(57)【要約】【課題】肉厚の薄い軌道輪であっても、必要な転がり疲れ寿命が得られるように製造する方法を提供する。【解決手段】玉軸受用の内輪１及び外輪２のうち少なくとも一つを、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化を行った後にＡr1変態点よりも低い温度まで冷却し、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行うことで製造する。【選択図】図１
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【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有する一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備えた転がり軸受の前記軌道輪を製造する方法において、
所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化を行った後にＡr1変態点よりも低い温度まで冷却し、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行うことを特徴とする転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項２】
前記浸炭窒化後に加熱保持する温度を、８４０〜９００℃とすることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用軌道輪の製造方法。
【請求項３】
互いに対向配置される軌道面を有する一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備えた転がり軸受において、
前記一対の軌道輪のうち少なくとも一つは、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化が施された後に、Ａr1変態点よりも低い温度まで冷却され、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持された後に矯正焼入れ及び焼戻しが施されて得られ、
その軌道面をなす表層部の硬さがＨｖ７００以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が２５体積％以上４０体積％以下で、前記表層部のオーステナイト結晶粒度が９以上であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受用軌道輪（内輪及び外輪）の製造方法及び転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
減速機、トランスミッション（変速機）、エンジン等の自動車部品で使用される転がり軸受は、異物が混入された潤滑条件下（以下、「異物混入潤滑下」と記す。）で使用されることが多い。この種の転がり軸受では、軌道輪（内輪及び外輪）や転動体の転がり面（軌道面や転動面）に異物による圧痕が形成され、この圧痕の縁部（エッジ部）に応力が集中することで、エッジ部を起点とした表面剥離が生じるという問題がある。この表面剥離を抑制するためには、転がり面をなす表層部にマルテンサイトよりも柔らかい残留オーステナイトを存在させることで、圧痕のエッジ部における応力集中を緩和することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、内輪、外輪、及び転動体のうち少なくとも一つを、所定形状に加工した中炭素マンガン鋼に対して、浸炭又は浸炭窒化を行うことで作製し、その転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量を２５〜４０体積％とすることが提案されている。ここで、転がり面をなす表層部の残留オーステナイト量を確保するためには、浸炭窒化を行うことが好ましい。
【０００４】
ところで、近年、自動車部品の小型化及び軽量化に伴って、これらの部品で使用される転がり軸受の軌道輪の厚さ（肉厚）を薄くする傾向がある。軌道輪は、通常、所定形状に加工した鋼に対して、焼入れ及び焼戻し等の硬化処理を施すことで作製するが、軌道輪の肉厚を薄くすると、硬化処理時に変形が大きくなる場合がある。この硬化処理後の変形を抑制するためには、硬化処理後に、再加熱して、プレスクエンチ（矯正焼入れ）やサイジングテンパー（矯正焼戻し）等の矯正処理を行う必要がある。
【特許文献１】特許第２８８５８２９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、上述した特許文献１に記載の転がり軸受において、軌道輪の肉厚を薄くしようとすると、浸炭窒化処理後に矯正処理を行う必要があるため、表層部に十分な残留オーステナイト量が得られず、必要な転がり疲れ寿命が得られなくなる場合がある。
そこで、本発明は、肉厚の薄い軌道輪であっても、必要な転がり疲れ寿命が得られるように製造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有する一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備えた転がり軸受の前記軌道輪を製造する方法において、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化を行った後にＡr1変態点よりも低い温度まで冷却し、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行うことを特徴とする転がり軸受用軌道輪の製造方法を提供する。
【０００７】
すなわち、本発明に係る転がり軸受用軌道輪は、所定形状に加工した鋼に対して、以下に示す熱処理を行うことで作製する。
＜素材として用いる鋼＞
本発明で用いる鋼としては、転がり軸受用軌道輪に必要な転がり疲れ寿命が得られる鋼であれば特に限定されないが、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼２種）等の軸受鋼を用いることが好ましい。
【０００８】
＜熱処理について＞
まず、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度（例えば、８４０〜８８０℃）で浸炭窒化を行う。この浸炭窒化は、浸炭窒化雰囲気下（例えば、ＲＸガス、エンリッチガス、アンモニアガスの混合ガス雰囲気下）で、所定時間（例えば、２〜４時間）加熱保持することで行う。
次に、Ａr1変態点よりも低い温度（例えば、室温〜５００℃）まで冷却する。この冷却は、例えば、浸炭窒化後の熱処理変形を小さくし、置き割れの発生を抑制する為、ガス冷や空冷等の放冷や、炉冷や、除冷とすることが好ましい。
次に、再度Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に、矯正焼入れ及び焼戻しを行う。
【０００９】
ここで、浸炭窒化後の加熱保持温度は、Ａc1変態点よりも高くし、且つ、Ａc1変態点に近い温度にする程、オーステナイト結晶粒が微細になり、転がり疲れ寿命や耐衝撃性が向上するが、オーステナイト結晶粒がＪＩＳ  Ｇ  ０５５１に規定されたオーステナイト結晶粒度で９以上となると、転がり疲れ寿命や耐衝撃性の向上効果が飽和する。また、浸炭窒化後に再加熱して焼入れ及び焼戻しを行った後の軌道面をなす表層部（表面から所定深さ、例えば５０μｍまでの部分）に、必要な硬さ（例えば、Ｈｖ７００以上）及び残留オーステナイト量（例えば、２５体積％以上４０体積％以下）を確保する必要がある。このため、浸炭窒化後の再加熱は、８４０〜９００℃で行うことが好ましい。
【００１０】
また、浸炭窒化後の加熱保持時間は、マトリックスの炭素及び窒素を十分に固溶させる為、軌道輪が均熱されてから５分間以上とすることが好ましい。
さらに、浸炭窒化後に加熱保持した後には、熱処理後の寸法精度を向上させるために、矯正焼入れを行う。矯正焼入れは、真円度を向上させる為、すり割りのない金型を用い、軸方向に圧入することが好ましく、圧入時の変形を抑制し、真円度を向上させる為には、軌道輪がオーステナイト状態のうちに矯正を開始することが好ましい。
【００１１】
さらに、矯正焼入れ後の焼戻しは、コスト面から通常の焼戻しとすることが好ましいが、真円度をより向上させる為に矯正焼戻しとしても良い。
このような軌道輪の製造方法によれば、浸炭窒化後、再度加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行っても、軌道面をなす表層部に必要な残留オーステナイト量が得られるようになる。よって、肉厚の薄い軌道輪であっても、異物混入潤滑下において必要な転がり疲れ寿命が得られるように製造できる。
【００１２】
本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を有する一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備えた転がり軸受において、前記一対の軌道輪のうち少なくとも一つは、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化が施された後に、Ａr1変態点よりも低い温度まで冷却され、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持された後に矯正焼入れ及び焼戻しが施されて得られ、その軌道面をなす表層部の硬さがＨｖ７００以上で、前記表層部の残留オーステナイト量が２５体積％以上４０体積％以下で、前記表層部のオーステナイト結晶粒度が９以上であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１３】
ここで、軌道面をなす表層部の硬さがＨｖ７００未満であると、異物による圧痕が形成され易く、異物混入潤滑下において必要な転がり疲れ寿命が得られなくなる。また、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量が２５体積％未満であると、異物混入潤滑下で圧痕のエッジ部における応力集中を緩和することが出来なくなる。一方、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量が４０体積％よりも大きくなると、転動部材同士の真実接触面積が大きくなり、表層部に必要な転がり疲れ寿命が得られなくなる。さらに、軌道面をなす表層部のオーステナイト結晶粒度を９未満とすると、必要な転がり疲れ寿命や耐衝撃性が得られなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る転がり軸受用軌道輪の製造方法によれば、所定形状に加工された鋼に対して、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化を行った後にＡr1変態点よりも低い温度まで冷却し、その後、Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行うことにより、浸炭窒化後に矯正処理を行った場合であっても、表層部に必要な残留オーステナイト量が得られる。よって、肉厚の薄い軌道輪であっても、必要な転がり疲れ寿命が得られるように製造できる。
すなわち、この製造方法で得られた転がり軸受用軌道輪を、自動車部品で使用される転がり軸受で用いることによって、異物混入潤滑下において必要な転がり疲れ寿命が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る転がり軸受の一例として、玉軸受を示す断面図である。
この玉軸受は、図１に示すように、互いに対向配置される軌道面１ａ，２ａを有する内輪１及び外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配置された複数の玉（転動体）３と、玉３を転動自在に保持する保持器４と、を備えている。
【００１６】
内輪１及び外輪２は、以下に示す手順で作製した。
まず、ＳＵＪ２からなる素材を呼び番号６２０６の玉軸受用の内輪１の形状（外径：４１ｍｍ，内径３０ｍｍ，幅１６ｍｍ）と外輪２の形状（外径６２ｍｍ，内径５２ｍｍ，幅１６ｍｍ）に加工した後、浸炭窒化雰囲気（ＲＸガス、エンリッチガス、アンモニアガスの混合ガス雰囲気）下、８４０〜８８０℃で２〜４時間加熱保持する浸炭窒化を行った。次に、室温まで冷却した。次に、８４０〜９００℃まで再加熱した後、矯正焼入れを行った。次に、１８０〜２２０℃で２時間保持することで焼戻しを行った。次に、軌道面１ａ，２ａに研削仕上げ加工を行った。
【００１７】
これにより、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部（表面から５０μｍまでの部分）において、硬さがＨｖ７００以上で、残留オーステナイト量が２５体積％以上４０体積％以下で、オーステナイト結晶粒度を９以上とした。
玉３は、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、８４０〜９００℃で０．５〜１．０時間加熱保持することで焼入れを行った後、１８０〜２２０℃で２時間加熱保持することで焼戻しを行うことにより作製した。
【００１８】
本実施形態の玉軸受によれば、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部において、硬さをＨｖ７００以上、残留オーステナイト量を２５体積％以上４０体積％以下、オーステナイト結晶粒度を９以上としたことにより、異物混入潤滑下で使用された場合であっても必要な転がり疲れ寿命が得られる。
【００１９】
＜実施例＞
以下、本発明の効果を検証した結果について説明する。
上述した玉軸受の外輪を、以下に示す手順で作製した。まず、ＳＵＪ２からなる素材を用いて所定形状に加工した後、以下に示すように熱処理Ａ，Ｂを行った。熱処理Ａとしては、表１に示す温度（Ａc1変態点よりも高い温度）で浸炭窒化を行った後に室温（Ａr1変態点以下の温度）まで冷却し、その後、表１に示す温度まで再加熱した後に矯正焼入れと、１８０〜２４０℃で２時間加熱保持する焼戻しを行った。熱処理Ｂとしては、浸炭窒化を行わずに、８４０℃で０．５〜１．０時間加熱保持する焼入れを行った後に、熱処理Ａと同様の焼戻しを行った。
【００２０】
このようにして得られた外輪のうち破壊試験用サンプルを用いて、軌道面をなす表層部（表面から５０μｍまでの部分）の硬さと、残留オーステナイト量と、オーステナイト結晶粒度とを測定した。これらの結果を表１に併せて示した。
なお、表層部の硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２１１に規定されたビッカース硬さ試験法を用いて測定した。また、表層部の残留オーステナイト量は、公知のＸ線回折装置を用いて測定した。さらに、表層部のオーステナイト結晶粒度は、まず、軌道面を研磨して、その研磨面をエッチング液で腐食させることでオーステナイト結晶粒を現出させた後、このオーステナイト結晶粒の大きさを光学顕微鏡（１００倍）で観察して、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１に規定された結晶粒度標準図に基づく結晶粒度を算出した。
【００２１】
また、上述した玉軸受の内輪及び玉は、ＳＵＪ２からなる素材を所定形状に加工した後、８４０〜９００℃で加熱保持することによる浸炭窒化処理と、熱処理Ｂと同様の焼入れ及び焼戻し処理を施して作製した。
そして、得られた外輪、内輪、及び玉のうち寿命試験用サンプルを用いて、上述した玉軸受を組み立てて、異物混入潤滑下で使用することを想定した以下に示す条件で寿命試験を行った。この寿命試験では、玉軸受に取り付けた振動計の値が試験開始時の３倍になるまでの時間を寿命として測定して、ワイブル分布曲線に基づくＬ10寿命を算出した。この結果を、Ｎｏ．８のＬ10寿命を１とした時の比で、表１に併せて示した。
＜寿命試験条件＞
面圧：４９００ＭＰａ
回転速度：３０００ｍｉｎ-1
潤滑油：タービン油（ＶＧ６８）
異物：Ｆｅ3 Ｃ（硬さ：ＨＲＣ５２，粒径：７４〜１４７μｍ）を、潤滑油全体に対して３００ｐｐｍとなるように混入
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示すように、熱処理として、Ａc1変態点よりも高い温度で浸炭窒化を行った後にＡr1変態点よりも低い温度まで冷却し、その後、再度Ａc1変態点よりも高い温度で加熱保持した後に矯正焼入れ及び焼戻しを行うことで作製し、表層部の硬さ、残留オーステナイト量、及びオーステナイト結晶粒度を特定したＮｏ．１〜Ｎｏ．６では、それ以外のＮｏ．７〜Ｎｏ．９と比べて、長寿命が得られた。
【００２４】
一方、Ｎｏ．７では、浸炭窒化後の再加熱温度がＡc1変態点よりも低かったため、表層部に十分な残留オーステナイト量が得られず、短寿命であった。
また、Ｎｏ．８では、浸炭窒化を行っていないため、表層部に十分な残留オーステナイト量が得られず、短寿命であった。
さらに、Ｎｏ．９では、焼戻し温度が高かったため、表層部に十分な残留オーステナイト量及び硬さが得られず、短寿命であった。
【００２５】
以上の結果より、内輪１及び外輪２を、上述したＮｏ．１〜Ｎｏ．６と同様の熱処理を施すことで作製し、その軌道面１ａ，２ａをなす表層部の構成を上述したＮｏ．１〜Ｎｏ．６と同様にすることにより、内輪１及び外輪２の肉厚を薄くしても、異物混入潤滑下において必要な転がり疲れ寿命が得られることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一例として、玉軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    内輪（軌道輪）
１ａ  軌道面
２    外輪（軌道輪）
２ａ  軌道面
３    玉（転動体）
４    保持器
【図１】
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