(57)【要約】【課題】  長寿命が保証された転がり支持装置と、この転がり支持装置を低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】  転がり支持装置を構成する少なくとも一つの部材を、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である素材を超音波探傷法を用いた第一の選別工程により選出して使用し、この素材を所定形状に加工して得られた部材のうち、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物の平方根長さが２００μｍ以下であるものを超音波探傷法を用いた第二の選別工程により選出し、この選出された部材を用いて転がり支持装置を製造する。【選択図】        図１
2005201330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材および第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより第一部材が第二部材に対して相対運動する転がり支持装置の第一部材、第二部材、および転動体の少なくとも一つの部材を、鋼材からなる素材を所定形状に加工する工程を経て製造する転がり支持装置の製造方法において、
１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である素材を第一の選別工程により選出して使用し、
この素材を所定形状に加工して得られた部材のうち、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物の平方根長さが２００μｍ以下であるものを第二の選別工程により選出し、
この選出された部材を用いて転がり支持装置を製造することを特徴とする転がり支持装置の製造方法。
【請求項２】
前記第一の選別工程および第二の選別工程は、超音波探傷法により行うことを特徴とする請求項１に記載の転がり支持装置の製造方法。
【請求項３】
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材および第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、第二部材、および転動体の少なくとも一つの部材は、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である鋼材からなる素材で構成されているとともに、
転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物は、その平方根長さが２００μｍ以下となっていることを特徴とする転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり支持装置（転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドなど）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、どのような転がり軸受であっても転がり疲労寿命を有している。この転がり疲労寿命には、転がり軸受を構成する鋼材中に存在する介在物、特に、酸化物系介在物の数や大きさが大きな影響を及ぼしていることが知られている。
このため、鋼中に存在する介在物の数や大きさを検査して、それらの許容範囲を限定することによって、転がり疲労寿命をできる限り長くしようとする方法が各種提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１および２では、転がり軸受を構成する鋼材中に存在する酸化物系介在物の許容範囲を限定したものが提案されている。また、下記特許文献３および４では、転がり軸受を構成する鋼材中に存在する酸化物系介在物とＴｉ系介在物との両方について、その許容範囲を限定したものが提案されている。しかし、これら特許文献１〜４に記載の技術では、サンプルとして一部の鋼材を評価しているため、サンプルでは推定できない介在物が原因となり、完成した軸受部材に短寿命品が発生する場合がある。つまり、実際に適用される全ての軸受部材の寿命を完全に保証することは困難であり、軸受の信頼性を確保する点で問題があった。
【０００４】
そこで、本発明者らは、実際に適用される全ての軸受部材に超音波探傷検査を行い、各部材の転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物について、その長さが５００μｍ以下となるようにすることを提案している（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開平３−５６６４０号公報
【特許文献２】特開平６−１０２７９０号公報
【特許文献３】特開平５−１１７８０４号公報
【特許文献４】特開平６−１４５８８３号公報
【特許文献５】特開２０００−１３０４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献５に記載の技術は、軸受部材の完成時に初めて介在物の評価を行うものであるため、この評価で一定基準を満たさない部材は完成段階で無駄となり、製造コストの増大を招くという問題がある。
また、上記特許文献５では、軸受部材を構成する素材中の介在物については言及されておらず、転がり軸受のさらなる長寿命化を図るためには未だ改善の余地がある。  
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長寿命が保証された転がり支持装置を低コストで製造する方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材および第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより第一部材が第二部材に対して相対運動する転がり支持装置の第一部材、第二部材、および転動体の少なくとも一つの部材を、鋼材からなる素材を所定形状に加工する工程を経て製造する転がり支持装置の製造方法において、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である素材を第一の選別工程により選出して使用し、この素材を所定形状に加工して得られた部材のうち、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物の平方根長さが２００μｍ以下であるものを第二の選別工程により選出し、この選出された部材を用いて転がり支持装置を製造することを特徴とする転がり支持装置の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明の転がり支持装置の製造方法では、前記第一の選別工程および第二の選別工程は、超音波探傷法により行うことが好ましい。
本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材および第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、第二部材、および転動体の少なくとも一つの部材が、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である鋼材からなる素材で構成されているとともに、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する全ての介在物は、その平方根長さが２００μｍ以下となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【０００８】
なお、本発明における転がり支持装置とは、転がり軸受、リニアガイド、およびボールねじ等を指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受である場合には、第一部材，第二部材は内輪，外輪を指し、転がり支持装置がリニアガイドである場合には、第一部材，第二部材は案内レール，スライダを、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部材，第二部材はねじ軸，ナットをそれぞれ指す。
【０００９】
また、本発明における転がり面とは、第一の部材および第二の部材の軌道面や、転動体の転動面を指す。
さらに、本発明における介在物の種類は、特に限定されないが、例えば、ＴｉＮなどのＴｉ系介在物や、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯなどの酸化物系介在物が挙げられる。
さらに、本発明における介在物の平方根長さとは、介在物の形状が線状である場合（線状欠陥）は、その長さＬと幅Ｄとの積の平方根√（Ｌ×Ｄ）を指し、欠陥の形状が粒状、球状又は塊状である場合（非線状欠陥）は、その最大径（長軸径）Ｄ1 と最小径（短軸径）Ｄ2 との積の平方根√（Ｄ1 ×Ｄ2 ）を指す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり支持装置の製造方法によれば、介在物が前述の範囲の素材を選出した後、この素材から得られた部材のうち、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する介在物が前述の範囲であるものを選出して使用するため、部材となった段階での欠陥発生率を低くすることができる。よって、製造工程の無駄を省き、低コストで効率よく転がり支持装置を製造することができる。
【００１１】
また、鋼材中に存在する介在物の評価を超音波探傷法で行うことによって、実際の部材を用いた評価を行うことができ、且つ、広範囲に及ぶ検査を行うことができるため、転がり支持装置の信頼性を向上させることができる。
本発明の転がり支持装置によれば、介在物が前述の範囲である鋼材からなる素材で構成され、転がり面から転動体の直径の２％分の深さまでに存在する介在物が前述の範囲である部材で構成したことによって、長寿命を保証することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の効果を実施例に基づいて検証する。
第一に、完成した軸受部材（第一部材、第二部材、転動体）に対して超音波探傷を行う場合の介在物の数値限定について検証する。
まず、ＳＵＪ２製の鋼種Ａ，Ｂからなる素材を用いて内輪および外輪を作製し、旋削、焼入れ・焼き戻し、研削の工程を施した。そして、この内輪および外輪と、ＳＵＪ２製のころとを組み立てて、円錐ころ軸受（ＨＲ３２０１７ＸＪ）を完成させた。
【００１３】
ここで、研削後の内輪および外輪については、図１に示すような超音波探傷機を用いて、以下に示す条件下で酸化物系介在物の有無を検証した。なお、図１中の符号１は、超音波伝達媒体である水が貯留された水槽を示し、２は被検体であるころ軸受の軌道輪、３は超音波探傷用探触子、４、５はプーリ、６はベルト、７は回転駆動用モータ、８はモータ駆動用制御アンプ、９は制御装置、１０はリニアガイド装置、１１はＸＹステージ、１２は探触子取り付け具、１３はリニアガイド用コントローラ、１４は超音波探傷装置をそれぞれ指す。この超音波探傷機は、水槽１内に浸漬された軌道輪２を回転駆動用モータ７の駆動により所定速度で回転させるとともに、超音波探傷用探触子３を移動させることで、所定体積を探傷して介在物を検出し、その検出信号を超音波探傷装置１４で解析するようになっている。
【００１４】
〔外輪および内輪の超音波探傷試験条件〕
探触子：５〜１０ＭＨｚ  フラット型探触子
振動子径：６ｍｍ
探傷機：ＨＩＳ３（日本クラウトクレーマー製）
入射角：斜角探傷法：１９°，屈折角４５°
表面波探傷法：２８°，屈折角９０°
なお、外輪および内輪の検査は、軌道面を対象として、少なくとも表面から転動体の直径の２％分の深さ以上まで超音波探傷を行った。この超音波探傷は、斜角探傷法および表面波探傷法のいずれか一つ以上の方法にて行った。
【００１５】
ここで、外輪に、平方根長さが２００μｍ（０．２ｍｍ）を超える介在物（以下、欠陥と称す）が発見された場合には、超音波探傷機からの情報により、欠陥の位置と大きさを正確に把握しておく。また、この欠陥が発見された外輪と組み合わせる内輪は、同様の超音波探傷機により介在物の有無を検出し、欠陥が発見されなかったものを適用した。なお、外輪については、予め数多くの検査を行って欠陥品を検出し、これらの欠陥品について切断面の検査を行った。そして、実際の欠陥の大きさや深さと、超音波探傷機からの結果との相関をとっておくことで、試験軸受に存在する介在物の状態を確認した。
【００１６】
次に、前述の超音波探傷機により欠陥が発見された外輪で作製した試験軸受を用いて、以下に示す条件下で寿命試験を行った。この寿命試験は、外輪に存在する欠陥の位置が軸受の負荷圏にくるように、軸受を位置決めした状態で行った。なお、この寿命試験の結果として、外輪の軌道面に剥離が生じるまでの時間を、表１に示す。
〔寿命試験条件〕
ラジアル荷重：３５７５０Ｎ
アキシャル荷重：１５６８０Ｎ
内輪回転数：１５００ｍｉｎ-1
潤滑油：ＶＧ６８相当鉱油
【００１７】
【表１】
2005201330.tif 000003
【００１８】
表１に示すように、本発明の範囲内の介在物（つまり、平方根長さが０．２ｍｍ以下の介在物）が存在する実施例１〜４においては、打ち切り時間（５００時間）となっても剥離が生じず、長寿命となっている。
一方、本発明の範囲外の介在物（つまり、平方根長さが０．２ｍｍを超えた介在物）が存在する比較例１，２，４においては、超音波探傷にて欠陥が発見された位置より剥離が発生し、短寿命となっている。
【００１９】
また、比較例３，５においては、本発明の範囲外の介在物が存在しているため短寿命が予想されるものの、打ち切り時間になっても剥離が生じず、長寿命となっている。この結果より、外輪の軌道面から転動体直径の２％分の深さ（軸受の最大剪断応力位置、以下２％Ｄａ深さと称す）よりも深い位置に存在する介在物は、寿命に悪影響を及ぼさないことが分かった。
【００２０】
表１に示す結果より、外輪の軌道面からＤａ２％深さまでに存在する全ての介在物を、その平方根長さが０．２ｍｍ以下となるように限定することで、ころ軸受が長寿命となることが分かった。
第二に、軸受部材を構成する素材に対して超音波探傷を行う場合の介在物の数値限定について検証する。
まず、製鋼ロット（チャージ）の異なる軸受用鋼Ａ〜Ｅを用意した。この軸受用鋼Ａ〜Ｅにおける酸素量および極値統計法による評価を、表２に示す。なお、極値統計法は、１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲で３０視野を検査した結果に基づいて行い、その評価は、３×１０4 ｍｍ2 あたりに存在しうる酸化物系介在物の最大平方根長さを推定した値で示す。
【００２１】
【表２】
2005201330.tif 000004
【００２２】
そして、この軸受用鋼Ａ〜Ｅについて、図２に示すような超音波探傷機を用いて、以下に示す条件下で介在物の有無を検証した。なお、図２中の符号２０は、評価対象軸受用鋼からなる丸棒である。また、符号２１は、焦点型の超音波探触子であり、前記丸棒２０とともに、超音波伝達媒体である水を貯留した水槽２２内に浸漬されている。この評価対象軸受用鋼からなる丸棒２０をモータ２３で一定方向に回転させると共に、前記超音波探触子２１をモータ２４、２５、２６で図示Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向に移動させ、所定の体積について探傷して介在物を検出する。各モータ２３〜２６はモータコントローラ２７で駆動され、超音波探触子２１の検出信号は探傷器２８で解析される。また、モータコントローラ２７は、パソコン２９への入力で作動が制御される。なお、この超音波探傷試験の結果として、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さを算出した値を、表２に併せて示す。
【００２３】
〔軸受用鋼の超音波探傷試験条件〕
探触子：２０ＭＨｚ  焦点型探触子
探傷機：ＨＩＳ３（日本クラウトクレーマー製）
入射角：垂直探傷法：０°
探傷体積：１．５×１０7 ｍｍ3 
次に、軸受用鋼Ａ〜Ｅの素材を用いて、前述と同様の円錐ころ軸受の外輪を５００個作製した。そして、この外輪について、前述した図１に示すような超音波探傷機を用いて、以下に示す条件下で、平方根長さが０．２ｍｍを超える介在物の有無を検証した。この超音波探傷試験の結果として、平方根長さが０．２ｍｍを超える介在物が存在した個数とその存在率（平方根長さが０．２ｍｍを超える介在物の個数／５００個）を、表２に併せて示す。
【００２４】
〔外輪の超音波探傷試験条件〕
探触子：５〜１０ＭＨｚ  フラット型探触子
振動子径：６ｍｍ
探傷機：ＨＩＳ３（日本クラウトクレーマー製）
入射角：斜角探傷法：１９°，屈折角４５°
表面波探傷法：２８°，屈折角９０°
なお、外輪の検査は、軌道面を対象として、少なくとも表面から転動体の直径の２％分の深さ以上まで超音波探傷を行った。この超音波探傷は、斜角探傷法および表面波探傷法のいずれか一つ以上の方法にて行った。
【００２５】
表２に示すように、軸受用鋼中に存在する介在物が、本発明の範囲内（つまり、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さが８０ｍｍ以下）である実施例１１，１２においては、この軸受用鋼を素材として作製した外輪に欠陥が発生していない。
一方、軸受用鋼中に存在する介在物が、本発明の範囲外（つまり、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物の総長さが８０ｍｍを超えたもの）である比較例１１〜１３においては、この軸受用鋼を素材として作製した外輪に欠陥が発生している。
【００２６】
また、比較例１１，１２においては、その酸素含有量および極値統計法による評価が実施例１１，１２と同様であるにも関わらず、軸受用鋼に対する超音波探傷法や外輪に対する超音波探傷法による評価では欠陥の発生を確認できた。この結果より、鋼材中に存在する介在物をより正確に評価するためには、超音波探傷法による検査が有効であることが分かった。
表２に示す結果より、１．０×１０6 ｍｍ3 あたりに存在する長さ０．５ｍｍ以上の介在物が総長さで８０ｍｍ以下である鋼材からなる素材を用いて転動部材を作製することで、転動部材の欠陥発生率を低減できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】超音波探傷機の一例を示す概略構成図である。
【図２】超音波探傷機の他例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      水槽
２      ころ軸受の軌道輪
３      超音波探傷用探触子
４、５  プーリ
６      ベルト
７      回転駆動用モータ
８      モータ駆動用制御アンプ
９      制御装置
１０    リニアガイド装置
１１    ＸＹステージ
１２    探触子取り付け具
１３    リニアガイド用コントローラ
１４    超音波探傷装置
２０    丸棒
２１    超音波探触子
２２    水槽
２３，２４，２５，２６  モータ
２７    モータコントローラ
２８    探傷器
２９    パソコン  
【図１】
2005201330.tif 000005
【図２】
2005201330.tif 000006