(57)【要約】【課題】軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくしても、軌道溝やボールの表面に脆性剥離が発生しないようにすることである。【解決手段】軌道溝１ａの曲率半径ρ１をボール３の直径Ｄの５１％以下とした内輪１を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、２６０℃以上の焼戻し温度で高温焼戻し処理することにより、内輪１の軌道溝１ａの曲率半径ρ１を小さくしても、軌道溝１ａに脆性剥離が発生しないようにした。【選択図】図１
2012177479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪の少なくとも一方の軌道輪の軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした玉軸受において、前記軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪および前記ボールの少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、２６０℃以上の焼戻し温度で高温焼戻し処理し、当該鋼中への水素の侵入が抑制されたことを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
前記内輪の軌道溝の曲率半径を、前記ボールの直径の５１％以下とし、前記内輪を、２６０℃以上の焼戻し温度で高温焼戻し処理したものとし、脆性剥離に起因する軸受寿命を向上させた請求項１に記載の玉軸受。
【請求項３】
前記高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材とした軌道輪の軌道溝およびボールの表面の少なくとも一方に浸炭窒化層を形成し、その金属組織中の残留オーステナイトの結晶粒を粒度番号１０番よりも細かくした請求項１又は２に記載の玉軸受。
【請求項４】
前記玉軸受が深溝玉軸受である請求項１乃至３のいずれかに記載の玉軸受。
【請求項５】
前記玉軸受が、ベルト式無段変速機のセカンダリプーリ軸をプーリの近傍で回転自在に支持するものである請求項１乃至４のいずれかに記載の玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、玉軸受の内外輪の軌道溝の曲率半径は、ボールの直径の５１％よりも大きく形成
されているが、軸方向のがた、すなわちアキシアル隙間を少なくするために、内外輪の少
なくとも一方の軌道輪の軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下としたものがある
（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたものでは、ベルト式無段変速機のセカンダリプーリ軸をプーリ
の近傍で回転自在に支持する玉軸受を対象として、内輪の軌道溝の曲率半径をボールの直
径の５０．９％以下、外輪の軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１．９％以下とし、ア
キシアル荷重が負荷されるセカンダリプーリ軸のプーリのプライマリプーリ軸のプーリに
対する芯ずれを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平８−３０５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
玉軸受の内外輪やボールは、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、焼入れ、焼戻
し処理したものが多いが、特許文献１に記載されたように、軌道輪の軌道溝の曲率半径を
ボールの直径の５１％以下に小さくした玉軸受は、曲率半径を小さくした軌道輪の軌道溝
やボールの表面で、早期に脆性剥離が発生することがある。この脆性剥離の原因は、軌道
輪の軌道溝の曲率半径を小さくすると、軌道溝を転動するボールとの差動滑りが大きくな
り、この差動滑りによって軌道溝やボールの表面に発生する新生面を触媒として、軸受内
部に封入されたグリースが分解し、このグリースの分解で発生する水素が軌道溝やボール
の表面から鋼中に侵入して、水素脆化を引き起こすものと考えられている。このような脆
性剥離が生じた部位を元素分析すると、鋼中の水素量が増加していることも確認されてい
る（玉田、田中「外輪回転による脆性剥離の再現実験」（社）日本トライボロジー学会ト
ライボロジー会議予稿集、１９９４年１０月、ｐ．７４９−７５２）。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくしても、軌道溝やボール
の表面に脆性剥離が発生しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、内輪および外輪の少なくとも一方の軌道輪の
軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした玉軸受において、前記軌道溝の曲率
半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪および前記ボールの少なくとも一方を、高
炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、２６０℃以上の焼戻し温度で高温焼戻し処理し
た構成を採用した。
【０００８】
すなわち、軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪およびボールの
少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、２６０℃以上の焼戻し温
度で高温焼戻し処理することにより、軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくしても、軌道溝
やボールの表面に脆性剥離が発生しないようにした。２６０℃以上の高温焼戻し処理によ
って水素脆化による脆性剥離が抑制されるメカニズムは明らかではないが、高温焼戻し処
理すると金属組織中の残留オーステナイト量が少なくなることから、体心立方構造で格子
間の隙間が多いオーステナイトの減少によって、鋼中への水素の侵入が抑制されることが
推定される。
【０００９】
また、本発明は、内輪および外輪の少なくとも一方の軌道輪の軌道溝の曲率半径をボー
ルの直径の５１％以下とした玉軸受において、前記軌道溝の曲率半径をボールの直径の５
１％以下とした軌道輪および前記ボールの少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ
２を素材として、この高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材とした軌道輪の軌道溝およびボ
ールの表面の少なくとも一方に浸炭窒化層を形成し、その金属組織中の残留オーステナイ
トの結晶粒を粒度番号１０番よりも細かくした構成も採用した。
【００１０】
すなわち、軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪およびボールの
少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、この高炭素クロム軸受鋼
ＳＵＪ２を素材とした軌道輪の軌道溝およびボールの表面の少なくとも一方に浸炭窒化層
を形成し、その金属組織中の残留オーステナイトの結晶粒を粒度番号１０番よりも細かく
することにより、浸炭窒化層の形成で軌道溝やボールの表面を不活性化して、グリースの
分解による水素の発生を抑制するとともに、残留オーステナイトの結晶粒を細かくして耐
脆性破壊強度を高め、軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくしても、軌道溝やボールの表面
に脆性剥離が発生しないようにした。
【００１１】
前記軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪および前記ボールの少
なくとも一方を、２６０℃以上の焼戻し温度で高温焼戻し処理することもできる。
【００１２】
前記内輪の軌道溝の曲率半径を、前記ボールの直径の５１％以下としたものとすること
ができる。
【００１３】
上述した各玉軸受は、軌道溝が深くて、ボールとの差動滑りが大きくなる深溝玉軸受に
好適である。
【００１４】
上述した各玉軸受は、ベルト式無段変速機のセカンダリプーリ軸をプーリの近傍で回転
自在に支持するものに好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の玉軸受は、軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪および
ボールの少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、２６０℃以上の
焼戻し温度で高温焼戻し処理するようにしたので、軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくし
ても、軌道溝やボールの表面に脆性剥離が発生しないようにすることができる。
【００１６】
また、本発明の玉軸受は、軌道溝の曲率半径をボールの直径の５１％以下とした軌道輪
およびボールの少なくとも一方を、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、この高炭
素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材とした軌道輪の軌道溝およびボールの表面の少なくとも一
方に浸炭窒化層を形成し、その金属組織中の残留オーステナイトの結晶粒を粒度番号１０
番よりも細かくした構成も採用したので、軌道輪の軌道溝の曲率半径を小さくしても、軌
道溝やボールの表面に脆性剥離が発生しないようにすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施
形態を示す。図１に示すように、この玉軸受１０は、内輪１と外輪２の軌道溝１ａ、２ａ
間に複数のボール３が保持器４に保持されて配列され、グリース（図示省略）が封入され
た軸受内部がシール部材５によってシールされた深溝玉軸受であり、アキシアル隙間が小
さくなるように、内輪１の軌道溝１ａの曲率半径ρ１がボール３の直径Ｄの５１％、外輪
２の軌道溝２ａの曲率半径ρ２がボール３の直径Ｄの５２％とされている。
【００１８】
前記内輪１、外輪２および各ボール３は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、
焼入れ焼戻し処理されている。焼入れ温度はいずれも８５０℃とし、軌道溝１ａの曲率半
径ρ１をボール３の直径Ｄの５１％と小さくした内輪１は、２６０℃の焼戻し温度で高温
焼戻し処理を施されている。また、曲率半径ρ２をボール３の直径Ｄの５２％と比較的小
さくされた外輪２も２６０℃の焼戻し温度で高温焼戻し処理を施され、ボール３は１８０
℃の焼戻し温度で通常の焼戻し処理を施されている。
【００１９】
図２は、前記玉軸受１０を使用したベルト式無段変速機を示す。このベルト式無段変速
機は、エンジンからクラッチを介して駆動力を伝達されるプライマリプーリ軸１１のプー
リ１２と、歯車機構とデファレンシャルを介して車軸に駆動力を伝達するセカンダリプー
リ軸１３のプーリ１４との間に無端ベルト１５を張り渡したものであり、各プーリ１２、
１４が、各プーリ軸１１、１３に一体に設けられた固定シーブ１２ａ、１４ａと、軸方向
にスライドする可動シーブ１２ｂ、１４ｂで形成されてプーリ幅が可変とされ、Ｖ字状の
各プーリ１２、１４への無端ベルト１５の張り渡し半径方向位置を変えることにより、無
段変速できるようになっている。
【００２０】
前記玉軸受１０は、セカンダリプーリ軸１３をプーリ１４の近傍でケーシング１６に回
転自在に支持している。図示は省略するが、セカンダリプーリ軸１３は、歯車機構の歯車
が取り付けられた他端側を別の軸受で支持されている。この歯車機構の歯車はヘリカルギ
ヤとされているので、セカンダリプーリ軸１３には、前進時と後退時とで逆方向のアキシ
アル荷重が作用する。したがって、このアキシアル荷重によるセカンダリプーリ軸１３の
プーリ１４のプライマリプーリ軸１１のプーリ１２に対する芯ずれを防止するために、玉
軸受１０の内輪１の軌道溝１ａの曲率半径ρ１を小さく形成し、アキシアル隙間を小さく
している。また、プーリ１４の近傍でセカンダリプーリ軸１３を支持する玉軸受１０には
、無端ベルト１５のベルト張力によるラジアル荷重の大部分が負荷されるので、各ボール
３は大きな接触圧力で大きな差動滑りを伴って内輪１の軌道溝１ａを転動する。
【００２１】
図３（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態を示す。この玉軸受１０は、基本的な構成は第
１の実施形態のものと同じであり、前記軌道溝１ａの曲率半径ρ１をボール３の直径Ｄの
５１％とした内輪１が、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、浸炭窒化処理温度８
５０℃から１次焼入れされたのち、浸炭窒化処理温度よりも低い７８０℃〜８３０℃で２
次焼入れて、１８０℃で焼戻し処理され、軌道溝１ａを含む全表面に浸炭窒化層６が形成
されるとともに、金属組織中の残留オーステナイトの結晶粒が粒度番号１０番よりも細か
くされている点が異なる。なお、外輪２とボール３は、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素
材として、８５０℃で焼入れされて１８０℃で焼戻し処理されている。
【００２２】
第３の実施形態は、図３（ａ）、（ｂ）に示した第２の実施形態の玉軸受１０において
、前記軌道溝１ａの曲率半径ρ１をボール３の直径Ｄの５１％とした内輪１を、前記浸炭
窒化処理の１次焼入れと、これよりも低温の２次焼入れの後に、２６０℃で高温焼戻し処
理したものである。その他の部分は、第２の実施形態のものと同じである。
【実施例】
【００２３】
実施例として、上述した第１の実施形態の玉軸受（実施例１）、第２の実施形態の玉軸
受（実施例２）および第３の実施形態の玉軸受（実施例３）を用意した。比較例として、
各実施例のものと同様に、内輪１の軌道溝１ａの曲率半径ρ１をボール３の直径Ｄの５１
％、外輪２の軌道溝２ａの曲率半径ρ２をボール３の直径Ｄの５２％とし、内輪１、外輪
２および各ボール３を、いずれも高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を素材として、焼入れ温度
を８５０℃、焼戻し温度を１８０℃とした玉軸受も用意した。なお、各実施例と比較例の
玉軸受の寸法は、いずれも外径４７ｍｍ、内径１７ｍｍ、幅１４ｍｍとし、軸受内部に合
成炭化水素油を基油とするウレア系グリースを封入した。
【００２４】
図４に示す軸受試験装置を用いて、上記各実施例と比較例の玉軸受を試験軸受２２とし
、脆性剥離試験を行った。この軸受試験装置は、回転軸２１が試験軸受２２とダミー軸受
２３とで互いに絶縁された別々のハウジング２４ａ、２４ｂに支持され、試験軸受２２の
取り付け部から延長された回転軸２１の延長部２１ａと、回転軸２１と平行に配設された
モータ２５の出力軸２５ａとに、それぞれプーリ２６ａ、２６ｂが取り付けられて、これ
らのプーリ２６ａ、２６ｂ間に無端ベルト２７が張り渡されており、回転軸２１がベルト
駆動されるとともに、回転軸２１の延長部２１ａを介して、無端ベルト２７の張力で試験
軸受２２にラジアル荷重が負荷されるようになっている。
【００２５】
また、前記回転軸２１と各ハウジング２４ａ、２４ｂは導電体で形成され、各ハウジン
グ２４ａ、２４ｂには、それぞれ電源（図示省略）のプラスとマイナスに接続される接点
端子２８ａ、２８ｂが取り付けられており、これらの接点端子２８ａ、２８ｂを電源に接
続することにより、ハウジング２４ａから試験軸受２２の外輪２２ｂ、ボール２２ｃ、内
輪２２ａ、回転軸２１、ダミー軸受２３の内輪２３ａ、ボール２３ｃ、外輪２３ｂを順に
介してハウジング２４ｂへ電流が流れるようになっている。したがって、試験軸受２２に
封入されたグリースから電気分解によって強制的に水素を発生させることにより、水素脆
化に起因する脆性剥離を短時間で再現することができる。
【００２６】
図５は、上記軸受試験装置を用いた脆性剥離試験における回転軸２１の加減速サイクル
を示す。その他の試験条件は、以下の通りであり、回転軸２１の駆動トルクの変化で、脆
性剥離の発生による軸受寿命を評価した。なお、実施例１、実施例３および比較例は試験
Ｎ数を３とし、実施例２はＮ数を１とした。
・  プーリ荷重：１６１７Ｎ
・  通電条件：端子間電圧４Ｖ、電流１．０Ａ
【００２７】
【表１】
2012177479.tif 000003
【００２８】
表１に、上記脆性剥離試験の結果を示す。比較例の玉軸受の平均軸受寿命が６７時間で
あったのに対して、各実施例の玉軸受の平均軸受寿命はいずれも１００時間を超え、比較
例のものの約２倍となっている。また、各実施例と比較例の試験軸受を試験後に分解して
目視観察した結果、いずれも軌道溝の曲率半径を小さくした内輪の軌道溝に脆性剥離が発
生していることが確認された。以上の試験結果より、軌道溝の曲率半径を小さくした内輪
を２６０℃以上で高温焼戻し処理するか、内輪の軌道溝に浸炭窒化層を形成し、金属組織
中の残留オーステナイトの結晶粒を粒度番号１０番よりも細かくした各実施例の玉軸受は
、脆性剥離に起因する軸受寿命を大幅に延長できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態の玉軸受を示す縦断面図
【図２】図１の玉軸受を使用したベルト式無段変速機を示す縦断面図
【図３】ａは第２の実施形態の玉軸受を示す縦断面図、ｂはａの内輪の軌道溝部を拡大して示す断面図
【図４】実施例の脆性剥離試験に用いた軸受試験装置を示す縦断面図
【図５】図４の軸受試験装置を用いた脆性剥離試験における回転軸の回転サイクルを示すグラフ
【符号の説明】
【００３０】
１  内輪
２  外輪
１ａ、２ａ  軌道溝
３  ボール
４  保持器
５  シール部材
６  浸炭窒化層
１０  玉軸受
１１  プライマリプーリ軸
１２  プーリ
１２ａ  固定シーブ
１２ｂ  可動シーブ
１３  セカンダリプーリ軸
１４  プーリ
１４ａ  固定シーブ
１４ｂ  可動シーブ
１５  無端ベルト
１６  ケーシング
２１  回転軸
２１ａ  延長部
２２  試験軸受
２３  ダミー軸受
２２ａ、２３ａ  内輪
２２ｂ、２３ｂ  外輪
２２ｃ、２３ｃ  ボール
２４ａ、２４ｂ  ハウジング
２５  モータ
２５ａ  出力軸
２６ａ、２６ｂ  プーリ
２７  無端ベルト
２８ａ、２８ｂ  接点端子
【図１】
2012177479.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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