(57)【要約】【課題】雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を実現できる軸受部品の製造方法を提供する。【解決手段】軸受部品の製造方法は、軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、加工対象部品を加熱した後冷却する熱処理を行う工程とを備える。熱処理を行う工程は、加工対象部品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する加熱処理を行う工程と、加熱された前記加工対象部品を油性冷却剤を用いて冷却する冷却処理を行う工程とを含む。加熱処理を行う工程では、熱処理を行う工程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、  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、加熱処理の条件が決定されている。【選択図】図５
2019065365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、
前記加工対象部品を加熱した後冷却する熱処理を行う工程とを備え、
前記熱処理を行う工程は、前記加工対象部品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する加熱処理を行う工程と、加熱された前記加工対象部品を油性冷却剤を用いて冷却する冷却処理を行う工程とを含み、
前記加熱処理を行う工程では、前記熱処理を行う工程後の前記加工対象部品における炭化物面積率を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、軸受部品の製造方法。
【請求項２】
前記加熱処理を行う工程では、前記加工対象部品を誘導加熱により加熱する、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項３】
前記加工対象部品を構成する鋼は高炭素クロム軸受鋼である、請求項１または２に記載の軸受部品の製造方法。
【請求項４】
前記加熱処理を行う工程では、
９００℃≦Ｘ≦９５０℃
８％≦Ｙ≦１２％
という関係を満足するように、前記加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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受部品の製造方法に関し、より特定的には熱処理を含む軸受部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受部品の製造工程における熱処理には通常雰囲気炉熱処理が用いられる。しかし、熱処理炉の立ち上げや雰囲気調整に時間を要するため、熱処理炉を容易に停止できないという欠点がある。また、雰囲気炉熱処理は大量生産を前提としているため、軸受部品の小ロット生産には適さない。
【０００３】
このような欠点を解決できる熱処理方法の１つとして誘導加熱を用いた熱処理が挙げられる。誘導加熱は加熱時間が短時間であり、また軸受部品を個別に処理する（一個処理）ことを基本とするため、小ロット生産に適している。また、上述した熱処理炉に比べれば、誘導加熱装置の立ち上げ、立ち下げは瞬時にできるため、上記熱処理炉のように当該熱処理炉を常時稼働させておくために常に人員を配置する必要がない。これらの利点から、炭素濃度が０．５％程度の鋼材からなる機械部品の熱処理に対して、誘導加熱は広く用いられている。
【０００４】
また、軸受部品の材料の一例である高炭素クロム軸受鋼（たとえばＪＩＳ規格ＳＵＪ２）からなる部品の全体焼入に誘導加熱を適用する技術としては、たとえば特開２００６−０８３４１２号公報に開示されたものがある。上記特開２００６−０８３４１２号公報では、加熱温度と加熱時間をあらかじめ決められた範囲内に収めるように制御する技術が開示されている。しかし、上記特開２００６−０８３４１２号公報では、加熱温度、加熱時間の具体的な範囲および加熱後の冷却方法ならびにその決定理由は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０８３４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、鋼材からなる軸受部品に水素が侵入すると、侵入した水素が原因で遅れ破壊が生じる場合がある。そのため、軸受部品中に水素が侵入しにくいプロセスの開発が望まれる。
【０００７】
また、軸受部品の材料としてよく用いられるＪＩＳ規格ＳＵＪ２の炭素濃度は約１．０％である。熱処理前のＳＵＪ２からなる軸受部品では、炭素がすべて炭化物として存在している。従来の雰囲気炉熱処理では、軸受部品中の炭素の６割程度が母地に溶け込むような条件を用いている。このような条件の熱処理を行うことにより、最も軸受としての性能が高くなると言われている。
【０００８】
ＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼からなる軸受部品を誘導加熱によって熱処理する場合においても、上記のような条件で熱処理することが望ましいが、誘導加熱のような高温短時間加熱を局所的に行う熱処理方法によって上述した雰囲気炉熱処理を完全に模倣することは極めて困難である。しかし、軸受部品について小ロット生産の要請は近年高まっており、このような小ロット生産においても従来の雰囲気炉熱処理と同等の品質を保証できるプロセスの開発が望まれている。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、水素が軸受部品に侵入しにくく、かつ誘導加熱などの局所的な加熱を行う熱処理方法を用いた場合に、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を実現できる軸受部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示に係る軸受部品の製造方法は、軸受部品となるべき鋼製の加工対象部品を準備する工程と、加工対象部品を加熱した後冷却する熱処理を行う工程とを備える。熱処理を行う工程は、加工対象部品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する加熱処理を行う工程と、加熱された前記加工対象部品を油性冷却剤を用いて冷却する冷却処理を行う工程とを含む。加熱処理を行う工程では、熱処理を行う工程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、
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、加熱処理の条件が決定されている。
【００１１】
このようにすれば、誘導加熱などを用いて加工対象物を局所的に加熱して熱処理を行うときに、上述した条件を満たすことによって、熱処理後の加工対象物の品質を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。さらに、加熱した加工対象物を上述した条件で冷却することで、加工対象物への水素の侵入を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記によれば、局所的な加熱を行う熱処理方法を用いて、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性を有する軸受部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本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】本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理条件を説明するためのグラフである。
【図３】本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理のヒートパターンの一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る軸受部品の製造方法における熱処理のヒートパターンの他の例を示すグラフである。
【図５】昇温脱離分析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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返さない。
【００１５】
＜軸受部品の製造方法＞
図１は、本実施形態に係る軸受部品の製造方法を用いた軸受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を参照して、本実施形態に係る軸受の製造方法を説明する。
【００１６】
図１に示すように、まず材料準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、軸受部品となるべき鋼製の加工対象物を準備する。加工対象物としては、たとえば軸受の外輪、内輪、転動体などの軸受部品となるべき鋼製部材を準備する。また、加工対象物を構成する鋼は、たとえば高炭素クロム軸受鋼である。
【００１７】
次に、熱処理工程（Ｓ２０）を実施する。熱処理工程（Ｓ２０）は、局所的に加工対象物を加熱する加熱処理工程（Ｓ２１）と加熱した加工対象物を冷却する冷却処理工程（Ｓ２２）とを含む。加熱処理工程（Ｓ２１）中の加工対象物における加熱領域の加熱温度（熱処理温度）はたとえば９００℃以上１０００℃以下とすることができる。
【００１８】
加熱処理工程（Ｓ２１）では、熱処理工程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、
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、加熱処理の条件が決定されている。上述した炭化物面積率と熱処理温度との関係を、図２に示す。図２における横軸は熱処理温度（単位：℃）を示し、縦軸は炭化物面積率（単位：％）を示す。図２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）を示す。上記関係は、図２において式１を示す実線および式２を示す点線の上側の領域を示す。
【００１９】
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℃  および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２において網掛け部分として示されている。
【００２０】
加熱処理工程（Ｓ２１）において、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が、たとえば誘導加熱を用いることができる。また、加熱処理工程（Ｓ２１）では、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。
【００２１】
なお、ここで熱処理温度とは、加工対象物において加熱されている部分の表面温度を意味する。また、加熱処理工程（Ｓ２１）中に、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、上記熱処理温度と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（たとえば冷却開始前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としてもよい。あるいは、加熱処理工程（Ｓ２１）中に、加工対象物の表面温度がある程度変化している（たとえば徐々に当該表面温度が上昇している）場合、上記熱処理温度とは、冷却開始前の一定の期間（たとえば冷却開始前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）としてもよい。当該熱処理温度は、たとえば放射温度計などを用いて測定することができる。また、均熱時間は、たと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（たとえば熱処理温度±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）を意味する。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。
【００２２】
上述した加熱処理におけるヒートパターンは、たとえば図３および図４に示すようなヒートパターンを用いることができる。図３および図４は、横軸が時間（単位：秒）であり、縦軸が熱処理温度（単位：℃）である。図３では、熱処理温度を９００℃として、均熱時間を約６０秒とした場合を示している。図３で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を示している。図４では、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を示している。
【００２３】
冷却処理工程（Ｓ２２）において加工対象物を冷却する場合、加工対象物（たとえば加熱されていた領域）を、油性冷却剤を用いてＭｓ点以下の温度に冷却する。たとえば加工対象物を上述した熱処理温度から５００℃以下の温度にまで冷却してもよい。なお、ここで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。このようにすれば、加工対象物において上記加熱されていた領域に焼入硬化層を形成することができる。
【００２４】
冷却処理工程（Ｓ２２）において、加工対象物の全体を冷却してもよく、加熱されていた領域だけを冷却してもよい。また、冷却処理工程（Ｓ２２）において、加工対象物を冷却する方法としては、任意の方法を用いることができる。たとえば、加工対象物を冷却する方法としては、油性冷却剤を入れた浴槽に加工対象物を浸漬する方法や、加工対象物に油性冷却材を噴射する方法を用いてもよい。
【００２５】
前記油性冷却材は、油を主原料とした冷却材である。油としては、鉱物油を用いることができる。また、油に添加剤を加えてもよい。
【００２６】
次に、後処理工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、加工対象物の洗浄工程、研削工程や研磨工程などの機械加工工程などを実施してもよい。この後処理工程（Ｓ３０）により、加工対象物から内輪、外輪、転動体などの軸受部品を製造する。上記工程（Ｓ１０）〜工程（Ｓ３０）は、本実施形態の軸受部品の製造方法に相当する。
【００２７】
次に、組立工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）では、上述した軸受部品の製造方法により得られた軸受部品を組立てることにより、軸受を製造する。このようにして、本実施形態による軸受の製造方法が実施される。
【００２８】
このようにすれば、熱処理後の加工対象物の品質を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ため、雰囲気炉熱処理を用いた場合と同等以上の特性の軸受部品および軸受を製造できる。
【００２９】
上述した軸受部品の製造方法（工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０））において、加熱処理を行う工程（加熱処理工程（Ｓ２１））では、上述のように加工対象部品を誘導加熱により加熱してもよい。この場合、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、小ロットでの軸受部品の製造に適しているため、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。
【００３０】
また、上記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。
【００３１】
上記軸受部品の製造方法において、加熱処理を行う工程（Ｓ２１）では、
９００℃≦Ｘ≦９５０℃
８％≦Ｙ≦１２％
という関係を満足するように、加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。
【００３２】
＜加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などの局所的な加熱を行う加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。
【００３３】
このような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。また、熱処理温度も上記特性に影響をおよぼすため、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。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。
【００３４】
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加熱処理条件を以下のような試験により求めた。
【００３５】
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。
【００３６】
＜加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。
【００３７】
【表１】
2019065365.tif 000003
【００３８】
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。
【００３９】
（２）  熱処理方法
以下の試験に用いる試料において、炭化物面積率の試験水準を４％、８％、１２％とし、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。
【００４０】
【表２】
2019065365.tif 000004
【００４１】
表２において、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）が示されている。たとえば、表２において加熱温度が９００℃の場合に、炭化物面積率を４％とするためには熱処理時間が３１６秒必要であることが示されている。
【００４２】
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。具体的には、試料としてサイズが外径６０．３ｍｍ、内径５３．７ｍｍ、軸方向での幅１５．３ｍｍであるＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる鋼製のリングをシングルターンコイルで誘導加熱する。そして、当該コイルに接続された（コイルへ電力を供給するための）電源の出力は、リング表面（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、当該リング表面の温度が所定の温度（具体的には９００℃、９５０℃または１０００℃）まで昇温される。なお、熱処理開始時点から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の時間はたとえば約５秒である。
【００４３】
所定の温度まで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、コイルへの供給電力を制御する。その後、リングを冷却する。冷却方法としては、温度７０℃の油中にリングを浸漬することで当該リングを冷却した（焼入れ処理）。このような熱処理のヒートパターンは、たとえば図３に示したヒートパターンを採用することができる。
【００４４】
また、上述した熱処理の後、リングに対して焼戻を行った。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。
【００４５】
＜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。
【００４６】
（１）  試料
上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径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。
【００４７】
（２）  試験および結果
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。
【００４８】
【表３】
2019065365.tif 000005
【００４９】
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。
【００５０】
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、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℃および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。
【００５１】
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。
【００５２】
＜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が、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。
【００５３】
（１）  試料
上述した熱処理後のリングに対して研磨およびワイヤーカットを行って、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。
【００５４】
また、比較のため、同じ組成およびサイズの鋼製のリングである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。
【００５５】
（２）  試験および結果
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。
【００５６】
【表４】
2019065365.tif 000006
【００５７】
表４においては、圧痕深さの欄に、各試料について複数測定した圧痕深さの平均値を示し、標準偏差の欄に当該圧痕深さのデータの標準偏差を示している。そして、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。
【００５８】
この結果より、判定の欄の表示がＯＫおよび”−”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℃および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。
【００５９】
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。
【００６０】
＜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。
【００６１】
（１）  試料
上述した熱処理後、試料を研磨することによりサイズが外径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。
【００６２】
また、比較のため、同じ組成およびサイズの鋼製のリングである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。
【００６３】
（２）  試験および結果
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。
【００６４】
【表５】
2019065365.tif 000007
【００６５】
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。
【００６６】
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℃および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。
【００６７】
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。
【００６８】
＜加熱処理条件の検討＞
以上の結果より、ＪＩＳ規格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℃および９５０℃で炭化物面積率が８％、１２％の場合である。ここで、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２の斜線で示された領域）に対応する加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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
【表６】
2019065365.tif 000008
【００７２】
表６に示した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、
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。なお、Ｙは炭化物面積率（％）であり、Ｘは熱処理温度(℃)である。
【００７３】
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。
【００７４】
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および条件式２を満たす場合である。
【００７５】
＜水素が侵入しにくい熱処理条件の検討＞
軸受部品中の炭素固溶量に加えて、軸受部品中に侵入した水素の量も軸受特性に影響を及ぼす。具体的には、軸受部品中に侵入した水素が原因で遅れ破壊が生じることが知られている。本発明者は誘導加熱後の冷却処理時に用いる冷却剤に着目し、冷却剤の違いが軸受部品中に侵入する水素の量に与える影響を調査した。
【００７６】
（１）  試料
本試験においては、上記表１に示した化学成分からなる材料を用いた。
【００７７】
（２）  熱処理方法
試料としてサイズが外径６０．３ｍｍ、内径５３．７ｍｍ、軸方向での幅１５．３ｍｍであって、表１に示した化学成分を有するＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる鋼製のリングをシングルターンコイルで誘導加熱する。リング表面の温度が９５０℃まで昇温された後、リングを９５０℃で約１５秒間均熱処理する。その後、リングを冷却剤の中に浸漬することで当該リング表面が１００℃になるまで冷却した。冷却した後、リングに対して焼戻を行った。焼戻の条件は、焼戻温度２３０℃、保持時間２時間、とした。
【００７８】
冷却剤としては、光輝焼入油（日本グリース株式会社製光輝焼入油Ｈ−２０５０）または水溶性冷却剤（日本グリース株式会社製ソルクエンチＷＰ−２０００Ｓ）を用いた。冷却剤として焼入れ油を用いる場合には、７０℃の焼入れ油にリングを浸漬することで当該リングを冷却した。冷却剤として水溶液を用いる場合には、３０℃の水溶液にリングを浸漬することで当該リングを冷却した。
【００７９】
また、同じ組成およびサイズの鋼性のリングである試料に対して雰囲気炉熱処理を行った後、加熱した試料を焼入れ油中に浸漬することで当該試料を冷却した。その後、試料に対して焼戻を行った。雰囲気炉熱処理条件は、雰囲気炉内温度８５０℃、保持時間２時間、とした。雰囲気炉熱処理においては、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素および水素等のガスからなるＲＸガス（登録商標）と呼ばれる吸熱型変性ガスを用いた。
【００８０】
（３）  試験および結果
各試料に侵入した水素量を昇温脱離分析（鋼材中水素測定システム、株式会社ジェイ・サイエンス・ラボ製ＪＴＦ−２０ＡＩＩ）により測定した。
【００８１】
図５は、昇温脱離分析の結果を示す図である。図５の横軸は温度を示し、縦軸は１分間あたりに試料から放出された水素量を示す。図中のＮｏ．１が示す試験結果は、雰囲気炉熱処理を行った試料の試験結果である。Ｎｏ．２が示す試験結果は、誘導加熱した後、水溶液を用いて冷却した試料の試験結果である。Ｎｏ．３が示す試験結果は、誘導加熱した後、焼入れ油を用いて冷却した試料の試験結果である。
【００８２】
図５に示すように、Ｎｏ．１およびＮｏ．２の試料からは、２００℃から４００℃の間で水素が放出された。一方、Ｎｏ．３の試料からは２００℃から４００℃の間で水素が放出されなかった。このことから、Ｎｏ．１の雰囲気炉熱処理を行った試料およびＮｏ．２の誘導加熱後に水溶液で冷却した試料には水素が侵入したものの、Ｎｏ．３の誘導加熱後に焼入油で冷却した試料には水素がほとんど侵入しなかったことがわかる。また、２００℃〜４００℃で放出される水素の量から、雰囲気炉熱処理を行った試料には、誘導加熱後に焼入れ油で冷却した試料よりも多くの水素が侵入したことがわかる。
【００８３】
Ｎｏ．１の試料とＮｏ．３の試料とを比べると、Ｎｏ．１の試料には水素が侵入していることがわかる。Ｎｏ．１の試料とＮｏ．３の試料とでは、冷却処理以降の条件は同じであるが、加熱処理の方法が異なる。このことから、Ｎｏ．１の試料には、加熱処理時に水素が侵入したと考えられる。雰囲気炉熱処理においては、上述のようにプロパン、ブタンおよび水素を含む混合ガス中で加熱処理を行う。この混合ガス中に含まれている水素が、加熱中に試料に侵入したと考えられる。一方、誘導加熱処理においては、大気中または不活性ガス中で加熱処理を行うため、水素が含まれる雰囲気下で試料は加熱されない。そのため、加熱中においては、試料に水素が侵入することがなかったものと考えられる。
【００８４】
Ｎｏ．２の試料とＮｏ．３の試料とを比べると、Ｎｏ．２の試料には水素が侵入していることがわかる。Ｎｏ．２の試料とＮｏ．３の試料とでは、冷却処理条件だけが異なるため、Ｎｏ．２の試料には、冷却処理時に水溶液から水素が侵入したと考えられる。
【００８５】
Ｎｏ．１の試料とＮｏ．２の試料とを比べると、Ｎｏ．２の試料よりもＮｏ．１の試料に多くの水素が侵入していることがわかる。このことから、雰囲気炉熱処理時に侵入する水素の量の方が、冷却処理時に水溶液から侵入する水素の量よりも多いことがわかる。
【００８６】
このことから、軸受部品中に侵入する水素の量という観点では、誘導加熱処理品は雰囲気炉熱処理品以上の品質を確保できる。また、軸受部品中に侵入する水素の量という観点では、水溶性の冷却材よりも油性冷却材を用いた方が、高い品質の軸受部品を製造できる。
【００８７】
ここで、水溶性の冷却材は、油性冷却材に比べて、一般的に冷却能が高いことが知られている。そのため、被加熱対象の表面領域のみを誘導加熱した後に、水溶性の冷却材を被加熱対象に噴射することで、熱が内部に拡散する前に瞬時に冷却することができ、非常に薄い硬化層を作成することができる。また、水溶性の冷却材を用いた場合は、厚い硬化層を得ようとする場合であっても、表面の熱だけでなく内部の熱も早く下げることができるためマルテンサイト以外の組織が混在してしまうような状況を防止する効果が期待できる。このような効果が期待できるため、冷却処理時は、水溶性の冷却材が用いられることが多い。しかし、軸受部品中に侵入する水素の量という観点から考えた場合は、水溶性の冷却材よりも油性冷却材を用いた方が、高い品質の軸受部品を製造できる。
【００８８】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の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の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およ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】
【００８９】
本実施形態は、誘導加熱を用いた軸受部品の製造方法に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００９０】
Ｓ１０  材料準備工程、Ｓ２０  熱処理工程、Ｓ２１  加熱処理工程、Ｓ２２  冷却処理工程、Ｓ３０  後処理工程、Ｓ４０  組立工程。
【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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