(57)【要約】      （修正有）【課題】軌道輪の熱処理効率を高める一方で、熱変形を抑え、薄肉の軌道輪にも適用可能な熱処理方法を提供する。【解決手段】鋼材を所定形状に加工した軸受軌道輪１を、内部が窒素ガス雰囲気（アンモニア又は窒素を含んだ雰囲気）とした処理容器１０中にて誘導加熱して窒化処理する。処理容器１０から取り出した軸受軌道輪１を内径面及び外径面から均一に冷却する。この冷却工程において、Ｍｓ点到達前に外径面、内径面及び溝肩の少なくとも１箇所を拘束しながら冷却することにより、過冷オーステナイトからマルテンサイトへの変態膨張を利用した矯正を行うことが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材を所定形状に加工した軸受軌道輪を、窒化ガス雰囲気中にて誘導加熱して窒化処理した後の冷却工程において、Ｍｓ点到達前に外径面、内径面及び溝肩の少なくとも１箇所を拘束しながら冷却することを特徴とする軸受軌道輪の熱処理方法。
【請求項２】
前記窒化ガス雰囲気中の誘導加熱を大気圧下で行うことを特徴とする請求項１記載の軸受軌道輪の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種軸受の軌道輪（内輪や外輪）の熱処理方法に関する。
【０００２】
従来から、軸受軌道輪の製造工程において、鋼材を所定形状に加工した軌道輪に窒化処理を施して硬化させることが行われている。しかしながら、迅速化のために処理温度はより高温になってきており、それに伴って熱による変形量も大きくなる傾向にある。そのため、焼戻し後に、所望の形状・寸法に仕上げるための仕上げ加工において、過大な切削取り代が必要になる。つまり、仕上げ加工での切削効率が悪くなり、高温処理による熱処理時間短縮の効果を享受することができない。
【０００３】
熱変形を矯正するために、軌道輪を熱処理する方法が採られている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、熱処理による矯正は、厚肉の軌道輪に対しては有効であるものの、薄肉の軌道輪では加熱後に矯正装置に移送する際に、剛性不足による更なる変形を招くことがある。また、薄肉の軌道輪は熱容量が小さいことから、温度低下が大きく、焼戻しに不具合が生じることがある。軸受の小型軽量化に伴って軌道輪は薄肉化の傾向にあり、このような不具合がより起こりやすい。
【０００４】
また、一次熱処理で窒素富化層を形成し、二次熱処理で再焼入れすることにより変形を抑制することも提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。しかしながら、熱処理が２回必要であり、熱処理効率の低下や熱処理時間の長期化を招くことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８４６０９号公報
【特許文献２】特開２００９−８４６１０号公報
【特許文献３】特開２００９−８４６１１号公報
【特許文献４】特開２００５−１３３２１２号公報
【特許文献５】特開２００５−１３３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、軌道輪の熱処理効率を高める一方で、熱変形を抑え、薄肉の軌道輪にも適用可能な熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、鋼材を所定形状に加工した軸受軌道輪を、窒化ガス雰囲気中にて誘導加熱して窒化処理した後の冷却工程において、Ｍｓ点到達前に外径面、内径面及び溝肩の少なくとも１箇所を拘束しながら冷却することを特徴とする軸受軌道輪の熱処理法を提供する。また、前記窒化ガス雰囲気中の誘導加熱を大気圧下で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱処理方法では、窒化処理を誘導加熱により行うため、炉加熱のような温度や雰囲気ガスの制御に時間を要することがなく、熱処理効率を高めることができる。また、窒化処理後の冷却を拘束しながら行うことにより熱による変形を抑えることができる。この拘束しながらの冷却は、薄肉の軌道輪にも適用することができる。そのため、仕上げ処理における切削取り代を削減や切削時間の短縮も可能になり、軌道輪の製造工程全体として効率を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の熱処理工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明では、先ず、鋼材（例えばＳＵＪ２等）を所定形状に加工した軌道輪に窒化処理を行う。窒化処理の加熱方法としては、温度制御等の雰囲気制御が容易で、時間を短縮できることから誘導加熱を、好ましくは大気圧下で行う。例えば、図１に模式的に示すように、軌道輪（ここでは内輪）１を処理容器１０に入れ、軌道面１ａと対向して加熱コイル１１を配置する。そして、ガス供給源１２から処理ガスを処理容器１０に供給して内部を窒化ガス雰囲気（アンモニアまたは窒素を含んだ雰囲気）とし、鋼材のＡ１変態点以上の温度（８００〜１０００℃）にて所定時間保持する。尚、軌道輪１の軌道面１ａ以外の部分は、軌道面１ａからの伝熱により加熱される。
【００１２】
この窒化処理により、軌道輪１の表面に活性状態の窒素が拡散して焼入れ後に表面が硬化される。硬化の程度に制限はなく、通常の表面硬度になればよい。但し、脱炭が懸念される場合や使用鋼材の炭素量が少なく、十分な硬度を確保できない場合などは、窒化の他に浸炭を行ってもよい。尚、浸炭窒化層の炭素と窒素の割合は、処理温度と雰囲気のカーボンポテンシャル値や窒化ガス（アンモニアまたは窒素）の添加量で決まるため、処理温度の変動に応じてカーボンポテンシャル値や窒化ガス（アンモニアまたは窒素）の添加量を変動させる。また、前記窒化ガス雰囲気中の誘導加熱を大気圧下で行う場合、減圧下で行うことに比べて減圧装置が不要であり、減圧や復圧の時間も短縮することができる。
【００１３】
次いで、処理容器１０から軌道輪１を取り出し、水冷、ガス冷あるいは水冷とガス冷との組み合わせにより内径面及び外径面から均一に冷却する。この冷却工程において、Ｍｓ点に到達する前の時点で軌道輪１の外径面、内径面及び溝肩の少なくとも１箇所（ここでは外径面）を拘束型２０に圧入し、更に冷却を続ける。このように拘束しながら冷却することにより、過冷オーステナイトからマルテンサイトへの変態膨張を利用した矯正を行うことができる。尚、図中の符号２１は、拘束型２０を保持するジャケットである。
【００１４】
尚、同一ロットを大量に処理する場合は、製造効率を考慮して、窒化処理の後に拘束することなく冷却を行い、しかる後に焼入れ処理を行う。そして、焼入れ後の冷却に際して、上記のようにＭｓ点到達前に拘束型２０を用いて拘束しながら冷却する。また、この場合も、窒化処理及び焼入れに際して高周波加熱を行う。
【００１５】
次いで焼戻しを行うが、加熱効率を考慮すると、図示されるように軌道輪１の軌道面１ａと対向して加熱コイル３１を配置して高周波加熱を行うことが好ましい。尚、焼戻し温度としては１６０〜１８０℃が好ましい。
【００１６】
尚、焼戻し後にも変形が残っている場合は、追加の矯正処理を行ってもよい。
【００１７】
そして、焼戻し後に、所定の形状・寸法にするために、切削等による仕上げ加工を行い、軌道輪が完成する。
【実施例】
【００１８】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００１９】
（実施例１〜３）
ＳＵＪ２鋼材（Ａ１変態温度：７２３℃）を切削加工して、玉軸受用の内輪（外径１０１ｍｍ、内径９５ｍｍ、幅１３．７ｍｍ）を作製した。
【００２０】
そして、図１に示すように内輪を処理容器に入れ、軌道面と対向して加熱コイルを配置し、アンモニア雰囲気中で、周波数１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚにて誘導加熱を行い、溝底位置で８００または８８０℃となるように保持し、表面の窒素含有率が０．０５〜０．８質量％となるように窒化処理を行った。尚、温度設定については、事前に高周波加熱時における出力と温度との関係を求めておき、出力設定で温度調整を行った。
【００２１】
次いで、実施例１、２では水冷、実施例３ではガス冷の後に水冷を行い、冷却途中のＭｓ到達前に外径面を拘束型に圧入し、冷却を続けた。
【００２２】
上記の窒化処理後、誘導加熱を利用して１８０℃にて焼戻しを行った。
【００２３】
（比較例１〜４）
比較例１では、窒化処理を炉加熱で行い、水冷後に加熱による矯正を行い、その後に実施例と同様にして誘導加熱による焼戻しを行った。また、比較例２では、実施例１と同様にして高周波加熱により焼入れを行ったが、拘束型を用いることなく冷却を行い、その後に実施例と同様にして焼戻しを行った。また、比較例３では、実施例２と同様にして高周波加熱により焼入れを行ったが、拘束型を用いることなく冷却を行い、その後に実施例と同様にして焼戻しを行った。また、比較例４では、全ての熱処理を炉加熱で行い、矯正処理は実施しなかった。
【００２４】
そして、実施例及び比較例で得た焼入れ後の内輪に、切削加工により仕上げ加工を施した。
【００２５】
上記の実施例及び比較例における熱処理に要した時間（熱処理時間）と、仕上げ加工のために切削に要した時間（仕上加工時間）とを、実施例１に対する相対値にて表１に示す。尚、熱処理時間とは、内輪１個につき、有効硬化層深さ２ｍｍを得るために要した加熱時間である。また、仕上げ加工時間とは、内輪１個につき、所定の形状・寸法にするために要した切削時間である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本発明に従う実施例は、拘束しながら冷却したため変形が抑えられており、矯正を行っていない比較例２〜４に比べて仕上げ加工に要する時間を大幅に短縮することができる。しかも、熱矯正を行った比較例１と同等の仕上げ加工時間で済むことから、熱矯正と同等の矯正効果が得られると考えられるが、比較例１では矯正のための熱処理を別途必要とするため、実施例に比べると熱効率が低い。
【００２８】
また、実施例では熱処理に高周波加熱を採用したため、炉加熱の比較例１、４に比べて熱処理に要する時間を大幅に短縮することもできる。
【符号の説明】
【００２９】
１  軌道輪
１０  処理容器
１１  加熱コイル
１２  ガス供給源
２０  拘束型
２１  ジャケット
３１  加熱コイル
【図１】
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