JP2005069274A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温時での寸法安定性を優れたものにできると共に、焼付きを防止でき、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止でき、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】固定輪２と回転輪３との間に複数の転動体４が配設された転がり軸受１において、転動体４の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、固定輪２の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び回転輪３の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足する。
【選択図】 図１
【解決手段】固定輪２と回転輪３との間に複数の転動体４が配設された転がり軸受１において、転動体４の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、固定輪２の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び回転輪３の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリース潤滑される転がり軸受に関し、特に、エンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサ、水ポンプ等）及びガスヒートポンプ等の回転支持部に好適に用いられる転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサ、水ポンプ等）及びガスヒートポンプに用いられる転がり軸受は繰り返し接触応力を受けるため、これらの転がり軸受を構成する部材には、硬い、負荷に耐える、転がり疲労寿命が長い、すべりに対する摩耗特性が良好である等の性能が要求される。
【０００３】
そこで、一般的には、オルタネータを始めとしたエンジン補機及びガスビートポンプに使用される転がり軸受においては、内外輪、転動体の材料として、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２が用いられている。
そして、これらの材料は、転がり疲労寿命等の必要とされる物性を得るために、焼入れ焼戻し処理が施されて、所定の硬さを有したものが使用されている。固定輪及び回転輪については、通常、８２０〜８６０°Ｃで焼入れ、１６０〜１８０°Ｃで焼戻し処理を施し、硬さはビッカース硬度で６５０〜７５０、残留オーステナイトは８〜１２％である。一方、転動体については、通常、固定輪及び回転輪と同様に８２０〜８６０°Ｃで焼入れが行われるが、加工時の応力緩和のため１８０〜２２０°Ｃで焼戻し処理を施し、硬さはビッカース硬度で８００〜９００、残留オーステナイトは５〜８％としたものが使用されている。
【０００４】
オルタネータを始めとした電装補機用軸受に関しての熱処理を改善した技術については、少なくとも荷重入力側、つまりプーリ側の軸受外輪の残留オーステナイト量を０．０５％以上６％以下とすることにより、軌道面下での残留オーステナイトの分解による塑性変形を防止し、振動を低減することにより組織変化を伴った早期はくりを防止する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、エンジン補機用軸受については、エンジン補機の小型化による高振動、高負荷及び密封化による軸受の使用雰囲気温度の上昇により、上述した通常の熱処理を施したものでは、内輪、外輪及び転動体の残留オーステナイトの経時変化に伴うすき間の減少により早期で焼付きが生じる。
高振動、高負荷及び密封条件下で使用されるエンジン補機用軸受の寿命向上技術としては、例えば、転動体がセラミックスで内輪、外輪が鋼材で、少なくとも外輪が２００〜３８０°Ｃの高温で焼戻し施され、硬さがＨＲＣ５６． ０〜６０． ５で、雰囲気による熱影響を低減したものや（例えば特許文献２参照）、軸受軌道輪をＳＵＪ２と比較して、けい素あるいはアルミニウムを１〜２％として、２３０〜３００°Ｃの高温で焼戻しを行い、残留オーステナイトを８％以下として、寸法安定性に優れ且つ高硬度な転がり軸受に関する技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−７２５６５号公報
【特許文献２】
特許第２９９２７３１号公報
【特許文献３】
特許第２０１３７７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では、少なくとも荷重入力側、つまりプーリ側の軸受外輪の残留オーステナイト量を０．０５％以上６％以下とすることにより、軌道面下での残留オーステナイトの分解による塑性変形を防止し、振動を低減することにより組織変化を伴った早期はくりを防止するとあるが、高温時の使用時においては、外輪のみに寸法安定化処理を施すと内輪及び転動体の経時変化による膨張によりすき間詰まりが生じ、かえって焼付きが生じ短寿命となる場合がある。
【０００８】
上記特許文献２では、転動体を窒化けい素を主体とするセラミックスで形成した場合においては、雰囲気の上昇においても転動体の寸法の経時変化を抑制し、焼付きを防止することは可能であるが、セラミックスは鋼材と比較して弾性変形を起こしにくいために、転動体と内・外輪の接触面圧の増大を引起こし、はくり寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
上記特許文献３では、軸受の軌道輪を本鋼種で作製し、高温で焼戻しを行えば、寸法安定性に優れたものとすることができるが、転動体に関しては何の記載もなく、仮にＳＵＪ２で転動体のみを作製した場合、転動体が軸受の使用中に寸法膨張を引起こし、かえって短時間で焼付きに至る虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記転動体の表面硬度がビッカース硬度でＨｖ７７０以上とされ、且つ該転動体の表面硬度（ＨｖＣ ）、前記固定輪の軌道面硬度（ＨｖＡ ）及び前記回転輪の軌道面硬度（ＨｖＢ ）が、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされたことを特徴とする。
【００１２】
本発明者等は、エンジン補機用軸受、特にオルタネータ用の軸受に関して、詳細に調査したところ次のような結論を得た。
実験方法に関しては、オルタネータ実機にＪＩＳ呼び番６３０３の軸受を組み込んで試験を行った。早期不具合品については、はくり品、焼付き品であった。また、焼付き品の内輪、外輪、転動体、保持器、シール、グリースに関して詳細に調査を行ったところ、転動体に関しては全てに寸法変化、残留オーステナイトの減少、及び硬度の低下が観察された。
【００１３】
また、内輪、外輪の寸法変化、残留オーステナイトの減少、及び硬度の低下は転動体と比較して著しく低かったことから、振動環境下で使用されるオルタネータを始めとした電装補機用軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内輪、外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体は固定輪及び回転輪と比較して、急激に残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化が起り、すき間づまりを起こして焼付きに至ったという結論を得た。
【００１４】
そこで、外径がＪＩＳ呼び番６３０３と同じ径のφ４７ｍｍのＳＵＪ２リングを作製して、８４０°Ｃで焼入れ、１８０°Ｃで焼戻し行い、８０〜１８０°Ｃの温度で種々の時間保持を行い、寸法変化量、残留オーステナイト分解量、硬度低下を測定し、上記試験後の試料と比較したところ、寸法変化量、残留オーステナイト分解量、硬度低下から、転動体は内輪及び外輪と比較して１０°Ｃ高いことがわかり、転動体の残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化率は内輪、外輪と比較しておよそ２．５倍も速いことがわかった。
【００１５】
また、転動体に寸法変形によるすき間づまりによって油膜の切断が生じる、はくりに至ることも考えられるため、転動体、固定輪及び回転輪の残留オーステナイト量を規定し、且つ硬さも規定することは有効な手段であると考える。
次に、本発明に用いられる含有元素の作用及び含有量の臨界的意義等について説明する。
［２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）］
振動環境下で使用される転がり軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内輪、外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体において急激に残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化が起るため、すき間づまりを起こし焼付きに至る。そこで、内輪及び外輪の初期平均残留オーステナイト量と比較して、転動体の初期残留オーステナイト量を１／２．５以下にした。なお、係数の２．５は１００〜１８０°Ｃの温度域において、１０°Ｃの温度差がある場合の残留オーステナイトの分解速度比から算出した。
［ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０］
転がり軸受に要求される硬さは、特に転動体に関して高く、そのため転動体の表面硬さＨｖＣ は７７０Ｈｖ以上とした。また、固定輪及び固定輪に対しても軸受として要求される硬さは高くなければならない。そこで、固定輪及び回転輪の平均表面硬さ１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）は７００Ｈｖとした。
【００１６】
（Ｃ：０．５０〜１．２０重量％）
炭素Ｃ％は、転がり軸受として要求される硬さを得るためには、０．５重量％が必要である。一方、１．２０重量％を越えて含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物を形成し、転がり寿命の低下を引き起こすため短寿命となる。清浄度を向上させ、共晶炭化物を防止するために、炭素含有量は０．５０重量％以上１．２０重量％以下であることが好ましい。
（Ｓｉ：０．１０〜１．５０重量％）
Ｓｉは製鋼時に説酸剤として作用し、焼入れ性を向上させるとともに、素地のマルテンサイトを強化する元素であり、軸受寿命を長くするために有効な元素である。Ｓｉの含有率が０． １０重量％未満ではこれらの効果が十分には得られず、所定の高温硬さが維持できない。また、Ｓｉの含有率が１．５０重量％を超えると、被切削性、鍛造性、および冷間加工性が著しく低下する。
【００１７】
（Ｍｎ：０．１〜２．０重量％）
Ｍｎは鋼中のフェライトを強化して、焼入れ性を向上させる元素である。Ｍｎの含有率が０．１０重量％未満であると、その効果が不十分となる。Ｍｎの含有率が２．０重量％を超えると、焼入れ後の残留オーステナイト量が多くなって硬さが低下するとともに、冷間加工性も低下する。
（Ｃｒ：０．５〜２．５重量％）
Ｃｒは、焼入れ性、耐摩耗性の向上等の効果を発現する元素である。Ｃｒの含有率が０．５重量％未満であると、上記の効果、耐摩耗性の向上等の効果が少ない。また、Ｃｒの含有率が２．５重量％を超えると、軸受としての要求される硬さを得るためには焼入れ温度の上昇が必要であり、また、巨大炭化物の発生による一般寿命の低下や、被切削性の劣化等の問題が生じる。
【００１８】
（Ｍｏ：２．０重量％以下）
Ｍｏは、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を著しく増加させる効果があり、また、転がり疲労寿命向上に寄与する元素である。しかしながら、過剰に添加すると、じん性ならびに加工性を低下させるので、２．０重量％以下とする。
（Ｖ：１．０重量％以下）
Ｖは微細な炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に効果のある元素である。また、炭化物を形成して上記の効果を発現する元素でもある。しかしながら、Ｖの含有率が１．０重量％を超えると、これらの効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生や材料のコストが高くなる等の問題が生じる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、請求項４に係る発明は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされ、且つＣ重量％、Ｃｒ重量％、Ｍｏ重量％及びＶ重量％が、Ｃ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αの関係を満足することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記合金材料に熱処理を施し、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）、前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）及び前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）と、クロム（Ｃｒ）及び珪素（Ｓｉ）の含有量とが、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ重量％＋０．７Ｓｉ重量％の関係を満足することを特徴とする。
【００２１】
本発明者等は、エンジン補機用軸受、特にオルタネータ用の軸受の不具合品を市場より回収したものについて詳細に調査を行ったところ、次のような結論を得た。
市場回収品の早期不具合品については、はくりを起こしたものはほとんどなく、焼付き品であった。また、焼付き品の内輪、外輪、転動体、保持器、シール、グリースについて詳細に調査を行ったところ、内輪、外輪に関しては寸法変化と硬度の低下が観察されなかったものが一部存在した。しかし、転動体に関しては全てに寸法変形と硬度の低下が観察された。また、保持器、シールには変形が観察され、グリースの劣化も確認された。
【００２２】
本発明者等は更に調査を行ったところ、このオルタネータを始めとしたエンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサー、水ポンプ等）に用いられる軸受は、転動体に関しては全てにおいて寸法変形と硬度の低下が観察されたのに対して、内輪、外輪に関して寸法の変化と硬度の低下が観察されなかったものが存在した。
【００２３】
そこで、この焼付きの原因は、最初に転動体が膨張することにより、軸受のすき間が減少し、それにより焼付きに至ったものと考えた。事実、市場回収品の軸受をきれいに洗浄してすき間を測定したところ、初期すき間が４〜１１μｍに対して、すき間の減少あるいはすき間がないものが大部分であった。
また、ＳＵＪ２を用いて、熱処理、加工応力等を種々変化させ、内輪、外輪、転動体における残留オーステナイト（５％）、硬度（ＨＲＣ６４）等がすべて同一条件のＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）軸受を作製し、回転速度を１２０００ｍｉｎ−１、荷重条件をＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験温度を１４０°Ｃ一定にして、実機のオルタネータに組み込みモータで駆動させて試験を行った。なお、試験打切り時間は１５００時間とした。
【００２４】
上記試験条件においては、はくりは生じなかったが焼付きが生じた。市場での不具合品と同様に転動体の残留オーステナイトの減少（５％）と硬度の低下（ＨＲＣ２〜４）が観察されたのに対して、内輪、外輪の残留オーステナイト量の減少と硬度の低下が見られなかったことから、電装補機用軸受に見られる高振動、高負荷環境下においては、転動体の方が内輪、外輪もかなり温度が高いことがわかった。
【００２５】
そこで、上記軸受の早期不具合、特に焼付きに関しての対策手段としては少なくとも転動体はＣｒを増加させた鋼を用い、経時変化を防止することが唯一の手段であるということにたどり着いた。高Ｃｒ鋼としては、Ｍ５０等が考えられるが、Ｍ５０はＣ濃度が高く素材の段階でＣｒ、Ｍｏ、Ｖの共晶炭化物が存在するため前処理の加工性が悪く、また、共晶炭化物の存在は炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、かえって寿命が低下するといった問題がある。
【００２６】
次に、本発明に用いられる含有元素の作用及び含有量の臨界的意義等について説明する。
［Ｃ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝α］
Ｃ及びＣｒの濃度が高い場合、製鋼時に共晶炭化物が生成することが知られている。この共晶炭化物が存在すると前処理の加工性が悪くなる。また、共晶炭化物の存在は炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、かえって寿命が低下するといった問題がある。そこで、Ｃ重量％、Ｃｒ重量％、Ｍｏ重量％、Ｖ重量％の関係がＣ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αを満たすことを条件とした。
（Ｃ：０．５０〜１．２０重量％）
炭素Ｃは、転がり軸受として要求される硬さを得るためには、０．５重量％が必要である。一方、１．２０重量％を越えて含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物を形成し、転がり寿命の低下を引き起こすため短寿命となる。清浄度を向上させ、共晶炭化物を防止するために、炭素含有量は０．５０重量％以上１．２０重量％以下であることが好ましい、
【００２７】
（Ｓｉ：０．１０〜１．５０重量％）
Ｓｉは製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入れ性を向上させるとともに、素地のマルテンサイトを強化する元素であり、軸受寿命を長くするために有効な元素である。Ｓｉの含有率が０．１０重量％未満ではこれらの効果が十分には得られず、所定の高温硬さが維持できない。また、Ｓｉの含有率が１．５０重量％を超えると、被切削性、鍛造性、および冷間加工性が著しく低下する。
（Ｍｎ：０．１〜２．０重量％）
Ｍｎは鋼中のフェライトを強化して、焼入れ性を向上させる元素である。Ｍｎの含有率が０．１０重量％未満であると、その効果が不十分となる。Ｍｎの含有率が２．０重量％を超えると、焼入れ後の残留オーステナイト量が多くなって硬さが低下するとともに、冷間加工性も低下する。
（Ｃｒ：２．５〜１７．０重量％）
Ｃｒは焼入れ性、耐摩耗性の向上等の効果を発現するとともに、残留オーステナイトの分解を遅延し、焼戻し軟化抵抗性の向上を図り高温使用時での硬さの低下を防止する元素である。Ｃｒの含有率が２．５重量％未満であると、上記の効果、特に、残留オーステナイトの分解を遅延する効果が少ない。また、Ｃｒの含有率が１７．０重量％を超えると、高温での硬さの低下を防止する効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生による一般寿命の低下や、被切削性の劣化等の問題が生じる。
【００２８】
（Ｍｏ：２．０重量％以下）
Ｍｏは、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を著しく増加させる効果があり、また、転がり疲労寿命向上に寄与する元素である。しかしながら、過剰に添加すると、じん性ならびに加工性を低下させるので、２．０重量％以下とする。
（Ｖ：１．０重量％以下）
Ｖは微細な炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に効果のある元素である。また、炭化物を形成して上記の効果を発現する元素でもある。しかしながら、Ｖの含有率が１．０重量％を超えると、これらの効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生や材料のコストが高くなる等の問題が生じる。
［２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％］振動環境下で使用される転がり軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体において急激に残留オーステナイトの分解に伴う寸法変化が起るため、すきま詰まりを起こし、焼付きに至る。そこで、内外輪の初期平均残留オーステナイト量と転動体の初期残留オーステナイト量の比が、１／２．５（０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％）以下となるようにした。
【００２９】
なお、γＲＣ の係数の２．５は転動体の方が内外輪の温度より高いため、１００〜１８０°Ｃの温度域において、転動体の残留オーステナイト分解速度と内外輪の残留オーステナイト量分解速度から算出した。クロム（Ｃｒ）、珪素（Ｓｉ）は残留オーステナイトの分解を抑制させる元素であることが知られている。
そこで、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝と、Ｃｒ及びＳｉの含有量との関係が上式を満たすことにより、転動体の寸法変化を抑制することができるので、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％とした。
【００３０】
このように、固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）、回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）、転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）と、クロム（Ｃｒ）と珪素（Ｓｉ）の含有量を最適値に規定することにより、更なるすきま詰まりを防止し、耐焼付き性に優れた転がり軸受を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の態様（請求項１〜３に対応）の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための説明的断面図である。
図１においては符号１は、内輪回転用の深みぞ玉軸受を示したものである。この軸受１は、外輪（固定輪）２がハウジング８に固定され、内輪（回転輪）３はシャフト７に外嵌されている。外輪２と内輪３との間には保持器５により保持された多数の転動体４が配設され、また、保持器５の軸方向の両側位置の外輪２と内輪３との間にはシール部材６が装着されている。シール部材６によって囲まれる空間にはＥグリースが封入されている。そして、シャフト７の回転に伴い内輪３も回転し、該回転による振動、荷重はシャフト７から内輪３及び転動体４を介して外輪２の負荷圏に作用する。
【００３２】
ここで、この実施の形態では、回転輪、固定輪及び転動体として、表１に示すＡ〜Ｄの供試材に対して７８０〜９２０°Ｃにて約４０分の保持を施し、その後、８０°Ｃの油中に３０分間浸漬して焼入れし、次いで、一部の試料にはサブゼロ処理を施した後、１８０°Ｃにて２時間の焼戻し処理を施したものを用いる。なお、表２において、比較例及び実施例で残留オーステナイト量（γＲ）及び硬さ（Ｈｖ）を変化させるのは、上述したサブゼロ処理の有無、加工条件、焼戻し温度を適宜変化させて所定の残留オーステナイト量（γＲ）及び硬さ（Ｈｖ）を付与することによりなされる。
【００３３】
次に、本発明例である実施例の軸受と比較例の軸受との剥離試験結果について述べる。
試験機としては、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切り換えるベンチ急加減速試験機を用いた。また、実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３を用い、荷重条件はＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０とし、封入グリースにはＥグリースを用い、試験温度は１６５°Ｃとした。
【００３４】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、したがって、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験打切り条件としては、振動値が初期振動の５倍あるいは、軸受の外輪温度が１７０°Ｃとなった時に試験終了とした。試験回数は各条件ごとｎ＝１０行った。なお、実施例及び比較例の転動体、固定輪、回転輪はいずれも同一鋼種とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表２に、試験結果を示す、
【００３７】
【表２】
【００３８】
実施例１〜６においては、転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足し、更に、転動体の表面硬度がビッカース硬度でＨｖ７７０以上とされ、且つ該転動体の表面硬度（ＨｖＣ ）、固定輪の軌道面硬度（ＨｖＡ ）及び回転輪の軌道面硬度（ＨｖＢ ）が、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足するため、転動体の寸法変形による焼付き及び硬度低下によるはくりを全く起こさなかった。これにより、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することができる。
【００３９】
実施例７、８については、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）を満たしているため、すき間づまりに伴う焼付きは生じなかったが、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足していないため、転動体にはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１４４０、１４２０時間であり、実施例１〜６程の寿命は得られなかったものの、比較例１〜３より長寿命を得ることができた。
【００４０】
これに対し、比較例１〜３は、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）を満たしていないので、試験時において転動体の方が温度が高くなり、この結果、転動体が固定輪及び回転輪と比較して残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張が急激になり、これにより、すき間づまりが生じて焼付きが生じ、それぞれＬ１０で２８０、５１０、４７０時間であった。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、転動体、固定輪及び回転輪に同一鋼種を用いたが、転動体において残留オーステナイトの分解を遅延する元素、例えばクロム、シリコン等を含めばさらに長寿命化が達成できると考える。
次に、本発明の第２の態様（請求項４及び５に対応）の実施の形態の一例である転がり軸受を説明する。
【００４２】
本発明例である実施例の軸受と比較例の軸受との寿命試験に際し、実施例及び比較例の供試材（固定輪、回転輪、転動体）は、表３及び表４に示す化学成分を有する鋼から作製した。なお、表３において下線を施した数値は、本発明の最適成分範囲［炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下］を外れるものである。各供試材に対しては、熱処理（８３０〜１０５０°Ｃで焼入れ加熱、油冷却後、１８０〜４６０°Ｃにて焼戻し）を施した。なお、内輪、外輪、転動体の表面硬さはＨＲＣ５８〜６４、残留オーステナイト量は０〜２０％、転動体の表面粗さは０．００３〜０．０１０μｍＲａ、内輪及び外輪の表面粗さは０．０１５〜０．０２０μｍＲａとした。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
はくり再現試験機及び焼付き試験機としては、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切替える急加減速試験を用いた。また、実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）を用い、軸受すき間を１０〜１５μｍとした。荷重条件は、Ｐ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験験温度を１８０°Ｃ一定にした。
【００４６】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、従って、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験終了条件は、振動値が初期振動の５倍上昇した場合あるいは、軸受外輪温度が１９０°Ｃ以上に上昇した時にとした。試験中断品に関しては、試験終了後のはくりの有無を確認した。なお、試験は各々ｎ＝１０行った。なお、内輪、外輪、転動体の評価を行う目的で、グリースに関しては表５に示すような性状のフッ素系グリースを用い、グリースの劣化による焼付きを防止した。
【００４７】
【表５】
【００４８】
試験結果を表６に示す。
【００４９】
【表６】
【００５０】
表６に示すように、実施例３〜８の転がり軸受は、転動体を供試材Ｂ〜Ｆで作製したもので、熱処理は実施例５に関しては浸炭窒化処理を施し、それ以外はずぶ焼きを施している。転動体のＣ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αの関係を満たしている。そのため、寿命試験において、はくり及び焼付きを起こさず、いずれもＬ１０が１５００時間となった。また、試験後の転動体の残留オーステナイトと硬度を測定したところ、実施例３〜８は残留オーステナイトの変化量はすべてにおいて、２％未満であり、硬度低下はＨＲＣ１未満であった。
【００５１】
実施例１は、内輪、外輪、転動体ともに供試材Ａから作製したもので、Ｃ量が０．９重量％、Ｃｒ量が２．５重量％であり、残留オーステナイト量が５％である。上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が若干と低いために、転動体の温度が上昇した場合に硬度の低下が起こり、１／１０個、はくりを生じてしまった。
実施例２は、内輪及び外輪は供試材Ｆ、転動体は供試材Ａから作製したもので、実施例１に対して熱処理を変化させて残留オーステナイトを８％としたものである。この場合は、転動体に関して上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が低いために残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張が起こり、１／１０焼付きが生じ、Ｌ１０が１３８０時間となった。
【００５２】
実施例９〜１１は、転動体を供試材Ｇ、Ｈから作製したもので、転動体の成分はＣ量がそれぞれ０．５０重量％、０．５５重量％、Ｃｒ量がそれぞれ１５．０重量％、１７．０重量％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解による寸法膨張による焼付き、及び硬度の低下による寿命の低下は見られなかったが、共晶炭化物が生成したために、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１３２０、１４１０、１１４０時間となった。
【００５３】
比較例１、２は転動体を供試材Ｉ（ＳＵＪ２）から作製したもので、熱処理を変化させて残留オーステナイト（γＲ）をそれぞれ５％、０％としたものである。比較例１に関しては、残留オーステナイトが５％であるため、寸法膨張が生じてすき間づまりが起こり、焼付きが発生して短寿命（Ｌ１０＝２８０時間）であった。比較例２は残留オーステナイトが０％であるため寸法膨張に起因する焼付きは生じなかったが、Ｃｒ量が少ないために硬度が低下し、はくりが生じて短寿命（Ｌ１０＝５１０時間）であった。
【００５４】
比較例３は、転動体を供試材Ｊから作製したのもで、Ｃ量が０．８重量％、Ｃｒ量が２．０重量％である。この場合においてもＣｒ量が少ないために寸法膨張が起こって８／１０個焼付きが生じ、Ｌ１０が４７０時間であった。
比較例４，５は、供試材Ｋから作製し、Ｃ量が０．５５重量％、Ｃｒ量が２０．０重量％、残留オーステナイト量γＲが２％、１８％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかったが、本発明の最適成分量と比較してＣｒが多すぎるために、共晶炭化物が生成し、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ、４４０、４５０時間となった。
【００５５】
比較例６、７はＣ重量％≧α値となっているため、共晶炭化物が生成して共晶炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、Ｌ１０がそれぞれ２３０、２９０時間と短寿命であった。
また、上記実施例１〜８及び比較例１〜７（Ｃ重量％≦α値を満たす範囲で）に関して、Ｃｒ量の最適成分範囲は２．５〜１７．０重量％である。Ｃｒ量が２．５重量％未満だと、高温での使用に対して、残留オーステナイトの分解によって引起こされる寸法膨張による焼付きや、硬度低下によるはくりが起こるために短寿命となる。また、Ｃｒ量が１７．０重量％を超えると、共晶炭化物が生成し、はくりを生じるようになるので寿命が低下する。更なる長寿命化のためには、Ｃｒ量を３．０〜１３．０重量％の範囲にすることが望ましい。適応部材に関しては、電装補機用軸受については軸受部材の中で転動体の温度が一番高いため、少なくとも転動体を高Ｃｒ鋼とすればよい。なお、熱処理に関してはずぶ焼、浸炭、浸炭窒化のいずれにおいても同様な効果が得られるものと考える。
【００５６】
次に、表７に示す化学成分を有する鋼から転動体を作製し、実施例の転がり軸受と比較例の転がり軸受について寿命試験を行った結果を述べる。
寿命試験に際し、実施例及び比較例の内外輪はＳＵＪ２を用い、８４０°Ｃで焼入れ、１８０〜２４０°Ｃで焼戻しを施した。また、一部の試験片においてはサブゼロ処理を施した。なお、表７で下線を引いた数値は、本発明の最適成分範囲［炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下］を外れるものである。
【００５７】
その後、熱処理（８３０〜１０５０°Ｃで焼入れ加熱、油冷却後、１８０〜４６０°Ｃにて焼戻し）を施した。なお、内輪、外輪及び転動体の表面硬さはＨＲＣ５８〜６４、残留オーステナイト量は０〜２０％、転動体の表面粗さは０．００３〜０．０１０μｍＲａ、内輪及び外輪の表面粗さは０．０１５〜０．０２０μｍＲａとした。
【００５８】
【表７】
【００５９】
はくり再現試験機及び焼付き試験機としては、特開平９−８９７２４号公報に開示した、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切り替える急加減速試験機を用いた。また、本実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）を用い、軸受すきまを１０〜１５μｍとした。荷重条件はＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験温度は１８０°Ｃ一定とした。
【００６０】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、従って、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験終了条件は、振動値が初期振動の５倍上昇したとき、又は軸受外輪温度が１９０°Ｃ以上に上昇したときとした。試験中断品については、試験終了後、はくりの有無を確認した。なお、試験は各々ｎ＝１０行った。また、内輪、外輪、転動体の評価を行う目的で、グリースに関しては、表５に示すような性状のフッ素系グリースを用い、グリースの劣化による焼付きを防止した。
【００６１】
試験結果を表８に示す。
【００６２】
【表８】
【００６３】
表８に示すように、実施例３〜８の転がり軸受は、転動体を供試材Ｂ〜Ｆで作製したものである。Ｃ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ量≦α値を満たしている。また、外輪、内輪、転動体とＣ量及びＳｉ量の関係式、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％を満たしている。そのため、寿命試験において、硬度低下によるはくり及び残留オーステナイトの経時変化による焼付きを起こさず、Ｌ１０が１５００時間となった。また、試験後の転動体の残留オーステナイトと硬度を測定したところ、実施例３〜８は残留オーステナイトの変化量は全てにおいて２％未満であり、硬度低下はＨＲＣ１未満であった。
【００６４】
実施例１は、転動体を供試材Ａから作製したものであり、Ｃ量が０．９重量％、Ｃｒ量が２．５重量％であり、残留オーステナイト量が５％である。上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が若干低いために、転動体の温度が上昇した場合に残留オーステナイトの経時変化によるすきま詰まりが起こり、１／１０個焼付きを生じてしまった。
【００６５】
実施例２は、転動体を供試材Ａから作製したもので、実施例１に対して熱処理を変化させて残留オーステナイト量を１％としたものである。この場合は、転動体に関して上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が低いために評価試験中に硬度の低下が起こり、１／１０個はくりが生じ、Ｌ１０が１３８０時間となった。
実施例９〜１１は、供試材Ｇ，Ｈから作製したもので、転動体の成分はＣ量が０．５，０．５５重量％、Ｃｒ量が１５．０，１７．０重量％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解による寸法膨張による焼付き、及び硬度の低下による寿命の低下は見られなかった。しかし、共晶炭化物が生成したために、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１４８０、１３１０、１２４０時間であった。
【００６６】
実施例１２，１３は、転動体をＣ，Ｆから作製したもので、表７に示すように、Ｃ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ量≦α値を満たす最適成分範囲である。しかし、外輪、内輪、転動体とＣ量及びＳｉ量の関係式、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％を満たしておらず、転動体の残留オーステナイトの経時変化に伴うすきま詰まりのため、２／１０個焼付きが生じ、Ｌ１０がそれぞれ１１８０、１１７０時間と他の実施例よりは短寿命であった。
【００６７】
比較例１〜３は、転動体を軸受鋼２種（ＳＵＪ２）から作製したもので、熱処理を変化させて残留オーステナイト量を６．５％、５％、０．２％としたものである。比較例１、２に関しては、残留オーステナイト量が６．５％、５％であるため、寸法膨張が起こり、すきま詰まりが起こり、焼付きが生じて短寿命であった。比較例３は残留オーステナイト量が０．２％であるため、寸法膨張に起因する焼付きは生じなかったが、Ｃｒ量が少ないため硬度の低下が起こり、はくりが生じ短寿命であった。
【００６８】
比較例４は、転動体を供試材Ｊから作製したもので、Ｃ量が０．８重量％、Ｃｒ量が２．０重量％である。この場合においてもＣｒ量が少ないために硬度の低下が起こり、１０／１０個はくりを生じ、Ｌ１０が４４０時間であった。
比較例５は、転動体を供試材Ｋ、即ちＳＵＳ４４０Ｃから作製したものである。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかった。しかし、ＳＵＳ４４０Ｃは、表７にも示したように、炭素量が高く、Ｃ量≦α値を満たしていないため、２０μｍ以上の共晶炭化物が生じ、共晶炭化物を起点としてはくりが生じたため、Ｌ１０が２５０時間となった。
【００６９】
比較例６は、転動体を供試材Ｌから作製したものである。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかった。しかし、最適成分量と比較してＣｒが多すぎるために、共晶炭化物が生成し、共晶炭化物を起点としてはくりが生じたため、Ｌ１０が２３０時間となった。
また、上記実施例１〜１３、比較例１〜６に関して、Ｃｒ量の最適成分範囲は２．５〜１７．０重量％である。Ｃｒ量がこれより少ないと、高温での使用に対して、残留オーステナイトの分解によって引き起こされる寸法膨張による焼付きや、硬度低下によるはくりが起こるために短寿命となる。また、これより多いと、共晶炭化物が生成し、はくりを生じるようになるので寿命が低下する。更なる長寿命化のためには、Ｃｒ量を３．０〜１３．０重量％にすることが望ましい。
【００７０】
適応部材については、電装補機用軸受に関しては軸受部材の中で転動体の温度が一番高いため、転動体を高Ｃｒ鋼とすればよい。なお、熱処理については、ずぶ焼、浸炭、浸炭窒化のいずれにおいても同様な効果が得られるものと考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することをができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための説明的断面図である。
【符号の説明】
１…転がり軸受
２…外輪（固定輪）
３…内輪（回転輪）
４…転動体
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリース潤滑される転がり軸受に関し、特に、エンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサ、水ポンプ等）及びガスヒートポンプ等の回転支持部に好適に用いられる転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサ、水ポンプ等）及びガスヒートポンプに用いられる転がり軸受は繰り返し接触応力を受けるため、これらの転がり軸受を構成する部材には、硬い、負荷に耐える、転がり疲労寿命が長い、すべりに対する摩耗特性が良好である等の性能が要求される。
【０００３】
そこで、一般的には、オルタネータを始めとしたエンジン補機及びガスビートポンプに使用される転がり軸受においては、内外輪、転動体の材料として、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２が用いられている。
そして、これらの材料は、転がり疲労寿命等の必要とされる物性を得るために、焼入れ焼戻し処理が施されて、所定の硬さを有したものが使用されている。固定輪及び回転輪については、通常、８２０〜８６０°Ｃで焼入れ、１６０〜１８０°Ｃで焼戻し処理を施し、硬さはビッカース硬度で６５０〜７５０、残留オーステナイトは８〜１２％である。一方、転動体については、通常、固定輪及び回転輪と同様に８２０〜８６０°Ｃで焼入れが行われるが、加工時の応力緩和のため１８０〜２２０°Ｃで焼戻し処理を施し、硬さはビッカース硬度で８００〜９００、残留オーステナイトは５〜８％としたものが使用されている。
【０００４】
オルタネータを始めとした電装補機用軸受に関しての熱処理を改善した技術については、少なくとも荷重入力側、つまりプーリ側の軸受外輪の残留オーステナイト量を０．０５％以上６％以下とすることにより、軌道面下での残留オーステナイトの分解による塑性変形を防止し、振動を低減することにより組織変化を伴った早期はくりを防止する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、エンジン補機用軸受については、エンジン補機の小型化による高振動、高負荷及び密封化による軸受の使用雰囲気温度の上昇により、上述した通常の熱処理を施したものでは、内輪、外輪及び転動体の残留オーステナイトの経時変化に伴うすき間の減少により早期で焼付きが生じる。
高振動、高負荷及び密封条件下で使用されるエンジン補機用軸受の寿命向上技術としては、例えば、転動体がセラミックスで内輪、外輪が鋼材で、少なくとも外輪が２００〜３８０°Ｃの高温で焼戻し施され、硬さがＨＲＣ５６． ０〜６０． ５で、雰囲気による熱影響を低減したものや（例えば特許文献２参照）、軸受軌道輪をＳＵＪ２と比較して、けい素あるいはアルミニウムを１〜２％として、２３０〜３００°Ｃの高温で焼戻しを行い、残留オーステナイトを８％以下として、寸法安定性に優れ且つ高硬度な転がり軸受に関する技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−７２５６５号公報
【特許文献２】
特許第２９９２７３１号公報
【特許文献３】
特許第２０１３７７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では、少なくとも荷重入力側、つまりプーリ側の軸受外輪の残留オーステナイト量を０．０５％以上６％以下とすることにより、軌道面下での残留オーステナイトの分解による塑性変形を防止し、振動を低減することにより組織変化を伴った早期はくりを防止するとあるが、高温時の使用時においては、外輪のみに寸法安定化処理を施すと内輪及び転動体の経時変化による膨張によりすき間詰まりが生じ、かえって焼付きが生じ短寿命となる場合がある。
【０００８】
上記特許文献２では、転動体を窒化けい素を主体とするセラミックスで形成した場合においては、雰囲気の上昇においても転動体の寸法の経時変化を抑制し、焼付きを防止することは可能であるが、セラミックスは鋼材と比較して弾性変形を起こしにくいために、転動体と内・外輪の接触面圧の増大を引起こし、はくり寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
上記特許文献３では、軸受の軌道輪を本鋼種で作製し、高温で焼戻しを行えば、寸法安定性に優れたものとすることができるが、転動体に関しては何の記載もなく、仮にＳＵＪ２で転動体のみを作製した場合、転動体が軸受の使用中に寸法膨張を引起こし、かえって短時間で焼付きに至る虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記転動体の表面硬度がビッカース硬度でＨｖ７７０以上とされ、且つ該転動体の表面硬度（ＨｖＣ ）、前記固定輪の軌道面硬度（ＨｖＡ ）及び前記回転輪の軌道面硬度（ＨｖＢ ）が、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされたことを特徴とする。
【００１２】
本発明者等は、エンジン補機用軸受、特にオルタネータ用の軸受に関して、詳細に調査したところ次のような結論を得た。
実験方法に関しては、オルタネータ実機にＪＩＳ呼び番６３０３の軸受を組み込んで試験を行った。早期不具合品については、はくり品、焼付き品であった。また、焼付き品の内輪、外輪、転動体、保持器、シール、グリースに関して詳細に調査を行ったところ、転動体に関しては全てに寸法変化、残留オーステナイトの減少、及び硬度の低下が観察された。
【００１３】
また、内輪、外輪の寸法変化、残留オーステナイトの減少、及び硬度の低下は転動体と比較して著しく低かったことから、振動環境下で使用されるオルタネータを始めとした電装補機用軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内輪、外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体は固定輪及び回転輪と比較して、急激に残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化が起り、すき間づまりを起こして焼付きに至ったという結論を得た。
【００１４】
そこで、外径がＪＩＳ呼び番６３０３と同じ径のφ４７ｍｍのＳＵＪ２リングを作製して、８４０°Ｃで焼入れ、１８０°Ｃで焼戻し行い、８０〜１８０°Ｃの温度で種々の時間保持を行い、寸法変化量、残留オーステナイト分解量、硬度低下を測定し、上記試験後の試料と比較したところ、寸法変化量、残留オーステナイト分解量、硬度低下から、転動体は内輪及び外輪と比較して１０°Ｃ高いことがわかり、転動体の残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化率は内輪、外輪と比較しておよそ２．５倍も速いことがわかった。
【００１５】
また、転動体に寸法変形によるすき間づまりによって油膜の切断が生じる、はくりに至ることも考えられるため、転動体、固定輪及び回転輪の残留オーステナイト量を規定し、且つ硬さも規定することは有効な手段であると考える。
次に、本発明に用いられる含有元素の作用及び含有量の臨界的意義等について説明する。
［２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）］
振動環境下で使用される転がり軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内輪、外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体において急激に残留オーステナイトの分解にともなう寸法変化が起るため、すき間づまりを起こし焼付きに至る。そこで、内輪及び外輪の初期平均残留オーステナイト量と比較して、転動体の初期残留オーステナイト量を１／２．５以下にした。なお、係数の２．５は１００〜１８０°Ｃの温度域において、１０°Ｃの温度差がある場合の残留オーステナイトの分解速度比から算出した。
［ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０］
転がり軸受に要求される硬さは、特に転動体に関して高く、そのため転動体の表面硬さＨｖＣ は７７０Ｈｖ以上とした。また、固定輪及び固定輪に対しても軸受として要求される硬さは高くなければならない。そこで、固定輪及び回転輪の平均表面硬さ１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）は７００Ｈｖとした。
【００１６】
（Ｃ：０．５０〜１．２０重量％）
炭素Ｃ％は、転がり軸受として要求される硬さを得るためには、０．５重量％が必要である。一方、１．２０重量％を越えて含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物を形成し、転がり寿命の低下を引き起こすため短寿命となる。清浄度を向上させ、共晶炭化物を防止するために、炭素含有量は０．５０重量％以上１．２０重量％以下であることが好ましい。
（Ｓｉ：０．１０〜１．５０重量％）
Ｓｉは製鋼時に説酸剤として作用し、焼入れ性を向上させるとともに、素地のマルテンサイトを強化する元素であり、軸受寿命を長くするために有効な元素である。Ｓｉの含有率が０． １０重量％未満ではこれらの効果が十分には得られず、所定の高温硬さが維持できない。また、Ｓｉの含有率が１．５０重量％を超えると、被切削性、鍛造性、および冷間加工性が著しく低下する。
【００１７】
（Ｍｎ：０．１〜２．０重量％）
Ｍｎは鋼中のフェライトを強化して、焼入れ性を向上させる元素である。Ｍｎの含有率が０．１０重量％未満であると、その効果が不十分となる。Ｍｎの含有率が２．０重量％を超えると、焼入れ後の残留オーステナイト量が多くなって硬さが低下するとともに、冷間加工性も低下する。
（Ｃｒ：０．５〜２．５重量％）
Ｃｒは、焼入れ性、耐摩耗性の向上等の効果を発現する元素である。Ｃｒの含有率が０．５重量％未満であると、上記の効果、耐摩耗性の向上等の効果が少ない。また、Ｃｒの含有率が２．５重量％を超えると、軸受としての要求される硬さを得るためには焼入れ温度の上昇が必要であり、また、巨大炭化物の発生による一般寿命の低下や、被切削性の劣化等の問題が生じる。
【００１８】
（Ｍｏ：２．０重量％以下）
Ｍｏは、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を著しく増加させる効果があり、また、転がり疲労寿命向上に寄与する元素である。しかしながら、過剰に添加すると、じん性ならびに加工性を低下させるので、２．０重量％以下とする。
（Ｖ：１．０重量％以下）
Ｖは微細な炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に効果のある元素である。また、炭化物を形成して上記の効果を発現する元素でもある。しかしながら、Ｖの含有率が１．０重量％を超えると、これらの効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生や材料のコストが高くなる等の問題が生じる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、請求項４に係る発明は、固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされ、且つＣ重量％、Ｃｒ重量％、Ｍｏ重量％及びＶ重量％が、Ｃ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αの関係を満足することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記合金材料に熱処理を施し、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）、前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）及び前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）と、クロム（Ｃｒ）及び珪素（Ｓｉ）の含有量とが、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ重量％＋０．７Ｓｉ重量％の関係を満足することを特徴とする。
【００２１】
本発明者等は、エンジン補機用軸受、特にオルタネータ用の軸受の不具合品を市場より回収したものについて詳細に調査を行ったところ、次のような結論を得た。
市場回収品の早期不具合品については、はくりを起こしたものはほとんどなく、焼付き品であった。また、焼付き品の内輪、外輪、転動体、保持器、シール、グリースについて詳細に調査を行ったところ、内輪、外輪に関しては寸法変化と硬度の低下が観察されなかったものが一部存在した。しかし、転動体に関しては全てに寸法変形と硬度の低下が観察された。また、保持器、シールには変形が観察され、グリースの劣化も確認された。
【００２２】
本発明者等は更に調査を行ったところ、このオルタネータを始めとしたエンジン補機（オルタネータ、電磁クラッチ、中間プーリ、コンプレッサ用プーリ、カーエアコン用プレッサー、水ポンプ等）に用いられる軸受は、転動体に関しては全てにおいて寸法変形と硬度の低下が観察されたのに対して、内輪、外輪に関して寸法の変化と硬度の低下が観察されなかったものが存在した。
【００２３】
そこで、この焼付きの原因は、最初に転動体が膨張することにより、軸受のすき間が減少し、それにより焼付きに至ったものと考えた。事実、市場回収品の軸受をきれいに洗浄してすき間を測定したところ、初期すき間が４〜１１μｍに対して、すき間の減少あるいはすき間がないものが大部分であった。
また、ＳＵＪ２を用いて、熱処理、加工応力等を種々変化させ、内輪、外輪、転動体における残留オーステナイト（５％）、硬度（ＨＲＣ６４）等がすべて同一条件のＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）軸受を作製し、回転速度を１２０００ｍｉｎ−１、荷重条件をＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験温度を１４０°Ｃ一定にして、実機のオルタネータに組み込みモータで駆動させて試験を行った。なお、試験打切り時間は１５００時間とした。
【００２４】
上記試験条件においては、はくりは生じなかったが焼付きが生じた。市場での不具合品と同様に転動体の残留オーステナイトの減少（５％）と硬度の低下（ＨＲＣ２〜４）が観察されたのに対して、内輪、外輪の残留オーステナイト量の減少と硬度の低下が見られなかったことから、電装補機用軸受に見られる高振動、高負荷環境下においては、転動体の方が内輪、外輪もかなり温度が高いことがわかった。
【００２５】
そこで、上記軸受の早期不具合、特に焼付きに関しての対策手段としては少なくとも転動体はＣｒを増加させた鋼を用い、経時変化を防止することが唯一の手段であるということにたどり着いた。高Ｃｒ鋼としては、Ｍ５０等が考えられるが、Ｍ５０はＣ濃度が高く素材の段階でＣｒ、Ｍｏ、Ｖの共晶炭化物が存在するため前処理の加工性が悪く、また、共晶炭化物の存在は炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、かえって寿命が低下するといった問題がある。
【００２６】
次に、本発明に用いられる含有元素の作用及び含有量の臨界的意義等について説明する。
［Ｃ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝α］
Ｃ及びＣｒの濃度が高い場合、製鋼時に共晶炭化物が生成することが知られている。この共晶炭化物が存在すると前処理の加工性が悪くなる。また、共晶炭化物の存在は炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、かえって寿命が低下するといった問題がある。そこで、Ｃ重量％、Ｃｒ重量％、Ｍｏ重量％、Ｖ重量％の関係がＣ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αを満たすことを条件とした。
（Ｃ：０．５０〜１．２０重量％）
炭素Ｃは、転がり軸受として要求される硬さを得るためには、０．５重量％が必要である。一方、１．２０重量％を越えて含有すると、製鋼時に粗大な共晶炭化物を形成し、転がり寿命の低下を引き起こすため短寿命となる。清浄度を向上させ、共晶炭化物を防止するために、炭素含有量は０．５０重量％以上１．２０重量％以下であることが好ましい、
【００２７】
（Ｓｉ：０．１０〜１．５０重量％）
Ｓｉは製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入れ性を向上させるとともに、素地のマルテンサイトを強化する元素であり、軸受寿命を長くするために有効な元素である。Ｓｉの含有率が０．１０重量％未満ではこれらの効果が十分には得られず、所定の高温硬さが維持できない。また、Ｓｉの含有率が１．５０重量％を超えると、被切削性、鍛造性、および冷間加工性が著しく低下する。
（Ｍｎ：０．１〜２．０重量％）
Ｍｎは鋼中のフェライトを強化して、焼入れ性を向上させる元素である。Ｍｎの含有率が０．１０重量％未満であると、その効果が不十分となる。Ｍｎの含有率が２．０重量％を超えると、焼入れ後の残留オーステナイト量が多くなって硬さが低下するとともに、冷間加工性も低下する。
（Ｃｒ：２．５〜１７．０重量％）
Ｃｒは焼入れ性、耐摩耗性の向上等の効果を発現するとともに、残留オーステナイトの分解を遅延し、焼戻し軟化抵抗性の向上を図り高温使用時での硬さの低下を防止する元素である。Ｃｒの含有率が２．５重量％未満であると、上記の効果、特に、残留オーステナイトの分解を遅延する効果が少ない。また、Ｃｒの含有率が１７．０重量％を超えると、高温での硬さの低下を防止する効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生による一般寿命の低下や、被切削性の劣化等の問題が生じる。
【００２８】
（Ｍｏ：２．０重量％以下）
Ｍｏは、焼き入れ性および焼戻し軟化抵抗性を著しく増加させる効果があり、また、転がり疲労寿命向上に寄与する元素である。しかしながら、過剰に添加すると、じん性ならびに加工性を低下させるので、２．０重量％以下とする。
（Ｖ：１．０重量％以下）
Ｖは微細な炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に効果のある元素である。また、炭化物を形成して上記の効果を発現する元素でもある。しかしながら、Ｖの含有率が１．０重量％を超えると、これらの効果が飽和するばかりでなく、巨大炭化物の発生や材料のコストが高くなる等の問題が生じる。
［２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％］振動環境下で使用される転がり軸受においては、転動体にすべりが生じるため、転動体は内外輪と比較して著しく温度が上昇し、それにより転動体において急激に残留オーステナイトの分解に伴う寸法変化が起るため、すきま詰まりを起こし、焼付きに至る。そこで、内外輪の初期平均残留オーステナイト量と転動体の初期残留オーステナイト量の比が、１／２．５（０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％）以下となるようにした。
【００２９】
なお、γＲＣ の係数の２．５は転動体の方が内外輪の温度より高いため、１００〜１８０°Ｃの温度域において、転動体の残留オーステナイト分解速度と内外輪の残留オーステナイト量分解速度から算出した。クロム（Ｃｒ）、珪素（Ｓｉ）は残留オーステナイトの分解を抑制させる元素であることが知られている。
そこで、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝と、Ｃｒ及びＳｉの含有量との関係が上式を満たすことにより、転動体の寸法変化を抑制することができるので、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％とした。
【００３０】
このように、固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）、回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）、転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）と、クロム（Ｃｒ）と珪素（Ｓｉ）の含有量を最適値に規定することにより、更なるすきま詰まりを防止し、耐焼付き性に優れた転がり軸受を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の態様（請求項１〜３に対応）の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための説明的断面図である。
図１においては符号１は、内輪回転用の深みぞ玉軸受を示したものである。この軸受１は、外輪（固定輪）２がハウジング８に固定され、内輪（回転輪）３はシャフト７に外嵌されている。外輪２と内輪３との間には保持器５により保持された多数の転動体４が配設され、また、保持器５の軸方向の両側位置の外輪２と内輪３との間にはシール部材６が装着されている。シール部材６によって囲まれる空間にはＥグリースが封入されている。そして、シャフト７の回転に伴い内輪３も回転し、該回転による振動、荷重はシャフト７から内輪３及び転動体４を介して外輪２の負荷圏に作用する。
【００３２】
ここで、この実施の形態では、回転輪、固定輪及び転動体として、表１に示すＡ〜Ｄの供試材に対して７８０〜９２０°Ｃにて約４０分の保持を施し、その後、８０°Ｃの油中に３０分間浸漬して焼入れし、次いで、一部の試料にはサブゼロ処理を施した後、１８０°Ｃにて２時間の焼戻し処理を施したものを用いる。なお、表２において、比較例及び実施例で残留オーステナイト量（γＲ）及び硬さ（Ｈｖ）を変化させるのは、上述したサブゼロ処理の有無、加工条件、焼戻し温度を適宜変化させて所定の残留オーステナイト量（γＲ）及び硬さ（Ｈｖ）を付与することによりなされる。
【００３３】
次に、本発明例である実施例の軸受と比較例の軸受との剥離試験結果について述べる。
試験機としては、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切り換えるベンチ急加減速試験機を用いた。また、実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３を用い、荷重条件はＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０とし、封入グリースにはＥグリースを用い、試験温度は１６５°Ｃとした。
【００３４】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、したがって、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験打切り条件としては、振動値が初期振動の５倍あるいは、軸受の外輪温度が１７０°Ｃとなった時に試験終了とした。試験回数は各条件ごとｎ＝１０行った。なお、実施例及び比較例の転動体、固定輪、回転輪はいずれも同一鋼種とした。
【００３５】
【表１】
表２に、試験結果を示す、
【００３７】
【表２】
実施例１〜６においては、転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足し、更に、転動体の表面硬度がビッカース硬度でＨｖ７７０以上とされ、且つ該転動体の表面硬度（ＨｖＣ ）、固定輪の軌道面硬度（ＨｖＡ ）及び回転輪の軌道面硬度（ＨｖＢ ）が、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足するため、転動体の寸法変形による焼付き及び硬度低下によるはくりを全く起こさなかった。これにより、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することができる。
【００３９】
実施例７、８については、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）を満たしているため、すき間づまりに伴う焼付きは生じなかったが、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足していないため、転動体にはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１４４０、１４２０時間であり、実施例１〜６程の寿命は得られなかったものの、比較例１〜３より長寿命を得ることができた。
【００４０】
これに対し、比較例１〜３は、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）を満たしていないので、試験時において転動体の方が温度が高くなり、この結果、転動体が固定輪及び回転輪と比較して残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張が急激になり、これにより、すき間づまりが生じて焼付きが生じ、それぞれＬ１０で２８０、５１０、４７０時間であった。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、転動体、固定輪及び回転輪に同一鋼種を用いたが、転動体において残留オーステナイトの分解を遅延する元素、例えばクロム、シリコン等を含めばさらに長寿命化が達成できると考える。
次に、本発明の第２の態様（請求項４及び５に対応）の実施の形態の一例である転がり軸受を説明する。
【００４２】
本発明例である実施例の軸受と比較例の軸受との寿命試験に際し、実施例及び比較例の供試材（固定輪、回転輪、転動体）は、表３及び表４に示す化学成分を有する鋼から作製した。なお、表３において下線を施した数値は、本発明の最適成分範囲［炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下］を外れるものである。各供試材に対しては、熱処理（８３０〜１０５０°Ｃで焼入れ加熱、油冷却後、１８０〜４６０°Ｃにて焼戻し）を施した。なお、内輪、外輪、転動体の表面硬さはＨＲＣ５８〜６４、残留オーステナイト量は０〜２０％、転動体の表面粗さは０．００３〜０．０１０μｍＲａ、内輪及び外輪の表面粗さは０．０１５〜０．０２０μｍＲａとした。
【００４３】
【表３】
【表４】
はくり再現試験機及び焼付き試験機としては、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切替える急加減速試験を用いた。また、実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）を用い、軸受すき間を１０〜１５μｍとした。荷重条件は、Ｐ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験験温度を１８０°Ｃ一定にした。
【００４６】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、従って、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験終了条件は、振動値が初期振動の５倍上昇した場合あるいは、軸受外輪温度が１９０°Ｃ以上に上昇した時にとした。試験中断品に関しては、試験終了後のはくりの有無を確認した。なお、試験は各々ｎ＝１０行った。なお、内輪、外輪、転動体の評価を行う目的で、グリースに関しては表５に示すような性状のフッ素系グリースを用い、グリースの劣化による焼付きを防止した。
【００４７】
【表５】
試験結果を表６に示す。
【００４９】
【表６】
表６に示すように、実施例３〜８の転がり軸受は、転動体を供試材Ｂ〜Ｆで作製したもので、熱処理は実施例５に関しては浸炭窒化処理を施し、それ以外はずぶ焼きを施している。転動体のＣ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αの関係を満たしている。そのため、寿命試験において、はくり及び焼付きを起こさず、いずれもＬ１０が１５００時間となった。また、試験後の転動体の残留オーステナイトと硬度を測定したところ、実施例３〜８は残留オーステナイトの変化量はすべてにおいて、２％未満であり、硬度低下はＨＲＣ１未満であった。
【００５１】
実施例１は、内輪、外輪、転動体ともに供試材Ａから作製したもので、Ｃ量が０．９重量％、Ｃｒ量が２．５重量％であり、残留オーステナイト量が５％である。上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が若干と低いために、転動体の温度が上昇した場合に硬度の低下が起こり、１／１０個、はくりを生じてしまった。
実施例２は、内輪及び外輪は供試材Ｆ、転動体は供試材Ａから作製したもので、実施例１に対して熱処理を変化させて残留オーステナイトを８％としたものである。この場合は、転動体に関して上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が低いために残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張が起こり、１／１０焼付きが生じ、Ｌ１０が１３８０時間となった。
【００５２】
実施例９〜１１は、転動体を供試材Ｇ、Ｈから作製したもので、転動体の成分はＣ量がそれぞれ０．５０重量％、０．５５重量％、Ｃｒ量がそれぞれ１５．０重量％、１７．０重量％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解による寸法膨張による焼付き、及び硬度の低下による寿命の低下は見られなかったが、共晶炭化物が生成したために、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１３２０、１４１０、１１４０時間となった。
【００５３】
比較例１、２は転動体を供試材Ｉ（ＳＵＪ２）から作製したもので、熱処理を変化させて残留オーステナイト（γＲ）をそれぞれ５％、０％としたものである。比較例１に関しては、残留オーステナイトが５％であるため、寸法膨張が生じてすき間づまりが起こり、焼付きが発生して短寿命（Ｌ１０＝２８０時間）であった。比較例２は残留オーステナイトが０％であるため寸法膨張に起因する焼付きは生じなかったが、Ｃｒ量が少ないために硬度が低下し、はくりが生じて短寿命（Ｌ１０＝５１０時間）であった。
【００５４】
比較例３は、転動体を供試材Ｊから作製したのもで、Ｃ量が０．８重量％、Ｃｒ量が２．０重量％である。この場合においてもＣｒ量が少ないために寸法膨張が起こって８／１０個焼付きが生じ、Ｌ１０が４７０時間であった。
比較例４，５は、供試材Ｋから作製し、Ｃ量が０．５５重量％、Ｃｒ量が２０．０重量％、残留オーステナイト量γＲが２％、１８％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかったが、本発明の最適成分量と比較してＣｒが多すぎるために、共晶炭化物が生成し、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ、４４０、４５０時間となった。
【００５５】
比較例６、７はＣ重量％≧α値となっているため、共晶炭化物が生成して共晶炭化物の周りにおいて応力集中が起こり、その部分を起点としてフレーキングが生じ、Ｌ１０がそれぞれ２３０、２９０時間と短寿命であった。
また、上記実施例１〜８及び比較例１〜７（Ｃ重量％≦α値を満たす範囲で）に関して、Ｃｒ量の最適成分範囲は２．５〜１７．０重量％である。Ｃｒ量が２．５重量％未満だと、高温での使用に対して、残留オーステナイトの分解によって引起こされる寸法膨張による焼付きや、硬度低下によるはくりが起こるために短寿命となる。また、Ｃｒ量が１７．０重量％を超えると、共晶炭化物が生成し、はくりを生じるようになるので寿命が低下する。更なる長寿命化のためには、Ｃｒ量を３．０〜１３．０重量％の範囲にすることが望ましい。適応部材に関しては、電装補機用軸受については軸受部材の中で転動体の温度が一番高いため、少なくとも転動体を高Ｃｒ鋼とすればよい。なお、熱処理に関してはずぶ焼、浸炭、浸炭窒化のいずれにおいても同様な効果が得られるものと考える。
【００５６】
次に、表７に示す化学成分を有する鋼から転動体を作製し、実施例の転がり軸受と比較例の転がり軸受について寿命試験を行った結果を述べる。
寿命試験に際し、実施例及び比較例の内外輪はＳＵＪ２を用い、８４０°Ｃで焼入れ、１８０〜２４０°Ｃで焼戻しを施した。また、一部の試験片においてはサブゼロ処理を施した。なお、表７で下線を引いた数値は、本発明の最適成分範囲［炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下］を外れるものである。
【００５７】
その後、熱処理（８３０〜１０５０°Ｃで焼入れ加熱、油冷却後、１８０〜４６０°Ｃにて焼戻し）を施した。なお、内輪、外輪及び転動体の表面硬さはＨＲＣ５８〜６４、残留オーステナイト量は０〜２０％、転動体の表面粗さは０．００３〜０．０１０μｍＲａ、内輪及び外輪の表面粗さは０．０１５〜０．０２０μｍＲａとした。
【００５８】
【表７】
はくり再現試験機及び焼付き試験機としては、特開平９−８９７２４号公報に開示した、回転速度を所定時間毎（例えば９秒毎）に９０００ｍｉｎ−１と１８０００ｍｉｎ−１とに切り替える急加減速試験機を用いた。また、本実施例及び比較例共に、試験軸受にはＪＩＳ呼び番６３０３（内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）を用い、軸受すきまを１０〜１５μｍとした。荷重条件はＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．１０、試験温度は１８０°Ｃ一定とした。
【００６０】
更に、このときの軸受の計算寿命は１３５０時間であり、従って、試験打ち切り時間を１５００時間とした。試験終了条件は、振動値が初期振動の５倍上昇したとき、又は軸受外輪温度が１９０°Ｃ以上に上昇したときとした。試験中断品については、試験終了後、はくりの有無を確認した。なお、試験は各々ｎ＝１０行った。また、内輪、外輪、転動体の評価を行う目的で、グリースに関しては、表５に示すような性状のフッ素系グリースを用い、グリースの劣化による焼付きを防止した。
【００６１】
試験結果を表８に示す。
【００６２】
【表８】
表８に示すように、実施例３〜８の転がり軸受は、転動体を供試材Ｂ〜Ｆで作製したものである。Ｃ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ量≦α値を満たしている。また、外輪、内輪、転動体とＣ量及びＳｉ量の関係式、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％を満たしている。そのため、寿命試験において、硬度低下によるはくり及び残留オーステナイトの経時変化による焼付きを起こさず、Ｌ１０が１５００時間となった。また、試験後の転動体の残留オーステナイトと硬度を測定したところ、実施例３〜８は残留オーステナイトの変化量は全てにおいて２％未満であり、硬度低下はＨＲＣ１未満であった。
【００６４】
実施例１は、転動体を供試材Ａから作製したものであり、Ｃ量が０．９重量％、Ｃｒ量が２．５重量％であり、残留オーステナイト量が５％である。上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が若干低いために、転動体の温度が上昇した場合に残留オーステナイトの経時変化によるすきま詰まりが起こり、１／１０個焼付きを生じてしまった。
【００６５】
実施例２は、転動体を供試材Ａから作製したもので、実施例１に対して熱処理を変化させて残留オーステナイト量を１％としたものである。この場合は、転動体に関して上記実施例３〜８と比較して、Ｃｒ量が低いために評価試験中に硬度の低下が起こり、１／１０個はくりが生じ、Ｌ１０が１３８０時間となった。
実施例９〜１１は、供試材Ｇ，Ｈから作製したもので、転動体の成分はＣ量が０．５，０．５５重量％、Ｃｒ量が１５．０，１７．０重量％である。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解による寸法膨張による焼付き、及び硬度の低下による寿命の低下は見られなかった。しかし、共晶炭化物が生成したために、共晶炭化物を起点としてはくりを生じ、Ｌ１０がそれぞれ１４８０、１３１０、１２４０時間であった。
【００６６】
実施例１２，１３は、転動体をＣ，Ｆから作製したもので、表７に示すように、Ｃ量が０．５〜０．９重量％、Ｃｒ量が３．０〜１３．０重量％の範囲であり、且つＣ量≦α値を満たす最適成分範囲である。しかし、外輪、内輪、転動体とＣ量及びＳｉ量の関係式、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ％＋０．７Ｓｉ％を満たしておらず、転動体の残留オーステナイトの経時変化に伴うすきま詰まりのため、２／１０個焼付きが生じ、Ｌ１０がそれぞれ１１８０、１１７０時間と他の実施例よりは短寿命であった。
【００６７】
比較例１〜３は、転動体を軸受鋼２種（ＳＵＪ２）から作製したもので、熱処理を変化させて残留オーステナイト量を６．５％、５％、０．２％としたものである。比較例１、２に関しては、残留オーステナイト量が６．５％、５％であるため、寸法膨張が起こり、すきま詰まりが起こり、焼付きが生じて短寿命であった。比較例３は残留オーステナイト量が０．２％であるため、寸法膨張に起因する焼付きは生じなかったが、Ｃｒ量が少ないため硬度の低下が起こり、はくりが生じ短寿命であった。
【００６８】
比較例４は、転動体を供試材Ｊから作製したもので、Ｃ量が０．８重量％、Ｃｒ量が２．０重量％である。この場合においてもＣｒ量が少ないために硬度の低下が起こり、１０／１０個はくりを生じ、Ｌ１０が４４０時間であった。
比較例５は、転動体を供試材Ｋ、即ちＳＵＳ４４０Ｃから作製したものである。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかった。しかし、ＳＵＳ４４０Ｃは、表７にも示したように、炭素量が高く、Ｃ量≦α値を満たしていないため、２０μｍ以上の共晶炭化物が生じ、共晶炭化物を起点としてはくりが生じたため、Ｌ１０が２５０時間となった。
【００６９】
比較例６は、転動体を供試材Ｌから作製したものである。Ｃｒ量が高いため、残留オーステナイトの分解に伴う寸法膨張は起こらず、焼付きは生じなかった。しかし、最適成分量と比較してＣｒが多すぎるために、共晶炭化物が生成し、共晶炭化物を起点としてはくりが生じたため、Ｌ１０が２３０時間となった。
また、上記実施例１〜１３、比較例１〜６に関して、Ｃｒ量の最適成分範囲は２．５〜１７．０重量％である。Ｃｒ量がこれより少ないと、高温での使用に対して、残留オーステナイトの分解によって引き起こされる寸法膨張による焼付きや、硬度低下によるはくりが起こるために短寿命となる。また、これより多いと、共晶炭化物が生成し、はくりを生じるようになるので寿命が低下する。更なる長寿命化のためには、Ｃｒ量を３．０〜１３．０重量％にすることが望ましい。
【００７０】
適応部材については、電装補機用軸受に関しては軸受部材の中で転動体の温度が一番高いため、転動体を高Ｃｒ鋼とすればよい。なお、熱処理については、ずぶ焼、浸炭、浸炭窒化のいずれにおいても同様な効果が得られるものと考えられる。
【００７１】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、高温時での寸法安定性を優れたものとすることができると共に、焼付きを防止することができ、しかも、硬さの低下もなく、早期はくりを良好に防止することができ、更には、軸受寿命の大幅な延長を低コストで実現することができる転がり軸受を提供することをができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための説明的断面図である。
【符号の説明】
１…転がり軸受
２…外輪（固定輪）
３…内輪（回転輪）
４…転動体
Claims (5)
- 固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）及び前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）が、２．５γＲＣ ≦１／２（γＲＡ ＋γＲＢ ）の関係を満足することを特徴とする転がり軸受。 - 前記転動体の表面硬度がビッカース硬度でＨｖ７７０以上とされ、且つ該転動体の表面硬度（ＨｖＣ ）、前記固定輪の軌道面硬度（ＨｖＡ ）及び前記回転輪の軌道面硬度（ＨｖＢ ）が、ＨｖＣ ≧１／２（ＨｖＡ ＋ＨｖＢ ）＋７０の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
- 前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：０．５〜２．５重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされたことを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。
- 固定輪と回転輪との間に複数の転動体が配設された転がり軸受において、
少なくとも前記転動体の合金成分が、炭素（Ｃ）：０．５０〜１．２０重量％、珪素（Ｓｉ）：０．１０〜１．５０重量％、マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％、クロム（Ｃｒ）：２．５〜１７．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）：２．０重量％以下、およびバナジウム（Ｖ）：１．０重量％以下とされ、且つＣ重量％、Ｃｒ重量％、Ｍｏ重量％及びＶ重量％が、Ｃ重量％≦−０．０５Ｃｒ重量％−０．１２（Ｍｏ重量％＋Ｖ重量％）＋１．４１＝αの関係を満足することを特徴とする転がり軸受。 - 前記合金材料に熱処理を施し、前記固定輪の残留オーステナイト量（γＲＡ ）、前記回転輪の残留オーステナイト量（γＲＢ ）及び前記転動体の残留オーステナイト量（γＲＣ ）と、クロム（Ｃｒ）及び珪素（Ｓｉ）の含有量とが、２．５γＲＣ ／｛（γＲＡ ＋γＲＢ ）／２｝≦０．４Ｃｒ重量％＋０．７Ｓｉ重量％の関係を満足することを特徴とする請求項４に記載した転がり軸受。
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