JPH08311603A

JPH08311603A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH08311603A
Application number: JP24218195A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Okita; 滋沖田; Nobuaki Mitamura; 宣晶三田村; Susumu Tanaka; 進田中; Kenji Yamamura; 賢二山村; Manabu Ohori; 學大堀
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1996-11-26
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: GB9904780D0; KR960011182A; US5672014A; JP3538995B2; KR100216877B1; GB2294058B; GB2294058A; GB9519930D0

Abstract

(57)【要約】【目的】転動体と内外輪との各々について、材料、加工
および熱処理の最適化を行い、高機能であってしかも低
コストの転がり軸受を提供する。【構成】内輪，外輪または転動体が、Ｃ：０．１〜
１．０重量％、Ｓｉ：０．１〜１．５重量％、Ｍｎ：
０．１〜１．５重量％、Ｃｒ：０．１〜３．０重量％を
含む合金鋼で形成され、浸炭処理を施した表面炭素量お
よび表面窒素量がそれぞれＣ：０．６〜１．５重量％、
Ｎ：０．０５〜０．９重量％である転がり軸受とし
た。表面層の残留オーステナイト量γ_Rが適量でかつ硬
さも十分あり、異物混入潤滑下でも長寿命を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、農業機
械、建設機械等に使用される転がり軸受に係り、特に、
トランスミッションやエンジン等の駆動系用として求め
られる長寿命な転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転がり軸受の転動体（玉および
各種転がり軸受用ころ。以下すべて同様）及び内外輪
（内輪および外輪。以下すべて同様）の材料として、軸
受鋼であればＳＵＪ２が、肌焼鋼であればＳＣＲ４２０
相当の鋼材が使用されている。転がり軸受は高面圧下で
繰り返しせん断応力を受けて用いられるため、そのせん
断応力に耐えて転がり疲労寿命を確保するべく、軸受鋼
は焼入・焼戻し、肌焼鋼は浸炭又は浸炭窒化処理後に焼
入・焼戻しが施されてＨＲＣ５８〜６４の硬度とされて
いる。

【０００３】しかし、転がり軸受は使用環境が多種多用
であり、疲労寿命の他に、潤滑条件等の不備や周辺機器
からの異物の混入等による摩耗や早期剥離等によって軸
受の寿命が大きく左右される場合があることも見逃せな
い。また、例えば、大きなアキシャル加重を受ける円錐
ころ軸受においては転送面のすべりによる摩耗及び大つ
ば部での純すべりによる摩耗により不具合を起こす場合
があり、また、スラスト軸受，自動調心ころ軸受等の円
錐ころ軸受以外の転がり軸受であっても、使用条件が厳
しい場合にすべりによる摩耗が問題となることもある。
そこで、疲労寿命の確保のみならず、異物混入潤滑下で
も長寿命が保証され摩耗や早期剥離を防止できる、耐摩
耗性が良好で且つ安価な転がり軸受が要望されている。

【０００４】本願発明者らは、その要望を実現しうる転
がり軸受の新規な材料について研究を重ねてきた。以下
に、転がり軸受に一般的に用いられている前記軸受鋼Ｓ
ＵＪ２と肌焼鋼ＳＣＲ４２０との両材料の得失を述べ
る。ＳＵＪ２は合金組成中にＣとＣｒが多く含有されて
いて、製鋼時に巨大炭化物や偏析を生じやすい。これを
なくすためにソーキング処理などが行われる結果、ＳＣ
Ｒ４２０に比べて材料費は高くなる。

【０００５】成形加工に関しては、小形軸受けの転動体
の場合、素材はほとんど冷間線引材（コイル材）を使用
し、冷間型鍛造（ヘッダ加工）により転動体の形に成形
され、旋削加工は行われない。その冷間加工性を比べる
と、ＳＵＪ２は合金成分中のＣとＣｒの含有比率が高い
のに対して、ＳＣＲ４２０の方はＣ含有比率が低いの
で、冷間加工性はＳＣＲ４２０の方が良好である。一
方、内外輪の場合は、熱間（温間）鍛造により成形され
るので、素材による加工性の差はあまり出ない。しか
し、その後、切削加工に備えて鍛造後に軟化焼鈍が行わ
れるのではあるが、素材の炭素量の関係でＳＣＲ４２０
に比べてＳＵＪ２の方が切削性が悪く、コスト高の傾向
にある。

【０００６】熱処理に関しては、一般的なＳＵＪ２は焼
入して焼戻すだけで軸受けに必要な硬さが得られるのに
対して、ＳＣＲ４２０は表面層に必要な硬さを得るため
に浸炭又は浸炭窒化焼入処理を行い、その後焼戻しを行
うか、場合によっては浸炭又は浸炭窒化焼入処理を行っ
た後さらに二次焼入して焼戻しを行う。そのためＳＣＲ
４２０はＳＵＪ２に比べて熱処理費が大幅に高くなる。
なお、本明細書中にいう「表面層」とは、最大、表面か
ら転がり接触時に最大せん断応力が発生する深さ（具体
的には転動体直径の２％）までの領域をさすものとし、
軽荷重で異物の量が多い条件下では上記範囲内で浅くす
ることができる。

【０００７】研削加工性に関しては、ＳＣＲ４２０の方
が熱処理後の黒皮表面層（すなわち研削前の表面層）に
おける初析セメンタイトや残留オーステナイト（以下、
γ_Rと記す）量のいかんによってはＳＵＪ２より研削性
が悪くなるが、大きな差はない。しかし、ＳＣＲ４２０
の浸炭窒化を行うと、黒皮表面層に炭窒化物が析出した
りして研削性は著しく低下する。

【０００８】以上の比較から、材料費と加工費を考慮し
た軸受の総合コストとしては、ＳＵＪ２の方がＳＣＲ４
２０より低くなる。しかして、材料に上記の鋼材を用い
て製造した転がり軸受の機能に関しては、転がり寿命で
はＳＣＲ４２０を浸炭（又は浸炭窒化）したものは表面
層のγ_Rが多く、圧縮残留応力も発生するために、特に
異物混入環境下において長寿命の傾向にある。また、軸
受として重要な機能である寸法安定性なども、ＳＣＲ４
２０の方がＳＵＪ２より優れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の転がり軸受の材料である肌焼鋼ＳＣＲ４２０等にあ
っては、浸炭硬化層を深くしようとすると、基地の炭
素量が低いため浸炭処理を高温かつ長時間行う必要があ
り、そのため熱処理生産性が低下する。また、表面炭
素濃度を高くすると、Ｃｒ含有量が多いために初析炭化
物が生じやすく、そのため転がり疲れ寿命が低下する。
そこでＣｒ量を減らし、Ｎｉ，Ｍｏを添加して焼入れ
性を改善しようとすると、材料コストが増加してしまう
という問題点がある。更に、とくに耐磨耗性が要求さ
れる場合に、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等の炭化物形成元素を多量
に添加し、軸受表層に炭化物を多量に析出させる方法が
知られているが、材料コストが上がるだけでなく、鍛造
性，切削性，研削性等の低下による加工コスト上昇及び
浸炭性低下による熱処理コストの上昇を伴い、非常に高
価な転がり軸受になってしまう。

【００１０】一方、軸受鋼ＳＵＪ２の場合は、コストは
低く抑えられるが、特に異物混入環境下においての軸受
寿命が短いという問題点がある。こうした問題の対策と
して、本出願人は先に出願の特開平２−１２５８４１号
公報において、材料コストが低く、熱処理生産性が良好
で且つ長寿命の転がり軸受を提案した。このものは、軸
受の転がり疲れ寿命に有害な初析炭化物を生じ易いＣｒ
量を0.35％未満とし、Ｃｒ量低下による焼入れ性低下を
避けるために1.2〜1.7 重量％のＭｎを添加するととも
に基地カーボン量の多い（Ｃ量0.4 〜0.7重量％）中炭
素マンガン鋼を用いることにより初析炭化物の発生を抑
制し、軸受表面層におけるγ_Rを２５〜４５体積％の範
囲として必要な硬化層深さを得ることにより、異物混入
潤滑下での転がり軸受の長寿命化を達成せんとするもの
である。

【００１１】詳しくは、前記特開平２−１２５８４１号
でその第１図にも開示されているように、異物混入潤滑
下では、表面層にγ_Rを２５〜４５体積％存在させるこ
とにより長寿命が得られる。これを実施するため、少な
くとも表面層の固溶炭窒素量を０．８重量％以上とすれ
ば前記γ_Rの範囲を保ち得ることが示されている。しか
しながら、この場合、Ｍｎ量による加工性の低下、浸炭
窒化したときの研削加工性の低下等の問題があり、また
本来転動体と内外輪とでは要求される機能や加工条件が
異なることからも、なお改良の余地がある。

【００１２】そこで本発明の第１の目的とするところ
は、上記従来技術の問題点を改良することにより、表面
にγ_Rを２５〜４５体積％形成して異物混入潤滑下でも
長寿命（転がり寿命）の転がり軸受を得ることにある。
また、本発明は上記第１の目的に加えて、以下のような
目的をも達成せんとするものである。

【００１３】すなわち、上述のように軸受の転動体，外
輪，内輪は加工方法が異なっている。転動体は冷間鍛造
後、研削工程（ラップ等を含む）を経て加工され、内外
輪は熱間（温間）鍛造後，切削加工，研削（超仕上等を
含む）の各工程を経て加工される。このような加工方法
の差異に鑑み、転動体においては素材ＳＵＪ２の巨大炭
窒化物を消失させ、ソーキングを不要とし、冷間鍛造性
（金型寿命）の向上を図る必要性があり、また内外輪に
おいては切削加工性（工具寿命），研削加工性（ドレッ
シング間隔）の向上を図る必要性があるなど、それぞれ
に独自の課題を有していた。換言すると、前記第１の目
的である異物混入潤滑下での長寿命を達成しつつ、なお
且つ、できる限り低コストな転がり軸受を得るために
は、なお改良の余地があった。

【００１４】ところで、一般的には転がり軸受は内輪，
外輪及び転動体に全て同一材料が使用されることが多い
のであるが、耐磨耗性，耐異物性等が要求される場合に
はコストを考慮して内外輪又は固定輪あるいは転動体の
みに高価な材料を用いる場合もある。例えば特開昭６３
−３０３２２１号公報に、内外輪と転動体のうち、内外
輪の少なくともいずれか一方または転動体に、0.3 重量
％以上のＣと３重量％以上のＣｒを含む鋼を使用し、残
りに高炭素Ｃｒ軸受鋼あるいは浸炭鋼を使用することに
より長寿命な軸受を得る方法が開示されている。しかし
摩耗やコストに対する考慮がなされていない。

【００１５】そこで本発明は、転動体と内外輪とでは要
求される機能が異なっていることに鑑み、転動体と内外
輪との各々について、材料、加工および熱処理の最適化
を行うことにより、従来の軸受より高機能であって異物
混入潤滑下での長寿命が得られ、さらに、特に転動体と
内外輪とのすべりによる摩耗が問題となるような種類の
転がり軸受の場合には、耐摩耗性を備え、しかも低コス
トで生産できる転がり軸受を提供することを第２の目的
としている。

【００１６】一方、近年、自動車の高速化，軽量化，低
燃費化や、鉄鋼設備のメンテナンスフリー化で軸受の使
用条件が非常に過酷化している。このため、異物混入下
での転がり寿命の向上に加えて、潤滑油中に混入する異
物による表面損傷による剥離や、潤滑不良による磨耗等
が問題になる場合がある。これに対し、特開平２−２７
７７６４号に開示されているように、高クロム鋼に浸炭
又は浸炭窒化を施し、軸受表層に微細炭化物を析出さ
せ、かつ残留オーステナイト量γ_Rを適正化することに
より、異物混入潤滑下での長寿命化を図る従来例が知ら
れているが、潤滑不良による磨耗に対する考慮が不十分
であった。

【００１７】そこで本発明は、異物混入潤滑下での長寿
命化だけでなく、耐磨耗性にも優れた転がり軸受を安価
に提供することを第３の目的としている。また、特に高
速，低荷重の条件下で使用される乗用車のトランスミッ
ション用等の転がり軸受の場合は、耐磨耗性と共に低コ
スト化が強く望まれており、軸受製造コストに影響の大
きい材料の被削性や研削性等の加工性の良否にも配慮が
必要になる。

【００１８】そこで本発明は、耐磨耗性に優れ、異物混
入潤滑下でも長寿命であるのみならず、加工性にも優れ
てコスト的に有利でかつ高速，低荷重の使用に好適な転
がり軸受を安価に提供することを第４の目的としてい
る。本発明は、以上に鑑み、異物混入潤滑下での転がり
寿命を向上するとともに、必要に応じ、できるだけ低コ
ストな、あるいは異物混入潤滑下で軸受の種類や使用条
件の違いに応じて耐磨耗性に優れた長寿命の転がり軸受
を選択的に提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
転がり軸受は、内輪，外輪または転動体が、を含む合金鋼で形成され、浸炭窒化処理を施し、その後
研削加工をした後の表面層の炭素量および表面層の窒素
量がそれぞれＣ：０．６〜１．５重量％Ｎ：０．０５〜０．９重量％である転がり軸受である。

【００２０】特に、上記第２の目的を達成する本発明の
転がり軸受にあっては、転動体が、を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物元素からなる合金
鋼で形成された線材を冷間型鍛造で成形し、浸炭窒化処
理してその後研削加工したものの表面層の炭素量および
表面層の窒素量がそれぞれ、Ｃ：０．８〜１．４重量％Ｎ：０．０５〜０．３重量％であり、内外輪が、を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物元素からなる合金
鋼で形成され、旋削加工後に浸炭窒化処理してその後研
削加工されたものの表面層の炭素量および表面層の窒素
量がそれぞれ、Ｃ：０．８〜１．４重量％Ｎ：０．０５〜０．３重量％であり、そして、これらの内外輪と転動体とを組み合わ
せてなる転がり軸受である。

【００２１】また、同じく第２の目的を達成する本発明
のうち、特に転動体と内外輪とのすべりによる摩耗への
対策を必要とする転がり軸受に関する発明に係る転がり
軸受にあっては、内輪，外輪及び転動体からなる転がり
軸受において、当該転動体は、を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物元素からなる合金
鋼を材料に用いて形成された線材を冷間型鍛造で成形
し、浸炭窒化処理してその後研削加工したものの表面層
の炭素量および表面層の窒素量がそれぞれ、Ｃ：０．８〜１．４重量％Ｎ：０．０５〜０．３重量％であり、内輪及び／または外輪には、前記転動体の合金
鋼よりもＣｒ含有量が０．２〜２．０重量％多い合金鋼
または浸炭鋼を材料に用い硬化熱処理を施したことを特
徴とする。

【００２２】さらに、特に、上記第３の目的を達成する
本発明の転がり軸受は、内輪，外輪および転動体の少な
くとも一つが、Ｃ：０．１〜１．０重量％Ｓｉ：０．１〜１．５重量％Ｍｎ：０．１〜１．５重量％Ｃｒ：０．５〜３．０重量％Ｍｏ：３．０重量％以下Ｖ：２．０重量％以下Ｎｉ：２．０重量％以下を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物元素からなる合金
鋼で形成され、浸炭窒化処理を施した表面層の炭素量お
よび表面層の窒素量がそれぞれＣ：０．８〜１．５重量％Ｎ：０．３〜０．７重量％であることを特徴とするものである。

【００２３】上記第３の目的を達成する本発明の転がり
軸受では、異物混入潤滑の条件のうち、特に製鉄用など
（比較的低速で）高荷重の条件まで耐磨耗性を得ること
ができるものである。これに対し、特に高速，低荷重の
条件下で使用される乗用車のトランスミッション等用の
転がり軸受で耐磨耗性と低コストを両立させる本発明の
第４の目的を達成する転がり軸受は、内輪，外輪および
転動体の少なくとも一つが、Ｃ：０．３〜０．９重量％Ｓｉ：０．１〜０．７重量％Ｍｎ：０．５〜１．５重量％Ｃｒ：０．１〜０．８重量％を含有し残部Ｆｅおよび不可避不純物元素からなる合金
鋼で形成され、浸炭窒化処理を施し、その後研削加工し
た後の表面層の炭素量および表面層の窒素量がそれぞれＣ：０．６〜１．２重量％Ｎ：０．２〜０．９重量％であり、更に、Ｃｒと窒素の総含有量（素材中のＣｒ含
有率と表面層におけるＮ含有率との合計である。以下、
同じ）が、Ｃｒ＋Ｎ：０．４〜１．０重量％であることを特徴とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。まず、本発明の第１の目的に係る発明に用いられ
る合金成分の限定理由について述べる。［Ｃ；含有量］Ｃは、基地をマルテンサイト化すること
により、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。その含有量を０．１重量％以上としたの
は、軸受として必要な強度を確保するためである。上限
を１．０重量％以下としたのは、これ以上含有すると心
部の靭性を低下させるからである。

【００２５】［Ｓｉ；含有量］Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤
として必要な元素であり、また焼戻し軟化抵抗を高め、
転動疲労寿命を向上させるのに有効な元素であるため
０．１重量％以上含有させるが、浸炭窒化時に炭素や窒
素が表面から侵入するのを阻害し、熱処理生産性を低下
させるので上限を１．５重量％とした。

【００２６】［Ｍｎ；含有量］Ｍｎは、製鋼時の脱酸剤
および脱硫剤として必要な元素であり、また焼入れ性を
向上させるのに有効な元素であるため０．１重量％以上
含有させるが、多量に添加すると被削性を低下させるた
め上限を１．５重量％とした。［Ｃｒ；含有量］Ｃｒは焼入れ性向上、焼戻し軟化抵抗
性向上など基地を強化する元素であり、その効果を有効
に出すためには最低０．１重量％が必要である。また、
多量に添加すると表面にＣｒ酸化物が形成され、浸炭窒
化時に炭素や窒素が表面から侵入するのを阻害し、熱処
理生産性を低下させるため上限を３．０重量％とした。

【００２７】［完成品表面層のＣ含有量］浸炭窒化処理
を施す場合では、窒素両との兼ね合いで最低限０．６重
量％あれば転がり軸受として最低限必要な硬さと耐磨耗
性が得られるので下限値は０．６重量％とする。一方、
表面層の炭素濃度が１．５重量％を越えると、以下に述
べる条件との組み合わせにより結晶粒界に網目状の粗大
炭化物が析出し、そこへ応力集中が生じて転動疲労寿命
が低下する。

【００２８】［完成品表面層のＮ含有量］完成品表面層
のＮ量が０．０５重量％未満であると、Ｎの固溶不足に
より十分な表面硬さとγ_Rが得られず、寿命が向上しな
い。窒素量を増加していくと、窒化物が析出し耐磨耗性
が向上する。しかし、Ｃｒの添加量によっては、耐磨耗
性向上と共に研削加工性が悪化する傾向にあり、０．９
重量％を越えるとＣｒの添加量を減らしても研削性が改
善されない。

【００２９】本発明の第１の目的である異物混入潤滑下
で長寿命であるということに加えて、且つ安価でもある
転がり軸受を得るという第２の目的をも達成すべく、本
願発明者らは、転動体と内外輪とでは要求される機能が
違ってくるので、要求される機能や加工性に対してコス
トを考慮した最適な材料と熱処理に関して研究を重ね
た。その結果、例えば小形転がり軸受の転動体は、素材の成分調整や
熱処理によって、材料コストと加工コストを最小限にし
て長寿命化が可能なこと。

【００３０】また、これとは別に、内外輪について
も、素材の成分調整や熱処理によって材料コストと加工
コストを最小限にして、寸法安定性と長寿命化が可能と
なることを見いだした。そして、これらの転動体と内外
輪とを組み合わせることで、高機能で低コストの軸受を
提供することが可能となった。以下に、本発明の第２の目的にかかる発明における数値
限定等の臨界的意義について述べる。

【００３１】次に、本発明の第２の目的に係る発明に用
いられる合金成分の組成範囲を限定する理由を説明す
る。［Ｃ；含有量］転動体は熱処理による変形がほとんど無
く、熱処理後の研削取り代が少ないので、浸炭窒化処理
が短時間であっても、研削加工後の完成品表層面に十分
な浸炭窒化層が残り得る。一方、浸炭窒化することで、
低合金鋼であっても完成品表面層に適量のγ_Rと圧縮残
留応力が得られて、異物混入潤滑下でも長寿命となる。
ただし、短時間の浸炭窒化では有効硬化層深さが不足す
る場合が出てくる。そのため、転動体については、短時
間の浸炭窒化でも十分な硬化層深さが得られるように、
素材の炭素量の下限を好ましい値として０．７重量％と
した。

【００３２】しかしながら、冷間加工性は素材の炭素量
が増えると変形抵抗が増加する傾向にあり、Ｃｒ含有量
を低下させたとしてもＣ含有量が０．９重量％を越える
と工具（金型）寿命が低下する。さらに、素材の炭素量
が０．９％を越えると、製鋼時に巨大炭化物や偏析をな
くすためのソーキングが必要となり、素材のコストが上
昇してしまう。

【００３３】以上の理由から、転動体の素材の炭素量は
好ましい範囲として０．７重量％以上０．９重量％以下
とする。内外輪の場合も、上記転動体の場合と同様に、
熱処理時間の短縮には素材の炭素量を高くする方が有利
である。しかし、内外輪はシャフトやハウジングに組み
込まれて使用されるため、使用中の寸法の時効変化量
（寸法安定性）は重要な特性になる。素材の炭素量が
０．６重量％を越えると、軸受内外輪における心部のγ
_Rが必要以上に増加するため寸法安定性が悪くなり、使
用条件によっては内輪クリープ等の不具合が発生する。

【００３４】一方、素材の炭素量が０．３重量％未満に
なると、浸炭窒化処理時間が長くなり、熱処理生産性が
低下してしまう。また、焼入れ性が不足し十分な硬化層
を得ることができなくなる。以上の理由から、内外輪の
素材の炭素量は好ましい範囲として０．３重量％以上
０．６重量％以下とする。

【００３５】［Ｓｉ；含有量］素材鋼の製鋼時に脱酸剤
として作用し、焼入れ性を向上させるとともに基地マル
テンサイトを強化するので、転動体及び内外輪を問わず
軸受の寿命を延長するのに有効な元素であり、その効果
を有効に出すためには最低０．１重量％は必要である。
しかし、Ｓｉ含有量が多すぎると被削性，鍛造性，冷間
加工性を劣化させる上、浸炭窒化時にその浸透深さが急
激に減少することとなるため、本発明で行う短時間浸炭
窒化が十分に効果が発揮できるよう上限を好ましい値と
して０．７重量％とした。以上の理由から、転動体お
よび内外輪の素材のＳｉ量は、０．１重量％以上０．７
重量％以下とする。ここで、浸炭窒化深さを重視する
と、望ましくは０．５重量％以下としたい。

【００３６】［Ｍｎ；含有量］一般に焼入れ性を向上さ
せるには、ＭｎまたはＣｒを添加する。しかしながら、
Ｃｒは炭化物生成元素なので、添加したＣｒがすべて基
地の焼入れ性向上に機能することにはならないし、コス
トもＭｎより高い。本発明では、材料費や加工費を極限
まで抑えるため、最低必要限度の合金成分範囲を設定し
ている。

【００３７】そこで、転動体について、少ない元素で確
実に焼入れ性を上げるため、また異物混入潤滑下での転
がり寿命に有効な残留オーステナイト生成元素でもある
ことに着目して、Ｍｎの含有量を好ましくは最低０．５
重量％とする。しかし、Ｍｎは素材のフェライトを強化
する元素でもあり、含有量が増すと冷間加工性が著しく
劣化するため上限を好ましくは１．１重量％とする。

【００３８】以上の理由から、転動体の素材のＭｎ量
は、０．５重量％以上１．１重量％以下とする。内外輪
のＭｎについても同様であるが、内外輪は熱間（温間）
鍛造で加工されるので、上記Ｍｎによる加工性の影響は
少ない。一方、内外輪は形状的に転動体より焼入れ性が
悪くなる。そこで、Ｍｎ含有量範囲を転動体の場合より
も幾らか多めにして、必要量の下限を好ましい値として
０．６重量％とする。しかし、１．３重量％を越えると
鍛造および通常の軟化焼鈍（保持温度６７０〜６９０
℃）後の被削加工性が劣化するので、前記通常の軟化焼
鈍の場合では上限を好ましくは１．３重量％とする。

【００３９】しかし、本発明において、特に安価な転が
り軸受を得るという第２の目的を達するものでは、転動
体の直径（円すいころでは平均直径）としては型鍛造で
製作可能な例として最大２２ｍｍ程度までを想定してお
り、それと組み合わせる内外輪の肉厚は例として最大１
５ｍｍ程度までとなる。形状的にも不利な内外輪でこの
程度のサイズになると、Ｍｎ１．３重量％ではやや焼入
れ性が不十分となる。しかし、上述のように単純にＭｎ
を１．３重量％を越えて含有させたのでは、切削工程で
使用される工具の寿命が低下してしまう。

【００４０】そこで、切削工程の前に行う軟化焼鈍の条
件と切削性との関係について研究を重ねた結果、素材の
含有する炭素量に応じてこの焼鈍条件を適正に設定する
ことにより、Ｍｎを１．５重量％まで含有させても十分
な切削加工性（工具寿命）が得られることが判明した。
具体的に述べると、素材の炭素含有量が０．３重量％未
満の場合は、通常一般的な低温軟化焼鈍として、６８０
℃（±１０℃程度）前後で焼鈍を行っている。しかし、
素材の炭素量が増加するとパーライト組織が多く、炭化
物の量も増加してくるので、通常の軟化焼鈍では十分に
硬さが下がらず、切削性が低下していく。そこで通常よ
り高い温度で焼鈍を行うことで、炭化物を極力球状化に
近づけることで切削性を向上させる。

【００４１】一方、素材の炭素含有量が０．３重量％以
上０．４重量％未満の場合は、焼鈍温度をあまり高くし
すぎるとこんどは炭化物が溶け込んでしまい、その後の
放冷方法によっては焼鈍前に戻ったりしてうまく軟化し
ない場合が出てくる。短時間に有効な軟化を行う条件と
して、素材の炭素含有量が０．３重量％以上０．４重量
％未満の場合は加熱し保持する温度（最高温度）を７０
０〜７２０℃とすれば良いことがわかった。

【００４２】また、素材の炭素含有量が０．４重量％以
上０．６重量％以下の場合はさらに保持する温度を高め
にし、７４０〜７６０℃とすれば良いことが確認され
た。しかし、素材のＭｎ含有量が１．５重量％を越える
と、焼鈍条件を変えても切削工具の寿命改善はできなか
った。以上の理由から、内外輪の素材のＭｎ量は、好ま
しくは０．６重量％以上１．５重量％以下とする。

【００４３】［Ｃｒ；含有量］Ｃｒは焼入れ性向上、焼
戻し軟化抵抗性向上など基地を強化する元素であり、そ
の効果を有効に出すためには最低０．１重量％が必要で
ある。しかし前記したように、炭化物生成元素でもあ
り、Ｃｒ含有量が増えても全てが固溶することにはなら
ず焼入れ性向上効果が下がる傾向がある。また、Ｃｒ含
有量が０．６重量％を越えると、製鋼過程で巨大炭化物
や偏析の生成を改良するためにソーキング処理を行う必
要があり、Ｃｒ添加コストと共に素材コストが上昇して
しまう。さらに、浸炭窒化後の表面層に必要以上の窒素
を固溶して研削性を低下させる傾向にある。そこで、転
動体および内外輪のいずれにおいても上限は好ましくは
０．６重量％とする。

【００４４】以上の理由から、転動体および内外輪の素
材のＣｒ量は、０．１重量％以上好ましくは０．６重量
％以下とする。［Ｆｅおよび不可避的不純物；含有量］軸受用鋼の清浄
度は、特にクリーンな潤滑下での転がり寿命に大きく影
響することが知られている。軸受用鋼の不純物元素で特
にＳ，Ｔｉ，Ｏ等は清浄度を低下させ寿命に影響するの
で、長寿命材料ではその量を厳しく規定している。しか
し、Ｔｉ，Ｏの極限的な低減は材料コストを引き上げる
場合があり、またＳの極限的な低下は加工性を低下さ
せ、加工コストが上がる場合もある。

【００４５】本発明の転がり軸受の用途では、特に異物
混入潤滑下での長寿命化が目的であり、材料や熱処理特
性による硬さやγ_R％の方が重要で、コストアップを招
くような厳しい不純物規制は行わない。以上の理由か
ら、転動体および内外輪のいずれの素材についても、Ｆ
ｅおよび不可避的不純物の量的規定はしない。ただし、
通常、軸受材料として使用できる清浄度規制（ＪＩＳ
Ｇ４８０５）は満足する品質（ベアリングクオリテ
ィー）レベルとする。

【００４６】続いて、上記の合金成分組成以外の項目
（加工性等）について、限定理由を説明する。［転動体の素材種類及び成形］小形転がり軸受の転動体
は、ほとんどの場合、コイル材をヘッダ加工している。
ヘッダ加工された転動体は旋削加工が不要のため、素材
の歩留りが良く、生産効率も高く、低コストである。も
っとも、金型の寿命がコストに影響する。金型寿命は被
成形材の冷間加工性や加工硬化性などに左右され、転動
体の形状やその素材の合金成分によって変わってくる。

【００４７】上記冷間加工性は材料のＣ含有量，Ｃｒ含
有量，Ｍｎ含有量に影響されるが、本第２の目的に係る
発明の材料は寿命を含めた軸受機能に必要最低限度の合
金成分設定であるから、従来の軸受用の鋼材に比べて加
工性が良好であり、金型寿命も長くなる傾向にある。以
上の点を勘案して、望ましい例として、本発明の転動体
は、線材を用いて冷間型鍛造（ヘッダ加工）で成形する
ものとする。

【００４８】［内外輪の加工］本発明に係る転がり軸受
の内外輪は、通常の小形転がり軸受の製造の場合と同じ
く、材料を熱間（温間）鍛造し、軟化焼鈍後に旋削加工
を行うものとする。旋削加工においては、材料の旋削性
の違いにより工具の寿命が変わってくる。本第２の発明
に係る軸受材料は、軸受の寿命を含めた軸受機能に必要
な最低限度の合金成分設定であるから、従来の軸受用鋼
に比べて加工性が良好で旋削加工時の工具磨耗量が少な
い。

【００４９】［軸受完成品表面層の成分組成］転がり軸
受の長寿命化を達成するためには、完成品の表面硬さと
γ_Rが最適な関係にあることが必要である。本第２の目
的に係る発明では、材料費や加工費を極限まで抑えるた
めに、転動体と内外輪とのいずれにおいても、最低必要
限度の合金成分範囲を設定している。このため、浸炭窒
化によるＣとＮとの固溶で、特にＮが適量に固溶するこ
とにより、長寿命に必要な硬さやγ_Rが得られる。

【００５０】具体的には、転動体及び内外輪の浸炭窒化
処理後の完成品表面層で、Ｃ量が０．８重量％未満であ
ると表面硬さが十分に得られず、寿命が向上しない。一
方、完成品表面層のＣ量が、上記の各条件との組み合わ
せにより１．４重量％までは問題ないが、１．４重量％
を越えると、Ｍ₃Ｃ等の巨大炭化物が析出し、これが起
点となってクラックが発生し、転がり寿命を著しく低下
させる。

【００５１】また、完成品表面層のＮ量が０．０５重量
％未満であると、Ｎの固溶不足により十分な表面硬さと
γ_Rが得られず、寿命が向上しない。一方、完成品表面
層のＮ量が０．３重量％を越えると、熱処理時間が長く
なるか、あるいはＮポテンシャルを高くするため浸炭窒
化処理後の黒皮表面層のＮ量が高くなる傾向にあり、そ
のため研削加工性が著しく低下する。

【００５２】以上の理由から、本発明の第２の目標を達
成する転がり軸受にあっては、転動体および内外輪のい
ずれも、完成品表面層の炭素濃度は好ましくは０．８％
以上１．４％以下、窒素濃度は好ましくは０．０５％以
上０．３％以下とする。次に、本発明の第２の目的を達
成する発明のうち、特に耐磨耗性を要求される種類の転
がり軸受に関する発明に用いられる合金成分の組成範囲
を限定する理由を説明する。

【００５３】上述の『異物混入潤滑下で長寿命かつ低コ
ストの転がり軸受』という目的を有する発明と、部分的
に共通な目的を有する発明とは、転動体の成分組成につ
いては全く同じである。ただ、内外輪の素材成分が少し
異なるのみであり、具体的にはＣｒの含有量を転動体の
それと関連づけて数値限定している。すなわち、本発明
者らは、軸受の耐磨耗性，異物潤滑下の寿命について検
討を重ねた結果、転動体にＣｒ含有量が0.1 〜0.6 重量
％である低コスト合金鋼に浸炭窒化処理を施した材料を
用い、内外輪またはその一方に、転動体よりも0.2 重量
％以上Ｃｒ含有量の多い軸受鋼や浸炭鋼を用いることに
より、軸受鋼や浸炭鋼を同一材で使用したときよりもそ
の耐磨耗性を向上させることができて、長寿命の軸受が
得られるとの知見を得た。これにより、転動体と内外輪
との間のすべりが厳しい条件の転がり軸受であっても耐
磨耗性に優れ、異物混入潤滑下での長寿命かつ低コスト
も達成することが可能となる。

【００５４】［転動体のＣ；Ｃｒ；Ｍｎ；Ｓｉの各成分
含有量］これらの成分については、先に説明した第２の
目的の転動体と同一であり、重複する説明は省略する。［内外輪のＣｒ含有量］転動体，内外輪共に軸受鋼ＳＵ
Ｊ２を用いた場合には、転動体，内外輪共に従来の肌焼
鋼ＳＣＲ４２０を浸炭または浸炭窒化処理したものを用
いた場合よりも、異物混入潤滑下における転がり寿命が
短くなり且つ耐磨耗性も悪いという傾向がある。また、
これらの材料を組み合せて転がり軸受を構成した場合に
も、ＳＵＪ２材の方が摩耗量が大きくて短寿命となる傾
向にある。すなわち、耐磨耗性が比較的大きい材料とそ
れより小さい材料とを単純に組み合わせても耐磨耗性は
改善できない。

【００５５】本願発明者らは、軸受の寿命，耐磨耗性に
ついて研究した結果、転動体にＣｒ含有量が０．１〜
０．６重量％である低コスト合金鋼に浸炭窒化処理を施
した材料を用い、さらに内外輪またはその一方には前記
転動体よりも０．２重量％以上Ｃｒ含有量の多い軸受鋼
や浸炭鋼を用いることにより、軸受鋼や浸炭鋼を同一材
で使用した場合よりも耐磨耗性を向上させることができ
て、長寿命な軸受が得られるという知見を得た。

【００５６】内外輪に使用する材料は転動体に使用する
材料よりもＣｒが０．２重量％以上多く含有されてお
り、さらにその転動体のＣｒ含有量が０．６重量％以下
と低濃度なこともあって、相接する部材間の熱伝導率の
違いにより両者の摩擦面での熱拡散が転動体側に進行し
易くなる。これが内輪または外輪の焼戻し軟化を鈍らせ
ることとなり、その結果、内外輪，転動体にすべて同一
材を使用したものよりも耐磨耗性が向上する。更にＣｒ
含有量の差が０．４重量％以上になると、その効果が十
分に発揮できるようになるため、望ましくはＣｒ含有量
の差は０．４重量％以上とする。

【００５７】転動体に用いる材料はＣｒ含有量が少ない
低コスト合金鋼であるが、浸炭窒化処理してあるために
適量のγ_Rを備えて異物混入潤滑下で長寿命である。さ
らに窒素の作用効果により表面層では耐磨耗性及び焼戻
し軟化抵抗性にも優れているから、相手材の耐磨耗性を
向上させても自己の耐磨耗性は低下しない。しかし、内
外輪のＣｒ含有量が転動体のＣｒ含有量より２．０重量
％を越えて多くなると、内外輪の耐磨耗性が更に向上す
ることから、摩擦熱等の影響が大きく転動体表面にかか
るようになって、表面層のγ_R分解や硬さ低下が起こ
り、その結果転がり軸受の耐磨耗性や異物混入潤滑下で
の寿命が低下する。また、Ｃｒ量が高くなると、素材の
加工性が低下し且つ材料コストも上昇する。

【００５８】以上の理由から、内外輪材料のＣｒ含有量
を転動体のそれより多くする程度は、０．２〜２．０重
量％の範囲とする。［内外輪のその他の合金成分の含有量］本発明の第２の
目的を達成するもので特に耐磨耗性を必要とする種類の
転がり軸受に関する発明の転がり軸受は、転動体に低コ
ストでしかも耐磨耗性に優れた低Ｃｒ含有量鋼を用い、
これに関連してＣｒ含有量を規定した内外輪を組み合わ
せることで、当該内外輪の耐磨耗性をも向上させて軸受
全体の寿命を延ばすものである。従って、本来、内外輪
素材の成分組成にはＣｒ含有量以外に大きな制限を設け
る必要がない。しかしながら、素材の他に加工，熱処理
等を含む軸受としての総合コストに対する軸受として必
要な機能を考慮すると、一定の成分組成を規定する方が
望ましい。

【００５９】すなわち、素材のＣ量については、０．３
重量％未満にな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。一方、０．６重量％を越え
ると、心部のγ_R量が必要以上に増加して寸法安定性が
悪くなり、使用条件によっては内輪クリープや外輪とハ
ウジングのかじり等の不具合が発生する。よって、望ま
しくは素材のＣ量は０．３重量％以上０．６重量％以下
とする。ただし、軸受鋼のように通常は焼入れ処理を行
うだけで軸受として必要な硬さが得られる場合は、深部
のγ_R量が過大に増加するはことなく、コストも低いの
でＣ料がＯ．６重量％を越えても内外輪として採用でき
る。

【００６０】また、素材のＭｎについては、焼入れ性を
向上させると共に異物混入潤滑下での転がり寿命に有効
な残留オーステナイト生成元素であるため、望ましくは
その含有量を０．３重量％以上とする。ただし、Ｍｎは
素材のフェライトを強化する元素であり、含有量が増す
と冷間加工性が著しく低下する。よって、望ましくは素
材のＭｎ量は０．３重量％以上１．２重量％以下とす
る。

【００６１】また、素材のＳｉについては、製鋼時に脱
酸剤として作用して焼入れ性を向上させると共に、基地
マルテンサイトを強化するので、軸受の寿命を延長する
のに有効な元素であり、最低０．１重量％が好ましい。
しかし、Ｓｉ含有量が多すぎると被削性，鍛造性，冷間
加工性を劣化させる上、浸炭窒化時にその浸透深さが急
激に減少することとなる。よって、望ましくは素材のＳ
ｉ量は０．１重量％以上０．５重量％以下としたい。

【００６２】続いて、本発明の第３の目的に係る発明に
用いられる合金成分の作用および数値限定の臨界的意義
について説明する。なお、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎについては、
前記第１の目的のものと同一なので説明を省略する。［Ｃｒ；含有量］Ｃｒは、焼入れ性を向上させ、基地を
固溶強化する他、浸炭窒化により軸受表面層に炭化物，
窒化物および炭窒化物を析出させ、転動疲労寿命および
耐磨耗性を向上するのに役に立つ。Ｃｒの含有量の好ま
しい下限値として０．５重量％としたのは、これ以下で
はその添加効果が少ないためである。また、多量に添加
すると表面にＣｒ酸化物が形成され、浸炭窒化時に炭素
や窒素が表面から侵入するのを阻害し、熱処理生産性を
低下させるため上限を３．０重量％とした。

【００６３】［Ｍｏ；含有量］Ｍｏは、焼戻し軟化抵抗
を増大し、また、Ｃｒと同様に浸炭窒化により軸受表面
層に炭化物，窒化物および炭窒化物を析出させ、転動疲
労寿命および耐磨耗性を向上するのに有効な元素であ
る。上限を３．０重量％としたのは、あまり多量に添加
すると塑性加工性が悪くなることおよび高価になるため
である。

【００６４】［Ｖ；含有量］Ｖは、Ｍｏと同様に焼戻し
軟化抵抗を増大し、また浸炭窒化により非常に微細で高
硬度なＶＣ炭化物や窒化物および炭窒化物を生成し、そ
の分散強化により耐磨耗性および転動疲労寿命特性の向
上に有効な元素である。上限を２．０重量％としたの
は、あまり多量に添加すると被削性が悪くなることおよ
び高価になるためである。

【００６５】［Ｎｉ；含有量］Ｎｉは、マトリクスに固
溶して靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし
ながら、あまり多量に添加すると表面層のγ_Rが増加し
すぎて硬さが低下するため上限を２．０重量％とした。［軸受完成品表面層の成分組成］先にも述べた通り、従
来から、耐磨耗性を向上させるために、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ
等の炭化物形成元素を多量に添加して軸受表面層に炭化
物を析出させる方法が知られているが、合金元素を多量
に含有し又熱処理コストも高くなるため非常に高価にな
ってしまう。そこで、特に異物混入潤滑下で転がり寿命
が長寿命で且つ耐磨耗性にも優れた転がり軸受を得ると
いう本発明の第３の目的を達成すべく、本願発明者らは
軸受表面層の炭素濃度および窒素濃度に着目し、寿命お
よび耐磨耗性との関係について研究を行った結果、軸受
表面層の窒素濃度を適正化することにより耐磨耗性を著
しく向上できることを見いだした。

【００６６】具体的には、図１に示すように、浸炭窒化
処理を施した表面層の窒素濃度が好ましくは０．３重量
％以上であれば、非常に微細な炭化物，窒化物および炭
窒化物の分散強化により耐磨耗性が著しく向上する。も
っとも、表面層の窒素濃度があまりに高すぎるとγ_Rが
多くなりすぎて硬さが低下し、低速度，高荷重の条件下
で使用される製鉄用等の転がり軸受としての使用に耐え
ないため、表面層の窒素濃度を好ましくは０．７重量％
以下とする必要がある。

【００６７】この時、マトリクスに十分な強度を与えて
長寿命化を図るためには、表面層の炭素濃度は好ましく
は０．８重量％以上必要である。一方、表面層の炭素濃
度が１．５重量％を越えると、以下に述べる条件との組
み合わせにより結晶粒界に網目状の粗大炭化物が析出
し、そこへ応力集中が生じて転動疲労寿命が低下する。
以上の理由から、本発明の第３の目的に係る発明にあっ
ては、転動体および内外輪の少なくとも一つが、完成品
表面層の炭素濃度は好ましくは０．８％以上１．５％以
下、窒素濃度は好ましくは０．３％以上０．７％以下と
する。

【００６８】なお、本発明の第３の目的に係る発明にお
いては、内輪，外輪のうちの固定輪のみに先に述べた成
分組成の合金鋼を用いれば、耐磨耗軸受を一層安価に供
給することが可能である。また、連鋳機用軸受等のよう
に、割れについても問題となる場合には、母材の炭素濃
度を０．５重量％以下とすることが望ましい。続いて、
本発明の第４の目的に係る発明に用いられる合金成分の
作用および数値限定の臨界的意義について説明する。

【００６９】これは、特に高速，低荷重条件下で、耐磨
耗性と低コストを両立させるべく、上記第２の目的と第
３の目的との中間程度のところを狙ったものである。一
般に、転がり軸受材料として使用されているＳＵＪ２な
どの軸受鋼やＳＣＲ４２０相当の肌焼鋼を浸炭窒化処理
した場合、窒素濃度が増加されると耐磨耗性は大きく向
上するが、反面、研削性は著しく低下する傾向にあり、
加工費の面で大きなコストアップとなる。

【００７０】そこで、本発明者らは材料成分と窒素濃
度、研削性及び耐磨耗性等の相関について研究を重ねた
結果、Ｃｒ含有量と窒素添加量を適正化することによ
り、異物混入下における長寿命と耐磨耗性に優れ、且つ
研削性を含めた加工性も良好な軸受を低コストで提供で
きることを見い出した。［Ｃ；含有量］Ｃは、軸受として必要な心部強度を得る
ためには必要な元素である。しかし、素材の炭素量が
０．９重量％を越えると、製鋼時に巨大炭化物や偏析を
なくすためのソーキングが必要となり、材料費のコスト
アップとなる。また、炭素量が増すと変形抵抗が増加す
る傾向にあり、冷間加工性や切削性が悪くなるので上限
は好ましい値として０．９重量％とした。一方、素材の
炭素量が０．３重量％未満になると浸炭（又は浸炭窒
化）処理が長くなり熱処理生産性が低下するため、下限
を好ましい値として０．３重量％とした。ただし、内外
輪に使用する場合、寸法安定性や心部靭性が問題となる
ときには素材の炭素量を０．６重量％以下とすることが
望ましい。

【００７１】［Ｓｉ；含有量］Ｓｉは製鋼時に脱酸剤と
して必要な元素であり、焼入性を向上させるとともに基
地マルテンサイトを強化し、さらに焼戻し軟化抵抗性を
高めるのに有効な元素であるため０．１重量％以上の添
加は必要である。しかし、その含有量が多すぎると冷間
加工性や切削性を低下させ、さらに浸炭窒化の際の炭素
及び窒素の浸透深さが減少し、熱処理費のコストアップ
につながるので上限を好ましい値として０．７重量％と
した。

【００７２】［Ｍｎ；含有量］Ｍｎは、焼入れ性を向上
させるのに有効な元素である。さらに本発明では浸炭窒
化処理を行うことで、軸受完成品表面に微細な窒化物を
形成し耐磨耗性を向上させるが、Ｍｎを添加すると浸炭
窒化しても研削性が低下しにくくなることを発見した。
この効果を発揮させるため好ましくは０．５重量％以上
は必要である。しかし、多量に添加されると素材の冷間
加工性や切削性が低下するので上限を１．５重量％とし
た。

【００７３】［Ｃｒ；含有量］Ｃｒは焼入れ性、焼戻し
軟化抵抗性を向上させるのに有効な元素であるため、
０．１重量％以上は必要であり、浸炭窒化処理を行うこ
とで軸受完成品表面に窒化物を形成し耐磨耗性を向上さ
せるが、Ｃｒ量と窒素含有量の関係が一定量を越えると
研削性が悪くなる。また、過剰な添加は材料のコストア
ップとなるだけでなく、浸炭窒化時の炭素および窒素の
浸透深さが減少し、熱処理費のコストアップにつながる
ので上限を好ましい値として０．８重量％とした。

【００７４】［完成品表面のＣ含有量；０．６〜１．２
重量％］通常、浸炭窒化処理後の完成品表面の炭素濃度
は軸受として必要な硬さを得るために０．８以上必要と
されているが、本発明では長寿命と耐磨耗性とを同時に
得るために窒素含有量の上限値を増やしているので、最
低必要な表面炭素量は０．６重量％となる。しかしなが
ら、その含有量が１．２重量％を越えると窒素含有量と
合わせて固溶量が過剰となり、処理条件によっては必要
以上のγ_Rが発生して表面硬さが逆に低下したり、初析
が生じたりして転動寿命を低下させる場合がある。その
ため上限を好ましい値として１．２重量％とした。

【００７５】［完成品表面のＮ含有量；０．２〜０．９
重量％］完成品表面の窒素量が０．２重量％未満の場
合、窒素の固溶不足により寿命と耐磨耗性を同時に得る
ことが困難となってくる。従って、下限として好ましく
は０．２重量％とする。一方、窒素量を増加していく
と、窒化物が析出し耐磨耗性が向上する。しかし、Ｃｒ
の添加量によっては、耐磨耗性向上と共に研削加工性が
悪化する傾向にあり、０．９重量％を越えるとＣｒの添
加量を減らしても研削性が改善されない。

【００７６】［Ｃｒと窒素の総含有量Ｃｒ＋Ｎ；０．４
〜１．０重量％］Ｃｒは窒素添加によって窒化物あるい
は炭窒化物を形成して耐磨耗性を向上させる作用がある
反面、研削性は低下する。本発明者らは、素材中のＣｒ
の含有率と表面層におけるＮ含有率の和が適正な範囲内
であれば研削性及び耐磨耗性が共に良好となることを実
験的に見いだした（実験内容については後述の実施例で
詳しく述べる）。

【００７７】結論として、表面層のＮ含有量が０．２重
量％以上との条件で、上記Ｃｒ＋Ｎ量が１．０重量％を
越えると研削性が急激に悪化し、一方、０．４重量％未
満になると耐磨耗性が著しく低下することが判明した。
そこで、研削性と耐磨耗性とを同時に満足させ得るＣｒ
＋Ｎ量の適正な範囲を０．４〜１．０重量％と規定し
た。Ｃｒ＋Ｎ量がこの範囲内にあっても、表面層Ｎ含有
量が０．２重量％以上で無い場合には十分な耐磨耗性が
得られない。

【００７８】（実施例）（Ａ−１）以下に、本発明の第２の目的に係る発明の実
施例を説明する。（１）転動体の材料成分とソーキング処理の必要性有無
及び金型寿命：実施例と比較例の各鋼種について、ソー
キング処理の必要性と冷間型加工による金型寿命を比較
した。

【００７９】ソーキング処理：試料素材のビレット断面
をマクロ及びミクロ調査し、寿命に有害な巨大炭化物や
濃厚な縞状偏析の有無を確認した。結果を表１に示す。型寿命：冷間型鍛造（据え込み加工）の条件金型：Ｖ３０（ＪＩＳＢ４０５３）据え込み率：１５〜２０％加工性：毎分３００〜４００個潤滑：燐酸亜鉛皮膜＋潤滑油各鋼種を上記条件で加工し、金型にクラックが発生した
り破損したりして加工後のワークに傷や変形が出るまで
を金型寿命とし、それ迄に加工されたワークの数で金型
寿命を示した。結果を表１に併記して示す。

【００８０】

【表１】

【００８１】ソーキング処理については、Ｃ量が０．９
重量％を越えるものや、Ｃｒ量が０．６重量％を越える
ものはソーキング処理が必要と判断した。型寿命につい
ては、Ｃ量が０．９重量％、Ｍｎ量が１．１重量％を越
えるものや、Ｃｒ量が０．６重量％を越えるものは、加
工性が低下するため金型寿命が著しく低下している。

【００８２】（２）内外輪の材料成分と切削加工での工
具寿命：実施例と比較例の各鋼種について、切削加工に
おける工具寿命を比較した。試験条件：切削機械：高速旋盤工具：Ｐ１０（ＪＩＳＢ４０５３）切り込み速度：１８０〜２２０ｍ／ｓｅｃ送り量：０．２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖ切り込み深さ：０．６〜１．０ｍｍ軟化焼鈍：焼鈍条件Ｘ：加熱保持温度（最高温度）７００〜７２０℃、加熱から冷却までを含む全処理時間８〜１０時間焼鈍条件Ｙ：加熱保持温度（最高温度）７４０〜７６０℃、加熱から冷却までを含む全処理時間８〜１０時間焼鈍条件Ｚ：加熱保持温度（最高温度）６７０〜６９０℃、加熱から冷却までを含む全処理時間８〜１０時間、（通常焼鈍）ＪＩＳＢ４０１１のバイト切削試験法に従って、上
記条件で各試料を切削し、バイトの逃げ面磨耗量が0.2
ｍｍに達するまでを工具寿命とした。結果を表２に示
す。

【００８３】

【表２】

【００８４】Ｃ量が０．６重量％を越えるものや、Ｍｎ
量が１．５重量％、Ｃｒ量が０．６重量％を越えるもの
は、加工性が低下するため切削工具寿命が著しく低下し
ている。なお、Ｍｎについては、通常焼鈍Ｚの場合では
１．３重量％を越えるもの（Ｒ６）では工具寿命が低下
しているが、焼鈍条件ＸではＣ含有量が０．４重量％以
下、焼鈍条件ＹではＣ含有量が０．４〜０．６重量％で
あればＭｎ１．５重量％まで十分な工具寿命の得られる
ことが確認された。

【００８５】（３）転動体及び内外輪の熱処理品質：転
動体及び内外輪について実施例と比較例の各試料を用意
し、各種の熱処理条件における熱処理品質をそれぞれ比
較した。熱処理の条件は表３に示すものとした。

【００８６】

【表３】

【００８７】〔熱処理Ａ〕温度８５０〜９００℃で、１
〜２時間、次の処理条件で処理。吸熱形ガス雰囲気でエ
ンリッチガス０．３〜０．７％、アンモニアガス３〜１
０％の条件で浸炭窒化を行い、そのままダイレクトに焼
入れを行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻し
を行った。

【００８８】〔熱処理Ｂ〕温度８７０〜９３０℃で、２
〜４時間、次の処理条件で処理。吸熱形ガス雰囲気でエ
ンリッチガス０．３〜０．７％、アンモニアガス３〜１
０％の条件で浸炭窒化を行い、そのままダイレクトに焼
入れを行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻し
を行った。

【００８９】〔熱処理Ｃ〕温度８５０〜９００℃で、５
〜７時間、次の処理条件で処理。吸熱形ガス雰囲気でエ
ンリッチガス０．３〜０．７％、アンモニアガス３〜１
０％の条件で浸炭窒化を行い、そのままダイレクトに焼
入れを行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻し
を行った。

【００９０】〔熱処理Ｄ〕温度９３０〜９６０℃で、５
〜７時間、通常の浸炭処理を行った後、室温まで放冷
し、次いで８４０〜８６０℃で３０分間保持し、その後
焼入れを行い、次いで１６０〜２００℃で２時間の焼戻
しを行った。〔熱処理Ｅ〕温度９３０〜９６０℃で、５〜７時間、カ
ーボンポテンシャル値Ｃ_p＝１．２〜１．４の高濃度浸
炭処理（通常はＣ_p＝０．９〜１．０）を行った後、室
温まで放冷し、次いで８４０〜８６０℃で３０分間保持
し、その後焼入れを行い、次いで１６０〜２００℃で２
時間の焼戻しを行った。

【００９１】本発明の転動体に行う熱処理は上記の〔熱
処理Ａ〕である。この熱処理Ａは、短時間の浸炭窒化処
理でダイレクトに焼入れを行うので、通常の焼入れ処理
とコスト的にはほぼ同等となる。また、切削加工時の取
り代が少ないので完成品表面にＣ，Ｎが十分に残り、機
能は通常焼入れに対して大幅に向上する。ここで、処理
温度が９００℃を越えた場合は、完成品表面に必要以上
のγ_Rが発生し、硬さが低下したり、心部の靭性が低下
して軸受としての機能や寿命が低下してしまう。一方、
処理温度を８５０℃より下げたり、必要以上に処理時間
を延ばすと、黒皮表面に必要以上にＮが含まれるので研
削性が著しく低下してしまうことになる。

【００９２】本発明の内外輪に行う熱処理は上記の〔熱
処理Ｂ〕である。中炭素鋼を使用することで、従来の浸
炭または浸炭窒化処理品に対して短時間で処理できる。
ここで、処理温度が９３０℃を越えると、転動体と同様
に硬さが低下したり、また中炭素鋼を使用しても心部の
結晶粒度の粗大化等により、靭性が低下して軸受として
の機能や寿命が低下してしまう。一方、処理温度を８７
０℃より下げたり、必要以上に処理時間を延ばすと、転
動体と同様に研削性が著しく低下してしまう。

【００９３】ここで、本発明の熱処理は、コストを優位
にするべくダイレクトに焼入れる方法を使用している
が、内外輪の熱処理に関して軸受の名番によっては、熱
処理変形を矯正するために二次焼入れを行う場合があ
る。これは、熱処理コスト的には不利になるが、全体と
してみると、変形が減って研削コストが下がるので有利
になる場合があり、熱処理品質も二次焼入れを行う方が
安定し、ダイレクト焼入れ品に対し同等以上の機能が得
られる。

【００９４】表４に、実施例の転動体の熱処理品質を比
較例とともに示す。

【００９５】

【表４】

【００９６】この比較例は、表１における比較例のうち
で金型寿命が長いものを選んでいる。鋼種Ｃ４，Ｃ６，
Ｃ８については、加工性が劣っているのでその後の熱処
理や寿命試験は行わない。なお、表４中のＣ量，Ｎ量
は、完成品表面層における量である。（４）内外輪の研削性試験：実施例と比較例の各鋼種に
ついて研削性の試験を行い比較した。

【００９７】試験条件：砥石：ＷＡ１００研削液：ソリュブルタイプ砥石周速：２８００〜３０００ｍ／ｍｉｎ各鋼種の軸受の内輪軌道面に相当するサンプルについ
て、上記条件で砥石により研削し、砥石の形状くずれ及
び目詰まりの状態を観察し、砥石のドレスを行うまでに
研削したサンプル数（研削個数）を調査したものであ
る。

【００９８】表５に、研削性試験の結果を、比較例とと
もに示す。この比較例は、表２における比較例のうちで
工具寿命が長いものを選んでいる。鋼種Ｒ４，Ｒ６，Ｒ
８およびＲ１９〜Ｒ２１については、転動体の場合と同
様、寿命試験は行わない。なお、表５中のＣ量，Ｎ量
は、完成品表面層における量である。

【００９９】

【表５】

【０１００】比較例の試料Ｎｏ．８は、表面窒素量が高
く、研削性が低下した。（５）転動体及び内外輪のスラスト寿命試験：実施例と
比較例の各鋼種について、異物潤滑下におけるスラスト
寿命試験を行い比較した。なお、試験機としては、「特
殊鋼便覧」（第１版，電気製鋼研究所編，理工学社，19
69年５月２５日）の第１０章第２１頁記載のスラスト形
試験機を用いた。

【０１０１】表６に、寿命試験の結果の代表例を、比較例とともに示
す。

【０１０２】

【表６】

【０１０３】表４の転動体と表５の内外輪ＴＰ（スラス
ト寿命試験なので外輪相当の円板ＴＰ）で寿命試験を行
ったもので、本発明品の転動体と内外輪ＴＰとを組み合
わせた軸受Ｎｏ．１，Ｎｏ．２及びＮｏ．９，Ｎｏ．１
０およびＮｏ．１８〜２０は、長寿命であり、低コスト
で高機能な軸受である。これに対して、比較例の軸受Ｎ
ｏ．３は、長寿命ではあるが内外輪の研削性が悪く、コ
スト高となってしまう。

【０１０４】また、比較例の軸受Ｎｏ．４，Ｎｏ．５
は、内外輪が浸炭処理なので表面に適量のＮがなく、軸
受Ｎｏ．７では、内外輪の素材のＭｎ重量％が低すぎる
ので、内外輪ＴＰの方で異物潤滑下の寿命に必要な適量
のγ_Rが得られないため寿命が短い。さらに、比較例の
軸受Ｎｏ．５は、内外輪における寿命に有害な平均直径
１μｍを越える巨大炭化物の発生により更に短寿命にな
っている。

【０１０５】また、比較例の軸受Ｎｏ．６は、内外輪Ｔ
Ｐの完成品表面層のＣ量が低く、軸受Ｎｏ．８ではＣｒ
が不足で内外輪ＴＰの寿命に必要な表面硬さが得られな
かった。また、比較例の軸受Ｎｏ．１１，Ｎｏ．１２は
転動体の素材Ｃ量が低く、短時間の浸炭窒化では寿命に
十分な硬化層深さが得られずに軸受寿命が低下する傾向
にある。

【０１０６】また、比較例の軸受Ｎｏ．１３，Ｎｏ．１
４は、転動体の素材のＭｎ量が低すぎるので、異物潤滑
下の寿命に必要な適量のγ_Rが得られずに寿命が短くな
っている。また、比較例の軸受Ｎｏ．１５，Ｎｏ．１６
は、転動体の素材のＣｒ量が低く、寿命に必要な表面硬
さが得られなかった。

【０１０７】さらに、比較例の軸受Ｎｏ．１７は、転動
体が、素材Ｃ量に加え表面層のＣ量も不足するため、寿
命に必要な表面硬さが得られなかった。なお、上記寿命
試験において、本発明に係る表１に示した転動体Ｃ９〜
Ｃ１４を前記〔熱処理Ａ〕により処理したものと、表２
に示した内外輪Ｒ９〜Ｒ１４を前記〔熱処理Ｂ〕により
処理したものとの組合せによる軸受においても、前記軸
受Ｎｏ．１，２および９，１０と同等のＬ₁₀寿命である
ことが確認された。また、内外輪Ｒ９〜Ｒ１４について
は、前記研削性試験の結果も、表５に示したＲ１，２と
同等の結果が得られた。

【０１０８】（Ａ−２）以下に、本発明の第２の目的を
達成するもので、特に耐磨耗性を必要とする種類の転が
り軸受に係る発明の実施例を説明する。これは、本発明
および比較例について、種々の鋼種と熱処理条件で形成
した転動体と内外輪とを組み合せてなる円錐ころ軸受
（ＨＲ３０３０７Ｃ）を試料とし、摩耗試験（Ｌ４４６
４９／６１０Ｒ）と寿命試験を実施したものである。

【０１０９】実施例と比較例とで用いた各鋼種は、転動
体については大部分を先に述べた〔表１〕のものから選
定した。また、内外輪については〔表７〕に示した通り
である。ただし、転動体の比較例の一部には〔表７〕に
示される鋼種を用いたものも含まれる。

【０１１０】

【表７】

【０１１１】熱処理条件は次の通りとした。〔熱処理Ａ〕先に述べたものと同様である。〔熱処理Ｊ〕温度９００〜９５０℃で、２〜４時間。吸
熱形ガス雰囲気でエンリッチガス０．３〜０．７％、ア
ンモニアガス３〜１０％の条件で浸炭窒化を行い、その
ままダイレクトに焼入れを行い、次いで１６０〜２００
℃で２時間の焼戻しを行った。

【０１１２】〔熱処理Ｋ〕温度９００〜９５０℃で、５
〜７時間。吸熱形ガス雰囲気でエンリッチガス０．３〜
０．７％、アンモニアガス３〜１０％の条件で浸炭窒化
を行い、そのままダイレクトに焼入れを行い、次いで１
６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。

【０１１３】〔熱処理Ｌ〕温度８３０〜８６０℃で０．
５〜１時間保持した後焼入れを行い、次いで１６０〜２
００℃で２時間の焼戻しを行った。〔熱処理Ｍ〕温度９３０〜９６０℃で５〜７時間の通常
浸炭処理を行い、そのまま直接に焼入れを行い、次いで
１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。

【０１１４】本発明の転動体に行った熱処理は上記の
〔熱処理Ａ〕である。［摩耗試験条件］は次の通りとし
た。円錐ころ軸受の内輪大つば面ところ端面のすべり摩耗試
験を、加重はアキシャル方向だけで全周均等に負荷して
行った。１０００００回転後に、内輪は大つば面の形状
を測定し、初期形状を重ね合わせて摩耗面積を計算し、
ころとの接触長さから摩耗体積を換算した。ころは全重
量を測定して初期重量との差から摩耗量を測定した。評
価は、摩耗量をすべり距離で割った値である摩耗率によ
った。

【０１１５】図６に内輪材料と転動体材料のＣｒ含有量
の差と内輪大つば面の摩耗率との関係を示した。内輪大
つば面の摩耗率はＣｒ含有量の差が０．２重量％以上に
なると低下して良好な耐摩耗性を示した。［寿命試験条
件］は次の通りとした。表８に、転動体と内外輪との鋼種，熱処理条件の組合せ
を示し、表９に寿命試験及び摩耗試験の結果を示す。

【０１１６】

【表８】

【０１１７】

【表９】

【０１１８】本発明ころよりＣｒ含有量が０．２重量％
以上多い内外輪を組み合わせた場合、転動体及び内輪大
つば面は優れた摩耗特性を示し、軸受寿命も長寿命が得
られた。ここで、実施例の軸受Ｎｏ．２２，２４，２
６，３０，３２，３４は内外輪が浸炭処理（Ｍ）のた
め、浸炭窒化処理（Ｊ，Ｋ）したものより寿命が低下し
ているが、転動体，内外輪とも浸炭処理同士を組み合わ
せた比較例Ｎｏ．５１に対しては格段に寿命が延びてい
る。

【０１１９】また、軸受Ｎｏ．２７は通常焼入れのＳＵ
Ｊ２と組み合わせたため、同様に浸炭窒化処理品より寿
命が低下しているが、ＳＵＪ２同士で組み合わせた比較
例に対して格段に寿命が延びている。内外輪の熱処理が
通常焼入れでよい点などコストも含め総合的に評価する
とこの実施例も好ましい例であるといえる。一方、比較
例については、軸受Ｎｏ．３５，５０は浸炭窒化同士の
組合せで寿命は延びているが、内外輪のＣｒ含有量から
転動体のそれを差し引いた値が０．２重量％未満のため
内輪の摩耗率が悪い。

【０１２０】軸受Ｎｏ．３６は内輪の摩耗率が悪く、さ
らに内外輪が浸炭仕様のため適量のγ_Rが得られず寿命
も延びない。軸受Ｎｏ．３７，３８，４１，４２は内輪
の摩耗率が悪く、さらに内外輪が低Ｃｒ材のため十分な
表面硬さが得られず寿命が延びない。軸受Ｎｏ．３９，
４０は、内外輪のＣｒ含有量から転動体のそれを差し引
いた値が２．０重量％を越えているため、ころが摩耗し
てしまい、軸受寿命も延びない。

【０１２１】軸受Ｎｏ．４３，４４は、ころが通常焼入
れのため、ころの耐磨耗性が悪く寿命も延びない。軸受
Ｎｏ．４５，４６は転動体の素材のＣ量が低くて短時間
の浸炭窒化処理では十分な硬化層深さ得られず、軸受Ｎ
ｏ．４７，４８は転動体の素材のＭｎ量が低くて適量の
γ_Rが得られず、また軸受Ｎｏ．４９は転動体の素材の
Ｃｒ量がひくて、いずれも軸受寿命が低下している。

【０１２２】軸受Ｎｏ．５１，５２は同鋼種の組合せの
ため転動体，内外輪とも摩耗率が悪く、浸炭窒化ではな
いので適量のγ_Rが得られず軸受寿命が低下してしま
う。以上のように、本発明の第２の目的を達成するもの
で特に耐磨耗性を必要とする種類の転がり軸受は、低コ
ストの材料を浸炭窒化して耐磨耗性を付与した転動体を
用いることにより、内輪または外輪の耐磨耗性をも向上
させ、異物混入潤滑下で長寿命な軸受を提供することが
できるものである。また、円錐ころ軸受内輪大つば面の
耐磨耗のみならず、転がりとすべりを同時に受ける円錐
ころ軸受の内外輪軌道面や円筒ころ，球面ころ軸受の軌
道面またはつば面等でも同様に優れた耐磨耗性を示し、
長寿命な軸受を提供することができるものである。

【０１２３】（Ｂ）続いて、本発明の第３の目的に係る
発明の実施例を説明する。本発明の第３の目的に係る発
明の実施例の合金組成を表１０に示す。

【０１２４】

【表１０】

【０１２５】従来例Ｍ１１はＪＩＳ鋼種ＳＵＪ２であ
り、従来例Ｍ１２はＪＩＳ鋼種ＳＣＲ４２０である。
熱処理については、本発明例および比較例の浸炭窒化処
理には、８５０〜９００℃で１〜８時間の範囲の適宜の
条件で浸炭窒化を行った後８２０〜８８０℃で二次焼入
れを施し、１８０℃で２時間の焼戻しを行った。また、
従来例ＳＵＪ２には８４０℃で焼入れを行った後１８０
℃で２時間の焼戻しを行い、ＳＣＲ４２０には９３０℃
で４時間浸炭を行った後８６０℃で二次焼入れを行い、
１８０℃で２時間の焼戻しを行って実験に供した。表１
１に、供試片の熱処理品質，寿命試験結果および磨耗試
験の結果を示す。

【０１２６】

【表１１】

【０１２７】寿命試験は前記スラスト型試験機を用い、
異物混入潤滑下で試験を行った。試験条件を以下に示
す。面圧；４９００ＭＰａ回転数；１０００ｃｐｍ潤滑油；＃６８タービン油異物混入；ＳＵＳ４２０Ｊ２鋼粉（硬さＨＲＣ５２、粉
径８０〜１６０μｍ）異物混入量；３００ｐｐｍ磨耗試験は図２に示すような二円筒式磨耗試験機を用い
て行い、上下に対向させた一対の円筒１０にそれぞれ供
試片Ｓを装着して、上から荷重Ｐを負荷しながら互いに
接触状態で逆方向に低速で回転させて両供試片Ｓの磨耗
率（ｇ／ｍ）の平均値を求めるものである。特に、潤滑
不良状態での磨耗特性を試験するべく、回転中は油膜が
切れ易い低粘度の潤滑油を注ぐようにした。

【０１２８】その磨耗試験条件は次の通りとした。荷重；１００ｋｇｆ回転数；１０ｒｐｍ滑り率；３０％潤滑油；Ｓ１０油温；６０℃ 供試片Ｔ１〜Ｔ９は本発明の第３の目的に係る発明例で
あり、耐磨耗性および寿命ともに従来と比較して著しく
向上している。供試片Ｔ１０はＣｒ添加量が下限未満の
場合で、寿命の向上効果が不十分である。供試片Ｔ１
１，Ｔ１４およびＴ１５は、表面層窒素濃度が低すぎる
場合の比較例であり、寿命，耐磨耗性ともに向上効果が
不十分である。供試片Ｔ１２は、表面炭素濃度が上限を
越えた場合の比較例であり、結晶粒界に粗大な網目状の
炭化物が析出したため短寿命となっている。供試片Ｔ１
３は表面炭素濃度が下限未満の場合の比較例であり、寿
命の向上効果が不十分である。

【０１２９】なお、本発明の第３の目的に係る発明につ
いては、最も負荷条件の厳しい固定輪（転がり軸受が内
輪回転で使用される場合は外輪、外輪回転で使用される
場合は内輪。）について適用すれば、他の内輪または外
輪と転動体は従来のＳＵＪ２，ＳＣＭ４２０等を用いて
も、転がり軸受として必要な耐磨耗性および異物混入潤
滑下での寿命が得られ、製品のコストを下げることがで
きる。

【０１３０】（Ｃ）次に、本発明の第４の目的に係る発
明すなわち高速，低荷重の条件下で異物混入潤滑下での
転がり寿命に加えて耐磨耗性と低コストとを両立させる
場合の実施例について説明する。（１）軸受の合金鋼の材料成分と切削加工における工具
寿命及び冷間型鍛造（据え込み加工）における型寿命と
の関係。

【０１３１】実施例と比較例の各鋼種について、工具寿
命と型寿命を比較した。工具寿命試験の条件：切削機械：高速旋盤工具：Ｐ１０（ＪＩＳＢ４０５３）切り込み速度：１８０〜２２０ｍ／ｓｅｃ送り量：０．２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖ切り込み深さ：０．６〜１．０ｍｍＪＩＳＢ４０１１のバイト切削試験法に従って上記
条件で各試料を切削し、バイトの逃げ面磨耗量が０．２
ｍｍに達するまでを工具寿命とした。

【０１３２】型寿命試験の条件：金型：Ｖ３０（ＪＩＳＢ４０５３）据え込み率：１５〜２０％加工性：毎分３００〜４００個潤滑：燐酸亜鉛皮膜＋潤滑油各鋼種を上記条件で加工し、金型にクラックが発生した
り破損したりして加工後のワークに傷や変形が出るまで
を金型寿命とし、それ迄に加工されたワークの数で金型
寿命を示した。

【０１３３】それぞれの結果を表１２に示す。

【０１３４】

【表１２】

【０１３５】本発明の転がり軸受の合金鋼においては、
全ての鋼種について工具寿命，型寿命共に良子な結果が
得られた。これに対して、比較例においては、Ｎ８及び
Ｎ１０はＭｎ含有量あるいはＣ含有量が大きく、工具寿
命，型寿命共に低下し、しかもコストアップが生じた。
したがって、Ｎ８，Ｎ１０については以下の熱処理実験
を行わない。

【０１３６】（２）軸受合金鋼の熱処理品質：表９にお
ける実施例と比較例の各合金鋼（ただし、Ｎ８，Ｎ１０
は除外）について、次のＦ，Ｇ，Ｈの各熱処理を施し、
熱処理品質を評価した。〔熱処理Ｆ〕：温度８４０〜９００℃で、１〜４時間、
吸熱形ガス雰囲気中にエンリッチガス及びアンモニアガ
スを加えて、残留アンモニアが少なくとも０．１体積％
以上含まれる条件で浸炭窒化を行い、そのままダイレク
トに焼入れを行うか、または一旦ダイレクトに焼入れた
後８３０〜８６０℃で３０分間保持した後、二次焼入れ
を行い、引き続いて１６０〜１８０℃で２時間の焼戻し
を行う。

【０１３７】〔熱処理Ｇ〕：温度８７０〜９３０℃で、
１〜４時間、吸熱形ガス雰囲気中にエンリッチガス及び
アンモニアガスを加えて、残留アンモニアが０．１体積
％未満の条件で浸炭窒化を行い、そのままダイレクトに
焼入れを行うか、または一旦ダイレクトに焼入れた後８
３０〜８６０℃で３０分間保持した後、二次焼入れを行
い、引き続いて１６０〜１８０℃で２時間の焼戻しを行
う。

【０１３８】〔熱処理Ｈ〕温度９３０〜９６０℃で、５
〜７時間、通常の浸炭処理を行った後、室温まで放冷
し、次いで８３０〜８６０℃で３０分間保持した後、焼
入れを行い、引き続いて１６０〜１８０℃で２時間の焼
戻しを行う。本実施例の合金鋼に行う熱処理は〔熱処理
Ｆ〕であり、１〜４時の短時間処理で十分な浸炭、浸窒
深さが得られる。ほとんどの場合、ダイレクトに焼入れ
を行うのでコスト的に通常焼入れとほぼ同等となる。し
かし、薄肉の軸受等においては焼入れ時の変形が非常に
問題となるため、二次焼入れ又はプレスクエンチを施し
た方が変形が抑えられて不良率が減少し、研削コストも
下がるのでコスト的にも有利になる場合もある。また、
アンモニア分析計により、残留アンモニア量を少なくと
も０．１体積％以上となるように管理しないと、完成品
表面に十分な窒素が与えられない。処理温度が９００℃
を越えるとアンモニアガスの分解速度が速くなり、十分
な量のアンモニアを残留させることが難しく、浸窒性が
低下するだけでなく、更に結晶粒度の粗大化などにより
靭性が低下して軸受としての機能が低下する。また、処
理温度が８４０℃以下になると十分な硬化層深さを得る
ための熱処理時間が長くなり、コストアップにつながる
ことから、処理温度は８４０℃以上９００℃以下とし
た。

【０１３９】表１３に、熱処理品質と異物混入潤滑下に
おけるスラスト寿命試験の結果（前記スラスト型試験機
を使用）及び研削性，耐磨耗性を示す。また、図３及び
図４にＣｒ＋Ｎと研削性及び耐磨耗性との関係を示し
た。なお、寿命試験，研削試験，磨耗試験の条件は以下
の通りである。試験には６２０６内輪を用い、上記条件でその内輪軌道
面を砥石で研削し、砥石のドレスを行うまでに研削した
内輪個数を調査した。

【０１４０】試験には同一鋼種の二個の円筒試験片を用いて上記の条
件で行い、それぞれの重量減小量（磨耗量）を測定し、
その平均値を用いて磨耗率で示した。

【０１４１】

【表１３】

【０１４２】表１３において、Ｎｏ．１Ａ〜Ｎｏ．８Ａ
は実施例の合金鋼であるが、いずれも長寿命であり、耐
磨耗性及び研削性も良好であるため、低コストな長寿命
耐磨耗軸受を提供することができる。一方、比較例中の
Ｎｏ．９Ａ〜Ｎｏ．１５ＡはＣｒ＋Ｎが１．０重量％を
越えた場合の例であり、研削性が非常に低下したために
大きなコストアップを生じたものである。

【０１４３】また、Ｎｏ．１６ＡはＭｎやＣｒの含有量
が最低必要とされる量に満たないために耐磨耗性及び寿
命が改善されていない。Ｎｏ．１７Ａは素材のＣ重量％
が低いため短時間処理では十分な炭素が与えられず、γ
_Rが不足したために短寿命となった。Ｎｏ．１８Ａ及び
Ｎｏ．１９Ａは通常の浸炭例であるが、Ｎが含有されて
いないために耐磨耗性と寿命が改善されない。

【０１４４】Ｎｏ．２０Ａ〜Ｎｏ．２２ＡはＣｒ＋Ｎが
０．４重量％に満たない場合の比較例であり、十分な耐
磨耗性が得られず、特にＮｏ．２２Ａにおいては表面近
傍に必要以上のγ_Rが生じたために寿命も短くなった。
Ｎｏ．２３Ａ及びＮｏ．２４は低Ｎ浸炭窒化の例である
が、Ｃｒの含有量が高く、Ｎの固溶量も十分でないため
に研削性と耐磨耗性の関係が改善されていない。

【０１４５】Ｎｏ．２５Ａは研削個数及び耐磨耗性に関
しては比較例中では比較的良い結果が得られたものの、
表面層の炭素量が多すぎることにより若干の初析（炭化
物）が生じため転がり寿命が低下した。Ｎｏ．２６Ａは
表面層の窒素量が多すぎるため研削加工性が低下した。
Ｎｏ．２７ＡはＣｒ及び表面層の窒素量は個々には条件
を満たしているものの、Ｃｒ＋Ｎが下限値に満たないた
め耐磨耗性が改善されない。

【０１４６】（３）Ｃｒ＋Ｎと研削性及び耐磨耗性：Ｃ
ｒ＋Ｎと研削性及び耐磨耗性との関係については、図３
に示すように、Ｎを０．２重量％以上含有する場合、Ｃ
ｒとの総含有量Ｃｒ＋Ｎが１．０重量％を越えると研削
性が急激に悪化する。一方、Ｃｒ＋Ｎが０．４重量％未
満になると図４に示すように耐磨耗性が著しく低下す
る。また、Ｃｒ＋Ｎが０．４〜１．０重量％の範囲内で
あっても、Ｎが０．２重量％以上含有されていない場合
には、十分な耐磨耗性が得られない。

【０１４７】図５に、耐磨耗性と研削性との関係を示
す。Ｃｒ含有量，表面層のＮの含有量、またはこれらの
和Ｃｒ＋Ｎの少なくともいずれかが本発明の範囲外であ
る比較例では、耐磨耗性が向上することによって研削性
が低下する傾向にあるが、本発明例では研削性，耐磨耗
性共に良好な結果が得られた。比較例Ｎｏ．１７Ａおよ
び２５Ａは比較的本発明品に近い耐磨耗性及び研削性を
示しているが、表面層の炭素量が本発明の範囲外のため
前記のように転がり寿命が低下している。

【０１４８】よって、本発明の第４の目的に係る発明に
あっては、Ｎを０．２重量％以上含有し、さらにＣｒ＋
Ｎを０．４〜１．０重量％の範囲にすることにより、研
削性と耐磨耗性とが共にすぐれた低コストな転がり軸受
を提供することが可能になる。なお、上記の全ての本発
明は各種転がり軸受（玉軸受，円筒ころ軸受，円すいこ
ろ軸受，球面ころ軸受等。ラジアル型，スラスト型は問
わない）に適用することができる。

【０１４９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の請求項
１の発明によれば、転がり軸受の内輪，外輪または転動
体の表面層の残留オーステナイト量γ_Rが適量でかつ硬
さも十分なものが得られ、その結果、異物混入潤滑下で
の転がり寿命が向上するという効果が得られる。

【０１５０】また、本発明の第２の目的に係る発明によ
れば、要求される機能がそれぞれ異なっている転動体と
内外輪との各々について、材料、加工および熱処理につ
いての条件を定めて最適化を図った。すなわち、転動体
については、その成分構成を重量％で、Ｃ；0.7 ％以上
0.9 ％以下、Ｓｉ；0.1 ％以上0.7 ％以下、Ｍｎ；0.5
％以上1.1 ％以下、Ｃｒ；0.1 ％以上0.6 ％以下で、残
部がＦｅ及び不可避的不純物のものとし、且つ当該成分
組成の素材からなる線材を冷間型鍛造して成形したもの
を浸炭窒化処理し、さらに研削加工して、完成品表面層
の炭素濃度が0.8 ％以上1.4 ％以下、窒素濃度が0.05％
以上0.3 ％以下の転動体とした。一方、内外輪について
は、その成分構成を重量％で、Ｃ；0.3 ％以上0.6 ％以
下、Ｓｉ；0.1 ％以上0.7 ％以下、Ｍｎ；0.6 ％以上1.
5 ％以下、Ｃｒ；0.1 ％以上0.6％以下を含有し、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物のものとし、且つ当該成分組成
の素材を旋削加工後に浸炭窒化処理し、さらに研削加工
して、完成品表面層の炭素濃度が0.8 ％以上1.4 ％以
下、窒素濃度が0.05％以上0.3 ％以下の内外輪とした。
そしてこれらの転動体と内外輪とを組み合わせてなる転
がり軸受としたため、金型寿命や工具寿命が延長できて
合金成分コストともども軸受製品全体としてのコストが
低減でき、しかも異物混入潤滑下で長寿命を有するとい
う従来より高機能の転がり軸受を提供することができる
という効果を得ることができる。

【０１５１】また、上記第２の目的に係る発明におい
て、転動体の成分構成は上記と全く同じとし、一方内外
輪の成分構成はその転動体の合金鋼よりもＣｒ含有量が
０．２〜２．０重量％多い合金鋼または浸炭鋼を用いて
組み合わせる構成とした発明によれば、耐磨耗性の一層
の向上がより低コストで得られて、異物混入潤滑下で長
寿命を有する転がり軸受が安価に提供できるという効果
が得られるのである。

【０１５２】更に、本発明の第３の目的に係る発明によ
れば、内輪，外輪および転動体の少なくとも一つが、そ
の成分構成を重量％で、Ｃ；0.1 ％以上1.0 ％以下、Ｓ
ｉ；0.1 ％以上1.5 ％以下、Ｍｎ；0.1 ％以上1.5 ％以
下、Ｃｒ；0.5 ％以上3.0 ％以下、Ｍｏ；3.0 ％以下、
Ｖ；2.0 ％以下、Ｎｉ；2.0 ％以下で、残部がＦｅ及び
不可避的不純物の合金鋼に、浸炭窒化処理を施し、その
表面層の炭素濃度が0.8 ％以上1.5 ％以下、窒素濃度が
0.3 ％以上0.7 ％以下であるものとしたため、非常に微
細な炭化物，窒化物および炭窒化物の分散強化により耐
磨耗性が著しく向上できて、その結果、長寿命でかつ耐
磨耗性に優れた転がり軸受を安価に提供できるという効
果が得られる。また、ラジアル型転がり軸受においては
固定輪の負荷圏に磨耗が生じることが多いことに鑑み、
内輪外輪のうちの固定輪となるものにのみ上記第３の目
的に係る発明を適用し、回転輪となるものおよび転動体
には従来の合金鋼を用いても十分な耐磨耗性を得ること
ができ、より安価に耐磨耗性に優れた長寿命の転がり軸
受を提供することが可能である。

【０１５３】更にまた、本発明の第４の目的に係る発明
によれば、内輪，外輪および転動体の少なくとも一つ
が、その成分構成を重量％で、Ｃ；0.3 ％以上0.9 ％以
下、Ｓｉ；O.1 ％以上0.7 ％以下、Ｍｎ；0.5 ％以上1.
5 ％以下、Ｃｒ；0.1 ％以上0.8 ％以下で残部がＦｅ及
び不可避不純物の合金鋼に、浸炭窒化処理を施し、その
後研削加工した後の表面層の炭素量が0.6 ％以上1.2 ％
以下、窒素量が0.2 ％以上0.9 ％以下で、更に、Ｃｒと
窒素の総含有量が0.4 ％以上1.0 ％以下とすることによ
り、特に高速，低荷重の条件下で耐磨耗性に優れ、かつ
低コストであるとともに長寿命の転がり軸受を提供する
ことができるという効果が得られる。

【０１５４】かくして、本発明の転がり軸受の成分組成
を適宜に選択することにより、異物混入潤滑下で長寿命
であることに加え、使用目的に応じて最適な転がり軸受
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】転がり軸受部材の表面窒素濃度と磨耗率との関
係を表したグラフである。

【図２】二円筒式磨耗試験機の概念図である。

【図３】実施例と比較例とにおけるＣｒとＮの総含有量
と研削性との関係を表したグラフである。

【図４】実施例と比較例とにおけるＣｒとＮの総含有量
と耐磨耗性との関係を表したグラフである。

【図５】実施例と比較例とにおける耐磨耗性と研削性と
の関係を表したグラフである。

【図６】内輪材料と転動体材料のＣｒ含有量の差と内輪
大つば面の摩耗率との関係を表したグラフである。

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山村賢二神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者大堀學神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪，外輪または転動体が、を含む合金鋼で形成され、浸炭窒化処理を施し、その後
研削加工をした後の表面層の炭素量および表面層の窒素
量がそれぞれＣ：０．６〜１．５重量％Ｎ：０．０５〜０．９重量％である転がり軸受。