JPH1068419A

JPH1068419A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH1068419A
Application number: JP17523597A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Mitamura; 宣晶三田村; Kazuo Sekino; 和雄関野; Yasuo Murakami; 保夫村上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】過酷条件下での耐摩耗性を確実に確保し、軸受
の寿命を向上できる転がり軸受の提供を課題としてい
る。【解決手段】軌道輪（外輪・内輪）、転動体（玉）は、
それぞれ表面が３００℃でＨＶ６００以上の硬さを有
し、表層部に析出した炭化物及び炭窒化物の最大粒径が
５μｍ以下の各完成品表面から構成される。高温である
３００℃で表面硬さを特定することで、確実に、軌道輪
及び転動体に所定以上の耐摩耗性が確保され、軸受の寿
命が向上する。更に、表面硬化のために析出する炭化物
及び炭窒化物の最大粒径が５μｍ以下となっているの
で、摩耗による表面の荒れも軽減されて、この点からも
耐摩耗性が向上し、軸受の耐久寿命が更に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に係
り、特に、潤滑条件が厳しく軌道輪と転動体との間にす
べりが大きく生じるような環境下で使用される場合に有
効な転がり軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軌道輪（内輪・外輪）及び転動体を主部
品とする転がり軸受は、高い面圧下で繰り返し剪断応力
を受けるという厳しい使われ方をするため、その剪断応
力に耐える転がり疲労寿命を確保する必要がある。ま
た、軸受は作動中に転がり応力の他に繰り返し軌道輪と
転動体との間にすべりが生じ、それによって摩耗が生じ
るため耐摩耗性が良好であることが望まれる。

【０００３】そこで、通常、軌道輪及び転動体の材料
に、高クロム炭素軸受鋼を用い、それに焼入れ・焼戻し
を施すことや肌焼き鋼に浸炭した後、焼入れ・焼戻しを
施すことにより、要求される転がり疲労特性や耐摩耗性
を確保してきた。

【０００４】しかしながら、最近では転がり軸受を使用
する機械の高負荷化・高速化が進み、従来に比べて、軸
受の使用条件は高温化、油膜形成不足、高ＰＶ値などか
なり厳しいものとなってきており、上記軸受の有する耐
摩耗性では満足できないものとなってきている。

【０００５】このような厳しい使用環境に対処して、従
来技術では、軌道輪及び転動体に、ステンレス鋼及びハ
イス系材料（ＳＫＨ材やＭ５０鋼）に代表される炭化物
形成元素を多量に含む高合金鋼を使い、表面に多量の炭
化物を析出させて表面硬さを高くし、耐摩耗性の改善を
図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軸受の
素材として、高炭素軸受鋼（ＳＵＪ２）や浸炭処理され
た通常の肌焼き鋼を使用した場合、上記のような過酷条
件下では摩耗が著しく早く進行し寿命が短いという問題
がある。

【０００７】また、耐摩耗性を向上するために、上述の
ような高合金鋼（ステンレス鋼やハイス系材料）を使う
ことで、従来の軸受材料である高炭素軸受鋼（ＳＵＪ
２）や浸炭処理された通常の肌焼き鋼を使用した場合に
比べ、耐摩耗性は向上する。

【０００８】しかし、さらに厳しい環境下では、上記従
来の高合金鋼を材料に用いた軸受においても軌道輪の軌
道面及び転動体の転動面に、転動体表面の拡大写真であ
る図１６（ａ）に示されるように、バンド状の摩耗が発
生し（写真中で上下にやや黒くなっている部分がバンド
状の摩耗部分である）、つまり軌道輪と転動体との軌道
面の走行跡が一定となり局部摩耗するため、振動及び音
響特性を劣化させ、さらにはピーリング等の表面損傷が
発生して、軸受が破損するおそれがあるという問題があ
る。

【０００９】これは、後述のように、室温での表面硬さ
と耐摩耗性に相関関係がないため、室温での表面硬さを
大きくするようにしても、必ずしも耐摩耗性が向上しな
いことが原因の一つとなっている（図３参照）。

【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、過酷条件下での耐摩耗性を確実に確保
し、軸受の寿命を向上できる転がり軸受の提供を課題と
している。

【００１１】

【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、軌道輪及び転動体の少なく
とも一つが表層部に炭化物及び炭窒化物の少なくとも一
方が析出された鋼からなる転がり軸受において、上記鋼
からなる軌道輪及び転動体の少なくとも一つの完成品表
面は、３００℃でＨＶ６００以上７００以下の硬さを有
し、且つ、上記炭化物及び炭窒化物の最大粒径が５μｍ
以下であることを特徴としている。

【００１２】この発明においては、後述のように高温で
の表面硬さと耐摩耗性とに高い相関関係があることに基
づき３００℃でＨＶ６００以上の表面硬さとすること
で、確実に耐摩耗性に優れた軸受部品となる。更に、炭
化物及び炭窒化物を析出させることで表面の硬度を高く
するとともに、その最大粒径を５μｍ以下とすること
で、表面粗さの劣化を抑える。

【００１３】ここで、上記３００℃でＨＶ６００以上７
００以下の表面硬さとした限定理由について説明する。
通常、表面硬さ（常温での硬さ）を上げることにより耐
摩耗性は向上すると考えられているが、実験を行ったと
ころ、常温での表面硬さと耐摩耗性との間にはあまり相
関関係が見られなった。例えば、常温での表面硬さがＨ
Ｖ７００から８５０の高硬度の鉄鋼材料の範囲において
は、必ずしも耐摩耗性は、常温での表面硬さに依存して
いない（図３参照）。

【００１４】これに対して、実験により、高温での表面
硬さが高い値を示すものは、耐摩耗性に優れている傾向
を示し、特に、３００℃における表面硬さと摩耗量との
間には高い相関関係があることを確認し、また、３００
℃で表面硬さがＨＶ６００以上のものは良好な耐摩耗性
を示したため、３００℃でＨＶ６００以上の表面硬さに
限定した（図４から図６参照）。

【００１５】なお、例えば，３００℃より高い４００℃
で表面硬さを限定することも可能であるが、３００℃に
換算した表面硬さが本発明の範囲内であれば、本発明の
内容となる。

【００１６】また、３００℃での硬度はＨＶ６００以上
であればいくらでもよいが、硬度を大きくするには炭化
物形成元素を多量に投入したりすることが要求されるた
め、ＨＶ７００程度が限度である。これに基づき、３０
０℃での表面硬さの上限値をＨＶ７００としている。

【００１７】なお、室温雰囲気での摩耗特性と高温での
表面硬さとの間に高い相関関係があった理由は、実際の
摩擦面（軌道面及び転動面）の真実の接触部はかなり高
温になっているため高温での硬さなどの機械的強度が、
摩耗量に大きく影響が与えるためと推測される。

【００１８】次に、炭化物及び炭窒化物の最大粒径を５
μｍ以下とした理由について説明する。炭化物及び炭窒
化物の粒径と表面粗さとの関係を調べてみたところ、粒
径が大きくなるほど表面粗さが劣化して面荒れが生じ、
逆に、粒径が５μｍ以下になると、表面粗さの劣化が非
常に小さなものとなり面荒れの状態が軽度であったの
で、最大粒径を５μｍ以下とした（図７参照）。

【００１９】ここで、表層部の炭化物及び炭窒化物の最
大粒径は、浸炭・浸炭窒化後の表面炭素濃度や表面窒素
濃度で調整すればよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ説明する。本発明の転がり軸受の軸
受部品である、外輪及び内輪（軌道輪）、玉（転動体）
は、それぞれ表面が３００℃でＨＶ６００以上の硬さを
有し、表層部に析出した炭化物及び炭窒化物の最大粒径
が５μｍ以下の各完成品表面から構成される。なお、表
層部には、必ずしも炭化物及び炭窒化物の両方が析出す
る必要はなく、例えば、炭化物だけ析出している場合も
ある。

【００２１】そして、高温である３００℃で表面硬さを
特定することで、確実に、軌道輪及び転動体に所定以上
の耐摩耗性が確保され、軸受の寿命が向上する。また、
表面硬化のために析出する炭化物及び炭窒化物の最大粒
径が５μｍ以下となっているので、摩耗による表面の荒
れも軽減されて、この点からも耐摩耗性が向上し、軸受
の耐久寿命が更に向上する。

【００２２】なお、上記説明では、外輪，内輪，転動体
の全ての完成品を本発明に基づいて形成するようにして
いるが、外輪，内輪，転動体のうちの一部品以上のみに
本発明を適用しても構わない。

【００２３】上記特性を持つ完成品は、例えば、次に示
す二つの製造方法によって製造される。第１の製造方法
は、焼戻し軟化抵抗性をもつ合金元素であるＳｉ，Ｍ
ｏ，Ｃｒをそれぞれ、Ｓｉを０．５重量％以上、Ｍｏを
０．５重量％以上、Ｃｒを１．０重量％以上添加した鋼
を、浸炭窒化直後表面から取代δを除去した時の仮想表
面における炭素濃度が０．８〜１．０重量％、同じく表
面窒化濃度が０．２〜１．０重量％となるように浸炭窒
化処理を行う。その後に焼入れ・焼戻しを行うことで製
造する。

【００２４】すなわち、上記浸炭窒化直後で焼入れ・焼
戻し処理前の状態の、いわゆる黒皮状態においては、図
１５に示すように、完成品とするための切削取代δを残
しており、上記表面の炭素濃度や窒化濃度は、上記黒皮
品の表面から取代深さδだけ入った所の表面炭素濃度や
表面窒素濃度を言う。図１５中、１は黒皮を示し、２は
完成品表面を示している。

【００２５】ここで、Ｓｉを０．５重量％以上とした理
由は、これ未満であると高温硬さが低下してしまい、３
００℃でＨＶ６００以上を満足しないためである。ま
た、Ｓｉの上限は１．５重量％とする。理由は、１．５
重量％を超えた場合、浸炭を阻害するため、表面が所定
（０．８重量％以上）の炭素濃度にならなくなったり、
浸炭深さが不足するなどの阻害がでてくるためである。

【００２６】また、Ｍｏを０．５重量％以上とした理由
は、これ未満であると高温硬さが低下してしまい、３０
０℃でＨＶ６００以上を満足しないからである。Ｍｏの
上限は３．０重量％とする。理由は、Ｍｏは高価な合金
元素であり、３．０重量％以上添加しても、さほど高温
での硬さは向上しないためである。

【００２７】また、Ｃｒを１．０重量％以上とした理由
は、これ未満であると、高温硬さが低下してしまい、３
００℃でＨＶ６００以上を満足しないからである。ま
た、Ｃｒの上限を８．０重量％とする。これ以上添加す
ると巨大炭化物が析出するためである。

【００２８】また、浸炭窒化直後表面から取代δを除去
した時の仮想表面における炭素濃度が０．８〜１．０重
量％としたのは、０．８重量％未満では高温硬さが低下
してしまい、３００℃でＨＶ６００以上を満足しないか
らである。また、１．０重量％を越えると、巨大炭化物
（５μｍより大きい）が析出してしまう。

【００２９】また、浸炭窒化直後表面から取代δを除去
した時の仮想表面における窒素濃度が０．２〜１．０重
量％としたのは、０．２重量％未満では高温硬さが低下
してしまい３００℃でＨＶ６００以上を満足しないから
である。また、１．０重量％を越えると、切削性を著し
く損なうからである。

【００３０】第２の製造方法は、炭素が０．７重量％以
下の鋼材料に、炭化物形成元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｖを
それぞれ、Ｃｒを３．０〜８．０重量％、Ｍｏを３．０
重量％以上、Ｖを０．５重量％以上添加して浸炭後の表
面炭素濃度が０．８〜１．０重量％にあるように浸炭処
理を施した後に焼入れを行い、さらに５００℃以上の高
温焼戻しを施すことにより表層部に微細な炭化物を析出
させることで製造する。

【００３１】ここで、上記表面炭素濃度の定義は、上記
第１の製造方法と同じである。また、Ｃｒを３．０〜
８．０重量％としたのは、３．０重量％未満であると炭
化物析出硬化不足により３００℃での硬さがＨＶ６００
以上を満足しないからである。また、８．０重量％を越
えると素材の段階で５μｍより大きい炭化物が形成され
てしまうからである。

【００３２】また、Ｍｏを３．０重量％以上としたの
は、３．０重量％未満であると炭化物析出硬化不足によ
り３００℃での硬さがＨＶ６００以上を満足しないから
である。Ｍｏの上限は６．０重量％とする。Ｍｏは高価
な合金元素であり、６．０重量％以上添加してもさほど
高温での硬さは向上しないからである。

【００３３】また、Ｖを０．５重量％以上としたのは、
０．５重量％未満であるとＣｒ，Ｍｏが規定量であって
も３００℃での硬さがＨＶ６００以上とならないからで
ある。又、Ｖの上限は２．０重量％とする。理由は、こ
れ以上添加すると前加工（鍛造、切削）工程において著
しく加工性を劣化するためである。

【００３４】また、素材の炭素を０．７重量％以下とし
たのは、０．７重量％より多いと、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖを多
量に含んだ材料の場合、溶解時に５μｍを越える炭化物
が形成されるためである。

【００３５】また、上記第２の製造方法において、完成
品である焼入れ・焼戻し後の表面炭素濃度を使用せず
に、浸炭及び浸炭窒化後の表面炭素濃度で特定した理由
は、第２の製造方法では、例えば１０００℃以上の高温
焼入れが必要となり、そのため、この焼入れ時に炭素の
拡散などが起こり、浸炭及び浸炭窒化後と、焼入れ後と
では表面炭素濃度が大幅に変化するためである。一方、
浸炭又は浸炭窒化時に生成される炭化物や炭窒化物の巨
大炭化物（最大粒径で表される）は、浸炭時の表面炭素
濃度が支配的であって、そのあとの焼入れ加熱保持中の
炭素の拡散の影響は余り受けない（あまり小さくならな
い）。このため、第２の製造方法では、浸炭及び浸炭窒
化後の表面炭素濃度を特定している。

【００３６】なお、上記二つの製造方法を比較した場
合、第１の製造方法の方が望ましい。その理由を説明す
ると、材料コスト面において、第２の製造方法では高価
な合金元素で焼戻し抵抗性を付与する。即ち、軟化抵抗
性を持つＭｏやＶを多量に使用する必要がある。また、
製造面において、第２の製造方法では１０００℃以上で
の高温焼入れが必要であり特別の熱処理設備が必要にな
る、などからである。

【００３７】次に、上記二つの製造方法での各合金元素
及び表面炭素濃度，表面窒素濃度を上述のように規定し
た理由を、次に説明する。各種材料及び各種熱処理を施
したものの常温での表面硬さ及び高温での表面硬さ、及
び炭化物・炭窒化物の最大粒径を調査したところ、下記
表１に示す結果を得た。

【００３８】

【表１】ここで、材料Ａ〜Ｌは、第１の製造方法に関するもので
あり、材料Ｍ〜Ｘは、第２の製造方法に関するものであ
る。そして、材料Ｋ，Ｌ，Ｘが上記製造方法に則って製
造された本発明に基づくものである。

【００３９】また、表１中の熱処理方法ａ〜ｆは、図９
〜図１４に対応する方法である。即ち、熱処理ａ：通常の焼入れを行った後に、焼戻しを行う
（図９参照）。

【００４０】熱処理ｂ：通常の焼入れ（サブゼロ処理）
を行った後に、焼戻しを行う（図１０参照）。熱処理ｃ：浸炭の後に、通常の焼入れ、焼戻しを行う
（図１１参照）。

【００４１】熱処理ｄ：浸炭窒化の後に、通常の焼入
れ、焼戻しを行う（図１２参照）。熱処理ｅ：高温焼入れ（サブゼロ処理）の後、焼戻しを
複数回行う（図１３参照）。

【００４２】熱処理ｆ：浸炭の後に、高温焼入れ（サブ
ゼロ処理）を行い、更に焼戻しを複数回行う（図１４参
照）。なお、浸炭・浸炭窒化後に狙う表面炭素濃度や窒素濃度
は、表１中の各値に設定される。

【００４３】まず、上記第１の製造方法での各規定値の
限定理由を説明する。上記表１の比較材Ａ〜Ｅから、Ｓ
ｉが規定値の０．５重量％より少ないと、比較材Ｅのよ
うにＣｒが規定量の１．０重量％以上で且つＭｏが規定
量の０．５重量％以上であっても、３００℃における硬
さがＨＶ６００以上とならないことが分かる。また、比
較材Ｆから、Ｓｉが規定値の０．５重量％以上で且つＭ
ｏが規定量の０．５重量％以上であっても、Ｃｒが規定
値の１．０重量％より少ないと３００℃における硬さが
ＨＶ６００以上とならないことが分かる。さらに、比較
材Ｇから、Ｓｉが規定値の０．５重量％以上で且つＣｒ
が規定値の１重量％以上であっても、Ｍｏが規定値の
０．５重量％より少ないと３００℃における硬さがＨＶ
６００以上とならないことが分かる。

【００４４】このような理由から、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏの
添加量をそれぞれ、上述のようにＳｉ：０．５重量％以
上、Ｍｏ：０．５重量％以上、Ｃｒ：１．０重量％以上
に設定した。

【００４５】さらに、上記Ｓｉ、Ｃｒ，Ｍｏがそれぞれ
規定量であっても、完成品表面での表面炭素濃度が０．
８重量％未満の場合、比較材Ｉのように３００℃におけ
る硬さがＨＶ６００以上を満足しない。また、完成品表
面での表面炭素濃度が１．０重量％より多い場合、比較
材Ｄ，Ｆ，Ｈのように炭化物及び炭窒化物の最大粒径が
５μｍより大きくなってしまう（図８参照）。さらに、
表面窒素濃度が０．２重量％より少ない場合、比較材Ｊ
のように３００℃における硬さがＨＶ６００以上を満足
しない。

【００４６】このような理由から、完成品表面での表面
炭素濃度を０．８〜１．０重量％、表面窒化濃度を０．
２重量％以上に設定した。そして、上述の規定値に則
って製造された実施例Ｋ及び実施例Ｌは、３００℃にお
ける硬さがＨＶ６００以上を満足し、且つ、炭化物及び
炭窒化物の最大粒径が５μｍ以下となり、上記第１の製
造方法によって、本発明に基づく完成品表面を持った軸
受部品が製造できることが分かる。

【００４７】次に、第２の製造方法での規定値の限定理
由を上記表１に基づき説明する。浸炭前の素材の表面炭
素濃度を特定した理由は、この製造方法の場合、炭化物
形成元素を多量に添加するため素材の炭素濃度が高いと
素材の段階で大きな粒径の炭化物が析出される可能性が
あり、また、浸炭前の段階で析出している大きな炭化物
は後の工程（熱処理など）で小さくすることは非常に難
しいからである。

【００４８】そして、上記表１の調査結果から、素材の
炭素濃度が０．７重量％を越えると、比較材Ｍ，Ｎ，
Ｑ，Ｕのように、炭化物の大きさに影響を与えるＣｒ量
や浸炭後の表面炭素濃度にかかわらず、完成品表面の炭
化物の粒径が５μｍにより大幅に大きなものとなること
を確認した。このため、浸炭前の炭素濃度を０．７重量
％以下に設定した。

【００４９】また、表１の比較材Ｑから、Ｃｒが規定値
の３．０重量％より少ないと、３００℃における硬さが
ＨＶ６００以上とならないことが分かる。また、比較材
Ｏ，Ｒ、特に比較材ＲのようにＭｏ，Ｖが規定量であっ
ても、Ｃｒが規定量の８．０重量％より多いと、浸炭前
の炭素濃度及び浸炭後の炭素濃度が規定量であっても、
完成品表面に粒径が５μｍより大きい炭化物が確認され
た。また、比較材Ｓから、Ｍｏが規定値の３．０重量％
より少ないと、Ｃｒ，Ｖがそれぞれ規定量であっても、
３００℃における硬さがＨＶ６００以上とならないこと
が分かる。また、比較材Ｔから、Ｖが規定値の０．５重
量％より少ないと、Ｃｒ，Ｍｏが規定量であっても、３
００℃における硬さがＨＶ６００以上とならないことが
分かる。

【００５０】このような理由から、上述のようにＣｒ，
Ｍｏ，Ｖの規定量を、それぞれＣｒ：３．０〜８．０重
量％、Ｍｏ：３．０重量％以上、Ｖ：０．５重量％以上
に設定した。

【００５１】また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖが規定量であって
も、浸炭後の表面炭素濃度が０．８重量％未満の場合に
は、比較材Ｗのように、３００℃における硬さがＨＶ６
００以上とならない。また、浸炭後の表面炭素濃度が
１．０重量％より多い場合には、比較材Ｖのように、完
成品表面の炭化物及び炭窒化物の最大径が５μｍよりも
大幅に大きなものとなってしまう（図８参照）。

【００５２】このような理由から、浸炭後で焼入れ・焼
戻し前の表面炭素濃度を０．８〜１．０重量％に設定し
た。そして、上述の第２の製造方法の各規定値に則って
製造された実施例Ｘは、３００℃における硬さがＨＶ６
００以上を満足し、且つ、炭化物及び炭窒化物の最大粒
径が５μｍ以下となり、上記第１の製造方法によって、
本発明に基づく完成品表面を持った軸受部品が製造でき
ることが分かる。

【００５３】次に、上記表１に示した各材料Ａ〜Ｘに対
して摩耗試験を行ったところ、下記表２のような結果が
得られた。摩耗試験は、２円筒型摩耗試験及び高温高速
スラスト型試験である。２円筒型摩耗試験は、超低速域
で油膜形成が厳しく且つすべりが大きい場合の摩耗試験
である。また、高温高速スラスト型試験は、高温高圧下
で、油膜形成が厳しく、さらに高速スラスト型試験を用
いることでスピンすべりを極端に大きくした場合の摩耗
試験である。

【００５４】

【表２】ここで、２円筒型摩耗試験は、図１に示すように、一対
の円筒状の試験片３を所定荷重で当接させた状態で回転
駆動させたものである。そして、その試験条件の諸元
は、次のものである。

【００５５】試験片形状：外径３０mmφで厚さ７mmの円筒形状試験片粗さ：Ｒａ０．００８〜０．０１μｍ駆動側回転速度：１０rpm 従動側回転速度：７rpm すべり率：３０％潤滑方式：滴下式潤滑油：スピンドル油♯１０試験温度：室温（２０℃）面圧：１２０kgf/mm² すべり距離：３０００ｍ摩耗調査：試験後の摩耗量調査（重さ）また、高温高速スラスト型試験は、図２に示すように、
板状の試験片４にボール状の試験片５を当接し、スラス
ト荷重を負荷した状態で高速回転させたものである。そ
の試験条件の諸元は、次のものである。

【００５６】試験片形状板：外径６０mmφで厚さ６mmの円板ボール：（３／８）インチ試験前の試験片粗さ板：Ｒａ０．００８〜０．０１μｍボール：Ｒａ０．００６μｍＰ．Ｃ．Ｄ：３８．５mm 回転数：８０００rpm 潤滑方式：強制潤滑潤滑油：ＭＩＬ−Ｌ−２３６９９Ｄ規格適合油試験温度：１５０℃ 面圧：３００kgf/mm² 試験時間：２０時間摩耗調査：試験後の板及びボールの形状・粗さ測
定，表面観察そして、上記表２のうちの２円筒型摩耗試験の結果から
分かるように、３００℃における表面硬さがＨＶ６００
以上の材料であるＨ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｐ，Ｒ，Ｕ，
Ｖ，Ｘは、良好な耐摩耗性を示している。

【００５７】ここで、上記２円筒摩耗試験の結果である
摩耗量と、各温度での硬さの関係を整理すると、図３か
ら図６のような結果が得られる。これらの図から分かる
ように、常温（２０℃）での表面硬さと耐摩耗性との間
には明確な相関関係は得られず（図３参照）、高温での
表面硬さと耐摩耗性との間には相関関係がある（図４〜
図６参照）。

【００５８】即ち、室温での表面硬さがＨＶ７００〜８
５０の高硬度の鉄鋼材料の範囲においては、必ずしも耐
摩耗性は常温での表面硬さの値に依存していないことが
いえる。一方、高温での表面硬さが高い値を示すもの
は、耐摩耗性に優れている傾向を示しており、特に３０
０℃以上での表面硬さと耐摩耗性とが高い相関関係が見
られる。

【００５９】従って、３００℃での表面硬さで評価する
ことで、軌道輪や転動体に目的とする耐摩耗性を確実に
確保することができる。また、上記表２のうちの高温高
速スラスト試験結果を、炭化物及び炭窒化物の最大粒径
と試験後の表面粗さとの関係で整理すると図７に示すよ
うなものとなる。なお、この試験は、試験前の表面粗さ
を上述のようにほぼ一定に設定して、試験後表面粗さを
測定し、試験後の表面粗さが大きいものを耐摩耗性が劣
っていると判断している。

【００６０】この図７から分かるように、炭化物及び炭
窒化物の粒径が大きくなる程、試験後の表面粗さが劣化
しており、炭化物及び炭窒化物の粒径が５μｍ以下の材
料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｔ，Ｗ，Ｘで
は、試験後の表面粗さの劣化が他の材料に比べて小さ
く、粒径を５μｍ以下とすることに妥当性があることが
分かる。

【００６１】ここで、試験後の表面観察結果からも、図
１６（ａ）に示すように、炭化物及び炭窒化物の粒径が
大きいものは面荒れが起こっており、図１７（ａ）に示
すように、粒径が５μｍ以下のものは面荒れの状態が軽
度であった。さらに、面荒れのところを拡大観察する
と、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）に示すように、微小な
圧痕が連続的に発生しており、その中でも最大粒径の圧
痕は、炭化物及び炭窒化物の最大粒径とほぼ一致してい
た。この結果から考察するに、この試験での摩耗は、炭
化物及び炭窒化物が、潤滑条件が厳しくメタル接触が起
こる中で、素地（マルテンサイト）との硬さ及びヤング
率の違いから、相手（板の場合はボール、ボールの場合
は板）に損傷を与える、また、強い接線力を受けること
により炭化物及び炭窒化物が脱落し、その脱落した炭化
物及び炭窒化物が異物として転動面に噛み込み圧痕を形
成し損傷を与える、などの理由によるものと考えられ
る。実際に、試験後のボール５表面を観察したところ、
上記図１６及び図１７の写真のように、炭化物が脱落し
た痕跡がみられる。

【００６２】以上の結果から、潤滑が厳しくすべりが大
きい使用環境下では、粒径の大きな炭化物等が表面粗さ
の劣化を招く一因となるので、上述のように、最大粒径
は５μｍ以下が望ましい。

【００６３】このように、条件の異なる２種類の摩耗試
験結果を比べると、それぞれ異なった材料因子が耐摩耗
性に影響を与えるのが分かる。そして、実際に軸受が使
用される場合の耐摩耗性は、使用条件が限定されず、上
記二つの条件の両方の耐摩耗性が良好であることが望ま
れる。この二つの条件の両方で耐摩耗性に優れた材料
は、本発明に基づく材料Ｋ，Ｌ，Ｍのみであることが分
かる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の転が
り軸受では、過酷条件下での耐摩耗性が確実に確保でき
るという効果がある。この結果、超低速で作動された
り、高温環境下で作動されるなど、油膜形成等の厳しい
環境での使用であっても、耐久寿命が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】２円筒摩耗試験を説明するための概略図であ
る。

【図２】高温高速スラスト型試験を説明するための概略
図である。

【図３】常温（２０℃）での表面硬さと摩耗量との関係
を示す図である。

【図４】２００℃での表面硬さと摩耗量との関係を示す
図である。

【図５】３００℃での表面硬さと摩耗量との関係を示す
図である。

【図６】４００℃での表面硬さと摩耗量との関係を示す
図である。

【図７】炭化物・炭窒化物の最大粒径と試験後の表面粗
さとの関係を示す図である。

【図８】浸炭・浸炭窒化後の表面炭素濃度と炭化物・炭
窒化物の最大粒径との関係を示す図である。

【図９】熱処理ａを示す概念図である。

【図１０】熱処理ｂを示す概念図である。

【図１１】熱処理ｃを示す概念図である。

【図１２】熱処理ｄを示す概念図である。

【図１３】熱処理ｅを示す概念図である。

【図１４】熱処理ｆを示す概念図である。

【図１５】完成品表面と切削取代との関係を示す概念図
である。

【図１６】炭化物の最大粒径が１２μｍの場合の摩耗試
験後のボール表面の金属組織を示す写真であって、
（ａ）は１００倍に拡大した写真を、（ｂ）は４００倍
に拡大した写真である。

【図１７】炭化物の最大粒径が０．９μｍの場合の摩耗
試験後のボール表面の金属組織を示す写真であって、
（ａ）は１００倍に拡大した写真を、（ｂ）は４００倍
に拡大した写真である。

【符号の説明】

２完成品表面３〜５試験片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌道輪及び転動体の少なくとも一つが表
層部に炭化物及び炭窒化物の少なくとも一方が析出され
た鋼からなる転がり軸受において、上記鋼からなる軌道輪及び転動体の少なくとも一つの完
成品表面は、３００℃でＨＶ６００以上７００以下の硬
さを有し、且つ、上記炭化物及び炭窒化物の最大粒径が
５μｍ以下であることを特徴とする転がり軸受。