JP2021165410A - 軌道輪、転がり軸受および軌道輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道面における転動疲労特性を改善しつつ、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる転がり軸受の軌道輪を提供する。【解決手段】軌道輪は、焼入れが行われた鋼からなり、環状に設けられた軌道輪である。軌道輪は、周方向に沿って延在する軌道面と、径方向において軌道面とは反対側に位置する反軌道面とを有している。軌道面の残留オーステナイト量は反軌道面の残留オーステナイト量よりも多い。軌道面の残留オーステナイト量と反軌道面の残留オーステナイト量との差が３体積％以上である。軌道面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、８μｍ以下である。軌道面における圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、軌道輪、転がり軸受および軌道輪の製造方法に関する。

特開２０１７−１８７１０４号公報（特許文献１）には、転がり軸受の内輪が記載されている。特許文献１に記載の内輪は、焼入れの行われた鋼製であり、内輪の内部にある内層部と、内部層の周囲全体を取り囲んでおり、かつ焼戻しマルテンサイトからなる表層部とを有している。表層部は、軌道面を含む外周面側のみならず、内周面側（反軌道面側）にも存在している。表層部における鋼中の残留オーステナイト量は、内層部における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。

特開２０１７−１８７１０４号公報

特許文献１に記載の内輪では、表層部が外周面側のみならず内周面側にも存在しているため、経時的な寸法変化により、内径が拡大して軸との嵌め合いが緩まり、クリープが生じるおそれがある。また、特許文献１に記載の内輪では、軌道面における圧縮残留応力が付与される代わりに内部層に引張応力が生じ内部層の強度が低下するため、軸受機能に改善の余地がある。

本発明の主たる目的は、軌道面における転動疲労特性を改善しつつ、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる転がり軸受の軌道輪を提供することである。

本発明に係る軌道輪は、焼入れが行われた鋼からなり、環状に設けられた軌道輪であって、周方向に沿って延在する軌道面と、径方向において軌道面とは反対側に位置する反軌道面とを有している。軌道面の残留オーステナイト量は反軌道面の残留オーステナイト量よりも多い。軌道面の残留オーステナイト量と反軌道面の残留オーステナイト量との差が３体積％以上である。軌道面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、８μｍ以下である。軌道面における圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以上である。

上記軌道輪において、反軌道面には、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる化合物粒が存在している。反軌道面における化合物粒の平均粒径は、２μｍ以下である。反軌道面における化合物粒の面積率は、０．３％以上である。

上記軌道輪において、軌道面および反軌道面には、浸窒層が形成されている。軌道面の残留オーステナイト量と反軌道面の残留オーステナイト量との差が１０体積％以上である。

上記軌道輪において、反軌道面の硬さが６５０Ｈｖ以上である。

本発明に係る転がり軸受は、内輪軌道面と、内輪軌道面とは反対側に位置する内径面とを有する内輪と、内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面と接触する複数の転動体とを備える。内輪が上記軌道輪である。内輪の内径面が反軌道面である。

本発明に係る軌道輪の製造方法は、周方向に沿って延在する軌道面と、径方向において軌道面とは反対側に位置する反軌道面とを有する軌道輪を製造する方法である。上記軌道輪の製造方法は、鋼からなり、周方向に沿って延在する第１の面と、径方向において第１の面と反対側に位置する第２の面とを有する成形体を準備する工程と、成形体を焼き入れる工程と、焼き入れる工程後に、成形体を焼き戻す工程とを備える。上記焼き入れる工程は、成形体を、浸炭浸窒雰囲気中で鋼のＡ₁変態点以上の浸炭浸窒処理温度に加熱することにより、成形体を浸炭浸窒する工程と、浸炭浸窒する工程後に、成形体をＡ₁変態点未満の温度に冷却する工程と、冷却する工程後に、成形体をＡ₁変態点以上かつ浸炭浸窒処理温度未満の温度に再加熱する工程とを含む。上記焼き入れる工程は、第１の面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下となるように行われる。上記焼き戻す工程では、第１の面が局所的に冷却されながら第２の面が局所的に加熱される。

上記軌道輪の製造方法において、上記焼き戻す工程では、成形体が第１の面を局所的に冷却する冷却部および第２の面を局所的に加熱する加熱部に対して周方向に相対的に回転している状態で、第１の面が局所的に冷却されながら第２の面が局所的に加熱される。

上記軌道輪の製造方法において、上記焼き戻す工程では、第１の面に冷却液を噴射することにより、第１の面が局所的に冷却される。

上記軌道輪の製造方法において、上記焼き戻す工程では、第２の面を誘導加熱することにより、第２の面が局所的に加熱される。

上記軌道輪の製造方法において、上記焼き戻す工程では、第２の面が３００℃以上に加熱される。

本発明によれば、軌道面における転動疲労特性を改善しつつ、反軌道面における耐クリープ性を改善することができる転がり軸受の軌道輪を提供できる。

本実施の形態に係る内輪の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 本実施の形態に係る内輪の製造方法を示すフローである。 準備工程（Ｓ１）で準備された成形体の平面図である。 焼き戻し工程（Ｓ４）を説明するための平面図である。 焼き戻し工程（Ｓ４）を説明するための断面図である。 加熱コイルによる加熱時間と成形体の内周面及び外周面における温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。 成形体の内周面の加熱温度を変化させた際の成形体の外周面の加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（軌道輪の構成）
実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、例えば、深溝玉軸受の内輪（以下においては、「内輪１０」とする）である。但し、実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、これに限られるものではない。実施形態に係る転がり軸受の軌道輪は、深溝玉軸受の外輪であってもよく、深溝玉軸受以外の転がり軸受の軌道輪であってもよい。

内輪１０は、焼入れが行われた鋼製である。すなわち、この鋼は、マルテンサイト結晶粒と、残留オーステナイト結晶粒とを含んでいる。この鋼は、マルテンサイト結晶粒及び残留オーステナイト結晶粒以外（例えば、フェライト結晶粒や炭化物粒）を含んでいてもよい。この鋼は、例えば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４８０５：２００８）に定められた高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２である。

図１及び図２に示されるように、内輪１０は、環状の形状を有している。内輪１０は、中心軸Ａを有している。

内輪１０は、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。第１端面１０ａ、第２端面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄを合わせて、内輪１０の表面ということがある。

第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂは、中心軸Ａに沿う方向（以下においては、「軸方向」という）における端面を構成している。第２端面１０ｂは、軸方向における第１端面１０ａの反対面である。

内周面１０ｃは、中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向（以下においては、「周方向」という）に延在している。内周面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１０ｃは、第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂに連なっている。内輪１０は、内周面１０ｃにおいて軸（図示せず）に嵌め合わされる。

外周面１０ｄは、周方向に延在している。外周面１０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている。すなわち、外周面１０ｄは、中心軸Ａに直交し、かつ中心軸Ａを通る方向（以下において、「径方向」という）における内周面１０ｃの反対面である。

外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａを有している。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａにおいて、内周面１０ｃ側に窪んでいる。軌道面１０ｄａは、中心軸Ａを通る断面視において円弧形状を有している。軌道面１０ｄａは、転動体（図示せず）に接触する面である。反軌道面とは、径方向において軌道面１０ｄａの反対側にある面である。内輪１０においては、内周面１０ｃが反軌道面になっている。

図２に示されるように、内周面１０ｃおよび軌道面１０ｄａを含む内輪１０の上記表面には、窒素富化層１０ｅが形成されている。窒素富化層１０ｅは、少なくとも窒素の濃度が、内輪１０において窒素富化層１０ｅ以外に位置する鋼中の窒素の濃度よりも高くなっている部分である。

窒素富化層１０ｅは、例えば浸炭浸窒処理により形成された浸炭浸窒層である。この場合、窒素富化層１０ｅの窒素及び炭素の濃度は、内輪１０において窒素富化層１０ｅ以外に位置する鋼中の窒素及び炭素の濃度よりも高くなっている。窒素富化層１０ｅの深さは、例えば０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。なお、鋼中の窒素濃度は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）により測定される。

反軌道面である内周面１０ｃにおける残留オーステナイト量は、軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量よりも少ない。内周面１０ｃにおける残留オーステナイト量と軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量との差は、３体積パーセント以上である。内周面１０ｃにおける残留オーステナイト量と軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量との差は、２０体積パーセント以下であることが好ましい。内輪１０を構成している鋼中における残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法により測定される。より具体的には、残留オーステナイト量は、Ｘ線を照射することにより得られた各相の回折ピークの強度を比較することにより得られる。

軌道面１０ｄａにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、８μｍ以下である。旧オーステナイト結晶粒は、焼き入れにおける冷却前に存在していたオーステナイトの結晶粒界により取り囲まれている部分である。旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２００５）に規定されている方法にしたがって行われる。軌道面１０ｄａにおける旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、３μｍ以上であることが好ましい。

軌道面１０ｄａにおける圧縮残留応力の最小値は、１００ＭＰａ以上である。軌道面１０ｄａからの距離が０．２ｍｍ以下となる領域において、圧縮残留応力が１００ＭＰａ以下となっていてもよい。軌道面１０ｄａにおける残留応力は、Ｘ線回折法により測定される。より具体的には、軌道面１０ｄａにＸ線を照射した際の回折ピーク角の変化に基づいて、軌道面１０ｄａにおける残留応力が測定される。

窒素富化層１０ｅは、鉄（Ｆｅ）の炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる化合物粒を含有している。化合物粒は、セメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）の鉄サイトの一部がクロムによって置換されており、かつ炭素（Ｃ）サイトの一部が窒素（Ｎ）により置換されている化合物（すなわち、（Ｆｅ，Ｃｒ）_３（Ｃ，Ｎ）により示される化合物）の結晶粒を含む。

反軌道面である内周面１０ｃに形成された窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の平均粒径は、２．０μｍ以下であることが好ましい。内周面１０ｃに形成された窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の面積比率は、０．３％以上であることが好ましい。内周面１０ｃに形成された窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の平均粒径は、例えば０．１μｍ以上である。内周面１０ｃに形成された窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の面積比率は、例えば１５パーセント以下である。

窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の平均粒径及び面積比率は、以下の方法で測定される。第１に、窒素富化層１０ｅの断面研磨が行われる。第２に、研磨面の腐食が行われる。第３に、腐食が行われた研磨面に対して、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）撮影が行われる（以下においては、ＳＥＭ撮影によって得られた画像を、「ＳＥＭ画像」という）。なお、ＳＥＭ画像は、十分な数（２０個以上）の化合物粒が含まれるように撮影される。第４に、得られたＳＥＭ画像に対して画像処理を行うことにより、当該ＳＥＭ画像中における各々の化合物粒の面積及び化合物粒の総面積が算出される。

化合物粒の円相当径と化合物粒の面積との間には、π×（化合物粒の円相当径）^２／４＝化合物粒の面積との関係が成立する。そのため、当該ＳＥＭ画像中に表示されている各々の化合物粒の面積を４／πで除した値の平方根を計算することにより、当該ＳＥＭ画像中に表示されている各々の化合物粒の円相当径が算出される。当該ＳＥＭ画像中に表示されている各々の化合物粒の円相当径の合計を当該ＳＥＭ画像中に表示されている化合物粒の数で除した値が、窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の平均粒径とされる。当該ＳＥＭ画像中に表示されている化合物粒の総面積を当該ＳＥＭ画像の面積で除した値の百分率が、窒素富化層１０ｅ中における化合物粒の面積比率とされる。

軌道面１０ｄａにおける硬さは、内周面１０ｃにおける硬さよりも高い。軌道面１０ｄａにおける硬さは、６５０Ｈｖ以上となっていることが好ましい。内周面１０ｃにおける硬さは、６００Ｈｖ以上であることが好ましい。なお、軌道面１０ｄａにおける硬さ及び内周面１０ｃにおける硬さは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９）に定められたビッカース硬さ試験法にしたがって測定される。

＜変形例＞
窒素富化層１０ｅは、例えば浸炭浸窒処理により形成された浸炭浸窒層であってもよい。この場合、窒素富化層１０ｅの窒素の濃度が、内輪１０において窒素富化層１０ｅ以外に位置する鋼中の窒素の濃度よりも高くなっている。この場合、内周面１０ｃにおける残留オーステナイト量と軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量との差は、１０体積パーセント以上である。

（実施形態に係る転がり軸受の軌道輪の製造方法）
図３に示されるように、内輪１０の製造方法は、準備工程（Ｓ１）と、第１焼き入れ工程（Ｓ２）と、第２焼き入れ工程（Ｓ３）と、焼き戻し工程（Ｓ４）と、後処理工程（Ｓ５）とを備えている。

準備工程（Ｓ１）では、図４に示される成形体２０が準備される。成形体２０は、鋼からなる。成形体２０を構成している鋼は、例えば、ＪＩＳ規格に定める高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２である。成形体２０は、環状の形状を有している。成形体２０は、周方向に沿って延在する第１の面としての外周面２０ｄと、径方向において第１の面とは反対側に位置する第２の面としての内周面２０ｃとを有している。

第１焼き入れ工程（Ｓ２）は、内周面２０ｃおよび外周面２０ｄを含む成形体２０の表面に対する浸炭浸窒処理と、浸炭浸窒処理後に成形体２０を冷却する処理とを含む。浸炭浸窒処理は、窒素及び炭素を含む雰囲気ガス（例えば、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）及びアンモニア（ＮＨ_３）ガスを含む雰囲気ガス）中において成形体２０を第１温度以上に所定時間（第１時間）保持することにより行われる。第１温度は、加工対象部材を構成する鋼のＡ１変態点以上の温度である。第１温度は、例えば８３０℃以上８５０℃以下である。第１時間は、例えば６０分以上３００分以下である。これにより、成形体２０の表面にある鋼中に、炭素及び窒素が固溶される。冷却処理は、加工対象部材の温度がＭｓ変態点以下となるように行われる。成形体２０の冷却は、例えば油冷により行われる。

第２焼き入れ工程（Ｓ３）は、第１焼き入れ工程（Ｓ２）の後に行われる。第２焼き入れ工程（Ｓ３）は、Ａ₁変態点以上かつ第１温度未満の第２温度に成形体２０を再加熱しかつ所定時間（第２時間）保持する処理と、当該再加熱処理後に成形体２０を冷却する処理とを含む。第２温度は、例えば７８０℃以上８３０℃以下である。好ましくは、第２温度は、７８０℃以上８００℃以下である。第２時間は、例えば６０分以上３００分以下である。冷却処理は、加工対象部材の温度がＭｓ変態点以下となるように行われる。成形体２０の冷却は、例えば油冷により行われる。

第２焼き入れ工程（Ｓ３）の加熱保持の際のオーステナイト結晶粒の成長は、第１焼き入れ工程（Ｓ２）及び第２焼き入れ工程（Ｓ３）の加熱保持の際に析出した化合物粒のピン止め効果により抑制されている。

第１焼き入れ工程（Ｓ３）及び第２焼き入れ工程（Ｓ３）が行われることにより、成形体２０を構成する鋼中に、マルテンサイトと、残留オーステナイトとが形成されるとともに、旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下になる。成形体２０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、特に第２温度に依存する。例えば第２温度が８３０℃以下であった場合、成形体２０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は８μｍ程度となる。第２温度が７８０℃以上８００℃以下であれば、成形体２０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は４μｍ以上７μｍ以下となる。また、第１焼き入れ工程（Ｓ３）及び第２焼き入れ工程（Ｓ３）が行われることにより、成形体２０を構成する鋼中に微細な化合物粒が析出し、分散する。

なお、第２焼き入れ工程（Ｓ３）が行われた後であって焼き戻し工程（Ｓ４）が行われる前の段階においては、内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率と外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率との間に、顕著な違いはない（内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率と外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率との差は、３体積パーセント未満である）。

焼き戻し工程（Ｓ４）は、第２焼き入れ工程（Ｓ３）の後に行われる。焼き戻し工程（Ｓ４）では、成形体２０に対する焼き戻しが行われる。

図５及び図６に示されるように、焼き戻し工程（Ｓ４）における加熱は、例えば、誘導加熱により行われる。より具体的には、加熱コイル３０を内周面２０ｃに沿って周方向に回転させて内周面２０ｃを誘導加熱することにより行われる。加熱コイル３０により内周面２０ｃの加熱が行われている際、外周面２０ｄは、噴射部３１から噴射される水等の冷却液により冷却されている。なお、外周面２０ｄに対する冷却処理は、噴射部３１に代えて、図示しない冷却ジャケットを用いて行われてもよい。この場合、外周面２０ｄは、水等の冷却液が内部を流れる冷却ジャケットと接触することにより冷却される。冷却液の流量は、例えば５Ｌ／分以上４０Ｌ／分以下である。

図７は、加熱コイル３０による加熱時間と内周面２０ｃ及び外周面２０ｄにおける温度との関係についてのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図７中において、横軸は、加熱コイル３０による加熱時間（単位：秒）であり、縦軸は、内周面２０ｃ及び外周面２０ｄにおける温度（単位：℃）である。図７のシミュレーションは、内周面２０ｃの加熱温度が４２０℃、外周面２０ｄを水冷、内周面２０ｃと外周面２０ｄとの間の距離が３ｍｍとの条件の下で行われた。図７に示されるように、焼き戻し工程（Ｓ４）においては、外周面２０ｄの加熱温度は、内周面２０ｃの加熱温度よりも低くなる。

図８は、内周面２０ｃの加熱温度を変化させた際の外周面２０ｄの加熱温度のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図８中において、横軸は、内周面２０ｃの加熱温度（単位：℃）、縦軸は、外周面２０ｄの加熱温度（単位：℃）である。図８のシミュレーションは、内周面２０ｃの加熱温度を変化させたことを除き、図７のシミュレーションと同様の条件で行われた。図８に示されるように、外周面２０ｄの加熱温度は、内周面２０ｃの加熱温度の一次式となる。内周面２０ｃの加熱温度をｘ、外周面２０ｄの加熱温度をｙとすると、ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ（ａは１未満の正の数、ｂは正の数）となる。

例えば、特開平１０−１０２１３７号公報に記載されているように、焼き戻し工程（Ｓ４）が行われた後における成形体２０を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率（Ｍ１）は、焼き戻し工程Ｓ４が行われる前における成形体２０を構成する鋼中の残留オーステナイトの体積比率（Ｍ０）、加熱温度（Ｔ）及び加熱時間（ｔ）を用いて、Ｍ_１＝Ｍ_０×｛Ａ×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）×ｔ^ｎ｝（Ａ、Ｑ及びｎは定数、Ｒはガス定数）となる。

そのため、加熱コイル３０による内周面２０ｃの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、外周面２０ｄの加熱温度を適宜調整することができ、それに伴い、内周面２０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率及び外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの体積比率を適宜調整することができる。

例えば参考文献（井上毅，「新しい焼き戻しパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼き戻し積算法への応用」，鉄と鋼，６６，１０（１９８０），１５３３）に記載されているように、焼き戻し工程（Ｓ４）が行われた後における成形体２０を構成する鋼の硬さ（Ｈｖ）は、加熱時間（ｔ）及び加熱温度（Ｔ）を用いて、Ｈｖ＝ｃ×ｌｏｇｔ＋ｄ／Ｔ＋ｅ（ｃ、ｄ及びｅは定数）となる。そのため、加熱コイル３０による内周面２０ｃの加熱温度及び加熱時間を適宜調整することにより、内周面２０ｃにおける硬さを適宜調整することができる。

後処理工程（Ｓ５）では、成形体２０に対する後処理が行われる。この後処理には、成形体２０に対する研削加工、成形体２０に対する洗浄等が含まれている。以上により、内輪１０の製造工程が完了する。
（内輪１０の効果）
反軌道面１０ｃにおける転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化が大きいと、クリープの発生原因になる。残留オーステナイトの体積比率が小さいほど、転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化は小さい。他方で、残留オーステナイトの体積比率が大きいほど上記焼き戻し工程（Ｓ４）での残留オーステナイトの分解に伴うマルテンサイトの分解が進んでいないため、硬さが高くなる。

一般的な焼き戻し処理（炉内加熱の焼き戻し処理）が行われる場合、軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイトの体積比率及び反軌道面１０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率は、ともに低下してしまうため、転がり軸受の使用に伴う寸法の経時変化に起因したクリープの発生は抑制されるが、軌道面１０ｄａの硬さを維持することはできない。

しかしながら、内輪１０の製造方法では上記焼き戻し工程（Ｓ４）が行われるため、内輪１０においては、反軌道面１０ｃにおける残留オーステナイト量が軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量よりも少なく、軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイトの体積比率と反軌道面１０ｃにおける残留オーステナイトの体積比率との差が、３体積パーセント以上となっている。そのため、内輪１０によると、軌道面１０ｄａにおける硬さを維持しながら、クリープの発生に伴う転がり軸受の破損を抑制することができる。

また、上記焼き戻し工程（Ｓ４）により、成形体２０の内周面２０ｃは外周面２０ｄより高温に加熱されるとともに、内周面２０ｃの残留オーステナイトの減少量は軌道面１０ｄａを含む外周面２０ｄにおける残留オーステナイトの減少量よりも多くなる。そのため、上記焼き戻し工程（Ｓ４）における冷却過程での内周面２０ｃ側の収縮量は、軌道面１０ｄａ側の収縮量よりも大きい。

この収縮量の違いに起因し、軌道面１０ｄａには圧縮残留応力が作用する。内輪１０においては、内周面１０ｃにおける残留オーステナイト量と軌道面１０ｄａにおける残留オーステナイト量との差が３体積パーセント以上（窒素富化層１０ｅが浸炭浸窒層として形成されているときは、１０体積パーセント以上）になっているため、軌道面１０ｄａには、１００ＭＰａ以上の比較的大きな圧縮残留応力が作用する。そのため、内輪１０によると、軌道面１０ｄａにおける転動疲労特性を改善することができる。

表１は、上記焼き戻し工程（Ｓ４）が行われる前後での外周面２０ｄにおける残留応力を示す。表１の例では、上記焼き戻し工程（Ｓ４）において、外周面２０ｄを上記冷却ジャケットにより水冷しながら内周面２０ｃを加熱温度３００℃で誘導加熱した。水の流量は、３０Ｌ／分とした。成形体を構成する鋼がＳＵＪ２とされた。表１に示されるように、上記焼き戻し工程（Ｓ４）が行われる前では、１００ＭＰａ未満の圧縮残留応力が外周面２０ｄに作用していた。他方で、上記焼き戻し工程（Ｓ４）が行われた後では、１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が外周面２０ｄに作用していた。より具体的には、外周面２０ｄからの距離が０．３ｍｍまでの位置において、圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上となっていた。

内輪１０においては、旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下に微細化されているため、強度が向上されているとともに、軸と摩耗した際の反軌道面の塑性変形量を小さくし、発生する摩耗粉を小さくすることができる。

上述のように、内輪１０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、特に上記製造方法の第２焼き入れ工程（Ｓ３）の第２温度に依存する。例えば第２温度が８３０℃以下であった場合、成形体２０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は８μｍ程度となる。第２温度が７８０℃以上８００℃以下であれば、成形体２０を構成する鋼中の旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は４μｍ以上７μｍ以下となる。

反軌道面１０ｃにおいて、化合物粒の平均粒径が２μｍ以下、面積比率が０．３％以上になるように分散している場合、軸と摩耗した際の反軌道面１０ｃの塑性変形量をさらに小さくすることができるとともに、発生する摩耗粉をさらに小さくすることができる。

反軌道面１０ｃにおける硬さが６５０Ｈｖ以上である場合には、軸と摩耗した際の反軌道面１０ｃの塑性変形量をさらに小さくすることができる。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施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、上述の実施形態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及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

１０ 内輪、１０ａ 第１端面、１０ｂ 第２端面、１０ｃ，２０ｃ 内周面、１０ｄ，２０ｄ 外周面、１０ｄａ 軌道面、１０ｅ 窒素富化層、１０ｆ 反軌道面、２０ 成形体、３０ 加熱コイル、３１ 噴射部。

Claims (10)

1. 焼入れが行われた鋼からなり、環状に設けられた軌道輪であって、
   周方向に沿って延在する軌道面と、
   径方向において前記軌道面とは反対側に位置する反軌道面とを有し、
   前記軌道面の残留オーステナイト量は前記反軌道面の残留オーステナイト量よりも多く、
   前記軌道面の残留オーステナイト量と前記反軌道面の残留オーステナイト量との差が３体積％以上であり、
   前記軌道面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径は、８μｍ以下であり、
   前記軌道面における圧縮残留応力は、１００ＭＰａ以上である、軌道輪。
2. 前記反軌道面には、炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくともいずれかからなる化合物粒が存在しており、
   前記反軌道面における前記化合物粒の平均粒径は、２μｍ以下であり、
   前記反軌道面における前記化合物粒の面積率は、０．３％以上である、請求項１に記載の軌道輪。
3. 前記軌道面および前記反軌道面には、浸窒層が形成されており、
   前記軌道面の残留オーステナイト量と前記反軌道面の残留オーステナイト量との差が１０体積％以上である、請求項１または２に記載の軌道輪。
4. 前記反軌道面の硬さが６５０Ｈｖ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪。
5. 内輪軌道面と、前記内輪軌道面とは反対側に位置する内径面とを有する内輪と、
   前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面と接触する複数の転動体とを備え、
   前記内輪が請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌道輪であり、
   前記内輪軌道面が前記軌道輪の前記軌道面であり、
   前記内径面が前記軌道輪の前記反軌道面である、転がり軸受。
6. 周方向に沿って延在する軌道面と、径方向において前記軌道面とは反対側に位置する反軌道面とを有する軌道輪を製造する方法であって、
   鋼からなり、前記周方向に沿って延在する第１の面と、前記径方向において前記第１の面と反対側に位置する第２の面とを有する成形体を準備する工程と、
   前記成形体を浸炭浸窒雰囲気または浸炭浸窒雰囲気中で前記鋼のＡ₁変態点以上の第１温度に加熱し、その後前記成形体を前記鋼のＭｓ変態点以下の温度に冷却する第１焼き入れ工程と、
   前記第１焼き入れ工程後に、前記成形体を前記Ａ₁変態点以上かつ前記第１温度未満の第２温度に再加熱し、その後前記成形体を前記鋼のＭｓ変態点以下の温度に冷却する第２焼き入れ工程と、
   前記第２焼き入れ工程後に、前記成形体を前記Ａ₁変態点未満の温度に保持する焼き戻し工程とを備え、
   前記第１焼き入れ工程および前記第２焼き入れ工程は、前記第１の面における旧オーステナイト結晶粒の平均粒径が８μｍ以下となるように行われ、
   前記焼き戻し工程では、前記第１の面が局所的に冷却されながら前記第２の面が局所的に加熱される、軌道輪の製造方法。
7. 前記焼き戻し工程では、前記成形体が前記第１の面を局所的に冷却する冷却部および前記第２の面を局所的に加熱する加熱部に対して前記周方向に相対的に回転している状態で、前記第１の面が局所的に冷却されながら前記第２の面が局所的に加熱される、請求項６に記載の軌道輪の製造方法。
8. 前記焼き戻し工程では、前記第１の面に冷却液を噴射することにより、前記第１の面が局所的に冷却される、請求項６または７に記載の軌道輪の製造方法。
9. 前記焼き戻し工程では、前記第２の面を誘導加熱することにより、前記第２の面が局所的に加熱される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
10. 前記焼き戻し工程では、前記第２の面が３００℃以上に加熱される、請求項６〜９のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。

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