(57)【要約】【課題】球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供する。【解決手段】球状体の表面処理用治具である治具１は、球状体が固定されて保持される第１固定部１１Ａおよび第２固定部１１Ｂと、球状体が案内されつつ転動することが可能な転がり案内部１２とを備えている。そして、第１固定部１１Ａと第２固定部１１Ｂとは転がり案内部１２により接続されている。【選択図】図２
2010111920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状体が固定されて保持される複数の固定部と、
前記球状体が案内されつつ転動することが可能な転がり案内部とを備え、
前記複数の固定部は前記転がり案内部により接続されている、球状体の表面処理用治具。
【請求項２】
前記転がり案内部は溝である、請求項１に記載の球状体の表面処理用治具。
【請求項３】
前記転がり案内部は貫通孔である、請求項１に記載の球状体の表面処理用治具。
【請求項４】
ベース部材と、
前記ベース部材上に配置され、前記固定部および前記転がり案内部を含む保持部材と、
前記ベース部材に対する前記転がり案内部の傾斜を変化させる傾斜調整部材とを備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の球状体の表面処理用治具。
【請求項５】
３以上の前記固定部を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の球状体の表面処理用治具。
【請求項６】
球状体を治具により支持する工程と、
前記治具により支持された前記球状体に対して表面処理を実施する工程とを備え、
前記表面処理を実施する工程は、
前記球状体の第１の領域を前記治具により支持しつつ、前記球状体の表面処理を実施する工程と、
前記球状体の前記第１の領域とは異なる第２の領域を前記治具により支持しつつ、前記球状体の表面処理を実施する工程とを含んでいる、球状体の表面処理方法。
【請求項７】
前記球状体に対して表面処理を実施する工程では、前記球状体の温度が測定されつつ前記表面処理が実施される、請求項６に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項８】
前記球状体は導電体からなっており、
前記球状体に対して表面処理を実施する工程では、前記球状体と前記球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ前記球状体の表面処理が実施される、請求項６または７に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項９】
前記表面処理はプラズマ窒化処理である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項１０】
前記球状体に対して表面処理を実施する工程では、前記球状体同士の間隔が３０ｍｍ以上となるように複数の前記球状体が前記治具により支持されつつ、複数の前記球状体に対して同時に表面処理が実施される、請求項９に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項１１】
前記第１の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも後であって、前記第２の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも前に、前記治具に対して前記球状体を転動させることにより、前記球状体を、前記第１の領域において支持される位置から前記第２の領域において指示される位置にまで前記治具に対して移動させる工程をさらに備えた、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項１２】
前記治具は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の球状体の表面処理用治具である、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の球状体の表面処理方法。
【請求項１３】
球状の成形体を準備する工程と、
前記成形体の表面処理を実施する工程とを備え、
前記表面処理は、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の球状体の表面処理方法を用いて実施される、球状部品の製造方法。
【請求項１４】
前記球状部品は転がり軸受の転動体である、請求項１３に記載の球状部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に関し、より特定的には、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
球状体に対して表面改質処理、コーティング処理などの表面処理を実施する場合、当該球状体を浮上させた状態で表面処理を実施しない限り、球状体と当該球状体を保持する治具などの支持部材とが接触した状態で表面処理が実施されることとなる。その結果、球状体の表面のうち、当該支持部材と接触する領域（接触領域）においては表面処理が十分に進行しないおそれがある。特に、接触領域が大きい場合や、接触領域以外の領域（非接触領域）からの拡散などによる接触領域における表面処理の進行が期待できない場合などにおいては、表面の全域に対して表面処理を実施することができないという問題が生じる。
【０００３】
一方、球状体を浮上させた状態で表面処理を実施することにより、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。しかし、球状体を浮上させた状態で表面処理を実施する場合、処理コストが上昇し、また球状体の数量、大きさ、重量などが制限されるという問題がある。
【０００４】
これに対し、球状体を転動あるいは回転させつつ表面処理を実施する球状体の表面処理方法が提案されている（たとえば特許文献１〜３参照）。これにより、表面の全域に対して表面処理を実施することができる。
【特許文献１】特開平９−２０９１１７号公報
【特許文献２】特開２００３−７３８０７号公報
【特許文献３】特開２００３−５９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
球状体の表面処理においては、球状体の温度が表面処理の速度や品質に影響を与える場合が多い。この場合、球状体の温度が測定されつつ表面処理が実施されることが好ましい。しかしながら、上述のように球状体を転動あるいは回転させつつ表面処理を実施する方法では、表面処理の進行中に球状体の温度を正確に把握することが難しいという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った球状体の表面処理用治具は、球状体が固定されて保持される複数の固定部と、球状体が案内されつつ転動することが可能な転がり案内部とを備えている。そして、当該複数の固定部は転がり案内部により接続されている。
【０００８】
本発明の球状体の表面処理用治具を用いることにより、以下のような手順で表面処理を実施することができる。まず複数の固定部のうち一の固定部において球状体を保持しつつ表面処理を実施する。このとき、球状体は当該固定部において固定されて保持されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、転がり案内部を球状体が転動するように球状体を移動させ、転がり案内部により上記一の固定部に接続された他の固定部において球状体を保持する。そして、当該他の固定部において球状体を保持しつつ表面処理を実施する。このときも、球状体は当該他の固定部において固定されて保持されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。また、一の固定部において保持されている場合と他の固定部において保持されている場合とで、球状体における表面処理用治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。以上のように、本発明の球状体の表面処理用治具によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具を提供することができる。
【０００９】
上記球状体の表面処理用治具においては、転がり案内部は溝とすることができる。これにより、転がり案内部において種々の大きさの球状体を転動させることが可能となるとともに、たとえばプラズマ窒化などの球状体と他の部材との間に電圧を印加する表面処理が実施された場合でも、転がり案内部におけるホローカソード（中空陰極）の発生を抑制することができる。
【００１０】
上記球状体の表面処理用治具においては、転がり案内部は貫通孔とすることができる。これにより、球状体の表面処理用治具における転がり案内部の形成が容易となる。
【００１１】
上記球状体の表面処理用治具において好ましくは、ベース部材と、ベース部材上に配置され、上記固定部および転がり案内部を含む保持部材と、ベース部材に対する上記転がり案内部の傾斜を変化させる傾斜調整部材とを備えている。
【００１２】
これにより、表面処理を実施するための処理室の底面にベース部材を載置し、傾斜調整部材を動作させることにより、一の固定部において保持された球状体を、転がり案内部を転動させて他の固定部まで移動させることができる。また、傾斜調整部材の動作を処理室の外部から制御可能としておくことにより、処理室内の雰囲気や圧力を維持した状態で球状体を移動させることが可能となり、球状体の表面処理を効率よく実施することができる。
【００１３】
上記球状体の表面処理用治具において好ましくは、３以上の固定部を備えている。これにより、球状体の表面処理を３回以上に分けて実施することが可能となり、より確実に球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することができる。
【００１４】
本発明に従った球状体の表面処理方法は、球状体を治具により支持する工程と、治具により支持された球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えている。そして、表面処理を実施する工程は、球状体の第１の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する工程と、球状体の第１の領域とは異なる第２の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する工程とを含んでいる。
【００１５】
本発明の球状体の表面処理方法においては、表面処理を実施する工程において、まず球状体の第１の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する。このとき、球状体は第１の領域が治具により支持されて固定されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、球状体の第２の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する。このとき、球状体は第２の領域が治具により支持されて固定されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。また、第１の領域において支持されている場合と第２の領域において支持されている場合とで、球状体における治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。以上のように、本発明の球状体の表面処理方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理方法を提供することができる。
【００１６】
上記球状体の表面処理方法において好ましくは、球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体の温度が測定されつつ表面処理が実施される。
【００１７】
これにより、球状体の温度を適切に制御しつつ表面処理を実施することが可能となるため、所望の表面処理の速度や品質を安定して得ることができる。
【００１８】
上記球状体の表面処理方法においては、球状体は導電体からなっているものとし、球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ球状体の表面処理が実施されてもよい。
【００１９】
球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される表面処理、たとえばプラズマ窒化処理、プラズマ浸炭処理、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；物理蒸着）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学蒸着）などにおいては、球状体の温度が把握されつつ処理が実施されることが望ましい。そのため、本発明の球状体の表面処理方法を好適に適用することができる。
【００２０】
上記球状体の表面処理方法においては、表面処理はプラズマ窒化処理であってもよい。プラズマ窒化処理においては、球状体の温度調整が重要であるため、本発明の球状体の表面処理方法を特に好適に適用することができる。
【００２１】
上記球状体の表面処理方法において好ましくは、球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体同士の間隔が３０ｍｍ以上となるように複数の球状体が治具により支持されつつ、当該複数の球状体に対して同時に表面処理が実施される。
【００２２】
複数の球状体が同時に表面処理されることにより、効率よく球状体の表面処理を実施することができる。一方、プラズマ窒化処理を実施する場合、球状体同士の間隔が３０ｍｍ未満になると球状体同士の間にホローカソード状態が形成されるおそれがあり、球状体の温度調整が困難となる。そのため、球状体同士の間隔が３０ｍｍ以上となるように、複数の球状体が治具により支持されつつ表面処理が実施されることにより、容易に効率よく球状体の表面処理を実施することができる。
【００２３】
上記球状体の表面処理方法において好ましくは、第１の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも後であって、第２の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも前に、治具に対して球状体を転動させることにより、球状体を、第１の領域において支持される位置から第２の領域において指示される位置にまで治具に対して移動させる工程をさらに備えている。
【００２４】
これにより、球状体において治具により支持される領域を容易に変化させることが可能となり、効率よく表面の全域に対して表面処理を実施することができる。
【００２５】
上記球状体の表面処理方法において好ましくは、上記治具は、上述の本発明に従った球状体の表面処理用治具である。上述の本発明に従った球状体の表面処理用治具を使用することにより、上記本発明の球状体の表面処理方法を容易に実施することができる。
【００２６】
本発明に従った球状部品の製造方法は、球状の成形体を準備する工程と、成形体の表面処理を実施する工程とを備えている。そして、当該表面処理は、上記本発明に従った球状体の表面処理方法を用いて実施される。
【００２７】
本発明の球状部品の製造方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする上記本発明の球状体の表面処理方法を用いて表面処理が実施されることにより、良好に表面処理が実施された球状部品を製造することができる。
【００２８】
上記球状部品の製造方法においては、球状部品は、転がり軸受の転動体であってもよい。良好に表面処理が実施された球状部品を製造することが可能な本発明の球状部品の製造方法は、表面全域の品質が重要な転がり軸受の転動体の製造方法として好適である。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明の球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造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】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図２は、実施の形態１における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。また、図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。また、図４および図５は、球状体の表面処理用治具の動作を説明するための概略図である。なお、図４および図５は、図３と同じ側から見た球状体の表面処理用治具の側面図に相当する。
【００３２】
図１を参照して、実施の形態１における球状部品の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１０）として球状体準備工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１０）においては、たとえば転がり軸受の転動体（玉軸受の玉）の形状（球状）に成形加工され、焼入焼戻処理が実施された成形体が準備される。成形体の素材としては、たとえば鋼であるＡＭＳ規格５６３０（ＡＩＳＩ規格４４０Ｃ、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ）、ＡＭＳ規格６４９０（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０）、ＡＭＳ規格５６２６（ＡＩＳＩ規格Ｔ１、ＪＩＳ規格ＳＫＨ２）などを採用することができる。
【００３３】
次に、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ５０）として、工程（Ｓ１０）において準備された球状の成形体の表面処理を実施する表面処理工程が実施される。本実施の形態においては、表面処理として、プラズマ窒化が実施される。具体的には、まず、工程（Ｓ２０）として球状体支持工程が実施される。この工程（Ｓ２０）においては、プラズマ窒化を実施するための処理室の内部に載置された実施の形態１における球状体の表面処理用治具により、当該成形体が支持される。ここで、実施の形態１における球状体の表面処理用治具について説明する。
【００３４】
図２〜図５を参照して、実施の形態１における球状体の表面処理用治具としての治具１は、ベース部材２３と、ベース部材２３上に配置された板状の保持部材２１と、ベース部材２３と保持部材２１とを接続する固定脚２４および伸縮脚３０とを備えている。固定脚２４は、ベース部材２３からベース部材２３の主面に対して交差する方向に突出するように設置されるとともに、接続部２５において保持部材２１に接続されている。また、固定脚２４と保持部材２１とは接続部２５において互いに回動可能に接続されており、後述するように伸縮脚３０が伸縮した場合でも、固定脚２４と保持部材２１との接続を維持することが可能となっている。伸縮脚３０は、ベース部材２３から固定脚２４と同じ側に突出するように設置され、円筒状の中空部を有するシリンダ部２６と、シリンダ部２６の中空部に少なくともその一部が挿入され、長手方向に移動可能に支持されたロッド部２７とを含んでいる。ロッド部２７と保持部材２１とは接続部３２において互いに回動可能に接続されており、後述するように伸縮脚３０が伸縮した場合でも、伸縮脚３０と保持部材２１との接続を維持することが可能となっている。ロッド部２７のうちシリンダ部２６の中空部に挿入されている領域が大きい状態では図４に示すように伸縮脚３０の長さは固定脚２４よりも短くなり、図５に示すようにシリンダ部２６から露出する領域が大きい状態では伸縮脚３０の長さは固定脚２４よりも長くなる。このように、伸縮脚３０は伸縮自在に構成されており、ベース部材２３に対する保持部材２１の転がり案内部（後述する）の傾斜を変化させる傾斜調整部材として機能する。
【００３５】
板状の形状を有する保持部材２１には、図２および図３を参照して、当該保持部材２１を厚み方向に貫通するとともに、平面的に見て互いに平行な方向に延在する直線状の長穴形状を有する複数の貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、互いに平行な方向に延びる一対の壁面を有する転がり案内部１２と、転がり案内部１２の両端に形成され、円弧状の壁面を有する第１固定部１１Ａおよび第２固定部１１Ｂとを備えている。この貫通孔２２上に球状体が載置されると、第１固定部１１Ａおよび第２固定部１１Ｂにおいて球状体を固定可能であるとともに、球状体は転がり案内部１２を案内されつつ転動することができる。すなわち、治具１は、球状体が固定されて保持される複数の（２つの）固定部としての第１固定部１１Ａおよび第２固定部１１Ｂと、球状体が案内されつつ転動することが可能な転がり案内部１２とを備えている。そして、第１固定部１１Ａと第２固定部１１Ｂとは転がり案内部１２により接続されている。
【００３６】
次に、上記治具１を用いた工程（Ｓ２０）の具体的手順について説明する。図２〜図５を参照して、まずプラズマ窒化が実施されるプラズマ窒化炉の処理室の底壁上に、当該底壁にベース部材２３が接触するように、治具１が設置される。次に、工程（Ｓ１０）において準備された球状の成形体９１が、各貫通孔２２上に載置される。各貫通孔２２上には、成形体９１が１つずつ載置される。載置される成形体９１の直径は、転がり案内部１２の幅よりも大きいものとされる。ここで、工程（Ｓ２０）では、図４に示すように、伸縮脚３０の長さが固定脚２４の長さよりも短い状態とされる。その結果、成形体９１は、図２〜図４を参照して、第１固定部１１Ａに接触する位置に固定され、成形体９１の第１の接触部が治具１により支持される。
【００３７】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ３０）として第１プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、たとえばＡＭＳ６４９０からなる球状の成形体９１がプラズマ窒化される。具体的には、工程（Ｓ２０）において治具１に支持された成形体９１が、圧力５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の窒素と水素との混合ガス雰囲気中において、放電電圧５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流０.００１Ａ以上３００Ａ以下の条件下で３５０℃以上５００℃以下の温度域に１時間以上５０時間以下保持された後、冷却されることによりプラズマ窒化される。つまり、工程（Ｓ３０）においては、成形体９１の第１の領域を治具１により支持しつつ、成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。また、工程（Ｓ３０）においては、成形体９１の温度が測定されるとともに、当該温度が上記範囲となるように調整され、かつ上記範囲の放電電圧および放電電流が達成されるように、成形体９１と成形体９１に対向して配置される部材である電極との間に電圧が印加されつつ成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。
【００３８】
次に、工程（Ｓ４０）として球状体移動工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、治具１に対して成形体９１を転動させることにより、成形体９１を、第１の領域において支持される位置から第２の領域において指示される位置にまで治具１に対して移動させる。具体的には、図２〜図５を参照して、工程（Ｓ４０）では、図４に示すように、伸縮脚３０の長さが固定脚２４の長さよりも短い状態から、図５に示すように、伸縮脚３０の長さが固定脚２４の長さよりも長い状態に伸縮脚３０の長さが調整される。その結果、成形体９１は、転がり案内部１２を転動して移動して第２固定部１１Ｂに到達する。そして、成形体９１は、第２固定部１１Ｂに接触する位置に固定され、成形体９１の第２の接触部が治具１により支持される。
【００３９】
次に、工程（Ｓ５０）として第２プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、成形体９１の第１の領域とは異なる第２の領域が治具１により支持される点を除き、工程（Ｓ３０）と同様に成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。以上の工程により、実施の形態１における表面処理工程が終了する。そして、実施の形態１における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、その後必要に応じて表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより完了する。
【００４０】
本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法においては、工程（Ｓ３０）において、第１固定部１１Ａで成形体９１が保持されつつプラズマ窒化が実施される。このとき、成形体９１は第１固定部１１Ａにおいて固定されて保持されているため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、工程（Ｓ４０）において、転がり案内部１２を転動するように成形体９１が移動し、転がり案内部１２により第１固定部１１Ａに接続された第２固定部１１Ｂで成形体９１が保持される。そして、工程（Ｓ５０）において、第２固定部１１Ｂで成形体９１が保持されつつプラズマ窒化が実施される。このときも、成形体９１は第２固定部１１Ｂにおいて固定されて保持されているため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。また、工程（Ｓ３０）と工程（Ｓ５０）とで、成形体９１における治具１との接触領域を変化させることができるため、成形体９１の表面の全域に対してプラズマ窒化を実施することができる。
【００４１】
その結果、本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法によれば、球状体である成形体９１の温度を正確に把握しつつ表面の全域に対してプラズマ窒化が実施され、良好に表面処理が実施された転がり軸受の転動体を製造することができる。
【００４２】
なお、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ５０）においては、各貫通孔２２上には、成形体９１が複数個ずつ載置されてもよいが、上述のように１個ずつ載置されることにより成形体９１同士の衝突を回避することが容易となり、より確実に成形体９１の表面全体をプラズマ窒化処理することができる。また、本実施の形態における治具１の上記固定脚２４および伸縮脚３０と保持部材２１との接続部の構造は、上記機能を発揮可能な種々の構造を採用することができるが、たとえば固定脚２４および伸縮脚３０側に球状の嵌合部が形成されるとともに、保持部材２１側に当該嵌合部が嵌合する球状の中空領域が形成された構造を採用することができる。
【００４３】
また、良好なプラズマ窒化処理が球状体（成形体９１）に対して実施されているか否かについては、球状体の表層における窒化深さの均一性によって評価することができる。具体的には、球状体の表層における窒化深さの最も大きい値と最も小さい値との差を最も大きい値で除した上で１００を乗じた値（以下、窒化深さの差（％））が、たとえば５０％以下となる程度に窒化深さの均一性が確保されていることが好ましい。
【００４４】
ここで、窒化深さは、たとえば断面における硬度分布の測定、窒素濃度分布の測定、断面における腐食組織（ミクロ組織）の観察などの方法により測定することができる。
【００４５】
断面における硬度分布の測定では、たとえばプラズマ窒化処理が完了した球状体を表面に垂直な断面（平面）で切断し、当該断面において表面から中心に向かう方向に硬度分布を測定する。そして、所定値以上の硬度を有する領域の厚み、あるいは母材（窒化されていない領域）に対して所定値以上硬度の高い領域の厚みを窒化深さと考えることができる。
【００４６】
また、窒素濃度分布の測定では、たとえば上記硬度分布の測定と同様の球状体の断面における窒素濃度分布をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｅｒ）により調査し、所定の濃度（たとえば０．１質量％）以上となっている厚みを窒化深さと考えることができる。この窒素濃度分布は、プラズマ窒化処理が完了した球状体を表面に垂直な方向にスパッタリングしつつ、ＧＤＳ（ＧＤ−ＯＥＳ）分析（Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；グロー放電分光分析）により、測定することもできる。
【００４７】
さらに、断面における腐食組織（ミクロ組織）の観察では、たとえば上記硬度分布の測定と同様の球状体の断面を硝酸濃度３〜１０質量％程度のナイタル（硝酸アルコール溶液）にて腐食する。このとき、窒化層は母材に比べて濃く腐食される（腐食され易い）ため、腐食された断面を光学顕微鏡やＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により観察して、窒化深さを測定することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略断面図である。図６は、実施の形態１における図３に相当する保持部材２１の断面図である。
【００４９】
実施の形態２における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における治具１の保持部材２１には、実施の形態１の貫通孔２２に代えて、溝２８が形成されている点で実施の形態１とは異なっている。つまり、実施の形態２における治具１の保持部材２１には、底壁を有する複数の溝２８が互いに平行に並べて形成されている。実施の形態２における治具１を用いることにより、転がり案内部１２において種々の大きさの成形体９１を転動させることが可能となるとともに、プラズマ窒化に際して転がり案内部１２におけるホローカソードの発生を抑制することができる。
【００５０】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図７は、実施の形態３における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。また、図８は、実施の形態３における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。なお、図７は、実施の形態１における図２に相当する平面図である。
【００５１】
実施の形態３における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３における治具１の保持部材２１には、実施の形態１における貫通孔２２とは異なった形状の貫通孔２９が形成されている。
【００５２】
すなわち、実施の形態３における保持部材２１には、図７を参照して、当該保持部材２１を厚み方向に貫通するとともに、平面的に見てＬ字状の形状を有する複数の貫通孔２９が、複数個形成されている。貫通孔２９は、円弧状の壁面を有し、平面的に見て一直線状に存在しないように配置された３つの固定部である第１固定部１１Ａ、第２固定部１１Ｂおよび第３固定部１１Ｃと、第１固定部１１Ａと第２固定部１１Ｂとを接続する転がり案内部１２と、第２固定部１１Ｂと第３固定部１１Ｃとを接続する転がり案内部１２とを備えている。そして、第１固定部１１Ａと第２固定部１１Ｂとを接続する転がり案内部１２同士、および第２固定部１１Ｂと第３固定部１１Ｃとを接続する転がり案内部１２同士が互いに平行になるように、複数の貫通孔２９は並べて配置されている。なお、実施の形態３においては、保持部材２１がベース部材２３に対して伸縮脚と固定脚とを組み合わせて、あるいは複数の伸縮脚のみで支持されることにより、治具１は以下のように動作することができる。
【００５３】
次に、実施の形態３における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法について説明する。図８を参照して、実施の形態３における転がり軸受の転動体の製造方法では、まず、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ１０）が実施される。次に、工程（Ｓ２０）についても、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施される。このとき、工程（Ｓ２０）においては、ベース部材２３と第１固定部１１Ａとの距離が第２固定部１１Ｂとの距離よりも小さくなるように、伸縮脚３０の長さが調整される。これにより、成形体９１は、第１固定部１１Ａに接触する位置に固定され、成形体９１の第１の接触部が治具１により支持される。
【００５４】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態１と同様に実施された後、工程（Ｓ４０）として第１球状体移動工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、ベース部材２３と第１固定部１１Ａとの距離が第２固定部１１Ｂとの距離よりも大きくなるように、伸縮脚３０の長さが調整される。これにより、成形体９１は、転がり案内部１２を転動して移動して第２固定部１１Ｂに到達する。そして、成形体９１は、第２固定部１１Ｂに接触する位置に固定され、成形体９１の第２の接触部が治具１により支持される。
【００５５】
次に、工程（Ｓ５０）が実施の形態１と同様に実施された後、工程（Ｓ６０）として第２球状体移動工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、ベース部材２３と第３固定部１１Ｃとの距離が第１固定部１１Ａおよび第２固定部１１Ｂとの距離よりも小さくなるように、伸縮脚３０の長さが調整される。これにより、成形体９１は、転がり案内部１２を転動して移動して第３固定部１１Ｃに到達する。そして、成形体９１は、第３固定部１１Ｃに接触する位置に固定され、成形体９１の第３の接触部が治具１により支持される。その後、工程（Ｓ７０）として、第３プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ７０）は、工程（Ｓ３０）および（Ｓ５０）と同様に実施することができる。以上の工程により、実施の形態３における表面処理工程が終了する。そして、実施の形態３における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、その後必要に応じて表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより完了する。
【００５６】
実施の形態３における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法によれば、成形体９１のプラズマ窒化処理が３回に分けて実施されるため、より確実に球状体の表面の全域に対してプラズマ窒化層を形成することができる。また、実施の形態３における転がり軸受の転動体の製造方法によれば、より良好なプラズマ窒化層が形成された転がり軸受の転動体を製造することができる。
【００５７】
（実施の形態４）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図９は、実施の形態４における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。なお、図９は、実施の形態１における図２に相当する平面図である。
【００５８】
実施の形態４における球状体の表面処理用治具は、基本的には実施の形態３の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４における治具１の保持部材２１には、実施の形態３における貫通孔２２とは異なった形状の貫通孔の貫通孔３１が形成されている。
【００５９】
すなわち、実施の形態４における保持部材２１には、図９を参照して、当該保持部材２１を厚み方向に貫通するとともに、平面的に見てＴ字状の形状を有する複数の貫通孔３１が、複数個形成されている。貫通孔３１は、円弧状の壁面を有し、平面的に見てＴ字形状の端部に配置された３つの固定部である第１固定部１１Ａ、第２固定部１１Ｂおよび第３固定部１１Ｃと、第１固定部１１Ａと第３固定部１１Ｃとを接続する転がり案内部１２と、第１固定部１１Ａと第３固定部１１Ｃとを接続する転がり案内部１２と第２固定部１１Ｂとを接続する転がり案内部１２とを備えている。そして、平面的に見てＴ字形状が同じ向きになるように、複数の貫通孔３１はマトリックス状に並べて配置されている。
【００６０】
そして、実施の形態４においては、実施の形態３の場合と同様に、成形体９１が順次第１固定部１１Ａ、第２固定部１１Ｂおよび第３固定部１１Ｃにおいて固定して保持されつつ、プラズマ窒化処理が実施される。これにより、実施の形態３の場合と同様に、実施の形態４における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法によれば、成形体９１のプラズマ窒化処理が３回に分けて実施されるため、より確実に球状体の表面の全域に対してプラズマ窒化層を形成することができる。また、実施の形態４における転がり軸受の転動体の製造方法によれば、より良好なプラズマ窒化層が形成された転がり軸受の転動体を製造することができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態においては、Ｌ字形状およびＴ字形状の貫通孔が保持部材２１に形成される場合について説明したが、貫通孔に代えて同様の形状の溝を採用してもよい。また、上記実施の形態においては保持部材２１が有する固定部が２つの場合および３つの場合について説明したが、たとえば貫通孔または溝がＮ字形状に形成されることにより固定部が４つ形成されてもよいし、Ｍ字形状に形成されることにより固定部が５つ形成されてもよい。さらに、本実施の形態においては、表面処理としてプラズマ窒化処理が実施される場合について説明したが、本発明を適用可能な表面処理はこれに限られず、たとえばプラズマ浸炭処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理などであってもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態においては、傾斜調整部材としての伸縮脚３０の伸縮により球状体が複数の固定部間を移動する場合について説明したが、本発明の球状体の表面処理方法はこれに限られず、球状体の表面処理用治具自体が傾斜させられることにより球状体が移動してもよいし、他の治具により球状体が移動させられてもよい。また、本実施の形態においては、球状体が複数の固定部間を転動することにより移動して、治具との接触領域が変化する場合について説明したが、球状体は必ずしも転動する必要はなく、治具との接触領域が異なるように、複数回の表面処理が実施されればよい。さらに、上記実施の形態においては、本発明の球状部品の製造方法により製造される球状部品として、転がり軸受の転動体を例に説明したが、製造可能な球状部品はこれに限られず、等速ジョイントの転動体、直動案内装置の転動体などを製造することができる。
【００６３】
ここで、上記実施の形態において製造される転がり軸受の転動体を備えた転がり軸受としては、たとえば以下に説明する深溝玉軸受を採用することができる。図１０は、本発明の一実施の形態における転がり軸受である深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【００６４】
図１０を参照して、深溝玉軸受５は、環状の外輪５１と、外輪５１の内側に配置された環状の内輪５２と、外輪５１と内輪５２との間に配置され、円環状の保持器５４に保持された転動体としての複数の玉５３とを備えている。外輪５１の内周面には外輪転走面５１Ａが形成されており、内輪５２の外周面には内輪転走面５２Ａが形成されている。そして、内輪転走面５２Ａと外輪転走面５１Ａとが互いに対向するように、外輪５１と内輪５２とは配置されている。さらに、複数の玉５３は、内輪転走面５２Ａおよび外輪転走面５１Ａに接触し、かつ保持器５４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、深溝玉軸受５の外輪５１および内輪５２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００６５】
ここで、玉５３には、上記実施の形態における転がり軸受の玉が採用される。そのため、深溝玉軸受５は、長寿命な転がり軸受となっている。
【実施例１】
【００６６】
以下、本発明の実施例１について説明する。鋼球に対するプラズマ窒化処理を実施した場合における本発明の効果を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００６７】
まず、本発明の範囲外である従来のプラズマ窒化処理方法を実施した。具体的には、焼入処理および焼戻処理されたＡＭＳ６４９０製の鋼球を、当該鋼球と３点において接触する治具に載置して、圧力２００〜３００Ｐａの窒素および水素ガスの混合雰囲気中において４３０℃に加熱し、１０時間保持する条件でプラズマ窒化した（比較例）。一方、上記実施の形態１における球状体の表面処理方法と同様の方法により、比較例と同様の鋼球に対してプラズマ窒化を実施した。プラズマ窒化は、第１プラズマ窒化工程、第２プラズマ窒化工程ともに圧力２００〜３００Ｐａの窒素および水素ガスの混合雰囲気中において４３０℃に加熱し、５時間保持する条件下で実施した（実施例Ａ）。さらに、上記実施の形態２における球状体の表面処理方法と同様の方法により、比較例と同様の鋼球に対してプラズマ窒化を実施した。プラズマ窒化は、第１プラズマ窒化工程、第２プラズマ窒化工程ともに圧力２００〜３００Ｐａの窒素および水素ガスの混合雰囲気中において４５０℃に加熱し、２時間保持する条件下で実施した（実施例Ｂ）。
【００６８】
そして、比較例については治具に接触していた領域（治具接触部）および治具に接触していなかった領域（非接触部）、実施例Ａおよび実施例Ｂについては第１プラズマ窒化工程において治具と接触していた領域（１回目接触部）、第２プラズマ窒化工程において治具と接触していた領域（２回目接触部）、および第１プラズマ窒化工程および第２プラズマ窒化工程において治具と接触していなかった領域（非接触部）における深さ方向の硬さ分布を測定した。
【００６９】
次に、実験結果について説明する。図１１は、比較例における鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。また、図１２は、実施例Ａにおける鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。また、図１３は、実施例Ｂにおける鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。ここで、図１１〜図１３において、横軸は鋼球の表面からの深さ、縦軸は硬さ（ビッカース硬さ）を示している。また、図１１において、中実の丸印は治具接触部、中空の丸印は非接触部の直下における硬さの測定値を示している。さらに、図１２および図１３において、中実の丸印は１回目接触部、中空の丸印は２回目接触部、中実の三角印は非接触部の直下における硬さの測定値を示している。
【００７０】
図１１を参照して、本発明の範囲外である従来のプラズマ窒化方法が実施された鋼球は、非接触部においてはプラズマ窒化処理が適切に進行し、表層部に内部よりも硬度の高い良好な窒化層が形成されていることが分かる。しかし、治具接触部においては、表層部の硬度がほとんど上昇しておらず、窒化層の形成が不十分であることが確認される。これは、治具接触部ではプラズマ窒化がほとんど進行しないため、従来のプラズマ窒化方法では、鋼球の表面全体を十分に硬化させることができないことを示している。
【００７１】
一方、図１２および図１３を参照して、本発明の実施例Ａおよび実施例Ｂでは、非接触部に比べて１回目接触部および２回目接触部の表層部の硬度が僅かに低いものの、ほぼ遜色ない硬度分布となっている。以上の実験結果より、本発明の球状体の表面処理方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ表面の全域に対して表面処理を実施できることが確認された。
【実施例２】
【００７２】
以下、本発明の実施例２について説明する。プラズマ窒化処理における球状体同士の好ましい間隔を調査する実験を実施した。実験の手順は以下の通りである。
【００７３】
まず、長さ６０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規格機械構造用炭素鋼）製の板を準備し、プラズマ窒化炉の処理室内に装入して、上記実施例Ｂの場合と同様の条件でプラズマ窒化を実施した。このとき、当該板を１枚のみ装入した場合と、３枚装入した場合との２通りのプラズマ窒化を実施した。いずれの場合も、温度制御用に板を別途１枚装入し、温度制御用の板の温度が４５０℃となるようにプラズマ窒化炉の出力を調節した。また、３枚装入した場合については、当該板同士の間隔を５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で５段階変化させた。そして、それぞれの場合について、板の温度を測定した。
【００７４】
次に、実験の結果を説明する。図１４は、実施例２の実験結果を示す図である。図１４において、横軸は板を３枚装入した場合の板の間隔を示しており、縦軸は板の温度を示している。また、丸印は、板を３枚装入した場合における板の温度の測定値を示している。さらに、破線は、板を１枚のみ装入した場合における板の温度の測定値を示している。
【００７５】
図１４を参照して、板同士の間隔が５ｍｍとなるように板を３枚装入した場合、板の温度は１０５０℃以上にまで上昇している。これは、板同士の間隔が小さかったため、ホローカソード状態が形成されたことによるものと考えられる。そして、板同士の間隔が広くなるにつれて板の温度は低下し、間隔が３０ｍｍである場合、板を１枚のみ装入した場合に近い温度となった。さらに、間隔が５０ｍｍである場合、板の温度は板を１枚のみ装入した場合とほぼ同じ温度となった。このことから、上述のように２００〜３００Ｐａあるいはそれ以上の圧力下でプラズマ窒化処理を実施する場合、被処理物である球状体の間隔を３０ｍｍ以上とすることにより、温度の調整が容易となり、５０ｍｍ以上とすることにより、温度の調整がより容易となると考えられる。
【実施例３】
【００７６】
本発明の球状体の表面処理方法を用いて複数回に分けてプラズマ窒化された球状体における、プラズマ窒化の回数と窒化深さの差との関係の解析を行なった。まず、ＡＩＳＩ規格Ｍ５０からなる直径７／８インチの球状体を準備し、上記実施の形態１の工程（Ｓ３０）まで、すなわち球状体を治具により支持しつつ１回のプラズマ窒化処理を行なう工程を実施した。そして、この球状体を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を研磨した後、腐食液としてナイタルを使用して断面を腐食した。
【００７７】
図１５は、プラズマ窒化された球状体の断面の光学顕微鏡写真である。図１５においては、球状体の表面付近が撮影されており、濃く腐食されている領域が窒化層に相当する。一方、図１５において、領域αは、上記１回のプラズマ窒化処理において球状体を支持する治具と接触していた領域に相当する。図１５を参照して、治具と接触していた領域αにおいては、窒化層はほとんど形成されておらず、窒化深さはほぼ０となっている。
【００７８】
一方、プラズマ窒化処理による鋼の窒化は、近似的には拡散律速であると考えることができる。この場合、１回のプラズマ窒化により得られる窒化深さＤは、以下の式（１）で表すことができる。
【００７９】
Ｄ＝Ａ×ｔ１／２…（１）
ここで、ｔは窒化処理時間、Ａは定数である。そして、複数回のプラズマ窒化が実施される場合、１回目のプラズマ窒化により窒化されなかった領域が、２回目以降のプラズマ窒化により毎回窒化されると仮定すると、複数回のプラズマ窒化が実施された場合における窒化回数と窒化深さの差（％）との関係は以下のようになる。
【００８０】
図１６は、複数回のプラズマ窒化が実施された場合における窒化回数と窒化深さの差との関係を示す図である。図１６において、横軸は窒化回数、縦軸は窒化深さの差を示している。
【００８１】
図１６を参照して、窒化深さの差は窒化回数の増加に伴って急激に減少した後、その減少は緩やかになることが分かる。ここで、転がり軸受の玉などの一般的な球状体に要求される特性を考慮すると、窒化深さの差は５０％以下とすることが求められる。このことから、窒化回数は２回以上とすることが好ましいといえる。一方、プラズマ窒化処理に許容される一般的な熱処理コストを考慮すると、窒化回数が５回を超えることは好ましくないと考えられる。また、図１６を参照して、窒化回数が５回の時点において、窒化深さの差は１０％程度となっており、転がり軸受の玉などの一般的な球状体に要求される特性を考慮すると、すでに十分な窒化深さの均一性が確保されていると考えられる。したがって、窒化回数は、５回以下とすることが好ましいといえる。
【００８２】
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】
【００８３】
本発明の球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法は、表面の全域に対して表面処理を実施することが求められる球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施の形態１における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態１における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。
【図４】球状体の表面処理用治具の動作を説明するための概略図である。
【図５】球状体の表面処理用治具の動作を説明するための概略図である。
【図６】実施の形態２における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態３における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。
【図８】実施の形態３における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態４における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図１１】比較例における鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。
【図１２】実施例Ａにおける鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。
【図１３】実施例Ｂにおける鋼球の深さ方向の硬さ分布を示す図である。
【図１４】実施例２の実験結果を示す図である。
【図１５】プラズマ窒化された球状体の断面の光学顕微鏡写真である。
【図１６】窒化回数と窒化深さの差との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  治具、５  深溝玉軸受、１１Ａ  第１固定部、１１Ｂ  第２固定部、１１Ｃ  第３固定部、１２  転がり案内部、２１  保持部材、２２，２９，３１  貫通孔、２３  ベース部材、２４  固定脚、２５，３２  接続部、２６  シリンダ部、２７  ロッド部、２８  溝、３０  伸縮脚、５１  外輪、５１Ａ  外輪転走面、５２  内輪、５２Ａ  内輪転走面、５３  玉、５４  保持器、９１  成形体。
【図１】
2010111920.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１５】
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