JPH1046286A

JPH1046286A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH1046286A
Application number: JP8198128A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Okita; 滋沖田; Susumu Tanaka; 進田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-17
Also published as: GB2315775A; GB2315775B; US6171411B1; GB9715699D0

Abstract

(57)【要約】【課題】転がり軸受の構成部材である転動体，内外輪の
少なくとも一つについて、材料、加工および熱処理の最
適化を行い、極めて低コストでしかも特に異物混入潤滑
という厳しい環境下で長寿命の転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受の内輪，外輪及び転動体の少
なくとも一つが、Ｃ；０．７〜０．９重量％、Ｓｉ；
０．１〜０．５重量％、Ｍｎ；０．５〜１．１重量％、
Ｃｒ；０．１〜０．６重量％を含み残部がＦｅ及び不可
避不純物元素からなる合金鋼で形成され、浸炭処理また
は浸炭窒化処理が施されてなる表面層における炭素量お
よび窒素量がそれぞれ、Ｃ；０．８〜１．４重量％，
Ｎ；０．０１〜０．３重量％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、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
られる異物混入潤滑下で長寿命な転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転がり軸受の材料として、軸受
鋼や、浸炭処理を伴う浸炭鋼（肌焼鋼）が使用されてい
るが、転がり軸受は高面圧下で繰り返しせん断応力を受
けて用いられるので、そのせん断応力に耐えて転がり疲
労寿命を確保するため、軸受鋼には焼入・焼戻処理を、
また肌焼鋼には浸炭処理後に焼入・焼戻処理を施してい
る。

【０００３】軸受鋼は浸炭処理を必要とする肌焼鋼に比
べて、熱処理コストが大幅に有利なため製造のトータル
コストは低くなる。しかし、素材の加工性は不利であ
り、且つ過酷な環境での転がり寿命が不十分である。こ
れに対し、軸受鋼の素材の加工性を改善して製造コスト
をより低く抑えると共に転がり寿命を延ばす技術が、例
えば特開平８−３６８９号や特開平８−５３７３５号な
どに開示されている。

【０００４】一方、コストの点では不利な肌焼鋼も転が
り寿命は軸受鋼より有利である。しかしながら、近年、
軸受の使用環境は益々厳しくなってきている。特にコス
ト低下に加えて異物混入潤滑下での寿命向上が要求され
るようになり、従来の肌焼鋼では寿命の点でもコストの
点でも十分には対応しきれない。

【０００５】そこで、本願出願人は、先に出願の特開平
２−１２５８４１号において、寿命に有害な初析炭化物
が生じやすいＣｒ量を減らして、その分Ｍｎを添加する
ことで焼入れ性を確保した低コストの材料を使用し、さ
らにその素材の炭素量を増加させることにより熱処理生
産性を改善し、且つ長寿命の転がり軸受を提案した。

【０００６】また、特開平８−４７７４号には、素材の
炭素量を増加して熱処理コストを低減すると共に、Ｓｉ
を添加した素材に浸炭処理することで異物混入潤滑下の
寿命を改善した技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平８−３６８９号や特開平８−５３７３５号などの
従来技術は軸受鋼の寿命を改善した程度であり、近年の
軸受の使用環境を反映した異物混入潤滑下での寿命まで
は考慮されていない。

【０００８】一方、特開平２−１２５８４１号の技術
は、表面層に残留オーステナイトを２５〜４５体積％存
在させることにより、異物混入潤滑下で長寿命の転がり
軸受を得ようとするものであり、これを実現するため、
少なくとも表面層の固溶炭素量を０．８重量％以上とし
て前記残留オーステナイトの範囲を保つようにしてい
る。しかしながら、浸炭窒化処理後の表面を研削加工す
る場合を考えると、表面の窒素含有量によって研削性が
大きく変化し、その表面窒素含有量は素材の合金成分や
熱処理条件によってきまる。こうした見地からみると、
特開平２−１２５８４１号の技術には、浸炭時間の効率
化や浸炭窒化後の研削性を含めた軸受のトータル的な製
造コストの低減の点で、なお改良の余地が残されてい
る。

【０００９】また、特開平８−４７７４号においても、
この熱処理後の研削加工については考慮されておらず、
研削加工をはじめ材料，熱処理等をも含めた製造コスト
の低減が不十分である。

【００１０】すなわち、上記各従来技術では、コスト的
に有利な軸受鋼の素材を改良して軸受の寿命を向上させ
ても、浸炭や浸炭窒化処理した肌焼鋼を用いたものの寿
命には及ばない。一方、浸炭や浸炭窒化処理を伴う肌焼
鋼を改良してコストダウンを図っても、軸受鋼を用いた
転がり軸受の通常焼入れ品に匹敵するコストまでには至
らないという問題点がある。

【００１１】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点に着目したなされたものであり、異物混入潤滑下で
長寿命でありながら、しかも従来の軸受鋼品よりも安価
な転がり軸受を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る転がり軸受
は、熱処理後に研削加工される転がり軸受において、そ
の内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つが、Ｃ；０．
７〜０．９重量％、Ｓｉ；０．１〜０．５重量％、Ｍ
ｎ；０．５〜１．１重量％、Ｃｒ；０．１〜０．６重量
％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物元素からなる合金
鋼で形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理が施されて
なる表面層における炭素量および窒素量がそれぞれ、Ｃ
；０．８〜１．４重量％，Ｎ；０．０１〜０．３重
量％であることを特徴とするものである。

【００１３】本発明の発明者等は、上記の目的を達成す
るために、軸受素材に冷間，温間，熱間等の鍛造加工を
施し、場合によっては鍛造後に転造加工や旋削加工を行
っなってから熱処理し、その後に研削加工を行う転がり
軸受に関して、その全製造工程を十分に検討し、且つ軸
受に引当可能な素材についての材料成分と熱処理方法と
の各種の組み合わせを研究した。その結果、軸受を完成
させるために行われる全ての加工方法に対して最良であ
り、しかも使用する合金元素を必要最小限としながら、
異物混入潤滑下での転がり疲労寿命に優れた新規な転が
り軸受を開発して本発明をなすに到ったものである。

【００１４】本発明の転がり軸受の開発は、次の知見に
基づいている。（１）各種の鍛造加工，転造加工及び旋削加工において
は、一般にフェライト強化元素となるＳｉ，Ｍｎや、炭
化物を生成するＣ，Ｃｒ等が必要以上に添加されると加
工性が劣化する。これらの加工性に対して焼入れ性，熱
処理特性，寿命特性を総合的に研究した結果から、Ｃ，
Ｍｎを適量添加すればＳｉとＣｒを最低限度まで低下さ
せることが可能になるといえる。

【００１５】（２）本発明の転がり軸受は合金成分を必
要最小限とし、転がり寿命を主とする所要の軸受機能を
補うために、浸炭や浸炭窒化処理を施す。一般に、これ
らの処理に対して炭化物や炭窒化物を生成するＣｒ，Ｍ
ｎ，Ｍｏ，Ｖ等の元素が必要以上に添加されていると、
表層面に炭化物や炭窒化物を多量に析出して研削加工を
阻害する。さらに、研削加工後の軸受完成品表面層に、
転がり寿命を低下させるような炭化物や炭窒化物が残留
する場合がある。また、一般に上記の炭化物生成元素や
Ｓｉは、浸炭や浸炭窒化層を浅くする傾向がある。例え
ば、Ｃｒの添加量の増加と共に浸炭深さは減少する傾向
にある（「鉄鋼と合金元素」1971年12月6 日発行、306
頁、日本学術振興会鉄鋼第１９委員会）。特に、浸炭窒
化処理の場合、ＣｒとＳｉは窒素の拡散層深さを著しく
低下させる。

【００１６】こうした傾向に着目し、軸受用の材料に必
要とされる各種合金成分中、通常では主要成分とされて
いるＳｉ，Ｃｒを極力低下させて低合金鋼とすること
で、逆に熱処理特性が改善され、結果的に良好な転がり
疲労寿命が得られる。

【００１７】（３）一方、転がり軸受は高面圧下で繰り
返しせん断応力を受けて使用されるため、転がり軸受疲
労寿命を確保するには軸受表面から一定の深さまで一定
の硬さが必要である。また、異物混入潤滑下における寿
命には、表面層の硬さが必要であるのみでなく、表面層
に一定以上の残留オーステナイトが必要である。つま
り、熱処理で一定硬さになるための焼入れ性を向上させ
る元素や、残留オーステナイトを生成させる元素を添加
する必要がある。

【００１８】以上の知見に基づき、本発明の転がり軸受
にあっては、炭素ＣとＭｎを適量添加して浸炭または浸
炭窒化処理を施し、ＳｉとＣｒとを最低必要限度まで低
下させることで、寿命特性に必要な熱処理品質を確保す
る。かくして、本発明によれば、例えば一般的には軸受
用の材料としては考えにくいような機械構造用の炭素鋼
を使用してその炭素含有量を高くするとか、炭素工具鋼
にＭｎを微量添加するなどして、低コストな素材に最適
な熱処理を施すことにより、製造コストを著しく削減す
ると共に異物混入潤滑下で長寿命な転がり軸受を提供す
ることが可能になる。

【００１９】

【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、本発明に係る転がり軸受の材料の合金成分
の作用及び成分範囲限定理由を説明する。

【００２０】［Ｃ；含有量０．７〜０．９重量％］浸炭
や浸炭窒化を行うことで、低合金鋼であっても完成品表
面層に適量の残留オーステナイト（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。但
し、熱処理時間が増加すると製造コストが高くなるの
で、従来の軸受鋼を焼入れする処理時間と同等の短時間
の浸炭や浸炭窒化で寿命に十分な硬化層深さと残留オー
ステナイト量が得られるように、素材の炭素量の下限を
０．７重量％とした。

【００２１】しかしながら、冷間加工性については、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、
合金元素の含有量を低下させたとしてもＣ含有量が０．
９重量％を超えると工具寿命が低下する。さらに、素材
の炭素量が０．９重量％を超えると、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る。

【００２２】以上の理由から、素材の炭素量は０．７重
量％以上０．９重量％以下とする。但し、特に寿命と熱
処理コストを厳密に考慮する場合は、短時間の熱処理で
も十分な長寿命を得るため素材の炭素量は０．８重量％
以上が望ましい。

【００２３】［Ｃｒ；含有量０．１〜０．６重量％］Ｃ
ｒは焼入れ性向上、焼戻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、０．６重量％を超
えると、製鋼過程での巨大炭化物や偏析の生成を改良す
るためにソーキングを行う必要があり、Ｃｒ添加コスト
と共に素材コストが上昇してしまう。また冷間加工性は
素材の炭素量に加えてＣｒやＳｉが増えると変形抵抗が
増加する傾向にある。

【００２４】以上の理由から、素材のＣｒ含有量は０．
１重量％以上０．６重量％以下とする。また、Ｃｒ添加
量によっては浸炭や浸炭窒化処理の拡散層深さが低下す
る。図１にＣｒ含有量と熱処理後の黒皮表面のＣ＋Ｎ量
との関係を示す。Ｃｒ含有量が０．３重量％を超えると
黒皮表面のＣ＋Ｎ量が急激に高くなる。つまりＣやＮが
表面に蓄積してしまい、特に短時間の熱処理では十分な
拡散層深さが得られなくなる。そこで、短時間の熱処理
でも十分な長寿命を得るため、素材のＣｒ量は０．３重
量％以下が望ましい。

【００２５】［Ｍｎ；含有量０．５〜１．１重量％］一
般に焼入れ性を向上させるには、ＭｎまたはＣｒを添加
するが、Ｃｒは炭化物生成元素なので添加したＣｒ全て
が基地の焼入れ性向上に機能せず、コストもＭｎの方が
安い。そこで、少ないＣｒ含有量で十分な焼入れ性を与
えるため、且つ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の含有量を最低０．５重量％とする。しかし、Ｍ
ｎは素材のフェライトを強化する元素でもあり、特に素
材の炭素量が０．７重量％以上の場合は、Ｍｎの含有量
が１．１重量％を超えると冷間加工性が著しく低下する
ため上限を１．１重量％とする。

【００２６】以上の理由から、素材のＣｒ量は０．１重
量％以上０．６重量％以下とする。［Ｓｉ；含有量０．１〜０．５重量％］Ｓｉは、素材の
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、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
せるうえに、浸炭や浸炭窒化処理の拡散層深さを低下さ
せるので上限を０．５重量％以下とした。以上の理由か
ら、素材のＳｉ量は０．１重量％以上０．５重量％以下
とする。

【００２７】但し、Ｓｉは浸炭や浸炭窒化時に表面の粒
界酸化層深さや密度を増加させるため、機械的強度が低
下する場合がある。熱処理後に研削加工を行う軸受にお
いては、研削を行わない部分の強度を低下させるのでＳ
ｉ量を極力下げたほうが望ましい。さらに、浸炭窒化処
理を行う場合、Ｓｉは窒素の拡散を阻害して拡散層深さ
を低下させる。そのうえ、熱処理後の表面に窒素が濃化
してしまい、結果としてその後の研削加工を著しく阻害
する。図２に、Ｓｉ含有量と熱処理後の黒皮表面窒素量
との関係を示す。Ｓｉ含有量が０．５重量％を超える
と、黒皮表面窒素量が急激に増加し研削性を著しく劣化
させる。ここで、本出願人は特開平６−３４１４４１号
において、黒皮表面の窒素含有量と研削性との関係を明
らかにし、黒皮表面の窒素含有量が０．３重量％を超え
ると研削性は著しく低下するゆえ、望ましくは０．２５
重量％以下としている。図２から、Ｓｉ含有量が０．３
重量％を超えると黒皮表面窒素量が０．２５重量％を超
えてしまうので、浸炭窒化処理を行う場合のＳｉ含有量
は０．３重量％以下が望ましい。

【００２８】以上述べたように、本発明の軸受の材料
は、従来の軸受鋼に対して大幅に安価に供給され、加工
コストを最低限に抑え、さらに浸炭や浸炭窒化処理が短
時間で行えるので、これを使用した軸受のコストは従来
の軸受鋼のコスト以下となる。但し、本発明の転がり軸
受は素材のＣ含有比率が高く、さらに浸炭や浸炭窒化処
理を施すことで軸受全体の残留オーステナイト量が多く
なる。特に表面の残留オーステナイトは、長寿命対策と
してその量を十分に確保するから、軸受として重要な機
能である寸法安定性が悪くなる傾向がある。この寸法安
定性悪化は、軸受の使用中に残留オーステナイトが分解
し、マルテンサイトか又はフェライト，パーライトに変
態するためである。そこで、残留オーステナイトの分解
速度が十分に遅くなる１２０℃以下の温度で軸受を使用
することが望ましい。また、浸炭窒化処理した場合、窒
素の固溶により表面層の焼戻し抵抗性が高くなるので、
軸受の使用温度は１３０℃以下までとするのが望まし
い。上記の使用温度を越える場合は、寸法安定性の影響
が少ない転がり軸受の転動体に使用することが望まし
い。

【００２９】［完成品表面のＣ含有量；０．８〜１．４
重量％］炭素は軸受に必要な硬さと残留オーステナイト
を得るために必要な元素であり、長寿命を得るためには
最低でも０．８重量％以上は必要である。しかし、１．
４重量％を超えると研削加工性及び寿命や強度を劣化さ
せるＭ₃Ｃ等の巨大炭化物が多量に析出する恐れがあ
る。

【００３０】以上の理由から、完成品表面のＣ含有量は
０．８重量％以上１．４重量％以下とする。［完成品表面のＮ含有量；０．０１〜０．３重量％］窒
素は残留オーステナイトの生成や焼戻し抵抗性を向上さ
せるので、軸受の長寿命化や耐熱性，耐摩耗性を向上さ
せる元素である。しかし、その量が軸受完成表面で０．
３重量％を超えると熱処理完了後の表面ではさらに窒素
量が高くなる傾向にあり、研削加工性が著しく低下して
しまう。そこで、完成品表面の窒素Ｎの含有量は０．３
重量％以下とする。

【００３１】本発明の軸受は浸炭または浸炭窒化処理を
施すが、浸炭処理に比べて浸炭窒化処理を施す方が望ま
しい。後者の処理では窒素の固溶による組織強化や炭窒
化物の微細析出による寿命特性の向上、及び耐熱性や耐
摩耗性の向上がみられるためである。鋼材は浸炭処理で
も若干の窒素を固溶する場合がある。しかし、その量は
合金成分にもよるが０．０２重量％前後であって、軸受
の寿命や摩耗特性を向上させるような効果はない。そう
した効果を得るためには最低０．０５重量％以上が必要
である。また、窒素はその含有量が０．２重量％を超え
るとＭ₄Ｎ等の窒化物が析出して耐摩耗性が向上する反
面、研削性は低下していく傾向にある。すなわち、本発
明の転がり軸受にあっては、浸炭窒化処理を行い、さら
に完成品表面の窒素含有量は０．０１重量％以上０．３
重量％以下、望ましくは０．０５重量％以上０．２重量
％以下とするのがよい。

【００３２】（実施例）以下、本発明の転がり軸受に使
用する鋼の材料成分とソーキング処理の必要性及び内
輪，外輪，転動体それぞれの一般的な製造工程を想定し
て実施した素材の加工性評価について説明する。〔Ｉ〕材料成分とソーキング処理の必要性及び旋削加工
性，ヘッダ加工性評価：軸受の内外輪は通常、素材を温
間または熱間鍛造後に焼鈍してから旋削加工を行って製
作される。また転動体は、内外輪と同じく旋削加工を行
って製作される場合と、特に小型軸受の殆どについて行
われているようにコイル材を冷間加工（ヘッダー加工）
して製作される場合とがある。そこで、表１に示す合金
成分組成を有する本発明の実施例及び比較例について、
工具寿命に基づく旋削加工性評価と金型寿命に基づくヘ
ッダ加工性評価とを次の条件で行った。

【００３３】［評価条件］ソーキング処理：試料素材のビレット断面のマクロ及び
ミクロ組織を調査して、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。

【００３４】切削工具寿命：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したがっ
て、上記の条件で表１に示す各試料を研削し、バイトの
逃げ面摩耗量が０．２ｍｍに達するまでを工具寿命とし
た。但し、本発明の軸受に用いる鋼素材の実施例及び比
較例は、高炭素の軸受用材料であって、旋削加工前に材
料のＡ₁点以上まで加熱する球状焼鈍を行っている。比
較例のＳＣｒ４２０は、通常のＡ₁点以下の温度まで加
熱する軟化焼鈍を施した。

【００３５】金型寿命：金型：Ｖ３０（ＪＩＳＢ４０５３）据え込み率：１５〜２０％加工速度：毎分３００〜４００個潤滑：リン酸亜鉛被膜＋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
でに加工されたワークの個数をもって金型寿命とした。

【００３６】表１に、実施例及び比較例におけるソーキ
ング処理の有無及びヘッダー加工による金型寿命評価と
旋削加工工具の寿命評価の結果を併せて記載した。

【００３７】

【表１】ソーキング処理については、Ｃ量が０．９重量％を超え
るもの（鋼種Ｃ１３，ＳＵＪ２）や、Ｃｒ量が０．６重
量％を超えるもの（鋼種Ｃ１９）をソーキング処理が必
要と判断した。

【００３８】金型寿命については、Ｃ量が０．９重量％
を超えるもの（同上）や、Ｍｎ量が１．１重量％を越え
るもの（鋼種Ｃ１７）は加工性が低下するため、金型の
寿命が著しく低下している。Ｓｉ量が０．５重量％を
越えるもの（鋼種Ｃ１５）や、Ｃｒ量が０．６重量％を
越えるもの（同上）は、加工性が低下する傾向がある。

【００３９】研削工具寿命に関しても、Ｃ量が０．９重
量％を超えるものや、Ｍｎ量が１．１重量％を越えるも
のは加工性が低下するため、工具寿命が著しく低下して
いる。Ｓｉ量が０．５重量％を越えるものや、Ｃｒ量
が０．６重量％を越えるものも、加工性が低下する傾向
がある。〔ＩＩ〕熱処理条件と研削加工性評価：続いて、表２に
示す合金成分組成を有する本発明の実施例及び比較例に
ついて実施した熱処理条件と研削加工性評価試験を説明
する。

【００４０】熱処理条件は以下の通りとした。

【００４１】

【表２】〔熱処理条件：Ａ〕温度８４０℃以上〜９００℃未満で
０．５〜１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。

【００４２】〔熱処理条件：Ｂ〕温度８７０℃以上〜９
３０℃以下で０．５〜１時間の短時間で通常浸炭処理を
行い、そのままダイレクトに焼入れを行い、次いで１６
０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。

【００４３】〔熱処理条件：Ｃ〕温度８４０℃以上〜９
００℃未満で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１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行っ
た。

【００４４】〔熱処理条件：Ｄ〕温度９３０℃以上〜９
６０℃以下で５〜７時間、通常の浸炭処理を行った後、
そのままダイレクトに焼入れを行い、次いで１６０〜２
００℃で２時間の焼戻しを行った。

【００４５】〔熱処理条件：Ｅ〕温度９３０℃以上〜９
６０℃以下で５〜７時間の高濃度浸炭処理を行った後、
そのままダイレクトに焼入れを行い、次いで１６０〜２
００℃で２時間の焼戻しを行った。

【００４６】〔熱処理条件：Ｆ〕温度８３０℃以上〜８
６０℃以下で０．５〜１時間保持した後焼入れを行い、
ついで１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。

【００４７】本発明の転がり軸受では、上記各熱処理条
件のうち、コスト低減と長寿命とが同時に満足される熱
処理条件Ａ及びＢを採用した。すなわち、熱処理条件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。さらに、浸炭窒化を施すことで、炭素，窒素の付加
により機能は通常焼入れに対して大幅に向上する。この
熱処理条件Ａにおける処理温度が９００℃以上になる
と、完成品表面に必要以上のγ_Rが発生し、硬さが低下
してしまい、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８４０℃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が付加
されるので研削性が著しく低下してしまう。また、熱処
理条件Ｂは、短時間浸炭でダイレクトに焼入れを行うの
で、コストは通常の焼入れ処理とほぼ同等になる。さら
に、浸炭を施すことで炭素の付加により表面層に残留オ
ーステナイトが生成され、特に異物混入潤滑下長寿命と
なること、又圧縮の残留応力も生成されるので、機能は
通常焼入れに対して向上する。この熱処理条件Ｂにおけ
る処理温度が９３０℃を越えると、浸炭処理による炭素
の付加のみであっても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
８７０℃より下げたり、必要以上に処理時間を延ばす
と、黒皮表面にネット状の巨大炭化物が析出して研削性
が低下したり、完成品表面にまで巨大炭化物が析出し寿
命を低下させてしまう。

【００４８】研削加工性の評価は次の通り行った。〔研削加工試験〕砥石：ＷＡ１００研削液：ソリュブルタイプ砥石周速：２８００〜３０００ｍ／ｍｉｎこの条件で転がり軸受の内輪軌道面に相当するサンプル
を砥石で研削し、砥石の形状崩れ及び目詰まりの状態を
観察する。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）を計数して研削加工性を評価した。

【００４９】上記の各熱処理条件で各鋼種の試料を熱処
理した後に研削加工試験を実施した結果、及び研削後の
軸受完成品表面のＣとＮの各含有量についての分析結果
を前記表２に示す。

【００５０】本発明の実施例である試料Ｎｏ．１〜Ｎ
ｏ．１８は、低コストで且つ研削加工性も良好である。
これに対して、５〜７時間の通常浸炭処理を行った比較
例の試料Ｎｏ．２１及び２４は、実施例と同じ鋼種（Ｃ
１及びＣ２）であるにもかかわらず、熱処理後の黒皮表
面層に窒素が多量に固溶する結果、研削性が著しく低下
している。

【００５１】また、ＳｉやＣｒの含有量が高い比較例の
試料Ｎｏ．２７，３３，３８は、ＳｉやＣｒによって窒
素の拡散が遅くなるため、完成品表面の窒素量は低くな
っているにもかかわらず黒皮表面層だけには窒素が多量
に固溶して、その結果研削性が著しく低下してしまって
いる。

【００５２】また、長時間の高濃度浸炭を行った比較例
の試料Ｎｏ．２０，２３や、短時間の浸炭処理であって
もＣｒ含有量が高い試料Ｎｏ．３４，３９は、炭化物が
多量に析出する結果、研削性が低下する傾向を示してい
る。〔ＩＩＩ〕寿命評価試験：次に、上記の実施例及び比較
例の試料について実施した寿命評価試験を説明する。ク
リーン潤滑下の寿命と異物混入潤滑下の寿命とを取り上
げた。

【００５３】［寿命試験条件］寿命試験の条件は以下の
通りである。「特殊鋼便覧」（第１版，電気製鋼研究所
編，理工学社，1969年５月２５日発行）第１０〜２１頁
記載のスラスト型軸受寿命試験機を用て、各試料の軸受
にフレーキングが発生した時点までの累積応力繰り返し
回数（寿命）を調査してワイブルプロットを作成し、そ
のワイブル分布の結果からそれぞれの試料のＬ₁₀寿命を
求めた。なお、前記研削加工評価試験で加工性が著しく
低下した試料Ｎｏ．２１，２４，２７，３３，３８につ
いては、除外した。

【００５４】〔クリーン潤滑下寿命試験〕試験の面圧：５２００ＭＰａ回転数：３０００Ｃ．Ｐ．Ｍ潤滑油：６８番タービン油〔異物混入潤滑下寿命試験〕試験の面圧：４９００ＭＰａ回転数：３０００Ｃ．Ｐ．Ｍ潤滑油：６８番タービン油混入異物：組成；Ｆｅ₃Ｃ系粉硬さ；ＨＲＣ５２粒径；７４〜１４７μｍ混入量；潤滑油中に３００ｐｐｍ表３に、寿命試験の結果を示す。

【００５５】

【表３】本発明の実施例である試料Ｎ０．１〜１８は、クリーン
潤滑下でも異物混入潤滑下でも長寿命であった。なかで
も熱処理条件Ａで浸炭窒化を施した試料Ｎｏ．１，３，
５，６，８，１０，１２，１４，１６，１８のものはよ
り長寿命を示し、さらに浸炭窒化を施したものの中でも
ＳｉやＣｒ含有量を適度に削減したもの（試料Ｎｏ．１
２）が最も長寿命を示している。

【００５６】これに対して、通常の焼入れ焼戻し（熱処
理Ｆ）を行っただけの比較例の試料Ｎｏ．１９及び２２
は、炭素や窒素の固溶強化が不足し、表面に残留圧縮応
力がないため寿命が延びない。特に試料Ｎｏ．１９は、
素材のＣ含有量が０．８重量％以下のため硬さ不足とい
うこともあって、一層短寿命となっている。一方、試料
Ｎｏ．２２の方は、ＳｉやＣｒの含有量を適度に削減し
たので従来の軸受鋼製の通常焼入れ焼戻しの場合に比べ
ると固溶炭素量が多く且つ残留オーステナイトも多くな
り比較例の中では一番寿命が長かった。

【００５７】高濃度浸炭処理（熱処理Ｅ）を行った試料
Ｎｏ．２０，２３は、完成品表面に寿命に有害な巨大炭
化物が析出して寿命を低下させている。比較例の試料Ｎ
ｏ．２５，２６は、本発明の素材Ｃ含有量の下限値を下
廻る鋼種（Ｃ１４）を素材として、これに実施例のもの
と同様の浸炭または浸炭窒化処理（熱処理Ａ又はＢ）を
施したものであるが、短時間の熱処理では完成品表面の
Ｃ含有量が本発明の設定下限値０．８重量％より低くな
ってしまい、軸受として必要な硬さが得られずに短寿命
となっている。

【００５８】比較例の試料Ｎｏ．２８，３４，３９は、
Ｓｉ含有量またはＣｒ含有量が本発明の設定上限値より
高い素材に、実施例と同じ浸炭処理を施したものである
が、浸炭によるＣの拡散が遅くなり短時間の熱処理では
十分な拡散層が得られない。そのため研削加工後の試料
の寿命は、通常の焼入れ焼戻し（熱処理Ｆ）を行った場
合と同等か、もしくはいくらか固溶されたＣやＮにより
多少寿命がのびる程度に過ぎない。

【００５９】比較例の試料Ｎｏ．２９，３０，３５，３
６は、Ｓｉ含有量またはＣｒ含有量が本発明の設定下限
値より低い素材に、実施例と同じ浸炭処理または浸炭窒
化処理を施したものであるが、ＳｉまたはＣｒの固溶強
化の不足により軸受として必要な硬さが得られず、特に
クリーン潤滑下で短寿命となっている。

【００６０】比較例の試料Ｎｏ．３１，３２は、Ｍｎ含
有量が本発明の設定下限値より低い素材に、実施例と同
じ浸炭処理または浸炭窒化処理を施したものであるが、
固溶強化の不足に加えて、特に異物混入潤滑下の寿命に
有効な残留オーステナイトが不足するため、短寿命とな
っている。

【００６１】比較例の試料Ｎｏ．３７，４０は、従来の
軸受用材料として使用されているＳＵＪ２及びＳＣＲ４
２０材に通常の焼入れ焼戻し（熱処理Ｆ）または通常の
浸炭処理（熱処理Ｄ）を施したものであるが、前者はク
リーン潤滑下及び異物混入潤滑下のいずれにおいても短
寿命である。浸炭処理を施した後者の場合は、前者に比
べるとクリーン潤滑下及び異物混入潤滑下のいずれでも
寿命はより延びている。しかし、特に異物混入潤滑下の
寿命では、本発明の実施例に比べると明らかに短寿命に
なっている。

【００６２】なお、本発明は玉軸受，円筒ころ軸受，円
すいころ軸受，球面ころ軸受等の各種の転がり軸受に適
用することができ、ラジアル型，スラスト型を問わな
い。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
転がり軸受の構成部材である内輪，外輪及び転動体の少
なくとも一つの素材の合金成分を必要最小限とし、これ
に適切な熱処理条件で浸炭処理又は浸炭窒化処理を施し
て表面層における炭素含有量及び窒素含有量の範囲を限
定した結果、製造コストを極限にまで低減できると共
に、特に異物混入潤滑という厳しい運転条件でも長寿命
な転がり軸受を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸受用素材中のＣｒ含有量の臨界的意義を説明
するグラフである。

【図２】軸受用素材中のＳｉ含有量の臨界的意義を説明
するグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理後に研削加工される転がり軸受に
おいて、その内輪，外輪及び転動体の少なくとも一つ
が、Ｃ；０．７〜０．９重量％Ｓｉ；０．１〜０．５重量％Ｍｎ；０．５〜１．１重量％Ｃｒ；０．１〜０．６重量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物元素からなる合金鋼
で形成され、浸炭処理または浸炭窒化処理が施されてな
る表面層における炭素量および窒素量がそれぞれ、Ｃ
；０．８〜１．４重量％，Ｎ；０．０１〜０．３重
量％であることを特徴とする転がり軸受。