(57)【要約】【課題】本発明は、フープ応力に起因した割れ等を抑制することができる軸受部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る軸受部品は、内径面と、外径面とを有する鋼製のリング状部材を備える。リング状部材は、内径面側及び外径面側のいずれか一方のみに焼入硬化層を有している。本発明の一態様に係る軸受部品によると、フープ応力に起因した割れ等を抑制することができる。【選択図】図１
2018109427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面と、外径面と、前記内径面と前記外径面との間の距離である肉厚とを有する鋼製のリング状部材を準備する準備工程と、
前記内径面及び前記外径面のいずれか一方を熱処理温度まで局所的に加熱し、その後冷却する熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記熱処理温度を室温から前記熱処理温度に至るまでの時間で除した平均昇温速度をＳ（単位：℃／秒）、前記肉厚をＷ（単位：ｍｍ）とした場合に、Ｓ≧９３０／（０．３４７７Ｗ２−１．５９４Ｗ−０．８０４）である、軸受部品の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理温度は、９００℃以上１０００℃以下であり、
前記熱処理工程では、前記熱処理工程後の前記リング状部材の炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、前記熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、
６．６００×１０−４Ｘ２−１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０２＜Ｙ
１．１６０×１０−３Ｘ２−２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０２＜Ｙ
という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程では、
９００℃≦Ｘ≦９５０℃
８％≦Ｙ≦１２％
という関係を満足するように、前記熱処理の条件が決定されている、請求項２に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理工程では、前記リング状部材を誘導加熱により加熱する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項５】
前記リング状部材を構成する前記鋼は、高炭素クロム軸受鋼である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項６】
前記肉厚は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項７】
内径面と、外径面とを有する鋼製のリング状部材を備え、
前記内径面と前記外径面との間の距離である肉厚が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
前記リング状部材は、前記内径面側及び前記外径面側のいずれか一方のみに焼入硬化層を有している、軸受部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、軌道輪と、転動体とを有する。軌道輪は、内輪と外輪とから構成されている。内輪は、外輪の内径面側に配置されている。転動体は、内輪と外輪との間に配置されている。
【０００３】
なお、以上本発明についての従来技術を、出願人の知得した一般的な技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軌道輪（例えば内輪）には、フープ応力（内輪の周方向における引張応力）が発生することがある。軌道輪に過大なフープ応力が作用する場合、軌道輪に割れが生じる原因となる。過大なフープ応力に起因する割れを抑制するためには、軌道輪表面にあらかじめ圧縮の残留応力を付与しておくことが効果的である。
【０００５】
原理的には、軌道輪表面への圧縮の残留応力の付与は、表面焼入れ（表面のみに対する焼入れ）を行うことにより可能である。しかしながら、肉厚が薄い軌道輪を用いる場合、加熱される面のみならず、加熱される面の反対面についても焼入れが生じやすく、表面焼入れを実現することが困難である。そのため、一般的には、内輪表面への圧縮の残留応力の付与は行われていない。これは、従来は表面焼入れを行うための適切な条件が明らかとされていなかったためである。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、フープ応力に起因した割れ等を抑制することができる軸受部品及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る軸受部品は、内径面と、外径面とを有する鋼製のリング状部材を備える。リング状部材は、内径面側及び外径面側のいずれか一方のみに焼入硬化層を有している。
【０００８】
本発明の一態様に係る軸受部品の製造方法は、内径面と、外径面と、内径面と外径面との間の距離である肉厚とを有する鋼製のリング状部材を準備する準備工程と、内径面及び外径面のいずれか一方を熱処理温度まで局所的に加熱し、その後冷却する熱処理を行う熱処理工程とを備え、加熱の際の平均昇温速度をＳ（単位：℃／秒）、肉厚をＷ（単位：ｍｍ）とした場合に、Ｓ≧９３０／（０．３４７７Ｗ２−１．５９４Ｗ−０．８０４）を満たす。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る軸受部品及びその製造方法によると、フープ応力に起因した割れ等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る軸受部品の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】熱処理工程後における炭化物面積率と熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理工程でのヒートパターンの一例を示すグラフである。
【図７】第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理工程でのヒートパターンの他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、実施形態について図を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１２】
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態に係る軸受部品の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る軸受部品の平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示すように、第１の実施形態に係る軸受部品は、例えば転がり軸受の内輪である。但し、第１の実施形態に係る軸受部品はこれに限られない。第１の実施形態に係る軸受部品は、転がり軸受の外輪であってもよい。
【００１３】
第１の実施形態に係る軸受部品は、リング状部材１を有している。リング状部材１は、鋼により構成されている。リング状部材１を構成する鋼は、例えば高炭素クロム軸受鋼である。高炭素クロム軸受鋼とは、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定される鋼種である。
【００１４】
リング状部材１は、外径面１１と、内径面１２と、上面１３と、底面１４とを有している。外径面１１は、リング状部材１の外径側の面である。内径面１２は、リング状部材１の内径側の面である。上面１３は、リング状部材１の軸方向に垂直な一方の面である。底面１４は、上面１３の反対面である。
【００１５】
リング状部材１は、外径Ｄと、内径ｄとを有している。なお、外径Ｄは、外径面１１と内径面１２との距離が最も近くなっている位置において測定される。リング状部材１は、肉厚Ｗと、幅Ｔとを有している。肉厚Ｗは、外径面１１と内径面１２との距離の最小値である。別の観点からいえば、肉厚Ｗは、外径Ｄと内径ｄとの差を２で除した値を有している。幅Ｔは、上面１３と底面１４との距離である。
【００１６】
肉厚Ｗは、５ｍｍ以上であることが好ましい。他方で、肉厚Ｗは、１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
リング状部材１は、焼入硬化層１５を有している。焼入硬化層１５は、リング状部材１の外径面１１又は内径面１２のいずれか一方にのみ形成されており、他方には形成されていない。第１の実施形態に係る軸受部品が転がり軸受の内輪である場合、焼入硬化層１５は、リング状部材１の外径面１１側にのみに形成されており、内径面１２側には形成されていない。
【００１８】
焼入硬化層１５は、リング状部材１を構成する鋼がマルテンサイト化されている層である。焼入硬化層１５が形成されているか否かは、組織観察により判断することができる。焼入硬化層１５における炭化物面積率は、８％以上１２％以下であることが好ましい。なお、炭化物面積率は、顕微鏡により撮影した画像に対して画像処理をすることによって測定される。
【００１９】
以下に、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３に示すように、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、材料準備工程Ｓ１０と、熱処理工程Ｓ２０とを有している。第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、後処理工程Ｓ３０をさらに有していてもよい。第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、組立工程Ｓ４０をさらに有していてもよい。
【００２０】
第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、まず材料準備工程Ｓ１０が行われる。材料準備工程Ｓ１０においては、鋼製の加工対象物が準備される。この加工対象物は、例えば軸受の外輪、内輪等の軸受部品となる鋼製の部材である。この加工対象物は、リング状部材１である。この加工対象物に用いられる鋼は、例えば高炭素クロム軸受鋼である。
【００２１】
次に、熱処理工程Ｓ２０が行われる。熱処理工程Ｓ２０は、加熱工程Ｓ２１と、冷却工程Ｓ２２とを有している。熱処理工程Ｓ２０においては、まず、加熱工程Ｓ２１が行われる。熱処理工程Ｓ２０においては、加熱工程Ｓ２１が行われた後に、冷却工程Ｓ２２が行われる。熱処理工程Ｓ２０は、焼戻工程Ｓ２３をさらに有していてもよい。焼戻工程Ｓ２３は、冷却工程Ｓ２２の後に行われる。
【００２２】
熱処理工程Ｓ２０においては、リング状部材１の加熱が行われる。リング状部材１の加熱は、局所的に行われる。リング状部材１の加熱は、外径面１１及び内径面１２のいずれか一方の側から行われる。例えば、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法にしたがって製造される軸受部品が転がり軸受の内輪である場合は、加熱は外径面１１の側から行われる。
【００２３】
リング状部材１の加熱が局所的に行われるとは、リング状部材１の表面近傍のみが加熱領域となっていることをいう。局所的な加熱には、従来周知の任意の方法を用いることができる。局所的な加熱には、例えば誘導加熱、レーザ照射、通電加熱等を用いることができる。局所的な加熱は、好ましくは誘導加熱により行われる。
【００２４】
加熱領域における温度を、熱処理温度という。熱処理温度は、リング状部材１において加熱されている部分の表面温度である。熱処理温度は、例えば放射温度計などを用いて測定することができる。熱処理温度は、Ａ１点以上の温度であればよい。熱処理温度は、Ａ３点以上の温度であってもよい。熱処理温度は、好ましくは、９００℃以上１０００℃以下である。
【００２５】
ここで、Ａ１点とは、鋼がオーステナイト化を開始する温度であり、Ａ３点とは、鋼のオーステナイト化が完全に行われる温度である。
【００２６】
加熱は、平均昇温速度Ｓで行われる。平均昇温速度Ｓは、室温から熱処理温度に達するまでに要する時間で熱処理温度を除した値である。平均昇温速度Ｓは、例えば被加熱対象の温度を測定する手段とＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller）を用いて制御することができる。平均昇温速度Ｓ（単位：℃）とリング状部材１の肉厚Ｗ（単位：ｍｍ）とは、Ｓ≧９３０／（０．３４７７Ｗ２−１．５９４Ｗ−０．８０４）との関係を充足している。この平均昇温速度Ｓとリング状部材１の肉厚Ｗとの関係は、電磁界熱伝導解析により導き出される。
【００２７】
熱処理工程Ｓ２０においては、熱処理温度に達した後、所定時間の保持が行われる（以下においては、均熱時間という。）。均熱時間は、リング状部材１の外径面１１側における炭化物面積率が８％以上１２％以下となるまでに要する時間であることが好ましい。具体的には、均熱時間は、２秒以上２００秒以下であることが好ましい。
【００２８】
冷却工程Ｓ２２においては、リング状部材１の冷却が行われる。リング状部材１の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。リング状部材１の冷却に用いられる冷媒は、例えば油又は水である。
【００２９】
冷却工程Ｓ２２においては、リング状部材１は、例えばＭＳ点以下の温度にまで冷却されてもよい。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である。これにより、リング状部材１の加熱領域側の面に焼入硬化層１５が形成される。
【００３０】
一方で平均昇温速度Ｓ（単位：℃）とリング状部材１の肉厚Ｗ（単位：ｍｍ）とが、Ｓ≧９３０／（０．３４７７Ｗ２−１．５９４Ｗ−０．８０４）との関係を充足している場合、加熱領域側の面の反対面においては、焼入硬化層１５が形成されない。
【００３１】
焼戻工程Ｓ２３においては、リング状部材１の焼戻しが行われる。焼戻しは、従来公知の方法により行われる。すなわち、焼戻しは、リング状部材１をＡ１点以下の所定の温度（以下においては、焼戻温度という。）まで加熱するとともに、焼戻温度で一定時間（以下においては、焼戻保持時間という。）保持することにより行われる。
【００３２】
続いて、後処理工程Ｓ３０が行われる。後処理工程Ｓ３０においては、リング状部材１に対する後処理が行われる。後処理工程Ｓ３０においては、例えば、リング状部材１の洗浄、リング状部材１に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。これにより、第１の実施形態に係る軸受部品が製造される。
【００３３】
さらに、組立工程Ｓ４０が行われる。組立工程Ｓ４０においては、第１の実施形態に係る軸受部品の組立が行われる。より具体的には、第１の実施形態に係る軸受部品を組み立てることにより、軸受が製造される。
【００３４】
以下に、平均昇温速度Ｓ及びリング状部材１の肉厚Ｗと表面焼入れの実現の可否との関係を評価した試験結果について説明する。
【００３５】
（１）試料
この試験で用いた試料は、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２からなるリング状部材１である。この試験に用いたリング状部材１においては、外径Ｄが７６ｍｍであり、内径ｄが６０ｍｍであり、幅Ｔが１５ｍｍであり、肉厚Ｗが８ｍｍである。
【００３６】
（２）熱処理条件
熱処理条件として、第１の熱処理条件及び第２の熱処理条件を用いた。第１の熱処理条件及び第２の熱処理条件において、加熱方法、熱処理温度及び均熱時間は共通とされた。
【００３７】
より具体的には、加熱は誘導加熱により行われた。この誘導加熱は、リング状部材１の外径面１１側から行われた。誘導加熱における電流周波数は８０Ｈｚであった。熱処理温度は、９５０℃とされた。リング状部材１の外径面１１側における炭化物面積率が約９％となるまで熱処理温度での保持が行われた。具体的には、均熱時間は９秒であった。
【００３８】
但し、第１の熱処理条件及び第２の熱処理条件においては、平均昇温速度Ｓに関しては異なる条件が適用された。具体的には、第１の熱処理条件においては、平均昇温速度Ｓが１６０℃／秒とされた。第２の熱処理条件においては、平均昇温速度Ｓが７０℃／秒とされた。
【００３９】
この試験においては、上記のとおりリング状部材１の肉厚Ｗが８ｍｍであるので、上記の平均昇温速度Ｓと肉厚Ｗの関係式にあてはめると、第１の熱処理条件はこの関係式を充足しており、第２の熱処理条件はこの関係式を充足していない。
【００４０】
（３）試験結果
試験結果として、リング状部材１の内径面１２側における焼入硬化層１５の有無を評価した。なお、焼入硬化層１５の有無は、組織観察により評価した。第１の熱処理条件を適用した場合、リング状部材１の内径面１２側に焼入硬化層１５が形成されていなかった。すなわち、表面焼入れが実現されていた。
【００４１】
他方、第２の熱処理条件を適用した場合、リング状部材１の内径面１２側に焼入硬化層１５が形成されていた。すなわち、表面焼入れが実現されていなかった。このような試験結果から、上記の平均昇温速度Ｓと肉厚Ｗの関係式が充足されている場合、リング状部材１の表面焼入れが実現され、そうでない場合にはリング状部材１の表面焼入れが実現されないことが実験的にも確認された。
【００４２】
以下に、第１の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法の効果について説明する。第１の実施形態に係る軸受部品においては、リング状部材１の外径面１１及び内径面１２のいずれか一方の側にのみ焼入硬化層１５が形成される。焼入硬化層１５が形成されることにより、その部分の体積は膨張しようとする。しかしながら、その膨張は焼入硬化層１５が形成されていない部分により拘束される。その結果、焼入硬化層１５には、圧縮の残留応力が作用する。そのため、第１の実施形態に係る軸受部品によると、焼入硬化層１５に作用する圧縮の残留応力により、フープ応力に起因した割れ等を抑制することができる。
【００４３】
第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法によると、リング状部材１の外径面１１及び内径面１２のいずれか一方の側にのみ焼入硬化層１５が形成される。そのため、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法によると、フープ応力に起因した割れ等を抑制した軸受部品を製造することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法について説明する。なお、以下においては、第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同様の説明は繰り返さない。
【００４５】
図４は、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法を示すフローチャートである。図４に示すように、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、材料準備工程Ｓ１０と、熱処理工程Ｓ２０とを有している。第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、後処理工程Ｓ３０をさらに有していてもよい。第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、組立工程Ｓ４０をさらに有していてもよい。これらの点において、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様である。
【００４６】
しかしながら、以下に説明するとおり、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法は、熱処理工程Ｓ２０の熱処理条件の詳細が、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法と異なっている。
【００４７】
熱処理工程Ｓ２０においては、熱処理工程Ｓ２０後の加工対象部品における炭化物面積率をＹ（単位：％）とし、熱処理温度をＸ（単位：℃）としたときに、以下の式１及び式２を満足するように、熱処理の条件が決定されている。
【００４８】
式１：６．６００×１０-4Ｘ2−１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ  
式２：１．１６０×１０-3Ｘ2−２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ  
図５は、熱処理工程Ｓ２０後における炭化物面積率と熱処理温度との関係を示すグラフである。図５において、横軸は熱処理温度（単位：℃）を示している。図５において、縦軸は炭化物面積率（単位：％）を示している。
【００４９】
図５のグラフ中、実線のグラフが式１（６．６００×１０-4Ｘ2−１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＝Ｙ）を示し、点線のグラフが式２（１．１６０×１０-3Ｘ2−２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＝Ｙ）を示している。上記関係は、図５において式１を示す実線及び式２を示す点線の上側の領域を示している。
【００５０】
具体的には、熱処理温度が９００℃以上９５０℃以下の領域では、実線のグラフ（式１のグラフ）より上側、また熱処理温度が９５０℃以上１０００℃以下の領域では、点線のグラフ（式２のグラフ）より上側の領域が、上記関係を満たす領域である。また、上記関係として、９００℃≦Ｘ≦９５０℃及び８％≦Ｙ≦１２％という炭化物面積率と熱処理温度との関係を採用してもよい。この関係は、図５において、網掛け部分として示されている。
【００５１】
加熱工程Ｓ２１においては、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様に、リング状部材１を局所的に加熱する手段であれば任意の方法を用いることができる。例えば、リング状部材１を局所的に加熱する手段として、誘導加熱を用いることができる。
【００５２】
加熱工程Ｓ２１においては、上記の関係を満足するように、熱処理温度、均熱時間（リング状部材１の温度が熱処理温度を含む一定の温度範囲に維持される時間）を決定する。平均昇温速度Ｓについては、第１の実施形態において説明した関係式を充足するように設定される。
【００５３】
リング状部材１を冷却する前に、上述のようにリング状部材１の温度を一定の温度範囲内に入るように維持する場合、熱処理温度は、当該一定の温度範囲内に入るように維持されている期間（例えば冷却開始前６０秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前３０秒から冷却開始までの期間）におけるリング状部材１の上記表面温度の平均値であってもよい。熱処理温度はリング状部材１を冷却する前において、リング状部材１の表面温度がある程度変化している（例えば徐々に当該表面温度が上昇している）場合、熱処理温度は、冷却開始前の一定の期間（例えば冷却開始前６０秒から冷却開始までの期間、または冷却開始前３０秒から冷却開始までの期間）において変化している表面温度のうち最も高くなった温度（最高加熱温度）であってもよい。
【００５４】
均熱時間は、例えばリング状部材１において加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になった後、当該熱処理温度を含む所定の温度範囲（例えば熱処理温度±３０℃の温度範囲）に維持されている時間（より好ましくは熱処理温度以上の所定の温度範囲に維持されている時間）である。実用的には、均熱時間として、リング状部材１の加熱されている部分の表面温度が上記熱処理温度以上になってからリング状部材１の冷却が開始されるまでの時間を用いることができる。
【００５５】
図６は、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法における加熱工程Ｓ２１でのヒートパターンの一例を示すグラフである。図７は、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法における加熱工程Ｓ２１でのヒートパターンの別の例を示すグラフである。図６及び図７においては、横軸が時間（単位：秒）を示しており、縦軸が熱処理温度（単位：℃）を示している。図６には、熱処理温度を９００℃として、均熱時間を約６０秒とした場合が示されている。図６には、均熱時間中の熱処理温度がほぼ設定値通りになっている場合が示されている。図７には、均熱時間を約３０秒とし、均熱時間中の熱処理温度がある程度変動した場合が示されている。
【００５６】
第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法における冷却工程Ｓ２２は、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法と同様である。すなわち、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、冷却工程Ｓ２２は、リング状部材１の冷却が行われる。リング状部材１の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。リング状部材１は、例えばＭＳ点以下の温度にまで冷却されてもよい。
【００５７】
誘導加熱は、加熱装置の立ち上げ、立ち下げを容易に行うことができる。そのため、誘導加熱は、小ロットでの軸受部品の製造に適している。したがって、第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、リング状部材１を局所的に加熱する手段として誘導加熱を用いた場合、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の品質の軸受部品を小ロットで容易に製造することができる。
【００５８】
第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼であってもよい。この場合、高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品について、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の熱処理後の品質を確保することができる。
【００５９】
第２の実施形態に係る軸受部品の製造方法において、熱処理工程Ｓ２０では、
９００℃≦Ｘ≦９５０℃
８％≦Ｙ≦１２％
という関係を満足するように、熱処理の条件が決定されていてもよい。この場合、熱処理後のリング状部材１の品質を、確実に雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上にすることができる。
【００６０】
＜熱処理条件の導出の基本的な考え方＞
本発明者の検討によれば、雰囲気炉熱処理に対する誘導加熱等の局所的な加熱を行う熱処理方法の相違点のうち、軸受特性に影響を及ぼすと考えられる相違点が２点存在する。１つ目の相違点は、誘導加熱が高温短時間加熱であるという点である。また、２つ目の相違点は、誘導加熱では炭素の溶け込み量を部品内で一定にすることが原理的に難しく、炭素の溶け込み量（炭素固溶量）が部品内でばらつきをもつ点である。
【００６１】
軸受部品中の炭素固溶量のばらつきは、軸受部品の経年寸法安定性、静的負荷容量、圧壊値に影響を及ぼすと予想される。そこで、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる炭素固溶量の上下限を調査すれば、軸受部品内部での許容炭素固溶濃度範囲とみなすことができる。
【００６２】
熱処理温度も、上記特性に影響を及ぼすと予想される。そのため、これらの特性の値が雰囲気炉熱処理品と同等以上となる熱処理温度の範囲を調査することで、熱処理温度の許容範囲を決定する。
【００６３】
そして、上述した炭素固溶量の範囲と加熱温度の範囲を用いることで、その範囲に軸受部品全体が含まれている場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質があると判断することができる。そこで、炭素固溶量と熱処理温度の軸受特性に与える影響を調査し、雰囲気炉熱処理品と同等の品質を得られる条件を以下のような試験により求めた。
【００６４】
なお、炭素固溶量を直接測定することは困難である。そのため、代替指標として熱処理後のリング状部材１（軸受部品）における炭化物面積率を用いた。炭化物面積率からおおよその炭素固溶量を算出することが可能である。
【００６５】
＜熱処理条件の導出に用いた試料について＞
（１）試料
試験に用いた試料の材料の化学成分を表に示す。
【００６６】
【表１】
2018109427.tif 000003
【００６７】
上述した化学成分の材料において、炭化物がすべてＦｅ３Ｃからなると仮定して、上記の炭素濃度から熱処理前の炭化物面積率を計算すると、１５．１％となる。
【００６８】
（２）熱処理方法
以下の試験に用いる試料においては、炭化物面積率の試験水準を４％、８％、１２％とした。また、加熱温度の試験水準を９００℃、９５０℃、１０００℃とした。なお、上記材料において炭化物面積率を４％、８％、１２％にするための各加熱温度における熱処理時間（均熱時間）は、以下の表２に示す通りである。
【００６９】
【表２】
2018109427.tif 000004
【００７０】
表２は、各加熱温度を採用した場合の、所定の炭化物面積率を得るために必要な熱処理時間（単位：秒）を示している。例えば、表２に示されるように、加熱温度が９００℃の場合に、炭化物面積率を４％とするために必要な熱処理時間は３１６秒である。
【００７１】
試験に用いる試料において、上述した炭化物面積率を実現するため、以下のような熱処理を行った。試験に用いる試料には、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２からなるリング状部材１を用いた。リング状部材１は、外径Ｄが６０．３ｍｍであり、内径ｄが５３．７ｍｍであり、幅Ｔが１５．３ｍｍであり、肉厚Ｗが３．３ｍｍである。
【００７２】
加熱工程Ｓ２１は、シングルターンコイルを用いた誘導加熱により行った。シングルターンコイルに接続された（シングルターンコイルへ電力を供給するための）電源の出力は、鋼リング表面（シングルターンコイルにより誘導加熱されている部分の表面）の実測温度をフィードバックして制御された。鋼リングの表面の温度は、室温から所定の温度（具体的には９００℃、９５０℃または１０００℃）まで昇温された。なお、熱処理開始時点から鋼リング表面の温度が上述した所定の温度まで上昇するまでに、約５秒を要した。
【００７３】
所定の温度まで鋼リング表面が昇温された後、当該所定の温度でリングを特定時間（熱処理時間）保持する（均熱処理する）ように、シングルターンコイルへの供給電力が制御された。
【００７４】
その後、冷却工程Ｓ２２を行い、鋼リングを冷却した。冷却方法としては、温度７０℃の油中に鋼リングを浸漬することで鋼リングを冷却した（焼入処理）。このような熱処理のヒートパターンは、例えば図６に示したヒートパターンを採用することができる。
【００７５】
冷却工程Ｓ２２の後、焼戻工程Ｓ２３を行った。焼戻の条件は、標準的な条件である焼戻温度１８０℃、焼戻保持時間２時間とした。
【００７６】
＜経年寸法安定性試験＞
軸受は使用中に残留オーステナイトの分解にともない寸法が変化する。寸法変化は軸受の精度を低下させるため、一定基準以下であることが求められる。
【００７７】
（１）試料
上述した熱処理工程Ｓ２０の後、試料を研磨することにより、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、軸方向の幅１５ｍｍであるリング状の試料を準備した。試料としては、表２に示したように上述した熱処理における加熱温度（９００℃、９５０℃、１０００℃）と炭化物面積率との組合せにより、９種類準備した。
【００７８】
（２）試験及び結果
上述した９種類の試料について、加熱温度２３０℃、保持時間２時間という条件での処理の前後での外形寸法の変化を測定した。その結果を表３に示す。
【００７９】
【表３】
2018109427.tif 000005
【００８０】
なお、ここで寸法変化率とは、上記処理前の試料の外径をＤ０、処理後の試料の外径をＤ１とした場合に、（Ｄ１−Ｄ０の絶対値）／Ｄ０と定義される。試料での外径の測定位置は高温保持前後で同一箇所とした。外径の測定は、リング状の試料の中心から見て９０°交差する２方向において評価した。また、各水準についてｎ＝３とした。
【００８１】
表３では、寸法変化率が７０×１０-5未満を雰囲気炉熱処理品と同等以上であると見做して合格（ＯＫの判定）とした。表３では、寸法変化率が７０×１０-5以上を不合格（ＮＧの判定）とした。表３からわかるように、本結果より雰囲気炉熱処理品と同等以上の経年寸法安定性を確保可能な試料は、熱処理温度が９００℃及び９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料であり、熱処理温度が１０００℃の場合に炭化物面積率が１２％となる試料である。
【００８２】
また、上述した試験データより近似関数を求め、寸法変化率が７０×１０-5未満となる条件を求めると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は４．０％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は４．８％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は８．９％以上となる。
【００８３】
＜静的負荷容量試験＞
軸受に大荷重が作用すると塑性変形が生じる。しかしながら、軸受の転動体がスムーズに転がるためには、当該転動体の塑性変形量が転動体直径の１／１００００以下であることが求められる。
【００８４】
（１）試料
上述した熱処理工程Ｓ２０の後のリングに対して研磨及びワイヤーカットを行うことにより、サイズが縦６ｍｍ×横１５ｍｍ×厚み３ｍｍの試料とした。試料における６ｍｍ×１５ｍｍの面を鏡面研磨した。上述した経年寸法安定性試験と同様に、加熱温度と炭化物面積率との組合せにより試料を９種類準備した。
【００８５】
また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後、機械加工を行って同様のサイズとした試料（比較例の試料）も準備した。
【００８６】
（２）試験及び結果
試料において上述した鏡面研磨した表面に、３／８インチのセラミックス製ボールを一定の試験荷重で押し付けた。そして、当該表面において塑性変形により生じた圧痕の深さを評価した。試験荷重は、ヘルツ接触のＰmax  ４ＧＰａに相当する４７１Ｎとした。また、各水準についてｎ＝３とした。その結果を表４に示す。
【００８７】
【表４】
2018109427.tif 000006
【００８８】
表４の圧痕深さの欄は、各試料について複数測定した圧痕深さの平均値を示している。表４の標準偏差の欄は、当該圧痕深さのデータの標準偏差を示している。そして、表４の判定の欄では、有意水準９５％で雰囲気炉熱処理の試料より圧痕がつきにくいものを合格（ＯＫ）と表示し、圧痕がつきやすいものを不合格（ＮＧ）と表示した。また、上記基準に当てはまらないものについては判定の欄に”−”と表示した。
【００８９】
この結果より、判定の欄の表示がＯＫ及び”−”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示すことがわかる。なお、具体的には熱処理温度が９００℃及び９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の静的負荷容量を示している。
【００９０】
また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を０．０１５μｍとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は２．２％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は４．８％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は１３．２％以上、となる。
【００９１】
＜圧壊強度試験＞
軸受に圧壊強さが求められる場合があり、以下のような試験を行った。
【００９２】
（１）試料
上述した熱処理工程Ｓ２０の後に試料を研磨することで、サイズが外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、軸方向の幅１５ｍｍであるリング状の試料を準備した。試料としては、表２に示したように上述した熱処理における加熱温度（９００℃、９５０℃、１０００℃）と炭化物面積率との組合せにより、９種類準備した。また、各水準についてｎ＝３とした。
【００９３】
また、比較のため、同じ組成の試料に対して熱処理として雰囲気炉熱処理を行った後、機械加工を行って同様のサイズとした試料（比較例の試料）も準備した。
【００９４】
（２）試験及び結果
各試料について、径方向から資料を挟んで一定速度で荷重を負荷し、圧壊に至る荷重を測定した。また、その荷重から破壊応力を計算した。その結果を表５に示す。
【００９５】
【表５】
2018109427.tif 000007
【００９６】
表５の判定の欄には、標準偏差を考慮しても雰囲気炉熱処理品より圧壊強度が低いものを不合格(ＮＧ)と表示し、標準偏差を考慮すれば雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を確保可能なものについて”−”と表示した。
【００９７】
この結果より、判定の欄の表示が”−”となっている試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得ることがわかる。なお、具体的には熱処理温度が９００℃及び９５０℃の場合に炭化物面積率が８％、１２％となる試料が、雰囲気炉熱処理品と同等以上の圧壊強度を示し得る。
【００９８】
また、上述した試験データから近似関数を求め、標準偏差を１５０ＭＰａとした場合に雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確保できる範囲を計算すると、熱処理温度が９００℃の場合、炭化物面積率は４．０％以上、熱処理温度が９５０℃の場合、炭化物面積率は５．４％以上、熱処理温度が１０００℃の場合、炭化物面積率は９．３％以上、となる。
【００９９】
＜熱処理条件の検討＞
以上の結果より、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼の焼入に誘導加熱のような高温短時間加熱の手段を用いた場合、雰囲気炉熱処理品と同等以上の性能を確実に実現できるのは、熱処理温度が９００℃及び９５０℃で炭化物面積率が８％、１２％の場合である。
【０１００】
各データをみると、いずれの試験結果も熱処理温度、炭化物面積率に対して単調増加もしくは単調減少となっている。そのため、今回得られた４点に囲まれる領域（図３の斜線で示された領域）に対応する熱処理条件によっても雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を実現できると考えられる。
【０１０１】
したがって、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質を確実に確保できるのは、熱処理温度９００℃以上９５０℃以下、かつ炭化物面積率が８％以上１２％以下の間の領域である。
【０１０２】
また、各試験結果の近似関数から求めた、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質となる炭化物面積率の範囲を表６に示す。
【０１０３】
【表６】
2018109427.tif 000008
【０１０４】
表６に示される炭化物面積率の範囲と熱処理温度との関係について、近似関数を求めると（なお、以下の条件式中において、Ｙは炭化物面積率（％）、Ｘは熱処理温度(℃)である）、
経年寸法 :
６．６００×１０-4Ｘ2−１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ    （条件式１）
静的負荷容量 :
１．１６０×１０-3Ｘ2−２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ    （条件式２）
圧壊試験 :
５．０００×１０-4Ｘ2−８．９７０×１０-1Ｘ＋４．０６３×１０2＜Ｙ  （条件式３）
となる。
【０１０５】
そして、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度Ｘが９００℃以上１０００℃以下の範囲において炭化物面積率Ｙが上記条件式１〜３を満たす場合である。
【０１０６】
ここで、熱処理温度９００℃以上１０００℃以下の範囲では、条件式１を満たすＸは常に条件式３も満足する。したがって、条件式３は考慮しなくてもよい。このため、雰囲気炉熱処理品と同等以上の品質が確保できる範囲は、熱処理温度９００℃以上１０００℃以下の範囲において、炭化物面積率Ｙが条件式１及び条件式２を満たす場合である。
【０１０７】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
上記の実施形態は、誘導加熱を用いた軸受部品及びその製造に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【０１０９】
１  リング状部材、１１  外径面、１２  内径面、１３  上面、１４  底面、Ｓ１０  材料準備工程、Ｓ２０  熱処理工程、Ｓ２１  加熱工程、Ｓ２２  冷却工程、Ｓ２３  焼戻工程、Ｓ３０  後処理工程、Ｓ４０  組立工程、Ｄ  外径、ｄ  内径、Ｔ  幅、Ｗ  肉厚、Ｓ  平均昇温速度、Ｘ  熱処理温度、Ｙ  炭化物面積率。
【図１】
2018109427.tif 000009
【図２】
2018109427.tif 000010
【図３】
2018109427.tif 000011
【図４】
2018109427.tif 000012
【図５】
2018109427.tif 000013
【図６】
2018109427.tif 000014
【図７】
2018109427.tif 000015