(57)【要約】【課題】靭性が高く、しかも表面の耐圧痕性及び耐摩耗性に優れ、高面圧で異物が混入した潤滑油中での軸受寿命を向上させるが可能な軸受部品を得ることのできる転動装置部品の製造方法を提供する。【解決手段】高炭素クロム軸受鋼からなる軌道輪素材に焼入れを施し、次いで８０〜１３０℃の温度で軌道輪素材の焼戻しを行い、次いで軌道輪素材にショットピーニング加工を施した後、１８０〜２２０℃の温度で軌道輪素材の焼戻しを行って軌道輪を製造する。【選択図】  図１
2004339575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炭素クロム軸受鋼からなる転動装置用部品素材に焼入れを施して前記部品素材を硬化処理する焼入れ工程と、この焼入れ工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第一次焼戻し工程と、この第一次焼戻し工程の後に前記部品素材の所望部分に機械的表面硬化処理を施す機械的表面硬化処理工程と、この機械的表面硬化処理工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第二次焼戻し工程とを含むことを特徴とする転動装置部品の製造方法。
【請求項２】
前記部品素材は、前記第一次焼戻し工程において８０℃〜１３０℃の焼戻温度で焼戻されることを特徴とする請求項１記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項３】
前記部品素材は、前記第二次焼戻し工程において１８０℃〜２２０℃の焼戻温度で焼戻されることを特徴とする請求項１または２記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項４】
前記機械的表面硬化処理工程は、前記部品素材をショットピーニング加工する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項５】
前記機械的表面硬化処理工程は、前記転動装置の転動体素材にバレルピーニング処理を施す工程であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項６】
前記転動体素材にバレルピーニング処理を施す工程は、前記転動装置の転動体径の１５０〜２５０％の直径を有する多数の鋼球で前記転動体素材をバレルピーニング処理する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項７】
前記ショットピーニング加工により前記部品素材の残留オーステナイトをショットピーニング加工前の８０％以下に低下させると共に硬さをショットピーニング加工前よりＨｖ５０以上に向上させることを特徴とする請求項４記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項８】
鋼からなる転動装置部品素材に浸炭または浸炭窒化処理を施した後、前記転動装置部品素材に焼入れを施す焼入れ工程と、この焼入れ工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第一次焼戻し工程と、この第一次焼戻し工程の後に前記部品素材を機械的に表面硬化処理する機械的表面硬化処理工程と、この機械的表面硬化処理工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第二次焼戻し工程とを含むことを特徴とする転動装置部品の製造方法。
【請求項９】
前記機械的表面硬化処理工程は、前記転動装置の部品素材をバレルピーニング処理するバレルピーニング処理工程を含むことを特徴とする請求項８記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項１０】
前記部品素材の残留オーステナイト量を３〜３０ｖｏｌ％とし、かつ前記部品素材の最大圧縮応力を−５００〜−１３００ＭＰａとしたことを特徴とする請求項８または９記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項１１】
前記部品素材の残留オーステナイト量を、前記バレルピーニング処理工程前の残留オーステナイト量に対して４０〜８０％としたことを特徴とする請求項９記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項１２】
前記部品素材の表面硬さをＨｖ８００以上としたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項記載の転動装置部品の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の製造方法によって製造された転動装置部品を備えて構成されることを特徴とする転動装置。
【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、ボールねじ、リニアガイド等の転動装置の部品を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械などのトランスミッションやエンジン等で使用される玉軸受等の転がり軸受は、図１２に示されるように、内周面に転動体軌道溝１ａを有する外側軌道輪１と、この外側軌道輪１の転動体軌道溝１ａと対向する転動体軌道溝２ａを外周面に有する内側軌道輪２と、これら軌道輪１，２の転動体軌道溝１ａ，２ａ間に転動自在に配設された複数の転動体３とからなり、このような転がり軸受を例えば自動車のトランスミッション用軸受のように潤滑油中で使用する場合には、潤滑油中に摩耗粉等の異物が混入している場合でも軌道輪の表面、特に軌道溝表面に剥離（フレーキング）が早期に生じないようにする必要がある。
【０００３】
摩耗粉等の異物が混入していない清浄な潤滑油中で転がり軸受を使用した場合の軸受寿命は、通常、軌道溝表面の剪断応力位置からの内部起点による剥離に支配される。しかし、潤滑油中に異物が混入している場合には、軌道溝表面の圧痕を起点とした剥離や軌道溝表面の表面摩耗などに支配され、清浄な潤滑油中で使用した場合に比べ、軌道輪の疲労寿命が大きく低下する。従って、潤滑油中に異物が混入している場合の軸受寿命を延ばすためには、軌道溝表面の耐圧痕性や耐摩耗性に優れた軌道輪を得る必要がある。
【０００４】
上記のような異物混入潤滑下で使用される転がり軸受の軌道輪に関しては、靭性が高く且つ異物による圧痕や摩耗が生じ難いことが要求される。しかし、靭性を高くすることと硬さを高くすることは一般的には相反することであり、両方の性能が優れている軌道輪等の軸受部品を得ることは非常に困難である。そこで、靭性が高く且つ表面の耐圧痕性や耐摩耗性に優れた軌道輪等の軸受部品を得る方法として、高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品素材に焼入れを施し、次いで軸受部品素材の所望部分にショットピーニングを施して残留応力を付与し、残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させて硬さを高めた後、軸受部品素材に焼戻しを施す方法が特許文献１に開示されている。
【０００５】
自動車、農業機械、建設機械、鉄鋼機械などのトランスミッションやエンジン等に使用される転がり軸受の軸受材料としては、軸受鋼２種（ＳＵＪ２）等の各種の合金鋼が知られている。前記のような転がり軸受は、近年の機械の性能向上に伴う荷重の増大や軸受のサイズダウンにより軸受の負荷面圧が増大する傾向にあり、耐久寿命の改善が要求されている。また、転がり軸受は高面圧下で繰り返し剪断応力を受けるため、その剪断力に耐えられる転がり疲労寿命を確保する必要がある。転がり軸受の寿命を延ばすためには、転動体の表面硬さを所望の値にすると同時に、転動体の表面硬さと軌道輪の表面硬さに高低関係を付与することが重要である。何故なら、転がり軸受の使用条件が例えば高面圧であったり、油膜形成が不十分であったり、ラジアル荷重及びスラスト荷重の両方が作用したり、あるいは異物混入潤滑である場合には、軌道輪よりも先に転動体の表面にフレーキングが発生してしまうことからである。しかし、転動体の表面硬さが軌道輪の表面硬さより低い場合や両者の表面硬さが同等である場合には、早期剥離が転動体に集中的に生じ、軸受寿命を大きく低下させる。
【０００６】
そこで、軸受材料として高炭素クロム軸受鋼を用い、これを焼入れして焼戻す際に転動体の焼戻温度を１４０℃〜１４５℃、軌道輪の焼戻温度を１６０℃〜１８０℃に設定して焼戻すことで、転動体の表面硬さを軌道輪の表面硬さに比べてＨＲＣで１〜２程度高くし、転動体の表面硬さと軌道輪の表面硬さに高低関係を付与することで転がり軸受の寿命を向上させる従来例が知られている。
【０００７】
しかし、前述した従来例は、転動体の焼戻温度を軌道輪の焼戻温度より２０〜４０℃程度低い温度に抑えて焼戻しを行うことで、転がり軸受の長寿命化に必要な転動体と軌道輪との表面硬さの差を得ているため、転動体の表面硬さが向上する反面、焼戻し過程で付与すべき衝撃強度や繰り返し荷重に対する強度等に必要な粘靭性の向上が十分に行われない。このため、潤滑油中に存在する異物によって引き起こされる損傷箇所からクラックが発生し、それが起点となって早期フレーキングが生じ、転がり軸受の寿命を大きく低下させるなどの問題がある。また、転動体の焼戻温度を１４０℃〜１４５℃に抑えて焼戻しを行うと、転がり軸受を準高温または高温の条件で使用した際に残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、その結果、寸法変化や内部歪み等が生じ易くなり、軸受の寸法安定性を低下させるという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するために、高炭素クロム鋼、浸炭鋼、高温軸受用高速鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等からなる転動体素材の焼戻しを１８０℃〜２２０℃の温度で行って転動体を製造する方法が特許文献２に開示されている。また、特許文献３及び４には、軸受として必要な靭性を確保するために、残留オーステナイトを残しつつショットピーニングにより硬さを硬くして残留応力を発生される軸受部品の製造方法が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−１９５０６９号公報
【特許文献２】
特開平９−１７０６２４号公報
【特許文献３】
特開平５−１９５０７０号公報
【特許文献４】
特開平５−１６３５２６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された軸受部品の製造方法は、焼入れ後の軸受部品素材にショットピーニングを施してから焼戻しを施す方法であるため、ショットピーニング時に割れ等が軸受部品素材に発生したり、靭性が不足したりするなどの問題があった。また、特許文献１には軸受部品素材にショットピーニングを施す前に焼戻しを行う方法も開示されているが、この場合には十分に硬さが向上しないという問題があった。
【００１１】
特許文献２に開示された方法は、より厳しい条件下で使用される場合の耐久性が十分でないという問題があった。
特許文献３に開示された方法では、ショットピーニング処理時に割れが発生したり、靭性が足りずに使用時に破損したりする虞がある。
また、特許文献４に開示された方法も上記と同様の問題が起こる可能性があり、さらに条件を整えないと所望の硬さを十分に得られない場合があった。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、靭性が高く、しかも表面の耐圧痕性及び耐摩耗性に優れ、高面圧で異物が混入した潤滑油中での軸受寿命を向上させることが可能な転動装置部品を得ることのできる転動装置部品の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は靭性が高く、しかも表面の耐圧痕性及び耐摩耗性に優れ、高面圧で異物が混入した潤滑油中での軸受寿命を向上させることのできる転動装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明に係る転動装置部品の製造方法は、高炭素クロム軸受鋼からなる転動装置用部品素材に焼入れを施して前記部品素材を硬化処理する焼入れ工程と、この焼入れ工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第一次焼戻し工程と、この第一次焼戻し工程の後に前記部品素材の所望部分に機械的表面硬化処理を施す機械的表面硬化処理工程と、この機械的表面硬化処理工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第二次焼戻し工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の転動装置部品の製造方法において、前記部品素材が前記第一次焼戻し工程において８０℃〜１３０℃の焼戻温度で焼戻されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載の転動装置部品の製造方法において、前記部品素材が前記第二次焼戻し工程において１８０℃〜２２０℃の焼戻温度で焼戻されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の転動装置部品の製造方法において、前記機械的表面硬化処理工程が前記部品素材をショットピーニング加工する工程を含むことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の転動装置部品の製造方法において、前記機械的表面硬化処理工程が前記転動装置の転動体素材にバレルピーニング処理を施す工程であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５記載の転動装置部品の製造方法において、前記転動体素材にバレルピーニング処理を施す工程が、前記転動装置の転動体径の１５０〜２５０％の直径を有する多数の鋼球で前記転動体素材をバレルピーニング処理する工程を含むことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４記載の転動装置部品の製造方法において、前記ショットピーニング加工により前記部品素材の残留オーステナイトをショットピーニング加工前の８０％以下に低下させると共に硬さをショットピーニング加工前よりＨｖ５０以上に向上させることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明に係る転動装置部品の製造方法は、鋼からなる転動装置部品素材に浸炭または浸炭窒化処理を施した後、前記転動装置部品素材に焼入れを施す焼入れ工程と、この焼入れ工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第一次焼戻し工程と、この第一次焼戻し工程の後に前記部品素材を機械的に表面硬化処理する機械的表面硬化処理工程と、この機械的表面硬化処理工程の後に前記部品素材に焼戻しを施す第二次焼戻し工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８記載の転動装置部品の製造方法において、前記機械的表面硬化処理工程は、前記転動装置の部品素材をバレルピーニング処理するバレルピーニング処理工程を含むことを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項８または９記載の転動装置部品の製造方法において、前記部品素材の残留オーステナイト量を３〜３０ｖｏｌ％とし、かつ前記部品素材の最大圧縮応力を−５００〜−１３００ＭＰａとしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項９記載の転動装置部品の製造方法において、前記部品素材の残留オーステナイト量を、前記バレルピーニング処理工程前の残留オーステナイト量に対して４０〜８０％としたことを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれか１項記載の転動装置部品の製造方法において、前記部品素材の表面硬さをＨｖ８００以上としたことを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明に係る転動装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の製造方法によって製造された転動装置部品を備えて構成されることを特徴とする。
本発明者らは、ショットピーニング処理の作用及び効果について詳細に研究を行った結果、転がり疲労寿命の向上に最も効果がある方法を見出した。
【００２１】
ショットピーニング工程によって軸受部品素材の表層部に存在する残留オーステナイトをマルテンサイトに加工誘起変態させて軸受部品素材の表面硬さを向上させる。このとき得られるマルテンサイト組織は、熱処理時すなわち焼入れ時に得られるマルテンサイト組織に比べ非常に微細であるばかりでなく、高密度の転位が導入される。このような組織は非常に硬いだけでなく、疲労強度や転がり疲れ寿命にとって非常に有用な組織である。そして、異物による圧痕や摩耗が生じ難い。しかも、ショットピーニング工程によって軸受部品素材の表層部に残留圧縮応力が付与されるため、軸受部品素材の表面に圧痕が生じた場合でも圧痕を起点とする亀裂の進展を抑えられる。また、ショットピーニングによって軸受部品素材の表層部に存在する残留オーステナイトだけをマルテンサイトに変態させるため、軸受部品素材の表層部より内方の部分には残留オーステナイトが存在し、軸受として必要な靭性を確保できる。
【００２２】
ショットピーニング工程の前後には、軸受部品素材の焼戻しを行う。ショットピーニング工程の前に焼戻しを行う理由は、焼入れによる靭性の減少を回復させるためであり、これにより軸受部品素材に割れ等がショットピーニング時に発生することを防ぐことができる。ただし、ショットピーニング加工時の割れ等を防ぐための焼戻しなので、仕上げ前の焼戻温度より低い温度で焼戻しを行う。
【００２３】
ショットピーニング工程の後に焼戻しを行う理由は、ショットピーニングで低下した軸受部品素材の靭性を向上させ、残留応力のむらを除くためである。この焼戻しにより軸受部品素材の組織が均一となり、転がり軸受の寿命を向上させることができる。ショットピーニング工程において軸受部品素材の表層部に付与された残留圧縮応力が、その後の焼戻し工程により一部緩和されて安定する。このため、ショットピーニング工程において付与する残留圧縮応力は、最終的な目標値より少し高くしておくことが望ましい。また、ショットピーニング加工によって硬化処理された表層部の硬さも、その後の焼戻し工程によって少し低下するので、ショットピーニング工程において硬さを最終的な目標値より少し高くしておくことが望ましい。
【００２４】
軸受部品の表層部に存在する残留オーステナイトが２０体積％を越えると、十分な表面硬さや残留圧縮応力を得られなくなる。従って、軸受部品素材をショットピーニングする際には、軸受部品素材の表層部に存在する残留オーステナイトが実質的に２０体積％以下となるように、ショットピーニングを行うことが望ましい。
【００２５】
軸受部品表層部の最大残留圧縮応力が−５００ＭＰａを下回ると、軸受寿命を十分に延ばすことができなくなる。また、最大残留圧縮応力が−１３００ＭＰａを上回ると、ショットピーニングの際に軸受部品素材の消耗が激しく、処理時間も長くなり、コストアップにつながることがある。従って、軸受部品素材をショットピーニングする際には、素材表層部の最大残留圧縮応力が−５００〜−１３００ＭＰａとなるように、ショットピーニングを行うことが望ましい。
【００２６】
軸受部品の表面硬さがＨｖ８００を下回ると、異物による圧痕が発生しやすくなり、軸受の寿命向上を期待できなくなる。また、軸受部品の表面硬さがＨｖ１０００を上回ると、軸受部品の靭性が低下する。従って、軸受部品素材をショットピーニングする際には、軸受部品素材の表面硬さがＨｖ８００〜Ｈｖ１０００となるように、ショットピーニングを行うことが望ましい。
【００２７】
本発明者らは、バレルピーニングの作用、効果について詳細に研究を行なった結果、転がり疲れ寿命の向上に最も効果がある方法を見出した。すなわち、従来、バレルピーニングは焼入焼戻しの後に行なっていたが、これを焼入れ後に行なうことにより得られる効果が増大する。これはバレルピーニング処理は転動体の表層部に存在する残留オーステナイトを加工誘起変態によりマルテンサイト組織に変態させるが、そのとき得られるマルテンサイト組織は熱処理時すなわち焼入れ時に得られるマルテンサイト組織に比べ、非常に微細であるばかりでなく、高密度の転位が導入される。このような組織は、非常に硬いだけでなく、疲労強度、すなわち転がり疲れにとって非常に有用な組織である。このような加工誘起変態によるマルテンサイト組織が多いほど疲労強度に有利になってくる。そのためには、ショットピーニング処理前の残留オーステナイト量は多いほどよい。焼戻し前にショットピーニングを行なったものは、焼戻し後にショットピーニングを行なったものよりも加工硬化により生成されるマルテンサイト組織の割合が多く、疲労強度向上効果が得られる。
【００２８】
転動体素材にバレル法ピーニングを施す際、製造しようとする転動体径の１５０〜２５０％の直径を有する多数の鋼球を研磨材として鋼製バレル容器内に入れてバレルピーニング処理を行うと、ピーニングの効果がより有効に作用する。すなわち、異なる径の鋼球がバレル容器内でぶつかり合うことで、ピーニングの効果が大きな径の鋼球側にはより表面側に、小さな径の鋼球側にはより内面側に現われる。また、大きな径の鋼球とぶつかり合うことで、より大きな残留応力を得ることができる。軸受の鋼球においては、より表面近傍の鋼のミクロ組織を微細で、高転位密度にすることにより長寿命効果を得ることができる。
【００２９】
なお、焼入れ後にピーニングを行なうと、割れが発生する可能性が高い。そのため、焼入れ後に低温焼戻し、すなわち１３０℃以下で焼戻しを行なうことによりピーニング割れを防ぐことができる。この場合、低温焼戻しによる残留オーステナイトの変態はほとんど見られず、本発明の効果を十分に得ることが出来る。ここで従来の方法との違いについて詳述する。軸受用転動体表面を硬化する方法としては、特公平１−１２８１３号公報に代表的な方法が開示されている。すなわち、この方法は焼入鋼からなる鋼球に対して焼入焼戻を行った後、バレル処理を行い、鋼球表面を硬化する方法である。
【００３０】
また、本発明者らは、熱処理とショットピーニング処理の作用及び効果について詳細に研究を行った結果、転がり疲労寿命の向上に最も効果がある方法を見出した。特に、少なくとも軌道面に浸炭または浸炭窒化を施し、軌道面の炭素含有率と窒素含有率を上げることで、軌道面に炭素及び窒素の固溶強化作用と窒素の焼戻し軟化抵抗性を付与することができ、表面硬さを向上させることができる。このため、軌道輪をショットピーニング後に通常焼戻し温度（１８０〜２２０℃）で焼戻しても、軌道輪に必要な表面硬さと靭性の向上を付与することができる。
【００３１】
また、浸炭窒化は、被浸炭窒化材に炭素と窒素が固溶するため、例えば、浸炭等に比べて、固溶強化作用の効果が大きい。さらに、窒素は焼戻し軟化抵抗性を有するものであり、被浸炭窒化材の表面をより硬くすることができる。また、例えば高温で軸受を焼戻しでき、常温での使用は勿論のこと、準高温〜高温（１００〜２００℃）下で前記軸受を使用しても、寸法安定性、長寿命化が損なわれることがない。
なお、浸炭窒化に際しては、表面硬化層の固溶窒化量が上記の範囲に収まるとともに、表面炭素固溶量が１．２〜１．６重量％となるように、炭素及び窒素を固溶させることが好ましい。
【００３２】
ショットピーニング工程によって軸受部品素材の表層部の残留オーステナイトをマルテンサイトに加工誘起変態させて硬さを高める。このとき得られるマルテンサイト組織は、熱処理時、すなわち焼入れ時に得られるマルテンサイト組織に比べ、非常に微細であるばかりでなく、高密度の転移が導入されるのである。このような組織は非常に硬いだけでなく、疲労強度、転がり疲労にとって非常に有用な組織なのである。そして、異物による圧痕や摩耗が生じにくい。しかも、ショットピーニング工程によって表層部に残留圧縮応力を付与するので、圧痕が生じた場合でも、これを起点とする亀裂の進展が抑えられる。また、ショットピーニングによって表層部の残留オーステナイトだけをマルテンサイトに変態させるので、表層部より内側の部分には残留オーステナイトが存在し、軸受として必要な靭性が得られる。これらのことから、ショットピーニング時にはできるだけ多くの残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させることが望ましい。
【００３３】
充分な硬さと残留圧縮応力を得るために、本発明者らは鋭意研究を重ねた。その結果、ショットピーニングにより残留オーステナイトを加工前の８０％以下に下げ、硬さを加工前よりＨｖ５０以上上げると、軸受性能が特に良くなることが分かった。ここで、残留オーステナイトを加工前の８０％以下に下げる理由は、８０％を越える場合、充分な硬さや残留圧縮応力の発生を得られないからある。また、過度の残留オーステナイトは使用時の変形の恐れがある。硬さを加工前よりＨｖ５０以上上げる理由は、充分な硬さを得るためである。硬さを上げないと、圧痕の発生を抑制することが難しい。
【００３４】
ショットピーニング工程の前後には焼戻しを行う。焼入れ後、ショットピーニング前に焼戻しを行うのは、焼入れによる靭性の減少を回復させるためである。この焼戻しにより、ショットピーニング加工時の割れを防ぐことができる。ただし、ショットピーニング加工のための焼戻しなので、仕上げ前の焼戻しほど温度を上げずに行う。これは、焼戻しによる残留オーステナイトの減少を防ぐためである。ＳＵＪ２では８０〜１３０℃が適当である。
【００３５】
同様に、ショットピーニング後、仕上げ工程前に焼戻しを行う理由は、靭性を向上させ、残留応力のむらを除くためである。この焼戻しにより、仕上げた製品の組織が均一となり、長寿命になる。ショットピーニング工程において軸受部品表層部に付与された残留圧縮応力が、その後の焼戻し工程により一部緩和されて安定する。このため、ショットピーニング工程において付与する残留圧縮応力は、最終的な目標値より少し高くしておく。また、ショットピーニング工程において高められた表層部の硬さも、その後の焼戻し工程によって少し低下するので、ショットピーニング工程において硬さを最終的な目標値より少し高くしておく。
【００３６】
なお、残留オーステナイトは実質的に３ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下が望ましい。３％に満たないと耐圧痕性に劣るからである。３０ｖｏｌ％を越えると十分な表面硬さや残留圧縮応力が得られないからである。
最大残留圧縮応力を−５００〜−１３００ＭＰａにする理由は、−５００ＭＰａを下回ると十分な軸受寿命向上が得られないためであり、また、−１３００ＭＰａを上回ると、ショットピーニング工程の際にショット粒の消耗が激しく、処理時間も長くなりコストアップとなるからである。また、高負荷が作用した場合、鋼にさらなる大きな圧縮が加わり、変形、破損を起こす可能性があるからである。
さらに、硬さをビッカース硬さでＨｖ８００〜１０００の範囲内にする理由は、Ｈｖ８００を下回ると、表層部での圧痕の発生抑止効果が十分でなく、軸受寿命の向上がみられないからであり、また、Ｈｖ１０００を上回ると靭性が低下するためである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を軸受軌道輪の製造方法に適用した一実施形態を示す図であり、同図に示すように、本実施形態では、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼を鍛造および旋削加工して得られた軌道輪素材を８２０℃〜９００℃の温度で焼入れした後（焼入れ工程Ｓ１）、軌道輪素材に対して８０℃〜１３０℃の温度で焼戻しを行う（第一次焼戻し工程Ｓ２）。次に、軌道輪素材の表層部（転動体の直径をａｍｍとしたとき軌道輪素材の表面から０．０５ａｍｍの深さを持つ層）に−５００〜−１３００ＭＰａの残留圧縮応力が付与され且つ表層部の残留オーステナイトが実質的に２０ｖｏｌ％以下となるように、軌道輪素材を図３に示す装置でショットピーニング加工した後（ショットピーニング工程Ｓ３）、軌道輪素材に対して１８０℃〜２２０℃の温度で高温焼戻しを行う（第二次焼戻し工程Ｓ４）。なお、軌道輪素材に高温焼戻しを施した後は、研磨仕上げ加工を軌道輪素材に施す。
【００３８】
ここで、焼入された軌道輪素材の焼戻しをショットピーニングの前に行う理由は、焼入れによる靭性の低下を回復させて軌道輪素材に割れ等がショットピーニング時に発生することを防ぐためである。また、軌道輪素材の第一次焼戻温度を８０〜１３０℃とした理由は、第一次焼戻温度が８０℃を下回ると焼入れによって低下した靭性を十分に回復させることができなくなり、また第一次焼戻温度が１３０℃を越えると残留オーステナイトの分解が進んでしまうためである。従って、ショットピーニング前の焼戻しは、図２に示されるように、８０℃〜１３０℃の範囲内で行うことが望ましい。
【００３９】
ショットピーニング後の軌道輪素材に焼戻しを行う理由は、軌道輪素材の靭性を向上させて残留応力のむらを除くためである。このとき、軌道輪素材の焼戻温度が１８０℃を下回ると軸受の寸法安定性が低下し、また焼戻温度が２２０℃を越えると硬さが低下してしまい、寿命が短くなってしまう。従って、ショットピーニング後の焼戻しは、図２に示されるように、１８０℃〜２２０℃の範囲内で行うことが望ましい。
【００４０】
図３は、軌道輪素材のショットピーニング加工に使用されるショットピーニング加工装置の一例を示す図である。同図に示されるショットピーニング加工装置は、ショット粒３１が充填された加圧タンク３２と、この加圧タンク３２に加圧空気を供給する加圧空気供給管３３と、加圧タンク３２内に供給された空気を排気する排気管３４と、加圧タンク３２の下部に配設され、加圧空気供給管３３の分岐管３５からの圧縮空気とショット粒３１とを混合するミキサ３６と、ショット３７を先端のノズル３８から被処理物表面に投射するホース３９と、加圧タンク３２内にシャッタ４０を介してショット粒３１を供給するホッバ４１と、分岐管３５の途中に設けられ、ショット粒３１の投射速度を調整するための空気圧を調整可能なバルブ４２とから構成されており、本実施例では、ショット粒として平均粒径：０．７２ｍｍ、平均硬さ：ＨＲＣ６１の鋼球を使用した。そして、ショット粒３１のショット投射速度が３２〜１２０ｍ／ｓｅｃ．（平均投射速度：８０ｍ／ｓｅｃ．）となるように、軌道輪素材に対してショットピーニング処理を行った。
上述した方法で製造された軌道輪の仕上り硬さ、最大残留応力、及び残留オーステナイト量（γＲ）を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2004339575.tif 000003
【００４２】
表１において、実施例１〜５は軌道輪素材に対して焼戻しをショットピーニング前とショットピーニング後に１回ずつ行って製造された軌道輪を示している。また、比較例１は軌道輪素材に対してショットピーニングを行わずに製造された軌道輪、比較例２は軌道輪素材に対して焼戻しをショットピーニング前に行って製造された軌道輪、比較例３は軌道輪素材に対して焼戻しをショットピーニング後に行って製造された軌道輪をそれぞれ示している。
【００４３】
図４は図１に示した方法で製造された軌道輪（例えば表１の実施例２）の表層部の硬さ特性を示す線図であり、同図に示されるように、軌道輪素材に対してショットピーニング処理を行うと軌道輪表面の硬さが非常に硬くなる。従って、異物が混入した潤滑油中で使用しても軌道輪の転動体軌道溝に圧痕等が発生し難くなり、軌道輪表面の傷や圧痕を起点とする亀裂の発生を防止することができる。
【００４４】
図５は図１に示した方法で製造された軌道輪（例えば表１の実施例２）の表層部における残留圧縮応力特性を示す線図であり、同図に示されるように、軌道輪素材に対してショットピーニング処理を行うと軌道輪の表層部に残留圧縮応力が付与され、この残留圧縮応力によって亀裂の進展が抑制される。従って、軌道輪の表面に発生した圧痕を起点とする亀裂が軌道輪に発生しても亀裂の進展を抑制することができ、異物が混入した潤滑油中での転がり軸受の寿命を延ばすことができる。また、ショットピーニングによって軌道輪表層部の残留オーステナイトだけがマルテンサイトに変態する。従って、軌道輪の表層部よりも内方の部分には残留オーステナイトが存在するので、軸受として必要な靭性を確保することができる。
【００４５】
本発明者らは、表１に示した軌道輪（実施例１〜５及び比較例１〜３）を使用して玉軸受（型番６２０６、外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍｍ）を作成し、使用試験機名：日本精工（株）製回転試験機、回転数：４０００ｍｉｎ−１、負荷荷重：７０００Ｎ、潤滑：異物入り潤滑の試験条件にて各玉軸受の寿命転試験を行った。そして、各玉軸受の軌道輪に剥離が生じるまでの時間を軸受寿命として測定し、比較例１の軸受寿命を１として各玉軸受の軸受寿命を比較評価した。その評価結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
2004339575.tif 000004
【００４７】
表２に示されるように、実施例１〜３の軌道輪は表層部の硬さおよび最大残留圧縮応力が高く、寿命比が比較例１の軌道輪に比べて８〜１１倍以上になっている。比較例２については、寿命比が比較例１の３倍になっているが、実施例１〜５に比べて靭性が低いため、軸受寿命の向上度合も小さい。比較例３は軌道輪の表面にクラックがショットピーニング時に生じたため、使用不可能であった。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、転がり軸受の軌道輪を製造する際に軌道輪素材に対して焼戻しをショットピーニング前とショットピーニング後に行うことにより、軌道輪素材に割れ等がショットピーニング時に発生したり、転がり軸受として必要な靭性が不足したりすることを抑制できる。従って、異物が混入した潤滑油中でも圧痕等の生じ難い耐久性に優れた軌道輪を得ることができる。
【００４９】
次に図６乃至図１１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は本発明を軸受用転動体の製造方法に適用した一実施形態を示す図であり、同図に示すように、本実施形態では、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなるコイル状の線材を打出し機で一定の長さに切断し、切断された線材を常温で圧縮成形加工して得られた転動体素材を８２０℃〜９００℃の温度で焼入れした後（焼入れ工程Ｓ１１）、転動体素材に対して８０〜１３０℃の温度で焼戻しを行う（第一次焼戻し工程Ｓ１２）。次に、転動体素材を図９に示す装置でバレルピーニングした後（バレルピーニング工程Ｓ１３）、転動体素材に対して１８０℃〜２２０℃の温度で高温焼戻しを行う（第二次焼戻し工程Ｓ１４）。なお、転動体素材に高温焼戻しを施した後は、転動体素材に対して研磨仕上げを行う。
【００５０】
このような方法で転がり軸受の転動体を製造すると、表面硬さがＨｖ８００〜Ｈｖ１０００、表層部の残留オーステナイトが３０体積％以下、表層部の残留圧縮応力が−５００ＭＰａ以上−１０００ＭＰａ未満の転動体を得ることができる。
ここで、転動体の表面硬さをＨｖ８００以上とする理由は、転動体の表面硬さがＨｖ８００を下回ると圧痕の発生を抑制する効果が十分でなくなり、軸受寿命の向上に寄与しないためである。また、転動体の表面硬さをＨｖ１０００以下とする理由は、表面硬さがＨｖ１０００を上回ると靭性が低下するためである。さらに、転動体表層部の残留オーステナイトを３０体積％以下とする理由は、転動体表層部の残留オーステナイトが３０体積％を越えると十分な硬さが得られないためである。さらにまた、転動体表層部の残留圧縮応力を−１３００ＭＰａ以上−５００ＭＰａ以下とする理由は、転動体表層部の残留圧縮応力が−１３００ＭＰａ未満であると表層部より深い深層部に発生する引張応力が大きくなって軸受寿命が短くなり、−５００ＭＰａを越えると十分な寿命延長効果を得られないためである。
【００５１】
また、転動体素材の第一次焼戻温度を８０〜１３０℃とした理由は、第一次焼戻温度が８０℃を下回ると焼入れによって低下した靭性を十分に回復させることができなくなり、また第一次焼戻温度が１３０℃を越えると焼戻し時に残留オーステナイトが分解してしまうためである。従って、バレルピーニング処理前の焼戻しは、図７に示されるように、８０℃〜１３０℃の範囲内で行うことが望ましい。
さらに、第二次焼戻し工程において転動体素材の焼戻温度が１８０℃を下回ると寸法安定性が低下し、また焼戻温度が２２０℃を越えると硬さが低下して寿命が短くなってしまう。従って、バレルピーニング処理後の焼戻しは、図８に示されるように、１８０℃〜２２０℃の範囲内で行うことが望ましい。
【００５２】
図９は転動体素材をバレル処理するときに用いる回転バレル装置の一例を示す図であり、同図に示される回転バレル装置を用いて転動体素材をバレル処理するときには、先ず、焼入焼戻しが施された多数の転動体素材１３を正多角形状の鋼製バレル容器１１内に投入すると共に、製造する転動体の直径（例えば直径：９．５２５ｍｍ）に対して１５０〜２５０％の直径（例えば直径：１９．０５０ｍｍ）を有する多数の鋼球１２を供材として鋼製バレル容器１１内に投入した後、鋼製バレル容器１１を回転させる。このとき、バレル容器１１内に投入された転動体素材１３のうちバレル容器１１内の上部に位置する転動体素材１３は重力落下し、バレル容器１１内の下部に位置する転動体素材１３や鋼球１２に衝突することによってボールピーニングされる。
【００５３】
上述した方法で製造された転動体の表面硬さ、残留オーステナイト、残留圧縮応力の各測定値を表３に示す。なお、残留オーステナイトの測定は転動体の表面を３０μｍまで電解研磨した後に行った。また、残留応力の測定は転動体の表面を３０μｍづつ電解研磨した後に行い、転動体の表面から４８０μｍまでを測定した。
【００５４】
【表３】
2004339575.tif 000005
【００５５】
表３において、実施例１１〜１６は焼入温度：８２０℃〜９００℃、第一次焼戻温度：８０℃〜１３０℃、第二次焼戻温度：１８０℃〜２２０℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８５０〜Ｈｖ１０００、残留オーステナイト：２０体積％以下、残留圧縮応力：−５００〜−１３００ＭＰａ）を示している。また、比較例１１は焼入温度：８６０℃、第一次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８４０〜Ｈｖ８６０、残留オーステナイト：６〜９体積％以下、残留圧縮応力：−６００〜−８００ＭＰａ）、比較例１２は焼入温度：８６０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８８０〜Ｈｖ９３０、残留オーステナイト：４〜７体積％以下、残留圧縮応力：−７１０〜−９１０ＭＰａ）、比較例１３〜１６は焼入温度：８６０℃、第一次焼戻温度：１５０〜１８０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８５０〜Ｈｖ９８０、残留オーステナイト：５〜１０体積％以下、残留圧縮応力：−６５０〜−９００ＭＰａ）をそれぞれ示している。
【００５６】
本発明者らは、表３に示した転動体（実施例１１〜１６及び比較例１１〜１６）を使用して玉軸受（型番６２０６、外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍｍ）を作成し、回転数：４０００ｍｉｎ−１、ラジアル負荷荷重：７０００Ｎ、潤滑油：タービン油（ＶＧ６８）の試験条件にて各玉軸受の回転試験を行った。そして、各玉軸受の転動体に剥離が生じるまでの時間を測定し、ワイブルチャート図を用いて各玉軸受の９０％残存寿命（Ｌ１０）を求めた。その結果を表３に併記する。なお、軌道輪にはＳＣｒ４２０を使用し、浸炭窒化処理を行なったものを使用した。また、潤滑油には予めステンレス鋼からなる鉄粉（３５μｍ以下の大きさ）を混入させ、潤滑油中の鉄粉をパーティクルカウンタで測定した。
【００５７】
表３に示されるように、実施例１１〜１６のＬ１０は、比較例１１〜１３のＬ１０に比べて３〜９倍の高い数値を示している。また、各玉軸受のＬ１０は表３に示される表面硬さ、残留オーステナイト、残留応力の値から得られる差だけでは推定できないものであり、この寿命差は加工誘起変態による非常に微細なマルテンサイト組織の存在と高密度の転位の導入によるものである。
【００５８】
比較例１２の転動体は、仕上げ検査の際に発見できなかった非常に小さいクラックが転動体表面に存在し、このクラックが進展して剥離に至ったため、寿命値が短いものとなった。比較例１４の転動体はピーニングの際に直径１９．０５０ｍｍの鋼球の代わりに直径１１．１１２ｍｍの鋼球をバレル容器内に入れて製造されたものであり、この場合、製造対象の転動体（直径９．５２５ｍｍ）に対して相手の鋼球（直径１１．１１２ｍｍ）が十分に大きくなくピーニングの効果が得られなかった。比較例１５の転動体は直径１９．０５０ｍｍの鋼球の代わりに直径２５．００３ｍｍの鋼球をバレル容器内に入れて製造されたものであり、この場合、製造対象の転動体（直径９．５２５ｍｍ）に対して相手の転動体（直径２５．００３ｍｍ）との差が大きいため、ピーニングの効果が得られなかった。比較例１６の転動体は、ピーニングの際に異なるサイズの鋼球を入れなかったものである。
【００５９】
転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に径の異なる鋼球をバレル容器内に投入しないでバレル処理を行って得られた転動体（表３の比較例１６）の残留圧縮応力特性を図１０に、また転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に製造しようとする転動体径の１５０〜２５０％の直径を有する鋼球をバレル容器内に投入してバレル処理を行って得られた転動体（表３の実施例４）の残留圧縮応力特性を図１１にそれぞれ示す。
【００６０】
図１０に示されるように、転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に径の異なる鋼球をバレル容器内に投入しないでバレルピーニング処理を行うと、残留圧縮応力のピーク値が存在する位置（転動体表面から２８０μｍの深さ位置）よりも表面側では残留圧縮応力の値が小さくなっていることがわかる。これに対し、転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に製造しようとする転動体径の１５０〜２５０％の直径を有する鋼球を研磨材としてバレル容器内に投入してバレルピーニング処理を行うと、図１１に示されるように、残留圧縮応力のピーク位置より表面側の浅い位置であっても−８００ＭＰａ程度の残留圧縮応力が得られることがわかる。
【００６１】
以上の説明から明らかなように、高炭素クロム軸受鋼からなる転動体素材に焼入焼戻しを施し、次いで転動体素材をバレル処理した後、１８０℃〜２２０℃の温度で焼戻しを施すと、バレルピーニング処理で低下した転動体素材の靭性を向上させることができる。従って、軌道輪素材に割れ等がショットピーニング時に発生したり、転がり軸受として必要な靭性が不足したりすることを抑制でき、異物が混入した潤滑油中でも圧痕等の生じ難い耐久性に優れた転動体を得ることができる。
【００６２】
次に図１３乃至図１５を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１３は本発明を軸受軌道輪の製造方法に適用した一実施形態を示す図であり、同図に示すように、本実施形態では、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼やＳＣｒ４４０などの軌道輪材料を鍛造および旋削して得られた軌道輪素材に浸炭窒化または浸炭焼入れを行い（硬化工程Ｓ２１）、さらに焼入れによって生じた残留オーステナイトの分解を抑制するために、８０℃〜１３０℃の温度で焼戻しを行った後（焼戻し工程Ｓ２２）、図３に示すショットピーニング装置を用いて軌道輪素材にショットピーニングを行う（ショットピーニング工程Ｓ２３）。ここで、軌道輪素材にショットピーニングを行う理由は、軌道輪素材に残留圧縮応力を付与し、残留オーステナイトをマルテンサイトに変態させて表面硬さを向上させるためであり、ショットピーニングを行った後は、軌道輪素材に対して１８０℃〜２２０℃の温度で高温焼戻しを行う（第二次焼戻し工程Ｓ２４）。なお、軌道輪に高温焼戻しを施した後は、軌道輪素材に対して仕上げ加工を施す。
【００６３】
このような方法で軸受軌道輪を製造すると、軌道輪の転動体軌道面から深さ０．０５ａ（ａ：転動体の直径）ｍｍ程度の範囲の表層部に−５００〜−１３００ＭＰａの残留圧縮応力が付与されると共に表層部の残留オーステナイトが実質的に３〜３０ｖｏｌ％になり、また表層部の硬さがＨｖ８００〜１０００になるので、異物が混入した潤滑油中でも耐圧痕性および耐摩耗性に優れた軸受軌道輪を得ることができる。
図１３に示した方法で製造された軌道輪の表層部における仕上り硬さ、最大残留応力、残留オーステナイト量を表４に示す。
【００６４】
【表４】
2004339575.tif 000006
【００６５】
表４において、実施例２１〜２６および比較例２１〜２６の各軌道輪は、いずれもＳＵＪ２またはＳＣｒ４４０からなるものである。また、実施例２１〜２６の各軌道輪は図１２に示した方法で製造されたものであるが、比較例２１はショットピーニングを行わずに通常の焼入れ焼戻しで製造された軌道輪、比較例２２は浸炭窒化または浸炭焼入れを行わずに製造された軌道輪、比較例２３はショットピーニング後に第二次焼戻しを行わずに製造された軌道輪、比較例２４はショットピーニングの前に焼戻しを行わずに製造された軌道輪、比較例２５及び２６はショットピーニング後に第二次焼戻しを行わずに製造された軌道輪である。
【００６６】
図１４及び図１５に、実施例２１の表層部における残留圧縮応力とビッカース硬さを測定した結果を示す。表４及び図１５から明らかなように、実施例２１の軌道輪は、比較例２１のものと比較して、表層部の硬さがＨｖ８５０〜Ｈｖ８７０と非常に硬いので、異物が混入した潤滑油中で使用しても異物による表面圧痕の発生を抑制することができる。また、表４及び図１４から明らかなように、実施例２１の軌道輪は、比較例２１のものと比較して、表層部の残留圧縮応力が−１１５０〜−１２００ＭＰａと非常に高いので、潤滑油中の異物によって表面に圧痕が発生した場合でも圧痕を起点とする亀裂の発生を防止することができる。また、ショットピーニングによって表層部の残留オーステナイトだけをマルテンサイトに変態させるので、表層部より内側の部分には残留オーステナイトが存在し、軸受として必要な靭性を確保することができる。
【００６７】
本発明者らは、表４に示した軌道輪（実施例２１〜２６および比較例２１〜２６）を使用して深溝玉軸受（型番６２０６、外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍｍ）を作成し、使用試験機名：日本精工（株）製回転試験機、回転数：２０００ｍｉｎ−１、ラジアル負荷荷重：６２４０Ｎ、潤滑：異物入り潤滑の試験条件にて各玉軸受の寿命転試験を行った。そして、各玉軸受の軌道輪に剥離が生じるまでの時間を軸受寿命として測定し、ワイブルチャート図を用いて各玉軸受の９０％残存寿命（Ｌ１０）を求めた。その結果を表５に示す。なお、潤滑油には予めステンレス鋼からなる鉄粉（３５μｍ以下の大きさ）を混入させ、潤滑油中の鉄粉をパーティクルカウンタで測定した。
【００６８】
【表５】
2004339575.tif 000007
【００６９】
表５から明らかなように、実施例２１〜２６の各軌道輪は、表層部硬さおよび最大残留圧縮応力が高く、適当な残留応力があり、寿命比が比較例２１の７〜１１倍以上になっている。比較例２２〜２６については、寿命比が比較例２１の２〜３倍になっているが、実施例２１〜２６に比べて靭性が低いため、寿命の向上の度合も小さい。なお、比較例２４は、ショットピーニングで表面にクラックが生じていて使用不可能であった。
【００７０】
したがって、浸炭窒化または浸炭焼入れされた軌道輪素材に８０℃〜１３０℃の温度で焼戻しを施し、次いでショットピーニングを行った後、軌道輪素材に１８０℃〜２２０℃の温度で焼戻しを施すことで、耐圧痕性および耐摩耗性に優れた軌道輪を得ることができる。
図１６は本発明を軸受転動体の製造方法に適用した一実施形態を示す図であり、本実施形態では、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなるコイル状の線材を打出し機で一定長さに切断し、切断された線材を常温で圧縮成形して得られた転動体素材に対して８２０℃〜９００℃の温度で浸炭または浸炭窒化を行った後、焼入れを行なう（焼入工程Ｓ３１）。次に、焼入れされた転動体素材に１３０℃以下の温度で低温焼戻しを行った後（焼戻し工程Ｓ３２）、転動体素材にバレルピーニングを施す（バレルピーニング工程Ｓ３３）。
【００７１】
具体的には、図９に示す正多角形状の鋼製バレル容器１１内に焼入れ後の転動体素材（鋼球）１３を投入するとともに、製造する転動体の直径（例えば直径：９．５２５ｍｍ）に対して１５０〜２５０％の直径（例えば直径：１９．０５０ｍｍ）を有する多数の鋼球１２を供材として鋼製バレル容器１１内に投入する。そして、鋼製バレル容器１１を回転させ、バレル容器１１内に投入された転動体素材１３の表面に鋼球１２を衝突させて転動体素材１３の表面を表面硬化処理する。そして、転動体素材の表面をバレルピーニング法で表面硬化処理したならば、次に転動体素材に対して１８０℃〜２２０℃の温度で高温焼戻しを行い（焼戻し工程Ｓ３４）。なお、転動体素材に高温焼戻しを施した後は、転動体素材に対して研削および研磨仕上げを行なう。
このような方法で製造された転動体の仕上り硬さ、最大残留応力、残留オーステナイトを表６及び表７に示す。
【００７２】
【表６】
2004339575.tif 000008
【００７３】
【表７】
2004339575.tif 000009
【００７４】
表６及び表７において、実施例３１〜４２は浸炭焼入温度：８２０℃〜９６０℃、第一次焼戻温度：１１０℃〜１２０℃、第二次焼戻温度：１８０℃〜２２０℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８３０〜Ｈｖ１０００、残留オーステナイト：２０体積％以下、残留圧縮応力：−５００〜−１０００ＭＰａ）を示している。また、比較例３１は浸炭焼入温度：９５０℃、第一次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ８２０〜Ｈｖ８６０、残留オーステナイト：１５〜２０体積％、残留圧縮応力：−６２０〜−７８０ＭＰａ）、比較例３２は浸炭焼入温度：９５０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ９７０〜Ｈｖ１０１０、残留オーステナイト：２１〜２６体積％、残留圧縮応力：−９００〜−９８０ＭＰａ）、比較例３３〜３６は浸炭焼入温度：９５０℃、第一次焼戻温度：１１０〜１８０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ９２０〜Ｈｖ９８０、残留オーステナイト：１５〜２８体積％以下、残留圧縮応力：−５７０〜−８５０ＭＰａ）、比較例３７は浸炭焼入温度：８６０℃、第一次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ７８０〜Ｈｖ８３０、残留オーステナイト：１６〜２２体積％、残留圧縮応力：−４８０〜−５３０ＭＰａ）、比較例３８は浸炭焼入温度：８６０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ９１０〜Ｈｖ９７０、残留オーステナイト：１６〜２１体積％、残留圧縮応力：−８００〜−８８０ＭＰａ）、比較例３９〜４２は浸炭焼入温度：８６０℃、第一次焼戻温度：１１０〜１８０℃、第二次焼戻温度：２００℃の熱処理条件で製造された転動体（表面硬さ：Ｈｖ７９０〜Ｈｖ９６０、残留オーステナイト：１７〜２７体積％、残留圧縮応力：−３８０〜−８９０ＭＰａ）である。なお、比較例３２の転動体は、ショットピーニング時に表面にクランクが生じているものがあり、作製した転動体のうち６０％のものは使用不可能であった。
【００７５】
本発明者らは、表６及び表７に示した転動体（実施例３１〜４２及び比較例３１〜４２）を使用して玉軸受（型番６２０６、外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍｍ）を作成し、回転数：２０００ｍｉｎ−１、ラジアル負荷荷重：６２４０Ｎ、潤滑油：タービン油（ＶＧ６８）の試験条件にて各玉軸受の回転試験を行った。そして、各玉軸受の転動体に剥離が生じるまでの時間を測定し、ワイブルチャート図を用いて各玉軸受の９０％残存寿命（Ｌ１０）を求めた。その結果を表６および表７に併記する。なお、軌道輪にはＳＣｒ４２０を使用し、浸炭窒化処理を行なったものを使用した。また、潤滑油には予めステンレス鋼からなる鉄粉（３５μｍ以下の大きさ）を混入させ、潤滑油中の鉄粉をパーティクルカウンタで測定した。
【００７６】
実施例３１〜４２の転動体は、比較例３１〜４２に対して２倍から８倍の寿命値が得られている。この結果は表６に示される転動体の硬さ、残留オーステナイト、残留応力の値から得られる差だけでは推定できないものである。この寿命差は、加工誘起変態による非常に微細なマルテンサイト組織の存在と高密度の転位の導入によるものだからである。
【００７７】
比較例３２及び３８については、仕上げ検査の際に発見できなかった非常に小さいクラックが転動体表面に存在し、このクラックが進展して剥離に至ったため、寿命値が短いものとなった。
比較例３４及び４０はバレルピーニングの際に直径１２．７００ｍｍの鋼球を使用して製造されたものであり（通常は直径１９．０５０ｍｍの鋼球を使用）、この場合、製造対象の転動体（９．５２５ｍｍ径）に対して鋼球の径が大きくないため、ピーニングの効果が得られなかった。
【００７８】
比較例３５及び４１はバレルピーニングの際に直径２５．４００ｍｍの鋼球を使用して製造されたものであり、この場合、製造対象の転動体（９．５２５ｍｍ径）に対して鋼球の径が大き過ぎるため、ピーニングの効果が得られなかった。
比較例３６及び４２はバレルピーニングの際にサイズの異なる鋼球を使用しないで製造されたものであり、この例では表面近傍の残留応力が小さかったために寿命が短かった。
【００７９】
したがって、浸炭窒化または浸炭焼入れされた転動体素材に８０℃〜１３０℃の温度で焼戻しを施し、次いでショットピーニングを行った後、転動体素材に１８０℃〜２２０℃の温度で焼戻しを施すことで、耐圧痕性および耐摩耗性に優れた転動体を得ることができる。
なお、上述した各実施形態では本発明を軸受部品の製造方法に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえばボールねじ部品或いはリニアガイド部品の製造方法にも適用できることは勿論である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、必要な表面硬さを有し、靭性が高く、しかも表面の耐圧痕性、耐摩耗性に優れ、亀裂の進展に対して強く、高面圧下で異物が混入した潤滑油中でも転がり疲労寿命を向上させることのできる転動装置部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軸受軌道輪の製造方法を説明するための図である。
【図２】図１の焼入工程、第一次焼戻し工程および第二次次焼戻し工程における熱処理温度を示す図である。
【図３】軌道輪素材のショットピーニング加工に使用されるショットピーニング加工装置の一例を示す図である。
【図４】図１に示した方法で製造された軌道輪の表層部における硬さの測定値を示す図である。
【図５】図１に示した方法で製造された軌道輪の表層部における残留圧縮応力の測定値を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る軸受転動体の製造方法を説明するための図である。
【図７】図９の焼入工程および第一次焼戻し工程における熱処理温度を示す図である。
【図８】図９の第二次焼戻し工程における焼戻温度を示す図である。
【図９】転動体素材をバレル処理するときに用いる回転バレル装置の一例を示す図である。
【図１０】転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に径の異なる転動体素材をバレル容器内に投入しないでバレル処理を行って得られた転動体の残留圧縮応力特性を示す線図である。
【図１１】転動体素材を回転バレル法でピーニング処理する際に製造しようとする転動体径の５０〜８０％の直径を有する転動体素材をバレル容器内に投入してバレル処理を行って得られた転動体の残留圧縮応力特性を示す線図である。
【図１２】転がり軸受の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る軸受軌道輪の製造方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る方法で製造された軸受軌道輪の表層部における残留圧縮応力の測定値を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る方法で製造された軸受軌道輪の表層部における硬さの測定値を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る軸受転動体の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１      外側軌道輪
１ａ    転動体軌道溝
２      内側軌道輪
２ａ    転動体軌道溝
３      転動体
１１    バレル容器
１２  供材（鋼球）
１３  転動体素材
【図１】
2004339575.tif 000010
【図２】
2004339575.tif 000011
【図３】
2004339575.tif 000012
【図４】
2004339575.tif 000013
【図５】
2004339575.tif 000014
【図６】
2004339575.tif 000015
【図７】
2004339575.tif 000016
【図８】
2004339575.tif 000017
【図９】
2004339575.tif 000018
【図１０】
2004339575.tif 000019
【図１１】
2004339575.tif 000020
【図１２】
2004339575.tif 000021
【図１３】
2004339575.tif 000022
【図１４】
2004339575.tif 000023
【図１５】
2004339575.tif 000024
【図１６】
2004339575.tif 000025