(57)【要約】【課題】焼入れ直後に焼戻しを行わなくても置き割れの発生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】本開示に係る軸受部品は、焼入れ後であって、焼き戻し前の拡散性水素量が０．１質量ｐｐｍ以下である。本開示に係る軸受部品は、本開示に係る軸受部品の製造方法は、鋼製の加工対象物を準備する工程と、加工対象物を局所的に加熱することで９００℃以上１０００℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理工程とを備える。熱処理工程における加熱は、大気中又は不活性ガス中で行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の加工対象物を準備する工程と、
前記加工対象物をＡ１以上１０００℃以下の熱処理温度に局所的に加熱し、その後に冷却する熱処理を行う熱処理工程とを備え、
前記熱処理工程における前記加熱は、実質的に水素を含まない雰囲気中で行われる、軸受部品の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程における前記加熱は、不活性ガス中で行われる、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程は、前記加工対象物の焼戻しを行う工程を有し、
前記冷却が行われた後であって、前記焼戻しが行われる前における前記加工対象物中の拡散性水素量は、０．１質量ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項４】
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加工対象物の炭化物面積率を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１〜３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４に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理工程では、前記加工対象物を誘導加熱により加熱する、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】
前記加工対象物を構成する前記鋼は、高炭素クロム軸受鋼である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項８】
焼入れ後であって、焼き戻し前の拡散性水素量が０．１質量ｐｐｍ以下である、軸受部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受部品及び軸受部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、軸受部品等の鋼製の機械部品に対する熱処理として、焼入れ、焼戻しが広く行われている。焼入れは、加工対象物をＡ１点以上の加熱温度に加熱するとともに、その後にＭＳ点以下に冷却することにより行われる。焼戻しは、焼入れが行われた後の加工対象物を、Ａ１点以下の温度に加熱することにより行われる。
【０００３】
従来は、焼入れを行う際の加熱は、吸熱性変性ガス中において行われていた。吸熱性変性ガスは、プロパン又はブタンを高温で触媒と反応させることにより製造されるガスである。吸熱性変性ガスは、水素を３０％程度含有している。
【０００４】
上記のとおり、従来焼入れを行う際の加熱は、水素を含有する雰囲気中において行われていたため、加熱中に水素が加工対象物中に侵入する。鋼中の水素は、置き割れの原因となることが知られている。この置き割れは、焼入れ後の加工対象物を放置することにより生じる。この置き割れは、焼戻しを行うことにより防止することができる。これは、焼戻しの際の加熱により、焼入れの際に加工対象物中に侵入した水素が表面付近まで拡散し、表面から外部に排出されるからである。
【０００５】
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】
【０００６】
置き割れを防止する観点からは、焼入れ直後に焼戻しを行うことが好ましい。しかしながら、生産管理の観点からは、焼入れ直後に必ずしも焼戻しを行うことができるとは限らない。置き割れを防止するために簡易な焼戻しを行うことも考えられるが、このような工程を行うことは、生産効率の悪化につながる。
【０００７】
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、本発明は、焼入れ直後に焼戻しを行わなくても置き割れの発生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】
【０００８】
本開示に係る軸受部品の製造方法は、鋼製の加工対象物を準備する工程と、加工対象物を局所的に加熱することでＡ１点以上１０００℃以下の熱処理温度に加熱し、その後冷却する熱処理工程とを備える。熱処理工程における加熱は、大気中又は不活性ガス中で行われる。
【０００９】
本開示に係る軸受部品は、焼入れ後であって、焼戻し前の拡散性水素量が０．１質量ｐｐｍ以下である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示に係る軸受部品及びその製造方法によると、焼入れ直後に焼戻しを行わなくても置き割れの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】水素放出量の測定結果を示すグラフである。
【図３】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４】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５】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他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。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ものとする。
【００１３】
（第１の実施形態）
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製造方法を説明するためのフローチャートである。図１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。
【００１４】
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、転動体等の軸受部品となる鋼製部材である。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。高炭素クロム軸受鋼とは、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定される鋼種である。
【００１５】
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。
【００１６】
熱処理工程Ｓ２０においては、加工対象物の加熱が行われる。加工対象物の加熱は、局所的に行われる。加工対象物の加熱が局所的に行われるとは、加工対象物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。
【００１７】
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、加工対象物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、Ａ１点以上以上１０００℃以下である。さらに好ましくは、熱処理温度は、９００℃以上１０００℃以下である。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。
【００１８】
加工対象物の加熱は、実質的に水素を含まない雰囲気下において行われる。実質的に水素を含まない雰囲気とは、加熱の際に水素が加工対象物中に侵入しない程度の水素濃度の雰囲気をいう。例えば、加工対象物の加熱は、大気中において行われてもよい。また、加工対象物の加熱は、不活性ガス中において行われてもよい。この不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）である。
【００１９】
加工対象物の加熱が不活性ガス中において行われた場合、加工対象物の表面に酸化スケールが形成されにくい。酸化スケールが加工対象物の表面に形成されると、脱炭により、焼割れ、外観の悪化、表面の軟化等が生じるおそれがある。そのため、加熱工程Ｓ２１が不活性ガス中で行われる場合、このような問題の発生を抑制することができる。
【００２０】
冷却工程Ｓ２２においては、加工対象物の冷却が行われる。加工対象物の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象物の冷却に用いられる冷媒は、例えば油又は水である。
【００２１】
冷却工程Ｓ２２においては、加工対象物は、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、加工対象物の加熱領域に焼入硬化層が形成される。
【００２２】
冷却工程Ｓ２２が行われた後、焼戻工程Ｓ２３が行われる前において、加工対象物中の拡散性水素量は、０．１質量ｐｐｍ以下である。冷却工程Ｓ２２が行われた後、焼戻工程Ｓ２３が行われる前において、加工対象物中の拡散性水素量は、０．０６質量ｐｐｍ以下であってもよい。
【００２３】
拡散性水素とは、鋼の結晶格子中において、自由に拡散しうる水素をいう。加工対象物中の拡散性水素量は、昇温脱離分析器により測定される。より具体的には、加工対象物中の拡散性水素量は、昇温脱離分析器を用いて、冷却工程Ｓ２２の終了後３０分以内に、Ａｒ雰囲気中において、１００℃／ｈの昇温速度で昇温脱離分析を行い、２００℃に達するまでに放出された水素量の積分値により決定される。
【００２４】
焼戻工程Ｓ２３においては、加工対象物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、加工対象物を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、保持時間という。）保持することにより行われる。
【００２５】
焼戻工程Ｓ２３は、好ましくは冷却工程Ｓ２２の直後に行われる。但し、焼戻工程Ｓ２３は、冷却工程Ｓ２２が行われた後にしばらく時間が経過した後に行われてもよい。
【００２６】
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、加工対象物に対する後処理が行われる。後処理工程Ｓ３０においては、例えば加工対象物の洗浄、加工対象物に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。これにより、加工対象物から第１の実施形態に係る軸受部品が製造される。
【００２７】
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が軸受部品である場合、これを組み立てることにより軸受が製造される。
【００２８】
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、比較例と対比することにより説明する。比較例に係る軸受部品の製造方法は、実施形態に係る機械部の製造方法と同様に、材料準備工程Ｓ１０と、熱処理工程Ｓ２０とを有している。
【００２９】
しかしながら、比較例に係る軸受部品の製造方法においては、加熱工程Ｓ２１が吸熱性変性ガス中において行われる。この点において、比較例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異なっている。
【００３０】
上記のとおり、吸熱性ガス中には、水素が含まれている。その結果、比較例に係る軸受部品の製造方法においては、水素ガスが加工対象物中に侵入する。そのため、冷却工程Ｓ２２の後であって、焼戻工程Ｓ２３の前における加工対象物中の拡散性水素量は、０．１質量ｐｐｍを越えている。この点において、比較例に係る軸受部品は、第１の実施形態に係る軸受部品と異なっている。
【００３１】
比較例に係る軸受部品の製造方法において、焼戻工程Ｓ２３を冷却工程Ｓ２２の直後に行なわず、相当の時間経過後に焼戻工程Ｓ２３を行う場合、加工対象物中の拡散性水素の影響により、置き割れが生じるおそれがある。
【００３２】
他方、第１の実施形態に係る軸受部品の製造方法においては、加工対象物中の拡散性水素の濃度は低い。そのため、焼戻工程Ｓ２３を冷却工程Ｓ２２の直後に行なわず、相当の時間経過後に焼戻工程Ｓ２３を行う場合であったとしても、置き割れが生じにくい。そのため、第１の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法によると、生産効率を悪化させることなく、置き割れの発生を抑制することができる。
【００３３】
＜試験条件及び試験結果＞
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を確認するために行った試験の結果について説明する。
【００３４】
（１）試料
この試験に用いた試料は、ＪＩＳ４８０５：２００８に規定されるＳＵＪ２からなる鋼リングである。この鋼リングは、外径が６０ｍｍであり、内径が５４ｍｍであり、幅が１５ｍｍである。
【００３５】
（２）熱処理条件
吸熱性変性ガス中で炉加熱を行う場合（以下においては、比較例という。）、８５０℃の熱処理温度で３０分間の保持を行った。加熱を不活性ガス中において誘導加熱を用いて行う場合（以下においては、実施例という。）、約１０秒間で９５０℃まで加熱し、その後１５秒間９５０℃を行った。なお、加熱後の冷却は、いずれの場合も油中浸漬冷却を行った。
【００３６】
（３）測定条件
上記の熱処理を行った後、各試料を約３５ｇ程度の大きさに切断した。この切断されたサンプルは、Ａｒ雰囲気中において、１００Ｋ／ｈの昇温速度の条件で昇温脱離分析を行い、２００℃に達するまでの放出水素量の積分値を算出した。これにより熱処理中に鋼リングに侵入した拡散性水素の量を評価した。
【００３７】
（４）試験結果
図２は、水素放出量の測定結果を示すグラフである。図２に示すように、比較例においては、２００℃に達するまでの水素放出量の積分値は、０．９２質量ｐｐｍであった。他方、実施例においては、２００℃に達するまでの水素放出量の積分値は、０．０６質量ｐｐｍであった。このように、第１の実施形態に係る軸受部品及びその製造方法によると、加熱中の拡散性水素の鋼中への混入が抑制され、ひいては置き割れを抑制することが実験的にも確認された。
【００３８】
（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。
【００３９】
図３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。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
式１：６．６００×１０-4Ｘ2−１．２０５Ｘ＋５．５３９×１０2＜Ｙ  
式２：１．１６０×１０-3Ｘ2−２．０９４Ｘ＋９．４７２×１０2＜Ｙ  
炭化物面積率は、加工対象物を鏡面研磨し、研磨面を腐食した後に走査型電子顕微鏡で研磨面を撮影し、撮影された画像を画像解析することによって測定される。
【００４３】
図４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４において、横軸は熱処理温度（単位：℃）を示している。図４において、縦軸は炭化物面積率（単位：％）を示している。
【００４４】
図４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４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。
【００４５】
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４において、網掛け部分として示されている。
【００４６】
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、加工対象物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、加工対象物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。
【００４７】
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（加工対象物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。
【００４８】
加工対象物を冷却する前に、上述のように加工対象物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）における加工対象物の上記表面温度の平均値であってもよい。熱処理温度は加工対象物を冷却する前において、加工対象物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。
【００４９】
均熱時間は、例えば加工対象物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、加工対象物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加工対象物の冷却が開始されるまでの時間を用いることができる。
【００５０】
図５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別の例を示すグラフである。図５及び図６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５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５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６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。
【００５１】
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、加工対象物の冷却が行われる。加工対象物の冷却には、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象物は、例えばＭＳ点以下の温度にまで冷却されてもよい。
【００５２】
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、加工対象物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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、熱処理後の加工対象物の品質を、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。
【００５５】
＜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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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加工対象物（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。
【００６０】
＜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。
【００６１】
【表１】
2018109204.tif 000003
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
【表２】
2018109204.tif 000004
【００６５】
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。
【００６６】
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からなる鋼リングを用いた。鋼リングの外径は、６０．３ｍｍであり、内径は５３．７ｍｍであり、軸方向での幅は１５．３ｍｍである。
【００６７】
加熱工程Ｓ２１は、不活性ガス中において、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、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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５に示したヒートパターンを採用することができる。
【００７０】
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℃、保持時間２時間とした。
【００７１】
＜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。
【００７２】
（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。
【００７３】
（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。
【００７４】
【表３】
2018109204.tif 000005
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜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。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
（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。
【００８２】
【表４】
2018109204.tif 000006
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
＜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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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に、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。
【００８９】
（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。
【００９０】
【表５】
2018109204.tif 000007
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
＜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。
【００９５】
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４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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
【表６】
2018109204.tif 000008
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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】
【０１０４】
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、Ｘ  熱処理温度、Ｙ  炭化物面積率。
【図１】
2018109204.tif 000009
【図２】
2018109204.tif 000010
【図３】
2018109204.tif 000011
【図４】
2018109204.tif 000012
【図５】
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【図６】
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