(57)【要約】【課題】鋼製の環状部材を拘束して熱処理を行なうときに、拘束することによるワークの変形を防止する。【解決手段】ワーク２０の鉛直方向下側に配置される第１の型３１は、鉛直方向上方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第１拘束面３５を備え、ワーク２０の鉛直方向上側に配置される第２の型３２は、鉛直方向下方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第２拘束面４５を備える。第１拘束面３５と第２拘束面４５とが、互いに同軸で、かつ、軸方向に所定の間隔で対向するように第１の型３１と第２の型３２とが固定され、ワーク２０は、鋼のＡ１変態点より高い温度のときは、第１拘束面３５と第２拘束面４５で拘束されず、鋼のＡ１変態点より低い温度のときに、熱収縮することによって、第１拘束面３５と第２拘束面４５との間で拘束される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のワークを焼入れするときに、前記ワークを拘束する焼入れ型であって、
前記ワークの鉛直方向下側に配置される第１の型と、前記ワークの鉛直方向上側に配置される第２の型を備え、
前記第１の型は、鉛直方向上方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第１拘束面を備え、
前記第２の型は、鉛直方向下方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第２拘束面を備え、
前記第１拘束面と前記第２拘束面とが、互いに同軸で、かつ、軸方向に所定の間隔で対向するように前記第１の型と前記第２の型とが固定されており、
前記ワークが、前記第１拘束面と前記第２拘束面の間に略同軸に設置され、
前記間隔は、前記ワークの温度が鋼のＡ１変態点より高い温度のときは、前記ワークが前記第１拘束面と前記第２拘束面で拘束されず、前記ワークの温度が鋼のＡ１変態点より低い温度のときに、前記ワークが熱収縮することによって、前記第１拘束面と前記第２拘束面との間で拘束されるように設定されたことを特徴とする焼入れ型。
【請求項２】
前記第１拘束面を構成する円錐面の軸と母線とがなす劣角が６０°を越えて７０°未満であり、
前記第２拘束面を構成する円錐面の軸と母線とがなす劣角が３０°を越えて４０°未満であることを特徴とする、請求項１に記載する焼入れ型。
【請求項３】
環状のワークを軸方向に拘束して焼入れする環状部材の製造方法であって、
前記ワークの鉛直方向下側に配置される第１の型と、前記ワークの鉛直方向上側に配置される第２の型を備え、
前記第１の型は、鉛直方向上方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第１拘束面を備え、
前記第２の型は、鉛直方向下方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第２拘束面を備え、
前記ワークを鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱する第１ステップと、
前記第１の型を、前記第１拘束面を鉛直方向上方に向けて設置し、前記ワークを、前記第１拘束面の上に略同軸に載置する第２ステップと、
前記第２の型が、前記ワークの鉛直方向上方で前記第２拘束面を鉛直方向下方に向けて設置され、前記第１拘束面と前記第２拘束面とが、互いに同軸で、かつ、軸方向に所定の間隔で対向するように前記第１の型と前記第２の型とが固定される第３ステップと、  
前記第１の型と前記第２の型とが互いに固定された状態で、前記ワークとともに冷却油中に浸漬される第４ステップとを順に実施し、
第３ステップにおける前記間隔は、前記ワークの温度が鋼のＡ１変態点より高い温度のときは、前記ワークが前記第１拘束面と前記第２拘束面で拘束されず、前記ワークの温度が鋼のＡ１変態点より低い温度のときに、前記ワークが熱収縮することによって、前記第１拘束面と前記第２拘束面との間で拘束されるように設定されていることを特徴とする環状部材の製造方法。
【請求項４】
前記第１拘束面を構成する円錐面の軸と母線とがなす劣角が６０°を越えて７０°未満であり、
前記第２拘束面を構成する円錐面の軸と母線とがなす劣角が３０°を越えて４０°未満であることを特徴とする、請求項３に記載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ための焼入れ型、及び、環状部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の内輪や外輪のような、熱処理が施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）に焼入れ等の熱処理が施され、その後、研削加工される。熱処理工程では、鋼のＡ１変態点（おおむね８００°Ｃ）より高温に加熱されたワークを冷却油中に投入し、急速に冷却することによってワークの表面に硬化層を形成している。このとき、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し、ワークが変形する場合がある。特に、大径のワークでは、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、焼入れ型に固定した状態で冷却油中に投入する熱処理方法が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、ワークを拘束する焼入れ型の拘束面を円錐面で形成し、当該拘束面をワークに押し付けた状態で熱処理をすることによって、ワークの変形を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の焼入れ型を使用した場合には、冷却油中に投入する前に、概ね９００℃程度に加熱された高温のワークが、焼入れ型によって径方向に付勢されている。高温に加熱されたワークは軟化しており容易に変形する。焼入れ型の拘束面は、ワークの軸方向端部のみで当接しているので、ワークの軸端部が径方向外方に押し広げられることによって、軌道面が形成されるワーク内周面の母線形状が湾曲し、研削加工終了時に、焼入れ深さのばらつきが生じる場合がある。軸受の内輪や外輪のように、転動体が転動する軌道面を有する環状部材では、転がり寿命が低下する等の不具合を生じる。このため、特許文献１の焼入れ型では、焼入れ型を押し付ける力を精度良く管理して、拘束によるワークの変形を防止する必要があり、熱処理の作業能率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、鋼製の環状部材に焼入れ等の熱処理を行なうときに、ワークを拘束して、焼入れ時の内部応力等に起因する変形を防止する場合であっても、更に、拘束することによるワークの変形を防止して、形状精度の優れたワークを製造す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】
【０００７】
本発明の一形態は、環状のワークを焼入れするときにワークを軸方向に拘束する焼入れ型であって、ワークの鉛直方向上側に配置される第１の型と、ワークの鉛直方向下側に配置される第２の型を備え、第１の型は、鉛直方向下方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第１拘束面を備え、第２の型は、鉛直方向上方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第２拘束面を備え、第１拘束面と第２拘束面は、互いに同軸に配置されるとともに、軸方向に所定の間隔で固定されており、ワークが、第１拘束面と第２拘束面の間に略同軸に設置され、ワークの温度が鋼のＡ１変態点より高い温度のときは第１拘束面と第２拘束面で拘束されず、鋼のＡ１変態点より低い温度のときに熱収縮することによって、第２拘束面との径方向の接触位置が変化し、第１拘束面と第２拘束面との間で軸方向に拘束されることを特徴としている。
【０００８】
本発明の他の形態は、環状のワークを軸方向に拘束して焼入れする環状部材の製造方法であって、ワークの鉛直方向上側に配置される第１の型と、ワークの鉛直方向下側に配置される第２の型を備え、第１の型は、鉛直方向下方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第１拘束面を備え、第２の型は、鉛直方向上方に進むにしたがって縮径する円錐面からなる第２拘束面を備え、第２の型を、第２拘束面を鉛直方向上方に向けて設置する第１ステップと、ワークを鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱し、第２拘束面の上に載置する第２ステップと、第１の型を、第１拘束面を鉛直方向下方に向けて設置し、第１拘束面と第２拘束面とが、前記ワークを挟んで互いに同軸に配置されるとともに、軸方向に所定の間隔で固定される第３ステップと、第１の型と第２の型とが互いに固定された状態で、ワークとともに冷却油中に浸漬される第４ステップとを順に実施し、ワークは、ワークの温度が鋼のＡ１変態点より高い温度のときは、第１拘束面と第２拘束面で拘束されず、鋼のＡ１変態点より低い温度のときに、熱収縮することによって、第２拘束面との径方向の接触位置が変化し、第１拘束面と第２拘束面との間で軸方向に拘束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、鋼製の環状部材に焼入れ等の熱処理を行なうときに、ワークを拘束して、焼入れ時の内部応力等に起因する変形を防止する場合であっても、更に、拘束によるワークの変形を防止して、形状精度の優れたワークを製造する製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の製造方法で加工されるワークの軸方向断面図である。
【図２】焼入れ型の構成を説明するための説明図である。
【図３】図２のＸ−Ｘの位置における焼入れ型の断面図である。
【図４】焼入れ時の、第１拘束面及び第２拘束面とワークとの位置関係を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態（以下、「本実施形態」）を、図を用いて説明する。本実施形態は、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】
（ワークの形態）
図１は、ワーク２０（環状部材）の軸方向断面図である。ワーク２０は、クロムモリブデン鋼（例えば，ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０）や、ニッケルクロムモリブデン鋼（例えば、ＪＩＳ  ＳＮＣＭ４２０）などの低炭素鋼で製造されている。
ワーク２０は、環状で、内周面２１と、外周面２２と、軸方向一の側の端面（以下、「小端面２３」）と、軸方向他の側の端面（以下、「大端面２４」）と、を有している。以下の説明では、ワーク２０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２１は、中心軸ｍを回転軸とする円錐面の一部であり、軸方向他の側に向かうにしたがって縮径している。内周面２１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２２は、中心軸ｍを中心とする円筒面である。
小端面２３は、外周面２２の軸方向一の側の端部と、内周面２１の軸方向一の側の端部とを径方向につないでおり、大端面２４は、外周面２２の軸方向他の側の端部と、内周面２１の軸方向他の側の端部とを径方向につないでいる。小端面２３及び大端面２４は、それぞれ中心軸ｍと直交する面で、互いに平行である。
【００１４】
（焼入れ型の形態）
図２は、焼入れ型３０の構成を説明するための説明図であって、ワーク２０が組み込まれた状態を示している。
焼入れ型３０は、下型３１（第１の型）と上型３２（第２の型）とで構成される。上型３２と下型３１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２０に焼入れをするときには、図２に示すように、ワーク２０が、上型３２と下型３１とで軸方向に挟まれた位置に配置される。図２では、焼入れ時に、冷却油が流れる向きを、実線の矢印Ｆで示している。
以下、上型３２及び下型３１についての説明においても、図２におけるワーク２０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３１は、円錐台形状であり、第１側面３３と第２側面３４と第１拘束面３５を備えている。第１側面３３と第２側面３４は、それぞれ中心軸ｍと直交する向きの平面であり互いに平行である。第１側面３３の直径は、ワーク２０の小端面２３の内周側の直径より大径であり、第２側面３４の外径は、ワーク２０の小端面２３の内周側の直径より小径である。
第１拘束面３５は、第１側面３３の外周と第２側面３４の外周をつなぐ面である。第１拘束面３５は、中心軸ｍを回転軸とする円錐面で形成されており、軸方向一の側から軸方向他の側に進むにしたがって縮径している。
【００１６】
図３は、焼入れ型３０を、図２のＸ−Ｘの位置で軸方向に見たときの、断面図である。図２は、下型３１を、図３のＹ−Ｙの位置における断面で示している。
下型３１には、複数の第１油流路３７と、第１ガイド孔３６が形成されている。
第１ガイド孔３６は、下型３１の中心に、中心軸ｍに沿って軸方向に貫通する向きに形成されている。第１ガイド孔３６の内周は、中心軸ｍを中心とする円筒面であって、第１側面３３及び第２側面３４と直交する向きに形成されている。
第１油流路３７は、焼入れ時に、ワーク２０の軌道面を冷却する冷却油が、上型３２及び下型３１とワーク２０とで囲まれた空間Ｋに流入するための流路である。図３に示すように、第１油流路３７は、中心軸ｍと平行な軸を中心とする円筒孔であって、軸方向に貫通しており、中心軸ｍの周りに同心円状で等間隔に配置されている。また、図２に示すように、第１油流路３７は、軸方向の一端が第１側面３３に開口するとともに、軸方向の他端が第１拘束面３５の中央付近に開口している。
【００１７】
図２に示すように、上型３２は、ワーク２０を挟んで下型３１と反対側にほぼ同軸に配置される。上型３２は、円錐台形状であり、第３側面４３と第４側面４４と第２拘束面４５を備えている。
第３側面４３と第４側面４４は、それぞれ中心軸ｍと直交する向きの平面であり互いに平行に形成されている。第３側面４３の直径は、ワーク２０の大端面２４の内周側の直径より小径であり、第４側面４４の外径は、ワーク２０の大端面２４の内周側の直径より大径である。
第２拘束面４５は、第３側面４３の外周と第４側面４４の外周をつなぐ面である。第２拘束面４５は、中心軸ｍを回転軸とする円錐面で形成されており、軸方向他の側から軸方向一の側に進むにしたがって縮径している。
【００１８】
上型３２には、下型３１と同様に、複数の第２油流路４７と、第２ガイド孔４６が形成されている。
第２ガイド孔４６は、上型３２の中心に、中心軸ｍに沿って軸方向に貫通する向きに形成されている。第２ガイド孔４６の内周は、中心軸ｍを中心とする円筒面であって、第３側面４３及び第４側面４４と直交する向きに形成されている。
第２油流路４７は、焼入れ時に、ワーク２０の軌道面を冷却した冷却油が、空間Ｋから流出するための流路である。第２油流路４７は、中心軸ｍと平行な軸を中心とする円筒孔であって、軸方向に貫通しており、中心軸ｍの周りに同心円状で等間隔に配置されている。第２油流路４７は、軸方向の一端が第２拘束面４５の中央付近に開口するとともに、軸方向の他端が第４側面４４に開口している。
【００１９】
図２に示すように、上型３２と下型３１との間には、複数の間座４０が設置される。間座４０は、円柱状で、円筒形状の外周面４０ａと、軸方向両側に外周面４０ａの軸と直交する向きに形成された間座端面４０ｂを備えている。間座端面４０ｂには、研削加工が施されて、間座端面４０ｂ間の寸法、すなわち間座４０の軸方向の長さＬが、所定の寸法に仕上げられている。
本実施形態の焼入れ型３０では、複数の間座４０が、それぞれの軸を鉛直方向に向けて、下型３１の第２側面３４上に設置される。間座４０は、上型３２と下型３１との軸方向の間隔を設定するために設置されている。間座４０が設置される第２端面上の位置は、厳密に規定される必要はなく、少なくとも３個の間座４０が、中心軸ｍから径方向に離れた位置で、周方向に略等間隔に離れて設置されるのが好ましい（図３参照）。
【００２０】
本実施形態の焼入れ型３０では、下型３１の第１ガイド孔３６と上型３２の第２ガイド孔４６に、案内軸５０が挿入されている。案内軸５０の直径は、第１ガイド孔３６及び第２ガイド孔４６の直径よりわずかに小さい。案内軸５０が、第１ガイド孔３６と第２ガイド孔４６に同時に挿入されることによって、上型３２と下型３１とが案内軸５０を基準として組み合され、これにより、下型３１の第１拘束面３５と上型３２の第２拘束面４５とが同軸に設置される。
案内軸５０の軸方向長さは、間座４０を挟んで上型３２と下型３１を組み合わせたときの、第１側面３３と第４側面４４との軸方向の寸法よりわずかに小さい。案内軸５０の両端には、軸方向にねじ穴が設けられており、座金を介してボルト５１が螺合されることによって、上型３２と下型３１とが、互いに固定され、第１拘束面３５と第２拘束面４５とが軸方向に所定の寸法だけ離れた状態で同軸に固定される。
【００２１】
なお、間座４０の形態は、本実施形態に限定されない。例えば、図示を省略するが、間座４０は、第１または第２ガイド孔４６より大径で、かつ、第２端面の外径より小さい直径の円筒状の部材であって、中心軸ｍと略同軸に設置されてもよい。また、案内軸５０が、段付きの円筒形状であって、軸方向の中央に両端より大径の大径部を設けてもよい。この場合には、大径部の軸方向長さを調整することによって、第１拘束面３５と第２拘束面４５を、軸方向に所定の寸法だけ離れた状態で同軸に固定することができる。
【００２２】
（熱処理の手順）
次に、図２を参照しつつ、焼入れ型３０を使用して、ワーク２０の表面に硬化層を形成する熱処理の手順を説明する。本実施形態では、ワーク２０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。
【００２３】
１次焼入れでは、ワーク２０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２０の表面に、浸炭層又は浸炭窒化層が形成される。その後、ワーク２０を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２０は拘束されていない。
【００２４】
次に、焼入れ型３０を使用して、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２０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２０を鋼のＡ１変態点以上の温度に加熱する第１ステップと、ワーク２０を下型３１の第１拘束面３５の上に載置する第２ステップと、上型３２をワーク２０の鉛直方向上方に設置し、下型３１と固定する第３ステップと、ワーク２０と焼入れ型３０とを組み合わせた状態で冷却油中に浸漬する第４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。
【００２５】
第１ステップでは、１次焼入れが完了したワーク２０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。
【００２６】
第２ステップでは、図２に示すように、下型３１が、中心軸ｍを鉛直方向に向けて、第２側面３４を鉛直方向上向きとして設置される。
次に、ワーク２０が、鋼のＡ１変態点以上の温度を保った状態で、下型３１の上に略同軸に載置される。ワーク２０は、小端面２３が下型３１と対向する向きに載置されており、ワーク２０の小端面２３の内周が、下型３１の第１拘束面３５と当接している。
【００２７】
第３ステップでは、下型３１の第２側面３４の上に、複数の間座４０と上型３２が設置される。上型３２は、中心軸ｍを鉛直方向に向けて、第３側面４３を鉛直方向下向きにして、間座４０の上に載置される。
このとき、下型３１の第１ガイド孔３６と上型３２の第２ガイド孔４６に、案内軸５０が挿入されて、第１拘束面３５と第２拘束面４５とが互いに同軸に組み合わされる。本実施形態では、ワーク２０の寸法に応じて、あらかじめ間座４０の軸方向長さＬが所定の寸法に設定されており、ワーク２０と第２拘束面４５との間には、周方向の少なくとも一部ですきまを有するようになっている。
すなわち、本実施形態では、ワーク２０が高温の状態のときは、焼入れ型３０に組み込まれたワーク２０は、第１拘束面３５と第２拘束面４５との間で拘束されていない。
【００２８】
この状態で、図２に示すように、案内軸５０の軸方向両側に座金を介してボルト５１を締め付けることによって、下型３１と上型３２とが互いに固定される。ワーク２０は、焼入れ型３０で拘束されないので、ボルト５１を締結するときに、十分な締め付けトルクを付与することができる。こうして、本実施形態では、上型３２と下型３１とを確実に固定できるとともに、焼入れ型３０を組み立てる際の作業効率を高くすることができる。
【００２９】
第４ステップでは、高温のワーク２０と焼入れ型３０とが組み合わされた状態で、冷却油の中に投入される。
冷却油は、下型３１の第１油流路３７を通って、空間Ｋに流入する。第１油流路３７は、第１拘束面３５の径方向のほぼ中央に形成されており、ワーク２０の内周面２１の近傍に開口している。これにより、第１油流路３７から空間Ｋに流入した冷却油は、すぐにワーク２０の内周面２１と接触し、内周面２１が急冷される。また、第１油流路３７が、周方向に等しい間隔で、数多く設置されているので、内周面２１では、周方向の硬さのムラを抑制することができる。
【００３０】
冷却油は、油槽内で撹拌されているため、内周面２１を冷却した冷却油は、鉛直方向の上方に移動し、上型３２に形成された第２油流路４７を通って、空間Ｋから排出される。同時に、下型３１の第１油流路３７から、未だワーク２０と接触していない冷たい冷却油が空間Ｋに流入する。こうして、ワーク２０の内周面２１が、連続的に冷却される。
【００３１】
なお、ワーク２０を冷却油中に投入するときには、ワーク２０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、内周面２１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。
【００３２】
次に、第４ステップにおいて、ワーク２０の変形を防止する作用効果について説明する。
【００３３】
図４は、ワーク２０に焼入れをするときの、第１拘束面３５及び第２拘束面４５とワーク２０との位置関係を説明する模式図である。また、図４では、ワーク２０が鋼のＡ１変態点以上の温度（以下、単に「高温」という場合がある）のときの位置を実線で示し、室温に冷却されたときの位置を破線で示している。
【００３４】
第３ステップでは、高温のワーク２０が、焼入れ型３０に組み込まれている。ワーク２０は、熱膨張することによって、直径が拡大しており、図４に示すように、ワーク２０の大端面２４の内周と第２拘束面４５との間にすきまが形成されている。図４では、理解を容易にするために、各部のすきまの大きさを誇張して示している。実際のすきまの大きさは、ワーク２０の大きさによって異なるが、径方向片側で１〜数ミリメートル程度である。
高温のワーク２０が下型３１の上に載置されたときの、ワーク２０の小端面２３の内周と第１拘束面３５とが接触する点を「点Ａ」とする。
【００３５】
次に、第４ステップでは、ワーク２０は、温度の低下にともなって内径が収縮（熱収縮）する。ワーク２０の温度が、鋼のＡ１変態点より低い温度になると、ワーク２０と第１拘束面３５とが接触する点Ａの位置が、第１拘束面３５に沿って径方向内方に移動する。そして、図４に、破線で示したように、周方向の少なくとも一部で、大端面２４の内周が第２拘束面４５と接触する。大端面２４の内周が第２拘束面４５と当接したときに、ワーク２０の小端面２３の内周と第１拘束面３５とが接触する点を「点Ｂ」とする。
【００３６】
更に、ワーク２０の温度が低下すると、大端面２４の内周が全周にわたって第２拘束面４５と当接するとともに、小端面２３の内周が、全周にわたって第１拘束面３５と当接する。本実施形態では、第１拘束面３５と第２拘束面４５は同軸に設置された円錐面である。このため、ワーク２０の小端面２３の内周及び大端面２４の内周が、全周にわたって第１拘束面３５、第２拘束面４５と接するときには、ワーク２０の中心軸は焼入れ型３０の中心軸と同軸に整列する。
なお、第１拘束面３５、第２拘束面４５によって、ワーク２０の変形を防止する効果を確実にするために、ワーク２０の温度が、４００℃から７００℃のときに、大端面２４の内周及び小端面２３の内周が、それぞれ全周にわたって第２拘束面４５及び第１拘束面３５と当接することが望ましい。
【００３７】
こうして、本実施形態では、ワーク２０は、第１拘束面３５及び第２拘束面４５によって、ワーク２０の軸方向両端がそれぞれ真円の状態で拘束されるので、焼入れ時の内部応力等に起因する変形を防止することができる。
更に、本実施形態では、ワーク２０の温度が鋼のＡ１変態点より低い温度のときに、第１拘束面３５及び第２拘束面４５によってワーク２０が拘束されるに過ぎない。高温の状態では、ワーク２０が拘束されないので、上型３２を下型３１とボルト締結等によって固定した場合であっても、ワーク２０が焼入れ型３０で付勢されることによる変形を防止できる。したがって、焼入れ型３０にワーク２０を組み込むときから焼き入れが完了するまで、外輪の軌道面の母線は直線状態を維持しているので、研削加工をした後、軌道面の焼入れ深さが一様になり、軌道面の転がり寿命を良好にすることができる。
【００３８】
本実施形態では、第１拘束面３５及び第２拘束面４５を形成する各円錐面の角度（円錐面の母線と、中心軸ｍとのなす角度（劣角）をいう）の設定に特徴がある。
ワーク２０が収縮し、ワーク２０の小端面２３の内周と第１拘束面３５との接触点が、点Ａから点Ｂに移動するときには、ワーク２０は、第１拘束面３５を滑りながら移動する。ワーク２０は、自重により、第１拘束面３５に対し鉛直方向下向きに押し付けられている。一般的に、潤滑条件下では鉄と鉄のすべり摩擦係数は、０．１〜０．２程度である。このため、第１拘束面３５の円錐面の角度α１が小さいとき（概ね６０°より小さいとき）には、すべり摩擦面にかじり等が生じる虞がある。特に大型の軸受の外輪等の場合には、ワーク２０の重量が大きく、さらにかじりを生じやすくなる。
【００３９】
一方、第１拘束面３５の円錐面の角度α１が大きいときには、ワーク２０の小端面２３の径方向の位置決めが困難になる。このため、上型３２の第２拘束面４５によってワーク２０を焼入れ型３０と同軸に保持したときであっても、ワーク２０の小端面２３が位置ずれすることによって、ワーク２０の中心軸と焼入れ型３０の中心軸が同軸に整列しない場合がある。このときは、ワーク２０が傾いた状態で拘束されるので、焼入れ完了時にワーク２０が楕円形に変形する恐れがある。
【００４０】
このため、本実施形態では、第１拘束面３５の円錐面の角度α１は、６０°から７０°に設定されている。これにより、ワーク２０が収縮するときに、第１拘束面３５との間でかじり等を生じることなく容易に移動するとともに、ワーク２０の小端面２３を焼入れ型３０と同軸に位置決めすることができる。
【００４１】
第２拘束面４５の円錐面の角度α２は、第１拘束面３５の円錐面の角度α１に比べて小さくなっている。
角度α２が大きい場合には、ワーク２０が収縮して、大端面２４の内周と第２拘束面４５とが接触するときに、ワーク２０の径方向の位置を決定するのが困難になる。一方、α２を小さくした場合には、直径寸法の異なるワーク２０を共通の上型３２を使用して熱処理するために、第２拘束面４５の軸方向の寸法を大きくしておく必要がある。この場合には、上型３２が大きくなって重量が増大するので、焼入れ作業が困難になる。
【００４２】
このため、本実施形態では、第１拘束面３５の円錐面の角度α１は、３０°から４０°に設定されている。これにより、ワーク２０が収縮するときに、ワーク２０の大端面２４を、第２拘束面４５と同軸となるように案内することができる。また、大端面２４の内径寸法が異なった他の外輪を熱処理するときには、間座４０の軸方向寸法を変えるだけで、上型３２を共通して使用することができる。これにより、焼入れ作業のコストを低くすることができる。
【００４３】
２次焼入れが完了した後、ワーク２０は、焼入れ型３０と分離される。本実施形態では、ボルト５１を緩めることによって、上型３２及びワーク２０を容易に取り外すことができる。その後、ワーク２０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。その後、内周面２１、外周面２２、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。
【００４４】
上記で説明したように、本実施形態の製造方法では、焼入れ型３０を使用して焼入れ時の熱変形を抑制するとともに、焼入れ型３０で拘束するときのワーク２０の変形を防止できる。したがって、熱処理完了時のワーク２０の形状精度を高くすることができる。この結果、研削加工時の取り代のばらつきを小さくできるので、研削加工工数を低減して、外輪を製造するコストを低減するとともに、焼入れ層の品質を高めて、転がり寿命を向上することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、ワーク２０の形状に応じて、間座４０の高さを調整するだけで、種々の形状のワーク２０を熱処理することができる。したがって、ワーク２０の形状ごとに焼入れ型３０を製造する必要がないので、焼入れ型３０の製造コストを大幅に低減することができる
【００４６】
なお、本実施形態は、外輪の他、種々の環状の部品に適用できる。例えば、内輪の内周に焼入れする場合や、ギアの内周に焼入れをする等、種々利用することができる。また、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：外輪、２０：ワーク、２１：内周面、２２：外周面、２３：小端面、２４：大端面、３０：焼入れ型、３１：下型、３２：上型、３３：第１側面、３４：第２側面、３５：第１拘束面、３６：第１ガイド孔、３７：第１油流路、４０：間座、４０ａ：外周面、４０ｂ：間座端面、４３：第３側面、４４：第４側面、４５：第２拘束面、４６：第２ガイド孔、４７：第２油流路、５０：案内軸、５１：ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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