JPH10141379A

JPH10141379A - 軸受用軌道輪とその製造方法

Info

Publication number: JPH10141379A
Application number: JP32102596A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kajiwara; 一寿梶原; Hiroshi Ueno; 弘上野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼板をプレス成形された軸受用軌道輪では、簡
易な軸受に使用されることから、充分な潤滑が期待でき
ない状況で使用されることが想定される。従来の窒化処
理は、窒化層が不十分な部分があるとともに、窒化層自
体も平滑性に劣り、クラック等も存在する。このため潤
滑油の保持が充分でなく、油膜切れが生じることがあっ
た。【解決手段】本軸受用軌道輪２では、プレス成形した軌
道輪２の表面の酸化物を、ふっ化処理１２で金属ふっ化
膜に置き換えることによって除去する。金属ふっ化膜は
酸化物の生成も防止し、酸化物は確実に表面から除去さ
れて、この表面に窒化処理される。窒化層Ｎが軌道輪２
の表面に緻密且つ均一且つ十分に形成され、表面の平滑
性が保たれて、軌道輪２の油膜切れは防止される。【効果】緻密かつ均一であり平滑な窒化層Ｎを安定して
形成できる。軌道輪の強度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製軸受用軌道輪
とその製造方法に関する。特に、プレス成形された軌道
輪に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、軸受用軌道輪には、薄板鋼板のプレス成形によって
製作されたものがある（特開平８−４７５７号公報等参
照）。このような軌道輪は、簡易な軸受に、充分な潤滑
が期待できない状況下で使用されることも想定される。
また、プレス成形された軌道輪では、プレス成形可能な
軟質材が使用されることから、強度の向上や摩耗防止を
図ることが要請されている。

【０００３】また、強度の向上や摩耗防止を図るため、
従来から、転がり軸受の軌道輪の表面に、いわゆるタフ
トライド処理と呼ばれる、塩浴窒化、ガス窒化等の窒化
処理を含む表面処理が施される場合がある。窒化処理を
施すと、潤滑性を向上できるという利点もある。このた
め、窒化処理された軌道輪は、潤滑条件のあまり良くな
い状況で使用されることも想定される。

【０００４】従って、このような窒化処理を、上述のプ
レス成形された軌道輪に施すことを想定すると、このよ
うな軌道輪は、潤滑条件のあまり良くない状況で使用さ
れると考えられる。そのため、上述のように窒化処理に
よって潤滑性を高めた軌道輪であっても、油膜切れが生
じることがあり、場合によっては、軌道輪と転動体等と
の間で焼き付きを生じる虞も想定される。

【０００５】上述の油膜切れの原因としては、以下のこ
とが考えられる。すなわち、窒化処理の前処理で、表面
の酸化物の除去が行われる。しかしながら、酸化物を完
全に除去することは困難であることに加えて、除去後に
も再度酸素の吸着や酸化作用が働くので、表面の酸化物
を完全に除去できない。この状態で、窒化処理が行われ
ると、窒化層は、酸化物が除去された部分には十分に、
酸化物の残った部分には不十分に形成されて、その結
果、窒化層にむらが生じていたり、クラックが多数形成
されていた。不十分な窒化層の表面では、もともと平滑
度が充分でなく、クラックの存在もあり、潤滑油が窒化
層の最表面に保持され難く、よって、油膜が切れ易く、
潤滑が不充分になると考えられる。

【０００６】そこで、本発明の主な目的は、上記の技術
的課題を解決し、均一な窒化層によって、油膜切れが生
じ難く、潤滑性が良く、且つ強度を向上できるプレス成
形された鋼製軌道輪を提供することである。また、本発
明の他の目的は、上記の軌道輪を安定して製造できる製
造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明の鋼製軸受用軌道輪は、プレ
ス成形された鋼製軌道輪であって、その表面に窒化物の
平均粒子径が１μｍ以下の緻密な窒化層が形成されたこ
とを特徴とする。この構成によれば、窒化層を、表面に
緻密に、且つむらなく均一に、且つ十分に形成できる。
このような窒化層が形成された軌道輪では、油膜が切れ
ることもなく、良好な潤滑性を維持できる。

【０００８】また、通常、プレス成形には軟質な鋼が使
用されることから、軌道面に剥離が生じるため重荷重下
での使用は困難とされてきたが、本発明による硬い窒化
層は、プレス成形された軌道輪の内部の軟らかさとによ
って、二層構造を形成できるので、優れた強度を有する
軌道輪を得ることができ、プレス成形された軌道輪を有
する軸受の適用範囲を広げることができる。

【０００９】この軌道輪は、例えば、以下の請求項２に
かかる発明の軸受用軌道輪の製造方法によって製造する
ことができる。請求項２に係る発明の軸受用軌道輪の製
造方法は、プレス成形され、且つその表面に窒化層が形
成された軸受用軌道輪の製造方法において、窒化処理の
前に、軌道輪の表面の酸化物を金属ふっ化膜に置き換え
るふっ化処理を含むことを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、ふっ化処理に用いる活
性化されたふっ素原子により、プレス成形された母材の
鋼の表面に付着していた加工助剤等の異物が破壊等され
て除去され、表面が浄化されると同時に、鋼表面の酸化
皮膜のような不働態膜が、金属ふっ化膜に置き換えられ
る。このように置き換えられることによって、鋼の表面
が金属ふっ化膜によって被覆保護された状態になり、後
の窒化処理まで酸化物の生成が阻止されるので、確実に
酸化物を除去できる。従って、表面に緻密、且つ均一、
且つ十分な窒化層を形成することができる。

【００１１】また、従来は、窒化処理の際、４８０℃〜
７００℃の温度域では、鋼材中のＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ａ
ｌのような金属元素は、酸化されやすい。しかし、上記
温度領域においては、これらの金属元素を完全に中性も
しくは還元性に維持する雰囲気をつくることが困難なこ
とから、上記金属元素は上記温度領域で殆ど酸化され、
それによって窒化処理に際して鋼材の表面に粒界酸化物
が形成され、この粒界酸化物が障害となって窒化処理が
阻害される。結果として、鋼材の表面に窒化層を安定し
て形成できないでいた。

【００１２】これに対して、本発明では、確実に酸化物
を除去できるので、一定の窒化層を安定して形成するこ
とができる。すなわち、窒化処理の際、４８０℃〜７０
０℃程度の温度で、窒素源を有するガス（例えばＮＨ₃
ガス）とＨ₂ガスとの混合ガスを炉内に導入することに
より、上記Ｈ₂ガスによって、鋼材表面を被覆保護して
いる金属ふっ化膜は破壊され除去される。これにより、
浄化されて活性化した金属素地が現れ、この活性化した
金属素地に窒化ガス（例えばＮＨ₃ガス）中のＮ原子が
作用し、内部に迅速に浸透拡散し、深い窒化層を均一に
形成する。すなわち、鋼の表面から内側に向かってＣｒ
Ｎ，Ｆｅ₂Ｎ，Ｆｅ₃Ｎ，Ｆｅ₄Ｎ等の窒化物を含有す
る超硬質な化合物層（窒化層）が、均一に深く形成さ
れ、それに続いて硬質なＮ原子の拡散層が形成され、上
記化合物層＋拡散層が全窒化層を構成する。また、窒化
層の硬さも、従来のタフトライド処理品と同等で、表面
硬さはビッカース硬さ４５０ＨＶ（試験荷重５０ｇｆ）
を維持している。

【００１３】本発明のふっ化処理に用いるふっ素系ガス
としては、ＮＦ₃，ＢＦ₃，ＣＦ₄，ＨＦ，ＳＦ₆，Ｆ
₂の単独もしくは混合物からなるふっ素源成分をＮ₂等
の不活性ガス中に含有させたガスが好適に用いられる。
なかでも、安全性、反応性、コントロール性、取扱性等
の点でＮＦ₃が最も優れており、実用的である。このよ
うなふっ素系ガスでは、効果の点から、ＮＦ₃等のふっ
素源成分が０．０５％〜２０％（重量基準、以下同じ）
の濃度に設定される。好ましいのは、３％〜５％の範囲
内である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態にか
かる軸受用軌道輪及びその製造方法を、添付図面を参照
しながら詳細に説明する。まず、本発明の軌道輪につい
て説明する。図１は、本発明にかかる軌道輪を適用した
玉軸受の斜視図である。図２は、図１の玉軸受の断面図
である。図１及び図２を参照する。

【００１５】軸受１は、外輪としての軌道輪２と、軌道
輪２内に保持されている球状の複数の転動体３とを備え
ている。軌道輪２の内部には、内部環状空間４が形成さ
れ、ここに転動体３が収容されて環状に配列されてい
る。この環状の中央に、回転軸５が挿入されて、その外
周面が転動体３と接している。つまり、この軸受１で
は、内輪は、回転軸５の外周面で兼用されている。

【００１６】軌道輪２は、例えば、ＪＩＳ規格冷間圧延
鋼板（ＳＰＣＣ）や日本ベアリング工業界規格ＳＰＢ２
鋼板等を円環状で断面逆Ｕ字形状にプレス成形されたワ
ンピース構造になっている。軌道輪２は、互いに平行に
軸方向で対向する一対のほぼ平坦な側壁部２１と、この
側壁部２１の外周を架橋状に連結するほぼ平坦な円筒部
２２とを有している。円筒部２２と、一対の側壁部２１
とで囲まれて、内部環状空間４が区画されている。ま
た、側壁部２１の内周つまり軌道輪２の内周側開口に
は、その開口幅を転動体３の玉径よりもわずかに小さく
するように、側壁部２１に対して傾斜して延出する一対
の平坦な鍔２３が設けられている。この鍔２３は、内部
環状空間４に収納保持される転動体３の接線に沿うよう
に形成されている。

【００１７】転動体３は、内部環状空間４（ここにはグ
リースが塗布されている。）に、軌道輪２の内周側開口
から圧入されている。内部環状空間４に収納された転動
体３は、一対の鍔２３によって受け止められ、そこから
抜け出すことはない。また、転動体３は、回転軸５が挿
通された状態で、軌道輪２の円筒部２２と、いずれか一
方の側壁部２１との２点ａ、ｂに接触して、転動案内さ
れる。

【００１８】なお、軸受１の上述の構造は、本願出願人
の先願（特開平８−４７５７号）に開示されたものと同
様であるが、本発明は、以下の窒化層Ｎが形成された点
で上述の先願と異なっている。本発明の軌道輪２には、
その表面全体に、Ｆｅ₃Ｎを主成分とする窒化物が、そ
の平均粒子径が１μｍ以下であるように、緻密且つ均一
に積層された状態の窒化層Ｎが、後述する製造方法によ
って形成されている（後述する実施例の欄参照）。な
お、窒化層Ｎは、少なくとも軌道輪２の軌道溝となる部
分、例えば、上述の軸受１では、転動体３を転動案内す
るための軌道輪２の部分に形成してあればよい。すなわ
ち、窒化層Ｎを、軌道輪２の内部環状空間４を区画する
内周面のみに形成してもよいし、上記内周面と他の部分
とに形成してもよい。

【００１９】軌道輪２は、例えば、以下のようにして製
造される。すなわち、図３は、本発明の製造方法の概略
工程図である。以下、図３を参照して、本発明にかかる
製造方法を説明する。本製造方法は、軌道輪２を形成す
る形成工程１１と、形成された軌道輪２の表面の酸化物
を金属ふっ化膜に置き換えるふっ化処理１２と、窒化層
Ｎを形成する窒化処理１３とを備えている。その後、窒
化層Ｎが形成された軌道輪２を軸受１に組み立てる組立
工程１４が行われる。

【００２０】形成工程１１では、鋼板、例えばＳＰＣＣ
材がプレス成形されて、軌道輪２の形状を有した成形品
が形成される。ふっ化処理１２では、被処理品である成
形品を、３ふっ化窒素（ＮＦ₃）、窒素等の混合気中
に、所定のふっ化温度Ｔ１、例えば３００℃〜４００℃
に所定時間（１０分〜１２０分）保持する。その結果、
成形品の表面の異物等は、ふっ化処理に用いる活性化さ
れたふっ素原子によって破壊等されて除去され、表面が
浄化されると同時に、鋼表面の酸化皮膜のような不働態
膜が、金属ふっ化膜に置き換えられる。この際に、表面
に形成される金属ふっ化膜は、不働態膜であるので、表
面への酸素の吸着や酸化作用を防止し、次の窒化処理１
３まで酸化物の生成を阻止し、その結果、確実に酸化物
を除去することができる。

【００２１】窒化処理１３では、ガス窒化が行われる。
ここでの被処理品であるふっ化処理された成形品（表面
が金属ふっ化膜で覆われている）は、所定の反応ガス、
例えばＮＨ₃単体からなるガスまたはＮＨ₃と炭素源と
からなる混合ガス（例えばＲＸガス）中に、所定の窒化
温度Ｔ２に、所定時間（０．５時間〜５時間）保持され
る。

【００２２】ふっ化温度Ｔ１から窒化温度Ｔ２に、温度
が昇温される過程で、被処理品表面の金属ふっ化膜は活
性化膜となる。その結果、窒化処理１３で、窒素は金属
に速やかに深く浸透して、窒化層Ｎが形成される。その
後、所定時間をかけて、冷却される。被処理品は、冷却
終了まで、窒素ガス中に保持されており、表面に酸化物
の生成が防止される。

【００２３】窒化処理１３での窒化温度Ｔ２及び保持時
間は、窒化処理１３で形成される窒化層Ｎの深さ等に応
じて、所定値に設定されるのが好ましい。窒化温度Ｔ２
としては、４８０℃〜７００℃であれば、表面に硬い窒
化層を形成することができる。従って、潤滑性を向上す
ることができる。また、ふっ化処理１２で被処理品の表
面が活性化されるので、窒化温度Ｔ２を、従来の窒化層
形成時に被処理品を保持する温度よりも低くすることが
できる。窒化温度Ｔ２が低くなる程に、窒化層Ｎの表面
が平滑に形成される傾向があり、特に、上述のように窒
化温度Ｔ２が４８０℃〜７００℃であれば、この窒化温
度Ｔ２で形成される窒化層Ｎの表面が、従来形成された
タフトライド処理品の窒化層の表面よりも平滑になる。
窒化層Ｎの表面粗さは、未処理品、すなわち、研磨仕上
げ面の粗さ（中心線平均粗さＲａ＝０．７μｍ〜１．０
μｍ、十点平均粗さＲｚ＝４．０μｍ〜７．０μｍ、最
大高さＲｍａｘ＝４．５μｍ〜７．５μｍ）に対し、殆
ど同じ値である。従来のタフトライド処理品の表面粗さ
は、Ｒａ＝１．５μｍ〜２．０μｍ、Ｒｚ＝１０．０μ
ｍ〜１５．０μｍ、Ｒｍａｘ＝１４．０μｍ〜１８．０
μｍであるから、本発明の窒化層Ｎは、表面粗さが従来
のタフトライド処理品に比べて小さく、また、かなり平
滑性を増している。

【００２４】さらに、窒化層Ｎが上述するように平滑且
つ緻密であることに加え、クラックが殆どないため、窒
化層Ｎの最表面での潤滑油の保持性がよく（後述する実
施例の欄参照）、この点でも耐焼き付き性が向上して
いる（実施例の，欄参照）。また、窒化層Ｎでは、
摩擦が大きくなる虞がないので、油膜切れも生じ難く、
より一層焼き付き難くすることができる。ちなみに、無
潤滑状態での摩擦係数は０．２４であり、従来のタフト
ライド処理品の０．５４に対して２分の１以下となって
いる。なお、実験条件は、ＨＲＩＤＯＮ式摩耗試験機に
て、試験片（ＳＰＣＣ材）にボール（ＳＵＪ２材）を荷
重２００ｇｆ、速度１００ｍｍ／秒、距離２０ｍｍで１
０往復させ、その際の動摩擦係数を測定し、各測定値の
最大値の平均値を求めた。

【００２５】組立工程１４では、窒化層Ｎの形成された
軌道輪２の内部環状空間４に転動体３が収容され、軸受
１に組み立てられる。このように本実施の形態の軌道輪
２によれば、以下の作用効果を奏するものである。軌道
輪２は、プレス成形されることによって、簡易な構造を
有するとともに、安価に製造することができる。

【００２６】また、窒化層Ｎは、以下詳述するように、
強度の向上や摩耗防止を図ることができる上に、潤滑性
を向上できるという利点もある。特に、本実施の形態の
窒化層Ｎは、均一に緻密に形成されているので、多孔質
の部分がある従来の窒化層に比べて、表面がより一層硬
く、耐摩耗性が良好である。

【００２７】また、軌道輪２では、表面の硬い窒化層Ｎ
によって鋼板の機械的強度が改善される上に、内部の窒
化されていない鋼板の部分によって柔軟性、靱性が維持
されるため、耐衝撃性を備えて、軌道輪としての強度が
より一層向上する。従って、この軌道輪２を備えた軸受
１の回転時に、軌道輪２が、転動体３から衝撃を受けて
も、衝撃に耐えることができ、破損する虞もなく、実用
に適した軌道輪とすることができる。特に、本発明の製
造方法によって形成された窒化層Ｎは、従来のタフトラ
イド処理品に比べて、素材中心部分の硬さが低く（後述
する実施例の欄参照）、その結果、内部の柔軟性、靱
性がより一層向上して衝撃に耐えることができる。な
お、ここでの軌道輪としての強度とは、単純な形状の試
験片を測定して求められる材料自体の機械的強度でな
く、軌道輪を実際に使用した際の強度であって、材料自
体の強度に、柔軟性、靱性、耐衝撃性等が加味された強
度である。

【００２８】特に、プレス成形には、通常、軟質な鋼が
使用されることから、軌道面に剥離が生じるため重荷重
下での使用は困難とされてきたが、本発明による硬い窒
化層Ｎは、プレス成形された軌道輪２の内部の軟らかさ
とによって、上述した二層構造を形成できるので、優れ
た強度を有する軌道輪２を得ることができる。従って、
プレス成形された軌道輪を有する軸受の適用範囲を広げ
ることができる。

【００２９】また、本実施の形態では、窒化層Ｎは、ふ
っ化処理１２により酸化物が確実に除去された表面に、
緻密に、且つむらなく均一に、且つ十分に形成されてい
るので、潤滑油を表面に保持でき、油膜が切れることも
なく、良好な潤滑性を維持できる。一方、従来のタフト
ライド処理による窒化層は、酸化物が残った表面に形成
されており、この酸化物の残った表面には十分に形成さ
れなかったので、不十分な窒化層であり、且つクラック
が存在していたので、油膜が切れることがあった（後述
する実施例の，欄参照）。

【００３０】また、本発明の軌道輪２では、表面の窒化
層自身が潤滑性を向上する効果を、緻密、且つ均一、且
つ十分な窒化層Ｎとすることによって、より一層向上さ
せることができるので、潤滑が行われ難い状況でも、上
述の効果を高く維持できる。従って、潤滑が行われ難い
状況の生じ易い用途、例えば、二輪車用２サイクルエン
ジンに関連する軸受に、この軌道輪２を適用すると、顕
著な効果がある。ところで、潤滑性を向上する場合で
も、油溜まりとなる凹部が表面に形成され、凹部に保持
された潤滑剤が潤滑性を向上する場合には、潤滑が行わ
れ難い状況では、効果を維持することが困難である。

【００３１】また、本実施の形態の軌道輪の製造方法に
よれば、以下の作用効果を奏するものである。窒化処理
１３は、ガス窒化であるので、塩浴窒化のような環境汚
染の心配がない。また、従来の製造方法では、窒化処理
の際の４８０℃〜７００℃の温度域で、鋼材中のＣｒ，
Ｍｎ，Ｓｉ，Ａｌ等の金属元素が殆ど酸化され、鋼材の
表面に粒界酸化物が形成されていた。この粒界酸化物が
障害となって、窒化処理が阻害され、その結果、鋼材の
表面に窒化層を安定して形成できないでいた。これに対
して、本発明では、ふっ化処理１２で確実に酸化物を除
去できるので、一定の窒化層Ｎを安定して形成すること
ができる。窒化層の硬さも、従来のタフトライド処理品
と同等で、表面硬さはビッカース硬さ４５０ＨＶを維持
している（後述する実施例参照）。

【００３２】また、窒化処理１３は、ガス窒化であるの
で、反応ガスが活発に動き回り、被処理品表面に窒素分
子が万遍なく行き渡り、入り込んだ部分にも、窒化層Ｎ
を均一に形成することができる。例えば、軌道輪２の内
部環状空間４を区画する内周面、鍔２３の内側や端縁部
等にも、窒化層Ｎが形成される。従って、軌道輪全体と
して耐摩耗性が良好である。

【００３３】また、従来、ガス窒化の場合、熱伝達が遅
く、被処理品の表面が十分に活性化するために長時間を
要する場合があった。一方、本発明の方法では、被処理
品の表面に形成された金属ふっ化膜は、窒化温度Ｔ２で
は、十分に活性化されているので、窒素は速やかに金属
に浸透して、長時間をかけずに十分な窒化層Ｎが形成さ
れる。

【００３４】また、上述のように、窒化温度Ｔ２を、従
来の窒化層形成時に被処理品を保持する温度よりも低く
することができるので、熱変形等の熱による影響も少な
くすることができる。特に、プレス成形では、熱変形し
易い薄板材が使用されることが多い。それゆえ、プレス
成形された軌道輪２にとって、窒化処理１３は、熱変形
等の熱による影響を少なくできて好ましい。

【００３５】なお、本発明の軌道輪及びその製造方法
は、上述の軸受１の外輪を構成する軌道輪２に限定され
ず、例えば、図４の断面図に示すような軸受１の内輪と
しての軌道輪６に適用することができる。すなわち、軸
受１は、上述の軌道輪６と、外輪としての軌道輪２と、
これらの間に配置される複数の転動体３とを備えてい
る。軌道輪６は、断面Ｍ字状に形成された環状部材であ
り、その外周面に転動体３を転動案内できる凹状の軌道
溝が形成され、外周面の両端部から径方向内周寄りにフ
ランジ部がそれぞれ延設されている。フランジ部は、回
転軸５との取付部として機能することができる。なお、
図４に示す軸受１は、本願出願人の先願（実開平２−３
８５２３号）にかかるものと同様のものである。

【００３６】また、本発明の軌道輪及びその製造方法
は、ワンピース構造の軌道輪２に限定されず、例えば、
図５の断面図に示すような２ピース構造の軌道輪２にも
適用することができる。すなわち、図５の軸受１は、内
輪７、第１輪２５と第２輪２６とによって外輪を構成す
るプレス製の軌道輪２、及び軌道輪２と内輪７との間に
配置される複数の転動体３とを有している。第１輪２５
と第２輪２６とは、円筒部と、円筒部の一端から半径方
向内径寄りに屈曲状に延設された側壁部とをそれぞれ有
している。両輪の側壁部同士を対向させて、その間に内
部環状空間４を形成するようにして、第２輪２６の円筒
部の外周面が第１輪２５の円筒部の内周面に圧入されて
いる。この場合、形成工程１１では、第１輪２５と第２
輪２６との両輪がそれぞれ形成され、軸受の組み立て時
に、両輪を組み合わせて軌道輪２として組み立てられ
る。また、形成工程１１の後に両輪を圧入して軌道輪と
して組み立て、その後、組み立てられた軌道輪を被処理
品として、ふっ化処理１２及び窒化処理１３を行っても
よい。なお、図５に示す軸受１は、本願出願人の先願
（実開平５−７９０４０号）にかかるものと同様のもの
である。

【００３７】また、本発明の軌道輪及びその製造方法
は、図６の断面図に示すようなシールド付アンギュラ玉
軸受にも適用することができる。すなわち、図６の軸受
１は、軸方向略中央部に軌道面となる湾曲部がプレス形
成された鋼製の外輪としての軌道輪２と、この軌道輪２
と同じく軸方向略中央部に軌道面となる湾曲部がプレス
形成された鋼製の内輪としての軌道輪６と、軌道輪６お
よび軌道輪２のそれぞれの湾曲部間に配設された複数の
転動体３と、軌道輪２の一端部の内周面に圧入された鋼
製の断面略コ字状の環状シール部材８とを有している。
このような軸受の場合、外輪としての軌道輪２と、内輪
としての軌道輪６とにのみ、本発明による窒化層Ｎを形
成してもよいし、軌道輪２とともに、シール部材８にも
窒化層Ｎを形成するようにしてもよい。このようなシー
ルド付アンギュラ玉軸受は、自動車のスタータ用等に使
用される。

【００３８】また、軌道輪２の材質も上述の炭素鋼に限
定されず、例えば、ステンレス鋼でもよく、要は、プレ
ス成形できる材質であればよい。また、本発明の軸受用
軌道輪及びその製造方法は、上述の玉軸受以外にも、円
筒ころ軸受、円すいころ軸受、球面ころ軸受、針状ころ
軸受等の種々の転がり軸受用の、あらゆる形状の軌道輪
に適用することができる。

【００３９】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことが可能である。

【００４０】

【実施例】上述の本発明の軸受用軌道輪の製造方法によ
り製作した軌道輪２の分析及び試験を行った。その結果
を説明する。また、比較例として、従来の軌道輪の分析
及び試験を同様に行った。比較例の軌道輪は、ふっ化処
理せずに、従来の方法で酸化物を除去して、塩浴窒化し
た軌道輪である。

【００４１】表面状態分析方法図１１の斜視図に示すように、軌道輪２の軌道溝を形成
する部分の表面Ｓ１（転動体と接する部分）と、表面近
傍の断面Ｓ２とを、走査形電子顕微鏡（日本電子株式会
社製ＪＳＭ─５４００）を用いて分析した。

【００４２】結果得られた顕微鏡像を図７〜図１０に示す。図７は、実施
例の軌道輪２の窒化層Ｎ表面の金属組織を表す写真であ
る。図８は、比較例の軌道輪の窒化層表面の金属組織を
表す写真である。図９は、実施例の軌道輪２の窒化層Ｎ
の断面の金属組織を表す写真である。図１０は、比較例
の軌道輪の窒化層の断面の金属組織を表す写真である。
なお、図７〜図１０は、倍率５０００倍で得られた像を
撮影したものであり、各図に寸法を示す尺度が写し込ま
れている。また、図９及び図１０では、中央部から下方
に表された白い部分が、軌道輪であり、それよりも上方
に表された黒い部分は、撮影用部材である。

【００４３】実施例の窒化層Ｎ表面の粒子は、図７に表
されているように、平均粒子径が１μｍ以下の微細な粒
子である。また、その粒子の大きさもほぼ均一である。
また、表面に大きな起伏は認められない。これらのこと
は、図９にも示されている。また、図９に示されている
表面近傍の状況から、表面は緻密に形成されていること
が判る。

【００４４】一方、比較例の窒化層表面では、図８に表
されているように、粒子の大きさは様々で、粒子径が５
μｍ程度のものも認められる。また、表面の凹凸は実施
例よりも大きく、また、図１０では表面から内部にかけ
てクラックも認められる。表面硬さ実施例の軌道輪の表面硬さを、ビッカース硬さで測定し
た。測定位置は、図１１に示す軌道輪の軌道溝を形成す
る部分の表面Ｓ１である。

【００４５】結果実施例の平均硬さ６１９ＨＶ（試験荷重２５ｇｆ）平均硬さ４５１ＨＶ（試験荷重５０ｇｆ）平均硬さ３７０ＨＶ（試験荷重１００ｇｆ）断面の硬さ実施例の軌道輪の硬さを、表面からの距離の異なる複数
箇所の断面位置で測定した。同様に、比較例についても
測定した。なお、ビッカース硬さの試験荷重は、１００
ｇｆである。

【００４６】結果図１６は、軌道輪の硬さと、表面からの距離との関係を
示すグラフである。図１６には、線Ｈａ（─○─）で実
施例を、線Ｈｂ（─■─）で比較例を示し、縦軸に硬さ
をビッカース硬さ（ＨＶ）で示し、横軸に表面からの距
離（μｍ）を示す。

【００４７】実施例の窒化層Ｎは、表面近傍で硬さ約４
５０ＨＶであり、比較例の窒化層とほぼ同等である。ま
た、実施例の窒化層Ｎは、表面から内部寄りの部分で、
比較例の窒化層よりも硬さが低い。このことから、実施
例の窒化層Ｎは、表面が硬く内部が柔らかい２層硬度分
布を有し、しかも、実施例は、比較例よりも表面と内部
との硬度差が大きいことがわかる。

【００４８】従って、実施例は、比較例よりも良好な耐
衝撃性を有すると考えられる。油の保持性試験方法実施例及び比較例の軌道輪表面の油の保持性を試験し
た。すなわち、平板状の試験片を作成し、作成した試験
片の表面に、実施例に形成されたものと同様の窒化層及
び比較例と同様の窒化層を形成した。各試験片の窒化層
の表面に、潤滑油０．０１ｃｃを滴下する。滴下前の表
面と、滴下後１時間を温度１５０℃で経過した表面と
を、レーザ顕微鏡で比較し、表面の油膜状況を測定す
る。

【００４９】結果観察された顕微鏡像を図１２〜図１５に示す。図１２
は、実施例の窒化層Ｎ表面の金属組織を表す写真であ
り、油滴下前の状態である。図１３は、実施例の窒化層
Ｎ表面の金属組織を表す写真であり、油滴下後の状態で
ある。図１４は、比較例の窒化層表面の金属組織を表す
写真であり、油滴下前の状態である。図１５は、比較例
の窒化層表面の金属組織を表す写真であり、油滴下後の
状態である。図１２〜図１５は、倍率５００倍で得られ
た像を撮影したものである。

【００５０】実施例の窒化層Ｎでは、図１３に示されて
いるように、潤滑油の存在を示す縞模様が全体に認めら
れ、油膜が表面に保持されていることが判る。なお、こ
のことは、滴下前の図１２と滴下後の図１３とを比較す
るとより一層明瞭である。一方、比較例の窒化層では、
図１４と図１５とで差は少なく、また図１５にも縞模様
は少ないので、油膜が充分に保持されていないことが判
る。

【００５１】従って、実施例の窒化層Ｎは、比較例に比
べて潤滑油の保持性に優れていることが判る。耐焼き付き性（Ａ）次に、耐焼き付き性の試験結果を説明する。上述の軌道
輪２を軸受に適用して、下記条件下で寿命を測定した。
ここでの寿命は、潤滑が停止された状態で、焼き付きが
生じるまでの時間である。

【００５２】また、比較例として、従来の軌道輪の寿命
を、同様にして測定した。試験条件適用した軸受深溝形玉軸受（呼び番号６３０５）の転
動体を使用した軸受ラジアル荷重２００Ｋｇｆ回転数１１０００ｒｐｍ潤滑条件回転前に、２サイクルエンジン用潤滑油
を０．０１ｃｃ滴下試験結果本発明実施品平均寿命３８．５分比較例平均寿命１８．６分このように、本発明の軌道輪は、殆ど無潤滑に近い過酷
な条件下でも、従来品に比べて約２倍の寿命を有してい
る。．耐焼き付き性（Ｂ）の軸受を、さらに過酷な条件を課して寿命を測定し
た。

【００５３】試験条件ラジアル荷重４００Ｋｇｆ回転数１１４００ｒｐｍ潤滑条件回転前に２サイクルエンジン用潤滑油を
０．００５ｃｃ滴下試験結果本発明実施品平均寿命６．１分比較例平均寿命３．９分このように、本発明の軌道輪は、さらに過酷な条件下で
も、従来品に比べて約１．６倍の寿命を有している。

【００５４】なお、これら，の試験は、通常の使用
状態で想定されない過酷な条件が課された加速試験であ
る。従って、本発明の軌道輪は、通常の使用で焼き付く
ことはない。

【００５５】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、表面に緻
密、且つむらなく均一に、且つ十分に形成された窒化層
が形成された軌道輪では、油膜が切れることもなく、良
好な潤滑性を維持できる。また、硬い窒化層は、軌道輪
の内部の軟らかさとによって、二層構造を形成できるの
で、優れた強度の軌道輪を得ることができる。従って、
プレス成形された軌道輪を有する軸受の適用範囲を広げ
ることができる。

【００５６】請求項２に係る発明によれば、表面の酸化
物をふっ化処理で確実に除去できるので、表面に緻密、
且つ均一、且つ十分な窒化層を形成することができる。
また、確実に酸化物を除去できるので、一定の窒化層を
安定して形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる軸受用軌道輪を備えた軸受の斜
視図である。

【図２】図１の軸受の断面図である。

【図３】本発明の軸受用軌道輪の製造方法の概略工程図
である。

【図４】本発明を適用できる軌道輪を備える別の軸受の
断面図である。

【図５】本発明を適用できる軌道輪を備えるまた別の軸
受の断面図である。

【図６】本発明を適用できる軌道輪を備えるさらに別の
軸受の断面図である。

【図７】本発明の軌道輪の窒化層表面の金属組織を表す
写真である。

【図８】比較例の軌道輪の窒化層表面の金属組織を表す
写真である。

【図９】本発明の軌道輪の窒化層の断面の金属組織を表
す写真である。

【図１０】比較例の軌道輪の窒化層の断面の金属組織を
表す写真である。

【図１１】図７〜図１０の観察位置を説明するための軌
道輪の斜視図である。

【図１２】実施例の窒化層表面の金属組織を表す写真で
あり、油滴下前の状態を示す。

【図１３】実施例の窒化層表面の金属組織を表す写真で
あり、油滴下後の状態を示す。

【図１４】比較例の窒化層表面の金属組織を表す写真で
あり、油滴下前の状態を示す。

【図１５】比較例の窒化層表面の金属組織を表す写真で
あり、油滴下後の状態を示す。

【図１６】実施例と比較例の軌道輪の硬さと、表面から
の距離との関係を示すグラフであり、縦軸に硬さをビッ
カース硬さ（ＨＶ）で示し、横軸に表面からの距離（μ
ｍ）を示し、線Ｈａで実施例の場合を示し、線Ｈｂで比
較例の場合を示す。

【符号の説明】

２軌道輪６軌道輪１２ふっ化処理１３窒化処理Ｎ窒化層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プレス成形された鋼製軌道輪であって、そ
の表面に窒化物の平均粒子径が１μｍ以下の緻密な窒化
層が形成されたことを特徴とする軸受用軌道輪。
【請求項２】プレス成形され、且つその表面に窒化層が
形成された軸受用軌道輪の製造方法において、窒化処理の前に、軌道輪の表面の酸化物を金属ふっ化膜
に置き換えるふっ化処理を含むことを特徴とする軸受用
軌道輪の製造方法。