(57)【要約】【課題】焼入れ時の熱変形を抑制し、硬化層が均一な硬さを有する鋼製の環状部材を製造する。【解決手段】環状部材１０の内周面は、第１内周面１１ａと円筒面からなる第２内周面１１ｂとを有し、軸方向両端に第１の端面１３と第２の端面１４を備えている。焼入れ型１９は、第２内周面１１ｂに嵌め合わされる円筒面又は部分円筒面からなる型外周面２５と、第１の端面１３に当接する第１の平面２３と、第２の端面１４に当接する第２の平面３２を備えている。環状部材１０の製造方法は、環状部材１０をＡ１変態点以上の温度に加熱する第１のステップと、第２内周面１１ｂを型外周面２５に嵌合させ、第１の端面１３と第１の平面２３とを当接させ、第２の端面１４と第２の平面３２とを当接させる第２のステップと、環状部材１０と焼入れ型１９を組み合わされた状態で冷却する第３のステップとを有し、少なくとも第１内周面１１ａに硬化層が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ型を用いて熱処理をすることにより内周に硬化層が形成される環状部材の製造方法であって、
前記環状部材は、鋼製で、内周面と、外周面と、軸方向一の側の第１の端面と、軸方向他の側の第２の端面と、を有し、前記内周面は、第１内周面と、前記第１内周面より小径の円筒面である第２内周面とを有し、
前記焼入れ型は、型外周面と、第１の平面と、第２の平面と、を有し、前記型外周面は、前記第２内周面に嵌め合わされる円筒面又は円筒面を周方向に断続させた部分円筒面であり、前記第１の平面は、前記第１の端面に当接し、前記型外周面と直交する平面であり、前記第２の平面は、前記第２の端面に当接し、前記型外周面と直交する平面であり、
前記製造方法は、
前記環状部材をＡ１変態点以上の温度に加熱する第１のステップと、
前記第２内周面を前記型外周面に嵌合させて前記第１の端面と前記第１の平面とを当接させるとともに、前記第２の端面と前記第２の平面とを当接させて、前記環状部材と前記焼入れ型とを組み合わせる第２のステップと、
前記環状部材と前記焼入れ型を、前記第２のステップで組み合わされた状態で冷却する第３のステップと、
を有し、
少なくとも前記第１内周面に前記硬化層が形成されることを特徴とする、環状部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の環状部材の製造方法において、
前記焼入れ型は、前記型外周面と前記第１の平面とを有する第１の部分と、前記第２の平面を有する第２の部分と、を含むことを特徴とする環状部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の環状部材の製造方法において、
前記第３のステップで冷却された前記環状部材と前記焼入れ型とを分離し、前記第２内周面を除去する除去工程を有することを特徴とする環状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理が施された鋼製の環状部材を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の内輪や外輪のような、焼入れされた鋼製の環状部材を製造する場合には、環状の加工素材（ワーク）は焼入れ焼戻しされ、その後、研削加工が施される。焼入れの工程では、高温に加熱されたワークは、冷却油中に投入されて、急速に冷却されることによって、表面に硬化層が形成されている。冷却時には、ワークは、ワーク各部の冷却速度の違いや金属組織が変態することによって内部応力が発生することで変形する場合がある。特に、大径のワークは、変形量が大きくなるので、研削加工をするときの取り代が増加し、製造コストが増大するという問題がある。
【０００３】
そこで、従来より、高温のワークを型（焼入れ型）に固定した状態で冷却油中に投入することによって、ワークの変形を抑制する熱処理方法が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、焼入れ型でワークを固定すると、焼入れ型とワークとが接触する領域は、ワークと冷却油とが直接接触しないため、冷却速度が不十分となり硬度が低くなる。このため、特許文献１には、焼入れ型とワークとが接触する面に油流路を形成することで、冷却油を接触面に流入しやすくする構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１００８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の焼入れ型では、油流路が形成されている領域は、ワークと冷却油とが直接接触するので、ワークの表面が急速に冷却されて硬度を高くすることができる。しかしながら、油流路の部分を除く領域は、依然として、焼入れ型が、ワークの表面と当接している。ワークと焼入れ型とが当接する領域は、冷却油がワーク表面と直接接触しないので、ワーク表面の冷却速度が遅くなり、硬さが低くなる。こうして、ワークの表面の硬さは、焼入れ型と当接する領域と当接しない領域とで異なるため、ワーク表面に硬さのムラが生じるという問題がある。
【０００６】
このため、外輪や内輪の材料として、焼入れ性の良いニッケルクロムモリブデン鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＮＣＭ４２０）などの合金鋼を使用する場合がある。これらの合金鋼は焼入れするとき、ワークと冷却油とが直接接触しない領域でも、ワーク表面の硬さを高くすることができ、硬さのムラがない硬化層を形成することができる。しかしながら、これらの材料は、比較的価格が高いので、軸受の製造コストが高くなる。
【０００７】
本発明の目的は、熱処理が施された鋼製の環状部材を製造するにあたり、比較的低コストの鋼種を使用した場合であっても、焼入れ時の熱変形を抑制できるとともに、均一な硬さを有する硬化層を形成できる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】
【０００８】
本発明の一形態は、焼入れ型を用いて熱処理をすることにより内周に硬化層が形成される環状部材の製造方法であって、前記環状部材は、鋼製で、内周面と、外周面と、軸方向一の側の第１の端面と、軸方向他の側の第２の端面と、を有し、前記内周面は、第１内周面と、前記第１内周面より小径の円筒面である第２内周面とを有し、前記焼入れ型は、型外周面と、第１の平面と、第２の平面と、を有し、前記型外周面は、前記第２内周面に嵌め合わされる円筒面又は円筒面を周方向に断続させた部分円筒面であり、前記第１の平面は、前記第１の端面に当接し、前記型外周面と直交する平面であり、前記第２の平面は、前記第２の端面に当接し、前記型外周面と直交する平面であり、前記製造方法は、前記環状部材をＡ１変態点以上の温度に加熱する第１のステップと、前記第２内周面を前記型外周面に嵌合させて前記第１の端面と前記第１の平面とを当接させるとともに、前記第２の端面と前記第２の平面とを当接させて、前記環状部材と前記焼入れ型とを組み合わせる第２のステップと、前記環状部材と前記焼入れ型を、前記第２のステップで組み合わされた状態で冷却する第３のステップと、を有し、少なくとも前記第１内周面に前記硬化層が形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、熱処理が施された鋼製の環状部材を製造するにあたり、比較的低コストの鋼種を使用した場合であっても、焼入れ時の熱変形を抑制できるとともに、均一な硬さを有する硬化層を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態で加工するワークの軸方向断面図である。
【図２】焼入れ型の構成、及び、焼入れ型を使用して熱処理を行う方法を説明する説明図である。
【図３】図２において、軸方向に見た下型の正面図である。
【図４】図２において、軸方向に見た上型の正面図である。
【図５】図５（ａ）は、軸方向に見た他の下型の正面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の、Ｚ−Ｚの位置における断面図である。
【図６】第２実施形態において、ワークと焼入れ型を組み合わせた状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、図を用いて説明する。第１実施形態は、大型の円すいころ軸受の外輪を製造する製造方法である。外輪は、外周の直径寸法が、概ね２０センチメートルから１メートル程度である。外輪は、加工素材（ワーク）に焼入れ等の熱処理をした後、研削加工することによって製造される。
【００１２】
図１は、ワーク１０の軸方向断面図である。ワーク１０は、クロムモリブデン鋼（例えば，ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０）や、クロム鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＣｒ４２０）などの低炭素鋼で製造されている。これらの鋼は、ニッケルクロムモリブデン鋼などの焼入れ性のよい合金鋼に比べて、安価である。
ワーク１０は、環状で、内周面１１と、外周面１２と、軸方向一の側の端面（以下、第１の端面１３）と、軸方向他の側の端面（第２の端面１４）と、を有している。以下の説明では、ワーク１０の中心軸ｍの方向を、軸方向といい、中心軸ｍに直交する方向を径方向という。また、図１の下方を軸方向一の側、上方を軸方向他の側として説明する。
【００１３】
内周面１１は、中心軸ｍを中心とする環状の面であり、テーパ面である第１内周面１１ａと、円筒面である第２内周面１１ｂを備えている。第１内周面１１ａと第２内周面１１ｂは、同軸に形成されている。第２内周面１１ｂは、第１内周面１１ａの軸方向一の側の端部とつながっている。第１内周面１１ａは、軸方向一の側から軸方向他の側に向けて拡径している。第１内周面１１ａには、熱処理後に研削加工が施されて、図示しない円すいころが転動する軌道面が、形成される。
外周面１２は、中心軸ｍを中心とする円筒面である。
第１の端面１３は、外周面１２の軸方向一の側の端部と、第２内周面１１ｂの軸方向一の側の端部とを径方向につないでおり、第２の端面１４は、外周面１２の軸方向他の側の端部と、第１内周面１１ａの軸方向他の側の端部とを径方向につないでいる。第１の端面１３及び第２の端面１４は、それぞれ中心軸ｍに直交し、互いに平行である。
【００１４】
図２は、焼入れ型１９の構成を示すとともに、当該焼入れ型１９の使用方法を説明する説明図である。
焼入れ型１９は、下型２０（第１の部分）と上型３０（第２の部分）とで構成される。下型２０と上型３０は、それぞれ、ＪＩＳ  Ｓ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼や、ＪＩＳ  ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼などで形成されている。ワーク１０に焼入れをするときには、図２に示すように、ワーク１０が、上型３０と下型２０とで軸方向に挟まれた状態で固定される。図２では、冷却油の流れる向きの例を、実線の矢印で示している。
以下、上型３０及び下型２０についての説明においても、図２のワーク１０の中心軸ｍの方向を軸方向といい、中心軸ｍと直交する方向を径方向という。また、図２の下方を軸方向一の側、上方を軸方向他の側とする。
【００１５】
下型２０は、段付きの円板形状であり、大径の円板で形成された台座部２１と、小径の円板で形成されたガイド部２４とが、同軸に組み合わされている。台座部２１の外周面２２の直径は、ワーク１０の外径とほぼ同等の大きさである。ガイド部２４の外周面２５（型外周面）の直径は、常温におけるワーク１０の第２内周面１１ｂの内径よりわずかに大径である。下型２０では、ワーク１０が載置される載置面２３（第１の平面）が、ガイド部２４の径方向外方で、台座部２１の側面に形成されている。
また、ガイド部２４の板厚、すなわち、ガイド部２４が、台座部２１の載置面２３から軸方向に向けて突出する高さは、第２内周面１１ｂの軸方向長さとほぼ同じである。
なお、第１実施形態では、台座部２１とガイド部２４は、図示しないボルトなどによって一体に締結されているが、一体物として製作されてもよい。
【００１６】
図３は、図２の上方から軸方向に見たときの、下型２０の正面図である。図２では、下型２０は、図３のＸ−Ｘの位置における断面で記載されている。
下型２０には、軸方向一の側から軸方向他の側に向けて貫通する複数の油流路２６が形成されている。油流路２６は、中心軸ｍの周りに、２列の同心円状に配置されている。径方向内側に配置された油流路２６（油流路Ａ）は、中心軸ｍと平行な向きに形成されている。
径方向外側に配置された油流路２６（油流路Ｂ）は、軸方向一の側から軸方向他の側に向かうにしたがって、径方向外方に傾いている。これにより、油流路Ｂを流れる冷却油が、ワーク１０の第１内周面１１ａに向けて流動するので、第１内周面１１ａを効果的に冷却することができる。油流路Ｂは、少なくとも軸方向他の側の開口部がワーク１０に向けて傾いたものであればよく、流路の全体が傾いている必要はない。冷却油の流れについては、ワーク１０の表面に硬化層を形成する熱処理手順とともに、後で詳細に説明する。
【００１７】
図４は、図２の上方から軸方向に見たときの、上型３０の正面図である。図４では、上型３０と当接するワーク１０の第２の端面１４の位置を破線で示している。また、図２では、上型３０は、図４のＹ−Ｙの位置における断面で記載されている。
上型３０は、一様な板厚の円板であり、図２に示すように、ワーク１０を挟んで下型２０と反対側にほぼ同軸に配置される。上型３０の外周面２８の直径は、ワーク１０の外径より大径である。
上型３０には、軸方向一の側から軸方向他の側に向けて貫通する複数の油流路３１が形成されている。油流路３１は、中心軸ｍの周りに、３列の同心円状に配置されている。油流路３１は、いずれも中心軸ｍと平行な向きに形成されている。３列の油流路３１のうち径方向で最も外方の油流路３１（油流路Ｃ）は、ワーク１０の第２の端面１４の位置より径方向外側に配置されている。径方向内方の２列の油流路３１（油流路Ｄ）は、第２の端面１４の位置より径方向内側に配置されている。
【００１８】
次に、図２を参照しつつ、焼入れ型１９を使用して、ワーク１０の表面に硬化層を形成する熱処理の手順を説明する。第１実施形態では、ワーク１０が大径であるため、１次焼入れ、２次焼入れ、焼き戻しの順に熱処理が行われる。
【００１９】
１次焼入れでは、ワーク１０を浸炭雰囲気炉に入れ、更に、必要に応じてアンモニアガスを供給しながら、鋼のＡ１変態点以上の温度（概ね８００℃から１０００℃）に加熱している。これにより、ワーク１０の表面に、浸炭層又は浸炭窒化層が形成される。その後、冷却油の中に投入して急冷することによって、浸炭層又は浸炭窒化層がマルテンサイト組織に変態し、硬度の高い浸炭層又は浸炭窒化層（以下、硬化層という）が形成される。１次焼入れでは、ワーク１０は拘束されていない。
【００２０】
次に、焼入れ型１９を使用して、ワーク１０を拘束した状態で２次焼入れを行う。２次焼入れでは、１次焼入れが完了したワーク１０を再度焼入れすることによって、硬化層の硬度を更に高くすることができる。
２次焼入れでは、ワーク１０を鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱する第１のステップと、ワーク１０と焼入れ型１９とを当接させる第２のステップと、ワーク１０を焼入れ型１９によって拘束した状態で冷却する第３のステップとが、順次行われる。各ステップにおける操作について、具体的に説明する。
【００２１】
第１のステップでは、１次焼入れが完了したワーク１０を、加熱炉の中に投入し、鋼のＡ１変態点以上の温度（概ね７９０℃から９００℃である）に加熱している。第１のステップでは、ワーク１０は拘束されていない。
【００２２】
第２のステップでは、図２に示すように、下型２０が、ガイド部２４を上側にして、水平に（すなわち下型２０の軸を鉛直方向に向けて）設置される。次に、下型２０の上方に、第１のステップで加熱されたワーク１０が、高温の状態で載置される。ワーク１０は、第１の端面１３が台座部２１の載置面２３と軸方向に当接する向きに載置される。こうして、ワーク１０の第２内周面１１ｂが、下型２０のガイド部２４に嵌め合わされる。
このとき、ワーク１０は、熱膨張しており、第２内周面１１ｂの内径寸法は、常温時の内径寸法より増大している。ガイド部２４の外径寸法は、常温時の第２内周面１１ｂの内径寸法より大きく、かつ、第１のステップで加熱されて熱膨張した状態における第２内周面１１ｂの内径寸法より小さく設定されている。このため、第２のステップでは、ワーク１０をガイド部２４に容易に嵌め合わせることができる。
【００２３】
次に、ワーク１０を挟んで下型２０の反対側（ワーク１０の鉛直方向上方である）に、上型３０が載置される。このとき、上型３０の軸方向一の側の側面３２（第２の平面）が、ワーク１０の第２の端面１４と当接する。
上型３０の外径は、ワーク１０の外径より大きい。このため、上型３０の中心の位置が、ワーク１０の中心軸ｍの位置に対して径方向に多少ずれた場合であっても、上型３０が、ワーク１０の第２の端面１４の全周にわたって当接する。
【００２４】
上型３０は、下型２０に向けて軸方向に付勢されており、ワーク１０が、上型３０と下型２０とで軸方向に拘束されている。上型３０を付勢する装置については図示を省略したが、例えば、軸方向に進退自在のシリンダーを備えた油圧式又は機械式のプレスを上型３０の上部に配置したり、下型２０にねじ穴を形成し、上型３０の上面からボルト締めする等によって、上型３０を付勢することができる。
こうして、第２のステップでは、鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱された高温のワーク１０と、焼入れ型１９とが組み合わされている。
【００２５】
第３のステップでは、高温のワーク１０と焼入れ型１９とが組み合わされた状態のまま、冷却油の中に投入される。
冷却油は、下型２０の油流路２６を通って、上型３０及び下型２０とワーク１０とで囲まれた空間Ｋに流入する。空間Ｋに流入した冷却油がワーク１０の第１内周面１１ａと接触し、第１内周面１１ａが急冷される。特に、下型２０の径方向外側に配置された油流路Ｂは、空間Ｋの側で、径方向外方に傾いており、ワーク１０の第１内周面１１ａに向けて開口している。これにより、油流路Ｂから空間Ｋに流入した冷却油は、第１内周面１１ａに向けて流動するので、第１内周面１１ａを効果的に冷却することができる。
なお、油流路Ｂが、可能な範囲で径方向外方に設置され、第１内周面１１ａと近接している場合には、油流路Ｂが、油流路Ａと同様に、軸方向に形成されていてもよい。
【００２６】
冷却油は、油槽内で撹拌されているため、鉛直方向の上方に移動する。この冷却油は、上型３０に形成された油流路Ｄを通って、上方に排出される。同時に、下型２０の油流路２６から、冷たい冷却油が空間Ｋに流入する。こうして、第１内周面１１ａが、連続的に冷却される。
【００２７】
また、第１実施形態では、ガイド部２４は第２内周面１１ｂに嵌め合わされている。また、ガイド部２４が軸方向に突出する高さは、第２内周面１１ｂの軸方向長さとほぼ同等である。したがって、下型２０が、第１内周面１１ａと接触することがない。
また、上型３０には、ワーク１０との位置合わせのためのガイド部２４に相当する部材が設けられておらず、上型３０は、軸方向一の側の側面３２が第２の端面１４と接触するに過ぎない。このため、上型３０が、第１内周面１１ａと接触することがない。
【００２８】
こうして、第１内周面１１ａは、全周にわたって空間Ｋに向かって径方向内方に露出しているので、空間Ｋでは、冷却油が、ワーク１０の全周にわたって第１内周面１１ａと直接接触することができる。
このため、第３のステップでは、ワーク１０が焼入れ型１９によって拘束された状態であっても、第１内周面１１ａを均一に冷却することができるので、第１内周面１１ａに、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成することができる。
【００２９】
次に、ワーク１０の外周における、冷却油の流れを説明する。
ワーク１０の外周では、外周面１２の全周が、ワーク１０を冷却油中に投入すると同時に、冷却油と接触する。冷却油は、油槽内で撹拌されているため、鉛直方向の上方に移動する。上型３０には、油流路Ｃが、ワーク１０の外周より径方向外方に形成されている。冷却油は、油流路Ｃを通って、上方に排出される。こうして、冷却される面（ここでは外周面１２である）の上方が上型３０によって覆われている場合であっても、ワーク１０を冷却した冷却油が、速やかに排出される。
このように、第１実施形態では、ワーク１０が焼入れ型１９によって拘束された状態であっても、ワーク１０の外周面１２と焼入れ型１９とが接触することがない。したがって、ワーク１０の外周面１２が、全周にわたって冷却油と直接接触するので、ワーク１０の外周に、硬さのムラのない均一な硬さを有する硬化層を形成することができる。
【００３０】
なお、ワーク１０を冷却油中に投入するときには、ワーク１０の中心軸ｍを鉛直方向に向けた状態で、投入するのが好ましい。これにより、空間Ｋ内に空気だまりが生じるのを防止できるので、冷却油が、第１内周面１１ａの全周と確実に接触し、硬さのムラがない硬化層を形成することができる。
【００３１】
なお、第２内周面１１ｂの内側には下型２０のガイド部２４が嵌め合わされているので、冷却油が、第２内周面１１ｂにほとんど接触しない。第２内周面１１ｂは、特に強度を必要としないので、硬さを高くする必要がない。
【００３２】
次に、第１実施形態の２次焼入れにおいて、ワーク１０の変形を防止する作用効果について説明する。
【００３３】
２次焼入れにおける第３のステップでは、高温のワーク１０が、焼入れ型１９と一体となって冷却油中に投入されている。ワーク１０の温度の低下にともなって、ワーク１０の内径が収縮する。第２内周面１１ｂの内径は、常温では、ガイド部２４の外径より小径である。このため、ワーク１０が冷却されるにしたがって、第２内周面１１ｂが、ガイド部２４の外周に、締りばめの状態で嵌め合わされるようになる。ガイド部２４は、円筒形状に形成されている。したがって、円筒形状の第２内周面１１ｂが、ガイド部２４の外周面２５に沿って拘束されるので、ワーク１０は、ガイド部２４と同軸の円筒形状に保持される。こうして、第１実施形態では、焼入れ時に、ワーク１０が楕円形等に変形するのを防止できる。
【００３４】
更に、第１実施形態では、上型３０を下型２０に向けて付勢することによって、ワーク１０が、下型２０と上型３０とで軸方向に拘束された状態で冷却される。このため、ワーク１０が、軸方向に変形するのを防止できる。
【００３５】
こうして、第１実施形態では、環状のワーク１０の内周面１１及び外周面１２に、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成するとともに、焼入れ時における径方向及び軸方向のワーク１０の変形を抑制することができる。
【００３６】
２次焼入れが完了した後、ワーク１０は、焼入れ型１９と分離される。その後、ワーク１０は、加熱炉内で、１６０℃から１８０℃に加熱した後、徐冷して、焼戻し処理が行われる。
【００３７】
次に、第１内周面１１ａ、外周面１２、第１端面、第２端面に研削加工が施されて、円すいころ軸受の外輪が製造される。
【００３８】
上記で説明したように、第１実施形態の製造方法では、焼入れ型１９を使用して焼入れ時の熱変形を抑制するとともに、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成できる。このため、ニッケルクロムモリブデン鋼などの焼入れ性のよい高価な材料を使用する必要がない。比較的安価な鋼材を使用できるので、外輪を製造するコストを低く抑えることができる。
【００３９】
なお、上記で説明した下型２０では、ガイド部２４の外周面２５が、周方向に連続した円筒面で形成されている。しかし、この形態に限定されない。例えば、図５に示す下型３５では、ガイド部２４の外周面２５が、円筒面を周方向に断続させた部分円筒面で形成されている。図５（ａ）は、図２と同様に、下型３５を軸方向から見た正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の、Ｚ−Ｚの位置における断面図である。
【００４０】
下型３５には、軸方向一の側から軸方向他の側に向けて貫通する複数の油流路３７が、２列の同心円状で、各列ごとに周方向に等しい間隔で、形成されている。２列の油流路３７のうち、径方向外方の油流路Ｅは、概ねガイド部２４の外周面２５と一致する位置に形成されている。これにより、ガイド部２４の外周面２５が、周方向で等間隔に断続する部分円筒面で形成されている。ガイド部２４の外周面２５は、単一の円筒面の一部である。油流路Ｅは、周方向に等しい間隔で１２か所以上に設置されるのが好ましい。
【００４１】
下型３５によりワーク１０を拘束するときの作用効果を説明する。図５（ｂ）では、下型３５に載置したワークの状態を、破線で示している。                                                            
下型３５を使用した場合には、２次焼入れの第３のステップにおいて、ワーク１０が冷却油中に投入されたときに、第２内周面１１ｂが、部分円筒面であるガイド部２４の外周面２５に沿って拘束される。
こうして、第２内周面１１ｂが、単一の円筒面を構成する多数の円筒面で支持されることによって、ワーク１０が、略円筒形状に保持される。このため、焼入れ時に、ワーク１０が楕円形等に変形するのを防止できる。
【００４２】
更に、下型３５では、油流路Ｅから流入した冷却油が、直接、第１内周面１１ａに向けて流入するので、第１内周面１１ａが効果的に冷却される。このため、第１内周面１１ａの硬化層の硬度を高くすることができる。また、油流路Ｅが、周方向に等しい間隔で、数を多く設置されているので、第１内周面１１ａでは、周方向の硬さのムラを抑制することができる。
【００４３】
こうして、第１実施形態の製造方法では、焼入れ型１９を使用して焼入れ時の熱変形を抑制するとともに硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成できるので、焼入れ性のよい高価な材料を使用する必要がない。このため、比較的安価な鋼材を使用できるので、外輪を製造するコストを低く抑えることができる。
更に、熱処理による変形が抑制されるので、研削加工時の取り代のばらつきを小さくできる。これにより、研削加工工数を低減して、更に外輪を製造するコストを低減できる。
【００４４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を、図を用いて説明する。第２実施形態は、内輪内径が概ね２０センチメートルから１メートル程度の大型の円すいころ軸受に使用される内輪の製造方法である。第２実施形態は、第１実施形態に比べて、内輪の加工素材であるワーク５０の形態に特徴がある。図６は、ワーク５０の軸方向断面の形状を示すとともに、ワーク５０と第２実施形態の焼入れ型６９を組み合わせた状態を説明する説明図である。第１実施形態と共通する構成については説明を簡単にし、もしくは省略する。
【００４５】
ワーク５０は、内周面５１と、外周面５２と、軸方向一の側の第１の端面５３と、軸方向他の側の第２の端面５４と、を有している。
内周面５１は、中心軸ｍを中心とする環状の面であり、第１内周面５１ａと、第１円筒面より小径の第２内周面５１ｂを備えている。第１内周面５１ａと第２内周面５１ｂは、同軸に形成されている。第２内周面５１ｂは、第１内周面５１ａの軸方向一の側の端部に形成されている。こうして、第２内周面５１ｂが形成されている部分は、径方向内方に突出する凸部５５となっている。第２実施形態では、ワーク５０の熱処理が完了した後、凸部５５を除去する除去工程を備えている。凸部５５は、除去工程で、機械加工によって除去される。
外周面５２は、中心軸ｍを中心とする略円筒面であり、転動体（図示を省略）が転動する軌道面を加工するための凹部５６が形成されている。
第１の端面５３は、外周面５２の軸方向一の側の端部と、第２内周面５１ｂの軸方向一の側の端部とを径方向につないでおり、第２の端面５４は、外周面５２の軸方向他の側の端部と、第１内周面５１ａの軸方向他の側の端部とを径方向につないでいる。第１の端面５３及び第２の端面５４は、それぞれ中心軸ｍに直交し、互いに平行である。
【００４６】
第２実施形態における焼入れ型６９の構成は、第１実施形態と同様である。下型６０は、大径の円板で形成された台座部６１と、小径の円板で形成されたガイド部７４とが、同軸に組み合わされている。ワーク５０が載置される載置面６３（第１の平面）が、ガイド部７４の径方向外方で、台座部６１の側面に形成されている。
ガイド部７４の外径寸法は、常温時の第２内周面５１ｂの内径寸法より大きく、かつ、下記で説明する２次焼入れの第１のステップで加熱されて熱膨張した状態における第２内周面５１ｂの内径寸法より小さく設定されている。また、ガイド部７４が、台座部６１の載置面６３から軸方向に向けて突出する高さは、第２内周面５１ｂの軸方向長さとほぼ同等である。
下型６０には、第１実施形態と同様に、板厚の方向に貫通する複数の油流路６４が形成されている。
【００４７】
上型７０は、一様な板厚の円板であり、図６に示すように、ワーク５０を挟んで下型６０と反対側にほぼ同軸に配置される。ワーク５０と当接する側面７１は、第２の平面を構成する。上型７０には、軸方向一の側から軸方向他の側に向けて貫通する複数の油流路７２が形成されている。
【００４８】
第２実施形態では、焼入れ型６９を使用して熱処理をすることによって、ワーク５０の表面に、焼入れされた浸炭層又は浸炭窒化層を形成している。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、１次焼入れ、２次焼入れ、焼き戻しの順に熱処理が行われる。２次焼入れでは、ワーク５０を鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱する第１のステップと、ワーク５０と焼入れ型６９とを当接させる第２のステップと、ワーク５０を焼入れ型６９によって拘束した状態で冷却する第３のステップとが、順次行われる。熱処理の手順は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
第２実施形態においても、熱処理によって、ワーク５０の内周面５１と外周面５２に硬さのムラがない均一な硬さを有する浸炭層又は浸炭窒化層が形成される。その、作用効果について簡単に説明する。
ワーク５０の内周側では、ガイド部７４が、第２内周面５１ｂの内側に嵌め合わされており、ガイド部７４の軸方向に突出する高さは、第２内周面５１ｂの軸方向長さとほぼ同等である。したがって、下型６０は、第１内周面５１ａと接触しない。また、上型７０は、軸方向一の側の側面が第２の端面５４と接触するに過ぎず、第１内周面５１ａと接触しない。これにより、第１内周面５１ａは、全周にわたって空間Ｋに向かって径方向内方に露出しているので、空間Ｋでは、冷却油が、ワーク５０の全周にわたって第１内周面５１ａと直接接触することができる。
こうして、第３のステップでは、ワーク５０が焼入れ型６９によって拘束された状態であっても、第１内周面５１ａに、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成することができる。
同様に、ワーク５０の外周側においても、外周面５２が全周にわたって冷却油中に露出しているので、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成することができる。
【００５０】
次に、第２実施形態の２次焼入れにおいて、ワーク５０の変形を防止する作用効果について説明する。
【００５１】
第３のステップでは、高温のワーク５０が、焼入れ型６９と一体となって冷却油中に投入されている。ワーク５０の温度の低下にともなって、ワーク５０の内径が収縮する。第２内周面５１ｂの内径は、常温では、ガイド部７４の外径より小径である。このため、冷却時には、第２内周面５１ｂが、ガイド部７４の外周に、締りばめの状態で嵌め合わされるようになる。ガイド部７４は、円筒形状に形成されている。したがって、円筒形状の第２内周面５１ｂが、ガイド部７４の外周面７５に沿って拘束されるので、ワーク５０は、ガイド部７４と同軸の円筒形状に保持される。
こうして、第２実施形態では、焼入れ時に、ワーク５０が楕円形等に変形するのを防止できる。
【００５２】
更に、第２実施形態では、上型７０を下型６０に向けて付勢することによって、ワーク５０が、下型６０と上型７０とで軸方向に拘束された状態で冷却される。このため、ワーク５０が、軸方向に変形するのを防止できる。
【００５３】
こうして、第２実施形態では、環状のワーク５０の内周面５１及び外周面５２に、硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成するとともに、焼入れ時における径方向及び軸方向のワーク５０の変形を抑制することができる。
【００５４】
２次焼入れが完了した後、ワーク５０と焼入れ型６９とを分離している。その後、ワーク５０は、加熱炉内で、１６０℃から１８０℃に加熱された後、徐冷されて、焼き戻し処理が行われる。
【００５５】
次に、第２実施形態では、除去工程において、径方向内方に突出した凸部５５を、切削加工によって除去している。切削加工によって除去する部分を、図６ではクロスのハッチングを付して示している。
第３ステップでは、第２内周面５１ｂの内側に、ガイド部７４が嵌め合わされている。このため、冷却油中に投入したときに、第２内周面５１ｂが冷却油と直接接触しないので、第２内周面５１ｂでは、第１内周面５１ａと比較して硬さが低くなっている。このため、凸部５５は、切削加工によって容易に除去することができる。
こうして凸部５５が除去されることによって、ワーク５０の軸方向一の側の内周には、第１内周面５１ａと同等の内径寸法を有する第３内周面５７が形成される。図６では、当該第３内周面５７を破線で示している。
【００５６】
その後、第１実施形態と同様にして、第１内周面５１ａ、外周面５２、第１端面、第２端面が研削加工されて、円すいころ軸受の内輪が製造される。このとき、第１内周面５１ａと同時に第３内周面５７にも研削加工が施され、ワーク５０の内周には、単一の円筒面からなる内輪の内周面が形成される。
【００５７】
こうして、第２実施形態においても、焼入れ型６９を使用して焼入れ時の熱変形を抑制するとともに硬さのムラがない均一な硬さを有する硬化層を形成できる。このため、焼入れ性のよい高価な材料を使用する必要がない。比較的安価な鋼材を使用できるので、内輪を製造するコストを低く抑えることができる。
更に、熱処理による変形が抑制されるので、研削加工時の取り代のばらつきを小さくできる。これにより、研削加工工数を低減して、更に内輪を製造するコストを低減できる。
【００５８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の変更が可能である。たとえば、第２実施形態の加工方法は、軸受の内輪のほか、シャフトの外周に嵌め合わされる歯車などの内周面の加工に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
（第１実施形態）１０：ワーク、１１：内周面、１１ａ：第１内周面、１１ｂ：第２内周面、１２：外周面、１３：第１の端面、１４：第２の端面、１９：焼入れ型、２０：下型、２１：台座部、２２：外周面（台座部）、２３：載置面、２４：ガイド部、２５：外周面（ガイド部）、２６：油流路、２８：外周面（上型）、３０：上型、３１：油流路、３５：下型、３７：油流路、
（第２実施形態）５０：ワーク、５１：内周面、５１ａ：第１内周面、５１ｂ：第２内周面、５２：外周面、５３：第１の端面、５５：凸部、５７：第３内周面、６０：下型、６１：台座部、６３：載置面、６４：油流路、６９：焼入れ型、７０：上型、７２：油流路、７４：ガイド部、７５：外周面（ガイド部）
【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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【図６】
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