JP2006322017A

JP2006322017A - 転がり軸受

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Publication number: JP2006322017A
Application number: JP2005143996A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakaguchi; 尚坂口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】表面損傷が生じ易い環境下で使用されても、転がり疲れ寿命の長い転がり軸受を低コストで提供する。
【解決手段】ころ３を、質量比で、Ｃ含有率が０．３０〜１．２０％、Ｃｒ含有率が０．５０〜２．００％、Ｍｎ含有率が０．５０％以上、ＭｎとＳｉの合計含有率が０．８５％以上、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、サブゼロ処理と、焼戻し処理とをこの順に施して作製する。そして、転動面３ａをなす表層部のＮ含有率を０．２０質量％以上２．００質量％以下、前記表層部の残留オーステナイト量を５体積％以上２４体積％以下とするとともに、転動面３ａの表面粗さを、軌道面１ａ，２ａの表面粗さよりも小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、この剪断応力に耐えて転がり疲れ寿命を確保する必要がある。このため、転がり軸受の軌道輪（内輪や外輪）及び転動体としては、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）に焼入れ及び焼戻し処理を施したり、肌焼鋼（ＳＣＲ４２０，ＳＣＭ４２０，ＳＡＥ４３２０Ｈ等）に浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ及び焼戻し処理を施すことにより、表面硬さをＨｖ６５０〜８００としたものが用いられている。

近年、自動車，工作機械，一般産業機械，鉄鋼設備等の動力伝達機構や支持機構の高能率化及び小型化を実現するために、これらの機構で使用される転がり軸受は、高速条件，高荷重条件，高温条件等の苛酷な環境下で使用されることが多くなってきている。
特に、高荷重条件下で使用される転がり軸受では、軌道面に油膜が形成され難く、軌道輪と転動体との間に金属接触が生じて、その転がり面（軌道面や転動面）に大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。また、高荷重条件下で使用される転がり軸受では、軌道輪と転動体との間にスキューによるすべりが生じ易く、軌道輪と転動体との間に繰り返し剪断応力や大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。

表面損傷による寿命低下は、上述した潤滑不足やすべりによって転がり面に大きな接線力が発生した場合に加えて、異物が混入された潤滑条件下（以下、「異物混入潤滑下」と記す。）において異物の噛み込みによって転がり面に圧痕が生じ、圧痕の縁に応力集中が発生した場合にも起こる。
このような表面損傷による寿命低下を防止するための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が提案されている。

特許文献１では、少なくとも軌道輪を、質量比で、Ｃ含有率が０．８％以上１．２％以下、Ｓｉ含有率が０．４％以上１．０％以下、Ｃｒ含有率が０．２％以上１．２％以下、Ｍｎ含有率が０．８％以上１．５％以下の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、８３０〜８７０℃での焼入れ処理と、１６０〜１９０℃での焼戻し処理とを施すことで作製し、その表層部の残留オーステナイト量を２５体積％以上５０体積％以下とすることが提案されている。また、特許文献１には、異物混入下で優れた転がり疲れ寿命を得るために、表層部の残留オーステナイト量を２５体積％以上３０体積％以下として、特定の表面硬さを確保することが好ましいと記載されている。

特許文献２では、少なくともころを、質量比で、Ｃ含有率が０．８％以上１．５％以下、Ｓｉ含有率が０．４％以上１．２％以下、Ｍｎ含有率が０．８％以上１．５％以下、Ｃｒ含有率が０．８％以上１．８％以下の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理及び焼戻し処理とを施すことで作製し、表層部の残留オーステナイト量を２０％体積以上４０体積％以下とし、表面硬さをＨｖ７５０以上とすることが提案されている。
特開平７−１９００７２号公報特開２０００−２３４１４７号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び２に記載の軸受では、表層部の残留オーステナイト量と硬さの両方を高くすることで転がり疲れ寿命の向上を図っているため、製造コストを削減するという点でさらなる改善の余地がある。
また、特許文献１及び２に記載の軸受では、表面損傷による寿命低下が問題となる転動部材の寿命についてのみ考慮されており、それ以外の転動部材の寿命については考慮されていない。このため、寿命低下が問題となる転動部材の寿命のみを長くしても、それ以外の転動部材の寿命が不足して、軸受全体の寿命を長くできない場合がある。
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、表面損傷が生じ易い環境下で使用されても、転がり疲れ寿命の長い転がり軸受を低コストで提供することを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受において、前記転動体は、Ｃ含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５０質量％以上２．００質量％以下、Ｍｎ含有率が０．５０質量％以上、ＭｎとＳｉの合計含有率が０．８５質量％以上、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、サブゼロ処理と、焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、その転動面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下で、残留オーステナイト量が５体積％以上２４体積％以下であるとともに、その転動面の表面粗さは、前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
なお、本発明において、前記表層部とは、表面から所定深さ（例えば、１μｍ）までの範囲を指す。

以下、本発明の数値限定の臨界的意義について詳細に説明する。
〔Ｃ含有率（質量比）：０．３０〜１．２０％〕
Ｃ（炭素）は、基地をマルテンサイト化することにより、強度を増加させる作用を有する。本発明においては、鋼からなる素材を所定形状に加工した後に浸炭窒化処理が施され、転動体の表層部にＣ及びＮ（窒素）が添加される。よって、素材をなすＣ含有率は、転動体の芯部に必要な強度を確保するために０．３０％以上とする。なお、転動体の芯部の硬さはＨｖ６５０以上であることが好ましく、そのために素材をなすＣ含有率は０．８０％以上とすることが好ましい。
一方、素材をなすＣ含有率が多過ぎると、製鋼時に粗大な炭化物が生成して、転がり疲れ寿命を低下させる場合がある。よって、素材をなすＣ含有率は１．２０％以下とする。

〔Ｃｒ含有率（質量比）：０．５０〜２．００％〕
Ｃｒ（クロム）は、焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地を強化して転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、微細で高硬度の炭化物や炭窒化物を生成して、耐摩耗性を向上させる作用も有する。さらに、浸炭窒化層のＣ含有率を高めて、浸炭窒化特性の向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、Ｃｒ含有率は０．５０％以上とする。
一方、Ｃｒ含有率が多過ぎると、その効果が飽和するだけでなく、表層部に不動態膜が形成されて浸炭窒化特性を阻害するおそれがあるため、Ｃｒ含有率は２．００％以下とする。

〔Ｍｎ含有率（質量比）：０．５０％以上，ＭｎとＳｉの合計含有率（質量比）：０．８５％以上〕
本発明者は、転動体の転動面をなす表層部のＮ（窒素）含有率を０．２０質量％以上とし、且つ、前記表層部の残留オーステナイト量を低減することにより、軌道輪と転動体との間の摩擦が低減できることに着目し、転動体のみを変更するだけで、転動体及び軌道輪の表面損傷をともに抑制可能であることを見出した。また、本発明者は、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率を安定的に確保するためには、転動体の素材をなす鋼中のＭｎ（マンガン）含有率とＳｉ（ケイ素）含有率を特定すればよいことも見出した。

Ｍｎ及びＳｉは、いずれも製鋼時の脱酸剤として作用するとともに、浸炭窒化処理時に表層部のＮ含有率を向上させる作用を有する。また、Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上させる作用も有し、Ｓｉは鋼の焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用も有する。
これらの作用を得るために、Ｍｎ含有率は０．５０質量％以上、好ましくは０．７０質量％以上とする。

また、ＭｎとともにＳｉを添加させることにより、Ｍｎによる表層部のＮ含有率を向上させる作用が効果的に得られるため、研磨取り代の多い形状の転動体であっても、その転動面をなす表層部に本発明の範囲のＮ含有率を安定して確保できる。このため、ＭｎとＳｉの合計含有率は０．８５質量％以上とし、Ｓｉ含有率は、０．５０質量％以上とすることが好ましい。
一方、Ｍｎ含有率やＳｉ含有率が多過ぎると、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率が極端に多くなるため、基地の異常組織を招いて硬さが低下するとともに、素材の鍛造性や被削性等の機械加工性が低下する。よって、Ｍｎ含有率とＳｉ含有率は、それぞれ２．００質量％以下とすることが好ましい。

〔Ｏ含有率（質量比）：１２ｐｐｍ以下〕
Ｏ（酸素）は、転がり疲れ寿命に悪影響を与える酸化物系非金属介在物を生成するため、その含有率を出来る限り少なくする必要がある。このため、Ｏ含有率は１２ｐｐｍ以下、好ましくは９ｐｐｍ以下とする。

〔不可避不純物について〕
本発明で用いる鋼には、上述した元素以外に、例えば、Ｐ（リン），Ｓ（硫黄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｔｉ（チタン），Ｎｂ（ニオブ）等の不可避不純物が含まれていてもよい。このうち、ＭｏやＶ等の炭化物形成元素は、浸炭窒化処理によって微細で高硬度な炭窒化物を生成するため、耐摩耗性の向上に有効である。よって、これらの元素は、コストの許す限り添加してもよいが、その添加量は合計で２．０質量％以下とすることが好ましい。

〔熱処理及び熱処理後の転動体の構成について〕
上述した鋼からなる素材を、鍛造又は切削により転動体の形状に加工した後、混合ガス（例えば、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）を導入した炉内で、所定時間加熱保持することにより浸炭窒化処理を行う。
この浸炭窒化処理は、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下となるような条件で行う。

この時、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率が０．２０質量％未満となると、転動体と接触する軌道輪の表面損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、表層部のＮ含有率は高くなる程、軌道輪の表面損傷を抑制する効果が高くなるが、表層部のＮ含有率が２．００質量％を超えると、浸炭窒化層が脆弱となり、転動部材として必要な転がり疲れ寿命が得られなくなる。上述した観点から、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率は、０．５０質量％以上１．５０質量％以下とすることが好ましい。

また、浸炭窒化処理により、Ｎと同様に添加されるＣ含有率は、転動体の転動面をなす表層部に軸受部材として必要とされる表面硬さＨｖ６５０を得るため、Ｎ含有率とＣ含有率の合計が０．８０質量％以上となるようにＣ含有率を調節することが好ましい。一方、転動体の転動面をなす表層部のＣ含有率が多過ぎると、粗大な炭化物が析出して、転動体自身の転がり疲れ寿命が十分に得られなくなるため、表層部のＣ含有率は２．５０質量％以下とすることが好ましく、２．００質量％以下とすることがさらに好ましい。

次に、８２０℃以上９２０℃以下で焼入れ処理を行う。この時、焼入れ温度が８２０℃未満であると、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率を本発明の範囲に出来ず、転動部材として必要な硬さが得られない。一方、焼入れ温度が９２０℃よりも高いと、高温保持中に炭化物が分解し、基地のＮ含有率が著しく増加して、素材をなす鋼の極端な脆化を招く。

次に、−１９０〜１０℃でサブゼロ処理を行う。これにより、転動面をなす表層部の残留オーステナイト量が低減し、且つ、硬さが著しく向上するため、転動面の耐圧痕性や耐摩耗性が向上し、転動体と軌道輪との間の摩擦を効果的に低減できる。また、浸炭窒化処理により転動面をなす表層部にＮ含有率を増加させた後にサブゼロ処理を行うことによって、マルテンサイトの歪密度が一層増加するため、転動体自身の耐疲労性が向上する。
この時、サブゼロ時の温度が−１９０℃よりも低くなると、その温度を保持するために冷却剤を用いる必要があるため、コストの上昇を招く。一方、サブゼロ時の温度が１０℃よりも高くなると、焼入れ時に生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態されなくなるため、十分な硬さが得られなくなる。

次に、焼戻し処理を行う。この焼戻し処理は、転動体の転動面をなす表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２４体積％以下となるような条件で行う。
この時、残留オーステナイト量が５体積％未満となると、異物混入潤滑下で表面損傷が生じ易くなる。一方、残留オーステナイト量が２４体積％よりも大きくなると、硬さが低下して、転動体自身の転がり疲れ寿命が短くなる。転動体の転動面をなす表層部の残留オーステナイト量は、７体積％以上１８体積％以下とすることが好ましい。
次に、研削仕上げ加工を施すことにより、転動体の転動面における表面粗さを、軌道輪の軌道面における表面粗さよりも小さくなるようにする。これにより、潤滑不足やすべりによって転がり面に大きな接線力が発生しても、表面損傷が生じ難くなる。

本発明の転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪は、Ｃ含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５０質量％以上２．００質量％以下、Ｍｎ含有率が０．３５質量％以上、Ｓｉ含有率が０．２５質量％以上、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順で施されて得られ、その軌道面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．１０質量％以上２．００質量％以下で、残留オーステナイト量が１５体積％以上４０体積％以下とすることにより、内輪及び外輪自身の転がり疲れ寿命を長くできるため、転がり軸受の転がり疲れ寿命をより長くできる。

ここで、内輪及び外輪の素材をなす鋼は、上述した転動体の素材をなす鋼とＭｎ含有率及びＳｉ含有率の数値限定の範囲のみが異なる。浸炭窒化処理時に軌道面をなす表層部のＮ含有率を向上させる作用や、鋼の焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を効果的に得るために、内輪及び外輪の素材をなす鋼中のＭｎ含有率は０．３５質量％以上とし、Ｓｉ含有率は０．２５質量％以上とする。

また、内輪及び外輪自身の転がり疲れ寿命を長くするために、軌道面をなす表層部のＮ含有率は０．１０質量％以上２．００質量％以下とする。
さらに、軌道面に形成された圧痕縁の応力集中を軽減する作用と、内輪及び外輪自身の転がり疲れ寿命を長くするために、軌道面をなす表層部の残留オーステナイト量は１５体積％以上４０体積％以下とする。
さらに、内輪及び外輪自身の転がり疲れ寿命を長くするためには、内輪及び外輪の軌道面をなす表層部の硬さをＨｖ７４３以上とすることが好ましい。

本発明の転がり軸受によれば、転動体の転動面をなす表層部のＮ含有率及び残留オーステナイト量を特定するだけで、転動体自身の表面損傷を抑制できるとともに、転動体と接触する軌道輪の表面損傷も抑制できる。よって、表面損傷が生じ易い環境下で使用した場合でも、転がり疲れ寿命の長い転がり軸受を低コストで提供できる。
また、本発明の転がり軸受によれば、転動体と組み合わせる内輪及び外輪の構成も特定することにより、転がり疲れ寿命をさらに長くできる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第一実施形態＞
本実施形態では、図１に示す呼び番号Ｌ４４６４９／６１０の円錐ころ軸受（外径：５０．２９２ｍｍ，内径：２６．９８８ｍｍ，幅：１４．２２４ｍｍ）を、以下に示す方法で作製した。この円錐ころ軸受は、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の各軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配設された円錐状の複数のころ３と、保持器４と、からなる。また、ころ３の大径側端面３ｂは、内輪１の大径側端部に形成された鍔部１０で保持されている。

ころ３は、以下の手順で作製した。
まず、表１に示す各構成の鋼からなる素材を鍛造により所定形状に加工した後、表１に示す各方法の熱処理を施した。
ここで、表１に「浸炭窒化→焼入れ→サブゼロ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８３０〜８６０℃で７〜１０時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、−１００〜−６０℃で４０分間保持することによりサブゼロ処理を行った。次に、１３０〜１８０℃の範囲の所定温度で２時間保持することにより焼戻しを行った。

また、表１に「浸炭窒化→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８３０〜８６０℃で７〜１０時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、１３０〜２４０℃の範囲の所定温度で２時間保持することにより焼戻しを行った。
さらに、表１に「焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Ｒｘガス雰囲気中において、８３０〜８６０℃で０．５〜１時間保持した後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。

次に、研削等の仕上げ加工を施して、転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．０６μｍ以上０．１０μｍ以下となるように調整した。また、ころ３の軸方向端面における研磨取り代は、大径側端面３ｂ及び小径側端面３ｃでそれぞれ１５０μｍずつとした。
そして、得られたころ３のうち破壊検査用のサンプルを用いて、転動面３ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）のＮ含有率及びＣ含有率 (質量比）と、前記表層部の残留オーステナイト量γ_R (体積比）と、前記表層部の硬さ（ビッカース硬さ）と、を以下に示す方法でそれぞれ測定した。これらの結果は、表１に併せて示した。
前記表層部のＮ含有率及びＣ含有率は、電子線マイクロアナライザ (ＥＰＭＡ）を用いて測定した。また、前記表層部の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折装置を用いて測定した。さらに、前記表層部の硬さは、ＪＩＳＺ２２４４に規定されたビッカース硬さ試験法を用いて測定した。

内輪１及び外輪２は、以下に示す手順で作製した。
まず、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、８３０〜８６０℃で０．５〜１時間保持した後に急冷する油焼入れと、１８０℃で２時間保持することによる焼戻しとを施して、軌道面１ａ，２ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）の硬さをＨｖ６８０以上とし、前記表層部の残留オーステナイト量を９体積％とした。

次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、各軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）を、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）よりも大きくなるように、軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下の範囲に調整した。
このようにして得られた内輪１及び外輪２と、ころ３とを用いて、円錐ころ軸受を組み立てた。そして、この円錐ころ軸受を、表面損傷が生じ易い異物混入潤滑下で使用することを想定した以下の条件で運転させることにより、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。

この寿命試験は、ころ３の転動面３ａに剥離（フレーキング）が生じるまで内輪１を回転させることで行い、寿命試験開始から剥離が生じるまでの回転時間を寿命とした。また、この寿命試験は、各サンプルにおいてそれぞれ１０回行った。この結果は、各サンプル毎にワイブル分布関数に基づいてＬ₁₀寿命を算出し、Ｎｏ．１５のＬ₁₀寿命を１とした時の比として、表１に併せて示した。
〔寿命試験条件〕
荷重比（Ｐ／Ｃｒ）：０．４３
回転速度：４０００ｍｉｎ^-1
潤滑油：♯６８タービン油
異物：（組成）Ｆｅ₃Ｃ
（硬さ）ＨＶ８７０
（粒径）７４〜１４７μｍ
（混入量）潤滑油中に３００ｐｐｍとなるように混入

表１に示すように、本発明の構成（鋼中のＣ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉの含有率、熱処理方法、及び転動面３ａをなす表層部のＮ含有率，残留オーステナイト量）としたＮｏ．１〜１１のころ３を用いた円錐ころ軸受では、本発明の構成外としたＮｏ．１２〜１５のころ３を用いた場合と比べて長寿命であった。
一方、Ｎｏ．１２，Ｎｏ．１５のころ３を用いた円錐ころ軸受では、素材をなす鋼中のＭｎ含有率が少なく、転動面３ａをなす表層部のＮ含有率を本発明の範囲内に出来なかったため、ころ３と内輪１及び外輪２との間での摩擦低減効果が十分に得られなかった。
また、Ｎｏ．１３のころ３を用いた円錐ころ軸受では、焼戻し温度が高過ぎたため、ころ３の転動面３ａをなす表層部の残留オーステナイト量が十分に得られず、ころ３の転動面３ａに形成される圧痕縁での応力軽減効果が十分に得られなかった。

さらに、Ｎｏ．１４のころ３を用いた円錐ころ軸受では、焼戻し温度が低過ぎたため、ころ３の転動面３ａをなす表層部に多量の残留オーステナイトが存在し、ころ３と内輪１及び外輪２との間での摩擦低減効果が十分に得られなかった。
以上の結果から、ころ３を構成する鋼と、ころ３の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率及び残留オーステナイト量とを本発明の構成とすることにより、表面損傷の生じ易い異物混入潤滑下で使用しても、円錐ころ軸受の寿命を長くできることが分かった。

＜第二実施形態＞
上述した円錐ころ軸受の内輪１及び外輪２を、以下に示す手順で作製した。
まず、表２に示す各構成の鋼からなる素材を内輪１及び外輪２の各形状に加工した後、表２に示す各方法で熱処理を施した。
なお、表２に「浸炭窒化→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Ｒｘガス＋プロパンガス＋アンモニアガスの雰囲気中において、８３０〜８６０℃で７〜１０時間保持することにより浸炭窒化を行った後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。

また、表２に「浸炭→焼入れ→焼戻し」で示す熱処理は、以下に示す条件で行った。まず、Ｒｘガス＋プロパンガス雰囲気中において、８３０〜８６０℃で７〜１０時間保持することにより浸炭を行った後、油焼入れを行った。次に、１８０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った。
次に、これらに研削等の仕上げ加工を施して、各軌道面１ａ，２ａの表面粗さ（Ｒａ）を、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下の範囲に調整した。

そして、得られた内輪１及び外輪２のうち破壊検査用のサンプルを用いて、上述と同様の方法で軌道面１ａ，２ａをなす表層部（表面から１μｍの深さまでの部分）のＮ含有率及びＣ含有率と、前記表層部の残留オーステナイト量（γ_R）と、前記表層部の硬さと、をそれぞれ測定した。この結果は、表２に併せて示した。
このようにして得られた内輪１及び外輪２と、上述した表１に示すＮｏ．１のころ３（素材をなす鋼中のＭｎ含有率：１．００質量％，鋼中のＭｎ＋Ｓｉ含有率：２．００質量％，表層部のＮ含有率：０．７９質量％，表層部の残留オーステナイト量：９体積％，表面粗さ（Ｒａ）：０．１０μｍ）とを用いて、円錐ころ軸受を組み立てた。
そして、この円錐ころ軸受を上述と同様の条件で運転させることにより、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。この結果を、表１に示すＮｏ．１５のＬ₁₀寿命を１とした時の比として、表２に併せて示す。

表２に示すように、本発明の構成（鋼中のＣ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ含有率、転動面３ａをなす表層部のＮ含有率，残留オーステナイト量，表面粗さ）である表１に示したＮｏ．１のころ３と、本発明の構成（軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率，残留オーステナイト量）としたＮｏ．２１〜３０の内輪１及び外輪２とを用いた円錐ころ軸受は、表１に示したＮｏ．１のころ３と、第一実施形態で示した本発明の構成外の内輪１及び外輪２とを用いた円錐ころ軸受（Ｎｏ．１５の４．３倍の寿命）と比べて、いずれも長寿命であった。
このうち、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率や残留オーステナイト量が本発明の範囲内で、さらに、前記表層部の硬さが好ましい範囲（Ｈｖ７４３以上）となるように本発明の熱処理が施されたＮｏ．２１〜Ｎｏ．２３，Ｎｏ．２５〜Ｎｏ．２８，Ｎｏ３０では、さらに長寿命であった。

以上の結果から、ころ３を構成する鋼と、ころ２の転動面３ａをなす表層部のＮ含有率及び残留オーステナイト量に加えて、内輪１及び外輪２を構成する鋼と、内輪１及び外輪２の軌道面１ａ，２ａをなす表層部のＮ含有率及び残留オーステナイト量を本発明の構成にし、さらに軌道面１ａ，２ａをなす表層部の硬さを本発明の好ましい範囲にすることにより、表面損傷が生じ易い異物混入潤滑下で使用しても、円錐ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。

＜第三実施形態＞
上述した表１に示すＮｏ．１の構成で作製し、その転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．０３〜０．１０μｍの間でそれぞれ調整したころ３を用意した。
そして、このころ３と、上述した表２に示すＮｏ．２５の内輪１及び外輪２（軌道面１ａ，２ａの表面粗さが０．２０μｍ）とを用いて、円錐ころ軸受を組み立てた。そして、この円錐ころ軸受を上述と同様の条件で運転して、円錐ころ軸受の寿命試験を行った。この結果を用いて、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）と寿命との関係を示す図２のグラフを作成した。

図２に示すように、ころ３の表面粗さ（Ｒａ）が小さくなる程、円錐ころ軸受の寿命が長くなっており、ころ３の表面粗さ（Ｒａ）を０．０３μｍとした場合には、表１に示すＮｏ．１５の７倍以上の寿命が得られた。
以上の結果より、ころ３の転動面３ａの表面粗さ（Ｒａ）を出来る限り小さくすることで、円錐ころ軸受の寿命をさらに長くできることが分かった。

本発明の転がり軸受の一例として円錐ころ軸受を示す断面図である。ころの転動面の表面粗さと、寿命との関係を示すグラフである。

符号の説明

１内輪
１ａ内輪軌道面
２外輪
２ａ外輪軌道面
３ころ（転動体）
３ａ転動面
３ｂ大径側端面
３ｃ小径側端面
１０鍔部

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受において、
前記転動体は、Ｃ含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５０質量％以上２．００質量％以下、Ｍｎ含有率が０．５０質量％以上、ＭｎとＳｉの合計含有率が０．８５質量％以上、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、サブゼロ処理と、焼戻し処理とがこの順に施されて得られ、
その転動面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．２０質量％以上２．００質量％以下で、残留オーステナイト量が５体積％以上２４体積％以下であるとともに、
その転動面の表面粗さは、前記内輪及び前記外輪の軌道面の表面粗さよりも小さくなっていることを特徴とする転がり軸受。
前記内輪及び前記外輪は、Ｃ含有率が０．３０質量％以上１．２０質量％以下、Ｃｒ含有率が０．５０質量％以上２．００質量％以下、Ｍｎ含有率が０．３５質量％以上、Ｓｉ含有率が０．２５質量％以上、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理と、焼入れ処理と、焼戻し処理とがこの順で施されて得られ、
その軌道面をなす表層部は、Ｎ含有率が０．１０質量％以上２．００質量％以下で、残留オーステナイト量が１５体積％以上４０体積％以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。