(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触面を有する焼き入れが行われた鋼製の転動部材であって、
前記転動部材は、前記接触面からの深さが２０μｍまでの領域である表層部を備え、
前記鋼は、０．７０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．３５質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のマンガンと、１．３０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のバナジウムとを含有するとともに、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
前記表層部中における窒素の含有量は、０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下であり、
前記接触面に直交する断面視において、前記表層部中には粒径が０．５０μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して６０個以上存在し、かつ、前記表層部での前記析出物の面積率の合計が１パーセント以上１０パーセント以下であり、
前記接触面からの深さが５０μｍの位置での残留オーステナイト量の体積率は、２０パーセント以上４０パーセント以下であり、
前記接触面からの深さが５０μｍの位置での硬さは、６５３Ｈｖ以上８００Ｈｖ以下であり、
前記表層部中における比較面積率が３０パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、２．０μｍ以下である、転動部材。
【請求項２】
前記鋼は、０．９０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のシリコンと、０．４０質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のマンガンと、１．４０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のモリブデンと、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のバナジウムとを含有するとともに、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
前記表層部中における窒素の含有量は、０．３質量パーセント以上０．５質量パーセント以下である、請求項１に記載の転動部材。
【請求項３】
前記接触面に直交する断面視において、前記表層部中には粒径が０．５０μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して８０個以上存在し、かつ、前記表層部での前記析出物の面積率の合計が２パーセント以上７パーセント以下であり、
前記接触面からの深さが５０μｍの位置での残留オーステナイト量の体積率は、２５パーセント以上３５パーセント以下である、請求項１又は請求項２に記載の転動部材。
【請求項４】
転がり軸受であって、
軌道部材と、
前記軌道部材に接触して配置される転動体とを備え、
前記軌道部材及び前記転動体の少なくともいずれかは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の前記転動部材である、転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動部材及び転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、転がり軸受の軌道輪、転動体等の転動部材は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５：２００８）に規定されている高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等）により形成されてきた。また、転動部材の表面における耐久性を改善するために、従来から、表層部に浸窒処理が行われてきた。
【０００３】
近年、転がり軸受の使用環境は、さらに過酷になってきている。そのため、転動部材をＳＵＪ２、ＳＵＪ３等の一般的な鋼材で形成し、その表層部に浸窒処理を施すだけでは、十分な耐久性が得られないことがある。
【０００４】
特許文献１（特許第３８７３７４１号公報）及び特許文献２（特許第５３７２３１６号公報）に記載の転がり軸受においては、転動部材をシリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）の添加量が多い鋼材で形成することにより、滑り接触を伴う環境下及び潤滑油が枯渇する環境下での耐摩耗性及び耐焼き付き性の改善が図られている。
【０００５】
特許文献３（特開２０００−２８２１７８号公報）に記載の転がり軸受においては、転動部材に用いられる鋼材にクロム（Ｃｒ）を多く添加して表面に不動態膜を形成することにより、鋼中に水素が侵入することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８７３７４１号公報
【特許文献２】特許第５３７２３１６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年の転動部材の耐久性向上への要求を考慮すると、特許文献１〜特許文献３に記載の転がり軸受では、用途によっては転動部材の耐久性が不十分となることがある。
【０００８】
例えば、特許文献３に記載の転がり軸受においては、クロムが鋼材に添加されることにより、鋼中の炭化物が粗大化することがある。粗大化した炭化物は、応力集中源となり、早期剥離の起点となることがある。
【０００９】
また、不動態膜は水素の鋼中への拡散を抑制する効果があるが、水素の吸着を促進する効果も併せ持つ。特許文献３に記載の転がり軸受が間欠的に使用されるものである場合、停止時に水素が散逸するため、鋼中への水素の侵入を不動態膜により遅らせることは、早期剥離の防止に有効である。しかしながら、特許文献３に記載の転がり軸受が連続的に使用されるものである場合、不動態膜に多くの水素が吸着され、鋼中に侵入する水素の量が増加する結果、早期剥離が生じやすくなる。
【００１０】
今後、無人で連続稼働される転がり軸受が増加すると予想されているが、そのような用途に対しては、特許文献３に記載の転がり軸受を含む従来の転がり軸受では、耐久性が不十分となる。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、より長寿命化が可能な転動部材及び転がり軸受を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係る転動部材は、接触面を有する焼き入れが行われた鋼製である。転動部材は、接触面からの深さが２０μｍまでの領域に表層部を備えている。鋼は、０．７０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．３５質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のマンガンと、１．３０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のバナジウムとを含有するとともに、残部が鉄及び不可避不純物からなる。表層部中における窒素の含有量は、０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下である。
【００１３】
上記の転動部材では、鋼は、０．９０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のシリコンと、０．４０質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のマンガンと、１．４０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のモリブデンと、０．２０質量パーセント以上０．３０質量パーセント以下のバナジウムとを含有するとともに、残部が鉄及び不可避不純物からなっていてもよい。表層部中における窒素の含有量は、０．３質量パーセント以上０．５質量パーセント以下であってもよい。
【００１４】
上記の転動部材では、接触面に直交する断面視において、表層部中には粒径が０．５０μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して６０個以上存在し、かつ表層部での析出物の面積率の合計が１パーセント以上１０パーセント以下であってもよい。接触面からの深さが５０μｍの位置での残留オーステナイト量の体積率は、２０パーセント以上４０パーセント以下であってもよい。接触面からの深さが５０μｍの位置での硬さは、６５３Ｈｖ以上８００Ｈｖ以下であってもよい。
【００１５】
上記の転動部材では、接触面に直交する断面視において、表層部中には粒径が０．５０μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して８０個以上存在し、かつ表層部での析出物の面積率の合計が２パーセント以上７パーセント以下であってもよい。接触面からの深さが５０μｍの位置での残留オーステナイト量の体積率は、２５パーセント以上３５パーセント以下であってもよい。接触面からの深さが５０μｍの位置での硬さは、６５３Ｈｖ以上８００Ｈｖ以下であってもよい。
【００１６】
本発明の一態様に係る転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される転動体とを備える。軌道部材及び転動体の少なくともいずれかは、上記の転動部材である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様に係る転動部材及び転がり軸受によると、長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】転がり軸受１００の断面図である。
【図２】転がり軸受１００の製造方法を示す工程図である。
【図３】サンプル１の内輪及び外輪の表層部における炭素及び窒素の含有量の分布を示すグラフである。
【図４】サンプル２の内輪及び外輪の表層部における炭素及び窒素の含有量の分布を示すグラフである。
【図５】サンプル１の内輪及び外輪の表層部における代表的な断面ＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【図６】サンプル２の内輪及び外輪の表層部における代表的な断面ＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【図７】転動疲労寿命試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【００２０】
（実施形態に係る転がり軸受の構成）
以下に、実施形態に係る転がり軸受（以下「転がり軸受１００」とする）の構成を説明する。転がり軸受１００は、例えば、単式平面座スラスト玉軸受である。但し、転がり軸受１００は、これに限られるものではない。
【００２１】
転がり軸受１００は、例えば、車両（燃料電池車、電気自動車等）のトランスアスクル用、車両のトランスミッション（無段変速機等）用又は車両のモータ用（駆動装置用、変速機用）である。転がり軸受１００は、燃料電池車の水素減圧弁用又は燃料電池車の水素循環器用であってもよい。転がり軸受１００は、車両の電装部品用又は車両の補機（オルタネータ、カーエアコンの電磁クラッチ、ファンカップリング装置、中間プーリ、電動ファンモータ、圧縮機等）用であってもよい。
【００２２】
転がり軸受１００は、ハブベアリングであってもよい。転がり軸受１００は、工作機械用（主軸用等）、風力発電装置用（増速機用等）、鉄道車両用（車軸用、駆動装置用、主電動機用等）、建設機械用（アスクル用等）、抄紙機用又は変速機用であってもよい。但し、転がり軸受１００の用途は、これらに限られるものではない。
【００２３】
図１は、転がり軸受１００の断面図である。図１に示されるように、転がり軸受１００は、中心軸Ａを有している。図１には、中心軸Ａに沿う断面における転がり軸受１００の断面図が示されている。転がり軸受１００は、軌道部材（軌道輪又は軌道盤）と、転動体とを有している。転がり軸受１００において、軌道部材は内輪（軸軌道盤）１０及び外輪（ハウジング軌道盤）２０であり、転動体は玉３０である。転がり軸受１００は、保持器４０をさらに有している。
【００２４】
内輪１０は、環状（リング状）の形状を有している。内輪１０は、第１面１０ａと、第２面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。
【００２５】
第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、中心軸Ａに沿う方向（以下「軸方向」とする）における端面を構成している。第２面１０ｂは、第１面１０ａの軸方向における反対面になっている。第１面１０ａは、軌道面１０ａａを有している。第１面１０ａは、軌道面１０ａａにおいて第２面１０ｂ側に窪んでいる。断面視において、軌道面１０ａａは、部分円弧形状を有している。軌道面１０ａａは、玉３０に接触する面であり、内輪１０の接触面を構成している。
【００２６】
内周面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている面である。内周面１０ｃは、軸方向における一方端で第１面１０ａに連なっており、軸方向における他方端で第２面１０ｂに連なっている。
【００２７】
外周面１０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている面である。すなわち、外周面１０ｄは、中心軸Ａに直交する方向（以下「径方向」という）における内周面１０ｃの反対面になっている。外周面１０ｄは、軸方向における一方端で第１面１０ａに連なっており、軸方向における他方端で第２面１０ｂに連なっている。
【００２８】
外輪２０は、リング状の形状を有している。外輪２０は、第１面２０ａと、第２面２０ｂと、内周面２０ｃと、外周面２０ｄとを有している。
【００２９】
第１面２０ａ及び第２面２０ｂは、軸方向における端面を構成している。外輪２０は、第１面２０ａが第１面１０ａに対向するように配置されている。第２面２０ｂは、第１面２０ａの軸方向における反対面になっている。第１面２０ａは、軌道面２０ａａを有している。第１面２０ａは、軌道面２０ａａにおいて第２面２０ｂ側に窪んでいる。断面視において、軌道面２０ａａは、部分円弧形状を有している。軌道面２０ａａは、玉３０に接触する面であり、外輪２０の接触面を構成している。
【００３０】
内周面２０ｃは、中心軸Ａ側を向いている面である。内周面２０ｃは、軸方向における一方端で第１面２０ａに連なっており、軸方向における他方端で第２面２０ｂに連なっている。
【００３１】
外周面２０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている面である。すなわち、外周面２０ｄは、中心軸Ａに直交する方向（以下「径方向」という）における内周面２０ｃの反対面になっている。外周面２０ｄは、軸方向における一方端で第１面２０ａに連なっており、軸方向における他方端で第２面２０ｂに連なっている。
【００３２】
玉３０は、球状の形状を有している。玉３０の数は、複数である。玉３０は、第１面１０ａと第１面２０ａとの間に配置されている。より具体的には、玉３０は、軌道面１０ａａと軌道面２０ａａとの間に配置されている。玉３０は、その表面において、軌道面１０ａａ及び軌道面２０ａａと接触する。すなわち、玉３０の表面は、接触面である。
【００３３】
保持器４０は、玉３０を保持している。保持器４０は、中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向（以下「周方向」とする）において隣り合う２つの玉３０の間隔が一定範囲となるように、玉３０を保持している。
【００３４】
＜軌道部材及び転動体に用いられる鋼＞
内輪１０、外輪２０及び玉３０は、表１に示される組成（以下「第１組成」とする）の鋼により形成されている。内輪１０、外輪２０及び玉３０は、表２に示される組成（以下「第２組成」とする）の鋼により形成されていてもよい。内輪１０、外輪２０及び玉３０を構成している鋼には、焼き入れが行われている。なお、内輪１０、外輪２０及び玉３０の少なくともいずれかが、第１組成（第２組成）の鋼により形成されていればよい。
【００３５】
【表１】
0006974642.tif 000002
【００３６】
【表２】
0006974642.tif 000003
【００３７】
炭素（Ｃ）は、焼き入れ後における接触面（軌道面１０ａａ、軌道面２０ａａ及び玉３０の表面）の硬さに影響を与える。鋼中の炭素の含有量が０．７０質量パーセント未満である場合、接触面において十分な硬さを確保することが困難である。また、鋼中の炭素の含有量が０．７０質量パーセント未満である場合、浸炭処理等により表面における炭素含有量を補う必要があり、生産効率の低下及び製造コスト増加の要因となる。鋼中の炭素の含有量が１．１０質量パーセントを超える場合、焼き入れ時の割れ（焼き割れ）が発生するおそれがある。そのため、第１組成の鋼では、炭素の含有量が０．７０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下とされている。
【００３８】
シリコンは、鋼の精錬時の脱酸及び浸窒処理前の加工性確保のために加えられている。鋼中のシリコンの含有量が０．１５質量パーセント未満である場合、焼き戻し軟化抵抗が不十分となる。その結果、焼き入れ後の焼き戻し又は転がり軸受１００の使用時の温度上昇により、接触面の硬さが低下するおそれがある。鋼中のシリコンの含有量が０．３５質量パーセントを超える場合、鋼が硬くなり過ぎ、内輪１０（外輪２０、玉３０）を加工する際に用いられる切削工具の工具寿命が短くなるおそれがある。また、この場合、鋼の材料コストが上昇してしまう。そのため、第１組成の鋼では、シリコンの含有量が０．１５質量パーセント以上０．３５質量パーセント以下とされている。
【００３９】
マンガンは、鋼の焼き入れ性及び硬さを確保するために加えられている。鋼中のマンガンの含有量が０．３０質量パーセント未満である場合、鋼の焼き入れ性及び硬さを確保することが困難である。鋼中のマンガンの含有量が０．６０質量パーセントを超える場合、鋼が硬くなり過ぎ、内輪１０（外輪２０、玉３０）を加工する際に用いられる切削工具の工具寿命が短くなるおそれがある。また、この場合、鋼の材料コストが上昇してしまう。そのため、第１組成の鋼では、マンガンの含有量が０．３０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下とされている。
【００４０】
クロムは、鋼の焼き入れ性の確保及び浸窒処理に伴って微細な析出物を形成させることによる硬さの確保のために加えられている。鋼中のクロムの含有量が１．３０質量パーセント未満である場合、鋼の焼き入れ性及び硬さを確保することが困難である。鋼中のクロムの含有量が１．６０質量パーセントを超える場合、析出物が粗大化され、疲労破壊の起点となるおそれがある。また、この場合、鋼の材料コストが上昇してしまう。そのため、第１組成の鋼では、クロムの含有量が１．３０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下とされている。
【００４１】
モリブデンは、鋼の焼き入れ性の確保及び浸窒処理に伴って微細な析出物を形成させることによる硬さの確保のために加えられている。なお、モリブデンは、炭素に対して強い親和性があるため、浸窒処理の際に鋼中に未固溶炭化物として析出している。このモリブデンの未固溶炭化物が焼き入れ時に析出核となるため、モリブデンは、焼き入れ後の析出物の量を増加させる。
【００４２】
鋼中のモリブデンの含有量が０．０１質量パーセント未満である場合、鋼の焼き入れ性及び硬さを確保することが困難である。鋼中のモリブデンの含有量が０．５０質量パーセントを超える場合、析出物が粗大化され、疲労破壊の起点となるおそれがある。また、この場合、鋼の材料コストも上昇してしまう。そのため、第１組成の鋼では、モリブデンの含有量が０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下とされている。
【００４３】
バナジウムは、鋼の焼き入れ性の確保及び浸窒処理に伴って微細な析出物を形成させることによる硬さの確保のために加えられている。鋼中のバナジウムの含有量が０．０１質量パーセント未満である場合、鋼の焼き入れ性及び硬さを確保することが困難である。鋼中のバナジウムの含有量が０．５０質量パーセントを超える場合、析出物が粗大化され、疲労破壊の起点となるおそれがある。この場合、鋼の材料コストも上昇してしまう。そのため、第１組成の鋼では、バナジウムの含有量が０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下とされている。
【００４４】
＜表層部５０＞
図１に示されるように、内輪１０、外輪２０及び玉３０は、それらの表面において、表層部５０を有している。表層部５０は、内輪１０、外輪２０及び玉３０の表面から深さが２０μｍまでの領域である。なお、表層部５０は、少なくとも内輪１０、外輪２０及び玉３０の接触面に形成されていればよい。また、表層部５０は、内輪１０、外輪２０及び玉３０の少なくともいずれかに形成されていればよい。
【００４５】
表層部５０は、浸窒処理により形成される部分である。表層部５０中における窒素の含有量は、０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下である。表層部５０中における窒素の含有量が０．２質量パーセント未満である場合、接触面の耐久性を確保することが困難である。表層部５０中における窒素の含有量が０．８質量パーセントを超える場合、浸窒処理に要する時間が長くなり、製造コストが増加する。そのため、表層部５０中における窒素の含有量は、０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下とされている。表層部５０中における窒素の含有量は、０．３質量パーセント以上０．５質量パーセント以下であることが好ましい。
【００４６】
表層部５０における窒素の含有量は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron  Probe  Micro  Analyzer）により測定される。
【００４７】
接触面に直交する断面視において、表層部５０中には、粒径が０．５μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して６０個以上存在していることが好ましい。接触面に直交する断面視において、表層部５０中には、粒径が０．５μｍ以下の析出物が１００μｍ２あたり合計して８０個以上存在していることがさらに好ましい。
【００４８】
接触面に直交する断面視において、表層部５０中における析出物の面積率の合計は、１パーセント以上１０パーセント以下であることが好ましい。接触面に直交する断面視において、表層部５０中における析出物の面積率の合計は、２パーセント以上７パーセント以下であることがさらに好ましい。
【００４９】
表層部５０中の析出物は、例えば、炭窒化物及び窒化物である。炭窒化物には、鉄の炭化物、鉄の炭化物中の炭素が窒素に置換されたもの及び鉄の炭化物中の鉄が鉄以外の合金元素に置換されたものが含まれる。また、窒化物は、鉄の窒化物である。表層部５０中の析出物は、鋼中に含まれる合金元素の炭化物、炭窒化物又は窒化物であってもよい。
【００５０】
表層部５０の鋼中の析出物は、クロム若しくはバナジウムを主成分とする窒化物又はクロム若しくはバナジウムを主成分とする炭窒化物であってもよい。
【００５１】
クロム（バナジウム）を主成分とする窒化物は、クロム（バナジウム）の窒化物又は当該窒化物中のクロム（バナジウム）のサイトの一部がクロム（バナジウム）以外の合金元素により置換されているものである。
【００５２】
クロム（バナジウム）を主成分とする炭窒化物は、クロム（バナジウム）の炭化物中の炭素のサイトの一部が窒素により置換されているものである。クロム（バナジウム）を主成分とする炭窒化物のクロム（バナジウム）のサイトは、クロム（バナジウム）以外の合金元素により置換されていてもよい。
【００５３】
析出物の面積率は、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ：Field  Emission  Scanning  Electron  Microscope）を用いて倍率５０００倍で表層部５０の断面画像を取得するとともに、当該断面画像を二値化し、二値化された当該断面画像に対して画像処理を行うことにより算出される。なお、表層部５０の断面画像は、３視野以上で取得され、面積率は、それら複数の断面画像の平均値とされる。
【００５４】
各々の析出物の粒径は、上記と同様の方法を用いて各々の析出物の面積を取得するとともに、当該面積をπで除した値の平方根に２を乗じることにより得られる。
【００５５】
＜鋼中の残留オーステナイト量＞
内輪１０、外輪２０及び玉３０を構成している鋼中の残留オーステナイトの体積率は、接触面からの深さが５０μｍの位置において、２０パーセント以上４０パーセント以下であることが好ましい。これにより、接触面の耐久性（特に、異物混入環境下における接触面の耐久性）を改善することができる。なお、残留オーステナイトの体積率が２５パーセント未満である場合、接触面の耐久性が不足するおそれがある。また、残留オーステナイトの体積率が３５パーセントを超える場合、残留オーステナイトの分解に伴う経年変化が懸念される。
【００５６】
内輪１０、外輪２０及び玉３０を構成している鋼中の残留オーステナイトの体積比は、接触面からの深さが５０μｍの位置において、２５パーセント以上３５パーセント以下であることがさらに好ましい。
【００５７】
接触面からの深さが５０μｍの位置における鋼中の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法により測定される。より具体的には、接触面からの深さが５０μｍの位置における鋼中の残留オーステナイト量は、株式会社リガク製のＭＳＦ−３Ｍを用いて測定される。
【００５８】
＜接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さ＞
内輪１０、外輪２０及び玉３０の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さは、６５３Ｈｖ以上８００Ｈｖ以下であることが好ましい。接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さが６５３Ｈｖ未満である場合、接触面の耐久性が不足するおそれがある。他方で、接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さが８００Ｈｖを超える場合、延性及び靱性が低下し、早期損傷が生じるおそれがある。
【００５９】
内輪１０、外輪２０及び玉３０の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９）に規定されているビッカース硬さ試験法により測定される。また、測定時の荷重は、３００ｇｆとされる。
【００６０】
＜表層部５０中のマルテンサイトブロック＞
表層部５０の鋼は、マルテンサイトブロック粒を有している。隣り合う２つのマルテンサイトブロック粒は、粒界において、結晶方位の差が１５°以上になっている。このことを別の観点から言えば、結晶方位にずれがある箇所が存在していても、結晶方位の差が１５°未満である場合、当該箇所は、マルテンサイトブロック粒の結晶粒界とは見做されない。マルテンサイトブロック粒の粒界は、ＥＢＳＤ（Electron  Back  Scattered  Diffraction）法により決定される。
【００６１】
表層部５０の鋼中において、比較面積率が３０パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、２．０μｍ以下である。表層部５０の鋼中において、比較面積率が５０パーセントでのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
比較面積率が３０パーセント（５０パーセント）でのマルテンサイトブロック粒の平均粒径は、以下の方法により測定される。第１に、表層部５０を含む内輪１０の断面において、断面観察が行われる。この際、ＥＢＳＤ法により、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒が特定される。この観察視野は、５０μｍ×３５μｍの領域とされる。第２に、ＥＢＳＤ法により得られた結晶方位データから、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の各々の面積が解析される。
【００６３】
第３に、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の各々の面積を、面積が大きいものから順に加算していく。この加算は、観察視野に含まれているマルテンサイトブロック粒の合計面積の３０パーセント（５０パーセント）に達するまで行われる。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロック粒の各々について、円相当径が算出される。この円相当径は、マルテンサイトブロック粒の面積をπ／４で除した値の平方根である。上記の加算の対象になったマルテンサイトブロック粒の円相当径の平均値が、比較面積率が３０パーセント（５０パーセント）でのマルテンサイトブロック粒の平均粒径と見做される。
【００６４】
（実施形態に係る転がり軸受の製造方法）
以下に、転がり軸受の製造方法を説明する。
【００６５】
図２は、転がり軸受１００の製造方法を示す工程図である。図２に示されるように、転がり軸受１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、熱処理工程Ｓ２と、仕上げ工程Ｓ３と、組み立て工程Ｓ４とを有している。熱処理工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１の後に行われる。仕上げ工程Ｓ３は、熱処理工程Ｓ２の後に行われる。組み立て工程Ｓ４は、仕上げ工程Ｓ３の後に行われる。
【００６６】
準備工程Ｓ１においては、熱処理工程Ｓ２及び仕上げ工程Ｓ３に供される加工対象部材が準備される。この加工対象部材としては、内輪１０及び外輪２０を形成しようとする場合はリング状の部材が準備され、玉３０を形成しようとする場合は球状の部材が準備される。この加工対象部材は、第１組成又は第２組成の鋼により形成されている。
【００６７】
熱処理工程Ｓ２は、加熱工程Ｓ２１と、冷却工程Ｓ２２と、焼き戻し工程Ｓ２３とを有している。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象部材が、Ａ１変態点以上の温度に所定時間保持される。また、加熱工程Ｓ２１においては、加工対象部材に対する浸窒処理も行われる。この浸窒処理は、窒素源となるガス（例えばアンモニアガス）を含む雰囲気ガス中において、上記の加熱保持を行うことにより実施される。
【００６８】
冷却工程Ｓ２２は、加熱工程Ｓ２１の後に行われる。冷却工程Ｓ２２においては、加工対象部材が、Ｍｓ変態点以下の温度まで冷却される。この冷却は、例えば、油冷により行われる。焼き戻し工程Ｓ２３は、冷却工程Ｓ２２の後に行われる。焼き戻し工程Ｓ２３においては、加工対象部材が、Ａ１変態点未満の温度に所定時間保持される。
【００６９】
仕上げ工程Ｓ３においては、加工対象部材に対する仕上げ加工（研削・研磨）及び洗浄が行われる。これにより、内輪１０、外輪２０及び玉３０が準備される。組み立て工程Ｓ４においては、内輪１０、外輪２０及び玉３０が、保持器４０とともに組み立てられる。以上により、図１に示される構造の転がり軸受１００が製造される。
【００７０】
（実施形態に係る転がり軸受の効果）
以下に、転がり軸受１００の効果を説明する。
【００７１】
転がり軸受１００においては、内輪１０、外輪２０及び玉３０の接触面に浸窒処理が行われた表層部５０が形成されているため、接触面（及びその直下）において、亀裂等の損傷が発生しがたい。また、転がり軸受１００においては、内輪１０、外輪２０及び玉３０が第１組成又は第２組成の鋼で形成されているため、表層部５０中に微細な析出物が析出すること等により、接触面（及びその直下）における硬さを確保することができるとともに、それらの析出物が応力集中源となる（亀裂発生の起点となる）ことを抑制することができる。
【００７２】
転がり軸受１００においては、表層部５０に微細な析出物が析出し、接触面の硬さが確保されているため、接触面に金属新生面が形成されることが抑制される。そのため、転がり軸受１００においては、接触面に水素が発生しにくい。また、転がり軸受１００においては、表層部５０に微細な析出物が析出し、当該析出物の近傍が水素のトラップサイトになるため、表層部５０における水素侵入量が低下する。そのため、転がり軸受１００においては、水素脆性に起因した早期剥離損傷が生じにくい。このように、転がり軸受１００によると、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
【００７３】
表層部５０の鋼中において、比較面積率３０パーセントでの平均粒径が２．０μｍ以下となるようにマルテンサイトブロック粒が微細化されている場合には、表層部５０の高靭性化により、接触面（具体的には、軌道面１０ｄａ、軌道面２０ｃａ及び玉３０の表面）の剪断抵抗が改善されている。そのため、この場合には、転がり軸受１００の耐久性をさらに改善することができる。
【実施例】
【００７４】
以下に、転がり軸受１００の実施例を説明する。
【００７５】
＜サンプル＞
転がり軸受のサンプルとして、サンプル１、サンプル２及びサンプル３が準備された。サンプル１、サンプル２及びサンプル３は、内径３０ｍｍ、外径４７ｍｍ及び幅１１ｍｍのＪＩＳ規格５１１０６型番の単式スラスト玉軸受である。
【００７６】
サンプル１の内輪及び外輪は、表３に示される組成の鋼により形成された。なお、表３に示される組成は、第１組成及び第２組成の範囲内にある。サンプル２の内輪及び外輪並びにサンプル３の内輪及び外輪は、表４に示される組成の鋼により形成された。なお、表４に示される組成は、ＪＩＳ規格に定めるＳＵＪ２の組成範囲内にあり、第１組成及び第２組成の範囲外にある。なお、サンプル１、サンプル２及びサンプル３の玉は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）により形成された。
【００７７】
【表３】
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【００７８】
【表４】
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【００７９】
サンプル１の内輪及び外輪並びにサンプル２の内輪及び外輪には、熱処理工程Ｓ２が行われた。サンプル３の内輪及び外輪には、熱処理工程Ｓ２が行われていない。より具体的には、サンプル３の内輪及び外輪に対しては、焼き入れ及び焼き戻しが行われているが、浸窒処理が行われていない。
【００８０】
図３は、サンプル１の内輪及び外輪の表層部における炭素及び窒素の含有量の分布を示すグラフである。図４は、サンプル２の内輪及び外輪の表層部における炭素及び窒素の含有量の分布を示すグラフである。図３及び図４において、横軸は表面からの距離（単位はｍｍ）であり、縦軸は炭素及び窒素の含有量（単位は質量パーセント）である。図３、図４及び表５に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪並びにサンプル２の内輪及び外輪における表層部中の窒素の含有量は、０．３質量パーセント以上０．５質量パーセント以下であった。他方で、表５に示されるように、サンプル３の内輪及び外輪における表層部中の窒素の含有量は、０質量パーセントであった（窒素が含有されていなかった）。
【００８１】
表５に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の面積率の合計が２．２パーセント以上７．０パーセント以下であった。サンプル２の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の面積率の合計が１．２パーセント以上４．０パーセント以下であった。サンプル３の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の面積率の合計が０．０７パーセント以上０．２４パーセント以下であった。
【００８２】
表５に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の数が、１００μｍ２あたり合計して６６個以上４２５個以下であった。サンプル２の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の数が、１００μｍ２あたり合計して２９個以上８１個以下であった。サンプル３の内輪及び外輪における表層部中では、析出物の数が、１００μｍ２あたり合計して８個以上５０個以下であった。
【００８３】
【表５】
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【００８４】
図５は、サンプル１の内輪及び外輪の表層部における代表的な断面ＦＥ−ＳＥＭ画像である。図６は、サンプル２の内輪及び外輪の表層部における代表的な断面ＦＥ−ＳＥＭ画像である。図５に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪の表層部においては、析出物が微細化されていた（殆どの析出物の粒径が、０．５μｍ以下であった）。他方で、図６に示されるように、サンプル２の内輪及び外輪の表層部においては、析出物が微細化されていなかった（殆どの析出物の粒径が、０．５μｍを超えていた）。
【００８５】
表６に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における残留オーステナイトの体積比は、２９．８パーセント以上３０．８パーセント以下であった。サンプル２の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における残留オーステナイトの体積比は、３０．２パーセント以上３１．４パーセント以下であった。サンプル３の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における残留オーステナイトの体積比は、９，７パーセント以上１１．５パーセント以下であった。
【００８６】
表６に示されるように、サンプル１の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さは、７５５Ｈｖ以上７５９Ｈｖ以下であった。サンプル２の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さは、７４９Ｈｖ以上７５８Ｈｖ以下であった。サンプル３の内輪及び外輪の接触面からの深さが５０μｍとなる位置における硬さは、７３５Ｈｖ以上７６５Ｈｖ以下であった。
【００８７】
【表６】
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【００８８】
＜転動疲労寿命試験＞
サンプル１、サンプル２及びサンプル３に対して、転動疲労寿命試験を行った。表７に示されるように、転動疲労寿命試験は、最大接触面圧が２．３ＧＰａ、０回転／分と２５００回転／分との間で急加減速を行う、ポリグリコール及び純水を混合したものを用いて潤滑する、との条件で行われた。
【００８９】
図７は、転動疲労寿命試験結果を示すグラフである。図７中において、横軸は寿命（単位は時間）であり、縦軸は累積破損確率（単位はパーセント）である。図７及び表７に示されるように、Ｌ１０寿命（累積破損確率が１０パーセントとなる時間）で比較すると、サンプル２の転動疲労寿命は、サンプル３の転動疲労寿命よりも長かった。この比較結果から、表層部５０中の窒素の含有量を０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下となるように浸窒処理を行うことにより転動疲労寿命が改善されることが、実験的にも示された。
【００９０】
図７及び表７に示されるように、Ｌ１０寿命で比較すると、サンプル１の転動疲労寿命は、サンプル２の転動疲労寿命よりも長かった。この比較結果から、内輪１０、外輪２０及び玉３０の少なくともいずれかを第１組成の鋼で形成することで表層部５０に析出物が微細に分散されることにより、転動疲労寿命が改善されることが、実験的にも示された。
【００９１】
【表７】
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【００９２】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【００９３】
＜水素侵入特性＞
サンプル１及びサンプル３の軌道部材（内輪及び外輪）の表層部への水素侵入特性を、以下の方法により評価した。この評価では、第１に、上記の転動疲労寿命試験に供される前のサンプル１及びサンプル３の軌道部材を室温から４００℃まで加熱することにより、転動疲労寿命試験に供される前のサンプル１及びサンプル３の軌道部材からの水素放出量が測定された。第２に、転動疲労寿命試験に５０時間供された後のサンプル１及びサンプル３の軌道部材を室温から４００°まで加熱することにより、転動疲労寿命試験に５０時間供された後のサンプル１及びサンプル３の軌道部材からの水素放出量が測定された。
【００９４】
サンプル３では、転動疲労寿命試験の前後での水素放出量の比（すなわち、転動疲労寿命試験に供された後の水素放出量を転動疲労寿命試験に供される前の水素放出量で除した値）が、３．２になっていた。他方で、サンプル１では、転動疲労寿命試験の前後での水素放出量の比が、０．９になっていた。この比較から、接触面に表層部５０が形成されることにより表層部５０への水素侵入が抑制され、水素脆性に起因した早期剥離が抑制されることが、実験的に明らかにされた。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
上記の実施形態は、内輪及び外輪等の軌道部材、玉等の転動体及びそれらを用いた転がり軸受に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００９６】
１０  内輪、１０ａ  第１面、１０ａａ  軌道面、１０ｂ  第２面、１０ｃ  内周面、１０ｄ  外周面、２０  外輪、２０ａ  第１面、２０ａａ  軌道面、２０ｂ  第２面、２０ｃ  内周面、２０ｄ  外周面、３０  玉、４０  保持器、５０  表層部、１００  転がり軸受、Ａ  中心軸、Ｓ１  準備工程、Ｓ２  熱処理工程、Ｓ３  仕上げ工程、Ｓ４  組み立て工程、Ｓ２１  加熱工程、Ｓ２２  冷却工程、Ｓ２３  焼き戻し工程。
【要約】
【課題】より長寿命化が可能な転動部材を提供する。
【解決手段】転動部材は、接触面を有する焼き入れが行われた鋼製である。転動部材は、接触面からの深さが２０μｍまでの領域に表層部を備える。鋼は、０．７０質量パーセント以上１．１０質量パーセント以下の炭素と、０．１５質量パーセント以上０．３５質量パーセント以下のシリコンと、０．３０質量パーセント以上０．６０質量パーセント以下のマンガンと、１．３０質量パーセント以上１．６０質量パーセント以下のクロムと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のモリブデンと、０．０１質量パーセント以上０．５０質量パーセント以下のバナジウムとを含有するとともに、残部が鉄及び不可避不純物からなる。表層部中における窒素の含有量は、０．２質量パーセント以上０．８質量パーセント以下である。
【選択図】図１【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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