JP3385742B2 - 転がり軸受及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は転がり軸受及びその製造
方法に関し、特に、産業機械等で高温条件下（例えば、
１３０℃以上）において使用される転がり軸受及びその
製造方法に関する。
方法に関し、特に、産業機械等で高温条件下（例えば、
１３０℃以上）において使用される転がり軸受及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、転がり軸受においては、高面圧
下で繰り返し剪断応力を受けるという厳しい使われ方が
なされるため、その剪断応力に耐え得るような転がり疲
労寿命（以下、寿命と言う）を確保する必要がある。こ
のため、従来より転がり軸受を構成する軌道輪、即ち、
内・外輪または転動体等の転動部材用材料に高炭素クロ
ム鋼を使用すると共に、該高炭素クロム鋼に焼入れを施
した後、１６０〜２００℃の範囲で焼戻しを施し、ロッ
クウェル硬さをＨＲＣ６０〜６４とすることにより上記
寿命の向上を図っている。
下で繰り返し剪断応力を受けるという厳しい使われ方が
なされるため、その剪断応力に耐え得るような転がり疲
労寿命（以下、寿命と言う）を確保する必要がある。こ
のため、従来より転がり軸受を構成する軌道輪、即ち、
内・外輪または転動体等の転動部材用材料に高炭素クロ
ム鋼を使用すると共に、該高炭素クロム鋼に焼入れを施
した後、１６０〜２００℃の範囲で焼戻しを施し、ロッ
クウェル硬さをＨＲＣ６０〜６４とすることにより上記
寿命の向上を図っている。
【０００３】ところで、転がり軸受を１３０℃以上の高
温条件下で使用する場合は、軸受材料である高炭素クロ
ム鋼中の残留オーステナイト相が分解するため、短時間
で寸法膨張を起こし、寸法安定性に欠けるという欠点が
ある。
温条件下で使用する場合は、軸受材料である高炭素クロ
ム鋼中の残留オーステナイト相が分解するため、短時間
で寸法膨張を起こし、寸法安定性に欠けるという欠点が
ある。
【０００４】そこで、高温で使用する高温用転がり軸受
については、上述した通常の焼戻し温度（１６０〜２０
０℃）よりも高い温度、例えば２４０℃以上の温度で焼
戻しを行うことによって、残留オーステナイトを完全に
分解させ、残留オーステナイトを実質的に０％として製
品化している（以下、「第１の従来例」という）。
については、上述した通常の焼戻し温度（１６０〜２０
０℃）よりも高い温度、例えば２４０℃以上の温度で焼
戻しを行うことによって、残留オーステナイトを完全に
分解させ、残留オーステナイトを実質的に０％として製
品化している（以下、「第１の従来例」という）。
【０００５】上記第１の従来例においては、高温で焼戻
しを行っているため、転がり軸受の硬度が低下し、この
ため転がり軸受の寿命低下を招来するが、寸法安定性に
優れているため多少の寿命特性の劣化を容認して使用さ
れている。
しを行っているため、転がり軸受の硬度が低下し、この
ため転がり軸受の寿命低下を招来するが、寸法安定性に
優れているため多少の寿命特性の劣化を容認して使用さ
れている。
【０００６】また、他の従来例としては、Ｃｒ，Ｍｏ，
ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭素ク
ロム鋼に添加した転がり軸受も提案されている（例え
ば、特開平３−８２７３６号公報：以下、「第２の従来
例」という）。
ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭素ク
ロム鋼に添加した転がり軸受も提案されている（例え
ば、特開平３−８２７３６号公報：以下、「第２の従来
例」という）。
【０００７】上記第２の従来例においては、Ｃｒ，Ｍ
ｏ，ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭
素クロム鋼に添加しているので、上記した２４０℃以上
の高温下で焼戻しを施しても軸受の硬度低下を或る程度
抑制することができる。
ｏ，ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭
素クロム鋼に添加しているので、上記した２４０℃以上
の高温下で焼戻しを施しても軸受の硬度低下を或る程度
抑制することができる。
【０００８】さらに他の従来例としては、高炭素鋼系材
料からなる軌道輪及び転動体に浸炭窒化又は窒化処理を
施し、軌道溝面及び転動面（以下「表面」という）を高
炭素・高窒素化させて炭・窒化物を形成させ、次いで焼
入れを施した後、２００〜２５０℃の温度下で焼戻しを
行うことによって、表面に残留オーステナイトを残す一
方、芯部の残留オーステナイトを実質的に０％としたも
のも既に提案されている（例えば、特開平３−５６３０
５号公報：以下、「第３の従来例」という）。
料からなる軌道輪及び転動体に浸炭窒化又は窒化処理を
施し、軌道溝面及び転動面（以下「表面」という）を高
炭素・高窒素化させて炭・窒化物を形成させ、次いで焼
入れを施した後、２００〜２５０℃の温度下で焼戻しを
行うことによって、表面に残留オーステナイトを残す一
方、芯部の残留オーステナイトを実質的に０％としたも
のも既に提案されている（例えば、特開平３−５６３０
５号公報：以下、「第３の従来例」という）。
【０００９】上記第３の従来例においては、軸受芯部の
残留オーステナイトが０％となる２００〜２５０℃の温
度下で焼戻しを施すことにより寸法安定性を向上させる
一方、表面に多量の残留オーステナイト及び炭窒化物を
析出させることにより、転がり軸受の長寿命化を図るこ
とができる。
残留オーステナイトが０％となる２００〜２５０℃の温
度下で焼戻しを施すことにより寸法安定性を向上させる
一方、表面に多量の残留オーステナイト及び炭窒化物を
析出させることにより、転がり軸受の長寿命化を図るこ
とができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１〜第３の従来例には次のような問題点がある。
１〜第３の従来例には次のような問題点がある。
【００１１】すなわち、第１の従来例においては、寸法
安定性を重視して寿命特性の劣化を容認してきたもの
の、近年の機械の高速化・小形化に伴って使用条件が益
々厳しくなってきたため、寿命特性の点で次第に満足で
きない状況になってきたという問題点がある。
安定性を重視して寿命特性の劣化を容認してきたもの
の、近年の機械の高速化・小形化に伴って使用条件が益
々厳しくなってきたため、寿命特性の点で次第に満足で
きない状況になってきたという問題点がある。
【００１２】また、第２の従来例においては、Ｃｒ，Ｍ
ｏ，ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭
素クロム鋼に添加しているため、高温条件下の焼戻しに
よる硬度低下は抑制されるが、材料費が高価になると共
に合金元素量の増加による生産性の低下を招き、全体的
なコストアップを招来するという問題点がある。
ｏ，ＶやＳｉ等の焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を高炭
素クロム鋼に添加しているため、高温条件下の焼戻しに
よる硬度低下は抑制されるが、材料費が高価になると共
に合金元素量の増加による生産性の低下を招き、全体的
なコストアップを招来するという問題点がある。
【００１３】さらに、第３の従来例は、上述の如く軸受
芯部の残留オーステナイトを実質的に０％として寸法安
定性を向上させ且つ高炭素鋼系材料自体に含有される炭
素Ｃ及び窒素Ｎの含有率を増加させて炭窒化物を析出さ
せると共に、多量の残留オーステナイトを軸受表面に析
出させることにより表面硬度を向上させて軸受の長寿命
化を図っている。しかし、軸受の肉厚に対して炭素及び
窒素の拡散が深い場合、すなわち残留オーステナイトが
実質的に０％となる軸受芯部の領域が狭い場合には、高
温使用時に表層部の残留オーステナイトが分解して寸法
変化を招来するという問題点がある。つまり、第３の従
来例により得られた転がり軸受を高温条件下で使用した
場合は、表層部に存在している残留オーステナイトが分
解し、短時間で寸法膨張を招来する虞があるという問題
点がある。
芯部の残留オーステナイトを実質的に０％として寸法安
定性を向上させ且つ高炭素鋼系材料自体に含有される炭
素Ｃ及び窒素Ｎの含有率を増加させて炭窒化物を析出さ
せると共に、多量の残留オーステナイトを軸受表面に析
出させることにより表面硬度を向上させて軸受の長寿命
化を図っている。しかし、軸受の肉厚に対して炭素及び
窒素の拡散が深い場合、すなわち残留オーステナイトが
実質的に０％となる軸受芯部の領域が狭い場合には、高
温使用時に表層部の残留オーステナイトが分解して寸法
変化を招来するという問題点がある。つまり、第３の従
来例により得られた転がり軸受を高温条件下で使用した
場合は、表層部に存在している残留オーステナイトが分
解し、短時間で寸法膨張を招来する虞があるという問題
点がある。
【００１４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あって、高温条件下で使用する場合においても寸法安定
性と耐久性に優れ、且つ低廉で生産性の良好な転がり軸
受を提供することを目的とする。
あって、高温条件下で使用する場合においても寸法安定
性と耐久性に優れ、且つ低廉で生産性の良好な転がり軸
受を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、請求項１記載の転がり軸受は、高炭素鋼系
材料からなる軌道輪及び転動体を有し、かつ、前記軌道
輪の軌道溝面及び前記転動体の転動面のロックウェル硬
さがＨＲＣ６０以上の転がり軸受であって、前記軌道溝
面及び前記転動面に固溶炭素Ｃ及び固溶窒素Ｎが含有さ
れると共に、その含有率が、夫々０．８％≦Ｃ≦１．２
％、０．１％≦Ｎ≦０．５％、とされ、かつ、前記軌道
輪及び転動体の残留オーステナイトが実質的に０％とさ
れていることを特徴とする。請求項２記載の転がり軸受
は、請求項１記載の転がり軸受において、前記軌道溝面
及び前記転動面の全炭素量が１．３２％〜１．４６％、
かつ、全窒素量が０．２０％〜０．３６％であることを
特徴とする。 請求項３記載の転がり軸受は、請求項１又
は２記載の転がり軸受において、前記軌道輪及び前記転
動体は、２７０〜３００℃の温度範囲で焼戻しされてい
ることを特徴とする。 請求項４記載の転がり軸受の製造
方法は、高炭素鋼系材料を用いた軌道輪及び転動体を浸
炭窒化し、その後、焼入れ、かつ、焼戻しすることによ
り、前記軌道溝面及び前記転動面のロックウェル硬さを
ＨＲＣ６０以上にする転がり軸受の製造方法において、
前記焼入の温度範囲は８４０〜９００℃であり、かつ、
前記焼戻しの温度範囲は２７０〜３００℃であることを
特徴とする。
するために、請求項１記載の転がり軸受は、高炭素鋼系
材料からなる軌道輪及び転動体を有し、かつ、前記軌道
輪の軌道溝面及び前記転動体の転動面のロックウェル硬
さがＨＲＣ６０以上の転がり軸受であって、前記軌道溝
面及び前記転動面に固溶炭素Ｃ及び固溶窒素Ｎが含有さ
れると共に、その含有率が、夫々０．８％≦Ｃ≦１．２
％、０．１％≦Ｎ≦０．５％、とされ、かつ、前記軌道
輪及び転動体の残留オーステナイトが実質的に０％とさ
れていることを特徴とする。請求項２記載の転がり軸受
は、請求項１記載の転がり軸受において、前記軌道溝面
及び前記転動面の全炭素量が１．３２％〜１．４６％、
かつ、全窒素量が０．２０％〜０．３６％であることを
特徴とする。 請求項３記載の転がり軸受は、請求項１又
は２記載の転がり軸受において、前記軌道輪及び前記転
動体は、２７０〜３００℃の温度範囲で焼戻しされてい
ることを特徴とする。 請求項４記載の転がり軸受の製造
方法は、高炭素鋼系材料を用いた軌道輪及び転動体を浸
炭窒化し、その後、焼入れ、かつ、焼戻しすることによ
り、前記軌道溝面及び前記転動面のロックウェル硬さを
ＨＲＣ６０以上にする転がり軸受の製造方法において、
前記焼入の温度範囲は８４０〜９００℃であり、かつ、
前記焼戻しの温度範囲は２７０〜３００℃であることを
特徴とする。
【００１６】以下、本発明の構成を作用と共に述べる。
【００１７】高炭素鋼系材料に浸炭窒化又は窒化処理を
施して表面に炭窒化物を析出させると軸受の耐久性が向
上することは上記第３の従来例からも明らかである。一
方、表面に多量の残留オーステナイトを析出させること
によっても軸受の耐久性を向上させることができるが、
表面に残留オーステナイトが存在しているために軸受を
高温で使用する場合は、短時間で寸法膨張につながるこ
とが本願出願人の研究結果により判った。すなわち、残
留オーステナイトが存在する場合、軸受を焼戻しした
後、或る温度で保温すると、図１に示すように、時間の
経過に従って寸法変化を起こす。図中、横軸は時間、縦
軸は軸受の膨張量を示している。
施して表面に炭窒化物を析出させると軸受の耐久性が向
上することは上記第３の従来例からも明らかである。一
方、表面に多量の残留オーステナイトを析出させること
によっても軸受の耐久性を向上させることができるが、
表面に残留オーステナイトが存在しているために軸受を
高温で使用する場合は、短時間で寸法膨張につながるこ
とが本願出願人の研究結果により判った。すなわち、残
留オーステナイトが存在する場合、軸受を焼戻しした
後、或る温度で保温すると、図１に示すように、時間の
経過に従って寸法変化を起こす。図中、横軸は時間、縦
軸は軸受の膨張量を示している。
【００１８】この図１から明らかなように、軸受の寸法
は、時間の経過に対して最大膨張量Ａを極大とする二次
曲線上を変化し、しかもこの寸法膨張は残留オーステナ
イトの含有率に略直線的に比例すると考えられる。した
がって、かかる軸受の寸法膨張を排除して寸法安定性を
向上させるためには、軸受表面を含む軸受全体に含まれ
る残留オーステナイトを実質的に０％とする必要があ
る。すなわち、軸受芯部の残留オーステナイトを０％と
したのでは不十分であり、軸受全体の残留オーステナイ
トの含有率を実質的に０％とする必要がある。
は、時間の経過に対して最大膨張量Ａを極大とする二次
曲線上を変化し、しかもこの寸法膨張は残留オーステナ
イトの含有率に略直線的に比例すると考えられる。した
がって、かかる軸受の寸法膨張を排除して寸法安定性を
向上させるためには、軸受表面を含む軸受全体に含まれ
る残留オーステナイトを実質的に０％とする必要があ
る。すなわち、軸受芯部の残留オーステナイトを０％と
したのでは不十分であり、軸受全体の残留オーステナイ
トの含有率を実質的に０％とする必要がある。
【００１９】そこで、このような知見に基づき本願出願
人が実験した結果、表面の残留オーステナイトが分解す
ることを考慮すると残留オーステナイトの含有率を実質
的に０％とするためには浸炭窒化後、２７０℃以上の温
度で焼戻しを施す必要があることが判明した。すなわ
ち、２７０℃以上の温度で焼戻しを施すことにより、軸
受全体の残留オーステナイトの含有率を実質的に０％と
することができることが判った。
人が実験した結果、表面の残留オーステナイトが分解す
ることを考慮すると残留オーステナイトの含有率を実質
的に０％とするためには浸炭窒化後、２７０℃以上の温
度で焼戻しを施す必要があることが判明した。すなわ
ち、２７０℃以上の温度で焼戻しを施すことにより、軸
受全体の残留オーステナイトの含有率を実質的に０％と
することができることが判った。
【００２０】一方、軸受全体の残留オーステナイトの含
有率を実質的に０％とした結果、軸受表面の残留オース
テナイトの含有率も実質的に０％となるため、残留オー
ステナイトによる耐久性向上は期待できない。
有率を実質的に０％とした結果、軸受表面の残留オース
テナイトの含有率も実質的に０％となるため、残留オー
ステナイトによる耐久性向上は期待できない。
【００２１】そこで、残留オーステナイトを０％として
耐久テストを行った結果、軸受の耐久性は軸受に含有さ
れる炭窒化物量よりも、この炭窒化物量に含まれる炭素
Ｃ及び窒素Ｎを除いた所謂「固溶炭素（以下、固溶Ｃと
いう）」及び「固溶窒素（以下、固溶Ｎという）」の含
有率に大きく影響されることが判明した。
耐久テストを行った結果、軸受の耐久性は軸受に含有さ
れる炭窒化物量よりも、この炭窒化物量に含まれる炭素
Ｃ及び窒素Ｎを除いた所謂「固溶炭素（以下、固溶Ｃと
いう）」及び「固溶窒素（以下、固溶Ｎという）」の含
有率に大きく影響されることが判明した。
【００２２】すなわち、軸受材料である高炭素鋼系材料
を、例えば、共析成分より合金元素濃度の多い過共析以
上に浸炭処理した場合、高炭素鋼系材料に含まれる炭素
Ｃは、マルテンサイト相とオーステナイト相とからなる
固溶Ｃと、炭化物に取り込まれる炭素Ｃとに分かれる。
固溶Ｃの含有率を増加させるということは、マルテンサ
イト中の炭素濃度を増加させることであるが、炭素原子
Ｃは、図２（ａ）に示すように、マルテンサイトの体心
立方格子に侵入型としてＦｅ等の金属原子の規則的排列
の間隙に無理矢理入り込む。そして、図２（ｂ）に示す
ように、炭素原子Ｃの量が増えれば増える程マルテンサ
イトの体心立方格子が窮屈な状態のまま硬化するため、
硬さ等の強度が向上し、耐久性が向上する。これは浸炭
窒化における窒素原子Ｎについても同様である。このよ
うに軸受の耐久性は炭窒化物量よりも、固溶Ｃ及び固溶
Ｎの含有率に大きく影響されることが判る。
を、例えば、共析成分より合金元素濃度の多い過共析以
上に浸炭処理した場合、高炭素鋼系材料に含まれる炭素
Ｃは、マルテンサイト相とオーステナイト相とからなる
固溶Ｃと、炭化物に取り込まれる炭素Ｃとに分かれる。
固溶Ｃの含有率を増加させるということは、マルテンサ
イト中の炭素濃度を増加させることであるが、炭素原子
Ｃは、図２（ａ）に示すように、マルテンサイトの体心
立方格子に侵入型としてＦｅ等の金属原子の規則的排列
の間隙に無理矢理入り込む。そして、図２（ｂ）に示す
ように、炭素原子Ｃの量が増えれば増える程マルテンサ
イトの体心立方格子が窮屈な状態のまま硬化するため、
硬さ等の強度が向上し、耐久性が向上する。これは浸炭
窒化における窒素原子Ｎについても同様である。このよ
うに軸受の耐久性は炭窒化物量よりも、固溶Ｃ及び固溶
Ｎの含有率に大きく影響されることが判る。
【００２３】さらに、本願出願人の実験結果により、軸
受の耐久性を向上させるためには、固溶Ｃ及び固溶Ｎの
濃度が少な過ぎる場合は所期の効果が生じず、固溶Ｃに
ついては、少なくとも０．８％以上、固溶Ｎについて
は、少なくとも０．１％以上必要であることが判った。
そこで、固溶Ｃの下限値を０．８％、固溶Ｎの下限値を
０．１％と規定した。
受の耐久性を向上させるためには、固溶Ｃ及び固溶Ｎの
濃度が少な過ぎる場合は所期の効果が生じず、固溶Ｃに
ついては、少なくとも０．８％以上、固溶Ｎについて
は、少なくとも０．１％以上必要であることが判った。
そこで、固溶Ｃの下限値を０．８％、固溶Ｎの下限値を
０．１％と規定した。
【００２４】また、本発明では固溶Ｃの上限を１．２％
とした。その理由は、固溶Ｃが１．２％を越えるように
するには、焼入れ温度を９５０℃以上の高温に設定しな
ければならないが、９５０℃以上の高温で焼入れした場
合、結晶粒が粗大化し、材料の強度面に悪影響を及ぼ
す。又、９５０℃以上の温度で焼入れる連続炉（生産
炉）は高価なものとなり、経済的に不利となる。従って
固溶Ｃの上限値を、上述の如く１．２％とした。
とした。その理由は、固溶Ｃが１．２％を越えるように
するには、焼入れ温度を９５０℃以上の高温に設定しな
ければならないが、９５０℃以上の高温で焼入れした場
合、結晶粒が粗大化し、材料の強度面に悪影響を及ぼ
す。又、９５０℃以上の温度で焼入れる連続炉（生産
炉）は高価なものとなり、経済的に不利となる。従って
固溶Ｃの上限値を、上述の如く１．２％とした。
【００２５】さらに、本発明では固溶Ｎの上限を０．５
％とした。すなわち、窒素原子Ｎの添加は焼戻し軟化抵
抗性を向上させ、残留オーステナイトの分解を遅らせる
という作用を呈するが、固溶Ｎについて０．５％を越え
て添加した場合は、２７０〜３００℃の範囲で焼戻しを
施しても表面の残留オーステナイトは完全に分解せず、
寸法安定性に悪影響を及ぼす。また、残留オーステナイ
トを完全に分解するために３００℃を越えて焼戻しを行
った場合は、軸受材料芯部の硬さが低下し、必要な表面
からの深さ領域内（剪断応力を受ける深さ）で所望のロ
ックウェル硬さが得られない虞がある。すなわち、固溶
Ｎを０．５％以上含ませると軸受に必要なロックウェル
硬さ（例えば、ＨＲＣ６０以上）を保持するのが困難と
なる。従って、焼戻し温度の上限を３００℃以下とすべ
く固溶Ｎの上限を０．５％とした。
％とした。すなわち、窒素原子Ｎの添加は焼戻し軟化抵
抗性を向上させ、残留オーステナイトの分解を遅らせる
という作用を呈するが、固溶Ｎについて０．５％を越え
て添加した場合は、２７０〜３００℃の範囲で焼戻しを
施しても表面の残留オーステナイトは完全に分解せず、
寸法安定性に悪影響を及ぼす。また、残留オーステナイ
トを完全に分解するために３００℃を越えて焼戻しを行
った場合は、軸受材料芯部の硬さが低下し、必要な表面
からの深さ領域内（剪断応力を受ける深さ）で所望のロ
ックウェル硬さが得られない虞がある。すなわち、固溶
Ｎを０．５％以上含ませると軸受に必要なロックウェル
硬さ（例えば、ＨＲＣ６０以上）を保持するのが困難と
なる。従って、焼戻し温度の上限を３００℃以下とすべ
く固溶Ｎの上限を０．５％とした。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳説する。
【００２７】表１は本発明の転がり軸受の実施例を比較
例及び第１の従来例と共に示している。
例及び第１の従来例と共に示している。
【００２８】
【表１】
表１中、軸受Ａ〜Ｄは本発明の仕様による転がり軸受
（以下、「本発明軸受」という）を示し、軸受Ｅ、Ｆは
比較例（以下、「比較例軸受」という）、軸受Ｇは第１
の従来例（以下、「第１の従来例軸受」という）を示
す。尚、軸受タイプは深溝玉軸受（＃６２０６、材質：
ＳＵＪ２）である。
（以下、「本発明軸受」という）を示し、軸受Ｅ、Ｆは
比較例（以下、「比較例軸受」という）、軸受Ｇは第１
の従来例（以下、「第１の従来例軸受」という）を示
す。尚、軸受タイプは深溝玉軸受（＃６２０６、材質：
ＳＵＪ２）である。
【００２９】本発明軸受Ａ〜Ｄは、所定の浸炭窒化を施
した後、８４０〜９００℃の温度で焼入れを施し、この
後２７０〜２９０℃の温度で２時間焼戻しを施した。浸
炭窒化条件は、以下の通りである。
した後、８４０〜９００℃の温度で焼入れを施し、この
後２７０〜２９０℃の温度で２時間焼戻しを施した。浸
炭窒化条件は、以下の通りである。
【００３０】ガス組成
生ガス（プロパン、ブタン等）：２％
アンモニア：２〜５％
吸熱型雰囲気ガス（ＣＯ＋Ｈ2): 残り
浸炭窒化温度：８００〜９００℃
浸炭窒化時間：４時間
また、比較例軸受Ｅ、Ｆは、本発明軸受Ａ〜Ｄと同様、
浸炭窒化を施しているため、軸受表面の炭素Ｃ及び窒素
Ｎの含有率は、本発明軸受Ａ〜Ｄと略同様であるが、比
較例軸受Ｅは、焼入れ温度が８００℃と本発明軸受Ａ〜
Ｄより低温度で行われたため、固溶Ｃ及び固溶Ｎの含有
率が本発明軸受Ａ〜Ｄより低くなっている。また、比較
例軸受Ｆは、焼戻し温度が３１０℃と本発明軸受Ａ〜Ｄ
より高温度で行われたため、固溶Ｎの含有率が本発明軸
受Ａ〜Ｄより高くなっている。また、本発明軸受Ａ〜
Ｄ、及び比較例軸受Ｅ、Ｆは共に、ロックウェル硬さが
ＨＲＣ６０以上であり、転がり軸受に必要な表面硬さを
保持している。
浸炭窒化を施しているため、軸受表面の炭素Ｃ及び窒素
Ｎの含有率は、本発明軸受Ａ〜Ｄと略同様であるが、比
較例軸受Ｅは、焼入れ温度が８００℃と本発明軸受Ａ〜
Ｄより低温度で行われたため、固溶Ｃ及び固溶Ｎの含有
率が本発明軸受Ａ〜Ｄより低くなっている。また、比較
例軸受Ｆは、焼戻し温度が３１０℃と本発明軸受Ａ〜Ｄ
より高温度で行われたため、固溶Ｎの含有率が本発明軸
受Ａ〜Ｄより高くなっている。また、本発明軸受Ａ〜
Ｄ、及び比較例軸受Ｅ、Ｆは共に、ロックウェル硬さが
ＨＲＣ６０以上であり、転がり軸受に必要な表面硬さを
保持している。
【００３１】また、第１の従来例軸受Ｇは、浸炭窒化処
理を施すことなく、吸熱型雰囲気ガス（ＣＯ＋Ｈ2)下、
８４０℃の温度で４時間焼入れを施し、次いで、２４０
℃の温度で２時間焼戻しを施した。すなわち、第１の従
来例軸受Ｇは、浸炭窒化処理を行っていないため、軸受
表面における炭素含有率が低く、また軸受表面には窒素
Ｎは全く含まれていない。
理を施すことなく、吸熱型雰囲気ガス（ＣＯ＋Ｈ2)下、
８４０℃の温度で４時間焼入れを施し、次いで、２４０
℃の温度で２時間焼戻しを施した。すなわち、第１の従
来例軸受Ｇは、浸炭窒化処理を行っていないため、軸受
表面における炭素含有率が低く、また軸受表面には窒素
Ｎは全く含まれていない。
【００３２】次に、本発明軸受Ａ、Ｄ、比較例軸受Ｅ、
Ｆ及び第１の従来例軸受Ｇを使用し、焼戻し温度（℃）
と最大膨張率（％）との関係を測定した。すなわち、所
定の焼戻し温度（２４０〜３１０℃）で焼戻しを施した
後、所定の高温（１３０〜１５０℃）に保持して最大膨
張率（％）を測定した。
Ｆ及び第１の従来例軸受Ｇを使用し、焼戻し温度（℃）
と最大膨張率（％）との関係を測定した。すなわち、所
定の焼戻し温度（２４０〜３１０℃）で焼戻しを施した
後、所定の高温（１３０〜１５０℃）に保持して最大膨
張率（％）を測定した。
【００３３】図３はその測定結果を示す。軸受寸法は、
軸受の外輪の外径を測定した。尚、各軸受は焼入れ状態
のままで、各温度にて焼戻しを行った。
軸受の外輪の外径を測定した。尚、各軸受は焼入れ状態
のままで、各温度にて焼戻しを行った。
【００３４】寸法安定性を担保するためには、最大膨張
率（％）が「０」、すなわち寸法変化がないことが望ま
しく、この図３から明らかなように、固溶Ｎが本発明の
範囲内である０．１％≦Ｎ≦０．５％とするためには
（本発明軸受Ａ，Ｄ）、２７０℃以上の焼戻し温度が必
要である。また、固溶Ｎを０．５％以上含有する比較例
軸受Ｆの場合は、３００℃以上の高温で焼戻しを行う必
要がある。
率（％）が「０」、すなわち寸法変化がないことが望ま
しく、この図３から明らかなように、固溶Ｎが本発明の
範囲内である０．１％≦Ｎ≦０．５％とするためには
（本発明軸受Ａ，Ｄ）、２７０℃以上の焼戻し温度が必
要である。また、固溶Ｎを０．５％以上含有する比較例
軸受Ｆの場合は、３００℃以上の高温で焼戻しを行う必
要がある。
【００３５】次に、本発明軸受Ａ〜Ｄ、比較例軸受Ｅ、
Ｆ及び第１の従来例軸受Ｇの夫々について、耐久テスト
を行った。この耐久テストは異物混入潤滑下で行った。
すなわち、高温で転がり軸受を使用する場合は潤滑条件
が厳しくなるため、所謂表面疲労型損傷となる場合が多
く、したがって表面疲労型損傷となる異物混入潤滑下で
耐久テストを行った。詳細なテスト条件は以下の通りで
ある。
Ｆ及び第１の従来例軸受Ｇの夫々について、耐久テスト
を行った。この耐久テストは異物混入潤滑下で行った。
すなわち、高温で転がり軸受を使用する場合は潤滑条件
が厳しくなるため、所謂表面疲労型損傷となる場合が多
く、したがって表面疲労型損傷となる異物混入潤滑下で
耐久テストを行った。詳細なテスト条件は以下の通りで
ある。
【００３６】テスト条件
テスト温度：１５０℃
異物混入潤滑：
異物： 鉄粉
硬さ： Ｈｖ５００〜６００
大きさ：７４〜１４７μｍ
潤滑油： 日本石油（株）社製ＦＫＢオイルＲＯ１５０
テスト荷重： ６４０ｋｇｆ
限界寿命： フレーキングが生じた時点で軸受寿命とす
る 図４〜図７は耐久テストの結果を示している。
る 図４〜図７は耐久テストの結果を示している。
【００３７】すなわち、図４〜図７はいずれも第１の従
来例軸受Ｇの寿命を「１」とした場合の相対的な寿命を
示し、図４及び図５は夫々、全炭素含有率及び全窒素含
有率の軸受寿命に及ぼす影響を示している。また、図６
は固溶Ｃ、図７は固溶Ｎの軸受寿命に及ぼす影響を夫々
示している。
来例軸受Ｇの寿命を「１」とした場合の相対的な寿命を
示し、図４及び図５は夫々、全炭素含有率及び全窒素含
有率の軸受寿命に及ぼす影響を示している。また、図６
は固溶Ｃ、図７は固溶Ｎの軸受寿命に及ぼす影響を夫々
示している。
【００３８】図４及び図５から明らかなように、浸炭窒
化処理を施した場合は炭素含有量及び窒素含有量が増加
するに従い寿命特性も向上する傾向があるが、焼入れ温
度が低い場合は比較例軸受Ｅの如く本発明軸受Ａ〜Ｄに
比し、寿命がかなり短い場合が生じることがあり、軸受
に含有される炭素含有量及び窒素含有量で一律に成分限
定するのは困難である。
化処理を施した場合は炭素含有量及び窒素含有量が増加
するに従い寿命特性も向上する傾向があるが、焼入れ温
度が低い場合は比較例軸受Ｅの如く本発明軸受Ａ〜Ｄに
比し、寿命がかなり短い場合が生じることがあり、軸受
に含有される炭素含有量及び窒素含有量で一律に成分限
定するのは困難である。
【００３９】これに対して、固溶Ｃ及び固溶Ｎを数値限
定した場合は、図６及び図７に示すように、滑らかな曲
線上にプロットされる。しかも、本発明軸受Ａ〜Ｄにお
いては、寸法安定性のみを重視した第１の従来例軸受Ｇ
に比し軸受寿命が３倍以上となる。
定した場合は、図６及び図７に示すように、滑らかな曲
線上にプロットされる。しかも、本発明軸受Ａ〜Ｄにお
いては、寸法安定性のみを重視した第１の従来例軸受Ｇ
に比し軸受寿命が３倍以上となる。
【００４０】尚、比較例軸受Ｆは、耐久性においては優
れているが、上述した図３に示すように寸法安定性を担
保するために３００℃以上の高温で焼戻しを行う必要が
生じる一方、上述したように３００℃以上の高温で焼戻
しを行なった場合は軸受芯部の硬度低下を招来し、転が
り軸受が要求される表面硬さを確保できなくなる虞があ
るため、本発明の範囲外とした。
れているが、上述した図３に示すように寸法安定性を担
保するために３００℃以上の高温で焼戻しを行う必要が
生じる一方、上述したように３００℃以上の高温で焼戻
しを行なった場合は軸受芯部の硬度低下を招来し、転が
り軸受が要求される表面硬さを確保できなくなる虞があ
るため、本発明の範囲外とした。
【００４１】以上より、本発明軸受Ａ〜Ｄは比較例軸受
Ｅ、Ｆ及び第１の従来例Ｇに比し、寸法安定性を担保で
きると共に耐久性向上を図ることができることが確認さ
れた。
Ｅ、Ｆ及び第１の従来例Ｇに比し、寸法安定性を担保で
きると共に耐久性向上を図ることができることが確認さ
れた。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の転が
り軸受によれば、軌道溝面及び転動面に固溶炭素濃度Ｃ
及び固溶窒素濃度Ｎが含有されると共に、その含有率
が、夫々０．８％≦Ｃ≦１．２％、０．１％≦Ｎ≦０．
５％とされているので、寿命特性が向上し、軸受の耐久
性向上を図ることができる。
り軸受によれば、軌道溝面及び転動面に固溶炭素濃度Ｃ
及び固溶窒素濃度Ｎが含有されると共に、その含有率
が、夫々０．８％≦Ｃ≦１．２％、０．１％≦Ｎ≦０．
５％とされているので、寿命特性が向上し、軸受の耐久
性向上を図ることができる。
【００４３】また、高炭素鋼系材料の残留オーステナイ
トが実質的に０％とされているので、残留オーステナイ
トの析出に起因する寸法膨張が招来することなく、軸受
を高温で使用する場合においても寸法安定性を図ること
ができる。
トが実質的に０％とされているので、残留オーステナイ
トの析出に起因する寸法膨張が招来することなく、軸受
を高温で使用する場合においても寸法安定性を図ること
ができる。
【００４４】さらに、かかる軸受の耐久性及び寸法安定
性を焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を、高炭素クロム鋼
に添加することなく固溶炭素濃度及び固溶窒素濃度を上
記所定範囲に限定し且つ残留オーステナイトが実質的に
０％とすることのみで行っているので、材料費の高騰を
招来することもなく、生産性の低下を招来することもな
い。請求項２記載の転がり軸受によれば、軌道溝面及び
転動面の全炭素量が１．３２％〜１．４６％とされ、か
つ、軌道溝面及び転動面の全窒素量が０．２０％〜０．
３６％とされているので、請求項１記載と同様の効果を
得ることができる。 請求項３記載の転がり軸受によれ
ば、２７０〜３００℃の温度範囲で焼戻しされているの
で、軸受全体の残留オーステナイトの含有率を実質的に
０％とすることができ、さらに、軸受芯部の硬度低下を
防ぐと共に、転がり軸受に要求される表面硬さを確保す
ることができる。 請求項４記載の転がり軸受の製造方法
によれば、焼入の温度範囲は、８４０〜９００℃である
ので、材料強度面の悪影響をなくすと共に、経済的に有
利にすることができ、また、焼戻しの温度範囲は、２７
０〜３００℃であるので、軸受全体の残留オーステナイ
トの含有率を実質的に０％とすることができ、さらに、
軸受芯部の硬度低下を防ぐと共に、転がり軸受に要求さ
れる表面硬さを確保することができる。
性を焼戻し軟化抵抗性の良好な元素を、高炭素クロム鋼
に添加することなく固溶炭素濃度及び固溶窒素濃度を上
記所定範囲に限定し且つ残留オーステナイトが実質的に
０％とすることのみで行っているので、材料費の高騰を
招来することもなく、生産性の低下を招来することもな
い。請求項２記載の転がり軸受によれば、軌道溝面及び
転動面の全炭素量が１．３２％〜１．４６％とされ、か
つ、軌道溝面及び転動面の全窒素量が０．２０％〜０．
３６％とされているので、請求項１記載と同様の効果を
得ることができる。 請求項３記載の転がり軸受によれ
ば、２７０〜３００℃の温度範囲で焼戻しされているの
で、軸受全体の残留オーステナイトの含有率を実質的に
０％とすることができ、さらに、軸受芯部の硬度低下を
防ぐと共に、転がり軸受に要求される表面硬さを確保す
ることができる。 請求項４記載の転がり軸受の製造方法
によれば、焼入の温度範囲は、８４０〜９００℃である
ので、材料強度面の悪影響をなくすと共に、経済的に有
利にすることができ、また、焼戻しの温度範囲は、２７
０〜３００℃であるので、軸受全体の残留オーステナイ
トの含有率を実質的に０％とすることができ、さらに、
軸受芯部の硬度低下を防ぐと共に、転がり軸受に要求さ
れる表面硬さを確保することができる。
【図１】軸受表面に残留オーステナイトが存在する場合
の寸法膨張の経時変化を示した図である。
の寸法膨張の経時変化を示した図である。
【図２】固溶Ｃがマルテンサイト中のＦｅに侵入する様
子を示す概念図である。
子を示す概念図である。
【図３】焼戻し温度（℃）と最大膨張率（％）との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図４】全炭素含有率の軸受寿命に及ぼす影響を示す図
である。
である。
【図５】全窒素含有率の軸受寿命に及ぼす影響を示す図
である。
である。
【図６】固溶Ｃの軸受寿命に及ぼす影響を示す図であ
る。
る。
【図７】固溶Ｎの軸受寿命に及ぼす影響を示す図であ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 8/32
F16C 33/62
Claims (4)
- 【請求項１】 高炭素鋼系材料からなる軌道輪及び転動
体を有し、かつ、前記軌道輪の軌道溝面及び前記転動体
の転動面のロックウェル硬さがＨＲＣ６０以上の転がり
軸受であって、 前記軌道溝面及び前記転動面に固溶炭素Ｃ及び固溶窒素
Ｎが含有されると共に、その含有率が、夫々 ０．８％≦Ｃ≦１．２％、０．１％≦Ｎ≦０．５％、 とされ、かつ、 前記軌道輪及び転動体の残留オーステナイトが実質的に
０％とされていることを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項２】 前記軌道溝面及び前記転動面の全炭素量
が１．３２％〜１．４６％、かつ、全窒素量が０．２０
％〜０．３６％であることを特徴とする請求項１記載の
転がり軸受。 - 【請求項３】 前記軌道輪及び前記転動体は、２７０〜
３００℃の温度範囲で焼戻しされていることを特徴とす
る請求項１又は２記載の転がり軸受。 - 【請求項４】 高炭素鋼系材料を用いた軌道輪及び転動
体を浸炭窒化し、その後、焼入れ、かつ、焼戻しするこ
とにより、前記軌道溝面及び前記転動面のロックウェル
硬さをＨＲＣ６０以上にする転がり軸受の製造方法にお
いて、前記焼入の温度範囲は８４０〜９００℃であり、
かつ、前記焼戻しの温度範囲は２７０〜３００℃である
ことを特徴とする転がり軸受の製造方法。
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