(57)【要約】【課題】  転動体の働きによって転がり軸受としての寿命を延長し、長寿命な転がり軸受を安価に提供すること。【解決手段】  軌道面を転動する複数の転動体１１と、転動体１１を転動自在に保持する保持器１２と、を備え、転動体１１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施した転がり軸受１０。【選択図】  図１
2005308083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道面を転動する複数の転動体を備えた転がり軸受であって、
前記転動体は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転動体の表面の残留オーステナイト量が、２０体積％未満であ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】
前記転動体の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記高温焼戻しが、２００℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項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、自動車、一般産業機械、工作機械、鉄鋼機械、等の潤滑条件が厳しい部位に用いられる転がり軸受に関し、特に転動体として針状ころを使うニードル軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、高面圧下で繰り返しせん断応力を受けるという厳しい使われ方をするため、そのせん断応力に耐えて転がり疲労寿命（以下、単に寿命という）を確保する必要がある。そのために、従来は、転がり軸受の軌道輪（内外輪）や、転動体を構成する素材に高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いて、これに焼入れ、焼戻しを施し、または、肌焼鋼（ＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０，ＳＡＥ８６２０，ＳＡＥ４３２０等）に浸炭または浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻しを施すことによって、転動体の表面硬さをＨＲＣ５８〜６４になるようにして、必要とされる寿命を確保していた。
【０００３】
また、近年では、異物が混入した潤滑環境における転がり軸受の寿命延長に対する要求に応えるため、素材のＳｉおよびＭｎの含有量を高くした鋼を用いて、この素材に浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻し処理を行うことによって、表層部の残留オーステナイト量を２０〜５０体積％としたものを、寿命が問題となる転動部材（内輪、外輪または転動体）に用いて、転がり軸受としての寿命を確保する技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
上記特許文献１では、軌道輪及び転動体から成る転がり軸受の少なくとも軌道輪を、重量比にして、Ｃ０．８〜１．２％、Ｓｉ０．４〜１．０％、Ｃｒ０．２〜１．２％及びＭｎ０．８〜１．５％を含有する合金鋼により形成し、浸炭窒化処理した後、８３０〜８７０℃温度範囲から焼入れすると共に、１６０〜１９０℃の温度範囲に焼戻しして、表層部の残留オーステナイトを２５〜５０％としている。
【０００５】
上記特許文献２では、転がり軸受において、少なくとも針状ころを、重量比にして、Ｃ：０．８〜１．５％、Ｓｉ：０．４〜１．２％、Ｍｎ：０．８〜１．５％およびＣｒ：０．８〜１．８％を含有する鋼を素材とし、この素材を浸炭窒化処理した後、焼入れ、焼戻し処理し、表層部の残留オーステナイト量を２０〜４０体積％、表面硬度をＨｖ７５０以上としている。
【特許文献１】特開平０７−１９００７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
転がり軸受において寿命が問題となるのは、潤滑剤が不足したり、異物が混入したりする、というような厳しい潤滑条件下において、表面疲労はくりが生じる場合である。
従来は、寿命が問題となる転動体の素材や熱処理方法等を改良することによって長寿命化し、転がり軸受としての寿命が確保されてきた。しかしながら、ニードル軸受の場合、特に、スラストニードル軸受においては、軌道輪（内輪または外輪）に肉厚の薄い板材が用いられる場合が多く、また、これら軌道輪の外周部、あるいは内周部に曲げ加工が施される場合が多いため、前述のような合金成分の素材を用いることが困難な場合やコストが非常に高くなるという問題がある。また、ラジアルニードル軸受の場合には、内輪として複雑な形状を有する軸が用いられる場合が多く、前記のような合金成分の素材や、特殊な熱処理を施すことが困難な場合が多いという問題がある。
転動体である針状ころにおいては、前記のような素材や熱処理方法による長寿命化を図ることは比較的容易に実施可能であるが、上記特許文献１及び特許文献２では、転動体の寿命を延長する効果しか得られない。転動体の寿命を延長しても、軌道輪の寿命が不足してしまうと、転がり軸受としての寿命は不足してしまう。このため、転がり軸受としての必要な寿命を確保することが困難な場合がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を改善するためになされたものであり、その目的は、転動体の働きによって転がり軸受としての寿命を延長し、長寿命な転がり軸受を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
１）本発明に係る転がり軸受は、軌道面を転動する複数の転動体を備えた転がり軸受であって、前記転動体は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れを行った後、さらに高温焼戻しを施したことを特徴とする。
前記構成の転がり軸受によれば、転動体が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されるために、転動体のみにＳｉ含有量を高めた素材を用いて、浸炭窒化処理および高温焼戻しを施すことにより、軸受全体としての寿命を延長することが可能となる。
従って、製造上の問題やコストの問題から長寿命な材料熱処理を適用することが困難な複雑形状を有する軌道軸が内輪として用いられる場合などにおいても、長寿命な転がり軸受を安価に提供することが可能となる。
【０００９】
２）また、本発明に係る転がり軸受は、前記１）記載の転がり軸受であって、前記転動体の表面の残留オーステナイト量が、２０体積％未満であることを特徴とする。
前記構成の転がり軸受によれば、転動体が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、転動体の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。転動体の焼戻し温度が低すぎると、相手材の寿命を延長する効果が十分に得られなくなる。これは、焼戻し温度が低すぎることにより、軟質な残留オーステナイトの量が多くなるために、相手部材との真実接触面積が大きくなって摩擦による損傷が大きくなるためである。
これに対して、焼戻し温度を高くし過ぎると、硬さの低下および残留オーステナイト量の不足によって転動体の寿命が低下し、かえって軸受としての寿命が低下してしまう。そのため、転動体の表面の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くすることにより、相手部材の寿命をより効果的に延長することができる。
【００１０】
３）また、本発明に係る転がり軸受は、前記１）又は２）記載の転がり軸受であって、  前記転動体の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも小さく設定されたことを特徴とする。
前記構成の転がり軸受によれば、転動体の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。転動体の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも大きくなると、相手部材の寿命を延長させる効果が小さくなって寿命比が低下するが、相手部材の表面粗さよりも小さくすると、相手部材の寿命を延長させる効果を十分に得ることができる。
【００１１】
４）更に、本発明に係る転がり軸受は、前記１）〜３）のいずれか一項に記載の転がり軸受であって、前記高温焼戻しが、２００℃〜３００℃の範囲であることを特徴とする。
前記構成の転がり軸受によれば、転動体が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されることにより、相手部材の表面疲労を抑制する転動体を作成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の転がり軸受によれば、転動体の働きによって転がり軸受としての寿命を延長し、長寿命な転がり軸受を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る複数の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る転がり軸受の第１実施形態の断面図、図２は本発明に係る転がり軸受の第２実施形態の断面図、図３は本発明に係る転がり軸受の第３実施形態の断面図、図４は本発明に係る転がり軸受の第４実施形態の断面図、図５は本発明に係る転がり軸受の第５実施形態の断面図、図６は本発明に係る転がり軸受の第６実施形態の断面図、図７は耐久試験に使用した試験用針状ころの成分表、図８は試験装置の概略図、図９は耐久試験の結果を示す表、図１０は耐久試験の結果を示す表である。
【００１５】
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態である転がり軸受（以下、単に『軸受』とも言う。）１０は、ケージ＆ローラ軸受であって、軌道面を転動する複数の転動体である針状ころ１１と、針状ころ１１を転動自在に保持する保持器１２と、から構成されている。
【００１６】
針状ころ１１は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されており、内嵌される、相手部材である軸（不図示）と、外嵌される、相手部材であるハウジング（不図示）と、を軌道面として、それら軌道面に対して相対的に回転する。
【００１７】
保持器１２は、ケージとも呼ばれ、鋼板をプレス加工することにより全体が円筒形状に形成された本体１３の円周方向に複数のポケット１４が形成されている。そして、複数のポケット１４内に、複数の針状ころ１１がそれぞれ転動自在に保持されている。
【００１８】
針状ころ１１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。そのため、針状ころ１１のみにＳｉ含有量を高めた素材を用いて、浸炭窒化処理および高温焼戻しを施すことにより、転がり軸受１０全体としての寿命を延長することが可能となる。
【００１９】
また、針状ころ１１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ１１の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。そのため、針状ころ１１の表面の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くすることにより、相手部材である軸やハウジングの寿命をより効果的に延長することができる。
【００２０】
また、針状ころ１１は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。それにより、相手部材の寿命を延長させることができる。
【００２１】
また、針状ころ１１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。これにより、相手部材の表面疲労を抑制する転動体を作成することができる。
【００２２】
針状ころ１１における表面疲労型のはくりは、潤滑油に混入した異物を噛み込むことによって軌道面に圧痕が生じ、圧痕の縁の応力の集中によって発生する場合や、潤滑不足によって軌道輪表面と針状ころ表面に金属接触が生じ、軌道面に大きな接線力が働くことによって発生する場合があると考えられている。
【００２３】
表面疲労型のはくりを防止するためには、応力の集中を緩和する効果が高い残留オーステナイトの量を高くすることが有効であることが知られており、また、異物の噛み込みによる圧痕を小さくするために、硬さを高くすることも長寿命化に有効であることが知られておる。しかしながら、これまでは寿命が問題となる部材のみが注目されていたため、相手部材の寿命に与える影響をも考慮した検討は為されていない。
【００２４】
本発明者は、前述の課題を解決するため、転動体、即ち針状ころ１１について鋭意研究を行ってきた結果、転動体の素材にＳｉ含有量を高めた鋼を用い、さらに適正な熱処理等を施すことによって相手部材表面の損傷が軽減され、その結果、相手部材の寿命を延長することが可能であることを見出した。
【００２５】
Ｓｉ（ケイ素）は、製鋼時の脱酸剤として必要な元素であるが、鋼の焼戻し軟化抵抗性を向上させるのに有効な元素であり、また、鋼に浸炭窒化処理を施す場合に表面部の窒素濃度を高くする作用が元素である。本発明者の実験の結果、転動体の素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理の後に焼入れを行い、さらに２００℃以上の高温で焼戻し処理を施すことによって、相手部材の表面疲労を抑制する効果が得られることが分かった。このため、Ｓｉ含有量の下限は０．５重量％とする。その効果を得るために、より好ましいＳｉ含有量の下限は０．８重量％である。また、余りに多量に含有すると、素材の被削性を低下させてコストの増大を招く恐れがあるので、Ｓｉ含有量の上限は２．０重量％とすることが好ましい。より好ましくはＳｉ含有量の上限を１．５重量％とする。
【００２６】
また、転動体の焼戻し温度が低すぎると、相手材の寿命を延長する効果が十分に得られなくなる。これは、焼戻し温度が低すぎると、軟質な残留オーステナイトの量が多くなるため、相手部材との真実接触面積が大きくなって摩擦による損傷が大きくなるためであると考えられ、焼戻し温度の下限は２００℃とする。好ましくは、転動体表面部の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くし、より好ましくは転動体表面部の残留オーステナイト量が１８体積％以下となるように焼戻し温度を選定すると、相手部材の寿命をより効果的に延長することができる。一方、焼戻し温度を高くし過ぎると、硬さの低下および残留オーステナイト量の不足によって転動体の寿命が低下し、かえって軸受としての寿命が低下してしまうため、焼戻し温度の上限は３００℃とする。このとき、転動体の寿命低下によって軸受としての寿命が低下することを防止するためには、焼戻し温度を選定して転動体表面部の残留オーステナイト量が５体積％以上となるようにすることが好ましい。より好ましくは、転動体表面部の残留オーステナイト量を８体積％以上とする。
【００２７】
さらに、表面部のＮ濃度を高くするほど相手部材の損傷を軽減する効果が高くなるため、転動体の表面Ｎ濃度の下限を０．２重量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．３重量％以上とする。しかしながら、あまりにＮ濃度を高くしてもその効果が飽和してしまい、過剰に高くすると脆弱な窒化層が形成されて返って軸受としての寿命特性が低下する恐れがあるため、上限は２．０重量％とすることが好ましい。また、浸炭窒化処理によってＮと同時に添加される表面部のＣの濃度については、転動部材として必要とされているＨＲＣ５８の硬さが得られるように調整する必要がある。このため、表面部のＣ濃度とＮ濃度の合計が０．８重量％以上となるようにＣ濃度を調整することが好ましい。より好ましくは、表面部のＣ濃度を０．８重量％以上とし、さらに好ましくは１．０重量％以上とする。しかしながら、表面部のＣ濃度をあまりにも高くし過ぎると、粗大な炭化物が析出して、転動体そのものの寿命特性が低下してしまう恐れがあるため、上限を２．５重量％とすることが好ましく、より好ましくは２．０重量％以下とする。
【００２８】
なお、本発明が目的とする相手部材の損傷低減のためには、相手部材と金属接触が生じる最表面の残留オーステナイト量や窒素濃度、あるいは炭素濃度が重要であり、本発明における表面部とは、最表面からすくなくとも１μｍの範囲を意味するものとする。
【００２９】
続いて、Ｓｉ以外の素材の合金元素について述べる。
素材のＣ含有量について、
Ｃ（炭素）は、基地をマルテンサイト化することにより、焼入れ、焼戻し後の硬さを向上させるために必要な元素である。本発明の表面部においては、浸炭窒化処理によってＮ（窒素）と同時にＣを添加することが可能であるため、素材のＣ含有量は、完成状態での転動体の心部が必要な強度を確保できる量であれば良いため、素材のＣ含有量の下限は０．３０重量％以上とすることが好ましい。転動体の心部硬さとしては６５０ＨＶ以上とすることがより好ましく、素材のＣ含有量は０．８０重量％以上とすることがより好ましい。しかしながら、素材のＣ含有量が余りに多すぎると、製鋼の段階で粗大な炭化物が生成して転動疲労特性を低下させる恐れがあるため、上限は１．２０重量％とする。
【００３０】
素材のＭｎ含有量について、
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時の脱酸剤および脱硫剤として必要な元素であり、その効果を十分に得るためには０．１５重量％以上含有することが好ましい。また、Ｍｎは、焼入れ性の向上に有効な元素でもあるため、０．２５重量％以上含有することが、より好ましい。しかしながら、その含有量をあまりにも高くし過ぎると、非金属介在物が多くなり過ぎて寿命特性が低下する恐れがあり、また、素材の鍛造性および被削性等の機械加工性が低下するため、Ｍｎ含有量の上限は２．０重量％とする。なお、Ｍｎの含有量が低い程より低い温度での焼戻しで残留オーステナイト量を調整することが可能であり、径の小さい針状ころの熱処理においてはそれほど高い焼入れ性を必要としないことを考慮すると、コストの面からＭｎ含有量の上限は０．７重量％とすることが好ましい。
【００３１】
素材のＣｒ含有量について、
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗性を向上させるのに有効な元素であり、基地を強化して転動疲労寿命特性を向上する作用がある。また、微細で高硬度な炭化物や炭窒化物を形成して、耐摩耗性を向上する働きもある。さらに、浸炭窒化層のＣ濃度を高める作用があり、浸炭窒化特性の向上にも有効な元素である。これらの作用・効果を十分に発揮させるためには、Ｃｒ含有量の下限を０．５重量％とする。しかしながら、多量に添加してもその効果が飽和してしまうばかりか、表面に不働体膜を形成することにより、かえって浸炭窒化特性を阻害する恐れがあるため、Ｃｒ含有量の上限は２．０重量％とすることが好ましい。
【００３２】
素材のＯ含有量について、
Ｏ（酸素）は、転動疲労寿命特性に有害な酸化物系の非金属介在物を形成するため、極力その含有量を低くする必要があり、含有量の上限を１２ｐｐｍとすることが好ましい。より好ましくは９ｐｐｍ以下とする。
【００３３】
なお、上記合金元素以外にも、製鋼上不可避な量の不純物元素（例えばＰ（リン），Ｓ（イオウ），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｎｂ（ニオブ）等）が含まれることは言うまでもない。また、ＭｏやＶ等の炭化物形成元素は、浸炭窒化処理によって微細で高硬度な炭窒化物を形成して耐摩耗性の向上に有効であるため、コストが許す限り微量に添加しても良いが、添加量上限は合計で２重量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
また、表面疲労はくりは、極表面に生じる現象であり、潤滑油膜の形成が不十分となって金属接触が生じることが大きな原因となるため、表面の形状や粗さが疲労の進行に及ぼす影響が大きく、本発明者が行ってきた研究の結果からは、上記転動体によって軸受としての寿命を延長する効果を得るためには、転動体表面（転走面）の粗さを相手部材表面（軌道面）の粗さ以下にしておく必要がある。
【００３５】
転がり軸受１０によれば、針状ころ１１が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されるために、転動体のみにＳｉ含有量を高めた素材を用いて、浸炭窒化処理および高温焼戻しを施すことにより、軸受全体としての寿命を延長することが可能となる。従って、製造上の問題やコストの問題から長寿命な材料熱処理を適用することが困難な複雑形状を有する軌道軸が内輪として用いられる場合などにおいても、長寿命な転がり軸受１０を安価に提供することが可能となる。
【００３６】
また、転がり軸受１０によれば、針状ころ１１が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、転動体の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。針状ころ１１の焼戻し温度が低すぎると、相手材の寿命を延長する効果が十分に得られなくなる。これは、焼戻し温度が低すぎることにより、軟質な残留オーステナイトの量が多くなるために、相手部材との真実接触面積が大きくなって摩擦による損傷が大きくなるためである。  これに対して、焼戻し温度を高くし過ぎると、硬さの低下および残留オーステナイト量の不足によって針状ころ１１の寿命が低下し、かえって軸受としての寿命が低下してしまう。そのため、針状ころ１１の表面の残留オーステナイト量が２０体積％未満となるように焼戻し温度を高くすることにより、相手部材の寿命をより効果的に延長することができる。
【００３７】
また、転がり軸受１０によれば、針状ころ１１の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。針状ころ１１の表面粗さが、相手部材の軌道面の表面粗さよりも大きくなると、相手部材の寿命を延長させる効果が小さくなって寿命比が低下するが、相手部材の表面粗さよりも小さいために、相手部材の寿命を延長させることができる。
【００３８】
また、転がり軸受１０によれば、針状ころ１１が、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されることにより、相手部材の表面疲労を抑制する転動体を作成することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、図２を参照して、本発明に係る転がり軸受の第２実施形態について説明する。
【００４０】
図２に示すように、第２実施形態の転がり軸受２０は、シェル形針状ころ軸受であって、外輪相当部材（シェルとも言う。）２１と、複数の転動体である針状ころ２２と、針状ころ２２を転動自在に保持する保持器２３と、から構成されている。
【００４１】
外輪相当部材２１は、相手部材に相当し、薄い鋼板を精密深絞り加工等により円筒形状に形成されており、内周面に外輪軌道面２４が形成されている。外輪相当部材２１は、ハウジング（不図示）に内嵌される。
【００４２】
針状ころ２２は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されている。外輪相当部材２１の外輪軌道面２４に摺接可能にして、相手部材である軸（不図示）が内嵌される。
【００４３】
保持器２３は、鋼板をプレス加工することにより全体が円筒形状に形成された本体２５の円周方向に複数のポケット２６が形成されている。そして、複数のポケット２６内に、外輪相当部材２１の外輪軌道面２４に摺接可能にして複数の針状ころ２２がそれぞれ転動自在に保持されている。
【００４４】
針状ころ２２は、第１実施形態と同様にして、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。また、針状ころ２２は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ２３の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。また、針状ころ２２は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。そして、針状ころ２２は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、図３を参照して、本発明に係る転がり軸受の第３実施形態について説明する。
【００４６】
図３に示すように、第３実施形態の転がり軸受３０は、ソリッド形針状ころ軸受であって、外輪相当部材３１と、内輪相当部材３２と、複数の転動体である針状ころ３３と、針状ころ３３を転動自在に保持する保持器３４と、から構成されている。
【００４７】
外輪相当部材３１は、薄い鋼板を精密深絞り加工等により円筒形状に形成されており、内周面に外輪軌道面３５が形成されている。外輪相当部材３１は、ハウジング（不図示）に内嵌される。
【００４８】
内輪相当部材３２は、鋼板によって円筒形状に形成されており、外周面に内輪軌道面３６が形成されている。内輪相当部材３２は、軸（不図示）に外嵌される。
【００４９】
針状ころ３３は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されている。
【００５０】
保持器３４は、鋼板をプレス加工することにより全体が円筒形状に形成された本体３７の円周方向に複数のポケット３８が形成されている。そして、複数のポケット３８内に、外輪相当部材３１の外輪軌道面３５と、内輪相当部材３２の内輪軌道面３６と、の間に組み込まれた複数の針状ころ３３がそれぞれ転動自在に保持されている。
【００５１】
針状ころ３３は、第１実施形態と同様にして、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。また、針状ころ３３は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ３３の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。また、針状ころ３３は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。そして、針状ころ３３は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。
【００５２】
（第４実施形態）
次に、図４を参照して、本発明に係る転がり軸受の第４実施形態について説明する。
【００５３】
図４に示すように、第４実施形態の転がり軸受４０は、スラスト針状ころ軸受であって、軌道面を転動する複数の転動体である針状ころ４１と、針状ころ４１を転動自在に保持する保持器４２と、から構成されている。
【００５４】
針状ころ４１は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されており、一方の側部に組み付けられる、相手部材である回転部材（不図示）または非回転部材と、他方の側部に組み付けられる、相手部材である非回転部材（不図示）または回転部材と、を軌道面として、それら軌道面に対して相対的に回転する。
【００５５】
保持器４２は、ケージとも呼ばれ、鋼板をプレス加工することにより全体が円環板形状に形成された本体４３の円周方向に複数のポケット４４が放射状に形成されている。そして、複数のポケット４４内に、複数の針状ころ４１がそれぞれ転動自在に保持されている。保持器４２は、内周部にオートマチックトランスミッションのパワートレン内やトルクコンバータ内における軸部材が挿通される。
【００５６】
針状ころ４１は、第１実施形態と同様にして、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。また、針状ころ４１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ４１の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。また、針状ころ４１は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。そして、針状ころ４１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。
【００５７】
（第５実施形態）
次に、図５を参照して、本発明に係る転がり軸受の第５実施形態について説明する。
【００５８】
図５に示すように、第５実施形態の転がり軸受５０は、スラスト軌道輪を有するスラスト針状ころ軸受であって、複数の転動体である針状ころ５１と、針状ころ５１を転動自在に保持する保持器５２と、スラスト軌道輪５３と、から構成されている。
【００５９】
針状ころ５１は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されている。針状ころ５１は、一方の側部に組み付けられたスラスト軌道輪５３の軌道面５４と、他方の側部に組み付けられる、相手部材である、オートマチックトランスミッションのパワートレン内やトルクコンバータ内における回転部材または非回転部材の軌道面と、に対して相対的に回転する。
【００６０】
保持器５２は、鋼板をプレス加工することにより円環板形状に形成された２枚の保持器部材５５，５６を一体的に組み付けて構成されている。保持器５２は、一方の保持器部材５５の本体５７の円周方向に放射状にして形成されたポケット５８と、他方の保持器部材５６の本体５９の円周方向に放射状にして形成されたポケット６０と、により、針状ころ５１を挟み込んで転動自在に保持している。
【００６１】
スラスト軌道輪５３は、フランジ付軌道輪であって、内周部に配置された筒部６１に、相手部材である軸（不図示）の小径部分が内嵌され、筒部６１から外周に向けて形成されたフランジ部６２に、軸の大径部分が当接される。そして、フランジ部６２の筒部６１側に軌道面５４が形成されている。スラスト軌道輪５３は、筒部６１にフランジ部６２が直交して一体成形されている。
【００６２】
針状ころ５１は、第１実施形態と同様にして、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。また、針状ころ５１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ５１の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。また、針状ころ５１は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。そして、針状ころ５１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。
【００６３】
（第６実施形態）
次に、図６を参照して、本発明に係る転がり軸受の第６実施形態について説明する。
【００６４】
図６に示すように、第６実施形態の転がり軸受７０は、一対のスラスト軌道輪を有するスラスト針状ころ軸受であって、複数の転動体である針状ころ７１と、針状ころ７１を転動自在に保持する保持器７２と、第１スラスト軌道輪７３と、第２スラスト軌道輪７４と、から構成されている。
【００６５】
針状ころ７１は、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い針形状に形成されている。針状ころ７１は、一方の側部に組み付けられた第１スラスト軌道輪７３の軌道面７５と、他方の側部に組み付けられた第２スラスト軌道輪７４の軌道面７６と、に対して相対的に回転する。
【００６６】
保持器７２は、鋼板をプレス加工することにより円環板形状に形成された２枚の保持器部材７７，７８を一体的に組み付けて構成されている。保持器７２は、一方の保持器部材７７の本体７９の円周方向に放射状にして形成されたポケット８０と、他方の保持器部材７８の本体８１の円周方向に放射状にして形成されたポケット８２と、により、針状ころ７１を挟み込んで転動自在に保持している。
【００６７】
第１スラスト軌道輪７３は、フランジ付軌道輪であって、内周部に配置された筒部８３に、相手部材である軸（不図示）の小径部分が内嵌され、筒部８３から外周に向けて形成されたフランジ部８４に、軸の大径部分や相手部材である回転部材が当接される。そして、フランジ部８４の筒部８３側に軌道面７５が形成されている。
【００６８】
第２スラスト軌道輪７４は、フランジ付き軌道輪であって、外周部に配置された筒部８５に、相手部材であるハウジング（不図示）が外嵌され、筒部８５から内周に向けて形成されたフランジ部８４に、相手部材であるハウジングや相手部材である回転部材が当接される。そして、フランジ部８４の筒部８３側に軌道面７５が形成されている。
【００６９】
針状ころ７１は、第１実施形態と同様にして、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施して作成されている。また、針状ころ７１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに高温焼戻しを施し、加えて、針状ころ７１の表面の残留オーステナイト量を２０体積％未満にしている。また、針状ころ７１は、表面粗さが、相手部材である軸やハウジングの軌道面の表面粗さよりも小さく設定されている。そして、針状ころ７１は、素材にＳｉ含有量が０．５重量％以上の鋼を用いて、浸炭窒化処理および焼入れされた後、さらに、２００℃〜３００℃の範囲での高温で焼戻されて作成される。
【００７０】
上述した、第２，第３，第４，第５，第６実施形態は、第１実施形態と同様に作用効果を有するために、それらの説明は省略する。
【実施例】
【００７１】
本発明の転がり軸受１０，２０，３０，４０，５０，７０の作用・効果を確認するために、転がり軸受１０を代表的に用いて行った実施例について説明する。
【００７２】
（耐久試験１）
まず、図７に示すように、複数の主要化学成分を組み合わせることにより、Ａ〜Ｒの１８種類の針状ころを作成した。
【００７３】
そして、図７において作成した１８種類の針状ころを用いて、図８に示す試験装置１００により、耐久試験を行った。
図８に示すように、試験装置１００は、内輪に相当するシャフト１０１と、一対の外輪１０２，１０２と、の間に一対の試験用転がり軸受１１０，１１０を配置して、外輪１０２に、サポート軸受（不図示）を介して荷重をかけながら回転させる。このとき、内輪に相当するシャフト１０１および外輪１０２は、素材に軸受鋼（ＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２）を用いて形成した後、焼入れおよび焼戻し処理を施すことによって、ＨＲＣ６２の硬さに調整し、軌道面の表面粗さが、０．１０〜０．１５Ｒａとなるように仕上げ加工を施して用いた。耐久試験は、ラジアル荷重４０００Ｎ、回転数８０００ｍｉｎ−１、油温１３０℃で、はくりが生じるまでの時間を寿命として評価を行った。なお、耐久試験の前に、予め、鉄粉を３００ｐｐｍ混入したグリースを、試験用軸受１１０内に封入して１０分間運転し、軌道面および転走面に圧痕を形成した後に、洗浄を行ってから試験に用いることによって、表面疲労型はくり寿命の評価を行った。
【００７４】
耐久試験１の結果は、図９に示す通りである。なお、実施例（発明例）および比較例として用いた針状ころは、以下に示す、（ア）または（イ）に示す熱処理を施した後、表面粗さが０．０５〜０．０８Ｒａとなるように仕上げ加工を行うことによって作製した。
（熱処理条件）
（ア）：Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガス雰囲気中で８００℃〜８６０℃×２〜６ｈｒの浸炭窒化処理、焼入れ、１５０℃〜３５０℃焼戻し
（イ）：Ｒｘガス雰囲気中で８００℃〜８６０℃に加熱後焼入れ、１５０℃〜３００℃焼きし
【００７５】
図９においては、従来例に相当する、Ｎｏ．１８のＬ１０寿命を１とした場合の比で示している。また、各試験片（針状ころ）の熱処理の種類、焼戻し温度、表面窒素濃度、表面炭素濃度、表面硬さおよび表面の残留オーステナイト量（γＲ）を合わせて示している。なお、表面炭素濃度および窒素濃度の測定は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて、鏡面研磨仕上げを施した針状ころ断面の最表面から中心部へ向かって定量分析を行い、最表面の炭素濃度および窒素濃度を読み取った。また、表面硬さの測定にはビッカース硬度計、残留オーステナイト量の測定にはＸ線回折法を用いて、針状ころの表面を直接測定することによって行った。
【００７６】
図９により明らかなように、発明例Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６，Ｎｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９，Ｎｏ．１０，Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２，Ｎｏ．１３，Ｎｏ．１４，Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１６，Ｎｏ．１７のいずれも、従来例Ｎｏ．１８に比べて２倍を超えた寿命をもつことが分かる。また、本発明例および従来例においては、全ての内輪に相当するシャフトにはくりが生じており、本発明に規定する針状ころを用いれば、相手部材（本実施例においては内輪に相当するシャフト）の表面疲労を抑制する効果が得られることによって、転がり軸受の寿命を延長することが可能となることが判明した。
【００７７】
また、比較例Ｎｏ．１９は、従来から用いられている、ＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施した場合であり、相手部材の寿命を延長する効果は殆ど得られないため、内輪に相当するシャフトのはくりが軸受としての寿命を左右した結果、従来例Ｎｏ．１８と同等の寿命となっている、これは、焼戻し温度も低いために、表面部の残留オーステナイト量が高いことも影響しているものと考えられる。このことは、本発明例Ｎｏ．１の焼戻し温度を低くして、表面の残留オーステナイト量を高くした比較例Ｎｏ．２１の結果からも言うことができる。比較例Ｎｏ．２０は、比較例Ｎｏ．１９の焼戻し温度を高くした場合であるが、Ｓｉ含有量が不足しているために、相手部材の寿命を延長する効果が得られず、比較例Ｎｏ．１９と同様に従来例Ｎｏ．１８と同等の寿命となっている。比較例Ｎｏ．２２は、焼戻し温度が高すぎるため、針状ころの寿命が低下してかえって寿命が低下する傾向となっている。比較例Ｎｏ．２３は、浸炭窒化処理を施していないために、相手部材の寿命を延長する十分な効果が得られていないものと考えられる。
【００７８】
（耐久試験２）
次に、図９に示した、本発明例であるＮｏ．１の仕上げ加工条件を変更して表面粗さを変えた、Ｎｏ．２４，Ｎｏ．２５，Ｎｏ．２６の３種類の針状ころを用いた転がり軸受を耐久試験１と同様に行うことによって、表面疲労型はくり寿命特性に及ぼす表面粗さの影響について評価を行った。
【００７９】
耐久試験２の結果は、図１０に示す通りである。
転動体である針状ころ（ニードルローラ）の表面粗さが大きくなると、相手部材の寿命を延長させる効果が小さくなるために寿命比が低下しているが、内輪に相当するシャフトの表面粗さと同等以下であれば十分にその効果を得ることができることが分かる。針状ころの表面粗さは、小さい程良いが、相手側の粗さよりも大きくなければ十分に効果を得ることができることから、コストの面を考慮すると、発明例Ｎｏ．１で示しているように、０．０８Ｒａ以下とすれば十分にその効果が得られることが判明した。
【００８０】
なお、上記の耐久試験には、第１実施形態における転がり軸受１０を代表として用いたが、第２実施形態における転がり軸受２０，第３実施形態のおける転がり軸受３０，第４実施形態における転がり軸受４０，第５実施形態における転がり軸受５０，第６実施形態における転がり軸受７０においても、上記と同様な試験結果を得ることができた。
【００８１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、転動体として、針状ころに限らず、円筒ころや円すいころ等に本発明を適用しても良い。
【００８２】
また、転がり軸受としては、図示したものに限らず、保持器の無いタイプ、所謂、総ころ等に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る転がり軸受の第１実施形態の断面図である。
【図２】本発明に係る転がり軸受の第２実施形態の断面図である。
【図３】本発明に係る転がり軸受の第３実施形態の断面図である。
【図４】本発明に係る転がり軸受の第４実施形態の断面図である。
【図５】本発明に係る転がり軸受の第５実施形態の断面図である。
【図６】本発明に係る転がり軸受の第６実施形態の断面図である。
【図７】耐久試験に使用した試験用針状ころの成分表である。
【図８】試験装置の概略図である。
【図９】耐久試験の結果を示す表である。
【図１０】耐久試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００８４】
１０，２０，３０，４０，５０，７０  転がり軸受
１１，２２，３３，４１，５１，７１  針状ころ（転動体）
１２，２３，３４，４２，５２，７２  保持器
【図１】
2005308083.tif 000003
【図２】
2005308083.tif 000004
【図３】
2005308083.tif 000005
【図４】
2005308083.tif 000006
【図５】
2005308083.tif 000007
【図６】
2005308083.tif 000008
【図７】
2005308083.tif 000009
【図８】
2005308083.tif 000010
【図９】
2005308083.tif 000011
【図１０】
2005308083.tif 000012