特許 7014893 軸受構成部材を製造する方法ならびに軸受構成部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-24

(45)【発行日】2022-02-01

(54)【発明の名称】軸受構成部材を製造する方法ならびに軸受構成部材

(51)【国際特許分類】

   B24B 39/04 20060101AFI20220125BHJP

   F16C 33/64 20060101ALI20220125BHJP

   F16C 33/32 20060101ALI20220125BHJP

   B23P 9/02 20060101ALI20220125BHJP

   B23P 15/00 20060101ALI20220125BHJP

   B23P 25/00 20060101ALI20220125BHJP

   C23C 22/62 20060101ALI20220125BHJP

【ＦＩ】

B24B39/04 Z

F16C33/64

F16C33/32

B23P9/02

B23P15/00 Z

B23P25/00

C23C22/62

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020511339

(86)(22)【出願日】2018-09-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-05

(86)【国際出願番号】 DE2018100781

(87)【国際公開番号】W WO2019057242

(87)【国際公開日】2019-03-28

【審査請求日】2020-02-21

(31)【優先権主張番号】102017121629.4

(32)【優先日】2017-09-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515009952

【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ． １－３， ９１０７４ Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ベアトラム ハーグ

(72)【発明者】

【氏名】ペーター ゲシュヴィントナー

(72)【発明者】

【氏名】トーニ ブラース

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル メアク

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０１９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１７４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７０８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０３７１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３３１９３１４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３９／０４

Ｆ１６Ｃ ３３／６４

Ｆ１６Ｃ ３３／３２

Ｂ２３Ｐ ９／０２

Ｂ２３Ｐ １５／００

Ｂ２３Ｐ ２５／００

Ｃ２３Ｃ ２２／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸受構成部材（１）を製造する方法であって、
軸受構成部材中間製品（２）が鉄ベースの金属製の基体（３）と、変換層（４）とを有しており、
該変換層（４）が、少なくとも部分的に前記金属製の基体（３）上に形成されていて０．５マイクロメートル以上で３マイクロメートルよりも小さな初期層厚（ｄ_ｂ）を有しており、
変換層（４）として、鉄酸化物ベースの黒染め処理層を形成し、該黒染め処理層を、前記金属製の基体（３）をアルカリ処理浴を用いて少なくとも部分的に処理することにより形成し、
前記黒染め処理層の形成前に前記軸受構成部材中間製品（２）の前記金属製の基体（３）を肌焼入れ、高周波焼入れ、浸炭窒化、窒化、浸炭、マルテンサイト化焼入れまたはベイナイト焼入れにより硬化し、
前記軸受構成部材（１）を得るために、前記軸受構成部材中間製品（２）を少なくとも前記変換層（４）の領域においてボール状のボディ（６）によりローリング加工し、この際に、前記変換層（４）を該領域において圧縮して、前記初期層厚（ｄ_ｂ）の９５％よりも小さい最終層厚（ｄ_ｅ）を有する前記軸受構成部材（１）の保護層（８）を形成する、軸受構成部材（１）を製造する方法。

【請求項2】

前記ボール状のボディ（６）が、ハイドロスタティック式のバニシング加工工具またはディープローリング加工工具（５）の構成部材である、請求項１記載の方法。

【請求項3】

硬質合金またはセラミックスから成るボール状のボディ（６）を使用する、請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

ローリング加工により、前記変換層（４）を圧縮し、前記保護層（８）が、前記変換層（４）の硬度（ＨＵ）の少なくとも１５０パーセントに相当する硬度（ＨＵ）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。

【請求項5】

前記ローリング加工により、前記変換層（４）を圧縮し、前記軸受構成部材（１）が、少なくとも前記保護層（８）の領域において、５００メガパスカルよりも大きな残留応力（σ_ｅ）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記軸受構成部材中間製品（２）を前記変換層（４）の領域においてスリップなしにローリング加工する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。

【請求項7】

軸受構成部材中間製品製造ステップが前記ローリング加工に先行し、前記軸受構成部材中間製品製造ステップでは、中間製品幾何形状を有する前記軸受構成部材中間製品（２）を製造し、前記軸受構成部材中間製品（２）は、前記ローリング加工後に、最終幾何形状を有する前記軸受構成部材（１）を形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

【請求項8】

前記変換層（４）の前記ローリング加工時の圧力が、２０００メガパスカルよりも大きく選択されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。

【請求項9】

前記黒染め処理層を形成するために、前記基体の表面が酸化される、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸受構成部材中間製品が、鉄ベースの金属製の基体と変換層とを有しており、変換層が、少なくとも部分的に金属製の基体上に形成されていて初期層厚を有している、軸受構成部材を製造する方法に関する。さらに、本発明は、軸受構成部材に関する。

【背景技術】

【0002】

軸受構成部材および転がり軸受は、多数の日常必需品に、かつ工業用途のために、たとえば風力発電機またはホイール軸受に使用される。このような軸受構成部材は、寿命を有している。このような寿命は、故障に至るまでの回転数または運転時間であると理解される。軸受構成部材の故障は、しばしば材料の損傷および／または材料の疲労に基づいている。このような材料損傷の１つの頻繁な現象は、ホワイトエッチングクラック（英語でwhite-etching-cracks、略してＷＥＣ）である。先行技術では、このような早期の疲労現象には、たとえば黒染め処理（Bruenieren）による不動態化層の被着によって対応する。しかしながら、このような不動態化層を備えた軸受構成部材でも、材料疲労現象は特に初期にも生じてしまう。

【0003】

独国特許出願公開第１０２００７０５５５７５号明細書は、軌道エレメントが、少なくとも１つの転動軌道を有しており、転動軌道上には鋼から成る転動体が設けられている、転がり軸受の軌道エレメントを記載している。軌道エレメントは、転動軌道の表面下の０～約４０マイクロメートルの深さ領域全体に、少なくとも４００メガパスカルの高さの圧縮残留応力を有しているように形成されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の根底を成す課題は、軸受構成部材を製造する方法と、延長された寿命を有する軸受構成部材を提供することにある。特に、軸受構成部材を製造する方法が、疲労しにくい保護層を有している軸受構成部材を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた、軸受構成部材を製造する方法、ならびに請求項９に記載の特徴を備えた軸受構成部材によって解決される。本発明の好適かつ／または有利な実施形態は、従属請求項、以下の説明および／または添付の図面から明らかになる。

【0006】

したがって、この課題は、軸受構成部材を製造するための本発明に係る方法のために、軸受構成部材中間製品が、鉄ベースの金属製の基体と、変換層とを有しており、変換層が、少なくとも部分的に金属製の基体上に形成されていて初期層厚を有しており、変換層として、鉄酸化物ベースの黒染め処理層を形成し、黒染め処理層を、アルカリ処理浴を用いて金属製の基体を少なくとも部分的に処理することにより形成することによって解決される。軸受構成部材を得るために、軸受構成部材中間製品の金属製の基体を硬化し、軸受構成部材中間製品を少なくとも変換層の領域においてボール状のボディによりローリング加工（Ueberrollen、押し付け加工）し、変換層をこの領域において圧縮し、初期層厚の９５％よりも小さい最終層厚を有する軸受構成部材の保護層を形成する。

【0007】

特に、軸受構成部材は、転がり軸受または滑り軸受の構成部材、特に軸受レース、軌道エレメントまたは転動体である。

【0008】

軸受構成部材は、特に軸受構成部材中間製品に基づいている。軸受構成部材中間製品は、鉄ベースの金属製の基体と、変換層とを有している。変換層は、金属製の基体の材料の化学的な変換により基体の表面に形成され、特に金属製の基体の酸化により基体の表面に形成される。鉄ベースの金属製の基体は、特に鋼または特殊鋼から、好適には軸受鋼から形成されている。軸受構成部材中間製品は、好適には、旋削加工された軸受構成部材中間製品、研削加工された軸受構成部材中間製品および／またはホーニング加工された軸受構成部材中間製品である。

【0009】

軸受構成部材中間製品は、変換層を有している。変換層は、好適には完全に軸受構成部材中間製品の表面を覆っている。代替的には、変換層は軸受構成部材中間製品の表面に部分的または区分的に存在している。変換層は、黒染め処理層の形の黒色の縁部酸化層である。

【0010】

補足的に、変換層は、変換層の後処理を介して導入される有機材料、たとえばプラスチックを含んでいてもよい。変換層は、初期層厚を有している。好適には、初期層厚は、軸受構成部材中間製品の全領域において同一の大きさである。初期層厚は、好適には０．５マイクロメートルよりも大きく、特に１マイクロメートルよりも大きい。変換層は、特に塑性変形可能であり、好適にはローリング加工による塑性変形後に形状安定的である。

【0011】

軸受構成部材は、軸受構成部材中間製品から軸受構成部材中間製品のローリング加工により得られる。変換層は少なくとも部分的にローリング加工される。ローリング加工時に、変換層には力および／または圧力が加えられる。ローリング加工時の圧力は、特に２０００メガパスカルよりも大きく、好適には５０００メガパスカルよりも大きく、特に７０００メガパスカルよりも大きい。

【0012】

変換層は、ローリング加工後に、軸受構成部材の保護層を形成する。したがって、保護層は、ローリング加工により圧縮され平滑化された変換層により形成されている。軸受構成部材の保護層は、最終層厚を有している。特に、保護層の最終層厚は、軸受構成部材の全領域において同一の大きさである。最終層厚は、特に１．８マイクロメートルよりも小さく、好適には１．５マイクロメートルよりも小さく、特に１マイクロメートルよりも小さい。変換層のローリング加工は、最終層厚が初期層厚の９５％よりも小さく、特に初期層厚の９０％よりも小さく、特に初期層厚の８０％よりも小さい厚さを有しているように変換層が圧縮されるように、実施される。

【0013】

本発明によれば、均一に圧縮され連続的な保護層を有している軸受構成部材を製造する方法が提供される。変換層のローリング加工は、たとえば、軸受構成部材の規定可能なパラメータの下での穏やかな慣らし（Einlaufen）かつ／または人為的な慣らしを意味する。しかし、先行技術では、軸受構成部材の実際の使用におけるコーティングされた軸受構成部材の慣らし時に不均一な慣らしが生じる。変換層は、あらゆる箇所において均一に圧縮されず、したがって保護層はあらゆる箇所において均一に形成されない。さらに、軸受構成部材中間製品の変換層が、組込み時にぶつかり、かつ／または引っかかってしまうので、変換層は部分的に破壊される。破壊かつ／または損傷された区分において、急速に疲労が生じる。これに対して、変換層の本発明による意図的なローリング加工により、連続的かつ特に均一な保護層を形成することができ、したがって軸受構成部材の長期安定性を高めることができる。

【0014】

変換層は、鉄ベースの黒染め処理層であり、好適には鉄酸化物を含み、特に鉄混合酸化物を含んでいる。黒染め処理層を形成するために、鉄ベースの予め硬化された金属製の基体の表面が酸化される。さらに、変換層が有機材料によって後処理されること、たとえば、プラスチックコーティング（たとえばラックまたはワックスから成る）を備えていることが規定されてよい。しかし、潤滑材、特にオイル、グリースまたは水をはじく媒体による変換層の含侵が規定されていてよい。変換層が、シェフラー社の名称Ｄｕｒｏｔｅｃｔ－Ｂ（登録商標）（鉄混合酸化物、主に磁鉄鉱）の黒染め処理層であると特に有利である。

【0015】

金属製の基体の硬化は、通常の硬化法により行うことができる。特に、肌焼入れ（Einsatzhaerten）、高周波焼入れ、浸炭窒化、窒化、浸炭、マルテンサイト化焼入れまたはベイナイト焼入れが実施される。黒染め処理層の形成前の金属製の基体の硬化が、ローリング加工による黒染め処理層の特に均一な圧縮を可能にすることが示された。

【0016】

特に、黒染め処理層をローリング加工するためのボール状のボディが、ハイドロスタティック式のバニシング加工（Glattwalz）工具またはディープローリング加工（Festwalz）工具の構成部材であることが規定されている。特に、ハイドロスタティック式の転がり加工工具は、ローリング加工時の圧力が意図的に調節されるように運転可能である。さらに、ハイドロスタティック式の転がり加工工具のボール状のボディは、軸受構成部材中間製品の表面全体を転動することが規定されていてよい。この場合、ハイドロスタティック式の転がり加工工具および／または軸受構成部材中間製品を運動させる。

【0017】

特に、ボール状のボディが、硬質合金ボールまたはセラミックスボールにより形成されている。特に、ボール状のボディとして硬質合金ボールまたはセラミックスボールを備えるハイドロスタティック式の転がり加工工具が形成されている。特に、転がり加工工具が、ボールを有していて、ボールが交換可能であり、かつ／または転がり加工工具のボール直径が変更可能であることが規定されていてよい。たとえば、転がり加工工具を様々な直径のボールで運転することができ、転がり加工工具内のボールが交換可能であり、交換時にボール直径を変更することができる。たとえば、ボールは２ミリメートルよりも大きな、または６ミリメートルよりも大きな、または１３ミリメートルよりも大きな直径を有している。

【0018】

特に有利には、ローリング加工により、変換層が圧縮されて、このときに保護層が、変換層の硬度の最低で１２０％に相当する硬度を有している。さらに、保護層の硬度が、変換層の硬度の少なくとも１５０％に相当し、特に保護層の硬度が、変換層の硬度の少なくとも２００％に相当することが規定されている。保護層の硬度を高めることにより、特に軸受構成部材の転動耐負荷能力が高まる。

【0019】

さらに、ローリング加工により変換層が圧縮されるだけではなく、さらに変換層の表面の粗さを減じることができる。特に、変換層のローリング加工時に、表面が平滑化されるので、保護層は、変換層よりも小さな粗さを有している。

【0020】

特に好適には、ローリング加工により変換層が圧縮され、この場合に軸受構成部材が少なくとも保護層の領域において表面下で１５０メガパスカルよりも大きな圧縮残留応力を有していて、好適には２５０メガパスカルよりも大きな、特に５００メガパスカルよりも大きな圧縮残留応力を有している。好適には、ローリング加工により、変換層および／または軸受構成部材中間製品が、８００メガパスカルよりも大きな、特に１０００メガパスカルよりも大きな圧縮残留応力を有していることが規定されている。軸受構成部材および／または保護層の残留応力は、特に転がり加工工具のボールサイズにより調節可能である。さらに、ローリング加工時の冷却液圧力によって残留応力を調節することができる。ローリング加工時の冷却液圧力は特に１０バールよりも大きく、特に２００バールよりも大きい。さらに、冷却液圧力は４５０バールよりも小さいことが規定されている。

【0021】

任意には、ローリング加工時に軸受構成部材中間製品がスリップなしにローリング加工されることが規定されている。この構成は、先行技術での変換層を有する軸受構成部材中間製品の実際の使用における通常の慣らし時にスリップが生じ、このスリップにより保護層の不均一な形成が生じるという考察に基づいている。軸受構成部材中間製品の意図的なローリング加工時の制御されたスリップのない慣らしにより、保護層が均一に形成されて、小さな故障率が生じることを保証することができる。

【0022】

本発明の構成は、軸受構成部材中間製品の変換層を形成するための不動態化ステップがローリング加工に先行することを規定している。この不動態化ステップにおいて、変換層が形成され、金属製の基体の鉄材料が表面において鉄酸化物（混合酸化物）へと移行する。特に、金属製の基体の金属製の表面は、不動態化ステップで非晶質の酸化層へと変換される。特に好適には、不動態化ステップでは、非晶質の酸化層として、鉄混合酸化物層が基体上に形成される。このために、軸受構成部材中間製品が高温のアルカリ溶液によって処理される。この処理時に、金属製の基体の金属が表面において酸化物へと移行し、この酸化物が変換層を形成する。不動態化ステップにより形成された変換層は、好適には、０．５マイクロメートル以上の厚さを有しており、さらに３マイクロメートルよりも小さな厚さを有している。

【0023】

さらに、軸受構成部材中間製品製造ステップがローリング加工に先行することが特に規定されている。軸受構成部材中間製品製造ステップでは、中間製品幾何形状を有する軸受構成部材中間製品が製造される。軸受構成部材は、ローリング加工後に最終幾何形状を有している。中間製品幾何形状は、好適には最終幾何形状とは異なっている。特に中間製品幾何形状は、軸受構成部材が軸受構成部材中間製品の転がり加工後に所望の最終幾何形状を有しているように、選択されている。

【0024】

本発明の別の対象は、本発明に係る方法によって製造される軸受構成部材である。軸受構成部材は、たとえば転がり軸受構成要素および特に軌道を備えた転がり軸受構成要素である。特に、軸受構成部材は、軸受レースまたは転動体として形成されている。任意には、大型転がり軸受のための軸受レースおよび／または転がり軸受構成要素および／または転動体が形成され、かつ／または５００ｍｍよりも大きな部分円直径を有している。

【0025】

好適には、変換層は専ら、または少なくとも軸受レースの軌道上に被着されている。特に、転動体および／または軸受レースの表面全体が、変換層を有している。部分区分、特に軸受レースの軌道および／または転動体の転動面のみがローリング加工されて、保護層を有している。特に好適には、転がり軸受構成要素および／または軸受レースおよび／または転動体は、風力発電設備用の構成部材として、特にロータ支承のために形成され、かつ／または円錐ころ軸受の構成部材を形成する。軸受構成部材は、硬化した金属製の基体上に保護層を有しており、保護層は、変換層のローリング加工により形成されている。

【0026】

本発明の別の特徴、利点および作用が、本発明の好適な実施例の以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】軸受構成部材を製造するための軸受構成部材中間製品の加工の概略図である。

【図2】軸受構成部材中間製品のローリング加工の概略的な詳細図である。

【図3】軸受構成部材中間製品のローリング加工による縁部領域の影響を示す図である。

【図4】軸受構成部材におけるローリング加工後の残留応力を示す図である。

【図5】方法のフローチャートを示す図である。

【図6】転がり軸受の概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、軸受構成部材１を製造する方法の実施時における軸受構成部材１と、軸受構成部材中間製品２とを概略的に示している。図１は、２つの区分Ｉ、ＩＩに区分される。区分Ｉは、軸受構成部材中間製品２を示し、区分ＩＩは、軸受構成部材１を示している。軸受構成部材１は、特に軸受構成部材中間製品２の本方法による加工に基づいて形成されている。

【0029】

軸受構成部材中間製品２は、基体３を有している。基体３は、硬化された金属製の基体３、たとえば鋼である。特に、金属製の基体３が、鉄ベースの別の金属合金であることも可能である。硬化された金属製の基体３は、ここでは円筒形状を形成している。基体３の表面上、特に金属製の基体３の円筒外周面上には、黒染め処理層の形の変換層４が形成されている。変換層４は、ここでは、鋼から成る基体３に基づいて、鉄混合酸化物から形成されている。変換層４は、初期層厚ｄ_ｂで表す厚さを有している。初期層厚ｄ_ｂは、１．５マイクロメートルよりも大きく、特に０．５マイクロメートルよりも大きい。金属製の基体３および変換層４は一緒に、直径ｄ_ｒである、円筒形の軸受構成部材中間製品２を形成する。

【0030】

軸受構成部材中間製品２は、転がり加工工具５によりローリング加工される。転がり加工工具５は、ボール６を有している。このボール６は、変換層４、ひいては軸受構成部材中間製品２に直接に接触する。転がり加工工具５は、ハイドロスタティック式の転がり加工工具５として構成されていて、ハイドロスタティック式のテレスコープ型補償部７を有している。転がり加工工具５は、軸受構成部材中間製品２に力Ｆを加え、力Ｆを加えることにより、変換層４が圧縮されて保護層８を形成する。

【0031】

軸受構成部材中間製品２のローリング加工のために、軸受構成部材中間製品２を回転させる。この回転は所定の回転数で行われる。特に、回転数は調節可能である。軸受構成部材中間製品２の回転中に、転がり加工工具５を送り方向９で運動させる。軸受構成部材中間製品２の回転中に送り方向９で転がり加工工具５を運動させることにより、ボール６が軸受構成部材中間製品２の表面を走行する。軸受構成部材１を製造する方法での調節可能な大きさとして、特に送りｆ_ｗが挙げられる。送りｆ_ｗは、回転数と送り方向９または送り速度との組み合わせに基づいて調節可能である。

【0032】

軸受構成部材中間製品２のローリング加工により、変換層４が圧縮され、平滑化され、かつ硬化される。ローリング加工された変換層４は、保護層８を形成する。保護層８は、最終層厚ｄ_ｅを形成する厚さを有している。最終層厚ｄ_ｅは、初期層厚ｄ_ｂの８０％よりも小さい。軸受構成部材中間製品２の変換層４が変形可能であり衝突に対して敏感である一方で、保護層８は変形せず、衝突に対して鈍感である。したがって、保護層８は、圧縮された変換層４により形成されている。

【0033】

変換層４から保護層８を形成するために、軸受構成部材中間製品２はローリング加工される。この場合、ローリング加工は適切なパラメータで行われる。このパラメータは、ローリング加工時に所望の材料特性を達成するために必要とされる。図２～図４には、対応するパラメータを有する軸受構成部材１の可能な特性が図示されている。

【0034】

図２は、変換層４、保護層８およびボール６の詳細部分図を示している。変換層４は、粗い表面を有している。この粗い表面は、深い刻み目および溝１０を有している。ローリング加工後に、形成された保護層８は、より小さな粗さを有する比較的平滑な表面を有している。ボール６は、軸受構成部材中間製品２の表面に、変換層４の領域において力Ｆを加える。力Ｆは、特に５０００メガパスカルよりも大きい。

【0035】

軸受構成部材中間製品２および／または軸受構成部材１の内部では、ローリング加工中に、対応する領域内に複数の応力が占めている。応力の１つとして、引張応力１１が挙げられる。引張応力１１は、表面に対して、つまり変換層４または保護層８に対してほぼ同一方向を向いている。圧縮応力１２は、力Ｆと反対方向を向いている。さらに、図２には、塑性変形１３の領域が記入されており、同一の相当応力１４のラインが記入されている。これらの相当応力１４は、似た形状経過を有している。

【0036】

図２の右側部分には、３つのグラフが記載されている。グラフ１５は、表面距離Ｚに対する相当応力σ_ｖを示しており、グラフ１６は、表面距離Ｚに対する残留応力σ_ｅを示していて、グラフ１７は表面距離Ｚに対する硬度ＨＵを示している。

【0037】

グラフ１５では、相当応力σ_ｖが表面距離Ｚに関して比較的複雑な経過をとっていることが判る。相当応力σ_ｖは、降伏応力σ_ｆに対して観察することができる。表面の領域では、相当応力σ_ｖは、降伏応力σ_ｆよりも幾らか小さい。表面距離Ｚが増えるにつれて、相当応力σ_ｖは、降伏応力σ_ｆよりも大きくなり、表面距離Ｚがさらに増えるにつれて、相当応力σ_ｖは、降伏応力σ_ｆを再び下回り、最小値へと近づく。表面距離の、相当応力σ_ｖが降伏応力σ_ｆよりも大きい範囲は、理想的な弾性範囲を表し、相当応力σ_ｖが降伏応力σ_ｆよりも小さな範囲は、実際の塑性範囲を表す。

【0038】

グラフ１６は、表面距離Ｚに対する残留応力σ_ｅを示している。残留応力σ_ｅが軸受構成部材１の表面から内部まで常にマイナスであり、開始値からさらに低下し、最小値になる。この最小値から、残留応力σ_ｅはゼロに近づく。したがって、最大の残留応力σ_ｅの点は、表面から幾らか離れている。

【0039】

グラフ１７は、表面距離Ｚに対する硬度ＨＵを示している。このために、基準値として、基本硬度ＨＵ_Ｇが記載されている。硬度は、軸受構成部材１の表面では基本硬度ＨＵ_Ｇと同一である。表面を起点として、表面距離が増えるにつれて硬度ＨＵは増大し、最大値へと近づく。この最大値から、硬度ＨＵは再び基本硬度ＨＵ_Ｇへと向かう。

【0040】

図３は、様々な力Ｆで変換層４を転がり加工することによって得られた保護層８の表面粗さＰを表す複数のグラフ１８，１９，２０を示している。グラフ１８は、送り経路Ｌ_Ｆに沿った表面粗さＰを示している。１０メガパスカルでのローリング加工により、１．４０マイクロメートルの平均表面粗さが生じる。

【0041】

グラフ１９には、２０メガパスカルの力Ｆでローリング加工された軸受構成部材のための、送り経路Ｌ_Ｆに沿った表面粗さＰが図示されている。ここでは１．２８マイクロメートルの平均表面粗さが生じる。グラフ２０には、４０メガパスカルでローリング加工された軸受構成部材１の表面粗さＰが送り経路Ｌ_Ｆに沿って図示されている。保護層８について、０．９８マイクロメートルの平均表面粗さが生じる。ここでは、力Ｆが増加するにつれて、表面粗さＰ、特に平均表面粗さが減少することが明らかである。

【0042】

グラフ１８ａが、１０メガパスカルの力Ｆについて、表面距離Ｚに対する残留応力の経過を示す一方で、グラフ１８ｂは、１０メガパスカルの力Ｆでのローリング加工に対する硬度ＨＵを示している。グラフ１９ａは、２０メガパスカルの力Ｆに対しての残留応力を示しており、グラフ２０ａは、４０メガパスカルの力Ｆに対しての残留応力を示している。力Ｆが増加するにつれて残留応力も増加し、残留応力の最大値は、力Ｆが増加するにつれて、軸受構成部材１および／または保護層８の内部へと移動することが明らかである。

【0043】

グラフ１９ｂが、２０メガパスカルの力Ｆに対する硬度ＨＵを示している一方で、グラフ２０ｂは、４０メガパスカルの力Ｆに対する硬度ＨＵを示している。力Ｆが増加するにつれて、硬度ＨＵも増加し、硬度ＨＵの最大値は、力Ｆが増加するにつれて、軸受構成部材１および／または保護層８の内部へと移動することが明らかである。

【0044】

図４は、ボール６の様々な直径に対しての、表面距離Ｚに対する残留応力σ_ｅを示している。グラフ２１ａでは、ボール６の直径が３ミリメートルである場合の、１０メガパスカルの力Ｆに対する残留応力が図示されている。グラフ２１ｂには、ボール６の直径が６ミリメートルである場合の、１０メガパスカルの力Ｆに対する残留応力σ_ｅが図示されており、グラフ２１ｃには、ボール６の直径が１３ミリメートルである場合の、１０メガパスカルの力Ｆに対する残留応力σ_ｅが図示されている。１０メガパスカルの同一の力Ｆに対して、ボール６の直径が増加すると、小さな表面距離Ｚに対しては、残留応力σ_ｅの上昇がより穏やかになり、残留応力σ_ｅの最大値からの低下も、ボール６のより大きな直径に対して、経過がより穏やかになる。

【0045】

図５は、一実施例としての提案方法のフローを概略的に示している。製造ステップ１００では、鉄ベースの金属製の材料から金属製の基体３が製造される。製造ステップ１００は、金属製の基体３を形成するための材料の旋削加工、ホーニング加工、フライス加工、カシメ加工および／または成形加工を含んでいてよい。金属製の基体３は、次いで硬化される。不動態化ステップ２００では、硬化された金属製の基体３に変換層４が設けられる。このために、金属製の基体３が、アルカリ溶液内で処理される。その際に、金属製の基体３の表面が、金属酸化物に変換される。この金属酸化物が変換層４を形成する。変換層４を有する金属基体３は、軸受構成部材中間製品２を形成する。ローリング加工ステップ３００では、軸受構成部材中間製品２が、少なくとも変換層４の領域においてローリング加工される。特に、軸受構成部材中間製品２の区分、たとえば転がり軸受レースの軌道面または転動体の転動面のみがローリング加工される。ローリング加工ステップ３００では、変換層４が圧縮されて保護層８を形成する。ローリング加工ステップ３００により、軸受構成部材中間製品２は軸受構成部材１に移行する。

【0046】

図６は、転がり軸受２２の断面を概略的に示している。転がり軸受２２は、インナーレース２３とアウターレース２４とを有している。インナーレース２３およびアウターレース２４は互いに同心に配置されており、共通の軸線Ａを中心として互いに対して回転可能である。インナーレース２３とアウターレース２４との間には複数の転動体２５が配置されている。インナーレース２３、アウターレース２４および転動体２５は、それぞれ１つの軸受構成部材２６を形成する。軸受構成部材２６は、その表面にそれぞれ１つの保護層８を有している。インナーレース２３およびアウターレース２４は、保護層８をそれぞれ軌道上に有している。軌道は、転動体２５のための転動面を有し、かつ／または形成する。転動体２５は、保護層８を転がり面全体に有している。ここでは、ボール状の転動体２５のために、転動体２５の表面全体が保護層８によって覆われている。

【符号の説明】

【0047】

１，２６ 軸受構成部材
２ 軸受構成部材中間製品
３ 金属製の基体
４ 変換層
５ 転がり加工工具
６ ボール状のボディまたはボール
７ テレスコープ型補償部
８ 保護層
９ 送り方向
１０ 溝
１１ 引張応力
１２ 圧縮応力
１３ 変形加工
１４ 相当応力
１５ グラフ
１６ グラフ
１７ グラフ
１８ａ，ｂ グラフ
１９ａ，ｂ グラフ
２０ａ，ｂ グラフ
２１ａ，ｂ，ｃ グラフ
２２ 転がり軸受
２３ インナーレース
２４ アウターレース
２５ 転動体
Ｉ 第１の区分
ＩＩ 第２の区分
ｄ_ｂ 初期層厚
ｄ_ｒ 直径
Ｆ 力
ｆ_ｗ 送り
ｄ_ｅ 最終層厚
σ_ｖ 相当応力
Ｚ 表面距離
σ_ｅ 残留応力
ＨＵ 硬度
σ_ｖ 相当応力
σ_ｆ 降伏応力
ＨＵ_Ｇ 基本硬度
Ｌ_Ｆ 送り経路
Ａ 軸線
Ｐ 表面粗さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】