(57)【要約】  表面(10a、10b、12a、12b)を有し、その少なくとも一部(18)が誘導加熱によって表面硬化されている軸受構成要素(10)。軸受構成要素(10)の表面(10a、10b、12a、12b)を通る断面は、表面(10a、10b、12a、12b)では硬度Hsurfaceを示し、軸受構成要素(10)の非硬化コア(10c)では硬度Hcoreを示す。断面の硬度プロファイルは、硬度が表面(10a、10b、12a、12b)での硬度Hsurfaceにほぼ等しい第１の領域(24)と、硬度が軸受構成要素(10)の非硬化コア(10c)での硬度Hcoreにほぼ等しい第３の領域(26)と、第１の領域と第３の領域(26)との間の第２の領域(25)であって、その硬度プロファイルが、第１の領域における硬度と第３の領域(26)における硬度との間で滑らかな移行を示す第２の領域と、を示す。硬度プロファイルの第１の領域における平均硬度はY1であり、硬度プロファイルの第３の領域における平均硬度はY3であり、第２の領域(25)における硬度プロファイルは、点(F)間、但し0<k<2であるが、点間の線として画定される区画を硬度プロファイル上に有する。第２の領域(25)の区画の硬度は、平均で１mm当たりHRC50未満ずつ低減する。
2013535623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１０ａ、１０ｂ）を有する軸受構成要素（１０）において、前記表面（１０ａ、１０ｂ）の少なくとも一部（１８）が誘導加熱によって表面硬化されており、それによって前記軸受構成要素（１０）の前記表面（１０ａ、１０ｂ）を通る断面が、前記表面（１０ａ、１０ｂ）では硬度Ｈsurfaceを示し、前記軸受構成要素（１０）の非硬化コア（１０ｃ）では硬度Ｈcoreを示し、前記断面の硬度プロファイルが、硬度が前記表面（１０ａ、１０ｂ）での前記硬度Ｈsurfaceにほぼ等しい第１の領域（２４）と、硬度が前記軸受構成要素（１０）の前記非硬化コア（１０ｃ）硬度での前記硬度Ｈcoreにほぼ等しい第３の領域（２６）と、前記第１の領域と前記第３の領域（２６）との間の第２の領域（２５）と、を示し、前記第１の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Ｙ１を有し、前記第３の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Ｙ３を有し、それによって前記第２の領域（２５）における点
【数１】
2013535623.tif 000009
と点
【数２】
2013535623.tif 000010
との間、但し０＜ｋ＜２であるが、前記点間で前記硬度プロファイルに線を引いた場合、前記線に沿って求めた前記軸受構成要素の前記第２の領域（２５）における硬度が、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０未満ずつ低減することを特徴とする軸受構成要素（１０）。
【請求項２】
前記線に沿って求めた前記軸受構成要素の前記第２の領域（２５）における前記硬度が、１ｍｍ当たりＨＲＣ３０未満、ＨＲＣ２５未満、ＨＲＣ２０未満、またはＨＲＣ１５未満ずつ低減することを特徴とする請求項１に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項３】
前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）での前記硬度Ｈsurfaceが、ＨＲＣ５５〜７５の間、好ましくはＨＲＣ５８〜６３の間であることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項４】
前記軸受構成要素（１０）の前記非硬化コア（１０ｃ）での前記硬度Ｈcoreが、ＨＲＣ１５〜３０の間であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項５】
前記第１の領域（２４）が、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）から、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）下深さ６ｍｍ、好ましくは前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）下深さ１〜４ｍｍまで延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項６】
内輪、外輪、または転動体のいずれかであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項７】
転動体軸受、ころ軸受、平軸受、ブッシュ、ジャーナル軸受、またはスリーブ軸受の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の軸受構成要素（１０）。
【請求項８】
軸受構成要素（１０）の表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）の少なくとも一部（１８）を表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）硬化させる方法において、電磁誘導コイル（１４）を用いた誘導加熱によって、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）の前記少なくとも一部（１８）をフェライト／オーステナイト変態温度以上まで加熱する工程と、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）下で十分な熱伝導が可能となり、その結果、前記少なくとも一部（１８）が十分オーステナイト化するように、前記表面の前記少なくとも一部（１８）を前記温度で維持する工程と、前記軸受構成要素（１０）の前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）を通る断面が、前記表面（１０ａ、１０ｂ）では硬度Ｈsurfaceを示し、前記軸受構成要素（１０）の非硬化コア（１０ｃ）では硬度Ｈcoreを示すように、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）の前記少なくとも一部（１８）を直ちに焼入れする工程と、を含み、前記断面の硬度プロファイルが、硬度が前記表面（１０ａ、１０ｂ）での前記硬度Ｈsurfaceにほぼ等しい第１の領域（２４）と、硬度が前記軸受構成要素（１０）の前記非硬化コア（１０ｃ）での前記硬度Ｈcoreにほぼ等しい第３の領域（２６）と、前記第１の領域と前記第３の領域（２６）との間の第２の領域（２５）と、を示し、前記第１の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Ｙ１を有し、前記第３の領域における前記硬度プロファイルが、平均硬度Ｙ３を有し、それによって前記第２の領域（２５）における点
【数３】
2013535623.tif 000011
と点
【数４】
2013535623.tif 000012
との間、但し０＜ｋ＜２であるが、前記点間で前記硬度プロファイルに線を引いた場合、前記線に沿って求めた前記軸受構成要素の前記第２の領域（２５）における硬度が、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０未満ずつ低減することを特徴とする方法。
【請求項９】
前記線に沿って求めた前記軸受構成要素の前記第２の領域（２５）における前記硬度が、１ｍｍ当たりＨＲＣ３０未満、ＨＲＣ２５未満、ＨＲＣ２０未満、またはＨＲＣ１５未満ずつ低減することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記内面の前記少なくとも一部（１８）を前記温度で少なくとも１０秒、２０秒、３０秒、４０秒、５０秒、６０秒、または７０秒以上の間維持する工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記断面の硬度プロファイル（２２）が、硬度が前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）での前記硬度Ｈsurface(10a、10b、12a、12b)にほぼ等しい第１の領域（２４）と、硬度が前記軸受構成要素（１０）の前記非硬化コア（１０ｃ）での前記硬度Ｈcore(10c)にほぼ等しい第３の領域（２６）と、前記第１の領域と前記第３の領域（２６）との間の第２の領域（２５）であって、前記硬度プロファイルが、前記第１の領域における前記硬度と前記第３の領域（２６）における前記硬度との間で滑らかな移行を示す第２の領域と、を示すことを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の領域（２４）が、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）から、前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）下深さ６ｍｍ、好ましくは前記表面（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）下深さ１〜４ｍｍまで延在することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記軸受構成要素（１０）が、内輪、外輪、または転動体のいずれかであることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記軸受構成要素が、転動体軸受、ころ軸受、平軸受、ブッシュ、ジャーナル軸受、またはスリーブ軸受の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受または滑り軸受用の軸受構成要素、および前記軸受構成要素の表面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受構成要素の多くは、様々な用途に適した技術要件を満たすために、無心焼入れまたは浸炭される。すなわち、軸受構成要素は、使用時に高い接触応力および摩耗を受けることがあり、したがって高い硬度が求められる。
【０００３】
高周波焼入れとは、誘導加熱によって金属構成要素をフェライト／オーステナイト変態温度以上まで加熱し、次いで焼入れする熱処理である。焼入れされた金属は、マルテンサイト変態し、その金属構成要素の表面の硬度および脆性が増す。高周波焼入れは、軸受構成要素全体としての特性には影響を及ぼさずに、その構成要素のある領域を選択的に硬化させるために使用することができる。
【０００４】
特許文献１は、長く（８〜３２フィート、すなわち２４４〜９７５ｃｍ）、薄壁（壁厚１／８〜１／４インチ、すなわち３〜６ｍｍ）で、小内径（１と１／４〜３と１／４インチ、すなわち３２〜８３ｍｍ）のチューブ状部材の内面を硬化させる工程を開示している。より具体的には、特許文献１は、内部に配置された電磁誘導コイルを用いて順次加熱し、その後、焼入れリングアセンブリを用いて直ちに焼入れして、チューブの内面にマルテンサイト硬化層を発現させることを伴うプロセスに関する。この方法を用いると、少なくとも硬度ＨＲＣ５８を有する表面と、実質的に非硬化のコアと、が得られ、硬化表面と非硬化コアとの間には、画然とした境界がある。
【０００５】
しかし、軸受構成要素の表面を表面硬化させる場合、軸受構成要素の硬化表面と非硬化コアとの間で画然とした境界を呈しない硬度プロファイルを得ることが有利である。硬度に画然とした境界があると、移行ゾーンが短くなり、したがって引張残留応力のレベルが増大することになるが、一方、硬化表面と非硬化コアとの間の境界が滑らかである場合、すなわち、硬度が急激にではなく、深さに伴って緩やかに低減する移行領域では、その領域の材料におけるいかなる応力も最小限に抑えられるか、またはなくなる。軸受構成要素の使用中に加わる追加の応力に、はるかに耐え得ることになる。硬度プロファイルのこうした緩やかな低減は、軸受構成要素の表面を浸炭させることによって得ることができる。
【０００６】
浸炭とは、鉄または鋼を、分解するにつれて炭素が遊離する別の材料の存在下で加熱する熱処理工程である。その表面または硬化層は、元の材料よりも高い炭素含有量を有することになる。鉄または鋼を焼入れによって迅速に冷却すると、表面上の炭素含有量がより高い部分が硬くなり、一方コアは軟質（すなわち延性）かつ強靱なままとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４９４９７５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、心部までは焼入れしていない（non-through hardened）改良型軸受構成要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、平坦または非平坦表面、すなわち内面または外面を有し、その少なくとも一部が誘導加熱によって表面硬化されている軸受構成要素によって達成される。すなわち、その表面は、電磁誘導コイルを用いて高周波焼入れし、その後、焼入れ装置を用いて焼入れすることによって作られたマルテンサイト微細組織を備える。軸受構成要素のこの表面を通る長手方向または横方向断面は、表面では硬度Ｈsurfaceを示し、軸受構成要素の非硬化コア（すなわち、軸受構成要素の硬化していないベース金属）では硬度Ｈcoreを示す。この断面の硬度プロファイル（例えば、ビッカース硬度試験、または他の適切な任意の方法を用いて測定）は、硬度が前記表面での硬度Ｈsurfaceにほぼ等しい第１の領域と、硬度が軸受構成要素の非硬化コアでの硬度Ｈcoreにほぼ等しい第３の領域と、前記第１の領域と第３の領域との間の第２の領域と、を示している。第１の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ１を有し、第３の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ３を有する。第２の領域における点
【００１０】
【数１】
2013535623.tif 000003
【００１１】
と点
【００１２】
【数２】
2013535623.tif 000004
【００１３】
との間、但し０＜ｋ＜２、かつｋは実数であるが、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、この線に沿って求めた軸受構成要素の第２の領域における硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０未満ずつ低減する。
【００１４】
心部までは焼入れしていない前記軸受構成要素の表面の少なくとも一部は、表面硬度の増大、耐摩耗性の増大、および／または疲労および引張強度の増大を示すことになる。さらに、軸受構成要素を作製するために使用する高周波焼入れ熱処理は、浸炭熱処理よりもエネルギー効率が高く、かつ費用効果が高く、また、サイクル時間がより短く、歪み制御性が浸炭熱処理よりも優れている。さらに、内面の少なくとも一部の硬度、微細組織、および残留応力などの特性は、特定の用途に合わせて所望のように調整することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ｋは１である。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、ｋは、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、または１．９である。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、前記線に沿って求めた軸受構成要素の第２の領域における硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ３０未満、ＨＲＣ２５未満、ＨＲＣ２０未満、またはＨＲＣ１５未満ずつ低減する。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、表面での硬度Ｈsurfaceは、ロックウェルスケールでＨＲＣ５５〜７５の間、好ましくはＨＲＣ５８〜６３の間である。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によれば、軸受構成要素の非硬化コアでの硬度Ｈcoreは、ＨＲＣ１５〜３０の間である。
【００２０】
本発明の別の実施形態によれば、第１の領域は、表面から表面下深さ６ｍｍ、好ましくは表面下深さ１〜４ｍｍまで延在し、すなわち、硬度が増した材料の容積は、表面下深さ約０．５〜６ｍｍ、好ましくは表面下深さ１〜２ｍｍまで延在することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、軸受構成要素は、軸受構成要素と別の構成要素、例えば、第２の構成要素との間の相対的な動きを可能とする接触面を有する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、接触面は、硬化した少なくとも一部を備える。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、この少なくとも一部は、本質的に接触面に相当する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、接触面は、レースウェイ、滑り面、またはガイドフランジもしくは類似物の少なくとも一部のいずれかを構成することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、軸受構成要素は、内輪とすることができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、軸受構成要素は、外輪とすることができる。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、軸受構成要素は、転動体、例えばころまたは玉とすることができる。さらなる実施形態によれば、ころは、球形、円筒形、テーパ形、円錐形、または円環形とすることができる。
【００２８】
軸受構成要素は、例えば、高い耐摩耗性、および／または高い疲労および引張強度が求められる自動車、航空宇宙産業、鉱業、風力、海洋、金属製造、および他の機械用途に使用することができる。軸受構成要素は、例えば、ころ、平軸受、ブッシュ、ジャーナル軸受、スリーブ軸受、旋回軸受、または玉軸受もしくはころ軸受などの転動体軸受の少なくとも一部とすることができる。本発明のさらなる実施形態によれば、転がり軸受は、円筒ころ軸受、球面ころ軸受、円環ころ軸受、テーパころ軸受、円錐ころ軸受、または針状ころ軸受のいずれかとすることができる。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態によれば、軸受構成要素は、炭素含有量が０．４０〜１．１０％に等しい炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼を含むか、または炭素鋼もしくは合金鋼、好ましくは高炭素クロム鋼からなる。例えば、軸受構成要素は、５０ＣｒＭｏ４鋼、１００Ｃｒ６鋼、またはＳＡＥ１０７０鋼を含む、あるいは、５０ＣｒＭｏ４鋼、１００Ｃｒ６鋼、またはＳＡＥ１０７０鋼からなる。
【００３０】
本発明はまた、軸受構成要素の表面の少なくとも一部を表面硬化させる方法に関する。前記方法は、電磁誘導コイルを用いた誘導加熱によって、表面の少なくとも一部をフェライト／オーステナイト変態温度以上まで加熱する工程と、表面下で十分な熱伝導が可能となり、その結果少なくとも一部が十分オーステナイト化するように、内面の少なくとも一部をその温度で維持する工程と、軸受構成要素のその表面を通る断面が、表面では硬度Ｈsurfaceを示し、軸受構成要素の非硬化コア（すなわち、軸受構成要素の硬化していないベース金属）では硬度Ｈcoreを示すように、表面の少なくとも一部を直ちに焼入れする工程と、を含む。この断面の硬度プロファイル（例えば、ビッカース硬度試験を用いて測定）は、硬度が前記表面での硬度Ｈsurfaceにほぼ等しい第１の領域と、硬度が軸受構成要素の非硬化コアでの硬度Ｈcoreにほぼ等しい第３の領域と、前記第１の領域と第３の領域との間の第２の領域と、を示している。第１の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ１を有し、第３の領域における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ３を有する。第２の領域における点
【００３１】
【数３】
2013535623.tif 000005
【００３２】
と点
【００３３】
【数４】
2013535623.tif 000006
【００３４】
との間、但し０＜ｋ＜２、かつｋは実数であるが、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、この線に沿って求めた軸受構成要素の第２の領域における硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０未満ずつ低減する。
【００３５】
軸受構成要素を急速に加熱し、かつ／または次に熱を構成要素全体に拡散させる一般的な高周波焼入れでは、均質でないオーステナイトが形成される。本発明による方法では、熱は、１０秒、２０秒、３０秒、４０秒、５０秒、６０秒、または７０秒以上の期間の間、軸受構成要素全体に拡散することになり、したがって均質なオーステナイトが形成される。したがって、表現「表面下で十分な熱伝導が可能となり、その結果少なくとも一部が十分オーステナイト化するように」とは、表面の少なくとも一部において、均質なオーステナイトが形成されるのに十分な期間を意味するものである。均質なオーステナイトの形成を可能とすることによって、硬度が急激にではなく、表面下の深さに伴って緩やかに低減する移行領域を形成することが可能／容易になる。
【００３６】
本発明の方法の一実施形態によれば、前記線に沿って求めた軸受構成要素の第２の領域における硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ３０未満、ＨＲＣ２５未満、ＨＲＣ２０未満、またはＨＲＣ１５未満ずつ低減する。
【００３７】
本発明の方法の一実施形態によれば、ｋは１である。本発明の別の実施形態によれば、ｋは０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、または１．９である。
【００３８】
軸受構成要素、および本発明による方法を参照しながら、本明細書を通して使用する場合、表現「誘導コイル」とは、１個または複数個の誘導コイルを意味するものであることに留意されたい。同じ手法で、または異なる手法で、例えば同じ周波数、または異なる周波数で動作する複数個の誘導コイルを、例えば、軸受構成要素の外面および／または内面の複数の部分、あるいは複数個の軸受構成要素の１つまたは複数の部分を同時に、または連続して加熱するために使用することができる。誘導コイルは、軸受構成要素の硬化させるべき１つまたは複数の部分、あるいは機械構成要素全体を取り囲むように配置することができる。
【００３９】
本発明の方法の一実施形態において、誘導コイルを軸受構成要素から除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置を用いて、熱処理していた表面の少なくとも一部を直ちに焼入れする。
【００４０】
本発明の方法の別の実施形態において、軸受構成要素を誘導コイルから除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置を用いて、熱処理していた表面の少なくとも一部を直ちに焼入れする。
【００４１】
本発明の別の実施形態によれば、第１の領域は、表面から表面下深さ６ｍｍ、好ましくは表面下深さ１〜４ｍｍまで延在する。
【００４２】
本発明の一実施形態によれば、軸受構成要素は、内輪または外輪のいずれかとすることができる。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、軸受構成要素は、転動体、例えばころまたは玉とすることができる。さらなる実施形態によれば、ころは、球形、円筒形、テーパ形、円錐形、または円環形とすることができる。
【００４４】
本発明の一実施形態によれば、ころは、孔または穴を備えることができる。本発明の一実施形態では、孔または穴を硬化させることができる。
【００４５】
軸受構成要素は、例えばころ、平軸受、ブッシュ、ジャーナル軸受、スリーブ軸受、旋回軸受、または玉軸受もしくはころ軸受などの転動体軸受の少なくとも一部とすることができる。本発明のさらなる実施形態によれば、転がり軸受は、円筒ころ軸受、球面ころ軸受、円環ころ軸受、テーパころ軸受、円錐ころ軸受、または針状ころ軸受のいずれとすることができる。
【００４６】
以下で、添付の概略図を参照しながら、非限定的な実施形態を用いて本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による方法の一工程を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による方法の一工程を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による軸受構成要素の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による軸受構成要素の硬度プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による軸受構成要素の硬度プロファイルを示す図である。
【図６】浸炭および高周波焼入れを用いて得られた硬度プロファイルとの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図面は、原寸に比例して描かれたものではなく、分かりやすいように、特定の構成の寸法が誇張されていることに留意されたい。
【００４９】
図１は、軸受鋼から製造された回転対称の軸受構成要素１０、すなわち円筒ころの断面を概略的に示している。ころ１０は、例えば、５０ＣｒＭｏ４鋼で作成され、一様な円形断面が、その構成要素の中心を長手方向全体にわたって延在している。
【００５０】
電磁誘導コイル１４を用いて、ころ１０の外面１０ａ、１０ｂの少なくとも一部を硬化させる。高周波電力源（約１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ）を用い、誘導コイル１４を介して交流の大電流を駆動する。動作周波数と、電流浸透深さ、したがって硬度深さとの関係は反比例し、すなわち、周波数が低いほど、硬度深さは大きくなる。
【００５１】
誘導コイル１４に電流が流れると、非常に強くかつ迅速に変動する磁場が生じ、この強い交番磁場内に加熱すべき外面１０ａ、１０ｂの一部を配置する。外面１０ａ、１０ｂのその部分に渦電流が発生し、外面１０ａ、１０ｂのその部分において、抵抗により金属のジュール加熱が生じることになる。ころ１０の外面１０ａ、１０ｂを、誘導加熱によってフェライト／オーステナイト変態温度以上まで加熱し、好ましくは、１０〜４０秒の間、その温度で維持する。
【００５２】
適正な電源を選択するために、加熱すべきころの表面積を計算することがまず必要である。表面積の計算を行った後、有限要素分析などの経験的計算、経験、および／または技術を用いて、必要となる電力密度、加熱時間、および発電機動作周波数を計算することができる。
【００５３】
前記例示的な実施形態において、次いで誘導コイル１４を除去し、焼入れスプレイまたはリングなどの焼入れ装置１６を用いて、熱処理していた外面１０ａ、１０ｂの少なくとも一部を直ちに焼入れする。外面１０ａ、１０ｂの少なくとも一部は、例えば室温（２０〜２５℃）、または０℃以下まで焼入れすることができる。焼入れ装置１６は、水、オイル、またはポリマーベースのクエンチ剤を、加熱していた外面層１０ａ、１０ｂに供給し、それによってころ１０のベース金属よりも硬いマルテンサイト組織を形成するように構成されている。ころ１０の残りの微細組織は、熱処理による影響を本質的に受けないままであり、その物理的特性は、ころ１０が機械加工されたバーの物理的特性となる。
【００５４】
一例として、６０〜２００ｋＷの電源、周波数２０〜６０ｋＨｚ、好ましくは１０〜３０ｋＨｚまたは１５〜２０ｋＨｚ、総加熱時間１０〜４０秒、焼入れ速度および時間２００ｌ／分、ならびに焼入れ時間４０〜７０秒をそれぞれ用いて、本発明による軸受構成要素を得ることができる。
【００５５】
図２は、焼入れ実施中の焼入れ装置１６の位置を示している。あるいは、ころ１０の外面１０ａ、１０ｂの少なくとも１つの他の部分に、高周波焼入れ、火炎焼入れ、または他の任意の一般的な熱処理などの、別の表面硬化熱処理を施すことができることに留意されたい。
【００５６】
さらに、この例示的な実施形態のころ１０は、誘導コイル１４に対して水平位置に示し、焼入れ装置１６を水平に差し込んでいるが、ころ１０は、いかなる位置にも向けることができることに留意されたい。誘導コイル１４と焼入れ装置１６とは、例えばころ１０の同じ端部、または異なる端部から、定位置まで垂直に動かすものとすることができる。誘導コイル１４を、例えば、定位置まで垂直に下げ、誘導コイル１４を垂直に上げて引き抜いたときに、焼入れ装置を垂直に上げることもできる。
【００５７】
図３は、熱処理後のころ１０の長手方向断面を示している。ころ１０の外面材料１０ａ、１０ｂの部分１８は、電磁誘導コイル１４を用いて高周波焼入れし、その後、焼入れ装置１６を用いて直ちに焼入れすることによって生成されたマルテンサイト微細組織を備える。
【００５８】
本発明による方法によって、硬度および微細組織の両点において目に見える移行ゾーンが形成されることになる。すなわち、外面材料１０ａ、１０ｂの熱処理した部分１８は、ロックウェルでＨＲＣ５５〜７５、好ましくはＨＲＣ５９〜６３の範囲の硬度を有することができる。硬度が増した材料１８の容積は、例えば、深さ６ｍｍまで延在し得る。このようなころ１０は、外面１０ａ、１０ｂの一部が高い摩耗、疲労、または引張応力を受けるいかなる用途にも使用することができる。
【００５９】
図４は、表面硬化領域１８を図３に示す矢印２０の方向で半径方向に測定した、本発明の一実施形態による軸受構成要素の長手方向断面の硬度プロファイル２２を示している。硬度プロファイル２２は、硬度が、軸受構成要素１０の外面１０ａ、１０ｂでの硬度Ｈsurface、例えば、ＨＲＣ５５〜７５の間、好ましくはＨＲＣ５８〜６３の間の硬度にほぼ等しい第１の領域２４を示している。硬度プロファイル２２はまた、硬度が、軸受構成要素１０の非硬化コア１０ｃでの硬度Ｈcore、例えば、ＨＲＣ１５〜３０の間の硬度にほぼ等しい第３の領域２６を含む。硬度プロファイル２２はまた、前記第１の領域２４と第３の領域２６との間に第２の領域２５を含み、この第２の領域２５では、硬度プロファイルは、第１の領域２４の硬度と第３の領域２６の硬度との間での滑らかな移行を示し、すなわち、その硬度プロファイルは、硬度が急激にではなく、表面下の深さに伴って緩やかに低減する移行領域を示している。第１の領域２４における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ１を有し、第３の領域２６における硬度プロファイルは、平均硬度Ｙ３を有し、第２の領域における点
【００６０】
【数５】
2013535623.tif 000007
【００６１】
と点
【００６２】
【数６】
2013535623.tif 000008
【００６３】
との間、但し０＜ｋ＜２、これらの点間で硬度プロファイルに線を引いた場合、前記線に沿って求めた軸受構成要素の第２の領域における硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０未満ずつ低減する。
【００６４】
第１の領域２４および第２の領域２５の深さは、軸受構成要素１０を使用すべき用途に依存して選択することができる。
【００６５】
図４の破線は、軸受構成要素１０の外面１０ａ、１０ｂでの硬度Ｈsurfaceと、軸受構成要素１０の非硬化コア１０ｃでの硬度Ｈcoreとの間で画然とした境界を有する硬度プロファイル３０を示し、ここでは、硬度は、１ｍｍ当たりＨＲＣ５０超ずつ低減している。
【００６６】
図５は、本発明による方法を用いて得られ、硬度測定値（ビッカース硬度試験または他の適切な任意の方法を用いて測定）から求めた硬度プロファイル２２を示している。これらの値は、軸受構成要素１０の外面１０ａ、１０ｂでの硬度Ｈsurfaceを得るために、深さ０ｍｍにまで外挿することができる。前記例示的な実施形態において、軸受構成要素１０の表面下深さ６〜８ｍｍでの軸受構成要素１０の硬度は、軸受構成要素１０の非硬化コア１０ｃでの硬度Ｈcoreとなると考えることができる。
【００６７】
図６は、浸炭を用いて得られた硬度プロファイル２４、一般的な高周波焼入れを用いて得られた硬度プロファイル２６、および本発明による方法を用いて得られた硬度プロファイル２２間の比較を示している。一般的な高周波焼入れの結果得られた硬度プロファイル２６は、図４に示す第２の領域２５に対応する移行領域で急激に低減していることが分かる。また、本発明による方法を用いて得られた硬度プロファイル２２は、深さに伴ってはるかに緩やかに低減していることが分かる。
【００６８】
誘導コイルおよび／または焼入れ装置を、固定した軸受構成要素に対して定位置まで動かすのではなく、軸受構成要素を、固定した誘導装置および／または焼入れ装置に対して定位置まで動かすこともできる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  ころ（軸受構成要素）
１０ａ、１０ｂ  表面
１２ａ、１２ｂ  表面
１０ｃ  非硬化コア
１４  電磁誘導コイル
１６  焼入れ装置
１８  表面硬化領域
２２  硬度プロファイル
２４  第１の領域
２５  第２の領域
２６  第３の領域
３０  硬度プロファイル
【図１】
2013535623.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【国際調査報告】
2013535623.tif 000019
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