度を確保することができる。
【００５６】
また、実施の形態１の外輪１１、内輪１２および玉１３においては、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は０．６質量％以上１．５質量％以下である鋼から構成されていることが好ましい。
【００５７】
モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和の下限値を上述の値に規定することにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の耐熱性および耐水素脆性をより向上させることができる。一方コスト面からできるだけ添加は少なく抑える必要があるので、上限値を上述の値に規定することにより、外輪１１、内輪１２および玉１３の製造コストを抑制することができる。
【００５８】
次に、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受の製造方法を説明する。図４は、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。
【００５９】
図４を参照して、まず工程（Ｓ１００）において、０．３質量％以上０．４％質量％以下の炭素と、０．２質量％以上０．５質量％未満の珪素と、０．３質量％以上０．８質量％以下のマンガンと、０．５質量％以上１．２質量％以下のニッケルと、１．６質量％以上２．５質量％以下のクロムと、０．１質量％以上０．７質量％以下のモリブデンと、０．３質量％以上０．８質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、バナジウムの含有量はモリブデンの含有量以上であり、モリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は珪素の含有量の２倍以上であり、クロムの含有量とモリブデンの含有量とバナジウムの含有量との和は２．３質量％以上３．５質量％以下である鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００６０】
次に工程（Ｓ２００）において、上記鋼材を成形することにより、自動車電装・補機用転動部材の概略形状に成形された成形部品を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図２に示される外輪１１、内輪１２および玉１３などの概略形状に成形された成形部品が作製される。
【００６１】
次に工程（Ｓ３００）において、成形部品を熱処理する熱処理工程が実施される。具体的には、成形工程（Ｓ２００）において作製された成形部品に、浸炭または浸炭窒化処理後に焼入処理が施され、焼入処理後にさらに、焼戻温度１８０℃以上３００℃以下、好ましくは２２０℃以上３００℃以下、より好ましくは２４０℃以上３００℃以下の温度で焼戻処理される。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００６２】
次に工程（Ｓ４００）において、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された成形部品に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２および玉１３などが仕上げられる。これにより、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３などが完成する。
【００６３】
さらに、工程（Ｓ５００）において、組立て工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１００）〜（Ｓ４００）において作製された外輪１１、内輪１２および玉１３と、別途準備された保持器１４、シール部材１５などとが組合わされて、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、グリース封入深溝玉軸受１が完成する。
【００６４】
次に、熱処理工程（Ｓ３００）の詳細について説明する。図５は、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法を説明する図である。図５において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図５において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００６５】
図５を参照して、成形工程（Ｓ２００）において作製された成形部品は、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば９５０℃に加熱され、３６０分間以上６００分間以下の時間、たとえば４８０分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、残留させる炭化物量や残留オーステナイト量を制御するために、一旦たとえば９５０℃から８５０℃程度まで温度を下げ、この温度でしばらく（たとえば３０分間以上６０分間以下の時間）保持して、組織を制御する。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される。これにより、浸炭焼入が完了し、成形部品は焼入硬化される。
【００６６】
ここで、Ａ１点とは、鋼を加熱するときに、鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点を示す。また、ＭＳ点とは、オーステナイト化した鋼を冷却するときに、鋼の組織がマルテンサイト化を開始する温度に相当する点を示す。また、カーボンポテンシャルとは、浸炭脱炭反応が平衡に達し鋼が含有する炭素濃度が一定の値となったときの、鋼の表層部が含有する炭素濃度を示し、鋼を加熱する雰囲気における浸炭能力を示す値である。すなわち、カーボンポテンシャルが高いほど浸炭能力が高い。雰囲気ガスのカーボンポテンシャルは、雰囲気ガスの温度と、雰囲気ガスの組成、すなわち一酸化炭素と酸素との濃度、あるいは一酸化炭素と二酸化炭素との濃度とを計測することにより、計算することができる。
【００６７】
さらに、焼入硬化された成形部品はＡ１点以下の温度である１８０℃以上３００℃以下の温度、たとえば２８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３の製造方法における熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００６８】
図６は、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法の変形例を説明する図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図６を参照して、熱処理方法の変形例の詳細を説明する。
【００６９】
図６を参照して、成形工程（Ｓ２００）において作製された成形部品は、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば９５０℃に加熱され、３６０分間以上６００分間以下の時間、たとえば４８０分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを成形部品の表層部が含有する炭素量以上に調整した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度が所望の濃度に調整される浸炭処理が実施される。その後、成形部品が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される。これにより、１次焼入が完了する。
【００７０】
さらに、１次焼入が実施された成形部品がＡ１点以上の温度である７３０℃以上９００℃以下の温度、たとえば８５０℃に再び加熱される再加熱が実施され、その後３０分間以上１２０分間以下の時間、たとえば５０分間保持される。このとき、浸炭処理において調整された炭素濃度が所望の濃度となるように、たとえばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、２次焼入が完了する。
【００７１】
さらに、２次焼入が完了した成形部品は、Ａ１点以下の温度である１８０℃以上３００℃以下の温度、たとえば２８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３の製造方法における熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００７２】
上記の熱処理は、図５において説明した熱処理方法、すなわち浸炭処理に引き続いてそのまま１回焼入する熱処理方法（普通焼入）よりも、表層部を浸炭しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少させることができる。また、オーステナイト結晶粒の粒径を普通焼入を行なう場合の２分の１以下としたミクロ組織を得ることができる。したがって、上記の熱処理により製造される自動車電装・補機用転動部材は、転動疲労特性がより長寿命であり、割れ強度がより向上し、経年寸法変化率がより減少している。なお、オーステナイト結晶粒とは、焼入加熱中に相変態したオーステナイトの結晶粒のことであり、冷却によりマルテンサイトに変態した後も常温において残存しているもの（旧オーステナイト結晶粒）をいう。
【００７３】
図７は、実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における、熱処理方法の他の変形例を説明する図である。図７において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図７において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図７を参照して、熱処理方法の他の変形例の詳細を説明する。
【００７４】
図７を参照して、冷間加工等により所定の寸法に仕上げられた成形部品は、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば９２０℃に加熱され、３６０分間以上６００分間以下の時間、たとえば４８０分間保持される。このとき、成形部品は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを、成形部品の表層部が含有する炭素量以上に保ち、さらに雰囲気ガスであるＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気において加熱される。これにより、成形部品の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される浸炭窒化処理が実施される。その後、成形部品をまずＡ１点以下の温度に冷却した後、室温（常温）まで冷却することなく再びＡ１点以上の温度である７３０℃以上８６０℃以下の温度、たとえば８５０℃に再び加熱される再加熱が実施され、その後３０分間以上１２０分間以下の時間、たとえば５０分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、たとえばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、成形部品が、たとえば油冷されることにより、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に急冷されて焼入硬化される。これにより、浸炭窒化焼入が完了する。
【００７５】
さらに、浸炭窒化焼入が完了した成形部品はＡ１点以下の温度である１８０℃以上３００℃以下の温度、たとえば２８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３の製造方法におけるの熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００７６】
これにより、一度焼入を実施し、室温まで冷却した後に再加熱する場合に比べて、再加熱に要する時間およびエネルギーを小さくすることが可能となるため、製造コストを低減し得る点において有利である。なお、浸炭窒化後に引き続く冷却温度はＡ１点よりも低い温度、すなわち鉄のオーステナイトからフェライトへの変態点以下の温度であればよく、たとえば６５０℃以上７００℃以下とすることができる。
【００７７】
上記熱処理工程（Ｓ３００）により、自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３の表層部には、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成される。そして、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの硬度はＨｖ７００以上７８０以下、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂに分布する炭化物の最大粒径は１０μｍ以下、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける炭化物の面積率は７％以上２５％以下とし、また硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂより内側の領域である内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下とすることができる。
【００７８】
以上説明した実施の形態１の自動車電装・補機用転動部材の製造方法によれば、自動車電装・補機用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３を構成する鋼において、水素脆性剥離を助長するおそれのある珪素の含有量が低減されるとともに、バナジウム、ニッケル、モリブデンの３成分がバランス良く添加され、かつ一般的な浸炭鋼に比べて炭素含有量を高めた鋼が素材として採用されている。また、浸炭または浸炭窒化が実施されるとともに、浸炭または浸炭窒化により表層部に形成される硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける炭化物の大きさおよび面積率を適切な範囲に調整することができ、かつ硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂおよび内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃにおける硬度を適切な範囲に調整することができる。その結果、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受において、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を製造することができる。
【００７９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受（プーリ用転がり軸受）を備えたプーリを示す概略図である。図８を参照して、実施の形態２におけるグリース封入深溝玉軸受を備えたプーリの構成について説明する。
【００８０】
図８を参照して、自動車の補機駆動ベルトのテンションプーリまたは／およびアイドラプーリとして使用されるプーリ１１０は、動力伝達用のベルトである補機駆動ベルト（図示しない）が接触するための外周面１１１Ａを有し、かつ中央部にシャフト１１９が貫通するための貫通穴の形成された円環状の形状を有するプーリ本体１１１と、貫通穴の内周面１１１Ｂに接触して嵌め込まれた自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１（プーリ用転がり軸受としての単列深溝玉軸受）とを備えている。
【００８１】
より具体的には、プーリ本体１１１は、内周面に貫通穴を有する円筒状の内周円筒部１１１Ｃと、内周円筒部１１１Ｃの幅方向（軸方向）における一方の端部から径方向外側に延びるフランジ部１１１Ｄと、フランジ部１１１Ｄから幅方向（軸方向）に延びる外周円筒部１１１Ｅと、内周円筒部１１１Ｃの幅方向（軸方向）における他方の端部から径方向内側に延びる鍔部１１１Ｆとを含んでいる。また、グリース封入深溝玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入深溝玉軸受１と同様の構成を有している。そして、外輪１１がプーリ本体１１１の内周円筒部１１１Ｃおよび鍔部１１１Ｆに接触するように嵌め込まれている。
【００８２】
ここで、グリース封入深溝玉軸受１の内輪１２の内周面に接触するように、シャフト１１９が嵌め込まれていることにより、シャフト１１９とプーリ本体１１１とは軸まわりに相対的に回転可能となっており、プーリ本体１１１の外周面１１１Ａに接触する図示しない補機駆動ベルトは、回転可能となっている。これにより、プーリ１１０は、補機駆動ベルトが掛けられる軸同士の距離が固定されているような場合に、当該補機駆動ベルトに外周面１１１Ａにおいて接触し、補機駆動ベルトに張力を付与するテンショナーとしての機能と、障害物となるエンジンルーム内の各種装置との接触の回避等の目的で、補機駆動ベルトの走行方向を変えるためのアイドラーとしての機能との一方または両方を果たすことができる。
【００８３】
すなわち、実施の形態２におけるグリース封入深溝玉軸受１は、図８を参照して、動力を伝達するための図示しないベルトが掛けられて回転するプーリ本体１１１の内部を貫通するプーリ軸としてのシャフト１１９と、プーリ本体１１１との間に配置され、プーリ本体１１１をシャフト１１９に対して回転自在に軸支するプーリ用転がり軸受である。
【００８４】
つまり、グリース封入深溝玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するプーリ１１０において、当該動力により回転駆動されるプーリ本体１１１を、プーリ本体１１１に隣接して（プーリ本体１１１を貫通して）配置されるシャフト１１９に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００８５】
ここで、本実施の形態のグリース封入深溝玉軸受１およびこれを構成する外輪１１、内輪１２および玉１３は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入深溝玉軸受１と同様の構成を有しているため、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される外輪１１、内輪１２および玉１３において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、実施の形態２の自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１は、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用されるグリース封入深溝玉軸受１において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。なお、本実施の形態のグリース封入深溝玉軸受１は、実施の形態１において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【００８６】
（実施の形態３）
図９は、本発明の一実施の形態である実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受（ファンカップリング用転がり軸受）を備えたファンカップリングを示す概略図である。また、図１０は、実施の形態３におけるグリース封入深溝玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。図９および図１０を参照して、実施の形態３におけるグリース封入深溝玉軸受を備えたファンカップリングについて説明する。
【００８７】
図９を参照して、ファンカップリング１２０は、自動車のラジエータに風を送ることにより、ラジエータ内の冷却水の温度を低下させるためのファン１３２と、当該ファン１３２を駆動するための部材であり、エンジンの動力により回転するロータ１３１との間に介在し、ファンの回転数を制御するカップリング（継ぎ手）である。
【００８８】
このファンカップリング１２０は、外周面に翼部が形成された円環状のファン１３２において、当該ファン１３２の回転軸を含む部位に形成された貫通穴の内周面に、外周面において接触するように嵌め込まれた円盤状のケース１２１と、図示しないエンジンの動力によりファン１３２の回転軸と共通の軸周りに回転駆動され、かつケース１２１の側壁に形成された貫通穴１２１Ａを貫通するロータ１３１の外周面に内輪１２が嵌め込まれるとともに、外輪１１がケース１２１の貫通穴１２１Ａの内周面に嵌め込まれたグリース封入深溝玉軸受１（ファンカップリング用転がり軸受）とを備えている。これにより、グリース封入深溝玉軸受１の外輪はケース１２１と一体に、内輪はロータ１３１と一体に回転可能に構成されている。また、グリース封入深溝玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入深溝玉軸受１と同様の構成を有している。
【００８９】
ケース１２１の内部には、シリコーン油などの粘性流体が充填されたオイル室１２２と、オイル室１２２に隣接する撹拌室１２３とが形成されている。撹拌室１２３には、外周面にフィン１２９Ａが形成された円盤状のドライブディスク１２９が配置されている。ドライブディスク１２９は、中心を含む部位に貫通穴が形成されており、当該貫通穴の内周面においてロータ１３１の外周面に接触するように、ロータ１３１に嵌め込まれている。これにより、ドライブディスク１２９は、ロータ１３１と一体に、かつファン１３２およびロータ１３１と共通の回転軸において、軸周りに回転可能に構成されている。
【００９０】
オイル室１２２と撹拌室１２３との間には、仕切板１２４が配置されており、仕切板１２４には、オイル室１２２と撹拌室１２３とを連通する貫通穴であるポート１２５が形成されている。さらに、オイル室１２２には、一端において仕切板１２４に取り付けられ、他端においてポート１２５に重なるように構成された板状のスプリング１２６が配置されている。さらに、ケース１２１の前面側（仕切板１２４からみてオイル室１２２側の外壁の外側）には、板状のバイメタル１２７が取り付けられている。さらに、棒状のピストン１２８は、一端がバイメタル１２７の中央部に連結され、他端がケース１２１の外壁を貫通し、オイル室１２２内においてスプリング１２６に接触するように配置されている。また、ケース１２１および仕切板１２４には、撹拌室１２３のドライブディスク１２９の外周面に対向する領域とオイル室１２２とを連通する流通穴１３０が形成されている。
【００９１】
次に、ファンカップリング１２０の動作について、図９および図１０を参照して説明する。図示しないエンジンが始動すると、エンジンの動力によりロータ１３１が軸周りに回転する。このとき、ロータ１３１に嵌め込まれたグリース封入深溝玉軸受１の内輪１２およびドライブディスク１２９は、ロータ１３１と一体に回転する。
【００９２】
ここで、エンジンの始動からの経過時間が短い場合など、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃以下である場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル１２７は、図９に示すように平坦な形状を維持する。そのため、スプリング１２６は、ピストン１２８により仕切板１２４に向けて押圧され、スプリング１２６により、ポート１２５は閉じられた状態となる。したがって、オイル室１２２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート１２５を通じて撹拌室１２３に流入することはできない。また、撹拌室１２３内に粘性流体がある場合、ドライブディスク１２９の回転による遠心力を受けて、当該粘性流体は流通穴１３０を通じてオイル室１２２に流入する。
【００９３】
その結果、ドライブディスク１２９は、グリース封入深溝玉軸受１によりケース１２１に対して回転自在に軸支され、ドライブディスク１２９が流通穴１３０を通じて粘性流体をオイル室１２２に流入させる際のわずかなせん断応力をケース１２１に及ぼすことを除いて、ケース１２１に対して空転状態となる。そのため、ロータ１３１の回転は、ケース１２１に対して僅かに伝達されるのみとなり、ファン１３２は低い回転速度で回転する。
【００９４】
一方、エンジンの温度が上昇し、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃を超えた場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル１２７は、図１０に示すように、仕切板１２４からみてオイル室１２２側の向きに凸形状となるように変形する。そのため、ピストン１２８によるスプリング１２６の押圧力が小さくなり、ポート１２５が開放される。そして、オイル室１２２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート１２５を通じて撹拌室１２３に流入する。その結果、ドライブディスク１２９の回転が粘性流体を介してケース１２１に対して効率的に伝達され、ファン１３２は高い回転速度で回転する。
【００９５】
このようにして、エンジンの温度が低い場合には、ファンカップリング１２０は、ファン１３２の回転速度を低く制御することにより、エンジンの温度を適正な温度にまで上昇させる機能を果たす。一方、エンジンの温度が高い場合には、ファンカップリング１２０は、ファン１３２の回転速度が高くなるようにファンの回転を制御することによりラジエータを冷却し、エンジンの温度が適正範囲を超えて高くなることを回避する機能を果たす。
【００９６】
ここで、本実施の形態のグリース封入深溝玉軸受１およびこれを構成する外輪１１、内輪１２および玉１３は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入深溝玉軸受１と同様の構成を有しているため、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用される外輪１１、内輪１２および玉１３において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。また、その結果、実施の形態３の自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１は、急激な加減速や振動が作用するとともに、高温下で使用されるグリース封入深溝玉軸受１において、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、摩耗、ピーリング、表面起点剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上している。なお、本実施の形態のグリース封入深溝玉軸受１は、実施の形態１において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【００９７】
上記実施の形態１〜３においては、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の一例として、オルタネータ、プーリおよびファンカップリングにおいて使用される玉軸受（深溝玉軸受）について説明したが、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、スラスト玉軸受またはスラストころ軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。
【実施例１】
【００９８】
以下、この発明の実施例１について説明する。まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表１に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表１において、主要化学成分については、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）およびバナジウム（Ｖ）の各含有量が質量％で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。そして、上記鋼材を試験片の概略形状に成形し、成形部品とした。
【００９９】
【表１】
2008025012.tif 000003
【０１００】
次に、図６に示す熱処理方法に基づき、熱処理を行なった。具体的には、成形部品を９５０℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル＝１．０となるよう調整して、浸炭処理を実施した。この温度で４８０分間保持し、浸炭処理および拡散処理を行なった。その後、温度を８５０℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し１次焼入を行なった。さらに成形部品を８５０℃に再加熱して５０分間保持し、再度油中に浸漬して８５０℃から急冷し２次焼入を行なった。さらに、成形部品を２８０℃に加熱して１２０分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。
【０１０１】
そして、熱処理後の成形部品に仕上げ加工を実施することにより、試験片を完成させた。なお、表１、表２および表３に示す通り、この発明に係る開発鋼に該当する鋼（Ｎｏ．１〜６）のほか、化学成分や材質が開発鋼と異なる鋼（Ｎｏ．７〜３０）を比較鋼として評価した。それぞれの比較鋼が化学成分、材質において開発鋼と異なる点を、表１および表２の備考欄、表３の特徴欄に示した。また、一般的な軸受用鋼として、現用の軸受鋼ＪＩＳ  ＳＵＪ２（Ｎｏ．３１）と、現用の浸炭鋼ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０（Ｎｏ．３２）も併せて評価した。ただし、Ｎｏ．３１とＮｏ．３２については、焼戻温度は１８０℃として試験片を作製した。
【０１０２】
【表２】
2008025012.tif 000004
【０１０３】
【表３】
2008025012.tif 000005
【０１０４】
次に、試験条件について説明する。実施例１では上記試験片の硬度や炭化物の析出状態を調査する試験を行なった。後述する実施例２の転動疲労寿命試験用の試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に示される試験方法に基づいて、試験片の外周面のビッカース硬さ試験を行ない、試験片の表層部の硬さ（表層硬度）を調査した。また、試験片を切り出した断面についてビッカース硬さ試験を行ない、試験片の内部の硬さ（内部硬度）を調査した。さらに、試験片を５００℃に加熱し１時間保持した後、試験片の外周面のビッカース硬さ（５００℃焼戻硬度）を調査し、高温環境下で使用される場合を模擬した試験とした。
【０１０５】
試験結果を表２に示す。表２において、表層硬度（単位：Ｈｖ）、内部硬度（単位：Ｈｖ）、５００℃焼戻硬度（単位：Ｈｖ）が示されている。また、表層部に分布する炭化物の最大粒径（最大炭化物径、単位：μｍ）、表層部における炭化物の面積率（炭化物量、単位：％）が、併せて示されている。
【０１０６】
表２を参照して、開発鋼（Ｎｏ．１〜６）は、いずれもＨｖ７００以上の表層硬度と、Ｈｖ５００以上Ｈｖ６００以下の内部硬度とを有している。また、５００℃焼戻硬度についても、開発鋼（Ｎｏ．１〜６）はいずれもＨｖ５７０以上であり、高温焼戻後も硬度低下しにくいことを示している。一方、比較鋼の中には、表層硬度がＨｖ７００を満足できないものもある（Ｎｏ．２９）。したがって、この発明に係る開発鋼が、自動車電装・補機用転動部材として十分な表層硬度を確保することができ、靭性を持たせるとともに内部割れを防止できる内部硬さを有し、かつ高温での強度を維持することができることがわかる。
【０１０７】
なお、硬化処理層における炭化物の粒径は、試験片を切り出した断面をピクリン酸アルコール溶液（ピクラル）を用いてエッチングした後に、光学顕微鏡により４００倍に拡大して撮影した写真を用いて観察した。そして、任意の４０視野分の写真において、写真中最大の炭化物の粒径を計測することにより、炭化物の最大粒径を求めた。また、硬化処理層における炭化物の面積率は、試験片を切り出した断面を、ピクリン酸アルコール溶液（ピクラル）を用い腐食した後に、光学顕微鏡（４００倍）で観察し、２０視野分を画像解析し、０．５μｍ以上の粒径を有する炭化物を抽出することにより、炭化物の面積率を求めた。炭化物に関しては、一部の比較鋼で最大炭化物が粒径１０μｍより大きく（Ｎｏ．８、２２、２５）、炭化物量も２５％を超えていた（Ｎｏ．７，８、２５）。
【実施例２】
【０１０８】
以下、この発明の実施例２について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の試験条件を表４に示す。
【０１０９】
【表４】
2008025012.tif 000006
【０１１０】
転動疲労寿命試験は、φ１２点接触試験試験機を用いて行なわれた。図１１は、φ１２点接触試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図１２は、φ１２点接触試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図１１および図１２を参照して、転動疲労寿命試験の試験機について説明する。
【０１１１】
図１１および図１２を参照して、φ１２点接触試験機２０は、駆動ローラ２２と、案内ローラ２３と、鋼球２４とを備えている。そして、転動疲労寿命試験片２１は、駆動ローラ２２によって駆動され、鋼球２４と接触して回転する。鋼球２４は、案内ローラ２３にガイドされて、転動疲労寿命試験片２１との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。潤滑油は強制循環により給油される。以上のようにφ１２点接触試験機２０を運転し、５個の試験片を用いて、１個の試験片で場所を変えて２回の試験ができるので試験数は１０回とし、試験片に剥離が発生するまでの荷重の負荷回数（寿命）を調査した。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が１０％となる寿命を算出した。
【０１１２】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片の転動疲労寿命の、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１としたときの比を表している。また表３の備考欄に記載の通り、比較鋼および現用の軸受鋼・現用の浸炭鋼について、開発鋼より大きく劣る結果を下線により示す。開発鋼（Ｎｏ．１〜６）、比較鋼（Ｎｏ．７〜３０）は全て、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）および現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）より長寿命であるが、比較鋼の中には現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）の転動疲労寿命の２倍以下と比較的短寿命のものもある（Ｎｏ．７、８、１０、２４、２８、３０）。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）の２．５倍以上の転動疲労寿命を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の転動疲労寿命が、現用鋼から大きく改善されていることがわかる。
【実施例３】
【０１１３】
以下、この発明の実施例３について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、スミアリング試験を行なった。スミアリング試験の試験条件を表５に示す。
【０１１４】
【表５】
2008025012.tif 000007
【０１１５】
スミアリング試験は、２円筒型試験機を用いて行なわれた。図１３は、２円筒型試験機の主要部の構成を示す模式図である。図１３を参照して、２円筒型試験機について説明する。
【０１１６】
図１３を参照して、２円筒型試験機６０には、第１軸６３まわりに回転可能なように円盤状の第１試験片６１がセットされるとともに、第２軸６４まわりに回転可能なように円盤状の第２試験片６２がセットされる。第１軸６３と第２軸６４とは平行に配置されており、第１試験片６１と第２試験片６２とは互いに外周面が接触するように、第１軸６３および第２軸６４のそれぞれの一方の端部にセットされる。また、第１軸６３および第２軸６４他方の端部には、いずれも回転速度計６５とスリップリング６６とが配置されている。
【０１１７】
そして、第１試験片６１に潤滑油が滴下されつつ、第１試験片６１が２００ｒｐｍの回転速度で回転するとともに、第２試験片６２の回転速度を２００ｒｐｍから徐々に増加させ、試験片の表面にスミアリングが生じた時点で試験を中止し、そのときの相対回転速度を記録した。スミアリングの生じる相対回転速度が大きいほど、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことを示している。
【０１１８】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片のスミアリング発生時の相対回転速度が、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１とした比で示されている。開発鋼（Ｎｏ．１〜６）は、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）および現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）に比べて、スミアリングの発生に対する抵抗性が大きいことが分かる。これは、開発鋼（Ｎｏ．１〜６）の耐熱性が、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）および現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）の耐熱性に比べて高いことに起因していると考えられる。
【実施例４】
【０１１９】
以下、この発明の実施例４について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、摩耗試験を行なった。高温のために潤滑条件が悪い場合の摩耗現象を推定できる試験である。摩耗試験の試験条件を表６に示す。
【０１２０】
【表６】
2008025012.tif 000008
【０１２１】
摩耗試験は、サバン型摩耗試験機を用いて行なわれた。図１４は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。また、図１５は、サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。図１４および図１５を参照して、サバン型摩耗試験機について説明する。
【０１２２】
図１４および図１５を参照して、サバン型摩耗試験機４０は、ロードセル４３とエアスライダ４４とを備える。平板形状の摩耗試験片４１はエアスライダ４４に保持され、摩耗試験時に負荷される重錘４２による荷重はロードセル４３により検出される。そして、摩耗試験片４１の鏡面研磨された表面と、相手材４５の外周面とを接触させ、相手材４５を回転させる。摩耗試験片４１と相手材４５との接触面には直接潤滑油が供給されず、相手材４５の一部が潤滑油４６に浸漬される。以上のようにサバン型摩耗試験機４０を運転し、相手材を６０分間回転させた後の試験片の摩耗体積を計測することにより、摩耗強度を調査した。
【０１２３】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片の摩耗体積の、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１としたときの比の逆数を表している。開発鋼（Ｎｏ．１〜６）、比較鋼（Ｎｏ．７〜３０）ともに、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）および現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）より耐摩耗性が優れる傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、表層部の炭化物の最大粒径が大きく、また炭化物量も多いため、高硬度にもかかわらず現用鋼と同等もしくは現用鋼を下回る耐摩耗性となっている（Ｎｏ．８、２２、２５）。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）の１．８倍以上の耐摩耗性を有している。したがって、この発明に係る開発鋼の耐摩耗性が現用鋼から大きく改善され、潤滑条件が悪い場合でも適用可能であることがわかる。
【実施例５】
【０１２４】
以下、この発明の実施例５について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、超音波疲労試験を行なった。引張−圧縮モードでの高速疲労試験で、表面滑りなどによる表面引張応力に対する疲労強度がわかる。また、短時間で評価できるので、電解チャージなどにより水素を鋼中に侵入させた状態で試験できる。これにより、水素脆性に対する抵抗性を推定できる試験である。大気中における超音波疲労試験の試験条件を表７に、水素侵入後を模擬した水素チャージ条件下における超音波疲労試験の試験条件を表８に、水素チャージ条件を表９に示す。
【０１２５】
【表７】
2008025012.tif 000009
【０１２６】
【表８】
2008025012.tif 000010
【０１２７】
【表９】
2008025012.tif 000011
【０１２８】
図１６は、超音波疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図１６を参照して、超音波疲労試験機について説明する。
【０１２９】
図１６を参照して、超音波疲労試験機５０は、超音波疲労試験片５１が固定される部位に連結されるホーン部５２と、ホーン部５２に接続されるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）振動子５３と、ＰＺＴ振動子５３に接続される増幅器５４と、増幅器５４に接続されたパーソナルコンピュータなどの制御装置５５とを備える。さらに、超音波疲労試験機５０は、超音波疲労試験片５１がセットされた状態において、超音波疲労試験片５１のホーン部５２に連結される側とは反対側の端部に対向するようにすき間ゲージ５６が配置され、すき間ゲージ５６はオシロスコープ５７に接続される。
【０１３０】
そして、超音波疲労試験片５１を超音波疲労試験機５０にセットし、制御装置５５により出力を制御しつつ、増幅器５４を介してＰＺＴ振動子５３に電力を入力することにより、超音波振動を発生させる。この超音波振動をホーン部５２を介して超音波疲労試験片５１に伝達することにより超音波疲労試験片５１を共振させる。このとき、超音波疲労試験片５１の直径が最も細い部分において、軸方向の引張圧縮の応力振幅が最大となる。一方、オシロスコープ５７に接続されたすき間ゲージ５６により、超音波疲労試験片５１の振動の状態を管理する。
【０１３１】
以上のように超音波疲労試験機５０を運転し、超音波疲労試験片５１が剥離または破断するまでの応力の繰り返し数を調査した。さらに、当該調査を種々の応力について実施し、その結果が正規分布に従うとの仮定の下、当該結果を統計的に解析して１０％の試験片が応力の繰り返し数１０７回で破断すると予測される応力（１０７回疲労強度）を算出した。超音波疲労試験片５１として、上述した作製方法により作製したものと、さらに表９に示す条件により水素チャージを行ない、水素を鋼中に侵入させたものとを用いた。
【０１３２】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片の１０７回疲労強度の、現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）を１としたときの比を表している。水素チャージがない条件では、開発鋼（Ｎｏ．１〜６）、比較鋼（Ｎｏ．７〜３０）ともに、現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）と同等以上の疲労強度（１０７回強さ）を示す。
【０１３３】
水素チャージがある条件では、比較鋼の中には疲労強度が低下し、現用鋼を下回るものが多い（Ｎｏ．２１、２６、２７、２９）。一方、開発鋼はいずれも現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）の１．６倍以上の疲労強度を有している。したがって、この発明に係る開発鋼は、現用鋼から大きく改善された疲労強度を有し、特に水素を鋼中に侵入させた条件において優れている。このことから、この発明に係る開発鋼は、潤滑剤から水素が発生する環境で用いられる自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼として特に好適であることがわかる。
【実施例６】
【０１３４】
以下、この発明の実施例６について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、ピーリング試験を行なった。粗面相手の転動試験で潤滑油膜が切れる条件で転動し、表面に金属接触による疲れ損傷（ピーリング）を起こさせるもので、潤滑条件が悪いときの対表面損傷特性がわかる。ピーリング試験の試験条件を表１０に示す。
【０１３５】
【表１０】
2008025012.tif 000012
【０１３６】
ピーリング試験は、図１３に基づいて説明した上述の２円筒型試験機を用いて実施された。
【０１３７】
すなわち、図１３を参照して、駆動側試験片としての第１試験片６１に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸としての第１軸６３が回転する。これにより、第１試験片６１が回転するとともに、従動側試験片としての第２試験片６２が第１試験片６１と接触しつつ、第１試験片６１に従動して回転する。以上のように２円筒型試験機６０を運転し、所定の回転数である４．８×１０５回の回転が終了したところで第１軸６３の回転を停止した。そして、第２試験片６２が２円筒型試験機６０から取り外され、第２試験片６２の外周面に発生したピーリングの面積が調査され、第２試験片６２の外周面の面積に対するピーリングの面積の割合（ピーリング面積率）が算出された。
【０１３８】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片のピーリング面積率の、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１としたときの比の逆数を表している。比較鋼の中には、現用鋼と同等もしくは下回る耐ピーリング性を示すものがある（Ｎｏ．７、８、２２、２３、２５）。一方、開発鋼はいずれも現用鋼や比較鋼に比べ、優れた耐ピーリング性を示す。したがって、この発明に係る開発鋼は、潤滑油膜が切れ潤滑が適切に行なわれない条件においても、高い耐ピーリング性を有することがわかる。
【実施例７】
【０１３９】
以下、この発明の実施例７について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、静圧壊強度試験を行なった。図１７は、静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。図１７を参照して、静圧壊強度試験について説明する。
【０１４０】
図１７を参照して、静圧壊強度試験片７１は外径６０ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅１５ｍｍの円環状の形状を有している。そして、荷重方向７２の向きに荷重が徐々に負荷されて、静圧壊強度試験片７１が破壊された時点における荷重が測定される。その後、得られた破壊荷重が、下記に示す曲がり梁の応力計算式（Ａ）〜（Ｃ）により応力値に換算される。
【０１４１】
すなわち、図１７の静圧壊強度試験片７１の凸表面（静圧壊強度試験片７１の中心線から＋ｅ１なる距離にある面）における繊維応力をσ１、凹表面（静圧壊強度試験片７１の中心線から−ｅ２なる距離にある面）における繊維応力をσ２とすると、σ１およびσ２は下記の式によって求められる（機械工学便覧Ａ４編材料力学Ａ４−４０参照）。ここで、Ｎは静圧壊強度試験片７１の軸を含む断面の軸力、Ａは横断面積、ｅ１は外半径、ｅ２は内半径（図１７参照）を表わす。また、κは曲がり梁の断面係数である。
σ１＝（Ｎ／Ａ）＋｛Ｍ／（Ａρ０）｝［１＋ｅ１／｛κ（ρ０＋ｅ１）｝］・・・（Ａ）
σ２＝（Ｎ／Ａ）＋｛Ｍ／（Ａρ０）｝［１−ｅ２／｛κ（ρ０−ｅ２）｝］・・・（Ｂ）
κ＝−（１／Ａ）∫Ａ｛η／（ρ０＋η）｝ｄＡ・・・（Ｃ）
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片の静圧壊強度（破壊時の応力値；圧壊値）の、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１としたときの比を表している。開発鋼は、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）に近い静圧壊強度を示し、現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）よりも高強度である。現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）は、表２に示されるように内部硬度が低いため、大きな荷重条件では内部が塑性変形するので、低強度である。
【実施例８】
【０１４２】
以下、この発明の実施例８について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、リング回転割れ疲労試験を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。リング回転割れ疲労試験の試験条件を表１１に示す。
【０１４３】
【表１１】
2008025012.tif 000013
【０１４４】
図１８は、リング回転割れ疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。図１８を参照して、リング回転割れ疲労試験機について説明する。
【０１４５】
図１８を参照して、リング回転割れ疲労試験機８０は、円筒状の形状を有する駆動ローラ８２と、負荷ローラ８３と、案内ローラ８４とを備える。駆動ローラ８２、負荷ローラ８３および案内ローラ８４は、回転軸が平行になるとともに、外周面がリング回転割れ疲労試験片８１に接触可能なように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験機８０は、給油ノズル８６をさらに備え、当該給油ノズル８６によりパッド８５に給油され、リング回転割れ疲労試験片８１に対して潤滑油を給油可能な構成となっている。
【０１４６】
次に、試験の手順を説明する。まず、リング回転割れ疲労試験片８１は、駆動ローラ８２、負荷ローラ８３および案内ローラ８４に外周面において接触するように配置される。そして、リング回転割れ疲労試験片８１は、駆動ローラ８２および負荷ローラ８３により径方向に圧縮される応力を負荷されつつ、駆動ローラ８２が回転することにより駆動され、案内ローラ８４に案内されて回転する。以上のようにリング回転割れ疲労試験機８０を運転し、１０個の試験片を用いて試験数は１０回とし、リング回転割れ疲労試験片８１の外周面に割れが発生するまでの時間を調査し、当該時間を割れ寿命とした。得られた寿命を統計的に解析し、累積破損確率が１０％となる寿命を算出した。
【０１４７】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片の割れ寿命の、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）を１としたときの比を表している。開発鋼（Ｎｏ．１〜６）、比較鋼（Ｎｏ．７〜３０）ともに、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）より長寿命の傾向を示す。しかし一部の比較鋼では、比較的短寿命となっている（Ｎｏ．９、２５）。これは、表層部の残留応力と内部硬度との影響と考えられる。一方、開発鋼はいずれも現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）の２．５倍以上の割れ寿命を有し、内部硬度が高いにもかかわらず現用の浸炭鋼（Ｎｏ．３２）と同等以上の割れ寿命を示している。したがって、この発明に係る開発鋼の割れ寿命が現用の軸受鋼から大きく改善していることがわかる。
【実施例９】
【０１４８】
以下、この発明の実施例９について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、経年寸法変化率の測定を行なった。上述した静圧壊強度試験の試験片と同一寸法、同一形状の試験片を用いた。そして、当該試験片を１５０℃に昇温し、当該温度で１０００時間保持する処理を行なった。そして、当該処理前後における試験片の外径の寸法変化率（経年寸法変化率）を測定した。なお、本試験は、自動車電装・補機の実際の使用環境において、自動車電装・補機用転動部材が長期間使用された場合の、経時的な寸法変化を調査する目的で実施された。
【０１４９】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３を参照して、開発鋼（Ｎｏ．３〜４）および比較鋼（Ｎｏ．２８〜３０）ともに、現用の軸受鋼（Ｎｏ．３１）および現用の浸炭鋼（Ｎｏ.３２）に比べて、経年寸法変化率が著しく小さくなっており、寸法安定性が大幅に改善していることが分かる。これは、開発鋼および比較鋼は、２８０℃で焼戻を実施しても十分な硬度を有するため、当該温度で焼戻が実施されているのに対し、現用の軸受鋼および現用の浸炭鋼は、２８０℃で焼戻を実施すると自動車電装・補機用転動部材として十分な硬度が確保できないため、１８０℃で焼戻が実施されていることに起因すると考えられる。すなわち、本発明に係る開発鋼は、経時的な寸法安定性において、現用鋼を大幅に上回っていることが確認された。
【実施例１０】
【０１５０】
以下、この発明の実施例１０について説明する。上述した作製方法により作製した試験片を用い、オルタネータ用転がり軸受の使用条件と同様の条件の下で転動疲労寿命試験を行なった。転動疲労寿命試験の条件を表１２に示す。
【０１５１】
【表１２】
2008025012.tif 000014
【０１５２】
まず、ＪＩＳ  ６３０３型番の軸受の内輪および外輪を上記実施例１と同様の方法により作製した。そして、当該内輪および外輪を用いて６３０３型番の転がり軸受を作製し、転動疲労試験に供した。試験個数は各２個とした。この転動疲労寿命試験は、転がり軸受が、オルタネータ用転がり軸受として実際に使用された場合の使用環境を加速的に再現して実施され、試験された軸受には、短時間で水素脆性剥離が発生する。
【０１５３】
次に試験結果について説明する。試験結果を表３に示す。表３には、各試験片において、軌道輪に剥離が発生するまでの時間が「オルタネータ軸受での寿命」として示されている。表３を参照して、本発明に係る開発鋼から構成された本発明の自動車電装・補機用転動部材である内輪および外輪を備えた軸受（本発明の自動車電装・補機用軸受；Ｎｏ.３〜４）は、従来のＳＵＪ２から構成された内輪および外輪を備えた軸受（Ｎｏ.３１）に比べて、数倍の寿命を有しており、かつ寿命の値が安定している。これに対し、比較鋼から構成された内輪および外輪を備えた軸受（Ｎｏ.２８〜３０）は、従来の軸受（Ｎｏ.３１）の寿命を上回っており、本発明の軸受（Ｎｏ.３〜４）に近い寿命を有しているものもあるが、やや短寿命で、寿命のばらつきも大きい。
【０１５４】
このことから、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、従来の軸受に比べて、自動車電装・補機であるオルタネータでの使用環境において、耐久性に優れていることが確認された。
【０１５５】
なお、これまでの説明においては、浸炭焼入を実施した試験片を用いて実施した試験結果について実施例として説明したが、浸炭窒化焼入を実施した他の試験片を用いて同様に試験を実施した。その結果、浸炭焼入を実施した試験片以上の焼戻軟化抵抗性を示すとともに、材質および機械的特性において遜色ない結果を示すことを確認している。
【０１５６】
浸炭窒化焼入の具体的な熱処理方法は以下の通りである。まず、成形部品を９２０℃に加熱し、このとき雰囲気ガスのカーボンポテンシャル＝１．０となるよう調整して、この温度で４８０分間保持した。その内３００分間は、雰囲気ガスであるＲＸガスにアンモニアガスを、ＲＸガス比５体積％の量を添加した。これにより、浸炭窒化処理および拡散処理を行なった。その後、温度を８５０℃に下げてから、成形部品を油中に浸漬して急冷し１次焼入を行なった。さらに成形部品を８５０℃に再加熱して５０分間保持し、再度油中に浸漬して８５０℃から急冷し２次焼入を行なった。さらに、成形部品を２８０℃に加熱して１２０分間保持し、その後室温の空気中で冷却し、焼戻処理を行なった。
【０１５７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【図４】実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図５】実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法を説明する図である。
【図６】実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における熱処理方法の変形例を説明する図である。
【図７】実施の形態１における自動車電装・補機用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程における、熱処理方法の他の変形例を説明する図である。
【図８】実施の形態２における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受を備えたプーリを示す概略図である。
【図９】実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入深溝玉軸受を備えたファンカップリングを示す概略図である。
【図１０】実施の形態３におけるグリース封入深溝玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。
【図１１】φ１２点接触試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。
【図１２】φ１２点接触試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。
【図１３】２円筒型試験機の主要部の構成を示す模式図である。
【図１４】サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略正面図である。
【図１５】サバン型摩耗試験機の主要部の構成を示す概略側面図である。
【図１６】超音波疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。
【図１７】静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。
【図１８】リング回転割れ疲労試験機の主要部の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１６０】
１  グリース封入深溝玉軸受、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ  硬化処理層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ  内部、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１４  保持器、１５  シール部材、１６  グリース組成物、２０  点接触試験機、２１  転動疲労寿命試験片、２２  駆動ローラ、２３  案内ローラ、２４  鋼球、４０  サバン型摩耗試験機、４１  摩耗試験片、４２  重錘、４３  ロードセル、４４  エアスライダ、４５  相手材、４６  潤滑油、５０  超音波疲労試験機、５１  超音波疲労試験片、５２  ホーン部、５３  振動子、５４  増幅器、５５  制御装置、５６  すき間ゲージ、５７  オシロスコープ、６０  ２円筒型試験機、６１  第１試験片、６２  第２試験片、６３  第１軸、６４  第２軸、６５  回転速度計、６６  スリップリング、７１  静圧壊強度試験片、７２  荷重方向、８０  リング回転割れ疲労試験機、８１  リング回転割れ疲労試験片、８２  駆動ローラ、８３  負荷ローラ、８４  案内ローラ、８５  パッド、８６  給油ノズル、９０  オルタネータ、９１  ロータ、９１Ａ  ロータコイル、９２  ロータ軸、９２Ａ  外周面、９３  ステータ、９３Ａ  ステータコイル、９４  ハウジング、９９  オルタネータプーリ、９９Ａ  溝部、１１０  プーリ、１１１  プーリ本体、１１１Ａ  外周面、１１１Ｂ  内周面、１１１Ｃ  内周円筒部、１１１Ｄ  フランジ部、１１１Ｅ  外周円筒部、１１１Ｆ  鍔部、１１９  シャフト、１２０  ファンカップリング、１２１  ケース、１２１Ａ  貫通穴、１２２  オイル室、１２３  撹拌室、１２４  仕切板、１２５  ポート、１２６  スプリング、１２７  バイメタル、１２８  ピストン、１２９  ドライブディスク、１２９Ａ  フィン、１３０  流通穴、１３１  ロータ、１３２  ファン。
【図１】
2008025012.tif 000015
【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】
2008025012.tif 000023
【図１０】
2008025012.tif 000024
【図１１】
2008025012.tif 000025
【図１２】
2008025012.tif 000026
【図１３】
2008025012.tif 000027
【図１４】
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【図１５】
2008025012.tif 000029
【図１６】
2008025012.tif 000030
【図１７】
2008025012.tif 000031
【図１８】
2008025012.tif 000032