JP2000282178A

JP2000282178A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2000282178A
Application number: JP11169735A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村; Kazuo Sekino; 和雄関野; Shigeru Okita; 滋沖田; Yasuo Murakami; 保夫村上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2000-10-10
Also published as: US6342109B1; DE19950813A1; DE19950813C2

Abstract

(57)【要約】【課題】トラクション係数が高く異物が混入している潤
滑下で使用される場合でも、剥離寿命の長い転がり軸受
を提供する。【解決手段】転がり軸受を構成する内輪および外輪用の
鉄鋼材料として、炭素（Ｃ）の含有率が０．６５重量％
以上１．１０重量％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有
率が２．０重量％以上６．０重量％以下であるものを使
用する。この鉄鋼材料で形成した後に、焼入れ、焼き戻
し、研磨仕上げを施して、内輪および外輪の軌道面に５
ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂
Ｏ₃）を形成する。トラクション係数が高く水が混入し
ている潤滑下で使用する場合には、粒径が５０ｎｍ以上
３００ｎｍ以下であるモリブデン炭化物および／または
バナジウム炭化物の微細粒子をマトリックス中に分布さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の自動変速
機用転がり軸受として好適な、トラクション係数が高く
異物が混入している潤滑下で使用される場合でも剥離寿
命が長い転がり軸受、および水の混入が考えられて潤滑
油膜の形成が困難となりやすい自動車のエンジン補機用
としても剥離寿命が長い転がり軸受、さらにはトラクシ
ョン係数が高く異物および水が混入している潤滑下で使
用される場合でも剥離寿命が長い転がり軸受に関する。
また、高温高荷重で高接線力が作用するトロイダル無断
変速機の部品及び軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の転がり軸受を構成する内輪、外
輪、および転動体としては、高炭素クロム鋼（特にＳＵ
Ｊ２鋼）を用いて所定形状に形成された後、焼入れ、焼
き戻しが施されて表面の硬さがＨRC６２程度に、残留オ
ーステナイト量が１０体積％程度になっているものが一
般的である。

【０００３】一方、自動車の自動変速機は、トルクコン
バーター、歯車機構、油圧機構、湿式クラッチ等を内蔵
する装置であり、これらの機構を円滑に作動させて動力
を伝達するために、自動変速機用の転がり軸受にはトラ
クション係数の高い潤滑油（自動変速機油：ＡＴＦ）が
使用される。したがって、上記従来の転がり軸受を使用
した場合には、自動変速機の作動中に、軌道輪の軌道面
と転動体の転動面との間に生じる接線力が増大するた
め、潤滑膜が破壊されやすくなり、軌道面や転動面に早
期剥離が生じる恐れがある。

【０００４】また、自動変速機に取り付けられている転
がり軸受では、軸受内部の潤滑油に金属の切粉、削り
屑、バリ、および摩耗粉等が混入することが避けられな
い。上記従来の転がり軸受をこのような異物混入潤滑下
で使用すると、異物が軌道輪の軌道面や転動体の転動面
に圧痕を生じさせ、この圧痕を起点としてフレーキング
（うろこ状の剥離）が発生するため、転がり軸受の寿命
が著しく低下するという問題がある。

【０００５】軌道面の早期剥離を防止するための従来技
術としては、例えば特開平４−２８８４５号公報に、合
金成分としてＣを０．６５〜０．９０重量％、Ｓｉを
０．１５〜０．５０重量％、Ｍｎを０．１５〜１．０重
量％、Ｃｒを２．０〜５．０重量％を含有する鉄鋼材料
を用いて転がり軸受の軌道輪を形成することが開示され
ている。この技術は、高速回転で振動や衝撃荷重が加わ
る環境下で使用される転がり軸受に関するものである。
そして、このような使用環境下で軌道面に早期剥離が生
じる原因は、最大剪断応力が発生する位置にＣが拡散、
固着して、硬くて脆い白層が生じることにあり、Ｃ濃度
が低く、Ｃｒ濃度が高い前記組成の鉄鋼材料を用いるこ
とにより前記白層が生じ難くなって、軌道面の早期剥離
が防止されると記載されている。

【０００６】異物混入潤滑下での寿命を長くするための
従来技術としては、例えば特公平６−１１８９９号公報
に、合金成分としてＣを０．４〜０．８重量％、Ｓｉを
０．３〜１．２重量％、Ｍｎを１．０重量％以下、Ｃｒ
を４．０〜８．０重量％、Ｍｏを０．１〜１．０重量％
含有する鉄鋼材料を軸受鋼として用い、浸炭または浸炭
窒化処理を行うことで表面に面積比で２０〜３５％の炭
化物または炭窒化物を形成することが開示されている。
この技術では、使用する鉄鋼材料の組成の特定により基
地の靱性と焼き戻し軟化抵抗を高めるとともに、表面に
微細なＭ₂₃Ｃ₆やＭ₇Ｃ₃型の炭化物または炭窒化物を
分散析出させて表層を強化することにより、異物混入潤
滑下での寿命を長くできると記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
自動変速機用の転がり軸受のように、トラクション係数
が高く異物が混入している潤滑下で使用される転がり軸
受の場合には、前記従来技術の適用では剥離寿命の延長
効果が期待できない。なお、特公平６−１１８９９号公
報に記載された異物混入潤滑下での寿命を長くする方法
では、設備コストの高い浸炭または浸炭窒化処理を行う
必要があるため、製造コストが高くなるという問題点が
ある。

【０００８】また、トラクション係数が高い潤滑条件で
あってしかも高温環境下で使用される転がり軸受の場合
には、使用中に急激な温度差があると、軸受周りの空間
で結露が生じて、水滴が潤滑油内に混入することがあ
る。また、水洗浄等で自動変速機に残留した水が潤滑油
内に混入することもある。このようなトラクション係数
が高く水が混入している潤滑下で使用される転がり軸受
の場合には、軌道面や転動面に潤滑油膜が形成され難
く、形成されても前述のように接線力の増大によって破
壊され易くなるため、前記従来技術の適用では剥離寿命
の延長効果が期待できない。

【０００９】一方、特公平７−１１０９８８号公報に
は、トランスミッションやエンジン用として求められる
寿命の長い転がり軸受として、軌道輪と転動体との少な
くとも一つが、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り、且つ浸炭
または浸炭窒化そして硬化熱処理が施されてなる表面層
部を有し、表面層部に存在する微細炭化物量が２０〜５
０ｖｏｌ％であり、表面層部内の残留オーステナイト量
が１０〜２５ｖｏｌ％であることを特徴とする転がり軸
受が開示されている。この転がり軸受は、タービン油に
異物が混入している潤滑下等で使用される場合には従来
の軸受よりも寿命が長くなるが、トラクション係数が高
く異物および水が混入している潤滑下で使用される場合
の寿命に関しては改善の余地がある。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、トラクション係数が高く
異物が混入している潤滑下、およびトラクション係数が
高く水が混入している潤滑下で使用される場合でも、剥
離寿命の長い転がり軸受を提供することを課題とする。

【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、本発明は、転がり軸受を構成する内輪、外輪、およ
び転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の
含有率が０．５５重量％以上１．１０重量％以下であ
り、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０重量％以上９．０
重量％以下である鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ、
焼き戻し、研磨仕上げが施されることにより得られ、軌
道輪の軌道面および／または転動体の転動面に５ｎｍ以
上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）
を有するものであることを特徴とする転がり軸受を提供
する。

【００１２】トラクション係数が高い潤滑条件下で軌道
面や転動面に早期剥離が生じる原因は、前述のように接
線力の増大に伴って潤滑膜が破壊される際に、潤滑油に
含まれる水分が分解して水素が発生し、この水素が軌道
面や転動面に侵入することにある。本発明の転がり軸受
によれば、軌道面や転動面に設けたクロム酸化膜（Ｃｒ
₂Ｏ₃）によりこの水素の侵入が防止されるため、トラ
クション係数が高い潤滑条件下で軌道面や転動面に早期
剥離が生じることが防止される。

【００１３】クロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）の厚さが５ｎ
ｍ未満では、水素の侵入防止作用が実質的に得られな
い。クロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）の厚さが３００ｎｍを
超えると、クロム酸化膜の組織が粗くなって水素の侵入
防止作用が低減する。クロム酸化膜の厚さの好適な範囲
は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。この厚さの範囲
では、特に緻密な組織のクロム酸化膜が得られるため、
上述のような軌道面や転動面に対する水素の侵入をより
効果的に防止できる。

【００１４】なお、特開平４−２８８４５号公報に記載
の技術では、軌道面に数ｎｍの不動態膜（ＦｅＣｒ
Ｏ₄）が形成されるが、このような不動態膜では、上述
のような軌道面や転動面に対する水素の侵入を十分に防
止することはできない。本発明の転がり軸受は、転がり
軸受を構成する内輪、外輪、および転動体のうちの少な
くともいずれかが前記構成を満たしていれば、従来の転
がり軸受と比べてトラクション係数が高い潤滑下での剥
離寿命を長くできるが、特に回転輪となる軌道輪（内輪
または外輪）が前記構成を満たしていることが好まし
い。

【００１５】本発明の転がり軸受において、軌道輪の軌
道面および／または転動体の転動面の残留オーステナイ
ト量が１５体積％以上２５体積％以下であると、トラク
ション係数が高いだけでなく異物が混入している潤滑下
であっても、剥離寿命を著しく長くすることができるた
め好ましい。本発明の転がり軸受において、内輪、外
輪、および転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素
（Ｃ）の含有率が０．５５重量％以上１．１０重量％以
下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０重量％以上
９．０重量％以下であり、モリブデン（Ｍｏ）を１．１
重量％以上４．０重量％以下の含有率でおよび／または
バナジウム（Ｖ）を０．３重量％以上２．０重量％以下
の含有率で含む鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ、焼
き戻し、研磨仕上げが施されることにより得られ、粒径
が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるモリブデン炭化物
および／またはバナジウム炭化物の微細粒子がマトリッ
クス中に分布しているとともに、軌道輪の軌道面および
／または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の
厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有するものである
ことが好ましい。

【００１６】この転がり軸受によれば、潤滑油膜が形成
され難い環境下で使用されることにより、軌道面および
／または転動面に設けたクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）が
破壊された場合でも、マトリックス中に分布している微
細な炭化物粒子が侵入しようとする水素を吸着する。こ
れにより、トラクション係数が高く水が混入している潤
滑下であっても、上述のような軌道面や転動面に対する
水素の侵入を防止できるため、軌道面や転動面に早期剥
離が生じることが防止される。

【００１７】この微細な炭化物粒子の分布は、素材の段
階で１１００〜１２５０℃に保持する溶体化処理を行っ
て、モリブデンおよび／またはバナジウムの微細な炭化
物を析出させることにより得られる。なお、この微細な
炭化物の析出によって、鉄鋼材料のマトリックスに溶け
込んでいる炭素量が減少する。そのため、このような微
細な炭化物粒子がマトリックス中に分布している鉄鋼材
料で形成された軸受構成部材は、マトリックスの疲労時
に、炭素拡散による組織変化の発生が遅延される。その
結果、この転がり軸受の耐摩耗性は高くなり、潤滑油膜
が形成され難い環境下で使用された場合に焼付きを防止
することができる。

【００１８】このモリブデン炭化物および／またはバナ
ジウム炭化物の微細粒子は、軌道面および／または転動
面に１０μｍ²あたり１０個以上の割合で存在するよう
に、マトリックス中に分布していることが好ましい。な
お、本発明の転がり軸受は、以下に示す〜の転がり
軸受を好ましい形態として含むものである。転がり軸受を構成する内輪、外輪、および転動体のう
ちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．
６５重量％以上１．１０重量％以下であり、クロム（Ｃ
ｒ）の含有率が２．０重量％以上６．０重量％以下であ
る鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ、焼き戻し、研磨
仕上げが施されることにより得られ、軌道輪（内輪およ
び／または外輪）の軌道面および／または転動体の転動
面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜
（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有するものであることを特徴とする転
がり軸受。

【００１９】この転がり軸受は、トラクション係数が高
い潤滑下での剥離寿命を長くできる転がり軸受として特
に好ましいものである。転がり軸受を構成する内輪、外輪、および転動体のう
ちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．
６５重量％以上０．９５重量％以下であり、珪素（Ｓ
ｉ）の含有率が０．０５重量％以上０．６０重量％以下
であり、マンガン（Ｍｎ）の含有率が０．２重量％以上
１．５重量％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が
３．０重量％以上６．０重量％以下である鉄鋼材料で形
成された後に、焼入れ、焼き戻し、研磨仕上げが施され
ることにより得られ、軌道輪の軌道面および／または転
動体の転動面の残留オーステナイト量は１５体積％以上
２５体積％以下であり、前記軌道面および／または転動
面に２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜
（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有するものであることを特徴とする転
がり軸受。

【００２０】この転がり軸受によれば、組織が緻密なク
ロム酸化膜の存在によりトラクション係数が高い潤滑下
での剥離寿命を特に長くできるだけでなく、残留オース
テナイト量が１５体積％以上２５体積％以下であること
により、異物が混入している潤滑下での剥離寿命を著し
く長くすることができる。すなわち、この転がり軸受
は、トラクション係数が高く異物が混入している潤滑下
で使用する転がり軸受として特に好ましいものである。転がり軸受を構成する内輪、外輪、および転動体のう
ちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．
５５重量％以上０．９０重量％以下であり、クロム（Ｃ
ｒ）の含有率が４．０重量％以上９．０重量％以下（好
ましくは５．０重量％以上９．０重量％以下）であり、
１．１重量％以上４．０重量％以下（好ましくは１．１
重量％以上３．０重量％以下）のモリブデン（Ｍｏ）お
よび／または０．３重量％以上２．０重量％以下のバナ
ジウム（Ｖ）を含む鉄鋼材料で形成された後に、焼入
れ、焼き戻し、研磨仕上げが施されることにより得ら
れ、粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるモリブデ
ン炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子が
マトリックス中に分布しているとともに、軌道輪の軌道
面および／または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎ
ｍ以下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有するも
のであることを特徴とする転がり軸受。

【００２１】この転がり軸受は、トラクション係数が高
く水が混入している潤滑下での剥離寿命を長くできる転
がり軸受として特に好ましいものである。次に、使用す
る鉄鋼材料に含有させる各合金成分の作用および含有率
について説明する。［Ｃ：０．５５〜１．１０重量％］炭素（Ｃ）は硬さを
付与する元素である。その含有率が０．５５重量％未満
であると、転がり軸受として要求されるＨRC５８以上の
硬さを得ることが困難になる。また、炭素の含有率が
１．１０重量％を超えると、巨大炭化物が生成し易くな
って疲労寿命や衝撃荷重が低下する場合がある。以上の
ことから、炭素の含有率は０．５５重量％以上１．１０
重量％以下とする。

【００２２】なお、上記の転がり軸受では、炭素の含
有率を０．６５重量％以上１．１０重量％以下としてい
る。上記の転がり軸受では、炭素の含有率を０．６５
重量％以上０．９５重量％以下としている。炭素の含有
率が０．６５重量％以上であると、ＨRC５８以上の硬さ
を安定的に得ることができる。また、炭素の含有率が
０．９５重量％以下であると、巨大炭化物の生成がより
安定的に抑えられる。

【００２３】また、上記の転がり軸受では、炭素の含
有率を０．５５重量％以上０．９０重量％以下としてい
る。の転がり軸受では、合金成分としてＣｒとＭｏお
よび／またはＶとが添加された鉄鋼材料を使用している
ため、炭素量が多くなるとオーステナイト域が狭くなっ
て、熱処理時に中心部に炭素が濃化して偏析する恐れが
ある。そして、この偏析部分がオーバーヒートして、内
部に割れが発生し易くなる。したがって、の転がり軸
受の場合には、炭素の含有率の上限を０．９０重量％と
することが好ましい。［Ｃｒ：２．０〜９．０重量％］クロム（Ｃｒ）は焼入
れ性を向上させ、且つ炭化物の球状化を促進させるとと
もに、クロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を生成させる元素で
ある。クロム酸化膜の厚さを５ｎｍ以上とするために
は、クロムの含有率を２．０重量％以上にする必要があ
る。また、クロムの含有率が９．０を超えると、被切削
性が著しく劣化するため、生産性が低下する。以上のこ
とから、クロムの含有率は２．０重量％以上９．０重量
％以下とする。

【００２４】なお、上記の転がり軸受では、クロムの
含有率を２．０重量％以上６．０重量％以下としてい
る。上記の転がり軸受では、クロムの含有率を３．０
重量％以上６．０重量％以下としている。クロムの含有
率を６．０重量％以下とすることにより、被切削性が特
に良好となる。クロムの含有率を３．０重量％以上とす
ることにより、得られるクロム酸化膜がより緻密で強固
なものとなって、水素を遮断する効果が高くなる。

【００２５】また、上記の転がり軸受では、クロムの
含有率を４．０重量％以上９．０重量％以下、好ましく
は５．０重量％以上９．０重量％以下としている。クロ
ムの含有率を４．０重量％以上（好ましくは５．０重量
％以上）とすることにより、得られるクロム酸化膜がよ
り緻密で強固なものとなって、破壊され難くなり、水素
を遮断する効果がより高くなる。［Ｍｏ：１．１〜４．０重量％］モリブデン（Ｍｏ）
は、鋼に焼き戻し軟化抵抗を付与するとともに、炭素と
結合してモリブデン炭化物を形成する元素である。粒径
が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である微細なモリブデン
炭化物粒子を、マトリックス中に安定的に析出・分布さ
せるためには、モリブデンの含有率を１．１重量％以上
とする必要がある。この微細なモリブデン炭化物粒子の
存在により、表面硬度が高くなって耐摩耗性が良好とな
るとともに、上述の水素を侵入させない作用が得られ
る。

【００２６】一方、モリブデンを４．０重量％を超えて
含有させると、このような効果が飽和するばかりでな
く、加工性が劣化する恐れが有る。以上のことから、モ
リブデンの含有率は１．１重量％以上４．０重量％以
下、好ましくは１．１重量％以上３．０重量％以下とす
る。［Ｖ：０．３〜２．０重量％］バナジウム（Ｖ）は結晶
粒界に析出して結晶粒の粗大化を抑制するとともに、炭
素と結合して微細なバナジウム炭化物を形成する元素で
ある。粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である微細な
バナジウム炭化物粒子を、マトリックス中に安定的に析
出・分布させるためには、バナジウムの含有率を０．３
重量％以上とする必要がある。この微細なバナジウム炭
化物粒子の存在により、表面硬度が高くなって耐摩耗性
が良好になるとともに、上述の水素を侵入させない作用
が得られる。

【００２７】一方、バナジウムの含有率が２．０重量％
を超えると、バナジウム炭化物が結晶粒界に析出して、
加工性や種々の機械的性質が劣化する恐れがある。以上
のことから、バナジウムの含有率は０．３重量％以上
２．０重量％以下とする。なお、モリブデンを含有させ
ずにバナジウムのみを含有させる場合には、バナジウム
の含有率を０．５重量％以上２．０重量％以下とするこ
とが好ましい。［Ｓｉ：０．０５〜０．６０重量％］珪素（Ｓｉ）は組
織変化の遅延および焼入れ性を向上させる元素である
が、その含有率が０．０５重量％未満では上記効果が十
分には得られず、０．６０重量％を超えると加工性が著
しく低下する。以上のことから、珪素の含有率は０．０
５重量％以上０．６０重量％以下とすることが好まし
い。［Ｍｎ：０．２〜１．５重量％］マンガン（Ｍｎ）は焼
入れ性を向上させる元素であるが、その含有率が０．２
重量％未満では焼入れ性が不十分であり、１．５重量％
を超えると加工性が低下する。以上のことから、マンガ
ンの含有率は０．２重量％以上１．５重量％以下とする
ことが好ましい。［Ｐ，Ｓ，Ｏについて］リン（Ｐ）は転がり寿命や靱性
を低下させる元素であるため、その含有率を０．０２重
量％以下とすることが好ましい。硫黄（Ｓ）は被切削性
を向上させる元素であるが、マンガンと結合して転がり
寿命を低下させる硫化物系介在物を形成するため、その
含有率を０．０２重量％以下とすることが好ましい。酸
素（Ｏ）は鋼中に酸化物系介在物を生成し、転がり寿命
を低下させる元素であるため、その含有率を０．００１
０重量％以下とすることが好ましい。

【００２８】本発明はまた、転がり軸受を構成する内
輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれか
は、炭素（Ｃ）の含有率が０．１０重量％以上０．５５
重量％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が５．０重
量％以上１４．０重量％以下である鉄鋼材料で形成され
た後に、浸炭または浸炭窒化、焼入れ、焼き戻し、研磨
仕上げが施されることにより得られ、浸炭または浸炭窒
化後の表面炭素濃度が０．７重量％以上１．２重量％以
下であり、軌道輪の軌道面および／または転動体の転動
面の残留オーステナイト量は２５体積％以上５０体積％
以下であり、軌道輪の軌道面および／または転動体の転
動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜
（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有することを特徴とする転がり軸受を
提供する。

【００２９】前述のように、転がり軸受を異物が混入し
ている潤滑下で使用すると、異物により軌道輪の軌道面
や転動体の転動面に圧痕が生じる。この圧痕のエッジ部
に応力が集中することによってマイクロクラックが生
じ、早期剥離の原因となる。この転がり軸受によれば、
軌道輪の軌道面および／または転動体の転動面の残留オ
ーステナイト量を２５体積％以上５０体積％以下とする
ことにより、以下の作用が生じて、前記圧痕のエッジ部
に対する応力集中が低減される。その結果、異物が混入
している潤滑下での使用の際に、軌道輪の軌道面および
転動体の転動面の早期剥離が防止される。

【００３０】すなわち、オーステナイト組織は軟らかい
（例えばＨｖ３００程度の硬さである）が、表面に残留
したオーステナイトは、加工等のエネルギ付与に誘起さ
れてマルテンサイトに変態して硬化する。そして、残留
オーステナイト量が２５体積％以上５０体積％以下であ
る軌道面または転動面には、相手面（転動面または軌道
面）との転がり接触時に、表面に加わる変形エネルギに
よって前記変態が生じる。その過程において、前記圧痕
のエッジ部に対する応力集中が緩和される。

【００３１】この転がり軸受はまた、軌道輪の軌道面お
よび／または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以
下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有しているた
め、前述のように、トラクション係数が高い潤滑条件下
で軌道面や転動面に早期剥離が生じる原因となっている
水素の侵入が防止される。その結果、トラクション係数
が高い潤滑条件下で軌道面や転動面に早期剥離が生じる
ことが防止される。

【００３２】また、この転がり軸受における、使用する
鉄鋼材料の炭素（Ｃ）の含有率とクロム（Ｃｒ）の含有
率、表面炭素濃度の限定理由は以下の通りである。［表面炭素濃度：０．７〜１．２重量％］転がり軸受と
して要求されるＨRC５８以上の表面硬さを得るために
は、表面炭素濃度を０．７重量％以上とする必要があ
る。表面炭素濃度が１．２重量％を超えると、巨大炭化
物が生成し易くなる。巨大炭化物が生成している部分は
割れ起点になり易い。

【００３３】なお、浸炭窒化処理を行う場合には、表面
窒素濃度を０．０５重量％以上０．５０重量％以下とす
ることが好ましい。表面窒素濃度が０．０５重量％以上
であると焼き戻し抵抗性が高くなって、微細な炭窒化物
が分散析出し易くなる。その結果、表面の脆性割れ強度
が高くなる。また、表面窒素濃度が０．５０重量％を超
えると、耐摩耗性は向上するが、研磨加工が困難にな
り、脆性割れ強度が低下する。

【００３４】また、浸炭または浸炭窒化処理時には、材
料内部に拡散性水素の侵入が生じるが、浸炭または浸炭
窒化処理後に真空炉内での加熱を行うことにより、材料
中の拡散性水素を０．１ｐｐｍ以下にして脆性を高くす
ることができる。［Ｃ：０．１０〜０．５５重量％］炭素（Ｃ）は硬さを
付与する元素である。この転がり軸受では、浸炭または
浸炭窒化処理により、表面炭素濃度を０．７重量％以上
１．２重量％以下にしているが、使用する鉄鋼材料中の
Ｃ含有率が０．１０重量％未満であると、表面炭素濃度
を前記範囲とするための浸炭または浸炭窒化処理に時間
がかかる。また、鉄鋼材料中のＣ含有率が０．５５重量
％を超えると、芯部での靱性が低下して耐衝撃性が悪く
なる場合がある。［Ｃｒ：５．０〜１４．０重量％］クロム（Ｃｒ）は焼
入れ性を向上させ、且つ炭化物の球状化を促進させると
ともに、クロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を生成させる元素
である。この転がり軸受では、クロム酸化膜の厚さを５
ｎｍ以上とするためにクロムの含有率を５．０重量％以
上にする必要がある。また、クロムの含有率が１４．０
を超えると、被切削性が著しく劣化するとともに、１０
μｍ以上の巨大クロム炭化物が生成し易くなる。巨大ク
ロム炭化物が生成すると、生成されるクロム酸化膜が不
均一になるため、クロム酸化膜が破壊され易くなる。

【００３５】以上のことから、この転がり軸受によれ
ば、トラクション係数が高く、異物が混入している潤滑
下での剥離寿命が長くなる。また、この転がり軸受で
は、使用する鉄鋼材料中に、Ｓｉを以下の範囲で含有し
ていることが好ましく、Ｍｎを前述の範囲で含有してい
ることが好ましい。さらに、Ｏの含有率は、前述のよう
に０．００１０重量％以下とすることが好ましく、Ｓお
よびＰの含有率は、前述のように０．０２重量％以下と
することが好ましい。［Ｓｉ：０．１０〜１．４０重量％］前述のように、珪
素（Ｓｉ）は、組織変化の遅延および焼入れ性を向上さ
せる元素であるが、この転がり軸受では、使用する鉄鋼
材料中の炭素（Ｃ）の含有率が０．１０〜０．５５重量
％であるため、Ｓｉの含有率が０．１０重量％未満では
上記効果が十分には得られない。また、炭素（Ｃ）の含
有率が低いため冷間加工性が改善されることから、Ｓｉ
含有率が０．６０重量％を超えても良好な加工性が得ら
れるが、１．４０重量％を超えると加工性が低下する。
したがって、珪素の含有率は０．１０重量％以上１．４
０重量％以下とすることが好ましい。

【００３６】本発明はまた、転がり軸受を構成する内
輪、外輪、および転動体のうちの少なくともいずれか
は、炭素（Ｃ）の含有率が０．１０重量％以上０．５５
重量％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が５．０重
量％以上１４．０重量％以下であり、モリブデン（Ｍ
ｏ）を０．５重量％以上４．０重量％以下の含有率でお
よび／またはバナジウム（Ｖ）を０．３重量％以上２．
０重量％以下の含有率で含む鉄鋼材料で形成された後
に、浸炭または浸炭窒化、焼入れ、焼き戻し、研磨仕上
げが施されることにより得られ、粒径が５０ｎｍ以上５
００ｎｍ以下であるモリブデン炭化物および／またはバ
ナジウム炭化物の微細粒子がマトリックス中に分布して
おり、浸炭または浸炭窒化後の表面炭素濃度が０．７重
量％以上１．２重量％以下であり、軌道輪の軌道面およ
び／または転動体の転動面の残留オーステナイト量は２
５体積％以上５０体積％以下であり、軌道輪の軌道面お
よび／または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以
下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ ₃）を有することを
特徴とする転がり軸受を提供する。

【００３７】この転がり軸受によれば、潤滑油膜が形成
され難い環境下で使用されることにより、軌道面および
／または転動面に設けたクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）が
破壊された場合でも、マトリックス中に分布しているモ
リブデン炭化物および／またはバナジウムの微細な炭化
物粒子が、侵入しようとする水素を吸着する。これによ
り、トラクション係数が高く水が混入している潤滑下で
あっても、上述のような軌道面や転動面に対する水素の
侵入を防止できるため、軌道面や転動面に早期剥離が生
じることが防止される。

【００３８】この微細な炭化物粒子の分布は前述の方法
で得られ、前述のように、マトリックス中にこの分布を
有する鉄鋼材料で形成された軸受構成部材は、マトリッ
クスの疲労時に、炭素拡散による組織変化の発生が遅延
される。その結果、この転がり軸受の耐摩耗性は高くな
り、潤滑油膜が形成され難い環境下で使用された場合に
焼付きを防止することができる。また、前述のように、
このモリブデン炭化物および／またはバナジウム炭化物
の微細粒子は、軌道面および／または転動面に１０μｍ
²あたり１０個以上の割合で存在するように、マトリッ
クス中に分布していることが好ましい。

【００３９】ただし、この転がり軸受では、モリブデン
炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子の粒
径の範囲を５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。マトリ
ックス中のモリブデン炭化物および／またはバナジウム
炭化物粒子は、浸炭または浸炭窒化処理時に成長する。
この転がり軸受では、前記炭化物の微細粒子の粒径が３
００ｎｍを超えても５００ｎｍ以下であれば、上述の水
素吸着作用および耐摩耗性を向上する効果が得られる。

【００４０】また、この転がり軸受によれば、軌道輪の
軌道面および／または転動体の転動面の残留オーステナ
イト量を２５体積％以上５０体積％以下とすることによ
り、前述の作用が生じて、前記圧痕のエッジ部に対する
応力集中が低減される。その結果、異物が混入している
潤滑下での使用の際に、軌道輪の軌道面および転動体の
転動面の早期剥離が防止される。また、このように残留
オーステナイト量を高くすることに伴って生じる硬さの
低下を、マトリックス中に分布している前記モリブデン
炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子によ
って補うことができる。

【００４１】また、この転がり軸受における、使用する
鉄鋼材料のモリブデン（Ｍｏ）の含有率の限定理由は以
下の通りであり、バナジウム（Ｖ）の含有率の限定理由
は前述と同様である。［Ｍｏ：０．５〜４．０重量％］前述のように、モリブ
デン（Ｍｏ）は、鋼に焼き戻し軟化抵抗を付与するとと
もに、炭素と結合してモリブデン炭化物を形成する元素
である。使用する鉄鋼材料中の炭素（Ｃ）の含有率が
０．２５〜０．５５重量％の場合には、粒径が５０ｎｍ
以上５００ｎｍ以下である微細なモリブデン炭化物粒子
をマトリックス中に安定的に析出・分布させるために、
Ｍｏの含有率を１．１重量％以上とすることが好まし
い。

【００４２】ただし、使用する鉄鋼材料中の炭素（Ｃ）
の含有率が０．１０〜０．２０重量％の場合には、微細
なモリブデン炭化物粒子の析出によりマトリックス中の
Ｃ濃度が低くなる傾向にある。これを抑制するため、Ｍ
ｏの含有率を１．１重量％よりも少なく（例えば０．５
重量％程度に）することが好ましい。一方、モリブデン
を４．０重量％を超えて含有させると、このような効果
が飽和するばかりでなく、加工性が劣化する恐れが有
る。これらの点を考慮して、この転がり軸受（Ｃ：０．
１０〜０．５５重量％）では、使用する鉄鋼材料中のモ
リブデン（Ｍｏ）の含有率を０．５重量％以上４．０重
量％以下とする。

【００４３】以上のことから、この転がり軸受によれ
ば、トラクション係数が高く、異物および水が混入して
いる潤滑下での剥離寿命が長くなる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。［第１実施形態］先ず、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マ
ンガン（Ｍｎ）、およびクロム（Ｃｒ）を下記の表１に
示す各含有率（重量％）で含有し、リン（Ｐ）および硫
黄（Ｓ）の含有率は０．０２重量％以下であり、酸素
（Ｏ）の含有率は０．００１０重量％以下であり、残部
が鉄（Ｆｅ）である組成の鉄鋼材料を用い、深溝玉軸受
（ＪＩＳ品番６２０６：外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、
幅１６ｍｍ）の内輪および外輪を形成した。

【００４５】次に、形成された内輪および外輪に対し
て、焼入れ、焼き戻しを施すことにより、表面の硬度
（ＨRC）および残留オーステナイト量（γR ）を下記の
表１に示す値にした。次に、アルミナ系砥石またはＣＢ
Ｎ砥石を用い、高速回転で軌道面を研磨加工することに
より、軌道面の粗さを０．０１〜０．０４μｍＲａとし
た。この研磨加工後に軌道面に形成されているクロム酸
化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を測定した。その値を下記の表１に
併せて示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】転動体としては、高炭素クロム軸受鋼２種
（ＳＵＪ２）により直径３／８インチの玉を形成し、焼
入れ、焼き戻しを施すことにより、表面の硬度（ＨRC）
を６２に、残留オーステナイト量（γR ）を１０体積％
に、軌道面の粗さを０．００３〜０．０１０μｍＲａに
したものを用いた。このようにして得られた内輪および
外輪（実施例１〜９および比較例１〜６）と、上述の転
動体とからなる転がり軸受を、図１に示す試験機に取り
付けてトラクション係数が高い潤滑下での剥離寿命を調
べる試験を行った。

【００４８】この試験機は、転がり軸受１が取り付けら
れたハウジング２の全体と、軸３の基端部３１以外の部
分とが囲い部材４で覆われており、この囲い部材４内の
上部に、転がり軸受１の内部に潤滑油を供給する給油ノ
ズル５が設置されている。給油ノズル５には、配管６１
を通して油タンク６から潤滑油が供給されるようになっ
ている。囲い部材４内に落ちた潤滑油は廃油管６２から
油タンク６に戻されるようになっている。配管６１の上
流側には、潤滑油中の異物を取り除くフィルター６３が
取り付けられるようになっている。また、囲い部材４の
上部には、ハウジング２を介して転がり軸受１に負荷を
与える負荷レバー７が設けてある。

【００４９】潤滑油としては、２円筒試験機を用いて、
周速度４．１ｍ／ｓ、すべり率５％の条件で測定した最
大トラクション係数（μ）が、４０℃で０．０９、１０
０℃で０．０７であり、動粘度が４０℃で３０．８ｃＳ
ｔ、１００℃で５．３１ｃＳｔである市販のトラクショ
ン油を用いた。試験条件は、試験荷重Ｆｒ５８０ｋｇｆ
（ＪＩＳ規格でのＰ／Ｃ＝０．３）、試験温度１００
℃、回転速度３９００ｒｐｍ、内輪回転とした。

【００５０】先ず、油タンク６の潤滑油１リットルに、
硬さがＨv ５３０であって大きさが４４〜７４μｍであ
るスチールビーズを０．０１ｇ入れて、フィルター６３
を通さずに、囲い部材４内の転がり軸受１に油タンク６
内の潤滑油を供給しながら３分間回転させた。すなわ
ち、トラクション係数が高く異物が混入された潤滑下で
転がり軸受１を回転させることにより、軌道面および／
または転動面に初期圧痕を設けた。

【００５１】次に、この試験機から転がり軸受１を取り
外して洗浄し、外輪および転動体は圧痕の付いていない
新しいものに交換し、内輪はそのまま初期圧痕の付いた
ものを使用して試験機に取付けた。この状態で、フィル
ター６３を配管６１に取り付けて、囲い部材４内の転が
り軸受１に異物が混入されていない潤滑油を供給しなが
ら回転させた。回転試験中に軸受に生じる振動を測定
し、回転中の振動値が初期振動値の５倍となった時点で
試験を中断して、フレーキングが生じているかどうかを
調べた。各実施例および比較例とも１０個の試験用軸受
についてこの試験を行った。

【００５２】試験を中断した場合にはその時点までの回
転時間を評価時間（剥離寿命）とした。計算寿命が１６
０時間であるため２００時間まで試験を行い、２００時
間回転しても振動値が初期振動値の５倍とならなかった
ものについては、２００時間回転後にフレーキングが生
じているかどうかを調べて、評価時間を２００時間とし
た。これらの結果を下記の表２に示す。また、これらの
結果から得られた、クロム酸化物の厚さと評価時間（Ｌ
１０寿命）との関係を図２にグラフで示す。

【００５３】

【表２】

【００５４】この表から分かるように、実施例１〜６
は、使用した鉄鋼材料が本発明の範囲にあり、厚さ５ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下のクロム酸化膜を有することか
ら、クロム酸化膜による水素侵入防止作用が得られたた
め、比較例１〜６よりも著しく評価時間が長くなった。
しかしながら、残留オーステナイト量が１５体積％未満
であるため、１０個の試験体のうち２〜５個に剥離が生
じていた。

【００５５】これらのうち実施例３，５は、クロム酸化
膜の厚さが好ましい範囲（２０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下）であることから、緻密なクロム酸化膜による高い水
素侵入防止作用が得られたため、クロム酸化膜の厚さが
好ましい範囲から外れる実施例１，２，４，６よりも評
価寿命が長くなった。また、実施例１，２，４，６につ
いては、剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査した
ところ、微小亀裂ととも白色組織変化が確認された。実
施例３，５については、外輪軌道面に初期圧痕を起点と
する剥離が生じていた。

【００５６】実施例７〜９は、使用した鉄鋼材料が本発
明の範囲にあり、厚さ２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のク
ロム酸化膜を有し、残留オーステナイト量が１５体積％
以上２５体積％以下であるため、評価時間が２００時間
であって、１０個の試験体の全てに剥離は生じていなか
った。すなわち、クロム酸化膜による水素侵入防止作用
が十分に得られ、高い残留オーステナイト量により初期
圧痕の広がりが防止されたことにより、剥離寿命が著し
く長くなった。

【００５７】比較例１は、使用した鉄鋼材料が本発明の
範囲から外れるＳＵＪ２鋼であり、クロム酸化膜も１ｎ
ｍと薄く、残留オーステナイト量も８体積％と少なかっ
たため、評価時間が計算寿命の１／６と短くなり、１０
個の試験体の全てに剥離が生じていた。剥離が生じた内
輪断面のミクロ組織を調査したところ、微小亀裂ととも
に白色組織変化が確認された。

【００５８】比較例２は、クロム酸化膜は１０ｎｍであ
ったが、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が大きいため表
面に巨大な炭化物が生じており、クロム酸化膜が部分的
に破壊されていた。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織
を調査したところ、微小亀裂ととも白色組織変化が確認
された。比較例３は、クロム酸化膜は１５ｎｍであった
が、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が小さいため軌道面
の硬さが不十分であり、軌道面の塑性変形によって剥離
寿命が短くなった。

【００５９】比較例４は、使用した鉄鋼材料のＳｉ含有
率が低いため、研磨加工時の研削抵抗が小さくなって研
磨面の熱発生が抑えられた。そのため、クロム酸化膜の
厚さが４ｎｍと薄くなり、クロム酸化膜による水素侵入
防止作用が実質的に得られなかった。比較例５は、使用
した鉄鋼材料のＭｎ含有率が低いため、研磨加工時の研
削抵抗が小さくなって研磨面の熱発生が抑えられた。そ
のため、クロム酸化膜の厚さが２ｎｍと薄くなり、クロ
ム酸化膜による水素侵入防止作用が実質的に得られなか
った。

【００６０】比較例６は、使用した鉄鋼材料は本発明の
範囲にあるが、クロム酸化膜の厚さが５００ｎｍと厚す
ぎたため、クロム酸化膜の組織が粗くなって、クロム酸
化膜による水素侵入防止作用が実質的に得られなかっ
た。以上のことから、内輪および外輪について、使用し
た鉄鋼材料が本発明の範囲にあり、軌道面に厚さ５ｎｍ
以上３００ｎｍ以下のクロム酸化膜を有するものであれ
ば、クロム酸化膜による水素侵入防止作用が得られて、
トラクション係数が高い潤滑下での剥離寿命を長くでき
ることが分かる。また、トラクション係数が高く異物が
混入している潤滑下では、残留オーステナイト量を１５
体積％以上２５体積％以下とすることによって、初期圧
痕の広がりを抑えて剥離寿命を著しく長くできることが
分かる。［第２実施形態］先ず、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マ
ンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、およびモリブデン
（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）を下記の表３に示す各含有
率（重量％）で含有し、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の
含有率は０．０２重量％以下であって、酸素（Ｏ）の含
有率は０．００１０重量％以下であり、残部が鉄（Ｆ
ｅ）である組成の鉄鋼材料を用い、深溝玉軸受（ＪＩＳ
品番６２０６：外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍ
ｍ）の内輪および外輪を形成した。

【００６１】なお、比較例１５以外については、素材の
段階で、無酸化雰囲気で１１００〜１２５０℃に保持す
る溶体化処理を行うことにより、マトリックス中にＭ
ｏ，Ｖ炭化物の微細粒子を析出・分布させた後に、切削
することにより内輪および外輪を形成した。次に、この
内輪および外輪に対して、焼入れ、焼き戻しを施すこと
により、表面の硬度（ＨRC）および残留オーステナイト
量（γR ）を下記の表３に示す値にした。比較例１５に
ついては、溶体化処理を行わず、焼入れ、焼き戻しのみ
を施した。

【００６２】次に、アルミナ系砥石またはＣＢＮ砥石を
用い、高速回転で軌道面を研磨加工することにより、軌
道面の粗さを０．０１〜０．０４μｍＲａとした。この
研磨加工後に、軌道面に形成されているクロム酸化膜
（Ｃｒ₂Ｏ₃）を測定した。その値を下記の表３に併せ
て示す。また、マトリックス中に分布しているモリブデ
ン炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子を
透過型電子顕微鏡で観察し、その炭化物粒を画像解析処
理することによって、平均粒径と個数を確認した。この
平均粒径の値も下記の表３に併せて示す。

【００６３】

【表３】

【００６４】転動体としては、高炭素クロム軸受鋼２種
（ＳＵＪ２）により直径３／８インチの玉を形成し、焼
入れ、焼き戻しを施すことにより、表面の硬度（ＨRC）
を６３に、残留オーステナイト量（γR ）を１０体積％
に、軌道面の粗さを０．００３〜０．０１０μｍＲａに
したものを用いた。このようにして得られた内輪および
外輪（実施例１１〜１９および比較例１１〜１６）と、
上述の転動体とからなる転がり軸受を、第１実施形態で
説明した図１の試験機に取り付けて、トラクション係数
が高く水が混入された潤滑下での剥離寿命を調べる試験
を行った。

【００６５】潤滑油としては、２円筒試験機を用いて、
周速度４．１ｍ／ｓ、すべり率５％の条件で測定した最
大トラクション係数（μ）が、４０℃で０．０９、１０
０℃で０．０７であり、動粘度が４０℃で３０．８ｃＳ
ｔ、１００℃で５．３１ｃＳｔである市販のトラクショ
ン油を用いた。この潤滑油に水道水を５体積％混合した
ものを、油タンク６内に入れた。潤滑油の循環は、最初
からフィルター６３を配管６１に取り付けて行った。こ
れにより、囲い部材４内の転がり軸受１に、異物の混入
はないが水を含む潤滑油が供給されるようにした。

【００６６】試験条件は、試験荷重Ｆｒ５８０ｋｇｆ
（ＪＩＳ規格でのＰ／Ｃ＝０．３）、試験温度１００
℃、回転速度３９００ｒｐｍ、内輪回転とした。油タン
ク６内の潤滑油を供給しながら転がり軸受１を回転させ
て、回転試験中に軸受に生じる振動を測定し、回転中の
振動値が初期振動値の５倍となった時点で試験を中断し
て、フレーキングが生じているかどうかを調べた。各実
施例および比較例とも１０個の試験用軸受についてこの
試験を行った。

【００６７】試験を中断した場合にはその時点までの回
転時間を評価時間（剥離寿命）とした。計算寿命が１６
０時間であるため２００時間まで試験を行い、２００時
間回転しても振動値が初期振動値の５倍とならなかった
ものについては、２００時間回転後にフレーキングが生
じているかどうかを調べて、評価時間を２００時間とし
た。これらの結果を下記の表４に示す。

【００６８】

【表４】

【００６９】この表から分かるように、実施例１１〜１
９は、使用した鉄鋼材料が本発明の範囲にあり、厚さ５
ｎｍ以上３００ｎｍ以下のクロム酸化膜を有するととも
に、粒径５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のＭｎ炭化物およ
び／またはＶ炭化物の微細粒子がマトリックス中に分布
していることから、比較例１１〜１６と比較して著しく
剥離寿命が長くなった。

【００７０】特に、実施例１２〜１５，１７，１９は、
クロム酸化膜の厚さが２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好
ましい範囲）であり、Ｍｎ炭化物および／またはＶ炭化
物の粒径が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下（好ましい範
囲）であるため、試験時間が２００時間を経過しても、
１０個の試験体の全てに剥離が生じていなかった。すな
わち、クロム酸化膜とＭｎ炭化物および／またはＶ炭化
物の微細粒子による水素侵入防止作用の両方が十分に得
られたことにより、剥離寿命が著しく長くなったと考え
られる。

【００７１】これに対して、実施例１１，１６，１８の
評価時間（Ｌ１０寿命）は、比較例１１〜１６よりは長
寿命であったが、計算寿命よりは短くなった。実施例１
１では、剥離は内輪に集中して発生し、１０個中３個に
内部起点型の剥離が生じていた。剥離が生じた内輪断面
のミクロ組織を調査したところ、微小亀裂ととも白色組
織変化が確認された。この結果は、クロム酸化膜の厚さ
が比較的薄く（好ましい範囲から外れる）、炭化物の粒
径も比較的大きい（好ましい範囲から外れる）ことか
ら、実施例１２〜１５，１７，１９と比較して水素侵入
防止作用が小さくなったためと考えられる。

【００７２】実施例１６では、剥離は内輪に集中して発
生し、１０個中３個に内部起点型の剥離が生じていた。
剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したところ、
白色組織変化が負荷圏全域に確認された。この結果は、
クロム酸化膜の厚さが比較的厚く（好ましい範囲から外
れる）、緻密でなかったことから、実施例１２〜１５，
１７，１９と比較して水素侵入防止作用が小さくなった
ためと考えられる。

【００７３】実施例１８では、１０個中２個に焼付きが
生じた。この結果は、使用した鉄鋼材料のバナジウムの
含有率が０．３重量％と低く、モリブデンは含有されて
いないことから、バナジウム炭化物およびモリブデン炭
化物の合計析出量が少なく、潤滑油膜が破壊されやすい
水混入潤滑下で充分な耐摩耗性が得られなかったためと
考えられる。

【００７４】比較例１１は、使用した鉄鋼材料が本発明
の範囲から外れるＳＵＪ２鋼であって、クロム酸化膜も
１ｎｍと薄く、バナジウム炭化物およびモリブデン炭化
物の粒径が大きい。そのため、評価時間が計算寿命の１
／６と短くなり、１０個の試験体の全てに剥離が生じて
いた。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したと
ころ、微小亀裂とともに白色組織変化が確認された。

【００７５】比較例１２では、クロム酸化膜は５１ｎｍ
であったが、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が小さいた
め軌道面の硬さが不十分（ＨＲＣ５５）となり、剪断応
力の作用により軌道面に塑性変形が生じて、剥離寿命が
短くなった。比較例１３では、クロム酸化膜は２５ｎｍ
であったが、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が大きいた
め表面に巨大な炭化物が生じており、クロム酸化膜が部
分的に破損されていた。その結果、剥離寿命が短くなっ
た。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したとこ
ろ、微小亀裂ととも白色組織変化が確認された。

【００７６】比較例１４では、クロム酸化膜は１０５ｎ
ｍであったが、使用した鉄鋼材料のモリブデン含有率が
本発明の範囲から外れているとともに、炭化物の粒径も
５００ｎｍと大きかった。そのため、水混入により潤滑
油膜形成が困難となる環境下では、モリブデン炭化物に
よる水素吸着作用が小さくなり、剥離寿命が短くなっ
た。

【００７７】比較例１５では、モリブデンおよびバナジ
ウムのいずれをも含有しない鉄鋼材料を用いたため、こ
れらの炭化物の析出が生じていない。また、クロム酸化
膜の厚さも薄かった。そのため、クロム酸化膜による水
素侵入防止作用が不十分であり、モリブデン炭化物また
はバナジウム炭化物による水素吸着作用も得られなかっ
た。その結果、剥離寿命が短くなった。

【００７８】比較例１６では、バナジウム炭化物の析出
による水素吸着作用は得られたが、クロム酸化膜の厚さ
が薄いためクロム酸化膜による水素侵入防止作用が不十
分であった。その結果、剥離寿命が短くなった。以上の
ことから、内輪および外輪について、使用した鉄鋼材料
が本発明の範囲にあり、粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ
以下であるモリブデン炭化物および／またはバナジウム
炭化物の微細粒子がマトリックス中に分布しているとと
もに、軌道面に厚さ５ｎｍ以上３００ｎｍ以下のクロム
酸化膜を有するものであれば、クロム酸化膜による水素
侵入防止作用と炭化物の微細粒子による水素吸着作用が
十分に得られて、トラクション係数が高く水が混入して
いる潤滑下での剥離寿命を長くできることが分かる。［第３実施形態］先ず、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マ
ンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、およびモリブデン
（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）を下記の表５に示す各含有
率（重量％）で含有し、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の
含有率は０．０２重量％以下であって、酸素（Ｏ）の含
有率は０．００１０重量％以下であり、残部が鉄（Ｆ
ｅ）である組成の鉄鋼材料を用い、深溝玉軸受（ＪＩＳ
品番６２０６：外径６２ｍｍ、内径３０ｍｍ、幅１６ｍ
ｍ）の内輪および外輪を形成した。なお、比較例２１以
外については、素材の段階で、無酸化雰囲気で１１００
〜１２５０℃に保持する溶体化処理を行うことにより、
マトリックス中にＭｏ，Ｖ炭化物の微細粒子を析出・分
布させた後に、切削することにより内輪および外輪を形
成した。

【００７９】次に、比較例２１以外については、温度８
８０〜９６０℃、吸熱型ガス＋エンリッチガス＋アンモ
ニアガスの雰囲気で５〜１０時間熱処理する浸炭窒化処
理を行った後、放冷した。次に、吸熱型ガスの雰囲気で
温度８４０〜１０５０℃に０．５〜１時間加熱した後
に、油焼入れを行った。次に、大気中で温度１６０〜２
００℃に２時間保持した後に冷却する焼き戻しを行っ
た。比較例２１では、溶体化処理および浸炭窒化処理を
行わず、８４０℃での焼入れおよび１８０℃での焼き戻
しのみを行った。

【００８０】これらの熱処理によって、表面の硬度（Ｈ
RC）、表面炭素濃度（表面Ｃ）、および残留オーステナ
イト量（γR ）は表５に示す値となった。次に、アルミ
ナ系砥石またはＣＢＮ砥石を用い、高速回転で軌道面を
研磨加工することにより、軌道面の粗さを０．０１〜
０．０４μｍＲａとした。この研磨加工後に、軌道面に
形成されているクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を測定し
た。その値を下記の表５に併せて示す。

【００８１】また、マトリックス中に分布しているモリ
ブデン炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒
子を透過型電子顕微鏡で観察し、その炭化物粒を画像解
析処理することによって、平均粒径と個数を確認した。
この平均粒径の値も下記の表５に併せて示す。

【００８２】

【表５】

【００８３】転動体としては、高炭素クロム軸受鋼２種
（ＳＵＪ２）により直径３／８インチの玉を形成し、焼
入れ、焼き戻しを施すことにより、表面の硬度（ＨRC）
を６２に、残留オーステナイト量（γR ）を１０体積％
に、軌道面の粗さを０．００３〜０．０１０μｍＲａに
したものを用いた。このようにして得られた内輪および
外輪（実施例２１〜２９および比較例２１〜２６）と、
上述の転動体とからなる転がり軸受を、第１実施形態で
説明した図１の試験機に取り付けて、トラクション係数
が高く異物および水が混入された潤滑下での剥離寿命を
調べる試験を行った。

【００８４】潤滑油としては、２円筒試験機を用いて、
周速度４．１ｍ／ｓ、すべり率５％の条件で測定した最
大トラクション係数（μ）が、４０℃で０．０９、１０
０℃で０．０７であり、動粘度が４０℃で３０．８ｃＳ
ｔ、１００℃で５．３１ｃＳｔである市販のトラクショ
ン油を用いた。試験条件は、試験荷重Ｆｒ５８０ｋｇｆ
（ＪＩＳ規格でのＰ／Ｃ＝０．３）、試験温度８０℃、
回転速度３９００ｒｐｍ、内輪回転とした。

【００８５】先ず、油タンク６の潤滑油１リットルに、
硬さがＨv ５００であって大きさが７４〜１４７μｍで
あるステンレス粉を０．００５ｇ入れて攪拌し、フィル
ター６３を通さずに、囲い部材４内の転がり軸受１に油
タンク６内の潤滑油を供給しながら３分間回転させた。
すなわち、トラクション係数が高く異物が混入された潤
滑下で転がり軸受１を回転させることにより、軌道面お
よび／または転動面に初期圧痕を設けた。

【００８６】次に、この試験機から転がり軸受１を取り
外して洗浄し、内輪および転動体は圧痕の付いていない
新しいものに交換し、外輪はそのまま初期圧痕の付いた
ものを使用して試験機に取付けた。この状態で、フィル
ター６３を配管６１に取り付けて、油タンク６内の潤滑
油に水道水を１時間に５ｃｃの速度で滴下しながら、転
がり軸受１を回転させた。これにより、囲い部材４内の
転がり軸受１に、異物の混入はないが水を含む潤滑油が
供給される。

【００８７】回転試験中に軸受に生じる振動を測定し、
回転中の振動値が初期振動値の５倍となった時点で試験
を中断して、フレーキングが生じているかどうかを調べ
た。各実施例および比較例とも１０個の試験用軸受につ
いてこの試験を行った。試験を中断した場合にはその時
点までの回転時間を評価時間（剥離寿命）とした。計算
寿命が１６０時間であるため２００時間まで試験を行
い、２００時間回転しても振動値が初期振動値の５倍と
ならなかったものについては、２００時間回転後にフレ
ーキングが生じているかどうかを調べて、評価時間を２
００時間とした。これらの結果を下記の表６に示す。

【００８８】

【表６】

【００８９】この表から分かるように、実施例２１〜２
９は、使用した鉄鋼材料が本発明の範囲にあり、厚さ５
ｎｍ以上３００ｎｍ以下のクロム酸化膜を有するととも
に、粒径５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のＭｎ炭化物およ
び／またはＶ炭化物の微細粒子がマトリックス中に分布
していることから、比較例２１〜２６と比較して著しく
剥離寿命が長くなった。

【００９０】特に、実施例２２，２４，２５，２７，２
９は、試験時間が２００時間を経過しても、１０個の試
験体の全てに剥離が生じていなかった。これは、クロム
酸化膜の厚さが８ｎｍ〜２５５ｎｍであるため緻密で破
壊され難いことに加えて、Ｍｎ炭化物および／またはＶ
炭化物の粒径が６０ｎｍ〜４３５ｎｍであることに起因
する。すなわち、クロム酸化膜が破壊されたとしても、
Ｍｎ炭化物および／またはＶ炭化物の微細粒子による水
素侵入防止作用が十分に得られるため、トラクション係
数が高く水が混入している潤滑下での剥離寿命が著しく
長くなった。

【００９１】これに対して、実施例２１，２３，２６，
２８の評価時間（Ｌ１０寿命）は、計算寿命以上ではあ
ったが２００時間未満であった。実施例２１では、異物
混入潤滑下での回転時に外輪の軌道面に生じた圧痕を起
点とした剥離は発生していなかった。剥離は内輪に集中
して発生しており、１０個中３個に内部起点型の剥離が
生じていた。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査
したところ、微小亀裂ととも白色組織変化が確認され
た。この結果は、クロム酸化膜の厚さが５ｎｍと比較的
薄いことから、実施例２２，２４，２５，２７，２９と
比較して水素侵入防止作用が小さくなったためと考えら
れる。

【００９２】実施例２３では、剥離は内輪に集中して発
生し、１０個中２個に内部起点型の剥離が生じていた。
剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したところ、
白色組織変化が負荷圏全域に確認された。この結果は、
クロム酸化膜の厚さが３００ｎｍと比較的厚く、緻密で
なかったことから、クロム酸化膜が部分的に破壊され
て、実施例２２，２４，２５，２７，２９と比較して水
素侵入防止作用が小さくなったためと考えられる。

【００９３】実施例２６では、剥離は内輪に集中して発
生し、１０個中２個に内部起点型の剥離が生じていた。
剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したところ、
微小亀裂とともに白色組織変化が確認された。この結果
は、クロム酸化膜が９０ｎｍと比較的薄く、バナジウム
炭化物およびモリブデン炭化物の粒径も５０ｎｍと比較
的小さかったことから、実施例２２，２４，２５，２
７，２９と比較して、水素侵入防止作用が小さくなった
ためと考えられる。

【００９４】実施例２８では、剥離は内輪に集中して発
生し、１０個中３個に内部起点型の剥離が生じていた。
剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したところ、
微小亀裂とともに白色組織変化が確認された。この結果
は、クロム酸化膜が８ｎｍと比較的薄く、バナジウム炭
化物およびモリブデン炭化物の粒径が５００ｎｍと比較
的大きかったことから、実施例２２，２４，２５，２
７，２９と比較して、水素侵入防止作用が小さくなった
ためと考えられる。

【００９５】比較例２１は、使用した鉄鋼材料が本発明
の範囲から外れるＳＵＪ２鋼であって、クロム酸化膜も
１ｎｍと薄く、バナジウム炭化物およびモリブデン炭化
物の粒径が大きい。そのため、評価時間が計算寿命の１
／１２と短くなり、１０個の試験体の全てに剥離が生じ
ていた。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査した
ところ、微小亀裂とともに白色組織変化が確認された。
この内部起点型剥離とともに、圧痕起点による表面起点
剥離も生じていた。

【００９６】比較例２２では、クロム酸化膜は５１ｎｍ
であったが、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が小さく、
表面Ｃ濃度も０．６０％と低いため、軌道面の硬さが不
十分（ＨＲＣ５５）となり、剪断応力の作用により軌道
面に塑性変形が生じた。その結果、１０個の試験体の全
ての内輪に内部起点型の剥離が生じて、剥離寿命が短く
なった。

【００９７】比較例２３では、クロム酸化膜は２５ｎｍ
であったが、使用した鉄鋼材料の炭素含有率が大きく表
面Ｃ濃度も１．５５と高いため、表面に１０μｍを超え
る巨大な炭化物が生じており、クロム酸化膜が部分的に
破壊されていた。その結果、１０個の試験体の全ての内
輪に内部起点型の剥離が生じて、剥離寿命が短くなっ
た。剥離が生じた内輪断面のミクロ組織を調査したとこ
ろ、微小亀裂ととも白色組織変化が確認された。

【００９８】比較例２４では、クロム酸化膜が２ｎｍと
薄く膜が緻密でなかったため、クロム酸化膜による水素
侵入防止作用が小さかった。これに加えて、バナジウム
炭化物およびモリブデン炭化物の粒径が５００ｎｍと比
較的大きかったことから、クロム酸化膜の破壊が生じた
後のバナジウム炭化物およびモリブデン炭化物による水
素吸着作用も小さくなった。その結果、１０個の試験体
の全ての内輪に内部起点型の剥離が生じて、剥離寿命が
短くなった。

【００９９】比較例２５では、使用した鉄鋼材料のクロ
ム含有率が１８．０％と高かったため、１０μｍを超え
る巨大クロム炭化物が生じた。その結果、クロム酸化膜
は、厚さは１００ｎｍと十分であったが、均一性が悪い
ため直ぐに破壊が生じた。比較例２６では、モリブデン
およびバナジウムの炭化物微粒子がマトリックス中に分
布されていない。また、クロム酸化膜の厚さは１００ｎ
ｍで十分であったが、残留オーステナイト量が１０％と
小さい。これらのことに起因して、１０個の試験体の全
ての内輪に圧痕起点による表面起点剥離が生じて、剥離
寿命が短くなった。

【０１００】以上のことから、内輪および外輪につい
て、使用した鉄鋼材料が本発明の請求項５の範囲にあ
り、粒径が５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるモリブデ
ン炭化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子が
マトリックス中に分布しており、軌道面に厚さ５ｎｍ以
上３００ｎｍ以下のクロム酸化膜を有し、残留オーステ
ナイト量が２５体積％以上５０体積％以下で、表面炭素
濃度が０．７重量％以上１．２重量％以下あれば、クロ
ム酸化膜による水素侵入防止作用とクロム酸化膜の破壊
後の炭化物微細粒子による水素吸着作用が十分に得られ
て、トラクション係数が高く異物および水が混入してい
る潤滑下での剥離寿命を長くできることが分かる。特
に、使用した鉄鋼材料中のＣｒの含有率が１０重量％以
上１４重量％以下であると、トラクション係数が高く異
物および水が混入している潤滑下での剥離寿命の大幅な
向上が期待できる。

【０１０１】なお、この第３実施形態で行った浸炭窒化
処理に代えて浸炭処理を行った場合でも、上記と同様の
効果が得られることを確認した。この浸炭処理は、温度
８８０〜９６０℃、吸熱型ガス＋エンリッチガスの雰囲
気で１０〜１５時間熱処理することにより行い、その後
の焼入れ、焼き戻し条件は上記浸炭窒化処理後の焼入
れ、焼き戻しと同じにした。

【０１０２】また、使用する鉄鋼材料中のクロム含有率
が高い場合には、クロム炭化物が表面に形成されるた
め、浸炭または浸炭窒化処理時に、表面に対する炭素の
侵入・拡散が抑制されて十分な浸炭が行われ難くなる傾
向がある。このような場合には、真空浸炭、プラズマ浸
炭、アセチレン浸炭等を行うことによって、より良好な
浸炭特性を得ることができる。

【０１０３】また、上記各実施形態では深溝玉軸受を用
いて試験を行っているが、滑りが大きく潤滑条件が劣化
しやすい円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、アンギュラ軸受
の場合でも同様の効果が期待できる。

【０１０４】

【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、トラクション係数が高い潤滑下で使用され
る場合でも、剥離寿命を長くすることができる。特に、
請求項２の転がり軸受によれば、トラクション係数が高
く異物が混入している潤滑下で使用される場合でも、剥
離寿命を長くすることができる。

【０１０５】特に、請求項３の転がり軸受によれば、ト
ラクション係数が高く水が混入している潤滑下で使用さ
れる場合でも、剥離寿命を長くすることができる。特
に、請求項４の転がり軸受によれば、トラクション係数
が高く異物が混入している潤滑下で使用される場合で
も、剥離寿命を長くすることができる。特に、請求項５
の転がり軸受によれば、トラクション係数が高く、異物
および水が混入している潤滑下で使用される場合でも、
剥離寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態で剥離寿命試験に使用した試験機を示
す概略構成図である。

【図２】実施形態での試験結果から得られた、クロム酸
化物の厚さと評価時間（Ｌ１０寿命）との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１転がり軸受２ハウジング３軸４囲い部材５給油ノズル６油タンク７負荷レバー３１軸の基端部６１配管６２廃油管６３フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者沖田滋神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者村上保夫神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J101 AA01 BA10 BA70 DA03 DA11 EA03 FA31 GA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受を構成する内輪、外輪、およ
び転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．５５重量％以上１．１０重量
％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０重量％
以上９．０重量％以下である鉄鋼材料で形成された後
に、焼入れ、焼き戻し、研磨仕上げが施されることによ
り得られ、軌道輪の軌道面および／または転動体の転動面に５ｎｍ
以上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ
₂Ｏ₃）を有するものであることを特徴とする転がり軸
受。
【請求項２】軌道輪の軌道面および／または転動体の
転動面の残留オーステナイト量は１５体積％以上２５体
積％以下であることを特徴とする請求項１記載の転がり
軸受。
【請求項３】転がり軸受を構成する内輪、外輪、およ
び転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．５５重量％以上１．１０重量
％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が２．０重量％
以上９．０重量％以下であり、モリブデン（Ｍｏ）を
１．１重量％以上４．０重量％以下の含有率でおよび／
またはバナジウム（Ｖ）を０．３重量％以上２．０重量
％以下の含有率で含む鉄鋼材料で形成された後に焼入
れ、焼き戻し、研磨仕上げが施されることにより得ら
れ、粒径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるモリブデン炭
化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子がマト
リックス中に分布しているとともに、軌道輪の軌道面お
よび／または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以
下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有するもので
あることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】転がり軸受を構成する内輪、外輪、およ
び転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．１０重量％以上０．５５重量
％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が５．０重量％
以上１４．０重量％以下である鉄鋼材料で形成された後
に、浸炭または浸炭窒化、焼入れ、焼き戻し、研磨仕上
げが施されることにより得られ、浸炭または浸炭窒化後の表面炭素濃度が０．７重量％以
上１．２重量％以下であり、軌道輪の軌道面および／ま
たは転動体の転動面の残留オーステナイト量は２５体積
％以上５０体積％以下であり、軌道輪の軌道面および／
または転動体の転動面に５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚
さのクロム酸化膜（Ｃｒ₂Ｏ₃）を有することを特徴と
する転がり軸受。
【請求項５】転がり軸受を構成する内輪、外輪、およ
び転動体のうちの少なくともいずれかは、炭素（Ｃ）の含有率が０．１０重量％以上０．５５重量
％以下であり、クロム（Ｃｒ）の含有率が５．０重量％
以上１４．０重量％以下であり、モリブデン（Ｍｏ）を
０．５重量％以上４．０重量％以下の含有率でおよび／
またはバナジウム（Ｖ）を０．３重量％以上２．０重量
％以下の含有率で含む鉄鋼材料で形成された後に、浸炭
または浸炭窒化、焼入れ、焼き戻し、研磨仕上げが施さ
れることにより得られ、粒径が５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるモリブデン炭
化物および／またはバナジウム炭化物の微細粒子がマト
リックス中に分布しており、浸炭または浸炭窒化後の表
面炭素濃度が０．７重量％以上１．２重量％以下であ
り、軌道輪の軌道面および／または転動体の転動面の残
留オーステナイト量は２５体積％以上５０体積％以下で
あり、軌道輪の軌道面および／または転動体の転動面に
５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さのクロム酸化膜（Ｃｒ
₂Ｏ₃）を有することを特徴とする転がり軸受。