(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材からなり、かつ第１の浸炭焼入処理と、第２の浸炭焼入処理と、焼戻し処理からなる熱処理が施されることにより形成された軌道輪および転動体を備えており、軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量が１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および炭化物面積率が１０〜２５％となされ、同じく５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および炭化物面積率が１５％以下となされている転がり軸受。
【請求項２】
上記軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍの深さの部分に、炭化物面積率が７％以下の部分が存在している請求項１の転がり軸受。
【請求項３】
上記軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍの深さの部分における残留オーステナイト量が２５〜３５％である請求項１または２の転がり軸受。
【請求項４】
炭素０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材よりつくられた素材に、第１の浸炭焼入処理と、第２の浸炭焼入処理と、焼戻し処理とを施すことによって、転がり軸受に必要な耐転がり疲労性、耐摩耗性および耐圧痕性を得るために、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量を１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および炭化物面積率を１０〜２５％とし、同じく転がり軸受の転がり疲れ寿命を向上させるために、５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量を０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５〜４５％、最大炭化物径を１μｍ以下、および炭化物面積率を１５％以下とすることを特徴とする転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の浸炭焼入処理が９３０℃で加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理であり、前記第２の浸炭処理が８４０℃で加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理である請求項４の転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は転がり軸受、ならびに転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法に関し、さらに詳しくは、異物が混入した汚れ油中で使用されるのに適した転がり軸受、ならびに転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異物が混入した汚れ油中で使用される転がり軸受として、炭素０．５〜１．２重量％とクロム０．７〜３．０重量％を含む鋼材からなり、かつ浸炭処理が施されることにより形成された軌道輪および転動体を備えており、軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、炭素量が１．５〜３．０重量％となされるとともに、ロックウェルＣ硬さが６３以上となされ、浸炭層に微細球状炭化物が析出させられるとともに、球状炭化物の直径が１０μｍ以下でかつその量が面積率で１５〜８０％となされており、さらに浸炭層マトリックスの炭素量が０．６〜０．７重量％となされているものが知られている（特開平７−４１９３４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では、転がり軸受は、一層厳しい条件下で使用されるようになってきており、上述した従来の転がり軸受では、十分な寿命が得られないということが判明した。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題を解決し、従来のものに比較して寿命が長い転がり軸受、ならびに転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
この発明による転がり軸受は、炭素０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材からなり、かつ第１の浸炭焼入処理と、第２の浸炭焼入処理と、焼戻し処理からなる熱処理が施されることにより形成された軌道輪および転動体を備えており、軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量が１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および炭化物面積率が１０〜２５％となされ、同じく５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および炭化物面積率が１５％以下となされているものである。
【０００６】
この発明の転がり軸受において、素材となる鋼材中の炭素含有量を０．１５〜０．３重量％に限定した理由は次の通りである。すなわち、浸炭焼入は、表面浸炭層の炭素量と素材の炭素量に差をつけることによって、焼入時の変態により転がり軸受に必要な圧縮残留応力を確保する性質を有するが、素材となる鋼材中の炭素量が０．１５重量％未満では転がり軸受として必要な内部硬さが得られず、０．３重量％を越えると前述の浸炭焼入時の変態による圧縮残留応力が小さくなる。したがって、素材となる鋼中の炭素含有量は０．１５〜０．３重量％の範囲内で選ぶべきである。
【０００７】
このような鋼材としては、たとえば炭素０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなるものが用いられる。
【０００８】
また、この発明の転がり軸受における軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量を１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および炭化物面積率を１０〜２５％としたのは、転がり軸受に必要な耐転がり疲労性、耐摩耗性および耐圧痕性を得るためである。すなわち、上記炭素量が１．０重量％未満、上記圧縮残留応力が１５０ＭＰａ未満、上記最大炭化物径が３μｍを越えると必要な耐転がり疲労性を得ることができず、上記炭素量が１．５重量％を越え、上記圧縮残留応力が２０００ＭＰａを越えても耐転がり疲労性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。また、上記ロックウェルＣ硬さが６４未満であると必要な耐圧痕性を得ることができず、６６を越えても耐圧痕性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。さらに、上記炭化物面積率が１０％未満であると必要な耐摩耗性を得ることができず、２５％を越えても耐摩耗性向上効果は飽和してそれ以上増大しない。なお、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量である。
【０００９】
また、この発明の転がり軸受における軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量を０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５〜４５％、最大炭化物径を１μｍ以下、および炭化物面積率を１５％以下としたのは、転がり疲れ寿命を向上させるためである。すなわち、上記炭素量、圧縮残留応力および残留オーステナイト量が、各々下限値未満では必要な転がり疲れ寿命を得ることができず、上限値を越えると転がり疲れ寿命向上効果は飽和してそれ以上増大しない。特に、残留オーステナイト量が２５〜４５％であれば、靭性を向上させることができ、転がり疲れ寿命に好影響を及ぼす。残留オーステナイト量は２５〜３５％であることがより望ましい。また、転がり疲れによる剥離は、非金属介在物が起点となる場合が多いが、炭化物についても粗大なものは剥離の起点となりうるため、大きさおよび量を制限している。特に、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分に、炭化物面積率が７％以下の部分が存在することがより望ましい。転がり軸受における軌道輪の軌道面の表層部および転動体の転動面の表層部において、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分に、上述したように炭化物が含まれている場合、同５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭化物の量を０とすることは実際上できないが、この炭化物量はできれば０であることが好ましい。なお、最表面を基準として５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）μｍの深さの部分における炭素量は、析出した炭化物に含まれる炭素と、マトリックス中に含まれる炭素とを合わせた量である。
【００１０】
この発明の転がり軸受によれば、清浄油中における寿命はもちろんのこと、異物を含んだ汚れ油中における寿命が長くなる。
【００１１】
この発明による転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法は、炭素０．１５〜０．３重量％、クロム１．２〜１．６重量％、ケイ素０．３５〜０．５５重量％およびマンガン０．３５〜０．６５重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材よりつくられた素材に、第１の浸炭焼入処理と、第２の浸炭焼入処理と、焼戻し処理とを施すことによって、転がり軸受に必要な耐転がり疲労性、耐摩耗性および耐圧痕性を得るために、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量を１．０〜１．５重量％、ロックウェルＣ硬さを６４〜６６、圧縮残留応力を１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径を３μｍ以下、および炭化物面積率を１０〜２５％とし、同じく転がり軸受の転がり疲れ寿命を向上させるために、５０〜ａ／５μｍ（ａ＝有効硬化層深さ：μｍ）の深さの部分における炭素量を０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力を１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量を２５〜４５％、最大炭化物径を１μｍ以下、および炭化物面積率を１５％以下とすることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明による転がり軸受の軌道輪および転動体の製造方法において、前記第１の浸炭焼入処理が９３０℃で加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理であり、前記第２の浸炭処理が８４０℃で加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理である。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
【００１４】
実施例１
炭素０．２重量％、ケイ素０．４重量％、マンガン０．５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材を用いて円すいころ軸受用軌道輪の素材およびころの素材をつくり、これらの素材に、９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する第１の浸炭焼入処理と、８４０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する第２の浸炭焼入処理と、１６０℃で２時間加熱した後空冷する焼戻し処理とを施した。上記２つの浸炭焼入処理のさいのカーボンポテンシャルは１．２５である。ついで、各素材の表面を、有効硬化層深さａが１０００μｍとなるように研磨することによって円すいころ軸受用軌道輪およびころを製造し、これらを使って円すいころ軸受を組み立てた。
【００１５】
実施例２
第２の浸炭焼入処理のさいの加熱時間を３時間としたことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１６】
比較例１
９３０℃で５時間加熱した後８０℃に油冷する浸炭焼入処理を１回だけ行い、ついで１６０℃で２時間加熱した後空冷する焼戻し処理を施したことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１７】
比較例２
炭素０．４重量％、ケイ素０．４重量％、マンガン０．５重量％およびクロム１．４重量％を含み、残部鉄および不可避不純物からなる鋼材を用いたことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１８】
比較例３
浸炭焼入処理のさいのカーボンポテンシャルを１．０としたことの他は、上記実施例１と同様にして円すいころ軸受を組み立てた。
【００１９】
上記実施例１〜２および比較例１〜３の円すいころ軸受用軌道輪およびころの表面硬さ、内部硬さ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分における炭素量、圧縮残留応力、最大炭化物径および炭化物面積率、ならびに最表面を基準として５０〜２００（ａ／５）μｍの深さの部分における炭素量、圧縮残留応力、残留オーステナイト量、最大炭化物径および炭化物面積率を表１に示す。なお、炭化物面積率は、任意の０．１ｍｍ２の範囲の部分における面積率である。
【００２０】
【表１】
0004217818.tif 000002
【００２１】
なお、表１中表面硬さおよび内部硬さはいずれもロックウェルＣ硬さである。表面硬さは最表面を基準として５０μｍまでのの深さの部分の硬さである。内部硬さは浸炭層以外の部分の硬さである。
【００２２】
評価試験
上記実施例１〜２および比較例１〜３の円すいころ軸受を用いて清浄油中および汚れ油中において寿命試験を行った。清浄油中の寿命試験は、ギヤ油の油浴中で行った。汚れ油中の寿命試験は、ギヤ油１リットル中に、平均粒径２７μｍ、最大粒径５０μｍで、かつ表面硬さがロックウェルＣ硬さで６５の異物を１．１ｇ混入した潤滑油を用いて、等価ラジアル荷重０．４５Ｃ（このＣは動定格荷重である）、回転数２０００ｒｐｍの条件で行った。これらの結果も表１に示す。表１中の寿命比は、比較例１の寿命を１とした場合の値である。
【００２３】
表１から明らかなように、実施例１〜２の円すいころ軸受は、表面硬さが小さく、炭化物が析出しておらず、しかも０〜５０μｍの深さの部分の炭素量が少ない軸受（比較例１）、素材となる鋼中の炭素含有量が多く、０〜５０μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小さく、同部分の炭化物が粗大であり、５０〜２００（ａ／５）μｍの深さの部分の圧縮残留応力が小さく、しかも炭化物面積率の高い軸受（比較例２）、表面硬さが小さい軸受（比較例３）に比べて、清浄油中および汚れ油中のいずれの寿命も長くなっている。