JPH11201168A

JPH11201168A - 転がり軸受

Info

Publication number: JPH11201168A
Application number: JP10004069A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-27
Also published as: US6095692A; GB2333106A; GB2333106B

Abstract

(57)【要約】【課題】異物混入で圧痕が生じにくく、耐摩耗特性に優
れ、水侵入の条件においても腐食ピツチングを起こしに
くい転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受の構成部材である内輪，外輪お
よび転動体のうちの少なくとも一つの部材を、下記の合
金組成を有する軸受用鋼素材を用いて形成し、当該部材
に浸炭処理または浸炭窒化処理を施して部材表面及び内
部に平均粒径８０ｎｍ以下のＴｉ炭化物またはＴｉ炭窒
化物を分散させた。ここに、軸受用鋼素材の合金組成
（重量％）は、Ｃ；０．１５〜０．４５％，Ｓｉ；０．
１〜１．２％，Ｍｎ；０．２〜１．５％，Ｃｒ；０．２
〜１．６％，Ｔｉ；０．０５〜０．４０％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、転がり軸受に係
り、特に、自動車，農業機械，建設機械および鉄鋼機械
等のトランスミツション，エンジン用等に使用される転
がり軸受の寿命向上および連鋳用ガィドロール軸受，圧
延機用ロールネック軸受や直動案内ガイド，ボールネジ
などの耐摩耗特性向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転がり軸受は、軸受潤滑油中に
異物が混入すると、異物のないクリーン潤滑の場合より
転がり寿命が著しく低下する。これは、潤滑油中の異物
としては、金属の切粉，削り屑，バリおよび摩耗粉や泥
水などがあり、このような異物が混入した状態で潤滑が
行われると、当該異物により転がり軸受の内輪，外輪の
軌道面や転動体の転動面に圧痕やピット（損傷）を生
じ、これを起点としてフレーキングが発生して転がり軸
受の寿命を著しく低下させるからである。

【０００３】この現象についての実験的研究として、
「異物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカル
ジャーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４，１９９３年）
に、異物の量，異物の硬さ，異物の大きさにより、クリ
ーン潤滑下の寿命の約１／８まで低下することが示され
ている。そして、自動車の変速機用歯車などにみられる
ピッチングのように、異物の侵入および転がり疲れの影
響により、軸受の軌道面又は転動面に深さ数十から百μ
ｍ以上に及ぶ微小圧痕を生じ、この圧痕を起点としてフ
レーキングへ進展し、転がり疲れを低下させている現象
が再現されている。

【０００４】こうした現象に基づく転がり寿命の低下を
低減させる従来の技術としては、例えば特公平７−１１
０９８８号公報に、転がり軸受の内輪，外輪及び転動体
の少なくとも一つの表面層部に適量の微細炭化物を形成
して表面硬さを向上すると共に、表面層部に適量の残留
オーステナイトを存在させて異物が混入した潤滑下での
マイクロクラックの発生を防止する技術が開示されてい
る。

【０００５】また、特開平９−５３１６９号公報には、
表面硬度を要求される駆動軸継手用浸炭焼入れ部品に使
用する肌焼用鋼材の合金組成（重量％、以下同じ）とし
て、Ｃを０．１〜０．２５％，Ｓｉを０．２〜０．４
％，Ｍｎを０．３〜０．９％，Ｃｒを０．５〜０．９％
含有し、さらにＮｉ；０．３〜４．０％，Ｔｉ；０．０
１〜０．３％，Ｎｂ；０．０１〜０．３％，Ｖ；０．０
１〜０．３％，Ｚｒ；０．０１〜０．３％の各成分元素
の少なくとも１種以上を含み、かつ表面硬度をＨｖ６５
０〜８００としたものが開示されている。

【０００６】更に、神戸製鋼技報／Ｖｏｌ．４７Ｎｏ．
２（Ｓｅｐ．１９９７）ｐ５０〜５３には、「高強度懸
架ばね用鋼の腐食疲労特性とその改善」として、ＪＩＳ
ＳＵＰ７相当のばね鋼（Ｃ；０．４２％，Ｓｉ；１．
６９％，Ｍｎ；０．１８％）にＣｕ；０．２０％，Ｎ
ｉ；０．３３％，Ｃｒ；１．０６％，Ｖ；０．１５％，
Ｔｉ；０．０５％の元素を添加して、成分調整による腐
食ピット低減の観点より腐食疲労特性の改善を試みると
ともに、水素脆化感受性を考慮した材料が報告されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平７−１１０９８８号公報に開示された転がり軸受に
あっては、Ｃ；０．３〜０．６重量％，Ｃｒ；３〜１４
重量％を少なくとも含む合金鋼からなっており、表層部
における微細炭化物量を２０〜５０ｖｏｌ％とし、且つ
当該表層部における残留オーステナイト量が１０〜２５
ｖｏｌ％であるとしているため、表面硬さが向上し耐圧
痕性がよくなるという利点はあるものの、微細炭化物の
平均粒径が０．５〜１．０μｍと大きく、そのため耐摩
耗特性に関してはなお改善の余地がある。

【０００８】また、上記特開平９−５３１６９号公報に
開示の肌焼鋼に関しては、単純にＴｉやＶなどの合金元
素を添加して材料自体の耐衝撃性や高靭性を高めている
が、その添加元素の組み合わせでは微細な炭化物の生成
が期待できず、また当該組成の肌焼鋼を転がり軸受の構
成部材用素材に適用しても、異物が軌道面に侵入した場
合は圧痕が軌道面に生じやすくなり、早期剥離を十分に
防止することは困難でその点に改善の余地が認められ
る。

【０００９】更に、上記神戸製鋼技報に報告された高強
度ばね鋼に関しては、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉなど
の高価な元素を添加することにより、腐食疲労起点とな
る腐食ピットの低減を狙い、かつ結晶粒を微細化させる
ことにより靭性を高めるといった効果を有する。しか
し、一般的な８５０℃油焼入れ、４５０℃焼戻しにて用
いられるこれらのばね鋼には、転がり軸受特性に必要と
なる耐圧痕性や耐摩耗性を十分満たすほどの表面硬さが
期待できない。

【００１０】他方、転がり軸受に水が混入した場合の寿
命低下の事例として、Ｊ．Ａ．Ｃｉｒｕｒａらの「Ｗｅ
ａｒ，２４（１９７３）１０７一１１８，ＴｈｅＥｆ
−ｆｅｃｔｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎｏｎｔｈｅ
ＲｏｌｌｉｎｇＣｏｎｔａｃｔＦａｔｉｇｕｅＬ
ｉｆｅｏｆＡＩＳＩ５２１００ａｎｄ４４０
ＣＳｔｅｅｌＢａｌｌｓ」によると、４球転がり試
験において、潤滑油に水を混入させた試験では混入前と
比較して寿命が約１／１０に低下した例がある。また、
水素チャージを行った鋼球での転がり疲労試験では、ス
テンレス鋼鋼球が軸受鋼２種鋼球より長寿命であるとの
記載がある。しかしながら、長寿命化対策としてステン
レス鋼鋼球を用いることは、軸受鋼２種鋼球使用と比較
して高価であるため実用するのは難しい。

【００１１】本発明は、このような従来技術における未
解決の課題を解決するためになされたもので、その目的
とするところは、次のような長寿命効果を有する転がり
軸受を提供することにある。

【００１２】肌焼軸受鋼材料の組成と処理を改善して
転がり軸受の部材表面および内部に平均粒径８０ｎｍ以
下のＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物を微細に分散析出させる
ことにより、特に異物混入潤滑下でも圧痕を生じにくく
した。

【００１３】また、焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制
することにより、耐摩耗特性を向上させた。更に、ＴｉＣ，ＴｉＣＮを微細に分散析出させること
により、水侵入による腐食ピッチング発生下の条件にお
いても腐食ピツチング（水素誘起割れ含む）を起こしに
くくした。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明に係る転がり軸は、転がり軸受の構成部材
である内輪，外輪および転動体のうちの少なくとも一つ
の部材を、下記の合金組成を有する軸受用鋼素材を用い
て形成し、当該部材に浸炭処理または浸炭窒化処理を施
して部材表面及び内部に平均粒径８０ｎｍ以下のＴｉ炭
化物またはＴｉ炭窒化物を分散させてあることを特徴と
する。

【００１５】ここに、軸受用鋼素材の合金組成（重量
％）は、Ｃ；０．１５〜０．４５％，Ｓｉ；０．１〜
１．２％，Ｍｎ；０．２〜１．５％，Ｃｒ；０．２〜
１．６％，Ｔｉ；０．０５〜０．４０％である。

【００１６】本発明に係る転がり軸受にあっては、鋼中
に分散させた平均粒径８０ｎｍ以下の微細なＴｉ炭化
物，Ｔｉ炭窒化物がマトリックスを強化するため、軸受
の軌道面や転動面に圧痕を生じにくい。また、微細に分
散した硬いＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物により耐摩耗特性
が向上する。また、靭性が高まっているためき裂が発生
した際も当該き裂の伝播を遅くする。更に、水侵入潤滑
下においても、Ｔｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物が水素トラッ
プサイトとなりＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物界面で水素を
分散吸着して欠陥をつくりにくくし、且つき裂先端の塑
性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチング
（水素誘起割れ含む）を遅らせる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。先ず、本発明の転がり軸受の構成部品である内輪，
外輪および転動体のうちの少なくとも一つの部材に用い
る軸受用鋼素材の合金成分の臨界的意義について説明す
る。

【００１８】〔Ｃ；０．１５〜０．４５％（重量％、以
下同じ）〕転がり軸受の軌道面や転動面における破損や
剥離などに起因する転がり寿命の低下の原因と考えられ
る介在物を少なくし、量産材として安定した清浄度を得
るため、且つまた耐転がり疲労に必要な硬さを得るため
に、浸炭または浸炭窒化処理が行われる。その処理時間
短縮のために、Ｃ量は０．１５％以上が必要となる。し
かし、０．４５％を超えて含有させると、軸受部材の中
心部での割れ強度の低下や、高温時の寸法安定性に問題
があるため、素材のＣ量を０．１５〜０．４５％と規定
する。

【００１９】〔Ｓｉ；０．１〜１．２％〕Ｓｉは、組織
変化を遅らせると共に焼入れ性を向上させる元素である
が、０．１％未満では脱酸効果が十分ではなく、一方
１．２％を超えると加工性が著しく低下するため、Ｓｉ
量を０．１〜１．２％とした。

【００２０】〔Ｍｎ；０．２〜１．５％〕Ｍｎは、鋼の
焼入れ性に効果のある元素であるが、０．２％未満では
焼入れ性が不足し、一方１．５％を超えると加工性が低
下するため、Ｍｎ量を０．２〜１．５％とした。

【００２１】〔Ｃｒ；０．２〜１．６％〕Ｃｒは、焼入
れ性を向上させ且つ炭化物球状化を促進させる元素であ
り、少なくとも０．２％以上を含有させる必要がある
が、１．６％を超えて含有させると、炭化物が粗大化し
て平均結晶粒が大きくなり、また被削性を劣化させる場
合があるので、Ｃｒ量を０．２〜１．６％とした。

【００２２】〔Ｔｉ；０．０５〜０．４０％〕Ｔｉは、
鋼中にＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物の形で微細分散して転
がり寿命を向上させ、かつ耐摩耗性を向上させる元素で
あり、また焼入れ時の結晶粒の粗大化を抑制する元素で
あり、更には水素トラップサイトとしての作用もある
が、０．０５％以下ではその多くは１μｍ以上のＴｉ窒
化物となりＴｉ炭化物（ＴｉＣ），Ｔｉ炭窒化物（Ｔｉ
ＣＮ）効果がない。一方、０．４０％を超えると加工性
が低下し、且つＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物のサイズが８
０ｎｍを超えて大きくなる。また、転がり寿命を低下さ
せる介在物（ＴｉＮ，ＴｉＳ）を生成しやすくなる。そ
のためＴｉ含有量を０．０５〜０．４０％とした。

【００２３】〔Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ，Ｍｏ，Ｎｉの各成分元
素〕これらの元素は必要に応じて選択的に含有させるも
のである。Ｎは、転がり寿命向上に、Ｔｉ炭化物，Ｔｉ
炭窒化物の微細分散による分散強化効果が大きいが、Ｎ
量が増加するとＴｉ窒化物が増加し、Ｔｉ炭化物，Ｔｉ
炭窒化物量が減少してしまう。そのため、素材に含有す
るＮ量の上限を０．０１％とする。

【００２４】Ｐは、転がり寿命及び靭性を低下させる元
素であるため、その上限を０．０２％とする。Ｓは、被
削性を向上させる元素であるが、Ｍｎと結合して転がり
寿命を低下させる硫化系介在物を形成するため、その上
限を０．０２％とする。

【００２５】Ｏは、鋼中において酸化物系の介在物を生
成して転がり寿命を低下させる元素であるので、その上
限を０．００１６％とする。Ｍｏは、焼戻し軟化抵抗性
や微細な炭化物の分散効果により軸受硬さを向上させる
元素であるため、０．１％以上必要であるが、１．５％
を超えてもその効果は飽和し、また逆に加工性が劣化す
る可能性もあることから、Ｍｏ量を０．１〜１．５％と
した。

【００２６】Ｎｉは、マトリクスを強化して靭性を向上
させ、これにより転がり寿命を向上させるという効果を
有する。０．２０％を超えて含有させると残留オーステ
ナイト量を増加させ、耐圧痕性を向上させる元素であ
る。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であり、余分な添
加は材料価格を無駄に上昇させるのみであり、適量を含
有させる。

【００２７】本発明の転がり軸受にあっては、内輪，外
輪および転動体のうちの少なくとも一つの部材を、上記
成分組成を有する軸受用鋼を素材として形成する。そし
て、その素材においてＴｉをマトリックスに溶け込ませ
るため、１１５０〜１３５０℃にて加熱し溶体化処理を
施す。

【００２８】その素材を用いて形成した転がり軸受の構
成部材に対し、容体化処理、８５０〜９５０℃にて焼な
らしをおこない球状化焼鈍をへて、８０ｎｍ以下のＴｉ
Ｃ，ＴｉＣＮを微細に分散析出させる。かくして、浸炭
処理又は浸炭窒化処理，焼入れ，焼戻し処理，研磨仕上
げした後の部材表面の炭素含有量及び表面窒素含有量を
次の範囲に規制する。

【００２９】〔表面Ｃ量；０．８〜１．２％〕所定の熱
処理を施し研磨仕上げした後の軸受部材の耐転がり疲れ
に十分な表面硬さを得るためには０．８％以上の表面炭
素量が必要である。しかし、表面炭素量が１．２％を超
えると巨大炭化物を生成しやすくなり、割れ起点になり
やすいため、表面Ｃ含有量を０．８〜１．２％とする。

【００３０】〔表面Ｎ量；０．０５〜０．５０％〕表面
窒素量を規定した理由は、０．０５％以上あると焼戻し
抵抗性が向上し、微細な炭窒化物が分散析出する効果に
より強度が向上するためである。一方、０．５０％を超
えると、耐摩耗性が向上してその結果研磨加工が困難に
なりやすく、また脆性割れ強度も低下する。そのため、
表面Ｎ含有量を０．０５〜０．５０％とする。

【００３１】上記の表面Ｃ量，表面Ｎ量は浸炭処理のみ
でも、浸炭窒化処理のみでも、あるいは浸炭と浸炭窒化
処理とを併用する場合でも同様である。こうして、本発
明の転がり軸受の軸受構成部材の表面硬さＨｖ７００以
上を満足させると共に、平均粒径８０ｍｎ以下のＴｉ炭
化物，Ｔｉ炭窒化物を部材表面ならびに内部に分散させ
る。

【００３２】以下、本発明の転がり軸受について実施し
た寿命試験について説明する。この寿命試験に用いた転
がり軸受の供試素材の化学成分を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】この供試材料において、Ｔｉをマトリック
スに溶け込ませるため、１１５０〜１３５０℃にて加熱
し溶体化処理を施した。その後、８５０〜９５０℃にて
焼ならしをおこない球状化焼鈍をへて、８０ｎｍ以下の
ＴｉＣ，ＴｉＣＮを微細に分散析出させた。なお、比較
例の試料のうちの一部のものには、Ｔｉの溶体化処理を
施さなかった。

【００３５】試験に際し、表１の供試素材を材料とし
て、実施例および比較例の軸受内・外輪を冷間加工で製
作し、次の２通りのパターンの熱処理を施した。（１）浸炭処理図１（ａ）に示すように、温度が８８０〜９６０℃の吸
熱型ガス及びエンリッチガスの雰囲気で、１０〜１５時
間熱処理（浸炭処理）した後、放冷し、次に吸熱型ガス
の雰囲気中で８４０〜８６０℃まで０．５〜１時間加熱
（ずぶ焼き）してからオイルクェンチ（焼入れ）を行
う。次いで、これを温度が１６０〜４５０℃の大気中
で、２時間加熱した後、冷却する（焼戻し）。

【００３６】（２）浸炭窒化処理図１（ｂ）に示すように、温度が８８０〜９６０℃の吸
熱型ガス及びエンリッチガスとアンモニアガスの雰囲気
で、５〜１０時間熱処理（浸炭窒化処理）した後、放冷
し、次に吸熱型ガスの雰囲気中で８４０〜８６０℃まで
０．５〜１時間加熱（ずぶ焼き）してからオイルクェン
チ（焼入れ）を行う。次いで、これを温度が１６０〜４
５０℃の大気中で、２時間加熱した後、冷却する（焼戻
し）。

【００３７】なお、内輪・外輪の表面硬さはＨｖ６５０
〜９００、表面残留オーステナイト量は１〜４５VOL
％、軌道表面粗さは０．０１〜０．０３μｍＲａであ
る。更に、本実施例，比較例共に、転動体は軸受鋼２種
に通常熱処理を施し、転動体の表面硬さをＨｖ＝７００
〜７５０、表面粗さは０．００３〜０．０１０μｍＲａ
とした。

【００３８】これらの内輪，外輪，転動体からなる転が
り軸受を被試験体として、下記三種類の寿命比較試験を
行った。（比較試験１）予め圧痕を有する軸受によるクリーン潤
滑下での寿命試験である。

【００３９】試験装置：試験機として、図２に示す「異
物混入条件と転がり疲れ寿命」（ＮＳＫテクニカルジャ
ーナルＮｏ．６５５，ｐ１７〜２４，１９９３年）に示
されている片もち型寿命試験装置を用いた。この試験装
置は、被試験体軸受１（外輪２，内輪３，転動体４）を
取り付ける回転軸５を備えている。この回転軸５に内輪
３をはめ込み、外輪２は軸受１を収納するハウジング６
に固定される。回転軸５を図外のモータで回転させる
と、内輪３が回転するとともにボール４が転動する。ハ
ウジング６には負荷シャフト７を介して負荷レバー８が
連結されている。その負荷レバー８を水平支軸８ａまわ
りに揺動させると、負荷シャフト７を介してハウジング
６に固定された外輪２に所定の荷重が負荷されるように
なっている。ハウジング６内には潤滑油供給回路９に連
通する油吐出部１０が導入され、潤滑油１１が軸受１に
向けて供給される。油吐出部１０の供給回路９は油槽１
２に連通し、油槽１２は潤滑油を収容している。油槽１
２には、補給回路１３から潤滑油が毎時５ｃｃの割合で
補給されるようになっている。

【００４０】なお、この補給回路１３から、鉄粉や水な
どの異物を油槽１２内の潤滑油１１中に故意に添加混入
するようにしてもよい。潤滑油供給回路９には下流側か
ら順に、流量計１４，ポンプ１５，フィルタ１６ａ，１
６ｂが設けられている。また、ハウジング６及び油吐出
部１０をチャンバ１７により取り囲んであり、チャンバ
１７に落下した余剰の潤滑油が回収回路１８を介して油
槽１２に回収されるようにしている。

【００４１】試験方法：被試験体軸受１として深溝玉軸
受（６２０６タイプ）を使用した。負荷レバー８に負荷
する試験荷重Ｆｒ＝９００ｋｇｆ、試験回転数は３９０
０はｒｐｍ、潤滑油にはタービン油ＶＧ６８を使用し
た。

【００４２】まず、上記試験装置の油槽１２内に、異物
としてＨｖ７３０の１％スチールビーズ（大きさ４４〜
７４μｍ）を０．００５ｇ混入して回転軸５を駆動さ
せ、被試験体軸受１の内輪３に初期圧痕を形成した。そ
の後、軸受１を洗浄してから、その外輪２および転動体
４のみを新品に交換し、圧痕の付いた内輪３と新品の外
輪２，転動体４を組み合わせて、異物混入無しのクリー
ン潤滑条件下で耐久試験を各試料につきｎ＝１０回づつ
行った。試験終了の判定は、被試験体軸受１の初期振動
値の５倍となった時点にて試験を中断し、フレーキング
を確認した。この時の軸受の計算寿命は４５時間であ
り、従って、試験打ち切り時間を計算寿命の約７倍の３
００時間とした。

【００４３】表２に、比較試験１の寿命試験結果とし
て、各実施例及び比較例毎の被試験体について、表面硬
さ，表面残留オーステナイト量，Ｌ₁₀寿命および剥離の
形態を示した。鋼中のＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物の平均
粒径は表１に記載した。

【００４４】また、図３に、この寿命試験におけるＴｉ
Ｃ，ＴｉＣＮの平均粒径と評価時間（Ｌ₁₀寿命）との関
係を図示した。

【００４５】

【表２】

【００４６】表１，表２の結果より、実施例１〜２０
は、鋼中にＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物が微細に分散し、
その平均粒径が８０ｎｍ以下、かつ、表面硬さがＨｖ７
００以上である。また、軸受寿命Ｌ₁₀は、すべて計算寿
命より４倍以上の２００時間以上となっており、比較例
１〜１８と比べ長寿命であった。

【００４７】特に、実施例２，６，１４，１７，２０は
鋼中のＴｉ炭化物，Ｔｉ炭窒化物の平均粒径が５０ｎｍ
以下で、且つ表面硬さがＨｖ８００〜９００であり、更
に残留オーステナイト量（γＲ）が３０〜４５VOL ％と
なっており、これらの転がり軸受の軸受寿命Ｌ₁₀は、極
めて長く３００時間に至っても剥離を生じなかった。

【００４８】これに対して比較例１〜１８の方は、すべ
ての試料軸受の寿命Ｌ₁₀が１００時間以下となってお
り、その剥離形態はすべて内輪剥離でその剥離部位は異
物による圧痕起点であった。特に比較例１，２，１７に
関しては、Ｔｉを添加していないために微細なＴｉＣの
析出が認められず短寿命であった。また、比較例３，
４，５，８に関しては、Ｔｉの溶体化処理を行っていな
いため、平均粒径８０ｎｍ以下のＴｉＣの分散が認めら
れず、長寿命とはならなかった。なお、比較例３は先に
述べた神戸製鋼技報に示された成分組成と同等、また比
較例４は特開平９−５３１６９号に示された成分組成と
同等であるが、いずれもＴｉ溶体化処理されていないも
のである。比較例６，１５（特公平７−１１０９８８号
に示されたものと同等）は、Ｔｉの量が０．００５％と
少なく、一方Ｃｒ又は表面炭素量は多くてＴｉＣ粒子が
粗大となり、数個の５００ｎｍ以上のＴｉＣの析出しか
認められず長寿命とはならなかった。比較例７は素材の
Ｃ量，Ｓｉ量とも少なく、表面Ｃ量が０．６８％と低く
なり焼入れ性不足であった。比較例９，１３に関して
は、Ｔｉ添加量が０．５％以上と高いため微細なＴｉ
Ｃ，ＴｉＣＮの析出が生じないこととなり、実施例１〜
２０と比較して短寿命であった。比較例１０についは、
Ｔｉの量が０．００５％と少ないのに表面炭素量は多く
てＴｉＣ粒子が粗大となった。更に、比較例１１，１
２，１６に関しては、粒径８０ｎｍ以下のＴｉＣ，Ｔｉ
ＣＮが分散析出したが、表面硬さがＨｖ７００以下とな
ったため、耐異物圧痕性に対して不十分となり長寿命と
はならなかった。比較例１４はＴｉの量が０．０２５％
と少ないため８０ｎｍ以下のＴｉＣが分散析出しなかっ
た。比較例１８はＴｉ量は少なく、Ｍｎ量が多い例であ
るが、ＴｉＣの平均粒径１８０ｎｍとなり、８０ｎｍ以
下のＴｉＣの分散が認められず、長寿命とはならなかっ
た。

【００４９】（比較試験２）水混入潤滑下での寿命比較
試験である。被試験体として、表１中の実施例１，４，
８，１１，１４，１７，２０と比較例１，３，７，１
０，１３，１５の化学成分組成をもつ鋼を素材とする軸
受外輪２及び内輪３を使用し、転動体４のみ通常の軸受
鋼２種を素材とするものを用いた。

【００５０】試験装置：比較試験１と同じものを使用し
た。試験方法：潤滑油ＶＧ６８中に水道水を１％混入させた
水混入潤滑下にて行った。被試験軸受の型番及び試験荷
重・回転数は実験１と同一である。耐久試験回数は、各
試料につきｎ＝１０回づつ行った。試験終了の判定は、
被試験体軸受１の初期振動値の５倍となった時点にて試
験を中断し、フレーキングを確認した。試験打ち切り時
間は５００時間とした。

【００５１】表３に比較試験２の寿命試験結果を示す。

【００５２】

【表３】

【００５３】この結果において、実施例１，４，８，１
１，１４，１７，２０に関して、Ｌ ₁₀寿命が４００ｈｒ
以上となり、比較例と比べて寿命が２〜３倍長寿命であ
った。これは、平均粒径８０ｎｍ以下のＴｉＣ，ＴｉＣ
Ｎが分散析出し、かつ表面硬さがＨｖ７００以上あるた
め、水侵入潤滑下においてもＴｉＣ，ＴｉＣＮが水素ト
ラップサイト（水素を捉える領域）として機能してＴｉ
Ｃ，ＴｉＣＮ界面で水素を分散吸着し、その結果欠陥を
つくりにくくした。また、ＴｉＣ，ＴｉＣＮの粒子のピ
ンニング効果によりき裂先端の塑性変形域の増大を防
ぎ、その結果腐食ピッチング（水素誘起割れ含む）を遅
延させることができたためと考えられる。

【００５４】これに対し、比較例１，３，１０，１３，
１５は平均粒径が８０ｎｍ以下のＴｉＣ，ＴｉＣＮが分
散析出していないため、水素を分散吸収できない。ま
た、比較例７のように硬さがＨｖ６５０程度であると、
最大せん断応力位置にて塑性変形を引起こしやすくな
り、長寿命となりにくい。

【００５５】（比較試験３）二円筒摩耗試験機による寿
命比較試験である。被試験体として、上記比較試験２と
同じく、表１中の実施例１，４，８，１１，１４，１
７，２０と比較例１，３，７，１０，１３，１５の化学
成分組成をもつ鋼を使用し、試験片を試作した。

【００５６】試験装置：図４に示す二円筒式摩耗試験機
を用いた。試験方法：二円筒式摩耗試験機の上下に対向させた一対
の円筒２０にそれぞれ、被試験体であるリング（外径３
０ｍｍ，幅７ｍ）３を装着して、上から圧力Ｆを負荷
し、ノズル２１から潤滑油２２を吹付けながら両リング
３を互いに接触状態で逆方向に低速回転させて、両リン
グ３の比摩耗量（ｍｇ／１０⁶回転）の平均値を求め
た。

【００５７】面圧；１００ｋｇｆ／ｍｍ² 回転数；１０００ｒｐｍ滑り率；２０％，潤滑油；ＦＢＫオイルＲＯ８０油量；７００ｃｃ／ｍｉｎ表４に比較試験３の二円筒摩耗試験結果を示す。また、
図５に、この寿命試験における表面硬さと比摩耗量との
関係を図示した。

【００５８】

【表４】

【００５９】この結果によると、被試験体の表面Ｃ％，
Ｎ％が請求範囲を満足している実施例１，４，８，１
１，１４，１７，２０において、平均粒径８０ｎｍ以下
のＴｉＣ，ＴｉＣＮが分散析出し、表面硬さがＨｖ７０
０以上となったため、比較例とくらべて、比摩耗量が１
／３以下と少なくなった。特に、実施例１４，１７，２
０に関しては、残留オーステナイト量が３０〜４５VOL
％、表面硬さはＨｖ８００以上であるため変形抵抗が増
加し、比摩耗量が０．０１〜０．０３ｍｇ／１０ ⁶回転
と、格段によくなった。

【００６０】なお、上記寿命試験では、被試験体の転が
り軸受として、軸受構成部材のうちの内輪に本発明を適
用したものを用いたが、本発明は転がり軸受の外輪およ
び転動体にも同じく適用することができる。また、内
輪，外輪，転動体のうちのいずれか一つ或いは二つの部
材に選択的に適用したものとすることもできる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受によれば、軸受構成部材である内輪，外輪および転動
体のうちの少なくとも一つの部材の表面ならびに内部
に、平均粒径８０ｎｍ以下の微細なＴｉ炭化物，Ｔｉ炭
窒化物を分散させて表面硬さをＨｖ７００以上としたた
め、耐摩耗特性が向上して異物が侵入しても軌道面に圧
痕が生じにくく、また靭性が高まるのでき裂が発生した
際もき裂の伝搬を遅くすることができ、その結果従来品
と比較して長寿命な転がり軸受が得られるという効果を
奏する。

【００６２】更に、水侵入潤滑下においても、Ｔｉ炭化
物が水素トラップサイトとして機能してその界面で水素
を分散吸着して欠陥をつくりにくくし、またき裂先端の
塑性変形域の水素濃度を低下させるため、腐食ピッチン
グ（水素誘起割れ含む）を遅延させるという効果を奏す
る。

【００６３】更に、平均粒径５０ｎｍ以下のＴｉ炭化
物，Ｔｉ炭窒化物を微細に分散させ表面硬さをＨｖ８０
０〜９００とし、且つ残留オーステナイト量を３０〜４
５VOL％にすることにより、耐圧痕性ならびに耐摩耗性
が極めて向上し、更なる寿命延長が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】転がり軸受の構成部品に施す浸炭または浸炭窒
化処理，焼入れ，焼戻し処理の例を示した熱サイクルの
図である。

【図２】転がり軸受の寿命比較試験１に使用した片もち
型寿命試験機の概要図である。

【図３】寿命比較試験１における、実施例と比較例の転
がり寿命試験結果である。

【図４】転がり軸受の寿命比較試験３に使用した二円筒
摩耗試験機の概要図である。

【図５】寿命比較試験３における、実施例と比較例の二
円筒摩耗試験結果である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｃ 33/34 Ｆ１６Ｃ 33/34 33/62 33/62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受の構成部材である内輪，外輪
および転動体のうちの少なくとも一つの部材を、下記の
合金組成を有する軸受用鋼素材を用いて形成し、当該部
材に浸炭処理または浸炭窒化処理を施して部材表面及び
内部に平均粒径８０ｎｍ以下のＴｉ炭化物またはＴｉ炭
窒化物を分散させてあることを特徴とする転がり軸受。軸受用鋼素材の合金組成（重量％）：Ｃ；０．１５〜
０．４５％，Ｓｉ；０．１〜１．２％，Ｍｎ；０．２〜
１．５％，Ｃｒ；０．２〜１．６％，Ｔｉ；０．０５〜
０．４０％