(57)【要約】【課題】焼付などが抑制されるとともに、水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受を提供する。【解決手段】工作機械９０に用いられるアンギュラ玉軸受１および円筒ころ軸受２を構成する工作機械用転動部材は、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
2008025793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される前記主軸を、前記主軸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工作機械用転がり軸受を構成する工作機械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、工作機械用転動部材。
【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に記載の工作機械用転動部材。
【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に記載の工作機械用転動部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械用転動部材を備えた、工作機械用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に関し、より特定的には、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸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工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
主軸が回転することにより切削加工、研削加工等を行なう工作機械においては、主軸は、急激に加減速するとともに、回転と停止とを繰り返す。そのため、主軸を支持する工作機械用転がり軸受においては、工作機械用転がり軸受を構成する軌道部材と転動体との間で油膜切れが発生しやすい。また、加工の高速化および高精度化のため、工作機械用転がり軸受においては、剛性を高める目的で、高い予圧が与えられた状態で使用されることが多い。そのため、工作機械用転がり軸受は、温度が上昇しやすくなっている。また、工作機械用転がり軸受として、たとえばアンギュラ玉軸受などの転動体にスピンが生じるタイプの軸受が用いられた場合、軌道部材と転動体との間ですべりが発生し、特に高温、高速回転の条件下で使用された場合、軌道部材、転動体などの工作機械用転動部材の表面（転走面）における損傷が発生しやすい。
【０００３】
以上のような苛酷な使用条件で用いられる結果、工作機械用転がり軸受には、焼付、ピーリング、摩耗、表面（転走面）起点の割れや剥離などが発生しやすいという問題がある。
【０００４】
これに対し、工作機械用転がり軸受の寿命向上等を目的とした多くの検討がなされ、種々の対策が提案されている（たとえば特許文献１〜６参照）。
【特許文献１】特開２００２−３６４６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０２０２号公報
【特許文献３】特開２００６−４６４５４号公報
【特許文献４】特開２００５−６９３２１号公報
【特許文献５】特開平１１−１０１２４６号公報
【特許文献６】特開２０００−６１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、工作機械においては、当該工作機械を用いた加工および生産の効率向上を目的として、加工速度の上昇および切り込み量の増大が進められている。また、ロボットと組み合わせることにより、２４時間連続稼動が行なわれる場合もある。これに伴い、工作機械において回転駆動される主軸を支持する工作機械用転がり軸受では、回転速度がさらに上昇するとともに、負荷される荷重が大きくなり、かつ連続稼働時間が長くなる傾向にある。そのため、工作機械用転がり軸受は、運転中に一層温度が上昇し、高温環境下での高速回転という苛酷な条件下で使用されるようになっている。そのため、上述の特許文献１〜６に記載の対策では、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などを必ずしも十分に抑制することができない。
【０００６】
さらに、上述のような苛酷な条件で使用される結果、工作機械用転がり軸受を構成する転動部材同士の金属接触により出現する金属新生面を触媒として、潤滑剤が分解して水素が発生し、当該水素の転動部材への侵入により、短期間で転走面に剥離が生じる現象（水素脆性剥離）も問題となっている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などが抑制されるとともに、水素脆性剥離の発生が抑制されることにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材および工作機械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】
【０００８】
本発明に従った工作機械用転動部材は、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸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工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材である。当該工作機械用転動部材は、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、当該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。
【０００９】
本発明の工作機械用転動部材では、工作機械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、工作機械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、本発明の工作機械用転動部材では、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、工作機械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、工作機械用転動部材において焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制され、工作機械用転動部材の耐久性が向上する。さらに、工作機械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。
【００１０】
以上のように、本発明の工作機械用転動部材によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材を提供することができる。
【００１１】
ここで、工作機械用転動部材の表層部とは、工作機械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、工作機械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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
さらに、硬化処理層より内側の領域、具体的には工作機械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。
【００１６】
なお、上記硬化処理層および内部の硬度は、たとえば、工作機械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、工作機械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。
【００１７】
ここで、本発明の工作機械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。
【００１８】
炭素：０．３質量％以上０．４％質量％以下
工作機械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工作機械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。
【００１９】
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工作機械用転動部材では、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。
【００２０】
マンガン：０．３質量％以上０．８質量％以下
マンガンも工作機械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。
【００２１】
ニッケル：０．５質量％以上１．２質量％以下
ニッケルは工作機械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。
【００２２】
クロム：１．６質量％以上２．５質量％以下
クロムも工作機械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。
【００２３】
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工作機械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。
【００２４】
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工作機械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工作機械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、工作機械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。
【００２５】
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、本発明の工作機械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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
チタン：０．００３質量％以下
非金属介在物であるＴｉＮを形成し、工作機械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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、工作機械用転動部材の水素脆性剥離を抑制するためである。
【００３２】
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。工作機械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。
【００３３】
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、工作機械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。
【００３４】
上記工作機械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。
【００３５】
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。
【００３６】
上記工作機械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。
【００３７】
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、工作機械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、工作機械用転動部材の製造コストを抑制することができる。
【００３８】
本発明に従った工作機械用転がり軸受は、上述の工作機械用転動部材を備えている。本発明の工作機械用転がり軸受によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材を備えていることにより、耐久性の向上した工作機械用転がり軸受を提供することができる。そして、耐久性の高い本発明の工作機械用転がり軸受を、主軸を支持する軸受として採用することにより、加工速度および切り込み量を大きくした場合でも、工作機械を長時間連続運転することが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受によれば、水素脆性剥離の発生を抑制するとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生を抑制することにより、耐久性の向上した工作機械用転動部材および工作機械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】
【００４０】
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。
【００４１】
図１は、本発明の一実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受（フロント軸受）および円筒ころ軸受（リア軸受）を備えた工作機械の主軸周辺の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるアンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受を備えた工作機械の構成について説明する。
【００４２】
図１を参照して、本実施の形態における工作機械９０は、円筒状の形状を有する主軸９１と、主軸９１の外周面を取り囲むハウジング９２と、外輪１１および外輪２１の外周面のそれぞれがハウジングの内壁９２Ａに接触するとともに、内輪１２および内輪２２の内周面のそれぞれが主軸９１の外周面９１Ａに接触するように、主軸９１とハウジング９２との間に嵌め込まれて配置された工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受１（フロント軸受）および円筒ころ軸受２（リア軸受）とを備えている。これにより、主軸９１は、ハウジング９２に対して軸周りに回転自在に支持されている。
【００４３】
また、主軸９１には、外周面９１Ａの一部を取り囲むようにモータロータ９３Ｂが設置されており、ハウジング９２の内壁９２Ａには、モータロータ９３Ｂに対向する位置にモータステータ９３Ａが設置されている。このモータステータ９３Ａおよびモータロータ９３Ｂは、モータ９３（ビルトインモータ）を構成している。これにより、主軸９１は、モータ９３の動力によって、ハウジング９２に対して相対的に回転可能となっている。
【００４４】
すなわち、アンギュラ玉軸受１および円筒ころ軸受２は、主軸９１が回転することにより被加工物を加工する工作機械９０において、回転駆動される主軸９１を、主軸９１に隣接して配置される部材であるハウジング９２に対して回転自在に支持する工作機械用転がり軸受である。
【００４５】
次に、工作機械９０の動作について説明する。図１を参照して、モータ９３のモータステータ９３Ａに図示しない電源から電力が供給されることにより、モータロータ９３Ｂを軸回りに回転させる駆動力が発生する。これにより、ハウジング９２に対してアンギュラ玉軸受１および円筒ころ軸受２により回転自在に支持されている主軸９１は、モータロータ９３Ｂとともにハウジング９２に対して相対的に回転する。このように、主軸９１が回転することにより、主軸９１の先端９１Ｂに取り付けられた図示しない工具が被加工物を切削、研削等して、被加工物を加工することができる。
【００４６】
次に、上記アンギュラ玉軸受１について説明する。図２は、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ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。
【００４７】
図２および図３を参照して、アンギュラ玉軸受１は、工作機械用転動部材である第１軌道部材としての外輪１１と、工作機械用転動部材である第２軌道部材としての内輪１２と、工作機械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。これにより、外輪１１と内輪１２とは互いに相対的に回転可能となっている。
【００４８】
ここで、アンギュラ玉軸受１においては、玉１３と外輪１１との接触点と、玉１３と内輪１２との接触点とを結ぶ直線は、ラジアル方向（アンギュラ玉軸受１の回転軸に垂直な方向）に対して角度をなしている。そのため、ラジアル方向の荷重が負荷されると、アキシャル方向（アンギュラ玉軸受１の回転軸の方向）への分力が生じる。図１を参照して、本実施の形態の工作機械９０では、前方側（主軸９１の先端９１Ｂ側）に同じ向きのアンギュラ玉軸受１を２つ配置するとともに、後方側（モータロータ９３Ｂ側）には、前方側とは逆向きのアンギュラ玉軸受１を２つ配置することにより、当該分力を相殺している。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施の形態の工作機械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、本実施の形態の外輪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において焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されており、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。
【００５２】
以上のように、本実施の形態の工作機械用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや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、本実施の形態の工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受１は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されていることにより、耐久性が向上している。したがって、剛性を向上させるために高い予圧が与えられ、高速で長時間間欠運転される場合であっても、アンギュラ玉軸受１は長寿命となっている。
【００５３】
また、本実施の形態の外輪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。
【００５４】
また、本実施の形態の外輪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。
【００５５】
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。
【００５６】
次に、上記円筒ころ軸受２について説明する。図４は、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図５は、図４の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【００５７】
図４および図５を参照して、円筒ころ軸受２は、基本的には上述のアンギュラ玉軸受１と同様の構成を備えており、同様の効果を有している。しかし、円筒ころ軸受２は、軌道輪および転動体の構成において、アンギュラ玉軸受１とは異なっている。
【００５８】
すなわち、円筒ころ軸受２は、工作機械用転動部材である第１軌道部材としての外輪２１と、工作機械用転動部材である第２軌道部材としての内輪２２と、工作機械用転動部材である複数の転動体としての円筒ころ２３と、保持器２４とを備えている。外輪２１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面２１Ａが形成されている。内輪２２には、外輪転走面２１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面２２Ａが形成されている。また、複数の円筒ころ２３には、転動体転走面としてのころ転走面２３Ａ（円筒ころ２３の外周面）が形成されている。そして、当該円筒ころ２３は、外輪転走面２１Ａおよび内輪転走面２２Ａの各々にころ転走面２３Ａにおいて接触し、円環状の保持器２４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。これにより、外輪２１と内輪２２とは互いに相対的に回転可能となっている。
【００５９】
さらに、図２〜図５を参照して、本実施の形態の工作機械用転動部材としての外輪２１、内輪２２、円筒ころ２３は、それぞれ上述の外輪１１、内輪１２、玉１３に相当し、硬化処理層２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂおよび内部２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃも、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂおよび内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃと同様の構成を有している。そのため、外輪２１、内輪２２、円筒ころ２３は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや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、本実施の形態の工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受２は、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されていることにより、耐久性が向上している。したがって、剛性を向上させるために高い予圧が与えられ、高速で長時間間欠運転される場合であっても、円筒ころ軸受２は長寿命となっている。
【００６０】
次に、本実施の形態における工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法を説明する。図６は、本実施の形態における工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。
【００６１】
図６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。
【００６２】
次に工程（Ｓ２００）において、上記鋼材を成形することにより、工作機械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および図４に示される外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３などの概略形状に成形された成形部品が作製される。
【００６３】
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。
【００６４】
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、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３などが仕上げられる。これにより、本実施の形態における工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３などが完成する。
【００６５】
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、たとえば工程（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などとが組合わされて、あるいは外輪２１、内輪２２および円筒ころ２３と、別途準備された保持器２４などとが組合わされて、本実施の形態における工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受１、円筒ころ軸受２などが組立てられる。これにより、アンギュラ玉軸受１および円筒ころ軸受２などが完成する。
【００６６】
次に、熱処理工程（Ｓ３００）の詳細について説明する。図７は、本実施の形態における工作機械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。
【００６７】
図７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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３の製造方法における熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００７０】
図８は、本実施の形態における工作機械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８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８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８を参照して、熱処理方法の変形例の詳細を説明する。
【００７１】
図８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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３の製造方法における熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００７４】
上記の熱処理は、図７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工作機械用転動部材は、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。
【００７５】
図９は、本実施の形態における工作機械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９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９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９を参照して、熱処理方法の他の変形例の詳細を説明する。
【００７６】
図９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。
【００７７】
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、工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３の製造方法におけるの熱処理工程（Ｓ３００）が完了する。
【００７８】
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。
【００７９】
上記熱処理工程（Ｓ３００）により、工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３の表層部には、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂが形成される。そして、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂの硬度はＨｖ７００以上７８０以下、硬化処理層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ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、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ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、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂより内側の領域である内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃの硬度は、Ｈｖ５００以上６００以下とすることができる。
【００８０】
以上説明した本実施の形態の工作機械用転動部材の製造方法によれば、工作機械用転動部材としての外輪１１、２１、内輪１２、２２、玉１３および円筒ころ２３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、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ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、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂおよび内部１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃ、２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ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、水素脆性剥離の発生が抑制されるとともに、焼付、ピーリング、摩耗、表面起点の割れや剥離などの発生が抑制されることにより、耐久性が向上した工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受を製造することができる。
【００８１】
なお、上記実施の形態においては、本発明の工作機械用転がり軸受の一例として、アンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受について説明したが、本発明の工作機械用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、本発明の工作機械用転がり軸受は、深溝玉軸受であってもよいし、円錐ころ軸受であってもよい。
【実施例１】
【００８２】
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。
【００８３】
【表１】
2008025793.tif 000003
【００８４】
次に、図８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。
【００８５】
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。
【００８６】
【表２】
2008025793.tif 000004
【００８７】
【表３】
2008025793.tif 000005
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、工作機械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。
【００９１】
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】
【００９２】
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。
【００９３】
【表４】
2008025793.tif 000006
【００９４】
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１０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１１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１０および図１１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。
【００９５】
図１０および図１１を参照して、φ１２点接触試験機３０は、駆動ローラ３２と、案内ローラ３３と、鋼球３４とを備えている。そして、転動疲労寿命試験片３１は、駆動ローラ３２によって駆動され、鋼球３４と接触して回転する。鋼球３４は、案内ローラ３３にガイドされて、転動疲労寿命試験片３１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３０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。
【００９６】
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】
【００９７】
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。
【００９８】
【表５】
2008025793.tif 000007
【００９９】
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１２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１２を参照して、２円筒型試験機について説明する。
【０１００】
図１２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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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。
【０１０４】
【表６】
2008025793.tif 000008
【０１０５】
摩耗試験は、サバン型摩耗試験機を用いて行なわれた。図１３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１４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１３および図１４を参照して、サバン型摩耗試験機について説明する。
【０１０６】
図１３および図１４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。
【０１０７】
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】
【０１０８】
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。
【０１０９】
【表７】
2008025793.tif 000009
【０１１０】
【表８】
2008025793.tif 000010
【０１１１】
【表９】
2008025793.tif 000011
【０１１２】
図１５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１５を参照して、超音波疲労試験機について説明する。
【０１１３】
図１５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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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おそれのある環境で用いられる工作機械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】
【０１１８】
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。
【０１１９】
【表１０】
2008025793.tif 000012
【０１２０】
ピーリング試験は、図１２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。
【０１２１】
すなわち、図１２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。
【０１２２】
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】
【０１２３】
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１６は、静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。図１６を参照して、静圧壊強度試験について説明する。
【０１２４】
図１６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。
【０１２５】
すなわち、図１６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１６参照）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】
【０１２６】
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。
【０１２７】
【表１１】
2008025793.tif 000013
【０１２８】
図１７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１７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。
【０１２９】
図１７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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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】
【０１３２】
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、工作機械における実際の使用環境において、工作機械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。
【０１３３】
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工作機械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】
【０１３４】
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てアンギュラ玉軸受を作製し、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。
【０１３５】
【表１２】
2008025793.tif 000014
【０１３６】
まず、内径φ１００ｍｍ、外径φ１５０ｍｍ、厚さｔ２４ｍｍのアンギュラ玉軸受用軌道輪を上記実施例１と同様の方法により作製した。そして、当該軌道輪と、別途準備した窒化珪素製のボールとを用いてアンギュラ玉軸受を作製し、転動疲労試験に供した。試験個数は各２個とした。
【０１３７】
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の平均値が「アンギュラ玉軸受での寿命」として示されている。なお、軌道輪に剥離が発生せず、焼付が生じた場合の試験結果は、除外されている。
【０１３８】
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工作機械用転動部材である軌道輪を備えた軸受（本発明の工作機械用転がり軸受；Ｎｏ.３〜４）は、試験開始から３０００時間経過時点においても軌道輪に剥離が発生しなかった。一方、現用鋼であるＳＵＪ２やＳＣＭ４２０から構成された軌道輪を備えた軸受（Ｎｏ．３１〜３２）は、１０００時間程度で軌道輪に剥離が発生した。このことから、本発明の工作機械用転動部材である軌道輪（Ｎｏ.３〜４）は、従来の転動部材である軌道輪（Ｎｏ.３１〜３２）に対して、３倍程度あるいはそれ以上の転動疲労寿命を有していることが確認された。
【０１３９】
また、比較例の鋼から構成された軌道輪（Ｎｏ.２８〜３０）も、従来の転動部材である軌道輪（Ｎｏ.３１〜３２）に対して、２倍程度の転動疲労寿命を有しているが、本発明の工作機械用転動部材である軌道輪（Ｎｏ.３〜４）と比較すると寿命が短くなっている。
【０１４０】
以上より、本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受は、従来の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に比べて、耐久性に優れていることが確認された。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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】
【０１４４】
本発明の工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受は、主軸が回転することにより被加工物を加工する工作機械において、回転駆動される主軸を、当該主軸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工作機械用転がり軸受を構成する工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受を備えた工作機械の主軸周辺の構成を示す概略断面図である。
【図２】工作機械用転がり軸受としてのアンギュラ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】工作機械用転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【図６】工作機械用転動部材および工作機械用転がり軸受の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図７】工作機械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８】工作機械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９】工作機械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１０】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１１】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１２】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】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１４】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１５】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】静圧壊強度試験の試験片を示す模式図である。
【図１７】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】
【０１４６】
１  アンギュラ玉軸受、２  円筒ころ軸受、１１，２１  外輪、１１Ａ，２１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ  硬化処理層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ，２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ  内部、１２，２２  内輪、１２Ａ，２２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１４，２４  保持器、２３  円筒ころ、２３Ａ  ころ転走面、３０  点接触試験機、３１  転動疲労寿命試験片、３２  駆動ローラ、３３  案内ローラ、３４  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  工作機械、９１  主軸、９１Ａ  外周面、９１Ｂ  先端、９２  ハウジング、９２Ａ  内壁、９３  モータ、９３Ａ  モータステータ、９３Ｂ  モータロータ。
【図１】
2008025793.tif 000015
【図２】
2008025793.tif 000016
【図３】
2008025793.tif 000017
【図４】
2008025793.tif 000018
【図５】
2008025793.tif 000019
【図６】
2008025793.tif 000020
【図７】
2008025793.tif 000021
【図８】
2008025793.tif 000022
【図９】
2008025793.tif 000023
【図１０】
2008025793.tif 000024
【図１１】
2008025793.tif 000025
【図１２】
2008025793.tif 000026
【図１３】
2008025793.tif 000027
【図１４】
2008025793.tif 000028
【図１５】
2008025793.tif 000029
【図１６】
2008025793.tif 000030
【図１７】
2008025793.tif 000031