(57)【要約】【課題】水素脆性剥離の発生を抑制し、かつピーリングの発生を抑制した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を提供する。【解決手段】ロータ３１を回転させることによって、ステータ３３に起電力を発生させるオルタネータ３０において、ロータ軸３２をハウジング３４に対して軸支するオルタネータ用玉軸受１を構成する外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、前記回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材であって、
０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、
５５ＨＲＣ以上の硬度を有する、自動車電装・補機用転動部材。
【請求項２】
軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項１に記載の自動車電装・補機用転動部材である、自動車電装・補機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に関し、より特定的には、ロータを回転させることによって起電力を発生させるオルタネータに用いられるオルタネータ用転動部材およびオルタネータ用転がり軸受や、動力を伝達するためのベルトが掛けられるプーリに用いられるプーリ用転動部材およびプーリ用転がり軸受などの自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のオルタネータ、ファンクラッチ、カーエアコン電磁クラッチ、プーリ（アイドラプーリ、テンションプーリなど）のような自動車電装・補機に用いられる転がり軸受（自動車電装・補機用転がり軸受）においては、エンジンの回転に対応した急激な加減速や振動が作用する苛酷な条件下で用いられる場合が多い。その結果、自動車電装・補機用転がり軸受においては、使用中に転走面に早期に剥離が発生し、当該剥離の起点付近に白層と呼ばれる組織が観察される場合がある。
【０００３】
このような白層が発生した軸受を構成する転動部材としての軌道輪や転動体においては、当該転動部材を構成する鋼中の水素含有量が明確に増加している。このことから、上述の白層の発生を伴った剥離による軸受の損傷には、水素が関与していると考えられる。本明細書、要約書、特許請求の範囲においては、上述の白層を伴った特異な剥離を水素脆性剥離と呼ぶ。
【０００４】
上述の急激な加減速や振動が作用する結果、自動車電装・補機用転がり軸受においては、軌道輪などの軌道部材と玉などの転動体との間に瞬間的な金属接触が生じ、軌道部材および転動体の表面に微小摩耗が生じる。この微小摩耗により生じた化学的に活性な金属新生面を触媒として潤滑剤が分解される。そして、これにより発生した水素が転動部材を構成する鋼中に侵入することにより、上記水素脆性剥離は発生すると考えられる。また、上述の金属接触が生じた結果、ピーリングなどの表面損傷を生じる場合もある。なお、ピーリングとは、転動部材同士が金属接触し、転動部材の表面に小さな剥離や亀裂が発生する現象であって、進行すれば摩耗や大きな剥離に至る現象である。
【０００５】
水素脆性剥離への対策としては、十分な耐摩耗性（表面硬度）を確保しつつ、転動部材の表面に不動態膜を形成して（すなわち耐食性を向上させて）水素の侵入を抑制する対策が考えられる。すなわち、十分な表面硬度を確保することにより、金属新生面の露出を抑制することができる。また、耐食性を向上させることにより、転動部材への水素の侵入を抑制することができる。これにより、水素脆性剥離の発生を抑制することができる。さらに、十分な表面硬度を確保することにより、ピーリングの発生を抑制することも可能となる。
【０００６】
このような表面硬度と耐食性とを両立させることが可能な耐食軸受に関しては、多くの検討が行なわれている。そして、オーステナイト系ステンレス鋼からなる軸受や転がり支持装置において、表層部の硬度を向上させたものや（たとえば特許文献１〜３参照）、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる軸受用軌道輪において、表層部の硬度を上昇させたもの（たとえば特許文献４参照）など種々の提案がなされている。
【特許文献１】特開２００２−２７６６８０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７４６７号公報
【特許文献３】特開２００１−３３００３８号公報
【特許文献４】特開平７−１７４１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１〜４に記載された軸受等の構成では、軸受等を構成する部品である転動部材の表面硬度が不十分である点や、表面硬化のためにプラズマ浸炭などの特殊な熱処理を採用するため、転動部材の製造コストが上昇するだけでなく、転動部材の形状や硬化深さなどに制約がある点などの問題点があった。また、水素脆性剥離への対策として、潤滑剤に、分解しにくく、水素を発生しにくいグリースを採用する対策や、転動部材の表面を覆うことにより表面を不活性化させる添加剤を潤滑剤に添加する対策などが採用される場合もあるが、近年の使用環境の過酷化を考慮すると、必ずしも十分な対策とはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高い耐食性を有するとともに、十分な硬度を有することにより水素脆性剥離の発生を抑制し、かつピーリングの発生を抑制した自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った自動車電装・補機用転動部材は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、この回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受を構成する自動車電装・補機用転動部材である。そして、当該自動車電装・補機用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００１０】
本発明の自動車電装・補機用転動部材によれば、上記成分範囲の鋼からなることにより、高い耐食性、具体的には一般的な耐食軸受用鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを超える耐食性を有するとともに、十分な硬度、具体的には５５ＨＲＣ以上の硬度が確保されている。その結果、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングの発生が抑制されている。
【００１１】
ここで、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００１２】
炭素：０．００５質量％以上０．１質量％以下
炭素含有量が高くなると耐食性が低下するため、炭素量は少ないことが好ましい。特に、炭素量が０．１質量％を超えると、耐食性が明確に低下する。一方、炭素は、鋼の製造工程において鋼中に不可避に含有される。そのため、炭素量を０．００５質量％未満にまで低下させることは、鋼の製造コストを上昇させ、転動部材の製造コスト上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．００５質量％以上０．１質量％以下である。
【００１３】
珪素：２．０質量％以上５．０質量％以下
珪素は、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼中において、微細な金属間化合物として鋼中に析出することにより、析出硬化による硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が２．０質量％未満では、析出する金属間化合物の量が不十分であるため、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、自動車電装・補機用転動部材の製造コストが上昇する。そのため、珪素量は２．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に自動車電装・補機用転動部材が使用される場合、珪素量は３．５質量％以上であることが好ましい。
【００１４】
マンガン：０．５質量％以上２．０質量％以下
マンガンは鋼に含有されることによって、当該鋼からなる自動車電装・補機用転動部材の転動疲労寿命を向上させる。マンガン量が０．５質量％未満では、転動疲労寿命向上の効果は小さい。一方、自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が２．０質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．５質量％以上２．０質量％以下である。
【００１５】
クロム：８．０質量％以上１３．０質量％以下
クロムは、本発明の自動車電装・補機用転動部材において耐食性の向上、すなわち水素の侵入の抑制を担う重要な元素である。クロム含有量が８．０質量％未満では、緻密なクロム酸化物の皮膜が自動車電装・補機用転動部材の表面に十分に形成されず、耐食性を十分に向上させることができない。一方、クロムは比較的高価な合金元素であるため、クロム含有量が１３．０質量％を超えると、素材のコストが一般的な自動車電装・補機用転動部材の許容範囲を超えて上昇する。そのため、クロム含有量は、８．０質量％以上１３．０質量％以下である。なお、耐食性を一層向上させるためには、クロム含有量は１０．０質量％以上であることが好ましい。
【００１６】
ニッケル：４．０質量％以上１０．０質量％以下
ニッケルは、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼に含有されることにより、当該鋼の耐食性の向上に寄与する。含有量が４．０質量％未満では、耐食性向上の効果が小さい。一方、１０．０質量％を超えると、鋼材から転動部材への加工の容易性が低下し、自動車電装・補機用転動部材の製造コストが上昇する。したがって、ニッケル含有量は、４．０質量％以上１０．０質量％以下である。
【００１７】
銅：１．０質量％以上５．０質量％以下
銅は、珪素と同様に、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼において、析出硬化による硬度向上に寄与する重要な元素である。含有量が１．０質量％未満では、上述の硬度向上の効果が十分発揮されない。一方、含有量が５．０質量％を超えると、鋼材の熱間加工性が低下する。そのため、銅量は１．０質量％以上５．０質量％以下である。なお、特に高い硬度が要求される用途に自動車電装・補機用転動部材が使用される場合、銅量は３．０質量％以上であることが好ましい。また、熱間加工性と硬度とのバランスの観点から、銅量は３．５質量％以上４．５質量％以下とすることが、より好ましい。
【００１８】
本発明に従った自動車電装・補機用転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の自動車電装・補機用転動部材である。
【００１９】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、高い耐食性および十分な硬度を有する上述の自動車電装・補機用転動部材を備えているため、水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【００２０】
本発明に従った自動車電装・補機用転動部材としてのオルタネータ用転動部材は、ロータを回転させることによって、当該ロータに対向して配置されるステータに起電力を発生させるオルタネータにおいて、ロータを貫通し、当該ロータと一体に回転するロータ軸を、ロータ軸の外周面に対向して配置される部材に対して回転自在に軸支するオルタネータ用転がり軸受を構成するオルタネータ用転動部材である。そして、当該オルタネータ用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００２１】
上記オルタネータ用転動部材によれば、上記成分範囲の鋼からなることにより、高い耐食性、具体的には一般的な耐食軸受用鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを超える耐食性を有するとともに、十分な硬度、具体的には５５ＨＲＣ以上の硬度が確保されている。その結果、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングの発生が抑制されている。
【００２２】
本発明に従った自動車電装・補機用転動部材としてのプーリ用転動部材は、動力を伝達するためのベルトが掛けられて回転するプーリ本体の内部を貫通するプーリ軸と、プーリ本体との間に配置され、プーリ本体をプーリ軸に対して回転自在に軸支するプーリ用転がり軸受を構成するプーリ用転動部材である。そして、当該プーリ用転動部材は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００２３】
上記プーリ用転動部材によれば、上記オルタネータ用転動部材と同様に、上記成分範囲の鋼からなることにより、高い耐食性、具体的には一般的な耐食軸受用鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを超える耐食性を有するとともに、十分な硬度、具体的には５５ＨＲＣ以上の硬度が確保されている。その結果、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングの発生が抑制されている。
【００２４】
上記本発明の自動車電装・補機用転動部材の製造方法は、鋼材準備工程と、成形工程と、熱処理工程とを備えている。鋼材準備工程では、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材が準備される。成形工程では、鋼材が成形されることにより、自動車電装・補機用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材が作製される。熱処理工程では、当該鋼製部材が熱処理される。
【００２５】
そして、熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。
【００２６】
上記自動車電装・補機用転動部材の製造方法によれば、上述の成分範囲の鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されることにより、上述のように、自動車電装・補機用転動部材に高い耐食性と硬度とを付与することが可能となる。そして、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、高い耐食性と硬度とが付与される結果、水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転動部材を製造することができる。
【００２７】
すなわち、成形工程において作製された鋼製部材を構成する鋼の組織中には、圧延、鍛造等の際に受けた加熱および冷却の履歴に応じた種々の大きさの珪素を含む金属間化合物や銅を多く含む相（銅リッチ層）が析出している。熱処理工程に含まれる固溶化工程において、鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱されることにより、珪素や銅は、オーステナイト化した鋼の素地中に固溶する。そして、当該温度域からＭＳ点以下急冷された後、析出硬化工程において４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより、マルテンサイト化した鋼の素地中に珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相が微細に析出する。
【００２８】
そのため、鋼が析出硬化されて、自動車電装・補機用転動部材として必要な硬度である５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することができる。その結果、自動車電装・補機用転動部材に対して高い耐摩耗性を付与することができる。
【００２９】
ここで、固溶化工程における鋼製部材の加熱温度が１０００℃未満では、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅が十分に固溶せず、これらの含有元素を十分に活用できない。そのため、当該加熱温度は１０００℃以上とする必要がある。一方、１１００℃を超えてさらに当該加熱温度を上昇させても、珪素および銅の固溶量はほとんど増加しないため、当該加熱を実施する加熱炉の耐久性や加熱を実施するためのコストを考慮すると、当該加熱温度が１１００℃を超えることは好ましいとはいえない。
【００３０】
また、析出硬化工程における加熱温度が４００℃未満では、固溶化工程において鋼の素地中に固溶した珪素および銅がほとんど析出せず、析出硬化による硬度上昇の効果が十分に得られない。一方、析出硬化工程における加熱温度が上昇すると、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相のサイズが大きくなるとともに、その数が減少する。その結果、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相による析出硬化の効果が小さくなる。加熱温度が５００℃を超えるとこのような現象が顕著となり、５５ＨＲＣ以上の硬度を確保することが困難となる。そのため、析出硬化工程における加熱温度は５００℃以下であることが好ましい。さらに、析出した珪素を含む金属間化合物や銅リッチ相は、その直径が小さく、かつ数が多いほうが上記効果が大きいため、当該加熱温度は４００℃以上４５０℃以下であることが、より好ましい。
【００３１】
なお、上述の金属間化合物や銅リッチ相の直径は、たとえば自動車電装・補機用転動部材から、薄膜試料を作成し、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）を用いて観察される当該金属間化合物や銅リッチ相の幅の最も大きい部分と最も小さい部分との平均値を直径として算出することができる。また、上述のように、金属間化合物や銅リッチ相は、数が多い（数密度が高い）ことが好ましい。具体的には、ＴＥＭ観察において１００万倍（視野面積１００００ｎｍ２）の条件でたとえば１０視野観察し、直径１０ｎｍ以下の金属間化合物および銅リッチ相が合計で平均５０個以上（０．００５個／ｎｍ２以上）確認されることが、析出硬化による硬度の向上の観点から好ましい。
【００３２】
さらに、自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制されている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、自動車電装・補機用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。
【００３３】
また、上記製造方法においては、表面硬化処理などの製造コストを上昇させる工程が含まれていないため、自動車電装・補機用転動部材の製造コストが抑制される。
【００３４】
以上のように、上記自動車電装・補機用転動部材の製造方法によれば、高い耐食性を有するとともに耐摩耗性に優れている結果、水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転動部材を製造することができる。
【００３５】
上記本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の製造方法は、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、自動車電装・補機用転がり軸受を組立てる組立工程とを備えている。そして、軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方は、上述の自動車電装・補機用転動部材の製造方法により実施される。
【００３６】
上記本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の製造方法によれば、上述の高い耐食性を有するとともに硬度の高い、すなわち耐摩耗性に優れた自動車電装・補機用転動部材を製造可能な自動車電装・補機用転動部材の製造方法により軌道部材製造工程および転動体製造工程の少なくともいずれか一方が実施される。そのため、耐食性および耐摩耗性に優れている結果、水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転がり軸受を製造することができる。なお、一層水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転がり軸受を製造するためには、軌道部材製造工程および転動体製造工程の両方が上述の自動車電装・補機用転動部材の製造方法により実施されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受によれば、高い耐食性を有するとともに、耐摩耗性に優れることにより、水素脆性剥離が抑制され、かつピーリングが抑制された自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受を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】
【００３８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのオルタネータ用転がり軸受を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受を備えたオルタネータの構成について説明する。
【００４０】
図１を参照して、オルタネータ３０は、円盤状の形状を有するロータ３１と、ロータ３１を取り囲むように配置されたハウジング３４と、ロータ３１の中央部を貫通し、かつハウジング３４の壁面を貫通するロータ軸３２と、ハウジング３４の内部においてロータ３１の外周面に対向するようにハウジング３４に対して固定されて配置されたステータ３３とを備えている。そして、ロータ軸３２の外周面３２Ａと、ロータ軸３２の外周面３２Ａの一部に対向して配置される部材であるハウジング３４との間には、本発明のオルタネータ用転がり軸受としての１対のオルタネータ用玉軸受１が配置されている。
【００４１】
これにより、ロータ軸３２は、ハウジング３４に対して軸まわりに回転自在に保持され、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成されている。さらに、オルタネータ３０は、ハウジング３４の外部において、ロータ軸３２が貫通し、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成された円環状の形状を有するオルタネータプーリ３９を備えている。そして、オルタネータプーリ３９の外周面には、図示しない動力伝達用のベルトが掛けられるための凹凸部３９Ａが形成されている。
【００４２】
次に、オルタネータ３０の動作について説明する。凹凸部３９Ａの形成されたオルタネータプーリ３９の外周面には、図示しないエンジンなどの動力源からの動力によって回転するベルトが掛けられる。当該ベルトが回転することにより、オルタネータプーリ３９は、ハウジング３４に対してオルタネータ用玉軸受１により軸支されたロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。そして、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。このとき、ロータ３１は、ロータ３１の外周面に対向し、ハウジング３４に固定されて配置されたステータ３３に対して相対的に回転する。その結果、電磁誘導作用により、ステータ３３に起電力が発生する。
【００４３】
すなわち、実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受としてのオルタネータ用玉軸受１は、ロータ３１を回転させることによって、ロータ３１の外周側に対向して配置されるステータ３３に起電力を発生させるオルタネータにおいて、ロータ３１を貫通し、ロータ３１と一体に回転するロータ軸３２をロータ軸３２の外周面３２Ａに対向して配置される部材であるハウジング３４に対して回転自在に軸支するオルタネータ用転がり軸受である。
【００４４】
つまり、オルタネータ用玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するオルタネータ３０において、当該動力により回転駆動されるロータ軸３２を、ロータ軸３２に隣接して配置されるハウジング３４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００４５】
次に、上記オルタネータ用玉軸受１について説明する。図２は、実施の形態１におけるオルタネータ用玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【００４６】
図２を参照して、オルタネータ用玉軸受１は、軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、外輪転走面１１Ａと内輪転走面１２Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに、玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）において接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、オルタネータ用玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００４７】
ここで、図２を参照して、実施の形態１のオルタネータ用転動部材（自動車電装・補機用転動部材）である軌道部材としての外輪１１、内輪１２、および転動体としての玉１３は、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成されており、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。
【００４８】
実施の形態１のオルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３においては、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼からなっている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、オルタネータ用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上し、かつニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。そのため、オルタネータ用転動部材の水素脆性剥離が抑制されている。
【００４９】
さらに、実施の形態１のオルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、２．０質量％以上の珪素と、１．０質量％以上の銅とを含有し、５５ＨＲＣ以上の硬度を有している。そのため、オルタネータ用転動部材の耐摩耗性が向上することにより、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングが抑制されている。
【００５０】
以上のように、実施の形態１のオルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、高い耐食性を有するとともに、耐摩耗性に優れているため、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングが抑制されている。また、実施の形態１のオルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、後述するように、その製造工程において浸炭や浸炭窒化などの特殊な熱処理を必要としない。
【００５１】
なお、所定の耐摩耗性を確保するためには、上述の５５ＨＲＣ以上の硬度は、転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３の転走面において達成されていればよい。しかし、転動部材に負荷される荷重が大きい用途においては、転動部材の剛性や転動部材の塑性変形が問題になる場合があるため、転走面だけでなく転動部材全体（表層部および芯部）において達成されていることが好ましい。
【００５２】
さらに、実施の形態１におけるオルタネータ用玉軸受１は、特殊な熱処理を必要とせず、高い耐食性を有するとともに、耐摩耗性に優れた上述の外輪１１、内輪１２および玉１３を備えているため、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングが抑制されたオルタネータ用玉軸受となっている。
【００５３】
次に、本発明の実施の形態１におけるオルタネータ用転動部材およびオルタネータ用転がり軸受の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図４は、実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受の製造方法に含まれるオルタネータ用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【００５４】
図３を参照して、実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、オルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２などが製造される。一方、転動体製造工程では、オルタネータ用転動部材としての玉１３などが製造される。
【００５５】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、オルタネータ用転がり軸受を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１および内輪１２と、玉１３とを組み合わせることにより、オルタネータ用玉軸受１が組立てられる。そして、この軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下のオルタネータ用転動部材の製造方法により実施される。
【００５６】
図４を参照して、本発明の実施の形態１におけるオルタネータ用転動部材の製造方法においては、まず、０．００５質量％以上０．１質量％以下の炭素と、２．０質量％以上５．０質量％以下の珪素と、０．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、８．０質量％以上１３．０質量％以下のクロムと、４．０質量％以上１０．０質量％以下のニッケルと、１．０質量％以上５．０質量％以下の銅とを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００５７】
次に、図４を参照して、上記鋼材を成形することにより、オルタネータ用転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。
【００５８】
次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する固溶化工程と、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００５９】
次に、図４を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などが仕上げられる。これにより、実施の形態１におけるオルタネータ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３などが完成する。
【００６０】
次に、熱処理工程の詳細について説明する。図５は、オルタネータ用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図５において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図５において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図５を参照して、実施の形態１におけるオルタネータ用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。
【００６１】
図５を参照して、まず、鋼製部材を１０００℃以上１１００℃以下の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより、鋼製部材を固溶化する固溶化工程が実施される。具体的には、成形工程において作製された鋼製部材がＡ１点以上の温度である１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃に加熱されて、５分間以上３０分間以下の時間、たとえば１０分間保持される。これにより、鋼製部材を構成する鋼が含有する珪素および銅がオーステナイト化した当該鋼の素地中に固溶する。その後、鋼製部材は、水中に浸漬されることにより、１０００℃以上１１００℃以下の温度、たとえば１０５０℃からＭＳ点以下の温度に冷却される（水冷）。これにより、熱処理工程に含まれる固溶化工程が完了する。
【００６２】
このとき、鋼製部材が１０００℃以上１１００℃以下の温度に加熱されることにより、鋼の素地中に固溶した珪素および銅は金属間化合物および銅リッチ相として析出することなく、マルテンサイト化した当該鋼の素地中に固溶した状態を保っている。
【００６３】
なお、鋼の素地中に固溶した珪素および銅を金属間化合物および銅リッチ相として析出させることなく、上記冷却後においても当該鋼の素地中に固溶した状態を保つためには、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際に、当該金属間化合物および銅リッチ相が析出する４５０℃以上の温度域で急冷されている必要がある。そのため、鋼製部材が固溶化工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される際の冷却速度は、４５０℃、好ましくは４００℃以下になるまでの期間において、５００℃／秒以上であることが好ましい。
【００６４】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、ＭＳ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００６５】
次に、図５を参照して、固溶化工程において固溶化された鋼製部材を４００℃以上５００℃以下の温度に加熱することにより析出硬化させる析出硬化工程が実施される。具体的には、固溶化工程において固溶化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である４００℃以上５００℃以下の温度、たとえば４５０℃に加熱されて、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持された後、空気中で放冷される（空冷）。これにより、鋼製部材を構成する鋼の素地中に固溶している珪素および銅が、それぞれ金属間化合物および銅リッチ相としてマルテンサイト化した当該素地中に微細に析出する。
【００６６】
このとき、鋼製部材が４００℃以上５００℃以下の温度に加熱されることにより析出した金属間化合物および銅リッチ相は、たとえば直径が１０ｎｍ以下である。そのため、当該鋼は析出硬化されてオルタネータ用転動部材は５５ＨＲＣ以上の硬度に硬化されている。その結果、実施の形態１の製造方法により製造されたオルタネータ用転動部材は耐摩耗性に優れているため、水素脆性剥離が抑制されている。以上のようにして、熱処理工程に含まれる析出硬化工程が完了する。
【００６７】
以上のように、実施の形態１におけるオルタネータ用転動部材の製造方法によれば、８．０質量％以上のクロムと、４．０質量％以上のニッケルとが含有されており、かつ炭素の含有量が０．１質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用されている。そのため、炭素による耐食性の低下が回避されるとともに、十分な量のクロムが含有されているため、オルタネータ用転動部材の表面に緻密なクロム酸化物の皮膜が十分に形成されて耐食性が向上している。そして、ニッケルを含有することにより耐食性がさらに向上している。そのため、オルタネータ用転動部材に高い耐食性を付与し、水素脆性剥離を抑制することが可能となっている。
【００６８】
さらに、当該鋼材が成形工程において成形された後、熱処理工程で適切な熱処理を施されることにより、大きさが１０ｎｍ以下の珪素を含む金属間化合物および銅リッチ相が当該鋼の素地中に析出するため、５５ＨＲＣ以上の硬度をオルタネータ用転動部材に付与することが可能となっている。そのため、耐摩耗性に優れている結果、水素脆性剥離が抑制されたオルタネータ用転動部材を製造することができる。
【００６９】
（実施の形態２）
図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態２における自動車電装・補機用転がり軸受としてのプーリ用転がり軸受を備えたプーリを示す概略図である。図６を参照して、実施の形態２におけるプーリ用転がり軸受を備えたプーリの構成について説明する。
【００７０】
図６を参照して、プーリ４０は、動力伝達用のベルトが掛けられるための外周面４１Ａを有し、かつ中央部にシャフト４９が貫通するための貫通穴の形成された円環状の形状を有するプーリ本体４１と、貫通穴の内周面４１Ｂに接触して嵌め込まれたプーリ用転がり軸受としてのプーリ用玉軸受２とを備えている。
【００７１】
プーリ用玉軸受２は、図１および図２に基づいて説明したオルタネータ用玉軸受１と同様に、プーリ用転動部材（自動車電装・補機用転動部材）である軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持されたプーリ用転動部材である転動体としての複数の玉１３とを備えている。図１および図２を参照して、外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、外輪転走面１１Ａと内輪転走面１２Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに、玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）において接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、プーリ用玉軸受２の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００７２】
そして、プーリ用玉軸受２の内輪１２の内周面に接触するように、シャフト４９が嵌め込まれていることにより、シャフト４９とプーリ本体とは軸まわりに相対的に回転可能となっており、プーリ本体４１の外周面４１Ａに掛けられた図示しないベルトは、回転可能となっている。
【００７３】
すなわち、実施の形態２におけるプーリ用玉軸受２は、図６を参照して、動力を伝達するための図示しないベルトが掛けられて回転するプーリ本体４１の内部を貫通するプーリ軸としてのシャフト４９と、プーリ本体４１との間に配置され、プーリ本体４１をシャフト４９に対して回転自在に軸支するプーリ用転がり軸受である。
【００７４】
つまり、プーリ用玉軸受２は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するプーリ４０において、当該動力により回転駆動されるプーリ本体４１を、プーリ本体４１に隣接して配置されるシャフト４９に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００７５】
そして、プーリ用玉軸受２は、実施の形態１において説明したオルタネータ用玉軸受１と同様の構成を有しており、同様の製造方法により製造することができる。その結果、プーリ用玉軸受２を構成するプーリ用転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３は、高い耐食性を有するとともに、耐摩耗性に優れているため、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングが抑制されている。また、当該外輪１１、内輪１２および玉１３を備えたプーリ用玉軸受２は、水素脆性剥離が抑制されるとともに、ピーリングが抑制されている。
【００７６】
なお、上記実施の形態１および２におけるオルタネータ用転動部材およびプーリ用転動部材の製造方法によれば、オルタネータ用転動部材およびプーリ用転動部材は、最終的に４００℃以上５００℃以下程度の温度に加熱されて製造されるため、使用される温度が当該温度域よりも低い場合、材質的な変化が小さい。そして、この温度域は、今後のオルタネータ用転がり軸受およびプーリ用転がり軸受の使用条件の苛酷化を考慮しても十分高い。そのため、上記実施の形態における製造方法により製造されたオルタネータ用転動部材、オルタネータ用転がり軸受、プーリ用転動部材およびプーリ用転がり軸受は、温度上昇を伴う苛酷な使用条件においても、十分な硬度、耐力を有するとともに、残留オーステナイトの分解などによる経年的な寸法変化も小さい。
【００７７】
また、上記実施の形態１および２においては、本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受の一例として玉軸受（深溝玉軸受）およびこれが備える転動部材について説明したが、本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、転動部材である軌道部材は、転動体が表面を転走するように使用される軸や板などであってもよい。すなわち、転動部材としての軌道部材は、転動体が転走するための転走面が形成された部材であればよい。また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受としてのオルタネータ用転がり軸受は、スラスト玉軸受またはスラストころ軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受としてのプーリ用転がり軸受は、ラジアルころ軸受であってもよい。
【実施例１】
【００７８】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受と同様の構成を有する玉軸受を作製し、従来の玉軸受と水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労寿命を比較する試験を実施した。試験の手順は以下のとおりである。
【００７９】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、表１に示す化学成分を有する鋼材を準備した。表１において、主要化学成分については、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびクロム（Ｃｒ）の含有量が質量％で示されており、記載された成分の残部は鉄および不可避的不純物である。
【００８０】
【表１】
2007284737.tif 000003
【００８１】
そして、上記鋼材を玉軸受６３０３型番（ＪＩＳ  Ｂ１５１２）の内輪および外輪の概略形状に加工した。その後、表１に示すように、各材料に応じた熱処理を行なうことにより、内輪および外輪を硬化させた後、仕上げ加工を実施することにより、内輪および外輪を完成させた。完成した試験片の表面硬度が表１に示されている。なお、比較例のＳＵＳ３０４に関しては、通常の焼入処理では軸受用鋼として使用できる程度に硬化できないため、１１００℃に加熱した後、油冷したもの以外に、５５０℃でタフトライド（Ｒ）処理した後８５０℃で浸炭窒化処理し、油冷することにより焼入硬化させた内輪および外輪も作製した。さらに、上記内輪および外輪とは別に、ＪＩＳ  ＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化焼入を施した玉軸受６３０３型番の玉を作製した。そして、上記内輪および外輪と玉とを組み合わせることにより、６３０３型番の玉軸受を完成させた。
【００８２】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製した６３０３型番の玉軸受をオルタネータに組み込み、実際にオルタネータを運転することにより、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労寿命を調査する試験を実施した。具体的には、オルタネータのプーリ荷重を２０００Ｎ、回転速度を１２０００回転／分、潤滑をエーテル油とＰＡＯ（ｐｏｌｙ−α−ｏｌｅｆｉｎ）油とを混合したグリースとし、最大４０Ｇの加速度を付与する条件下で剥離が発生するまでの時間を調査した。なお、試験は表１の材料のうち、本発明の実施例である実施例ＡおよびＢ、比較例であるＳＵＳ３０４にタフトライド処理等を実施したもの（ＳＵＳ３０４硬化）、ＳＵＳ４４０ＣおよびＳＵＪ２について実施した。
【００８３】
表２に、試験の結果を示す。表２においては、剥離の発生までの時間（寿命）の他、ＳＵＪ２の寿命に対する各試験片の寿命比、剥離の形態（白層を伴う水素脆性剥離か、白層を伴わない通常剥離か）が、各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、実施例ＡおよびＢについては、それぞれ１２００時間および１５００時間経過時においても剥離が発生せず、試験を中止した。
【００８４】
【表２】
2007284737.tif 000004
【００８５】
表２を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、比較例のＳＵＳ３０４硬化、ＳＵＳ４４０ＣおよびＳＵＪ２に比べて極めて長寿命となっていることが分かる。このことから、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、従来の転がり軸受に比べて、水素脆性剥離の発生する環境下において極めて長寿命であることが確認された。
【実施例２】
【００８６】
以下、本発明の実施例２について説明する。上述の水素脆性剥離は、自動車電装・補機用転がり軸受において必ず発生するものではなく、使用条件によって発生する場合と発生しない場合とがある。そのため、自動車電装・補機用転がり軸受においては、水素脆性剥離が発生する環境下における転動疲労寿命だけでなく、水素脆性剥離の発生しない通常の環境下での転動疲労寿命も重要である。そこで、本発明の自動車電装・補機用転動部材と同様の構成を有する転動部材の、通常の環境下における転動疲労寿命を、従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００８７】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を転動疲労試験に供した。試験片の形状は直径φ１２ｍｍ、長さＬ１２ｍｍの円筒状、試験数は１０個、相手試験片はＳＵＪ２製で直径φ２０ｍｍ、長さＬ２０ｍｍの円筒状、接触面圧Ｐｍａｘは３．５ＧＰａ、応力の負荷速度は２０４００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ６８の循環給油とした。
【００８８】
図７は、転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。また、図８は、図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。図８においては、内部構造の一部が断面図として示されている。図７および図８を参照して、実施例２において実施された転動疲労寿命試験について説明する。
【００８９】
図７および図８を参照して、転動疲労寿命試験機５は、円筒状の上部ロール５１と、外周面が上部ロール５１の外周面に対向するように配置された下部ロール５２と、上部ロール５１と下部ロール５２との間に配置された円筒状の駆動ロール５３および支持ロール５４とを備えている。円筒状の相手試験片５５、５５は上部ロール５１および駆動ロール５３の外周面に接触する位置と、下部ロール５２および駆動ロール５３の外周面に接触する位置とのそれぞれに配置される。そして、円筒状の試験片５９は、相手試験片５５、５５の外周面のそれぞれと、支持ロール５４の外周面とに外周面が接触するようにセットされる。
【００９０】
そして、試験片５９と相手試験片５５、５５との間に、設定された所望の接触面圧（Ｐｍａｘ：３．５ＧＰａ）が作用するように、上部ロール５１と下部ロール５２との間に所定の負荷がかけられる。その後、駆動ロール５３が円周方向に回転すると、駆動ロール５３に接触している相手試験片５５、５５がこれにより駆動されて回転する。その結果、相手試験片５５、５５と支持ロール５４とで保持されている試験片５９が相手試験片５５、５５と線接触しつつ、回転する。このとき、上部ロール５１と駆動ロール５３との間から試験片５９に向けて潤滑油が供給される。そして、試験片５９の外周面に剥離が発生して振動が生じると、図示しない振動センサによりこれを感知して駆動ロールを停止させる。そして、駆動ロールが停止するまでに相手試験片５５、５５から受けた応力の繰り返し回数をその試験片５９の転動疲労寿命とした。さらに、上述のような試験を１０回ずつ行ない、転動疲労寿命を統計的に解析して、１０％の試験片が破損するまでの寿命（Ｌ１０寿命）を算出した。
【００９１】
表３に、転動疲労寿命試験の結果を示す。表３においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のＬ１０寿命の比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、転動疲労寿命試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【００９２】
【表３】
2007284737.tif 000005
【００９３】
表３を参照して、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２に次いで転動疲労寿命に優れていることが分かる。ここで、ＳＵＪ２は、上述の実施例１の試験結果から、水素脆性剥離の発生する環境下においては、転動疲労寿命が実施例ＡおよびＢに比べて短く、自動車電装・補機用転動部材の材料としては必ずしも十分ではないと考えられる。また、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２を除く他の試験片の転動疲労寿命を大幅に上回っている。このことから、本発明の自動車電装・補機用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労寿命と通常の環境下における転動疲労寿命との両方において極めて優れた特性を有していることが分かる。なお、硬度の高いＳＵＳ４４０Ｃが実施例ＡおよびＢよりも短寿命となったのは、鋼の組織中に大型の共晶炭化物が存在し、これが応力集中源になったためであると考えられる。
【実施例３】
【００９４】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の自動車電装・補機用転動部材と同様の構成を有する転動部材の耐ピーリング性を従来の鋼からなる転動部材と比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【００９５】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を耐ピーリング試験に供した。試験片の形状は外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ０．２μｍで、軸方向の断面において外周面が平行な直線形状を有する円筒状、相手試験片は前述の試験片と同種の鋼から構成されており、外径φ４０ｍｍ、外周面の表面粗さＲｔ３μｍで、軸方向の断面において外周面が曲率半径Ｒ６０ｍｍの凸形状を有する円環状とした。また、試験片と相手試験片との接触面圧Ｐｍａｘは２．１ＧＰａ、負荷速度は２０００回／分、潤滑はタービン油ＶＧ４６の循環給油、総負荷回数は４．８×１０５回とした。
【００９６】
図９は、耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。図９を参照して、実施例３において実施された耐ピーリング試験について説明する。
【００９７】
図９を参照して、耐ピーリング試験機６は、軸まわりに回転可能な駆動軸６１と、軸まわりに回転可能な従動軸６２とを備えている。駆動軸６１と従動軸６２とは、双方の軸が平行になるように配置されている。駆動軸６１の一方の端部には、円環状の相手試験片６８を保持するための駆動軸保持部６１Ａが形成されている。また、従動軸６２の一方の端部には、円環状の試験片６９を保持するための従動軸保持部６２Ａが形成されている。
【００９８】
そして、駆動軸保持部６１Ａに、相手試験片６８が駆動軸６１の軸にその軸が一致するようにセットされる。また、従動軸保持部６２Ａに、試験片６９が従動軸６２の軸にその軸が一致するようにセットされる。これにより、相手試験片６８の外周面と試験片６９の外周面とが接触する。さらに、試験片６９および相手試験片６８に接触するようにフェルト６３が配置される。フェルト６３は、供給される潤滑油の保持に用いられる。
【００９９】
以上のように試験の準備が完了すると、試験片６９に潤滑油が滴下されつつ、駆動軸６１が軸まわりに回転する。これにより、相手試験片６８が回転するとともに、相手試験片６８に駆動されて試験片６９が相手試験片６８と接触しつつ回転する。このとき、矢印Ｌの向きに所定の荷重が負荷される。そして、所定の回転数である４．８×１０５回の回転が終了したところで駆動軸６１の回転が停止される。
【０１００】
上述のように試験が実施された後、試験片６９が取り外され、外周面に発生したピーリングの面積が調査され、当該面積の外周面の面積に対する割合（ピーリング面積率）が算出された。
【０１０１】
表４に、耐ピーリング試験の結果を示す。表４においては、ＳＵＪ２の試験片に対する各試験片のピーリング面積率の逆数比が各試験片の硬度とあわせて示されている。なお、ＳＵＳ３０４からなる試験片は、上述の浸炭窒化処理等を実施しない場合、硬度が低く、耐ピーリング試験に供することが困難であるため、試験の対象から除外した。
【０１０２】
【表４】
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【０１０３】
表４を参照して、ピーリング面積率の逆数比が大きいほど、耐ピーリング性に優れていることを示している。耐ピーリング性は、硬度の高い順に優れていることが分かる。ここで、ＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃは、水素脆性剥離の発生する環境下においては、転動疲労寿命が実施例ＡおよびＢに比べて短く、自動車電装・補機用転動部材としては必ずしも十分ではないと考えられる。一方、実施例Ａおよび実施例Ｂは、ＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを除く他の試験片の耐ピーリング性を上回っている。このことから、本発明の自動車電装・補機用転動部材と同様の構成を有する実施例Ａおよび実施例Ｂは、水素脆性剥離の抑制とピーリングの抑制とを両立していることが分かる。
【実施例４】
【０１０４】
以下、本発明の実施例４について説明する。自動車電装・補機用転がり軸受は、エンジンの近傍において使用される場合など、高温環境において使用される場合がある。そこで、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼の高温硬度と従来の鋼の高温硬度とを比較する試験を行なった。試験の条件は以下のとおりである。
【０１０５】
実施例１と同様の材料に同様の熱処理を施した試験片を作製し、３００℃におけるビッカース硬度を測定した。表５に、高温硬度の測定結果を示す。表５においては、３００℃におけるビッカース硬度が、硬度の順位とともに示されている。なお、他の試験片に比べて著しく硬度の低いＳＵＳ３０４およびＳＵＳ６３０に関しては、試験の対象から除外した。
【０１０６】
【表５】
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【０１０７】
表５を参照して、高温硬度は、本発明の実施例Ｂが最も高く、次いで実施例Ａが高くなっており、室温において実施例Ａおよび実施例Ｂよりも硬度の高いＳＵＪ２およびＳＵＳ４４０Ｃを逆転している。そして、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂの３００℃における硬度は５８０ＨＶ〜６００ＨＶ（５４ＨＲＣ〜５５ＨＲＣ）であり、３００℃においても自動車電装・補機用転動部材として使用可能な硬度を保持している。このことから、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼は、高温環境で使用される軸受用鋼として適していることが分かる。
【０１０８】
以上の実施例１〜４の結果より、本発明の自動車電装・補機用転動部材を構成する鋼は、水素脆性剥離を抑制し、かつピーリングを抑制可能な軸受用鋼であるだけでなく、高温硬度も高く、高温環境において使用される軸受用鋼としても適していることが確認された。その結果、当該軸受用鋼からなる本発明の自動車電装・補機用転動部材は、水素脆性剥離を抑制し、かつピーリングを抑制することが可能となっており、高温環境などの苛酷な環境下において使用される自動車電装・補機用転動部材として好適であることが分かった。
【０１０９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受は、水素脆性剥離の抑制およびピーリングの抑制が求められる自動車電装・補機用転動部材および自動車電装・補機用転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１におけるオルタネータ用玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図４】実施の形態１におけるオルタネータ用転がり軸受の製造方法に含まれるオルタネータ用転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図５】オルタネータ用転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図６】実施の形態２におけるプーリ用転がり軸受を備えたプーリを示す概略図である。
【図７】転動疲労寿命を評価するための試験に用いられた転動疲労寿命試験機の概略を説明するための概略側面図である。
【図８】図７の転動疲労寿命試験機の概略正面図である。
【図９】耐ピーリング性を評価するための試験に用いられた耐ピーリング試験機の概略を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  オルタネータ用玉軸受、２  プーリ用玉軸受、５  転動疲労寿命試験機、６  耐ピーリング試験機、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１４  保持器、３０  オルタネータ、３１  ロータ、３２  ロータ軸、３２Ａ  外周面、３３  ステータ、３４  ハウジング、３９  オルタネータプーリ、３９Ａ  凹凸部、４０  プーリ、４１  プーリ本体、４１Ａ  外周面、４１Ｂ  内周面、４９  シャフト、５１  上部ロール、５２  下部ロール、５３  駆動ロール、５４  支持ロール、５５  相手試験片、５９  試験片、６１  駆動軸、６１Ａ  動軸保持部、６２  従動軸、６２Ａ  従動軸保持部、６３  フェルト、６８  相手試験片、６９  試験片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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