JP2007177897A

JP2007177897A - ころ軸受

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Publication number: JP2007177897A
Application number: JP2005377255A
Authority: JP
Inventors: Toru Ueda; 徹植田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】ころ軸受において、軸線ずれ量が大きく、ころの転動面と内外輪の軌道面との接触面圧が高い場合でも、圧痕を起点としたクラックの発生を防止できるようにする。
【解決手段】ころの転動面の表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上３０体積％以下とする。ころの転動面の窒素含有率を０．３質量％以上２．０質量％以下にする。ころの転動面から５０μｍまでの深さにＳｉ，Ｍｎ系窒化物を、面積比で１．０％以上２０．０％以下の範囲で存在させる。
【選択図】図９

Description

この発明はころ軸受に関する。

従来より、ころ軸受においては、ころの軸方向端部に大きな端荷重が生じて軸受が早期破損することを防止するために、内外輪の軌道面またはころの転動面にクラウニング加工（軌道面または転動面をなす母線にごくわずかのテーパまたは曲率を持たせる加工）が施されている。
例えば円錐ころ軸受を、内外輪に軸線ずれ（外輪の軸線と内輪の軸線が互いに交差している状態）が生じる可能性のある位置で使用すると、クラウニング加工の度合いによって以下のような違いが生じる。

クラウニングの度合が比較的大きい（曲率半径が小さい）場合には、軸線ずれ量（内外輪の軸線の相対傾き角度）がある程度の大きさ（荷重にも依存するが、例えば０．００２ｒａｄを超える大きさ）になるまでは、端荷重の発生が防止されて、軸受が正常に運転できる。その反面、軸線ずれ量がごく小さい（例えば０．００２ｒａｄ以下）場合には、クラウニングの度合いが比較的小さい（曲率半径が大きい）場合と比較して、ころの転動面と内外輪の軌道面との軸方向での接触寸法が小さくなって、荷重を支える有効な軌道幅が狭くなるため、軸受寿命が短くなる恐れがある。

クラウニングの度合が比較的小さい場合には、軸線ずれ量がごく小さい場合の軸受寿命は比較的長くなる。その反面、軸線ずれ量が比較的大きい場合に端荷重の発生が防止できないため、ころの端部と内外輪の軌道面との間に摩耗が発生し易い。
このような問題点を解決できるころ軸受として、下記の特許文献１には、内輪および外輪の軌道面ところの転動面とのうちの一方が凹状母線で形成され、他方が凸状母線で形成され、前記凹状母線および凸状母線のいずれか一方の母線の軸方向中央部は、一定曲率を有する第１母線からなり、前記一方の母線の軸方向中央部に隣接する軸方向両端部は、他方の母線に対して離れるような曲率半径を有する第２母線からなるころ軸受が記載されている。

このころ軸受としては、例えば、図１に示すような、ころ３の転動面をなす母線３１が単一の円弧（凸面）で形成され、内外輪１，２の軌道面１０，２０をなす母線が第１母線１１，２１と第２母線１２，２２で形成され、軸方向中央部（第１母線）が凹面、端部（第２母線）が外輪では凸面に内輪では凹面になっている円錐ころ軸受が挙げられる。
この円錐ころ軸受によれば、軸線ずれ量がごく小さい場合の軸受寿命が比較的長く、軸線ずれ量が大きい場合（荷重にも依存するが、例えば０．００５ｒａｄ以上）でも、ころの端部と内外輪の軌道面との間に摩耗が発生せずに、軸受が正常に運転できる。すなわち、この公報に記載のころ軸受によれば、軸線ずれ量の大きさに関係なく、従来のころ軸受よりも寿命を長くすることができると期待される。
特開２０００−７４０７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のころ軸受では、自動調心ころ軸受のような自動調心性（軸線がずれても、球面ころの転動面全体が外輪の軌道面と接触している状態を保持する性質）がないため、軸線ずれ量が大きい場合に、ころの転動面と内外輪の軌道面との接触面積が小さくなって、この接触面での面圧は軸線ずれ量が無い場合や小さい場合よりも大きくなる。

このような面圧の高い状態で、内外輪の軌道面やころの転動面に異物などによる圧痕が生じると、従来のように内外輪およびころの材料としてＳＵＪ２やＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼を使用した場合には、この圧痕を起点としたクラックが生じて早期剥離に至り、寿命が短くなる恐れがある。
特に、自動車のトランスミッション等で用いられるころ軸受は異物混入潤滑下で使用されるため、異物を噛み込んで転がり面に圧痕が形成され易く、これを起点とした剥離を防止する必要がある。
本発明は、例えば特許公報１に記載のころ軸受において、軸線ずれ量が大きく、ころの転動面と内外輪の軌道面との接触面圧が高い場合でも、圧痕を起点としたクラックの発生を防止できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、内輪、外輪、および「ころ」を備えたころ軸受において、前記ころが、下記の構成(1) 〜(4) を満たすことを特徴とするころ軸受を提供する。
(1) 転動面の表層部（表面から５０μｍまでの深さ）の硬さがＨｖ７５０以上である。
(2) 転動面の表層部（表面から５０μｍまでの深さ）の残留オーステナイト量が５体積％以上３０体積％以下である。
(3) 転動面の表層部（表面から５０μｍまでの深さ）の窒素含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下である。
(4) 転動面の表面から５０μｍまでの深さに、珪素（Ｓｉ）の窒化物およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ，Ｍｎ系窒化物が、面積比で１％以上２０％以下の範囲で存在している。

本発明のころ軸受によれば、ころが前記構成(1) 〜(4) を満たすことにより、内輪および外輪の軌道面ところの転動面とのうちの一方が凹状母線で形成され、他方が凸状母線で形成され、前記凹状母線および凸状母線のいずれか一方の母線の軸方向中央部は、一定曲率を有する第１母線からなり、前記一方の母線の軸方向中央部に隣接する軸方向両端部は、他方の母線に対して離れるような曲率半径を有する第２母線からなるころ軸受（特許文献１に記載のころ軸受）において、軸線ずれ量が大きく、ころの転動面と内外輪の軌道面との接触面圧が高い場合でも、圧痕を起点としたクラックの発生が防止できる。

前記構成(1) 〜(4) の限定理由について以下に詳述する。
転がり軸受の表面起点型剥離（ピーリングや圧痕起点型剥離など）は、軌道輪と転動体の間に作用する接線力が大きいほど生じ易く、この接線力は、転がり面（軌道輪の軌道面および転動体の転動面）の表面粗さが大きいほど大きくなる。そのため、転がり面の表面粗さを小さくすることで、表面起点剥離を抑制することができる。

また、転がり面の表面粗さは、軸受の使用中に、異物の噛み込みや軌道面と転動面の摩耗が生じることによって大きくなる。また、差動滑りが生じる転がり軸受は、面圧が高い位部分で、軌道輪が従動側（周速が遅い側）になって、転動体が駆動側（周速が速い側）になり、従動側である軌道輪に破損が生じ易い。
本発明者等は、転がり面の表面粗さを小さくすることで得られる表面起点剥離の抑制効果は、従動側である軌道輪に対してよりも、駆動側である転動体に対して行った方が高いことを見いだした。また、ころ軸受の転動体であるころを前記構成(1) 〜(4) を満たすものとすることで、軸受の使用中に、転動面に摩耗および異物の噛み込みに伴う圧痕が生じ難くなることを見いだした。

〔構成(1) について〕
前記構成(2) 〜(4) を満たしていても、転動面の表層部の硬さがＨｖ７５０以上でないと、十分な耐摩耗性および耐圧痕性が得られない。
〔構成(2) について〕
前記構成(1) (3) (4) を満たし、表層部の残留オーステナイト量が異なる各種試験片を用意して、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。

耐圧痕性試験は、図２に示すように、直径が２７ｍｍで厚さが５ｍｍである円板状の試験片４１の上に、直径が２ｍｍの鋼球４２を置き、さらにその上に硬さＨｖ９００の円形の鋼板４３を置き、その上から５ＧＰａの荷重を１０秒間付与した後に、試験片４１の上面に生じた圧痕の深さｄを測定することで行った。
耐摩耗性試験は、図３に示すように、二円筒型摩耗試験機を用いて行った。図３（ａ）はこの試験機の正面図であり、図３（ｂ）は側面図である。この試験機は、上下方向で対向させた一対の回転軸５１，５２と、モータ５３と、ギア５４と、トルク計５５，５６を備えている。

先ず、回転軸５１，５２に円筒状の試験片Ｓ１，Ｓ２を装着する。両試験片Ｓ１，Ｓ２の寸法は、内径１６ｍｍ、外径３０ｍｍ、軸方向の長さ７ｍｍであり、表面粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍである。駆動側の試験片Ｓ１は、周面が円凸状に形成されている。
次に、駆動側の回転軸５１を、モータ５３により１０ｍｉｎ^-1で回転させる。従動側の回転軸５２は、モータ５３の回転力をギア５４で減速して伝達することで、７ｍｉｎ^-1で回転させる。これにより、両試験片Ｓ１，Ｓ２間に強制的に滑り（滑り率：１０％）を与えながら、上側の試験片Ｓ２に荷重をかけて両試験片Ｓ１，Ｓ２を面圧３．２ＧＰａで接触状態とし、接触位置に潤滑油（ＲＯ６８）を吹き付けながら回転させる。
この回転を２０時間行った後に、両試験片Ｓ１，Ｓ２の摩耗量を測定し、両試験片の平均値を算出した。

これらの試験の結果を図４（ａ）と（ｂ）にグラフで示す。このグラフから、残留オーステナイト量が３０体積％以下であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表層部の残留オーステナイト量を３０体積％以下にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。一方、ころの転動面の表層部の残留オーステナイト量が５体積％未満であると、後述のように、軸受としての寿命が低下する。
よって、転動面の表層部の残留オーステナイト量を、５体積％以上３０体積％以下とした。

〔構成(3) について〕
ころの転動面の表層部に存在する窒素により、マルテンサイトの固溶強化および残留オーステナイト量の安定確保の作用が得られる。また、耐圧痕性および耐摩耗性の向上作用も得られる。ころの転動面の表層部に過剰な窒素が存在すると、靱性や静的強度が低下する。
前記構成(1) (2) (4) を満たし、表層部の窒素含有率が異なる各種試験片を用意して、前記と同じ条件により、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。また、シャルピー衝撃試験を、「ＪＩＳＺ２２４２」に従い、試験温度２０℃で行った。なお、各試験片の表面硬さ（表層部の硬さ）はＨｖ７８０〜８４０とし、表層部の残留オーステナイト量は１０〜２０体積％にした。

これらの試験の結果を図５および図６にグラフで示す。図５（ａ）は耐圧痕性試験の結果を示すグラフであり、図５（ｂ）は耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。これらのグラフから、表層部の窒素含有率が０．３質量％以上であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表層部の窒素含有率を０．３質量％以上にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。また、ころの転動面の表層部の窒素含有率は０．４５質量％以上であることが好ましい。

一方、図６はシャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。このグラフから、ころの転動面の表層部の窒素含有率が２．０質量％以下であると、吸収エネルギーが１０Ｊ以上の高い靱性を確保できるであるが、２．０質量％を超えと靱性が急激に低下することが分かる。
よって、転動面の表層部の窒素含有率を０．３質量％以上２．０質量％以下とした。

〔構成(4) について〕
前記構成(1) (2) (3) を満たし、表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物が異なる各種試験片を用意して、前記と同じ条件により、図２に示す方法で耐圧痕性試験を行うとともに、図３に示す方法で耐摩耗性試験を行った。また、前記と同じ条件でシャルピー衝撃試験を行った。なお、各試験片の表面硬さ（表層部の硬さ）はＨｖ７８０〜８４０とし、表層部の残留オーステナイト量は１０〜２０体積％にした。

なお、表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率は、次のようにして測定した。先ず、各試験片について、表面から１０μｍ、３０μｍ、５０μｍの各深さ位置の面が露出するように研磨する。次に、各研磨面の２０μｍ×２５μｍの範囲を、電界放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用い、加速電圧１０ｋＶ、倍率５０００倍で観察し、観察画像に占める粒径５μｍ以下のＳｉ窒化物およびＭｎ窒化物の合計面積の割合を画像解析装置により測定した。観察は各深さ位置の３視野以上で行い、深さ位置毎に全視野の平均値を算出した。次に、各試験片で、３つの深さ位置での値による平均値を算出し、これをＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率とした。

これらの試験の結果を図７および図８にグラフで示す。図７（ａ）は耐圧痕性試験の結果を示すグラフであり、図７（ｂ）は耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。これらのグラフから、表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率が１．０面積％以上であると、圧痕深さおよび摩耗量が共に著しく減少することが分かる。よって、ころの転動面の表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率を１．０面積％以上にすることで、ころの耐圧痕性および耐摩耗性が良好になる。また、ころの転動面の表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率は２．０質量％以上であることが好ましい。

一方、図８はシャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。このグラフから、ころの転動面の表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率が２０．０面積％以下であると、吸収エネルギーが１０Ｊ以上の高い靱性を確保できるが、２０．０面積％を超えと靱性が急激に低下することが分かる。
よって、転動面の表面から５０μｍまでの深さに、珪素（Ｓｉ）の窒化物およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ，Ｍｎ系窒化物を、面積比で１％以上２０％以下の範囲で存在させた。

本発明の転がり軸受は、炭素（Ｃ）の含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下である鉄鋼製の素材を所定形状に加工した後、窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻しからなる熱処理を施すことで得られる。

使用する素材をなす鉄鋼の合金成分の含有率は、以下の理由で上述の範囲とした。
使用する鉄鋼の炭素（Ｃ）の含有率は、浸炭窒化処理を行う場合には、炭素（Ｃ）の含有率が０．３質量％未満であると、浸炭窒化処理で表層部に強度と寿命の点で十分な量の炭素を存在させるために時間がかかる。そのため、炭素（Ｃ）の含有率は０．３質量％以上とし、好ましくは０．５質量％以上とし、浸炭窒化により表層部の炭素含有率を０．８質量％以上とする。

浸炭窒化処理を行わず窒化処理を行う場合には、炭素（Ｃ）の含有率を０．８質量％以上、好ましくは１．０質量％以上とする。
また、炭素（Ｃ）の含有率が１．２質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が形成されて、焼き入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。また、冷間加工性が低下して製造コストの上昇を招く恐れもある。

使用する鉄鋼のクロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％未満であると、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を高くする作用と、高硬度の微細な炭化物または炭窒化物を形成する作用が、実質的に得られない。これらの作用を十分に得るために、クロム（Ｃｒ）の含有率は１．３質量％以上であることが好ましい。
また、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が形成されて、焼き入れ特性や転動疲労寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。また、冷間加工性や被削性が低下して製造コストの上昇を招く場合がある。そのため、クロム（Ｃｒ）の含有率は１．６質量％以下であることが好ましい。

使用する鉄鋼の珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３質量％未満であると、製鋼時の脱酸剤としての作用、マルテンサイト組織の強化、焼き戻し軟化抵抗性の向上、窒化物形成、および残留オーステナイト量の確保等の、珪素添加効果が実質的に得られない。この点から、好ましくは０．８質量％以上とする。しかし、珪素（Ｓｉ）の含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性および被削性が低下する。この点から、好ましくは１．５質量％以下とする。

使用する鉄鋼のマンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２質量％未満であると、製鋼時の脱酸剤としての作用、焼入れ性の向上、窒化物形成量の確保、残留オーステナイト量の確保等の、マンガン添加効果が実質的に得られない。しかし、マンガン（Ｍｎ）の含有率が２．０質量％を超えると、冷間加工性および被削性が低下する。この点から、好ましくは１．３質量％以下とする。

前記構成(4) を得る（転動面の表面から５０μｍまでの深さにＳｉ，Ｍｎ系窒化物を、面積比で１％以上２０％以下の範囲で存在させる）ためには、珪素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の合計含有率を１．０質量％以上にすることが好ましい。また、珪素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の含有比（Ｓｉ／Ｍｎ）は５以下とすることが好ましい。
なお、本発明で使用する鉄鋼は、上述の合金成分以外に、モリブデン（Ｍｏ）やバナジウム（Ｖ）等の炭化物形成促進元素を含有していてもよい。その場合には、材料費や加工性低下によるコスト上昇が生じない範囲で、それぞれ２質量％以下の比率で含有させる。そして、本発明で使用する素材をなす鉄鋼は、これらの選択的に含有させる成分と上述の合金成分を除く残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物（Ｓ、Ｐ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｏ等）で構成される。

本発明のころ軸受によれば、軸受の使用中に、転動面に摩耗および異物の噛み込みに伴う圧痕が生じ難くなるため、表面起点型剥離寿命が長くなる。よって、例えば特許公報１に記載のころ軸受において、軸線ずれ量が大きく、ころの転動面と内外輪の軌道面との接触面圧が高い場合でも、圧痕を起点としたクラックの発生を防止できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示す構造の、ころ軸受の内輪１、外輪２、およびころ３を、以下の方法で作製した。
内輪１および外輪２については、高炭素クロム軸受鋼第２種（ＳＵＪ２）からなる素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、８３０〜８５０°で４０分間加熱した後、６０℃での油冷却による焼入れを行った。次に、１８０〜２４０℃に２時間保持する焼き戻しを行った後に、仕上げ加工を行った。
ころ３については、先ず、下記の表１に示す組成の各鉄鋼からなる線状の素材を、ヘッダー加工、フラッシング加工、および粗研削加工により「ころ３」の形状とした。次に、No. ２５以外では浸炭窒化後に焼入れ焼戻しを施し、No. ２５では、ずぶ焼入れ後に焼戻しを行った後に、仕上げ加工を行った。

ころ３の熱処理条件は次の通りである。
No. ２５以外の「ころ３」に対しては、先ず、温度８３０℃、保持時間５〜２０時間、Ｒｘガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス雰囲気の条件で浸炭窒化を行った。次に、６０℃での油冷却による焼入れを行った。１８０〜２７０℃に２時間保持する焼き戻しを行った。各サンプルの焼戻し温度を表１に示した。
No. ２５の「ころ３」に対しては、先ず、８４０℃で３０分間Ｒｘガス雰囲気で加熱した後、６０℃での油冷却による焼入れを行った。次に、１８０℃に２時間保持する焼き戻しを行った。

得られた内輪１、外輪２、およびころ３を用いてころ軸受を組み立てることにより、ころ３が異なるNo. １〜３８のサンプルを得た。なお、No. １〜３８に相当する各サンプルを１２体ずつ用意した。
図１のころ軸受の基本構造は、呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊの円錐ころ軸受と同じであるが、内外輪１，２の軌道面ところ３の転動面の形状を以下のように変えてある。

ころ３の転動面は単一の円弧からなる凸状母線３１で形成されている。内輪１の軌道面１０の軸方向中央部は凹状の第１母線１１で形成され、軸方向両端部は凹状の第２母線１２で形成されている。すなわち、この実施形態では、内輪および外輪の軌道面をなす母線１１，１２，２１，２２が一方の母線に相当し、ころの転動面をなす母線３１が他方の母線に相当する。

内輪１の第１母線１１の曲率半径は、ころ３の凸状母線３１の曲率半径よりもごくわずかに大きい。第２母線１２の曲率半径は、第１母線１１の曲率半径よりも若干大きい。これにより、第２母線１２は、ころ３の凸状母線（他方の母線）３１に対して離れるような曲率半径を有している。
図１のラインＡはこれらの母線１１，１２の境界位置を示しており、両母線１１，１２は境界位置で接線を共有するように形成されている。内輪１の軌道面１０の軸方向両端には、つば１４，１５が形成されている。

外輪２の軌道面２０の軸方向中央部２１は凹状の第１母線２１で形成され、軸方向両端部は凸状の第２母線２２で形成されている。この第１母線２１の曲率半径は、ころ３の凸状母線３１の曲率半径よりもごくわずかに大きい。第２母線２２の曲率半径は、第１母線２１の曲率半径よりも若干大きい。これにより、第２母線２２は、ころ３の母線（他方の母線）に対して離れるような曲率半径を有している。図１のラインＢはこれらの母線２１，２２の境界位置を示しており、両母線２１，２２は境界位置で接線を共有するように形成されている。

得られた各１２体のNo. １〜３８のころ軸受について、以下の条件で回転試験を行い、異物混入潤滑下での寿命を調べた。表面起点の剥離が生じるまでの時間を寿命とし、各１２体の結果からＬ₁₀寿命を求めた。そして、No. ３０のＬ₁₀寿命を「１」とした相対値を算出した。
＜回転試験条件＞
荷重（Ｐ／Ｃｒ）＝０．１４
回転速度：２０００ｒｐｍ
内外輪の軸線ずれ角度：０．００５ｒａｄ
潤滑方法：潤滑剤「ＶＧ３２」を入れた油浴に異物（Ｆｅ₃Ｃ系の粉）を濃度３００ｐｐｍで混合し、この油浴から軸受内に供給。

また、各サンプルに対応する試験片を作製して、表層部の炭素含有率（〔Ｃ〕）、表層部の窒素含有率（〔Ｎ〕）、表層部の残留オーステナイト量（γ_R）、表層部のビッカース硬さ（Ｈｖ）、表面から５０μｍまでの深さに存在するＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率（（Ｓｉ，Ｍｎ）Ｎ）の測定を行った。
表層部の炭素含有率および窒素含有率は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用い、定量分析を行うことにより測定した。表層部の残留オーステナイト量はＸ線回折法により測定した。ビッカース硬さはビッカース硬度計を用いて測定した。Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率は、前記と同じ方法で測定した。
これらの結果を下記の表１に併せて示す。表１において本発明の限定範囲から外れるデータには下線を施してある。

また、これらの結果を図９のグラフにまとめた。
図９（ａ）は、ころ３の転動面表層部の残留オーステナイト量（γ_R）と軸受の寿命比との関係を示すグラフであり、サンプルNo. １，１５〜１９，２７〜３０で得られたデータを用いて作成した。これらのデータのうちサンプルNo. １，１５〜１９は、本発明の構成(1) 〜(4) を全て満たすものであり、サンプルNo. ２７〜３０は、本発明の構成(1) 、(3) 、(4) を満たすが、構成(2) を満たさないものである。

図９（ｂ）は、ころ３の転動面表層部の窒素含有率（〔Ｎ〕）と軸受の寿命比との関係を示すグラフであり、サンプルNo. １，１０〜１４，２５，２６で得られたデータを用いて作成した。これらのデータのうちサンプルNo. １，１０〜１４は、本発明の構成(1) 〜(4) を全て満たすものであり、サンプルNo. ２５，２６は、本発明の構成(1) 、(2) 、(4) を満たすが、構成(3) を満たさないものである。

図９（ｃ）は、ころ３の転動面のＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率（（Ｓｉ，Ｍｎ）Ｎ）と軸受の寿命比との関係を示すグラフであり、サンプルNo. １１，２０〜２４で得られたデータを用いて作成した。これらのデータのうちサンプルNo. １１，２２〜２４は、本発明の構成(1) 〜(4) を全て満たすものであり、サンプルNo. ２０，２１は、本発明の構成(1) 〜(3) を満たすが、(4) を満たさないものである。

表１から分かるように、本発明の限定条件を全て満たすNo. １〜１９，２２〜２４は、本発明の限定条件の少なくともいずれか一つを満たさないNo. ２０，２１，２５〜３８と比較して、内外輪の軸線ずれ角度が０．００５ｒａｄと大きい場合の異物混入潤滑下での軸受寿命が長くなる。
また、図９（ａ）のグラフから分かるように、ころ３の転動面の「表層部の残留オーステナイト量：５体積％以上３０体積％以下」を満たすことにより、寿命比３．５以上が得られるが、満たさない場合には寿命比２．０未満となる。

また、図９（ｂ）のグラフから分かるように、ころ３の転動面の「表層部の窒素含有率：０．３質量％以上」を満たすことにより、寿命比３．０以上が得られるが、満たさない場合には寿命比２．０未満となる。
また、図９（ｃ）のグラフから分かるように、ころ３の転動面の「Ｓｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率：１．０面積％以上」を満たすことにより、寿命比４．０以上が得られるが、満たさない場合には寿命比３．０以下となる。

本発明のころ軸受の構造は、図１に示した構造以外に、例えば図１０や図１１に示すように、ころの転動面をなす母線が一方の母線に相当し、内輪および外輪の軌道面をなす母線が他方の母線に相当する構造のものが挙げられる。
図１０では、内輪１の軌道面は単一の円弧からなる凹状母線１０ａで形成されている。外輪２の軌道面は単一の円弧からなる凹状母線２０ａで形成されている。ころ３の転動面の軸方向中央部は凸状の第１母線３２で形成され、軸方向両端部は凸状の第２母線３３で形成されている。図１０のラインＣはこれらの母線３２，３３の境界位置を示しており、両母線３２，３３は境界位置で接線を共有するように形成されている。

ころ３の第１母線３２の曲率半径は、内外輪の軌道面の凹状母線１０ａ，２０ａの曲率半径よりもごくわずかに大きい。第２母線３３の曲率半径は、第１母線３２の曲率半径よりも若干大きい。これにより、第２母線３３は、内外輪の母線（他方の母線）に対して離れるような曲率半径を有している。
図１１では、内輪１の軌道面は単一の円弧からなる凸状母線１０ｂで形成されている。外輪２の軌道面は単一の円弧からなる凸状母線２０ｂで形成されている。ころ３の転動面の軸方向中央部は凹状の第１母線３４で形成され、軸方向両端部は凹状の第２母線３５で形成されている。図１１のラインＤはこれらの母線３４，３５の境界位置を示しており、両母線３４，３５は境界位置で接線を共有するように形成されている。

ころ３の第１母線３４の曲率半径は、内外輪の軌道面の凸状母線１０ｂ，２０ｂの曲率半径よりもごくわずかに大きい。第２母線３５の曲率半径は、第１母線３４の曲率半径よりも若干大きい。これにより、第２母線３５は、内外輪の母線（他方の母線）に対して離れるような曲率半径を有している。

本発明のころ軸受の構造の一例を示す断面図である。耐圧痕性試験の方法を説明するための図である。耐摩耗性試験の方法を説明するための図である。表層部の残留オーステナイト量が異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフ（ａ）と、耐摩耗性試験の結果を示すグラフ（ｂ）である。表層部の窒素含有率が異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフ（ａ）と、耐摩耗性試験の結果を示すグラフ（ｂ）である。表層部の窒素含有率が異なる試験片を用いて行った、シャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。表面から５０μｍ深さまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる試験片を用いて行った、耐圧痕性試験の結果を示すグラフ（ａ）と、耐摩耗性試験の結果を示すグラフ（ｂ）である。表面から５０μｍ深さまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率が異なる試験片を用いて行った、シャルピー衝撃試験の結果を示すグラフである。実施形態のデータにより得られた、ころの転動面表層部の残留オーステナイト量と軸受寿命比との関係を示すグラフ（ａ）、ころの転動面表層部の窒素含有率と軸受寿命比との関係を示すグラフ（ｂ）、ころの転動面から５０μｍ深さまでのＳｉ，Ｍｎ系窒化物の存在率と軸受寿命比との関係を示すグラフ（ｃ）である。本発明のころ軸受の構造の一例を示す断面図である。本発明のころ軸受の構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３ころ
１０内輪の軌道面
１０ａ内輪の軌道面をなす凹状母線（他方の母線）
１０ｂ内輪の軌道面をなす凸状母線（他方の母線）
１１第１母線（一方の母線）
１２第２母線（一方の母線）
１４つば
１５つば
２０外輪の軌道面
２０ａ外輪の軌道面をなす凹状母線（他方の母線）
２０ｂ外輪の軌道面をなす凸状母線（他方の母線）
２１第１母線（一方の母線）
２２第２母線（一方の母線）
３１ころの転動面をなす凸状母線（他方の母線）
３２第１母線（一方の母線）
３３第２母線（一方の母線）
３４第１母線（一方の母線）
３５第２母線（一方の母線）
４１円板状の試験片
４２鋼球
４３鋼板
５１駆動側の回転軸
５２従動側の回転軸
５３モータ
５４ギア
５５，５６トルク計
Ａ内輪の第１母線と第２母線の境界位置を示す線
Ｂ外輪の第１母線と第２母線の境界位置を示す線
Ｃころの第１母線と第２母線との境界位置を示す線
Ｄころの第１母線と第２母線との境界位置を示す線
Ｓ１，Ｓ２円筒状の試験片

Claims

内輪、外輪、および「ころ」を備えたころ軸受において、
前記ころは、
転動面の表層部の硬さがＨｖ７５０以上であり、
前記表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上３０体積％以下であり、
前記表層部の窒素含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下であり、
転動面の表面から５０μｍまでの深さに、珪素（Ｓｉ）の窒化物およびマンガン（Ｍｎ）の窒化物からなるＳｉ，Ｍｎ系窒化物が、面積比で１％以上２０％以下の範囲で存在していることを特徴とするころ軸受。
内輪および外輪の軌道面ところの転動面とのうちの一方が凹状母線で形成され、他方が凸状母線で形成され、前記凹状母線および凸状母線のいずれか一方の母線の軸方向中央部は、一定曲率を有する第１母線からなり、前記一方の母線の軸方向中央部に隣接する軸方向両端部は、他方の母線に対して離れるような曲率半径を有する第２母線からなる請求項１記載のころ軸受。
前記ころは、
炭素（Ｃ）の含有率が０．３質量％以上１．２質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．５質量％以上２．０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．３質量％以上２．０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２質量％以上２．０質量％以下である鉄鋼製の素材を所定形状に加工した後、窒化処理または浸炭窒化処理と焼き入れおよび焼戻しからなる熱処理が施されて得られたものである請求項１または２記載のころ軸受。