JPH10259451A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面損傷の発生を極力回避して耐久性の向上
を図ることができ、且つ軸受軌道面から発生する振動や
音響を低減化し、安価にして音響特性の優れた転がり軸
受を提供する。 【解決手段】 本発明に係る転がり軸受は、Ｃ：０．９
〜１．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：
０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒ：１．０〜１．８ｗｔ％、
残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなり、転動体の表面層
が、面積率で５％〜１５％の炭化物を有すると共に、該
炭化物のうち平均粒径０．５μｍ以下の炭化物が全炭化
物に対して面積率で５０％以上であって且つ前記炭化物
のうち平均粒径１μｍ以上の炭化物が全炭化物に対して
面積率で２％以下であり、さらに、前記転動体のビッカ
ース表面硬さＨＶが７５０〜９００である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は転がり軸受に関し、
より詳しくは、自動車、農業機械、建設機械などに使用
されるトランスミッション等において動力伝達を補佐す
る針状ころ軸受、更にはエアコン用ファンモータや各種
機器の冷却用ファンモータ更にはハードディスクドライ
ブ（以下、「ＨＤＤ」という）やビデオテープレコーダ
（以下、「ＶＴＲ」という）等の回転スピンドル支承用
として使用される比較的小形の精密玉軸受等の転がり軸
受に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のトランスミッションにおいて
は動力を伝達する回転部に転がり軸受を使用している
が、負荷容量やスペース的な観点から針状ころ軸受が採
用されることが多く、特にオートマチックトランスミッ
ションではラジアル型やスラスト型を含めて針状ころ軸
受が多用されている。

【０００３】従来より、この種転がり軸受は、成分的に
は、Ｃ：０．９５〜１．０５ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜
０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：０．５ｗｔ％以下、Ｃｒ：１．
３０〜１．６０ｗｔ％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物か
らなる高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）が使用され
ている。

【０００４】また、上記転がり軸受の転動体に使用され
るコイル材は、真円度等の寸法精度を厳しく設定する必
要があるため、一般的には図１３に示すように、熱間圧
延コイル材５１を軟化焼鈍５２した後、酸洗５３、被膜
処理５４を経て、冷間引抜き加工５５を繰り返すことに
より、高精度のコイル材５６を製造している。

【０００５】さらに、近年は、圧延技術の向上によっ
て、図１４に示すように、熱間圧延コイル材５１に対し
て冷間精密圧延加工５７を施すことにより、引抜き材に
近い精度のコイル材を作製し、その後、上記図１３の製
造方法と同様、軟化焼鈍５２、酸洗５３、被膜処理５４
を経て、冷間引抜き加工５５を行ない、これによって高
精度のコイル材５６を得る技術も開発されている（以
下、「第１の従来技術」という）。

【０００６】また、所謂ピーリング損傷や滑り摩耗を回
避して耐久性に優れた転がり軸受を得んとする観点から
は、耐摩耗性に優れたＣｒ、Ｍｏ、Ｖ等の元素を軌道輪
材料や転動体材料に添加したり、或いはこれら軌道輪材
料や転動体材料に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施して軸
受の表面硬さや圧縮残留応力を高める技術も知られてい
る。さらに、同様の観点から軌道輪や転動体の表面に多
数の凹状窪みを形成し、軸方向と円周方向との表面粗さ
の比を調整する技術も提案されている（特開平２−１６
８０２１号公報、特開平３−１１７７２４号公報）（以
下、これらの従来技術を「第２の従来技術」という）。

【０００７】一方、エアコン用ファンモータやＨＤＤの
回転スピンドル支承用として使用される比較的小形の精
密玉軸受（以下、単に「玉軸受」という）は、比較的軽
荷重で使用されるものの、軸受自体から発生する振動や
音響の低いことが要請されており、このため音響劣化が
原因で使用限界となる場合もある。したがって、これら
の玉軸受においては、転がり疲労寿命に達する前に音響
劣化により軸受の使用限界が生じるのを回避すべく、よ
り良好な音響特性を有することが要求される。

【０００８】そこで、かかる観点から音響特性を劣化さ
せる原因と考えられる鋼中の残留オーステナイト量を所
定量以下に低減したり（特開平７−１０３２４１号公
報）、或いは少なくとも軌道輪材料に浸炭窒化処理を施
すか又は軌道輪材料におけるＳｉ含有率を高めて残留オ
ーステナイト量を０％とすることにより、表面硬さを高
くして耐音響劣化抵抗性を優れたものとした技術も提案
されている（特開平８−３１２６５１号公報）（以下、
これらの従来技術を「第３の従来技術」という）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来技術では、１回の冷間引抜きで軸受の転動体の
素材に使用可能な高精度のコイル材を低コストで得るこ
とができるものの、潤滑条件が悪い場合や軸受に異物が
混入した場合は、軸受使用中の油膜不足により軌道輪で
ある内外輪と転動体とが金属接触し、その結果ピーリン
グ損傷や滑り摩耗等の表面損傷が生じやいという問題点
があった。すなわち、自動車等のトランスミッションに
おいては、その構造上軸受への潤滑経路が複雑なため軸
受内部への潤滑剤の供給が十分になされない場合があ
り、したがって厳しい潤滑条件下で軸受の使用がなされ
ることも多い。そして、このような厳しい潤滑条件下で
軸受の使用かなされた場合は転動体と軌道輪との接触部
における油膜の形成が不十分となって金属同士が直接接
触し、所謂転走面にピーリング損傷や滑り摩耗等の表面
損傷が生じ、早期剥離や異常振動等の不具合が生じる虞
があるという問題点があった。

【００１０】また、第２の従来技術では、ピーリング損
傷や滑り摩耗等の表面損傷を防ぐことは可能であって
も、その方法は研削加工後に特殊な処理を施すことによ
って表面粗さを調整するものであり、コストアップの招
来を回避するのは困難であるという問題点があった。

【００１１】一方、玉軸受において発生する振動や音響
には種々の原因が存在すると考えられるが、上述した比
較的小形の玉軸受においては軌道輪の軌道面から発生す
る振動や音響が高くなることに主たる原因があると考え
られる。すなわち、衝撃荷重等によって永久変形し軌道
面に圧痕を形成しやすい残留オーステナイト量の存在が
音響劣化の主たる原因と考えられるため、第３の従来技
術のように残留オーステナイト量を低減又は０％にする
ことは音響劣化対策として有効と考えられる。

【００１２】しかしながら、上記第３の従来技術のよう
に残留オーステナイト量を低減又は０％にする方策は、
所謂サブゼロ処理や高温での焼戻処理を伴うことからコ
ストアップを招来するという問題点がある。

【００１３】また、該第３の従来技術は、圧痕形成の原
因となる残留オーステナイト量を可能な限り除去しよう
とするものであり、軌道面から元々発生する振動や音響
を低減化するものではなく、音響特性の抜本的な改善を
図るものではないという問題点があった。

【００１４】本発明は斯かる問題点に鑑みなされたもの
であって、第１に、表面損傷の発生を極力回避して耐久
性の向上を図ることができる転がり軸受を提供すること
を目的とする。

【００１５】また、本発明は、第２に、軸受軌道面から
発生する振動や音響を低減化し、安価にして音響特性の
優れた転がり軸受を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願出願人は、トランス
ミッション内で使用されるラジアル型又はスラスト型の
針状ころ軸受に関し、潤滑条件が悪く軸受内部に異物が
混入した状態を想定し耐久性について鋭意研究した結
果、以下のことが判明した。すなわち、 （１）破損状況は、ピーリング損傷や滑り摩耗等の表面
損傷タイプであり、転動体が激しく損傷する場合が多
い。 （２）軸受のビッカース表面硬さ（以下、単に「表面硬
さ」という）ＨＶの値が大きい程、長寿命化傾向を示
し、さらに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物を生成する元素
を適量添加して微細な炭化物を表面に析出させた場合は
より一層の長寿命化傾向を示す。すなわち、軸受表面、
特に転動体表面に微細な炭化物を多量に析出させること
により、耐久性を向上させることができることが判明し
た。 （３）一方、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した場合
は、Ｃ、Ｎの固溶、炭化物や炭窒化物の析出で表面層を
硬化させると共に、Ｃ、Ｎの濃度勾配ができるため圧縮
残留応力が発生する。すなわち、浸炭処理を施した場合
は従来の転がり軸受に比べ耐久性が向上し、さらに、浸
炭窒化処理を施した場合は表面に微細な炭窒化物が析出
し、表面硬さＨＶの値が大きくなってより一層の耐久性
向上を図ることができることも判明した。

【００１７】上述の研究結果から、本願出願人は、潤滑
条件が悪く軸受内部に異物が混入した針状ころ軸受にお
いては、表面硬さＨＶが高く、更に表面層に微細な炭化
物を存在させることにより軸受の耐久性が向上するとい
う知見を得た。

【００１８】一方、現在の優れた加工技術によって仕上
加工された玉軸受においては、保持器やシール部材等の
付属部品が不良品である場合を除くと良好な潤滑剤を使
用した場合に発生する振動・騒音は、その軌道面から発
生する所謂「レース音」であると考えられるている。該
「レース音」は、軌道面のミクロ的な「うねり」によっ
て発生し、軌道輪の有する固有振動数付近の加振力成分
を選択して振動し騒音となることが報告されている
（「転がり軸受の振動・音響」野田：ＮＳＫ Technical
Journal No. 661, 1996；以下、「文献１」という）。
また、玉軸受の軌道輪の軌道面及び転動体の表面には極
めて小さいが不規則な連続した多数の山（凸部）が形成
されており、該連続した山数に対して連続な山の高さの
円周方向のうねりを有する。このため、玉軸受が回転す
ると振動が発生し、軌道輪の固有振動が強調されて音に
なることが報告されている（「玉軸受の騒音」五十嵐：
日本機械学会論文集30巻 220号, 1964；以下、「文献
２」という）。すなわち、前記文献１及び文献２による
と、振動・騒音の原因は「レース音」にあり、しかも該
「レース音」は「うねり」によって発生することが報告
されており、したがって、振動の原因となる「うねり」
を減ずることにより軌道面から発生する音響特性を改善
することができると考えられる。

【００１９】さらに、玉軸受の軸受材料としては通常高
炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）が使用されるが、該
ＳＵＪ２には１μｍ前後の炭化物が表面に分布している
ため、本願出願人は、炭化物の分布を種々変化させて音
響特性について研究を重ねた結果、以下のことが判明し
た。すなわち、 （４）軌道輪の炭化物を微細化しても軸受の振動は余り
変わらない。 （５）転動体の炭化物を微細化すると軸受の振動が小さ
くなる。 （６）軌道輪の炭化物及び転動体の炭化物の双方を微細
化すると振動は小さくなるが、その程度は上記（５）と
同程度であった。

【００２０】上述の研究結果から、本願出願人は、軸受
の更なる低騒音化に関しては転動体の低振動化を図るこ
とが効果的であり、精密加工で「レース音」を限界まで
低減している軸受については転動体の炭化物を微細化す
ると更なる低騒音化を実現することが可能であるという
知見を得た。

【００２１】すなわち、転動体の炭化物を微細化するこ
とにより、転がり軸受に関し上述した耐久性の向上のみ
ならず、音響特性の向上をも図ることができることが判
った。

【００２２】次に、炭化物を微細化する手段であるが、
軸受の生産性・量産性を考慮するとできるだけ低コスト
でもって炭化物の微細化を行う必要がある。

【００２３】しかしながら、上記（２）（３）に記した
ように、Ｍｏ、Ｖ等の炭化物生成元素を適量添加した
り、或いは浸炭窒化処理を施して微細な炭化物が多量に
析出させた場合は、Ｍｏ、Ｖ等の高価な元素を使用しな
ければならなっかたり、或いは熱処理工程が増加するた
め、結果としてコストアップを招く。

【００２４】また、玉軸受においては、通常の生産工程
では転動体はコイル材から冷間型加工によって連続的に
大量生産されており、その生産コストは現状では既に極
限まで節減されていると考えられている。しかも玉軸受
の転動体は玉形状であるため刻印やマーキングをするこ
とができず、生産は全てロット管理を行っている。した
がって、転動体が玉形状である玉軸受の場合は、低コス
トな素材を使用し且つ加工性を考慮しても工程の組み替
えや材料管理に関するコストが嵩むためコストダウンは
殆ど不可能である。したがって、転動体表面の炭化物を
微細化するために、炭化物の生成に寄与するＣ含有率や
Ｃｒ含有率を低減して合金成分の組成を変更することは
得策ではない。

【００２５】そこで、本願出願人は、更に鋭意研究を重
ねた結果、従来のＳＵＪ２の成分と同様の成分からなる
高炭素クロム軸受鋼に対して温間精密圧延加工を施すこ
とにより、低コストでもって、従来と同様の焼入・焼戻
を行なっても表面が硬く、且つ表面層に微細な炭化物が
存在する軸受を得ることができるという知見を得た。

【００２６】すなわち、ピーリング損傷や滑り摩耗等に
より生ずる表面損傷は、ころの滑りや接触により表面に
微細な亀裂が発生して表面層が剥離し、隙間が発生する
ために生じるものと考えられ、また音響劣化は、転動体
の表面に分布している平均粒径が１μｍ以上の炭化物が
「うねり」を形成するために生じるものと考えられる
が、従来のように（第１の従来技術）熱間圧延後に冷間
引抜きや冷間精密圧延を行なう場合は、加工中の炭化物
を微細化することができない。すなわち、１．０％前後
のＣ成分を有する高炭素鋼では熱間圧延後に冷却した場
合、網状炭化物（セメンタイト）とパーライト組織とに
なるため、この状態では硬くて加工が困難である。した
がって、従来より冷間引抜き加工を行なう前に軟化焼鈍
５２（図１３、図１４参照）を行なっているが、かかる
軟化焼鈍は一般に球状化焼鈍を行なっている。そして、
該球状化焼鈍では、いわゆるＡ₁変態点（７２３℃）前
後に加熱されると、網状炭化物の一部が溶解してパーラ
イトの層状組織が破壊され、炭化物は球状化する。この
ため、球状化処理を終了した後はフェライト素地中に球
状化炭化物が存在し、炭化物の平均粒径は全炭化物に対
して面積率で５０％以上が０．５μｍ以上となり、しか
も２μｍ以上の炭化物が存在し得る場合もあり、炭化物
を微細化することができない。

【００２７】これに対して、温間精密圧延を行なった場
合は、網状炭化物とパーライト組織とが温間加熱によっ
て炭化物の球状化が進行するのと同時に強加工が加わ
る。したがって、網状炭化物とパーライト中の板状炭化
物とが微細化しながら球状化し、冷却後には炭化物が微
細球状化した組織となる。つまり、パーライト組織に冷
間圧延等を行なっても、その後に軟化のための球状化焼
鈍を行なった場合は略通常の球状化組織になるのに対し
て、パーライト組織に温間精密圧延加工を施すと炭化物
を細かく球状化することができるという知見を得た。

【００２８】本発明に係る転がり軸受は、かかる知見に
基づき上述した温間精密圧延での加熱条件を設定するこ
とにより得られたものであって、本発明の転がり軸受
は、Ｃ：０．９〜１．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜０．５
ｗｔ％、Ｍｎ：０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒ：１．０〜
１．８ｗｔ％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなり、
少なくとも転動体の表面層が、面積率で５％〜１５％の
炭化物を有すると共に、該炭化物のうち平均粒径０．５
μｍ以下の炭化物が全炭化物に対して面積率で５０％以
上であって且つ前記炭化物のうち平均粒径１μｍ以上の
炭化物が全炭化物に対して面積率で２％以下であり、さ
らに、少なくとも前記転動体の表面硬さＨＶが７５０〜
９００であることを特徴とするものである。

【００２９】斯かる組成成分を有する転がり軸受は、長
寿命化を達成し、且つ音響特性を改善し得る微細表面と
表面硬さを有するものである。尚、既に球状化した組織
を温間圧延しても炭化物は殆ど微細化しないことも本願
出願人の研究の結果判明した。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る転がり軸受の
実施の形態について詳説する。

【００３１】上述したように、本発明に係る転がり軸受
は、Ｃ：０．９〜１．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜０．５
ｗｔ％、Ｍｎ：０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒ：１．０〜
１．８ｗｔ％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなり、
少なくとも転動体の表面層、即ち完成品表面が、面積率
で５％〜１５％の炭化物を有すると共に、該炭化物のう
ち平均粒径０．５μｍ以下の炭化物が全炭化物に対して
面積率で５０％以上であって且つ前記炭化物のうち平均
粒径１μｍ以上の炭化物が全炭化物に対して面積率で２
％以下であり、さらに、少なくとも前記転動体の表面硬
さＨＶが７５０〜９００である。

【００３２】以下、本転がり軸受の成分範囲を限定した
理由を説明する。

【００３３】（１）Ｃ Ｃ（炭素）は、軸受に必要とされる硬さと炭化物を得る
ための元素であり、寿命に必要十分な硬さと炭化物の面
積率を得るためには０．９％以上は必要である。一方、
Ｃの含有量が１．１％を超えると製鋼時に巨大炭化物が
発生したり偏析が強くなる。このため通常ＳＵＪ２材で
行なっているソーキング処理では巨大炭化物の発生や偏
析を十分に調整できなくなる場合があり、その結果その
後の温間精密圧延加工での炭化物の微細化が不十分とな
る。そこで、Ｃの含有量を０．９〜１．１ｗｔ％に限定
した。尚、温間圧延での炭化物微細化を更に厳密に制御
する場合は、Ｃは０．９５〜１．０５ｗｔ％とするのが
好ましい。

【００３４】（２）Ｓｉ Ｓｉ（珪素）は、素材の製鋼時に脱酸材として使用し、
焼入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、軸受の寿命を向上させるのに有効な元素である
が、斯かる効果を奏するためにはＳｉは少なくとも０．
１ｗｔ％は必要である。一方、Ｓｉの含有量が多すぎる
場合は被削性や鍛造性を含む加工性が劣化するため上限
を０．５ｗｔ％に設定した。すなわち、Ｓｉの含有量
は、０．１〜０．５ｗｔ％、好ましくは、０．１５〜
０．３５ｗｔ％に限定した。

【００３５】（３）Ｍｎ Ｍｎ（マンガン）は、焼入性を向上させる元素である
が、斯かる効果を奏するためには少なくとも０．２ｗｔ
％は必要である。一方、Ｍｎは素材のフェライトを強化
する元素でありその含有量が多すぎる場合は加工性を低
下させる。そこで、特に素材の炭素量が多く炭化物も多
い本実施の形態では上限を０．８ｗｔ％に設定した。す
なわち、Ｍｎの含有量は０．２〜０．８ｗｔ％に設定し
た。尚、Ｍｎは、熱処理時に結晶粒を粗大化させ、軸受
として重要な清浄度も低下させる傾向があるため、好ま
しくは、０．２５〜０．５ｗｔ％が望ましい。

【００３６】（４）Ｃｒ Ｃｒ（クロム）は、軸受に必要な硬さと炭化物を得るた
めの重要な元素であり、焼入性、焼戻軟化抵抗性の向上
等基地マルテンサイトを強化する元素であるが、長寿命
化を達成するのに必要十分な硬さと炭化物の面積率を得
るためには少なくとも１．０ｗｔ％以上は必要である。
一方、Ｃｒの含有量が１．８ｗｔ％を超えると製鋼時に
巨大炭化物の発生や偏析が強くなって通常ＳＵＪ２材で
行なっているソーキング処理では巨大炭化物の発生や偏
析を十分に調整できなくなる場合があり、その結果その
後の温間精密圧延加工での炭化物の微細化が不十分とな
る。そこで、Ｃｒの含有量を１．０〜１．８ｗｔ％に限
定した。尚、温間精密圧延加工での炭化物微細化を更に
厳密に制御する場合は、Ｃｒは１．３０〜１．６０ｗｔ
％が好ましい。

【００３７】（５）表面層の炭化物の面積率 転がり軸受としての針状ころ軸受に発生する摩耗は、潤
滑不足や転動体の滑り摩耗等による接触摩耗であり、一
般に表面硬さＨＶの値が大きい方が、耐摩耗性に対して
効果があり、さらに摩耗面に存在する炭化物量が多い方
が耐摩耗性に対して効果があることが知られている。

【００３８】図１は、潤滑不良の場合の炭化物の面積率
Ｘと摩耗率ηとの関係を示した摩耗特性図である。この
図１から明らかなように、炭化物の面積率Ｘが５％を超
えると摩耗率ηが大幅に低下し、耐摩耗性が向上するこ
とが判る。

【００３９】一方、軸受に組み込まれる針状ころは、通
常、コイル材を切断して製造している。図２は炭化物の
面積率Ｘと切断工具寿命Ｗとの関係を示した加工特性図
である。この図２から明らかなように、炭化物の面積率
Ｘが１５％以上になると切断工具寿命Ｗが極端に低下す
ることが判る。

【００４０】また、玉軸受においても耐摩耗性は重要な
特性であり、潤滑不良と玉のスピン滑りにより摩耗が発
生し得る。このため玉軸受の場合も炭化物面積率Ｘは、
針状ころ軸受の場合と同様、５％以上とする必要があ
る。また、玉軸受の転動体は通常コイル材をヘッダ加工
により製造しており、針状ころ軸受の場合と同様、炭化
物の面積率Ｘが１５％以上になると切断工具寿命Ｗが極
端に低下する。

【００４１】また、図３は玉軸受における炭化物の面積
率Ｘと音響特性との関係を示した音響特性図である。図
中、アンデロン値とは、軸受の騒音を振動成分として把
えたものであり、Ｈｉバンド（１８００Ｈｚ〜１０００
０Ｈｚ）で測定している。

【００４２】良好な音響特性が要求される玉軸受におい
ては上述したように炭化物の微細化が重要である一方
で、この図３から明らかなように、炭化物の面積率Ｘが
１５％（好ましくは１２％）を超えるとアンデロン値が
上昇して音響特性の悪化を招く。

【００４３】そこで、本発明の実施の形態では、耐摩耗
性、切断工具寿命Ｗ及び音響特性の全てを充足すべく、
表面層の炭化物の面積率Ｘを５〜１５％に限定した。
尚、耐摩耗性と加工性を十分に確保するためには、上述
した図１〜図３からも判るように、９〜１２％が好まし
い。

【００４４】（６）平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の
面積率 潤滑不良や摩耗分混入等に起因して転がり軸受に発生す
る滑り摩耗やピーリング等の表面損傷は、軸受使用中の
油膜不足によって内外輪と転動体とが金属接触するため
に生ずると考えられる。表面損傷は、摩耗特性と比例す
る傾向があり、摩耗特性が良好な場合は表面損傷も良好
な傾向にはあるが、斯かる摩耗率の検討のみでは表面損
傷を解決することはできない。

【００４５】本願出願人は、軸受試験での表面損傷状態
を観察した結果、ころの滑りや上述した金属接触により
表面に微細な亀裂が発生し、該亀裂が進行して表面層が
剥離していることを確認した。

【００４６】炭化物を微細析出させることは、組織の微
細化等マトリックスを強化するだけでなく、炭化物の析
出していない素地の隙間を小さくすることにもなる。ま
た、ビッカース硬さ等の硬さを測定する硬さ測定機は被
測定物の塑性変形能を硬さに換算しているが、その硬さ
は炭化物が素地に析出した状態を測定している。しか
し、表面損傷はミクロな金属接触によって発生している
ため、炭化物の析出していない素地の隙間と接触する場
合があり、該ミクロ部分では耐摩耗性や耐ピーリング性
が低く、微細な亀裂の発生する可能性が高くなる。

【００４７】そこで、本実施の形態では、炭化物の微細
析出により、表面損傷が発生し易い隙間を限りなく小さ
くすることにより、長寿命化を達成した。

【００４８】そして、かかる長寿命化を達成するために
は、平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率を全炭化
物の面積率の５０％以上にすることが必要であり、さら
に十分な長寿命化効果を得るためには平均粒径０．５μ
ｍ以下の炭化物の面積率を全炭化物の面積率の７０％以
上にするのが好ましい。

【００４９】一方、玉軸受については、転動体表面の炭
化物を微細化することにより「うねり」の形成を阻止し
て軸受の低騒音化を図ることができるが、所期の目的を
達成するためには平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面
積率を全炭化物の面積率の５０％以上にすることが必要
であり、さらに十分な長寿命化効果を得るためには平均
粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率を全炭化物の面積
率の７０％以上にするのが好ましい。

【００５０】このような観点から本発明の実施の形態で
は、平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率を５０％
以上、好ましくは７０％以上に設定した。

【００５１】（７）平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積
率 上述の如く、平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率
を全炭化物の面積率の５０％以上にすることにより、表
面損傷の発生し易い隙間を限りなく少なくしているもの
の、軟化焼鈍や焼入条件によっては微細炭化物が部分的
に凝集して比較的大きな炭化物となってしまう場合もあ
り、かかる凝集して大きな炭化物となった箇所は表面損
傷に対して急激に寿命が低下してしまう結果となる。

【００５２】このため表明損傷に対して長寿命を得るた
めには、焼鈍条件や焼入条件を調整し、平均粒径１μｍ
以上の炭化物の面積率を全炭化物の面積率の２％以下に
する必要がある。そして、さらに十分な長寿命化効果を
得るためには平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率を全
炭化物の面積率の１％以下にするのが好ましい。

【００５３】一方、玉軸受については、上述したように
音響特性は転動体表面の「うねり」に依存する。そし
て、微細炭化物が部分的に凝集して粗大化し、比較的粒
径の大きな炭化物を形成するに至った場合は当該部分に
「うねり」が生じ、該「うねり」の部分に振動が発生し
て軸受の音響特性が悪化する。

【００５４】このため、所望の音響特性を得るために
は、焼鈍条件や焼入条件を調整し、平均粒径１μｍ以上
の炭化物の面積率を全炭化物の面積率の２％以下にする
必要がある。そして、さらに十分な長寿命化効果を得る
ためには平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率を全炭化
物の面積率の１％以下にするのが好ましい。

【００５５】このような観点から本発明の実施の形態で
は、平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率を２％以下、
好ましくは１％以下に設定した。

【００５６】（８）表面硬さＨＶ 炭化物の微細析出は，組織の微細化等マトリックスを強
化するので、表面硬さＨＶを上げる傾向にあり、従来の
転がり軸受と同一の熱処理を行なっても表面硬さＨＶの
値は大きくなるため、炭化物の微細化と表面硬さＨＶの
上昇とは同時に得ることができる。

【００５７】一方、耐摩耗性や耐ピーリング特性に対し
て、表面硬さＨＶは重要な要素であり、炭化物を微細析
出させても全体の表面硬さＨＶの値が低下すると、軸受
寿命も極端に低下してしまう。

【００５８】かかる観点から、本願出願人は潤滑不良と
摩耗分の混入を想定した寿命試験を行なった結果、表面
硬さＨＶが７５０未満では所望の長寿命を得ることがで
きないことが判明した。

【００５９】一方、急速加熱や高周波加熱等の熱処理条
件や、水焼入、サブゼロ処理等の冷却方法により、炭化
物の微細析出処理を保持したまま、表面硬さＨＶの値を
大きくした場合は長寿命化傾向を示すが、表面硬さＨＶ
が９００を超えると素地の靱性が急激に低下し、結果と
して軸受寿命が低下することが判明した。

【００６０】そこで、本実施の形態では表面硬さＨＶを
７５０〜９００に限定した。尚、素地の強化が安定して
得られるためには表面硬さＨＶは７７０〜８５０が好ま
しい。

【００６１】（９）その他 上述したＣ，Ｓｉ，Ｍｎ及びＣｒ以外にも鋼中には不可
避的な不純物元素が含まれ得るが、斯かる不純物元素と
して重要なものにＯ（酸素）とＴｉ（チタン）がある。
Ｏ及びＴｉは軸受材料の清浄度を低下させる元素であ
り、特にＯは転がり寿命に有害な酸化物系の非金属介在
物を生成するため１５ｐｐｍ以下の含有率とする必要が
あり、転がり寿命をより重視する場合は１０ｐｐｍ以下
とするのが望ましい。一方、Ｔｉは鋼中のＮ（窒素）と
反応してＴｉＮとなる。ＴｉＮは酸化物系の非金属介在
物と同様に転がり寿命に有害であり、しかも、その存在
形態や硬さの関係から音響特性を悪化させる傾向がある
ため６０ｐｐｍ以下の含有率とする必要がある。そし
て、音響特性を重視する場合はＮの含有率は４０ｐｐｍ
以下が望ましく、Ｔｉによる音響劣化を完全になくすた
めには２０ｐｐｍ以下が好ましい。

【００６２】次に、本発明の転がり軸受の製造方法につ
いて説明する。

【００６３】図４は転がり軸受の針状ころ用素材として
のコイル材の製造工程を示す図である。

【００６４】まず、熱間圧延加工により得られた熱間圧
延コイル材１に対し、温間精密圧延加工２を施す。

【００６５】すなわち、該温間精密圧延加工２で網状炭
化物とパーライト中の板状炭化物とを微細化させながら
球状化させる。ここで、パーライト組織の球状化率を高
めるためには加熱条件を設定する必要があるが、未溶解
のパーライトを残留させないためには６００℃以上で温
間圧延を行なう必要がある。一方、温度が過剰に上昇す
るとオーステナイト変態してパーライトが再生するた
め、加熱温度は８２０℃以下で温間圧延を行なう必要が
ある。

【００６６】さらに、冷却後の硬さを下げるためには、
温間圧延後の冷却速度を徐冷制御することが必要とな
る。冷却速度は極力遅い方が好ましいが、仕上引抜き加
工の可能な硬さまで軟化させるためには５℃／sec 以下
の設定が必要となる一方、生産性や経済性を考慮すると
１℃／sec 以上に設定する必要がある。

【００６７】以上より、温間精密圧延加工２における加
熱条件は６００〜８２０℃、冷却速度は１〜５℃／sec
に限定した。尚、斯かる加熱条件や冷却速度の設定如何
では、後述する軟化焼鈍工程３を省略することが可能で
あるが、その場合の条件は、加熱条件は６８０〜７８０
℃、冷却速度は１〜３℃／sec である。

【００６８】このようにして温間精密圧延加工２を終了
した後、該温間精密圧延加工２における上記加熱条件及
び冷却速度に応じて、直接酸洗工程４に進むか、或いは
軟化焼鈍工程３を経て酸洗工程４に進む。

【００６９】加熱条件及び冷却速度によっては軟化焼鈍
工程３を実行する必要があるのは以下の理由による。

【００７０】転がり軸受の針状ころや音響特性が要求さ
れる玉軸受は小さいサイズのものも多く、コイル材もφ
２以下の細い素材となる。このため、温間精密圧延加工
２での加工率や加熱温度更には冷却速度等を精密に調整
しても該温間精密圧延加工２後のコイル材の表面硬さが
硬すぎて後述する仕上引抜き加工６が困難となる場合が
ある。そこで、仕上引抜き加工６が可能な硬さとなるま
で軟化焼鈍させる必要がある。尚、焼鈍温度が高すぎた
り、長時間焼鈍を行なうと球状化組織が粗大化してしま
うため、引抜き加工が可能な硬さまで軟化させるには温
度をできるだけ低く設定し、しかも短時間で行なう必要
がある。かかる炭化物の粗大化を最低限とするためには
焼鈍温度はＡ₁変態点以下の７００℃以下とするのが望
ましく、加熱時間も５時間以内が望ましい。

【００７１】そして、この後、酸洗４、被膜処理５、仕
上引抜き加工６等の周知の工程を経て、高精度のコイル
材７を得る。

【００７２】尚、かかる高精度のコイル材７は、図５に
示すように、切断加工８及びバリ取り加工９等の機械加
工によりニードルに加工され、また冷間型加工（ヘッダ
加工）１０によりころに加工され、焼入焼戻等の所定の
熱処理１１及び研削１２、表面仕上加工１３を経て針状
ころを使用した転がり軸受としての完成品を得ることが
できる。また、玉軸受の転動体は通常は冷間加工（ヘッ
ダ加工）１０により製造される。

【００７３】このように本実施の形態は、材料の組織や
炭化物の分布によって転がり軸受の耐久性及び音響特性
を向上させたものであり、これに浸炭処理や浸炭窒化処
理等の表面処理、更にはバレルやショットピーニング等
の表面加工を施することにより、表面硬さＨＶ、表面圧
縮残留応力や表面粗さを調整することができ、さらに耐
久性の向上した転がり軸受を得ることが可能である。

【００７４】尚、玉軸受の音響特性については、軸受自
体の初期時における音響が悪い場合と使用中に音響が劣
化する場合とがある。

【００７５】玉軸受の初期時における音響は、軸受すき
まや加工精度、表面粗さ等にも依存する。そして、これ
ら軸受製造時における条件を統一した場合（例えば、Ｊ
ＩＳＧ １５１４の５級以上）は、初期時の騒音発生の
主たる原因は、玉軸受の組込時に転動体が軌道輪に押し
付けられて軌道輪に微小な圧痕が形成されることにあ
る。また、使用中に音響劣化が生じる主たる原因は、予
圧が特定状態で長時間保持された場合や玉軸受に衝撃荷
重が負荷された場合に転動体と軌道輪との接触部分に微
小な圧痕が形成されることにある。すなわち、いずれの
場合においても微小な圧痕が原因で音響特性の劣化が生
じる。そして、このような微小な圧痕の発生は、玉軸受
の表面硬さや鋼の組織に依存し、特に、鋼中の残留オー
ステナイト量に大きく依存し、該残留オーステナイト量
が６％を超えて高くなると微小な圧痕が形成され易くな
って初期時の音響特性や使用中の音響特性が悪化する。

【００７６】したがって、本転がり軸受においては、鋼
中の残留オーステナイト量を６％以下とするのが望まし
く、さらに初期時の音響特性や厳しい音響特性が要求さ
れる環境下で使用される場合は２％以下とするのが望ま
しい。

【００７７】また、玉軸受の音響特性には転動体の硬さ
等も影響するため、転動体の面粗さとしては３μｍＲＭ
Ｓ以下とし、熱処理後に表面硬化処理を行った後、さら
に再焼戻処理を行うことが望ましい。

【００７８】

【実施例】次に、本発明の実施例について具体的に説明
する。

【００７９】〔第１の実施例〕本願出願人は、まず、針
状ころ軸受の表面層における炭化物の面積率Ｘと摩耗率
η及び切断工具寿命Ｗとの関係を測定した。

【００８０】炭化物の面積率Ｘは、まず、軸受表面の組
織を電子顕微鏡で撮影し、次いで電子顕微鏡で撮像され
た画像の中から画像解析装置を使用して炭化物を取り出
し、さらにその形状、面積、個数等を測定して炭化物の
面積率Ｘを算出した。尚、電子顕微鏡及び画像解析装置
としては、以下のものを使用した。

【００８１】 電子顕微鏡： 日本電子社製、ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａ 画像解析装置：カールツァイス社製、ＩＢＡＳ２０００ 次に、二円筒式摩耗試験機を使用して摩耗率ηを測定し
た。すなわち、該二円筒式摩耗試験機は、図６に示すよ
うに、上下に対向して配設された一対の円筒（第１の円
筒１５ａ及び第２の円筒１５ｂ）を有している。そし
て、第１の円筒１５ａ及び第２の円筒１５ｂの夫々に転
動体１６ａ、１６ｂを外嵌し、上方から第１の円筒１５
ａに所定の荷重Ｐを負荷することにより第１の円筒１５
ａ及び第２の円筒１５ｂを互いに接触状態とする。そし
て、オイルホース１８から潤滑油を転動体１６ａに注ぎ
ながら第１の円筒１５ａを矢印Ａ方向に、第２の円筒１
５ｂを矢印Ｂ方向に低速で回転させる。そして、滑り率
を所定値に設定して第１の円筒１５ａの回転数と第２の
円筒の回転数１５ｂの回転数を相違させ、転動体１６
ａ、１６ｂの摩耗率の平均値を求め、摩耗率η（ｇ／
ｍ）とした。本第１の実施例では、特に潤滑不良状態で
の摩耗特性を再現するため、第１及び第２の円筒１５
ａ、１５ｂの回転中に油膜が切れやすい低粘土の潤滑油
を使用した。

【００８２】摩耗試験条件は以下の通りである。

【００８３】〔摩耗試験条件〕 試験機：二円筒式摩耗試験機 荷重Ｐ：１００ｋｇｆ 第１の円筒１５ａの回転数：１０ｒｐｍ 滑り率：３０％ 潤滑油：スピノックス１０（日本石油（株）製） 粘度：ＩＳＯＶＧ１０ 油温度：６０℃ 次に、コイル材の製造に使用される切断工具（切断治
具）の切断加工性について実験した。すなわち、針状こ
ろは通常コイル材をカットして製造しているが、炭化物
の面積率Ｘを高く設定しすぎると切断工具が摩耗して切
断加工性が低下するため、斯かる面積率Ｘの決定には切
断加工性をも考慮する必要がある。

【００８４】本第１の実施例では針状ころの製造で一般
に使用されている上下スライド式切断機を使用して切断
工具寿命Ｗを測定し、切断加工性を評価した。

【００８５】上下スライド式切断機は、図７に示すよう
に、先端に超硬ダイス１８が固着されたダイス１９と、
先端に切断超硬ダイス２０が固着された切断歯２１が互
いに対向状に配設され、挿入穴２２にコイル材を挿入
し、切断歯２１を矢印Ｃ方向に上下移動させてコイル材
をカットした。

【００８６】切断超硬ダイス２０が初期状態のときは、
図８（ａ）に示すように、断面が直径ｄの真円を有する
コイル材を得ることができる。しかしながら、挿入穴２
２に挿入されたコイル材に対して連続切断が行なわれて
ゆくと、切断歯２１のカット面の切断超硬ダイス２０が
摩耗し（図７中、Ｄが摩耗部を示す）、その結果、図８
（ｂ）に示すように、コイル材のエッジＥがＲ形状とな
って、いわゆる「だれ」が発生する。このような切断面
の「だれ」は、転動体完成品の形状に影響を及ぼすた
め、通常はだれ量ｔを直径ｄの１０％以下に抑制する必
要がある。すなわち、だれ量ｔが直径ｄの１０％を超え
ると切断歯２１のカット面２３を研削し、摩耗部Ｄを除
去する必要があるため、斯かるだれ量ｔが直径ｄの１０
％となったときを切断工具寿命Ｗとして切断加工性を評
価した。

【００８７】切断工具寿命試験の条件は以下の通りであ
る。

【００８８】〔切断工具寿命試験〕 試験機：上下スライド式切断機 金型：Ｖ３０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３） コイル線径：φ３．２ 加工速度：１０００〜１２００本／min 潤滑：燐酸亜鉛被膜＋潤滑油 炭化物の面積率Ｘと摩耗率η及び切断工具寿命Ｗの測定
結果を表１に示す。

【００８９】

【表１】 表１中、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が本発明の実施例であり、
Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１６は比較例を示す。

【００９０】この表１から明らかなように、炭化物の面
積率Ｘが大きくなればなる程、摩耗率ηは大きくなり、
耐摩耗性を向上させる観点からのみからは炭化物の面積
率Ｘを大きくするのが望ましいことが判る。すなわち、
炭化物の面積率Ｘが５％以下である比較例のＮｏ．１１
〜Ｎｏ．１４では摩耗率ηがいずれも１（ｇ／ｍ）以上
と大きな値を示しているが、炭化物の面積率Ｘが５％以
上の場合は、摩耗率ηがいずれも０．５（ｇ／ｍ）以下
の小さな値を示している。

【００９１】一方、切断工具寿命Ｗについては、炭化物
の面積率Ｘが１５％以上である比較例のＮｏ．１５、Ｎ
ｏ．１６でその寿命Ｗが著しく低下し、切断加工性が劣
るのが判る。したがって、これらのことからも炭化物の
面積率Ｘは５〜１５％に設定する必要がある。特に、炭
化物の面積率Ｘが９〜１２％であるＮｏ．３、Ｎｏ．４
においては、摩耗率η及び切断工具寿命Ｗの双方におい
て極めて優れた測定結果が得られた。

【００９２】次に、本願出願人は、平均粒径１μｍ以上
及び平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率に対する
表面硬さＨＶ、軸受（針状ころ軸受）のラジアル軸受寿
命ＲＬ₁₀及びスラスト軸受寿命ＳＬ₁₀を測定した。

【００９３】平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′
及び平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″は、
素材となるコイル材の成分、軟化焼鈍条件、焼鈍回数、
焼入条件等を調整して得た。

【００９４】本発明の実施例では、図４の素材製造工程
で熱間圧延コイル材１から高精度のコイル材７を作製す
る場合、軟化焼鈍工程３を経て作製した。すなわち、熱
間圧延コイル材を温度６５０〜７００℃で２〜５時間保
持し、温度が５００℃以下になるまで、３０〜１００℃
／ｈｒの冷却速度でもって低温軟化焼鈍を行ない、本発
明の実施例サンプルを作製した。

【００９５】一方、比較例は、従来の素材製造工程で作
製し、冷間精密圧延加工５７の後、軟化焼鈍工程５２で
球状化焼鈍処理を行なった（図１４参照）。すなわち、
冷間精密圧延加工５７がなされたコイル材を温度７５０
〜８３０℃で３〜７時間保持し、温度が５５０〜６５０
℃になるまで、１０〜４０℃／ｈｒの冷却速度でもって
球状化焼鈍処理を行い。斯かる球状化焼鈍処理を行なっ
たものを比較例サンプルとした。

【００９６】そして、斯かる実施例サンプル及び比較例
サンプルに熱処理を施し、表面硬さＨＶを測定した。す
なわち、高精度コイル材を温度８３０〜８６０℃で０．
５〜１時間保持した後、焼入を行い、次いで温度１６０
℃〜２００℃で２時間焼戻を行い、その後表面硬さＨＶ
を測定し、さらにラジアル軸受寿命ＲＬ₁₀及びスラスト
軸受寿命ＳＬ₁₀を測定した。

【００９７】斯かる軸受寿命の測定においては、表面損
傷が発生し易い自動車用潤滑油として、例えばＤＥＸＲ
ＯＮ（ＧＭ社のオートマティックトランスミッションフ
ルード規格）ＩＩタイプのオートマティックトランスミ
ッションを想定して実験する必要がある。そこで、本第
１の実施例では、潤滑油としてオートマチックトランス
ミッション専用のギヤ油を使用し、さらに表面損傷が発
生し易い厳しい潤滑状況を再現するために微細な異物を
混入して軸受寿命を評価した。

【００９８】軸受の寿命試験は、荷重負荷位置で振動を
測定し、初期振動値に対して３倍以上の振動が発生した
ときに試験軸受を調査し、剥離や異常摩耗があれば寿命
であると判断し、その耐久時間からワイブルプロットを
作成し、各ワイブル分布から夫々ラジアル軸受寿命ＲＬ
₁₀及びスラスト軸受寿命ＳＬ₁₀を測定した。ラジアル軸
受寿命試験及びスラスト軸受寿命試験の試験条件は次の
通りである。

【００９９】〔ラジアル針状ころ軸受寿命試験条件〕 試験面圧：最大２３００ＭＰａ 回転数：６８００ｒｐｍ 潤滑油：キャッスルオートフルードＤ−ＩＩ（トヨタ自
動車（株）製） 潤滑油温度：１００℃ 混入異物： 組成：Ｆｅ₃Ｃ（セメンタイト）系粉末 ロックウェル硬さ：ＨＲＣ６０ 粒径：５０μｍ以下 混入量：潤滑油中に３００ｐｐｍ 〔スラスト針状ころ軸受寿命試験条件〕 試験面圧：最大２，３００ＭＰａ 回転数：６８００ｒｐｍ 潤滑油：キャッスルオートフルードＤ−ＩＩ（トヨタ自
動車（株）製） 潤滑油温度：１００℃ 混入異物： 組成：Ｆｅ₃Ｃ（セメンタイト）系粉末 ロックウェル硬さ：ＨＲＣ６０ 粒径：５０μｍ以下 混入量：潤滑油中に３００ｐｐｍ 表面硬さＨＶ、ラジアル軸受寿命ＲＬ₁₀及びスラスト軸
受寿命ＳＬ₁₀の測定結果を表２に示す。

【０１００】

【表２】 表２中、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２７が本発明の実施例であ
り、Ｎｏ．３１〜Ｎｏ．３６は比較例を示す。

【０１０１】この表２から明らかなように、平均粒径１
μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′が２％以下（好ましく
は、１％以下）であって、平均粒径０．５μｍ以下の炭
化物の面積率Ｘ″が５０％以上（好ましくは、７０％以
上）の軸受は表面の炭化物が微細化されているため、表
面損傷に対して長寿命化傾向を示し、軸受の耐久性が向
上することが判る。

【０１０２】すなわち、比較例Ｎｏ．３１、Ｎｏ．３２
では平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′が２％を
超えているため、炭化物が粒状に凝集した箇所が部分的
に増加する。斯かる凝集箇所ではミクロ的に微細炭化物
が殆ど存在しないため、表面損傷が激しく軸受寿命ＲＬ
₁₀、ＳＬ₁₀が急激に低下する。これに対して、平均粒径
１μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′が１％以下の実施例Ｎ
ｏ．２１、Ｎｏ．２４及びＮｏ．２６では長寿命を示し
ている。

【０１０３】一方、比較例Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３４では
平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″が５０％
未満であるため、表面損傷が発生し易い箇所が増加し、
軸受寿命ＲＬ₁₀、ＳＬ₁₀が急激に低下する。これに対し
て、平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″が７
０％以上の実施例Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２４及びＮｏ．２
６では長寿命を示している。

【０１０４】また、表面硬さＨＶも表面損傷に対して効
果があるが、炭化物の微細化による硬さ向上が表面損傷
に対して効果を発揮している。しかし、比較例Ｎｏ．３
５は、熱処理条件で表面硬さＨＶのみを低減させたもの
であるが、表面硬さＨＶが７５０以下になると軸受寿命
が急激に低下している。一方、比較例Ｎｏ．３６のよう
に炭化物を微細化した状態で表面硬さＨＶを９００以上
とした場合は素地の靱性が急激に低下するため、表面損
傷が発生し易く軸受寿命が低下することが判る。これに
対して、表面硬さＨＶが７５０〜９００である実施例Ｎ
ｏ．２１、Ｎｏ．２４及びＮｏ．２６は素地が安定して
いるため、長寿命の傾向を示していることが判る。

【０１０５】以上より平均粒径１μｍ以上の炭化物の面
積率Ｘ′が２％以下（好ましくは、１％以下）であっ
て、平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″が５
０％以上（好ましくは、７０％以上）で、且つ表面硬さ
ＨＶが７５０〜９００の軸受は耐久性向上に大きな寄与
をしていることが判る。

【０１０６】〔第２の実施例〕次に、本願出願人は、玉
軸受の音響特性について調査した。

【０１０７】まず、本願出願人は、「うねり」の定量的
尺度として平均粗さＲａを予め測定し、該平均粗さＲａ
の異なる種々の玉軸受を家庭電化製品用のファンモータ
に組み込んで軸受の軌道面及び転動体表面の「うねり」
と騒音の原因となる振動との関係を測定し、玉軸受から
発生する振動は軌道輪が原因であるのか或いは転動体が
原因であるのかを調査した。

【０１０８】図９は本測定に使用した振動測定装置の概
略を模式的に示したブロック構成図であって、該振動測
定装置は、玉軸受が組み込まれたファンモータ２４と、
該ファンモータ２４に組み込まれた玉軸受の振動を測定
する加速度センサ２５と、該加速度センサ２５により測
定された振動加速度信号を増幅するコンディショニング
アンプ２６と、該コンディショニングアンプ２６からの
出力結果に基づいて前記振動加速度信号を周波数分析す
るＦＦＴアナライザ２７とから構成されている。そし
て、転動体については玉軸受の玉数や回転数等に関連し
た周波数に振動ピークが現れるため、振動加速度信号を
ＦＦＴアナライザ２７で周波数分析することにより軌道
輪の振動と容易に峻別することができる。

【０１０９】振動測定条件は以下の通りである。

【０１１０】〔振動測定条件〕 試験軸受種：深溝玉軸受６０８ ファンモータの回転数：９８４ｒｐｍ 軸受予圧：２ｋｇｆ（スラスト） 測定装置の仕様 加速度センサ：Ｂ＆Ｋ社製Ｎｏ．４３９３ コンディショニングアンプ：Ｂ＆Ｋ社製Ｎｏ．２６２６ ＦＦＴアナライザ：小野測器製ＣＦ−３６０Ｚ 図１０は平均粗さＲａ（うねり）と振動加速度との関係
を示した振動特性図であって、●は転動体の測定値、◆
は軌道輪の測定値を示している。

【０１１１】この図１０から明らかなように、転動体は
加工方法との関連から軌道輪よりも仕上がり状態が良く
平均粗さＲａが低くなる傾向にあるが、振動加速度は平
均粗さＲａが低い転動体で大きな値を示している。すな
わち、玉軸受から発生する騒音の起因となる振動は主と
して転動体が原因で生じていることが判った。尚、転動
体の振動加速度にはかなりのバラツキがあるため、加工
工程で故意に平均粗さＲａの大きな軸受を作製し、平均
粗さＲａと振動加速度との関係を測定したところ、転動
体の方が軌道輪よりも振動加速度が大きい傾向を示すこ
とが確認された。これにより、玉軸受の更なる低騒音化
を図るには転動体の振動を更に低下させるのが効果的で
あることが判明した。

【０１１２】次に、本願出願人は、アンデロンメータを
使用し、転動体の炭化物の分布を種々変化させて音響特
性を測定した。ここで、アンデロンメータは、玉軸受の
騒音を振動成分として把えるアンデロン値を検出するも
のであり、本第２の実施例ではアンデロン値により音響
特性を評価している。すなわち、同一の炭化物分布を有
する玉軸受を各々４０個宛作製し、これら玉軸受にアン
デロンメータをセットして所定条件下、個々のアンデロ
ン値を測定し、これらアンデロン値の平均値（以下、こ
の平均値を単に「アンデロン値」という）を音響レベル
として評価した。

【０１１３】音響試験条件は以下の通りである。

【０１１４】〔音響試験条件〕 試験軸受種：深溝玉軸受６０８ ファンモータの回転数：１８００ｒｐｍ 軸受予圧：２ｋｇｆ（スラスト） アンデロンメータ：（株）菅原研究所製ＡＤ−０２００ 測定範囲：Ｈｉバンド（１８００〜１００００Ｈｚ） 加速度センサ：Ｂ＆Ｋ社製Ｎｏ．４３９３ コンディショニングアンプ：Ｂ＆Ｋ社製Ｎｏ．２６２６ ＦＦＴアナライザ：小野測器製ＣＦ−３６０Ｚ 尚、炭化物の面積率は、第１の実施例と同様の電子顕微
鏡（日本電子社製、ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａ）及び画像解析
装置（カールツァイス社製、ＩＢＡＳ２０００）を使用
し、第１の実施例と同様の手順で算出した。

【０１１５】表３は全炭化物に対する平均粒径１μｍ以
上の炭化物の面積率Ｘ′及び全炭化物に対する平均粒径
０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″と、アンデロン値
との関係を示した表である。

【０１１６】

【表３】 また、図１１は全炭化物に対する平均粒径１μｍ以上の
炭化物の面積率Ｘ′とアンデロン値との関係を示す特性
図である。

【０１１７】この表３及び図１１から明らかなように、
比較例５２及び比較例５３は平均粒径０．５μｍ以下の
炭化物の面積率Ｘ″は５０％以上であるが、平均粒径１
μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′が２％を超えているた
め、アンデロン値が夫々０．４７０及び０．５２０と大
きな値を示している。これは炭化物の面積率Ｘ′が２％
を超えると、微細炭化物が部分的に凝集して粗大化する
ため大きな「うねり」が発生し、該「うねり」に起因し
た振動により軸受の音響が急激に悪化してしまうためで
あると思われる。

【０１１８】図１２は全炭化物に対する平均粒径０．５
μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ′とアンデロン値との関係
を示す特性図である。

【０１１９】比較例５１及び比較例５４は平均粒径１μ
ｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′は２％以下であるが、平均
粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″が５０％（図
１２中、破線で示すライン）以下であるため、アンデロ
ン値が夫々０．５３０及び０．５２０と大きな値を示し
ている。これは炭化物の面積率Ｘ″が５０％以下の場合
は転動体の表面層における炭化物の微細化が不充分であ
るため、更なる低騒音化を達成することができないもの
と思われる。

【０１２０】これに対して、実施例４１〜４７は、いず
れも平均粒径１μｍ以上の炭化物の面積率Ｘ′は２％以
下であり、また平均粒径０．５μｍ以下の炭化物の面積
率Ｘ″が５０％以上であるため、良好なアンデロン値を
得ることができることが判る。特に、平均粒径１μｍ以
上の炭化物の面積率Ｘ′は１％以下、平均粒径０．５μ
ｍ以下の炭化物の面積率Ｘ″が７０％以上である実施例
４１〜４３では優れた音響特性を得ることができること
が確認された。

【０１２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る転がり
軸受は、Ｃ：０．９〜１．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜
０．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃｒ：
１．０〜１．８ｗｔ％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物か
らなり、少なくとも転動体の表面層が、面積率で５％〜
１５％の炭化物を有すると共に、該炭化物のうち平均粒
径０．５μｍ以下の炭化物が全炭化物に対して面積率で
５０％以上であって且つ前記炭化物のうち平均粒径１μ
ｍ以上の炭化物が全炭化物に対して面積率で２％以下で
あり、さらに、少なくとも前記転動体のビッカース表面
硬さＨＶが７５０〜９００であるので、従来の軸受成分
と略同様の成分を有する高炭素クロム軸受鋼の粒状炭化
物を均一に微細化することができ、表面損傷に対して長
寿命化傾向を示すことができ、転がり軸受、特に針状こ
ろ軸受の耐久性向上を図ることができる。さらに、比較
的小形の玉軸受についても、低コストでもって一層の音
響特性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭化物の面積率Ｘと摩耗率ηとの関係を示した
摩耗特性図である。

【図２】炭化物の面積率Ｘと切断工具寿命Ｗとの関係を
示した加工特性図である。

【図３】炭化物の面積率Ｘとアンデロン値Ａとの関係を
示した音響特性図である。

【図４】転がり軸受の針状ころ用素材としてのコイル材
の製造工程図である。

【図５】転がり軸受の針状ころの製造工程図である。

【図６】二円筒式摩耗試験機の概要を示した図である。

【図７】上下スライド式切断機の概要を示した図てあ
る。

【図８】コイル材に切断された切断断面が切断工具の摩
耗状態に応じて変化する状態を説明するための図であ
る。

【図９】振動測定装置の概略を模式的に示したブロック
構成図である。

【図１０】平均粗さＲａと振動加速度との関係を示した
振動特性図である。

【図１１】全炭化物に対する平均粒径１μｍ以上の炭化
物の面積率Ｘ′とアンデロン値との関係を示す特性図で
ある。

【図１２】全炭化物に対する平均粒径０．５μｍ以下の
炭化物の面積率Ｘ′とアンデロン値との関係を示す特性
図である。

【図１３】転がり軸受の針状ころの従来の製造工程図で
ある。

【図１４】転がり軸受の針状ころの他の従来例を示す製
造工程図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木内 昭広 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 飯田 彰 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．９〜１．１ｗｔ％、Ｓｉ：０．
   １〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃ
   ｒ：１．０〜１．８ｗｔ％、残部：Ｆｅ及び不可避不純
   物からなり、 少なくとも転動体の表面層が、面積率で５％〜１５％の
   炭化物を有すると共に、該炭化物のうち平均粒径０．５
   μｍ以下の炭化物が全炭化物に対して面積率で５０％以
   上であって且つ前記炭化物のうち平均粒径１μｍ以上の
   炭化物が全炭化物に対して面積率で２％以下であり、 さらに、少なくとも前記転動体のビッカース表面硬さＨ
   Ｖが７５０〜９００であることを特徴とする転がり軸
   受。