(57)【要約】【課題】  耐衝撃性に優れ、高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で得ることができる熱処理方法を提供する。【解決手段】  高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して熱処理を施す熱処理方法であって、（Ａ）前記ワークに焼入れ処理を施す工程、及び（Ｂ）焼入れ処理後のワークに焼もどし処理を施す工程を含み、前記工程（Ｂ）では、焼もどし時間２０秒以下で、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるように、前記焼入れ処理後のワークを誘導加熱する熱処理方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材からなる環状のワークを誘導加熱して熱処理する熱処理装置であって、
ワークを内部にセットし、当該ワークに熱処理を施す処理槽と、
前記ワークを所定の位置に保持する保持部と、
前記ワークを包囲して誘導加熱する誘導加熱コイルと、
前記ワークの誘導加熱中に当該ワークの表面を冷却する冷却媒体と
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記保持部は、前記ワークの下面を点接触で受け止める第１支持部、前記ワークの水平方向への移動を抑制する第２支持部、及び、上方向への移動を抑制する第３支持部を有する請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記処理槽内に前記冷却媒体が貯留されている請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記ワークを当該ワークの軸心まわりに回転させる動力を前記保持部に伝達する動力伝達部をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記処理槽内に冷却媒体を噴射する噴射部をさらに備え、
前記噴射部から噴射された冷却媒体により、前記処理槽内に貯留された冷却媒体を撹拌する請求項２〜４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記処理槽は、円筒状のアウターケースと、前記アウターケースの内側に配設された円筒状のインナーケースとを有し、
前記アウターケースの内周面と前記インナーケースの外周面との間に、前記噴射部から冷却媒体を噴射する請求項５に記載の熱処理装置。
【請求項７】
高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して熱処理を施す熱処理方法であって、
（Ａ）前記ワークに焼入れ処理を施す工程、及び
（Ｂ）焼入れ処理後のワークに焼もどし処理を施す工程
を含み、
前記工程（Ｂ）では、焼もどし時間２０秒以下で、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるように、前記焼入れ処理後のワークを誘導加熱する
ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理装置を用いて前記工程（Ｂ）を行う請求項７に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置及び熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、産業機械等に用いられている転がり軸受を構成する軸受軌道輪は、転動体との間で相対的に転がり接触をする軌道部を有している。上記軌道部は、転動体との転がり接触によって転動体からの衝撃を受けやすい。
そこで、上記軸受軌道輪を製造する際には、上記軸受軌道輪の機械的特性を向上させる種々の手法が提案されている。
【０００３】
例えば、軸受軌道輪の硬さを高硬度にして耐摩耗性や圧壊強度を向上させるために、高炭素クロム軸受鋼からなる鋼材に対して全体焼入れ（ズブ焼入れ）処理及び焼きもどし処理を施すことが実用化されている。
しかしながら、全体焼入れが施された鋼材は、高硬度となるため高い圧壊強度を獲得することができるものの、表面から内部に至る全体が主に焼もどしマルテンサイトから構成される同一組織からなり、鋼材中に低硬度部位が存在しないため、耐衝撃性に劣る傾向にあった。
【０００４】
また、耐衝撃性を向上させるために、肌焼鋼からなる鋼材に対して浸炭焼入れ処理及び焼もどし処理を施すことも実用化されている。
しかしながら、浸炭焼入れ処理及び焼もどし処理が施された鋼材では、耐衝撃性は向上するものの、浸炭により表面の粒界強度が低下するため、圧壊強度に劣る傾向にあった。また、２次焼入れで圧壊強度の向上を図ることができるものの、工程数の増加に伴う高コスト化は避けることができなかった。
【０００５】
また、特許文献１には、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼を調質した後、表面のみ高周波焼入れを行うことにより、表面を７００Ｈｖ以上の硬さとし、かつ内部硬さを３４０〜４９０Ｈｖと低くすることができ、その結果、軸受軌道輪の転がり寿命と耐衝撃性とを向上させる手法が記載されている。
しかしながら、特許文献１に開示された手法では、鋼材（中間素材）の内層部の周囲全体を高硬度層で囲むことができず、低硬度部位が高硬度層でサンドイッチされた構造となるため、圧壊強度の充分な向上を図ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２３８２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来の手法では、優れた耐衝撃性と圧壊強度とを両立した軸受軌道輪を提供することは困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、背反の関係にある耐衝撃性と圧壊強度とを良好に両立した軸受軌道輪等の環状部材を得ることができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱処理装置は、鋼材からなる環状のワークを誘導加熱して熱処理する熱処理装置であって、ワークを内部にセットし、当該ワークに熱処理を施す処理槽と、上記ワークを所定の位置に保持する保持部と、上記ワークを包囲して誘導加熱する誘導加熱コイルと、上記ワークの誘導加熱中に当該ワークの表面を冷却する冷却媒体とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の熱処理装置は、上記処理槽の内部に設置され、上記ワークを包囲して誘導加熱する誘導加熱コイルと上記誘導加熱コイルによってワークを加熱する際に当該ワークの表面を冷却する冷却媒体とによって、ワークの表面を強制的に冷却しながらワークを誘導加熱することができるので、誘導加熱時にワークの内部温度をワークの表面温度よりも高くすることができる。このため、上記熱処理装置を例えば焼入れ処理を施したワークの焼きもどし処理に用いると、内層部の硬さを表層部の硬さよりも低くすることができる。この結果、耐衝撃性に優れ、高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で提供することができる。
【００１０】
本発明の熱処理装置において、上記保持部は、前記ワークの下面を点接触で受け止める第１支持部、前記ワークの水平方向への移動を抑制する第２支持部、及び、上方向への移動を抑制する第３支持部を有することが好ましい。
このような構成を備える場合、ワークの下面と保持部との間の熱伝導が抑制され、ワークをより均一に加熱することができる。また、ワークの水平方向や上方向への移動を抑制することができる。その結果、熱処理時のワークの表面温度のバラツキを抑えることができる。
【００１１】
本発明の熱処理装置では、上記処理槽内に上記冷却媒体が貯留されていることが好ましい。
このような構成を備えていると、上記処理槽内に貯留された冷却媒体にワークを浸漬させた状態でワークの加熱を行うことができる。そのため、当該ワークの表面をより効率よく冷却しながらワークの加熱を行うことができ、加熱時のワークの表面温度と内部温度との温度差をより確実に確保することができる。
【００１２】
本発明の熱処理装置は、上記ワークを当該ワークの軸心まわりに回転させる動力を上記保持部に伝達する動力伝達部をさらに備えることが好ましい。
このような構成を備えることにより、ワークの表面に冷却媒体を均一に接触させることができ、熱処理時のワークの表面温度のバラツキを抑えることができる。
【００１３】
本発明の熱処理装置は、上記処理槽内に冷却媒体を噴射する噴射部をさらに備え、上記噴射部から噴射された冷却媒体により、上記処理槽内に貯留された冷却媒体を撹拌することが好ましい。
このような構成を備える場合、ワークの表面に接触する冷却媒体の温度が均一になり、熱処理時のワークの表面温度のバラツキを抑えることができる。
【００１４】
本発明の熱処理装置においては、上記処理槽が、円筒状のアウターケースと、上記アウターケースの内側に配設された円筒状のインナーケースとを有し、上記アウターケースの内周面と上記インナーケースの外周面との間に、上記噴射部から冷却媒体を噴射することが好ましい。
このような構成を備える場合、冷却媒体の流量が少ない流量であっても大きな撹拌効果を享受することができ、ワークの表面を均一に冷却するのにより適している。更に、ワークを回転させない場合や、１方向のみから冷却媒体を噴射する場合等であってもワーク表面を均一に冷却することができるため、装置の構成を簡便にすることができる。
【００１５】
本発明の熱処理方法は、高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して熱処理を施す熱処理方法であって、（Ａ）上記ワークに焼入れ処理を施す工程、及び（Ｂ）焼入れ処理後のワークに焼もどし処理を施す工程を含み、上記工程（Ｂ）では、焼もどし時間２０秒以下で、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるように、上記焼入れ処理後のワークを誘導加熱することを特徴とする。
【００１６】
本発明の熱処理方法では、焼入れ処理後の高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるようにワークの表面の温度を調節しながら当該ワークを誘導加熱するので、耐衝撃性に優れ、高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で得ることができる。
また、上記熱処理方法では、焼もどし時間を２０秒以下とするため、焼もどし処理が施された環状部材に残留圧縮応力を付与することができる。
よって、本発明の熱処理方法によれば、耐衝撃性及び圧壊強度に優れ、残留圧縮応力を有する環状部材を製造することができ、上記熱処理方法により処理された環状部材は、例えば、軸受軌道輪に好適に使用することができる。
【００１７】
本発明の熱処理方法では、本発明の熱処理装置を用いて上記工程（Ｂ）を行うことが好ましい。本発明の熱処理装置を用いることにより、より確実に上記工程（Ｂ）を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐衝撃性に優れ、高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用して得られた玉軸受の要部断面図である。
【図２】図１に示した玉軸受の外輪の要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態に熱処理装置及び熱処理方法を用いることができる軸受軌道輪の製造方法の各工程を示す工程図である。
【図４】図３に示した製造方法における熱処理工程を示す工程図である。
【図５】本発明の実施形態に係る焼もどし装置の一例を示す概略説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る焼もどし装置の別の一例を示す概略説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】実施例１における熱処理条件を示す線図である。
【図８】実施例２における熱処理条件を示す線図である。
【図９】実施例３における熱処理条件を示す線図である。
【図１０】実施例４における熱処理条件を示す線図である。
【図１１】実施例５における熱処理条件を示す線図である。
【図１２】実施例６における熱処理条件を示す線図である。
【図１３】実施例７における熱処理条件を示す線図である。
【図１４】実施例８における熱処理条件を示す線図である。
【図１５】実施例９における熱処理条件を示す線図である。
【図１６】比較例１における熱処理条件を示す線図である。
【図１７】比較例２における熱処理条件を示す線図である。
【図１８】比較例３における熱処理条件を示す線図である。
【図１９】比較例４における熱処理条件を示す線図である。
【図２０】比較例５における熱処理条件を示す線図である。
【図２１】比較例６における熱処理条件を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより得ることができる転がり軸受及び軸受軌道輪について先に説明する。
なお、本発明の熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより得ることができる環状部材は、これらに限定されるわけではない。
［転がり軸受］
以下においては、転がり軸受の一例として玉軸受を挙げて説明する。図１は、転がり軸受の一例である玉軸受を示す要部断面図である。
【００２１】
図１に示される玉軸受１は、環状の外輪１０と、外輪１０の内周側に当該外輪１０と同心に配置された環状の内輪２０と、外輪１０と内輪２０との間に配列された複数の玉３０（転動体）と、これら複数の玉３０を保持する保持器４０とを備えている。
【００２２】
外輪１０は、外輪１０の内周面に形成され、複数の玉３０が転動する転がり接触面となる外輪軌道部１１ａ、更には端面１１ｂ及び外周面１１ｄを有しており、これらの表面は、研磨仕上げがされた研磨部とされている。また、外輪１０は、端面１１ｂと外周面１１ｄとにつながる外輪１０の外周側の面取り１１ｅ、及び、外輪軌道部１１ａにつながる肩面１１ｃも有しており、これらの表面は、研磨仕上げがされていない非研磨部とされている。
また、内輪２０は、内輪２０の外周面に形成され、外輪軌道部１１ａに対向するとともに、複数の玉３０が転動する内輪軌道部２１ａ、更には端面２１ｂ及び内周面２１ｄを有しており、これらの表面は、研磨仕上げがされた研磨部とされている。また、内輪２０は、端面２１ｂと内周面２１ｄとにつながる断面Ｒ形状の内輪２０の内周側の面取り２１ｅ、及び、内輪軌道部２１ａにつながる片面２１ｃも有しており、これらの表面は、研磨仕上げがされていない非研磨部とされている。
玉３０は、相手部材である外輪１０と内輪２０との間で転がり接触する転がり接触面としての転動面３０ａを有している。
外輪１０、内輪２０及び玉３０は、高炭素クロム軸受鋼からなる。高炭素クロム軸受鋼としては、例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等が挙げられる。
【００２３】
玉軸受１では、外輪１０及び内輪２０のうちの少なくとも一方が、後述する軸受軌道輪で構成されている。これにより、玉軸受１は、耐衝撃性及び圧壊強度に優れ、転がり寿命の長い玉軸受となる。
【００２４】
［軸受軌道輪］
以下においては、軸受軌道輪の一例として外輪を挙げて説明する。
図２は、軸受軌道輪の一例である外輪の要部断面図である。
この軸受軌道輪は、焼入れ処理及び焼もどし処理が施された高炭素クロム軸受鋼からなる軸受軌道輪であって、焼もどしマルテンサイト又はソルバイトからなり、かつビッカース硬さが４９０ＨＶを超え、７１０ＨＶ以下である内層部と、上記内層部の周囲全体を囲むように形成され、焼もどしマルテンサイトからなり、かつビッカース硬さが上記内層部より硬い表層部とを含むものである。
【００２５】
なお、本明細書において、「ビッカース硬さ」は、軸受軌道輪（例えば、外輪）の研磨部の表面又は当該軸受軌道輪を径方向に沿って切断したときの切断面にビッカース圧子を当てて測定した値をいう。
【００２６】
図２に示す外輪１０は、内層部１３と、内層部１３の周囲全体を囲むように形成された表層部１２とを有し、表層部１２が内層部１３に比べて相対的に高硬度（ビッカース硬さ基準）となるように構成されている。そのため、外輪１０は、高い圧壊強度と優れた耐衝撃性とを両立することができる。
【００２７】
ここで、内層部１３は、焼もどしマルテンサイトからなる組織又はソルバイトからなる組織を有する。また、内層部１３は、ビッカース硬さが４９０ＨＶを超え、７１０ＨＶ以下である。
外輪１０では、高い圧壊強度と優れた耐衝撃性との両立を図るべく、内層部１３がこのような構成を有していることが重要である。
上記内層部のビッカース硬さが４９０ＨＶ以下では、圧壊強度が不充分となり、一方、７１０ＨＶを超えると圧壊強度及び耐衝撃性を向上させることが難しい。内層部１３のビッカース硬さは、５００ＨＶ以上、７００ＨＶ以下が好ましい。
【００２８】
また、内層部１３のビッカース硬さは、軸受軌道輪（外輪１０）が特に耐衝撃性が要求される用途で使用される場合には、４９０ＨＶを超え、６２０ＨＶ以下であることが好ましく、５００ＨＶ以上、６１０ＨＶ以下であることがより好ましい。
【００２９】
また、内層部１３のビッカース硬さは、軸受軌道輪（外輪１０）が特に高い圧壊強度が要求される用途で使用される場合には、６２０ＨＶ以上、７１０ＨＶ以下であることが好ましく、６３０ＨＶ以上、７００ＨＶ以下であることがより好ましい。
【００３０】
表層部１２は、内層部１３の周囲全体を囲むように形成されており、焼もどしマルテンサイトからなる組織を有する。表層部１２のビッカース硬さは、内層部１３のビッカース硬さよりも硬ければよく、表層部１２の最表面から内層部１３に向って、徐々に硬度が低くなっていてもよい。
また、表層部１２のビッカース硬さは、内層部１３のビッカース硬さよりも硬ければ特に限定されないが表層部１２の一部である外輪軌道部１１ａは、最表面のビッカース硬さが７４０ＨＶ以上、８００ＨＶ未満であることが好ましい。７４０ＨＶ未満では、外輪（軸受軌道輪）１０の転がり寿命が低下してしまうことがあり、一方、８００ＨＶを超えると耐衝撃性が低下してしまうことがある。
【００３１】
また、外輪軌道部１１ａは、その最表面から内層部１３に向ってビッカース硬さが７００ＨＶ以上の領域（以下、高硬度表面層ともいう（図２中、斜線部分））を有していることが好ましく、外輪軌道部１１ａの高硬度表面層の深さｄ１は、外輪１０を使用する際の最大せん断応力深さＺ０に対して、下記不等式（１）
３Ｚ０≦ｄ１＜８Ｚ０・・・（１）
を充足することが好ましい。外輪軌道部１１ａにおける上記深さｄ１が、最大せん断応力深さＺ０の３倍未満では、表面の疲労強度が低下し、外輪１０の転がり寿命が低下することがある。一方、外輪軌道部１１ａおける上記深さｄ１が、最大せん断応力深さＺ０の８倍以上では、外輪１０において内層部の占める割合が低下し、外輪１０の靱性が不充分になることがある。
なお、上記軸受軌道輪を使用する際の最大せん断応力深さＺ０は、定格荷重によって異なるものの、概ね０．１〜０．２ｍｍ程度である。
【００３２】
また、表層部１２の外輪軌道部１１ａにおける最表面から最大せん断応力深さＺ０までの領域の圧縮残留応力は、５０ＭＰａ以上であることが好ましい。上記圧縮残留応力が５０Ｍｐａ未満では、転がり寿命を確保することができないことがある。
【００３３】
表層部１２の外輪軌道部１１ａ以外の部分（外輪非軌道部）は、内層部１３より硬いビッカース硬さを有しつつ、最表面のビッカース硬さが７００ＨＶ以上、８００ＨＶ未満であることが好ましい。外輪非軌道部における最表面のビッカース硬さが７００ＨＶ未満では、圧壊強度が低下してしまうことがあり、一方、８００ＨＶを超えると耐衝撃性が低下してしまうことがある。表層部１２の外輪軌道部１１ａ以外の部分の最表面のビッカース硬さは、７２０ＨＶ以上がより好ましい。
【００３４】
表層部１２の外輪軌道部１１ａ以外の部分（外輪非軌道部）もまた、その最表面から内層部１３に向ってビッカース硬さが７００ＨＶ以上の領域（高硬度表面層）を有していることが好ましい。外輪１０の外輪非軌道部における、外周面１１ｄでの高硬度表面層の深さｄ２、及び、端面１１ｂでの高硬度表面層の深さｄ３，ｄ４は、いずれも外輪１０の最大厚さｔに対する比（ｄ２／ｔ、ｄ３／ｔ及びｄ４／ｔ）で、下記不等式（２）
０．０５＜（ｄ２／ｔ、ｄ３／ｔ及びｄ４／ｔ）≦０．４５・・・（２）
を充足することが好ましい。上記高硬度表面層の深さｄ２〜ｄ４の上記最大厚さｔに対する比が、０．０５以下では、圧壊強度が不充分になることがあり、一方、０．４５を超えると、高硬度表面層の占める割合が多くなり、耐衝撃性が不充分になることがある。
【００３５】
上記外輪１０は、焼入れ処理及び焼もどし処理が施された高炭素クロム軸受鋼を用いて製造される。上記高炭素クロム軸受鋼としては、例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。なお、上記焼入れ処理及び焼もどし処理については後述する。
勿論、上記軸受軌道輪は外輪に限定されるわけではなく、内輪であってもよい。
【００３６】
〔軸受軌道輪の製造方法〕
次に、上記軸受軌道輪の製造方法について外輪１０の製造方法を例に説明する。
この軸受軌道輪の製造方法では、焼入れ処理工程及び焼もどし処理工程において、
本発明の熱処理方法を採用することができる。
図３は、軸受軌道輪の製造方法の工程図である。図４は、図３に示した製造方法における熱処理工程（本発明の実施形態に係る熱処理方法）を示す工程図である。
【００３７】
まず、上記高炭素クロム軸受鋼鋼材から形成された環状素材Ｗ１〔図３（ａ）参照〕を製造し、得られた環状素材Ｗ１に、切削加工等を施して、所定形状に加工して、外輪軌道部１１ａ、端面１１ｂ、肩面１１ｃ及び外周面１１ｄに対応する部分を有する外輪の素形材（ワーク）Ｗ２を得る〔「前加工工程」、図３（ｂ）参照〕。
【００３８】
次に、得られた素形材Ｗ２に対して、焼入れ処理（図３（ｃ）参照）及び焼もどし処理（図３（ｄ））を施す。
上記焼入れ処理、上記焼もどし処理の方法は特に限定されないが、本発明の実施形態に係る熱処理方法により行うことができる。
本発明の実施形態に係る熱処理方法は、高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して熱処理を施す熱処理方法であって、（Ａ）上記素形材（ワーク）に焼入れ処理を施す工程、及び（Ｂ）焼入れ処理後の素形材（ワーク）に焼もどし処理を施す工程を含み、上記工程（Ｂ）では、焼もどし時間２０秒以下で、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるように、上記焼入れ処理後のワークを誘導加熱する熱処理方法である。
以下、上記工程（Ａ）、上記工程（Ｂ）の順に説明する。
【００３９】
上記工程（Ａ）では、得られた素形材Ｗ２に対して、焼入れ処理を施す〔「焼入れ工程」、図３（ｃ）、図４（ａ）参照〕。
上記焼入れ処理では、内層部１３、表層部１２ともにマルテンサイトとなり、かつ、不完全焼入れ組織（微細パーライト）が５％以下となるよう全体を均一に加熱し急冷することが好ましい。上記不完全焼入れ組織が５％を超えると、製造した外輪１０の硬度が不足し、転がり寿命が短くなることがある。
上記焼入れ処理の方法は特に限定されず、高周波焼入れ、ズブ焼入れ等の方法を採用することができる。
【００４０】
上記焼入れ処理は、例えば、素形材Ｗ２を、８１０〜８５０℃の焼入れ温度で０．５〜２時間加熱し、急冷する条件で行なうことができる。
焼入れ温度は、十分な焼入性確保の観点から、好ましくは８２０℃以上であり、結晶粒の粗大化防止の観点から、好ましくは８４０℃以下である。
加熱時間は、部材の均熱化の観点から、好ましくは０．５時間以上であり、結晶粒の粗大化防止の観点から、好ましくは１．５時間以下である。
急冷は、例えば、冷却油の油浴中における油冷等により行われる。冷却油の油浴温度は、通常、６０〜１８０℃である。
【００４１】
次に、上記工程（Ｂ）を行う。
上記工程（Ｂ）では、焼入れ処理後の素形材Ｗ２に対して、焼きもどし処理を施して、中間素材Ｗ３を得る〔「焼もどし処理工程」、図３（ｄ）、図４（ｂ）参照〕。
上記焼きもどし処理は、図４（ｂ）に示されるように、焼入れ処理後の素形材Ｗ２の最表面の焼もどし温度（図４中、「表面温度Ａ」参照）が当該素形材Ｗ２の内部の焼もどし温度（図４中、「内部温度Ｂ」参照）よりも低い温度（すなわち、内部温度Ｂ−表面温度Ａ≧４０℃）となるように調整しながら当該素形材Ｗ２を加熱することによって行なう。
このように、表面温度Ａが内部温度Ｂよりも４０℃以上低い温度で焼もどし処理を施すことにより、素形材Ｗ２の内部の硬さを充分な耐衝撃性を得るのに適した硬さとすることができる。加えて、上記の条件で焼もどし処理を行うことにより、焼もどし処理時における残留オーステナイト量の減少を抑制し、かつ圧縮応力を増加させることができる。したがって、本処理工程を経て得られた軸受軌道輪は、転がり軸受等の外輪及び／又は内輪として用いた場合、当該軸受における（表面起点剥離に起因する）寿命を向上させることができ、しかも高い静的負荷容量を確保することができる。
また、上記工程（Ａ）及び（Ｂ）を含む熱処理方法では、浸炭処理を施した場合と同等の耐衝撃性を有し、しかも高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で得ることができる。
【００４２】
また、この焼もどし処理の焼もどし時間（図４中、「焼もどし時間Ｔ」参照）は、２０秒間以下で行う。これにより、素形材Ｗ２に十分な圧縮残留応力を付与することができる。なお、本明細書において、「焼もどし時間」とは、加熱開始から所定の焼もどし温度（表面温度及び内部温度）に達するまでの時間をいう。
このような焼もどし処理は、例えば、後述する熱処理装置を用いて行うことができる。
また、上記焼もどし処理における冷却は、例えば、空冷、放冷等によっても行うことができる。
【００４３】
上記焼もどし処理工程において、表面温度と内部温度との差（内部温度−表面温度）は、６００℃以下が好ましい。６００℃を超えると素形材Ｗ２に割れが生じるおそれがある。
また、上記焼もどし時間Ｔは、温度ムラの発生を抑制して環状部材の品質を安定化させる観点からは、２秒間以上が好ましく、３秒間以上がより好ましい。一方、素形材Ｗ２に十分な圧縮残留応力を付与する観点からは、１８秒間以下がより好ましい。
【００４４】
上記焼もどし処理の具体的な温度は、表面温度が２６０〜２９０℃で、内部温度が３２０〜７１５℃となるように調整して行うことが好ましい。
上記表面温度は、転がり寿命を確保する観点から、２７５℃以下が好ましい。
上記内部温度は、耐衝撃性確保の観点から、３６５℃以上がより好ましく、４５０℃以上が更に好ましい。また、圧壊強度確保の観点から、５７５℃以下がより好ましい。内部温度が４５０〜５７５℃である場合、長い転動疲労寿命及び高い耐衝撃性を確保することができ、かつ高い圧壊強度を確保するのに更に好適である。
なお、上記表面温度及び上記内部温度は、Ｋタイプの熱電対により計測することができる。
【００４５】
上記焼もどし処理工程において、素形材Ｗ２の表面全体における表面温度のバラツキは、品質の安定化の観点から、２０℃以下であることが好ましい。また、上記表面温度のバラツキを抑える手法としては、例えば、後述する熱処理装置を用いて行う焼もどし処理において、誘導加熱の際に、素形材（ワーク）を回転させたり、冷却媒体を撹拌して冷却媒体の温度を均一化させたりする手法を採用することができる。
【００４６】
誘導加熱の際の周波数及び出力は、素形材（ワーク）Ｗ２の肉厚、質量、冷却剤の冷却能等に応じて、上記温度範囲となるように適宜設定することができる。
周波数は、３００〜６００Ｈｚが好ましい。６００Ｈｚを超えると表面温度が高くなり、内部温度との差が小さくなってしまうことがある。
出力は、通常、１〜３００ｋＷ程度であり、５〜１００Ｋｗが好ましい。
【００４７】
次に、焼もどし工程後の中間素材Ｗ３について、外輪軌道部１１ａ、端面１１ｂ及び外周面１１ｄのそれぞれに対応する部分に対し、研磨仕上げ加工を施す〔「研磨仕上げ加工」、図３（ｅ）〕。
このような工程を経ることにより、外輪１０（軸受軌道輪）を作製することができる。
【００４８】
［熱処理装置］
次に、本発明の実施形態に係る熱処理装置について説明する。
本発明の実施形態に係る熱処理装置は、上述した本発明の実施形態に係る熱処理方法を行うのに適している。
上記熱処理装置は、軸受軌道輪の製造方法における焼もどし処理工程のみならず、円環状のワークの表面温度が内部温度よりも低くなるように加熱する各種加熱処理において好適に使用することができる。
以下、熱処理装置の具体的な構成について、２つの実施形態を例示しながら説明する。
【００４９】
（第１実施形態に係る熱処理装置）
図５は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例を示す要部断面図である。
図５に示す熱処理装置１００は、環状のワークＷ２を内部にセットし、当該ワークＷ２に熱処理を施す処理槽１０１と、ワークＷ２の上方向及び水平方向への移動を抑制しつつ当該ワークＷ２の軸心まわりに回転可能に保持する保持部１０２と、ワークＷ２の内周側からワークＷ２を誘導加熱する第１の誘導加熱コイル１０３と、ワークＷ２の外周側からワークＷ２を包囲して誘導加熱する第２の誘導加熱コイル１０４と、処理槽１０１内に貯留され、ワークＷ２の表面を冷却する冷却媒体としての冷却剤１０５と、ワークＷ２に冷却剤１０５を噴射して当該ワークの表面を冷却する噴射部１０６と、保持部１０２に保持されたワークＷ２を軸心まわりに回転させる動力を当該保持部１０２に伝達する動力伝達部１０７とを備えている。
【００５０】
処理槽１０１は、冷却剤１０５を貯留することが可能な有底円筒状の容器からなる。処理槽１０１を構成する上記容器は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。このように、熱処理装置１００は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる容器を処理槽１０１として有するため、熱処理装置１００自体の加熱を抑制することができる。
容器の大きさは、熱処理装置１００の用途、ワークＷ２の大きさ等によって適宜設定することができる。
処理槽１０１内には、冷却剤１０５が貯留されている。また、処理槽１０１には、余剰の冷却剤１０５を処理槽１０１の外部に排出するための排出口１０８が設けられている。
かかる処理槽１０１の内部には、処理槽１０１内に貯留された冷却剤１０５中に浸漬するようにワークＷ２がセットされる。
【００５１】
保持部１０２は、ワークＷ２の下面を点接触で受け止める支持部（第１支持部）１２１ｃと、ワークＷ２の上方向への移動を抑制する支持部（第３支持部）１２１ａと、ワークＷ２の水平方向への移動を抑制する支持部（第２支持部）１２１ｂとを有している。これにより、保持部１０２は、ワークＷ２を点接触で保持しつつ、ワークＷ２の上方向及び水平方向への移動を抑制する。このとき、支持部１２１ａはワークＷ２と接触していても良いし、ワークＷ２との間に最大１ｍｍ程度の隙間が形成されていてもよい。また、支持部１２１ｂはワークＷ２と接触していても良いし、ワークＷ２との間に最大０．５ｍｍ程度の隙間が形成されていてもよい。これらの隙間を設けると、加熱時にワークＷ２が熱膨張してもワークＷ２の表面が支持部１２１ａ，１２１ｂで押圧されることを回避することができる。
【００５２】
支持部１２１ａ〜１２１ｃは、いずれも球状体である。そのため、各支持部１２１ａ〜１２１ｃがワークＷ２と接触する際には、支持部１２１ａ〜１２１ｃとワークＷ２との接触は点接触となる。これにより、ワークＷ２から各支持部１２１ａ〜１２１ｃへの熱伝導が抑制され、ワークＷ２の温度が不均一になることを防止することができるとともに、冷却剤１０５によるワークＷ２の冷却が各支持部１２１ａ〜１２１ｃによって阻害され難いので、冷却不足によるワークＷ２の過熱を防止することができる。
支持部１２１ａ〜１２１ｃの個数は、それぞれ平面視円周方向に３個以上であればよく、通常、３〜６個程度であり、等間隔に３個設けられていることが好ましい。
【００５３】
保持部１０２は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。熱処理装置１００では、保持部１０２が電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなるため、保持部１０２自体の加熱及びワークＷ２の表面温度のバラつきを抑制することができる。
【００５４】
第１及び第２の誘導加熱コイル１０３，１０４は、処理槽１０１の内部に設置されている。第１の誘導加熱コイル１０３は、ワークＷ２の内径よりも小さい外径を有する螺旋状のものであり、その外周側にワークＷ２がセットされる。一方、第２の誘導加熱コイル１０４は、ワークＷ２の外径よりも大きい内径を有する螺旋状のものであり、その内周側にワークＷ２が設置される。これら第１及び第２の誘導加熱コイル１０３，１０４は、高周波電流が供給されることにより、ワークＷ２の内周側及び外周側の双方からワークＷ２を所望の温度に誘導加熱することができる。
【００５５】
冷却剤１０５は、ワークＷ２の表面を冷却可能な液体であればよい。かかる冷却剤１０５としては特に限定されず、例えば、水、油、水溶性ポリマー等が挙げられる。
上記油としては、例えば、焼入油等が挙げられる。
上記水溶性ポリマーとしては、例えば、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等が挙げられる。上記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。この場合、水への水溶性ポリマーの配合量は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定することができる。
冷却剤１０５は、ワークＷ２の表面を効率よく冷却する観点から、熱伝達率が高いものであることが好ましく、かつ取扱いが容易なものがより好ましい。
【００５６】
噴射部１０６は、ワークの周方向に沿って所定間隔毎に複数個設けられている。各噴射部１０６は、ワークＷ２の内周面に冷却剤１０５を噴射する噴射口１０６ａと、ワークＷ２の外周面に冷却剤１０５を噴射する噴射口１０６ｂとを有している。これら噴射口１０６ａ，１０６ｂから冷却剤１０５を噴射させることにより、ワークＷ２の表面を均一に冷却することができる。
また、噴射口１０６ａ，１０６ｂは貯留された冷却剤１０５に浸かった位置に配設されている。このような位置に噴射口１０６ａ，１０６ｂを配設することにより、冷却剤１０５を供給する際の気泡の巻き込みを防止することができる。
なお、噴射部１０６の流路には、流量調整弁及び圧力調整弁（ともに図示せず）が設けられている。これにより、冷却剤の供給条件を調製することができる。
【００５７】
熱処理装置１００では、噴射部１０６から噴射された冷却剤１０５が処理槽１０１内に貯留され、余剰の冷却剤１０５は、排出口１０８から処理槽１０１の外部に排出される。
なお、必要に応じて、排出された冷却剤１０５を噴射部１０６を介して再供給するための流路（図示せず）が構成されていてもよい。
【００５８】
動力伝達部１０７は、保持部１０２に動力伝達可能に連結されている。これにより、保持部１０２は、動力伝達部１０７から伝達される動力により軸心回りに回転することができ、これに伴って保持部１０２に保持されたワークＷ２を当該ワークＷ２の軸心まわりに回転させることができる。したがって、熱処理装置１００によれば、ワークＷ２の誘導加熱を均一に行なうことができる。
その他、熱処理装置１００は、図示していないものの、誘導加熱に必要な電源、整合器、冷却剤の温度を制御するための温調部材等、必要な部材を備えている。
【００５９】
（第２実施形態に係る熱処理装置）
図６は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の別の一例を示し、（ａ）は要部断面図であり、（ｂ）は平面図である。
図６に示す熱処理装置２００は、環状のワークＷ２を内部にセットし、当該ワークＷ２に熱処理を施す処理槽２０１と、ワークＷ２を処理槽２０１内で保持する保持部としての固定治具２０２と、ワークＷ２の内周側からワークＷ２を誘導加熱する第１の誘導加熱コイル２０３と、ワークＷ２の外周側からワークＷ２を包囲して誘導加熱する第２の誘導加熱コイル２０４と、処理槽２０１内に貯留され、ワークＷ２の表面を冷却する冷却媒体としての冷却剤２０５と、ワークＷ２に冷却剤２０５を噴射する噴射部２０６とを備えている。
【００６０】
処理槽２０１は、冷却剤２０５を貯留することが可能な有底円環状の容器であり、円筒状のインナーケース２０１Ａと円筒状のアウターケース２０１Ｂとからなる。アウターケース２０１Ｂの底部には、アウターケース２０１Ｂ内に、底部を浮かせた状態でインナーケース２０１Ａを支持するための複数の支持部材２０９が周方向に沿って所定間隔毎に設置されている。
処理槽２０１を構成するインナーケース２０１Ａ及びアウターケース２０１Ｂは、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。このように、熱処理装置２００は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる容器を処理槽２０１として有するため、熱処理装置２００自体の加熱を抑制することができる。
容器の大きさは、熱処理装置２００の用途、ワークＷ２の大きさ等によって適宜設定することができる。
処理槽２０１内には、液状の冷却剤２０５が貯留されている。また、処理槽２０１の底部には、余剰の冷却剤２０５を処理槽２０１の外部に排出するための排出口２０８が設けられている。
処理槽２０１の内部には、処理槽２０１内に貯留された冷却剤２０５中に浸漬するようにワークＷ２がセットされる。
【００６１】
熱処理装置２００は、ワークＷ２を処理槽２０１内で保持する保持部として、固定治具２０２を備える。
固定治具２０２は、ワークＷ２を所定の高さで保持するための下側固定治具２０２Ａと、ワークＷ２の上方向への移動を抑制するための上側固定治具２０２Ｂとからなる。
下側固定治具２０２Ａは、ワークＷ２を保持するため円環状に底部２１２ａと、底部２１２ａの外周部に設けられた壁部２１２ｂとを含み、ボルト２１３でアウターケース２０１Ｂに固定されている。
また、底部２１２ａには、ワークＷ２の下面を点接触で受け止める支持部（第１支持部）２２１ｃが設けられ、壁部２１２ｂの内周面には、ワークＷ２の水平方向への移動を抑制する支持部（第２支持部）２２１ｂが設けられている。ここで、ワークＷ２と支持部２２１ｂとは、接触していても良いし、両者の間に最大０．５ｍｍ程度の隙間が形成されていてもよい。この理由は既に説明した通りである。
従って、下側固定治具２０２Ａは、ワークＷ２を点接触で保持しつつ、ワークＷ２の水平方向への移動を抑制する。
【００６２】
また、支持部２２１ｂ，２２１ｃはいずれも球状体である。そのため、支持部２２１ｂ，２２１ｃがワークＷ２と接触する際には、支持部とワークとの接触は点接触となる。これにより、ワークＷ２から支持部２２１ｂ、２２１ｃへの熱伝導が抑制され、ワークの温度が不均一になることを防止することができるとともに、冷却剤２０５によるワークＷ２の冷却が支持部２２１ｂ、２２１ｃによって阻害され難いので、冷却不足によるワークＷ２の過熱を防止することができる。
支持部２２１ｂ，２２１ｃの個数は、それぞれ平面視円周方向に３個以上であればよく、通常、３〜６個程度であり、等間隔に３個設けられていることが好ましい。
【００６３】
一方、上側固定治具２０２Ｂは所定の間隔で配置された複数個の柱状の部材であり、その下面には、ワークＷ２を上方向への移動を抑制する支持部（第３支持部）２２１ａが設けられている。ここで、ワークＷ２と支持部２２１ａとは、接触していても良いし、両者の間に最大１ｍｍ程度の隙間が形成されていてもよい。この理由は既に説明した通りである。従って、上側固定治具２０２Ｂは、ワークＷ２の上方向への移動を抑制する。また、上側固定治具２０２Ｂは、離間して配置された複数個の柱状部材からなり、柱状部材同士の間には隙間が存在するため、上方から冷却剤２０５を注入した際に水流を阻害し難く、冷却剤２０５の撹拌が阻害されにくい。
支持部２２１ａもまた球状体である。そのため、ワークとの接触が点接触となり、支持部２２１ｂ，２２１ｃが球状体であることと同様の作用効果を奏する。支持部２２１ａの個数は、平面視円周方向に３個以上であればよく、通常、３〜６個程度であり、等間隔に３個設けられていることが好ましい。
なお、上側固定治具２０２Ｂは所定の高さに位置するように、後述する蓋部２１１と一体化されている。
【００６４】
下側固定治具２０２Ａ及び上側固定治具２０２Ｂ（支持部２２１ａ〜２２１ｃを含む）は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。熱処理装置２００では、固定治具２０２が電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなるため、固定治具２０２自体の加熱及びワークＷ２の表面温度のバラつきを抑制することができる。
【００６５】
第１の誘導加熱コイル２０３はインナーケース２０１Ａの内側に、第２の誘導加熱コイル２０４はアウターケース２０１Ｂの外側に、それぞれ設置されている。
第１の誘導加熱コイル２０３は、インナーケース２０１Ａの内径よりも小さい外径を有する螺旋状のものであり、一方、第２の誘導加熱コイル２０４は、アウターケース２０１Ｂの外径よりも大きい内径を有する螺旋状のものである。これら第１及び第２の誘導加熱コイル２０３，２０４は、高周波電流が供給されることにより、ワークＷ２の内周側及び外周側の双方からワークＷ２を所望の温度に誘導加熱することができる。
なお、第１及び第２の誘導加熱コイル２０３，２０４は、処理槽２０１内に設置されていてもよい。
【００６６】
処理槽２０１の上部には、周方向に沿って、等間隔で複数箇所に、冷却剤２０５を処理槽２０１内に注入するための噴射部２０６が取り付けられている。噴射部２０６は、その先端に冷却剤２０５を噴射する噴射ノズル２０６ａを有している。
熱処理装置２００では、噴射ノズル２０６ａから処理槽２０１内（アウターケース２０１Ｂの内周面とインナーケース２０１Ａの外周面との間）に冷却剤２０５を噴射することにより、ワークＷ２の表面を冷却することができる。また、噴射ノズル２０６ａから冷却剤２０５を噴射することにより、貯留されている冷却剤２０５の温度を全体に均一にすることができる。これは、アウターケース２０１Ｂとインナーケース２０１Ａとの間に冷却剤２０５が貯留されるため、処理槽２０１内に貯留される冷却剤の全容量が少なく、噴射ノズル２０６ａから噴射された冷却剤２０５の流れにより処理槽２０１内に貯留されている液状の冷却剤２０５が確実に撹拌されるからである。そのため、熱処理装置２００では、ワークＷ２を回転させなくても、ワークの表面を均一に冷却することができる。
また、噴射部２０６には、流量調整弁及び圧力調整弁（ともに図示せず）が設けられている。これにより、冷却剤の供給条件を調整することができる。
ここで、貯留されている冷却剤２０５を均一に撹拌するための噴射ノズル２０６ａからの冷却剤の供給条件は、処理槽２０１の容積にもよるが、概ね、噴射量が８〜８０リットル／分程度である。
【００６７】
また、噴射部２０６は、噴射ノズル２０６ａが貯留された冷却剤２０５の上面より低い位置に位置するように（噴射ノズル２０６ａが冷却剤２０５内に浸漬するように）取り付けられている。このような位置に噴射部２０６を取り付けることにより、噴射ノズル２０６ａからの冷却剤２０５の噴射に伴って、処理槽２０１に貯留されている冷却剤２０５はより均一に撹拌されやすくなる。また、冷却剤を供給する際の気流の巻き込み防止することができる。
【００６８】
処理槽２０１の上部には、円環状で、噴射部２０６の取り付け箇所に対応する位置に貫通孔２１１ａが形成された蓋部２１１が配設されている。
このような蓋部２１１を配設することにより、冷却剤２０５が撹拌された際に、処理槽２０１の上部から溢れることを防止することができる。
また、蓋部２１１、噴射部２０６及び上側固定治具２０２Ｂは一体化されていてもよい。この場合、ワークのセットや、処理後のワークの取り出しなどの作業が行いやすくなる。
【００６９】
熱処理装置２００では、噴射部２０６から噴射された冷却剤２０５が処理槽２０１内に貯留され、余剰の冷却剤２０５は、排出口２０８から処理槽２０１の外部に排出される。
なお、必要に応じて、排出された冷却剤２０５を噴射部２０６を介して再供給するための流路（図示せず）が構成されていてもよい。
また、熱処理装置２００では、冷却剤２０５として、第１実施形態に係る熱処理装置１００で使用する冷却剤２０５と同様の冷却剤を用いることができる。
その他、熱処理装置２００は、図示していないものの、誘導加熱に必要な電源、整合器、冷却剤の温度を制御するための温調部材等、必要な部材を備えている。
【００７０】
第２実施形態に係る熱処理装置２００は、ワークＷ２に熱処理を施す際に、ワークＷ２を回転させない点で、第１実施形態に係る熱処理装置１００とは相違する。
そのため、熱処理装置２００は、ワークを回転させるための機構を備える必要がなく、熱処理装置の全体構成を簡略化することができる。その上で、熱処理装置２００では、熱処理装置１００と同様、加熱時にワークＷ２の表面を均一に冷却することができる。
【００７１】
（その他の実施形態に係る熱処理装置）
第１及び第２の実施形態に係る熱処理装置１００，２００では、ワークＷ２に内側（熱処理装置２００では、更にインナーケース２０１Ａの内側）に誘導加熱コイル１０３，２０３が設置されていたが、本発明に係る熱処理装置では、この誘導加熱コイル１０３，２０３の代わりに、ケイ素鋼からなるセンターコア（図示せず）を設けてもよい。この場合、コイル１０３，２０３を用いた場合と同様に、ワークＷ２の表面全体を加熱することができるため、コイル１０３，２０３を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００７２】
次に、実施例等により、本発明の熱処理装置及び熱処理方法の作用効果を検証する。
（実施例１）
ＳＵＪ２からなる鋼材から環状素材を製造し、得られた環状素材に切削加工を施して、所定形状に加工して、外輪用のワーク（外径：６２ｍｍ、肉厚：３ｍｍ）を得た。次に、得られたワークに、表１及び図７に示した熱処理条件による焼入れ処理及び焼もどし処理を施した後、研磨仕上げを施し、軸受（型番６２０６）用の外輪の試験片を得た。
ここで、焼入れ処理は、雰囲気熱処理炉を用いて行い、焼もどし処理は、図６に示した熱処理装置２００を用いて行った。
図７は、実施例１における熱処理条件を示す線図であり、実施例１では、ワークを、８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、ワークを図６に示した熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２７５℃、内部温度が３６５℃となるように周波数４８０Ｈｚ及び出力４７ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
【００７３】
（実施例２〜９）
焼もどし条件を、表１及び図８〜１５に示した条件に変更した以外は、実施例１と同様にして、外輪の試験片を得た。
図８は、実施例２における熱処理条件を示す線図であり、実施例２では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２６５℃、内部温度が３２５℃となるように周波数４３０Ｈｚ及び出力３５ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図９は、実施例３における熱処理条件を示す線図であり、実施例３では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２７０℃、内部温度が４２０℃となるように周波数４８０Ｈｚ及び出力５４ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１０は、実施例４における熱処理条件を示す線図であり、実施例４では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２９０℃、内部温度が３３５℃となるように周波数３８０Ｈｚ及び出力４３ｋＷで３秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１１は、実施例５における熱処理条件を示す線図であり、実施例５では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２８６℃、内部温度が３２８℃となるように周波数４８０Ｈｚ及び出力４０ｋＷで３秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１２は、実施例６における熱処理条件を示す線図であり、実施例６では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２６０℃、内部温度が４５０℃となるように周波数４３０Ｈｚ及び出力５８ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１３は、実施例７における熱処理条件を示す線図であり、実施例７では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２７０℃、内部温度が５７５℃となるように周波数４３０Ｈｚ及び出力７２ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１４は、実施例８における熱処理条件を示す線図であり、実施例８では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２６０℃、内部温度が７１５℃となるように周波数３８０Ｈｚ及び出力９５ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１５は、実施例９における熱処理条件を示す線図であり、実施例９では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２６５℃、内部温度が５３５℃となるように周波数４３０Ｈｚ及び出力６８ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
【００７４】
（比較例１、３）
焼もどし処理を焼もどし炉を用いて行い、その条件を表１及び図１６、１８に示した条件とした以外は、実施例１と同様にして、外輪の試験片を得た。
図１６は、比較例１における熱処理条件を示す線図であり、比較例１では、ワークを、８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、ワークを１８０℃（表面温度及び内部温度ともに１８０℃）で１．５時間加熱して焼もどしを行った。
図１８は、比較例３における熱処理条件を示す線図であり、比較例３では、ワークを、８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、ワークを２５０℃（表面温度及び内部温度ともに２５０℃）で１．５時間加熱して焼もどしを行った。
【００７５】
（比較例２，４）
焼もどし条件を、表１及び図１７、１９に示した条件に変更した以外は、実施例１と同様にして、外輪の試験片を得た。
図１７は、比較例２における熱処理条件を示す線図であり、比較例２では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２２０℃、内部温度が６００℃となるように周波数６０５Ｈｚ及び出力８３ｋＷで４０秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
図１９は、比較例４における熱処理条件を示す線図であり、比較例４では、実施例１と同様にして焼入れ処理を行った後、ワークを熱処理装置２００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら当該ワークの表面温度が２５５℃、内部温度が２８５℃となるように周波数４３０Ｈｚ及び出力２９ｋＷで５秒間誘導加熱して焼もどしを行った。
【００７６】
（比較例５）
焼入れ処理を下記の方法で行った以外は、比較例１と同様にして、外輪の試験片を得た。
即ち、雰囲気熱処理炉、焼もどし炉、高周波焼入れ機を用いて、表１及び図２０の条件で調質及び高周波焼入れを行った。
図２０は、比較例５における熱処理条件を示す線図であり、比較例５では、まず、ワークに、８３０℃で０．５時間の焼入れ、及び、６００℃で１．５時間の焼もどしからなる調質を行った。その後、温度が９５０℃となるように０．３２秒間の高周波焼入れ（２００ｋＨｚ、２５０ｋＷ）を行い、その後、比較例１と同様の条件で焼もどしを行った。
本比較例５では、外輪の外輪軌道部、肩面及び外周面の表層部に高硬度領域が形成されることとなる。
【００７７】
（比較例６）
ＳＡＥ５１２０からなる鋼材から環状素材を製造し、得られた環状素材に切削加工を施して、所定形状に加工して、外輪用のワーク（外径：６２ｍｍ、肉厚：５ｍｍ）を得た。次に、得られたワークをカーボンポテンシャル１．１の雰囲気中で表１及び図２１に示した熱処理条件による焼入れ処理を行い、その後、表１及び図２１に示した熱処理条件による焼もどし処理を施した後、研磨仕上げを施し、軸受（型番６２０６）用の外輪の試験片を得た。
ここで、焼入れ処理は、雰囲気熱処理炉を用いて浸炭焼入れを行い、焼もどし処理は、比較例１と同様にして行った。
図２１は、比較例６における熱処理条件を示す線図であり、比較例６では、ワークを、９３０℃で５時間加熱して浸炭焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、比較例１と同様の条件で焼もどしを行った。
【００７８】
【表１】
2019035155.tif 000003
【００７９】
（試験片の評価）
ビッカース硬さ試験機を用いて実施例１〜９及び比較例１〜６の外輪の試験片における断面の硬さの分布を求めた。この分布に基づき、高硬度表面層の深さ（図２におけるｄ１〜ｄ４）を算出した。また、この断面の硬さの分布の測定において、実施例の試験片では、表面部の断面のビッカース硬さが、最表面から内層部に向って徐々に低硬度となっていることが明らかとなった。
また、実施例１〜９及び比較例１〜６の外輪の試験片の表面部の硬さ（高硬度表面層の最表面の硬さ）、内層部の硬さ、最大せん断応力深さ、圧縮残留応力、転がり寿命、圧壊強度、シャルピー衝撃値及び製造コストを調べた。さらに、実施例１〜９及び比較例１〜６の外輪の試験片の表面部及び内層部それぞれの組織を光学顕微鏡にて観察した。
【００８０】
なお、表面部の硬さは、各外輪の試験片の表面にビッカース圧子をあてて測定した。
内層部の硬さは、各外輪の試験片の断面において、軌道部の底部から深さ方向に１．５ｍｍの位置にビッカース圧子をあてて測定した。
最大せん断応力深さは、ヘルツ接触理論により算出した。
圧縮残留応力は、残留応力測定装置によって、Ｘ線回折法を行なうことによって測定した。
転がり寿命は、ラジアル型転動疲労寿命試験を行なうことによって測定した。
圧壊強度は、外輪の試験片の周方向の第１の箇所と、上記周方向の第１の箇所とは１８０℃周方向に移動した箇所である第２の箇所とを、アムスラー試験機で径方向に挟み、第１の箇所と第２の箇所とを結ぶ試験片の軸線と垂直な方向に沿って、第１の箇所と第２の箇所とが０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で近接するよう移動させることで試験片を変形させ、破壊させ、破壊した時のラジアル荷重を評価することによって測定した。
シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ  Ｋ７１１１−１にしたがって測定した。
これらの結果を表２に示す。なお、転がり寿命、圧壊強度及びシャルピー衝撃値についは、比較例１の測定値に対する相対値として算出した。また、表中、コストにおける丸印は、比較例１の外輪の評価数値の０．８倍以下の数値であることを意味する。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
表２に示した結果から、焼き戻し時間２０秒以下でワークの表面温度を内部温度よりも４０℃以上低い温度となるようにワークの表面を冷却しながら焼もどしを行なうことによって得られた試験片（実施例１〜９）は、従来の手法で作製した試験片（比較例１）と比べて、圧壊強度、シャルピー衝撃値、圧縮残留応力及び製造コストのいずれもが優れ、しかも転がり寿命が同等以上であることがわかる。
このことから、本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法を用いることにより、耐衝撃性に優れ、高い圧壊強度を有する環状部材を、少ない工数で、かつ低エネルギー消費量で提供することができることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００８３】
１:玉軸受、１０:外輪、１１ａ:外輪軌道部、１２:表層部、１３:内層部、２０:内輪、２１ａ:内輪軌道部、３０:玉、３０ａ:転動面、４０保持器、１００，２００：熱処理装置、１０１，２０１：処理槽、１０２，２０２：保持部、１０３，２０３：第１の誘導加熱コイル、１０４，２０４：第２の誘導加熱コイル、１０５，２０５：冷却剤（冷却媒体）、１０６，２０６：噴射部、１０７：動力伝達部、Ｗ２：ワーク（素形材）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月6日(2018.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炭素クロム軸受鋼製のワークに対して熱処理を施す熱処理方法であって、
（Ａ）前記ワークに焼入れ処理を施す工程、及び
（Ｂ）焼入れ処理後のワークに焼もどし処理を施す工程
を含み、
前記工程（Ｂ）では、焼もどし時間２０秒以下で、表面温度が内部温度よりも４０℃以上低い温度となるように、前記焼入れ処理後のワークを誘導加熱する
ことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
鋼材からなる環状のワークを誘導加熱して熱処理する熱処理装置であって、
ワークを内部にセットし、当該ワークに熱処理を施す処理槽と、
前記ワークを所定の位置に保持する保持部と、
前記ワークを包囲して誘導加熱する誘導加熱コイルと、
前記ワークの誘導加熱中に当該ワークの表面全体を冷却する冷却媒体と
を備える熱処理装置、を用いて前記工程（Ｂ）を行う請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記保持部は、前記ワークの下面を点接触で受け止める第１支持部、前記ワークの水平方向への移動を抑制する第２支持部、及び、上方向への移動を抑制する第３支持部を有する請求項２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記処理槽内に前記冷却媒体が貯留されている請求項２又は３に記載の熱処理方法。
【請求項５】
前記ワークを当該ワークの軸心まわりに回転させる動力を前記保持部に伝達する動力伝達部をさらに備える請求項２〜４のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項６】
前記処理槽内に冷却媒体を噴射する噴射部をさらに備え、
前記噴射部から噴射された冷却媒体により、前記処理槽内に貯留された冷却媒体を撹拌する請求項４又は５に記載の熱処理方法。
【請求項７】
前記処理槽は、円筒状のアウターケースと、前記アウターケースの内側に配設された円筒状のインナーケースとを有し、
前記アウターケースの内周面と前記インナーケースの外周面との間に、前記噴射部から冷却媒体を噴射する請求項６に記載の熱処理方法。