JP2018119609A - 転動部品、軸受および転動部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧痕の形成が抑制された転動部品および当該転動部品を用いた軸受を提供する。【解決手段】転動部品としての外輪１０、内輪１１、玉１２は、軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上の転動部品である。外輪１０、内輪１１、玉１２において、表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力は１００ＭＰａ以上である。また、軸受１は、深溝玉軸受であって、軌道部材としての外輪１０および内輪１１と、複数の転動体としての玉１２とを備える、複数の玉１２は、外輪１０および内輪１１に接触し、円環状の軌道上に配置される。【選択図】図１

Description

この発明は、転動部品、軸受および転動部品の製造方法に関する。

転がり軸受（以下、軸受とも呼ぶ）では、軸受を構成する軌道輪や転動体などの部品に、転動体直径に対して１／１００００以上の深さの圧痕が形成されると、軸受の円滑な回転が妨げられる。そのため、このような圧痕の発生を抑制する観点から静定格荷重という荷重の基準がある。軸受では、圧痕による回転精度や音響特性の低下を防ぐために、静定格荷重以上の荷重を負荷として与えないよう、可能な限り注意を払う必要がある。しかし、軸受の使用状況によっては転動体直径の１／１００００以上の深さの圧痕が形成されてしまうことがある。

軸受に高荷重が作用することによって形成される圧痕は、接触楕円の短軸半径と同程度の深さで生じる材料の塑性変形に起因している。そのため、静定格荷重の向上（すなわち圧痕の形成の抑制）には、上記深さでの材料の塑性変形を抑制する必要がある。一方、軸受に高荷重が作用する際の接触楕円の短軸半径はｍｍオーダになるものもあるが、材料の表面改質によってｍｍオーダの深さにおける材料の改質を行う手段は限られている。

特開平１１−２０１１６８号公報（以下、特許文献１とも呼ぶ）では、軸受鋼に対する浸炭窒化処理により生成する窒化物等によって、材料そのものの静的強度を向上させて耐圧痕性を向上させる方法が示されている。

特開２００１−２００８５１号（以下、特許文献２とも呼ぶ）では、浸炭焼入れした際に表層に形成される圧縮残留応力と残留オーステナイト量との制御によって圧痕形成を抑制する方法が示されている。一方、特開２００８−２９７６２０号公報（以下、特許文献３とも呼ぶ）では、軸受鋼に対して２回焼入を行う焼入方法において、２回目の焼入における冷媒に水を用い、さらに当該水の流速を高めることにより焼入後の歪低減、ロックウェル硬さの向上、焼入後組織の改善等を図っている。

特開平１１−２０１１６８号公報 特開２００１−２００８５１号公報 特開２００８−２９７６２０号公報

上記特許文献１に開示された方法において、軸受鋼に生成できる窒化層の深さはせいぜい０．５ｍｍが限度である。そのため、特許文献１に開示された方法では軸受の材料における深い位置での塑性変形を十分に抑制できないという問題がある。また、上記特許文献２に開示された方法については、材料として浸炭鋼を採用しなければならないという制約がある。また、上記特許文献３に開示された方法については、一度焼入をした後、さらに流水で二回目の焼入をするプロセスを前提としており、製造プロセスの複雑化、高コスト化という課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、圧痕の形成が抑制された転動部品および当該転動部品を用いた軸受を提供することである。

本開示に従った転動部品は、軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上の転動部品である。表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力は１００ＭＰａ以上である。

本開示に従った軸受は、軌道部材と、複数の転動体とを備える、複数の転動体は、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される。軌道部材と転動体との少なくともいずれか１つは、上記転動部品である。

本開示に従った転動部品の製造方法は、加熱する工程と冷却する工程とを備える。加熱する工程では、成形体を、当該成形体の表面の温度がＡ_１点以上になるように加熱する。成形体は、軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上である。冷却する工程では、成形体をＭ_ｓ点以下の温度に冷却する。冷却する工程では、成形体を流水に接触させることにより成形体を冷却する。流水の流速は３ｍ／ｓ以上である。

本開示によれば、圧痕の形成を抑制して静定格荷重が向上された転動部品および軸受を得ることができる。

本実施形態に係る軸受の断面模式図である。 内部相当応力の分布を示すグラフである。 図１に示した軸受の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。 冷却工程において用いる冷却装置の構成を示す模式図である。 冷却工程におけるリング形状の成形体の冷却条件の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る軸受の断面模式図である。 焼入処理におけるヒートパターンを示すグラフである。 焼戻前の残留応力分布を示すグラフである。 焼戻前後での残留応力分布を示すグラフである。 焼戻温度と残留応力との関係を示すグラフである。 試料の肉厚と残留応力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。

（実施の形態１）
＜転動部品および軸受の構成＞
図１は、本実施形態に係る軸受の断面模式図である。本実施の形態に係る軸受の一例である転がり軸受について、図１を用いて説明する。

図１を参照して、本実施の形態に係る転がり軸受の一例としての深溝玉軸受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、環形状であって、内周面に外輪転走面１０Ａを有している。内輪１１は、環形状であって、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の内周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。外輪１０および内輪１１は軸受鋼により構成されている。

玉１２は、外輪１０の内周面上に配置されている。玉１２は、たとえば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いる。玉１２は、保持器１３によ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。玉１２は軸受鋼により構成されている。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および内輪１１の表面には、それぞれ焼入による硬化層１０Ｂ、１１Ｂが形成されている。また、玉１２の表面にも焼入による硬化層１２Ｂが形成されている。玉１２の表面としての玉転動面１２Ａから０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力は１００ＭＰａ以上となっている。また、外輪１０および内輪１１では、それぞれの表面としての外輪転走面１０Ａおよび内輪転走面１１Ａから０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力は１００ＭＰａ以上となっている。玉１２の直径は１０ｍｍ以上である。また、外輪１０の外輪転走面１０Ａから外周面までの厚みは１０ｍｍ以上である。また、内輪１１の内輪転走面１１Ａから内周面までの厚みは１０ｍｍ以上である。

なお、外輪１０、内輪１１、玉１２はそれぞれ本実施形態に係る転動部品の一例であって、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２により構成されていてもよい。また、図１に示した深溝玉軸受１では、外輪１０、内輪１１、玉１２のそれぞれについて表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上とされているが、上記外輪１０、内輪１１、玉１２の少なくとも１つについて上記のような圧縮残留応力を有するようにしてもよい。

また、外輪１０、内輪１１、玉１２のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に規定された鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法による粒度番号が９以上であってもく、１０以上であってもよい。また、上記粒度番号は１２未満であってもよく、１１未満であってもよい。

＜作用効果＞
上述のように、本開示に従った転動部品の一例である外輪１０、内輪１１、玉１２は、軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上である。さらに、外輪１０、内輪１１、玉１２において、表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力は１００ＭＰａ以上である。また、本実施形態に従った軸受としての深溝玉軸受１は、軌道部材としての外輪１０および内輪１１と、複数の転動体としての玉１２とを備える、複数の玉１２は、外輪１０および内輪１１に接触し、円環状の軌道上に配置される。外輪１０、内輪１１および玉１２の少なくともいずれか１つは、上記転動部品である。このような構成により、表面から十分深い領域に圧縮残留応力が付与されているため、外輪１０、内輪１１、玉１２において圧痕の形成が抑制される。このため、深溝玉軸受１の静定格荷重を従来より向上させることができる。

なお、ここで軸受鋼とは、ＪＩＳ規格に規定される高炭素クロム軸受鋼を意味する。また、外輪１０、内輪１１および玉１２などに代表される転動部品の厚みとは、転動部品の表面（たとえば外輪転走面１０Ａ、内輪転走面１１Ａ、または玉転動面１２Ａ）に対して交差する方向における厚みを意味する。たとえば転動部品が図１に示す玉１２のように球形状であれば厚みとは球形状の玉１２の直径を意味する。転動部品がたとえば円筒ころであれば、厚みとは当該円筒ころの側面間の距離を意味する。

圧縮残留応力を評価した位置を表面（たとえば外輪転走面１０Ａ、内輪転走面１１Ａ、または玉転動面１２Ａ）から０．５ｍｍの深さとなる位置としたのは、当該位置は深溝玉軸受１に高荷重が作用する際に圧痕の形成に影響を及ぼす領域であり、当該深さの位置について圧縮残留応力を付与することが圧痕形成の抑制に効果的なためである。

また、当該位置での圧縮残留応力を１００ＭＰａ以上としたのは、当該位置での圧縮残留応力の値が１００ＭＰａ程度以上であれば上述した圧痕の形成を抑制する効果を確実に得られるためである。なお、当該位置での圧縮残留応力の値の下限は、１５０ＭＰａでもよく、２００ＭＰａでもよく、２５０ＭＰａでもよく、３００ＭＰａでもよい。また、当該圧縮残留応力の上限は、１５００ＭＰａでもよく、１４００ＭＰａでもよく、１３００ＭＰａでもよく、１０００ＭＰａでもよく、５００ＭＰａでもよい。

上記外輪１０、内輪１１、玉１２を構成する材料はＪＩＳ規格ＳＵＪ２であってもよい。この場合、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２は軸受を構成する部材に用いられる代表的な鋼種であるため、本開示に係る外輪１０、内輪１１、玉１２を様々な種類の軸受の鋼製部材として利用できる。

ここで、上述した本開示の作用効果について、より詳細に説明する。図２は、転動部品における内部相当応力の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図２の横軸は転動部品の表面からの深さ（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は相当応力（単位：ＭＰａ）を示す。図２において、破線で示されたグラフは、転動部品の内部に圧縮残留応力が無い状態で、当該転動部品の表面に応力（Ｐｍａｘ）を２．０ＧＰａ印加したときの、深さ方向における相当応力の分布を示している。また、図２において実線で示されたグラフは、転動部品の内部に圧縮残留応力が存在する場合（σx＝σy＝−５００ＭＰａ）で、当該転動部品の表面に応力（Ｐｍａｘ）を３．０ＧＰａ印加したときの、深さ方向における相当応力の分布を示している。なお、上記残留応力のσxおよびσyは以下のように定義される。すなわち、転動部品を中心にＸＹＺ座標を考える。そして、上記応力（Ｐｍａｘ）の印加方向をＺ軸とし、転動部品の転がり方向をＸ軸とする。また、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向軸をＹ軸とする。このときに残留応力のＸ軸方向成分をσxとし、Ｙ軸方向成分をσyとした。また、相当応力σeq（ミーゼス応力、あるいはフォン・ミーゼス応力とも呼ばれる）については、以下の数式（１）により定義される。

図２からわかるように、残留応力が内部に存在する場合、転動部品の表面（接触面）下に発生する相当応力の分布は変化する。すなわち、圧縮残留応力が存在する場合、図２に示すように内部の最大相当応力を低下させることができる。

一般に、焼入焼戻しした軸受鋼の降伏強度は１２００ＭＰａ程度である。そのため、図２の破線のグラフに示すように、残留応力が無い場合は応力Ｐｍａｘが２ＧＰａ程度となることで、転動部品の内部の相当応力が上記降伏強度に達し、圧痕が生成し始める。一方、図２の実線のグラフで示したように、転動部品の内部に−５００ＭＰａの残留応力が存在する場合、応力Ｐｍａｘが３．０ＧＰａ以上になったときにようやく最大相当応力が約１２００ＭＰａを超える。これは、転動部品の表面に印加される応力Ｐｍａｘが３．０ＧＰａとなるまで圧痕は形成されないことを意味している。すなわち、圧縮応力（圧縮残留応力）の付与が耐圧痕性の向上をもたらすことを示している。つまり、上述した本実施の形態に係る深溝玉軸受１のように、転動部品の例である玉１２などにおいて表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力を１００ＭＰａ以上とすることで、耐圧痕性を向上させることができる。

＜転動部品および軸受の製造方法＞
図１に示した深溝玉軸受１の製造方法を説明する。図３は、図１に示した軸受の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。

図３に示すように、まず成形体を形成する工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、外輪１０、内輪１１、玉１２となるべき成形体をそれぞれ形成する。この工程（Ｓ１０）では、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる部材を機械加工することにより、所定の形状とすることで上記成形体を形成する。成形体の厚みは１０ｍｍ以上である。機械加工方法としては、切削やプレス加工など任意の方法を用いることができる。

次に、加熱工程（Ｓ２０）が実施される。この工程（Ｓ２０）では、加熱炉を用いた加熱方法や誘導加熱用コイルを用いた誘導加熱方法など、任意の方法を用いることができる。加熱工程（Ｓ２０）では、成形体を、当該成形体の表面の温度がＡ_１点以上になるように加熱する。

次に、冷却工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）では、成形体をＭ_ｓ点以下の温度に冷却する。工程（Ｓ３０）では、成形体を流水に接触させることにより成形体を冷却する。流水の流速は３ｍ／ｓ以上である。

このような冷却工程（Ｓ３０）では、成形体の冷却時に当該成形体表面に流水を連続的に供給できるので、成形体表面が蒸気膜により覆われる状況が発生することを抑制できる。この結果、成形体の冷却条件を良好に保つことができ、結果的に成形体の表面から０．５ｍｍ以上という十分深い領域にまで圧縮残留応力を発生させることができる。ここで、本発明者は、上述のように１０ｍｍ以上の肉厚を有し軸受鋼からなる転動部品に高速流水焼入を適用すると、０．５ｍｍ以上の深さで圧縮残留応力が付与されることを発見した。このような圧縮残留応力が付与された転動部品を用いることで、上述のように軸受の静定格荷重を向上させることができる。上述した加熱工程（Ｓ２０）と冷却工程（Ｓ３０）とから焼入硬化工程が構成される。

なお、流水を用いた冷却工程（Ｓ３０）では、任意の方法を用いることができる。たとえば、冷却工程（Ｓ３０）では、図４に示すような冷却装置を用いて成形体を冷却してもよい。ここで、図４は冷却工程において用いられる冷却装置の構成を示す模式図である。図５は、冷却工程におけるリング状の成形体の冷却条件の一例を説明するための模式図である。図１に示す冷却装置２０は、加熱室２１、搬送路２２、連結部２３、水槽２４、ポンプ２５および導水配管２６を主に備える。水槽２４の内部には冷却用の媒体である水２９が保持されている。

水槽２４上には、上述した加熱工程（Ｓ２０）を実施する加熱室２１が配置されている。加熱室２１には、加熱された成形体を水槽２４の急冷ゾーン２７へ搬送するための搬送路２２が接続されている。搬送路２２と水槽２４とは筒状体である連結部２３により接続されている。

水槽２４の内部にはポンプ２５が配置されている。水槽２４の内部には、水槽２４の上壁に接続され、冷却対象の導入部を区画する隔壁２８が配置されている。ポンプ２５から吐出された水を隔壁２８により区画された導入部へ送るように、導水配管２６が配置されている。導水配管２６はポンプ２５の吐出口と導入部とを繋ぐ。導水配管２６において導入部に隣接する部分は、図４に示すように鉛直方向に沿って延びるように構成されている。導水配管２６において鉛直方向に延びるように構成された部分は、後述するように冷却対象が挿入されて急冷される急冷ゾーン２７である。隔壁２８には、導水配管２６から導入部に流入した水を水槽２４中における導入部の外部へ排出するための開口部が形成されている。

上述した連結部２３は、搬送路２２と水槽２４の導入部とを繋ぐように配置されている。具体的には、隔壁２８により囲まれた領域である導入部に面する水槽２４の上壁には開口部が形成されている。当該開口部に連なるように連結部２３が配置されている。連結部２３は開口部の直上に配置されている。

次に、冷却装置２０の動作を説明する。成形体を冷却するための水２９は、ポンプ２５から導水配管２６を介して矢印３３に示すように導入部に向けて吐出される。急冷ゾーン２７での水の流速（水流の速度）はたとえば３ｍ／ｓ以上６ｍ／ｓ以下とする。急冷ゾーン２７を通過するミズノ流量は当該急冷ゾーン２７の容積に応じて決定される。

そして、上述した加熱工程（Ｓ２０）として、加熱室２１において成形体が加熱される。このとき、成形体はバスケット等の保持具３０により保持された状態としてもよい。また、当該保持具３０の内部に、複数の静形態を配置してもよい。この成形体を保持した保持具３０は、成形体が所定の温度まで加熱された後、矢印３１に示すよう加熱室２１から搬送路２２に移送される。そして、搬送路２２において連結部２３上に保持具３０が配置された状態で、当該搬送路２２と連結部２３とを区画する隔壁が解放される。この結果、保持具３０は矢印３２に示すように連結部２３、水槽２４の導入部を介して急冷ゾーン２７に落下する。このようにして、保持具３０内部に保持されていた成形体を、流水により冷却することができる。その後、保持具３０を急冷ゾーン２７から取り出す。このようにして、冷却工程（Ｓ３０）を実施することができる。

なお、成形体に対して冷却媒体である水を均一にあてるため、同時に冷却を行う成形体同士が保持具３０内部で接触しないように、個々の成形体が間隔を隔てた状態で保持具３０内部に配置されていることが好ましい。また、保持具３０と成形体との接触面積も極力少ないことが好ましい。たとえば、保持具３０において成形体を保持する部分の表面は外側に凸の曲面状、あるいは針状であってもよい。このようにすれば、上記保持する部分と成形体との接触部を点接触として、接触面積を小さくすることができる。また、保持具３０の形状についても、水流を妨げないような形状とすることが好ましい。たとえば、水流の妨げとならないようにできるだけ細い線材からなる網状構造であって、線材間の間隔をできるだけ広くしたもの（たとえば成形体のサイズと同程度の間隔としたもの）を用いてもよい。

成形体がリング形状の場合、図５の矢印４１に示すように成形体４０の軸方向から冷却水を供給してもよい。具体的には、図４に示した冷却装置において保持具３０に保持される成形体４０の軸方向が鉛直方向となるように、成形体４０を保持具３０の内部に配置してもよい。また、成形体の形状が円筒ころのような円柱形状の場合は、当該円柱形状の外周方向から冷却水を成形体に供給するようにしてもよい。具体的には、図４に示した冷却装置において保持具３０に保持される円柱形状の成形体の軸方向が水平方向となるように、成形体を保持具３０の内部に配置してもよい。

ここで、流水の流速の下限を３ｍ／ｓとしたのは、流速が３ｍ／ｓを下回ると成形体の表面が蒸気膜で覆わる部分が発生し、冷却条件が劣化することから深い位置での圧縮残留応力の付与が難しくなるためである。ここで、流速の下限は３．５ｍ／ｓとしてもよいし、４ｍ／ｓとしてもよい。

また、流水の流速の上限は６ｍ／ｓとしてもよい。流速の上限を６ｍ／ｓとしたのは、流速が６ｍ／ｓを超えると製品の下流にカルマン渦が発生して製品が振動し、均一な冷却が困難になるという理由による。なお、流速の上限は５．５ｍ／ｓとしてもよいし、５ｍ／ｓとしてもよい。

次に、焼戻工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、たとえば上述した焼入硬化工程が実施された成形体を、加熱炉内に挿入し、Ａ１点以下の温度に加熱した状態で、所定の時間保持する。

次に、仕上げ工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）では、たとえば転動部品の表面に対して研磨加工などの仕上げ加工が実施される。上述した転動部品の製造方法の一例である工程により、軸受としての深溝玉軸受１を構成する外輪１０、内輪１１、玉１２が得られる。

次に、組立工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）では、上述した外輪１０、内輪１１、玉１２および別途準備した保持器１３を組み立てることにより、図１に示した深溝玉軸受１を得る。このようにして、図１に示した深溝玉軸受１を製造することができる。

（実施の形態２）
＜軸受の構成および作用効果＞
図６は、本実施形態に係る軸受の断面模式図である。図６に示す軸受は深溝玉軸受であって、基本的に図１に示した深溝玉軸受と同様の構成を備えるが、転動部品としての外輪１０、内輪１１、玉１２の表面を含む領域に窒素富化層を含む硬化層１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃが形成されている点が、図１に示した深溝玉軸受１と異なっている。

図６に示した深溝玉軸受１では、図１に示した深溝玉軸受１と同様の効果を得られるとともに、このように外輪１０、内輪１１、玉１２の表面を含む領域に窒素富化層が形成されているため、当該領域における残留オーステナイト量を増加させることができる。そのため、圧痕が形成された場合に当該圧痕の周囲における表面の盛り上がりを抑制できる。

＜転動部品および軸受の製造方法＞
図６に示した深溝玉軸受１の製造方法は、基本的に図１に示した深溝玉軸受の製造方法と同様であるが、図３に示した加熱工程（Ｓ２０）において一部異なる。具体的には、図６に示した深溝玉軸受１の製造方法においては、図３の工程（Ｓ２０）が成形体に窒化処理を行うことを含む。窒化処理としては従来周知の任意の処理方法を用いることができる。また、工程（Ｓ２０）において浸炭窒化処理を行ってもよい。このようにすれば、外輪１０、内輪１１、玉１２となるべき成形体の表面を含む領域に窒素富化層を形成することができる。上記工程（Ｓ２０）以外の工程については、図１に示した深溝玉軸受の製造方法と同様の工程を実施することにより、図６に示した深溝玉軸受１を製造することができる。

（実施例）
以下、本開示に係る転動部品および軸受の効果を確認するために行った実験を説明する。

＜試料＞
実験用の試料として、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる試験片１〜３を準備した。試験片１は、薄肉リングであって、そのサイズは外径６０ｍｍ、内径５５ｍｍ、中心軸方向での幅１５ｍｍである。試験片２は厚肉リングであって、そのサイズは外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１５ｍｍである。試験片３は、円柱状のコロであって、中心軸に垂直な方向での外径が２５ｍｍ、高さが２５ｍｍの中実体である。各試験片１〜３について、それぞれ５個の試験片を準備した。

＜実験方法＞
（１） 焼入処理
上記試験片１〜３について、加熱後冷却することで焼入処理を行った。図７は、焼入処理におけるヒートパターンを示すグラフである。図７の横軸は時間を示し、縦軸は加熱温度を示す。図７からわかるように、各試料とも真空雰囲気中で所定の昇温速度で昇温した後、まず加熱温度７５０℃、加熱時間３０分とした第１熱処理を実施した。その後、さらに昇温して加熱温度８００℃、加熱時間６０分とした第２熱処理を実施した。そして、流速５．５ｍ／ｓの流水を冷媒として用いて、各試料を冷却することで焼入処理を実施した。具体的には、長さ５ｍ、幅２ｍ、深さ３ｍの水槽に１．５トン／秒の送水能力を持つポンプを設置して水流を発生させた。急冷ゾーンの寸法は長さ０．５２ｍ、幅０．５３ｍ、深さ０．８ｍである。このような設備を用いて各試料を冷却した。

（２） 焼戻処理
次に、上記焼入処理後の試験片３について、焼戻処理を実施した。処理条件は、焼戻温度１８０℃、加熱時間２時間とし、大気中で処理した。

（３） 残留応力分布測定
上記焼入処理後焼戻処理前と、焼戻処理後とにおいて、残留応力分布を測定した。測定では、株式会社リガク製のＸ線応力測定装置を用いてフェライト相（α相、α’相）について測定を行った。

＜結果＞
（１） 焼入処理後の残留応力の分布
図８は、焼入処理後焼戻処理前の残留応力分布を示すグラフである。図８の横軸は試験片表面からの深さ（単位：μｍ）を示し、縦軸は各試験片の周方向での残留応力（単位：ＭＰａ）を示す。なお、縦軸の残留応力においてマイナス（−）は圧縮応力を示す。図８では、試験片１が薄肉リングと表示され、試験片２が厚肉リングと表示され、試験片３がコロと表示されている。

図８からわかるように、試験片３であるコロの最表面で最大の圧縮残留応力が得られている。また、コロについては表面から深さ９００μｍまで圧縮応力となっていた。また、試験片１、試験片２、試験片３と試験片の肉厚が厚くなるが、当該肉厚が厚いほど最表面での圧縮残留応力の値が大きい傾向があった。

（２） 焼戻処理前後での残留応力の分布比較
図９は、焼戻前後での残留応力分布を示すグラフである。図９の縦軸および横軸は図８の縦軸および横軸と同様である。図９においては、焼入処理後焼戻処理前のデータを焼戻なしと表示し、焼戻処理後のデータを１８０℃×２ｈと表示している。図９は、試験片３についてのデータを示している。

図９に示すように、焼戻処理によって試験片の圧縮残留応力の値は低下する。具体的には、試験片の最表面で焼戻処理前に−１３００ＭＰａ超えであった圧縮残留応力の値が、焼戻処理により−５９６ＭＰａとなった。また、焼戻処理後において、表面から３１０μｍの深さで−３７４ＭＰａの圧縮残留応力が得られ、表面から約５００μｍの深さで−２５０ＭＰａの圧縮残留応力が得られ、表面から約７５０μｍの深さでも−２２０ＭＰａの圧縮残留応力が得られた。

（３） 焼戻温度と残留応力との関係
図１０は、焼戻温度と残留応力との関係を示すグラフである。図１０は、試験片３についてのデータを示している。図１０において横軸は焼戻温度（単位：℃）を示し、縦軸は表面から５００μｍの位置での残留応力（単位：ＭＰａ）を示す。

ここで、焼戻処理後の圧縮残留応力の値の低下は、焼戻温度が高いほど著しいと考えられる。そこで、試験片３において焼戻処理前の圧縮残留応力の値を焼戻温度焼が０℃のデータとして図１０にプロットした。また、試験片３の焼戻処理後の圧縮残留応力の値を、焼戻温度が１８０℃の場合のデータとして図１０にプロットした。上記２つのデータに基づき、焼戻温度が１８０℃以上の領域については外挿によって残留応力の値を求めた。図１０からわかるように、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる試験片３では、焼戻温度が約２２０℃のときに表面から５００μｍの深さでの残留応力がほぼ０になることが予想される。

（４） 試料の肉厚と残留応力との関係
図１１は、試料の肉厚と残留応力との関係を示すグラフである。図１１の横軸は試験片の肉厚（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は焼入処理後焼戻処理前の残留応力の値（単位：ＭＰａ）を示す。図１１では、試験片１のデータが肉厚２．５ｍｍでのデータとして表示され、試験片２のデータが肉厚１５ｍｍでのデータとして表示され、試験片３のデータが肉厚２５ｍｍのデータとして表示されている。ここで、試験片１〜３は、いずれもＪＩＳ規格ＳＵＪ２により構成されている。そのため、図１１に示したデータから、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる転動部品では、肉厚が１０ｍｍあれば表面から５００μｍの深さで約１００ＭＰａの圧縮残留応力が得られると推測される。

このように転動部品において表面から５００μｍの深さといった深い領域に圧縮残留応力を付与することで、当該圧縮残留応力の作用により、圧痕深さの減少が期待できる。また、上記のように転動部品の肉厚が厚いほど形成される圧縮残留応力が大きくなる傾向があることから、ある程度以上の大きさ（たとえば直径２０ｍｍ以上）のコロや玉などで圧痕深さ低減効果が大きいと考えられる。

また、上記のように表面から５００μｍといった、通常のショットピーニングでは圧縮残留応力を導入できない深さまで圧縮残留応力が付与されるため、異物に起因する圧痕のみならず、軸受の製造・搬送時の打痕などの発生を低減する効果があると考えられる。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。

本開示は、転がり軸受に特に有利に適用される。

１ 深溝玉軸受、１０ 外輪、１０Ａ 外輪転走面、１１ 内輪、１１Ａ 内輪転走面、１０Ｂ，１０Ｃ，１１Ｂ，１１Ｃ，１２Ｂ，１２Ｃ 硬化層、１２ 玉、１２Ａ 玉転動面、１３ 保持器。

Claims (6)

1. 軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上の転動部品であって、
   前記表面から０．５ｍｍの深さとなる位置での圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上である、転動部品。
2. 前記表面を含む領域に窒素富化層が形成されている、請求項１に記載の転動部品。
3. 前記転動部品を構成する材料がＪＩＳ規格ＳＵＪ２である、請求項１または請求項２に記載の転動部品。
4. 軌道部材と、
   前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備え、
   前記軌道部材と前記転動体との少なくともいずれか一方は、請求項１〜３のいずれか１項に記載に転動部品である、軸受。
5. 軸受鋼からなり、表面を有し、厚みが１０ｍｍ以上の成形体を、前記成形体の前記表面の温度がＡ_１点以上になるように加熱する工程と、
   前記成形体をＭ_ｓ点以下の温度に冷却する工程とを備え、
   前記冷却する工程では、前記成形体を流水に接触させることにより前記成形体を冷却し、
   前記流水の流速は３ｍ／ｓ以上である、転動部品の製造方法。
6. 前記加熱する工程は、前記成形体に窒化処理を行うことを含む、請求項５に記載の転動部品の製造方法。