JPH10140287A

JPH10140287A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH10140287A
Application number: JP9107144A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Matsumoto; 洋一松本; Takashi Nagato; 孝永戸; Kazuo Sekino; 和雄関野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-05-26
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: US5997661A; GB9716126D0; GB2315776B; DE19733101A1; GB2315776A; DE19733101C2; JP3646467B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気化学的な見地から、軸受の潤滑剤中に水が
侵入しても優れた耐久寿命を備える転がり軸受を提供す
ることを課題としている。【解決手段】内輪１に回転軸４を取り付け、外輪２をハ
ウジング５に固定し、回転軸４が回転すると軸受は作動
する。この場合、内輪１が回転側の軌道輪となり、外輪
２が非回転側の軌道輪となる。内輪１、外輪２、及びコ
ロ３を構成する素材は、４．５重量％以下のＮｉ、０．
５重量％以下のＣｕを含有する合金鋼から作製され、外
輪２のＣｕ当量よりもコロ３と内輪１のＣｕ当量の平均
値が高くなるように設定される。外輪２よりもコロ３と
内輪１のＣｕ当量の平均値を高く設定することで、潤滑
剤中に水が侵入するような湿潤環境下であっても、通常
の環境下で使用される軸受と同等の耐久寿命を持たせる
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受の潤滑剤中に
水が混入するおそれがある環境下で使用される転がり軸
受、例えば、鉄鋼材料用圧延機のワークロールやバック
アップロールのロールネック軸受、鉄鋼材料用連続鋳造
設備のガイドロール軸受、自動車のエンジン用の水ポン
プ軸受、製紙機械ドライヤロール用軸受、自動車ホイー
ル用軸受に係り、特に、水が軸受内に侵入しても優れた
耐久寿命を備える転がり軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転がり軸受の耐久寿命は、潤滑
剤中に水分が混入すると低下する。例えば，わずか１０
０ppm 程度の水が混入するだけで、３２〜４８％も耐久
寿命が低下することが知られている（参考文献；Schatz
berg,P.and Felsen,I.M.:Effects of water and oxygen
during rolling contact lubrication,Wear,12(1968),
pp.331-342 およびSchatzberg,P.and Felsen,I.M.:Infl
uence of wateron fatigue failure location and sur
face alteration duringrolling-contact lubrication,
Journal of Lubrication Technology,ASME Trans.F,91,
2(1969),pp.301-307) 。

【０００３】従って、圧延機用ロールネック軸受や水ポ
ンプ軸受等のように水と接触する湿潤環境下で使用され
る軸受では、耐久寿命の低下を防止するため、潤滑剤中
に水が侵入しないような密封対策が従来から施される。

【０００４】その対策の例としては、圧延機用ロールネ
ック軸受の密封方法として開示されている特公昭５５−
２２６４８号公報や特開昭５９−２２３１０３号公報等
に記載されている、接触型シール構造や非接触型シール
構造がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような密封対策
を採用した軸受は、採用しないものに比べて密封性が向
上してグリース（潤滑剤）の流失対策としては功を奏す
るものの、湿潤環境下での軸受の耐久寿命対策という観
点からみると不十分である。

【０００６】即ち、接触型シール構造を持つ軸受におい
ては、軸受の温度が下がるときに軸受内の空気が収縮し
て外部の水分が軸受内に吸引されて潤滑剤に水が混入す
る。また、非接触型シール構造を持つ軸受においては、
水がシールの隙間から侵入して潤滑剤に混入してしまう
という問題がある。

【０００７】上述のように、わずか１００ppm の水分が
潤滑剤中に混入しても３２％〜４８％も耐久寿命が低下
するため、水の混入を皆無としない限り耐久寿命に関し
てはシールの効果が無い。

【０００８】従来、なぜ水がこのように大きく転がり軸
受の寿命を低下させるか不明であった（例えば、文献；
Ioannides,E.and Jacobson,B. :Dirty lubricants-redu
cedbearing life,Ball Bearing Journal,special '89
(1989),pp.22-27 ）。このため、密封対策以外の寿命延
長策は無く、もっぱら上述のような密封シールの性能向
上により水の侵入を防ごうとするのが従来の主な対策で
あり、十分な対策効果を得ることができなかった。

【０００９】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、電気化学的な見地から、軸受の潤滑剤中
に水が侵入しても優れた耐久寿命を備える転がり軸受を
提供することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の転がり軸受は、軌道輪及び転動体を、Ｎｉ
を４．５重量％以下，Ｃｕを０．５０重量％以下含有す
る合金鋼を素材としてそれぞれ作製する転がり軸受にお
いて、素材中のＣｕ当量を下記（２）式のように定義し
たときに、非回転側軌道輪を構成する素材のＣｕ当量よ
りも、回転側軌道輪と転動体を構成する素材のＣｕ当量
の平均値の方が高いことを特徴としている。

【００１１】Ｃｕ当量（％）＝〔素材中のＣｕの重量％〕＋０．３×〔素材中のＮｉの重量％〕・・・（２）本願発明のＣｕ等量は上記（２）式より％を単位とする
が、以降の説明では略して説明する。

【００１２】但し、好ましくは、非回転側の軌道輪を構
成する素材のＣｕ当量よりも、回転側の軌道輪と転動体
を構成する素材のＣｕ当量の平均値の方が、０．０７５
以上高いこと、即ち非回転側軌道輪を構成する素材のＣ
ｕ当量の２倍値よりも、回転側軌道輪と転動体を構成す
る素材のＣｕ当量の和の方が、０．１５以上高いことが
好ましい。

【００１３】本願発明者らは、転がり軸受の疲労現象へ
の水の影響について研究し、対象とする転がり軸受の疲
労現象は軌道輪と転動体の金属接触による接触腐食（ga
lvanic corrosion）に伴う水素脆性に支配され、この現
象が生ずるところに転動によるクラックが生じ破損（剥
離）することを見いだした。また、腐食すること自身
は、このクラック発生に直接影響しないことも見いだし
た。さらに、主な破損部位が非回転側軌道輪であること
も見いだした。

【００１４】そして、本発明では、水が存在する環境で
ありながら主な破損部位である非回転側軌道輪の耐食性
を上げるのではなく、逆に、転動体を構成する素材又は
回転側軌道輪を構成する素材の少なくとも一方と非回転
側軌道輪を構成する素材との間の相対的な化学成分の調
整により、非回転側軌道輪側のＣｕ当量を転動体や回転
側軌道輪側よりも相対的に小さくして、つまり電気化学
的に卑にすることで、当該非回転側軌道輪を全面腐食さ
せて、非回転側軌道輪の内部への水素の侵入を抑制する
ことで寿命延長を図ったものである。

【００１５】次に、詳説する。潤滑剤中に水が混入する
と、転動体と軌道輪との間に良好な油膜が形成され難く
なり、転動体と軌道輪とは金属接触を起こすようにな
り、それらの表面は化学的に活性になる。特に、荷重が
強く負荷される最大応力負荷圏では、転動体と軌道輪と
は完全に直接接触した状態になり、著しい化学的活性状
態にある。

【００１６】そして、水を介して金属接触した部分では
腐食を起こし、接触部の転動体や軌道輪の鉄が鉄イオン
となって水に溶解する。ここで、鉄イオンを出すのは接
触部の電気化学的に卑な部位である。鉄鋼材料には、必
ず元素の偏析があるので、転動体と軌道輪がたとえ同一
チャージ・同一鋼種で作られたとしても、必ず卑な部位
と貴な部位を持つ。

【００１７】この接触腐食のカソード反応とアノード反
応は、以下の通りである。アノード反応では、下式のよ
うに、鉄が水中でイオン化し、そのイオン化した鉄が水
と反応して水素イオンを発生する（腐食反応）。

【００１８】Ｆｅ→Ｆ²⁺ ＋２ｅ^- Ｆ²⁺＋２Ｈ₂Ｏ → Ｆｅ（ＯＨ）₂ ＋２Ｈ⁺・・・（３）ただし、鉄イオンと水の反応は複雑で、生成物は必ずし
もＦｅ（ＯＨ）₂ではないが、水素イオンを必ず発生す
る。

【００１９】一方、カソード反応では、下式のように、
上記鉄のイオン化反応により発生した電子が水素イオン
と反応し、水素原子として鋼内に吸収されて、水素脆性
を生じる。

【００２０】２Ｈ⁺ ＋２ｅ^-→２Ｈ（表面に吸着）２Ｈ（表面に吸着）→２Ｈ（鋼内部へ吸収）・・・（４）ここで、水素原子の表面への吸着や内部への吸着が活発
に起こるのは、転動体と軌道輪の金属接触により、表
面に酸化膜がないこと（吸着促進）や転がりによる繰
り返し応力が結晶格子の面間隔を広げたり狭めたりして
水素原子の拡散速度を速めること（吸収促進）のためで
ある。

【００２１】そして、水素脆性が生じると、即ち、水素
が原子状態で材料（鋼）内部に侵入し、不可避的に存在
する転位や非金属介在物（特に素地との密着性の悪い非
金属介在物，例えば酸化物系非金属介在物）にトラップ
（非金属介在物では水素分子化つまりガス化した状態で
トラップされる）されて脆化すると、さらなる腐食反応
の進行に伴いクラックを発生し破損に至る。つまり、カ
ソード反応側でのみクラックによる破損が起こる。ここ
で、カソード反応側となるのは、電気化学的に貴な部位
である。

【００２２】また、上記現象は、軸受が静止していると
きに比べ、回転している場合に顕著になるが、それは上
記，の二つの理由に加えて腐食反応で水酸化鉄を生
成するアノード反応において軸受の回転により水酸化鉄
が系外に放出されるためにアノード反応が促進されるか
らである。

【００２３】このように、顕著な水素吸収反応は水が存
在する中で転動体と軌道輪とが強く金属接触する最大応
力負荷圏近傍で軸受が回転しているときに起こる。回転
中の転がり軸受の中で水素濃度が最も高くなるのは、非
回転側軌道輪の最大応力負荷圏近傍である。

【００２４】その理由は、非回転側軌道輪は、静止して
最大応力負荷圏が変化せず、その一定位置の最大応力負
荷圏近傍の軌道面でのみ水素を吸収するのに対し、転動
体や回転側軌道輪では最大応力負荷部分が回転により移
動するので、水素が発生しても転動面全体や軌道面全体
で分担して吸収し水素吸収の受容面が大きいため、非回
転側軌道輪に比べて水素脆性の影響が分散される。従っ
て、転動体や回転側軌道輪では水素脆性の影響が少な
い。

【００２５】以上のことから、潤滑剤に水が混入するよ
うな湿潤環境下で使用される従来の転がり軸受では、主
に、非回転側軌道輪での最大応力負荷圏近傍の軌道面で
のカソード反応により破損（剥離）が生じることを見い
だした。

【００２６】また、Ｎｉは電気化学的に鉄よりも貴であ
り鉄の素地中に良く固溶するので、Ｎｉを含有する鋼
は、Ｎｉを含有しない鋼或いはＮｉを少なく含有する鋼
に比べて電気化学的に貴となる。また、同様に、Ｃｕも
鋼の素地中に固溶し、その鋼の電気化学的な貴度を高く
する。

【００２７】そこで、本願発明においては、水が存在す
る中で転動体と軌道輪との間に金属接触があることを逆
に利用して、Ｃｕ当量を相違させるという相対的な化学
成分の調整により、転動体又は回転側軌道輪を、非回転
側軌道輪よりも電気化学的に貴とし、これによって、非
回転側軌道輪側では積極的にアノード反応を、転動体又
は回転側軌道輪側ではカソード反応を、つまり、非回転
側軌道輪でアノード反応を発生させてむしろ積極的に腐
食させ、カソード反応による水素吸収を転動体及び回転
側軌道輪の広い受容面に分散させることで局部的な水素
濃度の上昇を避ける。この結果、軸受全体は、水が存在
する環境下であっても耐久寿命が向上する。

【００２８】次に、非回転側軌道輪の水素吸収量ΔＨａ
ｂを、非回転側軌道輪、回転側軌道輪、及び転動体の電
気化学的順位との関係において定量的に述べる。ここ
で、電気化学的順位とは、貴卑の関係を定量化したもの
で、金属の標準電極電位のように数値が大きいほど貴で
あるとする。また、非回転側軌道輪（以下、非回と略し
て称す）、回転側軌道輪（以下、回と略して称す）、及
び転動体（以下，転と略して称す）の電気化学的順位を
Ｅ（非回）、Ｅ（回）及びＥ（転）とする。

【００２９】なお、ここで回転側軌道輪と転動体と非回
転側軌道輪は、この順に直列で導通のある状態で繋がっ
ており、かつ、周囲には水が存在することを前提として
おり、この３つの金属が直列に接触する接触腐食を考え
ている。

【００３０】Ｅ（非回）＝Ｅ（回）であるとき、例え
ば、回転側と非回転側が同一の鋼材でできているとき
に、ΔＨａｂは単純に、 ΔＨａｂ＝ −ｋ・｛Ｅ（転）−Ｅ（非回）｝但し、ｋは比例定数で正の値で表される。

【００３１】しかしながら、Ｅ（回）、Ｅ（非回）、Ｅ
（転）が全て異なるときは単純ではない。例えば、Ｅ
（回）＞Ｅ（非回）＞Ｅ（転）（貴→卑）のときに、回
転側軌道輪はカソードで、転動体はアノードであること
は明らかであるが、非回転側軌道輪がアノードとなるの
か、カソードとなるかは簡単ではない。

【００３２】そこで、本発明の発明者らは、その点も含
め、ΔＨａｂとＥ（非回）、Ｅ（回）、Ｅ（転）の定量
的関係を調査した。その結果、ΔＨａｂは、次式で与え
られることがわかった。

【００３３】ΔＨａｂ＝ −ｋ・［｛Ｅ（回）−Ｅ
（非回）｝＋｛Ｅ（転）−Ｅ（非回）｝］これより、非回転側軌道輪をアノードとするためには、
ΔＨａｂ＜０、即ち、でなければならないことが分かる。

【００３４】言葉で表現すると、回転側軌道輪と転動体
との電気化学的順位の平均値より非回転側軌道輪の電気
化学的順位が低ければ（卑であれば）、非回転側軌道輪
はアノードとなる。

【００３５】次に、数値限定の理由等について説明す
る。ＣｕやＮｉは鋼の素地中に固溶し、上述の如く鋼の
電気化学的な貴度を高める。また、ＣｕはＮｉよりも電
気化学的に貴であり、かつ、素地中により固溶するの
で、Ｃｕの方がＮｉよりも電気化学的に貴度を高める効
果は大きい。

【００３６】本発明者等の研究によれば、上記貴度を高
める効果においてＮｉはＣｕの約３割であった。このた
め、鋼の電気化学的順位のパラメータとして、Ｃｕ当量
を、〔Ｃｕの重量％〕＋０．３×〔Ｎｉの重量％〕と定
義した。なお、上述の電気化学的順位ＥとＣｕ当量とは
正比例の関係にある。

【００３７】そして、理論的には，つまり化学成分的に
鋼が均質であれば、転動体及び回転側軌道輪のＣｕ当量
の和が非回転側軌道輪のＣｕ当量の２倍値よりも相対的
に高ければ、非回転側軌道輪の水素濃度上昇は防げるは
ずであるが、実際にはＮｉやＣｕなどの偏析があるため
異なるおそれがある。

【００３８】実験により、転動体及び回転側軌道輪のＣ
ｕ当量の和と非回転側軌道輪のＣｕ当量の２倍値との差
（ΔＣｕ_eq.max）と、非回転側軌道輪の最大応力負荷圏
の水素濃度上昇値との関係を調査したところ、転動体及
び回転側軌道輪のＣｕ当量の和が非回転側軌道輪のＣｕ
当量の２倍値よりも高くなるほど非回転側軌道輪での水
素吸収は起こりずらくなり、つまり本発明の作用・効果
が発揮され、さらにＣｕ当量の差（ΔＣｕ_eq.max）が
０．１５以上大きくなると非回転側軌道輪での水素吸収
が停止することを確認した。

【００３９】従って、非回転側の軌道輪を構成する素材
のＣｕ当量の２倍値よりも、回転側の軌道輪及び転動体
を構成する素材のＣｕ当量の和の方を０．１５以上高く
設定することが好ましい。つまり、このＣｕ当量差（Δ
Ｃｕ_eq.max）を０．１５以上，高くすることで、潤滑剤
に水が混入するような場合であっても、潤滑剤中に水が
ない通常の転がり軸受と同じ耐久寿命とすることができ
る。

【００４０】ここで、ＣｕやＮｉの含有可能な範囲から
Ｃｕ当量の最大値は１．８５となるので、上記Ｃｕ当量
の差は３．７０を超えることはない。また、Ｎｉを４．
５重量％以下としたのは、４．５重量％を越えると、軸
受（用鋼）として必要な硬さＨＲＣ５８を下回るからで
ある。

【００４１】また、Ｃｕを０．５０重量％以下としたの
は、０．５０重量％を超えると熱間加工性を低下させて
しまうためである。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎを素材中に
含有させておくことが好ましい。この場合、Ｃｒは３．
５重量％以下に、Ｍｏは１．５重量％以下に、Ｍｎは
１．５重量％以下にそれぞれ設定すると良い。

【００４２】即ち、Ｃｒは、３．５重量％を超えると表
面にＣｒを含む緻密な酸化鉄被膜を生成するので転がり
面での部分的な酸化鉄被膜破壊が発生する可能性があ
る。従って、それが局部腐食を促進する可能性があるの
で、Ｃｒは３．５重量％以下が好ましい。Ｍｏは、１．
５重量％を超えると偏析による異常組織が発生し製造中
に割れを生じてしまうから１．５重量％以下が好まし
い。Ｍｎについても、１．５重量％を超えると偏析によ
る異常組織が発生し製造中に割れを生じてしまうから
１．５重量％以下が好ましい。

【００４３】このとき、Ｍｏは電気化学的に素材の貴度
を高くさせ、Ｃｒは電気化学的に素材の貴度を低下させ
るが、いずれも炭化物を形成しやすく、また、上述のよ
うな含有可能な範囲では、それらのＣｕ当量への効果は
無視しうるものとして扱うことができる。また、Ｍｎの
増加は、電気化学的に素材の貴度を低下させ且つ均一に
分布すれば鋼を全面腐食側にもっていくが、Ｍｎは鋼内
での偏析、特に、ＭｎＳ系介在物周辺の素地中での濃度
低下を起こしやすく、現実には局部腐食を引き起こすた
め、上記含有可能な範囲内に限定され、この範囲のＭｎ
では、Ｃｕ当量への効果は無視しうるものとして扱うこ
とができる。

【００４４】また、素材の炭素濃度については、１．１
重量％を超えると初晶の巨大炭化物が発生し転がり疲れ
強さを低下させてしまうので、素材中の炭素濃度は１．
１重量％以下とするのが望ましい。

【００４５】このとき、非回転側軌道輪を構成する素材
の炭素濃度を、０．３５重量％以下にすることが望まし
い。浸炭又は浸炭窒化される非回転側軌道輪の軌道面に
は５０ＭＰａ以上の大きさの圧縮残留応力を生じるの
で、水素吸収による破損を仮に水素脆性フレーキングと
呼ぶとすると、耐水素脆性フレーキング性が向上し、潤
滑剤中に水が混入しない場合と同じ寿命値が得られる上
記Ｃｕ当量の差（ΔＣｕ _eq.max）の臨界値を０．１５か
ら０．１０まで低下することができる。

【００４６】また素材の酸素濃度を１５ppm 以下にする
ことが望ましい。上述のごとく、上記Ｃｕ当量差が０よ
り大きく、０．１５より小さいときは、非回転側軌道輪
にも若干の水素脆性が起こりうるので、それへの耐性を
持つことが必要である。水素脆性は、水素原子が、主に
酸化物系非金属介在物と素地との境界の空隙においてガ
ス化し、その圧力の高まりによりクラックが容易に発生
し早期破損を起こす現象なので、酸化物系非金属介在物
の大きさや数を低減することが効果的な対策となる。従
って、非回転側軌道輪を構成する素材の酸素濃度を１５
ppm 以下にすることが望ましい。上記Ｃｕ当量差（ΔＣ
ｕ_eq.max）が１．５より大きくなると、回転側軌道輪や
転動体でも若干の水素脆性が起こりうるので、それらへ
の耐性を持つことが必要である。従って、上記と同じ理
由により回転側軌道輪や転動体を構成する素材の酸素濃
度を１５ppm 以下にすることが望ましい。以上より軌道
輪や転動体を構成する素材の酸素濃度を１５ppm 以下に
することが望ましい。

【００４７】またこのとき、非回転側軌道輪の酸素濃度
を９ppm 以下にすることが更に望ましい。９ppm 以下に
すると、水素原子がガス化し水素脆性フレーキングの起
点となる場所である介在物の大きさや数を減少できるた
め、耐水素脆性フレーキング性が向上する。この結果、
潤滑剤中に水が混入しない場合と同じ寿命値が得られる
上記Ｃｕ当量の差の臨界値を０．１５から０．１０まで
に低下することができる。

【００４８】さらに、非回転側軌道輪の酸素濃度を９pp
m 以下にすると共に炭素濃度も０．３５％以下にする
と、両方の相乗効果により、潤滑剤中に水が混入しない
場合と同じ寿命値が得られる上記Ｃｕ当量の差の臨界値
を０．１５から０．０５までに低下することができる。

【００４９】なお、潤滑剤中に水が混入しない環境下で
の転がり軸受に生じる通常の転がり疲労では、上述のよ
うな水素による材料（鋼）の脆化やクラック発生はない
ので、従来の転がり軸受においては、軌道輪や転動体の
化学成分は主に焼入れ性や硬さや通常の転がり疲労の強
化から決定され、二つの軌道輪や転動体との間に相対的
化学成分差は考慮されていない。このため、従来、例え
ば鉄鋼用圧延機のワークロールやバックアップロール用
のロールネック軸受においては、軌道輪である内輪・外
輪は共に、転動体と同程度或いはより高い焼入れ性を必
要とするので、焼入れ性向上元素であるＮｉ濃度につい
ては、軌道輪側のＮｉ濃度は転動体のＮｉ濃度と同等か
或いはより高く設定される。一方、Ｃｕは、焼入れ性に
関係なく少ないほど良い不純物として扱われ、従来、軌
道輪と転動体との間で相対的許容差等は考慮されていな
い。

【００５０】従って、従来の鉄鋼用圧延機ロールネック
軸受を、潤滑剤中に水が混入するような湿潤環境下で使
用すると、転動体と軌道輪のＮｉが同程度のときは転動
体と軌道輪との金属接触部でＮｉの偏析による接触腐食
が発生し、軌道輪の軌道面の電気化学的に貴な部分及び
転動体の転動面の電気化学的に貴な部分で水分中の水素
イオンを水素原子に変えて吸収し、水素吸収面が常に固
定された非回転側軌道輪で水素脆性により破損（剥離）
を生じるか、あるいは、軌道輪が転動体よりも高Ｎｉの
ときは転動体と軌道輪の接触部で、軌道輪よりも電気化
学的に卑な転動体の優先的な腐食反応（鉄のイオン化）
により発生した電子が、軌道輪の軌道面で水中の水素イ
オンと反応し、水素脆性により、水素吸収面が常に固定
された非回転側軌道輪での破損（剥離）を生じる。勿
論、後者の方が、より短寿命となる。

【００５１】また、従来の鉄鋼材料用連続鋳造設備のガ
イドロール、自動車ホイール、自動車用水ポンプや製紙
機械ドライヤロール用軸受などにおいても、軌道輪は転
動体と同程度の焼入れ性の鋼で作製されるため、同様
に、非回転側軌道輪で破損（剥離）が生じる。

【００５２】この水素吸収による破損である水素脆性フ
レーキングを軸受部品の各材料単独の改良により防止又
は遅延させようとすると、腐食を抑制し水素発生量そ
のものを減少させる。水素の透過し難い被膜を非回転
側軌道輪表面に形成し内部への水素侵入を抑制すること
が考えられる。

【００５３】しかし上述のように腐食を抑制するための
軸受の密封対策は効果が低いので、材料学的な面から上
記の効果を得るためには、先ずは、ステンレス鋼の
使用が考えられる。しかし、湿潤潤滑下で使用される転
がり軸受の潤滑は不良であるので、転動体と軌道輪との
間の金属接触によりステンレス鋼表面の不働態被膜は局
部的に破壊され、その部分のみが腐食して腐食ピットを
形成し、それを起点として破損（剥離）を発生するた
め、効果が低い。また、ステンレス鋼は低合金鋼に比べ
て素材コスト及び熱処理コスト等の製造コストが上昇す
るので現実への適用は困難である。次に、次善の策とし
て、の効果を得るためには、含Ｃｕ鋼又は含Ｃｕ，Ｐ
鋼（例えば，ＪＩＳＧ３１１４，３１２５）の適用が
考えられるが、の腐食の抑制が不十分で効果は低い。

【００５４】さらに、両軌道輪の軌道面の残留オーステ
ナイト濃度や転動体の転動面の残留オーステナイト濃度
の間の相対的な関係から、下記式で示す残留オーステナ
イト濃度差（Δγ_R．_max）を、０より大きく、好まし
くは３以上に設定すると、さらに確実に軸受の耐久寿命
が向上する。

【００５５】Δγ_R．_max＝（回転側軌道輪の軌道面の
残留オーステナイト濃度）＋（転動体の転動面の残留オ
ーステナイト濃度）−２×（非回転側軌道輪の軌道面の
残留オーステナイト濃度）従って、上述の作用を考慮すると、水が混入する潤滑下
では、好ましくは、Ｃｕ当量差（ΔＣｕ_eq.max）が０．
１５以上で、且つΔγ_R．_maxが３以上とするのが好ま
しい。

【００５６】ここで、Ｃｕ当量差（ΔＣｕ_eq.max）の最
大値は３．７０である。また、軌道面や転動面の残留オ
ーステナイト濃度は５〜４５体積％の範囲にある必要が
あるため、上記Δγ_R．_maxの最大値は、４５＋４５−
２×５＝８０となる。

【００５７】従って、Ｃｕ当量差が０．１５〜３．７０
で且つΔγ_R．_maxが３〜８０である範囲が、本発明と
して望ましい範囲となる。さらに、通常、現実の使用時
では、回転側軌道輪は間欠的に回転することを考慮する
と、非回転側軌道輪のＣｕ当量は０．１８以上にするこ
とが望ましい。

【００５８】即ち、Ｃｕ当量差≧０．１５で、且つΔγ
_R．_max≧３、さらに、非回転側軌道輪のＣｕ当量≧
０．１８とすることが望ましい。

【００５９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。例えば、転がり軸受である円錐ころ軸受は、軌道
輪である内輪１及び外輪２の間に転動体である複数のコ
ロ３が介装されて構成される（後述の図１参照）。

【００６０】そして、例えば内輪１に回転軸４が取り付
けられ、外輪２をハウジング５に固定して設置され、回
転軸４が回転することで軸受は作動する。この場合、内
輪１が回転側の軌道輪となり、外輪２が非回転側の軌道
輪となる。

【００６１】上記内輪１、外輪２、及びコロ３を構成す
る素材は、４．５重量％以下のＮｉ、０．５重量％以下
のＣｕを含有する合金鋼から作製され、外輪２のＣｕ当
量の２倍値よりもコロ３と内輪１のＣｕ当量の和の方が
高くなるように設定されている。ここで、外輪２のＮｉ
濃度やＣｕ濃度はゼロでも構わないが、内輪１又はコロ
３のうちの少なくとも一方は、必然的にＮｉ又はＣｕを
含有することが必要である。

【００６２】例えば、素材のＮｉ濃度が同じ値とした場
合に、コロ３を構成する素材のＣｕ含有量を０．２５重
量％とし、内輪１と外輪２のＣｕ含有量を０．０８重量
％とすることで実現される。

【００６３】このように、従来と発想の転換を図り、Ｃ
ｕの含有量に換算したＣｕ当量について、コロ３と内輪
１のＣｕ当量の和を、非回転側軌道輪である外輪２のＣ
ｕ当量の２倍値よりも高く設定することで、潤滑剤中に
水が侵入するような湿潤環境下であっても、通常の環境
下つまり潤滑剤に水が混入しないような環境下で使用さ
れる転がり軸受と同等の耐久寿命を持たせることが可能
となる。

【００６４】なお、上記実施の形態では、ころ軸受を例
に説明しているが、玉軸受であってもよい。また、上記
説明では、内輪１側が回転する軸受で説明しているが、
外輪２側が回転する構成のものであってもよい。この場
合には、外輪２が回転側の軌道輪となり、内輪１が非回
転側の軌道輪となる。

【００６５】

【実施例】次に、第１実施例について説明する。実際
に、円錐ころ軸受を、各軌道輪（外輪２及び内輪１）や
転動体（コロ３）を構成する素材（鋼）のＣｕ濃度やＮ
ｉ濃度等を色々と変更して複数個，作製し、寿命試験を
行った。なお、各軸受のＣｕ濃度やＮｉ濃度等は、後述
の表１、表２、及び表３内に示している。

【００６６】また、円錐ころ軸受の諸元は次の通りであ
る。呼び番号：ＨＲ３２０１７ＸＪ軸受内径：８５mm 軸受外径：１３０mm 組立幅：２９mm 基本動定格荷重：１４３０００Ｎまた、二つの軌道輪のうち、内輪１を回転側の軌道輪、
外輪２を非回転側の軌道輪とする。

【００６７】そして、寿命試験は、図１に示すような寿
命試験機を用いて、下記の条件で行った。つまり、外輪
２をハウジング５に固定し、後述の潤滑条件のもとで、
内輪１に嵌め込んだ回転軸４を高速で回転する。

【００６８】各諸元は次に通りである。ラジアル荷重Ｆｒ：３５７５０Ｎアキシャル荷重Ｆ_S：１５６８０Ｎ内輪回転数：１５００rpm 潤滑：純グリース潤滑又は水混入グリー
ス潤滑・純グリース潤滑時のグリース量：６０ｇ・水混入グリース潤滑時のグリース量：６０ｇ、水混入
量：１０ｃｃ／時間但し、水は、空気と一緒に霧状に軸受に吹き付ける。

【００６９】上記条件による寿命試験の結果を、下記表
１、表２、及び表３に示す。なお、表１は、比較のため
に作製した軸受のものであり、表２及び表３は本願発明
に基づき作製した軸受である。

【００７０】

【表１】

【００７１】

【表２】

【００７２】また、表中、Ｃｕ_eq. ：各軸受部品のＣｕ当量 ΔＣｕ_eq.CA：コロ３のＣｕ当量から外輪２のＣｕ当量
を差し引いた値 ΔＣｕ_eq.BA：内輪１のＣｕ当量から外輪２のＣｕ当量
を差し引いた値 ΔＣｕ_eq.max：ΔＣｕ_eq.CAとΔＣｕ_eq.BAと和（或い
は、コロ３のＣｕ当量と内輪１のＣｕ当量の和から外輪
２のＣｕ当量の２倍値を差し引いた値と定義しても良
い）である。

【００７３】ここで、寿命評価は、各軸受とも、先ず純
グリース中での９０％残存寿命（Ｌ１０ｐｇ）を求め、
次いで、上述の水混入グリース潤滑中で９０％残存寿命
（Ｌ１０ｗｇ）を求めて、下記式による寿命相対値によ
り実施した。

【００７４】なお、各軸受の表面硬さはＨＲＣ５８〜６４である。浸
炭処理をしてある軸受の表面炭素濃度は０．８〜１．１
重量％である。浸炭窒化処理をしてある軸受の表面炭素
濃度は０．８〜１．１重量％で、表面窒素濃度は０．０
５〜０．３重量％である。ずぶ焼入れしてある軸受の表
面残留オーステナイトは５〜１５体積％である。浸炭処
理してある軸受及び浸炭窒化処理してある軸受の表面残
留オーステナイトは５〜４５体積％である。

【００７５】そして、寿命試験に先立ち、上記表１及び
表２に示す軸受と表３の軸受Ａ，Ｈの各１個を上記試験
条件で１０時間試験を行い、試験終了時の外輪２（非回
転側軌道輪）の最大応力負荷圏±１０°以内の位置での
鋼中の水素濃度を測定し、新品時からの水素濃度の増分
ΔＨ（ppm ）を測定した。そして、その水素濃度の増分
ΔＨ（ppm ）とΔＣｕ_eq.maxとの関係を求めてみると、
図２（代表値で示す）に示す結果が得られた。

【００７６】この図２から分かるように、ΔＣｕ_eq.max
が大きくなるほど水素濃度の増分ΔＨは低下し、特にΔ
Ｃｕ_eq.maxが０より大きくなると、０ppm に近づき、Δ
Ｃｕ _eq.maxが０．１５以上ではΔＨは０ppm となる、つ
まり水素濃度上昇がなくなる。

【００７７】この結果から、ΔＣｕ_eq.maxをゼロより大
きく、好ましくは０．１５以上の大きさとすることで、
非回転側軌道輪の最大応力負荷圏での水素吸収をほぼゼ
ロ又はゼロにでき、潤滑剤に水が混入しても耐久寿命の
低下が抑えられる。

【００７８】実際に、ΔＣｕ_eq.maxと寿命相対値との関
係を図示してみると、図３に示すような結果が得られる
（代表値で示す）。即ち、ΔＣｕ_eq.maxをゼロより大き
くすると寿命相対値は急激に上昇し、ΔＣｕ_eq.maxを
０．１５以上の大きさにすると、水混入グリース潤滑中
での寿命値は、純グリース中での寿命値と同じ（寿命相
対値＝１００）になることが分かる。

【００７９】このように、潤滑剤中に水が混入する環境
下で使用される転がり軸受では、転動体と回転側軌道輪
のＣｕ当量Ｃｕ_eq.＝〔Ｃｕの重量％〕＋０．３×〔Ｎ
ｉの重量％〕の和が、非回転側軌道輪のＣｕ当量Ｃｕ
_eq.の２倍値よりも高いと急激に寿命が向上し、さらに
０．１５以上高いと、非回転側軌道輪の最大応力負荷圏
での水素濃度上昇が無くなり、潤滑剤中に水が混入して
も、純グリース中での寿命値と同じ値（寿命相対値＝１
００）に保持できることが分かる。

【００８０】なお、ΔＣｕ_eq.maxが０より大きく０．１
５より小さいときの非回転側軌道輪への水素吸収を遅延
させるため、そしてまた、ΔＣｕ_eq.maxが１．５より大
きく３．７０以下のときの回転側軌道輪や転動体への水
素吸収を遅延させるために、軌道輪や転動体の結晶粒度
を微細にすることが好ましい。このため、それぞれの素
材のＡｌ濃度を０．０２重量％以上、Ｎ濃度を０．００
５重量％以上にすることが好ましい。

【００８１】次に、第２実施例について説明する。表３
中の軸受番号Ａ及びＨの外輪２（非回転側軌道輪）を構
成する素材の炭素濃度及び酸素濃度を変えて作製した軸
受Ａ１〜Ａ６及びＨ１〜Ｈ６を使用して、上記第１実施
例と同じ寿命試験を行ったところ、下記表３に示すよう
な結果を得た。

【００８２】

【表３】

【００８３】また、上記軸受Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３につ
いては、外輪２の軌道面（最表面）の残留応力を測定し
たところ、最大値で下記表４に示す結果が得られた。

【００８４】

【表４】

【００８５】この表４から分かるように、非回転側軌道
輪を構成する素材の炭素濃度が小さくなるほど、圧縮残
留応力が大きくなることが分かる。そして、上記表３に
基づき、ΔＣｕ_eq.maxが０．１０である軸受番号Ａ，Ａ
１，Ａ２，Ａ３の各外輪２の素材の炭素濃度と寿命相対
値との関係を図示してみると図４に示すようになる。こ
の図４から分かるように、炭素濃度が下がるにしたがっ
て寿命相対値が上昇し、炭素濃度が０．４以下で寿命相
対値がほぼ１００となり、さらに炭素濃度が０．３５重
量％以下では寿命相対値が１００、つまり水混入グリー
ス潤滑中での寿命値が純グリース中での寿命値と同じに
なることが分かる。

【００８６】これは、軌道表面の残留応力が５０ＭＰａ
以上の圧縮応力となり、水素脆性フレーキングが抑制さ
れたためである。このように、非回転側軌道輪を構成す
る素材の炭素濃度が０．４重量％以下，好ましくは０．
３５重量％以下である場合には、水素脆性フレーキング
を抑制できる有効な圧縮残留応力が軌道面に生じ、ΔＣ
ｕ_eq.maxが０．１０以上で、水混入グリース潤滑中での
寿命が純グリース中での寿命と同じになる。

【００８７】なお、非回転側軌道輪を構成する素材の低
炭素濃度化が、水混入グリース潤滑中での長寿命化に有
効であるのは、ΔＣｕ_eq.maxが０．１０以上０．１５未
満のときであり、ΔＣｕ_eq.maxが０．１５以上のときは
何の影響もないことは言うまでもない。

【００８８】また、ΔＣｕ_eq.maxが０．１０である軸受
Ａ，Ａ４，Ａ５，Ａ６について外輪２素材の酸素濃度と
寿命相対値との関係を図示すると図５のようになる。こ
の図５から分かるように、酸素濃度が下がるにしたがっ
て、寿命相対値は上昇し、酸素濃度が１０ppm 以下でほ
ぼ寿命相対値が１００に近づき、さらに酸素濃度が９pp
m 以下で寿命相対値が１００となる、つまり水混入グリ
ース潤滑中での寿命値は純グリース中での寿命値と同等
になることがわかる。

【００８９】これは、水素原子がガス化し水素脆性フレ
ーキングの起点となる場所である介在物の大きさや数が
減少するためである。このように非回転側軌道輪を構成
する素材酸素濃度を、１０ppm 以下、好ましくは９ppm
以下に設定すると、水素原子がガス化し水素脆性フレー
キングの起点となる場所である介在物の大きさや数が減
少することで、耐水素脆性フレーキング性が向上するた
め、ΔＣｕ_eq.maxが０．１０以上で、水混入グリース潤
滑中での寿命値が純グリース中での寿命値と同等にな
る。

【００９０】なお、非回転側軌道輪を構成する素材の低
酸素濃度化が、水混入グリース潤滑中での長寿命化に有
効であるのは、ΔＣｕ_eq.maxが０．１０以上０．１５未
満のときであり、ΔＣｕ_eq.maxが０．１５以上のときは
何らの影響もないことは言うまでもない。

【００９１】なお、製鋼法としては、ＲＨ脱ガス法によ
るよりも、ＥＳＲ法やＶＡＲ法によるほうが、同じ酸素
濃度であっても介在物が微細となり耐水素脆性が著しく
強化されるので、ΔＣｕ_eq.maxが負のときでも高い寿命
相対値が得られる。例えば、非回転側軌道輪の酸素濃度
が９ppm 以下で製鋼法がＶＡＲ法ならば、ΔＣｕ_eq.m _ax
が−０．３以上において、９０以上の寿命相対値を得ら
れる。また、ＥＳＲ法ならばΔＣｕ_eq.maxが−０．２以
上において９０以上の寿命相対値を得られる。なお、Ｖ
ＡＲ法やＥＳＲ法は、ΔＣｕ_eq.maxが０．１５以上の範
囲で寿命相対値に影響がないことはいうまでもない。

【００９２】さらに、ΔＣｕ_eq.maxが０．０５である軸
受Ｈ，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４について外輪２素材の炭
素濃度及び酸素濃度と寿命相対値との関係を図示すると
図６のようになる。図６中の数値は、寿命相対値を示し
ている。

【００９３】この図６から分かるように、炭素濃度及び
酸素濃度が下がるに従って寿命相対値は上昇し、炭素濃
度が０．４重量％以下，好ましくは０．３５％重量以下
且つ酸素濃度が１０ppm 以下，好ましくは９ppm 以下
で、寿命相対値は１００、つまり水混入グリース潤滑中
での寿命は、純グリース中での寿命と同等になることが
わかる。これは、表面の５０ＭＰａ以上の大きさの圧縮
残留応力により、水素脆性フレーキングが抑制され、か
つ、水素原子がガス化し水素脆性フレーキングの起点と
なる場所である介在物の大きさや数が減少するためであ
る。

【００９４】このように、非回転側軌道輪を構成する素
材の炭素濃度が０．４重量％以下，好ましくは０．３５
重量％以下で、且つ酸素濃度が１０ppm 以下，好ましく
は９ppm 以下であると、軌道表面の５０ＭＰａ以上の大
きさの圧縮残留応力の存在と、水素原子がガス化し水素
脆性フレーキングの起点となる場所である介在物の大き
さや数が減少するため、耐水素脆性フレーキング性が向
上するので、ΔＣｕ_eq _.maxを０．０５以上に設定するこ
とで、水混入グリース潤滑中での寿命値は純グリース中
での寿命値と同じになる。

【００９５】なお、非回転側軌道輪を構成する素材の低
炭素濃度化と低酸素濃度化の同時実施が、水混入グリー
ス潤滑中での長寿命化に有効であるのは、ΔＣｕ_eq.max
が０．０５以上、０．１５未満のときであり、ΔＣｕ
_eq.maxが０．１５以上のときは、何の影響もないことは
言うまでもない。

【００９６】また、ΔＣｕ_eq.maxが０より大きく０．１
５より小さいときの非回転側軌道輪への水素吸収を遅延
させるため、そしてまた、ΔＣｕ_eq.maxが１．５より大
きく３．７０以下のときの回転側軌道輪や転動体への水
素吸収を遅延させるために、軌道輪や転動体の結晶粒度
を微細にすることが好ましい。このため、それぞれの素
材のＡｌ濃度を０．０２重量％以上、Ｎ濃度を０．００
５重量％以上にすることが好ましい。

【００９７】さらに、素材炭素濃度を低くすると浸炭時
間が長くなるので、必要に応じて９６０℃以上での高温
浸炭を行い浸炭時間延長を防ぐことができるが、その際
は、０．０５〜０．２０重量％のＮｂ又はＶを添加した
素材を用いることが望ましい。

【００９８】次に、第３実施例について説明する。本実
施例は、上述の表２に示した軸受番号Ｑ，Ｕ，及びＲに
ついて、外輪の軌道面の残留オーステナイト濃度、内輪
の軌道面の残留オーステナイト濃度、及びコロの転動面
の残留オーステナイト濃度の組合せを種々，変更して、
水が混入する潤滑下における軸受の寿命を評価したもの
である。

【００９９】さらに、別途、外輪、内輪、及びコロを、
下記表５に示す成分の素材鋼で作成し、且つ、熱処理に
より外輪の軌道面の残留オーステナイト濃度、内輪の軌
道面の残留オーステナイト濃度、コロの転動面の残留オ
ーステナイト濃度の組合せを種々，変更した軸受Ｚ１〜
Ｚ４を用意して、当該軸受Ｚ１〜Ｚ４についても水混入
する潤滑下における寿命を評価した。

【０１００】ここで、本実施例の試験条件や試験方法
は、上記第１実施例と同じである。

【０１０１】

【表５】

【０１０２】上記評価の条件及び試験結果である、各試
験軸受についての軌道面や転動面の残留オーステナイト
濃度、熱処理方法、寿命相対値などを、下記表６及び表
７に示す。なお、寿命相対値は、第１実施例における寿
命相対値と同じ定義を使用している。

【０１０３】

【表６】

【０１０４】

【表７】

【０１０５】ここで、表６中、γ_R濃度とは、各表面の
残留オーステナイト濃度を表し、Δγ_R．_maxとは、下
記式で与えられる回転側軌道輪（内輪）の軌道面及びコ
ロの転動面と、非回転側軌道輪（外輪）の軌道面との間
の残留オーステナイト濃度の相対値である。

【０１０６】Δγ_R．_max＝（内輪軌道面のγ_R濃度）
＋（コロの転動面のγ_R濃度）−２×（外輪軌道面のγ
_R濃度）ここで、上記軌道面や転動面の残留オーステナイト濃度
を決める因子は、主に以下の〜であり、主にこれら
の因子を調整することで、任意の残留オーステナイト濃
度に設定することができる。

【０１０７】マルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ
点）。これが低い程、残留オーステナイト濃度は高くなる。こ
こで、マルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）は、素
材鋼の化学成分や、浸炭又は浸炭窒化により付加される
炭素や窒素濃度、焼入れ処理前の金属組織、焼入れ処理
の温度や保持時間により決定される。

【０１０８】そして、例えば、素材鋼のＭｎ濃度が多く
なる程、浸炭等により付加される炭素等が多くなる程、
焼入れ処理前の金属組織でいえば既に浸炭して残留オー
ステナイト濃度が高くなっている程または炭化物径が小
さい程、焼入れ処理の温度が高い程、焼入れ処理の保持
時間が長くなる程、それぞれ残留オーステナイト濃度は
高くなる。

【０１０９】焼入れの時の冷却速度。これが遅い程、残留オーステナイト濃度は高くなる。焼入れ戻し処理の温度や保持時間。

【０１１０】処理温度が低い程、また、保持時間が短い
程、残留オーステナイト濃度は高くなる。サブゼロ処理（深冷処理）。

【０１１１】この処理の温度が高い程、また、保持時間
が短い程、さらにはサブゼロ処理を施さない方が、残留
オーステナイト濃度は高くなる。残留オーステナイトとマルテンサイトに応力誘起変態
させるショットピーニング。これを実施しない方が高く
なる。

【０１１２】そして、上記表６及び表７に示す各軸受の
寿命相対値を検討すると、Δγ_R．_max値（単位は、体
積％）が、０以下になると、寿命相対値が１００を確保
できなくなり、一方、３以上では、確実に寿命相対値が
１００を確保できることが分かる。

【０１１３】即ち、軸受の水混入潤滑下での寿命を、残
留オーステナイト濃度の相対値から評価すると、寿命相
対値として１００を確保するには、上記Δγ_R．_max値
を、０より大きく、確実に寿命相対値を１００とするに
は３以上に設定することが好ましいことが分かる。

【０１１４】従って、上記第１実施例及び第２実施例の
検討結果を加味すると、水が混入する潤滑下では、好ま
しくは、ΔＣｕ_eq.maxが０．１５以上で、且つΔγ_R．
_maxが３以上である必要がある。

【０１１５】ここで、ΔＣｕ_eq.maxの最大値について考
察するに、本発明に係る素材鋼のＮｉ濃度及びＣｕ濃度
の各上限値は、それぞれ４．５重量％及び０．５重量％
であるから、上記ΔＣｕ_eq.maxの最大値は３．７０とな
る。

【０１１６】また、Δγ_R．_maxの最大値について考察
するに、軌道面や転動面の残留オーステナイト濃度は５
〜４５体積％の範囲にある必要があるため、上記Δ
γ_R．_maxの最大値は、４５＋４５−２×５＝８０とな
る。

【０１１７】従って、ΔＣｕ_eq.maxとΔγ_R．_maxとの
関係における、寿命相対値が１００を確保できる範囲
は、図７中、矩形枠内の斜線部分となる。即ち、ΔＣｕ
_eq.maxが０．１５〜３．７０で且つΔγ_R．_maxが３〜
８０である領域が、寿命相対値が１００となる領域であ
り、その範囲が、本発明として望ましい範囲である。

【０１１８】なお、軌道面や転動面の残留オーステナイ
ト濃度が５体積％未満になると、潤滑剤中に鉄粉等の異
物が混入した場合に、寿命の低下が著しくなる。また、
軌道面や転動面の残留オーステナイト濃度が４５体積％
を越えると、必要な硬さＨＲＣ５８を下回る。このた
め、上述のように、軌道面や転動面の残留オーステナイ
ト濃度は、５〜４５体積％に設定する必要がある。

【０１１９】ずぶ焼処理の場合は、割れ発生を防止する
ために、残留オーステナイト濃度の上限を１５体積％と
することが望ましい。また、浸炭処理してある外輪，内
輪，及びコロの軌道面や転動面の炭素濃度は、０．８〜
１．１重量％とするのが望ましい。これは、炭素濃度が
０．８重量％未満では、転がり疲れ強さ（転がり寿命）
が著しく低下し、また、１．１重量％を越えると、部品
のチャンファー（角）部に粗大な炭化物を生じるので、
耐衝撃性が著しく低下するためである。

【０１２０】また、浸炭窒化処理してある外輪，内輪，
及びコロの軌道面や転動面の炭素濃度は、０．８〜１．
１重量％とし、窒素濃度は、０．０５〜０．３重量％と
するのが望ましい。炭素濃度の範囲については、上記炭
素処理の場合と同じ理由からである。また、窒素濃度
は、０．３重量％を越えると、残留オーステナイト濃度
が４５体積％を越えやすくなり、また、０．０５重量％
未満では、浸炭窒化の効果，すなわち残留オーステナイ
トの増量効果がなくなる。このようなことから、上記範
囲の値とする。

【０１２１】なお、各部品の軌道面や転動面の硬さは、
ＨＲＣで５８〜６４である。本願発明の対象とする低合
金鋼では、軌道面や転動面の硬さは、ＨＲＣ６４以下と
なる。

【０１２２】次に、第４実施例について説明する。上記
表６及び表７に示した軸受のうち、寿命相対値が１００
となる軸受Ｑ′，Ｑ１，Ｕ′，Ｕ１，Ｒ′，Ｒ１，Ｚ
１，Ｚ２について、上記第１実施例と同じ試験機を用い
て試験を行った。

【０１２３】但し、試験条件の一部は、上記第１実施例
とは異なる。すなわち、試験機を２４時間毎に間欠運転
する点が異なる。このとき、試験機を停止している間
は、注水も負荷も実施しないが、運転中に注水された水
分が試験軸受の下部に残存する。この残存する水分が、
コロと外輪の接触部のうち卑な側を腐食させる。また、
運転を再開すると、コロが上記腐食部を通過するごとに
振動を発生するようになり、実用上種々の問題が生じ
る。例えば、圧延機のワークロールのロールネック軸受
の場合には、被圧延材の板厚の精度が低下する。

【０１２４】上記腐食は、外輪（非回転側軌道輪）のＣ
ｕ当量（Ｃｕ_eq.）の絶対値を増やすことで抑制するこ
とができる。このとき重要なことは、ΔＣｕ_eq.maxを
０．１５以上に維持しながら外輪のＣｕ_eq.を増やす必
要があることである。そうでないと、上述のごとく、運
転中に外輪（非回転側軌道輪）が水素を吸収し早期剥離
を引き起こす原因となるからである。

【０１２５】ここで、上記腐食及び剥離についての評価
を、運転中の回転軸４（図１参照）に生じた振動加速度
に基づき評価した。即ち、振動評価を試験開始後２４０
〜２６４時間の間に行い、且つ運転中に回転軸４に生じ
た上下方向の振動加速度の平均値についての各軸受間の
相対比較を求めたところ、表８のようになった。ここ
で、軸受Ｕ′の振動加速度平均値を基準（＝１）とし
た。

【０１２６】

【表８】

【０１２７】この表８から分かるように、外輪のＣｕ
_eq.が０．０１や０．０２である軸受Ｒ′，Ｒ１，Ｚ
１，Ｚ２における振動加速度は、外輪のＣｕ_eq.が０．
１８以上の軸受Ｑ′，Ｑ１，Ｕ′，Ｕ１における振動加
速度の約８倍もある。一方、外輪のＣｕ_eq.が０．１８
の軸受Ｑ′，Ｑにおける振動加速度と、外輪のＣｕ_eq.
が０．５７の軸受Ｕ′，Ｕ１における振動加速度には差
がない。

【０１２８】一般に、軸受は、本実施例のように間欠的
に作動されるのであるから、外輪を非回転側軌道輪とし
た場合には、外輪のＣｕ_eq.を０．１８以上にすること
が軸受の耐久寿命上，望ましいことが分かる。

【０１２９】さらに、上記第３実施例の検討を加味する
と、ΔＣｕ_eq.max≧０．１５で、且つΔγ_R．_max≧
３、さらに非回転側軌道輪（外輪）のＣｕ_eq.≧０．１
８とすることが、実際の，水が混入する潤滑下におえる
軸受の耐久寿命上，更に好ましいことがわかる。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の転が
り軸受は、軌道輪や転動体を構成する素材中のＣｕやＮ
ｉの割合を調整するという簡単な手段で、潤滑剤中に水
が混入するような雰囲気で使用しても優れた耐久寿命を
持つという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る軸受及びその
寿命試験機の構造を説明するための図である。

【図２】Ｃｕ当量の差ΔＣｕ_eq.maxと外輪の最大応力負
荷圏近傍での水素濃度上昇分との関係を示す図である。

【図３】Ｃｕ当量の差ΔＣｕ_eq.maxと寿命相対値との関
係を示す図である。

【図４】ΔＣｕ_eq.maxが０．１０の場合における、非回
転側軌道輪を構成する素材の炭素濃度と寿命相対値との
関係を示す図である。

【図５】ΔＣｕ_eq.maxが０．１０の場合における、非回
転側軌道輪を構成する素材の酸素濃度と寿命相対値との
関係を示す図である。

【図６】ΔＣｕ_eq.maxが０．０５の場合における、非回
転側軌道輪を構成する素材の炭素濃度及び酸素濃度と寿
命相対値の関係を示す図である。

【図７】ΔＣｕ_eq.maxとΔγ_R．_maxとの間の関係にお
ける寿命相対値１００を確保できる範囲を示す図であ
る。

【符号の説明】

１内輪（回転側の軌道輪）２外輪（非回転側の軌道輪）３コロ（転動体）４回転軸５ハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌道輪及び転動体を、Ｎｉを４．５重量
％以下，Ｃｕを０．５０重量％以下含有する合金鋼を素
材としてそれぞれ作製する転がり軸受において、素材中のＣｕ当量を下記（１）式のように定義したとき
に、非回転側軌道輪を構成する素材のＣｕ当量よりも、
回転側軌道輪と転動体を構成する素材のＣｕ当量の平均
値の方が高いことを特徴とする転がり軸受。Ｃｕ当量（％）＝〔素材中のＣｕの重量％〕＋０．３×〔素材中のＮｉの重量％〕・・・（１）