転動疲労寿命の試験方法
【課題】試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供する。
【解決手段】転動疲労寿命の試験方法は、軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップ（Ｓ１０）と、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップ（Ｓ２０）と、軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、軌道面に剥離を生じさせるステップ（Ｓ３０）とを備えている。
【解決手段】転動疲労寿命の試験方法は、軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップ（Ｓ１０）と、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップ（Ｓ２０）と、軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、軌道面に剥離を生じさせるステップ（Ｓ３０）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転動疲労寿命の試験方法に関し、より特定的には、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受など、転動疲労を受ける機械要素は、金属の摩耗粉やカーボン粒子などの硬質の異物が侵入する潤滑環境下（異物混入潤滑下）において使用される場合も多い。そのため、機械要素において、異物混入潤滑下における転動疲労寿命は重要な特性の１つである。
【０００３】
異物混入潤滑下における転動疲労寿命の試験方法としては、潤滑油中に所定量の硬質の異物（金属の粉末など）を添加した上で攪拌し、当該潤滑油による潤滑環境下で試験を行なう方法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この方法は、混入する異物の種類や量などを変更することにより、実際の機械要素の使用環境を模擬した試験を実施することが可能であり、汎用性に富んだ試験方法であるといえる。
【非特許文献１】大木力、外２名、「結晶粒の微細化による軸受鋼の長寿命化」、ＮＴＮ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ、Ｎｏ．７１、２００３年、ｐ.２−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記試験方法においては、潤滑油中に異物を添加した後、攪拌が実施されるものの、たとえば転がり軸受の軌道輪と転動体との間における異物の噛み込みの状態を完全にコントロールすることはできない。そのため、試験結果のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った転動疲労寿命の試験方法は、軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップと、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップと、軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えている。
【０００７】
異物混入潤滑下における転動疲労では、以下のようなメカニズムで破損（剥離）が発生する。軌道部材の軌道面上を転動体が転走すると、潤滑油中の異物が転動体と軌道部材との間に噛み込まれる。これにより、軌道面に圧痕が生じる。このとき、圧痕の外縁部には盛り上がり部が形成される。そして、当該盛り上がり部を転動体が通過すると、盛り上がり部に応力が集中し、亀裂が発生する。そして、この亀裂が成長することにより、軌道面に剥離が発生する。上述の潤滑油中に異物を混入する試験では、上記圧痕の形成状態にばらつきがあるため、試験結果がばらつくものと考えられる。
【０００８】
一方、予め軌道面に圧痕を形成しておき、潤滑油中に異物を混入することなく試験を実施すれば、試験結果のばらつきを抑制できるとも考えられる。しかしながら、単に軌道面に圧痕を形成した上で、軌道部材の軌道面上を、転動体を転走させた場合、転動体に波紋状剥離が発生するという特異な現象が発生する。そのため、実際の異物混入潤滑下における疲労現象とは異なったメカニズムにより、剥離が発生するという問題が生じる。
【０００９】
これに対し、本発明の転動疲労寿命の試験方法では、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成した上で、当該軌道面上を、転動体を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきを抑制することができる。また、転動体としてセラミックスからなる転動体を採用することにより、転動体における上記波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることができる。その結果、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することができる。
【００１０】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧痕を形成するステップでは、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向における一方の端部の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２とがｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすように、圧痕が形成される。
【００１１】
本発明者は、試験結果のばらつきを一層抑制するための構成について更なる検討を行なった。その結果、圧痕の外縁部の高さを制御することにより、試験結果のばらつきを一層抑制可能であることを見出した。すなわち、上記にｈ１対するｈ２の比を小さくすることにより、より具体的には、ｈ２／ｈ１＜０．１を満たすように圧痕を形成することにより、試験結果のばらつきを一層抑制することができる。
【００１２】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、円錐形状を有している。これにより、容易に、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが可能となり、試験結果のばらつきを抑制することが容易となる。
【００１３】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、少なくとも先端がダイヤモンドからなっている。鋼に比べて大幅に硬度の高いダイヤモンドを圧子の先端の素材として採用することにより、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが一層容易となる。ここで、少なくとも先端がダイヤモンドからなる円錐形状の圧子としては、たとえばロックウェルＣスケール（ＪＩＳ規格Ｚ２２４５参照）の圧子を採用することができる。
【００１４】
上記転動疲労寿命の試験方法においては、軌道部材は環状の軌道面を有していてもよい。この場合、圧痕を形成するステップでは、軌道面に圧子を押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップと、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成されることが好ましい。これにより、複数の圧痕を均質に、かつ効率的に形成することができる。また、統一された条件で複数の圧痕を形成できるため、複数の圧痕のうち１つの圧痕の形状を確認することで、他の圧痕の形状を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法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】
【００１６】
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り返さない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法の手順を示すフローチャートである。また、図２は、図１の工程（Ｓ１０）において準備される軌道部材の一例を示す概略断面図である。また、図３は、図１の工程（Ｓ２０）における圧痕の形成方法を説明するための概略断面図である。また、図４は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の一例を示す写真である。また、図５は、図４の線分Ａ−Ａ’の断面における軌道面の高さを示す図である。また、図６は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の他の一例を示す写真である。また、図７は、図６の線分Ｂ−Ｂ’の断面における軌道面の高さを示す図である。ここで、図５および図７においては、横軸は線分Ａ−Ａ’または線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向における距離、縦軸は軌道面からの高さを示している。また、図８は、圧痕の形状に関するｈ１１およびｈ１２の定義を説明するための図である。また、図９は、軌道部材が転がり軸受に組み立てられた状態を示す概略断面図である。また、図１０は、軌道面上を、転動体を転走させるための転動疲労寿命試験機の構成を示す概略図である。以下、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法について説明する。
【００１８】
図１を参照して、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、まず、工程（Ｓ１０）として、軌道部材を準備する工程が実施される。具体的には、図２を参照して、たとえば環状の軌道面１Ａを有し、鋼からなる軌道部材としての深溝玉軸受の内輪１が準備される。内輪１の準備は、たとえば所望の鋼からなる鋼材を内輪１の形状に加工し、焼入硬化などの熱処理を実施した上で、軌道面１Ａを研磨加工して仕上げることにより、行なうことができる。ここで、試験の目的に応じて、鋼の成分組成、熱処理、研磨加工の精度などを所望の状態に調整することができる。
【００１９】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）として、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップが実施される。この工程（Ｓ２０）では、圧子を軌道面に押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップ（工程（Ｓ２１））と、圧子を軌道面から離脱させた上で、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップ（工程（Ｓ２２））とを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成される。
【００２０】
より具体的には、工程（Ｓ２０）では、図３を参照して、まず、長手方向に垂直な断面が円形である軸５３の外周面に内周面が接触するように、内輪１が嵌め込まれて固定される。次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２１）として、円錐形状を有し、ダイヤモンドからなるロックウェルＣスケール用の圧子５２を先端に備えた圧痕形成部材５１が矢印α１の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａに押し付けられ、軌道面１Ａに圧痕が形成されるステップが実施される。その後、圧痕形成部材５１が矢印α２の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａから離脱する。
【００２１】
次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２２）として、軸５３を周方向に回転させることにより、内輪１を周方向である矢印βの向きに所定の角度だけ回転させるステップが実施される。このとき、圧痕形成部材５１は、矢印α１およびα２の向きに所定の距離だけ移動可能であるものの、軸５３と圧痕形成部材５１との位置関係はこの範囲で固定されている。その結果、上述の手順により、圧子５２と内輪１との位置関係を維持した状態で内輪１を軌道面１Ａの周方向に回転させることができる。その後、上記工程（Ｓ２１）と（Ｓ２２）とが繰り返して実施されることにより、内輪１の軌道面１Ａに複数の圧痕が形成される。
【００２２】
ここで、図４〜図７を参照して、上記工程（Ｓ２０）において形成される圧痕は、図６および図７に示すように、圧痕の外縁の高さ（圧痕の外縁に形成される盛り上がり部の高さ）が、転動体が転走する方向（軌道面の周方向；線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向）の両端において異なっていてもよいが、図４および図５に示すように、均一であることが好ましい。より具体的には、図８を参照して、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向（荷重移動方向）における一方の端部（前方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部（後方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２との関係がｈ２／ｈ１＜０．１を満たすことが好ましい。
【００２３】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ３０）として、軌道面上を、転動体を転走させる工程が実施される。具体的には、図９を参照して、まず、工程（Ｓ２０）において圧痕が形成された内輪１が、別途準備された外輪２、転動体としての玉３、保持器４などと組み合わせることにより試験軸受１０が組み立てられる。玉３は、セラミックスからなっている。玉３を構成するセラミックスとしては、たとえば窒化珪素、サイアロン、アルミナなどの焼結体を採用することができる。
【００２４】
ここで、試験軸受１０は、環状の外輪２と、外輪２の内側に配置された環状の内輪１と、外輪２と内輪１との間に配置され、円環状の保持器４に保持された転動体としての複数の玉３とを備えている。外輪２の内周面には外輪軌道面２Ａが形成されており、内輪１の外周面には軌道面１Ａが形成されている。そして、軌道面１Ａと外輪軌道面２Ａとが互いに対向するように、外輪２と内輪１とは配置されている。さらに、複数の玉３は、その表面である玉転走面３Ａにおいて軌道面１Ａおよび外輪軌道面２Ａに接触し、かつ保持器４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。以上の構成により、試験軸受１０の外輪２および内輪１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２５】
次に、組み立てられた試験軸受１０が、転動疲労寿命試験機にセットされ、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させることにより、軌道面１Ａに剥離を生じさせる。ここで、本実施の形態において使用される転動疲労寿命試験機について説明する。図１０を参照して、転動疲労寿命試験機２０は、プーリ２１と、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａと、第１の軸２２Ａに接続されたカップリング２３と、カップリング２３を介して第１の軸２２Ａに接続された第２の軸２２Ｂと、第２の軸２２Ｂの外周面に、内輪の内周面が接触するように嵌め込まれた負荷用玉軸受２４と、負荷用玉軸受２４の外輪の外周面に接触するように配置された負荷棒２５と、負荷棒２５を負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付け可能なように配置された負荷用コイルばね２６とを備えている。そして、転動疲労寿命試験機２０は、２つの試験軸受１０を、内輪１の内周面が第２の軸２２Ｂに接触するように、かつ負荷用玉軸受２４を挟むように、嵌め込み可能な構成を有している。より具体的には、試験軸受１０が第２の軸２２Ｂに嵌め込まれると、試験軸受１０は、外輪２が固定され、かつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転可能となる。
【００２６】
次に、転動疲労寿命試験機２０の動作について説明する。プーリ２１の外周面に掛けられた駆動ベルト（図示しない）が回転すると、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａが周方向に回転する。この回転は、カップリング２３を介して第２の軸２２Ｂに伝達され、第２の軸２２Ｂが周方向に回転する。これにより、試験軸受１０においては、外輪２が固定されつつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転する。その結果、内輪１の軌道面１Ａ上を、玉３が転走する。
【００２７】
ここで、負荷用コイルばね２６により負荷棒２５が負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付けられると、第２の軸２２Ｂは撓み、その結果、試験軸受１０に対して、ラジアル方向の荷重が負荷される。この状態で転動疲労寿命試験機２０の運転を継続することにより、試験軸受１０の内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生する。
【００２８】
そして、図１を参照して、工程（Ｓ４０）では、内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生するまでの時間、応力くり返し数などを内輪１の寿命として記録する。以上の手順により、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法が完了する。
【００２９】
上記本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、圧子５２を用いて軌道面１Ａに圧痕を形成した上で、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきが抑制されている。また、転動体にセラミックスからなる玉３を採用することにより、玉３における波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることが可能となっている。その結果、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能となっている。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明の実施例１について説明する。圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００３１】
実験では、上記実施の形態において図１に基づいて説明した手順で転動疲労寿命試験を実施することにより、圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査した。ここで、図１を参照して、工程（Ｓ１０）では、まず、ＪＩＳ規格に規定された高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２を素材として採用し、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受の内輪の概略形状を有する鋼部材を複数個準備した。その後、当該複数個の鋼部材の一部に対して焼入および焼戻を実施するとともに（通常焼入）、複数個の鋼部材の残部に対しては浸炭窒化処理を実施した上で焼入および焼戻を実施した（浸炭窒化焼入）。そして、仕上げ加工を実施することにより、通常焼入を実施した内輪と浸炭窒化焼入を実施した内輪とを作製した。
【００３２】
図１１は、浸炭窒化焼入を実施した内輪の表面付近における炭素濃度および窒素濃度を示す図である。図１１において、横軸は表面（軌道面）からの深さ、縦軸は炭素濃度および窒素濃度を示している。また、図１１において、γは炭素濃度、δは窒素濃度を示している。図１１を参照して、浸炭窒化処理の結果、内輪の表面近傍には０．１質量％を超える窒素が侵入していることが確認される。
【００３３】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）においては、図３に基づいて説明した上記実施の形態と同様の手順で、内輪の軌道面の周方向に均等に３０個の圧痕を形成した。圧子にはロックウェルＣスケールの圧子を用い、当該圧子を軌道面に対して２０ｋｇｆの荷重で押し付けることにより、圧痕を形成した。そして、形成した圧痕を三次元表面形状測定装置により調査し、ｈ２／ｈ１の値を算出した。
【００３４】
その後、上記実施の形態の場合と同様に、当該内輪を含む転がり軸受を組み立てることにより、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受を完成させ、試験軸受とした。そして、この試験軸受を図１０に基づいて説明した転動疲労寿命試験機にセットして運転し、内輪に剥離が発生するまでの寿命を調査した。このとき、試験軸受における内輪と玉との接触面圧Ｐｍａｘは３．１ＧＰａ、回転速度は３０００ｒｐｍ、潤滑はタービン５６油の潤滑給油、試験軸受のラジアルスキマはＣ３スキマとした。
【００３５】
次に、実験結果について説明する。表１に実験結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１を参照して、同一の熱処理であれば、荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部の高さｈ１２が大きいほど寿命が低下する傾向が確認される。そして、この表１の実験結果を、熱処理条件ごとに、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすものと満たさないものとに分けて整理した。
【００３８】
図１２は、実施例１における転動疲労寿命試験の結果を示す図（ワイブルプロット）である。図１２において、横軸は試験軸受の内輪に負荷された応力くり返し数、縦軸は累積破損確率を示している。また、図１２において、中空のデータ点は熱処理が通常焼入であるもの、中実のデータ点は熱処理が浸炭窒化焼入であるものを示している。また、図１２において、丸印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすもの、三角印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさないものを示している。また、図１３および図１４は、ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。図１３には、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の結果が示されており、図１４にはｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の結果が示されている。ここで、Ｌ５０とは累積破損確率が５０％となる寿命値をいう。また、ΔＬは、各試験軸受の寿命とＬ５０寿命との差の絶対値をあらわしている。すなわち、図１３および図１４においては、データ点の縦方向のばらつきが小さいほど、試験結果のばらつきが小さかったことを示している。
【００３９】
図１２を参照して、熱処理が浸炭窒化焼入であったものは、熱処理が通常焼入であったものに比べて寿命が長い傾向が確認される。そして、図１２〜図１４を参照して、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の試験結果は、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の試験結果に比べて、試験結果のばらつきが大幅に抑制されていることが分かる。このことから、軌道部材に圧痕を形成するに際しては、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすようにすることにより、試験結果のばらつきを抑制可能であることが確認された。
【実施例２】
【００４０】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転動疲労寿命の試験方法を、潤滑油中に硬質の異物を混入させる従来の試験方法と比較する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００４１】
まず、上記実施例１の場合と同様の内輪（通常焼入を実施したものおよび浸炭窒化焼入を実施したもの）を準備し、圧痕を形成することなく試験軸受に組み立てた。試験軸受を構成する玉の素材としては、焼入硬化したＪＩＳ規格ＳＵＪ２を採用した。その後、実施例１と同じ転動疲労寿命試験機において、潤滑油中に粒径１００〜１８０μｍ、硬さ約８００ＨＶの硬質の金属粉末を１０００ｃｃあたり１ｇの割合で添加した油浴給油による潤滑とする点を除き、実施例１の場合と同様の条件で実験を行なった（従来の試験方法；比較例）。そして、実施例１において実施した本発明の試験方法の結果（ｈ２／ｈ１＜０．１の条件を満たすもの；実施例）とともに統計的に処理することによりＬ１０寿命（累積破損確率が１０％となる寿命）、Ｌ５０寿命およびワイブルスロープを算出した。
【００４２】
次に、実験結果について説明する。表２に、実施例２における実験の結果を示す。表２において、本発明の試験方法および従来の試験方法の試験結果のうち、通常焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ａおよび比較例Ａ、浸炭窒化焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ｂおよび比較例Ｂとして標記されている。また、図１５は、従来の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。また、図１６は、本発明の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。図１５および図１６において、写真下側から上側に向かって荷重が移動している。
【００４３】
【表２】
【００４４】
図１５および図１６を参照して、本発明の試験方法において発生した剥離を従来の試験方法において発生した剥離と比較すると、いずれの場合も荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部を起点とした同様の形態となっている。このことから、両者の試験方法において、剥離発生のメカニズムは同様であるものと考えられる。
【００４５】
また、表２を参照して、転動疲労寿命の評価において重視されるＬ１０寿命を通常焼入のものと浸炭窒化焼入のものとで比較すると、その比は、従来の試験方法において２．１であったのに対し、本発明の試験方法では３．２となっており、大きな差異は認められなかった。
【００４６】
一方、表２を参照して、試験結果のばらつきの小ささを示すワイブルスロープを比較すると、本発明の試験方法は、従来の試験方法に比べて格段に大きくなっていた。このことから、本発明の試験方法によれば、従来の試験方法と同様のメカニズムでの剥離に対する耐久性を、試験結果のばらつきを抑制しつつ調査可能であることが確認された。
【００４７】
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明の転動疲労寿命の試験方法の一例として、ラジアル玉軸受を用いた試験方法について説明したが、本発明の転動疲労寿命の試験方法はこれに限られず、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受など、種々の形態の転がり軸受のほか、所望の形状の試験片を用いて試験を実施することができる。
【００４８】
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】
【００４９】
本発明の転動疲労寿命の試験方法は、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１の工程（Ｓ１０）において準備される軌道部材の一例を示す概略断面図である。
【図３】図１の工程（Ｓ２０）における圧痕の形成方法を説明するための概略断面図である。
【図４】図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の一例を示す写真である。
【図５】図４の線分Ａ−Ａ’の断面における軌道面の高さを示す図である。
【図６】図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の他の一例を示す写真である。
【図７】図６の線分Ｂ−Ｂ’の断面における軌道面の高さを示す図である。
【図８】圧痕の形状に関するｈ１１およびｈ１２の定義を説明するための図である。
【図９】軌道部材が転がり軸受に組み立てられた状態を示す概略断面図である。
【図１０】軌道面上を、転動体を転走させるための転動疲労寿命試験機の構成を示す概略図である。
【図１１】浸炭窒化焼入を実施した内輪の表面付近における炭素濃度および窒素濃度を示す図である。
【図１２】実施例１における転動疲労寿命試験の結果を示す図（ワイブルプロット）である。
【図１３】ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。
【図１４】ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。
【図１５】従来の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 内輪、１Ａ 軌道面、２ 外輪、２Ａ 外輪軌道面、３ 玉、３Ａ 玉転走面、４ 保持器、１０ 試験軸受、２０ 転動疲労寿命試験機、２１ プーリ、２２Ａ 第１の軸、２２Ｂ 第２の軸、２３ カップリング、２４ 負荷用玉軸受、２５ 負荷棒、５１ 圧痕形成部材、５２ 圧子、５３ 軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は転動疲労寿命の試験方法に関し、より特定的には、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受など、転動疲労を受ける機械要素は、金属の摩耗粉やカーボン粒子などの硬質の異物が侵入する潤滑環境下（異物混入潤滑下）において使用される場合も多い。そのため、機械要素において、異物混入潤滑下における転動疲労寿命は重要な特性の１つである。
【０００３】
異物混入潤滑下における転動疲労寿命の試験方法としては、潤滑油中に所定量の硬質の異物（金属の粉末など）を添加した上で攪拌し、当該潤滑油による潤滑環境下で試験を行なう方法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この方法は、混入する異物の種類や量などを変更することにより、実際の機械要素の使用環境を模擬した試験を実施することが可能であり、汎用性に富んだ試験方法であるといえる。
【非特許文献１】大木力、外２名、「結晶粒の微細化による軸受鋼の長寿命化」、ＮＴＮ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ、Ｎｏ．７１、２００３年、ｐ.２−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記試験方法においては、潤滑油中に異物を添加した後、攪拌が実施されるものの、たとえば転がり軸受の軌道輪と転動体との間における異物の噛み込みの状態を完全にコントロールすることはできない。そのため、試験結果のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従った転動疲労寿命の試験方法は、軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップと、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップと、軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えている。
【０００７】
異物混入潤滑下における転動疲労では、以下のようなメカニズムで破損（剥離）が発生する。軌道部材の軌道面上を転動体が転走すると、潤滑油中の異物が転動体と軌道部材との間に噛み込まれる。これにより、軌道面に圧痕が生じる。このとき、圧痕の外縁部には盛り上がり部が形成される。そして、当該盛り上がり部を転動体が通過すると、盛り上がり部に応力が集中し、亀裂が発生する。そして、この亀裂が成長することにより、軌道面に剥離が発生する。上述の潤滑油中に異物を混入する試験では、上記圧痕の形成状態にばらつきがあるため、試験結果がばらつくものと考えられる。
【０００８】
一方、予め軌道面に圧痕を形成しておき、潤滑油中に異物を混入することなく試験を実施すれば、試験結果のばらつきを抑制できるとも考えられる。しかしながら、単に軌道面に圧痕を形成した上で、軌道部材の軌道面上を、転動体を転走させた場合、転動体に波紋状剥離が発生するという特異な現象が発生する。そのため、実際の異物混入潤滑下における疲労現象とは異なったメカニズムにより、剥離が発生するという問題が生じる。
【０００９】
これに対し、本発明の転動疲労寿命の試験方法では、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成した上で、当該軌道面上を、転動体を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきを抑制することができる。また、転動体としてセラミックスからなる転動体を採用することにより、転動体における上記波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることができる。その結果、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することができる。
【００１０】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧痕を形成するステップでは、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向における一方の端部の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２とがｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすように、圧痕が形成される。
【００１１】
本発明者は、試験結果のばらつきを一層抑制するための構成について更なる検討を行なった。その結果、圧痕の外縁部の高さを制御することにより、試験結果のばらつきを一層抑制可能であることを見出した。すなわち、上記にｈ１対するｈ２の比を小さくすることにより、より具体的には、ｈ２／ｈ１＜０．１を満たすように圧痕を形成することにより、試験結果のばらつきを一層抑制することができる。
【００１２】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、円錐形状を有している。これにより、容易に、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが可能となり、試験結果のばらつきを抑制することが容易となる。
【００１３】
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、少なくとも先端がダイヤモンドからなっている。鋼に比べて大幅に硬度の高いダイヤモンドを圧子の先端の素材として採用することにより、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが一層容易となる。ここで、少なくとも先端がダイヤモンドからなる円錐形状の圧子としては、たとえばロックウェルＣスケール（ＪＩＳ規格Ｚ２２４５参照）の圧子を採用することができる。
【００１４】
上記転動疲労寿命の試験方法においては、軌道部材は環状の軌道面を有していてもよい。この場合、圧痕を形成するステップでは、軌道面に圧子を押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップと、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成されることが好ましい。これにより、複数の圧痕を均質に、かつ効率的に形成することができる。また、統一された条件で複数の圧痕を形成できるため、複数の圧痕のうち１つの圧痕の形状を確認することで、他の圧痕の形状を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法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】
【００１６】
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り返さない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法の手順を示すフローチャートである。また、図２は、図１の工程（Ｓ１０）において準備される軌道部材の一例を示す概略断面図である。また、図３は、図１の工程（Ｓ２０）における圧痕の形成方法を説明するための概略断面図である。また、図４は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の一例を示す写真である。また、図５は、図４の線分Ａ−Ａ’の断面における軌道面の高さを示す図である。また、図６は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の他の一例を示す写真である。また、図７は、図６の線分Ｂ−Ｂ’の断面における軌道面の高さを示す図である。ここで、図５および図７においては、横軸は線分Ａ−Ａ’または線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向における距離、縦軸は軌道面からの高さを示している。また、図８は、圧痕の形状に関するｈ１１およびｈ１２の定義を説明するための図である。また、図９は、軌道部材が転がり軸受に組み立てられた状態を示す概略断面図である。また、図１０は、軌道面上を、転動体を転走させるための転動疲労寿命試験機の構成を示す概略図である。以下、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法について説明する。
【００１８】
図１を参照して、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、まず、工程（Ｓ１０）として、軌道部材を準備する工程が実施される。具体的には、図２を参照して、たとえば環状の軌道面１Ａを有し、鋼からなる軌道部材としての深溝玉軸受の内輪１が準備される。内輪１の準備は、たとえば所望の鋼からなる鋼材を内輪１の形状に加工し、焼入硬化などの熱処理を実施した上で、軌道面１Ａを研磨加工して仕上げることにより、行なうことができる。ここで、試験の目的に応じて、鋼の成分組成、熱処理、研磨加工の精度などを所望の状態に調整することができる。
【００１９】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）として、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップが実施される。この工程（Ｓ２０）では、圧子を軌道面に押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップ（工程（Ｓ２１））と、圧子を軌道面から離脱させた上で、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップ（工程（Ｓ２２））とを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成される。
【００２０】
より具体的には、工程（Ｓ２０）では、図３を参照して、まず、長手方向に垂直な断面が円形である軸５３の外周面に内周面が接触するように、内輪１が嵌め込まれて固定される。次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２１）として、円錐形状を有し、ダイヤモンドからなるロックウェルＣスケール用の圧子５２を先端に備えた圧痕形成部材５１が矢印α１の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａに押し付けられ、軌道面１Ａに圧痕が形成されるステップが実施される。その後、圧痕形成部材５１が矢印α２の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａから離脱する。
【００２１】
次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２２）として、軸５３を周方向に回転させることにより、内輪１を周方向である矢印βの向きに所定の角度だけ回転させるステップが実施される。このとき、圧痕形成部材５１は、矢印α１およびα２の向きに所定の距離だけ移動可能であるものの、軸５３と圧痕形成部材５１との位置関係はこの範囲で固定されている。その結果、上述の手順により、圧子５２と内輪１との位置関係を維持した状態で内輪１を軌道面１Ａの周方向に回転させることができる。その後、上記工程（Ｓ２１）と（Ｓ２２）とが繰り返して実施されることにより、内輪１の軌道面１Ａに複数の圧痕が形成される。
【００２２】
ここで、図４〜図７を参照して、上記工程（Ｓ２０）において形成される圧痕は、図６および図７に示すように、圧痕の外縁の高さ（圧痕の外縁に形成される盛り上がり部の高さ）が、転動体が転走する方向（軌道面の周方向；線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向）の両端において異なっていてもよいが、図４および図５に示すように、均一であることが好ましい。より具体的には、図８を参照して、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向（荷重移動方向）における一方の端部（前方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部（後方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２との関係がｈ２／ｈ１＜０．１を満たすことが好ましい。
【００２３】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ３０）として、軌道面上を、転動体を転走させる工程が実施される。具体的には、図９を参照して、まず、工程（Ｓ２０）において圧痕が形成された内輪１が、別途準備された外輪２、転動体としての玉３、保持器４などと組み合わせることにより試験軸受１０が組み立てられる。玉３は、セラミックスからなっている。玉３を構成するセラミックスとしては、たとえば窒化珪素、サイアロン、アルミナなどの焼結体を採用することができる。
【００２４】
ここで、試験軸受１０は、環状の外輪２と、外輪２の内側に配置された環状の内輪１と、外輪２と内輪１との間に配置され、円環状の保持器４に保持された転動体としての複数の玉３とを備えている。外輪２の内周面には外輪軌道面２Ａが形成されており、内輪１の外周面には軌道面１Ａが形成されている。そして、軌道面１Ａと外輪軌道面２Ａとが互いに対向するように、外輪２と内輪１とは配置されている。さらに、複数の玉３は、その表面である玉転走面３Ａにおいて軌道面１Ａおよび外輪軌道面２Ａに接触し、かつ保持器４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。以上の構成により、試験軸受１０の外輪２および内輪１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２５】
次に、組み立てられた試験軸受１０が、転動疲労寿命試験機にセットされ、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させることにより、軌道面１Ａに剥離を生じさせる。ここで、本実施の形態において使用される転動疲労寿命試験機について説明する。図１０を参照して、転動疲労寿命試験機２０は、プーリ２１と、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａと、第１の軸２２Ａに接続されたカップリング２３と、カップリング２３を介して第１の軸２２Ａに接続された第２の軸２２Ｂと、第２の軸２２Ｂの外周面に、内輪の内周面が接触するように嵌め込まれた負荷用玉軸受２４と、負荷用玉軸受２４の外輪の外周面に接触するように配置された負荷棒２５と、負荷棒２５を負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付け可能なように配置された負荷用コイルばね２６とを備えている。そして、転動疲労寿命試験機２０は、２つの試験軸受１０を、内輪１の内周面が第２の軸２２Ｂに接触するように、かつ負荷用玉軸受２４を挟むように、嵌め込み可能な構成を有している。より具体的には、試験軸受１０が第２の軸２２Ｂに嵌め込まれると、試験軸受１０は、外輪２が固定され、かつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転可能となる。
【００２６】
次に、転動疲労寿命試験機２０の動作について説明する。プーリ２１の外周面に掛けられた駆動ベルト（図示しない）が回転すると、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａが周方向に回転する。この回転は、カップリング２３を介して第２の軸２２Ｂに伝達され、第２の軸２２Ｂが周方向に回転する。これにより、試験軸受１０においては、外輪２が固定されつつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転する。その結果、内輪１の軌道面１Ａ上を、玉３が転走する。
【００２７】
ここで、負荷用コイルばね２６により負荷棒２５が負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付けられると、第２の軸２２Ｂは撓み、その結果、試験軸受１０に対して、ラジアル方向の荷重が負荷される。この状態で転動疲労寿命試験機２０の運転を継続することにより、試験軸受１０の内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生する。
【００２８】
そして、図１を参照して、工程（Ｓ４０）では、内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生するまでの時間、応力くり返し数などを内輪１の寿命として記録する。以上の手順により、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法が完了する。
【００２９】
上記本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、圧子５２を用いて軌道面１Ａに圧痕を形成した上で、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきが抑制されている。また、転動体にセラミックスからなる玉３を採用することにより、玉３における波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることが可能となっている。その結果、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能となっている。
【実施例１】
【００３０】
以下、本発明の実施例１について説明する。圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００３１】
実験では、上記実施の形態において図１に基づいて説明した手順で転動疲労寿命試験を実施することにより、圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査した。ここで、図１を参照して、工程（Ｓ１０）では、まず、ＪＩＳ規格に規定された高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２を素材として採用し、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受の内輪の概略形状を有する鋼部材を複数個準備した。その後、当該複数個の鋼部材の一部に対して焼入および焼戻を実施するとともに（通常焼入）、複数個の鋼部材の残部に対しては浸炭窒化処理を実施した上で焼入および焼戻を実施した（浸炭窒化焼入）。そして、仕上げ加工を実施することにより、通常焼入を実施した内輪と浸炭窒化焼入を実施した内輪とを作製した。
【００３２】
図１１は、浸炭窒化焼入を実施した内輪の表面付近における炭素濃度および窒素濃度を示す図である。図１１において、横軸は表面（軌道面）からの深さ、縦軸は炭素濃度および窒素濃度を示している。また、図１１において、γは炭素濃度、δは窒素濃度を示している。図１１を参照して、浸炭窒化処理の結果、内輪の表面近傍には０．１質量％を超える窒素が侵入していることが確認される。
【００３３】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）においては、図３に基づいて説明した上記実施の形態と同様の手順で、内輪の軌道面の周方向に均等に３０個の圧痕を形成した。圧子にはロックウェルＣスケールの圧子を用い、当該圧子を軌道面に対して２０ｋｇｆの荷重で押し付けることにより、圧痕を形成した。そして、形成した圧痕を三次元表面形状測定装置により調査し、ｈ２／ｈ１の値を算出した。
【００３４】
その後、上記実施の形態の場合と同様に、当該内輪を含む転がり軸受を組み立てることにより、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受を完成させ、試験軸受とした。そして、この試験軸受を図１０に基づいて説明した転動疲労寿命試験機にセットして運転し、内輪に剥離が発生するまでの寿命を調査した。このとき、試験軸受における内輪と玉との接触面圧Ｐｍａｘは３．１ＧＰａ、回転速度は３０００ｒｐｍ、潤滑はタービン５６油の潤滑給油、試験軸受のラジアルスキマはＣ３スキマとした。
【００３５】
次に、実験結果について説明する。表１に実験結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１を参照して、同一の熱処理であれば、荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部の高さｈ１２が大きいほど寿命が低下する傾向が確認される。そして、この表１の実験結果を、熱処理条件ごとに、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすものと満たさないものとに分けて整理した。
【００３８】
図１２は、実施例１における転動疲労寿命試験の結果を示す図（ワイブルプロット）である。図１２において、横軸は試験軸受の内輪に負荷された応力くり返し数、縦軸は累積破損確率を示している。また、図１２において、中空のデータ点は熱処理が通常焼入であるもの、中実のデータ点は熱処理が浸炭窒化焼入であるものを示している。また、図１２において、丸印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすもの、三角印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさないものを示している。また、図１３および図１４は、ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。図１３には、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の結果が示されており、図１４にはｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の結果が示されている。ここで、Ｌ５０とは累積破損確率が５０％となる寿命値をいう。また、ΔＬは、各試験軸受の寿命とＬ５０寿命との差の絶対値をあらわしている。すなわち、図１３および図１４においては、データ点の縦方向のばらつきが小さいほど、試験結果のばらつきが小さかったことを示している。
【００３９】
図１２を参照して、熱処理が浸炭窒化焼入であったものは、熱処理が通常焼入であったものに比べて寿命が長い傾向が確認される。そして、図１２〜図１４を参照して、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の試験結果は、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の試験結果に比べて、試験結果のばらつきが大幅に抑制されていることが分かる。このことから、軌道部材に圧痕を形成するに際しては、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすようにすることにより、試験結果のばらつきを抑制可能であることが確認された。
【実施例２】
【００４０】
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転動疲労寿命の試験方法を、潤滑油中に硬質の異物を混入させる従来の試験方法と比較する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００４１】
まず、上記実施例１の場合と同様の内輪（通常焼入を実施したものおよび浸炭窒化焼入を実施したもの）を準備し、圧痕を形成することなく試験軸受に組み立てた。試験軸受を構成する玉の素材としては、焼入硬化したＪＩＳ規格ＳＵＪ２を採用した。その後、実施例１と同じ転動疲労寿命試験機において、潤滑油中に粒径１００〜１８０μｍ、硬さ約８００ＨＶの硬質の金属粉末を１０００ｃｃあたり１ｇの割合で添加した油浴給油による潤滑とする点を除き、実施例１の場合と同様の条件で実験を行なった（従来の試験方法；比較例）。そして、実施例１において実施した本発明の試験方法の結果（ｈ２／ｈ１＜０．１の条件を満たすもの；実施例）とともに統計的に処理することによりＬ１０寿命（累積破損確率が１０％となる寿命）、Ｌ５０寿命およびワイブルスロープを算出した。
【００４２】
次に、実験結果について説明する。表２に、実施例２における実験の結果を示す。表２において、本発明の試験方法および従来の試験方法の試験結果のうち、通常焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ａおよび比較例Ａ、浸炭窒化焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ｂおよび比較例Ｂとして標記されている。また、図１５は、従来の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。また、図１６は、本発明の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。図１５および図１６において、写真下側から上側に向かって荷重が移動している。
【００４３】
【表２】
【００４４】
図１５および図１６を参照して、本発明の試験方法において発生した剥離を従来の試験方法において発生した剥離と比較すると、いずれの場合も荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部を起点とした同様の形態となっている。このことから、両者の試験方法において、剥離発生のメカニズムは同様であるものと考えられる。
【００４５】
また、表２を参照して、転動疲労寿命の評価において重視されるＬ１０寿命を通常焼入のものと浸炭窒化焼入のものとで比較すると、その比は、従来の試験方法において２．１であったのに対し、本発明の試験方法では３．２となっており、大きな差異は認められなかった。
【００４６】
一方、表２を参照して、試験結果のばらつきの小ささを示すワイブルスロープを比較すると、本発明の試験方法は、従来の試験方法に比べて格段に大きくなっていた。このことから、本発明の試験方法によれば、従来の試験方法と同様のメカニズムでの剥離に対する耐久性を、試験結果のばらつきを抑制しつつ調査可能であることが確認された。
【００４７】
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明の転動疲労寿命の試験方法の一例として、ラジアル玉軸受を用いた試験方法について説明したが、本発明の転動疲労寿命の試験方法はこれに限られず、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受など、種々の形態の転がり軸受のほか、所望の形状の試験片を用いて試験を実施することができる。
【００４８】
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】
【００４９】
本発明の転動疲労寿命の試験方法は、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１の工程（Ｓ１０）において準備される軌道部材の一例を示す概略断面図である。
【図３】図１の工程（Ｓ２０）における圧痕の形成方法を説明するための概略断面図である。
【図４】図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の一例を示す写真である。
【図５】図４の線分Ａ−Ａ’の断面における軌道面の高さを示す図である。
【図６】図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の他の一例を示す写真である。
【図７】図６の線分Ｂ−Ｂ’の断面における軌道面の高さを示す図である。
【図８】圧痕の形状に関するｈ１１およびｈ１２の定義を説明するための図である。
【図９】軌道部材が転がり軸受に組み立てられた状態を示す概略断面図である。
【図１０】軌道面上を、転動体を転走させるための転動疲労寿命試験機の構成を示す概略図である。
【図１１】浸炭窒化焼入を実施した内輪の表面付近における炭素濃度および窒素濃度を示す図である。
【図１２】実施例１における転動疲労寿命試験の結果を示す図（ワイブルプロット）である。
【図１３】ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。
【図１４】ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。
【図１５】従来の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図１６】本発明の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 内輪、１Ａ 軌道面、２ 外輪、２Ａ 外輪軌道面、３ 玉、３Ａ 玉転走面、４ 保持器、１０ 試験軸受、２０ 転動疲労寿命試験機、２１ プーリ、２２Ａ 第１の軸、２２Ｂ 第２の軸、２３ カップリング、２４ 負荷用玉軸受、２５ 負荷棒、５１ 圧痕形成部材、５２ 圧子、５３ 軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップと、
圧子を用いて前記軌道面に圧痕を形成するステップと、
前記軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、前記軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えた、転動疲労寿命の試験方法。
【請求項２】
前記圧痕を形成するステップでは、前記圧痕の外縁の、前記転動体が転走する方向における一方の端部の前記軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部の前記軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２とがｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすように、前記圧痕が形成される、請求項１に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項３】
前記圧子は、円錐形状を有している、請求項１または２に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項４】
前記圧子は、少なくとも先端がダイヤモンドからなっている、請求項３に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項５】
前記軌道部材は環状の前記軌道面を有し、
前記圧痕を形成するステップでは、前記軌道面に前記圧子を押し付けることにより、前記軌道面に前記圧痕を形成するステップと、前記圧子と前記軌道部材との位置関係を維持した状態で前記軌道部材を前記軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、前記軌道面に複数の前記圧痕が形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項１】
軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップと、
圧子を用いて前記軌道面に圧痕を形成するステップと、
前記軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、前記軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えた、転動疲労寿命の試験方法。
【請求項２】
前記圧痕を形成するステップでは、前記圧痕の外縁の、前記転動体が転走する方向における一方の端部の前記軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部の前記軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２とがｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすように、前記圧痕が形成される、請求項１に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項３】
前記圧子は、円錐形状を有している、請求項１または２に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項４】
前記圧子は、少なくとも先端がダイヤモンドからなっている、請求項３に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【請求項５】
前記軌道部材は環状の前記軌道面を有し、
前記圧痕を形成するステップでは、前記軌道面に前記圧子を押し付けることにより、前記軌道面に前記圧痕を形成するステップと、前記圧子と前記軌道部材との位置関係を維持した状態で前記軌道部材を前記軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、前記軌道面に複数の前記圧痕が形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転動疲労寿命の試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図６】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図６】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２２９２８８（Ｐ２００９−２２９２８８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７５９６０（Ｐ２００８−７５９６０）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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