(57)【要約】【課題】  非金属介在物が小さく、且つ全ての製品の品質が保証された鋼を用いて製造された軸受部材を用いることで、寿命の大幅な向上を図る。【解決手段】  内輪と外輪との間に複数の転動体が転動自在に配設された転がり軸受において、前記内輪、前記外輪及び前記転動体の内の少なくとも一つの部材が、３２５メッシュアンダーの粉末を用いて成形、焼結することで製造された鋼からなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に複数の転動体が転動自在に配設された転がり軸受において、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体の内の少なくとも一つの部材が、３２５メッシュアンダーの粉末を用いて成形、焼結することで製造された鋼からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記粉末が、メカニカルミリング法又はメカニカルアロイング法により製造されたことを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受。
【請求項３】
前記鋼中の非金属介在物が、ＡＳＴＭ法の分類におけるＡ系、Ｂ系の長さが４４μｍ以下、且つＤ系の径が４４μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載した転がり軸受。
【請求項４】
充填率( ％) ＝（焼結製品の重量密度／真の重量密度）×１００とした場合に、前記鋼における前記充填率が９９．５％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載した転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、農業機械、建設機械及び鉄鋼機械等の組み込まれる長寿命な転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受の軌道輪や転動体等の素材は溶製法によって製造されるが、素材の鋼中の非金属介在物、特に、酸化物系介在物の大きさや数は、転がり軸受の寿命に大きく影響することから、鋼中の酸素量が少ない高清浄度鋼が種々提案され、また、非金属介在物に関しては、例えばＡＳＴＭ法や極値統計法（例えば特許文献１参照）により厳しく規格化されている。
【特許文献１】特開平５−２５５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、溶製法により製造された転がり軸受の素材では、肌焼鋼に比べて高清浄度化が容易であるＳＵＪ２等の高炭素鋼の場合でも、非金属介在物の大きさ（ＡＳＴＭ法の分類におけるＡ系、Ｂ系の長さ、Ｄ系の径）の実用上の限界は５０μｍ程度と大きく、転がり軸受の寿命延長を図るためにはより小さい非金属介在物とすることが望まれる。
また、ＡＳＴＭ法及び極値統計法ともに破壊検査で抜き取り検査であるので、規格外の非金属介在物を見逃す可能性もあり、全ての製品の品質を必ずしも保証できないという問題がある。
【０００４】
更に、全数の検査が可能である超音波探傷法は非測定物の形状に影響を受けるため、全ての非金属介在物を検出しきれない部分もある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、非金属介在物が小さく、且つ全ての製品の品質が保証された鋼を用いて製造された軸受部材を用いることで、寿命の大幅な向上を図ることができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が転動自在に配設された転がり軸受において、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体の内の少なくとも一つの部材が、３２５メッシュアンダーの粉末を用いて成形、焼結することで製造された鋼からなることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記粉末が、メカニカルミリング法又はメカニカルアロイング法により製造されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記鋼中の非金属介在物が、ＡＳＴＭ法の分類におけるＡ系、Ｂ系の長さが４４μｍ以下、且つＤ系の径が４４μｍ以下であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、充填率( ％) ＝（焼結製品の重量密度／真の重量密度）×１００とした場合に、前記鋼における前記充填率が９９．５％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内輪、外輪及び転動体の内の少なくとも一つの軸受部材が、３２５メッシュアンダーの粉末を用いて成形、焼結することで製造された鋼からなるので、鋼に内在する非金属介在物を極めて小さくすることができると共に、全数の品質が保証された鋼から軸受部材を製造することができるため、転がり軸受の寿命を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
図１に本発明の実施の形態野一例である転がり軸受を構成する軸受部材の製造プロセスを示す。
粉末冶金法による合金の作製には、２種類以上の原料粉をメカニカルアロイングによって合金化することで目的の合金組成を得る方法（素粉末混合法）と、予め目的の組成である合金の粉を用いる方法とがある。
【０００９】
メカニカルアロイング（ＭＡ）とは、目的の合金組成となるように素粉末を混合したものを、ボールミルやアトライタを用いて粉砕、混合し、構成元素同士の間隔を結晶格子間隔に近いところまで寄せ、合金化する方法である（粉末冶金の基礎と応用：石丸康彦著、１９９３年、技術書院）。また、本実施形態では、合金粉をメカニカルアロイング（ＭＡ）と同様に、ボールミルやアトライタを用いて粉砕、混合するプロセスをメカニカルミリング（ＭＭ）と呼ぶこととする。本実施形態においては、メカニカルアロイング（ＭＡ）、メカニカルミリング（ＭＭ）のどちらの方法も採用することができる。
【００１０】
そして、メカニカルアロイング処理又はメカニカルミリング処理を行い、酸化物を消失させた後、篩分け、還元焼鈍を施し、次いで、圧粉成形、焼結した後、ホットプレス処理等の熱間鍛造処理を施し、研削仕上げ加工を行って軸受部材を得る。
メカニカルアロイング処理又はメカニカルミリング処理が施された粉末は、原料粉に比べて粒が細かくなり、その形状は球状となる。
【００１１】
ここで、この実施の形態では、メカニカルアロイング処理又はメカニカルミリング処理が施された粉末を３２５メッシュアンダーの篩を用いて篩い分けすることで、粒径４４μｍ以下の粉末を選別することができる。篩い分け後の粉末が４４μｍ以下であるため、非金属介在物に関して、従来のように、ＡＳＴＭ法、極値統計法、超音波探傷法による検査を行うことなく、軸受部材の鋼中に存在する非金属介在物は、必ずＡＳＴＭ法の分類におけるＡ系、Ｂ系の長さが４４μｍ以下、且つＤ系の径が４４μｍ以下となり、４４μｍを超えるものは存在しないこととなる。
【００１２】
また、原料粉に混入しているスラグなどのコンタミネーションもメカニカルアロイング処理又はメカニカルミリング処理で粉砕、混合されて合金化するので、ただ単に原料粉を成形、焼結したものに比べて組織は均―となる。なお、中名らの報告（材料とプロセスＶｏｌ．１１，Ｎｏ．６，ｐ１０３９〜１０４２，１９９８年、日本鉄鋼協会）によれば、メカニカルミリング処理によって酸化物は鉄中に分解、消失し、後の加熱によって微細に分散した状態で再析出することが知られている。すなわち、酸化物系介在物は一且基地中に固溶すると考えられ、再析出の際に微細分散するということは、Ｂ系介在物については完全に消失し、数μｍオーダーの微細なＤ系介在物のみ存在するといえる。
【００１３】
粉末冶金法にて製造した製品の欠陥として、空孔の存在が挙げられる。これは、粉末を成形した時に生じた空隙の一部が焼結後まで持ち越されたものである。空孔の存在割合を減らす（＝焼結体の充填率を上げる）ためには、細かい粉末を用いることが有効である。この観点からも、メカニカルアロイング処理又はメカニカルミリング処理が施された粉末を用いることは有効である。また、焼結体に加圧し空孔を潰すプロセス（ホットプレス処理等の熱間鍛造等）も一般に採用されている。
【００１４】
なお、軸受部材の素材としてセラミックも用いられるが、衝撃力に強く、低価格とするために、本実施形態では鋼を用いている。
このようにこの実施の形態では、内輪、外輪及び転動体の内の少なくとも一つの軸受部材が、３２５メッシュアンダーの粉末を用いて成形、焼結することで製造された鋼からなるので、鋼に内在する非金属介在物を極めて小さくすることができると共に、全数の品質が保証された鋼から軸受部材を製造することができるため、転がり軸受の寿命を格段に向上させることができる。
【実施例】
【００１５】
次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
素材成分として、転がり軸受用鋼として広く用いられている高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２を選定し、粉末はＳＵＪ２のアトマイズ粉を用いた。前掲図１における合金粉の場合（メカニカルミリング処理）のプロセスに従い、遊星形ボールミルを用いてＡｒ雰囲気中で５０〜２００ｈｒのメカニカルミリング処理を行い、酸化物を消失させた後、３２５メッシュアンダーの篩を用いて篩い分け、還元焼鈍を施し、圧粉成形、焼結によってバルク化した。なお、鋼の粉末は錆びやすいので、焼結までの加工中はＡｒガス等の無酸化雰囲気であることが好ましい。更に、ホットプレス処理を施し、焼結体の空孔を潰した後、研削仕上げ加工を行った。
【００１６】
図２〜図４に、原料粉および１００ｈｒ、２００ｈｒメカニカルミリング処理後の粉末のＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像解析装置による像を示す。各図から、原料粉の状態で１００μｍ以上の粉末が、メカニカルミリング処理によって細かくなっていることがわかる。
製品の密度はアルキメデス法によって評価した。アルキメデス法とは粉末冶金の分野で密度評価の方法として広く知られているものであり、具体的には、物体の重量と体積を測定することで物体の密度を算出する方法である。
充填率は次式によって求めた。
充填率（％）＝（焼結製品の重量密度／真の重量密度）×１００
即ち、製品内に残留する空孔（＝欠陥）が少ないほど、製品の重量密度は真の密度に近づき、充填率は１００％に近づくことになる。
作製した供試体の一覧を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
実施例１、２は焼結後のホットプレス条件を変えて、充填率を調整したものである。実施例３、４は焼結後にホットプレス処理を施さなかったもので、圧粉の条件にて充填率が変化している。従来例は溶製法にて作製したＳＵＪ２である。比較例は、メカニカルミリング処理を施していない粉末を圧粉、焼結したものである。
これらの供試体に焼入れ焼戻し処理を施し、φ６０ｍｍ×６ｍｍの円盤状試験片を作製し、スラスト寿命試験に供した。試験条件は次のとおりである。
【００１９】
（スラスト寿命試験条件）
転動体：ＳＵＪ２、マルストレッシング処理
保持器：黄銅もみ抜き保持器
最大接触面圧：３．２ＧＰａ
回転数：１０００ｍｉｎ-1
潤滑：ＩＳＯ  ＶＧ６８相当タービン油浴潤滑
試験温度：７０°Ｃ
試験片粗さ：Ｒａ= ０．１３μｍ
試験数：ｎ＝１０
試験結果をワイブルプロットにて評価し、Ｌ10寿命を従来例と比較した。結果を前掲表１に併せて示す。なお、寿命試験における破損はすべて内部欠陥起因であることを確認している。また、破損起点をＥＤＳ分析（エネルギー分散型Ｘ線分光分析）に供し、起点が介在物か空孔かを判定した。
【００２０】
表１から明らかなように、実施例１〜４及び比較例は従来例に比べてＬ10寿命が向上し、メカニカルミリング処理を行った場合（実施例１〜４）は充填率の上昇と共にＬ10寿命が向上し、特に充填率が９９．５％以上の場合（実施例１、２）はＬ10寿命が大幅に向上していることが判る。また、実施例３、４については、破損起点の殆どは空孔であることから、空孔起点の破損が発生しない充填率９９．５％以上が好ましいという結果が得られた。
【００２１】
メカニカルミリング処理を施さない場合（比較例）、密度が上昇しづらく破損は空孔起点となってしまうため、本発明においてはメカニカルミリング処理を施すことが好ましいという結果が得られた。
なお、上記実施例においては、ＳＵＪ２のずぶ焼処理についてのみ説明したが、特にＳＵＪ２に限るものではなく、他の合金鋼を用いて作製してもよい。熱処理もずぶ焼に限らず、浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れなど他の熱処理を適用することに原理上なんら問題ない。
【００２２】
また、上記実施例では合金粉にメカニカルミリング処理を施した場合について述べたが、粉末の取り扱いに特段の危険性がない限りにおいて、素粉末、メカニカルアロイングにより合金化した粉末を用いても良い。すなわち、炭素粉など粉塵爆発の危険性のあるものや、酸化が進みやすく発火の危険性のある粉末を用いる場合には、グローブボックスなど大気曝露しない為の設備を用いることによって、素粉末、メカニカルアロイング法を採用することができる。また、合金粉を数種類配合し（例えば炭素鋼粉＋クロム粉など）、目的の組成を得てメカニカルアロイング処理を施してもよい。
更に、本実施例においては、スラスト試験片にて転がり寿命を評価したが、軸受の形状によらず、他の全ての転がり軸受において本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】軸受部材の製造プロセスを説明するための工程図である。
【図２】原料粉のＳＥＭ像を示す写真である。
【図３】１００ｈｒメカニカルミリング処理後の粉末のＳＥＭ像を示す写真である。
【図４】２００ｈｒメカニカルミリング処理後の粉末のＳＥＭ像を示す写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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