JP6463720B2 - 自動車用深溝玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は転がり軸受に関し、より特定的には、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な転がり軸受に関するものである。

近年、機械の長寿命化やメンテナンスフリー化が進められている。その結果、当該機械に使用される転がり軸受に対しても、転動疲労寿命の長寿命化が求められている。転動疲労寿命の長寿命化を達成するためには、転がり軸受を構成する部品である軸受部品（軌道部材および転動体）の材料を変更する対策が考えられる。具体的には、軸受部品の代表的な材料である鋼に対して長寿命化に有効な合金成分を添加することにより、転動疲労寿命の長寿命化を図ることができる。

しかし、軸受部品の素材に特殊な材料を採用した場合、世界各国に製造拠点が広がりつつある現状を考慮すると、製造地によっては材料の調達が困難になるおそれがある。そのため、このような状況を考慮すると、特殊な材料を用いた転動疲労寿命の長寿命化は、必ずしも好ましいとはいえない。

一方、転動疲労寿命の長寿命化の他の方策として、熱処理による軸受部品および転がり軸受の長寿命化が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開平７−１９００７２号公報 特開２００３−２２６９１８号公報 特開２０００−１６１３６３号公報

たとえば自動車用のデファレンシャルやトランスミッションに用いられる円すいころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、タンデム型アンギュラ玉軸受など、大きな荷重を支持する必要がある転がり軸受においては、転動疲労寿命の長寿命化とともに、耐圧痕性（転動体が軌道部材に押し付けられた場合の圧痕の形成されにくさ）が求められる。しかしながら、上記特許文献１〜３を含めて従来の熱処理による転動疲労寿命の長寿命化が図られた場合でも、耐圧痕性については不十分になるという問題があった。

本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、材料の入手の容易性を確保しつつ、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な転がり軸受を提供することである。

本発明に従った転がり軸受は、第１転走面を有する第１軌道輪と、第２転走面を有し、第１転走面に第２転走面が対向するように配置された第２軌道輪と、第１転走面および第２転走面に転動接触面において接触し、円環状の軌道上に並べて配置された複数の転動体と、第１軌道輪と第２軌道輪とに挟まれた空間である軸受空間を閉じるように配置されたシール部材とを備えている。第１軌道輪、第２軌道輪および転動体のうち、少なくとも１つは、０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量 ％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼材が焼入硬化された後２４０℃以上３００℃以下の焼戻温度で焼戻された鋼からなり、第１転走面、第２転走面または転動接触面である軸受接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上であり軸受接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である高強度軸受部品である。シール部材は、一方の端部が第１軌道輪および第２軌道輪の一方に固定され、他方の端部であるシールリップ部が第１軌道輪および第２軌道輪の他方に接触している。

本発明者は、世界各国で入手容易なＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当材料（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＡＳＴＭ規格５２１００、ＤＩＮ規格１００Ｃｒ６、ＧＢ規格ＧＣｒ５もしくはＧＣｒ１５、およびΓＯＣＴ規格ЩＸ１５）を材料として採用することを前提に、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立するための方策について検討を行なった。その結果、以下のような知見を得て、本発明に想到した。

上記成分組成を採用することにより、世界各国で入手容易な上記各国規格鋼を材料として使用することができる。そして、当該成分組成の鋼の使用を前提として、軸受接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上にまで高められ、かつ焼入硬化されることにより、転動疲労寿命を長寿命化することができる。ここで、残留オーステナイト量について特に調整を行なわない場合、軸受接触面における残留オーステナイト量は窒素量との関係から２０〜４０体積％程度となる。しかし、このように残留オーステナイト量が多い状態では、耐圧痕性が低下するという問題が生じる。そして、残留オーステナイト量を１２体積％以下にまで低減することにより、耐圧痕性を向上させることができる。一方、残留オーステナイト量が６体積％未満にまで低下すると、転動疲労寿命、特に軸受内に硬質の異物が侵入する環境（異物混入環境）での転動疲労寿命が低下する。そのため、軸受接触面における残留オーステナイト量は６体積％以上とすることが好ましい。

これに対し、本発明の転がり軸受を構成する高強度軸受部品は、世界各国で入手容易なＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当材料を材料として採用しつつ、軸受接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上、残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下とされている。

さらに、転動疲労寿命、特に異物混入環境における転動疲労寿命を長寿命化するためには、異物の侵入を抑制する接触型のシール部材を配置することが有効である。しかし、一般的な接触型のシール部材を採用した場合、転がり軸受の回転トルクが上昇するという問題が生じる。これに対し、本発明の転がり軸受では、軌道輪に接触するシールリップ部が、軌道輪の回転によって容易に摩耗して、当初接触していた軌道輪と接触しない状態、あるいは当該軌道輪との接触圧が実質的に零と見なせる程度の軽接触である状態となる高摩耗材からなっている。その結果、異物の侵入が抑制されつつ、回転トルクの上昇が抑えられる。シールリップ部の材料としては、たとえばゴム、樹脂などを採用することができる。

このように、本発明の転がり軸受は、材料の入手の容易性を確保しつつ、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立する高強度軸受部品を構成部品として含むとともに、回転トルクの上昇を抑制しつつ転動疲労寿命をさらに向上させることが可能なシール部材を備えている。その結果、本発明の転がり軸受によれば、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立する転がり軸受を提供することができる。

なお、耐圧痕性を一層向上させる観点から、軸受接触面における残留オーステナイト量を１０％以下としてもよい。また、軸受接触面における窒素濃度が０．５質量％を超えると、鋼中に窒素を侵入させるためのコストが高くなるとともに、残留オーステナイト量を所望の範囲に調整することが難しくなる。そのため、軸受接触面における窒素濃度は０．５質量％以下とすることが好ましく、０．４質量％以下としてもよい。

上記転がり軸受においては、少なくとも第１軌道輪および第２軌道輪が上記高強度軸受部品であってもよい。耐圧痕性は、特に軌道輪において問題となる。したがって、軌道輪の少なくとも一方が上記高強度軸受部品からなることにより、転がり軸受の耐圧痕性がより確実に向上する。

上記転がり軸受においては、転動体は玉であってもよい。転動体に玉を用いることにより、転がり軸受の回転トルクが抑制される。一方、転動体に玉を用いる場合、ころ軸受に比べて軸受の静定格荷重が著しく低下するため、耐圧痕性が特に問題となる。これに対し、本発明の転がり軸受は、耐圧痕性に優れた上記高強度軸受部品を備えている。したがって、本発明の転がり軸受において転動体に玉を採用することにより、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立するとともに、回転トルクが低減された転がり軸受を提供することができる。

上記転がり軸受においては、軸受接触面の硬度は６０．０ＨＲＣ以上であってもよい。これにより、転動疲労寿命および耐圧痕性を一層向上させることができる。

上記転がり軸受においては、軸受接触面の硬度は６４．０ＨＲＣ以下であってもよい。窒素濃度が０．２５質量％以上にまで高められた軸受接触面の硬度を、６４．０ＨＲＣを超える状態を維持した場合、残留オーステナイトを１２体積％以下に調整することが困難となる。軸受接触面の硬度を６４．０ＨＲＣ以下とすることにより、１２体積％以下の範囲に残留オーステナイト量を調整することが容易となる。

上記転がり軸受は、デファレンシャルまたはトランスミッション内において回転する回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される他の部材に対して回転自在に支持するものであってもよい。

デファレンシャルやトランスミッションにおいて使用される軸受には、転動体と軌道部材との間に高い面圧が負荷される。そのため、このような用途の軸受には、転動疲労寿命の長寿命化のみならず、耐圧痕性の向上が要求される。したがって、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な本発明の転がり軸受は、デファレンシャルやトランスミッションにおいて使用される軸受として好適である。

上記転がり軸受においては、転動体を最大接触面圧が４．４ＧＰａとなるように第１軌道輪および第２軌道輪のいずれかに押し付けた場合、第１軌道輪および第２軌道輪のいずれかに形成される圧痕の深さは０．５μｍ以下であることが好ましい。このレベルにまで耐圧痕性を向上させることにより、特に厳しい使用環境において使用可能な転がり軸受を提供することができる。また、上記圧痕の深さは、０．３μｍ以下であることがより好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、材料の入手の容易性を確保しつつ、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な転がり軸受を提供することができる。

深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。 図１の要部を拡大して示した概略部分断面図である。 深溝玉軸受の回転開始後の状態を説明するための概略部分断面図である。 転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。 マニュアルトランスミッションの構成を示す概略断面図である。 デファレンシャルの構成を示す概略断面図である。 図６のピニオンギアの配置を示す概略図である。 焼戻温度と圧痕深さの関係を示す図である。 焼戻温度と硬度との関係を示す図である。 真ひずみと真応力との関係を示す図である。 図１０の領域αを拡大して示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１および図２を参照して、実施の形態１における転がり軸受である深溝玉軸受１は、軸受部品である第１軌道部材としての外輪１１と、軸受部品である第２軌道部材としての内輪１２と、軸受部品である複数の転動体としての玉１３と、保持器１４と、シール部材１７とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面（転動接触面）としての玉転動面１３Ａ（玉１３の表面）が形成されている。外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａは、これらの軸受部品の軸受接触面である。そして、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転動面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。シール部材１７は、外輪１１と内輪１２とに挟まれた空間である軸受空間を閉じるように配置され、軸受空間への異物の侵入を抑制している。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

図２を参照して、軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる焼入硬化された鋼からなっている。そして、軸受接触面としての外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａを含む領域には、内部１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに比べて窒素濃度が高い窒素富化層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂが、それぞれ形成されている。窒素富化層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂの表面である軸受接触面としての外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける窒素濃度は０．２５質量％以上となっている。さらに、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける残留オーステナイト量は、６体積％以上１２体積％以下となっている。

本実施の形態における軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３は、上記ＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当鋼の成分組成を有する鋼からなることにより、その素材が世界各国にて入手容易となっている。そして、当該成分組成の鋼の使用を前提として、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける窒素濃度が０．２５質量％以上にまで高められ、かつ焼入硬化されていることにより、転動疲労寿命が長寿命化されている。そして、残留オーステナイト量が１２体積％以下にまで低減されることにより、耐圧痕性が向上するとともに、残留オーステナイト量が６体積％以上とされることにより、転動疲労寿命、特に異物混入環境での転動疲労寿命が適切なレベルに維持されている。その結果、外輪１１、内輪１２および玉１３は、材料の入手の容易性を確保しつつ、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な高強度軸受部品となっている。

また、図２を参照して、シール部材１７は、金属からなり、環状の形状を有する芯金１６と、芯金１６を取り囲むように配置された樹脂もしくはゴムからなる弾性部材である弾性部１５とを含んでいる。このような構造により、シール部材１７は、芯金１６によって所望の剛性を維持しつつ、外輪１１および内輪１２に接触する弾性部１５において弾性変形可能となっている。シール部材１７は、外輪１１の内周面に形成されたシール取付け溝１１Ｅに外周部が嵌め込まれて固定される。そして、シール部材１７の内周側端部であるシールリップ部１７Ａが、内輪１２の外周面に接触している。

このシールリップ部１７Ａは、摩耗し易いゴムなどの高摩耗材からなっている。そのため、図２を参照して、外輪１１に対して内輪１２を相対的に回転させると、回転開始後すぐにシールリップ部１７Ａが摩耗して、図３に示すように内輪１２とシールリップ部１７Ａとが接触しない状態となる。その結果、シールリップ部１７Ａと内輪１２の外周面とは微小隙間を挟んで対向する状態となる。これにより、回転トルクの上昇を抑制しつつ、軸受内部への異物の侵入が低減される。その結果、深溝玉軸受１の回転トルクの上昇が抑制されつつ、転動疲労寿命、特に異物混入環境における転動疲労寿命が長寿命化する。なお、上記ではシールリップ部１７Ａと内輪１２の外周面とが非接触になる場合について説明したが、内輪１２とシールリップ部１７Ａとの接触圧が実質的に零である状態と見なせる程度の軽接触となる程度に低下するものであってもよい。

以上のように、本実施の形態における深溝玉軸受１は、材料の入手の容易性を確保しつつ、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な高強度軸受部品である外輪１１、内輪１２および玉１３を備えるとともに、回転トルクの上昇を抑制しつつ、軸受内部への異物の侵入を低減するシール部材１７を備えている。その結果、本実施の形態における深溝玉軸受１は、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立した転がり軸受となっている。

なお、上記実施の形態においては、外輪１１、内輪１２および玉１３のすべてが上記高強度軸受部品からなっている場合について説明したが、外輪１１、内輪１２および玉１３のうち、少なくともいずれか１つが上記高強度軸受部品であることにより、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することができる。

また、耐圧痕性は、特に軌道輪において問題となるため、外輪１１および内輪１２のいずれか一方、好ましくは両方が上記高強度軸受部品であることが好ましい。さらに、転動体はころであってもよいが、回転トルク低減の観点からは、上記実施の形態のように、ころが採用されている箇所に対して、ころに代えて玉が採用されることが好ましい。転動体が玉である玉軸受が採用されることにより、ころ軸受に比べて軸受の静定格荷重が著しく低下するため、特に軌道輪の耐圧痕性が問題となるが、軌道輪（外輪１１、内輪１２）が上記高強度軸受部品であることにより、耐圧痕性を十分なレベルに維持しつつ回転トルクを低減することができる。

なお、上記外輪１１、内輪１２および玉１３においては、軸受接触面である外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの硬度は６０．０ＨＲＣ以上であることが好ましい。これにより、転動疲労寿命および耐圧痕性を一層向上させることができる。

また、上記外輪１１、内輪１２および玉１３においては、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの硬度は６４．０ＨＲＣ以下であることが好ましい。これにより、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａにおける残留オーステナイト量を１２体積％以下の範囲に調整することが容易となる。

次に、本実施の形態における軸受部品および転がり軸受の製造方法について説明する。図４を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＡＳＴＭ規格５２１００、ＤＩＮ規格１００Ｃｒ６、ＧＢ規格ＧＣｒ５もしくはＧＣｒ１５、およびΓＯＣＴ規格ЩＸ１５などのＪＩＳ規格ＳＵＪ２相当鋼からなる鋼材が準備される。具体的には、たとえば上記成分組成を有する棒鋼や鋼線などが準備される。

次に、工程（Ｓ２０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば工程（Ｓ１０）において準備された棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、図１〜図３に示される外輪１１、内輪１２、玉１３などの形状に成形された成形部材が作製される。

次に、工程（Ｓ３０）として浸炭窒化工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において作製された成形部材が浸炭窒化処理される。この浸炭窒化処理は、たとえば以下のように実施することができる。まず、上記成形部材が７８０℃以上８２０℃以下程度の温度域で、３０分間以上９０分間以下の時間予熱される。次に、予熱された成形部材が、エンリッチガスとしてのプロパンガスやブタンガスが添加されることによりカーボンポテンシャルが調整されたＲＸガスなどの吸熱型ガスに、さらにアンモニアガスが導入された雰囲気中において加熱されて浸炭窒化処理される。浸炭窒化処理の温度は、たとえば８２０℃以上８８０℃以下とすることができる。また、浸炭窒化処理の時間は、成形部材に形成すべき窒素富化層の窒素濃度に合わせて設定することができ、たとえば３時間以上９時間以下とすることができる。これにより、成形部材の脱炭を抑制しつつ窒素富化層を形成することができる。

次に、工程（Ｓ４０）として焼入工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において浸炭窒化処理されることにより窒素富化層が形成された成形部材が、所定の焼入温度から急冷されることにより焼入処理される。この焼入温度は、８６０℃以下とされることにより、後続の焼戻工程における炭素の固溶量と析出量とのバランス、および残留オーステナイト量の調整が容易となる。また、焼入温度が８２０℃以上とされることにより、後続の焼戻工程における炭素の固溶量と析出量とのバランス、および残留オーステナイト量の調整が容易となる。焼入処理は、たとえば所定の温度に保持された冷却材としての焼入油中に成形部材を浸漬することにより実施することができる。

次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において焼入処理された成形部材が焼戻処理される。具体的には、たとえば２１０℃以上３００℃以下の温度域に加熱された雰囲気中において成形部材が０．５時間以上３時間以下の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。

次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ加工工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）において焼戻処理された成形部材を加工することにより他の部品と接触する面である軸受接触面が、すなわち深溝玉軸受１の外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａが形成される。仕上げ加工としては、たとえば研削加工を実施することができる。以上の工程により、本実施の形態における軸受部品である外輪１１、内輪１２、玉１３などが完成する。

さらに、工程（Ｓ７０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において作製された外輪１１、内輪１２、玉１３と、別途準備された保持器１４、高摩耗材からなるシールリップ部１７Ａを含むシール部材１７などとが組合わされて、上記実施の形態における深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本実施の形態における転がり軸受の製造方法が完了する。

ここで、上記工程（Ｓ３０）では、後続の工程（Ｓ６０）における仕上げ加工によって軸受接触面である深溝玉軸受１の外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの窒素濃度が０．２５質量％以上となるように成形部材が浸炭窒化処理される。つまり、工程（Ｓ６０）での取り代などを考慮して、軸受接触面完成後における表面の窒素濃度を０．２５質量％以上とすることが可能なように窒素量を調整した窒素富化層１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂが形成される。

さらに、上記工程（Ｓ５０）では、後続の工程（Ｓ６０）における仕上げ加工によって軸受接触面である深溝玉軸受１の外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａおよび玉転動面１３Ａの残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下となるように成形部材が焼戻処理される。つまり、工程（Ｓ６０）での取り代などを考慮して、軸受接触面完成後における表面の残留オーステナイト量を６体積％以上１２体積％以下とすることが可能なように、焼戻処理によって残留オーステナイト量が調整される。これにより、上記本実施の形態における軸受部品を製造することができる。

また、工程（Ｓ５０）では、成形部材が２４０℃以上３００℃以下の温度域にて焼戻処理されることが好ましい。これにより、焼入処理によって素地に固溶した炭素が適切な割合で炭化物として析出する。その結果、固溶強化と析出強化との適切なバランスが達成され、軸受部品である外輪１１、内輪１２、玉１３の耐圧痕性が向上する。

（実施の形態２）
次に、上記実施の形態１における転がり軸受の用途の一例について説明する。図５を参照して、マニュアルトランスミッション１００は、常時噛合い式のマニュアルトランスミッションであって、入力シャフト１１１と、出力シャフト１１２と、カウンターシャフト１１３と、ギア（歯車）１１４ａ〜１１４ｋと、ハウジング１１５とを備えている。

入力シャフト１１１は、深溝玉軸受１によりハウジング１１５に対して回転可能に支持されている。この入力シャフト１１１の外周にはギア１１４ａが形成され、内周にはギア１１４ｂが形成されている。

一方、出力シャフト１１２は、一方側（図中右側）において深溝玉軸受１によりハウジング１１５に回転可能に支持されているとともに、他方側（図中左側）において転がり軸受１２０Ａにより入力シャフト１１１に回転可能に支持されている。この出力シャフト１１２には、ギア１１４ｃ〜１１４ｇが取り付けられている。

ギア１１４ｃおよびギア１１４ｄはそれぞれ同一部材の外周と内周に形成されている。ギア１１４ｃおよびギア１１４ｄが形成される部材は、転がり軸受１２０Ｂにより出力シャフト１１２に対して回転可能に支持されている。ギア１１４ｅは、出力シャフト１１２と一体に回転するように、かつ出力シャフト１１２の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト１１２に取り付けられている。

また、ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇの各々は同一部材の外周に形成されている。ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇが形成されている部材は、出力シャフト１１２と一体に回転するように、かつ出力シャフト１１２の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト１１２に取り付けられている。ギア１１４ｆおよびギア１１４ｇが形成されている部材が図中左側にスライドした場合には、ギア１１４ｆはギア１１４ｂと噛合い可能であり、図中右側にスライドした場合にはギア１１４ｇとギア１１４ｄとが噛合い可能である。

カウンターシャフト１１３には、ギア１１４ｈ〜１１４ｋが形成されている。カウンターシャフト１１３とハウジング１１５との間には、２つのスラストニードルころ軸受２が配置され、これによってカウンターシャフト１１３の軸方向の荷重（スラスト荷重）が支持されている。ギア１１４ｈは、ギア１１４ａと常時噛合っており、かつギア１１４ｉはギア１１４ｃと常時噛合っている。また、ギア１１４ｊは、ギア１１４ｅが図中左側にスライドした場合に、ギア１１４ｅと噛合い可能である。さらに、ギア１１４ｋは、ギア１１４ｅが図中右側にスライドした場合に、ギア１１４ｅと噛合い可能である。

次に、マニュアルトランスミッション１００の変速動作について説明する。マニュアルトランスミッション１００においては、入力シャフト１１１に形成されたギア１１４ａと、カウンターシャフト１１３に形成されたギア１１４ｈとの噛み合わせによって、入力シャフト１１１の回転がカウンターシャフト１１３へ伝達される。そして、カウンターシャフト１１３に形成されたギア１１４ｉ〜１１４ｋと出力シャフト１１２に取り付けられたギア１１４ｃ、１１４ｅとの噛み合わせ等によって、カウンターシャフト１１３の回転が出力シャフト１１２へ伝達される。これにより、入力シャフト１１１の回転が出力シャフト１１２へ伝達される。

入力シャフト１１１の回転が出力シャフト１１２へ伝達される際には、入力シャフト１１１およびカウンターシャフト１１３の間で噛合うギアと、カウンターシャフト１１３および出力シャフト１１２の間で噛合うギアとを変えることによって、入力シャフト１１１の回転速度に対して出力シャフト１１２の回転速度を段階的に変化させることができる。また、カウンターシャフト１１３を介さずに入力シャフト１１１のギア１１４ｂと出力シャフト１１２のギア１１４ｆとを直接噛合わせることによって、入力シャフト１１１の回転を出力シャフト１１２へ直接伝達することもできる。

以下に、マニュアルトランスミッション１００の変速動作をより具体的に説明する。ギア１１４ｆがギア１１４ｂと噛合わず、ギア１１４ｇがギア１１４ｄと噛合わず、かつギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合う場合には、入力シャフト１１１の駆動力は、ギア１１４ａ、ギア１１４ｈ、ギア１１４ｊおよびギア１１４ｅを介して出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第１速とされる。

ギア１１４ｇがギア１１４ｄと噛合い、ギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合わない場合には、入力シャフト１１１の駆動力は、ギア１１４ａ、ギア１１４ｈ、ギア１１４ｉ、ギア１１４ｃ、ギア１１４ｄおよびギア１１４ｇを介して出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第２速とされる。

ギア１１４ｆがギア１１４ｂと噛合い、ギア１１４ｅがギア１１４ｊと噛合わない場合には、入力シャフト１１１はギア１１４ｂおよびギア１１４ｆとの噛合いにより出力シャフト１１２に直結され、入力シャフト１１１の駆動力は直接出力シャフト１１２に伝達される。これが、たとえば第３速とされる。

上述のように、マニュアルトランスミッション１００は、回転部材としての入力シャフト１１１および出力シャフト１１２をこれに隣接して配置されるハウジング１１５に対して回転可能に支持するために、深溝玉軸受１を備えている。このように、上記実施の形態１における深溝玉軸受１は、マニュアルトランスミッション１００内において使用することができる。そして、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な深溝玉軸受１は、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるマニュアルトランスミッション１００内での使用に好適である。

（実施の形態３）
次に、上記実施の形態１における転がり軸受の用途の他の一例について説明する。図６および図７を参照して、デファレンシャル２００は、デフケース２０１と、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂと、サンギア２０３と、ピニオンキャリア２０４と、アーマチュア２０５と、パイロットクラッチ２０６と、電磁石２０７と、ロータークラッチ（デフケース）２０８と、カム２０９を備えている。

デフケース２０１の内周に設けられた内歯２０１ａと４つのピニオンギア２０２ａの各々とが互いに噛みあっており、４つのピニオンギア２０２ａの各々と４つのピニオンギア２０２ｂの各々とが互いに噛み合っており、４つのピニオンギア２０２ｂの各々とサンギア２０３とが互いに噛み合っている。サンギア２０３は第１の駆動軸としての左駆動軸２２０の端部に接続されており、これによりサンギア２０３と左駆動軸２２０とは一体となって自転することができる。また、ピニオンギア２０２ａの回転軸２０２ｃの各々と、ピニオンギア２０２ｂの回転軸２０２ｄとの各々が、ともにピニオンキャリア２０４によって自転可能に保持されている。ピニオンキャリア２０４は第２の駆動軸としての右駆動軸２２１の端部に接続されており、これによりピニオンキャリア２０４と右駆動軸２２１とは一体となって自転することができる。

また、電磁石２０７、パイロットクラッチ２０６、ロータークラッチ（デフケース）２０８、アーマチュア２０５、およびカム２０９によって電磁クラッチが構成されている。

デフケース２０１の外歯２０１ｂは図示しないリングギアの歯車と噛み合っており、デフケース２０１はリングギアからの動力を受けて自転する。左駆動軸２２０および右駆動軸２２１の間に差動がない場合には、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂは自転せず、デフケース２０１、ピニオンキャリア２０４、およびサンギア２０３の３つの部材が一体となって回転する。つまり、リングギアから左駆動軸２２０へは、矢印Ｂで示されるように動力が伝達され、リングギアから右駆動軸２２１へは、矢印Ａで示されるように動力が伝達される。

一方、左駆動軸２２０および右駆動軸２２１のうちいずれか一方、たとえば左駆動軸２２０に抵抗が加わる場合には、左駆動軸２２０と接続したサンギア２０３に抵抗が加わり、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂの各々が自転する。そして、ピニオンギア２０２ａおよび２０２ｂの回転によってピニオンキャリア２０４の自転が速められ、左駆動軸２２０と右駆動軸２２１との間に差動が発生する。

また、電磁クラッチは、左駆動軸２２０と右駆動軸２２１との間に一定以上の差動が生じると通電し、電磁石２０７によって磁界が発生される。パイロットクラッチ２０６およびアーマチュア２０５は、磁気誘導作用により電磁石２０７に引き付けられて摩擦トルクを発生する。摩擦トルクはカム２０９によりスラスト方向に変換される。そして、スラスト方向に変換された摩擦トルクにより、ピニオンキャリア２０４を介してメーンクラッチがデフケース２０８に押し付けられ、これにより差動制限トルクが発生する。スラストニードルころ軸受２はカム２０９で生じたスラスト方向の反力を受け、この反力をデフケース２０８に伝達する。その結果、摩擦トルクに比例したカム２０９による倍のスラスト力が発生される。このように、電磁石２０７は、パイロットクラッチ２０６のみを制御し、そのトルクを倍力機構により増幅することができ、また任意に摩擦トルクをコントロールすることができる。

ここで、デフケース２０８とデフケース２０８の外周側に配置される部材との間には、実施の形態１における深溝玉軸受１が配置されている。このように、上記実施の形態１における深溝玉軸受１は、デファレンシャル２００内において使用することができる。そして、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが可能な深溝玉軸受１は、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるデファレンシャル２００内での使用に好適である。

軸受部品の特性に及ぼす熱処理条件等の影響を調査する実験を行なった。まず、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる平板を準備し、８００℃で１時間予熱した後、ＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中において８５０℃に加熱し、４時間保持することにより浸炭窒化処理した。その後、浸炭窒化処理における加熱温度である８５０℃から、そのまま上記平板を焼入油中に浸漬することにより焼入硬化させた。さらに、当該平板に対して種々の温度で焼戻処理を施した。得られた平板に対して直径１９．０５ｍｍのＳＵＪ２製標準転がり軸受用鋼球を荷重３．１８ｋＮ（最大接触面圧４．４ＧＰａ）で押し付け、１０秒間保持した後、除荷した。そして、この鋼球の押し付けによって平板に形成された圧痕の深さを測定することにより、耐圧痕性を調査した。また、同じ試験片について、ロックウェル硬度計にて表面硬度を測定した。耐圧痕性の調査結果を図８に、硬度の測定結果を図９に示す。

図８および図９を参照して、焼戻温度が高くなるにつれて表面硬度が低下する一方で、圧痕深さは極小値を有している。具体的には、焼戻温度を２４０℃以上３００℃以下とすることにより、圧痕深さが０．２μｍ以下となっている。このことから、耐圧痕性を向上させる観点からは、焼戻温度は２４０℃以上３００℃以下とすることが好ましいといえる。

ここで、上記焼戻温度の最適値は、以下のようにして決定されているものと考えられる。焼入処理を行なうと、鋼の素地には炭素が固溶した状態となる。一方、焼戻処理を行なうと、素地中に固溶した炭素の一部が炭化物（たとえばＦｅ_３Ｃ）として析出する。このとき、焼戻処理の温度が高くなるほど鋼の降伏強度に対する固溶強化の寄与が低下するとともに、析出強化の寄与が大きくなる。そして、２４０℃以上３００℃以下の温度域で焼戻処理を実施することにより、これらの強化機構のバランスが最適となり、降伏強度が極大値をとるため、耐圧痕性が特に高くなる。

また、上記圧痕深さの測定の場合と同様に圧痕を押し付けることによる鋼の変形に基づいて測定される表面硬度が単調減少するにもかかわらず、耐圧痕性が極大値をとる理由は以下の通りであると考えられる。

図１０は、上記平板に対する熱処理において浸炭窒化処理のみ省略した処理を施した引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１ ４号試験片）の各焼戻温度における真応力と真ひずみとの関係を示す図である。図１０は、ｎ乗硬化弾塑性体でモデル化した真応力−真ひずみ線図である。σ_Ｙ降伏応力を境目に次式の通り特性が異なる。

ここで、σは真応力、Ｅはヤング率、εは真ひずみ、Ｋは塑性係数、ｎは加工硬化指数、σ_Ｙは降伏応力である。ただし、ヤング率Ｅは共振法で実測し、加工効果指数ｎおよび組成係数Ｋは、引っ張り試験により実測した。そして、これらを上記２式に代入し、交点をσ_Ｙとした。

ここで、圧痕深さの測定における真ひずみの水準は、図１０における領域αに相当するのに対し、硬度測定における真ひずみの水準は、図１０における領域β以上に相当する。そして、図１１を参照して、圧痕深さの測定領域に対応する領域αにおける降伏点を確認すると、焼戻温度が２４０℃〜３００℃の範囲において降伏点が高くなっており、これよりも低温の場合、降伏点が低下している。一方、図１０を参照して、表面硬度の測定領域に対応する領域βでは、同じひずみ量を与えようとすると、焼戻温度が低くなるにつれて、より大きな応力が必要となることが分かる。このような現象に起因して、焼戻温度が１８０℃〜２２０℃の場合に比べて硬度が低下するにもかかわらず、焼戻温度を２４０℃〜３００℃とすることにより、耐圧痕性が向上するものと考えられる。

また、焼戻温度のほか、表面窒素濃度および焼入温度を変化させた条件で熱処理した試験片について、表面の残留オーステナイト量、圧痕深さ、寿命、リング圧砕強度、経年変化率を調査した。

ここで、圧痕深さは、上記の場合と同様に測定した。圧痕深さが０．２μｍ未満の場合をＢ、０．２〜０．４μｍの場合をＣ、０．４μｍ以上の場合をＤと評価した。寿命は、圧痕深さの測定の場合と同様の条件にて軌道面に圧痕を形成した後、清浄油潤滑のもとで油膜パラメータが０．５となる条件で、軸受がトランスミッションに使用される場合の荷重条件を模擬して実施した。そして、焼入温度８５０℃、焼戻温度２４０℃、表面窒素量０．４質量％の試験片の寿命を基準（Ｂ）として、基準寿命よりも長い場合をＡ、短い場合をＣ、著しく短い場合をＤと評価した。リング圧砕強度は、外径６０ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅１５のリングを作製し、これを径方向に平板にて圧縮し亀裂が発生した荷重を調査することにより評価した。亀裂発生時の荷重が５０００ｋｇｆ以上の場合をＡ、３５００〜５０００ｋｇｆの場合をＢ、３５００ｋｇｆ未満の場合をＤと評価した。また、経年変化率は、試験片を２３０℃で２時間保持し、当該熱処理前からの外径寸法変化量を測定することにより評価した。変化量が１０．０×１０^５以下の場合をＡ、１０．０×１０^５〜３０．０×１０^５の場合をＢ、３０．０×１０^５〜９０．０×１０^５の場合をＣ、９０．０×１０^５以上の場合をＤと評価した。試験結果を表１に示す。

表１を参照して、表面窒素濃度が０．２５〜０．５質量％、焼入温度が８２０〜８６０℃、焼戻温度が２４０〜３００℃の条件をすべて満たす試験片において、上記全ての項目において優れた評価が得られている。

なお、上記実施の形態においては、本発明の軸受部品を含む転がり軸受の一例として深溝玉軸受について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、円すいころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、タンデム型アンギュラ玉軸受など、種々の形式の転がり軸受に本発明の軸受部品を適用可能である。また、本発明の転がり軸受の用途として、トランスミッションおよびデファレンシャルを例示したが、本発明の転がり軸受の用途はこれに限られず、種々の機械に適用可能であり、高い荷重が負荷されることにより耐圧痕性が求められる用途に特に好適である。

今回開示された実施の形態および実施例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。

本発明の転がり軸受は、耐圧痕性と転動疲労寿命とを高いレベルで両立することが求められる転がり軸受に、特に有利に適用され得る。

１ 深溝玉軸受、２ スラストニードルころ軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 窒素富化層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ 内部、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１３Ａ 玉転動面、１４ 保持器、１５ 弾性部、１６ 芯金、１７ シール部材、１００ マニュアルトランスミッション、１１１ 入力シャフト、１１２ 出力シャフト、１１３ カウンターシャフト、１１４ａ〜ｋ ギア、１１５ ハウジング、１２０Ａ，１２０Ｂ 転がり軸受、２００ デファレンシャル、２０１ デフケース、２０１ａ 内歯、２０１ｂ 外歯、２０２ａ〜ｂ ピニオンギア、２０２ｃ〜ｄ 回転軸、２０３ サンギア、２０４ ピニオンキャリア、２０５ アーマチュア、２０６ パイロットクラッチ、２０７ 電磁石、２０８ デフケース、２０９ カム、２２０ 左駆動軸、２２１ 右駆動軸。

Claims (6)

1. 第１転走面を有する第１軌道輪と、
   第２転走面を有し、前記第１転走面に前記第２転走面が対向するように配置された第２軌道輪と、
   前記第１転走面および前記第２転走面に転動接触面において接触し、円環状の軌道上に並べて配置された複数の玉と、
   前記第１軌道輪と前記第２軌道輪とに挟まれた空間である軸受空間を閉じるように配置されたシール部材とを備え、
   前記シール部材は、一方の端部が前記第１軌道輪および前記第２軌道輪の一方に固定され、他方の端部であるシールリップ部が前記第１軌道輪および前記第２軌道輪の他方に接触し、
   前記第１軌道輪および前記第２軌道輪のうち、少なくとも１つは、
   ０．９０質量％以上１．０５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．０１質量％以上０．５０質量％以下のマンガンと、１．３０質量％以上１．６５質量％以下のクロムとを含有し、残部不純物からなる鋼材が焼入硬化された後２４０℃以上３００℃以下の焼戻温度で焼戻された鋼からなり、
   前記第１転走面または前記第２転走面である軸受接触面における窒素濃度が０．２５質量％以上０．５０質量％以下であり、
   前記軸受接触面における残留オーステナイト量が６体積％以上１２体積％以下である高強度軸受部品である、自動車用深溝玉軸受。
2. デファレンシャルまたはトランスミッション内において使用される、請求項１に記載の自動車用深溝玉軸受。
3. 前記玉を最大接触面圧が４．４ＧＰａとなるように前記第１軌道輪および前記第２軌道輪のいずれかに押し付けた場合、前記第１軌道輪および前記第２軌道輪のいずれかに形成される圧痕の深さは０．５μｍ以下となる、請求項１または２に記載の自動車用深溝玉軸受。
4. 前記第１軌道輪および前記第２軌道輪が前記高強度軸受部品である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車用深溝玉軸受。
5. 前記軸受接触面の硬度は６０．０ＨＲＣ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車用深溝玉軸受。
6. 前記軸受接触面の硬度は６４．０ＨＲＣ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車用深溝玉軸受。

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