JP2020197288A - 軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストで軸受の早期破損の原因を排除し、あるいはたとえ軸受の早期破損の原因が存在したとしても、転動疲労寿命に優れた軸受を提供する。【解決手段】軸受２は、外輪２０と、内輪２１と、ころ２２とを備える。外輪２０および内輪２１の軌道面２０Ａ，２１Ａ、ならびにころ２２の転動面２２Ａのうち少なくとも１つである表面は、０．１μｍＲａ以下である。当該表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は軸受に関し、特に構成部材がファイバーフローを含む軸受に関するものである。

軸受を長寿命化するためには、軸受を構成する転動部品すなわち外輪、転動体および内輪における、剥離の起点となる非金属介在物を減らしかつそのサイズを小さくすることが要求される。このため鋼材メーカ各社はその製鋼方法を工夫してきた。しかし転動部品に含まれる非金属介在物を完全に排除することはできない。またそのような特殊な工程を経た鋼材は高コストであり、かつグローバル市場での入手が困難であるという問題がある。

そこで、転動部品に不可避的に存在する非金属介在物に対する対策として、たとえば特開２００４−２６３７６８号公報（特許文献１）においては、以下の方法がとられている。特開２００４−２６３７６８号公報では、粒径が３０μｍ以上の非金属介在物を含む低清浄度鋼に対しローラバニシング加工がなされる。これにより非金属介在物が粉砕され小径化されるため、転動疲労寿命に優れた転動部品が得られる。

また特開２００９−２８７０５５号公報（特許文献２）においては、鋼材が８００℃以上１１００℃以下に加熱され、１００ＭＰａ以上の静水圧が付与される。これにより当該鋼材中に含有する非金属材料物と母材である鋼材との隙間が潰され、両者が密着される。これにより、転動疲労寿命に優れた機械部品を製造する方法について提案されている。

特開２００４−２６３７６８号公報 特開２００９−２８７０５５号公報

ただしローラバニシング加工を行なった場合でも、ローラバニシング加工を行なわない場合よりも転動部品が短寿命となる場合もある。これは転動部品へのローラバニシング加工が、表面からごく浅い領域のみにてなされることが原因と考えられる。すなわちローラバニシング加工がなされた領域よりも表面からやや深い領域に存在する非金属介在物が起点となる表面のはく離が起こる。このような非金属介在物が存在する場合、ローラバニシング加工がなされても表面の長寿命化に寄与できないと考えられる。しかしながら上記の特開２００４−２６３７６８号公報および特開２００９−２８７０５５号公報には、このような課題を解決する手段について提案されていない。

本発明は以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、軌道面の表面に露出した非金属介在物と母材との隙間を埋めることで隙間が開口き裂として働くことを抑制する軸受を提供することである。

本発明に係る軸受は、外輪と、外輪の内周面上に配置される転動体と、転動体の内周側に配置される内輪とを備える。外輪および内輪の軌道面、ならびに転動体の転動面のうち少なくとも１つである表面は、０．１μｍＲａ以下である。上記表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上である。

本発明によれば、軌道面の表面に露出した非金属介在物と母材との隙間を埋めることで隙間が開口き裂として働くことを抑制する軸受を提供できる。

本実施の形態に係る円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。 図１中の点線で囲まれた領域Ａの概略拡大断面図である。 転動部品の母材の表面に露出するように配置された非金属介在物の態様を示す概略断面図（Ａ）と、転動部品の母材の表面から離れた内部における非金属介在物の態様を示す概略断面図（Ｂ）とである。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第５工程の第１例を示す概略断面図である。 本実施の形態の円錐ころ軸受の製造方法の第５工程の第２例を示す概略断面図である。 内輪の内部に非金属介在物が存在する態様を示す概略断面図である。 図１０の点線で囲まれた領域ＸＩの拡大概略断面図である。 非金属介在物および母材との隙間が露出する内輪軌道面に対し、塑性加工を行なう前（Ａ）および行なった後（Ｂ）の態様を示す概略断面図である。 バニシング加工の際に、内輪軌道面などを形成するための被加工面に対し垂直な方向から押圧するようにバニシングツールが加圧する態様を示す概略図である。 バニシング加工の際に、内輪軌道面などを形成するための被加工面に対し垂直な方向に対し斜めの方向から押圧するようにバニシングツールが加圧する態様を示す概略図である。 バニシング加工前後の表面粗さの一例、およびバニシング加工時の残留応力の分布を示す概略図である。 バニシング加工の際に斜め方向から押圧力を加えることにより、開口き裂を抑制する効果が高められることを示すグラフである。 実施の形態２に係る転がり軸受の構成を示す一部断面模式図である。 実施の形態３に係る転がり軸受の構成を示す一部断面模式図である。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず本実施の形態において形成される転がり軸受について、図１および図２を用いて説明する。

図１は本実施の形態に係る円錐ころ軸受の構造を示す概略断面図である。図２は図１中の点線で囲まれた領域Ａの概略拡大断面図の第１例（Ａ）と第２例（Ｂ）とである。図１を参照して、本実施の形態において形成される軸受としての円錐ころ軸受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、内周面に外輪軌道面２０Ａを有している。内輪２１は、環形状からなり、外周面に内輪軌道面２１Ａを有している。内輪２１は、内輪軌道面２１Ａが外輪軌道面２０Ａに対向するように外輪２０の内周側に配置されている。

転動体としてのころ２２は、外輪２０の内周面上に配置されている。ころ２２はころ転動面２２Ａを有し、当該ころ転動面２２Ａにおいて内輪軌道面２１Ａおよび外輪軌道面２０Ａに接触し、かつ保持器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。逆に言えば、上記の内輪２１は、ころ２２の内周側に配置されている。また、円錐ころ軸受２は、外輪軌道面２０Ａを含む円錐、内輪軌道面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。

以上のように、円錐ころ軸受２は、転動部品としての外輪２０、内輪２１およびころ２２を含んでいる。言い換えれば、外輪２０、内輪２１およびころ２２の少なくとも１つは上記の転動部品である。図２（Ａ）を参照して、たとえば内輪２１の内輪軌道面２１Ａところ２２のころ転動面２２Ａとが互いに接触する。この内輪軌道面２１Ａおよびころ転動面２２Ａのようにそれぞれの転動部品は、互いに他の転動部品と接触する表面を有している。図２には示されないが、外輪２０の外輪軌道面２０Ａところ２２のころ転動面２２Ａとも互いに接触する。つまり転動部品である外輪２０も、他の転動部品であるころ２２と接触する表面を有している。

図２（Ａ）に示すように、転動部品であるたとえば内輪２１は、その組織内に、ファイバーフローＦＦを含んでいる。内輪２１の表面である内輪軌道面２１Ａと、内輪２１に含まれるファイバーフローＦＦとのなす角度αは１５°以上である。

図２（Ｂ）を参照して、ファイバーフローＦＦはころ２２の側に含まれていてもよい。この場合においても、ころ２２の表面であるころ転動面２２Ａと、ころ２２に含まれるファイバーフローＦＦとのなす角度αは１５°以上である。

転動部品の表面は、外輪２０の軌道面としての外輪軌道面２０Ａ、内輪２１の軌道面としての内輪軌道面２１Ａ、およびころ２２の転動面としてのころ転動面２２Ａのいずれかである。すなわち内輪軌道面２１Ａ、外輪軌道面２０Ａおよびころ転動面２２Ａの表面は、算術平均粗さが０．１μｍＲａ以下である。また当該表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力は１０００ＭＰａ以上である。

図３は転動部品の母材と、その母材に存在する非金属介在物との隙間とを示す概略断面図である。特に図３（Ａ）は母材の表面に露出するように配置された非金属介在物の態様を示し、図３（Ｂ）は母材の表面から離れた内部における非金属介在物の態様を示している。図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、内輪２１などの転動部品においては、内輪軌道面２１Ａなどの表面の側（図３（Ａ）の上側）に存在する非金属介在物４１と、内輪２１を構成する母材との隙間４２は、内輪２１の内輪軌道面２１Ａから離れた内部の側に存在する非金属介在物４１と、内輪２１を構成する母材との隙間４２よりも小さい。このことは転動部品である外輪２０、ころ２２についても同様である。図３（Ａ）に示すように、内輪軌道面２１Ａなどの表面の側における非金属介在物４１と母材との隙間はまったく存在しないことが好ましい。

外輪２０、内輪２１、ころ２２を構成する材料は鋼であってもよい。当該鋼は、言うまでもなく鉄（Ｆｅ）を主成分とし、上記の元素の他に不可避的不純物を含んでいてもよい。不可避的不純物としては、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、アルミ（Ａｌ）などがある。これらの不可避的不純物元素の量は、それぞれ０．１質量％以下である。その結果、外輪２０、内輪２１およびころ２２は、酸素含有量がたとえば５ｐｐｍ以上の鋼材により形成される場合がある。

当該鋼は、軸受用材料の一例であるたとえばＪＩＳ規格Ｓ５３Ｃである。Ｓ５３Ｃは、炭素を０．５質量％以上０．５６質量％以下含み、珪素を０．１５質量％以上０．３５質量％以下含み、マンガンを０．６質量％以上０．９質量％以下含む。またＳ５３Ｃは、リンを０．０３質量％以下、硫黄を０．０３５質量％以下、クロムを０．２質量％以下、ニッケルを０．０２質量％以下含む。

次に、以上の構成を有する転動部品、およびそれを含む円錐ころ軸受２の製造方法について、図４〜図９を用いて説明する。すなわち以下に述べるのは、外輪２０と、外輪２０の内周面上に配置されているころ２２と、ころ２２の内周側に配置されている内輪２１とを備える円錐ころ軸受２の製造方法である。なお以下の図４〜図９は一例として内輪２１の製造工程を示しているが、たとえば外輪２０についても同様であってもよい。

図４を参照して、まず転動部品である外輪２０、内輪２１、ころ２２のいずれかを形成するための鋼材９１が準備される。当該鋼材９１の材質は上記のとおりである。鋼材９１はたとえば図の左右方向に延びるファイバーフローＦＦを含んでいる。切削工具９２により、転動部品形成領域９３が、鋼材９１から切り取られる。図５を参照して、内輪２１を形成するために中央部に空洞９４を有する部材が形成される。

図６を参照して、内輪２１の外周面に対して一般公知の研削などの加工、および焼入れなどの熱処理がなされる。これにより、図に示すようにファイバーフローＦＦを含み、そのファイバーフローＦＦの延びる方向に対して傾斜した外周面すなわち被加工面２１Ｂを有する部材が形成される。被加工面２１Ｂは、ファイバーフローＦＦとのなす角度が１５°以上となるように形成される場合がある。

図７を参照して、内輪２１の被加工面２１Ｂに対して研磨加工が施される。ここではたとえば内輪研削盤による研磨加工がなされることが好ましい。これにより、内輪２１の被加工面２１Ｂの算術平均粗さが０．１μｍＲａ以下となるように、研磨加工がなされる。

図７の研磨加工を施す工程の後に、被加工面２１Ｂに塑性加工が施される。これにより被加工面２１Ｂは内輪軌道面２１Ａとなる。

図８は上記塑性加工の第１例を示している。図８を参照して、塑性加工を施す工程においては、たとえばバニシング加工がなされることが好ましい。バニシング加工においては、たとえばセラミック製の硬球、またはダイヤモンド製の突起形状部などの押し付け部ＣＣが工具とされる。つまりバニシングツール２５の先端部に工具としての押し付け部ＣＣが用いられる。図８では一例として球形の押し付け部ＣＣが図示される。押し付け部ＣＣを図中の矢印Ｒ１の方向に回転させ、内輪２１を空洞９４を貫通する仮想の軸Ｌを中心として矢印Ｒ２の周方向に回転させながら、押し付け部ＣＣが被加工面２１Ｂ上を矢印Ｆに示す力で押圧する。この押圧は、押し付け部ＣＣが取り付けられたバニシングツール２５が、押し付け部ＣＣに対して矢印Ｆの力を加えるようになされる。またバニシングツール２５は、押し付け部ＣＣが矢印Ｍの方向に移動するように、被加工面２１Ｂ上を送らせる。これにより、被加工面２１Ｂ上に存在する微小な凹凸形状などが平坦化される。押し付け部ＣＣは、たとえば図８のような断面図において円形を有する場合、その円形部分の半径が５ｍｍ以上である。

図９は上記塑性加工の第２例を示している。図９を参照して、塑性加工を施す工程においては、たとえば冷間ローリング加工がなされてもよい。冷間ローリング加工においては、成形ロール３１とマンドレル３２とが準備される。成形ロール３１およびマンドレル３２は、いずれもたとえば軸方向（図９の左右方向）に交差する断面が円形状でありその全体が棒状である。ただし図９に示すように成形ロール３１は、その外周面の一部が、円錐ころ軸受２の内輪２１用の傾斜した内輪軌道面２１Ａとなるべき被加工面２１Ｂ上に押し当てられる。このため成形ロール３１の外周面の一部は、部分的にその軸方向に関して傾斜した円錐状の形状を有していてもよい。

成形ロール３１は内輪２１の外側から矢印Ｆの力で被加工面２１Ｂ上に押し当てられ、マンドレル３２は内輪２１の内側から空洞９４の内壁面上に押し当てられる。すなわち内輪２１の鋼材部分は、成形ロール３１とマンドレル３２とに挟まれるように配置される。この状態で内輪２１を空洞９４を貫通する仮想の軸Ｌ１を中心として矢印Ｒ３の周方向に回転させる。このとき同時に、成形ロール３１をその軸方向に関する断面の中央を貫通する仮想の軸Ｌ２を中心として矢印Ｒ４の方向に回転させ、マンドレル３２をその軸方向に関する断面の中央を貫通する仮想の軸Ｌ３を中心として矢印Ｒ５の方向に回転させる。ここで、内輪２１の回転方向Ｒ３とマンドレル３２の回転方向Ｒ５とは等しいが、成形ロール３１の回転方向Ｒ４は上記回転方向Ｒ３，Ｒ５とは逆方向であることが好ましい。また成形ロール３１は回転しながら、内輪２１側へ向かう矢印Ｍで示す方向に移動する。しかしマンドレル３２は回転するものの、成形ロール３１のような移動はなされない。以上の回転および移動により、被加工面２１Ｂ上に存在する微小な凹凸形状などが平坦化され、内輪軌道面２１Ａが形成される。

以上により、塑性加工された内輪軌道面２１Ａを有する内輪２１が形成される。塑性加工後の内輪軌道面２１Ａの表面は、Ｒａ≦０．１μｍである。また内輪軌道面２１Ａの表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力は１０００ＭＰａ以上である。また塑性加工後の内輪軌道面２１Ａの表面の側に存在する非金属介在物４１（図３（Ａ）参照）と、内輪２１を構成する母材との隙間４２は、内輪２１の内輪軌道面２１Ａから離れた内部の側に存在する非金属介在物４１と、内輪２１を構成する母材との隙間４２よりも小さくなるように形成される。内輪軌道面２１Ａの表面は、ファイバーフローＦＦとのなす角度が１５°以上である。

以上においては一例として内輪２１の製造工程について説明したが、外輪２０も基本的に内輪２１と同様の製造工程により形成される。またころ２２については、形成される形状が外輪２０および内輪２１と大きく異なる。しかしころ２２についても、鋼材９１から転動部品形成領域９３が切り取られ、被加工面２１Ｂに研磨加工およびその後の塑性加工が施される点については他の転動部品と同様である。

その後、以上の工程により形成された各転動部品が組み立てられることにより、たとえば図１の断面図に示すような構成を有する円錐ころ軸受２が形成される。

次に、本実施の形態の背景を説明したうえで本実施の形態の作用効果、およびその他の好ましい構成等について説明する。

図１０は転動部品、たとえば内輪２１の内部に非金属介在物が存在する態様を示す概略断面図である。図１１は図１０の点線で囲まれた領域ＸＩの拡大概略断面図である。図１０および図１１を参照して、内輪２１などの転動部品において、以下の２条件を満たす場合、転動部品に含まれる非金属介在物４１が内輪軌道面２１Ａなどに露出する可能性が高くなる。１つは転動部品を構成する母材である鋼材の清浄度が低いことである。他の１つは内輪軌道面２１ＡなどとファイバーフローＦＦとのなす角度が大きいことである。内輪軌道面２１Ａなどに露出する非金属介在物４１は、母材との隙間４２を起点とする開口き裂を発生させ、当該転動部品を含む軸受を早期破損させる原因となる。隙間４２も内輪軌道面２１Ａに露出するため、軸受の使用時にこの隙間４２内に潤滑油が進入する。その状態でころ２２などがその隙間４２の上を転動すれば、油圧により隙間４２が広がる。このことが隙間４２を起点とするき裂を伸展させる原因となる。非金属介在物４１が内輪軌道面２１Ａなどに露出しないようにするためには高清浄度鋼を使用することが理想であるが、これはコストが高く調達性に劣る。また内輪軌道面２１ＡなどとファイバーフローＦＦとのなす角度を極力小さくすることが理想であるが、製品の形状によってはどうしても当該角度が大きくなる場合もある。

そこで本実施の形態においては、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、そのような被加工面に対し、研磨加工を行なった上でその後にバニシング加工または冷間ローリング加工等の塑性加工がなされる。なお図１２（Ａ），（Ｂ）は、非金属介在物４１および母材との隙間４２が露出する内輪軌道面２１Ａに対し、塑性加工を行なう前の態様（Ａ）および塑性加工を行なった後の態様（Ｂ）を示している。その結果、内輪軌道面２１Ａなどの表面は、０．１μｍＲａ以下、表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が７００ＭＰａ以上となっている。

言い換えれば、本実施の形態の軸受２は、外輪２０と、内輪２１と、転動体としてのころ２２とを備える。ころ２２は外輪２０の内周面である外輪軌道面２０Ａ上に配置される。内輪２１はころ２２の内周側に配置される。外輪２０および内輪２１の軌道面である外輪軌道面２０Ａおよび内輪軌道面２１Ａ、並びにころ２２の転動面としてのころ転動面２２Ａのうち少なくとも１つである表面は、０．１μｍＲａ以下である。当該表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力は１０００ＭＰａ以上である。これにより、軌道面の表面に露出した非金属介在物とその周辺の母材との隙間が狭くなりまたは消滅するように埋められ塞がれる。

すなわち特に、図３および図１２に示すように、塑性加工により、内輪軌道面２１Ａなどの表面側の非金属介在物４１と母材との隙間４２は、転動部品の内部側の非金属介在物４１と母材との隙間４２よりも小さくなる。したがって、き裂による転動部品の早期破損の原因となる開口き裂が小さくなる（または消滅する）。これにより、内輪軌道面２１Ａにおける非金属介在物４１と母材との隙間４２を起点とするき裂の伸展が抑制でき、軸受の長寿命化を図ることができる。

一般的に良好な運転条件にて加工すれば、完成品における内輪軌道面２１Ａなどの表面の各パラメータの数値範囲が０．１μｍＲａ以下であれば良好な潤滑状態とすることができる。また表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力を１０００ＭＰａ以上とすることでき裂の伸展を抑制することができる。

このような軸受２の表面の特徴は、外輪軌道面２０Ａ、内輪軌道面２１Ａおよびころ転動面２２Ａのうち少なくとも１つとなるべき被加工面が、先端の半径が５ｍｍ以上と比較的大きいバニシングツールとしてのたとえば押し付け部ＣＣによりローラバニシング加工がなされることで実現できる。すなわちこのような比較的大きい押し付け部ＣＣによりローラバニシング加工がされた表面は、深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上と大きくなる。つまり押し付け部ＣＣを大きくし、その表面を押し付ける荷重を大きくすることで、対象物における表面からいっそう深い領域までローラバニシング加工の影響を及ぼすことができる。

これにより、転動部品の表面からやや深い領域に非金属介在物が存在したとしても、その非金属介在物と母材との隙間を狭くすることができる。深部にまで及ぼされる大きな圧縮残留応力が、隙間を縮める方向に作用可能なためである。これにより、表面からやや深い領域に存在する非金属介在物などの内部欠陥を起点としたき裂の発生および進展を抑制できる。その結果、軸受を長寿命化できる。

また軸受の使用時にころ２２に荷重が加わると、転動部品の内部のうち外輪軌道面２０Ａなどから比較的浅い領域にはせん断応力が発生することが知られている。このせん断応力により転動部品の内部でき裂が進展し、最終的には表面のはく離に至ると考えらえれている。本実施の形態においては、使用時に大きなせん断応力が発生する深さよりも深い領域まで、ローラバニシング加工の影響が及ぶ領域を拡大している。これにより、軸受の短寿命の発生を抑制できる。

なお上記の塑性加工を施す工程においては、バニシング加工の代わりに、ショットピーニング、ウォータージェット、ＵＩＴ（Ultrasonic Impact Treatment：超音波衝撃処理）からなる群から選択されるいずれかが用いられてもよい。この場合においても、バニシング加工がなされた場合と同様の作用効果を奏する。

また、開口き裂に起因する剥離を抑制する観点からは、上記のようにファイバーフローＦＦと、外輪軌道面、内輪軌道面および転動面とのなす角度は１５°以下であることが好ましいとされている。また清浄な鋼材を用いるという観点からは、転動部品の酸素含有量は５ｐｐｍ以下であることが好ましいと考えられる。しかし本実施の形態においては、上記角度が１５°以上であっても、上記の塑性加工により、開口き裂に起因する剥離の発生を抑制することができ、軸受の長寿命化を図ることができる。また本実施の形態においては、転動部品としての外輪２０、内輪２１およびころ２２の鋼材の酸素含有量が５ｐｐｍ以上であっても、上記の塑性加工により、開口き裂に起因する剥離の発生を抑制することができ、軸受の長寿命化を図ることができる。

本実施の形態においては、外輪２０および内輪２１の少なくともいずれかが、上記の表面、すなわち０．１μｍＲａ以下であり、表面からの深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上であることが好ましい。そしてこのような表面は、固定輪側の軌道面として使用されることが好ましい。固定輪側は負荷域での負荷回数が多いため、小さな初期き裂でも破損につながる可能性が高い。そこで固定輪側にバニシング加工を施すことで、効果的に軸受寿命を延ばすことができる。

以上のようにバニシング加工による塑性加工により非金属介在物と母材との隙間を埋める効果を高めるためには、以下のようにすることがより好ましい。図１３は、矢印Ｒ２の方向に回転された内輪２１をバニシング加工する際に、内輪軌道面２１Ａを形成するための被加工面２１Ｂなどに対し垂直な方向から押圧するようにバニシングツール２５が加圧する態様を示している。図１４は、矢印Ｒ２の方向に回転された内輪２１をバニシング加工する際に、内輪軌道面２１Ａを形成するための被加工面２１Ｂなどに対し垂直な方向に対し斜めの方向から押圧するようにバニシングツール２５が加圧する態様を示している。図１３を参照して、たとえばバニシング加工の際には、図８と同様に、バニシングツール２５が被加工面２１Ｂに垂直な方向から垂直力Ｆ１でこれを押圧する場合もある。ただし図１４を参照して、本実施の形態においては、バニシング加工の際に、バニシングツール２５が被加工面２１Ｂに垂直な方向に対して斜めの方向からこれを押圧することが好ましい。すなわちこの場合、バニシングツール２５に取り付けられた、ダイヤモンド製の突起形状部としての工具である押し付け部ＣＣが、被加工面２１Ｂに対して垂直な方向に対して傾斜角θを有する方向から、押し付け力Ｆ３で被加工面２１Ｂを押圧しながら塑性加工し内輪軌道面２１Ａを形成する。被加工面２１Ｂを押圧する押し付け力Ｆ３は、被加工面２１Ｂに垂直な方向に加わる垂直力Ｆ１と、垂直力Ｆ１に交差する方向すなわち図１４の左右方向に沿って加わる接線力Ｆ２とに分解可能である。よって異なる観点から言えば、図１４に示すように、バニシング加工においては、被加工面２１Ｂに対して垂直な方向に加わる垂直力Ｆ１と、垂直力Ｆ１に交差する方向に加わる接線力Ｆ２との合力（押し付け力Ｆ３）が加わることにより加工がなされることが好ましい。

図１５は、バニシング加工時における内輪２１の深さ方向の残留応力の分布を示す概略図である。図１５において、押し付け部ＣＣの下側の曲線は、被加工面の表面からの深さ（縦座標）と圧縮残留応力（中央より右側の座標）および引張残留応力（中央より左側の座標）との関係を示している。図１５を参照して、バニシング加工の工具としての押し付け部ＣＣが、内輪軌道面２１Ａなどを形成するための被加工面２１Ｂに塑性加工を施す。塑性加工前の被加工面２１Ｂは、最大高さ粗さＲｚが１２．５μｍであるとし、塑性加工後の内輪軌道面２１Ａは、最大高さ粗さＲｚが０．８μｍであるとする。図１５のように被加工面２１Ｂの塑性加工による変形により、母材と非金属介在物との隙間が埋められる。この隙間を埋める効果を高めるためには、図１５中に示す塑性加工による母材への圧縮残留応力が最大となる位置Ｐが、より表面側（図１５の上側）に位置するように制御することが好ましい。このような制御は、上記角度θを設けることにより実現可能となる。

言い換えれば、バニシング加工時に被加工面２１Ｂに対して加圧方向を傾け、垂直力Ｆ１と接線力Ｆ２との双方の合力が加わるようにする。これにより、塑性変形量および圧縮残留応力量が最大となる位置を、被加工面からより浅い位置である表面に近い位置にシフトさせることができる。このことが、非金属介在物と母材との隙間を埋め、母材表面における介在物と母材との密着性を高めることにつながる。したがって隙間を起点とするき裂の伸展を抑制する効果が高められる。

図１６のグラフの横軸はσｘ／Ｐmaxを、縦軸はｚ／ｂを示している。ここでσｘはバニシング加工時の周方向の応力を示し、Ｐmaxはバニシング加工時の内輪軌道面２１Ａなどの最大面圧を示す。またｚはバニシング加工がされる内輪軌道面２１Ａなどの深さ方向の位置座標を示し、ｂは内輪軌道面２１Ａなどの加工対象物とバニシングツール２５などとの接触部分の楕円形の短軸半径を示す。すなわち図１６のグラフはバニシング加工時の、内輪軌道面２１Ａなどの表面からの深さと、接線力Ｆ２の方向の応力分布との関係を示している。

図１６を参照して、バニシング加工時に加工対象物に接線力Ｆ２を加えることにより応力分布が変化する。このためバニシング加工時に加工対象物に接線力Ｆ２を加える場合（接線力あり）の方が、接線力Ｆ２を加えず垂直力Ｆ１のみを加える場合（接線力なし）に比べてσｘ／Ｐmaxが被加工面に近い部分でピークを有する分布となる。またバニシング加工時に加工対象物に接線力Ｆ２を加える場合（接線力あり）の方が、残留応力のピーク位置も、接線力Ｆ２を加えず垂直力Ｆ１のみを加える場合（接線力なし）に比べて表面近くとなる。このためバニシング加工時に加工対象物に接線力Ｆ２を加えることにより、内輪軌道面２１Ａの介在物と母材との隙間を効率的に埋めることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１のような外輪軌道面、内輪軌道面および転動面の少なくとも１つの表面についての特徴は、自動車のハブ用転がり軸受に使用される。次に、当該転がり軸受１００の構成について説明する。

図１７は、実施の形態２に係る転がり軸受１００の構成を示す一部断面模式図である。実施の形態２に係る転がり軸受１００は、自動車のハブに使用される転がり軸受１００である。図１７に示されるように、自動車のハブ用の転がり軸受１００は、外輪１２０と、内輪１１０と、ハブ輪１４０と、複数の転動体１０１と、保持器１０５と、シール部１０７と、ハブボルト１０８とを主に有している。外輪１２０は、内周側において外輪軌道面１２１を有する。内輪１１０は、外周側において内輪軌道面１１１を有する。ハブ輪１４０は、外周側においてハブ輪軌道面１４１を有する。

複数の転動体１０１の一部は、外輪軌道面１２１と、内輪軌道面１１１との間に配置されている。複数の転動体１０１の残りは、外輪軌道面１２１と、ハブ輪転送面１４１との間に配置されている。複数の転動体１０１の各々は、保持器１０５によって保持されている。保持器１０５は、複数の転動体１０１の各々を周方向において等間隔に保持する。シール部１０７は、外輪１２０と、ハブ輪１４０との間に配置されている。ハブ輪１４０には、車輪取付け用フランジ１０６が設けられている。車輪取付け用フランジ１０６には貫通孔が設けられており、ハブボルト１０８が貫通孔に挿通される。車輪取付け用フランジ１０６は、ハブボルト１０８を用いて車輪(図示せず）に取り付けられる。

（実施の形態３）
実施の形態１のような外輪軌道面、内輪軌道面および転動面の少なくとも１つの表面についての特徴は、ＣＴスキャン用転がり軸受に使用される。次に、当該転がり軸受１００の構成について説明する。

図１８は、実施の形態３に係る転がり軸受１００の構成を示す一部断面模式図である。実施の形態３に係る転がり軸受１００は、ＣＴスキャン装置に使用される転がり軸受１００である。ＣＴスキャン装置とは、たとえばＸ線などを被検者の体に照射して体の断面を診断解析する装置である。

図１８に示されるように、ＣＴスキャン装置用の転がり軸受１００は、たとえば複列アンギュラ玉軸受であり、外輪１２０と、内輪１１０と、転動体１０１としての複数のボールと、保持器１０５とを主に有している。外輪１２０には、内周面に２つの外輪軌道面１２１が形成されている。内輪１１０は、外輪１２０の内側に配置されている。内輪１１０には、外周面に２つの内輪軌道面１１１が形成されている。ボールは、外輪１２０の外輪軌道面１２１と、内輪１１０の内輪軌道面１１１との間に配置されている。ボールは、複列となっている。保持器１０５は、複数のボールの各々を周方向において等間隔に保持する。

外輪１２０と内輪１１０の間の空間は、軸方向両側に配置されたシール部１０７で密封されている。シール部１０７で密封された空間が軸受内部空間を構成する。シール部１０７は、たとえば外輪１２０の内周面に装着される。内輪１１０は、第１内輪構成部材１５０と第２内輪構成部材１６０とを有している。第１内輪構成部材１５０と第２内輪構成部材１６０とは、軸方向において隣り合う。第１内輪構成部材１５０は、第１内輪軌道面１５１を有している。同様に、第２内輪構成部材１６０は、第２内輪軌道面１６１を有している。

押え部材１０９は、第２内輪構成部材１６０に接している。第２内輪構成部材１６０は、軸方向において、押え部材１０９と第１内輪構成部材１５０との間に設けられている。押え部材１０９は、ボルト１１８を用いて第１内輪構成部材１５０に固定されている。第１内輪構成部材１５０の一部は、第２内輪構成部材１６０の内周側に設けられていてもよい。第１内輪構成部材１５０の一部は、径方向において、ボルト１１８と第２内輪構成部材１６０との間に設けられていてもよい。第１内輪構成部材１５０は、押え部材１０９と接していてもよい。

以上に述べた実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態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て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。

２ 円錐ころ軸受、２０，１２０ 外輪、２０Ａ，１２１ 外輪軌道面、２１，１１０ 内輪、２１Ａ，１１１ 内輪軌道面、２１Ｂ 被加工面、２２ ころ、２２Ａ ころ転動面、２３，１０５ 保持器、２５ バニシングツール、３１ 成形ロール、３２ 固定ロール、４１ 非金属介在物、４２ 隙間、９１ 鋼材、９２ 切削工具、９３ 転動部品形成領域、９４ 空洞、１００ 転がり軸受、１０１ 転動体、１０６ 車輪取付け用フランジ、１０７ シール部、１０８ ハブボルト、１０９ 押え部材、１１２，１２２ 塑性流動層、１１８ ボルト、１４０ ハブ輪、１４１ ハブ輪軌道面、１５０ 第１内輪構成部材、１５１ 第１内輪軌道面、１６０ 第２内輪構成部材、１６１ 第２内輪軌道面、ＦＦ ファイバーフロー。

Claims (6)

1. 外輪と、
   前記外輪の内周面上に配置される転動体と、
   前記転動体の内周側に配置される内輪とを備える軸受であり、
   前記外輪および前記内輪の軌道面、ならびに前記転動体の転動面のうち少なくとも１つである表面は、０．１μｍＲａ以下であり、
   前記表面から深さ０．１ｍｍの位置での圧縮残留応力が１０００ＭＰａ以上である、軸受。
2. 前記表面とファイバーフローとのなす角度は１５°以上である、請求項１に記載の軸受。
3. 前記外輪、前記転動体および前記内輪は、酸素含有量が５ｐｐｍ以上の鋼材により形成される、請求項１または２に記載の軸受。
4. 前記外輪および前記内輪の少なくともいずれかが前記表面であり、
   前記表面は、固定輪側の軌道面として使用される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受。
5. 自動車のハブに使用される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受。
6. ＣＴスキャン装置に使用される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受。

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