(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁面もしくは外壁面のいずれか一方に凹凸部が形成されると共に、壁面のうち、該凹凸部の裏側に相当する部分に無凹凸部が形成された筒状の被処理物の前記凹凸部を高周波焼入れする高周波焼入方法において、
前記凹凸部の側から該凹凸部を誘導加熱するに当り、
前記無凹凸部の表層部における温度が変態点未満の温度になるように該無凹凸部の側からも該無凹凸部を誘導加熱してこの誘導加熱によって前記凹凸部の凹部の表層部における温度を凸部の表層部における温度よりも高い温度に加熱することにより、該凹部における焼入温度に加熱された加熱層の深さと、該凸部における焼入温度に加熱された加熱層の深さとを均一にすることを特徴とする高周波焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物に形成された凹凸部を硬化させる高周波焼入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車などに転がり軸受が広く使用されている。この転がり軸受は、内輪（インナーレース）と外輪（アウターレース）との間で複数個の玉やころが転動するものであり、外輪の内壁面には、これらの玉やころが嵌り込んで転動するための溝が形成されている。この溝では玉やころが転動するので、溝の壁面が摩耗し易い。このため、通常、溝の壁面には高周波焼入れなどによって硬化層が形成されて摩耗しにくくなっている。
【０００３】
上記した溝の壁面を高周波焼入れによって硬化するに当っては、外輪の内側に誘導加熱コイルを入れてその内壁面を焼入温度まで誘導加熱し、その後、内壁面に冷却液を噴出して急冷する。この方法によれば、溝の壁面だけでなく、外輪の内壁面の全体が硬化される。内壁面の全体のうち、溝の壁面以外の面（内球面）には内輪が接触するので、内球面も硬化されて摩耗しにくくなることは好ましい。
【０００４】
ところが、溝の内壁面は内球面よりも引っ込んだ位置にある。このため、外輪の内側に入れられた誘導加熱コイルと溝の内壁面との間隔は、この誘導加熱コイルと内球面との間隔よりも広い。即ち、溝の内壁面よりも内球面のほうが誘導加熱コイルに近く、溝の内壁面よりも内球面のほうが深くまで加熱される。従って、溝の内壁面を所定の硬化層深さにするためにこの内壁面を所定深さまで焼入温度に加熱した場合、内球面は内壁面よりも深い位置まで焼入温度に加熱される。この結果、内球面における硬化層深さは、溝の内壁面における硬化層深さよりも深くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、内球面と溝の内壁面とで硬化層深さが相違すると、この相違に起因して、焼入後の外輪に歪みが生じたり割れが発生したりするおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、被処理物に肉厚の異なる部分が形成されていても、その部分の硬化層深さを均一にできる高周波焼入方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の高周波焼入方法は、内壁面もしくは外壁面のいずれか一方に凹凸部が形成されると共に、壁面のうち、この凹凸部の裏側に相当する部分に無凹凸部が形成された筒状の被処理物の前記凹凸部を高周波焼入れする高周波焼入方法において、
（１）上記凹凸部を誘導加熱するに当り、上記無凹凸部も加熱することを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、
（２）上記無凹凸部を加熱する際に、この無凹凸部が変態点未満の温度になるようにこの無凹凸部を加熱してもよい。
【０００９】
また、
（３）上記無凹凸部が５００℃以上６００℃以下の範囲内の温度になるようにこの無凹凸部を加熱してもよい。
【００１０】
さらに、
（４）上記凹凸部と上記無凹凸部とを同時に誘導加熱してもよい。
【００１１】
さらにまた、
（５）上記凹凸部と上記無凹凸部を誘導加熱するタイミングをずらしてもよい。
さらにまた、
（６）上記凹凸部と上記無凹凸部とを誘導加熱した後に上記被処理物を急冷するに当り、上記凹凸部及び上記無凹凸部双方に冷却液を噴出してこれらを同時に急冷してもよい。
【００１２】
さらにまた、
（７）上記凹凸部と上記無凹凸部とを誘導加熱した後に上記被処理物を急冷するに当り、上記凹凸部だけに冷却液を噴出してこの凹凸部を急冷してもよい。
【００１３】
ここで、無凹凸には、機械加工の精度などに起因する微小な凹凸は含まれないこととする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、転がり軸受の外輪と誘導加熱コイルを模式的に示す断面図であり、図２は、図１の外輪と誘導加熱コイルを模式的に示す正面図である。
【００１６】
鋼製の外輪（本発明にいう被処理物の一例である）１０には、内輪（図示せず）が入り込む中空部１２が形成されており、この中空部１２は壁１４で囲まれている。壁１４は、内壁面２０と、内壁面２０とは反対側の外壁面３０を有している。
【００１７】
内壁面２０には、外輪１０の長さ方向（矢印Ａ方向）に延びる溝２２が周方向（矢印Ｂ方向）に等間隔で形成されている。溝２２には玉やころ（図示せず）が嵌り込んで転動するので、溝２２の壁面２２ａは摩耗し易い。また、内壁面２０のうち、互いに隣り合う溝２２の間は内球面２４であり、この内球面２４には内輪（図示せず）が接触する。内壁面２０に溝２２が形成されている結果、この内壁面２０には、本発明にいう凹凸部が形成されていることとなる。
【００１８】
一方、外壁面３０には凹凸部が形成されておらず、機械加工に起因する微細な凹凸はあるものの、溝２２などの無い無凹凸部になっている。従って、内壁面２０の凹凸部の裏側に相当する部分は無凹凸部になっている。
【００１９】
次に、外輪１０の内壁面２０を高周波焼入れして内球面２４と溝２２の壁面２２ａを硬化させる方法を説明する。
【００２０】
外輪１０の内壁面２０を高周波焼入れする際は、先ず、中空部１２に誘導加熱コイル４０を挿入して内壁面２０（凹凸部）を誘導加熱する。これにより、内壁面２０は誘導加熱されるが、溝２２の壁面２２ａよりも内球面２４のほうが誘導加熱コイル４０に近いので、壁面２２ａよりも内球面２４のほうが深い位置まで焼入温度に加熱される。このように壁面２２ａと内球面２４とで加熱層深さに差が生じたままで、冷却液を内壁面２０に噴出して急冷した場合、硬化層深さにも差が生じる。この硬化層深さの差に起因して、外輪１０に大きな歪（変形）が生じたり、外輪１０が割れたりするおそれがある。
【００２１】
そこで、ここでは、外壁面３０の近傍に誘導加熱コイル５０を配置して外壁面３０の側からも（無凹凸部も）加熱する。外壁面３０の側からみると、内球面２４よりも溝２２の壁面２２ａのほうが誘導加熱コイル５０に近いので、誘導加熱コイル５０による加熱では、内球面２４よりも溝２２の壁面２２ａのほうが加熱され易い。
【００２２】
このように、内壁面２０の側から誘導加熱コイル４０で内壁面２０を誘導加熱するだけでなく、外壁面３０の側からも誘導加熱コイル５０で外壁面３０を加熱することにより、溝２２の壁面２２ａと内球面２４とにおける加熱層深さや温度分布を均一にする。即ち、誘導加熱コイル４０，５０の周波数や出力、加熱時間等を適宜に調整して、溝２２の壁面２２ａと内球面２４が同じ深さまで焼入温度に加熱されるようにする。
【００２３】
内壁面２０を誘導加熱コイル４０で加熱するタイミングと外壁面３０を誘導加熱コイル５０で加熱するタイミングとは同時であってもよいし、ずらしてもよい。例えば、図３に示すように、外壁面３０を加熱している途中から内壁面２０の加熱を開始してもよい。また、図４に示すように、外壁面３０の加熱が終了した後に内壁面２０の加熱を開始してもよい。なお、これら外壁面３０と内壁面２０を加熱するタイミングは、被処理物の材質や形状などに応じて変更する。
【００２４】
また、外壁面３０が変態点未満の温度になるように加熱したほうが歪をいっそう低減できる。ただし、外壁面３０を加熱する温度が低過ぎると、溝２２の壁面２２ａと内球面２４とを同じ深さにまで焼入温度に加熱する時間が長くなるので、加熱時間の点からは５００℃以上６００℃以下の範囲内の温度が好ましい。しかし、この温度は被処理物の肉厚によって適宜変更する。
【００２５】
いずれの方法を用いるにしても溝２２の壁面２２ａと内球面２４を同じ深さにまで焼入温度に加熱し、冷却液を噴出して内壁面２０を急冷する。この結果、内壁面２０における硬化層深さは、溝２２の壁面２２ａも内球面２４も同じになる。このため、外輪１０の歪が極めて少なくなり、歪を取り除くための研摩工程を無くすことができ、外輪１０の生産コストを低減できる。
【００２６】
冷却液を噴出して内壁面２０を急冷するに当っては、内壁面２０と外壁面３０に同時に冷却液を噴出してもよいし、内壁面２０にだけ冷却液を噴出してもよい。内壁面２０と外壁面３０に同時に冷却液を噴出した場合は、外輪１０の歪がいっそう少なくなる。一方、内壁面２０にだけ冷却液を噴出する場合は、「割れ」という観点からは好ましい。
【００２７】
次に、図５、図６を参照して、実験例を説明する。
【００２８】
図５は、実験に用いた外輪の硬化層深さを示す模式図であり、図６は、硬化層深さを示すグラフである。図６におけるａ、ｂ、ｃ、ｄは、図５に示す矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄ方向から測定した硬度を表わす。また、これらの図では、図１、図２の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００２９】
この実験で用いた外輪１０の材質は、Ｓ５３Ｃ（ＪＩＳ規格）であり、外径Ｄは８６ｍｍ、内径Ｈは６７ｍｍである。また、溝２２の深さｈは４．５ｍｍである。
【００３０】
内壁面２０を加熱するに当っては、誘導加熱４０（図１参照）を用いて１２０ｋＷ、１０ｋＨｚで２秒間ほど加熱した。また、外壁面３０を加熱するに当っては、誘導加熱コイル５０（図１参照）を用いて５０ｋＷ、６ｋＨｚで３秒間ほど加熱した。このようにして加熱した後に、内壁面２０に冷却液を１０秒間噴出して急冷した。この結果、内壁面２０における硬化層６０の深さは、図６に示すように、溝２２の壁面２２ａも内球面２４も同じになった。有効硬化層（Ｈｖ５１３以上）の深さは壁面２２ａも内球面２４も約１．５ｍｍであった。
【００３１】
上記した実施形態では、被処理物として転がり軸受の外輪を挙げたが、外輪のように内壁面に凹凸部が形成された筒状の被処理物に限定されず、例えば、外壁面に凹凸部が形成されると共に、内壁面のうち、この凹凸部の裏側に相当する部分に無凹凸部が形成された筒状の被処理物にも本発明を適用でき、凹凸部を均一深さに硬化させられる。また、平板などの板状部材の一方の面に凹凸部が形成され、この凹凸部の裏側に相当する部分が無凹凸部になっている板状の被処理物にも本発明を適用でき、凹凸部を均一深さに硬化させられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高周波焼入方法によれば、被処理物の凹凸部を誘導加熱するに当り、凹凸部の裏側にある無凹凸部も加熱するので、凹凸部における加熱深さが均一（実質的に同一）となり、凹凸部の硬化層深さを均一にできる。この結果、凹凸部の硬化層深さのばらつきに起因する被処理物の変形や歪を低減できる。このように被処理物の変形や歪を低減できるので、高周波焼入後の研摩工程を省略できることとなる。
【００３３】
ここで、無凹凸部を加熱する際に、この無凹凸部が変態点未満の温度になるようにこの無凹凸部を加熱した場合は、被処理物の変形や歪をいっそう低減できる。
【００３４】
また、凹凸部と無凹凸部とを同時に誘導加熱する場合は、高周波電源が大型のものとなるが、凹凸部における加熱深さを比較的短時間で均一にできる。
【００３５】
さらに、凹凸部と無凹凸部を誘導加熱するタイミングをずらす場合は、高周波電源が小型のもので済む。
【００３６】
さらにまた、凹凸部と無凹凸部とを誘導加熱した後に被処理物を急冷するに当り、凹凸部及び無凹凸部双方に冷却液を噴出してこれらを同時に急冷する場合は、被処理物の歪・変形がいっそう低減する。
【００３７】
さらにまた、凹凸部と無凹凸部とを誘導加熱した後に被処理物を急冷するに当り、凹凸部だけに冷却液を噴出してこの凹凸部を急冷する場合は、「被処理物の割れ」という観点からは好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】転がり軸受の外輪を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の外輪を示す正面図である。
【図３】外壁面と内壁面を加熱するタイミングの一例を示すグラフである。
【図４】外壁面と内壁面を加熱するタイミングの他の例を示すグラフである。
【図５】実験に用いた外輪の硬化層深さを示す模式図である。
【図６】図５の外輪の硬化層深さを示すグラフである。
【符号の説明】
１０  外輪
２０  内壁面
２２  溝
２２ａ  溝の壁面
２４  内球面
３０  外壁面
【図１】
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【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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