(57)【要約】【課題】転がり摺動部表面の結晶粒を微細化することができ、よって強度を向上することができるとともに、長寿命化を図ることができる転がり摺動部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】軸受鋼を用いて構成した内輪（転がり摺動部材）１の軌道部（転がり摺動部）１ｃに対し、潤滑剤を供給した状態でローラバニシング加工を複数回施すとともに、複数回のローラバニシング加工のうち、少なくとも１回の加工時に、当該ローラバニシング加工を行う鏡面ボール（治具）Ｃから潤滑油（潤滑剤）の油膜Ｄを介して軌道部１ｃに付与されるトラクション力を他の加工時よりも増加させ、軌道部１ｃの表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１２以上とする。【選択図】　　　図１
2004116721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受鋼を用いて構成され、相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材であって、
転がり摺動部に対して、ローラバニシング加工を施すことにより、その転がり摺動部表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１２以上としたことを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
肌焼鋼を用いて構成され、相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材であって、
転がり摺動部に対して、ローラバニシング加工を施すことにより、その転がり摺動部表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１１以上としたことを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項３】
軌道輪または転動体を、請求項１または２記載の転がり摺動部材により構成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材を軸受鋼または肌焼鋼を用いて製造する製造方法であって、
前記転がり摺動部材の転がり摺動部に対し、潤滑剤を供給した状態でローラバニシング加工を複数回施すとともに、
前記複数回のローラバニシング加工のうち、少なくとも１回の加工時に、当該ローラバニシング加工を行う治具から前記潤滑剤の膜を介して前記転がり摺動部に付与されるトラクション力を他の加工時よりも増加させることを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記少なくとも１回のローラバニシング加工時に前記転がり摺動部に供給される前記潤滑剤の供給量を、他のローラバニシング加工時より減少させることを特徴とする請求項４記載の転がり摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受の軌道輪や転動体等の転がり摺動部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、転がり軸受の軌動輪やカムフォロアーのローラのような転がり摺動部材の素材としては、一般に軸受鋼や肌焼鋼等の軸受用鋼が用いられている。このような軸受用鋼からなる転がり摺動部材では、その転がり接触またはすべり接触または両接触を含む接触を行う転がり摺動部表面の結晶粒度は通常、上記軸受鋼を用いた場合でＪＩＳ粒度番号１０〜１１であり、また肌焼鋼を用いた場合で同粒度番号９〜１０であり、この粒度番号を大きく、すなわち結晶粒を細かくすることで当該部材の強度及び寿命がさらに向上することが考えられる。そこで、加熱温度や時間、あるいは加熱雰囲気などの熱処理条件を色々と変更することで上記表面の結晶粒度を改善する試みが従来よりなされてきたが、未だその表面結晶粒を微細化し、部材強度を高めてその寿命を延ばすことはできなかった。また、本出願人による特願２００２−１３８９７１号では、転がり軸受の軌道部の表面にローラバニシング加工を施すことにより、その表面から所定深さの残留圧縮応力を高め、当該軌道部の強度などを向上させる技術を記載している。しかしながら、上記軌道部表面の結晶粒は微細化されておらず、その結晶粒度はＪＩＳ粒度番号は小さいものであった。
【０００３】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、転がり摺動部表面の結晶粒を微細化することができ、よって強度を向上することができるとともに、長寿命化を図ることができる転がり摺動部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり摺動部材は、軸受鋼を用いて構成され、相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材であって、
転がり摺動部に対して、ローラバニシング加工を施すことにより、その転がり摺動部表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１２以上としたことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００５】
また、本発明の転がり摺動部材は、肌焼鋼を用いて構成され、相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材であって、
転がり摺動部に対して、ローラバニシング加工を施すことにより、その転がり摺動部表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１１以上としたことを特徴とするものである（請求項２）。
【０００６】
また、本発明の転がり軸受は、軌道輪または転動体を、請求項１または２記載の転がり摺動部材により構成したことを特徴とするものである（請求項３）。
【０００７】
上記のように構成された請求項１または２の転がり摺動部材では、その転がり摺動部にローラバニシング加工を施すことにより、当該転がり摺動部表面の結晶粒度を、軸受鋼を用いた場合にＪＩＳ粒度番号１２以上とし、また肌焼鋼を用いた場合にＪＩＳ粒度番号１１以上としているので、上記従来品と比べて上記表面の結晶粒が微細化され、当該転がり摺動部材の強度及び寿命を向上することができる。また、請求項３の転がり軸受では、その軌道輪または転動体での転がり摺動部、つまり転動体または軌道輪にそれぞれ転がり接触する軌道部の表面の結晶粒が微細化され、その結晶粒度が素材鋼に応じてＪＩＳ粒度番号１２以上あるいは１１以上とされていることから、当該軌道輪または転動体の強度を向上して寿命を延ばすことができる。
【０００８】
また、本発明の転がり摺動部材の製造方法は、相対的な転がりまたは摺動が生じる転がり摺動部材を軸受鋼または肌焼鋼を用いて製造する製造方法であって、前記転がり摺動部材の転がり摺動部に対し、潤滑剤を供給した状態でローラバニシング加工を複数回施すとともに、前記複数回のローラバニシング加工のうち、少なくとも１回の加工時に、当該ローラバニシング加工を行う治具から前記潤滑剤の膜を介して前記転がり摺動部に付与されるトラクション力を他の加工時よりも増加させることを特徴とするものである（請求項４）。
【０００９】
上記の転がり摺動部材の製造方法では、転がり摺動部に対する複数回の上記ローラバニシング加工において、少なくとも１回の加工時での上記トラクション力を他の加工時よりも増加させることにより、他の加工時に比べて大きいせん断応力を転がり摺動部表面から内部に発生させ、当該転がり摺動部表面の結晶粒を確実に微細化することができ、軸受鋼及び肌焼鋼を用いた場合に当該表面の結晶粒度をそれぞれＪＩＳ粒度番号１２以上及び同粒度番号１１以上と確実にすることができる。
【００１０】
また、上記転がり摺動部材の製造方法（請求項４）において、前記少なくとも１回のローラバニシング加工時に前記転がり摺動部に供給される前記潤滑剤の供給量を、他のローラバニシング加工時より減少させてもよい（請求項５）。
この場合、上記少なくとも１回のローラバニシング加工時に上記治具と転がり摺動部表面との間に形成される潤滑剤の厚みを他の加工時に比べて減らすことができ、上記トラクション力を確実に増加させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり摺動部材及びその製造方法を示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、転がり摺動部材としての転がり軸受の内輪に本発明を適用した場合について説明する。
図１は、本発明の転がり摺動部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
本実施形態では、内輪素材として軸受鋼（ＪＩＳ　ＳＵＪ２）及び肌焼鋼（ＳＡＥ５１２０相当材）の２種類の軸受用鋼を用意し、それぞれ図１（ａ）〜（ｅ）に示す製造工程によって実施例１及び２の２タイプの内輪１を製作した。具体的には、上記軸受鋼または浸炭鋼からなる環状素材Ａ（図１（ａ）参照）に旋削加工を施して、端面１ａ、外周１ｂ、軌道部１ｃ及び内周１ｄ等を所定形状に加工する（図１（ｂ）参照）。次に、この旋削加工されたブランクＢに浸炭焼入を含む熱処理を施して、その表面の硬さが例えばＨＲＣ６０以上となるように硬化させる（図１（ｃ）参照）。その後、熱処理が完了したブランクＢの端面１ａ、軌道部１ｃ及び内周１ｄを、旋削加工によって所定精度に仕上げる（図１（ｄ）参照）。尚、ブランクＢの端面１ａ及び内周１ｄの仕上げ加工については、研磨加工で行ってもよい。
【００１２】
仕上げ加工が完了すると、軌道部１ｃの表面にローラバニシング加工を施す（図１（ｅ）参照）。このローラバニシング加工は、同図に示すように、潤滑剤として例えば水溶性切削液（潤滑液、潤滑油）を供給してその潤滑油の油膜Ｄを軌道部１ｃ上に形成した状態で、油圧で保持された治具としてのセラミックス製の鏡面ボールＣを、軌道部１ｃに強圧で押し付けて転がり接触させながら、軌道部１ｃの軸方向断面に沿って移動させるものである。より具体的には、このローラバニシング加工では、例えば上記ボールＣとして直径６．３ｍｍのセラボールを用い、ワーク回転数１００ｍ／ｍｉｎで回転させた軌道部１ｃに対し、上記セラボールを１０４３Ｎの荷重で押し付けて転がり接触させた。また、上記潤滑油として共同油脂製、エマルカット、ＤＣ−６０を使用した。
【００１３】
また、上記ローラバニシング加工は、軌道部１ｃの同一の施工箇所に対し、複数、例えば４回実施されており、さらにその４回のうち、少なくとも１回は上記潤滑油の供給量を減少させた状態で行われる。これにより、供給量を減少させた状態での加工時に、上記鏡面ボールＣと軌道部表面との間に形成される油膜Ｄの厚みを他の加工時に比べて減らすことができ、鏡面ボールＣから油膜Ｄを介して軌道部１ｃに付与されるトラクション力（摩擦力）を他の加工時よりも増加させることができる。
また、具体的な減少油量は、減少させない場合の９０％以下が好ましく、潤滑剤を新たに供給することなく、１００％の油量を供給した状態で加工した残りの潤滑油膜Ｄを用いて上記少なくとも１回の加工を実施してもよい。そして、このローラバニシング加工では、内輪素材の種類や上記熱処理後の軌道部１ｃの表面硬度などに応じて、その実施回数やバニシング量あるいは加圧力や治具形状等の加工条件を適宜選択することにより、軌道部１ｃの表面の結晶粒度が上記ＳＵＪ２及びＳＡＥ５１２０相当材を用いた場合にそれぞれＪＩＳ粒度番号で１２以上及び１１以上となるよう当該軌道部表面に含まれる結晶粒を微細化している。また、軌道部１ｃの表面から所定深さ（例えば０．１〜０．１５μｍ）の表層に含まれる結晶粒も表面と同様に微細化されている。
【００１４】
さらに、上記ローラバニシング加工を施すことにより、例えば軌道部１ｃ表面の中心線平均粗さＲａが０．２５μｍ以下、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上、軌道部１ｃの表面から少なくとも０．２ｍｍの深さの硬さがＨｖ７００以上にされており、ローラバニシング加工を施していない上記従来品に比べて軌道部１ｃの強度をはるかに向上し、さらには内部起点剥離及び表面起点剥離の発生を極力抑えた剥離寿命の長い軌道部１ｃを構成することができる。
【００１５】
以上により得られた内輪１について、評価試験を行った。具体的には、ＪＩＳＧ　０５５１（オーステナイト結晶粒度の試験方法）に準拠した比較法を用いて、上記軌道部１ｃ表面の結晶粒度を顕微鏡により観察し、対応するＪＩＳ粒度番号を選定した。また、各内輪１を、ＪＩＳ　ＳＵＪ２からなり、通常の浸炭窒化処理が施された外輪及び転動体（玉）と組み合わせて、型番６２０６Ｃ３の玉軸受を組み立てた。そして、これらの玉軸受を使用し、清浄油及び異物が混入した異物混入油を用いて以下の条件により寿命試験を行った。
【００１６】
試験機　　　　ラジアル寿命試験機
ラジアル荷重　Ｆｒ＝９０００Ｎ／ｓｅｔ
回転数　　　　２５００ｒｐｍ
異物　　　　　高速度鋼粉末０．０６ｗｔ％（硬さ７３０Ｈｖ，粒径１００〜１５０μｍ）
潤滑　　　　　タービン油＃６８　油浴（エア攪拌）
油温　　　　　自然昇温（約１００℃）
計算寿命　　　６７．８ｈ
試験方法　　　２ｓｅｔ×５回サドンデス試験（内輪寿命を評価）
【００１７】
上記実施例１（ＳＵＪ２を用いたタイプ）及び実施例２（ＳＡＥ５１２０相当材を用いたタイプ）に対する評価試験の結果を以下の表１及び表２にそれぞれ示す。尚、表１の試験品Ｎｏ．１及び２は、実施例１相当品であり、軌道部１ｃに対する４回のローラバニシング加工のうち、１回の加工時での供給油量を他の加工時に比べてそれぞれ８０％及び９０％に減少させた状態で実施したものである。また、表１の試験品Ｎｏ．３は上記４回の加工時での供給油量を変更せずに実施した比較品であり、同表の試験品Ｎｏ．４及び５は１回の加工時での供給油量を他の加工時に比べてそれぞれ１１０％及び１２０％に増加させた状態で実施した比較品である。また、試験品Ｎｏ．６は、軌道部にローラバニシング加工を全く施していないＳＵＪ２を用いた従来相当品である。同様に、表２の試験品Ｎｏ．７及び８は、実施例２相当品であり、軌道部１ｃに対する４回のローラバニシング加工のうち、１回の加工時での供給油量他の加工時に比べてそれぞれ８０％及び９０％に減少させた状態で実施したものである。また、表２の試験品Ｎｏ．９は上記４回の加工時での供給油量を変更せずに実施した比較品であり、同表の試験品Ｎｏ．１０及び１１は１回の加工時での供給油量を他の加工時に比べてそれぞれ１１０％及び１２０％に増加させた状態で実施した比較品である。また、試験品Ｎｏ．１２は、軌道部にローラバニシング加工を全く施していないＳＡＥ５１２０相当材を用いた従来相当品である。また、表１及び表２において、各寿命比は、試験品Ｎｏ．３及び９での測定寿命をそれぞれ基準とした比較結果である。
【００１８】
【表１】
2004116721.tif 000003
【００１９】
【表２】
2004116721.tif 000004
【００２０】
表１の試験品Ｎｏ．１及び２と表２の試験品Ｎｏ．７及び８より明らかなように、素材鋼の種類にかかわらず、実施例１及び２相当品は、ローラバニシング加工を施していない従来相当品（試験品Ｎｏ．６及び１２）はもとより、同じ回数だけ軌道部１ｃにローラバニシング加工を施した比較品（試験品Ｎｏ．３〜５及び９〜１１）に比べても、寿命が大幅に伸びている。これは、軌道部１ｃに４回のローラバニシング加工を施すことにより、同加工を実施していない従来品に比べて当該軌道部１ｃの強度及び剥離寿命をはるかに向上している点に加えて、実施例１及び２相当品では、１回の加工時での供給油量を他の加工時での９０％以下に減少させて上記鏡面ボールＣから油膜Ｄを介して軌道部１ｃに作用するトラクション力を他の加工時に比べて確実に増加させることにより、当該軌道部表面での結晶粒度がＪＩＳ粒度番号でＳＵＪ２の場合１２以上またＳＡＥ５１２０相当材で１１以上となるようにその表面の結晶粒をより確実に微細化した結果である。詳細には、このように軌道部表面を微細な結晶粒からなる組織構造とすることにより、当該軌道部１ｃ上を転動する玉から作用する力が分散され、弱められる結果であると考えられる。
【００２１】
尚、上記の説明では、ＳＵＪ２及びＳＡＥ５１２０相当材を用いて構成した内輪に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＪＩＳ　ＳＵＪ３等の他の軸受鋼（高炭素クロム鋼）、ＳＡＥ５１２０あるいはＳＣｒ４２０等の他の肌焼（浸炭）鋼（低炭素鋼）、またはＳ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼を用い、これらの素材鋼に浸炭あるいは浸炭窒化したもので構成してもよく、転がり接触またはすべり接触または両接触を含む接触を行う転がり摺動部を有する各種転がり摺動部材に適用することができる。具体的には、転がり軸受の外輪やボールあるいは円筒ころ等の転動部や摺動部などに本発明を適用できることは勿論のこと、ウォータポンプ等に用いられるすべり軸受の軸受部材や一方向クラッチのカム面やカムフォロアーのローラを構成する部材などにも適用することができる。
【００２２】
また、上記の説明では、４回実施するローラバニシング加工のうち、少なくとも１回の同加工時での供給潤滑剤量を他の加工時よりも減少させることにより、鏡面ボールＣから油膜Ｄを介して軌道部１ｃに作用するトラクション力を他の加工時よりも増加させる構成について説明したが、本発明は複数回のローラバニシング加工のうち、少なくとも１回の加工時でのトラクション力を高めてＪＩＳ粒度番号が軸受鋼で１２以上、肌焼鋼で１１以上の結晶粒度を有するよう軌道部表面を構成できるものであれば何等上記方法に限定されるものではない。具体的には、上記少なくとも１回の加工時に、内輪１を低速に回転させることによって軌道部１ｃ上に形成される油膜Ｄの膜厚を減らしたり、上記水溶性切削液に代えて潤滑性の低い潤滑流体を用いたり、その切削液に水や灯油などを加えて潤滑性を低くしたり、あるいは鏡面ボールＣから付与する加工圧を上昇させたりすることにより、その１回の加工時でのトラクション力を他の加工時よりも増加させてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１または請求項２の転がり摺動部材によれば、軸受鋼または肌焼鋼を用いて構成された当該部材の転がり摺動部にローラバニシング加工を施し、その転がり摺動部表面の結晶粒度をＪＩＳ粒度番号１２以上または１１以上としているので、上記従来品と比べて上記表面の結晶粒を微細化することができる。この結果、転がり摺動部材の強度を向上することができるとともに、長寿命化を図ることができる。また、請求項３の転がり軸受によれば、その軌道輪または転動体における上記転がり摺動部としての軌道部表面の結晶粒が微細化され、その結晶粒度が素材鋼に応じてＪＩＳ粒度番号１２以上または１１以上とされているので、当該軌道輪、転動体、ひいては転がり軸受の強度及び寿命を向上することができる。
【００２４】
また、請求項４の転がり摺動部材の製造方法によれば、当該部材の転がり摺動部表面の結晶粒を確実に微細化することができ、軸受鋼及び肌焼鋼を用いた場合に当該表面の結晶粒度をそれぞれＪＩＳ粒度番号１２以上及び同粒度番号１１以上と確実にすることができるので、上記従来品に比べ優れた強度を有し長寿命な転がり摺動部材を容易に製造することができる。
【００２５】
また、請求項５の転がり摺動部材の製造方法によれば、転がり摺動部に対する複数回のローラバニシング加工のうち、少なくとも１回のローラバニシング加工時に上記治具と転がり摺動部表面との間に形成される潤滑剤の厚みを他の加工時に比べて減らして、その少なくとも１回の加工時に上記トラクション力を確実に増加させることができるので、上記表面の結晶粒を微細化して当該表面の結晶粒度をより確実にＪＩＳ粒度番号１２以上または１１以上とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり摺動部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
１　　内輪（転がり摺動部材）
１ｃ　軌道部
【図１】
2004116721.tif 000005