JP2022054994A - 軌道輪 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能な軌道輪を提供する。【解決手段】軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上である。１２０℃で２０００時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、３０×１０－５以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、軌道輪に関する。

特開２０２０－１１７７８３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。内輪は、焼き入れの行われた高炭素鋼製である。内輪は、内周面と、外周面とを有している。外周面は、軌道面を含む。軌道面における鋼中の残留オーステナイト量は、内周面における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から内周面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、５体積パーセント以上である。

特開２０２０－１１７７８３号公報

特許文献１に記載の内輪においては、内周面における鋼中の残留オーステナイト量が低減されているため、径方向における寸法変化率が低減（すなわち、耐クリープ性が改善）されている。しかしながら、本発明者らが見出した知見によると、特許文献１に記載の内輪は、寸法安定性に改善の余地がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能な軌道輪を提供するものである。

本発明の第１態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上である。１２０℃で２０００時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、３０×１０^－５以下である。

本発明の第２態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有している。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上である。軌道面における鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上である。１２０℃で２０００時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、２０×１０^－５以下である。

本発明の第１態様及び第２態様に係る軌道輪では、軌道面に圧縮残留応力が作用していてもよい。

本発明の第１態様及び第２態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値が、３体積パーセント以上であってもよい。

本発明の第３態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。鋼には、浸窒処理が行われている。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有する。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、１８体積パーセント以上である。軌道面における硬さは、６５０Ｈｖ以上である。１２０℃で２０００時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、４０×１０^－５以下である。

本発明の第４態様に係る軌道輪は、鋼製である。軌道輪は、内周面と、軌道輪の径方向における内周面の反対面である外周面とを備えている。鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。鋼には、浸窒処理が行われている。内周面及び外周面の一方は、軌道面を有する。内周面及び外周面の他方は、反軌道面になっている。径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である。軌道面における残留オーステナイト量は、１８体積パーセント以上である。軌道面における硬さは、６５０Ｈｖ以上である。１２０℃で２０００時間保持した後の径方向における軌道輪の寸法変化率の絶対値は、３０×１０^－５以下である。

本発明の第３態様及び第４態様に係る軌道輪では、軌道面に１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が作用していてもよい。

本発明の第３態様及び第４態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残量オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を除した値が、１０体積パーセント以上であってもよい。

本発明の第１態様、第２態様、第３態様及び第４態様に係る軌道輪では、反軌道面における鋼の硬さが、６５０Ｈｖ以上であってもよい。

本発明の第１態様、第２態様、第３態様及び第４態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値で除した値で除した値が、０．３体積パーセント／ｍｍ以上３０体積パーセント／ｍｍ以下であってもよい。

本発明の第１態様、第２態様、第３態様及び第４態様に係る軌道輪では、軌道面における鋼の硬さから反軌道面における鋼の硬さを減じた値を径方向における内周面と外周面との間の距離の最小値で除した値で除した値が、１Ｈｖ／ｍｍ以上１００Ｈｖ／ｍｍ以下であってもよい。

本発明の第１態様、第２態様、第３態様及び第４態様に係る軌道輪によると、軌道面における信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することが可能である。

内輪１０の断面図である。 内輪１０の製造方法を示す工程図である。 加工対象部材２０の断面図である。 焼き戻し工程Ｓ３を説明するための平面模式図である。 焼き戻し工程Ｓ３を説明するための断面模式図である。 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。 内周面２０ｃの加熱温度を変化させた際の外周面２０ｄの到達温度のシミュレーション結果を示すグラフである。 内輪１０Ａの断面図である。 内輪１０Ａの製造方法を示す工程図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。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。

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。

第１実施形態に係る軌道輪は、転がり軸受の内輪１０である。第１実施形態に係る軌道輪は、内輪１０に限られず、例えば転がり軸受の外輪であってもよい。以下においては、内輪１０を第１実施形態に係る軌道輪の例として説明する。

図１は、内輪１０の断面図である。図１に示されるように、内輪１０は、中心軸Ａを有している。以下においては、中心軸Ａに沿う方向を軸方向とし、中心軸Ａを中心とする円に沿う方向を周方向とし、軸方向に直交している方向を径方向とする。内輪１０は、リング状（環状）の形状を有している。内輪１０は、第１幅面１０ａと、第２幅面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。

第１幅面１０ａ及び第２幅面１０ｂは、軸方向における内輪１０の端面である。第２幅面１０ｂは、軸方向における第１幅面１０ａの反対面である。

内周面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。内周面１０ｃは、周方向に沿って延在している。内輪１０は、内周面１０ｃにおいて、軸（図示せず）に取り付けられる。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、径方向における内周面１０ｃの反対面である。外周面１０ｄは、周方向に沿って延在している。内周面１０ｃ及び外周面１０ｄは、軸方向における一方端で第１幅面１０ａに連なっており、軸方向の他方端で第２幅面１０ｂに連なっている。

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、転動体（図示せず）に接触する。なお、内輪１０においては、内周面１０ｃが反軌道面になっている。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａにおいて、内周面１０ｃ側に窪んでいる。中心軸Ａを通る断面視において、軌道面１０ｄａは、部分円弧形状を有している。軌道面１０ｄａは、軸方向において、外周面１０ｄの中央にある。

軌道面１０ｄａと軌道面１０ｄａからの距離が０．３ｍｍとなる位置との間にある領域を、第１表層部１１とする。反軌道面（内周面１０ｃ）と反軌道面からの距離が０．３ｍｍとなる位置との間にある領域を、第２表層部１２とする。

内輪１０の厚さＴは、１０ｍｍ未満である。より具体的には、厚さＴは、５ｍｍ未満又は５ｍｍ以上１０ｍｍ未満のいずれかである。厚さＴは、径方向における内周面１０ｃと外周面１０ｄとの距離の最小値である。

内輪１０の径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さＴが５ｍｍ未満である場合、３０×１０^－５以下である。内輪１０の径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合、２０×１０^－５以下である。

内輪１０の径方向における寸法変化率は、１２０℃で２０００時間加熱保持した後の内輪１０の外径から当該加熱保持が行われる前の内輪１０の外径を減じた値を当該加熱保持が行われる前の内輪１０の外径で除することにより、算出される。

内輪１０は、鋼製である。この鋼は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ４８０５：２０１９）に定められている高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２である。この鋼は、焼き入れ及び焼き戻しが行われた鋼である。

内輪１０を構成している鋼中には、残留オーステナイトと、マルテンサイトとが含まれている。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上である。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量は、第１表層部１１における鋼中の残留オーステナイト量の平均値である。

軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量は、反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼中の残留オーステナイト量よりも多い。反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼中の残留オーステナイト量は、第２表層部１２における鋼中の軌道面１０ｄａにおける鋼中残留オーステナイト量の平均値である。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、３体積パーセント以上であることが好ましい。

軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量から反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を厚さＴで除した値は、０．３体積パーセント／ｍｍ以上３０体積パーセント／ｍｍ以下であることが好ましい。このことを別の観点から言えば、鋼中の残留オーステナイト量は、軌道面１０ｄａから反軌道面（内周面１０ｃ）にかけて、０．３体積パーセント／ｍｍ以上３０体積パーセント／ｍｍ以下の勾配で低下していることが好ましい。

鋼中の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折法を用いて測定される。すなわち、鋼中のマルテンサイトのＸ線回折ピークの積分強度と鋼中のオーステナイトのＸ線回折ピークの積分強度とを比較することにより、残留オーステナイト量が得られる。

軌道面１０ｄａには、圧縮残留応力が作用していることが好ましい。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。

軌道面１０ｄａにおいて、鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上である。反軌道面（内周面１０ｃ）において、鋼の硬さは、６５０Ｈｖ以上であることが好ましい。軌道面１０ｄａにおける鋼の硬さは第１表層部１１における鋼の硬さの平均値であり、反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼の硬さは、第２表層部１２における鋼の硬さの平均値である。

好ましくは、軌道面１０ｄａにおける鋼の硬さは、反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼の硬さよりも高い。好ましくは、軌道面１０ｄａにおける鋼の硬さから反軌道面（内周面１０ｃ）における鋼の硬さから減じた値を厚さＴで除した値は、１Ｈｖ／ｍｍ以上１００Ｈｖ／ｍｍ以下である。このことを別の観点から言えば、鋼の硬さは、軌道面１０ｄａから反軌道面（内周面１０ｃ）にかけて１Ｈｖ／ｍｍ以上１００Ｈｖ／ｍｍ以下の勾配で低下していることが好ましい。

鋼の硬さは、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。

以下に、内輪１０の製造方法を説明する。

図２は、内輪１０の製造方法を示す工程図である。図２に示されるように、内輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、焼き入れ工程Ｓ２と、焼き戻し工程Ｓ３と、後処理工程Ｓ４とを有している。

準備工程Ｓ１においては、加工対象部材２０が準備される。加工対象部材２０は、内輪１０とほぼ同一の形状を有している。図３は、加工対象部材２０の断面図である。図３に示されるように、加工対象部材２０は、第１幅面２０ａと、第２幅面２０ｂと、内周面２０ｃと、外周面２０ｄとを有している。第１幅面２０ａ、第２幅面２０ｂ、内周面２０ｃ及び外周面２０ｄは、後処理工程Ｓ４の終了後に、それぞれ第１幅面１０ａ、第２幅面１０ｂ、内周面１０ｃ及び外周面１０ｄとなる面である。

焼き入れ工程Ｓ２は、加熱工程Ｓ２１と、冷却工程Ｓ２２とを有している。加熱工程Ｓ２１において、加工対象部材２０は、Ａ_１変態点以上の温度に保持される。これにより、加工対象部材２０を構成している鋼中に、オーステナイトが生成される。冷却工程Ｓ２２において、加工対象部材２０は、Ｍｓ変態点以下の温度に冷却される。これにより、加熱工程Ｓ２１において生成されたオーステナイトの一部がマルテンサイトとなり、加熱工程Ｓ２１において生成されたオーステナイトの一部が残留オーステナイトとなる。なお、残留オーステナイトの分解は、焼き戻し工程Ｓ３により生じる。

図４は、焼き戻し工程Ｓ３を説明するための平面模式図である。図５は、焼き戻し工程Ｓ３を説明するための断面模式図である。図４及び図５に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３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、内周面２０ｃを加熱コイル３０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（図示せず）から噴射される水等の冷却液により冷却されている。

図６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６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６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６に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３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７は、内周面２０ｃの加熱温度を変化させた際の外周面２０ｄの到達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７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の到達温度（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７に示されるように、外周面２０ｄの到達温度は、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の到達温度を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Ｓ３が行われた後における加工対象部材２０を構成する鋼中の残留オーステナイト量（Ｍ_１）は、焼き戻し工程Ｓ３が行われる前における加工対象部材２０を構成する鋼中の残留オーステナイト量（Ｍ_０）、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の到達温度を適宜調整することができ、それに伴い、内周面２０ｃ（反軌道面）における残留オーステナイト量及び外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）における残留オーステナイト量を適宜調整することができる。

表１には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃを３００℃となるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合の軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量の測定結果が示されている。なお、表１の例では、加工対象部材２０の厚さ（内周面２０ｃと外周面２０ｄとの間の距離の最小値）は、３ｍｍである。表１に示されるように、軌道面１０ｄａにおける鋼中のオーステナイト量は、外周面２０ｄが水冷される結果、減少が抑制されており、焼き戻し工程Ｓ３後においても１０体積パーセント以上であった。

表２には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃを３００℃となるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合の軌道面１０ｄａにおける残留応力の測定結果が示されている。なお、表２中においては、圧縮残留応力が負の値で示されており、引張残留応力が正の値で示されている。表２の例では、加工対象部材２０の厚さは３ｍｍである。

上記のとおり、焼き戻し工程Ｓ３においては、外周面２０ｄ（外周面１０ｄ）における鋼中の残留オーステナイト量の低下が、抑制されている。その結果、表２に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３後では、内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量との違いに起因して、外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）に圧縮残留応力が作用するようになる。

焼き戻し工程Ｓ３により内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量が減少する結果、内輪１０の径方向における寸法変化率が減少する。表３には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが３００℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合と焼き戻し工程Ｓ３を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表４には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが４５０℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合と焼き戻し工程Ｓ３を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表３の例では加工対象部材２０の厚さは３ｍｍであり、表４の例では加工対象部材２０の厚さは５ｍｍである。表３及び表４中の寸法変化率の値が負であることは、加工対象部材２０が収縮するように変形していることを示している。

表３に示されるように、内輪１０では、厚さＴが５ｍｍ未満である場合、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより、１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が３０×１０^－５以下であった。表４に示されるように、内輪１０では、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより、１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が２０×１０^－５以下であった。

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Ｓ３が行われた後における加工対象部材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における硬さ及び外周面２０ｄにおける硬さを適宜調整することができる。

表５には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが３００℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合の内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが示されている。表５の例では、加工対象部材２０の厚さは、３ｍｍである。表５に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが減少しているが、６５０Ｈｖ以上の硬さを維持することが可能である。表５には示されていないが、焼き戻し工程Ｓ３により外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）においては鋼中の残留オーステナイトが分解されにくいため、外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）における鋼の硬さは、焼き戻し工程Ｓ３の前後で大きく変化しない。

後処理工程Ｓ４においては、加工対象部材２０に対する後処理が行われる。この後処理には、加工対象部材２０に対する研削加工、加工対象部材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。

以下に、内輪１０の効果を説明する。

内輪１０では、軌道面１０ｄａにおける鋼の硬さが６００Ｈｖ以上となっているとともに、軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量が１０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における信頼性（例えば、転動疲労寿命）が確保されている。

また、内輪１０では、径方向における１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、厚さＴが５ｍｍ未満の場合に３０×１０^－５以下であり、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合に２０×１０^－５以下であるため、寸法安定性が改善されている。このように、内輪１０によると、軌道面１０ｄａにおける信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することができる。

軌道面１０ｄａに圧縮残留応力が作用している場合、軌道面１０ｄａが起点となる剥離の発生を抑制することができる。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量と内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量との差が３体積パーセント以上である場合、内輪１０の寸法安定性をさらに改善することができる。内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが６５０Ｈｖである場合、反軌道面における内輪１０の耐摩耗性を改善することができる。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る軌道輪の構成を説明する。

第２実施形態に係る軌道輪は、転がり軸受の内輪１０Ａである。以下においては、内輪１０の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

図８は、内輪１０Ａの断面図である。図８に示されるように、内輪１０Ａは、第１幅面１０ａと、第２幅面１０ｂと、内周面１０ｃと、外周面１０ｄとを有している。外周面１０ｄは、軌道面１０ｄａを有している。内輪１０Ａは、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製である。これらの点に関して、内輪１０Ａの構成は、内輪１０の構成と共通している。

内輪１０Ａを構成している鋼は、浸窒処理が行われた鋼である。１２０℃で２０００時間保持した後の内輪１０Ａの径方向における寸法変化率の絶対値は、厚さＴが５ｍｍ未満である場合に４０×１０^－５以下であり、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合に３０×１０^－５以下である。軌道面１０ｄａ及び内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さは、６５０Ｈｖ以上である。

内輪１０Ａでは、軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量が、１８体積パーセント以上である。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量から内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、１０体積パーセント以上である。軌道面１０ｄａには、１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が作用している。これらの点に関して、内輪１０Ａの構成は、内輪１０の構成と異なっている。

以下に、内輪１０Ａの製造方法を説明する。

ここでは、内輪１０の製造方法と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

図９は、内輪１０Ａの製造方法を示す工程図である。図９に示されるように、内輪１０Ａの製造方法は、準備工程Ｓ１と、焼き入れ工程Ｓ２と、焼き戻し工程Ｓ３と、後処理工程Ｓ４とを有している。この点に関して、内輪１０Ａの製造方法は、内輪１０の製造方法と共通している。

内輪１０Ａの製造方法は、浸窒工程Ｓ５をさらに有している。この点に関して、内輪１０Ａの製造方法は、内輪１０の製造方法と異なっている。

浸窒工程Ｓ５は、焼き入れ工程Ｓ２の前に行われる。浸窒工程Ｓ５においては、加工対象部材２０の表面に対する浸窒処理が行われる。浸窒工程Ｓ５は、窒素を含む雰囲気ガス（例えば、アンモニアガスを含む雰囲気ガス）中において、加工対象部材２０を所定の温度で所定時間保持することにより行われる。これにより、加工対象部材２０の表面において、鋼中に窒素が固溶される。

表６には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃを３００℃となるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合の軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量の測定結果が示されている。なお、表６の例では、加工対象部材２０の厚さは、３ｍｍである。表６に示されるように、軌道面１０ｄａにおける鋼中のオーステナイト量は、外周面２０ｄが水冷される結果、減少が抑制されており、焼き戻し工程Ｓ３後においても１８体積パーセント以上であった。

上記のとおり、焼き戻し工程Ｓ３においては、外周面２０ｄ（外周面１０ｄ）における鋼中の残留オーステナイト量の低下が、抑制されている。その結果、表７に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３後では、内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量との違いに起因して、外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）に圧縮残留応力が作用するようになる。特に、浸窒工程Ｓ５が行われている場合、焼き戻し工程Ｓ３が行われる前の残留オーステナイト量が多いため、焼き戻し工程Ｓ３が行われた後の外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）における圧縮残留応力が１００ＭＰａ以上に大きくなる。

表８には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが３００℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合と焼き戻し工程Ｓ３を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表９には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが４５０℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合と焼き戻し工程Ｓ３を行わなかった場合との寸法変化率の違いが示されている。表８の例では加工対象部材２０の厚さは３ｍｍであり、表９の例では加工対象部材２０の厚さは５ｍｍである。表８及び表９中において寸法変化率の値が負であることは、加工対象部材２０が収縮するように変形したことを示している。

表８に示されるように、内輪１０では、厚さＴが５ｍｍ未満である場合には、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより、１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、４０×１０^－５以下であった。表９に示されるように、内輪１０では、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより、１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、３０×１０^－５以下であった。

表１０には、外周面２０ｄを水冷した状態で内周面２０ｃが３００℃になるように加熱して焼き戻し工程Ｓ３を行った場合の内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが示されている。表１０の例では、加工対象部材２０の厚さは、３ｍｍである。表１０に示されるように、焼き戻し工程Ｓ３が行われることにより内周面２０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが減少しているが、６５０Ｈｖ以上の硬さを維持することが可能である。表１０には示されていないが、焼き戻し工程Ｓ３により外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）においては鋼中の残留オーステナイトが分解されにくいため、外周面２０ｄ（軌道面１０ｄａ）における鋼の硬さは、焼き戻し工程Ｓ３の前後で大きく変化しない。

以下に、内輪１０Ａの効果を説明する。ここでは、内輪１０の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

内輪１０Ａでは、軌道面１０ｄａにおける鋼の硬さが６５０Ｈｖ以上となっているとともに、軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量が１８体積パーセント以上となっている。そのため、内輪１０Ａによると、軌道面１０ｄａにおける信頼性（例えば、転動疲労寿命）が確保されている。

また、内輪１０Ａでは、径方向における１２０℃で２０００時間保持した後の寸法変化率の絶対値が、厚さＴが５ｍｍ未満の場合に４０×１０^－５以下であり、厚さＴが５ｍｍ以上１０ｍｍ未満である場合に３０×１０^－５以下であるため、寸法安定性が改善されている。このように、内輪１０Ａによると、軌道面１０ｄａにおける信頼性を確保しつつ、寸法安定性をさらに改善することができる。

軌道面１０ｄａに１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が作用している場合、軌道面１０ｄａが起点となる剥離の発生を抑制することができる。軌道面１０ｄａにおける鋼中の残留オーステナイト量と内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼中の残留オーステナイト量との差が１０体積パーセント以上である場合、内輪１０の寸法安定性をさらに改善することができる。内周面１０ｃ（反軌道面）における鋼の硬さが６５０Ｈｖである場合、反軌道面における内輪１０の耐摩耗性を改善することができる。

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。

上記の実施形態は、転がり軸受の軌道輪に特に有利に適用される。

１０ 内輪、１０Ａ 内輪、１０ａ 第１幅面、１０ｂ 第２幅面、１０ｃ 内周面、１０ｄ 外周面、１０ｄａ 軌道面、１１ 第１表層部、１２ 第２表層部、２０ 加工対象部材、２０ａ 第１幅面、２０ｂ 第２幅面、２０ｃ 内周面、２０ｄ 外周面、３０ 加熱コイル、Ａ 中心軸、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 焼き入れ工程、Ｓ３ 焼き戻し工程、Ｓ４ 後処理工程、Ｓ５ 浸窒工程、Ｓ２１ 加熱工程、Ｓ２２ 冷却工程、Ｔ 厚さ。

Claims (11)

1. 鋼製の軌道輪であって、
   内周面と、
   前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
   前記鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製であり、
   前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
   前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
   前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ未満であり、
   前記軌道面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上であり、
   前記軌道面における前記鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上であり、
   １２０℃で２０００時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、３０×１０^－５以下である、軌道輪。
2. 鋼製の軌道輪であって、
   内周面と、
   前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
   前記鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製であり、
   前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
   前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
   前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であり、
   前記軌道面における残留オーステナイト量は、１０体積パーセント以上であり、
   前記軌道面における前記鋼の硬さは、６００Ｈｖ以上であり、
   １２０℃で２０００時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、２０×１０^－５以下である、軌道輪。
3. 前記軌道面には圧縮残留応力が作用している、請求項１又は請求項２に記載の軌道輪。
4. 前記軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を減じた値は、３体積パーセント以上である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の軌道輪。
5. 鋼製の軌道輪であって、
   内周面と、
   前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
   前記鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製であり、
   前記鋼には、浸窒処理が行われており、
   前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
   前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
   前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ未満であり、
   前記軌道面における残留オーステナイト量は、１８体積パーセント以上であり、
   前記軌道面における硬さにおける硬さは、６５０Ｈｖ以上であり、
   １２０℃で２０００時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、４０×１０^－５以下である、軌道輪。
6. 鋼製の軌道輪であって、
   内周面と、
   前記軌道輪の径方向における前記内周面の反対面である外周面とを備え、
   前記鋼は、ＪＩＳ規格に定められた高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２製であり、
   前記鋼には、浸窒処理が行われており、
   前記内周面及び前記外周面の一方は、軌道面を有し、
   前記内周面及び前記外周面の他方は、反軌道面になっており、
   前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値は、５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であり、
   前記軌道面における残留オーステナイト量は、１８体積パーセント以上であり、
   前記軌道面における前記鋼の硬さは、６５０Ｈｖ以上であり、
   １２０℃で２０００時間保持した後の前記径方向における前記軌道輪の寸法変化率の絶対値は、３０×１０^－５以下である、軌道輪。
7. 前記軌道面には１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力が作用している、請求項５又は請求項６に記載の軌道輪。
8. 前記軌道面における前記鋼中の残量オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を除した値は、１０体積パーセント以上である、請求項５～請求項７のいずれか１項に記載の軌道輪。
9. 前記反軌道面における前記鋼の硬さは、６５０Ｈｖ以上である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の軌道輪。
10. 前記軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量から前記反軌道面における前記鋼中の残留オーステナイト量を減じた値を前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値で除した値は、０．３体積パーセント／ｍｍ以上３０体積パーセント／ｍｍ以下である、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の軌道輪。
11. 前記軌道面における前記鋼の硬さから前記反軌道面における前記鋼の硬さを減じた値を前記径方向における前記内周面と前記外周面との間の距離の最小値で除した値は、１Ｈｖ／ｍｍ以上１００Ｈｖ／ｍｍ以下である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の軌道輪。

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