(57)【要約】【課題】軌道面の転がり疲労特性が高く、全体として寸法変化が小さい軌道輪を得る。【解決手段】炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料を用いて内輪１を形成する。浸炭処理または浸炭窒化処理によって表層部の炭素含有率を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、焼入れ処理を行った後に、高周波焼戻し処理を軌道面１１の反対側から行う。これにより、表層部の残留オーステナイト量を軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下に、軌道面の反対側で１５体積％以下にするとともに、表層部の硬さを軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上に、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯部の炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の炭素含有率が０．６質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の残留オーステナイト量が軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下、軌道面の反対側で１５体積％以下であり、表層部の硬さが軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上である軌道輪を備えた転がり軸受。
【請求項２】
炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料で形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理によって表層部の炭素含有率が０．６質量％以上１．２質量％以下とされ、焼入れ処理を行った後に、高周波焼戻し処理を軌道面の反対側から行うことで得られ、表層部の残留オーステナイト量が軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下に、軌道面の反対側で１５体積％以下になっていて、表層部の硬さが軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上になっている軌道輪を備えた転がり軸受。
【請求項３】
転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、
炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料を用いて形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理によって表層部の炭素含有率を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、焼入れ処理を行った後に、高周波焼戻し処理を軌道面の反対側から行うことで、表層部の残留オーステナイト量を軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下に、軌道面の反対側で１５体積％以下にするとともに、表層部の硬さを軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上に、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上にする軌道輪の製造方法。
【請求項４】
高周波焼戻し処理を軌道面を冷却しながら行う請求項４記載の軌道輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受およびこれを構成する軌道輪の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の潤滑油中に混入している金属の切粉、削り屑、バリ及び摩耗粉等の異物が転がり軸受の軌道輪や転動体に損傷を与え、転がり軸受の寿命の大幅な低下をもたらすことはよく知られている。
潤滑油中に異物が混入している状態（異物混入潤滑下）で転がり軸受を使用する際の寿命を長くするためには、異物の噛み込みによって軌道面に生じた圧痕（陥没部）の周縁部に応力が集中することを緩和する必要がある。そのため、従来より、軌道面の残留オーステナイト量を多くすることを目的として、浸炭処理や浸炭窒化処理が行われている。ただし、残留オーステナイトは経時的に熱分解するため、残留オーステナイト量が多すぎると時効変形に伴う寸法変化が大きくなる。
【０００３】
下記の特許文献１には、軸受部品（転がり軸受の内輪、外輪、または転動体）に対する熱処理として、浸炭窒化処理後にＡ1 変態点以下に冷却して通常の焼入れ（二次焼入れ）を行うことにより、表層部の残留オーステナイト量を１１％以上２５％以下の範囲にすることが記載されている。また、表層部の残留オーステナイト量をこの範囲に特定することにより、耐表面損傷特性と耐経年寸法変化特性とのバランスをとることができると記載されている。
しかしながら、軌道面の場合、表層部の残留オーステナイト量が１１％以上２５％以下の範囲では、耐表面損傷特性（転がり疲労特性）は不充分である。
【特許文献１】特開２００６−３１６８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、軌道面の転がり疲労特性が高く、全体として寸法変化が小さい軌道輪を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、芯部の炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の炭素含有率が０．６質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の残留オーステナイト量が軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下、軌道面の反対側で１５体積％以下であり、表層部の硬さが軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上である軌道輪を備えた転がり軸受を提供する。
【０００６】
本発明は、また、炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料で形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理によって表層部の炭素含有率が０．６質量％以上１．２質量％以下とされ、焼入れ処理を行った後に、高周波焼戻し処理を軌道面の反対側から行うことで得られ、表層部の残留オーステナイト量が軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下に、軌道面の反対側で１５体積％以下になっていて、表層部の硬さが軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上になっている軌道輪を備えた転がり軸受を提供する。
【０００７】
本発明はまた、転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料を用いて形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理によって表層部の炭素含有率を０．６質量％以上１．２質量％以下とし、焼入れ処理を行った後に、高周波焼戻し処理を軌道面の反対側から行うことで、表層部の残留オーステナイト量を軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下に、軌道面の反対側で１５体積％以下にするとともに、表層部の硬さを軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上に、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上にする軌道輪の製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の方法によれば、高周波焼戻し処理を軌道面の反対側から行うことで、焼戻し時に、軌道面よりも反対側の面の方が高温になる温度勾配ができるため、軌道面の反対側の残留オーステナイト量を低く抑えることができる。
本発明の方法においては、高周波焼戻し処理を軌道面を冷却しながら行うことが好ましい。これにより、前述の温度勾配が大きくなって、軌道面側とその反対側とで残留オーステナイト量の差を大きくできることから、軌道面の反対側の残留オーステナイト量をさらに低く抑えることができる。
【０００９】
本発明の転がり軸受によれば、軌道輪の表層部の残留オーステナイト量を軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下とし、軌道面の反対側で１５体積％以下とするとともに、表層部の硬さを軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上とすることで、軌道面の転がり疲労特性が高くなるとともに、全体として寸法変化を小さくすることができる。
【００１０】
軌道輪の軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２５体積％未満であると、異物混入潤滑下で軌道面に生じた圧痕（陥没部）の周縁部に対する応力集中緩和効果が実質的に得られず、転がり疲労特性が不良となる。また、軌道輪の軌道面の表層部の残留オーステナイト量が４５体積％を超えると、軌道面の硬さがＨｖ６５０未満となって、転がり疲労特性を良好にするために必要な硬さが得られない。
軌道輪の軌道面の反対側での表層部の残留オーステナイト量が１５体積％を超えると、軌道輪全体としての寸法安定性が不良となる。軌道輪の軌道面の反対側での表層部の硬さがＨｖ４５０未満であると、耐摩耗性が不良となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、転がり軸受とした時に軌道面の転がり疲労特性が高く、全体として寸法変化が小さい軌道輪が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
合金成分含有率が下記の表１に示す割合であり、残部が不可避不純物と鉄である鉄鋼材料からなる素材を加工して、内輪を形成した。図１（ａ）に示すように、この内輪１は、内径（Ａ）９５ｍｍ、外径（Ａ＋２Ｂ）１００．６ｍｍ、幅（Ｃ）１７ｍｍで、軌道溝（軌道面）１１の曲率半径が３．８ｍｍで、溝幅（Ｄ）が６．０ｍｍである。次いで、図２（イ）〜（チ）に示す各熱処理方法で熱処理を行った。高周波焼戻しは、図１（ａ）に示すように、内輪１の内側に加熱コイル２を配置して、周波数３ｋＨ、出力５０ｋＷの条件で行った。
なお、外輪３に対して高周波焼戻しを行う場合には、図１（ｂ）に示すように、外輪３の外側（軌道面３１の反対側）に加熱コイル２を配置する。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
得られた各No. の内輪について、軌道面から５０μｍの深さでの残留オーステナイト量（γR ）を測定した。
また、軌道面の反対側の残留オーステナイト量（γR ）を、図３に「×」で示す各位置で測定した。「×」の位置は、軌道面１１の反対面１２と、内輪１の軌道面１１位置での厚さを「ｔ」とした時に軌道面１１の反対面１２から（１／２）ｔとなる位置と、両者の間を４等分した各点（反対面１２から（１／８）ｔ、（１／４）ｔ、（３／８）ｔとなる３点）の５点であり、各点での残留オーステナイト量の測定値の平均値を算出した。この結果も下記の表２に併せて示す。
【００１５】
また、この結果を、「軌道面の反対側の平均残留オーステナイト量」と「軌道面の残留オーステナイト量」との関係を示すグラフにまとめた。このグラフを図４に示す。このグラフで「●」は、両方の残留オーステナイト量が本発明の範囲内にある場合のプロットであり、「▲」は、一方の残留オーステナイト量が本発明の範囲内にあり、他方の残留オーステナイト量が本発明の範囲外にある場合のプロットであり、「×」、両方の残留オーステナイト量が本発明の範囲外にある場合のプロットである。
【００１６】
また、得られた各No. の内輪軌道面１１とその反対面１２の表面硬さ（Ｈｖ）を測定した。この結果も下記の表２に併せて示す。
また、この内輪１と、以下の方法で作製した外輪および玉と、鋼製の保持器を用いて、外径１２０ｍｍ、内径９５ｍｍ、幅１７ｍｍの深溝玉軸受を組み立てて、下記の条件で転がり疲労寿命を調べる試験を行った。
外輪は、高炭素クロム軸受鋼からなる素材を鍛造後、外輪の形状に旋削し、次いで、浸炭窒化を行い、仕上げに研削工程を行うことで作製した。
玉は、高炭素クロム軸受鋼からなる素材を玉の形状に粗成形した後、焼入れと焼戻しからなる熱処理を行い、次いで、仕上げに研削工程を行うことで作製した。
【００１７】
転がり疲労寿命試験は、潤滑油（高温用タービン油、モービル石油（株）製  「Ｊｅｔ  Ｏｉｌ  II」（ＭＩＬ−Ｌ２３６９９Ｃ対応））に、平均粒径１００μｍの鉄粉（ＨＲＣ５２）を１００ｐｐｍ混入させた異物混入潤滑下で、荷重ＰMAX ＝４９００ＭＰａ、温度１３０℃、回転速度１０００ｍｉｎ-1の条件で回転させることで行い、フレーキングが発生するまでの総回転数を寿命とした。この寿命試験を、各No. の内輪１を１０体ずつ作製して各No. 毎に１０体の軸受を組み立てて行い、ワイブルプロットを行うことでＬ10寿命を求めた。Ｌ10寿命が２．０×１０6 サイクル以上の場合に転がり疲労寿命が良好（○）と判断し、２．０×１０6 サイクル未満の場合に不良（×）と判断した。この結果も下記の表２に併せて示す。
【００１８】
また、得られた各内輪について、１５０℃に２５００時間保持する試験を行い、この試験前後に内輪の内径寸法を測定して、試験前後での内径寸法の差を算出し、これを試験前の値で除算して、寸法変化率を得た。この寸法変化率が０．０１０％以内であれば、ＩＳＯ規格の熱安定性コード２７を満足し、寸法安定性が良好と判断できる。よって、この寸法変化率が０．０１０％以内のものを「○」、０．０１０％を超えるものを不良品「×」とした。この結果も下記の表２に併せて示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
この結果から分かるように、本発明の実施例に相当するNo. １、３〜１０、１２の転がり軸受は、芯部の炭素含有率が０．２質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の炭素含有率が０．６質量％以上１．２質量％以下であり、表層部の残留オーステナイト量が軌道面側で２５体積％以上４５体積％以下、軌道面の反対側で１５体積％以下であり、表層部の硬さが軌道面側でＨｖ（ビッカース硬度）６５０以上、軌道面の反対側でＨｖ４５０以上である内輪を備えているため、転がり疲労寿命と寸法安定性のいずれの点も良好になった。
【００２１】
また、炉加熱による焼戻しでなく、高周波焼戻しを行うことで、軌道面の反対側の残留オーステナイト量を１５体積％以下にして、軌道面の残留オーステナイト量を２５〜４５体積％にすることができる。
また、No. ４〜７は「焼戻し時の軌道面の冷却」以外の点は全て同じ条件で行っているが、No. ４では焼戻し時に軌道面の冷却を行わず、No. ５では金属接触により冷却を行い、No. ６ではガス噴射により冷却を行い、No. ７では水噴射により冷却を行った。このような冷却を行うことで、焼戻し時に、軌道面よりも反対側の面の方が高温になる温度勾配が、冷却を行わない場合と比較して大きくなる。そのため、軌道面側とその反対側とでの残留オーステナイト量の差が、No. ４よりNo. ５〜７の方が大きくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】内輪に対して高周波焼戻しを行う場合の加熱コイルの配置（ａ）と、外輪に対して高周波焼戻しを行う場合の加熱コイルの配置（ｂ）を示す断面図である。
【図２】実施形態で行った熱処理方法を示す図である。
【図３】実施形態で行った内輪の軌道面の反対側の面の残留オーステナイト量の測定点を示す図である。
【図４】実施形態で得られた結果を、「軌道面の反対側の平均残留オーステナイト量」と「軌道面の残留オーステナイト量」との関係で示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  内輪
１１  内輪の軌道面
１２  内輪の軌道面の反対面
２  加熱コイル
３  外輪
３１  外輪の軌道面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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