(57)【要約】【課題】落下などによる割れ（クラック）の発生、および製品使用時における衝撃荷重による割れを防止しうる転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪（１２）および外輪（１３）からなる軌道輪（１４）と、前記軌道輪（１４）の軌道を転動する転動体（１６）と、を備えた転がり軸受（１１）において、前記内輪（１２）、前記外輪（１３）のうち少なくとも一つに、熱間圧延後の平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライト相を主体とする組織とした鋼を使用し、該鋼に熱処理を施して、少なくとも表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上とした。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪からなる軌道輪と、前記軌道輪の軌道を転動する転動体と、を備えた転がり軸受において、
前記内輪、前記外輪のうち少なくとも一つに、平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織とした鋼を使用し、該鋼に熱処理を施して、少なくとも表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記鋼は、熱間圧延で平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織としたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記鋼は、高炭素クロム軸受鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転がり軸受の耐衝撃割れ性を向上させるために、材料・熱処理等の変更が行われている。例えば、焼き入れ・焼き戻し条件の変更や、ずぶ焼きを肌焼きに変更するなどである。これらの変更は、残留オーステイナイト量を調整し、硬さとのバランスをとることで、転がり軸受の靭性を向上させようとするものである。その他の転がり軸受の耐衝撃割れ性を向上の対策としては、例えば材料成分の調整や、ＣＲＦ等の冷間加工などがある。
【０００３】
ところで、従来の転がり軸受に使用する鋼では、オーステナイト（γ）単層域で熱間圧延を施し、室温まで冷却された鋼でのフェライト相の平均結晶粒径は１００μｍ程度であった。そのため、焼き入れ前の鋼での旧オーステナイトの結晶粒径が粗大であるため、製品である転がり軸受のマルテンサイト（α’マルテンサイト）組織も粗大になり、衝撃荷重が加わったときに転がり軸受に割れが発生する可能性がある。
従来、転がり軸受に用いられる鋼での微細組織のなかで、最も靭性に劣るα’マルテンサイトの靭性に着目した転がり軸受の実用例は少ない。例えば特許文献１に開示されている方法では、材料成分を調整することによってα’マルテンサイトの靭性を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９４９７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示されている方法では、材料成分の調整や熱間圧延工程後の熱処理仕様の変更を行っているので、材料コストや製造コストが上昇する可能性が高いという問題がある。また、ＣＲＦ等の冷間加工は工数が増えるため、やはり製造コストが増大する。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、製造コストの増大を最小限に抑え、且つ、落下などによる割れ（クラック）の発生を防止し、製品使用時における衝撃荷重による割れを防止しうる転がり軸受を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、転がり軸受の強度および靭性を向上させうる手段として、鋼に対し、結晶粒の微細化による強化と熱処理とを所定の条件で組み合わせると有効であることを実験によって見いだした。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、内輪および外輪からなる軌道輪と、前記軌道輪の軌道を転動する転動体と、を備えた転がり軸受において、前記内輪、前記外輪のうち少なくとも一つに、平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライト相を主体とする組織とした鋼を使用し、該鋼に熱処理を施して、少なくとも表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上としたことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、結晶粒の微細化による強化と熱処理とを前記の組み合わせとすることによって転がり軸受の靭性を向上させることができる。そして、結晶粒の微細化による強化や熱処理は、それぞれが通常行われる製造方法の範囲内で調整ができる。そのため、特別な材料成分の調整や特別の熱処理工程等を行わないで転がり軸受の靭性を向上させることができる。したがって、従来の転がり軸受に比べて、製造コストの増大を最小限に抑え、且つ、軸受製造工程における落下などによる割れ（クラック）の発生を防止し、製品使用時における衝撃荷重による割れを防止しうる転がり軸受を提供することができる。
【０００８】
次に、本発明のうち請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の転がり軸受であって、前記鋼は、熱間圧延で平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライト相を主体とする組織としたことを特徴とするものである。
本発明によれば、熱間圧延工程で平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織としている。熱間圧延の際に鋼の結晶粒径を小さくすると、その後の製造工程が従来と同じであっても、転がり軸受のα’マルテンサイト組織は微細なものとなる。また、結晶微細化の作用により、鋼の硬さが上昇するため、転がり軸受としての目的硬さを得るための熱処理温度を従来よりも低く設定することができる。そのため、熱処理中の結晶粒の成長も最小限に抑えることができる。
【０００９】
次に、本発明のうち請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載の転がり軸受であって、前記鋼は、高炭素クロム軸受鋼であることを特徴とするものである。
本発明によれば、請求項１または請求項２のいずれかに記載の鋼としての高炭素クロム軸受鋼から転がり軸受を製造している。そのため、本発明を信頼性の高い高炭素クロム軸受鋼に適用しているため、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の効果を奏する転がり軸受を、より高い信頼性をもって提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についての実施形態を説明する。
本発明に係る転がり軸受を製造する鋼として、圧延終了後の平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織とした高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を二種類用意した。なお、  鋼のフェライト相の平均結晶粒径の測定は、光学顕微鏡により１ｍｍ２  中のフェライト結晶粒の個数を測定することによって行なった。
【００１１】
詳しくは、鋳造時の冷却速度、圧延時の圧延温度、圧下率（総圧下率、１パスの圧下率）および冷却速度を調整し、圧延終了後のフェライト相の平均結晶粒径を５μｍとした高炭素クロム軸受鋼（以下、実施形態１と称する）、および、同様の処理と調整とを行い、圧延終了後のフェライト相の平均結晶粒径を１０μｍとした高炭素クロム軸受鋼（以下、実施形態２と称する）とを用意した。
【００１２】
なお、圧下率が５０％に満たない場合には、熱間圧延後における鋼のフェライト相の結晶粒径が小さくならないために好ましくない。圧下率は高い程結晶組織が微細になるので好ましい。そして、フェライト相の結晶粒径が小さくなるほど鋼の強度も増す。特に平均粒径が２μｍ以下になると、鋼の強度の結晶粒径依存性が強くなり、鋼は著しく強化される。しかし、過度に圧下率を高めようとすると、設備上の制約や、経済性を損なうなどの問題があるため、圧下率の上限は９５％とするのがよい。
【００１３】
なお、熱処理にて結晶粒径を制御する場合、上流工程で行う方が効果は大きい。特に、熱処理と加工とを組み合わせた工程である熱間圧延工程は、他の熱処理工程に比べて結晶粒の微細化を容易に行うことができる。また、高炭素クロム軸受鋼は、熱間圧延後で焼き入れ前の状態では、炭化物（主にセメンタイト）と微細なフェライトが交互に並んだ混合組織であるため、加工性が良くない。そこで、熱処理（球状化焼きなまし）によりセメンタイトを球状化させて加工性を向上させている。そして、加工性を向上させた状態で切削加工し、軸受の軌道輪の形状等に加工している。
【００１４】
本実施形態では、この二種類の高炭素クロム軸受鋼を使用して軸受の軌道輪を模した落下衝撃試験片（外径８０ｍｍ、内径７５ｍｍ、幅４０ｍｍの円筒形状）をそれぞれ製作した。
また、比較のための例として、オーステナイト（γ）単層域で熱間圧延を施し、室温まで冷却した鋼でフェライト相の平均結晶粒径が異なる落下衝撃試験片を５種類製作した。なお、５種類の各鋼でのフェライト相の平均結晶粒径は、それぞれ２８μｍ、５３μｍ、７４μｍ、９８μｍ、１５０μｍである（それぞれ比較例１〜５と称する）。
【００１５】
その後、全ての落下衝撃試験片において、焼入れ・焼戻しをおこなった。焼入れ・焼戻しは、８４０℃の焼き入れ、１７０℃の焼き戻し処理を実施し、表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上とした。なお、通常の焼き入れ焼き戻しを行う場合には、Ｃ％を好ましくは０．８〜１．２質量％とし、浸炭や浸炭窒化を行う場合は、浸炭や浸炭窒化焼き入れ焼き戻し後のＣ％を好ましくは０．８〜２．５質量％にする。Ｃ％の下限を下回ると、表層部硬さがＨｖ７００未満となり十分な転がり疲れ寿命が得られない場合がある。また、上限を超えると、炭化物が粗大化して音響特性が劣化する場合がある。
【００１６】
次に、これらの各落下衝撃試験片の落下衝撃試験を落下衝撃試験機によって行った。
図１に落下衝撃試験を行う落下衝撃試験機の説明図を示す。同図に示すように、落下衝撃試験機３は、必要十分な重量と剛性があって装置全体を支える台座４と、台座４に対して立設された垂直方向に延びる直線状のパイプからなる支柱６と、支柱６に固定され、支柱６の高さ方向での任意の位置で試験高さＨの固定位置を移動可能な落下ガイド８とから主に構成されている。なお、同図中の符号１は、上記の落下衝撃試験片である。落下衝撃試験片１は、落下衝撃試験機３の落下ガイド８に装着し、図示しない落下用の押し出し棒によって落下ガイド８から、各落下衝撃試験片を台座４の上面に自由落下させることによって、容易に落下衝撃試験を行うことができる。
【００１７】
落下衝撃試験機３を用いて、落下衝撃試験片１を試験高さＨ＝５ｍの高さから落下させた。そして、各落下衝撃試験片１のクラック発生の有無を調べた。各落下衝撃試験片１につき、ｎ＝１０の試験を行った。クラックが発生した落下衝撃試験片数を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004308715.tif 000002
【００１９】
表１の結果から、本実施形態１，２の落下衝撃試験片１では、クラックが発生していないことがわかる。なお、比較例１〜５の落下衝撃試験片１では、いずれにもクラックの発生が確認された。
この試験結果から、結晶粒微細化強化と熱処理との組み合わせによって転がり軸受の靭性を向上させることができることが判った。
【００２０】
【実施例】
次に、以上説明した本発明に係る鋼としての高炭素クロム軸受鋼を使用して、転がり軸受を製造した。
図２に、本発明における転がり軸受の一実施例である単列深溝玉軸受１１を説明するための説明的断面図を示す。
同図に示すように、この単列深溝玉軸受１１は、内輪１２及び外輪１３からなる軌道輪１４の間である軌道に複数の転動体１６が保持器１５を介して周方向に転動可能に介装されている。
そして、この単列深溝玉軸受１１の内輪１２および外輪１３は、上記説明した本発明に係る鋼としての高炭素クロム軸受鋼を使用して製造し、本発明に係る熱処理を施して表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上としている。
【００２１】
したがって、上述の実施形態にて説明したように、平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織とした高炭素クロム軸受鋼を使用し、該高炭素クロム軸受鋼に熱処理を施して、少なくとも表層部での硬さをビッカース硬さＨｖ７００以上とした単列深溝玉軸受１１としているので、従来の耐衝撃割れ性を向上させる方法による単列深溝玉軸受に比べて、製造コストの増大を最小限に抑え、且つ、落下などによる割れ（クラック）の発生を防止し、製品使用時における衝撃荷重による割れを防止しうる単列深溝玉軸受１１を提供することができる。
【００２２】
また、上記説明した本発明に係る単列深溝玉軸受１１では、熱間圧延時に平均結晶粒径が１０μｍ以下のフェライト相を主体とする組織としている。熱間圧延素材の結晶粒径が小さいと、その後の製造工程が従来と同じであっても、転がり軸受のα’マルテンサイト組織は微細なものとなる。また、結晶微細化の作用により、素材の硬さが上昇するために、単列深溝玉軸受１１としての目的硬さを得るための熱処理温度を、従来よりも低く設定することもできる。そのため、熱処理中の結晶粒成長も最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、上記説明した単列深溝玉軸受１１は、高炭素クロム軸受鋼を使用して製造している。そのため、信頼性の高い高炭素クロム軸受鋼を、より衝撃荷重による割れを防止しうる素材として単列深溝玉軸受１１に使用することができる。
なお、以上説明した本発明の転がり軸受の各構成は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば上記実施例では、単列深溝玉軸受１１の内輪１２および外輪１３の両方を本発明に係る鋼としての高炭素クロム軸受鋼から製造しているが、これに限定されるものではなく、内輪１２または外輪１３のいずれか一つを本発明に係る鋼としての高炭素クロム軸受鋼から製造してもよい。
【００２４】
また、上記実施例では、本発明に係る鋼を熱間圧延によって平均結晶粒径が１０μｍ  以下のフェライト相を主体とする組織としているが、これに限定されるものではなく、その他の製造工程で、平均結晶粒径を１０μｍ  以下としたフェライト相を主体とする組織としてもよい。しかし、転がり軸受としての目的硬さを得るための熱処理温度を従来よりも低く設定し、熱処理中の結晶粒の成長を最小限に抑えるためには、熱間圧延の際に鋼の結晶粒径を小さくすることによって、その後の製造工程が従来と同じであっても、転がり軸受のα’マルテンサイト組織が微細なものとなるため好ましい。
【００２５】
また、上記実施例では、本発明に係る鋼として高炭素クロム軸受鋼を採用しているが、これに限定されるものではなく、その他の鋼であってもよい。しかし、信頼性の高い高炭素クロム軸受鋼を使用すれば、転がり軸受を高い信頼性をもって提供できるので好ましい。
また、上記実施例における単列深溝玉軸受１１は、本発明の一例を示したものであって、本発明が適用できる転がり軸受はこれに限定されるものではなく、例えば、複列玉軸受等の他の軸受形式でも差し支えない。また、玉軸受に限らずころ軸受でも差し支えない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、落下などによる割れ（クラック）の発生を防止し、製品使用時における衝撃荷重による割れを防止しうる転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態の説明的断面図である。
【図２】本発明に係る落下衝撃試験機の説明図である。
【符号の説明】
１    落下衝撃試験片
３    落下衝撃試験機
４    台座
６    支柱
８    落下ガイド
１１    単列深溝玉軸受
１２    内輪
１３    外輪
１４    軌道輪
１５    保持器
１６    転動体
【図１】
2004308715.tif 000003
【図２】
2004308715.tif 000004