JP2014152377A - 軸受部品および転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】より高い窒素濃度が定量的に保証された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受を提供する。
【解決手段】軸受部品としての外輪１０、内輪１１および玉１２は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品であって、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受部品および転がり軸受に関するものであり、より特定的には、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受に関するものである。
従来から、定性的には浸炭窒化処理が転がり軸受の転動疲労寿命の延長に効果的であることが知られている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。また、近年では、より定量的な転がり軸受の圧痕起点型はく離寿命の評価方法（たとえば、特許文献２参照）においても浸炭窒化処理が有効であることが分かっており、製品最表面の窒素濃度が０．１質量％以上であれば未窒化品と比較して統計的に有意差が確実に認められるほど寿命が延長されることが分かっている。さらに、製品最表面（転走面または転動面）における窒素濃度が０．４質量％以上に確保されていれば、０．１質量％以上の場合よりもさらに長寿命化されることも明らかになっている（たとえば、非特許文献２参照）。したがって、製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証された転がり軸受の構成部品を提供することができれば、転がり軸受の安全性がより確実に確保され、社会的に大きなメリットがある。
しかしながら、現在、鋼中の窒素濃度を定量する方法としてはＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）やＧＤＳ（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）などの分析装置により実施する方法しかなく、これらの方法は工数を非常に多く要する。そのため、これらの方法を品質保証方法として採用すれば転がり軸受が非常に高価になり、現実的ではない。
また、鋼中に窒素が侵入した場合において、高温焼戻後の硬度が未窒化部に比べて高くなるという特性を利用することにより、窒化の度合いを定性的に評価する方法が示されている（たとえば、非特許文献３参照）。さらに、この特性を利用し、高温焼戻後の断面硬度分布を測定することにより、製品最表面における窒素濃度が０．１質量％以上であることが保証された転がり軸受の構成部品を提供する方法も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
特開平６−３４１４４１号公報 特開２００９−２２９２８８号公報 特開２０１１−２０９０２１号公報
倉部兵次郎ら，１％Ｃｒ鋼の浸炭および浸炭窒化層の昇温ころがり疲れ特性，鉄と鋼，ｖｏｌ．１１，（１９６７），ｐｐ．１３０５−１３０８ 大木力ら，鋼中窒素濃度を正確に管理した浸炭窒化ＳＵＪ２鋼の人工痕付与による圧痕起点型はく離寿命評価，鉄と鋼，ｖｏｌ．９５，（２００９），ｐｐ．６９５−７０３ 渡辺陽一ら，浸炭窒化焼入れしたクロム含有鋼の焼入組織および焼戻し軟化抵抗に及ぼす窒素量の影響，熱処理，ｖｏｌ．４０，（２０００），ｐｐ．１８−２４
上記特許文献３において提案されている方法では、製品最表面における窒素濃度が０．１質量％以上であることを保証することができる一方、より高い窒素濃度を保証することは困難である。そのため、転がり軸受においてより高い安全性を保証する観点から、より高い窒素濃度が保証された軸受部品を提供することが要求される。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来より高い窒素濃度が定量的に保証された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受を提供することである。
本発明の一の局面に従った軸受部品は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品である。上記軸受部品では、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、上記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
従来の軸受部品では、上記熱処理（加熱温度が５００℃、保持時間が１時間）を行った後の浸炭窒化層でのビッカース硬度と窒素濃度との間に相関があり、また上記熱処理により窒素濃度分布が厚み方向の内部側に所定の距離（０．０３ｍｍ）だけシフトすることを利用して、表面における窒素濃度が０．１質量％であることを保証することができる。すなわち、上記熱処理後の表面から０．０３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度は、当該位置における窒素濃度（上記熱処理を行う前の表面における窒素濃度）に応じて、浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部よりビッカース硬度が所定の値だけ向上している。そのため、上記熱処理を行う前の軸受部品の表面における設計窒素濃度に応じて上記熱処理によるビッカース硬度の向上代の基準値を決めておき、上記熱処理後の表面から０．０３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度の測定値と、上記芯部におけるビッカース硬度の測定値との差が当該基準値を満足するか（当該基準値より大きくなっているか）否か判別することで、軸受部品の表面における窒素濃度御が設計窒素濃度（０．１質量％）以上となっているか否かを判別することができる。
しかし、浸炭窒化層でのビッカース硬度と窒素濃度との上記相関関係は、窒素濃度が０．１質量％以下の範囲では強く見られる一方、窒素濃度が０．１質量％を超える範囲では相対的に弱くなる。このため、従来の軸受部品では、表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することが困難であった。
そこで、本発明者は、窒素濃度が０．１質量％以下の範囲では上記相関関係が強く見られること、および上記熱処理により窒素濃度分布が厚み方向に０．０３（ｍｍ）シフトすることに加え、窒素濃度が０．０６質量％の深さ位置と０．４質量％の深さ位置との間の距離が０．０２×Ｔ＋０．１４５（ｍｍ）（Ｔ：浸炭窒化処理の時間）により表わされることを利用し、本発明に想到した。０．０６質量％の窒素濃度に相当するビッカース硬度の向上代は、上記相関関係から８０ΔＨＶとなる。そのため、表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）（０．０２×Ｔ＋０．１４５＋０．０３ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度の測定値と、上記芯部におけるビッカース硬度の測定値との差が基準値である８０ΔＨＶ以上となるか否かを判別することにより、上記熱処理前において表面から０．０２×Ｔ＋０．１４５（ｍｍ）の深さの位置における窒素濃度が０．０６質量％以上であることが保証され、その結果表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証される。したがって、本発明の一の局面に従った軸受部品によれば、従来の軸受部品に比べてより高い窒素濃度が定量的に保証された軸受部品を提供することができる。
上記軸受部品において、浸炭窒化処理の時間は、４時間であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は、６時間であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は、８時間であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は、１０時間であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間が４時間である場合には、上記表面から０．２６（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が６時間である場合には、上記表面から０．３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が８時間である場合には、上記表面から０．３４（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が１０時間である場合には、上記表面から０．３８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
浸炭窒化処理の時間が４時間より短い場合には、浸炭窒化処理層を深くまで形成できず、熱処理後に研削取り代が必要な場合に、表面窒素濃度を０．４質量％以上にすることは困難である。一方、浸炭窒化処理の時間が１０時間を超える場合には、残留オーステナイト量が過大となり、低硬度になり易い上、軸受部品の経年寸法変化が大きくなる。したがって、浸炭窒化処理の時間は、軸受部品の耐久性および寸法安定性を確保することが可能な範囲内（４時間以上１０時間以下）において適宜選択することが好ましい。
本発明の他の局面に従った軸受部品は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品である。上記軸受部品は、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の後、上記表面に研削加工を施す前に、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、浸炭窒化処理の時間をＴ時間、研削加工により除去される軸受部品の厚みをｔ（ｍｍ）としたときに、上記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔ（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、軸受部品の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
本発明の他の局面に従った軸受部品では、研削加工により除去される軸受部品の厚みを予め考慮した深さの位置、つまり０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）に上記厚みｔ（ｍｍ）を加えた深さの位置におけるビッカース硬度の測定値と、上記芯部のビッカース硬度の測定値との差が８０ΔＨＶ以上となるか否かを判別することにより、研削加工を施す前においても研削加工後の表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。したがって、本発明の他の局面に従った軸受部品によれば、上記本発明の一の局面に従った軸受部品と同様に、従来の軸受部品に比べてより高い窒素濃度が定量的に保証された軸受部品を提供することができる。
上記軸受部品において、浸炭窒化処理の時間は４時間であり、かつ上記厚みは０．１２５（ｍｍ）であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は６時間であり、かつ上記厚みは０．１５（ｍｍ）であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は８時間であり、かつ上記厚みは０．１７５（ｍｍ）であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間は１０時間であり、かつ上記厚みは０．２（ｍｍ）であってもよい。また、浸炭窒化処理の時間が４時間であり、かつ上記厚みが０．１２５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．３８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が６時間であり、かつ上記厚みが０．１５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．４５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が８時間であり、かつ上記厚みが０．１７５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．５１（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間が１０時間であり、かつ上記厚みが０．２（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．５８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
このように、浸炭窒化処理の時間に応じて研削加工により除去する軸受部品の厚みを決定することにより、研削加工後の上記表面における高い窒素濃度を確保しつつ、熱処理により生じる軸受部品の変形を修正することができる。
上記軸受部品において、浸炭窒化処理は、８４０℃以上８６０℃以下の温度範囲で行われていてもよい。
浸炭窒化処理の温度が８４０℃未満である場合には、鋼中において窒素の拡散速度が遅くなり、浸炭窒化処理が長時間化する。一方、浸炭窒化処理の温度が８６０℃を超える場合には、ＮＨ３の分解反応速度が高くなり、未分解ＮＨ３分率を高く保つことが困難になって、その結果、研削後の表面に高い窒素濃度を確保するための処理時間が長くなる。加えて、旧オーステナイト結晶粒径も粗大化し易い。このような理由から、浸炭窒化処理の温度範囲は、８４０℃以上８６０℃以下であることが好ましく、８５０℃であることがより好ましい。
上記軸受部品において、旧オーステナイト結晶粒径は、ＪＩＳ規格９番から１１番の範囲であってもよい。旧オーステナイト結晶粒径は、浸炭窒化処理時の加熱温度に依存する。そのため、上記軸受部品における旧オーステナイト結晶粒径が上記範囲であることを確認することにより、浸炭窒化処理が適切な温度で行われていることを確認することができる。
本発明に従った転がり軸受は、従来の軸受部品に比べてより高い窒素濃度が定量的に保証された上記本発明に従った軸受部品を備えている。したがって、本発明に従った転がり軸受によれば、従来の転がり軸受に比べて転動疲労寿命が延長され、より高い安全性が保証された転がり軸受を提供することができる。
上記転がり軸受は、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、およびニードルころ軸受のうちいずれかであってもよい。高い安全性が保証された上記本発明に従った転がり軸受は、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、およびニードルころ軸受などの転がり軸受として好適である。
以上の説明から明らかなように、本発明に従った軸受部品によれば、より高い窒素濃度が定量的に保証された軸受部品を提供することができる。また、本発明に従った転がり軸受によれば、より高い安全性が保証された転がり軸受を提供することができる。
深溝玉軸受の構造を示す概略断面図である。 円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。 円筒ころ軸受の構造を示す概略断面図である。 スラストニードルころ軸受の構造を示す概略断面図である。 軸受部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 軸受部品の検査方法を概略的に示すフローチャートである。 軸受部品の検査方法を説明するための概略図である。 他の軸受部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 焼戻温度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 窒素濃度が０．１質量％以下の範囲における窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 浸炭窒化処理後における鋼材中の窒素濃度分布を示すグラフである。 浸炭窒化の処理時間と、０．４質量％の深さ位置と０．０６質量％の深さ位置との間の距離との関係を示すグラである。 浸炭窒化処理の時間と、０．４質量％の深さ位置と０．０６質量％の深さ位置との間の距離との関係を示すグラフである。
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、その説明は繰返さない。
まず、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受である深溝玉軸受１の構造について説明する。図１を参照して、深溝玉軸受１は、外輪１０と、内輪１１と、複数の玉１２と、保持器１３とを主に備えている。
外輪１０は、環形状からなり、内周面に外輪転走面１０Ａを有している。内輪１１は、環形状からなり、外周面に内輪転走面１１Ａを有している。内輪１１は、内輪転走面１１Ａが外輪転走面１０Ａに対向するように外輪１０の内側に配置されている。外輪１０および内輪１１の外径は、たとえば１５０ｍｍ以下となっている。
玉１２は、合成樹脂からなる保持器１３により外輪１０および内輪１１の周方向に沿った円環状の軌道上において所定のピッチで並べて配置されており、当該軌道上を転動自在に保持されている。玉１２は、玉転動面１２Ａを有し、当該玉転動面１２Ａにおいて外輪転走面１０Ａおよび内輪転走面１１Ａに接触している。このような構成により、深溝玉軸受１の外輪１０および内輪１１は、互いに相対的に回転可能となっている。
外輪１０、内輪１１および玉１２は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面（外輪転走面１０Ａ、内輪転走面１１Ａおよび玉転動面１２Ａ）に浸炭窒化層が形成された本実施の形態に係る軸受部品である。外輪１０、内輪１１および玉１２では、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理（以下、高温焼戻という）を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、上記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品（外輪１０、内輪１１および玉１２）の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。これにより、後述するように上記軸受部品の上記表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証されている。その結果、外輪１０、内輪１１および玉１２を備える深溝玉軸受１についてより高い安全性を保証することができる。
上記関係式（０．０２×Ｔ＋０．１７５）より、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が４時間である場合には、上記表面から０．２６（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が６時間である場合には、上記表面から０．３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が８時間である場合には、上記表面から０．３４（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が１０時間である場合には、上記表面から０．３８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
また、外輪１０、内輪１１および玉１２では、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の後、上記表面に研削加工を施す前に高温焼戻を行った後において、浸炭窒化処理の時間をＴ時間、研削加工により除去される上記軸受部品の厚みをｔ（ｍｍ）としたときに、上記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔ（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。これにより、研削加工を施す前においても研削加工後の上記表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
上記関係式（０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔ）より、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が４時間であり、かつ上記厚み（ｔ）が０．１２５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．３８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が６時間であり、かつ上記厚み（ｔ）が０．１５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．４５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が８時間であり、かつ上記厚み（ｔ）が０．１７５（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．５１（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。また、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）が１０時間であり、かつ上記厚み（ｔ）が０．２（ｍｍ）である場合には、上記表面から０．５８（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。
また、外輪１０および内輪１１において、研削加工により除去される上記軸受部品の厚み（以下、片側研削取代という）は、熱処理による変形量や変寸量を考慮して決定され、また当該変形量や変寸量は外輪１０および内輪１１の形状、肉厚、冷却条件、および加熱条件により変動する。このため、外輪１０の外輪転走面１０Ａおよび内輪１１の内輪転走面１１Ａの片側研削取代の平均値は、実績値に基づいて軸受の型番ごとに決定される。本実施の形態のように外輪１０および内輪１１の外径が１５０（ｍｍ）以下である場合には、外輪転走面１０Ａおよび内輪転走面１１Ａの片側研削取代の平均値は、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲内となる。
また、外輪１０、内輪１１および玉１２において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間は、４時間以上１０時間以下の範囲内であることが好ましく、６時間以上８時間以下の範囲内であることがより好ましい。浸炭窒化処理の時間が４時間より短い場合には、浸炭窒化層を十分に形成することができず、軸受部品の転動疲労寿命を十分に延長することが困難である。一方、浸炭窒化処理の時間が１０時間を超える場合には、残留オーステナイト量が過大となり、軸受部品の経年寸法変化が大きくなる。したがって、耐久性および寸法安定性に優れた軸受部品を提供する観点から、浸炭窒化処理の時間は上記範囲内とすることが好ましい。
また、外輪１０、内輪１１および玉１２では、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の温度は、８４０℃以上８６０℃以下であることが好ましい。浸炭窒化処理の温度が８４０℃未満である場合には、鋼中における窒素の拡散速度が遅くなるため、浸炭窒化処理を長時間にする必要が生じる。一方、浸炭窒化処理の時間が８６０℃を超える場合には、鋼中への窒素の侵入量が低下するため、窒素濃度が高い領域が軸受部品の表面側の領域に偏って形成される。その結果、表面における窒素濃度を高くするために浸炭窒化処理を長時間化する必要が生じる。このような理由から、浸炭窒化処理の温度は８４０℃以上８６０℃以下であることが好ましく、８５０℃であることがより好ましい。
また、浸炭窒化処理の温度は焼入後の旧オーステナイト結晶粒の大きさにより判別することが可能である。たとえば浸炭窒化処理の温度が８５０℃である場合には、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる上記軸受部品（外輪１０、内輪１１および玉１２）の旧オーステナイト結晶粒の大きさは、ＪＩＳ規格で９番から１１番の範囲内となる。したがって、焼入後の旧オーステナイト結晶粒径により浸炭窒化処理が適切な温度で行われたことを確認することができる。
また、本発明の転がり軸受は、深溝玉軸受１に限定されず、円錐ころ軸受２（図２参照）、円筒ころ軸受３（図３参照）およびスラストニードルころ軸受４（図４参照）のうちいずれかの転がり軸受であってもよい。以下、円錐ころ軸受２、円筒ころ軸受３およびスラストニードルころ軸受４の構造についてそれぞれ説明する。
まず、図２を参照して、円錐ころ軸受２の構造について説明する。円錐ころ軸受２は、外輪２０と、内輪２１と、複数のころ２２と、保持器２３とを主に備えている。外輪２０は、環形状からなり、内周面に外輪転走面２０Ａを有している。内輪２１は、環形状からなり、外周面に内輪転走面２１Ａを有している。内輪２１は、内輪転走面２１Ａが外輪転走面２０Ａに対向するように外輪２０の内側に配置されている。
ころ２２は、内輪転走面２１Ａおよび外輪転走面２０Ａに接触し、かつ合成樹脂からなる保持器２３により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、ころ２２は、外輪２０および内輪２１の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、円錐ころ軸受２は、外輪転走面２０Ａを含む円錐、内輪転走面２１Ａを含む円錐、およびころ２２が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の１点で交わるように構成されている。このような構成により、円錐ころ軸受２の外輪２０および内輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。
外輪２０、内輪２１およびころ２２は、外輪１０、内輪１１および玉１２と同様に本実施の形態に係る軸受部品である。そのため、外輪２０、内輪２１およびころ２２では、高温焼戻を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、表面（外輪転走面２０Ａ、内輪転走面２１およびころ転動面２２Ａ）から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品（外輪２０、内輪２１およびころ２２）の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。これにより、外輪２０、内輪２１およびころ２２の上記表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証されており、その結果円錐ころ軸受２についても高い安全性が保証される。
次に、図３を参照して、円筒ころ軸受３の構造について説明する。円筒ころ軸受３は、外輪３０と、内輪３１と、複数のころ３２と、保持器３３とを主に備えている。外輪３０は、環形状からなり、内周面に外輪転走面３０Ａが形成されている。内輪３１は、環形状からなり、外周面に内輪転走面３１Ａが形成されている。内輪３１は、内輪転走面３１Ａが外輪転走面３０Ａに対向するように外輪３０の内側に配置されている。
ころ３２は、円筒形状を有しており、ころ転動面３２Ａにおいて内輪転走面３１Ａおよび外輪転走面３０Ａに接触している。また、ころ３２は、合成樹脂からなる保持器３３により周方向に所定のピッチで配置されることにより、外輪３０および内輪３１の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。このような構成により、円筒ころ軸受３の外輪３０および内輪３１は、互いに相対的に回転可能となっている。
外輪３０、内輪３１およびころ３２は、外輪１０、内輪１１および玉１２と同様に本実施の形態に係る軸受部品である。そのため、外輪３０、内輪３１およびころ３２では、高温焼戻を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、表面（外輪転走面３０Ａ，内輪転走面３１Ａおよびころ転動面３２Ａ）から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品（外輪３０、内輪３１およびころ３２）の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。これにより、外輪３０、内輪３１およびころ３２の上記表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証されており、その結果円筒ころ軸受３についても高い安全性が保証される。
次に、図４を参照して、スラストニードルころ軸受４の構造について説明する。スラストニードルころ軸受４は、一対の軌道輪４０，４１と、複数のニードルころ４２と、円環状の保持器４３とを主に備えている。
軌道輪４０，４１は、円板状の形状を有し、一方の主面が他方の主面に互いに対向するように配置されている。ニードルころ４２は、ニードルころ４２の外周面であるころ転動面４２Ａにおいて、一対の軌道輪４０，４１の互いに対向する一方の主面に形成された軌道輪転走面４０Ａ，４１Ａに接触している。また、ニードルころ４２は、保持器４３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。このような構成により、スラストニードルころ軸受の一対の軌道輪４０，４１は、互いに相対的に回転可能となっている。
軌道輪４０，４１およびニードルころ４２は、外輪１０、内輪１１および玉１２と同様に本実施の形態に係る軸受部品である。このため、軌道輪４０，４１およびニードルころ４２では、高温焼戻を行った後において、浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、表面（軌道輪転走面４０Ａ，４１Ａおよびころ転動面４２Ａ）から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、上記軸受部品（軌道輪４０，４１およびニードルころ４２）の厚み方向において浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高くなっている。これにより、軌道輪４０，４１およびニードルころ４２の上記表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることが保証されており、その結果スラストニードルころ軸受４についても高い安全性が保証される。
次に、本実施の形態に係る軸受部品の検査方法について説明する。本実施の形態に係る軸受部品の検査方法では、外輪１０、内輪１１および玉１２の表面（外輪転走面１０Ａ、内輪転走面１１Ａおよび玉転動面１２Ａ）における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
また、本実施の形態に係る軸受部品の検査方法は、外輪１０、内輪１１および玉１２などの軸受部品の製造方法において実施される。より具体的には、図５を参照して、上記軸受部品の製造方法は、鋼材を準備する工程（Ｓ１０）と、鋼材を成形する工程（Ｓ２０）と、成形体に浸炭窒化処理を施す工程（Ｓ３０）と、成形体に焼入処理を施す工程（Ｓ４０）と、成形体に焼戻処理を施す工程（Ｓ５０）と、成形体に研削加工を施す工程（Ｓ６０）と、検査工程（Ｓ７０）とを備えており、工程（Ｓ７０）において本実施の形態に係る軸受部品の検査方法が実施される。なお、本明細書では、工程（Ｓ７０）について詳述し、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）については詳細な説明を省略する。
図６を参照して、本実施の形態に係る軸受部品の検査方法では、まず、工程（Ｓ７１）として、断面硬度の測定位置を決定する工程が実施される。この工程（Ｓ７１）では、０．０２×Ｔ＋０．１７５の式に、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）を代入することにより、後述する工程（Ｓ７３）において断面硬度（ビッカース硬度）を測定する深さの位置が算出される。
次に、工程（Ｓ７２）として、高温焼戻する工程が実施される。この工程（Ｓ７２）では、内輪１１（図１参照）などの軸受部品が準備され、これに対して加熱温度が３００℃以上７００℃以下、保持時間が１時間の条件にて熱処理が施される。これにより、内輪１１中の浸炭窒化層におけるビッカース硬度が浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度よりも高くなる。また、加熱温度は、４００℃以上６００℃以下であることがより好ましく、５００℃であることがさらに好ましい。
次に、工程（Ｓ７３）として、断面硬度を測定する工程が実施される。この工程（Ｓ７３）では、図７を参照して、まず、内輪１１から試験片１４が切り出される。そして、試験片１４の外周面１４Ａから上記工程（Ｓ７１）において算出した深さの位置におけるビッカース硬度、および上記芯部におけるビッカース硬度がそれぞれ測定される。
次に、工程（Ｓ７４）として、断面硬度の差分を算出する工程が実施される。この工程（Ｓ７４）では、外周面１４Ａから上記工程（Ｓ７１）において算出した深さの位置におけるビッカース硬度と、上記芯部におけるビッカース硬度との差分（以下、断面硬度差分という）が算出される。
次に、工程（Ｓ７５）として、基準値と断面硬度差分とを比較する工程が実施される。この工程（Ｓ７５）では、上記工程（Ｓ７４）において算出された断面硬度差分の値を予め決定された基準値である８０ΔＨＶと比較し、当該断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上であるか否かを判別する。そして、当該断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上である場合には、後述するように高温焼戻前の内輪１１の表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。このように本実施の形態に係る軸受部品の検査方法によれば、軸受部品の表面において高い窒素濃度を定量的に保証することができる。
また、図８を参照して、上記軸受部品の製造方法では、検査工程（Ｓ７０）は、研削加工を施す工程（Ｓ６０）後に実施されるだけでなく、焼戻処理を施す工程（Ｓ５０）後に実施されてもよい。この場合、断面硬度の測定位置を決定する工程（Ｓ７１）では（図６参照）、０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔの式において浸炭窒化処理の時間（Ｔ）と研削加工により除去される軸受部品の厚み（ｔ）とを代入することにより、後述する工程（Ｓ７３）においてビッカース硬度を測定する深さの位置が算出される。このように研削加工により除去される軸受部品の厚みを予め考慮して断面硬度の測定位置を決定することにより、軸受部品に研削加工を施す前においても研削加工後の表面における窒素濃度が０．４質量％以上になることを保証することができる。
本実施例では、軸受部品の表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証するための断面硬度の測定位置および断面硬度差分の基準値などを決定する方法について説明する。
（１） 試験片および実験方法について
（１−１） はじめに
まず、窒素濃度と相関関係が高い高温焼戻での加熱温度および保持時間を決定する必要がある。ここで、高温焼戻による変態は熱活性化過程であるため、加熱温度の高温化と保持時間の長時間化とは同じ意味を持ち、両者を共に変数にすることには意味はないと考えられる。そこで、本実施例では、保持時間を一定（１時間）に固定した上で、加熱温度を３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃と変更し、硬度の差が最も明確になる加熱温度を調べることにより最適な加熱温度を決定した。
また、各材料の化学成分の違いによる焼入性の差や焼入時の冷却速度の差は、焼入後の硬度に影響を及ぼし、また高温焼戻後の硬度にも影響を及ぼすと考えられる。そのため、本実施例では断面硬度の絶対値そのものを使用せず、窒化されていない表層から深い位置（芯部）での硬度(ここではたとえば熱処理後最表面から１ｍｍという深さでの硬度とした)と、窒化された領域内における任意の深さの位置での硬度との硬度差（硬度差分）を指標として採用した。つまり、材料の化学成分は各材料ロット間で違う場合があり、当該硬度差分はこのような違いをオフセットするためのものである。
（１−２） 対象試験片
調査対象とした試験片の化学成分を表１に示す。材料は全てＪＩＳ規格ＳＵＪ２とし、これらを様々な熱処理炉、熱処理雰囲気で浸炭窒化処理を施した。なお、浸炭窒化処理の温度は８４０℃以上８６０℃以下という範囲に含まれていた。
Figure 2014152377
具体的には、試験片番号１については、浸炭窒化処理温度を８５０℃、処理時間を１２０分（ｍｉｎ）とし（以下、「８５０℃×１２０ｍｉｎ」というように表記する）、未分解アンモニア分率：０．２ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。また、試験片番号２については、８４０℃×７０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１ｖｏｌ％、炭素の活量：０．８５という処理を行なった。また、試験片番号３については、８５０℃×１２０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。また、試験片番号４については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。また、試験片番号５については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。
また、試験片番号６については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１３ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。また、試験片番号７については、８５０℃×１５０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．１ｖｏｌ％、炭素の活量：０．８５という処理を行なった。また、試験片番号８については、８５０℃×１５０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．２５ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。また、試験片番号９については、８５０℃×１８０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．３ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９５という処理を行なった。また、試験片番号１０については、８５０℃×９０ｍｉｎ、未分解アンモニア分率：０．２ｖｏｌ％、炭素の活量：０．９という処理を行なった。
（１−３） 窒素濃度測定方法
高温焼戻後のサンプルの断面硬度と窒素濃度との相関を調査するため、サンプル（鋼）中の窒素濃度分布を測定する必要がある。浸炭窒化処理後の鋼中窒素濃度の測定には、ＥＰＭＡの線分析を用いた。定量化は既知の窒素濃度を有する校正用試験片を分析し、その検量線を用いて実施した。ＥＰＭＡ分析に用いたサンプルおよび測定方法の模式図は、図７に示した通りである。
図７に示すように、たとえば内輪１１（図１参照）をサンプルとして用いる場合を考える。当該サンプルについて、浸炭窒化処理後のサンプルの窒素濃度を測定した。具体的には、当該サンプルから図７に示すような試験片１４を切り出し、当該試験片の外周面１４Ａから内周面１４Ｂに向かう方向に沿って、試験片１４の高さ方向の中央部（半幅となる位置）において、切り出し端面についてＥＰＭＡ線分析を行った。
（１−４） 断面硬度測定方法
上記（１−３）で述べた試験片１４において、ＥＰＭＡ分析を行なった切り出し端面にて硬度測定を行なった。測定方法としては、マイクロビッカース硬度計を用いてビッカース硬度測定を行なった。
（２） 高温焼戻の保持温度の探索
（２−１） 実験内容
窒素濃度と相関関係の高い焼戻温度（加熱温度）を探索するため、浸炭窒化処理後に１８０℃という加熱温度で２時間の保持時間という焼戻を施した試験片１４に、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃というそれぞれの加熱温度で保持時間を１時間とした５種類の高温焼戻を行った。なお、高温焼戻時の雰囲気は大気雰囲気とした。そして、それぞれの高温焼戻条件で処理された試験片について断面硬度を測定した。なお、ここでは窒素侵入量が多いと考えられる浸炭窒化処理条件の試験片番号８、９の試験片について測定を行なった。
（２−２） 実験結果
実験結果をまとめたグラフを図９に示す。図９に示したグラフは、焼戻温度を横軸とし、断面硬度の差分（すなわち(断面硬度の最大値)−(熱処理後最表面から１ｍｍの深さ位置での断面硬度)：ΔＨＶとも表示する）を縦軸にして実験結果を整理したものである。図９から分かるように、断面硬度の差分ΔＨＶは、加熱温度を５００℃とし、保持時間を１時間とした高温焼戻後に最も大きくなっていた。この加熱温度を５００℃としたときの断面硬度の差分ΔＨＶは、加熱温度を３００℃または７００℃とした高温焼戻後の当該断面硬度の差分ΔＨＶの約２倍の値を示していた。したがって、相対的に窒素濃度と相関の高い焼戻後の硬度は、加熱温度を５００℃程度とした焼戻後の硬度であると考えられる。このため、以下の実験では、断面硬度の測定を、加熱温度を５００℃とし、保持時間を１時間とした高温焼戻後の試験片について実施した。
（３） 窒素濃度と断面硬度の差分（ΔＨＶ）との関係の調査
ここでは表１に示した組成の各試験片について浸炭窒化処理を施し、さらに高温焼戻として加熱温度を５００℃、保持時間を１時間という熱処理を行なった後、図７を用いて説明したように試験片１４の窒素濃度をＥＰＭＡ分析により測定した。浸炭窒化処理は、加熱温度が８５０℃、炭素の活量／未分解アンモニア分率（γ）の値が４．７５となる条件で行った。また、当該試験片１４について、図７に示した切り出し端面において深さ方向での断面硬度を測定した。そして、当該深さ方向でのある位置における断面硬度と熱処理後最表面から１（ｍｍ）という深さ位置における断面硬度との差分(断面硬度差分（ΔＨＶ））の関係を調査した。その結果を図１０および図１１に示す。
図１０および図１１の横軸は窒素濃度（単位は質量：ｍａｓｓ％とも表記する）であり、縦軸は断面硬度差分（ΔＨＶ）（単位はビッカース硬度）である。また、図１１は、図１０から窒素濃度が０〜０．１質量％という範囲での窒素濃度と断面硬度差分との関係を抜き出したものである。図１０より、窒素濃度が０を超え０．１質量％以下の範囲においては、窒素濃度と断面硬度差分との相関が強く、一方で窒素濃度が０．１質量％を超える範囲では窒素濃度と断面硬度差分との相関は相対的に弱いことが分かった。これは窒素濃度が高い領域で不完全焼入が発生する場合があること、ならびに試験片中に固溶した窒素は必ずしもマルテンサイトの分解速度低下に寄与するとは限らないためと考えられる。また、図１１より窒素濃度が０を超え０．１質量％以下の範囲において窒素濃度と断面硬度差分との相関係数を算出すると、両者の相関係数は０．８３４８と高い。このため、０〜０．１質量％という窒素濃度の範囲であれば、断面硬度差分から窒素濃度を予測することが可能であると考えられる。したがって、以下の実験では、窒素濃度と断面硬度差分とが正の相関を持つ領域（０〜０．１質量％）の略中間位置である、窒素濃度が０．０６質量％と断面硬度差分が８０ΔＨＶとの関係を用いることにした。
（４） 浸炭窒化処理の時間と窒素濃度分布との関係
転がり軸受の構成部品の場合、その形状を整えるために焼入および焼戻後に研削加工を行う。したがって、一定の処理条件で浸炭窒化処理を行うと、その研削加工の取代により製品最表面（転走面または転動面）における窒素濃度が変化することになる。このため、製品最表面における窒素濃度を０．４質量％以上に保つためには、片側研削取代により浸炭窒化処理の条件を変更する必要がある。
図１２には、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２材に加熱温度が８５０℃、炭素の活量／未分解アンモニア分率（γ）の値が４．７５の条件で、処理時間を４時間（図中（Ａ））、６時間（図中（Ｂ）)、８時間（図中（Ｃ）)、１０時間（図中（Ｄ）)として浸炭窒化処理をした場合の窒素濃度分布（高温焼戻を行う前）を示している。図１２の横軸はＳＵＪ２材の表面からの深さ（ｍｍ）、縦軸は窒素濃度（ｍａｓｓ％）を示している。ここで、γの値が５より大きい条件で浸炭窒化処理をした場合、窒素侵入量が低下して窒素濃度が高い領域がより表面側に偏ることになる。この結果、処理時間を非常に長くする方法以外では、製品表面における窒素濃度を０．４質量％以上にすることが事実上困難になる。また、浸炭窒化処理の温度が８６０℃以上の場合にはγの値を５以下に保つことが困難であり、また８４０℃以下の場合には窒素の鋼中への拡散速度が遅くなり、結果として処理時間が長くなる。このため、ＳＵＪ２材の浸炭窒化処理には、８５０℃程度の温度が適切である。なお、浸炭窒化処理時の加熱温度は焼入後の旧オーステナイト結晶粒の大きさで判別することが可能であり、加熱温度が８５０℃である場合にはＳＵＪ２材では旧オーステナイト結晶粒の大きさがＪＩＳ規格で９番〜１１番の範囲となる。
図１２より、製品最表面の片側研削取代が０．１２５（ｍｍ）である場合には浸炭窒化処理の時間を４時間、０．１５（ｍｍ）である場合には６時間、０．１７５（ｍｍ）である場合には８時間、０．２（ｍｍ）である場合には１０時間とすることにより、製品最表面における窒素濃度を０．４質量％以上にすることが可能であることが分かった。
（５） 断面硬度差分の適切な測定位置
図１２より、各浸炭窒化の処理時間における０．４質量％の深さと０．０６質量％の深さを求め、これらの間の距離を縦軸とし、処理時間を横軸とすると図１３に示すグラフとなる。また、上述のように、断面硬度差分８０ΔＨＶが窒素濃度０．０６質量％に相当するという関係を用いて製品最表面における窒素濃度が０．０４質量％以上であることを保証するためには、図１２の縦軸に示す距離以上の深さの位置において断面硬度差分を調査する必要がある。
また、上述のように、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間という高温焼戻を行った場合、鋼中の窒素は０．０３（ｍｍ）程度内部に拡散する。そのため、図１３の縦軸に０．０３（ｍｍ）を加えると、各処理時間において適切な断面硬度差分の測定位置は、図１４の縦軸の値に示す深さ位置、つまり０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置となる（Ｔ：浸炭窒化の処理時間）。したがって、高温焼戻後の表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置における断面硬度差分が８０ΔＨＶ以上であれば、高温焼戻前の表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
（６） 転がり軸受の内輪および外輪の転走面片側研削取代
転がり軸受の内輪および外輪を焼入する場合、熱処理変形や変寸が生じる。この変形量および変寸量は製品形状、肉厚、冷却条件、加熱条件などにより変動する。そのため、内輪および外輪の片側研削取代の平均量は、実績値を基準として転がり軸受の型番ごとに決定されることが一般的である。内輪および外輪の外径が１５０（ｍｍ）以下の転がり軸受では、転走面の片側研削取代の平均値は０．１〜０．２（ｍｍ）となる場合が多い。このため、図１２に示した窒素濃度分布、および図１４に示した断面硬度差分の測定位置が明らかであれば、外形が１５０（ｍｍ）以下の転がり軸受の内輪および外輪の転走面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証するために十分であるといえる。
（７） 品質保証の手順
（７−１） 熱処理後の品質保証の手順
上記（１）〜（６）の検討結果より、熱処理後（浸炭窒化処理、焼入および焼戻処理の後であって研削加工前）に製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理、焼入および焼戻後の製品寸法を測定し、転走面の片側研削取代平均値（ｔ）を算出する。次に、浸炭窒化処理の時間（Ｔ）と片側研削取代平均値（ｔ）を、０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔの式に代入し、高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を算出する。次に、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間として高温焼戻（追加焼戻）を施す。次に、高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、当該試験片において算出した測定位置での断面硬度差分を測定する。そして、測定した断面硬度差分の値が基準値である８０ΔＨＶ以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分の値が８０ΔＨＶ以上であれば、製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
（７−２） 完成品の品質保証の手順
上記（１）〜（６）の検討結果より、製品完成後（研削加工後）の製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証する手順は以下の通りになる。まず、浸炭窒化処理の処理時間（Ｔ）を、０．０２×Ｔ＋０．１７５の式に代入し、高温焼戻後における断面硬度差分の測定位置を算出する。次に、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間として高温焼戻を施す。次に、高温焼戻後の製品から試験片を切り出し、当該試験片において算出した測定位置での断面硬度差分を測定する。そして、測定した断面硬度差分の値が基準値である８０ΔＨＶ以上であるか否かを判別する。これにより、当該断面硬度差分の値が８０ΔＨＶ以上であれば、製品最表面における窒素濃度が０．４質量％以上であることを保証することができる。
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。
本発明の軸受部品および転がり軸受は、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品および当該軸受部品を備える転がり軸受において、特に有利に適用され得る。
１ 深溝玉軸受、２ 円錐ころ軸受、３ 円筒ころ軸受、４ ニードルころ軸受、１０，２０，３０，４０ 外輪、１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ 外輪転走面、１１，２１，３１，４１ 内輪、１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ 内輪転走面、１２ 玉、１２Ａ 玉転動面、１３、２３，３３，４３ 保持器、１４ 試験片、１４Ａ 外周面、１４Ｂ 内周面、２２，３２ ころ、２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ ころ転動面、４０，４１ 軌道輪、４０Ａ，４１Ａ 軌道輪転走面、４２ ニードルころ。
従来の軸受部品では、上記熱処理（加熱温度が５００℃、保持時間が１時間）を行った後の浸炭窒化層でのビッカース硬度と窒素濃度との間に相関があり、また上記熱処理により窒素濃度分布が厚み方向の内部側に所定の距離（０．０３ｍｍ）だけシフトすることを利用して、表面における窒素濃度が０．１質量％であることを保証することができる。すなわち、上記熱処理後の表面から０．０３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度は、当該位置における窒素濃度（上記熱処理を行う前の表面における窒素濃度）に応じて、浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部よりビッカース硬度が所定の値だけ向上している。そのため、上記熱処理を行う前の軸受部品の表面における設計窒素濃度に応じて上記熱処理によるビッカース硬度の向上代の基準値を決めておき、上記熱処理後の表面から０．０３（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度の測定値と、上記芯部におけるビッカース硬度の測定値との差が当該基準値を満足するか（当該基準値より大きくなっているか）否か判別することで、軸受部品の表面における窒素濃度が設計窒素濃度（０．１質量％）以上となっているか否かを判別することができる。
深溝玉軸受の構造を示す概略断面図である。 円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。 円筒ころ軸受の構造を示す概略断面図である。 スラストニードルころ軸受の構造を示す概略断面図である。 軸受部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 軸受部品の検査方法を概略的に示すフローチャートである。 軸受部品の検査方法を説明するための概略図である。 他の軸受部品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 焼戻温度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 窒素濃度が０．１質量％以下の範囲における窒素濃度と断面硬度差分との関係を示すグラフである。 浸炭窒化処理後における鋼材中の窒素濃度分布を示すグラフである。 浸炭窒化の処理時間と、０．４質量％の深さ位置と０．０６質量％の深さ位置との間の距離との関係を示すグラフである。 浸炭窒化処理の時間と、０．４質量％の深さ位置と０．０６質量％の深さ位置との間の距離との関係を示すグラフである。

Claims (14)

  1. ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品であって、
    加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、前記浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の時間をＴ時間としたときに、前記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高い、軸受部品。
  2. 前記浸炭窒化処理の時間は、４時間である、請求項１に記載の軸受部品。
  3. 前記浸炭窒化処理の時間は、６時間である、請求項１に記載の軸受部品。
  4. 前記浸炭窒化処理の時間は、８時間である、請求項１に記載の軸受部品。
  5. 前記浸炭窒化処理の時間は、１０時間である、請求項１に記載の軸受部品。
  6. ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、表面に浸炭窒化層が形成された軸受部品であって、
    前記浸炭窒化層を形成するための浸炭窒化処理の後、前記表面に研削加工を施す前に、加熱温度を５００℃、保持時間を１時間とした熱処理を行った後において、前記浸炭窒化処理の時間をＴ時間、前記研削加工により除去される前記軸受部品の厚みをｔ（ｍｍ）としたときに、前記表面から０．０２×Ｔ＋０．１７５＋ｔ（ｍｍ）の深さの位置におけるビッカース硬度が、前記軸受部品の厚み方向において前記浸炭窒化層が形成されていない領域である芯部におけるビッカース硬度より８０ＨＶ以上高い、軸受部品。
  7. 前記浸炭窒化処理の時間は、４時間であり、
    前記厚みは、０．１２５（ｍｍ）である、請求項６に記載の軸受部品。
  8. 前記浸炭窒化処理の時間は、６時間であり、
    前記厚みは、０．１５（ｍｍ）である、請求項６に記載の軸受部品。
  9. 前記浸炭窒化処理の時間は、８時間であり、
    前記厚みは、０．１７５（ｍｍ）である、請求項６に記載の軸受部品。
  10. 前記浸炭窒化処理の時間は、１０時間であり、
    前記厚みは、０．２（ｍｍ）である、請求項６に記載の軸受部品。
  11. 前記浸炭窒化処理は、８４０℃以上８６０℃以下の温度範囲で行われる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の軸受部品。
  12. 旧オーステナイト結晶粒径は、ＪＩＳ規格９番から１１番の範囲である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の軸受部品。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の軸受部品を備える、転がり軸受。
  14. 深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、およびニードルころ軸受のうちいずれかである、請求項１３に記載の転がり軸受。
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