(57)【要約】【課題】重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を確保することが可能な転がり軸受用保持器とその製造方法、および転がり軸受を提供する。【解決手段】保持器１４は、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、保持器１４の表面１４Ａを含む領域には、内部１４Ｃよりも窒素濃度が高い層である保持器窒素富化層１４Ｂが形成されている。さらに、保持器窒素富化層１４Ｂは、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、
表面を含む領域には、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成され、
前記窒素富化層は、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている、転がり軸受用保持器。
【請求項２】
０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、
表面を含む領域には、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成され、
前記窒素富化層は、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている、転がり軸受用保持器。
【請求項３】
前記窒素富化層は、０．５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．８質量％以下の窒素とを含んでいる、請求項１または２に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項４】
前記表面の硬度は４５０ＨＶ以上６５０ＨＶ以下となっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項５】
厚み方向における中央の硬度は、２００ＨＶ以上４００ＨＶ以下となっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器を備えた、転がり軸受。
【請求項７】
０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、成形加工された鋼部材を準備する工程と、
前記鋼部材をＡ１点以上の温度において浸炭窒化することにより、前記鋼部材の表面を含む領域に、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層を形成する工程と、
前記鋼部材を、前記窒素富化層のＭＳ点を超え、前記ＭＳ点よりも３００℃高い温度以下の温度に保持することにより、前記窒素富化層の残留オーステナイト量が５体積％以下となるように前記窒素富化層をベイナイト変態させる工程とを備えた、転がり軸受用保持器の製造方法。
【請求項８】
０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、成形加工された鋼部材を準備する工程と、
前記鋼部材をＡ１点以上の温度において浸炭窒化することにより、前記鋼部材の表面を含む領域に、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層を形成する工程と、
前記鋼部材を、前記窒素富化層のＭＳ点を超え、前記ＭＳ点よりも３００℃高い温度以下の温度に保持することにより、前記窒素富化層の残留オーステナイト量が５体積％以下となるように前記窒素富化層をベイナイト変態させる工程とを備えた、転がり軸受用保持器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受用保持器、転がり軸受および転がり軸受用保持器の製造方法に関し、より特定的には、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素を含有する鋼からなる転がり軸受用保持器とその製造方法、および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転がり軸受が用いられる機械装置の高性能化に伴い、転がり軸受が苛酷な環境下で用いられる場合が多くなっている。そのため、転がり軸受を構成する部品である軌道部材や転動体だけでなく、転動体を保持する転がり軸受用保持器の耐久性が問題となる場合がある。特に、鉄道車両の車軸や駆動モータ、自動車や産業機械用のトランスミッションなどに用いられる円錐ころ軸受やニードルころ軸受などにおいては、使用時の振動が大きいこと、急激な加減速が繰り返されること、転動体であるころにスキューが生じやすいこと等、種々の要因のため、保持器が疲労により破損する場合がある。
【０００３】
これに対し、保持器の肉厚を大きくする対策、保持器の表層部に軟窒化処理、塩浴軟窒化処理などを施し、表層部の強度を上昇させる対策などを含む種々の対策が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００５−４８８２７号公報
【特許文献２】特開２０００−１７９５５４号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の転がり軸受に対する要求を考慮すると、上記対策は必ずしも十分なものであるとはいえない。具体的には、上記保持器の肉厚を大きくする対策では、保持器の重量の増加や大型化により、エネルギーのロスが発生し、近年の機械装置に対する高効率化の要求に応えることができない。また、転がり軸受に対する高精度化の要求に伴い、保持器に対しても高い寸法精度および使用中の高い寸法安定性が求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を確保することが可能な転がり軸受用保持器とその製造方法、および当該転がり軸受用保持器を備えることにより重量の増加を抑制しつつ耐久性を向上させた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】
【０００６】
本発明の一の局面における転がり軸受用保持器は、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成されている。そして、窒素富化層は、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている。
【０００７】
本発明者は、転がり軸受用保持器に関し、重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与し、かつ高い寸法精度および寸法安定性を確保する対策について詳細な検討を行なった。その結果、上記適切な成分組成を有する鋼からなる保持器の表面に窒素富化層を形成した上で、当該窒素富化層を構成する鋼を、ベイナイト組織を含むとともに残留オーステナイト量が５％以下に抑制された状態とすることが、有効な対策となることを見出した。すなわち、本発明の転がり軸受用保持器においては、表面を含む領域に窒素富化層が形成され、かつ当該窒素富化層がベイナイト組織を含むことにより、表層部の耐久性が向上する。また、窒素富化層がベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されていることにより、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなる一般的な鋼組織を有する保持器に比べて、熱処理による変形が低減されて高い寸法精度が確保されるとともに、高い寸法安定性をも確保することができる。その結果、本発明の転がり軸受用保持器によれば、保持器の重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を確保することが可能な転がり軸受用保持器を提供することができる。以下、鋼の成分範囲を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【０００８】
炭素：０．０５質量％以上０．４質量％未満
転がり軸受用保持器を構成する鋼において、炭素が０．０５質量％未満では、硬度が不足し、強度が不十分となるおそれがある。また、表層部の強度を上昇させる目的で浸炭処理を実施する場合、当該浸炭処理に長時間を要するという問題を生じるおそれがある。一方、炭素が０．４質量％以上では、保持器の完成後に実施される加締め加工や爪曲げ加工などの塑性加工において、加工に要する荷重が限度を超えて大きくなるおそれがある。したがって、炭素は０．０５質量％以上０．４質量％未満とする必要がある。
【０００９】
珪素：０．１質量％以上０．３５質量％以下
転がり軸受用保持器を構成する鋼において、珪素が０．１質量％未満では、耐久性が低下するおそれがある。一方、珪素が０．３５質量％を超えると、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、珪素は０．１質量％以上０．３５質量％とする必要がある。
【００１０】
マンガン：０．１質量％以上０．９質量％以下
転がり軸受用保持器を構成する鋼において、マンガンが０．１質量％未満では、転がり軸受用保持器の耐久性が低下するおそれがある。一方、マンガンが０．９質量％を超えると、素材の硬度が上昇して冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、マンガンは０．１質量％以上０．９質量％とする必要がある。
【００１１】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器は、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成されている。そして、窒素富化層は、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている。
【００１２】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器は、基本的には上記本発明の一の局面における転がり軸受用保持器と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における転がり軸受用保持器では、転がり軸受用保持器の使用環境等を考慮し、当該転がり軸受用保持器を構成する鋼が、さらに０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムを含有する点で、上記本発明の一の局面における転がり軸受用保持器とは異なっている。
【００１３】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器によれば、保持器を構成する鋼が、０．３質量％以下のクロムを含むことにより、合金元素の添加量を抑制しつつ、表層部の耐久性を向上させるとともに、保持器の内部の強度をも向上させることができる。一方、表層部の耐久性および内部の強度を確実に向上させるためには、クロム含有量は０．１質量％以上とする必要がある。
【００１４】
ここで、上記転がり軸受用保持器においては、窒素富化層の残留オーステナイト量は２体積％以下であることが好ましい。これにより、転がり軸受用保持器の寸法安定性が一層向上する。また、一般に、転がり軸受用保持器においては、表層部、具体的には表面を含む厚み０．１５ｍｍ程度の領域の強度が重要になる場合が多い。そのため、上記転がり軸受用保持器においては、窒素富化層の厚みは０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。さらに、上記窒素富化層は、耐久性を向上させる観点から、ベイナイト組織と、マルテンサイト組織と、５体積％以下の残留オーステナイトからなっていることが好ましく、寸法安定性を向上させる観点から、ベイナイト組織が８０％体積以上を占めていることが好ましい。
【００１５】
上記本発明の転がり軸受用保持器において好ましくは、窒素富化層は、０．５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．８質量％以下の窒素とを含んでいる。
【００１６】
転がり軸受用保持器を構成する鋼の炭素含有量は、当該保持器の硬度に大きな影響を及ぼす。そして、保持器の硬度は、当該保持器の耐久性を支配する重要な要因の１つである。窒素富化層における炭素含有量が０．５質量％未満では、保持器の表層部（窒素富化層）において十分な硬度を確保することが困難となるおそれがある。そのため、窒素富化層における炭素含有量は０．５質量％以上であることが好ましい。また、窒素富化層における炭素含有量が１．１質量％を超えると、保持器の完成後に実施される加締め加工や爪曲げ加工などの塑性加工、あるいは転動体の圧入などにおいて、表層部に亀裂が発生しやすくなり、加工が困難になるおそれがある。そのため、窒素富化層における炭素含有量は１．１質量％以下であることが好ましい。
【００１７】
一方、窒素富化層における窒素は、疲労強度を向上させる効果を有する。また鋼中の窒素は、鋼のＭＳ点の温度を低下させ、より低温でのベイナイト組織の形成を可能とする。低温で形成されたベイナイト組織は硬度が高く、疲労強度に優れている。このような窒素の効果を明確にするためには、窒素含有量を０．１質量％以上とすることが好ましい。また、鋼中の窒素含有量が０．８質量％を超えると、鋼中にボイドが形成され、当該鋼からなる保持器の耐久性を低下させるおそれがある。さらに、鋼中の窒素含有量が０．８質量％を超えると、鋼中への炭素の侵入が不十分となり、当該鋼からなる保持器の強度を低下させるおそれがある。そのため、窒素含有量は０．８質量％以下とすることが好ましい。
【００１８】
上記本発明の転がり軸受用保持器において好ましくは、表面の硬度は４５０ＨＶ以上６５０ＨＶ以下となっている。
【００１９】
上述のように、保持器の硬度は、当該保持器の耐久性を支配する重要な要因の１つである。そして、保持器の表面の硬度が４５０ＨＶ未満である場合、当該保持器を含む転がり軸受の使用環境等によっては、耐久性が不十分となるおそれがある。そのため、表面の硬度は４５０ＨＶ以上であることが好ましい。一方、保持器の表面の硬度が６５０ＨＶを超えると、保持器の完成後に実施される加締め加工や爪曲げ加工などの塑性加工において、表層部が破損しやすくなり、加工が困難になるおそれがある。そのため、表面の硬度は６５０ＨＶ以下であることが好ましい。
【００２０】
上記本発明の転がり軸受用保持器において好ましくは、厚み方向における中央の硬度は、２００ＨＶ以上４００ＨＶ以下となっている。
【００２１】
保持器の表層部が十分な強度を有している場合であっても、内部の強度が不足する場合、保持器全体として十分な強度が得られない場合がある。保持器の厚み方向における中央に代表される保持器内部（素材の成分組成が維持されている領域）における硬度が２００ＨＶ未満である場合、保持器全体として十分な強度が得られないおそれがある。一方、保持器内部の硬度が４００ＨＶを超える場合、保持器の完成後に実施される加締め加工や爪曲げ加工などの塑性加工において、加工に要する荷重が限度を超えて大きくなるおそれがある。そのため、保持器の厚み方向における中央の硬度は、２００ＨＶ以上４００ＨＶ以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明に従った転がり軸受は、上記本発明の転がり軸受用保持器を備えている。本発明の転がり軸受によれば、上記本発明の転がり軸受用保持器を備えていることにより、重量の増加を抑制しつつ耐久性を向上させた転がり軸受を提供することができる。
【００２３】
本発明の一の局面における転がり軸受用保持器の製造方法は、鋼部材を準備する工程と、窒素富化層を形成する工程と、当該窒素富化層をベイナイト変態させる工程とを備えている。鋼部材を準備する工程では、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、成形加工された鋼部材が準備される。窒素富化層を形成する工程では、当該鋼部材がＡ１点以上の温度において浸炭窒化されることにより、鋼部材の表面を含む領域に、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成される。そして、窒素富化層をベイナイト変態させる工程では、鋼部材を、窒素富化層のＭＳ点を超え、ＭＳ点よりも３００℃高い温度以下の温度に保持することにより、窒素富化層の残留オーステナイト量が５体積％以下となるように窒素富化層をベイナイト変態させる。
【００２４】
本発明の一の局面における転がり軸受用保持器の製造方法では、上記適切な成分組成を有する鋼部材の表面を含む領域に窒素富化層を形成した上で、当該窒素富化層をベイナイト変態させるプロセスが採用される。これにより、表層部にベイナイト組織を含む窒素富化層が形成され、表層部の耐久性が向上した転がり軸受用保持器を製造することができる。さらに、当該窒素富化層における残留オーステナイト量が５体積％以下となるように、窒素富化層をベイナイト変態させることにより、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなる一般的な鋼組織を有する保持器に比べて、熱処理による変形が低減されて高い寸法精度が確保されるとともに、高い寸法安定性をも確保した保持器を製造することができる。その結果、本発明の一の局面における転がり軸受用保持器の製造方法によれば、保持器の重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を有する転がり軸受用保持器を製造することができる。
【００２５】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器の製造方法は、鋼部材を準備する工程と、窒素富化層を形成する工程と、当該窒素富化層をベイナイト変態させる工程とを備えている。鋼部材を準備する工程では、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、成形加工された鋼部材が準備される。窒素富化層を形成する工程では、当該鋼部材がＡ１点以上の温度において浸炭窒化されることにより、鋼部材の表面を含む領域に、内部よりも窒素濃度が高い層である窒素富化層が形成される。そして、窒素富化層をベイナイト変態させる工程では、鋼部材を、窒素富化層のＭＳ点を超え、ＭＳ点よりも３００℃高い温度以下の温度に保持することにより、窒素富化層の残留オーステナイト量が５体積％以下となるように窒素富化層をベイナイト変態させる。
【００２６】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器の製造方法は、基本的には上記本発明の一の局面における転がり軸受用保持器の製造方法と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における転がり軸受用保持器の製造方法では、転がり軸受用保持器の使用環境等を考慮し、鋼部材を構成する鋼が、さらに０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムを含有する点で、上記本発明の一の局面における転がり軸受用保持器の製造方法とは異なっている。
【００２７】
本発明の他の局面における転がり軸受用保持器の製造方法によれば、鋼部材を構成する鋼が、０．３質量％以下のクロムを含むことにより、合金元素の添加量が抑制されつつ、表層部の耐久性を向上させるとともに、保持器の内部の強度をも向上させることができる。一方、表層部の耐久性および内部の強度を確実に向上させるためには、クロム含有量は０．１質量％以上とする必要がある。
【００２８】
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。
【００２９】
また、窒素富化層をベイナイト変態させる工程において鋼部材が保持される上記温度（以下、ベイナイト変態温度という）がＭＳ点よりも３００℃高い温度を超えると、製造される保持器の硬度が低くなり、耐久性が低下するおそれがある。そのため、ベイナイト変態温度はＭＳ点よりも３００℃高い温度以下とする必要がある。さらに、製造される保持器の耐久性を一層向上させるためには、ベイナイト変態温度はＭＳ点よりも２５０℃高い温度以下とすることが好ましい。一方、鋼がＭＳ点以下の温度に冷却されると、当該鋼はマルテンサイト変態する。そのため、ベイナイト変態温度はＭＳ点よりも高いことが必要であるが、温度制御の精度等を考慮し、ＭＳ点よりも１０℃高い温度以上とすることが好ましい。また、保持器の使用環境等を考慮し、保持器の靭性を向上させたい場合、ベイナイト変態温度はＭＳ点よりも１５０℃高い温度以上とすることが好ましい。
【００３０】
さらに、窒素富化層の残留オーステナイト量が５体積％以下となるように窒素富化層をベイナイト変態させるためには、Ａ１点以上の温度に加熱した鋼をベイナイト変態温度に十分な時間保持する必要がある。当該保持時間は、ベイナイト変態温度および鋼の成分組成などの条件により変化するため、当該条件に合わせて設定する必要があるが、上記成分組成の鋼において、残留オーステナイト量を５体積％以下とするためには、６０分間以上とすることが好ましく、１２０分間以上とすることにより、残留オーステナイト量を、より好ましい範囲である２体積％以下に低減することができる。また、ベイナイト変態温度に鋼が保持される際、当該鋼の温度は、上記温度の範囲において変動してもよいが、残留オーステナイト量を容易に制御したい場合、一定の温度とすることが望ましい。さらに、窒素富化層が形成された後、Ａ１点からベイナイト変態温度までの冷却速度は、強度の低いパーライトの生成を抑制する観点から、パーライト変態を抑制可能な冷却速度とすることが好ましく、具体的にはＡ１点から５００℃までの冷却速度を２００℃／秒以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受用保持器、転がり軸受、および転がり軸受用保持器の製造方法によれば、重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を確保することが可能な転がり軸受用保持器とその製造方法、および当該転がり軸受用保持器を備えることにより重量の増加を抑制しつつ耐久性を向上させた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】
【００３２】
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り返さない。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受としてのラジアルニードルころ軸受の構成を示す概略図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器および転がり軸受について説明する。
【００３４】
図１および図２を参照して、ラジアルニードルころ軸受１は、軌道輪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輪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ニードルころ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、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａ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、複数のニードルころ１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａにその外周面であるころ転走面１３Ａが接触し、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、ラジアルニードルころ軸受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。
【００３５】
ここで、本実施の形態における転がり軸受用保持器である保持器１４は、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図２を参照して、保持器１４の表面１４Ａを含む領域には、内部１４Ｃよりも窒素濃度が高い層である保持器窒素富化層１４Ｂが形成されている。さらに、保持器窒素富化層１４Ｂは、ベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されている。ここで、上記不純物は、鋼の原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものなどの不可避的不純物を含む。
【００３６】
本実施の形態における転がり軸受用保持器としての保持器１４においては、表面１４Ａを含む領域に保持器窒素富化層１４Ｂが形成され、かつ当該窒素富化層１４Ｂがベイナイト組織を含むことにより、表層部の耐久性が向上している。また、保持器窒素富化層１４Ｂがベイナイト組織を含み、残留オーステナイト量が５体積％以下に抑制されていることにより、マルテンサイトと残留オーステナイトとからなる一般的な鋼組織を有する保持器に比べて熱処理による変形が低減されて高い寸法精度有するとともに、高い寸法安定性をも有している。その結果、本実施の形態における保持器１４は、重量の増加を抑制しつつ高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性が確保された転がり軸受用保持器となっている。
【００３７】
ここで、上記保持器１４は、上記鋼に代えて、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されていてもよい。これにより、合金元素の添加量を抑制しつつ、表層部の耐久性を向上させるとともに、保持器１４の内部１４Ｃの強度をも向上させることができる。
【００３８】
さらに、保持器窒素富化層１４Ｂは、０．５質量％以上１．１質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．８質量％以下の窒素とを含んでいることが好ましい。これにより、保持器１４の表層部（保持器窒素富化層１４Ｂ）において十分な硬度を確保することが容易となるとともに、保持器１４の完成後に加締め加工や爪曲げ加工などの塑性加工が実施される場合でも、当該加工が容易となる。
【００３９】
さらに、保持器１４の表面１４Ａの硬度は、４５０ＨＶ以上６５０ＨＶ以下となっていることが好ましい。これにより、保持器１４の表層部の強度が十分に確保されるとともに、保持器１４の完成後に実施され得る塑性加工が容易となる。
【００４０】
さらに、保持器１４の厚み方向における中央に代表される保持器の内部１４Ｃ（素材の成分組成が維持されている領域）における硬度は、２００ＨＶ以上４００ＨＶ以下であることが好ましい。これにより、保持器１４全体として十分な強度が得られるとともに、保持器の完成後に実施され得る塑性加工において、加工に要する荷重が抑制される。
【００４１】
次に、上記本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器、および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受の製造方法について説明する。図３は、本発明の一実施の形態における転がり軸受用保持器、および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【００４２】
図３を参照して、本実施の形態における転がり軸受用保持器および転がり軸受の製造方法では、まず、工程（Ｓ１００）として、鋼材準備工程が実施される。具体的には、この工程（Ｓ１００）では、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼、たとえばＪＩＳ規格Ｓ３０Ｃ、ＳＰＣＣなどからなる棒鋼、鋼線、鋼板などが準備される。なお、工程（Ｓ１００）においては、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．３質量％以下のクロムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなる棒鋼、鋼線などが準備されてもよい。
【００４３】
次に、工程（Ｓ２００）として、成形工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ２００）では、工程（Ｓ１００）において準備された鋼材に対して、切断、打ち抜き、旋削などの加工が実施されることにより、当該鋼材が保持器１４の概略形状に成形される。この工程（Ｓ１００）および（Ｓ２００）は、鋼からなり、転がり軸受用保持器の概略形状に成形加工された鋼部材を準備する鋼部材準備工程を構成する。
【００４４】
次に、工程（Ｓ３００）として実施される浸炭窒化工程、および工程（Ｓ４００）として実施されるベイナイト変態工程を含む熱処理工程が実施される。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００４５】
次に、工程（Ｓ５００）として、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の表面１４Ａなどに対する仕上げ加工が実施される。これにより、本実施の形態における保持器１４は完成し、本実施の形態における転がり軸受用保持器の製造方法は完了する。
【００４６】
さらに、工程（Ｓ６００）として、完成した転がり軸受用保持器が組み込まれて転がり軸受が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の手順により製造された本実施の形態における転がり軸受用保持器である保持器１４と、別途準備された外輪１１、内輪１２およびニードルころ１３とが組み合わされて、ラジアルニードルころ軸受１が組立てられる。これにより、本発明の転がり軸受が完成する。
【００４７】
次に、上記熱処理工程の詳細について説明する。図４は、本実施の形態における転がり軸受用保持器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４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４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。
【００４８】
図３を参照して、本実施の形態における熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材が浸炭窒化処理される浸炭窒化工程（工程（Ｓ３００））が実施される。具体的には、図４を参照して、たとえば鋼部材が一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスとアンモニアガスとの混合雰囲気中でＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱され、時間ｔ１の間保持されることにより、鋼部材の表層部に炭素および窒素が侵入する。この工程（Ｓ３００）における浸炭窒化処理は、まず、鋼部材が一酸化炭素と水素を含む浸炭ガス中において加熱されて浸炭処理され、その後、アンモニアガスが追加されて浸炭窒化処理を実施する手順で実施されてもよいし、当初から浸炭ガスとアンモニアガスとの混合雰囲気中で鋼部材が加熱されることにより実施されてもよい。これにより、鋼部材の表面を含む領域に、当該表面を含む領域以外の領域である内部領域に比べて炭素濃度および窒素濃度の高い浸炭窒化層が形成される。この浸炭窒化層は、上記本実施の形態における保持器窒素富化層１４Ｂに相当する。
【００４９】
次に、図４を参照して、浸炭窒化処理が終了した鋼部材が、Ａ１点以上の温度から窒素富化層のＭＳ点以上ＭＳ点よりも３００℃高い温度以下の温度である温度Ｔ２に冷却される冷却工程が実施される。具体的には、浸炭窒化処理が実施された鋼部材が、たとえばソルト浴に浸漬され、温度Ｔ２に冷却される。この冷却工程における鋼部材の冷却は、鋼部材がパーライト変態しない冷却速度で実施される。鋼部材がパーライト変態しない冷却速度は、たとえば鋼部材を構成する鋼のＣＣＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；連続冷却変態）線図を考慮して決定することができる。
【００５０】
次に、図４を参照して、鋼部材が温度Ｔ２に保持されるベイナイト変態工程（工程（Ｓ４００））が実施される。具体的には、工程（Ｓ４００）では、冷却工程において温度Ｔ２に冷却された鋼部材が、温度Ｔ２に時間ｔ２の間保持されることにより、当該鋼部材に形成された保持器窒素富化層１４Ｂがベイナイト変態し、ベイナイト組織が形成される。その後、鋼部材が窒素富化層のＭＳ点以下の温度に、たとえば空冷されることにより、本実施の形態における熱処理工程は完了する。ここで、温度Ｔ１、Ｔ２および時間ｔ１、ｔ２は、鋼部材の組成や当該熱処理工程が適用される保持器を含む転がり軸受の使用環境等に合わせて決定することができるが、たとえば温度Ｔ１は８３０℃以上９６０℃以下、Ｔ２は３００℃以上４００℃以下、時間ｔ１は０．５時間以上２時間以下、時間ｔ２は１時間以上５時間以下とすることができる。
【００５１】
以上の熱処理工程を含む転がり軸受用保持器および転がり軸受の製造方法により、上記実施の形態における保持器１４およびラジアルニードルころ軸受１を製造することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、本発明の転がり軸受用保持器の一例として、ラジアルニードルころ軸受を構成する転がり軸受用保持器について説明したが、本発明の転がり軸受用保持器はこれに限られない。本発明の転がり軸受用保持器は、たとえばスラストニードルころ軸受、ラジアル円錐ころ軸受、スラスト円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、大型玉軸受などを構成する保持器であってもよい。また、本発明の転がり軸受用保持器に適用可能な鋼としては、具体的には、ＪＩＳ規格Ｓ１０Ｃ、Ｓ１２Ｃ、Ｓ１５Ｃ、Ｓ１７Ｃ、Ｓ２０Ｃ、Ｓ２２Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、ＳＰＣＣなどの鋼、あるいはこれらの鋼においてクロムを０．３質量％以下の範囲で添加したものなどが挙げられる。
【実施例１】
【００５３】
以下、本発明の実施例１について説明する。上記実施の形態における熱処理工程により熱処理を行なったサンプルを作製し、当該サンプルの材料特性および耐久性を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００５４】
まず、サンプルの作製方法について説明する。サンプルの作製においては、まず、０．０５質量％以上０．４質量％未満の炭素と、０．１質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．１質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるＪＩＳ規格Ｓ３０Ｃからなる鋼材およびＳＰＣＣからなる鋼材を準備し、後述する各試験項目に応じたサンプルの形状に対応する鋼部材に成形した。その後、当該鋼部材に対して以下の４通りの熱処理を実施することによりサンプルを作製した。熱処理後の仕上げ加工は基本的には実施せず、必要な領域のみ研磨した。熱処理は、本発明の転がり軸受用保持器と同様の構成を有するサンプルを作製する実施例の熱処理と、本発明の範囲外のサンプルを作製する比較例Ａ〜Ｃの熱処理とを実施した。
【００５５】
（実施例）
図４に基づいて説明した上記実施の形態における熱処理工程により当該鋼部材を熱処理した。ここで、図４を参照して、浸炭窒化工程は、まず、雰囲気のカーボンポテンシャル（ＣＰ）値を１．０に調整したＲＸガス雰囲気中の炉内に鋼部材を装入して加熱することにより浸炭処理を３時間実施した後、炉内にアンモニアガスを導入し、雰囲気のＣＰ値を１．０、未分解アンモニアの濃度を０．２体積％に制御した雰囲気の炉内において、鋼部材をさらに加熱して浸炭窒化処理を１時間実施した。ここで、温度Ｔ１は８９０℃、時間ｔ１は４時間（そのうち浸炭処理３時間、浸炭窒化処理１時間）とした。その後ベイナイト変態工程は、浸炭窒化が実施された鋼部材を焼入ソルト浴中に浸漬し、一定温度で保持することにより実施した。このとき、温度Ｔ２は３００℃、時間ｔ２は３．５時間とした。これにより、鋼部材の表面における炭素の侵入深さは０．６ｍｍ程度、窒素の侵入深さは０．３ｍｍ程度となり、窒素が侵入した表層部はベイナイト組織となっていた（浸炭窒化＋ベイナイト変態；実施例）。
【００５６】
（比較例Ａ）
上記実施例と同様に鋼部材を作製し、９４０℃で２時間の浸炭処理および拡散処理を実施した後、１００℃に保持した油中に浸漬することにより焼入を実施した。さらに、焼入が実施された鋼部材を２８０℃に加熱して２時間保持することにより、焼戻を実施した。（浸炭＋焼入＋焼戻；比較例Ａ）。
【００５７】
（比較例Ｂ）
上記実施例と同様に鋼部材を作製し、同様の条件で浸炭窒化工程を実施した。その後、当該鋼部材を焼入油中に浸漬し、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却することにより、焼入を実施した。さらに、当該鋼部材を２８０℃に加熱して１２０分間保持することにより焼戻を実施した（浸炭窒化＋焼入＋焼戻；比較例Ｂ）。
【００５８】
（比較例Ｃ）
上記実施例と同様に鋼部材を作製し、５８０℃に加熱して１００分間のガス軟窒化処理を実施した。その後、空冷することにより、室温まで冷却した（ガス軟窒化；比較例Ｃ）。
【００５９】
次に、材料特性および耐久性の調査方法について説明する。材料特性および耐久性の調査は、（１）硬度、（２）熱処理変形量（真円度）、（３）寸法安定性、（４）割れ強度、（５）割れ疲労強度、（６）保持器の疲労強度の６項目について実施した。以下、各項目の調査方法について説明する。
【００６０】
（１）硬度
Ｓ３０Ｃを素材として採用し、外径φ２４ｍｍ、内径φ１８．５ｍｍ、高さ７ｍｍのリング状試験片を作製し、その硬度を測定した。測定位置は端面とし、当該端面を研磨した上でビッカース硬度計により測定した。
【００６１】
（２）熱処理変形量（真円度）
（１）と同様のリング状試験片について、熱処理の実施前および実施後の真円度を測定し、その差から変形量を算出した。当該実験を５個のリング状試験片について行ない、その平均値の、実施例に対する比で、熱処理による変形量を評価した。
【００６２】
（３）寸法安定性
（１）と同様のリング状試験片について、外周面を研磨した上で、当初の外径と、２３０℃に加熱し、２時間保持した後の外径との比を算出した。当該試験を３個のリング状試験片について行ない、その平均値の、実施例に対する比で、寸法安定性を評価した。
【００６３】
（４）割れ強度
（１）と同様のリング状試験片を用いて、アムスラー型試験機により当該試験片を径方向に圧縮し、破壊した時点における応力値を割れ強度として記録した。実際の転がり軸受用保持器の状態を想定し、内周面に対する研磨は行なわなかった。当該試験を３個のリング状試験片について行ない、その平均値の、実施例に対する比で割れ強度を評価した。
【００６４】
（５）割れ疲労強度
（１）と同様のリング状試験片を用いて、油圧加振機（島津製作所製  サーボパルサー）により、径方向に５０Ｈｚの繰返し速度で内周面に８００〜１５００ＭＰａの応力が負荷される条件で試験片に繰返し応力を負荷した。上記（４）と同様に、実際の転がり軸受用保持器の状態を想定し、内周面に対する研磨は行なわなかった。そして、試験片が破壊した応力の繰り返し数と荷重とを記録し、これを複数回実施した上で、試験結果を統計的に処理し、試験片が１０７回の応力負荷の繰り返しで破壊すると予測される応力値（１０７回強度）を算出した。そして、これを実施例の１０７回強度との比で評価した。
【００６５】
（６）保持器の疲労強度
保持器の疲労強度試験は、ＳＰＣＣが素材として採用された実際の保持器が作製され、以下の試験方法により実施された。図５は、保持器の疲労強度の試験片を示す概略断面図である。また、図６は、保持器の疲労強度の試験方法を説明するための概略図である。また、図７は、保持器の疲労強度の試験方法を説明するための概略断面図である。
【００６６】
図５を参照して、ＳＰＣＣ製の鋼材が準備され、成形加工された後、上記熱処理が実施されることにより、外径φ４１．９ｍｍ、内径φ３５．８ｍｍ、高さ１９．８ｍｍのかご型保持器７１が作製された。その後、保持器のポケット部にニードルころ７２が嵌めこまれ、疲労試験片７０が組立てられた。その後、図６および図７を参照して、当該疲労試験片７０が保持器疲労試験機８０にセットされ、試験が実施された。疲労試験は、まず、疲労試験片７０の外周面が保持器疲労試験機８０の固定イケール８４に形成された円筒状の貫通孔の内周面に対向するように、疲労試験片７０が当該貫通孔に挿入され、固定側負荷片８３により両者が固定された。次に、疲労試験片７０の内径部に揺動軸８１が挿入され、当該揺動軸８１と疲労試験片７０とが揺動側負荷片８２により固定された。そして、この状態で揺動軸８１が周方向に揺動することにより試験が実施された。負荷トルクは±２９４０Ｎ・ｃｍ、負荷速度は７００ｃｐｍとし、潤滑はタービン油ＶＧ３２を塗布することにより実施した。そして、当該条件下で疲労試験片７０のかご型保持器７１が破壊するまでの時間を寿命として記録し、当該寿命の、実施例の寿命に対する比で、疲労強度を評価した。
【００６７】
次に、試験結果について説明する。上記（１）〜（６）の試験結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2009236146.tif 000003
【００６９】
（１）硬度
表１を参照して、実施例および比較例Ａ〜Ｃの硬度はいずれも好ましい範囲である４５０〜６５０ＨＶとなっていた。したがって、実施例および比較例Ａ〜Ｃと同様の熱処理が実施されて製造される転がり軸受用保持器は、表層部の強度が十分に確保されるとともに、保持器の完成後に実施され得る塑性加工が容易となっている。
【００７０】
（２）熱処理変形量
表１に示すように、実施例および比較例Ｃの熱処理変形量は、比較例ＡおよびＢに比べて大幅に小さくなっていた。これは、比較例ＡおよびＢはマルテンサイト変態を伴う熱処理が実施されたのに対し、実施例および比較例Ｃはマルテンサイト変態を伴う熱処理が実施されなかったためであると考えられる。特に、実施例は、熱処理においてＡ１点以上の温度に加熱されているものの、その後ベイナイト変態温度に保持されることにより均一に変態したため、熱処理に伴う歪が小さく、変形量が抑制されたものと考えられる。また、比較例ＡおよびＢと同様の熱処理が実施されて製造される転がり軸受用保持器は、寸法精度が不十分となる可能性があり、歩留まりの低下、あるいは精度不足を解消するための矯正等が必要になるおそれがある。
【００７１】
（３）寸法安定性
表１に示すように、実施例および比較例Ａ〜Ｃの寸法変化量には、大きな差は見られなかった。これは、実施例および比較例Ｃは、寸法変化の原因となるマルテンサイト変態を伴う熱処理が実施されなかったこと、および比較例ＢおよびＣは、熱処理においてマルテンサイト変態を伴う熱処理が実施されたものの、その後、２８０℃での焼戻が実施されたことに起因して、いずれのサンプルも非常に高い寸法安定性を有していたためであると考えられる。
【００７２】
（４）割れ強度
表１を参照して、実施例の割れ強度は、比較例ＡおよびＢに比べてやや劣るものの、比較例Ｃに比べて高くなっていた。
【００７３】
（５）割れ疲労強度
表１を参照して、実施例の割れ疲労強度は、比較例Ａ〜Ｃに比べて高くなっていた。これは、実施例の試験片に含まれるベイナイト組織が割れ疲労強度に優れていることに起因するものと考えられる。
【００７４】
（６）保持器の疲労強度
表１に示すように、実施例の疲労強度は、実際の保持器の使用状態と同様の条件下においても、従来の構成を有する比較例Ａ〜Ｃを明確に上回っており、実施例の保持器は、耐久性に優れた保持器となっていることが確認された。
【００７５】
以上の実験結果より、本発明の実施例によれば、高い耐久性を付与するとともに、高い寸法精度および寸法安定性を確保することが可能な転がり軸受用保持器を提供できることが確認された。
【００７６】
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】
【００７７】
本発明の転がり軸受用保持器、転がり軸受、および転がり軸受用保持器の製造方法は、高い耐久性とともに、優れた寸法精度および寸法安定性が要求される転がり軸受用保持器とその製造方法、および転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】転がり軸受用保持器を備えたラジアルニードルころ軸受の構成を示す概略図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図３】転がり軸受用保持器、および当該転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図４】転がり軸受用保持器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】保持器の疲労強度の試験片を示す概略断面図である。
【図６】保持器の疲労強度の試験方法を説明するための概略図である。
【図７】保持器の疲労強度の試験方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  ラジアルニードルころ軸受、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  ニードルころ、１３Ａ  ころ転走面、１４  保持器、１４Ａ  表面、１４Ｂ  保持器窒素富化層、１４Ｃ  内部、７０  疲労試験片、７１  かご型保持器、７２  ニードルころ、８０  保持器疲労試験機、８１  揺動軸、８２  揺動側負荷片、８３  固定側負荷片、８４  固定イケール。
【図１】
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【図２】
2009236146.tif 000005
【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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