JP2002227854A

JP2002227854A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2002227854A
Application number: JP2001029103A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tanaka; 進田中; Shigeru Okita; 滋沖田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】白色組織の発生に伴う剥離損傷を抑制でき、
かつ高温・高速等の過酷な環境下でも好適に使用できる
転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受の外輪２８〜２０重量％のＣ
ｒを含み、ＨＲＣ５７以上の硬度を有する高クロム鋼で
構成される。一方、転動体３は高炭素クロム軸受鋼で構
成され、転動体３の表面にはＨｖ１１００〜１３１０の
表面硬さを有する窒化層が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールベアリン
グ、ローラベアリング等の転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】オルタネータ、電磁クラッチ、水ポンプ
等のエンジン補機や無段変速機あるいはコンプレッサな
どで使用される転がり軸受は、一般に、支持すべき軸に
外嵌される内輪と、この内輪の外周に設けられた外輪と
を有し、例えば内輪が支持すべき軸と一体に回転する
と、内輪と外輪との間に配設された複数の転動体がその
表面を内輪の外周面や外輪の内周面に接触させながら転
動するとともに、転動体を保持する保持器が内輪と外輪
の周方向に回動するようになっている。従って、このよ
うな転がり軸受は転動体との接触による応力が内輪と外
輪に繰り返し作用するため、硬くて負荷に耐えられ、転
がり疲労寿命が長く、しかも滑りに対する耐摩耗性が良
好な材料で内輪や外輪および転動体を形成する必要があ
る。

【０００３】そこで、一般的には、軸受鋼であれば日本
工業規格のＳＵＪ２が内輪や外輪および転動体の構成材
料として用いられ、転がり疲労寿命を確保するために、
焼入れ・焼戻しが施されてＨＲＣ５８〜６４の硬度とさ
れている。このような転がり軸受を一般の機械に使用す
る場合にはあまり問題とならないが、オルタネータ等の
エンジン補機に使用する場合には、高温・高振動および
高荷重の環境下で使用されるため、計算で得た寿命に比
べて剥離損傷（フレーキング）が早期に発生することが
ある。ここで、剥離損傷はグリース等の潤滑剤中に含ま
れている水分あるいは結露により生じた水分が分解し、
これに伴って発生した水素イオンが内外両輪の軌道面に
吸着し、さらに水素原子となって高ひずみ場（最大せん
断応力位置近傍）へ集積されることにより、軌道面の金
属組織を白色組織（white structure）と呼ばれる金属
疲労組織に変化させることによって生じる現象であると
考えられている。このような白色組織は、転動体の表面
にも発生することがあるが、通常は固定輪（例えば外
輪）の軌道面に発生することが多い。

【０００４】ところで、このような過酷な条件下で使用
される転がり軸受の寿命向上を図る従来技術としては、
特公平７−７２５５６号公報および特開平２−１９０６
１５号公報に開示されたものなどがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
７−７２５５６号公報に開示されたものは、内外両輪の
軌道面下における残留オーステナイトの分解による塑性
変形を防止することを目的としており、白色組織による
剥離損傷の発生防止効果を期待することはできない。

【０００６】また、特開平２−１９０６１５号公報に開
示されたものは、軌道面に黒染めと呼ばれる酸化鉄被膜
を形成して転がり軸受の寿命延長を図ろうとするもので
あり、高振動下または大きな滑りを伴う場合には、酸化
鉄被膜が容易に切断され、前者と同様に白色組織による
剥離損傷の発生防止効果を期待することはできない。ま
た、軸受を複列化して荷重条件等を緩和することも一つ
の改善策となり得るが、エンジンの小型化および軽量化
等の観点からは最善の策とは言えず、さらに前述した従
来技術を駆使しても白色組織の発生を完全に抑制するこ
とはできない。また、白色組織の発生に伴う早期剥離は
エンジン補機に使用される軸受に限らず、近年では各種
コンプレッサや無段変速機等で使用される転がり軸受に
おいても発生する現象であることが判明してきており、
今後、白色組織の発生を抑制し、高温・高負荷の条件下
でも長期の使用に耐え得る転がり軸受の要求が益々高く
なってくるものと考えられる。

【０００７】そこで本発明の目的は、上記の問題点を解
決し、白色組織の発生に伴う剥離損傷を抑制でき、かつ
高温・高速等の過酷な環境下でも好適に使用できる転が
り軸受を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らは、先ず、転がり軸受の早期短寿命の
原因となる白色組織が微細なフェライト粒の集合体から
なり、その白色組織近傍のセメンタイト（Ｆｅ₃Ｃ）が
消失しているという事実を考慮し、軌道面の金属組織が
白色組織へ変化する第１のステップが基地組織へのセメ
ンタイトの溶解にあると考えた。そして、このセメンタ
イトの溶解が侵入した水素により引き起こされるのか、
それとも高いせん断応力と高振動による複合応力場との
関係で引き起こされるのかは完全に明らかとなっていな
いが、基地組織にセメンタイトが溶解することにより炭
素濃度が局部的に高くなり、これに伴い炭素の拡散が起
こり易くなり、さらに極めて大きな加工エネルギを受け
ることにより、金属組織を白色組織へ変化させる駆動力
が高まり、炭素を過飽和に固溶したフェライト粒（厳密
には、微細フェライト粒の粒界に炭素が濃縮されている
ものと推定される）が生成されるものであると推定し
た。

【０００９】このような見解に立脚して、本発明者ら
は、セメンタイトを基地組織中に溶解し難くする方法が
極めて有効であると考えた。そこで、先ず、鋼中に含有
する炭化物をセメンタイトの形態から（Ｆｅ，Ｃｒ）₂₃
Ｃ₆、（Ｆｅ，Ｃｒ）₇Ｃ₃等の炭化物、つまりより安定な
高クロム系の材料に特有な炭化物の形態に変えることに
より、寿命延長効果を期待できないかを鋭意検討した。
そして、本発明者らは、ＣとＣｒの含有量が各々異なる
多数種類のクロム鋼を用いて軸受の寿命試験を行い、炭
化物を含有する鋼の中でＣｒ含有量が８重量％以上であ
る鋼を軸受材料として用いると、白色組織が極めて起こ
り難くなるという知見を上記の寿命試験から得た。

【００１０】このような高クロム鋼は、ＳＵＪ２のよう
な高炭素クロム軸受鋼に比較して耐熱性があり、より高
温下での使用にも耐え得るが、Ｃｒ含有量が高いと以下
の問題が生じる。すなわち、鋼中のＣｒ含有量が高くな
ると、Ｃｒが炭素との親和性が高いということもあり、
炭素を多量に含有している鋼（例えばマルテンサイト系
ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃ等）の場合、製鋼時
の凝固過程で長径２０μｍを超えるような粗大共晶炭化
物が生成され、これが応力起点となって転がり軸受の寿
命を低下させる。さらに、Ｃｒ含有量の増加に伴い鋼の
熱伝導率が低下するため、高温・高速下で使用される場
合には耐焼付性が問題となる。

【００１１】したがって、ＳＵＳ４４０Ｃ等の高炭素高
クロム鋼では、含有される炭化物が（Ｆｅ，Ｃｒ）₂₃Ｃ
₆、（Ｆｅ，Ｃｒ）₇Ｃ₃等の炭化物であるため、白色組
織への変化に対しては高い抵抗性を示すものの、一般の
転がり寿命に関しては、前述した粗大共晶炭化物の影響
のために、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼には及ば
ず、必ずしも長寿命を達成できないこととなる。さら
に、耐焼付性の点でもＳＵＪ２より極めて劣っている。

【００１２】そこで、本発明者らは、さらに詳細な検討
を行い、Ｃｒ含有量が８〜２０重量％であって、CとＣ
ｒの含有量がＣ％≦−０．０５Ｃｒ％＋１．４１の関係
を満足し、かつＨＲＣ５７以上の硬度を有する高クロム
鋼を外輪等の固定輪または転動体の構成材料として用い
れば、粗大共晶炭化物に起因した転がり寿命の低下を引
き起こすこともなく早期フレーキングを抑止できるとい
う知見を上記の寿命試験から得た。さらに、本発明者ら
は、固定輪または転動体と接触する相手部材（転動体ま
たは固定輪）を高炭素クロム軸受鋼で構成すれば、高ク
ロム鋼の欠点でもある耐焼付性の低下を効果的に抑制で
き、従来の軸受と同等の耐焼付性が得られるという知見
を実験により得た。なお、この場合において、相手部材
は従来の高炭素クロム軸受鋼で構成することとなるが、
前記高Ｃｒ鋼が相手部材である場合には、表面層のＣｒ
酸化層の影響のためか、組織変化を遅滞させる効果があ
り、全体として長寿命化を達成できることとなる。さら
にまた、固定輪または転動体の表面に、Ｈｖ１１００〜
１４０３程度の表面硬さを有する窒化層を形成すると、
白色組織による早期フレーキングを抑制できることは勿
論のこと、従来の軸受に比較して耐熱性だけでなく、耐
焼付性をも格段に向上させることができるという知見を
実験により得た。

【００１３】このような理由により、本発明のうち請求
項１に係る発明は、支持すべき軸に外嵌される内輪と、
この内輪の外周に設けられた外輪と、この外輪の軌道面
および前記内輪の軌道面との間で転動自在に配設された
複数の転動体とを備えた転がり軸受において、前記外
輪、内輪のうちの少なくとも固定輪又は転動体のいずれ
かが８〜２０重量％のＣｒを含む鋼からなり、かつＨＲ
Ｃ５７以上の硬度を有し、前記固定輪又は転動体の少な
くとも１つと接触する部材が高炭素クロム軸受鋼で構成
されることを特徴とする。

【００１４】また、本発明のうち請求項２に係る発明
は、前記固定輪又は転動体の少なくとも１つが前記軌道
面および／又は前記転動体の表面にＨｖ１１００〜１３
１０の表面硬さを有する窒化層を有することを特徴とす
る。ここで高クロム鋼のＣｒ含有量を８〜２０重量％に
限定した理由は、Ｃｒ含有量が８％より少なくなると前
述の組織変化に対する遅滞理由が十分に得られず、Ｃｒ
含有量が２０％を超えると前述の粗大共晶炭化物あるい
は靭性に有害なフェライトの生成を伴うという理由から
である。

【００１５】また、ＨＲＣ５７以上の硬度を有する高ク
ロム鋼を用いる理由は、繰り返し応力に対する十分な疲
労強度を確保するためである。なお、その表面層に窒化
層を形成させた場合であっても、同様である。この場合
において、窒化層の表面硬さがＨｖ１１００より小さい
と、耐焼付性等に対する効果が不足するため、その下限
をＨｖ１１００以上とし、Ｈｖ１５００を超える硬さを
得るには、現実的に難しく、実績を考慮して窒化層の硬
さをＨｖ１１００〜Ｈｖ１５００とした。

【００１６】本発明における高炭素クロム軸受鋼として
は、炭素含有量が過共析組成のクロム鋼あるいはクロム
・モリブデン鋼を意味し、具体的には、ＳＵＪ２、ＳＵ
Ｊ３等の一般軸受鋼やこれに類似の浸炭鋼あるいは高炭
素構造用鋼などを使用できる。また、耐熱性や耐焼付性
あるいは転がり寿命を向上させることを目的として、そ
の表面に浸炭窒化処理を施したものであっても良い。

【００１７】また、高クロム鋼は軌道面等の金属組織が
白色組織へ変化することに伴う寿命低下を抑制するため
に、８〜２０重量％のＣｒを含有し、十分な転がり寿命
も確保すために焼入れ焼戻し後において、ＨＲＣ５７以
上の硬化能を有する。ただし、前述した通り、Ｃｒ含有
量が多い鋼の場合であって、ＨＲＣ５７以上を満足しよ
うとする場合には、必然的に相当量の炭素濃度が必要と
され、その結果、凝固過程で２０μｍを超えるような粗
大共晶炭化物が生成される場合がある。このような粗大
共晶炭化物が生成された場合には、従来の高炭素クロム
軸受鋼の場合に比較して、軌道面等の金属組織変化に起
因する早期フレーキングにおいては抑止効果があるが、
粗大共晶炭化物が応力起点となるため、別の要因で転が
り疲労寿命が改善されないこととなる。したがって、Ｃ
とＣｒの含有量の関係がＣ％≦−０．０５Ｃｒ％＋１．
４１を満足する高クロム鋼であることが好ましい。

【００１８】また、高クロム鋼には、セメンタイトより
も安定な（Ｆｅ，Ｃｒ）₂₃Ｃ₆、（Ｆｅ，Ｃｒ）₇Ｃ₃等
の炭化物が含まれており、水素が浸透した場合において
も白色組織への変化に対する抑止力が極めて高く、良好
な転がり疲労寿命特性を有する。また、炭素の一部を窒
素で置換した場合には、さらに炭化物の微細化が図れる
ことに加え、窒素の効果により耐食性も向上するので、
好ましくは、０．０５〜０．２重量％程度の窒素を含む
鋼であることが好ましい。ただし、窒素濃度が０．２重
量％以上である場合（例えば０．３〜０．４重量％）に
は、一般の溶解法では、凝固過程でのブローホール等が
問題となり、実質不可能であるが、加圧エレクトロスラ
グ再溶解法（ＰＥＳＲ）等の特殊溶解法によれば可能で
あるため、本願発明に含むものとすることができる。

【００１９】本発明に係る転がり軸受においては、内輪
または外輪若しくは転動体を構成する材料の金属組織が
白色組織へ変化することによる早期フレーキングを効果
的に抑制するとともに、高クロム鋼の欠点である耐焼付
性を克服することが可能となる。また、外輪等の固定輪
または転動体のいずれかが、必然的に高炭素クロム軸受
鋼であることを要するため、それぞれの使用用途に応
じ、早期フレーキングが生じるような場合には、固定輪
または転動体のいずれかにＨｖ１１００〜１５００の表
面硬さを有する窒化層を形成することにより解決するこ
とが可能となる。

【００２０】また、内輪が固定輪である場合において
は、高クロム鋼の線膨張係数が高炭素クロム軸受鋼やそ
の他一般炭素鋼と比較しても小さく、且つ鋼中に残留オ
ーステナイトが存在する場合においてもそれが極めて安
定で分解しにくいため、内輪クリープやすきま減少等に
よる焼付き要因を抑えることができる。また、転動体が
高炭素クロム軸受鋼の場合、保持器をプラスチック製の
ものとすれば、スチール製のものに比較して、転動体に
起因した早期フレーキングを抑制できる傾向にあるた
め、好ましくは保持器をプラスチック製（耐熱性が求め
られる場合には、耐熱プラスチック製）のものにすると
良い。

【００２１】よって、本発明の最も好ましい実施態様と
しては、固定輪に相当する外輪または内輪のいずれかが
高クロム鋼、転動体が高炭素クロム軸受鋼、保持器がプ
ラスチックからなる構成とすることが良い。もちろん、
転動体の早期フレーキングが特に問題となる場合には、
上記構成には限定されない。プラスチック製保持器を使
用することによって転動体に起因する早期フレーキング
を抑制できる理由としては、保持器がスチール製の場合
には保持器と転動体との高振動下での金属接触により新
生面が生じやすく、水素が容易に浸透しやすいのに対し
て、保持器がプラスチック製の場合には転動体と保持器
との金属接触がなくなったことにより、これが幾分抑制
されるためではないかと考えられる。また、静粛性等が
要求されるような場合においても保持器をプラスチック
製とすることが好ましい。

【００２２】さらに、前記高クロム鋼の表面に、Ｈｖ１
１００〜１５００の窒化層を形成することにより、上記
の特性を維持したまま、従来の軸受よりさらに耐熱性お
よび耐焼付性を向上させることが可能となる。次に、上
述の窒化層について説明する。窒化処理にはガス窒化、
塩浴窒化、イオン窒化等があげられるが、一般の窒化処
理は処理温度が４８０〜６００℃と比較的高く、その
際、芯部は焼戻し作用により軟化することとなり、転が
り軸受に高荷重が加わると、深さ方向に大きなせん断応
力を受けて十分な寿命を満足できないこととなる。

【００２３】そこで、芯部硬度をＨＲＣ５７以上確保で
きる条件下で窒化層の形成を行う。また、窒化処理温度
が高いと、窒化処理後において精度低下が著しく、軸受
の諸機能あるいはその後の追加工事において不具合を生
じる。したがって、窒化処理の温度は４５０℃以下、好
ましくは４２０℃以下とする。また、窒化層は処理温度
が低いほど緻密で、かつ粗悪なポーラス層は生成されな
い。

【００２４】一般のガス窒化処理の場合は、Ｃｒを多量
に含有する鋼の場合には、表面層に緻密なＣｒ層が形成
されているために、これが窒化を阻害し、均一な窒化層
を形成できなくなる場合があるため、例えば、Ｎｖ窒化
プロセス（大同ほくさん株式会社の商品名）等が好適に
使用できる。この処理は、窒化処理の前処理として、例
えばＮＦ₃（三フッ化窒素）等のフッ素系ガスを用いて
２５０〜４００℃程度でフッ化処理を行うプロセスとＮ
Ｈ₃ガスによる窒化処理を行うプロセスとからなってい
る。フッ化処理によって、窒化反応を阻害するＣｒ酸化
層が除去されて、表面層に極薄いフッ化層が形成されて
表面が極めて活性化し、その後の窒化処理によって４０
０℃程度の低い温度でも非常に均一な窒化層を形成する
ことが可能となる。その結果、表面に形成された窒化層
は非常に緻密かつ硬質なものであって、かつ窒化処理後
に軸受部品の精度が劣化することも抑えられるという利
点もある。

【００２５】また、上記のプロセスはあくまで例示であ
って、塩浴窒化であっても、塩浴の組成によっては、そ
の融点を４２０〜４３０℃とすることは一応可能であ
り、処理温度が４５０〜４８０℃程度の低温塩浴窒化
で、例えばパルソナイト処理（日本パーカライジング株
式会社の商品名）であっても良い。また、その他、浸硫
窒化処理等の窒化方法であっても、上記品質を達成でき
るものであれば良い。

【００２６】その結果、表面層には、Ｈｖ１１００以上
の窒化層が形成され、この窒化層には、（Ｆｅ，Ｃｒ）
₂〜₄Ｎ、ＣｒＮ、Ｃｒ₂Ｎ等の微細な窒化物が多量に析
出した窒化層が形成されて、耐焼付性が飛躍的に向上す
る。特に、好ましくはＨｖ１１００〜１３１０程度とす
るのが良い。ここで、本発明における好ましい窒化層の
形態について説明する。

【００２７】一般に、窒化処理後には、部材の表面に擬
似セラミックス層（Ｆｅ₂Ｎ（ξ相）、Ｆｅ₂〜₃Ｎ（ε
相）、Ｆｅ₄Ｎ（γ‘相）等の窒化物層）からなる第１
層と、その直下の多量の窒化物（Ｆｅ₂〜₃Ｎ、ＣｒＮ、
Ｃｒ₂Ｎ等）及び焼戻しマルテンサイトからなる第２層
とで構成されている。第１層の擬似セラミックス層は、
処理温度が高いほど厚く、膜状に形成されやすい。この
擬似セラミックス層は摺動性に優れるため、各種摺動部
材には好適に使用できる場合も多いが、第２層と比べて
非常に脆い性質を有している。したがって、大きなせん
断応力や高振動下で使用される転がり軸受の場合には、
このような層が出来るだけ無いことが好ましい。

【００２８】本発明における窒化層は、窒化処理温度も
低く、比較的、前述した第１層が生成しにくいが、場合
によってはそのような窒化層が生成する場合も予想され
るため、窒化処理後にバレル加工、ドライホーニング加
工、あるいは研磨、ラップ加工によりそれらを除去し、
第２層の焼戻しマルテンサイトを含む窒化層とすること
が好ましい。さらに好ましくは、表面窒素濃度が３重量
％以上、鋼中のＣｒ含有量との関係において、０．２６
Ｃｒ重量％＋４．４２を超えない窒化層とする。

【００２９】また、必要以上の厚い窒化層を設けること
は、すなわち窒化処理時間の延長につながり、処理コス
トおよび窒化処理後の精度低下、仕上げ加工時のコスト
増大、さらには表面組織が粗くなって諸特性が低下する
等、好ましくない。したがって、好ましくは、機能を十
分確保するために、その下限を１０μｍ以上とし、前記
理由から窒化層の厚さを転動体直径Ｄａの６％以下とす
る。

【００３０】上述の通り、窒化層を形成させた場合に
は、白色組織変化を防止できて、且つ、耐焼付性をさら
に向上させることが可能となる。なお、この場合も、本
発明における第１の態様と同様、接触する相手部材が高
炭素クロム軸受鋼であることを要するが、両者が共に第
２の態様を満足する構成とした場合に限り、固定輪、転
動体ともに組織変化による早期フレーキングを防止でき
て、第１の態様と同等以上の特性が得られるため、コス
ト増は免れないが、本発明の範囲とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明に係る転がり軸受
の一実施形態を示す断面図である。同図において、転が
り軸受５は、回転軸等の支持すべき軸に外嵌される内輪
１と、この内輪１の外周に設けられた外輪２と、この外
輪２の軌道面および内輪１の軌道面に表面を接触させな
がら転動する複数の転動体３と、これらの転動体３を内
外両輪１，２の周方向にほぼ等間隔に保持する保持器４
とから構成されている。

【００３２】この場合、外輪２は固定輪であって、８〜
２０重量％のＣｒを含み、かつＨＲＣ５７以上の硬度を
有する高クロム鋼で構成されている。一方、転動体３は
炭素含有量が過共析組成以上の高炭素クロム軸受鋼で構
成され、その表面にはＨｖ１１００〜１５００、好まし
くはＨｖ１１００〜１４３０の表面硬さを有する窒化層
が形成されている。

【００３３】このような構成において、転動体３および
外輪２を表１に示されるクロム鋼Ｍ−１〜Ｍ−７の中の
１つでそれぞれ構成し、その耐久性について寿命試験を
行った。

【００３４】

【表１】

【００３５】ここで、表１に示されるクロム鋼Ｍ−１〜
Ｍ−７のうちＭ−５、Ｍ−６を除くクロム鋼Ｍ−１〜Ｍ
−４及びＭ−７は、Ｃｒ含有量が８〜２０重量％で、か
つＣとＣｒの含有量がＣ％≦−０．０５Ｃｒ％＋１．４
１の関係を満たすものであり、この関係を満たす鋼中に
は長径２０μｍ以上の粗大共晶炭化物が含まれていない
ことが判明した。なお、鋼中の酸素量はいずれも２０ｐ
ｐｍ以下である。

【００３６】また、表１のクロム鋼Ｍ−１〜Ｍ−７のう
ちＭ−１〜Ｍ−５及びＭ−７は、９００〜１０６０℃に
一旦保持した後、油焼入れを行い、引き続きサブゼロ処
理と焼戻しを行ったものである。さらにＭ−１について
は、別途、焼入れ硬化処理を施したものを４１０℃×２
４〜４８時間の窒化処理を行い、表面をさらに硬質化し
たものも用意した。

【００３７】一方、Ｍ−６については、８２０〜８６０
℃に一旦保持した後、油焼入れを行い、引き続き焼戻し
を行ったものと、８２０〜８６０℃で浸炭窒化処理した
後、油焼入れ及び焼戻しを施したものとを用意した。な
お、軸受の軌道面はすべて超仕上げに供し、０．１μｍ
Ｒａ以下とした。また、寿命試験に関しては、以下の条
件で行った。

【００３８】すなわち、第１の寿命試験は、エンジン補
機用の軸受を想定し、型番６３０３の日本精工株式会社
製深溝玉軸受を使用して、図２（ａ）に示す環境下、つ
まりグリース潤滑下で行った。ここでの寿命試験は回転
数を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｒｐｍと１
８０００ｒｐｍとに切替える急加減速試験であり、荷重
条件はＰ／Ｃ（Ｐ：動等価荷重、Ｃ：基本動定格荷重）
＝０．１、潤滑剤にはウレア系グリースを使用した。な
お、試験打ち切りは１５００時間とし、ｎ＝１０評価、
Ｌ₁₀寿命により評価した。

【００３９】また、第2の寿命試験は、使用環境で水が
混入した場合を想定し、型番６２０６の日本精工株式会
社製深溝玉軸受を使用して、図2（ｂ）に示す環境下、
つまり潤滑油ＶＧ６８中に水道水を５％混入させた環境
下で行った。ここでの試験荷重はＦｒ＝９００ｋｇｆで
あり、回転数を３９００ｒｐｍとし、ｎ＝１０評価、試
験打ち切りは１０００時間とした。

【００４０】なお、上記の試験において、鋼製保持器を
使用した場合は転動体３に早期フレーキングが発生する
ことが認められたため、保持器１４はいずれもプラスチ
ック製のものを使用し、試験はいずれも初期振動の3倍
となった時点で停止し、フレーキングの有無を確認する
ことで行った。また、型番６３０３に関しては、軸受外
輪温度を１７０℃、内輪回転速度を１３０００ｒｐｍ、
ラジアル荷重２０ｋｇｆの条件下で、ｎ＝３連続運転を
行い、焼付までの時間についてもあわせて評価した。さ
らに、上述の評価に合わせて、これらの軸受が屋外で使
用される装置に使用され、耐食性も求められることもあ
るため、温度７０℃、湿度９８％の環境に２週間保持し
て発錆の程度も確認した。なお、図２において、６はシ
ャフト、７はプーリ、８はベースプレート、９はサポー
トベアリング、１０はアルミニウムハウジング、１１は
軸受取付けボルト、１２は振動センサ、１３は潤滑油、
１４は油槽、１５はラジエータ、１６はポンプ、１７，
１８はフィルタを示している。

【００４１】このような寿命試験の評価結果を表２及び
表３に、また表２及び表３の耐久寿命（１）と焼付き寿
命との関係を図３に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】表２において、Ａ−１は固定輪（この場合
は外輪２）を表１の高クロム鋼Ｍ−１（Ｃｒ含有量：１
３．００重量％、Ｃ含有量：０．４５重量％、硬さ：Ｈ
ＲＣ６１．２）で形成すると共に転動体３を表１の高炭
素クロム軸受鋼Ｍ−６（Ｃｒ含有量：１．５１重量％、
Ｃ含有量：１．０５重量％、硬さ：ＨＲＣ６３．２）で
形成した転がり軸受である。また、Ａ−２は固定輪を表
１の高クロム鋼Ｍ−２（Ｃｒ含有量：１２．９８重量
％、Ｃ含有量：０．６５重量％、硬さ：ＨＲＣ６０．
２）で形成すると共に転動体３を前記高炭素クロム軸受
鋼Ｍ−６で形成した転がり軸受、Ａ−３は固定輪を表１
の高クロム鋼Ｍ−３（Ｃｒ含有量：８．００重量％、Ｃ
含有量：０．７０重量％、硬さ：ＨＲＣ６１．７）で形
成すると共に転動体３を高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６で形
成した転がり軸受、Ａ−４は固定輪を表１の高クロム鋼
Ｍ−４（Ｃｒ含有量：２０．００重量％、Ｃ含有量：
０．３２重量％、硬さ：ＨＲＣ５７．１）で形成すると
共に転動体３を高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６で形成した転
がり軸受、Ａ−５は固定輪を前記高クロム鋼Ｍ−１で形
成すると共に転動体３を浸炭窒化処理した高炭素クロム
軸受鋼Ｍ−６で形成した転がり軸受、Ａ−６は固定輪を
前記高クロム鋼Ｍ−１で形成すると共に転動体３を浸炭
窒化処理した高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６で形成した転が
り軸受、Ａ−７は固定輪を前記高クロム鋼Ｍ−２で形成
すると共に転動体３を高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を用い
浸炭窒化処理をした転がり軸受、Ａ−８は固定輪を前記
高クロム鋼Ｍ−３で形成すると共に転動体３を高炭素ク
ロム軸受鋼Ｍ−６を用い浸炭窒化処理をした転がり軸
受、Ａ−９は固定輪を前記高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を
用い浸炭窒化処理をして形成すると共に転動体３を前記
高クロム鋼Ｍ−１で形成した転がり軸受である。

【００４５】さらに表２において、Ｂ−１は固定輪およ
び転動体３を前記高クロム鋼Ｍ−２で形成した転がり軸
受、Ｂ−２は固定輪および転動体３を前記高クロム鋼Ｍ
−５で形成した転がり軸受、Ｂ−３は固定輪および転動
体３を前記高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６で形成した転がり
軸受、Ｂ−４は固定輪を前記高クロム鋼Ｍ−５で形成す
ると共に転動体３を高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を用い浸
炭窒化処理をして形成した転がり軸受、Ｂ−５は固定輪
を前記高クロム鋼Ｍ−７で形成すると共に転動体３を高
炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を用い浸炭窒化処理をして形成
した転がり軸受である。

【００４６】表２に示される耐久寿命（１）は前記した
型番６３０３の寿命試験結果を示し、耐久寿命（２）は
型番６２０６の寿命試験結果を示している。また、表２
の耐久寿命（１）、（２）及び焼付き寿命は、比較例Ｂ
−３を１としたときの寿命比で示してある。さらに、耐
食性評価試験の結果、全く発錆がなかったものは○、や
や発錆が認められたものを△、著しく発錆が認められた
ものを×で記載した。

【００４７】表２のＡ−１からＡ−９は本発明の実施例
であり、耐久寿命（１）および耐久寿命（２）がともに
良好であり、また、焼付寿命試験の結果からも比較例Ｂ
−３とほぼ同等の耐焼付性を有していることが判る。ま
た、両試験の結果からは、白色組織等の組織変化は全く
確認できず、炭化物の消失等も認められなかった。これ
に対して、比較例Ｂ−１は固定輪及び転動体３を共に高
クロム鋼とした場合の例であり、耐久寿命（１）及び耐
久寿命（２）に関しては、本発明と同等の寿命を有して
いる。しかし、焼付寿命に関しては、接触する相手部材
が共に高クロム鋼となるように構成されているため、比
較例Ｂ−３と比較して非常に劣っている。

【００４８】また、比較例Ｂ−２は固定輪及び転動体３
を共にＳＵＳ４４０Ｃで構成した場合の例であり、耐久
寿命（１）に関しては、やや比較例Ｂ−３と比較しても
良好な寿命を有している。しかし、鋼中に粗大共晶炭化
物が内在するため、本発明の実施例Ａ−１〜Ａ−９と比
較すると耐久寿命（１）に関して劣っており、さらに、
より荷重条件の厳しい耐久寿命（２）に関しては、転動
体にも粗大共晶炭化物起因の早期フレーキングが発生
し、比較例Ｂ−３と比較しても寿命が低下した。さら
に、比較例Ｂ−１と同様、接触する相手部材がともにＳ
ＵＳ４４０Ｃとなるように構成されているため、焼付寿
命に関しても極めて劣っている。

【００４９】比較例Ｂ−３は固定輪及び転動体３が共に
ＳＵＪ２の場合の例であり、耐久寿命（１）及び耐久寿
命（２）のいずれにおいても白色組織が認められ、極め
て短寿命となった。比較例Ｂ−４は、固定輪がＳＵＳ４
４０Ｃで、転動体がＳＵＪ２を浸炭窒化した場合の例で
あって、焼付寿命に関しては比較例Ｂ−２と比較して格
段に向上しているものの、やはり寿命的には不十分であ
る。

【００５０】また、比較例Ｂ−５は、固定輪にＳＵＳ４
２０Ｊ２、転動体にＳＵＪ２を浸炭窒化したものの組合
せとした場合の例であるが、十分な硬さを有しておら
ず、本発明の実施例Ａ−１〜Ａ−９に比較して、やはり
いずれの寿命試験結果においても劣っている。したがっ
て、表２に示される試験結果から、転がり軸受の固定輪
（外輪２若しくは内輪１）をＣｒ含有量が８〜２０重量
％であって、ＣとＣｒの含有量がＣ％≦−０．０５Ｃｒ
％＋１．４１の関係を満足し、かつＨＲＣ５７以上の硬
度を有する高クロム鋼または高炭素クロム軸受鋼で構成
するとともに、転動体３を高炭素クロム軸受鋼または高
クロム鋼で構成することにより、白色組織に起因する早
期フレーキングを防止でき、耐久性と耐焼付性の向上を
図れることが判る。

【００５１】次に、表３に示される寿命試験の評価結果
について説明する。表３において、Ａ−１０は高クロム
鋼Ｍ−１からなる固定輪（この場合は外輪２）の軌道面
にＨｖ１３１０の表面硬さを有する窒化層を形成した転
がり軸受である。また、Ａ−１１は高クロム鋼Ｍ−１か
らなる固定輪の軌道面にＨｖ１３１０の表面硬さを有す
る窒化層を形成すると共に高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を
用い浸炭窒化した転動体とした場合の転がり軸受、Ａ−
１２は高クロム鋼Ｍ−１からなる固定輪の軌道面にＨｖ
１４３０の表面硬さを有する窒化層を形成すると共に浸
炭窒化処理した高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６からなる転動
体３の表面にＨｖ８０３の表面硬さを有する浸炭窒化層
を形成した転がり軸受、Ａ−１３は高炭素クロム軸受鋼
Ｍ−６を用い表面硬さをＨｖ７５６とする固定輪にする
と共に高クロム鋼Ｍ−１からなる転動体３の表面にＨｖ
１４０３の表面硬さを有する窒化層を形成した転がり軸
受、Ａ−１４は高クロム鋼Ｍ−１からなる固定輪の軌道
面にＨｖ１３１０の表面硬さを有する窒化層を形成する
と共に高クロム鋼Ｍ−１からなる転動体３の表面にＨｖ
１４０３の表面硬さを有する浸炭窒化層を形成した転が
り軸受、Ａ−１５は高クロム鋼Ｍ−３からなる固定輪の
軌道面にＨｖ１１００の表面硬さを有する窒化層を形成
すると共に転動体を高炭素クロム軸受鋼Ｍ−６を用い表
面硬さをＨｖ７７８とした転がり軸受、Ａ−１６は高ク
ロム鋼Ｍ−３からなる固定輪の軌道面にＨｖ１１００の
表面硬さを有する窒化層を形成すると共に高クロム鋼Ｍ
−３からなる転動体３の表面にＨｖ１２１０の表面硬さ
を有する窒化層を形成した転がり軸受である。

【００５２】表３の実施例Ａ−１０〜Ａ−１６は、８〜
２０重量％のＣｒを含有する高クロム鋼からなる固定輪
（この場合は外輪２）または転動体３の表面にＨｖ１１
００〜１３１０の窒化層を設けた場合の例を示したもの
である。なお、この場合の窒化層の厚さは、１〜２％Ｄ
ａ（Ｄａは転動体直径）である。表３から明らかなよう
に、実施例Ａ−１０〜Ａ−１６の軸受寿命は十分に確保
できるのは勿論のこと、表２の実施例Ａ−１〜Ａ−９に
比較してさらに耐焼付性をも向上させることが可能とな
ることが判る。したがって、上記構成とすれば、組織変
化に起因する早期フレーキングを表２の実施例と同様、
極めて抑制できることとなる。また、この場合には、Ａ
−１４及びＡ−１６に示すように、固定輪、転動体のい
ずれもが本構成となることを許容できるため、両者に白
色組織が生じる場合など、特に使用条件が厳しい場合に
も対処できることとなる。

【００５３】表３に示される試験結果から明らかなよう
に、外輪２若しくは内輪１の軌道面および／又は転動体
３の表面にＨｖ１１００〜１３１０の表面硬さを有する
窒化層を形成すると、表２に示した実施例Ａ−１〜Ａ−
９のものに比べて、さらに耐焼付性を向上させることが
できる。また、窒化層の表面硬さをＨｖ１２００〜１３
１０にすることにより、コストの大幅な上昇を招くこと
なく早期フレーキングの発生防止や耐焼付性の向上等を
図ることができる。さらに、転動体３を保持する保持器
４をプラスチック製としたことにより、早期フレーキン
グの発生をより効果的に防止できる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
白色組織の発生に伴う剥離損傷を抑制でき、かつ高温・
高速等の過酷な環境下でも好適に使用できる転がり軸受
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態を示す断
面図である。

【図２】図１に示される転がり軸受に対して実施された
寿命試験を説明するための図で、（ａ）はグリース潤滑
下での寿命試験を示す図、（ｂ）は水分が混入した潤滑
油中での寿命試験を示す図である。

【図３】図１に示される転がり軸受の耐久寿命と焼付寿
命との関係を示す図である。

【符号の説明】１内輪２外輪３転動体４保持器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持すべき軸に外嵌される内輪と、この
内輪の外周に設けられた外輪と、この外輪の軌道面およ
び前記内輪の軌道面との間で転動自在に配設された複数
の転動体とを備えた転がり軸受において、前記外輪、内
輪のうちの少なくとも固定輪又は転動体のいずれかが８
〜２０重量％のＣｒを含む鋼からなり、かつＨＲＣ５７
以上の硬度を有し、前記固定輪又は転動体の少なくとも
１つと接触する部材が高炭素クロム軸受鋼で構成される
転がり軸受。
【請求項２】前記固定輪又は転動体の少なくとも１つ
が前記軌道面および／又は前記転動体の表面にＨｖ１１
００〜１３１０の表面硬さを有する窒化層を有すること
を特徴とする請求項１記載の転がり軸受。