自動車電装・補機用転がり軸受
【課題】製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制する自動車電装・補機用転がり軸受を提供する。
【解決手段】グリース封入玉軸受１は、オルタネータ３０において、ロータ軸３２を、ハウジング３４に対して支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。グリース封入玉軸受１は、外輪、内輪、玉およびシール部材を備え、グリース組成物が封入されている。さらに、外輪、内輪および玉は、０．２５〜０．６５％の炭素、０．１５〜０．３５％の珪素、０．６〜０．９％のマンガンを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層が形成されている。グリース組成物は、ベースグリースと、アルミニウム系添加剤とを含み、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５〜１０質量部である。
【解決手段】グリース封入玉軸受１は、オルタネータ３０において、ロータ軸３２を、ハウジング３４に対して支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。グリース封入玉軸受１は、外輪、内輪、玉およびシール部材を備え、グリース組成物が封入されている。さらに、外輪、内輪および玉は、０．２５〜０．６５％の炭素、０．１５〜０．３５％の珪素、０．６〜０．９％のマンガンを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層が形成されている。グリース組成物は、ベースグリースと、アルミニウム系添加剤とを含み、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５〜１０質量部である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車電装・補機用転がり軸受に関し、より特定的には、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のオルタネータ、ファンカップリング、プーリ（アイドラプーリ、テンションプーリなど）のような自動車電装・補機においては、小型化、軽量化が進められており、小型化に伴って生じる出力の低下を自動車電装・補機内の部材の高速回転化により補う対策がとられている。また、自動車の静粛性の向上を目的とした、エンジンルーム内の密閉化が図られ、自動車電装・補機の使用温度は上昇する傾向にある。さらに、自動車の性能向上の要求に対応するため、自動車電装・補機に対しても、高出力化、高効率化の要求があり、部材の高速回転化、使用環境の高温化がさらに進む原因となっている。
【０００３】
このような状況の下、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受は、高速回転、高負荷荷重、高振動、高温といった過酷な環境下で使用される傾向にある。
【０００４】
高温、高速回転の環境下で使用される転がり軸受の潤滑剤としては、基油に増ちょう剤および融点が８０℃以上の所定のアミド系ワックスを所定量配合してなるグリース組成物が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、上述のような使用条件の過酷化に伴い、自動車電装・補機用転がり軸受においては、使用中に転走面に早期に剥離が発生し、当該剥離の起点付近に白層と呼ばれる組織が観察される場合があり、問題となっている。
【０００６】
図１７は、オルタネータに用いられる自動車電装・補機用転がり軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の自動車電装・補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である。図１７においては、転走面に対して垂直な軌道輪の断面が示されている。図１７を参照して、自動車電装・補機用転がり軸受に発生する白層について説明する。
【０００７】
図１７を参照して、試験対象となった自動車電装・補機用転がり軸受は、オルタネータ用軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、軌道輪１００に剥離が発生し、試験が中止された。そして、剥離が発生した軌道輪１００の剥離起点付近が転走面１０１に垂直な断面で切断され、研磨後に断面を硝酸アルコール溶液（ナイタル）にて腐食された後、光学顕微鏡を用いて観察された。図１７に示すように、剥離起点付近の亀裂１０３の周辺に白層１０２が観察される。ここで、白層１０２は、一般的な転動疲労によって生じるＷＥＣ（Ｗｈｉｔｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）や、一般的な転動疲労によって非金属介在物の周辺に生じるバタフライとは異なり、転動体の転走方向１０４に対して方向性を持たないことが特徴である。
【０００８】
このような白層が発生した軸受を構成する転動部材としての軌道輪や転動体においては、当該転動部材を構成する鋼中の水素含有量が明確に増加している。また、白層内に存在する亀裂は、鋼の結晶粒界に沿って転動部材の内部深くまで進展している。このことから、上述の白層の発生を伴った剥離による軸受の損傷には、水素が関与しているものと考えられる。本明細書、要約書、特許請求の範囲においては、上述の白層を伴った特異な剥離を水素脆性剥離と呼ぶ。
【０００９】
水素脆性剥離は、転がり軸受の運転中に転動部材の転走面に生じる化学的に活性な金属新生面の触媒作用により潤滑剤が分解され、これにより発生した水素が転動部材を構成する鋼中に侵入することにより発生すると考えられる。
【００１０】
これに対し、潤滑剤であるグリース組成物に不動態化酸化剤を添加する対策（たとえば特許文献２参照）や、ビスマスジチオカーバメートを添加する対策（たとえば特許文献３参照）などの、潤滑剤の面からの対策が提案されている。また、転がり軸受を構成する転動部材の表層部に窒素富化層を有するとともに、表層部のオーステナイト結晶粒の粒度番号を所定値よりも大きくした転がり軸受などの材質の面からの対策も提案されている（たとえば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０５３６６号公報
【特許文献２】特開平３−２１０３９４号公報
【特許文献３】特開２００５−４２１０２号公報
【特許文献４】特開２００４−３０１３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のような、近年の自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境の過酷化を考慮すると、特許文献２および３に開示された潤滑剤の改良による水素脆性剥離への対策は、必ずしも十分であるとはいえない。また、特許文献４に開示された転動部材の表面処理や転動部材の材質を強化する対策は、転がり軸受の製造コストの上昇を招来し、製品の価格競争力の観点から必ずしも完全な対策とはいえない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に従った自動車電装・補機用転がり軸受は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。当該自動車電装・補機用転がり軸受は、円環状の第１転走面が形成された第１軌道部材と、第１転走面に対向する円環状の第２転走面が形成された第２軌道部材と、転動体転走面が形成され、第１転走面および第２転走面の各々に転動体転走面において接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体と、第１軌道部材および第２軌道部材に挟まれる空間である軌道空間を閉じるように配置されるシール部材とを備えている。軌道空間にはグリース組成物が封入されている。
【００１４】
そして、第１軌道部材、第２軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか１つは、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層が形成されている。
【００１５】
さらに、上記グリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含んでいる。アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である。
【００１６】
一般に、転がり軸受を構成する鋼としては、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２が広く用いられている。ＳＵＪ２は、炭素含有量およびクロム含有量が高いため、焼入が容易で、かつ焼入後の硬度が高いため、比較的耐摩耗性に優れている。しかし、水素脆性剥離が問題となるような環境下で使用される転がり軸受においては、上述のように転動部材における金属新生面の出現を抑制する必要がある。近年の自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境の過酷化により、単に素材としてＳＵＪ２を使用した転動部材は、金属新生面の出現を抑制するために十分な耐摩耗性を有しているとはいえず、水素脆性剥離への対策としては不十分となっている。
【００１７】
これに対し、ＳＵＪ２製の転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、さらに耐摩耗性を向上させる対策が有効であるとも考えられる。しかし、クロム含有量が高く、比較的高価な鋼種であるＳＵＪ２に、さらに窒素富化層を形成するために、たとえば浸炭窒化処理を実施すると、自動車電装・補機用転がり軸受の製造コストが上昇する。さらに、硬度および耐摩耗性の上昇による加工の容易性（加工性）の低下により、製造コストが一層上昇し、一般的な許容範囲を超えるおそれがある。
【００１８】
本発明者は、転動部材を構成する鋼の組成について詳細に検討するとともに、表面処理との組み合わせにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、十分な耐摩耗性を有し、水素脆性剥離を抑制することが可能な転動部材について鋭意検討した。その結果、以下のような知見を得た。
【００１９】
すなわち、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研磨や研削により除去されて形成される。したがって、仕上げ工程において除去される領域よりも深い領域の耐摩耗性を向上させることが、水素脆性剥離の抑制に有効である。これに対し、転動部材を構成する鋼の炭素含有量およびクロム含有量を所定値以下に低減することにより、浸炭窒化処理において、転動部材への窒素の侵入が容易となり、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能となる。その結果、仕上げ工程における研磨や研削を考慮しても、転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与して金属新生面の露出を抑制しつつ、製造コストを抑制することができる。さらに、比較的高価な合金元素であるクロムの含有量を低減することにより、素材のコストを抑制することも可能となる。これにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能となる。
【００２０】
一方、本発明者は、水素脆性剥離を有効に抑制する潤滑剤についても詳細な検討を行なった。その結果、軌道空間に封入される潤滑剤としてのグリース組成物に、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤を添加することで、水素脆性剥離が極めて有効に抑制されることが分かった。これは、転走面において金属新生面が露出した場合、当該金属新生面においてアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制されるためであると考えられる。
【００２１】
そして、さらに詳細に検討したところ、当該アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部未満では、水素脆性剥離を抑制する効果が小さいこと、および１０質量部を超えて添加すると効果が飽和することを見出した。したがって、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下であることが好ましい。
【００２２】
以上より、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、自動車電装・補機用転がり軸受が備える第１軌道部材、第２軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか１つは、上述の組成を有する鋼から構成されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。なお、鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細については、後述する。そして、表層部に十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層が形成されていることにより、転走面の十分な耐摩耗性が確保され、金属新生面の露出が抑制される。さらに、転走面において金属新生面が露出した場合でも、当該金属新生面において、グリース組成物に添加されたアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制される。その結果、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【００２３】
なお、一層製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が抑制された自動車電装・補機用転がり軸受を提供するためには、上記第１軌道部材および第２軌道部材の両方が上述の条件を満たしていることが好ましく、上記第１軌道部材、第２軌道部材および転動体の全てが上述の条件を満たしていることが、より好ましい。
【００２４】
ここで、表層部とは、転動部材において、表面からの距離が０．２ｍｍ以下である領域をいう。また、窒素富化層とは、転動部材の表層部に形成された転動部材の芯部に比べて窒素含有量が高い層であって、たとえば浸炭窒化、浸炭浸窒などの処理によって形成することができる。
【００２５】
次に、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００２６】
炭素：０．２５質量％以上０．６５質量％以下
炭素含有量が高くなると、転動部材を構成する鋼において、粗大な炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が形成される。この粗大な炭化物は、浸炭窒化処理が実施される時点においても、鋼の素地に固溶せず、転動部材への窒素の侵入を阻害する。炭素量が０．６５質量％を超えると上述の影響が大きくなる。
【００２７】
一方、炭素量は、鋼の焼入後の硬度に大きな影響を及ぼす。炭素含有量が低い場合、転動部材として機能するために、転動部材の表層部、特に転走面近傍において炭素濃度を少なくとも０．５質量％以上、好ましくは０．８質量％以上に上昇させる必要がある。炭素量が０．２５質量％未満では、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなり、製造コストの上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下である。なお、製造コストを一層低減するためには、炭素量は０．５質量％以上であることが好ましい。
【００２８】
珪素：０．１５質量％以上０．３質量％以下
前述のように、自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境においては、使用中に温度が上昇する場合が多い。そのため、転動部材の硬度が低下し、耐摩耗性が劣化するという問題が生じる場合がある。転動部材を構成する鋼が珪素を含有することにより、これを防止する効果（焼戻軟化抵抗）が向上する。転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満の場合、転動部材の焼戻軟化抵抗が不十分となる場合がある。また、珪素は鋼の製造工程において、鋼の特性に対して有害な酸素の含有量を低下させるために添加される元素であり、０．１５質量％未満に低減することは製造コスト上昇の原因となる。一方、転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．３質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下する。以上の理由により、珪素量は０．１５質量％以上０．３質量％以下である。
【００２９】
マンガン：０．６質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、転動部材を構成する鋼に含有されることにより、転動部材の焼入の容易性を向上させる効果を有している。また、マンガンは、転動部材を構成する鋼に不可避に含有される硫黄と化合して硫化マンガンを形成し、ミクロ組織における硫黄の結晶粒界への偏析を抑制して、転動部材の特性の低下を回避する効果を有している。マンガンの含有量が０．６質量％未満の場合、上述の効果を十分に果たすことができない。一方、転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が０．９質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．６質量％以上０．９質量％以下である。
【００３０】
クロム：０．３質量％以下
クロムは、浸炭窒化が実施される際、鋼の素地への炭化物の固溶を阻害する。そして、浸炭窒化時に残存する炭化物は、転動部材の内部への窒素の侵入を阻害する。クロム量が０．３質量％を超えると、上記の影響が大きくなるため、クロム量は０．３質量％以下である。なお、浸炭窒化における窒素の侵入を容易にし、より短時間で十分な窒素富化層を形成可能とするためには、クロム量は０．２質量％以下であることが好ましい。
【００３１】
ここで、転走面とは、転動部材において、当該転動部材が他の転動部材と接触する表面であり、たとえば転動部材が転がり軸受の軌道輪である場合、転動体と接触する表面をいう。また、たとえば転動部材が玉軸受の玉である場合、玉の表面全体であり、ころ軸受のころである場合、軌道輪の転走面と接触する外周面をいう。
【００３２】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材を構成する鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼のうち上述の組成の条件を満たすものであることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃが上述の組成の条件を満たす。規格鋼を採用することにより、素材の入手が容易になり、かつ素材のコストを低減することができる。また、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなることによる製造コストの上昇を回避するためには、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５ＣまたはＳ５８Ｃを採用することが、より好ましい。
【００３３】
さらに、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能なアルミニウム系添加剤としては、たとえばアルミニウム、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム及びその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグネシウム、セレン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウムなどが挙げられる。また、上記アルミニウム系添加剤は、１種類が選択されて添加されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に添加されてもよい。
【００３４】
ここで、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受のグリース組成物は、上記アルミニウム系添加剤に加えて、アルミニウム系添加剤以外のグリース用添加剤を必要に応じて含有してもよい。このアルミニウム系添加剤以外のグリース用添加剤としては、たとえば有機亜鉛化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物などの酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、リン系化合物などの摩耗防止剤などが挙げられる。また、上記アルミニウム系添加剤以外の添加剤は、１種類が選択されて添加されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に添加されてもよい。
【００３５】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能な増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けんなどの石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物などが挙げられる。また、上記増ちょう剤は、１種類が選択されて使用されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に使用されてもよい。
【００３６】
ここで、ジウレア化合物は、たとえば、ジイソシアネートとモノアミンとを反応させることにより得られる。ジイソシアネートとしては、たとえばフェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。また、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
【００３７】
ポリウレア化合物は、たとえば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、上記ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられる。また、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。
【００３８】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能な基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油などの鉱油、高精製度鉱油、流動パラフィン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ（Ｇａｓ Ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）油、ポリブテン、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物などの炭化水素系合成油、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油、または天然油脂などが挙げられる。また、上記基油は、１種類が選択されて使用されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に使用されてもよい。
【００３９】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、窒素富化層における鋼のオーステナイト粒度番号は１０番を超える範囲にある。これにより、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上する。
【００４０】
ここで、鋼のオーステナイト粒度番号とは、ＪＩＳ Ｇ０５５１に規定されたオーステナイト結晶粒（焼入硬化後の旧オーステナイト結晶粒）の粒度番号をいう。
【００４１】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、窒素富化層の表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である。
【００４２】
自動車電装・補機用転がり軸受の運転時における金属新生面の出現を抑制する観点から、自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材においては、転走面（最表層）だけでなく、転走面から所定の深さ、具体的には０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有していることが好ましい。転走面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることにより、０．０５ｍｍ以内の領域に十分な耐摩耗性を付与することができる。
【００４３】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、転走面の硬度は、６０ＨＲＣ以上である。これにより、水素脆性剥離が問題となる環境下で使用される転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与することができる。なお、水素脆性剥離を一層抑制するためには、転走面の硬度は６１ＨＲＣ以上であることが好ましい。また、転走面の硬度は、たとえばロックウェル硬度計を使用し、転走面の硬度を５点測定して、その平均値として算出することができる。
【００４４】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されている。
【００４５】
アルミニウム、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムは、いずれも耐熱性に優れているため、本発明に適用するアルミニウム系添加剤として好適である。さらに、アルミニウムは、耐熱性および耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性向上効果が高く、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用するアルミニウム系添加剤として特に好ましい。また、アルミニウム系添加剤としてのアルミニウムは、たとえば粒径１μｍ以上１０μm以下、純度５０％以上のアルミニウム粉末を採用することが好ましい。
【００４６】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤である。ウレア系増ちょう剤は、耐熱性に優れるとともに、比較的低コストであるため、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用する増ちょう剤として好適である。
【００４７】
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。また、基油にウレア系化合物を配合してベースグリースが得られる。ベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製することができる。
【００４８】
ベースグリースに対する増ちょう剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して増ちょう剤が１質量部以上４０質量部以下の割合で配合されることが好ましい。増ちょう剤の含有量が１質量部未満では、増ちょう効果が小さくなり、グリース化が困難となる。一方、増ちょう剤の含有量が４０質量部を超えると、得られるベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果、すなわち潤滑剤としての機能が得られ難くなる。なお、十分な増ちょう効果を得るためには、増ちょう剤の含有量は３質量部以上であることが、より好ましい。さらに、ベースグリースが硬くなりすぎることを確実に回避するためには、増ちょう剤の含有量は２５質量部以下であることが、より好ましい。
【００４９】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっている。アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油は、耐熱性および潤滑性に特に優れており、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用する基油として好適である。
【発明の効果】
【００５０】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（オルタネータ用転がり軸受）を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を備えたオルタネータの構成について説明する。
【００５３】
図１を参照して、オルタネータ３０は、円盤状の形状を有し、ロータコイル３１Ａが巻きつけられたロータ３１と、ロータ３１を取り囲むように配置されたハウジング３４と、ロータ３１の中央部を貫通し、かつハウジング３４の壁面を貫通するロータ軸３２と、ハウジング３４の内部においてロータ３１の外周面に対向するようにハウジング３４に対して固定されて配置されたステータ３３とを備えている。また、ステータ３３には、たとえばロータ３１の外周面に沿った周面上の１２０°ずつ離れた３箇所にステータコイル３３Ａがそれぞれ巻きつけられている。そして、ロータ軸３２の外周面３２Ａと、外周面３２Ａの一部に対向して配置される部材であるハウジング３４との間には、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受としての１対のグリース封入玉軸受１が配置されている。つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車電装・補機であるオルタネータ３０において、回転駆動される回転部材としてのロータ軸３２を、ロータ軸３２の外周面側に隣接して配置される部材であるハウジング３４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００５４】
これにより、ロータ軸３２は、ハウジング３４に対して軸まわりに回転自在に保持され、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成されている。さらに、オルタネータ３０は、ハウジング３４の外部において、ロータ軸３２に接続され、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成された円環状の形状を有するオルタネータプーリ３９を備えている。そして、オルタネータプーリ３９の外周面には、図示しない動力伝達用のベルトが掛けられるための溝部３９Ａが形成されている。
【００５５】
次に、オルタネータ３０の動作について説明する。溝部３９Ａの形成されたオルタネータプーリ３９の外周面には、図示しないエンジンなどの動力源からの動力によって回転するベルト（図示しない）が掛けられる。当該ベルトが回転することにより、オルタネータプーリ３９は、ハウジング３４に対してグリース封入玉軸受１により軸支されたロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。そして、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。このとき、ロータ３１は、ロータ３１の外周面に対向し、ハウジング３４に固定されて配置されたステータ３３に対して相対的に回転する。その結果、ロータコイル３１Ａとステータコイル３３Ａとの間の電磁誘導作用により、ステータコイル３３Ａに起電力が発生する。
【００５６】
すなわち、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１は、ロータ３１を回転させることによって、ロータ３１の外周側に対向して配置されるステータ３３のステータコイル３３Ａに起電力を発生させるオルタネータにおいて、ロータ３１を貫通し、ロータ３１と一体に回転するロータ軸３２をロータ軸３２の外周面に対向して配置される部材であるハウジング３４に対して回転自在に軸支するオルタネータ用転がり軸受である。
【００５７】
つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するオルタネータ３０において、当該動力により回転駆動されるロータ軸３２を、ロータ軸３２に隣接して配置されるハウジング３４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００５８】
次に、上記グリース封入玉軸受１について説明する。図２は、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【００５９】
図２および図３を参照して、グリース封入玉軸受１は、第１軌道部材としての外輪１１と、第２軌道部材としての内輪１２と、複数の転動体としての玉１３と、保持器１４と、シール部材１５とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）が形成され、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転走面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。
【００６０】
１対のシール部材１５は、外輪１１および内輪１２に挟まれる空間、より具体的には外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに挟まれる空間である軌道空間を閉じるように、外輪１１と内輪１２との間において、外輪１１および内輪１２の幅方向の両端部のそれぞれに配置されている。以上の構成により、グリース封入玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。また、上記軌道空間には、グリース組成物１６が封入されている。
【００６１】
さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されている。
【００６２】
また、グリース組成物１６は、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含んでいる。そして、当該アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である。
【００６３】
ここで、オルタネータ３０においては、グリース封入玉軸受１は、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。さらに、オルタネータプーリ３９は片持ち状態でロータ軸３２に接続されているため、１対のグリース封入玉軸受１のうち、オルタネータプーリ３９側のグリース封入玉軸受１においては、特に負荷される荷重および振動が大きくなる。その結果、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【００６４】
これに対し、実施の形態１のグリース封入玉軸受１によれば、グリース封入玉軸受１が備える外輪１１、内輪１２および玉１３は、上述の組成を有する鋼から構成されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成することが可能になるとともに、素材のコストが低減されている。そして、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されていることにより、転走面の十分な耐摩耗性が確保され、金属新生面の露出が抑制される。
【００６５】
さらに、転走面において金属新生面が露出した場合でも、当該金属新生面において、グリース組成物１６に添加されたアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制されている。
【００６６】
その結果、実施の形態１のグリース封入玉軸受１は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのオルタネータ用転がり軸受となっている。
【００６７】
さらに、図３を参照して、実施の形態１の外輪１１、内輪１２および玉１３は、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、玉転走面１３Ａから深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度が、０．１４質量％以上となっている。そのため、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａだけでなく、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａから０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有している。その結果、水素脆性剥離が一層抑制されている。
【００６８】
また、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されていることが好ましい。これにより、耐熱性が向上する。
【００６９】
さらに、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることが好ましい。ウレア系増ちょう剤は、耐熱性に優れるとともに、比較的低コストであるため、実施の形態１のグリース封入玉軸受１に適用する増ちょう剤として好適である。
【００７０】
また、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっていることが好ましい。アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油は、耐熱性および潤滑性に特に優れており、実施の形態１のグリース封入玉軸受１に適用する基油として好適である。
【００７１】
以上のように、実施の形態１のグリース封入玉軸受１は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されている。
【００７２】
次に、本発明の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図５は、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材（外輪、内輪および玉）の製造方法の概略を示す図である。
【００７３】
図４を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、グリース組成物を製造するグリース組成物製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、グリース封入玉軸受１を構成する転動部材としての外輪１１、内輪１２などが製造される。一方、転動体製造工程では、グリース封入玉軸受１を構成する転動体としての玉１３などが製造される。また、グリース組成物製造工程では、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含み、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下であるグリース組成物１６が製造される。
【００７４】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせ、さらにグリース組成物１６を軌道空間内に封入することによりグリース封入玉軸受１を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１および内輪１２と、玉１３とを組み合わせ、軌道空間内にグリース組成物１６を入れ、シール部材１５により封止することにより、グリース封入玉軸受１が組立てられる。そして、上記軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の転動部材の製造方法により実施される。
【００７５】
図５を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法においては、まず、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００７６】
次に、図５を参照して、上記鋼材を成形することにより、転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、転動部材としての外輪１１、内輪１２、玉１３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。
【００７７】
次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、冷却工程と、焼戻工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００７８】
次に、図５を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などが仕上げられる。これにより、実施の形態１における転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３などが完成する。
【００７９】
次に、熱処理工程の詳細について説明する。図６は、実施の形態１における、グリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図６を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。
【００８０】
図６を参照して、まず、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程が実施される。具体的には、成形工程において転動部材の概略形状に成形された鋼製部材はＡ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、ＲＸガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。
【００８１】
次に、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材を、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する冷却工程が実施される。具体的には、鋼製部材が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される。これにより、鋼製部材は焼入硬化される。
【００８２】
さらに、図６を参照して、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度に加熱されることにより焼戻される焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。以上の手順により、実施の形態１における転動部材の熱処理工程は完了する。
【００８３】
実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法によれば、炭素量が０．６５質量％以下、クロムが０．３質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。また、実施の形態１の転動部材の製造方法により、転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることができる。
【００８４】
そして、実施の形態１のグリース封入玉軸受の製造方法によれば、上述の転動部材の製造方法により転動部材が製造され、かつ上述のアルミニウム系添加剤を含むグリース組成物が軌道空間に封入されているため、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能なオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受を製造することができる。
【００８５】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、ＭＳ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００８６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受について説明する。実施の形態２におけるグリース封入玉軸受と、上述の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受とは、基本的には同様の構成を有している。そして、図１〜図３を参照して、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受１においては、窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける鋼のオーステナイト粒度番号が１０番を超える範囲にある。
【００８７】
これにより、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受においては、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上している。
【００８８】
次に、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法について説明する。図７は、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。また、図８は、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図８において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図８において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００８９】
図４、図５および図７を参照して、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法と、上述の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法とは、基本的には同様である。しかし、転動部材の製造方法における熱処理工程が、浸炭窒化工程と、第１の冷却工程と、再加熱工程と、第２の冷却工程と、焼戻工程とを含んでいる点において、実施の形態２のグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法は、実施の形態１のグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法とは異なっている。
【００９０】
すなわち、図８を参照して、実施の形態２における転動部材の製造方法における熱処理工程では、まず、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程が実施される。具体的には、成形工程においてグリース封入玉軸受を構成する転動部材の概略形状に成形された鋼製部材は、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度Ｔ１、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、鋼製部材はＲＸガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されて、表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。これにより、浸炭窒化工程が完了する。その後、鋼製部材が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される第１の冷却工程が実施される。これにより、１次焼入が完了する。
【００９１】
さらに、１次焼入が実施された鋼製部材がＡ１点以上の温度である７９０℃以上８３０℃以下の温度Ｔ２、たとえば８１０℃に再び加熱される再加熱工程が実施され、その後３０分間以上１２０分間以下の時間、たとえば５０分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、たとえば脱炭を防止するため、たとえばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、鋼製部材が、たとえば油冷されることにより、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に急冷されて焼入硬化される第２の冷却工程が実施される。これにより、２次焼入が完了する。
【００９２】
さらに、２次焼入が完了した鋼製部材は、Ａ１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後冷却される。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の熱処理工程は完了する。
【００９３】
ここで、温度Ｔ２は、オーステナイト結晶粒を小さくする観点から、前述のように７９０℃以上８３０℃以下とすることが望ましい。また、同様の観点から、温度Ｔ２はＴ１よりも低い温度とすることが好ましい。さらに、再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ１点において３℃／分以上であることが好ましい。これにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさのバラツキが小さい整粒組織を有する鋼からなる転動部材を製造することができる。
【００９４】
なお、上述の再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、たとえば以下のように測定することができる。すなわち、鋼製部材の表層部に熱電対を接続し、再加熱工程における当該表層部の温度の推移を測定し、記録する。そして、当該表層部の温度が上昇してＡ１点を通過する前後の５℃の範囲における１分間あたりの温度上昇（昇温速度）を算出する。この昇温速度が３℃／分以上であれば、上述の条件、すなわち再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ１点において３℃／分以上であること、を満たす。
【００９５】
実施の形態２における転動部材の製造方法によれば、炭素量が０．６５質量％以下、クロムが０．３質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。
【００９６】
また、実施の形態２における転動部材の製造方法では、第１の冷却工程において一旦ＭＳ点以下の温度に油冷され、再加熱工程において浸炭窒化温度よりも低い再加熱温度に再度加熱され、さらに第２の冷却工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される手順が採用されている。そのため、窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける鋼のオーステナイト粒度番号を、１０番を超える範囲とすることができる。これにより、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上しているとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上した転動部材を製造することができる。
【００９７】
以上より、実施の形態２における転動部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材を製造することができる。そして、実施の形態２における転動部材の製造方法により、転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることができる。
【００９８】
また、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法によれば、上述の転動部材の製造方法により転動部材が製造されるため、製造コストの上昇を抑制しつつ、一層水素脆性剥離を十分に抑制することが可能なオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受を製造することができる。
【００９９】
図９は、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例の詳細を示す図である。図９において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図９において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図９を参照して、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例を説明する。
【０１００】
図９を参照して、図９に示す熱処理工程と上述の図８に示す熱処理工程とは基本的には温度および時間の条件を含めて同様の工程となっている。しかし、図９の熱処理工程においては浸炭窒化工程に引き続いて油冷を実施して１次焼入を完了するのではなく、まずＡ１変態点以下の温度に冷却した後、室温（常温）まで冷却することなく再びＡ１変態点以上の温度Ｔ２に加熱する点において、図８の熱処理工程とは異なっている。
【０１０１】
これにより、一度焼入を実施した後に再度温度Ｔ２まで加熱する場合に比べて再加熱に要する時間およびエネルギーを少なくすることが可能となるため、製造コストを低減し得る点において有利である。なお、浸炭窒化後に引き続く冷却温度はＡ１変態点よりも低い温度、すなわち鉄のオーステナイトからフェライトへの変態点以下の温度であればよく、たとえば６５０℃以上７００℃以下とすることができる。
【０１０２】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の一実施の形態である実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（プーリ用転がり軸受）を備えたプーリを示す概略図である。図１０を参照して、実施の形態３におけるグリース封入玉軸受を備えたプーリの構成について説明する。
【０１０３】
図１０を参照して、自動車の補機駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用されるプーリ４０は、動力伝達用のベルトである補機駆動ベルト（図示しない）が接触するための外周面４１Ａを有し、かつ中央部にシャフト４９が貫通するための貫通穴の形成された円環状の形状を有するプーリ本体４１と、貫通穴の内周面４１Ｂに接触して嵌め込まれた自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１（プーリ用玉軸受としての単列深溝玉軸受）とを備えている。プーリ本体４１は、たとえば鋼板をプレス成形して作製されている。
【０１０４】
より具体的には、プーリ本体４１は、内周面に貫通穴を有する円筒状の内周円筒部４１Ｃと、内周円筒部４１Ｃの幅方向（軸方向）における一方の端部から径方向外側に延びるフランジ部４１Ｄと、フランジ部４１Ｄから幅方向（軸方向）に延びる外周円筒部４１Ｅと、内周円筒部４１Ｃの幅方向（軸方向）における他方の端部から径方向内側に延びる鍔部４１Ｆとを含んでいる。また、グリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有している。そして、外輪１１がプーリ本体４１の内周円筒部４１Ｃおよび鍔部４１Ｆに接触するように嵌め込まれている。
【０１０５】
ここで、グリース封入玉軸受１の内輪１２の内周面に接触するように、シャフト４９が嵌め込まれていることにより、シャフト４９とプーリ本体４１とは軸まわりに相対的に回転可能となっており、プーリ本体４１の外周面４１Ａに接触する図示しない補機駆動ベルトは、回転可能となっている。これにより、プーリ４０は、補機駆動ベルトが掛けられる軸同士の距離が固定されているような場合に、当該補機駆動ベルトに外周面４１Ａにおいて接触し、補機駆動ベルトに張力を付与するテンショナーとしての機能と、障害物となるエンジンルーム内の各種装置との接触の回避等の目的で、補機駆動ベルトの走行方向を変えるためのアイドラーとしての機能との一方または両方を果たすことができる。
【０１０６】
すなわち、実施の形態３におけるグリース封入玉軸受１は、図１０を参照して、動力を伝達するための図示しないベルトが掛けられて回転するプーリ本体４１の内部を貫通するプーリ軸としてのシャフト４９と、プーリ本体４１との間に配置され、プーリ本体４１をシャフト４９に対して回転自在に軸支するプーリ用転がり軸受である。
【０１０７】
つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するプーリ４０において、当該動力により回転駆動されるプーリ本体４１を、プーリ本体４１に隣接して（プーリ本体４１を貫通して）配置されるシャフト４９に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【０１０８】
ここで、プーリ４０においては、グリース封入玉軸受１は、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。そのため、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【０１０９】
これに対し、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有しているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのプーリ用転がり軸受となっている。なお、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、実施の形態１および実施の形態２において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【０１１０】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の一実施の形態である実施の形態４における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（ファンカップリング用転がり軸受）を備えたファンカップリングを示す概略図である。また、図１２は、実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。図１１および図１２を参照して、実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングについて説明する。
【０１１１】
図１１を参照して、ファンカップリング５０は、自動車のラジエータに風を送ることにより、ラジエータ内の冷却水の温度を低下させるためのファン６２と、当該ファン６２を駆動するための部材であり、エンジンの動力により回転するロータ６１との間に介在し、ファンの回転数を制御するカップリング（継ぎ手）である。
【０１１２】
このファンカップリング５０は、外周面に翼部が形成された円環状のファン６２の回転軸を含む部位に形成された貫通穴の内周面に、外周面において接触するように嵌め込まれた円盤状のケース５１と、図示しないエンジンの動力によりファン６２の回転軸と共通の軸周りに回転駆動され、かつケース５１の側壁に形成された貫通穴５１Ａを貫通するロータ６１の外周面に内輪１２が嵌め込まれるとともに、外輪１１がケース５１の貫通穴５１Ａの内周面に嵌め込まれたグリース封入玉軸受１（ファンカップリング用転がり軸受）とを備えている。これにより、グリース封入玉軸受１の外輪はケース５１と一体に、内輪はロータ６１と一体に回転可能に構成されている。また、グリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有している。
【０１１３】
ケース５１の内部には、シリコーン油などの粘性流体が充填されたオイル室５２と、オイル室５２に隣接する撹拌室５３とが形成されている。撹拌室５３には、外周面にフィン５９Ａが形成された円盤状のドライブディスク５９が配置されている。ドライブディスク５９は、中心を含む部位に貫通穴が形成されており、当該貫通穴の内周面においてロータ６１の外周面に接触するように、ロータ６１に嵌め込まれている。これにより、ドライブディスク５９は、ロータ６１と一体に、かつファン６２およびロータ６１と共通の回転軸において、軸周りに回転可能に構成されている。
【０１１４】
オイル室５２と撹拌室５３との間には、仕切板５４が配置されており、仕切板５４には、オイル室５２と撹拌室５３とを連通する貫通穴であるポート５５が形成されている。さらに、オイル室５２には、一端において仕切板５４に取り付けられ、他端においてポート５５に重なるように構成された板状のスプリング５６が配置されている。さらに、ケース５１の前面側（仕切板５４からみてオイル室５２側の外壁の外側）には、板状のバイメタル５７が取り付けられている。さらに、棒状のピストン５８は、一端がバイメタル５７の中央部に連結され、他端がケース５１の外壁を貫通し、オイル室５２内においてスプリング５６に接触するように配置されている。また、ケース５１および仕切板５４には、撹拌室５３のドライブディスク５９の外周面に対向する領域とオイル室５２とを連通する流通穴６０が形成されている。
【０１１５】
次に、ファンカップリング５０の動作について、図１１および図１２を参照して説明する。図示しないエンジンが始動すると、エンジンの動力によりロータ６１が軸周りに回転する。このとき、ロータ６１に嵌め込まれたグリース封入玉軸受１の内輪１２およびドライブディスク５９は、ロータ６１と一体に回転する。
【０１１６】
ここで、エンジンの始動からの経過時間が短い場合など、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃以下である場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル５７は、図１１に示すように平坦な形状を維持する。そのため、スプリング５６は、ピストン５８により仕切板５４に向けて押圧され、スプリング５６により、ポート５５は閉じられた状態となる。したがって、オイル室５２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート５５を通じて撹拌室５３に流入することはできない。また、撹拌室５３内に粘性流体がある場合、ドライブディスク５９の回転による遠心力を受けて、当該粘性流体は流通穴６０を通じてオイル室５２に流入する。その結果、ドライブディスク５９は、グリース封入玉軸受１によりケース５１に対して回転自在に軸支され、ドライブディスク５９が流通穴６０を通じて粘性流体をオイル室５２に流入させる際のわずかなせん断応力をケース５１に及ぼすことを除いて、ケース５１に対して空転状態となる。そのため、ロータ６１の回転は、ケース５１に対して僅かに伝達されるのみとなり、ファン６２は低い回転速度で回転する。
【０１１７】
一方、エンジンの温度が上昇し、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃を超えた場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル５７は、図１２に示すように、仕切板５４からみてオイル室５２側の向きに凸形状となるように変形する。そのため、ピストン５８によるスプリング５６の押圧力が小さくなり、ポート５５が開放される。そして、オイル室５２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート５５を通じて撹拌室５３に流入する。その結果、ドライブディスク５９の回転が粘性流体を介してケース５１に対して効率的に伝達され、ファン６２は高い回転速度で回転する。
【０１１８】
このようにして、エンジンの温度が低い場合には、ファンカップリング５０は、ファン６２の回転速度を低く制御することにより、エンジンの温度を適正な温度にまで上昇させる機能を果たす。一方、エンジンの温度が高い場合には、ファンカップリング５０は、ファン６２の回転速度が高くなるようにファンの回転を制御することによりラジエータを冷却し、エンジンの温度が適正範囲を超えて高くなることを回避する機能を果たす。
【０１１９】
ここで、ファンカップリング５０においては、グリース封入玉軸受１は、エンジンの温度変化に伴い、１０００回転／分程度の回転速度から、１００００回転／分以上の回転速度まで、広い回転速度域において使用される。また、夏季において自動車が高速運転される場合には、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。そのため、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【０１２０】
これに対し、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有しているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのファンカップリング用転がり軸受となっている。なお、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、実施の形態１および実施の形態２において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【０１２１】
上記実施の形態１〜４においては、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の一例として、オルタネータ、プーリおよびファンカップリングにおいて使用される玉軸受（深溝玉軸受）について説明したが、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、スラスト玉軸受またはスラストころ軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。
【０１２２】
また、上記実施の形態１〜４においては、焼戻工程は、たとえば１８０℃の温度に１２０分間保持することにより実施されているが、素材の焼戻軟化抵抗性に応じて焼戻の温度および時間は変更することができる。すなわち、焼戻軟化抵抗性の小さい素材、たとえば珪素の含有量が０．２質量％以下の鋼が素材として採用された場合、焼戻工程はたとえば１５０℃以上１７０℃以下の温度で３０分以上９０分以下の時間保持することにより実施してもよい。
【実施例１】
【０１２３】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材の表面硬度を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１２４】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例の転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ Ｓ５３Ｃ、比較例の転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ ＳＵＪ２を採用した。そして、上記鋼材を転動部材である６３０３型番（ＪＩＳ Ｂ１５１３）の軸受内輪の概略形状に加工した。
【０１２５】
その後、上記軸受内輪に対して、図６に基づいて説明した実施の形態１における熱処理工程と同様の熱処理工程（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、焼戻を１８０℃で１２０分間）により、同一条件で浸炭窒化、焼入および焼戻を実施した。そして、仕上げ加工を実施することにより、軸受内輪を完成させた（浸炭窒化）。
【０１２６】
また、上記鋼材を６３０３型番の軸受内輪の概略形状に加工した後、図８に基づいて説明した実施の形態２における熱処理工程と同様の熱処理工程（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、１次焼入後、焼戻を１８０℃で１２０分間、再加熱を８１０℃で４０分間、２次焼入後、焼戻を１８０℃で１２０分間）により、同一条件で浸炭窒化、焼入および焼戻を実施した。そして、仕上げ加工を実施することにより、軸受内輪を完成させた（浸炭窒化２度焼入）。
【０１２７】
さらに、浸炭窒化を実施しない場合の硬度を測定するため、ＲＸガスおよびアンモニアガスを添加しない雰囲気中で８５０℃に加熱し、５５分間保持した後油冷し、さらに１８０℃に加熱して１２０分間保持することにより、浸炭窒化を実施しない通常の焼入を実施した軸受内輪も作製した（ずぶ焼入）。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
表１は、各軸受内輪における転走面の硬度の測定結果を示す表である。表１を参照して、ＳＵＪ２から構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化の有無に関わらず、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。
【０１３０】
一方、Ｓ５３Ｃから構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化を実施しない場合、６０ＨＲＣ未満となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度を確保できているとはいえない。これに対し、浸炭窒化を実施した実施例の内輪では、６１．２ＨＲＣの硬度となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。さらに、浸炭窒化２度焼入を実施した実施例の内輪では、６２．８ＨＲＣの硬度となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっているばかりでなく、ずぶ焼入により作製される一般的なＳＵＪ２製の転動部材の硬度である６２ＨＲＣ以上の硬度となっている。このことから、ずぶ焼入のみでは硬度が不足するＳ５３Ｃであっても、これを素材として採用し、浸炭窒化を施した転動部材は、転動疲労寿命の観点から十分な硬度を確保可能であることが分かる。
【実施例２】
【０１３１】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材の窒素濃度分布を、一般的な軸受用鋼であるＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化が実施された転動部材の窒素濃度分布と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１３２】
実施例１において作製した軸受内輪のうち、浸炭窒化を実施した内輪を転走面に対して垂直な断面で切断し、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、転走面から内部に向けて、転走面に垂直な方向における窒素濃度および炭素濃度の分布を測定した。なお、当該測定は、転走面の仕上げ加工前に、すなわち浸炭窒化後に転走面の加工を実施することなく実施した。
【０１３３】
図１３は、浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図１４は、浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。また、図１５は、浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図１６は、浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。図１３〜図１６において、横軸は表面からの深さであり、縦軸はそれぞれ窒素濃度および炭素濃度である。また、図１３〜図１６において、Ｓ５３Ｃ製の軸受内輪の測定結果は実線で、ＳＵＪ２製の軸受内輪の測定結果は破線で示されている。図１３〜図１６を参照して、浸炭窒化を実施した軸受内輪の窒素濃度分布について説明する。
【０１３４】
図１３および図１５を参照して、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の軸受内輪および比較例であるＳＵＪ２製の軸受内輪における窒素濃度は、表面から内部に向かうに従って低下している。そして、最表層部においては、比較例であるＳＵＪ２製内輪の窒素濃度が、実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の窒素濃度を上回っている。しかし、ＳＵＪ２製内輪の窒素濃度は、内輪の内部では急激に低下し、表面からの深さが０．１５ｍｍを超える領域においては、Ｓ５３Ｃ製内輪の窒素濃度がＳＵＪ２製内輪の窒素濃度を上回っている。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。
【０１３５】
図１４および図１６を参照して、実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の炭素濃度は、内部に向けてほぼ直線的に低下していくのに対し、比較例であるＳＵＪ２製内輪の炭素濃度は最表層部に最も大きなピークを有しており、内部に向けても多くのピークを有している。これは、過共析鋼であるＳＵＪ２のミクロ組織中には炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が存在していることと、ＳＵＪ２は多量のクロム（Ｃｒ）を含有しているため、浸炭窒化処理により表層部にＣｒ炭窒化物が析出していることとに起因している。そして、これらの炭化物および炭窒化物が浸炭窒化処理における窒素の内部への侵入を阻害し、上述のような窒素濃度の急激な低下の原因となったものと考えられる。
【０１３６】
ここで、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研削により除去される。したがって、自動車電装・補機用転がり軸受の運転中における金属新生面の出現を抑制するために耐摩耗性が要求される転走面およびその近傍では、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の内輪の窒素濃度が、比較例であるＳＵＪ２製の内輪の窒素濃度よりも高くなっていることとなる。たとえば、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．２ｍｍの領域が研削により除去された場合でも、Ｓ５３Ｃ製の内輪では、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることが可能である。また、ＳＵＪ２製の内輪の転走面における窒素濃度を上昇させるためには、浸炭窒化時間を長くする対策が考えられるが、その場合、製造コストが上昇するという問題がある。
【０１３７】
以上より、Ｓ５３Ｃを素材として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を実施した本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材は、ＳＵＪ２を素材として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を実施した比較例の転動部材に比べて、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面近傍の窒素濃度を上昇させることが可能であることが分かる。そして、これにより、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、転走面の耐摩耗性を向上させ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能であると考えられる。
【実施例３】
【０１３８】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受と同様の構成を有する実施例の試験軸受と、本発明の範囲外の構成を有する比較例の試験軸受とを作製し、自動車電装・補機の一例であるオルタネータにおける自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境を想定した急加減速試験を実施し、水素脆性剥離に対する抵抗性（水素脆性疲労強度）を評価した。試験の手順は以下のとおりである。
【０１３９】
まず、試験軸受の作製方法について説明する。実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ規格Ｓ５３ＣおよびＳＵＪ２を素材とし、それぞれ「浸炭窒化」、「浸炭窒化２度焼入」および「ずぶ焼入」の各条件で熱処理したＪＩＳ規格６３０３型番の転がり軸受を構成する外輪および内輪を作製した。また、ＳＵＪ２を素材とし、実施例１と同様の方法により、「ずぶ焼入」の条件で熱処理したＪＩＳ規格６３０３型番の転がり軸受を構成する玉（鋼球）も作製した。
【０１４０】
一方、グリース組成物を以下の手順により作製した。まず、基油の半量に、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解し、残りの半量の基油に４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートの２倍当量となるモノアミンを溶解した。そして、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解した溶液を撹拌しながら、当該溶液にモノアミンを溶解した溶液を加えた後、１００℃〜１２０℃の温度域で３０分間撹拌を続け、ジウレア化合物を溶液中に生成させ、ベースグリースを完成させた。そして、このベースグリースにアルミニウム粉末および酸化防止剤を加え、さらに１００℃〜１２０℃の温度域で１０分間撹拌した。その後これを冷却し、三本ロールミルで均質化してグリース組成物を得た。また、上述と同様の手順において、アルミニウム粉末の添加のみを省略したグリース組成物も作製した。
【０１４１】
そして、上記外輪、内輪および玉を組み合わせるとともに、上記グリース組成物を、シールを用いて軌道空間に封入し、試験軸受である６３０３型番の玉軸受を作製した。
【０１４２】
次に、急加減速試験の手順を説明する。上述のように作製した試験軸受の外輪をハウジングに固定するとともに、内輪を回転軸に嵌め込んで内輪と回転軸とが一体に回転可能とした。そして、試験軸受に対してラジアル方向に１９６０Ｎの荷重を負荷しつつ、回転軸を停止状態から１秒間で１８０００回転／分まで加速した後、１秒間で減速して停止させるサイクルを繰り返すとともに、振動検出装置を用いて軸受の振動を監視した。このとき、試験軸受に０．１Ａの電流を流し続け、試験軸受を構成する転動部材に水素が侵入し易い環境とし、水素脆性剥離の発生を促進させた。そして、試験軸受に剥離が発生し、これにより発生した振動を振動検出装置が検出して試験機が停止するまでの時間を剥離発生寿命として評価した。
【０１４３】
【表２】
【０１４４】
表２に試験軸受の詳細および試験結果を示す。表２を参照して、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受である実施例Ａにおけるグリース組成物は、合成炭化水素油１５質量％およびアルキルジフェニルエーテル油６３質量％の合計７８質量％の基油と、１０．１質量％のｐ−トルイジン（モノアミン）および１１．９質量％の４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート（イソシアネート）を反応させて生成させた増ちょう剤としてのジウレア化合物を含む溶液中に、酸化防止剤１質量部、アルミニウム粉末１質量部を添加して作製されている。また、実施例Ａにおける軌道部材（外輪および内輪）は、Ｓ５３Ｃを素材とし、「浸炭窒化」が実施されて作製されている。
【０１４５】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受である実施例Ｂにおけるグリース組成物は、実施例Ａと同様で、軌道部材は、Ｓ５３Ｃを素材とし、「浸炭窒化２度焼入」が実施されて作製されている。
【０１４６】
一方、本発明の範囲外の自動車電装・補機用転がり軸受である比較例Ａにおけるグリース組成物は、実施例ＡおよびＢと同様で、軌道部材は、ＳＵＪ２を素材とし、「ずぶ焼入」が実施されて作製されている。
【０１４７】
さらに、本発明の範囲外の自動車電装・補機用転がり軸受である比較例Ｂ、ＣおよびＤにおける軌道部材は、それぞれ実施例Ａ、Ｂおよび比較例Ａと同様である。そして、グリース組成物は、実施例Ａ、Ｂおよび比較例Ａに使用されているものからアルミニウム粉末の添加が省略されたものが採用されている。
【０１４８】
なお、上述のグリース組成物において、合成炭化水素油としては、新日鐵化学製「シンフルード６０１」（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）、アルキルジフェニルエーテル油としては、松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」（４０℃における動粘度９７ｍｍ２／ｓ）を採用した。また、ｐ−トルイジンとしては、和光純薬製試薬、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートとしては、日本ポリウレタン工業製「ミリオネートＭＴ」を採用した。さらに、酸化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン（大内新興化学製）を用い、アルミニウム系添加剤としては、アルミニウム粉末（高純度化学研究所社製、粒径約３μm、純度９９．９質量％）を用いた。
【０１４９】
次に、試験結果について説明する。表２を参照して、一般的な自動車電装・補機用転がり軸受である、ずぶ焼入を行なったＳＵＪ２製の通常の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加しない通常のグリース組成物からなる潤滑剤とを採用した比較例Ｄの試験軸受の剥離発生寿命は、２００時間であった。これに対し、Ｓ５３Ｃを素材とし、浸炭窒化を実施した比較例Ｂおよび浸炭窒化２度焼入を実施した比較例Ｃは、それぞれ２０％および４０％剥離発生寿命が向上している。
【０１５０】
一方、ずぶ焼入を行なったＳＵＪ２製の通常の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物からなる潤滑剤を採用した比較例Ａでは、剥離発生寿命が３.５倍に向上している。
【０１５１】
そして、浸炭窒化を実施したＳ５３Ｃ製の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物とを採用した本発明の実施例である実施例Ａ、および浸炭窒化２度焼入を実施したＳ５３Ｃ製の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物とを採用した本発明の実施例である実施例Ｂの剥離発生寿命は、それぞれ比較例Ｄの剥離発生寿命に対して４.２倍および５倍にまで向上している。
【０１５２】
以上の試験結果より、自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材において、素材として機械構造用炭素鋼であるＳ５３Ｃを採用し、かつ熱処理として浸炭窒化を採用することで、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が向上すること、および浸炭窒化２度焼入を採用することで、さらに剥離発生寿命が向上することが分かった。また、自動車電装・補機用転がり軸受において、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物を潤滑剤として採用することで、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が向上することが分かった。
【０１５３】
そして、素材として機械構造用炭素鋼であるＳ５３Ｃを採用し、かつ熱処理として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を採用して表層部に窒素富化層を形成するとともに、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物を潤滑剤として採用した本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が著しく向上しており、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能であることが確認された。
【０１５４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【図４】実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図６】実施の形態１における、グリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図７】実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図８】実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図９】実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例の詳細を示す図である。
【図１０】実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたプーリを示す概略図である。
【図１１】実施の形態４における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングを示す概略図である。
【図１２】実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。
【図１３】浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。
【図１４】浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。
【図１５】浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。
【図１６】浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。
【図１７】オルタネータに用いられる自動車電装・補機用転がり軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の自動車電装・補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である
【符号の説明】
【０１５７】
１ グリース封入玉軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 窒素富化層、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１４ 保持器、１５ シール部材、１６ グリース組成物、３０ オルタネータ、３１
ロータ、３１Ａ ロータコイル、３２ ロータ軸、３２Ａ 外周面、３３ ステータ、３３Ａ ステータコイル、３４ ハウジング、３９ オルタネータプーリ、３９Ａ 溝部、４０ プーリ、４１ プーリ本体、４１Ａ 外周面、４１Ｂ 内周面、４１Ｃ 内周円筒部、４１Ｄ フランジ部、４１Ｅ 外周円筒部、４１Ｆ 鍔部、４９ シャフト、５０ ファンカップリング、５１ ケース、５１Ａ 貫通穴、５２ オイル室、５３ 撹拌室、５４ 仕切板、５５ ポート、５６ スプリング、５７ バイメタル、５８ ピストン、５９ ドライブディスク、５９Ａ フィン、６０ 流通穴、６１ ロータ、６２ ファン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車電装・補機用転がり軸受に関し、より特定的には、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のオルタネータ、ファンカップリング、プーリ（アイドラプーリ、テンションプーリなど）のような自動車電装・補機においては、小型化、軽量化が進められており、小型化に伴って生じる出力の低下を自動車電装・補機内の部材の高速回転化により補う対策がとられている。また、自動車の静粛性の向上を目的とした、エンジンルーム内の密閉化が図られ、自動車電装・補機の使用温度は上昇する傾向にある。さらに、自動車の性能向上の要求に対応するため、自動車電装・補機に対しても、高出力化、高効率化の要求があり、部材の高速回転化、使用環境の高温化がさらに進む原因となっている。
【０００３】
このような状況の下、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受は、高速回転、高負荷荷重、高振動、高温といった過酷な環境下で使用される傾向にある。
【０００４】
高温、高速回転の環境下で使用される転がり軸受の潤滑剤としては、基油に増ちょう剤および融点が８０℃以上の所定のアミド系ワックスを所定量配合してなるグリース組成物が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、上述のような使用条件の過酷化に伴い、自動車電装・補機用転がり軸受においては、使用中に転走面に早期に剥離が発生し、当該剥離の起点付近に白層と呼ばれる組織が観察される場合があり、問題となっている。
【０００６】
図１７は、オルタネータに用いられる自動車電装・補機用転がり軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の自動車電装・補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である。図１７においては、転走面に対して垂直な軌道輪の断面が示されている。図１７を参照して、自動車電装・補機用転がり軸受に発生する白層について説明する。
【０００７】
図１７を参照して、試験対象となった自動車電装・補機用転がり軸受は、オルタネータ用軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、軌道輪１００に剥離が発生し、試験が中止された。そして、剥離が発生した軌道輪１００の剥離起点付近が転走面１０１に垂直な断面で切断され、研磨後に断面を硝酸アルコール溶液（ナイタル）にて腐食された後、光学顕微鏡を用いて観察された。図１７に示すように、剥離起点付近の亀裂１０３の周辺に白層１０２が観察される。ここで、白層１０２は、一般的な転動疲労によって生じるＷＥＣ（Ｗｈｉｔｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）や、一般的な転動疲労によって非金属介在物の周辺に生じるバタフライとは異なり、転動体の転走方向１０４に対して方向性を持たないことが特徴である。
【０００８】
このような白層が発生した軸受を構成する転動部材としての軌道輪や転動体においては、当該転動部材を構成する鋼中の水素含有量が明確に増加している。また、白層内に存在する亀裂は、鋼の結晶粒界に沿って転動部材の内部深くまで進展している。このことから、上述の白層の発生を伴った剥離による軸受の損傷には、水素が関与しているものと考えられる。本明細書、要約書、特許請求の範囲においては、上述の白層を伴った特異な剥離を水素脆性剥離と呼ぶ。
【０００９】
水素脆性剥離は、転がり軸受の運転中に転動部材の転走面に生じる化学的に活性な金属新生面の触媒作用により潤滑剤が分解され、これにより発生した水素が転動部材を構成する鋼中に侵入することにより発生すると考えられる。
【００１０】
これに対し、潤滑剤であるグリース組成物に不動態化酸化剤を添加する対策（たとえば特許文献２参照）や、ビスマスジチオカーバメートを添加する対策（たとえば特許文献３参照）などの、潤滑剤の面からの対策が提案されている。また、転がり軸受を構成する転動部材の表層部に窒素富化層を有するとともに、表層部のオーステナイト結晶粒の粒度番号を所定値よりも大きくした転がり軸受などの材質の面からの対策も提案されている（たとえば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０５３６６号公報
【特許文献２】特開平３−２１０３９４号公報
【特許文献３】特開２００５−４２１０２号公報
【特許文献４】特開２００４−３０１３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のような、近年の自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境の過酷化を考慮すると、特許文献２および３に開示された潤滑剤の改良による水素脆性剥離への対策は、必ずしも十分であるとはいえない。また、特許文献４に開示された転動部材の表面処理や転動部材の材質を強化する対策は、転がり軸受の製造コストの上昇を招来し、製品の価格競争力の観点から必ずしも完全な対策とはいえない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に従った自動車電装・補機用転がり軸受は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、当該回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。当該自動車電装・補機用転がり軸受は、円環状の第１転走面が形成された第１軌道部材と、第１転走面に対向する円環状の第２転走面が形成された第２軌道部材と、転動体転走面が形成され、第１転走面および第２転走面の各々に転動体転走面において接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体と、第１軌道部材および第２軌道部材に挟まれる空間である軌道空間を閉じるように配置されるシール部材とを備えている。軌道空間にはグリース組成物が封入されている。
【００１４】
そして、第１軌道部材、第２軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか１つは、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層が形成されている。
【００１５】
さらに、上記グリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含んでいる。アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である。
【００１６】
一般に、転がり軸受を構成する鋼としては、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２が広く用いられている。ＳＵＪ２は、炭素含有量およびクロム含有量が高いため、焼入が容易で、かつ焼入後の硬度が高いため、比較的耐摩耗性に優れている。しかし、水素脆性剥離が問題となるような環境下で使用される転がり軸受においては、上述のように転動部材における金属新生面の出現を抑制する必要がある。近年の自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境の過酷化により、単に素材としてＳＵＪ２を使用した転動部材は、金属新生面の出現を抑制するために十分な耐摩耗性を有しているとはいえず、水素脆性剥離への対策としては不十分となっている。
【００１７】
これに対し、ＳＵＪ２製の転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、さらに耐摩耗性を向上させる対策が有効であるとも考えられる。しかし、クロム含有量が高く、比較的高価な鋼種であるＳＵＪ２に、さらに窒素富化層を形成するために、たとえば浸炭窒化処理を実施すると、自動車電装・補機用転がり軸受の製造コストが上昇する。さらに、硬度および耐摩耗性の上昇による加工の容易性（加工性）の低下により、製造コストが一層上昇し、一般的な許容範囲を超えるおそれがある。
【００１８】
本発明者は、転動部材を構成する鋼の組成について詳細に検討するとともに、表面処理との組み合わせにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、十分な耐摩耗性を有し、水素脆性剥離を抑制することが可能な転動部材について鋭意検討した。その結果、以下のような知見を得た。
【００１９】
すなわち、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研磨や研削により除去されて形成される。したがって、仕上げ工程において除去される領域よりも深い領域の耐摩耗性を向上させることが、水素脆性剥離の抑制に有効である。これに対し、転動部材を構成する鋼の炭素含有量およびクロム含有量を所定値以下に低減することにより、浸炭窒化処理において、転動部材への窒素の侵入が容易となり、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能となる。その結果、仕上げ工程における研磨や研削を考慮しても、転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与して金属新生面の露出を抑制しつつ、製造コストを抑制することができる。さらに、比較的高価な合金元素であるクロムの含有量を低減することにより、素材のコストを抑制することも可能となる。これにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能となる。
【００２０】
一方、本発明者は、水素脆性剥離を有効に抑制する潤滑剤についても詳細な検討を行なった。その結果、軌道空間に封入される潤滑剤としてのグリース組成物に、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤を添加することで、水素脆性剥離が極めて有効に抑制されることが分かった。これは、転走面において金属新生面が露出した場合、当該金属新生面においてアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制されるためであると考えられる。
【００２１】
そして、さらに詳細に検討したところ、当該アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部未満では、水素脆性剥離を抑制する効果が小さいこと、および１０質量部を超えて添加すると効果が飽和することを見出した。したがって、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下であることが好ましい。
【００２２】
以上より、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、自動車電装・補機用転がり軸受が備える第１軌道部材、第２軌道部材および転動体のうち少なくともいずれか１つは、上述の組成を有する鋼から構成されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。なお、鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細については、後述する。そして、表層部に十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層が形成されていることにより、転走面の十分な耐摩耗性が確保され、金属新生面の露出が抑制される。さらに、転走面において金属新生面が露出した場合でも、当該金属新生面において、グリース組成物に添加されたアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制される。その結果、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【００２３】
なお、一層製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が抑制された自動車電装・補機用転がり軸受を提供するためには、上記第１軌道部材および第２軌道部材の両方が上述の条件を満たしていることが好ましく、上記第１軌道部材、第２軌道部材および転動体の全てが上述の条件を満たしていることが、より好ましい。
【００２４】
ここで、表層部とは、転動部材において、表面からの距離が０．２ｍｍ以下である領域をいう。また、窒素富化層とは、転動部材の表層部に形成された転動部材の芯部に比べて窒素含有量が高い層であって、たとえば浸炭窒化、浸炭浸窒などの処理によって形成することができる。
【００２５】
次に、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材を構成する鋼の成分範囲を上述の範囲に限定した理由の詳細について説明する。
【００２６】
炭素：０．２５質量％以上０．６５質量％以下
炭素含有量が高くなると、転動部材を構成する鋼において、粗大な炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が形成される。この粗大な炭化物は、浸炭窒化処理が実施される時点においても、鋼の素地に固溶せず、転動部材への窒素の侵入を阻害する。炭素量が０．６５質量％を超えると上述の影響が大きくなる。
【００２７】
一方、炭素量は、鋼の焼入後の硬度に大きな影響を及ぼす。炭素含有量が低い場合、転動部材として機能するために、転動部材の表層部、特に転走面近傍において炭素濃度を少なくとも０．５質量％以上、好ましくは０．８質量％以上に上昇させる必要がある。炭素量が０．２５質量％未満では、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなり、製造コストの上昇を招来する。そのため、炭素量は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下である。なお、製造コストを一層低減するためには、炭素量は０．５質量％以上であることが好ましい。
【００２８】
珪素：０．１５質量％以上０．３質量％以下
前述のように、自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境においては、使用中に温度が上昇する場合が多い。そのため、転動部材の硬度が低下し、耐摩耗性が劣化するという問題が生じる場合がある。転動部材を構成する鋼が珪素を含有することにより、これを防止する効果（焼戻軟化抵抗）が向上する。転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満の場合、転動部材の焼戻軟化抵抗が不十分となる場合がある。また、珪素は鋼の製造工程において、鋼の特性に対して有害な酸素の含有量を低下させるために添加される元素であり、０．１５質量％未満に低減することは製造コスト上昇の原因となる。一方、転動部材を構成する鋼の珪素含有量が０．３質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下する。以上の理由により、珪素量は０．１５質量％以上０．３質量％以下である。
【００２９】
マンガン：０．６質量％以上０．９質量％以下
マンガンは、転動部材を構成する鋼に含有されることにより、転動部材の焼入の容易性を向上させる効果を有している。また、マンガンは、転動部材を構成する鋼に不可避に含有される硫黄と化合して硫化マンガンを形成し、ミクロ組織における硫黄の結晶粒界への偏析を抑制して、転動部材の特性の低下を回避する効果を有している。マンガンの含有量が０．６質量％未満の場合、上述の効果を十分に果たすことができない。一方、転動部材を構成する鋼のマンガン含有量が０．９質量％を超える場合、素材の硬度が上昇し、冷間加工性が低下するため、加工コストが上昇する。そのため、マンガン量は０．６質量％以上０．９質量％以下である。
【００３０】
クロム：０．３質量％以下
クロムは、浸炭窒化が実施される際、鋼の素地への炭化物の固溶を阻害する。そして、浸炭窒化時に残存する炭化物は、転動部材の内部への窒素の侵入を阻害する。クロム量が０．３質量％を超えると、上記の影響が大きくなるため、クロム量は０．３質量％以下である。なお、浸炭窒化における窒素の侵入を容易にし、より短時間で十分な窒素富化層を形成可能とするためには、クロム量は０．２質量％以下であることが好ましい。
【００３１】
ここで、転走面とは、転動部材において、当該転動部材が他の転動部材と接触する表面であり、たとえば転動部材が転がり軸受の軌道輪である場合、転動体と接触する表面をいう。また、たとえば転動部材が玉軸受の玉である場合、玉の表面全体であり、ころ軸受のころである場合、軌道輪の転走面と接触する外周面をいう。
【００３２】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材を構成する鋼は、ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定される機械構造用炭素鋼のうち上述の組成の条件を満たすものであることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃが上述の組成の条件を満たす。規格鋼を採用することにより、素材の入手が容易になり、かつ素材のコストを低減することができる。また、炭素濃度を上昇させるために要する時間が長くなることによる製造コストの上昇を回避するためには、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５ＣまたはＳ５８Ｃを採用することが、より好ましい。
【００３３】
さらに、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能なアルミニウム系添加剤としては、たとえばアルミニウム、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム及びその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグネシウム、セレン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウムなどが挙げられる。また、上記アルミニウム系添加剤は、１種類が選択されて添加されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に添加されてもよい。
【００３４】
ここで、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受のグリース組成物は、上記アルミニウム系添加剤に加えて、アルミニウム系添加剤以外のグリース用添加剤を必要に応じて含有してもよい。このアルミニウム系添加剤以外のグリース用添加剤としては、たとえば有機亜鉛化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物などの酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、リン系化合物などの摩耗防止剤などが挙げられる。また、上記アルミニウム系添加剤以外の添加剤は、１種類が選択されて添加されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に添加されてもよい。
【００３５】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能な増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けんなどの石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物などが挙げられる。また、上記増ちょう剤は、１種類が選択されて使用されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に使用されてもよい。
【００３６】
ここで、ジウレア化合物は、たとえば、ジイソシアネートとモノアミンとを反応させることにより得られる。ジイソシアネートとしては、たとえばフェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。また、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
【００３７】
ポリウレア化合物は、たとえば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、上記ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられる。また、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。
【００３８】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受に採用可能な基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油などの鉱油、高精製度鉱油、流動パラフィン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ（Ｇａｓ Ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）油、ポリブテン、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物などの炭化水素系合成油、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油、または天然油脂などが挙げられる。また、上記基油は、１種類が選択されて使用されてもよいし、２種類以上が選択されて同時に使用されてもよい。
【００３９】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、窒素富化層における鋼のオーステナイト粒度番号は１０番を超える範囲にある。これにより、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上する。
【００４０】
ここで、鋼のオーステナイト粒度番号とは、ＪＩＳ Ｇ０５５１に規定されたオーステナイト結晶粒（焼入硬化後の旧オーステナイト結晶粒）の粒度番号をいう。
【００４１】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、窒素富化層の表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である。
【００４２】
自動車電装・補機用転がり軸受の運転時における金属新生面の出現を抑制する観点から、自動車電装・補機用転がり軸受の転動部材においては、転走面（最表層）だけでなく、転走面から所定の深さ、具体的には０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有していることが好ましい。転走面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることにより、０．０５ｍｍ以内の領域に十分な耐摩耗性を付与することができる。
【００４３】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、転走面の硬度は、６０ＨＲＣ以上である。これにより、水素脆性剥離が問題となる環境下で使用される転動部材の転走面に十分な耐摩耗性を付与することができる。なお、水素脆性剥離を一層抑制するためには、転走面の硬度は６１ＨＲＣ以上であることが好ましい。また、転走面の硬度は、たとえばロックウェル硬度計を使用し、転走面の硬度を５点測定して、その平均値として算出することができる。
【００４４】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されている。
【００４５】
アルミニウム、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムは、いずれも耐熱性に優れているため、本発明に適用するアルミニウム系添加剤として好適である。さらに、アルミニウムは、耐熱性および耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性向上効果が高く、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用するアルミニウム系添加剤として特に好ましい。また、アルミニウム系添加剤としてのアルミニウムは、たとえば粒径１μｍ以上１０μm以下、純度５０％以上のアルミニウム粉末を採用することが好ましい。
【００４６】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤である。ウレア系増ちょう剤は、耐熱性に優れるとともに、比較的低コストであるため、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用する増ちょう剤として好適である。
【００４７】
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。また、基油にウレア系化合物を配合してベースグリースが得られる。ベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製することができる。
【００４８】
ベースグリースに対する増ちょう剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して増ちょう剤が１質量部以上４０質量部以下の割合で配合されることが好ましい。増ちょう剤の含有量が１質量部未満では、増ちょう効果が小さくなり、グリース化が困難となる。一方、増ちょう剤の含有量が４０質量部を超えると、得られるベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果、すなわち潤滑剤としての機能が得られ難くなる。なお、十分な増ちょう効果を得るためには、増ちょう剤の含有量は３質量部以上であることが、より好ましい。さらに、ベースグリースが硬くなりすぎることを確実に回避するためには、増ちょう剤の含有量は２５質量部以下であることが、より好ましい。
【００４９】
上記自動車電装・補機用転がり軸受において好ましくは、基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっている。アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油は、耐熱性および潤滑性に特に優れており、本発明の電装・補機用転がり軸受に適用する基油として好適である。
【発明の効果】
【００５０】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な自動車電装・補機用転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（オルタネータ用転がり軸受）を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を備えたオルタネータの構成について説明する。
【００５３】
図１を参照して、オルタネータ３０は、円盤状の形状を有し、ロータコイル３１Ａが巻きつけられたロータ３１と、ロータ３１を取り囲むように配置されたハウジング３４と、ロータ３１の中央部を貫通し、かつハウジング３４の壁面を貫通するロータ軸３２と、ハウジング３４の内部においてロータ３１の外周面に対向するようにハウジング３４に対して固定されて配置されたステータ３３とを備えている。また、ステータ３３には、たとえばロータ３１の外周面に沿った周面上の１２０°ずつ離れた３箇所にステータコイル３３Ａがそれぞれ巻きつけられている。そして、ロータ軸３２の外周面３２Ａと、外周面３２Ａの一部に対向して配置される部材であるハウジング３４との間には、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受としての１対のグリース封入玉軸受１が配置されている。つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車電装・補機であるオルタネータ３０において、回転駆動される回転部材としてのロータ軸３２を、ロータ軸３２の外周面側に隣接して配置される部材であるハウジング３４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００５４】
これにより、ロータ軸３２は、ハウジング３４に対して軸まわりに回転自在に保持され、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成されている。さらに、オルタネータ３０は、ハウジング３４の外部において、ロータ軸３２に接続され、ロータ軸３２と一体に回転可能に構成された円環状の形状を有するオルタネータプーリ３９を備えている。そして、オルタネータプーリ３９の外周面には、図示しない動力伝達用のベルトが掛けられるための溝部３９Ａが形成されている。
【００５５】
次に、オルタネータ３０の動作について説明する。溝部３９Ａの形成されたオルタネータプーリ３９の外周面には、図示しないエンジンなどの動力源からの動力によって回転するベルト（図示しない）が掛けられる。当該ベルトが回転することにより、オルタネータプーリ３９は、ハウジング３４に対してグリース封入玉軸受１により軸支されたロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。そして、ロータ３１は、ロータ軸３２と一体に、ロータ軸３２の軸まわりに回転する。このとき、ロータ３１は、ロータ３１の外周面に対向し、ハウジング３４に固定されて配置されたステータ３３に対して相対的に回転する。その結果、ロータコイル３１Ａとステータコイル３３Ａとの間の電磁誘導作用により、ステータコイル３３Ａに起電力が発生する。
【００５６】
すなわち、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１は、ロータ３１を回転させることによって、ロータ３１の外周側に対向して配置されるステータ３３のステータコイル３３Ａに起電力を発生させるオルタネータにおいて、ロータ３１を貫通し、ロータ３１と一体に回転するロータ軸３２をロータ軸３２の外周面に対向して配置される部材であるハウジング３４に対して回転自在に軸支するオルタネータ用転がり軸受である。
【００５７】
つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するオルタネータ３０において、当該動力により回転駆動されるロータ軸３２を、ロータ軸３２に隣接して配置されるハウジング３４に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【００５８】
次に、上記グリース封入玉軸受１について説明する。図２は、実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【００５９】
図２および図３を参照して、グリース封入玉軸受１は、第１軌道部材としての外輪１１と、第２軌道部材としての内輪１２と、複数の転動体としての玉１３と、保持器１４と、シール部材１５とを備えている。外輪１１には、円環状の第１転走面しての外輪転走面１１Ａが形成されている。内輪１２には、外輪転走面１１Ａに対向する円環状の第２転走面としての内輪転走面１２Ａが形成されている。また、複数の玉１３には、転動体転走面としての玉転走面１３Ａ（玉１３の表面）が形成され、当該玉１３は、外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａの各々に玉転走面１３Ａにおいて接触し、円環状の保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。
【００６０】
１対のシール部材１５は、外輪１１および内輪１２に挟まれる空間、より具体的には外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａに挟まれる空間である軌道空間を閉じるように、外輪１１と内輪１２との間において、外輪１１および内輪１２の幅方向の両端部のそれぞれに配置されている。以上の構成により、グリース封入玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。また、上記軌道空間には、グリース組成物１６が封入されている。
【００６１】
さらに、外輪１１、内輪１２および玉１３は、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されている。
【００６２】
また、グリース組成物１６は、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含んでいる。そして、当該アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である。
【００６３】
ここで、オルタネータ３０においては、グリース封入玉軸受１は、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。さらに、オルタネータプーリ３９は片持ち状態でロータ軸３２に接続されているため、１対のグリース封入玉軸受１のうち、オルタネータプーリ３９側のグリース封入玉軸受１においては、特に負荷される荷重および振動が大きくなる。その結果、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【００６４】
これに対し、実施の形態１のグリース封入玉軸受１によれば、グリース封入玉軸受１が備える外輪１１、内輪１２および玉１３は、上述の組成を有する鋼から構成されることにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成することが可能になるとともに、素材のコストが低減されている。そして、表層部に窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されていることにより、転走面の十分な耐摩耗性が確保され、金属新生面の露出が抑制される。
【００６５】
さらに、転走面において金属新生面が露出した場合でも、当該金属新生面において、グリース組成物１６に添加されたアルミニウムまたはアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム化合物の皮膜が形成され、金属新生面の露出に起因した潤滑剤の分解が抑制されている。
【００６６】
その結果、実施の形態１のグリース封入玉軸受１は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのオルタネータ用転がり軸受となっている。
【００６７】
さらに、図３を参照して、実施の形態１の外輪１１、内輪１２および玉１３は、外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａ、玉転走面１３Ａから深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度が、０．１４質量％以上となっている。そのため、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａだけでなく、転走面１１Ａ、１２Ａ、１３Ａから０．０５ｍｍ以内の領域が十分な耐摩耗性を有している。その結果、水素脆性剥離が一層抑制されている。
【００６８】
また、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されていることが好ましい。これにより、耐熱性が向上する。
【００６９】
さらに、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることが好ましい。ウレア系増ちょう剤は、耐熱性に優れるとともに、比較的低コストであるため、実施の形態１のグリース封入玉軸受１に適用する増ちょう剤として好適である。
【００７０】
また、実施の形態１のグリース封入玉軸受１においては、基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっていることが好ましい。アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油は、耐熱性および潤滑性に特に優れており、実施の形態１のグリース封入玉軸受１に適用する基油として好適である。
【００７１】
以上のように、実施の形態１のグリース封入玉軸受１は、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制されている。
【００７２】
次に、本発明の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図５は、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材（外輪、内輪および玉）の製造方法の概略を示す図である。
【００７３】
図４を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、グリース組成物を製造するグリース組成物製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、グリース封入玉軸受１を構成する転動部材としての外輪１１、内輪１２などが製造される。一方、転動体製造工程では、グリース封入玉軸受１を構成する転動体としての玉１３などが製造される。また、グリース組成物製造工程では、基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含み、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下であるグリース組成物１６が製造される。
【００７４】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせ、さらにグリース組成物１６を軌道空間内に封入することによりグリース封入玉軸受１を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１および内輪１２と、玉１３とを組み合わせ、軌道空間内にグリース組成物１６を入れ、シール部材１５により封止することにより、グリース封入玉軸受１が組立てられる。そして、上記軌道部材製造工程および転動体製造工程は、たとえば以下の転動部材の製造方法により実施される。
【００７５】
図５を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法においては、まず、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成される鋼材を準備する鋼材準備工程が実施される。具体的には、たとえば上記成分を有する棒鋼や鋼線などが準備される。
【００７６】
次に、図５を参照して、上記鋼材を成形することにより、転動部材の概略形状に成型された鋼製部材を作製する成形工程が実施される。具体的には、たとえば上記棒鋼や鋼線などに対して鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、転動部材としての外輪１１、内輪１２、玉１３などの概略形状に成型された鋼製部材が作製される。
【００７７】
次に、上記鋼製部材を熱処理する熱処理工程が実施される。熱処理工程は、浸炭窒化工程と、冷却工程と、焼戻工程とを含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００７８】
次に、図５を参照して、仕上げ工程が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された鋼製部材に対して研削加工などの仕上げ加工が実施されることにより、外輪１１、内輪１２、玉１３などが仕上げられる。これにより、実施の形態１における転動部材としての外輪１１、内輪１２および玉１３などが完成する。
【００７９】
次に、熱処理工程の詳細について説明する。図６は、実施の形態１における、グリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図６において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図６において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図６を参照して、実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細について説明する。
【００８０】
図６を参照して、まず、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程が実施される。具体的には、成形工程において転動部材の概略形状に成形された鋼製部材はＡ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、ＲＸガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されることにより、鋼製部材の表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。
【００８１】
次に、浸炭窒化工程において浸炭窒化された鋼製部材を、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却する冷却工程が実施される。具体的には、鋼製部材が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される。これにより、鋼製部材は焼入硬化される。
【００８２】
さらに、図６を参照して、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度に加熱されることにより焼戻される焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材がＡ１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。以上の手順により、実施の形態１における転動部材の熱処理工程は完了する。
【００８３】
実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法によれば、炭素量が０．６５質量％以下、クロムが０．３質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層を形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。また、実施の形態１の転動部材の製造方法により、転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることができる。
【００８４】
そして、実施の形態１のグリース封入玉軸受の製造方法によれば、上述の転動部材の製造方法により転動部材が製造され、かつ上述のアルミニウム系添加剤を含むグリース組成物が軌道空間に封入されているため、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能なオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受を製造することができる。
【００８５】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、ＭＳ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００８６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受について説明する。実施の形態２におけるグリース封入玉軸受と、上述の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受とは、基本的には同様の構成を有している。そして、図１〜図３を参照して、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受１においては、窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける鋼のオーステナイト粒度番号が１０番を超える範囲にある。
【００８７】
これにより、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受においては、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上するとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上している。
【００８８】
次に、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法について説明する。図７は、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。また、図８は、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図８において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図８において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００８９】
図４、図５および図７を参照して、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法と、上述の実施の形態１におけるグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法とは、基本的には同様である。しかし、転動部材の製造方法における熱処理工程が、浸炭窒化工程と、第１の冷却工程と、再加熱工程と、第２の冷却工程と、焼戻工程とを含んでいる点において、実施の形態２のグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法は、実施の形態１のグリース封入玉軸受およびその転動部材の製造方法とは異なっている。
【００９０】
すなわち、図８を参照して、実施の形態２における転動部材の製造方法における熱処理工程では、まず、鋼製部材をＡ１点以上の温度で浸炭窒化する浸炭窒化工程が実施される。具体的には、成形工程においてグリース封入玉軸受を構成する転動部材の概略形状に成形された鋼製部材は、Ａ１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度Ｔ１、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。このとき、鋼製部材はＲＸガスにアンモニア（ＮＨ３）を添加した雰囲気において加熱されて、表層部の炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度に調整される。これにより、浸炭窒化工程が完了する。その後、鋼製部材が、たとえば油中に浸漬されることにより（油冷）、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却される第１の冷却工程が実施される。これにより、１次焼入が完了する。
【００９１】
さらに、１次焼入が実施された鋼製部材がＡ１点以上の温度である７９０℃以上８３０℃以下の温度Ｔ２、たとえば８１０℃に再び加熱される再加熱工程が実施され、その後３０分間以上１２０分間以下の時間、たとえば５０分間保持される。このとき、浸炭窒化処理において調整された炭素濃度および窒素濃度が所望の濃度となるように、たとえば脱炭を防止するため、たとえばＲＸガスを含む雰囲気において加熱される。さらに、鋼製部材が、たとえば油冷されることにより、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に急冷されて焼入硬化される第２の冷却工程が実施される。これにより、２次焼入が完了する。
【００９２】
さらに、２次焼入が完了した鋼製部材は、Ａ１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後冷却される。これにより、焼戻工程が完了する。以上の手順により、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の熱処理工程は完了する。
【００９３】
ここで、温度Ｔ２は、オーステナイト結晶粒を小さくする観点から、前述のように７９０℃以上８３０℃以下とすることが望ましい。また、同様の観点から、温度Ｔ２はＴ１よりも低い温度とすることが好ましい。さらに、再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ１点において３℃／分以上であることが好ましい。これにより、旧オーステナイト結晶粒の大きさのバラツキが小さい整粒組織を有する鋼からなる転動部材を製造することができる。
【００９４】
なお、上述の再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、たとえば以下のように測定することができる。すなわち、鋼製部材の表層部に熱電対を接続し、再加熱工程における当該表層部の温度の推移を測定し、記録する。そして、当該表層部の温度が上昇してＡ１点を通過する前後の５℃の範囲における１分間あたりの温度上昇（昇温速度）を算出する。この昇温速度が３℃／分以上であれば、上述の条件、すなわち再加熱工程における鋼製部材の表層部の昇温速度は、Ａ１点において３℃／分以上であること、を満たす。
【００９５】
実施の形態２における転動部材の製造方法によれば、炭素量が０．６５質量％以下、クロムが０．３質量％以下に抑制された鋼が鋼材準備工程において準備される鋼材として採用され、熱処理工程において浸炭窒化焼入される。これにより、浸炭窒化処理の処理時間を延長することなく、十分な窒素濃度と厚みとを有する窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成し、十分な耐摩耗性を転動部材に付与することが可能になるとともに、素材のコストを低減することができる。
【００９６】
また、実施の形態２における転動部材の製造方法では、第１の冷却工程において一旦ＭＳ点以下の温度に油冷され、再加熱工程において浸炭窒化温度よりも低い再加熱温度に再度加熱され、さらに第２の冷却工程においてＭＳ点以下の温度に冷却される手順が採用されている。そのため、窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける鋼のオーステナイト粒度番号を、１０番を超える範囲とすることができる。これにより、水素脆性剥離の発生する環境下における転動疲労に対する抵抗性が向上しているとともに、割れ強度（静的破壊強度）や靭性が向上した転動部材を製造することができる。
【００９７】
以上より、実施の形態２における転動部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能な転動部材を製造することができる。そして、実施の形態２における転動部材の製造方法により、転動部材の表層部に窒素富化層を形成して、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることができる。
【００９８】
また、実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法によれば、上述の転動部材の製造方法により転動部材が製造されるため、製造コストの上昇を抑制しつつ、一層水素脆性剥離を十分に抑制することが可能なオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受を製造することができる。
【００９９】
図９は、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例の詳細を示す図である。図９において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図９において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図９を参照して、実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例を説明する。
【０１００】
図９を参照して、図９に示す熱処理工程と上述の図８に示す熱処理工程とは基本的には温度および時間の条件を含めて同様の工程となっている。しかし、図９の熱処理工程においては浸炭窒化工程に引き続いて油冷を実施して１次焼入を完了するのではなく、まずＡ１変態点以下の温度に冷却した後、室温（常温）まで冷却することなく再びＡ１変態点以上の温度Ｔ２に加熱する点において、図８の熱処理工程とは異なっている。
【０１０１】
これにより、一度焼入を実施した後に再度温度Ｔ２まで加熱する場合に比べて再加熱に要する時間およびエネルギーを少なくすることが可能となるため、製造コストを低減し得る点において有利である。なお、浸炭窒化後に引き続く冷却温度はＡ１変態点よりも低い温度、すなわち鉄のオーステナイトからフェライトへの変態点以下の温度であればよく、たとえば６５０℃以上７００℃以下とすることができる。
【０１０２】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の一実施の形態である実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（プーリ用転がり軸受）を備えたプーリを示す概略図である。図１０を参照して、実施の形態３におけるグリース封入玉軸受を備えたプーリの構成について説明する。
【０１０３】
図１０を参照して、自動車の補機駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用されるプーリ４０は、動力伝達用のベルトである補機駆動ベルト（図示しない）が接触するための外周面４１Ａを有し、かつ中央部にシャフト４９が貫通するための貫通穴の形成された円環状の形状を有するプーリ本体４１と、貫通穴の内周面４１Ｂに接触して嵌め込まれた自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１（プーリ用玉軸受としての単列深溝玉軸受）とを備えている。プーリ本体４１は、たとえば鋼板をプレス成形して作製されている。
【０１０４】
より具体的には、プーリ本体４１は、内周面に貫通穴を有する円筒状の内周円筒部４１Ｃと、内周円筒部４１Ｃの幅方向（軸方向）における一方の端部から径方向外側に延びるフランジ部４１Ｄと、フランジ部４１Ｄから幅方向（軸方向）に延びる外周円筒部４１Ｅと、内周円筒部４１Ｃの幅方向（軸方向）における他方の端部から径方向内側に延びる鍔部４１Ｆとを含んでいる。また、グリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有している。そして、外輪１１がプーリ本体４１の内周円筒部４１Ｃおよび鍔部４１Ｆに接触するように嵌め込まれている。
【０１０５】
ここで、グリース封入玉軸受１の内輪１２の内周面に接触するように、シャフト４９が嵌め込まれていることにより、シャフト４９とプーリ本体４１とは軸まわりに相対的に回転可能となっており、プーリ本体４１の外周面４１Ａに接触する図示しない補機駆動ベルトは、回転可能となっている。これにより、プーリ４０は、補機駆動ベルトが掛けられる軸同士の距離が固定されているような場合に、当該補機駆動ベルトに外周面４１Ａにおいて接触し、補機駆動ベルトに張力を付与するテンショナーとしての機能と、障害物となるエンジンルーム内の各種装置との接触の回避等の目的で、補機駆動ベルトの走行方向を変えるためのアイドラーとしての機能との一方または両方を果たすことができる。
【０１０６】
すなわち、実施の形態３におけるグリース封入玉軸受１は、図１０を参照して、動力を伝達するための図示しないベルトが掛けられて回転するプーリ本体４１の内部を貫通するプーリ軸としてのシャフト４９と、プーリ本体４１との間に配置され、プーリ本体４１をシャフト４９に対して回転自在に軸支するプーリ用転がり軸受である。
【０１０７】
つまり、グリース封入玉軸受１は、自動車のエンジンで発生した動力を利用して動作するプーリ４０において、当該動力により回転駆動されるプーリ本体４１を、プーリ本体４１に隣接して（プーリ本体４１を貫通して）配置されるシャフト４９に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受である。
【０１０８】
ここで、プーリ４０においては、グリース封入玉軸受１は、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。そのため、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【０１０９】
これに対し、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有しているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのプーリ用転がり軸受となっている。なお、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、実施の形態１および実施の形態２において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【０１１０】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の一実施の形態である実施の形態４における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受（ファンカップリング用転がり軸受）を備えたファンカップリングを示す概略図である。また、図１２は、実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。図１１および図１２を参照して、実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングについて説明する。
【０１１１】
図１１を参照して、ファンカップリング５０は、自動車のラジエータに風を送ることにより、ラジエータ内の冷却水の温度を低下させるためのファン６２と、当該ファン６２を駆動するための部材であり、エンジンの動力により回転するロータ６１との間に介在し、ファンの回転数を制御するカップリング（継ぎ手）である。
【０１１２】
このファンカップリング５０は、外周面に翼部が形成された円環状のファン６２の回転軸を含む部位に形成された貫通穴の内周面に、外周面において接触するように嵌め込まれた円盤状のケース５１と、図示しないエンジンの動力によりファン６２の回転軸と共通の軸周りに回転駆動され、かつケース５１の側壁に形成された貫通穴５１Ａを貫通するロータ６１の外周面に内輪１２が嵌め込まれるとともに、外輪１１がケース５１の貫通穴５１Ａの内周面に嵌め込まれたグリース封入玉軸受１（ファンカップリング用転がり軸受）とを備えている。これにより、グリース封入玉軸受１の外輪はケース５１と一体に、内輪はロータ６１と一体に回転可能に構成されている。また、グリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有している。
【０１１３】
ケース５１の内部には、シリコーン油などの粘性流体が充填されたオイル室５２と、オイル室５２に隣接する撹拌室５３とが形成されている。撹拌室５３には、外周面にフィン５９Ａが形成された円盤状のドライブディスク５９が配置されている。ドライブディスク５９は、中心を含む部位に貫通穴が形成されており、当該貫通穴の内周面においてロータ６１の外周面に接触するように、ロータ６１に嵌め込まれている。これにより、ドライブディスク５９は、ロータ６１と一体に、かつファン６２およびロータ６１と共通の回転軸において、軸周りに回転可能に構成されている。
【０１１４】
オイル室５２と撹拌室５３との間には、仕切板５４が配置されており、仕切板５４には、オイル室５２と撹拌室５３とを連通する貫通穴であるポート５５が形成されている。さらに、オイル室５２には、一端において仕切板５４に取り付けられ、他端においてポート５５に重なるように構成された板状のスプリング５６が配置されている。さらに、ケース５１の前面側（仕切板５４からみてオイル室５２側の外壁の外側）には、板状のバイメタル５７が取り付けられている。さらに、棒状のピストン５８は、一端がバイメタル５７の中央部に連結され、他端がケース５１の外壁を貫通し、オイル室５２内においてスプリング５６に接触するように配置されている。また、ケース５１および仕切板５４には、撹拌室５３のドライブディスク５９の外周面に対向する領域とオイル室５２とを連通する流通穴６０が形成されている。
【０１１５】
次に、ファンカップリング５０の動作について、図１１および図１２を参照して説明する。図示しないエンジンが始動すると、エンジンの動力によりロータ６１が軸周りに回転する。このとき、ロータ６１に嵌め込まれたグリース封入玉軸受１の内輪１２およびドライブディスク５９は、ロータ６１と一体に回転する。
【０１１６】
ここで、エンジンの始動からの経過時間が短い場合など、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃以下である場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル５７は、図１１に示すように平坦な形状を維持する。そのため、スプリング５６は、ピストン５８により仕切板５４に向けて押圧され、スプリング５６により、ポート５５は閉じられた状態となる。したがって、オイル室５２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート５５を通じて撹拌室５３に流入することはできない。また、撹拌室５３内に粘性流体がある場合、ドライブディスク５９の回転による遠心力を受けて、当該粘性流体は流通穴６０を通じてオイル室５２に流入する。その結果、ドライブディスク５９は、グリース封入玉軸受１によりケース５１に対して回転自在に軸支され、ドライブディスク５９が流通穴６０を通じて粘性流体をオイル室５２に流入させる際のわずかなせん断応力をケース５１に及ぼすことを除いて、ケース５１に対して空転状態となる。そのため、ロータ６１の回転は、ケース５１に対して僅かに伝達されるのみとなり、ファン６２は低い回転速度で回転する。
【０１１７】
一方、エンジンの温度が上昇し、図示しないラジエータを通過した空気の温度が設定温度、たとえば６０℃を超えた場合、ラジエータを通過した空気に曝されるバイメタル５７は、図１２に示すように、仕切板５４からみてオイル室５２側の向きに凸形状となるように変形する。そのため、ピストン５８によるスプリング５６の押圧力が小さくなり、ポート５５が開放される。そして、オイル室５２内に充填されたシリコーン油などの粘性流体は、ポート５５を通じて撹拌室５３に流入する。その結果、ドライブディスク５９の回転が粘性流体を介してケース５１に対して効率的に伝達され、ファン６２は高い回転速度で回転する。
【０１１８】
このようにして、エンジンの温度が低い場合には、ファンカップリング５０は、ファン６２の回転速度を低く制御することにより、エンジンの温度を適正な温度にまで上昇させる機能を果たす。一方、エンジンの温度が高い場合には、ファンカップリング５０は、ファン６２の回転速度が高くなるようにファンの回転を制御することによりラジエータを冷却し、エンジンの温度が適正範囲を超えて高くなることを回避する機能を果たす。
【０１１９】
ここで、ファンカップリング５０においては、グリース封入玉軸受１は、エンジンの温度変化に伴い、１０００回転／分程度の回転速度から、１００００回転／分以上の回転速度まで、広い回転速度域において使用される。また、夏季において自動車が高速運転される場合には、１００００回転／分以上の高速回転および振動、１５０℃以上の高温という過酷な条件下で使用されることとなる。そのため、グリース封入玉軸受１は、水素脆性剥離が発生しやすい状況にある。
【０１２０】
これに対し、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、図２および図３に基づいて説明したオルタネータ用転がり軸受であるグリース封入玉軸受１と同様の構成を有しているため、製造コストの上昇が抑制されつつ、水素脆性剥離が十分に抑制された自動車電装・補機用転がり軸受としてのファンカップリング用転がり軸受となっている。なお、本実施の形態のグリース封入玉軸受１は、実施の形態１および実施の形態２において説明したオルタネータ用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受１と同様の製造方法により製造することができる。
【０１２１】
上記実施の形態１〜４においては、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受の一例として、オルタネータ、プーリおよびファンカップリングにおいて使用される玉軸受（深溝玉軸受）について説明したが、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受はこれらに限られない。たとえば、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、スラスト玉軸受またはスラストころ軸受であってもよいし、ラジアルころ軸受であってもよい。
【０１２２】
また、上記実施の形態１〜４においては、焼戻工程は、たとえば１８０℃の温度に１２０分間保持することにより実施されているが、素材の焼戻軟化抵抗性に応じて焼戻の温度および時間は変更することができる。すなわち、焼戻軟化抵抗性の小さい素材、たとえば珪素の含有量が０．２質量％以下の鋼が素材として採用された場合、焼戻工程はたとえば１５０℃以上１７０℃以下の温度で３０分以上９０分以下の時間保持することにより実施してもよい。
【実施例１】
【０１２３】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材の表面硬度を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１２４】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。本発明の実施例の転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ Ｓ５３Ｃ、比較例の転動部材を構成する鋼としてＪＩＳ ＳＵＪ２を採用した。そして、上記鋼材を転動部材である６３０３型番（ＪＩＳ Ｂ１５１３）の軸受内輪の概略形状に加工した。
【０１２５】
その後、上記軸受内輪に対して、図６に基づいて説明した実施の形態１における熱処理工程と同様の熱処理工程（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、焼戻を１８０℃で１２０分間）により、同一条件で浸炭窒化、焼入および焼戻を実施した。そして、仕上げ加工を実施することにより、軸受内輪を完成させた（浸炭窒化）。
【０１２６】
また、上記鋼材を６３０３型番の軸受内輪の概略形状に加工した後、図８に基づいて説明した実施の形態２における熱処理工程と同様の熱処理工程（浸炭窒化を８５０℃で１５０分間、１次焼入後、焼戻を１８０℃で１２０分間、再加熱を８１０℃で４０分間、２次焼入後、焼戻を１８０℃で１２０分間）により、同一条件で浸炭窒化、焼入および焼戻を実施した。そして、仕上げ加工を実施することにより、軸受内輪を完成させた（浸炭窒化２度焼入）。
【０１２７】
さらに、浸炭窒化を実施しない場合の硬度を測定するため、ＲＸガスおよびアンモニアガスを添加しない雰囲気中で８５０℃に加熱し、５５分間保持した後油冷し、さらに１８０℃に加熱して１２０分間保持することにより、浸炭窒化を実施しない通常の焼入を実施した軸受内輪も作製した（ずぶ焼入）。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】
表１は、各軸受内輪における転走面の硬度の測定結果を示す表である。表１を参照して、ＳＵＪ２から構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化の有無に関わらず、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。
【０１３０】
一方、Ｓ５３Ｃから構成されている軸受内輪の硬度は、浸炭窒化を実施しない場合、６０ＨＲＣ未満となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度を確保できているとはいえない。これに対し、浸炭窒化を実施した実施例の内輪では、６１．２ＨＲＣの硬度となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっている。さらに、浸炭窒化２度焼入を実施した実施例の内輪では、６２．８ＨＲＣの硬度となっており、内輪の転動疲労寿命の観点から十分な硬度である６０ＨＲＣ以上となっているばかりでなく、ずぶ焼入により作製される一般的なＳＵＪ２製の転動部材の硬度である６２ＨＲＣ以上の硬度となっている。このことから、ずぶ焼入のみでは硬度が不足するＳ５３Ｃであっても、これを素材として採用し、浸炭窒化を施した転動部材は、転動疲労寿命の観点から十分な硬度を確保可能であることが分かる。
【実施例２】
【０１３１】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材の窒素濃度分布を、一般的な軸受用鋼であるＳＵＪ２を素材とし、浸炭窒化が実施された転動部材の窒素濃度分布と比較する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【０１３２】
実施例１において作製した軸受内輪のうち、浸炭窒化を実施した内輪を転走面に対して垂直な断面で切断し、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により、転走面から内部に向けて、転走面に垂直な方向における窒素濃度および炭素濃度の分布を測定した。なお、当該測定は、転走面の仕上げ加工前に、すなわち浸炭窒化後に転走面の加工を実施することなく実施した。
【０１３３】
図１３は、浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図１４は、浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。また、図１５は、浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。また、図１６は、浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。図１３〜図１６において、横軸は表面からの深さであり、縦軸はそれぞれ窒素濃度および炭素濃度である。また、図１３〜図１６において、Ｓ５３Ｃ製の軸受内輪の測定結果は実線で、ＳＵＪ２製の軸受内輪の測定結果は破線で示されている。図１３〜図１６を参照して、浸炭窒化を実施した軸受内輪の窒素濃度分布について説明する。
【０１３４】
図１３および図１５を参照して、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の軸受内輪および比較例であるＳＵＪ２製の軸受内輪における窒素濃度は、表面から内部に向かうに従って低下している。そして、最表層部においては、比較例であるＳＵＪ２製内輪の窒素濃度が、実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の窒素濃度を上回っている。しかし、ＳＵＪ２製内輪の窒素濃度は、内輪の内部では急激に低下し、表面からの深さが０．１５ｍｍを超える領域においては、Ｓ５３Ｃ製内輪の窒素濃度がＳＵＪ２製内輪の窒素濃度を上回っている。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。
【０１３５】
図１４および図１６を参照して、実施例であるＳ５３Ｃ製内輪の炭素濃度は、内部に向けてほぼ直線的に低下していくのに対し、比較例であるＳＵＪ２製内輪の炭素濃度は最表層部に最も大きなピークを有しており、内部に向けても多くのピークを有している。これは、過共析鋼であるＳＵＪ２のミクロ組織中には炭化物（セメンタイト；Ｆｅ３Ｃ）が存在していることと、ＳＵＪ２は多量のクロム（Ｃｒ）を含有しているため、浸炭窒化処理により表層部にＣｒ炭窒化物が析出していることとに起因している。そして、これらの炭化物および炭窒化物が浸炭窒化処理における窒素の内部への侵入を阻害し、上述のような窒素濃度の急激な低下の原因となったものと考えられる。
【０１３６】
ここで、通常、転がり軸受を構成する転動部材の転走面は、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．１〜０．２ｍｍの領域が研削により除去される。したがって、自動車電装・補機用転がり軸受の運転中における金属新生面の出現を抑制するために耐摩耗性が要求される転走面およびその近傍では、本発明の実施例であるＳ５３Ｃ製の内輪の窒素濃度が、比較例であるＳＵＪ２製の内輪の窒素濃度よりも高くなっていることとなる。たとえば、熱処理後の仕上げ工程において、表層部の０．２ｍｍの領域が研削により除去された場合でも、Ｓ５３Ｃ製の内輪では、転走面からの深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度を０．１４質量％以上とすることが可能である。また、ＳＵＪ２製の内輪の転走面における窒素濃度を上昇させるためには、浸炭窒化時間を長くする対策が考えられるが、その場合、製造コストが上昇するという問題がある。
【０１３７】
以上より、Ｓ５３Ｃを素材として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を実施した本発明の自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材は、ＳＵＪ２を素材として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を実施した比較例の転動部材に比べて、製造コストの上昇を抑制しつつ、転走面近傍の窒素濃度を上昇させることが可能であることが分かる。そして、これにより、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受によれば、転走面の耐摩耗性を向上させ、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能であると考えられる。
【実施例３】
【０１３８】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の自動車電装・補機用転がり軸受と同様の構成を有する実施例の試験軸受と、本発明の範囲外の構成を有する比較例の試験軸受とを作製し、自動車電装・補機の一例であるオルタネータにおける自動車電装・補機用転がり軸受の使用環境を想定した急加減速試験を実施し、水素脆性剥離に対する抵抗性（水素脆性疲労強度）を評価した。試験の手順は以下のとおりである。
【０１３９】
まず、試験軸受の作製方法について説明する。実施例１と同様の方法により、ＪＩＳ規格Ｓ５３ＣおよびＳＵＪ２を素材とし、それぞれ「浸炭窒化」、「浸炭窒化２度焼入」および「ずぶ焼入」の各条件で熱処理したＪＩＳ規格６３０３型番の転がり軸受を構成する外輪および内輪を作製した。また、ＳＵＪ２を素材とし、実施例１と同様の方法により、「ずぶ焼入」の条件で熱処理したＪＩＳ規格６３０３型番の転がり軸受を構成する玉（鋼球）も作製した。
【０１４０】
一方、グリース組成物を以下の手順により作製した。まず、基油の半量に、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解し、残りの半量の基油に４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートの２倍当量となるモノアミンを溶解した。そして、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶解した溶液を撹拌しながら、当該溶液にモノアミンを溶解した溶液を加えた後、１００℃〜１２０℃の温度域で３０分間撹拌を続け、ジウレア化合物を溶液中に生成させ、ベースグリースを完成させた。そして、このベースグリースにアルミニウム粉末および酸化防止剤を加え、さらに１００℃〜１２０℃の温度域で１０分間撹拌した。その後これを冷却し、三本ロールミルで均質化してグリース組成物を得た。また、上述と同様の手順において、アルミニウム粉末の添加のみを省略したグリース組成物も作製した。
【０１４１】
そして、上記外輪、内輪および玉を組み合わせるとともに、上記グリース組成物を、シールを用いて軌道空間に封入し、試験軸受である６３０３型番の玉軸受を作製した。
【０１４２】
次に、急加減速試験の手順を説明する。上述のように作製した試験軸受の外輪をハウジングに固定するとともに、内輪を回転軸に嵌め込んで内輪と回転軸とが一体に回転可能とした。そして、試験軸受に対してラジアル方向に１９６０Ｎの荷重を負荷しつつ、回転軸を停止状態から１秒間で１８０００回転／分まで加速した後、１秒間で減速して停止させるサイクルを繰り返すとともに、振動検出装置を用いて軸受の振動を監視した。このとき、試験軸受に０．１Ａの電流を流し続け、試験軸受を構成する転動部材に水素が侵入し易い環境とし、水素脆性剥離の発生を促進させた。そして、試験軸受に剥離が発生し、これにより発生した振動を振動検出装置が検出して試験機が停止するまでの時間を剥離発生寿命として評価した。
【０１４３】
【表２】
【０１４４】
表２に試験軸受の詳細および試験結果を示す。表２を参照して、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受である実施例Ａにおけるグリース組成物は、合成炭化水素油１５質量％およびアルキルジフェニルエーテル油６３質量％の合計７８質量％の基油と、１０．１質量％のｐ−トルイジン（モノアミン）および１１．９質量％の４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート（イソシアネート）を反応させて生成させた増ちょう剤としてのジウレア化合物を含む溶液中に、酸化防止剤１質量部、アルミニウム粉末１質量部を添加して作製されている。また、実施例Ａにおける軌道部材（外輪および内輪）は、Ｓ５３Ｃを素材とし、「浸炭窒化」が実施されて作製されている。
【０１４５】
また、本発明の自動車電装・補機用転がり軸受である実施例Ｂにおけるグリース組成物は、実施例Ａと同様で、軌道部材は、Ｓ５３Ｃを素材とし、「浸炭窒化２度焼入」が実施されて作製されている。
【０１４６】
一方、本発明の範囲外の自動車電装・補機用転がり軸受である比較例Ａにおけるグリース組成物は、実施例ＡおよびＢと同様で、軌道部材は、ＳＵＪ２を素材とし、「ずぶ焼入」が実施されて作製されている。
【０１４７】
さらに、本発明の範囲外の自動車電装・補機用転がり軸受である比較例Ｂ、ＣおよびＤにおける軌道部材は、それぞれ実施例Ａ、Ｂおよび比較例Ａと同様である。そして、グリース組成物は、実施例Ａ、Ｂおよび比較例Ａに使用されているものからアルミニウム粉末の添加が省略されたものが採用されている。
【０１４８】
なお、上述のグリース組成物において、合成炭化水素油としては、新日鐵化学製「シンフルード６０１」（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）、アルキルジフェニルエーテル油としては、松村石油研究所製「モレスコハイルーブＬＢ１００」（４０℃における動粘度９７ｍｍ２／ｓ）を採用した。また、ｐ−トルイジンとしては、和光純薬製試薬、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートとしては、日本ポリウレタン工業製「ミリオネートＭＴ」を採用した。さらに、酸化防止剤としては、アルキル化ジフェニルアミン（大内新興化学製）を用い、アルミニウム系添加剤としては、アルミニウム粉末（高純度化学研究所社製、粒径約３μm、純度９９．９質量％）を用いた。
【０１４９】
次に、試験結果について説明する。表２を参照して、一般的な自動車電装・補機用転がり軸受である、ずぶ焼入を行なったＳＵＪ２製の通常の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加しない通常のグリース組成物からなる潤滑剤とを採用した比較例Ｄの試験軸受の剥離発生寿命は、２００時間であった。これに対し、Ｓ５３Ｃを素材とし、浸炭窒化を実施した比較例Ｂおよび浸炭窒化２度焼入を実施した比較例Ｃは、それぞれ２０％および４０％剥離発生寿命が向上している。
【０１５０】
一方、ずぶ焼入を行なったＳＵＪ２製の通常の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物からなる潤滑剤を採用した比較例Ａでは、剥離発生寿命が３.５倍に向上している。
【０１５１】
そして、浸炭窒化を実施したＳ５３Ｃ製の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物とを採用した本発明の実施例である実施例Ａ、および浸炭窒化２度焼入を実施したＳ５３Ｃ製の軌道部材と、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物とを採用した本発明の実施例である実施例Ｂの剥離発生寿命は、それぞれ比較例Ｄの剥離発生寿命に対して４.２倍および５倍にまで向上している。
【０１５２】
以上の試験結果より、自動車電装・補機用転がり軸受を構成する転動部材において、素材として機械構造用炭素鋼であるＳ５３Ｃを採用し、かつ熱処理として浸炭窒化を採用することで、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が向上すること、および浸炭窒化２度焼入を採用することで、さらに剥離発生寿命が向上することが分かった。また、自動車電装・補機用転がり軸受において、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物を潤滑剤として採用することで、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が向上することが分かった。
【０１５３】
そして、素材として機械構造用炭素鋼であるＳ５３Ｃを採用し、かつ熱処理として浸炭窒化または浸炭窒化２度焼入を採用して表層部に窒素富化層を形成するとともに、アルミニウム系添加剤を添加したグリース組成物を潤滑剤として採用した本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、水素脆性剥離の発生する環境下における剥離発生寿命が著しく向上しており、水素脆性剥離を十分に抑制することが可能であることが確認された。
【０１５４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたオルタネータの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示した概略部分断面図である。
【図４】実施の形態１におけるグリース封入玉軸受の製造方法の概略を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるグリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図６】実施の形態１における、グリース封入玉軸受を構成する転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図７】実施の形態２におけるグリース封入玉軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。
【図８】実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図９】実施の形態２における転動部材の製造方法に含まれる熱処理工程の変形例の詳細を示す図である。
【図１０】実施の形態３における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたプーリを示す概略図である。
【図１１】実施の形態４における自動車電装・補機用転がり軸受としてのグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングを示す概略図である。
【図１２】実施の形態４におけるグリース封入玉軸受を備えたファンカップリングの動作を説明するための概略図である。
【図１３】浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。
【図１４】浸炭窒化を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。
【図１５】浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと窒素濃度との関係を示す図である。
【図１６】浸炭窒化２度焼入を実施した場合の軸受内輪における転走面からの深さと炭素濃度との関係を示す図である。
【図１７】オルタネータに用いられる自動車電装・補機用転がり軸受の使用条件を再現した転動疲労寿命試験において、従来の自動車電装・補機用転がり軸受の剥離起点付近に発生した白層の光学顕微鏡写真である
【符号の説明】
【０１５７】
１ グリース封入玉軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 窒素富化層、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１４ 保持器、１５ シール部材、１６ グリース組成物、３０ オルタネータ、３１
ロータ、３１Ａ ロータコイル、３２ ロータ軸、３２Ａ 外周面、３３ ステータ、３３Ａ ステータコイル、３４ ハウジング、３９ オルタネータプーリ、３９Ａ 溝部、４０ プーリ、４１ プーリ本体、４１Ａ 外周面、４１Ｂ 内周面、４１Ｃ 内周円筒部、４１Ｄ フランジ部、４１Ｅ 外周円筒部、４１Ｆ 鍔部、４９ シャフト、５０ ファンカップリング、５１ ケース、５１Ａ 貫通穴、５２ オイル室、５３ 撹拌室、５４ 仕切板、５５ ポート、５６ スプリング、５７ バイメタル、５８ ピストン、５９ ドライブディスク、５９Ａ フィン、６０ 流通穴、６１ ロータ、６２ ファン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、前記回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受であって、
円環状の第１転走面が形成された第１軌道部材と、
前記第１転走面に対向する円環状の第２転走面が形成された第２軌道部材と、
転動体転走面が形成され、前記第１転走面および前記第２転走面の各々に前記転動体転走面において接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体と、
前記第１軌道部材および前記第２軌道部材に挟まれる空間である軌道空間を閉じるように配置されるシール部材とを備え、
前記軌道空間にはグリース組成物が封入され、
前記第１軌道部材、前記第２軌道部材および前記転動体のうち少なくともいずれか１つは、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、
表層部に窒素富化層が形成されており、
前記グリース組成物は、
基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、
アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含み、
前記アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である、自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項２】
前記窒素富化層における前記鋼のオーステナイト粒度番号は１０番を超える範囲にある、請求項１に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項３】
前記窒素富化層の表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である、請求項１または２に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項４】
前記アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項５】
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤である、請求項項１〜４のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項６】
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっている、請求項項１〜５のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項１】
自動車電装・補機において、回転駆動される回転部材を、前記回転部材に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受であって、
円環状の第１転走面が形成された第１軌道部材と、
前記第１転走面に対向する円環状の第２転走面が形成された第２軌道部材と、
転動体転走面が形成され、前記第１転走面および前記第２転走面の各々に前記転動体転走面において接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体と、
前記第１軌道部材および前記第２軌道部材に挟まれる空間である軌道空間を閉じるように配置されるシール部材とを備え、
前記軌道空間にはグリース組成物が封入され、
前記第１軌道部材、前記第２軌道部材および前記転動体のうち少なくともいずれか１つは、０．２５質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含有し、残部鉄および不可避的不純物からなり、クロム含有量が０．３質量％以下に抑制された鋼から構成され、
表層部に窒素富化層が形成されており、
前記グリース組成物は、
基油と増ちょう剤とを含有するベースグリースと、
アルミニウムまたはアルミニウム化合物のいずれか一方または両方からなるアルミニウム系添加剤とを含み、
前記アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００質量部に対して０．０５質量部以上１０質量部以下である、自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項２】
前記窒素富化層における前記鋼のオーステナイト粒度番号は１０番を超える範囲にある、請求項１に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項３】
前記窒素富化層の表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域における窒素濃度は、０．１４質量％以上である、請求項１または２に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項４】
前記アルミニウム系添加剤は、アルミニウム、炭酸アルミニウム、硝酸アルミニウムから選択される１以上の添加剤から構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項５】
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤である、請求項項１〜４のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項６】
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油のいずれか一方または両方からなっている、請求項項１〜５のいずれか１項に記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−８４１９（Ｐ２００８−８４１９Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７９９５４（Ｐ２００６−１７９９５４）
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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