(57)【要約】【課題】残留圧縮応力が小さくなる部分の発生を抑制することにより長寿命化を実現した転がり摺動部材を製造する方法を提供する。【解決手段】所定形状に形成された合金鋼製の中間素材３を作製し、この中間素材３に対し、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留圧縮応力付与加工が施された合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、
所定形状に形成された合金鋼製の中間素材を作製し、この中間素材に対し、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すことにより、
残留圧縮応力付与加工面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおいて、当該加工面における残留圧縮応力と残留圧縮応力の最小値との差を１５０ＭＰａ以下に設定する工程を含むことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項２】
前記圧縮応力の解放を抑制する冷却は、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃を超え２００℃以下となる冷却である請求項１記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項３】
残留圧縮応力付与加工が施された合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、
所定形状に形成された合金鋼製の中間素材を作製し、この中間素材に対し、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すことにより、
残留圧縮応力付与加工面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおける残留圧縮応力を常に増大するように設定する工程を含むことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項４】
前記圧縮応力の解放を抑制する冷却は、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃以下となる冷却である請求項３記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記残留圧縮応力付与加工が、ローラバニシング加工またはショットピーニング加工である請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項６】
相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をし、その接触面に対し最終機械加工工程として残留圧縮応力付与加工が施されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、
前記相手部材との接触面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおいて、当該接触面における残留圧縮応力と残留圧縮応力の最小値との差が１５０ＭＰａ以下に設定されていることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項７】
相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をし、その接触面に最終機械加工工程として残留圧縮応力付与加工が施されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、
前記相手部材との接触面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおける残留圧縮応力が常に増大するように設定されていることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項８】
請求項６または７に記載の転がり摺動部材を転がり軸受の内輪、外輪および転動体の少なくとも１つとして用いてなり、この転がり摺動部材の前記残留圧縮応力の最大値を８００ＭＰａ以上に設定したことを特徴とする転がり軸受。
【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、滑り軸受、一方向クラッチ等の構成部材のように相手部材との間で転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする転がり摺動部材およびその製造方法、並びにそれを用いた転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、転がり軸受の軌道面は、繰り返し荷重がかかるために寿命が短いという問題がある。この問題の対応策として、軌道面に対しショットピーニング加工を施して残留圧縮応力を付与し、転がり疲れ寿命を向上させる方策が知られている（特許文献１参照）。また、ショットピーニング加工よりも深い部分に高い残留圧縮応力を付与できるローラバニシング加工を施す方策も知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６５５７６号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００２−１６８２５６号公報（第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ショットピーニング加工やローラバニシング加工により残留圧縮応力を付与すると、加工面が２００℃を超えるような温度となり、付与された残留圧縮応力が解放されるので、軌道面における残留圧縮応力が、深くなっていくにつれて、徐々に減少し、極小値を経て増大し、極大値を経てさらに減少していくような分布となってしまう（図２、流量２リットル／ｍｉｎ参照）。そして、残留圧縮応力の極小値が発生する部分と最大剪断応力が作用する部分とが一致してしまうと、残留圧縮応力付与による内部起点剥離防止効果が充分に得られず、短寿命なものになってしまうという問題がある。この問題を解消するため、残留圧縮応力の極小値が発生する部分を研磨により除去する方策が考えられるが、工程数が増加する等のため製造コストがかかり、また残留圧縮応力の極小値が発生する部分にばらつきがあるため均質な製品供給が難しいという新たな問題が生じる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、残留圧縮応力の小さくなる部分の発生を抑制することにより長寿命化を実現した転がり摺動部材およびその製造方法、並びにそれを用いた転がり軸受の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の転がり摺動部材の製造方法は、残留圧縮応力付与加工が施された合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、所定形状に形成された合金鋼製の中間素材を作製し、この中間素材に対し、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すことにより、残留圧縮応力付与加工面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおいて、当該加工面における残留圧縮応力と残留圧縮応力の最小値との差を１５０ＭＰａ以下に設定する工程を含むことを特徴としている（請求項１）。
上記の第１の製造方法によれば、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すので、残留圧縮応力が小さくなる部分（極小値）の発生を抑制できる。そのため、最大剪断応力が作用する部分の残留圧縮応力が小さいために短寿命になるということがなくなるので、従来以上に長寿命な転がり摺動部材が得られる。また、残留圧縮応力の小さい部分を研磨により除去する場合、研磨量が少なくてよいので、製造コストを低く抑えることができるという利点がある。
ここで、本発明において、残留圧縮応力付与加工とは、加工面に対し強制的に大きな残留圧縮応力を付与できる全ての機械加工を含むが、切削や研削など外形形成過程で必然的にある程度の残留圧縮応力が付与される加工を除く概念であり、ローラバニシング加工やショットピーニング加工を含む。
【０００７】
上記の製造方法において、前記圧縮応力の解放を抑制する冷却は、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃を超え２００℃以下となる冷却であるのが好ましい（請求項２）。このような冷却であれば、確実に加工面における残留圧縮応力と残留圧縮応力の最小値との差が１５０ＭＰａ以下となるので、従来よりも長寿命な転がり摺動部材が得られる。
ここで、本発明において、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面における温度の測定は、加工時に加工面を直接測定することができないので、加工面の近傍を測定することにより行う。そして、このようにして測定した温度が上記した特定の温度範囲であれば上記した効果が得られる。
また、本発明において、残留圧縮応力の各数値は、後記の図２以外は、絶対値で表している。
【０００８】
本発明の第２の転がり摺動部材の製造方法は、残留圧縮応力付与加工が施された合金鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、所定形状に形成された合金鋼製の中間素材を作製し、この中間素材に対し、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施すことにより、残留圧縮応力付与加工面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおける残留圧縮応力を常に増大するように設定する工程を含むことを特徴としている（請求項３）。
上記の第２の製造方法によれば、圧縮応力の解放を抑制する冷却を行いながら残留圧縮応力付与加工を施して、残留圧縮応力が常に増大するようにするので、残留圧縮応力の極小値がなくなる。そのため、残留圧縮応力の極小値と最大剪断応力が作用する部分とが一致して短寿命になるということがなくなるので、従来以上に長寿命な転がり摺動部材が得られる。また、残留圧縮応力の小さい部分を研磨により除去する場合、研磨量が少なくてよいので、製造コストを低く抑えることができるという利点がある。
【０００９】
上記の第２の製造方法において、前記圧縮応力の解放を抑制する冷却は、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃以下となる冷却であるのが好ましい（請求項４）。このような冷却であれば、確実に残留圧縮応力が常に増大するようになるので、従来よりも長寿命な転がり摺動部材が得られる。
また、上記の第２の製造方法において、前記加工面における残留圧縮応力を６００ＭＰａ以上に設定することが好ましい。この場合には、加工面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおける残留圧縮応力が確実に６００ＭＰａ以上となるので、非常に長寿命な転がり摺動部材が得られる。そして、上記の製造方法において、前記加工面における残留圧縮応力と残留圧縮応力が最大となる部分の残留圧縮応力との差を３００ＭＰａ以下に設定することが好ましい。この場合には、残留圧縮応力がより平均化されているので、適用範囲の広い長寿命な転がり摺動部材が得られる。上記の製造方法において、前記圧縮応力の解放を抑制する冷却は、前記中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が５０℃以下となる冷却であるのが好ましい。このような冷却であれば、従来よりも長寿命で適用範囲の広い転がり摺動部材が得られる。
【００１０】
上記した第１、第２の製造方法において、前記残留圧縮応力付与加工が、残留圧縮応力の最大値が８００ＭＰａ以上となる加工であることが好ましい。このような加工の場合に改善効果が顕著に現れるからである。また、残留圧縮応力付与加工としてローラバニシング加工やショットピーニング加工を用いた場合には、（請求項５）、より深い位置に高い残留圧縮応力を付与できるので、得られる転がり摺動部材をより広い用途に用いることができるという利点がある。
【００１１】
本発明の第１の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をし、その接触面に対し最終機械加工工程として残留圧縮応力付与加工が施されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、前記相手部材との接触面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおいて、当該接触面における残留圧縮応力と残留圧縮応力の最小値との差が１５０ＭＰａ以下に設定されていることを特徴としている（請求項６）。
上記の構成によれば、残留圧縮応力が小さい部分においても従来よりも高い残留圧縮応力が付与されているので、たとえその部分と最大剪断応力が作用する部分とが一致したとしても、内部起点剥離がより防止された長寿命な転がり摺動部材となる。
【００１２】
本発明の第２の転がり摺動部材は、相手部材との間で相対的に転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をし、その接触面に最終機械加工工程として残留圧縮応力付与加工が施されてなる合金鋼製の転がり摺動部材であって、前記相手部材との接触面から残留圧縮応力が最大となる部分までの深さにおける残留圧縮応力が常に増大するように設定されていることを特徴としている（請求項７）。
上記の構成によれば、最大剪断応力が作用する部分の残留圧縮応力は接触面よりも確実に大きいので、内部起点剥離がより防止された長寿命な転がり摺動部材となる。
上記の第２の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面における残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上に設定されていることが好ましい。上記の構成によれば、最大剪断応力が作用する部分が確実に６００ＭＰａ以上になるので、非常に長寿命な転がり摺動部材となる。また、上記の第２の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面における残留圧縮応力と残留圧縮応力が最大となる部分の残留圧縮応力との差が３００ＭＰａ以下に設定されていることが好ましい。残留圧縮応力がより平均化されているので、適用範囲の広い長寿命な転がり摺動部材となる。
【００１３】
上記の第１、第２の転がり摺動部材において、前記残留圧縮応力の最大値が８００ＭＰａ以上である場合には、特に長寿命な転がり摺動部材となる。また、上記の転がり摺動部材において、相手部材との接触面が非研磨面の場合は、工程数減少によって安価な製品を提供できる。
【００１４】
本発明の転がり軸受は、上記した転がり摺動部材を転がり軸受の内輪、外輪および転動体の少なくとも１つとして用いてなり、この転がり摺動部材の前記残留圧縮応力の最大値を８００ＭＰａ以上に設定したことを特徴としている（請求項８）。このような転がり軸受によれば、特に疲労強度が要求される内輪、外輪、転動体として前記した長寿命な転がり摺動部材を用いているので、長期にわたって使用することが可能な転がり軸受となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法を示す工程図である。この製造方法は、玉軸受の内輪の製造に適用されるものであり、まず、軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる環状素材１（図１（ａ）参照）に旋削加工を施して、端面２ａ、外周２ｂ、軌道２ｃおよび内周２ｄ等を所定形状に加工する（図１（ｂ）参照）。ついで、この旋削加工されたブランク２に浸炭焼入を含む熱処理を施して、その表面硬さが例えばロックウェルＣ硬さ６０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２の端面２ａ、軌道２ｃおよび内周２ｄを、研削によって所定精度に仕上げ、中間素材３を得る（図１（ｄ）参照）。
【００１６】
研削による仕上げ加工が完了すると、前記軌道２ｃ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、油圧で保持されたセラミックス製の鏡面ボール４を、軌道２ｃの表面に強圧で押し付けて転がり接触させながら、軌道２ｃの軸方向断面に沿って移動させるものである。そして、転がり接触は、冷却液供給装置のノズル５から冷却液を一定の流量となるよう吐出させながら行う。これにより、加工面の温度が低くなり、ローラバニシング加工用の鏡面ボール４と軌道２ｃとの接触による摩擦熱によって圧縮応力が解放されることが抑えられる。冷却液の流量は、加工面の温度が２００℃以下となるようにするのが好ましく、より好ましくは１００℃以下、さらに好ましくは５０℃以下となるように設定する。すなわち、１００℃を超え２００℃以下であると、残留圧縮応力の解放が抑制されて残留圧縮応力が小さくなる度合いが減り、また１００℃以下であると、残留圧縮応力の極小値がなくなり、さらに５０℃以下であると加工面における残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上となるからである。なお、このローラバニシング加工においては、軌道２ｃ表面に対し、残留圧縮応力の最大値が８００ＭＰａ以上、より好ましくは９００ＭＰａ以上となるように、そのバニシング量や加圧力等の加工条件を選択する。
【００１７】
このようにして得られた内輪は、軌道における残留圧縮応力が小さくなる部分（極小値）の発生が抑制または消失するようになっているので、より長寿命なものになっている。
【００１８】
図２は前記ローラバニシング加工後における加工面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。この図には、冷却液の流量が２リットル／ｍｉｎの場合（１．０倍の流量の場合、比較例）、１．５倍の流量の場合、２．０倍の流量の場合、３．０倍の流量の場合について記載している。なお、冷却液の流量以外の実験条件は、８４０℃で４５分間、油焼入れ、１８０℃で２時間の焼戻し処理を行ったＳＵＪ２製のスラスト円板を用い、冷却液を用いながら、ワーク回転数１００ｒｐｍ／ｍｉｎ、ツール送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、使用加工液：エマルカットＤＣ６４（協同油脂社製）、直径６．３ｍｍのセラミックス鏡面ボールを用いたローラバニシング加工を施す、とした。
【００１９】
図２から明らかなように、１．５倍の流量の場合は、加工面からの深さ０．０１ｍｍにおいて残留圧縮応力の極小値が存在するが、１．０倍の流量の場合に比べて、圧縮応力の解放が抑制されてより大きな残留圧縮応力が付与されていることがわかる。すなわち、１．０倍のときは１５２ＭＰａで、１．５倍の流量の場合は３２０ＭＰａであり、２倍以上付与されていることがわかる。よって、１．５倍の流量にした方が、より長寿命なものになることがわかる。
また、２．０倍の流量の場合は、加工面における残留圧縮応力が４２４ＭＰａで、深さ０．０９ｍｍ（残留圧縮応力が最大となる深さ）における残留圧縮応力が９１３ＭＰａであり、加工面から残留圧縮応力が最大となる深さまでにおいて、常に残留圧縮応力が増大するようになっているので、最大剪断応力が作用する部分が残留圧縮応力の極小値と一致することがないことがわかる。よって、２．０倍の流量にした場合には、より長寿命なものになることがわかる。
さらに、３．０倍の流量の場合は、加工面における残留圧縮応力が６３０ＭＰａで、深さ０．０９ｍｍ（残留圧縮応力が最大となる深さ）における残留圧縮応力が８９６ＭＰａで、その差が２６６ＭＰａとなっており、流量が１．０倍、１．５倍、２．０倍の場合に比べて、より最大値と最小値との差が小さくなっていることがわかる。よって、３．０倍の流量にした場合には、より適用範囲の広い長寿命なものになることがわかる。
なお、流量が１．０倍の場合は加工面の温度が２１０℃であり、流量が１．５倍の場合は加工面の温度が１３２℃であり、流量が２．０倍の場合は加工面の温度が８５℃であり、流量が３．０倍の場合は加工面の温度が４３℃であった。
【００２０】
（その他の事項）
上記では、残留圧縮応力付与加工としてローラバニシング加工を用いた場合を説明したが、ショットピーニング加工であっても同様に適用することができる。
また、上記では、冷却液を用いたが、これに限定するものではなく、可能であれば、冷却液に代えて冷却気体を用いてもよい。
さらに、ローラバニシング加工に鏡面ボールを用いたが、これに限定するものではなく、鏡面ローラを用いてもよい。また、材質として、セラミックスに限定するものではなく、加工する素材の表面よりも硬いものであればよく、例えば、高硬度の鋼であってもよい。
また、上記では、転がり摺動部材の材料として軸受鋼を用いたが、これに限定するものではなく、肌焼き鋼等のその他の合金鋼を用いてもよい。
なお、上記では、加工面を研磨しない場合について説明したが、必要に応じて研磨してもよい。残留圧縮応力の解放を抑制しているので、従来よりも研磨量を少なく済ますことができるという利点がある。
さらに、上記では、玉軸受用の内輪について説明したが、外輪であっても同様に適用することができる。また、転動体も同様にして製造することができる。さらに、玉軸受だけでなく、その他の各種のころ軸受、滑り軸受、一方向クラッチ等の転がり接触若しくは滑り接触または両接触を含む接触をする構成部材についても、同様に適用することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の転がり摺動部材の製造方法によれば、残留圧縮応力が小さい部分の発生を抑制できるので、その部分と最大剪断応力が作用する部分とが一致したとしても従来よりも長寿命な転がり摺動部材が得られる。上記の製造方法において、圧縮応力を解放する冷却として中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃を超え２００℃以下となる冷却を行う場合には、確実に残留圧縮応力が小さい部分の発生が抑制されて従来よりも長寿命な転がり摺動部材が得られる。
【００２２】
請求項３の転がり摺動部材の製造方法によれば、残留圧縮応力の極小値がなくなるので、残留圧縮応力の極小値と最大剪断応力が作用する部分とが一致して短寿命になるということがなく、従来以上に長寿命な転がり摺動部材が得られる。上記の製造方法において、圧縮応力の解放を抑制する冷却として中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が１００℃以下となる冷却を行う場合には、確実に残留圧縮応力が常に増大するようになるので、従来よりも長寿命な転がり摺動部材が得られる。また、上記の製造方法において、加工面における残留圧縮応力を６００ＭＰａ以上に設定するようにした場合には、非常に長寿命な転がり摺動部材が得られる。さらに、加工面における残留圧縮応力と残留圧縮応力が最大となる部分の残留圧縮応力との差を３００ＭＰａ以下に設定するようにした場合には、適用範囲の広い長寿命な転がり摺動部材が得られる。そして、圧縮応力の解放を抑制する冷却として中間素材の残留圧縮応力付与加工面の温度が５０℃以下となる冷却を行う場合には、従来よりも長寿命で適用範囲の広い転がり摺動部材が得られる。
【００２３】
上記した製造方法において、前記残留圧縮応力付与加工が、残留圧縮応力の最大値が８００ＭＰａ以上となる加工である場合には、顕著に寿命の改善効果が現れる。また、残留圧縮応力付与加工としてローラバニシング加工やショットピーニング加工を用いた場合には、より適用範囲の広いものが得られるという利点がある。
【００２４】
請求項６に記載の転がり摺動部材によれば、残留圧縮応力が小さい部分においても従来よりも高い残留圧縮応力が付与されているので、たとえその部分と最大剪断応力が作用する部分とが一致したとしても、内部起点剥離がより防止された長寿命な転がり摺動部材となる。
【００２５】
請求項７に記載の転がり摺動部材によれば、最大剪断応力が作用する部分の残留圧縮応力は接触面よりも確実に大きいので、内部起点剥離がより防止された長寿命な転がり摺動部材となる。上記の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面における残留圧縮応力が６００ＭＰａ以上に設定されている場合には、非常に長寿命な転がり摺動部材となる。また、上記の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面における残留圧縮応力と残留圧縮応力が最大となる部分の残留圧縮応力との差が３００ＭＰａ以下に設定されている場合には、適用範囲の広い長寿命な転がり摺動部材となる。
【００２６】
上記した転がり摺動部材において、前記残留圧縮応力の最大値が８００ＭＰａ以上である場合には、特に長寿命な転がり摺動部材となる。また、上記の転がり摺動部材において、相手部材との接触面が非研磨面の場合は、工程数減少によって安価な製品を提供できる。
【００２７】
請求項８に記載の転がり軸受によれば、特に疲労強度が要求される内輪、外輪、転動体として前記した長寿命な転がり摺動部材を用いているので、長期にわたって使用することが可能な転がり軸受となる。
【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例を示す模式的な工程図である。
【図２】ローラバニシング加工後における加工面からの各深さにおける残留圧縮応力を測定した結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１    環状素材
２    ブランク
２ａ  端面
２ｂ  外周
２ｃ  軌道
２ｄ  内周
３    中間素材
４    鏡面ボール
５    ノズル
【図１】
2004218815.tif 000003
【図２】
2004218815.tif 000004