JPH1161337A - 転動部材及びこれを備えた転動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】素材コスト，製造コストをできるだけ低減しな
がら、しかも寿命や機械的強度等が従来の軸受鋼のＳＵ
Ｊ２製のものを上回る性能の転動部材及びこれを備えた
転動装置を提供する。 【解決手段】相手部材との間で転動あるいは摺動されて
用いられる転動部材の構成部品の少なくとも一つが、重
量％でＣ；０．８％以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％
以上０．７％以下、Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、
Ｃｒ；０．１％以上０．６％以下を含有し、残部が実質
的にＦｅからなる炭素鋼からなり、且つ上記成分から算
出される理想臨界直径ＤＩ値が１．５以上４．０以下
で、さらに硬化熱処理後において残留オーステナイト量
が８体積％以上２２体積％以下である。 ＤＩ＝（０．３１１×Ｃ％^0.498 ）×（０．７×Ｓｉ％
＋１）×（３．３３×Ｍｎ％＋１）×（２．１６×Ｃｒ
％＋１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は転動装置及びその部
材に係り、特に、自動車，建設機械，工作機械等に用い
られる軸受鋼を利用した長寿命かつ低コストの転がり軸
受をはじめとする各種転動装置、並びにハードディスク
ドライブ装置（ＨＤＤ）やビデオテープレコーダ（ＶＴ
Ｒ）等のスピンドル支承用軸受とか冷却ファンモーター
等の軸受などのように比較的小形の精密軸受として用い
られる転動装置の構成部材の材料の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、また本願発明においても同様
に、代表的な転動装置として例えば転がり軸受，ボール
ネジ，リニアガイド，ボールブッシュ，ボールスプライ
ンなどが挙げられる。又その構成部材としての転動部材
として、転がり軸受では軌道輪（内輪，外輪），転動体
（玉，各種転がり軸受用ころ）、ボールネジにあっては
ナット，ネジ軸，転動体（ボール）、リニアガイドにあ
ってはスライダ（ナット），案内レール，転動体（ボー
ル）、ボールブッシュにあってはベアリング，案内輪，
転動体（ボール）、ボールスプラインにあってはボール
ブッシュ，スプライン軸，転動体（ボール）などが挙げ
られる。そしてこれら転動装置において、転動部材は転
動装置を構成する一つ一つの部品をいい、また転動体
と、転動体を案内して相対的に転動する転動部材とが相
互に相手部材と定義することができる。

【０００３】軸受の軌道輪及び転動体は、転動装置の一
つである転がり軸受の構成部品として用いられ、それぞ
れ転動面と転動面との間で転がり運動をして接触応力を
繰り返し受け、また保持器や転動装置であるころ軸受の
転動体と軌道輪にあるつばとの間では滑り運動を行う。
そこでこれらの材料には、硬くて負荷に耐え、転がり疲
れ寿命が長く、滑りに対する耐摩耗性の良いこと等が要
求される。また、軸受は寸法的に高精度な機械部品であ
ることから十分な寸法安定性が必要である。そこで、そ
れらの部材の材料としては、一般的には軸受鋼であれば
ＳＵＪ２が、肌焼鋼であればＳＣＲ４２０相当の鋼材が
使用されている。

【０００４】これら両材料を転がり軸受に用いる場合の
得失を以下に述べる。ＳＵＪ２は合金組成中にＣとＣｒ
が多く含有されているために、製鋼時に巨大炭化物や偏
析を生じやすく、これをなくすためにソーキング処理な
どが行われる結果、ＳＣＲ４２０に比べて材料費は高く
なる。

【０００５】小型軸受用の内外輪の場合、製造コストに
関しては、一般に熱間（温間）鍛造により成形された
後、引き続いて軟化焼鈍が行われるのであるが、素材の
炭素量の関係でＳＵＪ２の方がＳＣＲ４２０に比べて焼
鈍後の硬さが大きく、切削困難であり加工コストが高く
なる傾向にある。しかし、ＳＵＪ２は焼き入れして焼き
戻すだけで軸受に必要な硬さが得られるのに対して、Ｓ
ＣＲ４２０の方は表面層に必要な硬さを得るために浸炭
または浸炭窒化処理を行った後焼入れ焼戻しされるの
で、ＳＵＪ２に比べて熱処理費が大幅に高くなる。その
結果、軸受のトータルの製造コストとしては、ＳＵＪ２
の方がＳＣＲ４２０より低くなる。

【０００６】しかして、転がり軸受の機能に関しては、
転がり寿命ではＳＣＲ４２０を浸炭又は浸炭窒化したも
のは表面層のγ_R （残留オーステナイト）が多く、圧縮
残留応力も発生するため、特に異物混入潤滑下において
長寿命の傾向にあり、疲労強度や衝撃強度に関しても良
くなる傾向にある。また、軸受として重要な機能である
寸法安定性なども、ＳＣＲ４２０の方がＳＵＪ２より優
れている。

【０００７】一方、転動体の場合は、素材はほとんど冷
間線引材（以下、コイル材という）を使用し、冷間鍛造
（以下、ヘッダ加工という）により転動体の形に成形さ
れ、旋削加工は行われない。その冷間加工性を比べる
と、ＳＵＪ２は合金成分中のＣとＣｒの含有量が高いの
で焼鈍後の硬さが大きくて冷間加工性がＳＣＲ４２０に
劣っている。しかして、熱処理費は内外輪の場合と同様
にＳＣＲ４２０は浸炭または浸炭窒化処理が必要となる
ためコスト高となる。その結果、製造コストとしてはＳ
ＣＲ４２０はＳＵＪ２に比べて大幅に高くなる。

【０００８】転動体の機能に関しては、ＳＣＲ４２０を
浸炭または浸炭窒化処理したものはやはり表面層のγ_R
（残留オーステナイト）が多く、圧縮残留応力も発生す
るために特に異物混入潤滑下において長寿命の傾向にあ
る。

【０００９】これに対して、ＨＤＤやＶＴＲのスピンド
ル支承用の軸受やエアコンファンモータ用の軸受等の転
動部材は、比較的軽荷重で使用されているが、軸受自体
から発生す振動や音響が低いことが要求されていて、場
合によっては使用中の音響劣化が使用限界となる。つま
り、これらの用途に使用される比較的小形の精密な玉軸
受には、転がり疲労寿命よりもむしろ、良好な音響特性
が要求されている。

【００１０】玉軸受で発生する振動や音響にはいろいろ
な原因があるが、ＨＤＤ等の用途に使用される比較的小
形の精密な玉軸受では、軸受軌道面から発生する振動や
音響が高くなることに原因がある。すなわち、軸受の内
外輪の材料中の残留オーステナイト量が多いと軸受完成
品の軌道面に圧痕ができ易くなり、そのため荷重や衝撃
荷重によって軸受軌道面に永久変形ができやすい。この
ような永久変形が、軸受軌道面から発生する振動や音響
を高くして音響特性を劣化させる。そのため、残留オー
ステナイト（γ_R ）量を低減またはゼロにしてしまうこ
とが、音響劣化対策として有効である。

【００１１】そこで、素材中の残留オーステナイト量を
低減させるかまたは零にして音響特性の劣化を防止する
ようにした軸受（特開平７−１０３２４１号）や、素材
に浸炭窒化処理を施すかまたは素材成分中にＳｉを高く
含有させることにより、残留オーステナト量を零にして
しかも硬さを高く保つようにした音響劣化抵抗性が高い
軸受（特開平８−３１２６５１号）等が出願されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の軸受部材にあっ
ては、以上述べたように、軸受の機能の点では軸受鋼よ
りは肌焼鋼を浸炭または浸炭窒化処理したものの方が高
機能であるが、クリーン油浴潤滑下またはグリース潤滑
下においては、コストを優先して軸受鋼製の転がり軸受
が採用されることが多い。

【００１３】しかしながら、従来の軸受鋼製の転動部材
は、上述の如くに材料費が高いうえに、冷間加工性も悪
いため、近年の厳しいコストダウン要求に応えることは
難しいという問題点があった。

【００１４】そこで本発明は、このような従来の問題点
に着目してなされたものであり、素材コスト，製造コス
トをできるだけ低減しながら、しかも寿命や機械的強度
等が従来の軸受鋼のＳＵＪ２製のものを上回る性能の転
動部材を得ることを第１の目的としている。

【００１５】また、特に、二輪車，自動車，農業機械，
建設機械等のようにおもに戸外で運転する機械に使用さ
れる転がり軸受の場合には、外部から水等が浸入しやす
いために、一般にその寿命が著しく低下することが知ら
れている（「自動車のトライボロジー」社団法人白動車
技術会、１９９４年、Ｐ．２７２）。その要因として
は、水等の浸入により、潤滑状態が不良となったり錆な
どの腐食による損傷が発生することが知られている
（「ころがり軸受ハンドブック」Ｊ．ブレンドライン他
３名、１９９６年、Ｐ．３８２）。こうした外部からの
水等の浸入によるトラブルを防ぐために、車軸用軸受及
びエンジン補機の水ポンプ軸受等ではシールを強化して
水等の浸入防止を図っている。

【００１６】しかしながら、シールを強化して密封性を
向上させても、軸受の使用中と停止後の温度差で軸受内
の空気が膨縮して水を吸い込んでしまうという現象があ
るため、水浸入による寿命低下を完全に防止することは
できない。水の浸入による寿命低下に対処するべく、ス
テンレス等の高合金鋼を軸受材に使用して耐食性を向上
させるすることも考えられるが、軸受のコストが高くな
ってしまう。また、本発明者の実験によれば内外輪の耐
食性を向上させるだけでは軸受寿命は延びず、浸入水に
よる腐食が発生し、その先にまだ不明な軸受損傷原因が
あると考えられる。

【００１７】そこで、本発明は、水の浸入等により錆な
どの腐食が発生する環境でも耐久寿命が優れ、しかも従
来よりも安価な転動部材及びこれを備えた転動装置を提
供することを第２の目的としている。

【００１８】また、加重や衝撃によって軸受軌道面に永
久変形ができやすい残留オーステナイト量を低減させた
り零にすることは、音響劣化対策として有効であるが、
従来のその低減方法は、サブゼロ処理や高温での焼戻し
処理を行うものであるため、現状と同等かそれ以上のコ
ストとなってしまうという問題点があった。また、もと
もと軸受軌道面から発生する振動や音響を低減する対策
は行なっておらず、つまりは、音響特性の改善に対して
更に改良の余地があった。

【００１９】そこで、本発明は、ＨＤＤやＶＴＲあるい
はエアコンファンモータ等の用途に使用される比較的小
形の精密な転動部材において、軸受軌道面から発生する
振動や音響を改善し、しかも従来より安価な転動部材及
びこれを備えた転動装置を提供することを第３の目的と
している。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、従来用
いられている軸受鋼を低コスト化，長寿命化するための
検討を重ねた。その結果、（１）Ｃ，Ｃｒ量を低減化す
ることにより、巨大炭化物や偏析が減少してソーキング
処理が省略でき、材料費の削減が行えること。さらに、
（２）Ｍｎ，Ｓｉ添加量も或るしきい値内に抑えること
によって、良好な冷間加工性及び切削性が得られて加工
費の削減も可能となり、大幅なコストダウンが達成でき
ること。また、（３）最適な熱処理を行うことにより、
転がり寿命において軸受鋼と同等以上の寿命が得られる
ことが判明した。

【００２１】また、本願発明者らは、量産的に問題がな
いかを確認するために、実際の転がり軸受において鍛
造，切削，熱処理，研削等の項目を検討し、軸受での機
能評価も併せて実施した。その結果、Ｃ，Ｃｒ含有量
を低減化して材料費，加工費の面でコストダウンを図
り、不足する焼入性を補うためにＭｎを多量に添加した
場合には、結晶粒粗大化を助長して機械的強度を低下さ
せたり、多量の残留オーステナイトが生成して寸法安定
性，強度が低下する場合もあることがわかった。さら
に、Ｍｎ添加等により必要以上に焼入性を高めると、
Ｃ，Ｃｒ含有量が低い場合（特にＣ；０．８％以下、Ｃ
ｒ；０．１％以下）には、結晶粒粗大化抑制効果が小さ
くなること及びＭｓ点が低下することにより焼入時に伴
う変態応力型の表面張力が増加すること等に起因して、
転動体（特にころ）ではヘッダー加工時の押し出し穴部
やチャンファー部等、あるいは小さな表面きず或いは鋼
中に内在する非金属介在物等が起点となって割れ感受性
を高め、ある大きさの転動体（特にころ）や軌道輪（特
にころ軸受の）で割損したり、十分な疲労寿命特性が得
られない傾向にあることがわかった。

【００２２】一般に、このような割れは、冷却過程で生
じる表面と心部との温度差に起因して発生する。すなわ
ち、冷却過程で先にＭｓ点に到達した表面近傍部におい
てはマルテンサイト変態が進行するが心部は未変態であ
り、一時的に表面近傍では熱応力型の圧縮応力を受け
る。心部がその後マルテンサイト変態して膨張すると、
表面近傍は変態応力型の表面引張応力（残留応力）を受
け、その影響が大きい場合には表面近傍では組成変形す
るか引張応力に材料の強度が耐えられなくなって、最も
影響を受けやすい複雑な形状部や表面傷あるいは非金属
介在物を起点に微少クラックが発生し、それが成長して
割損に至るのである。

【００２３】さらに、熱処理時の過熱等により結晶粒が
粗大化するような場合でも、割れ感受性は大きくなる傾
向にある。また、前記残留応力の大きさは、その合金成
分及び形状や体積等に依存して変化する。すなわち、合
金成分が多くなるとＭｓ点を下げる効果があるため、こ
の傾向が強くなり（図１参照）、その体積が大きくなっ
ても絶対膨張量が増加する。さらに形状が複雑になって
も応力バランスが崩れて変形を伴って局部的に大きな引
張応力が発生するのである。

【００２４】もっとも、体積の影響については、熱応力
が変態応力よりも大きくなるか、又は心部に不完全焼入
相が生成するようになると、割れに対する感受性は逆に
低下する場合もあり、体積の影響を見極めるのは非常に
困難である。また、軸受の形状も、設計上複雑な形状に
なるのは止むを得ない場合が多い。

【００２５】このような焼入れに伴う変態応力型の表面
引張応力に起因する割れの問題に関しては、様々な対策
が取られている。先ず第１に、熱処理面での次のような
割れに対する種々の防止対策が挙げられる。

【００２６】焼入油の種類や油温制御によるマイルド
クエンチ処理、 焼入れ後の適温保持、 焼入れ後直ちに焼戻しを行う、 さらには、繰り返し焼戻し処理、 また、焼入れ時の雰囲気をやや浸炭雰囲気にして加炭
により表面に圧縮残留応力を付与する、 軌道輪については、変形を防止するためにプレスクエ
ンチ処理する。

【００２７】しかし、量産する場合には、ロットや設備
上の問題から、焼入油を変えたり、または適時油温を制
御したり、焼入れ後に適温に保持したり、さらには直ち
に焼戻しを行うことがコスト的に困難な場合もある。さ
らに、その発生頻度は冬季において比較的高いなど、生
産上の管理は非常に困難である。

【００２８】次に第２として、材料面での対策が挙げら
れる。これは、鋼の高清浄度化である。すなわち、マイ
クロクラックの発生起点となる非金属介在物の低減化に
よる素材面での改良である。鉄鋼メーカーの高清浄度化
技術は近年目ざましい発展を遂げ、鋼中酸素濃度が５〜
７ｐｐｍ程度まで達成できるようになり、クリーン潤滑
下での転がり寿命が飛躍的に向上している。また、鋼中
の非金属介在物を低減化することにより、割れに対する
感受性も低下し、熱処理生産性が向上する傾向にある。
しかし、著しい鋼中酸素レベルの低減化は素材コストの
上昇を招き、本発明の目的にそぐわない。したがって、
本願発明者らは、素材コスト，寿命の他に合金成分から
みた材料そのものの割れ感受性についても検討し、生産
性も良好な転動部材を開発するに至った。

【００２９】上記第１の目的を達成する本発明は、相手
部材との間で転動あるいは摺動されて用いられる転動部
材において、その構成部品の少なくとも一つが、重量％
でＣ；０．８％以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上
０．７％以下、Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃ
ｒ；０．１％以上０．６％以下を含有し、残部が実質的
にＦｅからなる炭素鋼からなり、且つ上記成分から算出
される理想臨界直径ＤＩ値が１．５以上４．０以下で、
さらに硬化熱処理後において残留オーステナイト量が２
２体積％以下（特に異物混入潤滑下で厳しい条件で使用
される場合８体積％以上、さらに好ましくは１２体積％
以上）であることを特徴とする。

【００３０】ＤＩ＝（０．３１１×Ｃ％^0.498 ）×
（０．７×Ｓｉ％＋１）×（３．３３×Ｍｎ％＋１）×
（２．１６×Ｃｒ％＋１） 本願発明者らは、また、外部から水等が浸人しやすい二
輪車や自動車の車軸用軸受及びエンジン補機の水ポンプ
軸受等に関して、市場で発生している損傷状況の調査分
析を詳細に行なうことで、以下の特徴を見いだした。

【００３１】１）水等の浸入による短寿命品は、そのほ
とんどが固定輪である非回転の外輪であった。 ２）破損位置は最大負荷位置だけではなく、その前後の
負荷圏出入り口で発生している場合も見られた。

【００３２】３）外輪に錆が発生していても、未破損の
ものがあった。また、それらの使用状況を想定して、潤
滑剤に水を混入した寿命試験を行ない、市場の損傷状態
を再現させることで以下の特性を発見した。

【００３３】４）潤滑剤に混入する水の量を増やすほ
ど、短寿命傾向が強くなった。 ５）内外輪及ぴ転動体の耐食性を上げると、多少寿命延
長効果が得られた。 ６）内外輪の耐食性を上げても、寿命延長効果が得られ
なかった。

【００３４】７）転動体に対し内外輪の耐食性を若干下
げた場合に、寿命延長効果が得られた。 上記１）〜３）によれば、潤滑剤に水等が混入した場
合、固定されている外輪の負荷圏全般にハクリが発生す
ることから、負荷による単純な疲労ではないことが予想
される。また外輪に錆が発生しても長寿命のものがあ
り、単純な腐食による損傷でも無いことが考えられる。
更に、軸受寿命は、転動体に対して内外輪の耐食性を若
干下げた場合に寿命延長効果が得られることから、内外
輪と転動体との耐食性の組合せに寿命延長効果があると
いえる。

【００３５】本発明の第２の目的を達成するには、潤滑
剤に水等が混入した場合にも寿命延長効果が得られると
同時に、低コストであることが重要である。この観点か
らみると、玉軸受の転動体であるボールは、一部の特殊
環境用途を除くと、そのほとんどがＳＵＪ２材を使用し
ている。そして、コイル材から冷間型加工により連続的
に大量生産されており、その生産コストは現在、極限ま
で低減されている。更に、ボールの場合刻印やマーキン
グが出来ないので、生産は全てロツト管理を行なってい
る。つまり、ボールの場合、低コストな素材を使って加
工性を含めてコストダウンを計っても、工程のセツト替
えや特に異材管理に関する費用の上乗せが大きくてコス
トダウンはほとんど不可能である。そのため、玉軸受で
のコストダウンを考慮すると、潤滑剤に水等が混入した
場合であっても、転動体素材はＳＵＪ２になる。

【００３６】また、内外輪と転動体との耐食性の組合せ
を考えると、内外輪は転動体に対して耐食性を下げるた
め、ＳＵＪ２の主成分から耐食性に最も影響が高いＣｒ
を低下させる必要がある。そこで、本発明は内外輪のＣ
ｒを低下させ、その他の成分については軸受として必要
な焼入後の硬さや焼入性，加工性等を考慮した最適成分
を設定する。これをＳＵＪ２からなるボールと組合わせ
ることにより、水等の浸入で錆などの腐食が発生する環
境下でも耐久寿命に優れ、しかも従来よりも安価な転が
り軸受の実現を可能とするのである。

【００３７】すなわち、上記第２の目的を達成する本発
明に係る転動装置は、焼入後に焼戻を行ない、表面硬さ
がＨｖ７００以上の少なくとも一つの相手部材及びこれ
に接する少なくとも一つの転動部材を備えてなる転動装
置において、前記転動部材が、重量％でＣ；０．８％以
上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上０．５％以下、Ｍ
ｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上
０．６％以下、残部Ｆｅ及び不可避不純物元素からな
り、この部材にＣ；０．９５％以上１．１％以下、Ｓ
ｉ；０．１５％以上０．３５％以下、Ｍｎ；０．１％以
上０．５％以下、Ｃｒ；１．３％以上１．６％以下、残
部Ｆｅ及び不可避不純物元素からなる前記相手部材を組
合わせることによって、相手部材のマトリツクスＣｒ含
有量と前記転動部材のマトリックスＣｒ含有量との差が
０．６％以上であることを特徴とする。

【００３８】ただし、マトリツクスＣｒである _MＣｒ
は、Ｃｒ，Ｃ含有量及び炭化物面積率Ｃｍに対して_MＣ
ｒ＝Ｃｒ｛１−２８（１＋４Ｃ）×Ｃｍ／１００００｝
の関係とする。

【００３９】本願発明者らは、さらに、ＨＤＤ，ＶＴ
Ｒ，エアコンファンモータ等に使用される比較的小形の
精密な転動装置である玉軸受に関して、その音響特性の
検討を行った。

【００４０】これらの用途の玉軸受の場合に、振動や騒
音の発生源となる保持器やシール等の付属部品の不良
を、現在の優れた加工技術によって仕上加工することに
より除き、且つ優れた潤滑材を使用してもなお発生する
振動・騒音は、その軌道面から発生する「レース音」で
ある。「レース音」は軌道面のミクロ的なうねりによっ
て発生し、軌道輪の持つ固有振動数付近の加振力成分を
選択して振動し騒音となる（「転がり軸受の振動・音
響」野田：ＮＳＫ TechnicalJournal Ｎｏ．６６１、１
９９６，Ｐ１５）。また、玉軸受の軌道輪の軌道面及び
玉の表面には連続した山数に対して連続な山の高さの円
周方向のうねりを持ち、玉軸受が回転すると振動が発生
し、軌道輪の固有振動が強調され音となる（「玉軸受の
騒音」五十嵐：日本機械学会論文集３０巻２２０号、１
９６４，Ｐ１１８）。つまり、振動の元となる「うね
り」を減らせば、軸受軌道面から発生する音響特性が改
善できる。しかして、現状は既に、高いレベルの加工技
術による精密加工で限界まで「レース音」を低減してお
り、これ以上の低減は加工技術以外の面からの検討が必
要と考えられる。

【００４１】これらの玉軸受は、耐食性や長寿命などの
特別な要求が無い限りＳＵＪ２材が使用され、完成品の
軸受軌道面にはＳＵＪ２特有の１μｍ前後の炭化物が分
布している。本願発明者らは軌道輪の「うねり」の原因
の一つとして、このＳＵＪ２材特有の炭化物分布が影響
していると考え、炭化物の分布を種々変化させて音響特
性を調査し、その結果以下のことが判明した。

【００４２】内外輪および転動体がＳＵＪ２である玉軸
受に対して、 １）内外輪の炭化物面積率だけをＳＵＪ２より高くする
と、振動が大きくなった。 ２）内外輪の炭化物面積率だけをＳＵＪ２より低くする
と、振動が小さくなった。 ３）内外輪および転動体の炭化物面積率を共にＳＵＪ２
より低くすると、振動が小さくなるが、内外輪だけを低
くした場合と同等か若干悪い程度であった。

【００４３】「レース音」の発生に関与する内外輪と転
動体の「うねり」は不規則な性質を持ち、回転時に内外
輪と転動体の接触ばね力に微小な交番変化を生じ、内外
輪に強制振動が加わって固有振動が発生し、その振動が
空気を伝わり音となる（「転がり軸受の音響」五十嵐：
潤滑，第２２巻，第１２号、１９７７，Ｐｌ５）。

【００４４】そこで、本願発明者らは、内外輪と転動体
の「うねり」特性には、表面の仕上加工精度による単純
な凹凸や粗さの大きさではなく、炭化物量による加工仕
上面の微妙な凹凸形状、特に凸部となる炭化物の配置が
関与していると考えて検討した結果、内外輪と転動体の
組合わせによっては接触ばね力に加わる振動が減衰する
場合があること、つまり、内外輪と転動体における炭化
物面積率の組み合わせ如何によって、振動低減効果があ
ることを見出した。

【００４５】ここで、軸受自体から発生する振動や音響
が低いことが要求されている、例えばＨＤＤ用のスピン
ドル用やエアコンファンモーター用等の比較的小形の転
動装置である精密な玉軸受の振動や音響を改善すると共
に低コスト化を図るという本発明の第３の目的に鑑み、
当該玉軸受の製造状況を概観してみると、玉軸受の転動
体であるボールは、一部の特殊環境用途を除くと、その
ほとんどがＳＵＪ２材を使用している。また、ボールは
コイル材から冷間型加工により連続的に大量生産されて
おり、その生産コストは現在、極限まで低減されてい
る。更に、ボールの一個一個に刻印やマーキングを施す
ことはできないので、生産は全てロット管理で行なって
いる。つまり、ボールの場合、低コストの素材を使い加
工性を含めてコストダウンを計っても、工程のセット替
えや特に異材管理の点で、コストダウンは殆ど不可能で
ある。そのため、玉軸受でのコストダウンを考慮する
と、音響特性を重要視する場合であっても転動体の材料
はＳＵＪ２にならざるを得ない。

【００４６】したがって、上述したように振動低減効果
のある内外輪と転動体との炭化物面積率の組合せを考え
るとき、内外輪は転動体に対して炭化物面積率を下げる
必要があるため、ＳＵＪ２の主成分から炭化物面積率に
影響するＣとＣｒを低下させることが必要である。そこ
で、前記第３の目的を達成するするべく、内外輪のＣと
Ｃｒとを低下させ、同時にその他の成分については、軸
受として必要な焼入後の硬さ，焼入性，加工性等を考慮
した最適成分を設定して、ＳＵＪ２材からなるボールと
組合わせることにより、軸受軌道面から発生する振動や
音響を改善するとともに、従来の玉軸受よりも安価な軸
受装置の実現を図るものである。

【００４７】すなわち、上記第３の目的を達成する本発
明に係る転動装置は、少なくとも内輪、外輪及びこれに
接する転動体からなる転動装置において、内輪，外輪の
少なくとも一つが重量％で、Ｃ；０．６％以上０．９％
以下、Ｓｉ；０．１％以上０．５％以下、Ｍｎ；０．５
％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上０．６％以
下、残部Ｆｅ及び不可避不純物元素からなり、これに
Ｃ；０．９５％以上１．１％以下、Ｓｉ；０．１５％以
上０．３５％以下、Ｍｎ；０．１％以上０．５％以下、
Ｃｒ；１．３％以上１．６％以下、残部Ｆｅ及び不可避
不純物元素からなる転動体を組合せるとともに、前記内
輪，外輪の完成品表面の残留オーステナイト量が６容積
％を越えず、前記内輪，外輪の炭化物面積率と転動体の
炭化物面積率との比（炭化物面積率比）が０．９を越え
ないことを特徴とする。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明における数値限定
等の臨界的意義について述べる。先ず、本発明に用いら
れる合金成分の組成範囲を限定する理由を、説明する。

【００４９】［Ｃ；含有量０．８〜０．９％］軸受の内
外輪は棒鋼や管材を使用して、熱間，温間鍛造や切削加
工を行ない作られるので、その加工性は軸受コストに大
きく影響する。一般に素材の炭素量を低減していくとそ
の加工性は向上していく。しかし、炭素量を下げすぎる
と焼入後に軸受に必要な硬さが得られなくなるので、そ
の下限は０．６％前後と考えられていた。しかし、本願
発明者らが行なった玉軸受の市場での使用状況の詳細な
調査の結果は、一部の「純枠なクリーン環境（この場合
は、最大せん断応力深さ位置にある非金属介在物のまわ
りが剥離の起点になる）」以外は、一般的にクリーンな
環境と考えられていたシール付のグリース封入タイプの
玉軸受であっても、水の浸入等により錆などの腐食が発
生する場合を含めて、そのほとんどが表面損傷タィプの
疲労状況を示していた。従って、耐久寿命が優れた軸受
であるためには、水の浸入等により錆などの腐食が発生
する環境で十分な寿命であると同時に、表面起点タイプ
の損傷に対しても十分な寿命でなければならない。

【００５０】そこで、本願発明者らは、表面起点タイプ
の損傷を再現するべく異物混入潤滑下の軸受寿命を調査
した。その調査結果を図５に示す。この結果から、表面
起点タイプの損傷で寿命を維持するためには、０．８％
以上（さらに好ましくは０．８３％以上）のＣ％が必要
であることが明確になった。従ってＣ％の下限を０．８
％とする。しかし、０．９％を越えると、製鋼時に巨大
炭化物や偏析をなくすためのソーキングが必要となるだ
けでなく、変形抵抗が増加して冷間加工性をも低下さ
せ、コストの上昇を招く。以上の理由から、素材の炭素
量は０．８％以上０．９％以下とする。

【００５１】［Ｃｒ；含有量０．１％〜０．６％］Ｃｒ
は基地に固溶して焼入性，焼戻軟化抵抗性などを高め、
さらに焼鈍後においては、微細な炭化物を形成して熱処
理時の結晶粒粗大化を防止して割れ感受性を低下させる
と共に疲労寿命特性や圧砕強度も高める作用がある。そ
の効果を出すためには最低０．１％以上必要である。し
かし、０．６％を越えると製鋼過程で巨大炭化物や偏析
の生成を改良するためにソーキングを行う必要があり、
Ｃｒ添加コストと共に素材コストが上昇してしまう。ま
た、含有量の増加に伴い、炭素と同じように変形抵抗が
増加して冷間加工性が低下する傾向にある。

【００５２】以上の理由から、素材のＣｒ量は０．１％
以上０．６％以下とする。 ［Ｍｎ；含有量０．５％〜１．１％］一般に焼入性を向
上させるには、ＭｎまたはＣｒを添加するが、Ｃｒは炭
化物生成元素であるために添加したＣｒの全てが基地の
焼入性向上に寄与することにはならず、さらにその含有
量が多すぎてもソーキングが必要となるため、焼入性の
観点ではあまり期待できない。コストもＭｎの方が安
い。そこで、少ないＣｒ量で十分な焼入性を与えるた
め、また異物混入潤滑下での転がり寿命に有効な残留オ
ーステナイト生成元素でもあることに着目して、Ｍｎを
最低０．５％以上添加する。しかし、Ｍｎは素材のフェ
ライトを強化する元素でもあり、特に素材の炭素量が
０．７％以上と多い場合には、Ｍｎの含有量が１．１％
を越えると冷間加工性を著しく低下させる。さらに、そ
の含有量が多すぎると、結晶粒を粗大化したり、残留オ
ーステナイト量が必要以上に増加したりして割れ感受性
を高めたり、圧砕強度を低下させる場合もある。以上の
理由から、素材のＭｎ量は０．５％以上１．１％以下と
する。

【００５３】［Ｓｉ；含有量０．１％〜０．７％］Ｓｉ
は素材の製鋼時に脱酸剤として作用し、ＣｒやＭｎと同
じように焼入性を向上させると共に基地マルテンサイト
を強化し、軸受の寿命を延長するのに有効な元素である
ため、０．１％以上好ましくは０．２％以上添加され
る。しかし、Ｓｉの含有量が多すぎると、被削性，鍛造
性，冷間加工性を低下させるので、上限は０．７％以
下、好ましくは０．５％以下がよい。

【００５４】次に、本発明における合金成分の組成範囲
以外のものについての臨界的意義について説明する。 ［理想臨界直径ＤＩ値］ここにいうＤＩ値は焼入性を表
す一つのパラメータである。すなわち、素材の直径と焼
入れ後の硬さとの関係は、図２に示すように、素材直径
がある程度以上大きくなると急激に硬さが低下する（不
完全焼入状態となり、マルテンサイト化しない部分が増
えるため）傾向にあり、ＤＩ値はその直径の臨界値を示
している。焼入性の優れた素材ほど、より大きなサイズ
のものを完全焼入状態にする（即ち焼入れ後の硬さを上
げられる）ことができ、換言すればＤＩ値が大きくな
る。ＤＩ値に関して、いろいろな定義が実験等により求
められているが、本願で適用するＤＩ値はＡＩＳＩ（Am
erican Iron and Steel Institute ）で定義されたもの
で、（１）式で表され、単位はインチである。

【００５５】 ＤＩ＝（０．３１１×Ｃ％^0.498 ）×（０．７×Ｓｉ％＋１）×（３．３３× Ｍｎ％＋１）×（２．１６×Ｃｒ％＋１） ……（１） ところで、転動部材における素材の個々の合金成分が以
上説明した条件を満たしても、成分相互の組み合わせに
よっては、不具合の生じる場合がある。例えば、Ｃ，Ｃ
ｒ含有量が比較的少なく、Ｍｎ含有量が比較的多い場合
には、結晶粒が粗大化しやすく、必要以上に焼入性を高
めると割れに対する感受性が高まる。その結果、転動体
や軌道輪で、大きさや形状によっては様々な要因により
割損に至り場合があり、生産性が低下したり、又は軸受
内部に微少クラックが残留して疲労寿命を低下させるこ
ともある。

【００５６】また、やはりＣｒが比較的少ない場合に、
Ｍｎ含有量を高めて焼入性を確保しようとすると、残留
オーステナイト量が増加して寸法安定性や機械的強度が
低下したりして、軸受としての機能を著しく低減させる
場合がある。

【００５７】さらに、Ｃ，Ｃｒ，Ｍｎはいずれも含有量
が多くなると加工性が低下する方向に効くので、三者を
同時に多くすると必然的に加工性が損なわれるし、又Ｃ
及びＣｒはいずれも多くすると巨大炭化物を生成しやす
く、両者を同時に多くするとソーキング処理が必要にな
るなどの問題点が生じることになる。

【００５８】本願発明にあっては、このように転動部材
の個々の成分量を限定することも有効であるが、好まし
くは、同時に成分同志の相互関係をも規定する必要があ
ることが明らかになった。すなわち、具体的には転動部
材の個々の成分量限定に加えて、前記（１）式で定義さ
れるＤＩ値を所定の範囲に限定すればよいことを見出
し、当該ＤＩ値を４．０以下に限定する。一方、ＤＩ値
が小さすぎると焼入性が不十分で極く小径の軸受にしか
適用できず、利便性に欠けるためコストに対する効果が
低い。よって十分な焼入性を保証するべくＤＩ値は１．
５以上とする。

【００５９】いま、前記（１）式に、個々の成分（Ｃ，
Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ）の最大値を代入して試算するとＤＩ
≒４．７１インチ、最小値を代入するとＤＩ≒０．９６
５インチとなる。これらの値は本願発明のＤＩ値の限定
範囲（１．５〜４．０インチ）外である。すなわち、転
動部材における個々の成分量の範囲を満たしても本発明
の範囲外になる場合があることであり、個々の成分量の
範囲とＤＩ値の限定範囲との双方を同時に満たすことが
好ましい。

【００６０】［残留オーステナイト］残留オーステナイ
トは転がり寿命に対して好ましい影響を与え、特に使用
条件が過酷な、例えば異物混入潤滑下等で軸受軌道面の
表面が損傷してハクリに至る環境で使用される場合は、
その効果が大きい。したがって、荷重条件や潤滑条件が
比較的厳しい条件にさらされる転がり軸受（例えば円す
いころ軸受）の場合は、内外輪，転動体（ころ）の残留
オーステナイトを８体積％以上含有するものとする。一
方、その量が２２体積％を越えて多い場合には転動体及
び軌道輪の静的機械的強度が著しく低下する傾向にある
ため、その含有量を８体積％以上２２体積％以下好まし
くは１２体積％以上２２体積％以下とする。

【００６１】なお、使用条件によっては、過酷条件下で
の寿命が必要以上に要求されず、比較的軽荷重で潤滑剤
に異物の混入する恐れも少ない環境で使用される場合
（例えば玉軸受等、転動体として玉を用いる転動部品）
は、異物混入潤滑下寿命以上に耐食性や寸法安定性、音
響特性等が重視される場合がある。このような条件下で
は残留オーステナイトが必要以上に要求されないため、
下限値は特に規定しなくてもよい。

【００６２】以上説明したように、本願発明の転動部材
は、用いる材料が一般的には軸受用の材料としては考え
にくい機械構造用炭素鋼を基本成分としており、最適な
合金成分設計により材料費あるいは加工費を最低限に抑
え且つ製造コストを大幅に低減せしめる。さらに、熱処
理時の割れといった生産上の問題も考慮し、機能的に見
て軸受鋼製のものより長寿命かつ安価な転動部材を提供
するものである。

【００６３】以上の説明において「異物」とは、金属片
などのように転動部材間に噛みこまれた場合に圧痕を生
ぜしめ、それがき裂の起点となることにより転がり寿命
に有害なものをさしている。

【００６４】次に、特に水が侵入しやすい用途で使用さ
れる（すなわち第２の目的に係る）複数の転動部材、相
手部材で構成される転動装置であって且つ特に低コスト
なものについて、転がり軸受に適用した場合について述
べる。

【００６５】転がり軸受は通常、外輪，内輪，複数の
転動体，保持器及びシールで構成されるが、これらのう
ち外輪，内輪（以下「内外輪」ともいう）及び転動体に
ついて以下のようにした。

【００６６】［内外輪］Ｃ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ、及びＤ
Ｉ値、及び熱処理後の残留オーステナイト量についての
数値限定及び臨界的意義は、前述した素材の場合と同じ
である。但し、より加工性を良くするため、Ｓｉは上限
を０．５重量％に限定した。また、特に転動体として玉
を用いる玉軸受の場合のように異物混入潤滑の条件が比
較的ゆるやかな場合、残留オーステナイト量の下限値は
特に規定する必要はない。

【００６７】本発明の内外輪の材料は、従来の軸受鋼に
比べて、耐食性を適度に低下させるためにＣｒ量を低減
し、焼入性を確保するためにＭｎを増量添加した軸受用
鋼であり、軸受内外輪の素材コストや加工コストを大幅
に低減するものである。

【００６８】［転動体のＣ；含有量０．９５％〜１．１
％］転動体は、先に述べたように、ボールの製造工程の
関係から基本的にＳＵＪ２材を使用する。それゆえ、そ
の成分範囲はＪＩＳＧ４８０５規格の通り０．９５％以
上１．１％以下とする。

【００６９】［転動体のＣｒ；含有量１．３％〜１．６
％］転動体のＣｒに関しては、先にも述べたように、総
合的に考えるとＳＵＪ２の方が低コスト（ソーキングが
必要なことを考慮しても）であることから、基本的にＳ
ＵＪ２材を使用する。そこでＣｒ量の範囲はＪＩＳ Ｇ
４８０５規格の通り１．３％以上１．６％以下とする。

【００７０】［転動体のＭｎ；含有量０．１％〜０．５
％］転動体は、上述のように基木的にＳＵＪ２材を使用
するため、そのＭｎ量の範囲はＪＩＳ Ｇ４８０５規格
通りの０．５％以下とするが、添加量が少なすぎると軸
受材料として適当な焼入性が不足するので下限を０．１
％以上とする。

【００７１】［転動体のＳｉ；含有量０．１５％〜０．
３５％］転動体は上述のように基本的にＳＵＪ２材を使
用するため、そのＳｉ量の範囲はＪＩＳ Ｇ４８０５規
格の通り０．１５％以上０．３５％以下とする。

【００７２】［内外輪と転動体とのマトリックスＣｒ含
有量の差；０．６％以上］先に、浸水等で腐食が発生す
る環境下での軸受寿命は、転動体に対して内外輪の耐食
性を若干下げた場合に延長されることを述べた。その寿
命延長効果を更に実験的に確認するために、以下の寿命
試験を行った。

【００７３】ＳＵＪ２材からなる転動体と、これよりＣ
ｒ含有量を低下させた材料からなる内外輪とを組み合わ
せた玉軸受を用いて、潤滑剤に水を混入した状態での寿
命試験を行ない、市場調査で認められた軸受損傷状態を
再現させた。ただし、Ｃｒ含有量のうち、実際に耐食性
に影響するのはマトリックスに含まれるＣｒ量であり、
炭化物に含まれているＣｒ量はほとんど無関係となる。
そこで、炭化物の面積率を直接測定し、フェライトと炭
化物中のＣｒ分配係数（「鉄鋼材料」社団法人日本金属
学会、１９８５年、Ｐ．４４）を応用した換算式から炭
化物中のＣｒ量を算出して、全Ｃｒ量から引いたものを
マトリックスＣｒ量（ _MＣｒ）とした。すなわち、炭化
物面積率の測定値をＣｍとすると、耐食性に影響するマ
トリックスＣｒ量は、 _MＣｒ＝Ｃｒ｛１−２８（１＋４Ｃ）×Ｃｍ／１００００｝……（２） の関係で表される。

【００７４】この寿命試験の結果を図６に示す。転動体
の _MＣｒから内外輪の _MＣｒを引いたマトリックスＣｒ
含有量の差が０．６％を下回ると急激に寿命が低下して
いる。これから、内外輪と転動体とのマトリックスＣｒ
含有量の差を０．６％以上と定めた。ただし、寿命の安
定性を考えるとその差は０．７５％以上とするのが望ま
しい。

【００７５】本発明者らは上記の現象に関して、損傷し
た軸受を詳細に調査した結果、転走面直下に無数に枝
分かれし、複雑な形状をした亀裂が発生している場合が
多いこと、亀裂の発生は軸受荷重に左右されずほぼ一
定の深さに発生していることを見出した。これらの亀裂
は転がり疲労によって発生したものとは考えにくく、潤
滑剤に水が混入し腐食が生じる環境下で水が分解して水
素が発生し、その水素が軸受軌道面に侵入してこれを脆
化させ早期破損に至たったものと推定される。

【００７６】また、腐食により発生した水素は、耐食性
が高くて錆の発生しないカソード側の金属の方により多
く侵入する（同時に発生する酸素は耐食性の低いものの
方へ侵入）傾向があるため、内外輪の耐食性を転動体よ
り若干下げることで寿命延長効果が得られたものと考え
られる。これは、前述の通り、転動体及び内外輪のう
ち、最も負荷条件が厳しいのは固定輪の負荷圏であるか
ら、固定輪がカソード側とならないようにすることによ
り、前記の水素に起因する破損を起こりにくくすること
ができたためと思われる。

【００７７】続いて、本発明の第３の目的を達成するた
めの軸受装置として、ＨＤＤ，ＶＴＲ，エアコンファン
モータ等に使用され良好な音響特性が要求されている玉
軸受に適用する場合の、各構成部材の材料組成その他の
特性について説明する。

【００７８】［内外輪］Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ量につい
ての数値限定及びその臨界的意義については、前述した
第２の目的に係る発明の場合と同じである。しかしＣに
ついては、音響特性向上の目的で残留オーステナイト量
を６％以下にするときは、下限を０．６％まで選択しう
る。このようにすると、異物混入下で長寿命となること
をある程度低下させるが、音響特性と異物混入潤滑下長
寿命との双方をバランスよく達成することができる。

【００７９】第３の目的を達成する本発明の軸受装置に
おける内外輪の材料組成は、その軌道面の炭化物面積率
を適度に低下させるために従来の軸受鋼に対してＣ量と
Ｃｒ量を低減し、焼入性を確保するためにＭｎを増量添
加したものであり、軸受内外輪の素材コストや加工コス
トを大幅に低減するものである。

【００８０】［転動体］Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ量につい
ての数値限定及びその臨界的意義については、やはり前
述した第２の目的に係る発明の場合と同じである。

【００８１】［内外輪の完成品表面の残留オーステナイ
ト量；６％を越えない］転動装置または転動部材が音響
特性向上の用途に用いられる場合の残留オーステナイト
量について以下に述べる。

【００８２】玉軸受の音響問題には新品時の初期音響が
悪い場合と、使用中に音響が劣化してしまう場合とがあ
る。新品時の音響は軸受すき間や加工精度，表面粗さな
どによって左右されるが、これらの軸受の製造に関する
因子を統一した場合（例えば、ＪＩＳ Ｇ １５１４の
５級以上とする）には、軸受を組み込むときに転動体が
内外輪に押し付けられて内外輪に微小な圧痕が生じるこ
とが、初期音響の悪化の主原因となる。微小な圧痕の生
じやすさは軸受の硬さや組織に左右される。

【００８３】軸受の音響評価法として、本発明ではアン
デロン値で評価を行なっている。アンデロン値は、アン
デロンメーターで軸受の音響ノイズを振動成分としてと
らえるものである。

【００８４】図７に、軸受の新品時のアンデロン値と完
成品軸受の内外輪の残留オーステナィト量との関係を試
験した結果を示す。残留オーステナイトが６％を越えて
高くなると、微小な圧痕が生じやすくなり、その結果初
期音響が悪化している。また、本発明の軸受（○）に対
して、従来のＳＵＪ２軸受（●）は同一オーステナイト
量でも初期音響が高くなっている。

【００８５】一方、使用中の音響劣化については、予圧
がある状態で長時間保持された場合、特に保持されてい
るときの温度が高いほど、転動体と内外輪の接触部分に
微小な圧痕が生じやすくなって音響が劣化する。また、
軸受に衝撃荷重がかかった場合なども、転動体と内外輪
の接触部分に微小な圧痕が生じて、音響が著しく劣化す
る。

【００８６】図８には、図７で初期音響を測定した軸受
に一定荷重をかけて微小な圧痕を生じさせた後に、再び
音響測定を行なった結果を示す。残留オーステナイトが
６％を越えて高くなると、やはり微小な圧痕が生じやす
くなり音響が著しく劣化する。

【００８７】以上の結果より、第３の目的を達成する本
発明に係る軸受の完成品表面の残留オーステナイト量は
６％を越えないものとする。さらに、初期音響及び音響
劣化レベルを厳しく要求する場合には、残留オーステナ
イト量は２％を越えないものとすることが望ましい。た
だし、玉軸受の音響特性には転動体の硬さや組織も影響
するので、玉の粗さは３μｍＲｍｓ以下であり、さらに
熱処理後に表面硬化処理を行ない、さらに再焼戻を行な
うことが望ましい。

【００８８】［転動体の炭化物面積率と内外輪の炭化物
面積率との比が０．９を越えない］上述したように、新
品時の軸受の音響は軸受すき間や加工精度、表面粗さな
どによって左右されるが、このような軸受の製造に関す
る状態を統一した場合（例えば、ＪＩＳ Ｇ １５１４
の５級以上）は、軸受を組み込むときに転動体が内外輪
に押し付けられて内外輪に微小な圧痕が生じることが音
響を悪化させることになる。しかし、完成品表面の残留
オーステナイト量が６％を越えないものとすることで、
これらの初期音響の低減が可能である。また、使用中の
音響劣化に対しても、残留オーステナイト量が６％を越
えないものとするこにより防止できる。

【００８９】ここで、本願発明者らは、初期音響のさら
なる低減に関して研究を進めた結果、内外輪と転動体の
「うねり」の組合せによる音響特性の微妙な変化を捕ら
えた。つまり、軸受完成軌道面の炭化物量の調整によっ
て、加工仕上面の微妙な凹凸形状において特に凸部とな
る炭化物の配置を、内外輪のみ下げれば、「うねり」に
よる振動が減衰することを発見した。

【００９０】図９に、転動体の炭化物面積率に対する内
外輪の炭化物面積率の比と、音響特性との関係を示し
た。図中の（○）は本発明の軸受、（●）は従来のＳＵ
Ｊ２軸受である。炭化物面積率比の値（＝内外輪の炭化
物面積率／転動体の炭化物面積率）が０．９を越えない
領域で、組合せよる音響低下効果が現れている。

【００９１】以上のように、音響に配慮した軸受仕様
で、現在の高い加工精度の技術レベルで加工を施した場
合に、同一の残留オーステナイト量で初期音響特性をさ
らに低減させるためには、転動体の炭化物面積率に対す
る内外輪の炭化物面積率の比を０．９を越えない範囲に
設定することが必要である。さらに、初期音響及び音響
劣化レベルを厳しく要求する場合は、当該炭化物面積率
比を０．５以上０．９以下とすることが望ましい。

【００９２】以下に、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）本実施例は、異物混入潤滑下で特に条件の
厳しいころ軸受等に適用することを想定したものであ
る。

【００９３】転動部材ではあっても、内輪，外輪及び転
動体ではその製造方法が異なるため、ここでは一般的な
製造工程を想定して素材の加工性の評価を行った。すな
わち、内輪，外輪の場合は通常、素材を温間または熱間
鍛造後に球状化あるいは軟化焼鈍を施したものに旋削加
工を行う。一方、転動体の場合は、内輪，外輪と同様に
旋削加工を行う場合もあるが、殆どの小型軸受ではコイ
ル材に冷間加工（ヘッダー加工、プレス加工）を行って
いる。そこで、内輪，外輪については高速旋盤による切
削性試験を行い、転動体についてはヘッダー加工による
冷間加工性の評価を行った。

【００９４】（１）合金成分とソーキング処理の必要性
有無及び切削工具寿命，金型寿命，研削加工性の評価：
実施例と比較例の各鋼種についての成分組成とＤＩ値を
表１に、またソーキング処理の必要性と切削工具寿命及
びヘッダー加工による金型寿命，研削加工性を評価し比
較した結果を表２に、それぞれ示す。

【００９５】

【表１】

【００９６】

【表２】

【００９７】なお、ソーキング処理の必要性に関しては
試料素材のビレット断面のマクロ及びミクロ組織を調査
して、寿命に有害な巨大炭化物や濃厚な縞状偏析の有無
を確認して判断した。

【００９８】また、切削工具寿命及び金型寿命は下記の
条件で評価した。 切削工具寿命： 切削機械：高速旋盤 工具 ：Ｐ１０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３） 切込速度：１８０〜２２０ ｍ／ｓｅｃ 送り量 ：０．２〜０．３ ｍｍ／ｒｅｖ 切込深さ：０．６〜１．０ ｍｍ ＪＩＳ Ｂ ４０１１のバイト切削試験法に従って上記
の条件で各試料を切削し、バイトの逃げ面摩耗量が０．
２ｍｍに達するまでを工具寿命とした。なお、実施例及
び比較例の鋼は高炭素の軸受用材料であり、旋削加工前
には材料のＡ₁点以上まで加熱する球状化焼鈍を行って
試験に供した。

【００９９】金型寿命： 金型 ：Ｖ３０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３） 据え込み率：１５〜２０％ 加工速度 ：毎分３００〜４００個 潤滑 ：リン酸亜鉛被膜＋潤滑油 各鋼種を加工して金型にクラックが発生したり、破損し
たりして加工後のワークに傷や変形が出るまでを金型寿
命とし、それまでに加工されたワークの数で金型寿命を
示した。

【０１００】ソーキング処理については、前記の調査の
結果、Ｃ量が０．９％を越えるものや、Ｃｒ量が０．６
％を越えるものはソーキング処理が必要と判断した。金
型寿命や切削性については、Ｃ量が０．９％、Ｍｎ量が
１．１％、Ｃｒ量が０．６％、Ｓｉ量が０．７％を越え
るものは加工性が低下するため、金型寿命，工具寿命が
著しく低下する傾向にある。なお、ＳＵＪ２以外で金型
あるいは工具寿命が著しく低下したものは熱処理以降の
評価試験の一部は行わなかった。

【０１０１】以下に、熱処理条件を示す。 熱処理条件： 焼入：８３０〜８７０℃（Ｃｐ０．６〜０．８ＲＸガス
雰囲気中）×３０〜４０分保持後、６０〜９０℃の油浴
中に焼入れ（焼入後は洗浄して脱脂を行い、室温まで冷
却） 焼戻：１６０〜１８０℃×２時間 冷間加工性及び切削性が良好で、さらに上記熱処理を施
したものについて、研削加工性の評価実験を行った。以
下にその試験条件を示す。

【０１０２】［研削試験］ 砥石 ：ＷＡ１００ 研削液 ：ソリュブルタイプ 砥石周速：２８００〜３０００ ｍ／ｍｉｎ 上記の条件で転がり軸受の内輪軌道面に相当するサンプ
ルを砥石で研削し、砥石の形状崩れ及び目詰まりの状態
を観察して、砥石のドレスを行うまでに研削したサンプ
ル数（研削個数）を調査した。その結果、本願発明の全
ての鋼種において軸受鋼と同等かもしくはそれ以上の結
果が得られ、研削加工性も良好であることを確認した。

【０１０３】以上は加工性の評価であり、実際には軸受
のサイズ，形状等の影響で熱処理時に割れが多発して熱
処理生産性が低下する場合もあるので、焼割れ感受性に
ついても評価した。

【０１０４】［焼割れ試験］焼割れ感受性試験には図３
に記載の転動体及び軌道輪の各試験片を用いて、熱処理
条件は前記条件と同一にして行った。試験数ｎ＝５と
し、一つでも焼割れが生じたものは表１中に×印で記載
した。Ｃｒ含有量が０．１％に満たないか、Ｍｎ添加量
が１．１％を越えるもの、特にそのＤＩ値が４．０を越
えるものにおいては、結晶粒粗大化による影響及びＭｓ
点の低下による変態応力の影響により、焼割れが起こり
易い傾向にある。

【０１０５】（２）転動部材の機能評価：実施例と比較
例の各鋼種を用いて形成した転動部材試験片について、
寿命試験，静的圧砕試験，回転割れ疲労試験等を行って
その機能を評価し比較した。

【０１０６】なお、寿命試験には「特殊鋼便覧」第一版
（電気製鋼研究所編、理工学社、1969年 5月25日発行）
第１０の第２１頁記載のスラスト型軸受鋼寿命試験機を
用いて、各サンプルにフレーキングが発生した時点まで
の累積応力繰り返し回数（寿命）を調査してワイブルプ
ロットを作成し、各ワイブル分布の結果から各々のＬ10
寿命を求めた。さらに、その他の機能評価試験として、
転動体においては静的圧砕試験、軌道輪については回転
割れ疲労試験を行った。

【０１０７】以下に、それぞれの試験条件を示す。ま
た、表３に厚さ６ｍｍの寿命試験用試験片で測定した残
留オーステナイト量とこれらの機能評価結果を示した。

【０１０８】

【表３】

【０１０９】［寿命試験］ （クリーン潤滑下寿命試験条件） 試験面圧：５２００ Ｍｐａ 回転数 ：３０００ Ｃ．Ｐ．Ｍ 潤滑油 ：６８番タービン油 （異物混入潤滑下寿命試験条件） 試験面圧：４９００ Ｍｐａ 回転数 ：３０００ Ｃ．Ｐ．Ｍ 潤滑油 ：６８番タービン油 混入異物： 組成 ：Ｆｅ3 Ｃ系粉 硬さ ：ＨＲＣ５２ 粒径 ：７４〜１４７μｍ 混入量：潤滑油中に３００ｐｐｍ 本発明の実施例の転動部材は、クリーン潤滑下及び異物
混入潤滑下において、共にＳＵＪ２を越える寿命を示し
た。特に、異物混入潤滑下においては残留オーステナイ
トの影響で長寿命である。一方、炭素含有量が０．８％
に満たないもの（比較例鋼種Ａ９，Ａ１０）や、Ｃｒの
添加量が０．１％に満たず結晶粒粗大化抑制効果が小さ
いもの（比較例鋼種Ａ１２）等にあっては、特にクリー
ン潤滑下において良好な寿命が得られない。

【０１１０】［その他機能試験］ （転動体静的圧砕試験条件）試験片には直径１８ｍｍ，
長さ１８ｍｍの円筒ころを用い、２００ｔアムスラー試
験機により、図４（ａ）に示すように３個一組で行い、
いずれか一つが割損する時の圧砕値を測定して、ｎ＝５
組の平均値で評価した。

【０１１１】（リング回転割れ疲労試験）試験方法の概
略を図４（ｂ）に示す。リング状試験片を加圧ロールと
ドライブロールとの間に挟んで加圧ロールに荷重を加え
つつ回転させる。試験条件を下記に示した。割れ寿命は
内径面から割れに至までの応力繰り返し数をもって寿命
とし、Ｌ10により評価した。

【０１１２】 試験荷重 ：４００ ｋｇｆ 応力繰り返し数：１９２６０ Ｃ．Ｐ．Ｍ． 潤滑油 ：６８番タービン油 試験リング ：内径１３．８ｍｍ×外径２０ｍｍ×厚
さ８ｍｍ 転動体静的圧砕試験及びリング回転割れ疲労試験におい
て、本発明の実施例（鋼種Ａ１〜Ａ８）はＳＵＪ２と同
等またはそれ以上の機能を示した。特に、リング回転疲
労試験においては、残留オーステナイトが亀裂停留に作
用するため良好な寿命特性が得られた。実施例のＡ７に
ついては、Ｓｉが０．２％未満のためスラスト型寿命試
験，リング回転割れ疲労寿命が、又実施例のＡ８につい
てはＣが０．８３％未満のためスラスト型寿命試験（特
にクリーン潤滑下），リング回転割れ疲労寿命がそれぞ
れＡ１〜Ａ６に比べてやや劣るが、いずれも比較例Ａ９
〜Ａ１７，ＳＵＪ２と総合的に比較すると、十分優れた
性能を備えているといえる。

【０１１３】これに対して、比較例の炭素含有量が０．
８％に満たないもの（Ａ９，Ａ１０）や、Ｃｒ含有量が
０．１％に満たず主に焼入性をＭｎで補ったもの（Ａ１
２）では、結晶粒粗大化を抑制するＣｒの効果が小さす
ぎて特にリング回転割れ疲労試験における良好な寿命が
得られない。

【０１１４】さらに、比較例Ａ１２については、残留オ
ーステナイト量が２２％を越えて多く、圧砕強度が低下
する傾向にある。また、比較例Ａ１７においては、焼入
性が不十分なために心部に不完全焼入相が生成して圧砕
強度，疲労強度が共に低下した。

【０１１５】以上説明したように、本発明の転動部材は
寿命やその他機械的強度が従来の軸受鋼（ＳＵＪ２）製
のものと同等あるいはそれ以上であり、さらに従来の軸
受鋼製に比べて素材コスト，軸受製造コストを大幅に削
減して安価に提供できるものであり、実用上極めて大き
い効果を奏する。

【０１１６】なお、本発明の転動部材は、転がり軸受に
限らず、その他シャフトやピン等であって転がり接触し
たり回転，摺動する部品、特に素材を冷間型鍛造あるい
は冷間引き抜き加工したものから製作される機械部品、
例えばワンウエイクラッチ用スプラグ等へも好適に適用
することができる。

【０１１７】（実施例２）本実施例は、特に水が侵入す
る可能性のある条件で用いられる玉軸受などを想定した
ものである。

【０１１８】本発明の内外輪の材料成分とソーキング処
理の必要性、及び内輪，外輪の一般的な製造工程を想定
して素材の加工性の評価を行なった。内外輪の加工は、
通常、素材を温間又は熱間鍛造後に焼鈍を行なったもの
に対して旋削加工を行なうことが多い。

【０１１９】［評価条件］ ソーキング処理：試料素材のビレット断面につき、マク
ロ及びミクロ組織を調査して、寿命に有害な巨大炭化物
や濃厚な縞状偏析の有無を確認した。

【０１２０】切削工具寿命： 切 削 機 械：高速旋盤 工 具：Ｐ１０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３） 切り込み速度 ：１８０〜２２０ｍ／ｓｅｃ 送 り 量 ：０．２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み深さ ：０．６〜１．０ｍｍ ＪＩＳ Ｂ ４０１１のバイト切削試験法に従って、上
記条件で各試料を研削し、バイトの逃げ面摩耗量が０．
２ｍｍに達するまでを工具寿命とした。ただし、本発明
の実施例及び比較例は高炭素の軸受用材料であり、旋削
加工前に材料のＡ₁ 点以上まで加熱する球状化焼鈍を行
なっている。

【０１２１】表４に評価結果を示す。

【０１２２】

【表４】

【０１２３】本発明の内外輪材料はソーキング処理が不
要であり、切削性も良好で、従来のＳＵＪ２よりも素材
コストと加工コストを低減できる。一方、Ｃ％やＣｒ％
が高い比較例のＣ１３やＣ２２はソーキングが必要と判
断され、加工性も良好でない。Ｓｉ％やＭｎ％が高い比
較例のＣ１８やＣ２０も加工性が低下している。Ｃ１８
はＣ，Ｍｎとも上限以下で、Ｓｉが０．７％より下回っ
ていたので、Ｃ２０，ＳＵＪ２などに比べると良好であ
るが、Ｓｉ０．５％以下としたＣ１〜Ｃ１２に比べると
多少悪くなったものである。

【０１２４】本発明ではコストと長寿命とが同時に満た
されることを目的としているため、一般的な転がり軸受
で最も多く使用され、かつコストが最も低い通常の焼
入，焼戻処理を採用して評価試験を行なっており、浸炭
や浸炭窒化等の処理は行なわない。

【０１２５】本発明例における熱処理条件を以下に示
す。 熱処理条件：カーボンポテンシャルＣp ＝０．６〜０．
８のＲＸガス雰囲気中で、温度８１０〜８５０℃の範囲
に０．５〜１時間保持した後焼入を行い、次いで１６０
〜２００℃で２時間の焼戻しを行った。

【０１２６】［異物混入潤滑下寿命試験条件］「特殊鋼
便覧」第一版（電気製鋼研究所編、理工学社、１９６９
年５月２５日発行）第１０−２１頁記載のスラスト型軸
受鋼寿命試験機を用いて、転動体にはＳＵＪ２ボールを
用い、各サンプルにフレーキングが発生した時点までの
累積応力繰り返し回数（寿命）を調査してワイブルプロ
ツトを作成し、そのワイブル分布の結果から各々のＬ₁₀
寿命を求めた。

【０１２７】 試験面圧：最大４９００ＭＰａ 回転数 ：３０００Ｃ．Ｐ．Ｍ． 潤滑油 ：６８番タービン油 混入異物： 組成 ：ステンレス系粉 硬さ ：Ｈ_R Ｃ５０ 粒径 ：３５〜９５μｍ 混入量：潤滑油中に３００ｐｐｍ 寿命評価結果を表５に示す。

【０１２８】

【表５】

【０１２９】本発明の内外輪材料は焼入焼戻後の硬さは
Ｈｖ７００以上であり、長寿命を示した。比較例のう
ち、加工性は劣るがＣ％が１％程度のＣ１３は本発明の
内外輪材料とほぼ同等の硬さと寿命を示した。一方、Ｓ
ＵＪ２は本実施例で採用している通常の焼入れ温度で
は、本発明の内外輪材料と比較すると多少寿命が低下し
ている。また、加工性だけを上げるためＣ％を０．８％
未満としたＣ１４〜Ｃ１７は硬さや残留オーステナイト
が低下する傾向にあり、寿命が低下する。また、Ｓｉ，
Ｍｎ，Ｃｒが下限より低いＣ１９，Ｃ２１，Ｃ２３は硬
さがＨｖ７００以下となり寿命が低下してしまう。

【０１３０】［水混入潤滑下寿命試験条件］次に、市場
の損傷状態を再現させるため、クリーンな潤滑下ではあ
るが潤滑剤に水が浸入した場合を想定した寿命試験を行
なった。潤滑はグリースで行ない、軸受のシールを取り
外して、軸受ハウジング内に１ｃｃ／１時間の割合で水
道水を注入した。

【０１３１】 試験軸受：６２０３（単列深溝玉軸受） 試験面圧：最大２０００ＭＰａ 回転数 ：７０００ｒｐｍ 潤滑剤 ：アルバニヤグリース２（昭和シェル） 水混入 ：１ｃｃ／１時問（水道水） なお、マトリックスＣｒ含有量差を出すために、炭化物
の面積率を用いているが、面積率を直接測定するため、
軸受表面の組織を電子顕微鏡で撮影し、画像解析装置に
よってその電子顕微鏡画像の素地から炭化物だけを取り
出し、面積，個数等を測定して面積率を算出した。

【０１３２】 電子顕微鏡 ：日木電子社製、ＪＳＭ一Ｔ２２０Ａ 画像解析装置：カールツァィス社製、ＩＢＡＳ２０００ 試験結果を表６に示す。

【０１３３】

【表６】

【０１３４】本発明品である内外輪がＣ１〜Ｃ１２で転
動体がＳＵＪ２の組合せのものは、マトリックＣｒ含有
量差が０．６％以上であり、水混入潤滑下であっても十
分な耐久寿命がえられた。

【０１３５】一方、Ｃｒ含有量差が０．６％未満の比較
例のものは、耐久寿命が低下してしまう。また、同一鋼
種を組合わせた、試験Ｎｏ．１３，１５，１９もＣｒ含
有量差が０．６％未満のため寿命が低いが、同一鋼種を
組合わせたものの中では、耐食性が良いほうが若干では
あるが寿命が良くなっていた。逆に転動体の耐食性を低
下させたＮｏ．２１も同様に短寿命であった。

【０１３６】以上のように、本発明の軸受は内外輪の耐
食性を転動体より適量低下させることで、水の浸入等に
より錆などの腐食が発生する環境での寿命延長効果が得
られている。また、玉軸受の転動体は加工工程の管理上
から鋼種変更が困難なため、素材にＳＵＪ２を使用し、
これとＣｒ量を下げて耐食性を適量低下させた低コスト
材料からなる内外輪とを組合わせることで、従来の軸受
よりも低コストでしかも長寿命の軸受を実現できた。

【０１３７】（実施例３）この実施例は、特に低振動，
低騒音が要求される用途の玉軸受などを想定したもので
ある。

【０１３８】転動体の材料にはＳＵＪ２を用いた。内外
輪には、表７に示す材料成分の鋼種Ｅ１〜Ｅ１５（実施
例）と比較のための鋼種Ｅ１６〜Ｅ２３及び，ＳＵＪ２
（比較例）を用いた。

【０１３９】（１）合金成分とソーキング処理の必要性
及び加工性の評価：初めに、これらの各試料素材につい
てソーキング処理の必要性の有無を評価し、また内外輪
の一般的な製造工程に基づき高速旋盤による切削試験を
行って加工性の評価を行った。

【０１４０】［評価条件］ソーキング処理及び切削加工
性の各評価条件は実施例１および２の場合と同じであ
る。すなわち、ソーキング処理については、試料素材の
ビレット断面のマクロ及びミクロ組織を調査して寿命に
有害な巨大炭化物や濃厚な縞状偏析の有無を確認した。
切削加工性については、ＪＩＳ Ｂ ４０１１のバイト
切削試験法に従い、先に述べた条件で各試料を切削して
バイト逃げ面摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間
（分）を工具寿命とし、これをもって加工性を評価し
た。

【０１４１】表７に結果を示す。

【０１４２】

【表７】

【０１４３】実施例の内外輪試料に用いた素材鋼種Ｅ１
〜Ｅ１５はソーキング処理が不要であり、切削性も良好
であり、従来のＳＵＪ２に比べ素材コストと加工コスト
の低減が可能である。一方、比較例の内外輪試料に用い
た素材鋼種では、Ｃ量やＣｒ量が高いＥ１６やＥ２２は
ソーキングが必要と判断され、加工性も良好ではない。
また、Ｓｉ量やＭｎ量が高いＥ１８やＥ２０も加工性が
低い。

【０１４４】（２）熱処理条件の評価：第３の目的を達
成する本発明では、音響特性が良好で且つ低コストなも
のを得るため、一般的な転がり軸受で最も多く使用され
且つコストが最も低い焼入，焼戻処理を施して評価拭験
を行なっており、浸炭や浸炭窒化等の特別な処理は行な
わない。ただし、音響対策として残留オーステナイト量
を低減する必要があるため、望ましい熱処理条件の評価
を行った。

【０１４５】素材の鋼種Ｅ１及びＳＵＪ２を用いて作成
した内外輪と転動体について、焼戻処理温度を変えた次
の三種類の熱処理Ａ〜Ｃを施し、得られた完成品試料の
表面の残留オーステナイト（γ_R ）の量を比較した。

【０１４６】［熱処理条件］温度８１０℃以上〜８５０
℃以下で０．５〜１時間保持した後、焼入れを行う。続
いて、次の熱処理条件で焼戻しを行う。

【０１４７】熱処理条件：Ａ １６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行う。 熱処理条件：Ｂ ２００〜２４０℃で２時間の焼戻しを行う。

【０１４８】熱処理条件：Ｃ サブゼロ処理を施した直後に、２２０〜２６０℃で２時
間の焼戻しを行う。得られた完成品試料について残留オ
ーステナイト量を測定した結果を表７に示す。この結
果、内外輪の残留オーステナイト量が１２容量％を越え
ている熱処理Ａは、音響対策の観点から不適当といえ
る。残留オーステナイト量のより少ない熱処理Ｂと熱処
理Ｃが適当な熱処理となるが、コストを重要視するとサ
ブゼロ処理を施さない熱処理Ｂの方が望ましいといえ
る。

【０１４９】（３）異物混入潤滑下での寿命評価：一般
的な玉軸受の市場での使用状況の詳細な調査を行ない、
市場での表面起点タィプの損傷状態を再現させるため、
異物混入潤滑下で被試験体玉軸受の寿命試験を行なっ
た。転動体にはＳＵＪ２を素材とするボールを用いた。
実施例の内外輪は、表７の実施例の鋼種Ｅ１〜Ｅ１５の
中から選定した幾つかの鋼種を素材ととした。また、比
較例の内外輪の素材は、表７の比較例の鋼種Ｅ１６〜Ｅ
２３の中から選定したものを用いた。各被試験体玉軸受
の内外輪にフレーキングが発生した時点までの累積応力
繰り返し時間（寿命）を調査してワィブルプロットを作
成し、そのワイブル分布の結果から各内外輪試料のＬ₁₀
寿命を求めた。一方、ＳＵＪ２素材とした内外輪につい
ても同様に寿命試験を行い、Ｌ₁₀寿命を求めた。そし
て、前記実施例の内外輪試料および比較例の内外輪試料
の各Ｌ₁₀寿命をＳＵＪ２製内外輪のＬ₁₀寿命で割って寿
命比を求めて評価した。

【０１５０】［異物混入潤滑下寿命試験の条件］ 試験軸受：６０８ 試験面圧：最大１５００ Ｍｐａ 回転数：５０００ ｒｐｍ 潤滑油：６８番タービン油 混人異物： 組成：ステンレス系粉 硬さ：Ｈ_R Ｃ ５０ 粒径 ６５〜１２０μｍ 混入量：潤滑油中に２００ｐｐｍ 寿命評価結果を表８に示す。

【０１５１】

【表８】

【０１５２】実施例の内外輪の材料は、焼入焼戻後の硬
さはＨｖ７００以上であり、従来のＳＵＪ２に対して同
等以上の寿命を示した。一方、比較例については、鋼種
Ｅ１６の場合は寿命は同等以上であるが、加工性が劣っ
ている（表７参照）。また、加工性だけを上げるためＣ
量を０．６％未満とした鋼種Ｅ１７の場合は、表面硬さ
が低下する傾向にあるために従来のＳＵＪ２製内外輪に
対して寿命が低下してしまう。さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃ
ｒが下限より低い鋼種Ｅ１９，Ｅ２１，Ｅ２３の場合
は、Ｃ量を０．８％以上としても硬さがＨｖ７００以下
となり寿命が低下してしまう。

【０１５３】（４）音響評価試験：次に、被試験体軸受
の音響評価試験について述べる。音響評価は初期の音響
の評価と、音響劣化の評価とを行なった。ここで、軸受
の音響評価法であるが、この場合はアンデロン値で評価
を行なっている。アンデロン値はアンデロンメーターで
軸受の音響ノィズを振動成分としてとらえるものであ
る。アンデロンメーターは（株）菅原研究所製ＡＤ−０
２００を使用した。 （４の１） 初期音響評価試験： 試験軸受：６０８ 回転数：１８００ｒｐｍ 軸受予圧：２ｋｇｆ（スラスト荷重） 測定範囲：Ｈバンド（１８００〜１００００Ｈｚ） 新品の軸受をアンデロンメーターにセットして上記条件
でアンデロン値を測定する。同一条件の軸受を３０個測
定して求めたアンデロン値の平均値を、その軸受の音響
レベルとして評価した。内外輪の完成品表面の残留オー
ステナイト量とアンデロン値とについての測定結果を表
９及び図７に示す。

【０１５４】

【表９】

【０１５５】実施例の軸受Ｎｏ．１〜５は初期音響が良
好である。これに対して、内外輪の残留オーステナイト
が６容量％を越える比較例の軸受Ｎｏ．６，７，８，１
０は、軸受組立時に微小な圧痕が生じやすくなり初期音
響が悪い。また、内外輪に従来の素材であるＳＵＪ２を
用いた軸受に熱処理Ａを施して残留オーステナイト量を
ゼロとした比較例の軸受Ｎｏ．９は、同一オーステナイ
ト量の実施例Ｎｏ．１よりも初期音響が高くなってしま
う。 （４の２） 音響劣化試験：測定条件は（４の１）初期
音響評価試験と同一である。その初期音響測定後の軸受
に、５０〜６０ｋｇｆのアキシャル荷重を５〜１０秒負
荷した後に再び音響測定を行ない、荷重負荷による耐圧
痕性を評価した。同一条件の軸受を３０個測定して得ら
れたアンデロン値の平均値をその軸受の音響レベルとし
た。

【０１５６】内外輪の完成品表面の残留オーステナイト
量とアンデロン値とについての測定結果を前記表９及び
図８に示す。実施例の軸受Ｎｏ．１〜５は初期音響に対
して音響劣化が少なくて良好である。これに対して、内
外輪の残留オーステナイトが６容量％を越える比較例の
軸受Ｎｏ．６，７，８，１０は、荷重負荷により微小な
圧痕が生じて音響が劣化している。また、従来のＳＵＪ
２製の内外輪に対しサブゼロ処理を含む熱処理Ｃを施し
て残留オーステナイト量をゼロとした比較例の軸受Ｎ
ｏ．９は、音響劣化量は少ないが、同じく熱処理Ｃを施
した実施例Ｎｏ．１よりも音響が高くなってしまう。

【０１５７】つまり、完成品内外輪の表面の残留オース
テナイト量が６容量％を越えると、初期音響も音響劣化
も共に大きくなる。また、当該残留オーステナイト量が
６容量％以下の場合には、初期音響が低ければ荷重負荷
後の音響も低くすることが可能となる。

【０１５８】（５）内外輪と転動体との炭化物面積率の
組合せによる初期音響評価試験：炭化物面積率がそれぞ
れ異なる内外輪と転動体とを組合せて、初期音響の評価
を行なった。測定条件は前記（４の１）初期音響評価試
験の場合と同一である。

【０１５９】なお、評価基準として内外輪の炭化物面積
率と転動体の炭化物面積率との比（炭化物面積率比＝内
外輪の炭化物面積率／転動体の炭化物面積率）を用いて
いる。当該炭化物面積率を直接測定するため、内外輪，
転動体の各完成品表面の組織を電子顕微鏡で撮影し、画
像解析装置を用いてその電子顕微鏡画像の素地から炭化
物だけを取り出し、炭化物面積，個数等を測定して面積
率を算出した。

【０１６０】 電子顕微鏡：日本電子社製、ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａ 画像解析装置：カールツァィス社製、ＩＢＡＳ２０００ 測定結果を表１０及び図９に示す。

【０１６１】

【表１０】

【０１６２】また、表１１に、表１０におけるＳＵＪ
２，Ｅ１鋼，Ｊ１鋼の元素の一例を示す。

【０１６３】

【表１１】

【０１６４】炭化物面積率比が０．９％を越えない実施
例の試料Ｎｏ．１１〜２５は、初期音響が低く良好であ
る。ただし、内外輪の炭化物面積率が低くて炭化物面積
率比が０．５％未満になった実施例Ｎｏ．２４，２５
は、内外輪の硬さの低下から耐圧痕性が若干低下するた
め、初期音響が少し高くなってきてている。したがって
炭化物面積率比は０．５％以上０．９％以下が望まし
い。

【０１６５】一方、炭化物面積率比が０．９％を越える
比較例のＮｏ．２６，２７，２８，は、内外輪の炭化物
低減による組合わせ効果が現れず、内外輪のうねりによ
る振動が大きくなって初期音響が低くならない。

【０１６６】また、たとえ炭化物面積率比が０．９％以
下であっても、本発明の成分範囲を越えるＣ量を含有し
て炭化物面積率が高い鋼種Ｊ１を素材に用いた転動体を
組合わせてなる比較例Ｎｏ．２９，３０の場合は、転動
体のうねりによる振動が大きくなり初期音響が低くなら
ない。

【０１６７】比較例Ｎｏ．３１については、Ｃ量が本発
明の成分範囲を下回り炭化物面積率が低い鋼種Ｅ１を素
材に用いた転動体を組合わせており、内外輪と転動体と
も鋼種Ｅ１を組合わせてなる比較例Ｎｏ．２８に対して
は組合わせ効果により若干音響が低減している。しか
し、このように炭化物面積率が低いもの同士を組合わせ
ても大きな効果は得られなかった。さらに、転動体がボ
ールの場合、低コストな素材を使い加工性を含めてコス
ダウンを図っても、工程のセット替えや特に異材管理の
面で逆にコストアツプしてしまうため、本発明では転動
体には鋼種ＳＵＪ２を用いることが最適となる。

【０１６８】以上のように、第３の目的を達成する本発
明にあっては、内外輪の炭化物面積率を転動体の炭化物
面積率より適量だけ低下させることにより、軸受の振動
・騒音の元となる内外輪と転動体の「うねり」特性をか
えて、音響特性に優れると共に低コストな軸受を提供す
る。従来の「うねり」特性は、内外輪や転動体の表面の
仕上加工精度に対応した単純な凹凸や粗さの大きさによ
るものであった。しかし本発明では、内外輪や転動体の
材料組成中の炭化物量による加工仕上面の微妙な凹凸形
状、特に凸部となる炭化物の配置に着目して、炭化物量
の異なる材料からなる内外輪と転動体とを組合わせるこ
とによって接触ばね力に加わる振動を減衰させて、音響
特性を改善することが可能になった。

【０１６９】なお、本発明は軸受部品に限らず、玉軸受
と同様にボールとシャフトやピン等で転がり接触や回転
あるいは摺動する他の部品、特に水の浸入等により錆な
どの腐食が発生する環境で使用される他の機械部品等に
対しても、また特に初期音響や音響劣化に対して厳しい
対応が求められる機械部品等に対しても有効に適用する
ことが可能である。この場合、負荷条件のより厳しい部
材を上記内外輪と同等の素材とし、相手部材をＳＵＪ２
とする。例えば、スライダを上記内外輪と同等の素材と
し、転動体はＳＵＪ２を用いて構成したリニアガイド装
置とか、ナットを上記内外輪と同等の素材とし、転動体
はＳＵＪ２を用いて構成したボールねじ装置等の直動軸
受装置を例示することができる。

【０１７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転動部材
によれば、軸受鋼でコスト上昇の要因成分となっている
Ｃｒ，Ｃ等の含有量を制限することにより素材コスト，
製造コストをできるだけ低減するとともに、割損や強度
低下の要因となるＭｎ及び加工性低下の要因となるＳｉ
等の含有量を制限し且つそれら個々の成分の相互の量的
関係から定まるＤＩ値をも同時に制限することにより浸
炭または浸炭窒化を施すことなく焼入性，加工性を確保
し機能性を高めるものとしたので、素材コスト，製造コ
ストを可及的に低減しながら従来の軸受鋼製を上回る性
能の転動部材を提供できるという効果を奏する。

【０１７１】また、本発明によれば、転動装置の一部材
である転動体にＳＵＪ２相当の組成材料を用い、一方、
これに接する他部材の組成はＣｒを低下させ、且つこれ
ら両部材のマトリックスＣｒ含有量の差を０．６％以上
とすることで、水の浸入等により錆などの腐食が発生す
る環境下でも長寿命で且つ安価な転動装置を提供できる
という効果も得られる。

【０１７２】さらに、本発明によれば、他部材の炭化物
面積率を転動体の炭化物面積率より適量低下させること
で、軸受の振動・騒音の元となる他部材とこれに接触し
て転動する転動体の「うねり」特性をかえて、音響特性
に優れた低騒音・低振動で且つ低コストな軸受装置を提
供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼材の変態膨張量に及ぼすＭｓ点の影響を表し
たグラフである。

【図２】素材直径と焼入れ後の硬さの関係におけるＤＩ
値を示すグラフである。

【図３】焼割れ試験片の説明図で、（ａ）は転動体試験
片の平面図、（ｂ）は転動体試験片の側面図、（ｃ）は
軌道輪試験片の平面図、（ｄ）は軌道輪試験片の側面
図、（ｅ）はノッチ部形状図である。

【図４】（ａ）は転動体静的圧砕試験方法、（ｂ）はリ
ング回転割れ疲労試験方法を示す模式図である。

【図５】異物混入潤滑下の寿命試験（素材炭素含有量と
寿命）結果を示す図である。

【図６】水混入潤滑下の寿命試験（マトリックスＣｒ含
有量の差と寿命）の結果を示す図である。

【図７】初期音響評価試験（内外輪の完成品表面の残留
オーステナイト量とアンデロン値）の測定結果を示す図
である。

【図８】音響劣化試験（内外輪の完成品表面の残留オー
ステナイト量とアンデロン値）の測定結果を示す図であ
る。

【図９】初期音響評価試験（内外輪と転動体との炭化物
面積率比とアンデロン値）の測定結果を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 光司 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 木内 昭広 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相手部材との間で転動あるいは摺動され
   て用いられる転動部材において、重量％でＣ；０．８％
   以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上０．７％以下、
   Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上
   ０．６％以下を含有し、残部が実質的にＦｅからなる炭
   素鋼からなり、且つ上記成分から算出される理想臨界直
   径ＤＩ値が１．５以上４．０以下で、さらに硬化熱処理
   後において残留オーステナイト量が２２体積％以下であ
   ることを特徴とする転動部材。ここで ＤＩ＝（０．３１１×Ｃ％^0.498 ）×（０．７×Ｓｉ％
   ＋１）×（３．３３×Ｍｎ％＋１）×（２．１６×Ｃｒ
   ％＋１）