(57)【要約】【課題】  製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な熱処理方法を提供する。【解決手段】  被処理物をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された被処理物をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程と、焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ被処理物の材質を判定する、材質判定工程とを含んでいる。加熱工程における加熱は誘導加熱により行われ、冷却工程における冷却は金型を用いて被処理物を拘束しながら実施される。さらに、冷却は被処理物から熱を除去するための冷却部材として金型を用いることにより、被処理物をＡｃ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却することにより実施される。材質判定工程における材質の判定は、自動的に材質を判定する自動材質判定手段を用いて実施される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された前記被処理物をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程と、
前記焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ前記被処理物の材質を判定する、材質判定工程とを含む熱処理方法であって、
前記加熱工程における前記加熱は誘導加熱により行われ、
前記冷却工程における前記冷却は金型を用いて前記被処理物を拘束しながら実施され、
前記冷却は前記被処理物から熱を除去するための冷却部材として前記金型を用いることにより、前記被処理物をＡｃ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却することにより実施され、
前記材質判定工程における前記材質の判定は、自動的に前記材質を判定する自動材質判定手段を用いて実施される、熱処理方法。
【請求項２】
前記焼入硬化工程よりも後に実施され、前記被処理物をＡｃ１点以下の温度に加熱する焼戻工程をさらに含み、
前記材質判定工程は、前記焼戻工程よりも後の時点、および前記焼入硬化工程よりも後であって前記焼戻工程よりも前の時点、のうち少なくともいずれか一方において実施される、請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理方法を用いる熱処理工程を備えた、軸受用薄肉部材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の軸受用薄肉部材の製造方法により製造された、軸受用薄肉部材。
【請求項５】
請求項４に記載の軸受用薄肉部材である軌道輪と、
前記軌道輪の転走面上に配置されている転動体とを備える、スラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理方法、軸受用薄肉部材の製造方法、軸受用薄肉部材およびスラスト軸受に関し、より特定的には、被処理物をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された被処理物をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程と、焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ被処理物の材質を判定する、材質判定工程とを含む熱処理方法、この熱処理方法を用いる熱処理工程を備えた軸受用薄肉部材の製造方法、この製造方法により製造された軸受用薄肉部材およびこの軸受用薄肉部材を備えたスラスト軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸受用薄肉部材である薄肉軸受軌道輪においては、素材として低炭素鋼であるＳＰＣＣ（ＪＩＳ  Ｇ３１４１に規定）やＳＣＭ４１５（ＪＩＳ  Ｇ４０５３に規定）などが採用されている。そして、これらの素材が必要な形状に成形された後、短時間の浸炭処理後に焼入を行なうことにより焼入硬化されて、軌道輪として必要な硬度が確保されている。また、高炭素鋼、たとえばＳＵＪ２（ＪＩＳ  Ｇ４８０５に規定）、ＳＡＥ１０７０などが素材として採用される場合もある。この場合、これらの素材が必要な形状に成形された後、雰囲気炉において加熱された後に急冷されることにより焼入硬化されて、軌道輪として必要な硬度が確保されている。
【０００３】
上記の焼入硬化処理は、熱処理炉および焼入装置の効率的運転の観点から、ある程度まとまった数量の被処理物（軌道輪）を１ロットとして熱処理するバッチ処理により行なわれている。そして、軌道輪の焼入硬化後の硬度、ミクロ組織などの熱処理品質は、１ロット中から少数のサンプルを抽出して品質を調査することにより実施される抜取り検査によって保証されている。
【０００４】
また、軌道輪の焼入硬化において、誘導加熱により加熱して焼入を行なう高周波焼入が採用される場合もある。この場合でも、生産性を確保する観点から、熱処理品質は抜取り検査によって保証されている。
【０００５】
近年、薄肉軸受軌道輪を備えた軸受が使用される自動車などの製品はますます高性能化、高機能化している。このような状況の下、軸受の表面硬度や表面の傷などに対して厳格な品質保証が求められている。また、価格競争力向上の観点から、低価格化も重要な課題となっている。
【０００６】
このような状況の下、高周波焼入が正常に実施されたか否かを判定する方法（たとえば特許文献１、２参照）、高周波焼入を効率的に実施する方法（たとえば特許文献３、４参照）、高周波焼入されたワークの焼入深さを計測する装置（たとえば特許文献５参照）などが提案されている。
【０００７】
一方、軸受に使用される軸受用薄肉軌道輪はその製造工程における焼入の際、変形を生じやすい。軌道輪の変形が大きい場合、その軌道輪を備えた軸受は寿命が低下する。
【０００８】
これに対し、鋼材を焼入れる際の鋼材の変形を抑制する方法として、鋼板をプレス焼入する際の鋼板表面のスケール厚を１０μｍ以下とする方法が提案されている。これにより、形状精度のよい成形部品を製造することができる（たとえば特許文献６参照）。また、鋼材のプレス焼入法において、鋼材を金型を用いて拘束した状態で冷却液の中に浸漬する方法が提案されている（たとえば特許文献７参照）。これにより、焼入の際に発生する変形や曲がりを高硬度の鋼材においても低減することができる。また、薄肉リングの外径と幅方向の端面とをコレット（拘束用部材）により拘束して焼入を行なう方法が提案されている。これにより、焼入の際に発生する変形が抑制される（たとえば特許文献８参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１５７９号公報
【特許文献２】特開平９−１１８９１７号公報
【特許文献３】特開平９−３１５３２号公報
【特許文献４】特開平５−２６３１２５号公報
【特許文献５】特開２００４−１７７１５９号公報
【特許文献６】特開２００３−２３１９１５号公報
【特許文献７】特開平７−１５７８２２号公報
【特許文献８】特開平５−３３０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜５に開示された熱処理に関する改善策は被処理物の品質向上や低コスト化に寄与するものであるが、被処理物の品質が保証されるものではない。被処理物について厳密な品質保証を行なうためには、被処理物１個１個について、表面の硬度や傷などを検査することが理想的である。しかし、生産ラインにおいてすべての被処理物を従来の方法で検査した場合、生産効率が低下し、コスト上昇の原因となる。これは前述した低価格化の要求に反するものとなる。
【００１０】
また、特許文献６〜８に開示された焼入の際に発生する変形を抑制する方法を軸受用薄肉軌道部材に適用して軸受を作製した場合でも、近年の高い要求特性を考慮すれば軸受の寿命は必ずしも十分とはいえない。さらに、軸受に対しては厳格な品質保証に裏付けられた高い信頼性も求められている。
【００１１】
そこで、本発明の一の目的は、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な熱処理方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形が抑制された軸受用薄肉部材を製造することができる軸受用薄肉部材の製造方法を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形が抑制された軸受用薄肉部材を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、長寿命でかつ信頼性の高いスラスト軸受を低コストで提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に従った熱処理方法は、被処理物をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された被処理物をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程と、焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ被処理物の材質を判定する、材質判定工程とを含む熱処理方法である。加熱工程における加熱は誘導加熱により行われ、冷却工程における冷却は金型を用いて被処理物を拘束しながら実施される。そして、冷却は被処理物から熱を除去するための冷却部材として金型を用いることにより、被処理物をＡｃ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却することにより実施される。さらに、材質判定工程における材質の判定は、自動的に材質を判定する自動材質判定手段を用いて実施される。
【００１３】
本発明の熱処理方法によれば、冷却工程において金型を用いて被処理物を拘束しながら冷却が実施されるため、焼入硬化工程において発生する被処理物の変形を抑制することができる。
【００１４】
さらに、焼入硬化処理に広く使用されている浸炭炉や雰囲気炉などは、設備が比較的大規模になること、雰囲気調整用のガスが使用されることなどから、一般的には加工ラインとは別に配置される。これに対し、本発明の熱処理方法によれば誘導加熱を使用した比較的小規模な設備を使用できるため、焼入硬化の設備を加工ラインに組み込むこと（インライン化）が容易となる。さらに、焼入硬化処理における冷却は被処理物から熱を除去するための冷却部材として上述の金型を用いることにより、被処理物をＡｃ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却することにより実施される。したがって、油や水などを被処理物に冷却媒体として接触させる必要がないため、被処理物を洗浄および乾燥する工程を設けることなく、自動材質判定手段を使用した材質判定を行なうことができる。また、上記の熱処理は処理の効率を大きく損なうことなく、被処理物を１個１個熱処理することが可能である。そのため、熱処理された被処理物について順次材質判定を行なうことで、スムーズにすべての被処理物について材質判定を行なうことができる。以上の特徴を有する結果、本発明の熱処理方法によれば、焼入硬化処理から品質保証のための材質判定までの工程を、途中の工程において仕掛品を発生させることなくスムーズに行なうことが可能となり、自動化することも容易となる。そのため、被処理物の熱処理コストを抑えつつ、被処理物１個１個の品質が保証される熱処理方法を提供することができる。
【００１５】
なお、Ａｃ１点とは鋼を連続的に加熱する際に、鋼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。また、自動材質判定手段は焼入硬化処理による被処理物の材質変化である硬度、ミクロ組織などと対応する特性を評価できるものであればよい。たとえば、微小硬度計、材質判別機（超音波硬度計）、渦流探傷装置、熱起電力型異材判別機、バルクハウゼンノイズ測定装置、Ｘ線回折装置などが挙げられる。ただし、短時間での評価が可能であることが好ましい。具体的には、誘導加熱を用いた焼入硬化処理は数秒〜数十秒程度で終了することから、１台の材質判定手段でスムーズに材質判定を行なうためには、それ以下の時間で評価が完了するものであることが望ましい。渦流探傷装置や材質判別機（超音波硬度計）はこの条件を満たし、Ｘ線回折装置のうち高出力のものもこの条件を満たす。
【００１６】
上記熱処理方法において好ましくは、材質判定工程における材質の判定は、被処理物を破壊することなく材質を判定する非破壊判定である。具体的には、材質の判定は被処理物に塑性変形を与えることなく材質を判定するものであることが好ましい。
【００１７】
製造工程中に被処理物を切断等して破壊する工程があれば、被処理物が製品とならないのは当然のことであるが、微小な塑性変形（たとえば微小な圧痕など）であっても、製品の特性に悪影響を及ぼす場合がある。また、被処理物の用途を考慮して被処理物の機能に実質的に問題のない範囲の変形であっても、美観が重視される製品においては当該変形が問題となる場合がある。そのため、塑性変形を与えることなく材質を判定するものであることが好ましい。したがって、上記特徴を有することにより、製品の機能や美観を損なうことなく、被処理物の熱処理コストを抑制しつつ、被処理物１個１個の品質が保証される熱処理方法を提供することができる。
【００１８】
なお、渦流探傷装置、材質判別機（超音波硬度計）、Ｘ線回折装置はこの条件を満たす自動材質判定手段である。
【００１９】
上記熱処理方法において好ましくは、焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ被処理物の外観を検査する、外観検査工程をさらに含み、外観検査工程における外観の検査は、自動的に外観を検査する自動外観検査手段を用いて実施される。
【００２０】
これにより、焼入硬化処理による硬度、ミクロ組織などの内質的な品質だけでなく、被処理物表面の傷などの外観上に現れる品質に関しても、被処理物１個１個について保証される熱処理方法を提供することができる。
【００２１】
なお、自動外観検査手段としては、たとえばカメラなどから取り込んだ画像を解析することにより被処理物の表面の傷などを発見する画像解析検査装置などを使用することができる。
【００２２】
上記熱処理方法において好ましくは、焼入硬化工程よりも後に実施され、被処理物をＡｃ１点以下の温度に加熱する焼戻工程をさらに含み、材質判定工程は、焼戻工程よりも後の時点、および焼入硬化工程よりも後であって焼戻工程よりも前の時点、のうち少なくともいずれか一方において実施される。
【００２３】
これにより、焼入および焼戻が実施される熱処理方法において、それぞれの工程のうち少なくとも一方の後における被処理物１個１個の品質が保証される熱処理方法を提供することができる。
【００２４】
上記熱処理方法において好ましくは、焼戻工程における加熱は誘導加熱により行われる。これにより、雰囲気炉などを使用する場合と比較して、昇温時間が短くなり、熱処理の効率が向上する。
【００２５】
上記熱処理方法において好ましくは、材質判定工程における材質の判定は、被処理物を破壊することなく材質を判定する非破壊判定である。具体的には、材質の判定は被処理物に塑性変形を与えることなく材質を判定するものであることが好ましい。
【００２６】
これにより、上述したように、製品の機能や美観を損なうことなく、被処理物の熱処理コストを抑制しつつ、被処理物１個１個の品質が保証される熱処理方法を提供することができる。
【００２７】
上記熱処理方法において好ましくは、焼戻工程よりも後の時点、および焼入硬化工程よりも後であって焼戻工程よりも前の時点、のうち少なくともいずれか一方において実施される外観検査工程をさらに含んでいる。外観検査工程における外観の検査は、自動的に外観を検査する自動外観検査手段を用いて実施される。
【００２８】
これにより、焼入および焼戻が実施される熱処理方法において、それぞれの工程のうち少なくとも一方の後における硬度、ミクロ組織などの内質的な品質だけでなく、被処理物表面の傷などの外観上に現れる品質に関しても、被処理物１個１個について保証される熱処理方法を提供することができる。
【００２９】
上記熱処理方法において好ましくは、材質判定工程において判定される材質は、被処理物の硬度と対応する材質である。これにより、被処理物の品質のうち、焼入硬化処理および焼戻処理に関して最も重要な品質である硬度を被処理物１個１個について保証可能な熱処理方法を提供することができる。なお、判定される材質は、合否判定の閾値付近で硬度との相関性が高く、分解能が高いことが望ましい。たとえば、被処理物を軸受用部材として用いる場合、合否判定の閾値である５５ＨＲＣ〜６５ＨＲＣ（ロックウェル硬さ）付近の領域において、２ＨＲＣ程度の差異が明瞭になることが望ましい。
【００３０】
本発明に従った軸受用薄肉部材の製造方法は、上記の熱処理方法を用いる熱処理工程を備えている。ここで、本発明において軸受用薄肉部材とは最も厚さが大きい部分の厚さが３ｍｍ以下である軸受用部材をいうものとする。
【００３１】
本発明の軸受用薄肉部材の製造方法によれば、上記熱処理方法の優れた特徴を有する熱処理工程を備えていることにより、熱処理工程における変形が小さく、かつ製造コストを抑えつつ製品１個１個について品質が保証された軸受用薄肉部材を製造することができる。
【００３２】
上記軸受用薄肉部材の製造方法において好ましくは、鋼板を打ち抜いて被処理物を成形する素材打ち抜き工程を、熱処理工程よりも前にさらに備えている。
【００３３】
これにより、厚さの小さい軸受用薄肉部材の製造方法においては、棒鋼から切削加工により被処理物を成形する場合に比べて製造の効率が高く、製造コストを低減することができる。
【００３４】
上記軸受用薄肉部材の製造方法において好ましくは、被処理物の表面に付着した付着物を除去するための洗浄工程と、洗浄工程で被処理物に付着した洗浄液を被処理物を乾燥させることにより除去するための乾燥工程とをさらに備えている。洗浄工程と乾燥工程とは、打ち抜き工程よりも後であって熱処理工程よりも前に実施される。
【００３５】
これにより、被処理物を成形する成形工程において被処理物の表面に付着した防錆油、潤滑油、加工屑などの付着物を洗浄工程において除去し、かつ洗浄工程において被処理物の表面に付着した洗浄液を除去した状態で熱処理工程を実施することができる。その結果、これらの付着物が被処理物の熱処理に悪影響を与えることが防止され、かつこれらの付着物による熱処理設備の汚染を防止することができる。
【００３６】
本発明に従った軸受用薄肉部材は、上記の軸受用薄肉部材の製造方法により製造されている。本発明の軸受用薄肉部材によれば、熱処理における変形が小さく、かつ製造コストを抑えつつ製品１個１個について品質が保証された軸受用薄肉部材を提供することができる。
【００３７】
上記軸受用薄肉部材は、スラスト軸受の軌道輪として用いることができる。スラスト軸受においては、軌道輪の外形精度は軸受の寿命に影響する重要な特性である。前述のように、本発明の軸受用薄肉部材は熱処理における変形が小さく、かつ製造コストを抑えつつ製品１個１個について品質が保証されているため、スラスト軸受の軌道輪として好適である。
【００３８】
本発明に従ったスラスト軸受は、上述の軸受用薄肉部材である軌道輪と、軌道輪の転走面上に配置されている転動体とを備えている。
【００３９】
本発明のスラスト軸受によれば、上述のように熱処理における変形が小さく、かつ製造コストを抑えつつ製品１個１個について品質が保証された軌道輪を備えていることにより、長寿命でかつ信頼性の高いスラスト軸受を低コストで提供することができる。なお、ここで転走面とは、軌道輪において転動体が転走する部分をいう。
【発明の効果】
【００４０】
以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理方法によれば、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な熱処理方法を提供することができる。また、本発明の軸受用薄肉部材の製造方法によれば、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形が抑制された軸受用薄肉部材を製造することができる。また、本発明の軸受用薄肉部材によれば、製造コストの上昇を抑えつつ厳格な品質保証を可能とし、かつ焼入の際に発生する変形が抑制された軸受用薄肉部材を提供することができる。また、本発明のスラスト軸受によれば、長寿命でかつ信頼性の高いスラスト軸受を低コストで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】
【００４１】
以下、本発明の一実施の形態における熱処理方法を用いる熱処理工程を備えた軸受用薄肉部材の製造方法およびそれにより製造された軌道輪を備えたスラスト軸受について説明する。
【００４２】
図１は、本実施の形態における軸受用薄肉部材の製造方法の概略を示す図である。また、図２は本実施の形態における軸受用薄肉部材の製造方法に用いる製造設備の概略を示す図である。また、図３は図２の製造設備のうち焼入用誘導加熱手段としての焼入用高周波加熱装置を示す概略断面図である。また、図４は図２の製造設備のうち金型拘束冷却手段としての金型拘束冷却装置を示す概略断面図である。また、図５は本実施の形態における軸受用薄肉部材としての軌道輪を備えたスラスト軸受を示す概略断面図である。
【００４３】
図１〜図５を参照して、本実施の形態の熱処理方法を用いる熱処理工程を備えた軸受用薄肉部材の製造方法およびそれにより製造された軌道輪を備えたスラスト軸受について説明する。
【００４４】
図１に示すように、まず、鋼板を打ち抜いて被処理物である軸受用薄肉部材としての軌道輪を成形する素材打ち抜き工程が実施される。具体的には、図２に示すように、鋼板１５が図示しない移動手段により上部打ち抜き用金型４２および下部打ち抜き用金型４１を備える打ち抜き装置４による打ち抜き加工が可能な位置に移動される。そして、上部打ち抜き用金型４２と下部打ち抜き用金型４１との間に鋼板１５を挟んで打ち抜くことにより軌道輪１１が成形される。
【００４５】
次に、図１に示すように、軌道輪１１の表面に付着した付着物を除去するための洗浄工程が実施される。具体的には、図２に示すように、成形された軌道輪１１が図示しない移動手段によりシャワー部８２と洗浄液溜め８１とを備えた洗浄手段としてのシャワー式洗浄装置８による洗浄が可能な位置に移動される。そして、シャワー部８２の洗浄液溜め８１と対向する面に配置された洗浄液噴出口８２Ａから洗浄液が軌道輪１１に向けて噴出されることにより、軌道輪１１は洗浄される。
【００４６】
次に、図１に示すように、洗浄工程で軌道輪１１に付着した洗浄液を軌道輪１１を乾燥させることにより除去するための乾燥工程が実施される。具体的には、図２に示すように、洗浄された軌道輪１１が図示しない移動手段により熱風噴出部９１を備えた乾燥手段としての熱風式乾燥装置９による乾燥が可能な位置に移動される。そして、熱風噴出部９１に形成された噴出口９１Ａからから熱風が軌道輪１１に向けて噴出されることにより、軌道輪１１は乾燥される。
【００４７】
次に、図１に示すように、軌道輪１１をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された軌道輪１１をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程が実施される。具体的には、図２に示すように、乾燥された軌道輪１１が図示しない移動手段により焼入用誘導コイル２２と焼入用回転テーブル２１とを備えた焼入用誘導加熱手段としての焼入用高周波加熱装置２による加熱が可能な位置に移動される。そして焼入用誘導コイル２２に高周波電流が通電されることにより、軌道輪１１はＡｃ１点以上の温度に加熱される。さらに、Ａｃ１点以上の温度に加熱された軌道輪１１が移動手段としての移動装置１０のアーム部１０１により保持され、アーム部１０１がアーム部旋回方向１０２の向きに旋回することにより上部拘束金型３２と下部拘束金型３１とを備えた金型拘束冷却手段としての金型拘束冷却装置３による冷却が可能な位置に移動される。そして、上部拘束金型３２の上部拘束金型拘束部３２Ａと下部拘束金型３１の下部拘束金型拘束部３１Ａとの間に軌道輪１１が挟まれて拘束されながら、軌道輪１１から熱を除去するための冷却部材として上部拘束金型３２および下部拘束金型３１が用いられることにより、軌道輪１１はＡｃ１点以上の温度からＭｓ点以下の温度に冷却される。これにより、軌道輪１１は焼入硬化される。
【００４８】
次に、図１に示すように、焼入硬化された軌道輪１１に対して、軌道輪１１の材質を判定する材質判定工程が実施される。具体的には、図２に示すように、焼入硬化された軌道輪１１が図示しない移動手段により硬度測定用保持台５１と超音波硬度測定部５２と超音波硬度測定部５２に接続された測定制御解析装置５３とを備えた自動材質判定手段としての超音波硬度計５による硬度測定が可能な位置に移動される。そして、超音波硬度測定部５２から軌道輪１１に向けて自動的に超音波が放出され、反射した超音波が超音波硬度測定部５２で測定される。そして、測定された超音波が測定制御解析装置５３において解析されることにより軌道輪１１の表面の硬度、特に転走面の硬度が自動的に測定される。この材質判定工程は、超音波を用いて硬度を測定するものであるため、軌道輪１１に塑性変形を与えない。すなわち、この材質判定工程は、軌道輪１１を破壊することなく材質を判定する非破壊判定として実施される。
【００４９】
次に、図１に示すように、材質が判定された軌道輪１１に対して、軌道輪１１の外観を検査する外観検査工程が実施される。具体的には、図２に示すように、材質が判定された軌道輪１１が図示しない移動手段により外観検査用保持台６１と、カメラ６２と、モニター６４と、カメラ６２およびモニター６４に接続された画像処理制御部６３とを備えた自動外観検査手段としての画像処理装置６による外観検査が可能な位置に移動される。そして、軌道輪１１の画像が自動的にカメラ６２により取得され、取得された画像が画像処理制御部６３に取り込まれて解析されることにより、軌道輪１１の外観が自動的に検査される。
【００５０】
次に、図１に示すように、外観が検査された軌道輪１１に対して、軌道輪１１をＡｃ１点以下の温度に加熱する焼戻工程が実施される。具体的には、図２に示すように、外観が検査された軌道輪１１が図示しない移動手段により焼戻用誘導コイル７２と焼戻用回転テーブル７１とを備えた焼戻用誘導加熱手段としての焼戻用高周波加熱装置７による加熱が可能な位置に移動される。そして、焼戻用誘導コイル７２に高周波電流が通電されることにより、軌道輪１１はＡｃ１点以下の温度に加熱され、その後冷却されることにより、焼戻される。
【００５１】
次に、図１に示すように、焼戻された軌道輪１１に対して、材質判定工程および外観検査工程が実施される。この材質判定工程および外観検査工程は焼入硬化工程の後に実施される工程と同様の工程である。具体的には、図２に示すように、焼戻された軌道輪１１が図示しない移動手段により、超音波硬度計５による硬度測定および画像処理装置６によるが可能な位置に移動されて硬度測定および外観検査が実施される。
【００５２】
以上の工程により、鋼板を素材として焼入および焼戻された軌道輪１１が製造される。そして、材質判定および外観検査により所定の規格を満たさない軌道輪は排除される。これにより、すべての軌道輪１１の硬度および外観に関する品質が保証される。
【００５３】
さらに、上述の軌道輪１１と軌道輪１１の転走面上に配置される転動体とを組み合わせることにより、本実施の形態のスラスト軸受である薄肉スラストころ軸受を製造することができる。
【００５４】
図５を参照して本実施の形態の薄肉スラストころ軸受の構成を説明する。図５に示すように、薄肉スラストころ軸受１は、たとえば一対の軌道輪１１、１１と、複数の転動体１２と、環状の保持器１３とを備えている。転動体１２は一対の軌道輪１１、１１の間において、軌道輪１１、１１の転走面１１Ａ、１１Ａに接触して配置されている。さらに、転動体１２は保持器１３により周方向に所定のピッチで配置され、かつ転動自在に保持されている。これにより、軌道輪１１、１１の各々は互いに相対的に回転することができる。
【００５５】
次に上述の製造工程のうち、焼入硬化工程について図３および図４を参照して詳細に説明する。図３に示した焼入用高周波加熱装置２はたとえば断熱性および絶縁性を有する素材（たとえばセラミックなど）で作製された焼入用回転テーブル２１と、焼入用誘導コイル２２を備えている。また、焼入用回転テーブル２１は軌道輪１１をセットするための突出部２１Ａを有している。図４に示した金型拘束冷却装置３は下部拘束金型３１と上部拘束金型３２を備えており、上部拘束金型の上方からプレス用錘、油圧シリンダなどにより、下向きの荷重を負荷することができる構成となっている。
【００５６】
次に、焼入硬化の手順を説明する。図３に示すように、成形された軌道輪１１は焼入用回転テーブル２１の突出部２１Ａの上方に接触するようにセットされる。次に、焼入用誘導コイル２２には高周波電流が通電され、軌道輪１１は誘導加熱される。この際、均一な加熱を行なうため、軌道輪１１は焼入用回転テーブル２１により回転される。軌道輪１１は誘導加熱によりＡｃ１点以上の温度に加熱され、所定時間保持される。
【００５７】
その後、軌道輪１１は直ちに隣接する金型拘束冷却装置３の下部拘束金型３１と上部拘束金型３２との間に挟まれ、さらに上部拘束金型３２にはプレス用錘が載せられる。これにより、軌道輪１１は下部拘束金型３１と上部拘束金型３２により拘束されながら、冷却部材としての下部拘束金型３１および上部拘束金型３２により熱を除去されることによりＭｓ点以下の温度まで急冷される。
【００５８】
ここで、軌道輪１１の厚さは３ｍｍ以下であり、熱容量が小さいため、油および水などの冷却媒体を使用することなく、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２に接触させることにより十分に急冷することが可能である。
【００５９】
また、たとえばＳＡＥ１０７０を素材とする内径６０ｍｍ、外径８０ｍｍ、厚さ１ｍｍの軌道輪１１を焼入硬化する場合の処理条件としては、加熱温度は９００℃〜１０５０℃、加熱時間は０．５秒〜５秒、拘束（プレス）圧力は１１．７ｋＰａ以上、拘束時間は２秒以上とすることが好ましい。また、上部拘束金型３２の上部拘束金型拘束部３２Ａおよび下部拘束金型３１の下部拘束金型拘束部３１Ａの材料は、上部拘束金型拘束部３２Ａおよび下部拘束金型拘束部３１Ａの表面の損傷を防止する観点から、焼入硬化された軌道輪１１と同等以上の硬さを有するものであることが好ましく、たとえば焼入硬化された軸受鋼、炭素鋼、ステンレス鋼とすることが好ましい。また、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２の材料は熱伝導度および耐食性の高いものが好ましい。
【００６０】
さらに、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２の大きさについては、焼入硬化される軌道輪１１との熱容量差が大きいことが必要であり、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２のそれぞれの体積は軌道輪１１の体積の５０倍以上であることが好ましい。なお、金型内に水などの冷却媒体を流すといった冷却媒体流通手段を含む冷却手段を用いることで下部拘束金型３１および上部拘束金型３２と焼入硬化される軌道輪１１との必要な体積比を小さくすることが可能であり、これにより金型拘束冷却装置３をコンパクト化することができる。また、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２に空気などの気体を吹き付けて冷却するための冷却用気体の供給部材を含む冷却手段を用いることで、同様の効果を得ることができる。この場合、気体を吹き付けることで、下部拘束金型３１および上部拘束金型３２に付着したごみ等を除去することもできる。
【００６１】
また、下部拘束金型拘束部３１Ａおよび上部拘束金型拘束部３２Ａの精度は焼入硬化される軌道輪１１の精度に影響するため高いことが好ましい。すなわち反りおよびうねりが小さく、かつ表面粗さが小さい（研磨仕上げレベル）ことが好ましい。
【００６２】
また、焼入硬化処理における加熱工程および冷却工程は空気雰囲気中で行なうことができるが、好ましくは酸化を抑制する雰囲気中、たとえば窒素などの反応性に乏しい気体雰囲気中で行なう。
【００６３】
通常、上記条件の下で軌道輪１１を製造した場合、焼戻温度が１５０℃以下であれば、表層硬度７３０ＨＶ、軌道輪の反りが３０μｍ以下の軌道輪を製造することができる。さらに、本実施の形態においては、すべての軌道輪１１について焼入後および焼戻後に硬度の測定および外観検査を行なっている。そのため、軌道輪の品質が安定し、品質が厳格に保証された極めて信頼性の高い軌道輪１１およびこれを備えたスラスト軸受１を製造することができる。また、すべての軌道輪１１について硬度の測定結果および外観検査結果のデータが得られるため、これらを統計処理することで不具合を有する軌道輪１１が発見された場合の原因究明が容易となり、軌道輪１１の製造工程そのものの信頼性を向上させることも可能となる。
【００６４】
また、従来の工程では軌道輪１１を成形した後、焼入硬化するまで仕掛品として保管容器等に保管される。焼入硬化されていない軌道輪１１は硬度が低いため、搬送や取扱などの際に軌道輪１１同士が接触して深い傷が発生するおそれがある。特に、薄肉の軌道輪１１の場合、その後に行なわれる研磨により削られる厚さが小さい場合が多いため、その後の工程が正常に実施された場合でも傷が残存し、不具合品となるおそれがある。本実施の形態では、軌道輪１１の成形から焼戻後の検査までを仕掛品を発生させること無く実施できるため、このような傷の発生のおそれが無い。そのため、製品の信頼性が高いだけでなく、不具合品として排除される軌道輪１１の数を抑制することも可能となり、製造コスト削減にも寄与する。また、鋼板は表側と裏側とで表面の状態に差異があるため、軌道輪１１の製造の際に表側または裏側のいずれか一方に軌道輪１１の向きを揃えておくことが、製品の品質安定の観点から望ましい。従来の工程のように、成形された軌道輪１１が仕掛品として保管容器等に保管される場合、軌道輪１１の向きを管理することは極めて困難である。一方、途中の工程で仕掛品を発生させない本実施の形態においては、少なくとも焼戻後の検査終了時までは、比較的容易に軌道輪１１の向きを管理することができる。そのため、軌道輪１１の品質を安定させることが可能となる。
【００６５】
なお、本実施の形態においては、被処理物である軌道輪１１が移動手段により焼入用高周波加熱装置２、金型拘束冷却装置３などの各装置から次の装置へと移動する場合について説明したが、本発明の熱処理方法および軸受用薄肉部材の製造方法はこれに限られず、たとえば製造設備に含まれる各装置のうち一部または全部が移動可能に構成されており、被処理物のところに各装置が移動することにより、加熱、冷却などの処理が行なわれる態様であってもよい。
【００６６】
また、本実施の形態においては、焼入用高周波加熱装置２と焼戻用高周波加熱装置７が別個に設けられる場合について説明したが、焼入用高周波加熱装置２が焼戻用高周波加熱装置７を兼ねるように製造設備が構成されてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態においては、超音波硬度計５および画像処理装置６は焼入後であって焼戻前の硬度測定および外観検査を行なうためのものと、焼戻後の硬度測定および外観検査を行なうためのものとが別個に設けられる場合について説明したが、焼入後であって焼戻前の硬度測定および外観検査を行なうためのものが焼戻後の硬度測定および外観検査を行なうためのものを兼ねるように製造設備が構成されてもよい。
【００６８】
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】
【００６９】
本発明の熱処理方法および軸受用薄肉部材の製造方法は、被処理物をＡｃ１点以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程でＡｃ１点以上の温度に加熱された被処理物をＭｓ点以下の温度に冷却する冷却工程とを有する焼入硬化工程と、焼入硬化工程よりも後に実施され、かつ被処理物の材質を判定する材質判定工程とを含む熱処理方法およびこの熱処理方法を用いる熱処理工程を備えた軸受用薄肉部材の製造方法に特に有利に適用され得る。また、本発明の軸受用薄肉部材およびスラスト軸受は上記製造方法により製造される軸受用薄肉部材およびこの軸受用薄肉部材を軌道輪として備えたスラスト軸受に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】軸受用薄肉部材の製造方法の概略を示す図である。
【図２】軸受用薄肉部材の製造方法に用いる製造設備の概略を示す図である。
【図３】図２の製造設備のうち焼入用誘導加熱手段としての焼入用高周波加熱装置を示す概略断面図である。
【図４】図２の製造設備のうち金型拘束冷却手段としての金型拘束冷却装置を示す概略断面図である。
【図５】軸受用薄肉部材としての軌道輪を備えたスラスト軸受を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  薄肉スラストころ軸受、２  焼入用高周波加熱装置、３  金型拘束冷却装置、４  打ち抜き装置、５  超音波硬度計、６  画像処理装置、７  焼戻用高周波加熱装置、８  シャワー式洗浄装置、９  熱風式乾燥装置、１０  移動装置、１１  軌道輪、１１Ａ  転走面、１２  転動体、１３  保持器、１５  鋼板、２１  焼入用回転テーブル、２１Ａ  突出部、２２  焼入用誘導コイル、３１  下部拘束金型、３１Ａ  下部拘束金型拘束部、３２  上部拘束金型、３２Ａ  上部拘束金型拘束部、４１  下部打ち抜き用金型、４２  上部打ち抜き用金型、５１  硬度測定用保持台、５２  超音波硬度測定部、５３  測定制御解析装置、６１  外観検査用保持台、６２  カメラ、６３  画像処理制御部、６４  モニター、７１  焼戻用回転テーブル、７２  焼戻用誘導コイル、８１  洗浄液溜め、８２  シャワー部、８２Ａ  洗浄液噴出口、９１  熱風噴出部、９１Ａ  噴出口、１０１  アーム部、１０２  アーム部旋回方向。
【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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