(57)【要約】【課題】  製造コストの上昇を抑えつつ、かつ焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な鋼製部材の製造設備を提供する。【解決手段】  鋼板を打ち抜くことにより、軌道輪１１を成形する打ち抜き装置４と、成形された軌道輪１１をＡｃ１点以上の温度に加熱した後Ｍｓ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化する焼入用高周波加熱装置２および金型拘束冷却装置３と、焼入硬化された軌道輪１１をＡｃ１点以下の温度に加熱することにより焼戻す焼戻用高周波加熱装置７とを備えている。焼入用高周波加熱装置２は軌道輪１１を誘導加熱によりＡｃ１点以上の温度に加熱することができる。金型拘束冷却装置３はＡｃ１点以上の温度に加熱された軌道輪１１を、金型を用いて拘束しながら、軌道輪１１から熱を除去するための冷却部材として当該金型を利用することにより、軌道輪１１をＭｓ点以下の温度に冷却することができる。【選択図】        図２
2006291249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を打ち抜くことにより、鋼製部材を成形する打ち抜き手段と、
前記打ち抜き手段を用いて成形された前記鋼製部材をＡｃ１点以上の温度に加熱した後Ｍｓ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化する焼入硬化手段と、
前記焼入硬化手段を用いて焼入硬化された前記鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱することにより焼戻を行なう焼戻手段とを備えた鋼製部材の製造設備であって、
前記焼入硬化手段は、
前記打ち抜き手段を用いて成形された前記鋼製部材を誘導加熱によりＡｃ１点以上の温度に加熱する焼入用誘導加熱手段と、
前記焼入用誘導加熱手段を用いてＡｃ１点以上の温度に加熱された前記鋼製部材を、金型を用いて拘束しながら、前記金型を前記鋼製部材から熱を除去するための冷却部材として利用することにより、前記鋼製部材をＭｓ点以下の温度に冷却する金型拘束冷却手段とを含んでおり、
前記焼戻手段は、前記焼入硬化手段を用いて焼入硬化された前記鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱する焼戻用加熱手段を含んでいる、鋼製部材の製造設備。
【請求項２】
前記焼戻手段による焼戻が実施された後の時点、および前記焼入硬化手段による焼入硬化が実施された後であって前記焼戻が実施される前の時点、のうち少なくともいずれか一方において、前記鋼製部材の材質を自動的に検査するための自動材質検査手段をさらに備えている、請求項１に記載の鋼製部材の製造設備。
【請求項３】
前記焼戻手段による焼戻が実施された後の時点、および前記焼入硬化手段による焼入硬化が実施された後であって前記焼戻が実施される前の時点、のうち少なくともいずれか一方において、前記鋼製部材の外観を自動的に検査するための自動外観検査手段をさらに備えている、請求項１または２に記載の鋼製部材の製造設備。
【請求項４】
前記打ち抜き手段により成形された前記鋼製部材を、前記焼入用誘導加熱手段による前記加熱が実施される前に、前記被処理物の表面に付着した付着物を除去するために洗浄する洗浄手段と、
前記洗浄手段における洗浄により前記鋼製部材に付着した洗浄液を前記焼入用誘導加熱手段による加熱が実施される前に前記鋼製部材を乾燥させることにより除去するための乾燥手段とをさらに備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼製部材の製造設備。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼製部材の製造設備を用いて製造された、軸受用薄肉部材。
【請求項６】
請求項５に記載の前記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】
本発明は鋼製部材の製造設備、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、鋼板を打ち抜くことにより、鋼製部材を成形する打ち抜き手段と、打ち抜き手段を用いて成形された鋼製部材をＡｃ１点以上の温度に加熱した後Ｍｓ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化する焼入硬化手段と、焼入硬化手段を用いて焼入硬化された鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱することにより焼戻しを行なう焼戻手段とを備えた鋼製部材の製造設備、この鋼製部材の製造設備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、鋼製部材である軸受用薄肉軌道輪においては、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鋼製部材（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。
【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。高周波焼入は、雰囲気炉などを用いた焼入と比較して処理時間を極端に短くできるため、特に１ロットに含まれる鋼製部材の数量が少ない場合、生産効率向上に寄与できる。
【０００５】
近年、軸受用薄肉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、軸受に対する要求特性はますます高くなっている。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に、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鋼製部材の品質向上や低コスト化に寄与するものである。しかし、高周波焼入装置を含む従来の焼入装置においては、油や水などが焼入の冷却媒体として使用される場合が多い。そのため、加工、検査などの他の装置は、油や水などの影響を回避するために焼入装置とは離れた場所に設置される場合が多い。その結果、焼入装置と他の装置との間において鋼製部材を運搬する必要が生じ、生産効率が低下して製造コストが上昇する。さらに、鋼製部材が運搬される際、特に焼入硬化前の鋼製部材は硬度が低いため、深い傷が発生しやすく、不具合品発生の原因となり得る。
【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輪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。
【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、焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な鋼製部材の製造設備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、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、長寿命でかつ低コストなスラスト軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に従った鋼製部材の製造設備は、鋼板を打ち抜くことにより、鋼製部材を成形する打ち抜き手段と、打ち抜き手段を用いて成形された鋼製部材をＡｃ１点以上の温度に加熱した後Ｍｓ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化する焼入硬化手段と、焼入硬化手段を用いて焼入硬化された鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱することにより焼戻しを行なう焼戻手段とを備えた鋼製部材の製造設備である。焼入硬化手段は、打ち抜き手段を用いて成形された鋼製部材を誘導加熱によりＡｃ１点以上の温度に加熱する焼入用誘導加熱手段と、焼入用誘導加熱手段を用いてＡｃ１点以上の温度に加熱された鋼製部材を、金型を用いて拘束しながら、金型を鋼製部材から熱を除去するための冷却部材として利用することにより、鋼製部材をＭｓ点以下の温度に冷却する金型拘束冷却手段とを含んでいる。焼戻手段は、焼入硬化手段を用いて焼入硬化された鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱する焼戻用加熱手段を含んでいる。
【００１３】
本発明の鋼製部材の製造設備によれば、鋼製部材は金型を用いて拘束されながら冷却が実施されるため、焼入の際に発生する鋼製部材の変形を抑制することができる。さらに、鋼製部材の冷却は、鋼製部材から熱を除去するための冷却部材として当該金型を用いることにより、鋼製部材を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、油や水などを冷却媒体として使用する必要が無いため、作業環境を清浄に保つことができる。その結果、焼入硬化手段を鋼製部材の製造設備を構成する他の装置に近い場所に設置することが容易となり、生産効率の向上に寄与し得る。
【００１４】
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。
【００１５】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、鋼製部材の製造設備の内部において鋼製部材を移動させる鋼製部材移動手段をさらに備えている。
【００１６】
これにより、鋼製部材の製造設備を構成する焼入硬化手段、焼戻手段などの各要素が連結されて、鋼製部材の生産効率を向上させることができる。
【００１７】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、焼戻用加熱手段は、誘導加熱により鋼製部材を加熱する機能を有している。
【００１８】
これにより、誘導加熱による鋼製部材の急速な加熱を利用した焼戻が可能となる。その結果、焼戻のための昇温時間を短縮することが可能となり、鋼製部材の生産効率をさらに向上させることができる。
【００１９】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、焼戻手段による焼戻が実施された後の時点、および焼入硬化手段による焼入硬化が実施された後であって焼戻手段による焼戻が実施される前の時点、のうち少なくともいずれか一方において、鋼製部材の材質を自動的に検査するための自動材質検査手段をさらに備えている。
【００２０】
上述のように、本発明の鋼製部材の製造設備においては、油や水などの冷却媒体を使用せずに焼入の冷却工程を実施することができる。そのため、油や水などを鋼製部材に冷却媒体として接触させる必要がないため、自動材質検査手段をさらに備えることで、鋼製部材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、本発明の鋼製部材の製造設備は焼入用誘導加熱手段を有していることから、処理の効率を大きく損なうことなく、鋼製部材を１個１個熱処理することが可能である。そのため、熱処理された鋼製部材について順次材質判定を自動的に行なうことで、スムーズにすべての鋼製部材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、本発明の鋼製部材の製造設備を用いて鋼製部材を製造することで、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、鋼製部材の製造コストを抑えつつ、鋼製部材１個１個の品質を保証することができる。
【００２１】
なお、自動材質判定手段は焼入硬化処理による鋼製部材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台の自動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。
【００２２】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、焼戻手段による焼戻が実施された後の時点、および焼入硬化手段による焼入硬化が実施された後であって焼戻手段による焼戻が実施される前の時点、のうち少なくともいずれか一方において、鋼製部材の外観を自動的に検査するための自動外観検査手段をさらに備えている。
【００２３】
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、鋼製部材表面の傷などの外観上に現れる品質に関しても、自動的に検査することができる。
【００２４】
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鋼製部材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。
【００２５】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、自動材質検査手段における材質の検査は、鋼製部材を破壊することなく材質を検査する非破壊検査を行なう機能を有している。
【００２６】
製造工程中に鋼製部材を切断等して破壊する工程があれば、鋼製部材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、鋼製部材の用途を考慮して鋼製部材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、鋼製部材の製造において、製品の機能や美観を損なうことなく、材質を検査することができる。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。
【００２７】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、自動材質検査手段において検査される材質は、鋼製部材の硬度と対応する材質を含んでいる。これにより、鋼製部材の品質のうち、最も重要な品質の１つである硬度が保証された鋼製部材を製造することができる。
【００２８】
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、鋼製部材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。
【００２９】
上記鋼製部材の製造設備において好ましくは、打ち抜き手段により成形された鋼製部材を、焼入用誘導加熱手段による加熱が実施される前に、鋼製部材の表面に付着した付着物を除去するために洗浄する洗浄手段と、洗浄手段における洗浄により鋼製部材に付着した洗浄液を焼入用誘導加熱手段による加熱が実施される前に鋼製部材を乾燥させることにより除去するための乾燥手段とをさらに備えている。
【００３０】
これにより、鋼製部材を成形する打ち抜き手段を用いて打ち抜く際に鋼製部材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手段を用いて除去し、かつ洗浄手段を用いて鋼製部材の表面に付着した洗浄液を除去した状態で鋼製部材の製造を行なうことができる。その結果、これらの付着物が鋼製部材の製造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鋼製部材の製造設備の汚染を防止することができる。
【００３１】
本発明に従った軸受用薄肉部材は、上記の鋼製部材の製造設備を用いて製造されている。本発明の軸受用薄肉部材によれば、製造コストを抑えつつ焼入の際の変形が小さい軸受用薄肉部材を提供することができる。なお、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。
【００３２】
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焼入の際の変形が小さく、かつ製造コストが抑えられているため、スラスト軸受の軌道輪として好適である。
【００３３】
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。
【００３４】
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、かつ製造コストが抑えられた軌道輪を備えていることにより、長寿命でかつ低コストな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】
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明の鋼製部材の製造設備によれば、製造コストの上昇を抑えつつ、焼入の際に発生する変形を抑制することが可能な鋼製部材の製造設備を提供することができる。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、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、長寿命でかつ低コストなスラスト軸受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】
【００３６】
以下、本発明の一実施の形態における鋼製部材の製造設備を用いた鋼製部材としての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。
【００３７】
図１は、本実施の形態における鋼製部材の製造設備を用いた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鋼製部材の製造設備の概略を示す図である。また、図３は図２の鋼製部材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の鋼製部材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。
【００３８】
図１〜図５を参照して、本実施の形態の鋼製部材の製造設備、これを用いた軸受用薄肉部材としての軌道輪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。
【００３９】
図１に示すように、まず、鋼板を打ち抜いて鋼製部材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を備える打ち抜き手段としての打ち抜き装置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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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が鋼製部材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。
【００４３】
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、この自動材質判定手段としての超音波硬度計５は、軌道輪１１を破壊することなく材質を判定する非破壊検査を行なう機能を有している。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、複数の転動体としてのころ１２と、環状の保持器１３とを備えている。ころ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、ころ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。
【００５０】
次に上述の鋼製部材の製造設備のうち、焼入用誘導加熱手段としての焼入用高周波加熱装置および金型拘束冷却手段としての金型拘束冷却装置について図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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、油や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。
【００５４】
また、たとえばＳＡＥ１０７０を素材とする内径６０ｍｍ、外径８５ｍｍ、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、鋼製部材である軌道輪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、本発明の鋼製部材の製造設備はこれに限られず、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、被処理物である鋼製部材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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
今回開示された実施の形態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】
【００６４】
本発明の鋼製部材の製造設備は鋼板を打ち抜くことにより、鋼製部材を成形する打ち抜き手段と、打ち抜き手段を用いて成形された鋼製部材をＡｃ１点以上の温度に加熱した後Ｍｓ点以下の温度に冷却することにより焼入硬化する焼入硬化手段と、焼入硬化手段を用いて焼入硬化された鋼製部材をＡｃ１点以下の温度に加熱することにより焼戻しを行なう焼戻手段とを備えた鋼製部材の製造設備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設備を用いて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】
【００６５】
【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】鋼製部材の製造設備の概略を示す図である。
【図３】図２の鋼製部材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の鋼製部材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】
【００６６】
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  ころ、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】
2006291249.tif 000003
【図２】
2006291249.tif 000004
【図３】
2006291249.tif 000005
【図４】
2006291249.tif 000006
【図５】
2006291249.tif 000007