(57)【要約】【課題】焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することを可能とするし、かつ高い耐久性を有する軌道輪を製造することが可能な軌道輪の製造方法を提供する。【解決手段】転がり軸受の軌道輪の製造方法は、０．４３〜０．６５％のＣ、０．０５〜０．１４％のＳｉ、０．６０〜１．１０％のＭｎ、０．３０〜１．２０％のＣｒ、０．１５〜０．７５％のＭｏを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、転走面となるべき環状領域の一部に面し、成形体を誘導加熱する誘導加熱部材を、環状領域の周方向に相対的に回転させることにより、成形体にＡ１点以上の温度に加熱された環状の加熱領域を形成する工程（Ｓ３０）と、加熱領域全体をＭＳ点以下の温度に同時に冷却する工程（Ｓ４０）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、
０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．１４質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される成形体を準備する工程と、
前記成形体において前記軌道輪の転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置され、前記成形体を誘導加熱する誘導加熱部材を、前記環状領域の周方向に沿って相対的に回転させることにより、前記成形体にＡ１点以上の温度に加熱された環状の加熱領域を形成する工程と、
前記加熱領域全体をＭＳ点以下の温度に同時に冷却する工程とを備えた、軌道輪の製造方法。
【請求項２】
前記加熱領域を形成する工程よりも前に、前記成形体に調質処理を実施する工程をさらに備えた、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項３】
前記加熱領域を形成する工程よりも前に、前記成形体に焼ならし処理を実施する工程をさらに備えた、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項４】
前記加熱領域を形成する工程では、前記誘導加熱部材は、前記成形体の周方向に沿って相対的に２周以上回転する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項５】
前記加熱領域を形成する工程では、前記誘導加熱部材は、前記成形体の周方向に沿って複数個配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項６】
前記加熱領域を形成する工程では、前記加熱領域の複数箇所の温度が測定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法により製造され、１０００ｍｍ以上の内径を有する、軌道輪。
【請求項８】
１０００ｍｍ以上の内径を有する転がり軸受の軌道輪であって、
０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．１４質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、
高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成された、軌道輪。
【請求項９】
内輪と、
前記内輪の外周側を取り囲むように配置された外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体とを備え、
前記内輪および前記外輪の少なくともいずれか一方は、請求項７または８に記載の転がり軸受の軌道輪である、転がり軸受。
【請求項１０】
風力発電装置において、前記内輪にはブレードに接続された主軸が貫通して固定され、前記外輪はハウジングに対して固定されることにより、前記主軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持する、請求項９に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軌道輪の製造方法、軌道輪および転がり軸受に関し、より特定的には、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することが可能な軌道輪の製造方法、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成された転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼からなる転がり軸受の軌道輪に対する焼入硬化処理として、高周波焼入が採用される場合がある。この高周波焼入は、軌道輪を炉内で加熱した後、油などの冷却液中に浸漬する一般的な焼入硬化処理に比べて、設備を簡略化できるとともに、短時間での熱処理が可能となるなどの利点を有している。
【０００３】
しかし、高周波焼入において、軌道輪の転走面に沿った焼入硬化すべき環状の領域を同時に加熱するためには、転走面に対向するように、当該軌道輪を誘導加熱するためのコイルなどの誘導加熱部材を配置する必要がある。そのため、大型の軌道輪を焼入硬化する場合、それに応じた大型のコイルや当該コイルに対応する大容量の電源が必要となり、焼入装置の製作コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を回避する方策として、小型の誘導加熱コイルを用いた移動焼入が採用される場合がある。この移動焼入においては、軌道輪の加熱すべき環状の領域の一部に対向して配置され、当該領域に沿って相対的に移動するコイルを用いて高周波誘導加熱を実施し、加熱された領域に対してコイルの通過直後に水などの冷却液を噴射することにより、当該領域を順次焼入硬化する。しかし、単にこの移動焼入を採用した場合、焼入が開始された領域（焼入開始領域）からコイルが一回りし、最後に焼入を実施すべき領域（焼入終了領域）を焼入硬化する際、焼入開始領域と焼入終了領域とが部分的に重複する。そのため、重複した領域が再焼入されることによる焼割れの発生が懸念される。また、上記重複した領域に隣接する領域は、焼入終了領域の加熱に伴ってＡ１点以下の温度に加熱されて焼戻されるため、硬度が低下するおそれもある。そのため、移動焼入が採用される場合、焼入開始領域と焼入終了領域との間に焼入を実施しない領域（ソフトゾーン）を残存させる対策が採られるのが一般的である。このソフトゾーンは、硬度が低いため降伏強度が低く、また耐摩耗性も不十分である。そのため、軌道輪にソフトゾーンを形成した場合、当該ソフトゾーンが負荷域とならないように配慮する必要がある。
【０００５】
これに対し、ソフトゾーンを形成する上記移動焼入を実施した後、ソフトゾーンに相当する領域を切除するとともに、当該領域に焼入を施した栓体を嵌め込む方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、硬度の低いソフトゾーンが残存することを回避することができる。
【０００６】
また、軌道輪の周方向反対向きに移動する２つのコイルを用いて、ソフトゾーンの形成を回避する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、２つのコイルが互いに隣接するように配置された状態で焼入を開始し、再度衝合する位置で焼入を終了することにより、ソフトゾーンの形成を回避しつつ、再焼入される領域の発生をも回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７８２３号公報
【特許文献２】特開平６−２００３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、軌道輪を製造するための工数が大幅に増加するという問題がある。また、上記特許文献２に開示された方法では、最後に焼入される領域に焼入硬化に伴う残留応力が集中し、熱処理ひずみや焼割れの発生が懸念される。また、転がり軸受の用途の多様化に伴い、軸受部品および転がり軸受には、様々な環境下における耐久性が求められる。
【０００９】
本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することを可能とし、かつ高い耐久性を有する軌道輪を製造することが可能な軌道輪の製造方法、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成され、高い耐久性を有する転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた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】
【００１０】
本発明に従った軌道輪の製造方法は、転がり軸受の軌道輪の製造方法である。この軌道輪の製造方法は、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．１４質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される成形体を準備する工程と、成形体において軌道輪の転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置され、成形体を誘導加熱する誘導加熱部材を、環状領域の周方向に沿って相対的に回転させることにより、成形体にＡ１点以上の温度に加熱された環状の加熱領域を形成する工程と、加熱領域全体をＭＳ点以下の温度に同時に冷却する工程とを備えている。
【００１１】
本発明の軌道輪の製造方法においては、転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置された誘導加熱部材が周方向に沿って相対的に回転することにより、成形体に加熱領域が形成される。そのため、軌道輪の外形形状に対して小さい誘導加熱部材を採用することが可能である。その結果、大型の軌道輪を焼入硬化する場合でも、焼入装置の製作コストを抑制することができる。また、本発明の軌道輪の製造方法においては、加熱領域全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。そのため、焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって同時に形成することが可能となり、一部の領域に残留応力が集中することが抑制される。
【００１２】
また、転がり軸受の使用用途が多岐に渡る現在では、転がり軸受の破損形態も変化してきており、たとえば水素脆性が要因になるはく離(以下、水素脆性はく離)が発生する場合がある（たとえば、玉田健治ら、“電装・補機用軸受にみられる新しいタイプのミクロ組織変化”、ＮＴＮ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ、１９９２年、Ｎｏ.６１、ｐ２９−３５参照）。水素脆性はく離は、通常よりも遥かに短い時間ではく離に至り、はく離起点部の周辺に方向性のない疲労組織が形成されていることが特徴である。現在でも、その発生メカニズムは解明されていないが、水素が鋼の疲労強度を著しく低下させること、水素の吸蔵量が多くなるほど短寿命になることから、軸受部品の短寿命化の要因として、水素が関係していることは明らかであるといえる（たとえば、Ｙ．Ｍａｔｓｕｂａｒａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｈａｍａｄａ、“Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  Ｅｖａｌｕａｔｅ  ｔｈｅ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｏｎ  Ｆａｔｉｇｕｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｓｔｅｅｌｓ”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、２００７年、ｐ１５３−１６６参照）。
【００１３】
これに対し、本発明の軌道輪の製造方法では、Ｓｉ（珪素）が低減されることにより水素脆性剥離が抑制されつつ、十分な焼入硬度および焼入性を確保することが可能な適切な成分組成を有する鋼が素材として採用される。このように、本発明の軌道輪の製造方法によれば、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成し、かつ高い耐久性を有する軌道輪を製造することが可能な軌道輪の製造方法を提供することができる。
【００１４】
ここで、成形体を構成する鋼の成分範囲、すなわち製造される軌道輪を構成する鋼の成分範囲を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【００１５】
炭素：０．４３質量％以上０．６５％質量％以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軌道輪の転走面の硬度に大きな影響を与える。成形体（軌道輪）を構成する鋼の炭素含有量が０．４３質量％未満では、焼入硬化後における転走面に十分な硬度を付与することが困難となる。一方、炭素含有量が０．６５質量％を超えると、焼入硬化の際の割れの発生（焼割れ）が懸念される。そのため、炭素含有量は０．４３質量％以上０．６５％質量％以下とした。転走面に十分な硬度をより確実に付与しつつ焼割れの発生を一層確実に抑制するためには、鋼の炭素含有量は０．５６質量％以上０．６４質量％以下とすることが好ましく、０．６０質量％以上０．６４質量％以下、さらには０．６２質量％以上０．６４質量％以下とすることが特に好ましい。
【００１６】
珪素：０．０５質量％以上０．１４質量％以下
鋼中に含まれる珪素は、製鋼時の脱酸元素として使用されること、および溶鉱炉中の耐火物に二酸化珪素が含まれ、それが鋼に供給されることから、軸受用鋼において珪素含有量を低減することは一般的ではない。また、珪素は鋼の焼入性を向上させ、焼戻軟化抵抗性を向上させる機能を有する。そのため、珪素の含有量を増加させた軸受用鋼が開発されている。しかし、本発明においては、水素脆性剥離の抑制という観点から珪素含有量を０．１４質量％以下にまで低減した。一方、上述のように製鋼時の脱酸元素として使用される珪素を０．０５質量％未満にまで低減すると、鋼の製造コストが高くなる。そのため、珪素含有量は０．０５質量％以上とした。
【００１７】
マンガン：０．６０質量％以上１．１０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に寄与する。マンガン含有量が０．６０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、マンガン含有量が１．１０質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間加工における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は０．６０質量％以上１．１０質量％以下とした。より高い焼入性を確保しつつ冷間加工性の低下を抑制するためには、鋼のマンガン含有量は０．７０質量％以上１．００質量％以下とすることが好ましく、０．８５質量％以上０．９５質量％以下とすることが、より好ましい。
【００１８】
クロム：０．３０質量％以上１．２０質量％以下
クロムは、鋼の焼入性の向上に寄与する。クロム含有量が０．３０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、クロム含有量が１．２０質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、クロム含有量は０．３０質量％以上１．２０質量％以下とした。より高い焼入性を確保しつつ素材コストを低減する観点からは、鋼のクロム含有量は０．７０質量％以上０．９０質量％以下とすることが好ましく、０．７０質量％以上０．８０質量％以下とすることがより好ましい。
【００１９】
モリブデン：０．１５質量％以上０．７５質量％以下
モリブデンも、鋼の焼入性の向上に寄与する。モリブデン含有量が０．１５質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、モリブデン含有量が０．７５質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、モリブデン含有量は０．１５質量％以上０．７５質量％以下とした。より高い焼入性を確保しつつ素材コストを低減する観点からは、鋼のモリブデン含有量は０．２５質量％以上０．３５質量％以下とすることが好ましく、０．２５質量％以上０．３０質量％以下、さらには０．２５質量％以上０．２７質量％以下とすることが特に好ましい。
【００２０】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程よりも前に、成形体に調質処理を実施する工程をさらに備えていてもよい。
【００２１】
高周波焼入により転走面を含む領域が部分的に焼入硬化されて製造される軌道輪においては、焼入硬化されない領域（非硬化領域）においても所定の強度を確保可能な硬度を有している必要がある。これに対し、調質処理を高周波焼入の前に実施しておくことにより、容易に、非硬化領域に適切な硬度を付与することができる。ここで、「調質処理」とは、上記成形体全体をＡ１変態点以上の焼入温度域に加熱して所定時間保持した後、ＭＳ点以下の温度に冷却して上記成形体を焼入処理した上で、当該成形体をＡ１変態点未満の焼戻温度域に加熱して所定時間保持することで焼戻処理するプロセスを含む。
【００２２】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程よりも前に、成形体に焼ならし処理を実施する工程をさらに備えていてもよい。これにより、非硬化領域に要求される強度が比較的低い場合、容易に適切な硬度を非硬化領域に付与することができる。
【００２３】
また、上記焼ならし処理を実施する工程では、成形体に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、成形体が冷却されつつショットブラスト処理が実施されてもよい。
【００２４】
これにより、焼ならし処理の際の衝風冷却と同時にショットブラスト処理を実施することができる。そのため、焼きならし処理の加熱によって成形体の表層部に生成したスケールが除去され、スケールの生成に起因した軌道輪の特性低下やスケールの生成による熱伝導率の低下が抑制される。
【００２５】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、誘導加熱部材は成形体の周方向に沿って相対的に２周以上回転してもよい。これにより、転走面の周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２６】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、誘導加熱部材は成形体の周方向に沿って複数個配置されてもよい。これにより、転走面の周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２７】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、加熱領域の複数箇所の温度が測定されてもよい。これにより、転走面の周方向において均質な加熱が実現されていることを確認した上で急冷して焼入硬化処理を実施することができる。その結果、転走面の周方向において均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２８】
本発明の一の局面に従った軌道輪は、上記本発明の軌道輪の製造方法により製造され、１０００ｍｍ以上の内径を有している。本発明の一の局面における軌道輪によれば、上記本発明の軌道輪の製造方法により製造されていることにより、熱処理のコストが抑制されつつ、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって均質に形成された大型の軌道輪を提供することができる。
【００２９】
本発明の他の局面に従った軌道輪は、１０００ｍｍ以上の内径を有する転がり軸受の軌道輪である。この軌道輪は、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．１４質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成されている。
【００３０】
上記他の局面における軌道輪においては、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成されている。そのため、上記他の局面における軌道輪は、転走面のいずれの領域をも負荷域にすることができる耐久性に優れた軌道輪となっている。また、上記他の局面における軌道輪においては、焼入硬化により十分に高い硬度を実現できるとともに、高い焼入性を確保しつつ焼割れを抑制し、かつ水素脆性はく離を抑制することが可能な適切な成分組成を有する鋼が素材として採用されている。このように、本発明の他の局面における軌道輪によれば、耐久性に優れた大型の軌道輪を提供することができる。
【００３１】
本発明に従った転がり軸受は、内輪と、内輪の外周側を取り囲むように配置された外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体とを備えている。そして、内輪および外輪の少なくともいずれか一方は上記本発明の軌道輪である。
【００３２】
本発明の転がり軸受によれば、上記本発明の軌道輪を備えていることにより、耐久性に優れた大型の転がり軸受を提供することができる。
【００３３】
上記転がり軸受は、風力発電装置において、内輪にはブレードに接続された主軸が貫通して固定され、外輪はハウジングに対して固定されることにより、主軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受（風力発電装置用転がり軸受）として用いることができる。上記耐久性に優れた大型の転がり軸受である本発明の転がり軸受は、風力発電装置用転がり軸受として好適である。特に、湿度の高い環境下で使用されるため、軌道輪(軸受部品)に対する雰囲気からの水素の侵入が懸念される洋上風力発電装置に用いられる転がり軸受として、本発明の転がり軸受は好適である。
【００３４】
なお、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。
【発明の効果】
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明の軌道輪の製造方法、軌道輪および転がり軸受によれば、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することを可能とし、、かつ高い耐久性を有する軌道輪を製造することが可能な軌道輪の製造方法、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成され、高い耐久性を有する転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた転がり軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】転がり軸受内輪の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。
【図４】実施の形態２における焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図５】実施の形態３における焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図６】実施の形態４における転がり軸受内輪の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】風力発電装置用転がり軸受を備えた風力発電装置の構成を示す概略図である。
【図８】図７における主軸用軸受の周辺を拡大して示す概略断面図である。
【図９】水素脆性はく離が発生し得る環境下での耐久性に及ぼす珪素含有量の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
（実施の形態１）
まず、転がり軸受の軌道輪である内輪の製造方法を例に、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を参照して、本実施の形態における内輪の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．０５質量％以上０．１４質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼材が準備され、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、所望の内輪の形状に応じた形状を有する成形体が作製される。より具体的には、１０００ｍｍ以上の内径を有する内輪の形状に応じた成形体が作製される。上記成分組成を満足する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＰ１３が挙げられる。
【００３９】
次に、工程（Ｓ２０）として、焼ならし工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製された成形体がＡ１変態点以上の温度に加熱された後、Ａ１変態点未満の温度に冷却されることにより焼ならし処理が実施される。このとき、焼ならし処理の冷却時における冷却速度は、成形体を構成する鋼がマルテンサイトに変態しない冷却速度、すなわち臨界冷却速度未満の冷却速度であればよい。そして、焼ならし処理後の成形体の硬度は、この冷却速度が大きくなると高く、冷却速度が小さくなると低くなる。そのため、当該冷却速度を調整することにより、所望の硬度を成形体に付与することができる。
【００４０】
次に、図１を参照して、焼入硬化工程が実施される。この焼入硬化工程は、工程（Ｓ３０）として実施される誘導加熱工程と、工程（Ｓ４０）として実施される冷却工程とを含んでいる。工程（Ｓ３０）では、図２および図３を参照して、誘導加熱部材としてのコイル２１が、成形体１０において転動体が転走すべき面である転走面１１（環状領域）の周方向の一部に面するように配置される。ここで、コイル２１において転走面１１に対向する面は、図３に示すように転走面１１に沿った形状を有している。次に、成形体１０が中心軸周り、具体的には矢印αの向きに回転されるとともに、コイル２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１０の転走面１１を含む表層領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１１に沿った円環状の加熱領域１１Ａが形成される。このとき、転走面１１の表面の温度は、放射温度計などの温度計２２により測定され、管理される。
【００４１】
次に、工程（Ｓ４０）においては、工程（Ｓ３０）において形成された加熱領域１１Ａを含む成形体１０全体に対して、たとえば冷却液としての水が噴射されることにより、加熱領域１１Ａ全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。これにより、加熱領域１１Ａがマルテンサイトに変態し、硬化する。以上の手順により、高周波焼入が実施され、焼入硬化工程が完了する。
【００４２】
次に、工程（Ｓ５０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）において焼入硬化された成形体１０が、たとえば炉内に装入され、Ａ１点以下の温度に加熱されて所定の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。
【００４３】
次に、工程（Ｓ６０）として仕上工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、たとえば転走面１１に対して研磨加工などの仕上げ加工が実施される。以上のプロセスにより、転がり軸受の内輪が完成し、本実施の形態における内輪の製造は完了する。その結果、図２および図３を参照して、１０００ｍｍ以上の内径を有し、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面１１に沿って全周にわたって均質に形成された内輪１０が完成する。
【００４４】
本実施の形態では、工程（Ｓ３０）において、成形体１０の転走面の一部に面するように配置されたコイル２１を周方向に沿って相対的に回転させることにより、成形体１０に加熱領域１１Ａが形成される。そのため、成形体１０の外形形状に対して小さいコイル２１を採用することが可能となっており、大型の成形体１０を焼入硬化する場合でも、焼入装置の製作コストを抑制することができる。また、本実施の形態では、加熱領域１１Ａ全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。そのため、周方向に均質な環状の焼入硬化領域を形成することが可能となり、一部の領域に残留応力が集中することが抑制される。さらに、本実施の形態では、Ｓｉが低減されることにより水素脆性剥離が抑制されつつ、十分な焼入硬度および焼入性を確保することが可能な適切な成分組成を有する鋼が素材として採用されている。その結果、本実施の形態における内輪の製造方法は、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成し、かつ高い耐久性を有する軌道輪を製造することが可能な軌道輪の製造方法となっている。
【００４５】
なお、上記工程（Ｓ２０）は、本発明の軌道輪の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより、製造される軌道輪の非硬化領域（焼入硬化層以外の領域）の硬度を調整することができる。非硬化領域に要求される強度が比較的小さい場合、容易に適切な硬度を非硬化領域に付与することができる。
【００４６】
また、上記工程（Ｓ２０）においては、成形体１０に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、成形体１０が冷却されつつショットブラスト処理が実施されてもよい。これにより、焼ならし処理の際の衝風冷却と同時にショットブラスト処理を実施することができる。そのため、焼きならし処理の加熱によって成形体１０の表層部に生成したスケールが除去され、スケールの生成に起因した軌道輪の特性低下やスケールの生成による熱伝導率の低下が抑制される。ここで、硬質の粒子（投射材）としては、たとえば鋼や鋳鉄などからなる金属製の粒子を採用することができる。
【００４７】
さらに、上記工程（Ｓ３０）では、成形体１０は少なくとも１回転すればよいが、周方向における温度のばらつきを抑制し、より均質な焼入硬化を実現するためには、複数回回転することが好ましい。すなわち、誘導加熱部材としてのコイル２１は、成形体１０の転走面の周方向に沿って相対的に２周以上回転することが好ましい。
【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。実施の形態２における内輪の製造方法は、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における内輪の製造方法は、工程（Ｓ３０）におけるコイル２１の配置において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００４９】
すなわち、図４を参照して、実施の形態２における工程（Ｓ３０）では、成形体１０を挟んで一対のコイル２１が配置される。そして、成形体１０が矢印αの向きに回転されるとともに、コイル２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１０の転走面１１を含む表層領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１１に沿った円環状の加熱領域１１Ａが形成される。
【００５０】
このように、コイル２１が成形体１０の周方向に沿って複数個（本実施の形態では２個）配置されることにより、実施の形態２における転がり軸受の内輪の製造方法は、周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現可能な軌道輪の製造方法となっている。また、周方向における温度のばらつきを一層抑制するためには、コイル２１は成形体１０の周方向において等間隔に配置されることが好ましい。
【００５１】
（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。実施の形態３における内輪の製造方法は、基本的には実施の形態１および２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における内輪の製造方法は、工程（Ｓ３０）における温度計２２の配置において、実施の形態１および２の場合とは異なっている。
【００５２】
すなわち、図５を参照して、実施の形態３における工程（Ｓ３０）では、加熱領域である転走面１１の複数箇所（ここでは４箇所）の温度が測定される。より具体的には、実施の形態３の工程（Ｓ３０）では、成形体１０の転走面１１の周方向に沿って等間隔に複数の温度計２２が配置される。
【００５３】
これにより、転走面１１の周方向において同時に複数箇所の温度が測定されるため、転走面１１の周方向において均質な加熱が実現されていることを確認した上で成形体１０を急冷し、焼入硬化処理を実施することができる。その結果、実施の形態３における転がり軸受の内輪の製造方法によれば、転走面１１の周方向において一層均質な焼入硬化を実現することができる。
【００５４】
（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。実施の形態４における内輪の製造方法は、基本的には実施の形態１〜３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４における内輪の製造方法は、焼きならし工程に代えて、調質工程が実施される点において、実施の形態１〜３の場合とは異なっている。
【００５５】
すなわち、図６を参照して、実施の形態４においては、実施の形態１〜３の場合と同様に工程（Ｓ１０）が実施された後、調質工程が実施される。調質工程は、全体焼入工程（Ｓ２１）と、高温焼戻工程（Ｓ２２）とを含んでいる。工程（Ｓ２１）では、成形体１０全体がＡ１変態点以上の焼入温度域に加熱されて所定時間保持された後、ＭＳ点以下の温度に冷却されることにより、成形体１０が焼入処理される。次に、工程（Ｓ２２）では、工程（Ｓ２１）において焼入処理された成形体１０が、Ａ１変態点未満の焼戻温度域に加熱されて所定時間保持されることにより、焼戻処理される。これにより、非硬化領域に比較的高い強度が要求される場合でも、当該非硬化領域の硬度および組織を適切に調整し、所望の強度を付与することができる。ここで、上記焼入温度域は、たとえば８００℃以上１０００℃以下であり、成形体１０は当該焼入温度域に、たとえば４０分以上２４０分以下の時間だけ保持される。また、上記焼戻温度域は、たとえば６００℃以上７２０℃以下であり、成形体１０は当該焼戻温度域に、たとえば１２０分以上７２０分以下の時間だけ保持される。調質処理後の成形体の硬度は、軌道輪の非硬化領域に要求される強度に応じて設定することができるが、たとえば２７０ＨＶ以上３７０ＨＶ以下とすることができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態においてはコイル２１を固定し、成形体１０を回転させる場合について説明したが、成形体１０を固定し、コイル２１を成形体１０の周方向に回転させてもよいし、コイル２１および成形体１０の両方を回転させることにより、コイル２１を成形体１０の周方向に沿って相対的に回転させてもよい。ただし、コイル２１には、コイル２１に電流を供給する配線などが必要であるため、上述のようにコイル２１を固定することが合理的である場合が多い。
【００５７】
また、上記実施の形態においては、軌道輪の一例としてラジアル型転がり軸受の内輪が製造される場合について説明したが、本発明を適用可能な軌道輪はこれに限られず、たとえばラジアル型転がり軸受の外輪であってもよいし、スラスト型軸受の軌道輪であってもよい。ここで、工程（Ｓ３０）において、たとえばラジアル型転がり軸受の外輪を加熱する場合、コイル２１を成形体の内周側に形成された転走面に面するように配置すればよい。また、工程（Ｓ２０）において、たとえばスラスト型転がり軸受の軌道輪を加熱する場合、コイル２１を成形体の端面側に形成された転走面に面するように配置すればよい。
【００５８】
さらに、成形体１０の周方向における誘導加熱部材としてのコイル２１の長さは、効率よく均質な加熱を実現するように適切に決定することができるが、たとえば加熱すべき領域の長さの１／１２程度、すなわち成形体（軌道輪）の中心軸に対する中心角が３０°となる程度の長さとすることができる。
【００５９】
さらに、本発明における高周波焼入の具体的な条件は、軌道輪（成形体）の大きさ、肉厚、材質、電源の容量など条件を考慮して、適切に設定することができる。
【００６０】
また、周方向における温度のばらつきを抑制するためには、誘導加熱完了後、ＭＳ点以下の温度への冷却前に、成形体を加熱が停止された状態に保持する工程を設けることが好ましい。より具体的には、たとえば加熱完了後３秒間加熱を停止した状態に保持することにより、加熱された領域の表面における周方向の温度のばらつきを抑制することができる。
【００６１】
（実施の形態５）
次に、本発明の軌道輪が風力発電装置用軸受（風力発電装置用転がり軸受）を構成する軌道輪として用いられる実施の形態５について説明する。
【００６２】
図７を参照して、風力発電装置５０は、旋回翼であるブレード５２と、ブレード５２の中心軸を含むように、一端においてブレード５２に接続された主軸５１と、主軸５１の他端に接続された増速機５４とを備えている。さらに、増速機５４は、出力軸５５を含んでおり、出力軸５５は、発電機５６に接続されている。主軸５１は、風力発電装置用転がり軸受である主軸用軸受３により、軸まわりに回転自在に支持されている。また、主軸用軸受３は、主軸５１の軸方向に複数個（図７では２個）並べて配置されており、それぞれハウジング５３により保持されている。主軸用軸受３、ハウジング５３、増速機５４および発電機５６は、機械室であるナセル５９の内部に格納されている。そして、主軸５１は一端においてナセル５９から突出し、ブレード５２に接続されている。
【００６３】
次に、風力発電装置５０の動作について説明する。図７を参照して、風力を受けてブレード５２が周方向に回転すると、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３によりハウジング５３に対して支持されつつ、軸まわりに回転する。主軸５１の回転は、増速機５４に伝達されて増速され、出力軸５５の軸まわりの回転に変換される。そして、出力軸５５の回転は、発電機５６に伝達され、電磁誘導作用により起電力が発生して発電が達成される。
【００６４】
次に、風力発電装置５０の主軸５１の支持構造について説明する。図８を参照して、風力発電装置用転がり軸受としての主軸用軸受３は、風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の外輪３１と、外輪３１の内周側に配置された風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の内輪３２と、外輪３１と内輪３２との間に配置され、円環状の保持器３４に保持された複数のころ３３とを備えている。外輪３１の内周面には外輪転走面３１Ａが形成されており、内輪３２の外周面には２つの内輪転走面３２Ａが形成されている。そして、２つの内輪転走面３２Ａが、外輪転走面３１Ａに対向するように、外輪３１と内輪３２とは配置されている。さらに、複数のころ３３は、２つの内輪転走面３２Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面３１Ａと内輪転走面３２Ａとに、ころ接触面３３Ａにおいて接触し、かつ保持器３４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより複列（２列）の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、外輪３１には、外輪３１を径方向に貫通する貫通孔３１Ｅが形成されている。この貫通孔３１Ｅを通して、外輪３１と内輪３２との間の空間に潤滑剤を供給することができる。以上の構成により、主軸用軸受３の外輪３１および内輪３２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００６５】
一方、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３の内輪３２を貫通するとともに、外周面５１Ａにおいて内輪の内周面３２Ｆに接触し、内輪３２に対して固定されている。また、主軸用軸受３の外輪３１は、ハウジング５３に形成された貫通孔の内壁５３Ａに外周面３１Ｆにおいて接触するように嵌め込まれ、ハウジング５３に対して固定されている。以上の構成により、ブレード５２に接続された主軸５１は、内輪３２と一体に、外輪３１およびハウジング５３に対して軸まわりに回転可能となっている。
【００６６】
さらに、内輪転走面３２Ａの幅方向両端には、外輪３１に向けて突出する鍔部３２Ｅが形成されている。これにより、ブレード５２が風を受けることにより発生する主軸５１の軸方向（アキシャル方向）の荷重が支持される。また、外輪転走面３１Ａは、球面形状を有している。そのため、外輪３１と内輪３２とは、ころ３３の転走方向に垂直な断面において、当該球面の中心を中心として互いに角度をなすことができる。すなわち、主軸用軸受３は、複列自動調心ころ軸受である。その結果、ブレード５２が風を受けることにより主軸５１が撓んだ場合であっても、ハウジング５３は、主軸用軸受３を介して主軸５１を安定して回転自在に保持することができる。
【００６７】
そして、実施の形態５における風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての外輪３１および内輪３２は、たとえば上記実施の形態１〜４に記載の軌道輪の製造方法により製造されている。この外輪３１および内輪３２は、１０００ｍｍ以上の内径を有する風力発電装置用転がり軸受の軌道輪である。そして、外輪３１および内輪３２には、高周波焼入によって焼入硬化層が外輪転走面３１Ａおよび内輪転走面３２Ａに沿って全周にわたって均質に形成されている。すなわち、外輪３１および内輪３２は、１０００ｍｍ以上の内径を有するとともに、高周波焼入により形成され、周方向に沿った円環形状の一様な深さの焼入硬化層を有し、当該焼入硬化層の表面が、それぞれ外輪転走面３１Ａおよび内輪転走面３２Ａとなっている。また、外輪３１および内輪３２は、焼入硬化により十分に高い硬度を実現できるとともに、高い焼入性を確保しつつ焼割れを抑制し、かつ水素脆性はく離を抑制することが可能な適切な成分組成を有する鋼が素材として採用されている。その結果、上記外輪３１および内輪３２は、熱処理のコストが抑制されつつ、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって均質に形成された大型の軌道輪となっており、水素脆性はく離などが発生し得る過酷な環境下においても使用可能な風力発電装置用軸受を構成する軌道輪となっている。
【実施例】
【００６８】
本発明において採用される鋼と同様の成分組成において、珪素のみを変化させた鋼からなる試験片を準備し、水素脆性はく離が発生し得る環境下での耐久性に及ぼす珪素含有量の影響を調査する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。
【００６９】
表１に示す条件で、転動試験を行なった。より具体的には、表１に示すように、外径（直径）４０ｍｍ、幅１２ｍｍ、副曲率半径６０ｍｍの円筒形状を有し、外周面の表面粗さがＲａで０．０２μｍである駆動側円筒および従動側円筒（同一形状）を準備した。そして、駆動側円筒と従動側円筒とを外周面において最大接触面圧２．１ＧＰａの条件で互いに接触させつつ、互いに逆向きに周方向に回転させた。このとき、表１に示すように、回転速度の絶対値に２％の差が生じるように、駆動側円筒および従動側円筒（試験片）をそれぞれ異なるモータにより駆動した。そして、試験片の外周面にき裂が発生するまでに要した時間を調査した。また、この転動試験に先立って、試験片（駆動側円筒および従動側円筒）に対しては、表２の条件で陰極水素チャージを行なった。また、試験片を構成する鋼としては、本発明において採用される鋼と同様の成分組成において、珪素のみを変化させた鋼を準備し、６種類の試験片を作製した。各試験片を構成する具体的な鋼の成分組成を表３に示す。表３に示すように、合金元素であるＣ（炭素）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）およびＭｏ（モリブデン）、ならびに主要な不純物であるＰ（リン）、Ｓ（硫黄）の含有量を実質的に一定とし、Ｓｉ（珪素）の含有量を変化させた鋼を準備し、試験片（試験片１〜６）を作製した。表３において、数値の単位は質量％であり、残部は鉄および不純物である。
【００７０】
【表１】
2014025096.tif 000003
【００７１】
【表２】
2014025096.tif 000004
【００７２】
【表３】
2014025096.tif 000005
【００７３】
次に、実験結果について図９を参照して説明する。図９において、横軸は試験片を構成する鋼の珪素含有量、縦軸はき裂発生までの時間、すなわち寿命である。図９に示すように、Ｓｉの含有量が０．０５質量％以上の領域では、Ｓｉ含有量が多くなるに従って、寿命が短くなっている。そして、Ｓｉ含有量が０．１４質量％を超えると、試験片の寿命はＳｉ含有量が０．０５質量％である場合の８０％程度にまで寿命が短くなっている。このことから、水素脆性はく離が発生し得る条件下にて軸受部品が使用される場合、当該軸受部品を構成する鋼のＳｉ含有量は０．１４質量％以下とすることが好ましいといえる。
【００７４】
なお、本発明の軌道輪の製造方法は、大型の転がり軸受の軌道輪の製造に好適である。上記実施の形態５においては、大型の転がり軸受の一例として風力発電装置用軸受について説明したが、他の大型の転がり軸受への適用も可能である。具体的には、たとえばＣＴスキャナのＸ線照射部が設置された回転架台を、当該回転架台に対向するように配置される固定架台に対して回転自在に支持するＣＴスキャナ用転がり軸受の軌道輪の製造に、本発明の軌道輪の製造方法を好適に適用することができる。また、本発明の軌道輪の製造方法は、たとえば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト玉軸受など、任意の転がり軸受の軌道輪に適用可能である。
【００７５】
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】
【００７６】
本発明の軌道輪の製造方法、軌道輪および転がり軸受は、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することが求められる軌道輪の製造方法、焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって形成されることが求められる転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７７】
３  主軸用軸受、１０  成形体（内輪）、１１  転走面、１１Ａ  加熱領域、２１  コイル、２２  温度計、３１  外輪、３１Ａ  外輪転走面、３１Ｅ  貫通孔、３１Ｆ  外周面、３２  内輪、３２Ａ  内輪転走面、３２Ｅ  鍔部、３２Ｆ  内周面、３３  ころ、３３Ａ  ころ接触面、３４  保持器、５０  風力発電装置、５１  主軸、５１Ａ  外周面、５２  ブレード、５３  ハウジング、５３Ａ  内壁、５４  増速機、５５  出力軸、５６  発電機、５９  ナセル。
【図１】
2014025096.tif 000006
【図２】
2014025096.tif 000007
【図３】
2014025096.tif 000008
【図４】
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【図５】
2014025096.tif 000010
【図６】
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【図７】
2014025096.tif 000012
【図８】
2014025096.tif 000013
【図９】
2014025096.tif 000014