JP2870831B2

JP2870831B2 - 転がり軸受

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Publication number: JP2870831B2
Application number: JP1199120A
Authority: JP
Inventors: 宣晶三田村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1999-03-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
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Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車、農業機械、建設機械及び鉄鋼機械
等に使用される転がり軸受に係わり、特に、トランスミ
ッションやエンジン用として求められる長寿命な転がり
軸受に関する。

〔従来の技術〕

内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受は、高面圧
下で繰り返しせん断応力を受けるという厳しい使われ方
をするため、そのせん断応力に耐えて転がり疲労寿命
（以下、寿命、と言う）を確保する必要がある。

そこで、従来は、内輪，外輪または転動体である転動
部材用材料に高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）を用いて、そ
れに焼入れ・焼戻しをしてロックウェル硬さをHRC58〜6
4とすることにより上記寿命の向上を図っていた。

また、肌焼鋼を用いることにより寿命を向上する従来
例も存在する。この従来例では、接触面圧に起因する内
部せん断応力分布に合わせて、硬さカーブを設定する必
要から、焼入性の良好な低炭素肌焼鋼SCR420H,SCM420H,
SAE8620H,SAE4320H等を用い、これに浸炭又は浸炭窒化
処理→焼入れ→焼戻しを施すことにより、内外輪及び転
動体の表面部硬さがHRC58〜64であり、かつその芯部硬
さがHRC30〜48になるようにして必要とされる寿命を確
保してきた。

ところで、転がり軸受を使用する機械の高負荷化，高
速化が進んで軸受の使用条件が過酷になり、転がり軸受
が準高温下で使用されるようになると、次のような問題
が生じていた。

その第１として、転がり軸受の使用温度の上昇によっ
て軸受の硬さが低下することにより、塑性変形が生じ寿
命が低下する。第２として、高温下の使用では、軸受の
外輪，内輪及び転動体における油膜が切れる虞があり、
この結果、境界潤滑が生じ易くなり、軸受部材の摩耗が
促進される。さらに、第３の問題として、軸受部材には
残留オーステナイトが多少残存しているため、高温下で
この残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、こ
の結果、寸法変化が生じいわゆる寸法安定性を害する。

そこで、従来は、準高温下で使用される転がり軸受の
寸法安定性を優先して解決するために、高炭素クロム軸
受鋼（SUJ2）に高温テンパーを施し、残留オーステナイ
トを予めマルテンサイト化することにより寸法安定性を
向上したSUJ2の高温テンパー品が提供されている。

このSUJ2の高温テンパー品以外に、高温用の転動部材
用材料としては、Cr,Mo,Vを含有した高温軸受用高速度
鋼であるM50の如くの析出硬化型鋼が提供されている。

このM50は、高温焼戻しが施されることより、合金炭
化物を析出させて転がり軸受の高温使用時の強度を有す
るようにしたものである。

この他、使用温度が準高温〜高温に達する虞のある転
がり軸受の寿命向上のために、例えば、特開昭52−1304
15号に記載の耐摩耗浸炭鋼、及び特開昭57−164977号の
表面硬化鋼を転動部材用材料として用いることもでき
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記SUJ2の高温テンパー品では、寸法安定性を向上で
きる反面、高温テンパーによって硬さが低下して塑性変
形等により寿命が低下する。また、耐摩耗性も十分では
ないため、軸受の高温使用時の境界潤滑下で摩耗が著し
く進行する虞がある。

また、上記析出硬化型のM50では、Ｃ濃度が高く素材
の段階でCr,Mo,Vの巨大炭化物が存在するため前処理の
加工性が悪く、また、巨大炭化物の存在は炭化物の周り
において応力集中が起こり、その部分を起点としてフレ
ーキングを生じ、かえって寿命が低下すると言う課題が
あると共に前加工の段階での加工性が悪いという課題が
あった。

そこで、高温での溶体化処理（約1100℃）を行い、巨
大な炭化物をマトリックスに溶け込ました後に炭化物を
微細化する特別の熱処理を必要とする。しかし、これで
は特別の熱処理設備が必要であると共に、熱処理生産性
が低下すると言う課題がある。

また、上記特開昭52−130415号に記載の耐摩耗浸炭鋼
では、Mo,Crの含有量が多く、この結果、炭化物が大き
くなる虞がある。

さらに、上記特開昭57−164977号の表面硬化鋼では、
炭素の含有量が多いため同様に炭化物が大きくなる虞が
あると共に、残留オーステナイトも多くこの結果、寸法
安定性も低下することになる。

そこで、この発明は上記種々の課題を解決するため
に、高温下でも軟化を来すことなく、しかも高温下の寸
法安定性，耐摩耗性に優れ、高温下で使用されても長寿
命の転がり軸受を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、請求項（１）記載の転
がり軸受は、内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、当該内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、Cr:5.0〜
8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以下、O:1
2ppm以下、残部Fe及び不可避の不純物の合金鋼からな
り、かつ浸炭又は浸炭窒化熱処理が施こされ、次いで、
焼入れ，高温焼戻しがなされている表層部を備え、さら
にその表層部における残留オーステナイト量が3vol％以
下であることを特徴とするものである。

また、同じく上記の目的を達成するために、請求項
（２）記載の転がり軸受は、内輪，外輪及び転動体から
なる転がり軸受において、当該内輪，外輪及び転動体の
少なくとも一つが、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重
量％、Cr:5.0〜8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6
重量％以下、O:12ppm以下、V:0.1〜1.0重量％、残部Fe
及び不可避の不純物の合金鋼からなり、かつ浸炭又は浸
炭窒化熱処理が施こされ、次いで、焼入れ，高温焼戻し
がなされてある表層部を備え、さらにその表層部におけ
る残留オーステナイト量が3vol％以下であることを特徴
とするものである。

同じく、上記の目的を達成するために、請求項（３）
記載の転がり軸受は、内輪，外輪及び転動体からなる転
がり軸受において、当該内輪，外輪及び転動体の少なく
とも一つが、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、C
r:5.0〜8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以
下、O:12ppm以下、残部Fe及び不可避の不純物の合金鋼
からなり、かつその表層部における炭化物の量が20〜50
vol％、さらに同表層部における残留オーステナイト量
が3vol％以下であることを特徴とする。

同じく、上記の目的を達成するために、請求項（４）
記載の転がり軸受は、内輪，外輪及び転動体からなる転
がり軸受において、当該内輪，外輪及び転動体の少なく
とも一つが、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、C
r:5.0〜8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以
下、O:12ppm以下、V:0.1〜1.0重量％、残部Fe及び不可
避の不純物の合金鋼からなり、かつその表層部における
炭化物の量が20〜50vol％、さらに同表層部における残
留オーステナイト量が3vol％以下であることを特徴とす
る。

さらに同じく、請求項（５）記載の転がり軸受は、前
記請求項（１）ないし（４）のいずれかにおいて、前記
表層部における炭化物の大きさが0.5〜1.0μｍであるこ
とを特徴としている。

〔作用〕

本発明は、低中炭素鋼にSi,Cr,Mo,V等を添加したこと
を内容とする。Si,Cr,Mo,Vの添加によって焼戻し軟化抵
抗性が向上し、よっけ高温テンパーによる硬さの低下を
抑制し、従って高温下での軟化を抑制させることが可能
となる。

また、Cr,Mo,Vは高温でテンパーすると合金炭化物の
析出硬化により高温下で高い硬度を得ることができる。
従って、寸法安定性に悪影響を及ぼす残留オーステナイ
トを低減するために高温テンパーを行っても硬さの低下
を防ぐことができる。

また、本発明に係わる転がり軸受は、マトリックスが
低中炭素鋼であるため、素材の段階では巨大な炭化物が
発生しにくい。よって、巨大な炭化物の溶体化処理のた
めの複雑な熱処理を必要としないし、特別の、例えばソ
ルトバスのような高温処理設備も必要としない。

この低中炭素鋼に浸炭熱処理または浸炭窒化熱処理を
施して焼入れ、焼戻しを行う過程で微細な炭化物が表層
部に形成される。炭化物が微細であると応力集中が少な
いためフレーキングが発生しにくく、その結果寿命が向
上する。また、表層部における微細な炭化物の存在によ
り耐摩耗性が向上する。

次に、本発明における各含有元素の作用及び含有量の
臨界的意義について説明する。

〔C:0.2〜0.6重量％〕Ｃは焼入れ、焼戻し後の硬さを向上するために必要な
元素である。この場合、浸炭または浸炭窒化により表面
の炭素濃度を上げるため、上記数値は芯部におけるＣの
含有量となる。

Ｃの含有量が0.6重量％を越えると素材の段階で巨大
な炭化物が発生するため、靱性が低下し、破壊強度も低
下する。また、Ｃの含有量が高いと残留オーステナイト
量が大きくなり、高温下で寸法変化が生じ、寸法安定性
が阻害される。

一方、0.2重量％未満であると、浸炭又は浸炭窒化処
理時間が長くなり熱処理生産性が低下する。

〔Si:0.5〜2.0重量％〕鋼中のSiは、固溶強化及び焼戻し軟化抵抗の向上に有
効である。その効果を発揮するため、含有量を0.5重量
％以上入れることが必要である。しかし、含有量が多く
なると機械的強度の低下を招く。また、Siは浸炭阻害性
のある元素である事等から上限を2.0重量％とした。

〔Cr:5.0〜8.0重量％〕 Crは焼戻し軟化抵抗性の向上を示す元素である。ま
た、高温で焼戻しすることにより微細な炭化物を形成し
て析出硬化を示す。よって以上のことから、高温焼戻し
を行っても十分な硬さが得られる。

また、浸炭または浸炭窒化の際表層部に硬くて微細な
Cr炭化物を析出するため、耐摩耗性が向上する。

これらの効果を発揮させ、必要な表面硬さ（望ましく
は、HRC62〜70）を確保するためにCr含有量の下限を5.0
重量％とした。

一方、Cr含有量の上限が8.0重量％を越えると、素材
の段階で巨大炭化物ができてしまい、この炭化物の回り
で応力集中が生じ寿命の低下を来す虞があるため、Crの
含有量の上限を上記値にした。

〔Mo:3.0重量％以下〕 Moは前記Crと同様に焼戻し軟化抵抗に有効な元素であ
ると共に、表層部に炭化物を形成するために必要な元素
である。また、焼入れ性を向上する元素でもある。

しかしながら、Moを3.0重量％以上含有させても上記
効果はそれほど上がらず逆に素材の段階で巨大な炭化物
が形成して寿命を低下させる虞があるため、Moの含有量
の条件を3.0重量％とした。

〔Mn:1.6重量％以下〕鋼中のMnは、焼入れ性の向上に大きな役割を有し、し
かも廉価であることから含有される。

しかし、その含有量が多いと非金属介在物が多く生じ
易く、且つ、硬度が向上し、鍛造性，被削性等の機械加
工性が低下するため、Mnの含有量の上限を上記値とし
た。

〔O:12ppm〕Ｏは酸化物系非金属介在物（特に、Al₂O₃）の発生元
素として寿命を低下させるために、その含有量を極力低
下させる必要があり、そこで含有量の上限を12ppm以下
とした。望ましくは9ppm以下にすることが良い。

〔V:0.1〜1.0重量％〕Ｖは焼戻し軟化抵抗性の向上に顕著な効果を有すると
共に、結晶粒界に析出して結晶粒の粗大化を抑制し、そ
の微細化を図ると共に、鋼中の炭素と結合して、微細な
炭化物を形成する元素であり、その添加によって軸受表
層部の硬さが向上して耐摩耗性が良好となるため添加さ
れる（請求項（２），（４）記載の発明）。

その効果は、Ｖ含有量が0.1重量％以上において顕著
となるため、含有量の下限をこの値とした。

一方、含有量の上限が1.0重量％を越えると、結晶粒
界にＶの炭化物が析出して、加工性及び種々の機械的性
質を劣化させるばかりでなく、Ｖは高価でありコスト的
にも不利となるため、含有量の上限を上記値に限定し
た。

〔炭化物の存在量:20〜50vol％〕本発明において、軸受の表層部における炭化物の存在
量は、20〜50vol％であることが望ましい。

軸受の長寿命化を達成する上で表面硬さは、HRC62〜7
0を有することが望ましいが、炭化物の存在量が20vol％
未満であると、上記望ましい硬さを得ることができな
い。一方、50vol％を越えて存在すると、微細な炭化物
同士が結合して、炭化物が粗大化して応力集中が生ずる
ので好ましくない。

微細な炭化物を上記範囲内で軸受の表層部に存在させ
ることにより、表面硬さがHRC62〜70の高硬度の軸受を
得ることができるため、軸受の表層部における炭化物の
存在量を20〜50vol％に限定した。

本発明では、上記各種元素の他不可避の不純物元素が
含有される。この不可避の不純物元素としてはTi,S,Pが
例えば挙げられる。

Tiは、TiNの形で非金属化合物として出現する。このT
iNは硬度が高く、塑性変形能が小さいため、応力集中源
となり、寿命を低下させる結果、Ti含有量をできるだけ
低下することが必要である。望ましくはその含有量を40
ppm以下にする。

Ｐは合金鋼の耐衝撃性を低下させる元素である。よっ
て、その含有量を低下させる必要があり、望ましくは含
有量を200ppm以下とする。

ＳはMnSなどの硫化物系非金属介在物生成の原因とな
る。MnSは硬度が低く、塑性変形能が大きいことから圧
延、鍛造などの前加工時割れ発生の起点として作用す
る。したがって、鍛造等の前加工時に割れ発生を防止
し、より強加工を可能にするためＳ含有量を極力低下さ
せる必要があり、80ppm以下とすることが望ましいもの
である。

本発明において、内輪、外輪及び転動体の少なくとも
一つの表層部には、浸炭又は浸炭窒化処理，焼入れ，焼
戻しの処理によって、微細な球状炭化物が生ずる。

この炭化物は硬く耐摩耗性に優れ、その結果軸受の寿
命を向上する。しかも、その大きさは微細であるため、
負荷荷重に基づく応力集中を来すこともなく軸受の寿命
を向上することができる。

本発明において、炭化物とは、例えば、Cr₇C₃,Cr₃C₆,
Mo₂C,VC,V₄C₃及びFe₃C又はこれらの複炭化物が挙げられ
る。

本発明において、炭化物の大きさ（最大直径と最小直
径の和の1/2）は、0.5〜1.0μｍにあることが望まし
い。

上記本発明において、特許請求の範囲に記載の組成を
有する合金鋼に、浸炭又は浸炭窒化を行うことにより、
固溶炭素又は固溶炭素窒素量を0.6〜0.8重量％（表面の
全炭素濃度2.5〜3.8重量％）にし、これを焼入れ，高温
焼戻しをすることにより、表層部に前記微細な球状炭化
物を析出できると共に、残留オーステナイト量を3vol％
以下にすることができる。

残留オーステナイトは、高温下でマルテンサイトに変
態し、この時寸法変化が生じるため、表層部における残
留オーステナイト量を3vol％以下にすることが望まし
い。

ところで、本発明に係わる転がり軸受は高温焼戻しを
施すことにより、残留オーステナイトをマルテンサイト
化して、表層部における残留オーステナイト量を3vol％
以下にしたものである。この時の焼戻し温度は、焼戻し
温度が低いと残留オーステナイトをマルテンサイト化す
ることが不十分であるとの観点から、250〜550℃程度、
好ましくは400〜450℃であることが望ましい。

尚、上記浸炭または浸炭窒化熱処理において、A₁変態
点を越えて加熱される際に炭化物の核を発生させて、そ
の後の焼入れ及び焼戻しの過程において微細な球状炭化
物を表層部に析出することができる。しかも、固溶炭素
量を0.6〜0.8重量％（表面の全炭素濃度2.5〜3.8重量
％）にすることにより、表層部の炭化物の存在量を20〜
50vol％にすることができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について説明する。

次の第１表に示す組成の合金鋼を用いた転動部材を浸
炭処理し、次いで均熱処理，焼入れ，焼戻しを行うこと
により、試験片１〜９を作成した。

この各試験片の熱処理条件は第２表に示される。この
うち、試験片１の熱処理条件について説明すると次の通
りである。。

浸炭処理のうち直接焼入れ（ダイレクトクエンチン
グ）は、Rxガス＋エンリッチガスの雰囲気で約10時間、
980℃浸炭熱処理を行い、その後この状態から油焼入れ
を行い、更に500℃×２時間×３回の高温焼戻しを行
う。

試験片3,5については浸炭を行うことなく焼入れを行
い、その他の試験片については、浸炭条件或いは焼戻し
温度を変えた熱処理を行った。

尚、浸炭に代えて浸炭窒化を起う際には、Rxガス＋エ
ンリッチガス＋アンモニアガス５％の雰囲気で、約３〜
５時間、830〜870％で浸炭窒化熱処理を行い、その後前
記浸炭処理の場合と同様な処理を行うことができる。

次に上記各試験片について、表面硬さ（HRC）の測定
と残留オーステナイト量の測定さらには炭化物の大きさ
の測定を行った。この結果の表面硬さ（HRC）について
第２表に示す。

また、各試験片を用いて転がりスラスト軸受の内輪及
び外輪のいずれにでも適用できる円盤状試験片を作成
し、この夫々のスラスト軸受の軌道輪である円盤状試験
片について、応力繰り返し数（cycle）で示される寿命
（L₁₀）を測定した。この寿命の測定に際し、準高温下
での寿命特性を見るために、準高温（150℃）下，常温（約20℃程度）下でそれぞれ寿命の
測定を行った。この寿命の測定は次の条件に基づいて行
った。

試験機…「特殊鋼便覧（第１版）電気製鋼研究所編，
理工学舎,1965年５月25日，第10頁〜第21頁」記載のス
ラスト試験機潤滑油…FKBオイル RO 150（150℃試験） …FKBオイル RO 80（常温試試験）最大面圧…560kg/mm²（150℃試験） …530kg/mm²（常温試験）応力繰り返し数…3000cpm 各試験片の寿命の値は第２表に示される。

そして、試験片１〜９の夫々の円盤状試験片を複数用
いて、高温（150℃）下、応力繰り返し数と繰り返し応
力によって円盤状試験片にフレーキングが生じて該円盤
状試験片が破損する確率との関係を調べた。この結果を
第１図に示す。

また、試験片１〜４について第１図と同様に、常温下
の応力繰り返し数と破損確率との関係を調べた。この結
果は第２図に示される。

尚、第1,2図において、図中の数値は各試験片の番号
を示す。

次に前記各試験片を用いて内径6mmの小型球軸受（68
6）を試作し、この軸受について耐摩耗性の試験を行っ
た。試験条件は次の通りである。予圧…2kgf,揺動角…
８゜，スピード…20HZ,グリース潤滑，評価サイクル…
２×10⁷回，温度…常温，試作数…８個この耐摩耗性試験結果を次の第３表に示して説明す
る。

（フレッチングによる摩耗量）内外輪溝のフレッチングによる摩耗量のグラフを第３
図に示す。第３図の摩耗量は同じ試験片で構成された軸
受８個の摩耗量を平均したものである。

次に各試験片について前記各試験結果の分析を行う。

試験片１は請求項（１），（３）及び（５）記載の発
明の実施例に相当するものであり、第２表に示されるよ
うに、微細な炭化物が表層部に析出していると共に焼戻
し軟化抵抗性を向上する各種元素が含有されているため
に、高温テンパーを行っても表面硬さもHRC62.7のよう
に高い値となっている。また、高温テンパーにより残留
オーステナイト量も少なくなっている。

そして、硬さもこのように良好であり、且つ、炭化物
も微細であるため、準高温下（150℃）及び常温下の寿
命試験の結果も良好な値となっている。従って、第１図
に示すように高温下での応力繰り返し数に対する破損確
率が小さく、このことは第２図に示すように常温下でも
同じである。

また、表層部に微細な球状炭化物が形成されているた
めに、第３表に示すように試験片１を用いて転がり軸受
を作成した際、フレッチングの発生個数が一つと少な
く、且つ、第３図に示すように摩耗量も少なくなってい
る。従って、試験片１の耐摩耗性は良好である。

試験片２は請求項（２），（４）及び（５）記載の実
施例に相当するものであり、Ｖが0.2重量％添加されて
いる点が、試験片１と異なる。

このＶは微細な炭化物を形成する他、結晶粒の粗大化
を防止するため、さらに炭化物が微細化される。

このため、第２表に示すように、試験片２は試験片１
と同様に高温テンパー後の硬さ（HRC）も良好であり、
残留オーステナイト量も少ない。炭化物がさらに微細化
されていることからその分応力の集中を緩和できるた
め、準高温下及び常温下におけるL₁₀寿命の値も良好で
ある。

さらに第1,2図に示すように応力繰り返し数−破損効
率の特性も前記試験１と同様に良好な値となっている。

またさらに、炭化物がより微細化されていることか
ら、第３表及び第３図に示すように、耐摩耗性の特性も
試験片１よりやや良い値となっている。

試験片３は試験片1,2の比較例である高炭素クロム軸
受鋼（SUJ2）に相当するものである。この試験片３は高
温テンパーによって残留オーステナイト量は低減する反
面、硬さがHRC59.2と低い値となっている。また、炭化
物を形成するCrの含有が本発明の範囲を下回るため、炭
化物の量も少ない。又、高温焼戻し抵抗性を向上するSi
も少なく、その結果、第２表に示すように、準高温及び
常温下におけるL₁₀寿命も悪くまた、第1,2図に示すよう
に応力繰り返し数−破損効率の特性も前記試験片1,2と
比較して大幅に低下している。

さらに、第３表に示すように、フレッチングの発生個
数が多く、第３図に示すように摩耗量も大幅に多くな
る。

試験片４は、試験片1,2の比較例である肌焼鋼（SCr42
0）に相当するものである。

この試験片４は焼戻し軟化抵抗性の向上に資するSi,C
rの含有量が本発明の範囲を下回り、また、Crの含有量
が少ないことから表層部に発生する炭化物量も少なくな
ってくる。

よって第２表に示すように、HRC硬さの値も上記試験
片1,2に比較して低い値となっており、且つ、準高温及
び常温下におけるL₁₀寿命も低い値となっている。

また、第1,2図に示すように応力繰り返し数−破損効
率の特性も前記試験片1,2に比較して大幅に低下してい
る。

試験片５は試験片1,2の比較例である高温軸受用高速
度鋼であるM50に相当するものである。この試験片５で
は、炭素含有量が多いため素材の段階で巨大炭化物が発
生するので、1100℃の温度で焼入れして巨大炭化物を一
旦マトリックスに固溶する溶体化処理を行っている。こ
のため、熱処理が複雑になる。

また、Si、Crの含有量が本発明の下限より少ないた
め、炭化物の大きさも試験片1,2に比較して大きくな
り、第２表に示すように寿命も低下する。そして第１図
に示すように、応力繰り返し数−破損効率の特性も試験
片２に比較して劣化する。

さらに、第３表に示すように、試験片1,2に比較し
て、フレッチングの発生個数が多く、第３図に示すよう
に摩耗量も大幅に多くなる。

試験片６は請求項（１）記載の発明の比較例に相当す
るものであり、Crの含有量が少なくなっている。Crの含
有量が少ないと焼戻し軟化抵抗性向上の度合いが少な
く、また、析出する炭化物量が不足する。よって、硬さ
及び寿命とも第２表に示すように試験片1,2に比較して
低下する。また、応力繰り返し数−破損効率の特性も試
験片1,2に比較して劣化する。

試験片７は試験片６と同様に、請求項（１）記載の発
明の比較例に相当するものであり、Moが含有されていな
い。

Moが含有されないと、焼入れ性が低下するとともに焼
戻し軟化抵抗性向上の度合いも少なくなる。よって、第
２表に示すように、硬度が低下し、寿命も低下する。ま
た、第１図に示すように、応力繰り返し数−破損効率の
特性も試験片1,2に比較して悪くなり、さらに、第３表
に示すように、試験片1,2に比較して、フレッチングの
発生個数が多く、第３図に示すように摩耗量も多くな
る。

試験片８も請求項（１）記載の発明の比較例に相当す
るものであり、Cr,Moの含有量が本発明の上限を越える
ものである。Cr,Moの含有量が多くなると、炭化物が巨
大化する虞がある。従って、試験片８の硬度は試験片1,
2と同様に良好な値となっているが、炭化物が巨大な分
応力集中の度合いが大きくなるため、試験片1,2と比較
して寿命が若干低下する。尚、試験片８は第１図に示す
ように、応力繰り返し数−破損効率の特性は良好であ
り、さらに、第３表に示すように、フレッチングの発生
個数も少なく、第３図に示すように摩耗量も少ない。本
発明の範囲を越えるCr,Moの添加はコスト的に不利とな
る。

試験片９は請求項（２）記載の発明の比較例に相当す
るものであり、Ｖの含有量が本発明の上限を越えるもの
である。

しかし、Ｖの含有量が多くなっても、試験片９の硬度
及び寿命は、第２表に示すように、試験片1,2と比較し
て略同じであり、第１図に示す応力繰り返し数−破損効
率の特性及び第３表及び第３図に示す耐摩耗性の特性に
ついても同様である。但し、本発明の範囲を越えるＶの
添加量の増加はコストの上昇となる。

尚、本発明で云う表層部とは、転がり軸受を構成する
内輪、外輪及び転動体の軌道面の接触面にかかる接触圧
から計算で求まる。すなわち、最大せん断応力位置（表
面からの深さ）をZ₀とすると、表面からZ₀〜2Z₀の深さ
迄の部分を云う。オーダとして、例えば表面から0.2〜
0.5mm程度の深さとなる。

また、上記第２表にに関して説明した転がり寿命試験
では、内輪及び外輪の何方にも適用できる円盤状試験片
についての寿命を示したが、同様の材料で転動体を形成
し、これについて上記転がり寿命試験を行っても同様の
結果を得ることができる。

またさらに、耐摩耗性試験に際しては、転がり軸受全
体、即ち、内外輪及び転動体を前記供試片で作成した
が、内輪、外輪及び転動体の少なくとも一つが本発明に
係わる合金鋼で構成されれば、前記実施例と同様に良好
な耐摩耗特性を得ることが可能となる。

また、前記実施例では、寿命試験を準高温下（150
℃）で行ったが、さらに高温である例えば、200〜500℃
程度の高温においても、前記第２表と同様に良好な結果
を得ることができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、請求項（１）記載の発明によれ
ば、高温下でも軟化を来すことなく、高温下の寸法安定
性，耐摩耗性に優れているために、準高温〜高温下で使
用されても長寿命の転がり軸受を提供することができ
る。

また、請求項（２）記載の発明によれば、Ｖが添加さ
れているために炭化物がより微細化された転動部材溶鋼
を用いて転がり軸受を形成しているために、準高温〜高
温下で使用されてもより長寿命の転がり軸受を提供する
ことができる。

さらに、請求項（３），（４）の発明によれば、表層
部に微細な炭化物が適量存在するため、応力集中を生ず
ることもなく軸受の長寿命化に必要な表面硬さHRC62〜7
0が得られる。

また、請求項（５）の発明によれば、適度に微細な炭
化物が表層部に存在するのでやはり応力集中を来すこと
なく軸受寿命を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、準高温下使用時の転がり軸受における応力繰
り返し数−破損確率の関係で示されるスラスト寿命試験
結果を表す特性図、第２図は、常温下使用時の転がり軸
受における応力繰り返し数−破損確率の関係で示される
スラスト寿命試験結果を表す特性図、第３図は、内外輪
みぞのフレッチングによる摩耗量を示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、当該内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、Cr:5.0〜
8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以下、O:1
2ppm以下、残部Fe及び不可避の不純物の合金鋼からな
り、かつ浸炭又は浸炭窒化熱処理が施こされ、次いで、
焼入れ，高温焼戻しがなされてなる表層部を備え、さら
にその表層部における残留オーステナイト量が3vol％以
下であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、当該内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、Cr:5.0〜
8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以下、O:1
2ppm以下、V:0.1〜1.0重量％、残部Fe及び不可避の不純
物の合金鋼からなり、かつ浸炭又は浸炭窒化熱処理が施
こされ、次いで、焼入れ，高温焼戻しがなされてなる表
層部を備え、さらにその表層部における残留オーステナ
イト量が3vol％以下であることを特徴とする転がり軸
受。
【請求項３】内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、当該内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、Cr:5.0〜
8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以下、O:1
2ppm以下、残部Fe及び不可避の不純物の合金鋼からな
り、かつその表層部における炭化物の量が20〜50vol
％、さらに同表層部における残留オーステナイト量が3v
ol％以下であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】内輪，外輪及び転動体からなる転がり軸受
において、当該内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、C:0.2〜0.6重量％、Si:0.5〜2.0重量％、Cr:5.0〜
8.0重量％、Mo:3.0重量％以下、Mn:1.6重量％以下、O:1
2ppm以下、V:0.1〜1.0重量％、残部Fe及び不可避の不純
物の合金鋼からなり、かつその表層部における炭化物の
量が20〜50vol％、さらに同表層部における残留オース
テナイト量が3vol％以下であることを特徴とする転がり
軸受。
【請求項５】前記表層部における炭化物の大きさが0.5
〜1.0μｍであることを特徴とする請求項（１）ないし
請求項（４）のいずれかに記載の転がり軸受。