(57)【要約】【課題】  エンジン補機用の転がり軸受の使用環境がさらに苛酷になっても、転がり軸受の早期剥離を効果的に抑制し、寿命を長くできるようにする。【解決手段】  内輪、外輪、および玉の少なくとも一つを、質量比で、Ｃの含有率が０．２〜０．６％、Ｃｒの含有率が２．５〜７．０％、Ｍｎの含有率が０．５〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．５〜３．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼からなる素材で形成する。そして、転がり面をなす表層部は、ＣおよびＮの合計含有率が質量比で１．０〜２．５％、残留オーステナイト量が体積比で１５〜４５％、硬さがロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上、炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の転がり面内での存在率が面積比で１５〜３５％とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、および転動体の少なくとも一つは、
質量比で、Ｃの含有率が０．２〜０．６％、Ｃｒの含有率が２．５〜７．０％、Ｍｎの含有率が０．５〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．５〜３．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理および焼戻し処理が施されて得られ、
その転がり面をなす表層部は、ＣおよびＮの合計含有率が質量比で１．０〜２．５％、残留オーステナイト量が体積比で１５〜４５％、硬さがロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上、炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率が転がり面内の面積比で１５〜３５％となっていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転がり面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値は、１５０〜２０００ＭＰａとなっている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】
エンジンからの動力を受けて回転する軸を支持するために用いられ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、カーエアコンディショナ用コンプレッサ、水ポンプ等）やガスヒートポンプ等に用いられる転がり軸受は、エンジンからの動力を受けて回転する軸を支持しているため、一般の軸受よりも高温、高振動、高荷重等の苛酷な条件下で使用される。
よって、これらの軸受の転がり面には、十分な潤滑膜が形成され難く、高い接線力が作用するため、金属接触による発熱や表面疲労、および新生面（鋼の組織が露出した面）が生じ易くなっている。特に、新生面は、トライボケミカル反応の触媒となり、潤滑油中に含まれる添加剤や水分を分解して水素イオンを発生させる。そして、この水素イオンが新生面に吸着して水素原子となり、応力場（最大剪断応力位置の近傍）に集積することにより、転がり面に早期剥離が生じ、軸受の寿命が短くなる場合がある。
【０００３】
上述したような苛酷な条件下で使用される軸受の寿命を長くするための技術としては、下記の特許文献１〜３に記載された技術が挙げられる。
特許文献１では、Ｃの含有率が０．６５〜０．９０質量％、Ｓｉの含有率が０．１５〜０．５０質量％、Ｍｎの含有率が０．１５〜１．００質量％、Ｃｒの含有率が２．０〜５．０質量％、Ｎの含有率が９０〜２００ｐｐｍであり、さらに１００〜５００ｐｐｍのＡｌおよび５０〜５０００ｐｐｍのＮｂの少なくとも一種が含有された軸受用鋼が提案されている。この特許文献１に記載の技術によれば、転がり面に早期剥離が生じ難くなるとともに、熱処理後の靱性の低下を抑制できる。
【０００４】
特許文献２では、軌道輪を、Ｃの含有率が０．９５〜１．１０質量％、ＳｉまたはＡｌの含有率が１．０〜２．０質量％、Ｍｎの含有率が１．１５質量％以下、Ｃｒの含有率が０．９０〜１．６０質量％、残部がＦｅおよび不可避不純物で、Ｏの含有率が１３ｐｐｍ以下である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れおよび２３０〜３００℃での高温焼戻しを施すことにより、残留オーステナイト量を８体積％以下とし、硬さをＨＲＣ６０以上とすることが提案されている。この特許文献２に記載の技術によれば、高温での寸法安定性が向上し、且つ、硬さの低下を防ぐことができる。
【０００５】
特許文献３では、少なくとも固定輪を、Ｃの含有率が０．４〜１．２質量％、ＳｉおよびＡｌの合計含有率が０．７〜２．０質量％、Ｍｎの含有率が０．２〜２．０質量％、Ｎｉの含有率が０．１〜３．０質量％、Ｃｒの含有率が３．０〜９．０質量％であり、さらに下記式（１）で算出されるＣｒ当量が９．０〜１７．０質量％である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、焼入れおよび焼戻しを施すことにより、軌道面の硬さをＨＲＣ５７以上とし、軌道面に直径５０〜５００ｎｍの微細炭化物が分散析出されたものとすることが提案されている。
【０００６】
Ｃｒ当量＝［Ｃｒ］＋２［Ｓｉ］＋１．５［Ｍｏ］＋５［Ｖ］＋５．５［Ａｌ］＋１．７５［Ｎｂ］＋１．５［Ｔｉ］                                  ・・・・・（１）
なお、上記式（１）中の［Ｃｒ］、［Ｓｉ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ａｌ］、［Ｎｂ］、［Ｔｉ］はそれぞれ鋼中のＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉの含有率（質量％）を示す。
【０００７】
この特許文献３によれば、軌道面に分散析出させた微細炭化物が水素をトラップするため、軌道面の早期剥離を抑制することができる。
【特許文献１】特許第２８８３４６０号公報
【特許文献２】特許第２０１３７７２号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、今後、エンジン補機やガスヒートポンプのさらなる小型・軽量化および高性能・高出力化に伴い、これらに用いられる転がり軸受の使用環境がさらに苛酷になることを想定すると、上述した特許文献１〜３に記載の転がり軸受では、応力場への水素集積に起因する早期剥離を効果的に抑制するという点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、エンジン補機やガスヒートポンプ等に用いられる転がり軸受の使用環境がさらに苛酷になっても、転がり軸受の早期剥離を効果的に抑制し、寿命を長くできるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、内輪、外輪、および転動体の少なくとも一つが、質量比で、Ｃの含有率が０．２〜０．６％、Ｃｒの含有率が２．５〜７．０％、Ｍｎの含有率が０．５〜２．０％、Ｓｉの含有率が０．１〜１．５％、Ｍｏの含有率が０．５〜３．０％、Ｖの含有率が２．０％以下、Ｎｉの含有率が２．０％以下、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理および焼戻し処理が施されて得られ、転がり面をなす表層部は、ＣおよびＮの合計含有率が質量比で１．０〜２．５％、残留オーステナイト量が体積比で１５〜４５％、硬さがロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上、炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率が転がり面内の面積比で１５〜３５％となっていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１０】
なお、前記転がり面をなす表層部とは、表面から所定深さ（例えば、転動体直径Ｄａの５％である０．０５Ｄａ）までの範囲を指す。
また、本発明において、前記転がり面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値は、１５０〜２０００ＭＰａとなっていることが好ましい。
さらに、本発明の転がり軸受は、エンジン補機用やガスヒートポンプ用の転がり軸受のように、エンジンからの動力を受けて回転する軸を支持するために用いられる転がり軸受として好適である。
【００１１】
さらに、本発明の転がり軸受は、摩擦係数が０．１０以上、１００℃における動粘度が８ｃＳｔ（８×１０-6ｍ2 ／ｓ）以下の潤滑油でその転がり面が潤滑される転がり軸受としても好適である。
さらに、本発明の転がり軸受は、ベルト式無段変速機のベルトを巻き付けるプーリの軸を支持するために用いられる転がり軸受としても好適である。
【００１２】
以下、本発明の数値限定の臨界的意義について詳細に説明する。
〔Ｃの含有率（質量比）：０．２〜０．６％〕
Ｃ（炭素）は、基地に固溶して、焼入れおよび焼戻し後の強度を増加させるとともに、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物形成元素と結合して炭化物や炭窒化物を形成し、耐摩耗性を向上させるために有効な元素である。Ｃの含有率が０．２％未満であると、δフェライトが生じて靱性が低下する場合がある。また、硬化層を十分な深さまで形成するための浸炭又は浸炭窒化処理の時間が増加して、コストの著しい上昇を招く場合がある。
一方、Ｃの含有率が０．６％を超えると、製鋼時に粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物が形成され易くなる。これに伴って、転がり疲労寿命や強度が著しく低下する。また、鍛造性、冷間加工性、および被削性が低下して、コストの上昇を招く場合がある。なお、上述した観点から、Ｃの含有率の好ましい範囲は、０．３〜０．５％である。
【００１３】
〔Ｃｒの含有率（質量比）：２．５〜７．０％〕
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して、焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、および転がり疲労寿命を向上させるために有効な元素である。また、ＣやＮ（窒素）等の侵入型固溶元素を動き難くして基地組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。さらに、Ｃｒを添加することで、より高硬度の（Ｆｅ，Ｃｒ）3 Ｃ又は（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ 3等の複炭化物や、（Ｆｅ，Ｃｒ）3 （Ｃ，Ｎ）又は（Ｆｅ，Ｃｒ）7 （Ｃ，Ｎ） 3等の複炭窒化物が鋼中に微細に分布するようになるため、耐摩耗性を向上させる作用もある。
【００１４】
Ｃｒの含有率が２．５％未満であると、Ｆｅ3 ＣやＦｅ3 （Ｃ，Ｎ）が析出するため、早期剥離が生じ易くなる。一方、Ｃｒの含有率が７．０％を超えると、冷間加工性、被削性、および浸炭処理性が低下して、コストの著しい上昇を招く場合がある。また、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物が形成して、転がり疲労寿命や強度を著しく低下させる場合がある。なお、上述した観点から、Ｃｒの含有率の好ましい範囲は、３．０〜６．０％である。
【００１５】
〔Ｍｎの含有率（質量比）：０．５〜２．０％〕
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、基地に固溶してＭｓ（マルテンサイト変態）点を降下させて残留オーステナイト量を確保したり、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るために、Ｍｎの含有率は０．５％以上とする必要がある。一方、Ｍｎの含有率が２．０％を超えると、冷間加工性や被削性を低下させるだけでなく、マルテンサイト変態開始温度を著しく低下させるため、浸炭処理後に多量の残留オーステナイトが残存して十分な硬さが得られなくなる場合がある。なお、上述した観点から、Ｍｎの含有率の好ましい範囲は、０．８〜１．５％であり、さらに好ましい範囲は、０．８〜１．２％である。
【００１６】
〔Ｓｉの含有率（質量比）：０．１〜１．５％〕
Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｎと同様に、製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、ＣｒやＭｎと同様に、基地に固溶してマルテンサイトを強化させるため、軸受寿命向上に有効な元素である。この効果を得るために、Ｓｉの含有率は０．１％以上とする必要がある。一方、Ｓｉの含有率が１．５％を超えると、被削性、鍛造性、冷間加工性および浸炭処理性を低下させる場合がある。なお、上述した観点から、Ｓｉの含有率の好ましい範囲は、０．１〜０．７％である。
【００１７】
〔Ｍｏの含有率（質量比）：０．５〜３．０％〕
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｃｒと同様に、基地に固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、および転がり疲労寿命を向上させるために有効な元素である。また、Ｃｒと同様に、ＣやＮ等の侵入型固溶性元素を動き難くして組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。さらに、Ｍｏ2 Ｃ等の微細炭化物やＭｏ2 （Ｃ，Ｎ）等の微細炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用もある。
この効果を得るために、Ｍｏの含有率は０．５％以上とする必要がある。一方、Ｍｏの含有率が３．０％を超えると、冷間加工性や被削性が低下して、コストの著しい上昇を招く場合がある。また、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物を形成して、転がり疲労寿命や強度を著しく低下させる場合がある。なお、上述した観点から、Ｍｏの含有率の好ましい範囲は、０．５〜１．５％である。
【００１８】
〔Ｖの含有率（質量比）：２．０％以下〕
Ｖ（バナジウム）は、炭化物、窒化物、および炭窒化物を形成してこれらに固溶したり、ＶＣ等の微細炭化物、ＶＮ等の微細窒化物、およびＶ（Ｃ，Ｎ）等の微細炭窒化物を形成するため、強度および耐摩耗性の向上に有効な元素である。また、Ｖは、ＣｒやＭｏと同様に、ＣやＮ等の侵入型固溶元素を動き難くして組織を安定化させるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を抑制するために有効な元素でもある。
この効果を得るために、Ｖの含有率は出来る限り多くすることが好ましいが、含有率が多すぎると、冷間加工性や被削性が低下して、コストの著しい上昇を招く場合がある。また、粗大な共晶炭化物や共晶炭窒化物を形成して、転がり疲労寿命や強度を著しく低下させる場合がある。よって、Ｖの含有率の上限は、２．０％とした。  
【００１９】
〔Ｎｉの含有率（質量比）：２．０％以下〕
Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイトを安定化させるとともに、δフェライトの形成を抑え、靱性を向上させるために有効な元素である。一方、Ｎｉの含有率が多すぎると、多量の残留オーステナイトが残存して、十分な焼入れ硬さが得られなくなるため、その上限は２．０％とした。
【００２０】
〔熱処理について〕
まず、上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削により所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理を行う。この浸炭又は浸炭窒化処理は、例えば、雰囲気温度９００〜９６０℃で、浸炭処理ではＲＸガス＋エンリッチガスを、浸炭窒化処理ではＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスを導入した炉内で、数時間加熱保持することにより行う。
次に、焼入れ処理および焼戻し処理を行うが、浸炭又は浸炭窒化処理の直後に焼入れを行うと、主として、粒径の大きな残留オーステナイトとレンズ状のマルテンサイトとからなる組織となり、寿命改善効果が得られ難い。このため、浸炭又は浸炭窒化処理後に、Ａ1 変態点以下の温度で一旦保持するか室温まで除冷した後に、再度８２０〜９００℃に加熱して焼入れを行い、１６０〜２００℃程度で焼戻しを行うことが好ましい。これにより、浸炭処理を行ったものには微細で硬い炭化物が、浸炭窒化処理を行ったものには微細で硬い炭化物および炭窒化物が、マルテンサイトとオーステナイトとからなるマトリックスに均一に分散した良好な組織が得られる。
【００２１】
〔表層部のＣおよびＮの合計含有率（質量比）：１．０〜２．５％〕
転がり面をなす表層部のＣおよびＮの合計含有率を１．０％以上、好ましくは１．２％以上とすることで、前記表層部の硬さと、残留オーステナイト量と、炭化物および炭窒化物の少なくとも一方からなる析出物の存在率とを各々以下に示す範囲内にすることができる。一方、前記表層部のＣおよびＮの合計含有率が多すぎると、析出物が粗大化して転がり疲労寿命を低下させるため、その上限は２．５％とした。
【００２２】
〔表層部の硬さ：ＨＲＣ６０以上〕
転がり面の摩耗および表面疲労を軽減させて、転がり疲労寿命を向上させるためには、転がり面をなす表層部の硬さを、ロックウェル硬さでＨＲＣ６０以上とする必要がある。なお、前記表層部の硬さの好ましい範囲は、ＨＲＣ６１以上である。
【００２３】
〔表層部の残留オーステナイト量（体積比）：１５〜４５％〕
転がり面をなす表層部の残留オーステナイトは、表面疲労を軽減させる作用がある。この効果を得るために、残留オーステナイト量は１５％以上とする必要がある。一方、前記表層部の残留オーステナイト量が４５％を超えると、硬さが低下したり、軸受を組み立てる際に軌道輪に変形が生じる場合があるので、その上限は４５％とした。なお、前記表層部の残留オーステナイト量の好ましい範囲は、２０〜４０％である。
【００２４】
〔炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の存在率（面積比）：１５〜３５％〕
転がり面をなす表層部に存在する炭化物および炭窒化物は、転がり面において潤滑膜の部分的な破断が生じ、トライボケミカル反応により生じた水素イオンが水素原子として鋼中に侵入拡散した場合に、この水素原子をトラップして応力場への集積を抑制する。
炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の転がり面内での存在率が１５％未満であると、この効果が十分に得られない。一方、この析出物の存在率が３５％を超えると、炭化物および炭窒化物が粗大化し、転がり疲労寿命を低下させる。
【００２５】
なお、本発明において、前記析出物のうちの面積比で３０％以上を、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ6 型の複炭化物、及びＭ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ23（Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物の少なくとも一種からなるＦｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物とすることが好ましい。また、本発明において、前記Ｆｅ−Ｃｒ，Ｍｏ系析出物は、Ｃｒ及びＭｏを合計で３０質量％以上含有することが好ましい。
【００２６】
ここで、Ｍ7 Ｃ3 型又はＭ23Ｃ 6型の複炭化物としては、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 Ｃ 3、（Ｆｅ，Ｃｒ）23Ｃ 6、（Ｆｅ，Ｍｏ）23Ｃ6 、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ）23Ｃ6 が挙げられる。
また、Ｍ7 （Ｃ，Ｎ）3 型又はＭ 23 （Ｃ，Ｎ）6 型の複炭窒化物としては、例えば、（Ｆｅ，Ｃｒ）7 （Ｃ，Ｎ）3 、（Ｆｅ，Ｃｒ）23（Ｃ，Ｎ）6 、（Ｆｅ，Ｍｏ）23（Ｃ，Ｎ）6 、（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｏ）23（Ｃ，Ｎ）6 が挙げられる。
【００２７】
つまり、浸炭処理を含む熱処理を行った場合の転がり面には、炭化物が析出されるが、この炭化物の面積のうち３０％以上が、上述した複炭化物であることが好ましい。また、浸炭窒化処理を含む熱処理を行った場合の転がり面には、炭化物、窒化物、及び炭窒化物が析出されるが、この炭化物及び炭窒化物の合計面積のうち３０％以上が、上述した複炭化物及び複炭窒化物であることが好ましい。
【００２８】
〔表層部の圧縮残留応力の最大値：１５０〜２０００ＭＰａ〕
転がり面における亀裂の発生および進展を抑制するために、浸炭処理または浸炭窒化処理を施すことにより、転がり面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値を１５０ＭＰａ以上とする必要がある。一方、前記表層部に最大値が２０００ＭＰａを超える圧縮残留応力を付与するためには、ショットピーニング処理等の機械加工が必要となるため、コストの上昇を招く。
【００２９】
なお、本発明の転がり軸受においては、使用環境がさらに苛酷になっても寿命を長くできるように、転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量に加えて、内輪、外輪、又は転動体の部材全体における残留オーステナイト量の平均値（以下、「平均残留オーステナイト量」と記す。）についても特定することが好ましい。この平均残留オーステナイト量は、例えば、表面から芯部までの残留オーステナイト量の分布を測定し、その平均値を算出することにより得ることができる。  
【００３０】
ここで、本発明の転がり軸受においては、内輪、外輪、および転動体の少なくとも一つが、ＣｒやＭｏを含む特定の鋼で形成されているため、高温下における残留オーステナイトの分解を抑制することは可能である。しかしながら、部材全体における残留オーステナイト量が多いと、長期間高温下で使用される場合に、残留オーステナイトが分解して寸法変化が生じるため、すきまが減少して焼付きが生じるおそれがある。また、部材全体における残留オーステナイト量が多いと、モーメント荷重を受けた場合に変形が生じ易くなるとともに、エッジロードやスキューが発生して軸受寿命が短くなるおそれもある。
よって、平均残留オーステナイト量（体積％）は、鋼中のＣｒの含有率（質量％）とＭｏの含有率（質量％）との和の２．５倍以下とすることが好ましく、８体積％以下とすることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の転がり軸受によれば、内輪、外輪、および転動体の少なくとも一つを、応力場への水素集積を抑制可能なＣｒ、Ｍｏ、Ｖを含む特定の鋼で形成するとともに、転がり面をなす表層部において、ＣおよびＮの合計含有率、硬さ、残留オーステナイト量、炭化物および炭窒化物の少なくとも一種からなる析出物の転がり面内での存在率を特定することによって、金属接触による発熱や表面疲労を軽減できるとともに、応力場への水素集積に起因する早期剥離を効果的に抑制できる。
また、転がり面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値を特定することによって、表面疲労をさらに軽減できる。
すなわち、本発明によれば、今後、エンジン補機やガスヒートポンプ等に用いられる転がり軸受の使用環境がさらに苛酷になっても、転がり軸受の早期剥離を効果的に抑制し、寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の効果を実施例および比較例に基づき検証する。
まず、表１に示す各構成の鋼からなる素材Ａ〜Ｏを、呼び番号６３０３の単列深溝玉軸受（内径１７ｍｍ、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）用の内輪および外輪の形状に切り出した。表１において、含有成分の含有率が本発明の範囲から外れるものには下線を施した。
【００３３】
【表１】
2005314794.tif 000003
【００３４】
そして、Ｇ以外の素材からなる内輪および外輪には、熱処理として、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガスの雰囲気（カーボンポテンシャルＣｐ：０．８〜１．２、アンモニアガス：３〜５％）下で、９００〜９６０℃に加熱し、２〜８時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行い、さらに、１６０〜１８０℃の大気中で１．５〜２時間保持することにより焼戻しを行った。
【００３５】
一方、素材Ｇからなる内輪および外輪には、熱処理として、８４０℃に加熱し、２０〜６０分間保持することにより焼入れを行った後、油焼入れを行い、さらに、１７０℃の大気中で２時間保持することにより焼戻しを行った。
このような熱処理により、Ｇ以外の素材からなる内輪および外輪には、いずれも表層部に炭化物、窒化物、および炭窒化物が分散析出され、素材Ｇからなる内輪および外輪には、表層部に炭化物が分散析出された。そして、熱処理後の各素材に、研削および表面仕上げ加工を行った。
【００３６】
このようにして得られた内輪および外輪について、軌道面 (転がり面）をなす表層部のＣおよびＮの合計含有率 (質量比）を、軌道面から４３７μｍ（玉の直径８．７３ｍｍの５％）の深さまでの部分で、電子線マイクロアナライザ (株式会社島津製作所製）により測定した。
また、前記表層部の硬さ（ロックウェル硬さ）を、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５に規定されたロックウェル硬さ試験法により測定した。
【００３７】
さらに、前記表層部の残留オーステナイト量 (体積比）を、軌道面から４３７μｍの深さまでの部分で、Ｘ線回折装置（理学電機株式会社製）により測定した。
さらに、前記表層部の残留応力の最大値を、軌道面から４３７μｍの深さまでの部分で、Ｘ線回折装置（理学電機株式会社製）により測定した。この装置で測定された残留応力の最大値は、Ｘ線侵入深さ内でのＸ線減衰の重みのかかった平均値である。
【００３８】
さらに、炭化物および炭窒化物からなる析出物（以下、「軌道面における炭化物等からなる析出物」と称す。）の軌道面内での存在率（面積比）を、以下のように測定した。
まず、表面加工を行った後の軌道面を腐食液（４ｇのピクリン酸＋１００ｍｌのエタノール）で腐食させた後、光学顕微鏡を用い、０．５μｍ以上の炭化物および炭窒化物について、３０視野を倍率１０００倍で観察した。そして、観察像を画像処理することにより、各視野毎に炭化物および炭窒化物の存在率（面積比）を測定し、３０視野の平均値を算出した。
【００３９】
これらの測定結果について、同じ構成の各１０体の内輪および外輪の測定結果から算出した平均値を、表２に併せて示す。表２において、各構成が本発明の範囲から外れるものには下線を施した。
次に、鋼の組成および熱処理が表２に示すようにそれぞれ異なるＮｏ．１〜Ｎｏ．２２の内輪および外輪と、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）製で浸炭窒化処理が施された玉と、６−６ナイロン製の波形プレス保持器とからなる試験軸受を、図１に示す寿命試験装置１０に組み込み、荷重をＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験温度を８０℃とした条件で寿命試験を行った。ここで、この試験軸受は、各１０体ずつ用意し、いずれも内部すきまを１０〜１５μｍとした。
【００４０】
図１に示すように、この試験装置１０では、回転軸３を支持軸受４と試験軸受５とで支持し、回転軸３の一端に固定された従動プーリ６と駆動プーリ（回転軸３と平行に設けた、モータにより回転駆動される駆動軸に固定されたプーリで、図１には表示されていない。）との間に掛け渡した無端ベルト７にラジアル荷重Ｆp を付与することにより、回転軸３を介して試験軸受４にラジアル荷重を付与している。
【００４１】
回転軸３の他端は支持軸受４で支持され、支持軸受４の外輪は第１ハウジング２Ａに内嵌固定されている。第１ハウジング２Ａは、基台１に固定されている。第１ハウジング２Ａの試験軸受５側の端部に第２ハウジング２Ｂが固定され、第２ハウジング２Ｂに試験軸受５の外輪が内嵌固定されている。第１ハウジング２Ａおよび第２ハウジング２Ｂは、第１ハウジング２Ａによる支持軸受４の支持剛性が高く、第２ハウジング２Ｂによる試験軸受５の支持剛性が低くなるように構成されている。また、第２ハウジング２Ｂの上面に、試験軸受５の振動を検出する振動計８が取り付けられている。
【００４２】
本実施形態では、例えば図２に示すオルタネータ（エンジン補機）２０でエンジンからの動力を受けるベルトが巻き付けられたプーリ２２の回転軸２１を支持する転がり軸受２３，２４を、現状よりも苛酷な環境下で使用することを想定して行った。つまり、図１に示す試験軸受５にラジアル荷重を付与した状態で、９秒毎に回転速度を９０００ｍｉｎ-1と１８０００ｍｉｎ-1とに切り換えて急加減速試験を行った。
【００４３】
この寿命試験は、試験軸受の内輪又は外輪に剥離が生じるまで行い、この剥離が生じるまでの時間を寿命時間として測定した。そして、同じ構成の１０体の試験軸受の結果より、ワイブル分布関数に基づいて短寿命側から１０％の内輪又は外輪に剥離が生じるまでの総回転時間を求め、これを寿命（Ｌ10寿命）とした。この結果は、表２に併せて示す。
また、これらの試験軸受の計算寿命は１３５０時間であるため、１５００時間でこの寿命試験を打ち切った。そして、打ち切り時間になっても内輪および外輪のいずれにも剥離が生じなかった場合には、Ｌ10寿命を１５００時間とした。
【００４４】
【表２】
2005314794.tif 000004
【００４５】
表２から分かるように、内輪および外輪が本発明の範囲を満たす構成のＮｏ．１〜７の試験軸受は、内輪および外輪の少なくとも一つが本発明の範囲から外れるＮｏ．８〜２２の試験軸受と比較して、長寿命であった。
Ｎｏ．１〜７のうち、軌道面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値が本発明の好ましい範囲（１５０〜２０００ＭＰａ）から外れるＮｏ．７は、圧縮残留応力の最大値が前記範囲を満たすＮｏ．１〜６と比較して短寿命であった。これにより、軌道面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値を１５０〜２０００ＭＰａとすることでさらに長寿命となることが分かる。
【００４６】
一方、Ｎｏ．８，９では、軌道面をなす表層部における炭化物等からなる析出物の存在率が本発明の範囲（１５〜３５面積％）から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１０，１１では、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量が本発明の範囲（１５〜４５体積％）から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１２，１３では、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量と、炭化物等からなる析出物の存在率とが本発明の範囲から外れていたため、Ｎｏ．８〜１１よりも短寿命であった。
【００４７】
Ｎｏ．１４では、ＳＵＪ２製であり、Ｃの含有率が本発明の範囲よりも多く、Ｃｒの含有率が本発明の範囲よりも少なく、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量と、残留応力の最大値と、炭化物等からなる析出物の存在率とが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１５では、使用した素材Ｈをなす鋼のＣｒの含有率が本発明の範囲よりも少なく、ＣおよびＮの合計含有率が本発明の範囲から外れていたため、軌道面をなす表層部の硬さが十分に得られず、計算寿命よりも短寿命であった。
【００４８】
Ｎｏ．１６では、使用した素材Ｉをなす鋼のＣｒの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量と、炭化物等からなる析出物の存在率とが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１７では、使用した素材Ｊをなす鋼のＣの含有率が本発明の範囲よりも多く、ＣおよびＮの合計含有率と、炭化物等からなる析出物の存在率とが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
【００４９】
Ｎｏ．１８では、使用した素材Ｋをなす鋼のＳｉの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面をなす表層部の圧縮残留応力の最大値と、炭化物等からなる析出物の存在率とが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．１９では、使用した素材Ｌをなす鋼のＭｎの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面をなす表層部の硬さと、残留オーステナイト量とが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．２０では、使用した素材Ｍをなす鋼のＭｏの含有率が本発明の範囲よりも多く、粗大な結晶炭化物および共晶炭窒化物が発生したため、計算寿命よりも短寿命であった。
【００５０】
Ｎｏ．２１では、使用した素材Ｎをなす鋼のＶの含有率が本発明の範囲よりも多く、粗大な共晶炭化物および共晶炭窒化物が発生したため、計算寿命よりも短寿命であった。
Ｎｏ．２２では、使用した素材Ｏをなす鋼のＮｉの含有率が本発明の範囲よりも多く、軌道面をなす表層部のＣおよびＮの合計含有率と、硬さとが本発明の範囲から外れていたため、計算寿命よりも短寿命であった。
【００５１】
以上の結果より、転がり軸受の内輪および外輪を本発明の範囲を満たすＮｏ．１〜７の構成とすることによって、エンジン補機用の転がり軸受の使用環境がさらに苛酷になっても、長寿命が得られることが分かった。
なお、本実施形態では、転がり軸受として深溝玉軸受について説明したが、これに限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、およびニードル軸受においても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態で使用した寿命試験装置を示す概略構成図である。
【図２】エンジン補機の一例であるオルタネータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２０        オルタネータ（エンジン補機）
２１        回転軸
２２        プーリ
２３，２４  転がり軸受
【図１】
2005314794.tif 000005
【図２】
2005314794.tif 000006