(57)【要約】【課題】ベアリングの軸受けなどに適した硬度の高い溝付き成形品の製造方法に関するものである。【解決手段】圧延等の熱間成形で得られ表層が脱炭層６で覆われた金属素材１を用い、製品２の溝３に対応する部位を引抜により膨出させ、或いは膨出部分４を有する金属素材１を出発材料とし、その膨出部分４を除去し、しかる後に引抜いて上記膨出部分４の除去跡５に溝３を形成することにより、簡単な工程で溝の脱炭層を除去若しくは低減させてベアリングの軸受けなどに適した高い硬度を溝に付与できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層が脱炭層６で覆われた金属素材１を用い、製品２の溝３に対応する部位を引抜により膨出させ、次いでその膨出部分４を除去し、しかる後に引抜いて上記膨出部分４の除去跡５に溝３を形成することを特徴とする溝付き成形品の製造方法。
【請求項２】
予め製品２の溝３に対応する部位が膨出し表層が脱炭層６で覆われた金属素材１を用い、その膨出部分４を除去した後にその除去跡５に溝３を引抜いて形成することを特徴とする溝付き成形品の製造方法。
【請求項３】
膨出部分４の除去を引抜きにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の溝付き成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に軸受けなどの溝を有する成形品において溝部分の脱炭層を除去若しくは低減させる溝付き成形品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に軸受けはボールやロールが当接する溝の凹面で荷重を受けるため、硬度が要求される。しかしながら熱間圧延で得られる安価な金属素材１は熱間圧延時に表層の炭素が抜けて表層が脱炭層６となっており（図４（ａ）参照）、そのまま引抜きで溝３を成形した場合、脱炭層６のため、必要な硬度が得られない（図４（ｂ）参照）。因みに、通常熱間圧延で得られる鉄鋼素材の場合、脱炭層の深さは０．１〜１ｍｍ程度、通常は０．２〜０．５ｍｍ程度と言われていて、素材のメーカーよりそのスペックが提供され、それに基づき加工メーカーが対応することになる。
【０００３】
これを避けるためには前処理として金属素材の表層の脱炭層を炭素が富んだ状態に改質しておくか、除去することが考えられる。或いは脱炭層にそのまま溝を成形しておき、後処理で脱炭層を炭素が富んだ層に改質する処方が考えられる。
【０００４】
事前の脱炭層の改質としては復炭、浸炭、表面窒化処理等があり、脱炭層の除去手法としてはピーリング、シカル等で素材の表層を切除して炭素が富んだ層を露出させる方法がある。後処理を行うには前処理と同様、復炭、浸炭、表面ボロン化処理等がある。しかしながらいずれも工程、装置が増えるためコスト高は避けられない。特に脱炭層の改質はいずれも大きな容量と長時間（復炭では２４時間）の処理が必要で、業界における既存の能力は限界に達しつつあり、製造処理能力の改善には短時間で対応可能な別途処方の出現が切望されている。
【０００５】
また、軸受けの場合、脱炭層を除去し、炭素に富んだ高硬度が必要とされるのは溝の周辺であるが、上記の手法はいずれも素材の表面全体に及ぶもので、無駄でもあるのみならず、溝付近以外も含めて全体の脱炭層を改質すると、全体に硬くなり、切削や穴あけ等の加工性が悪くなる弊害もある。
【０００６】
加えて、これらの改質の場合は、改質の浸透のバラツキにより、或いは脱炭層自体の分布のバラツキにより、脱炭層の改質が不十分になる部位が生じやすい。そのような場合は溝をボール溝に使用すると、脱炭層と改質層との間で表層剥離が生じやすく、製品の品質の精度が悪く、この点からも改善が望まれている。
【特許文献１】特願２０００−１７８６４３号公報
【特許文献２】特願２００２−１０６５２３号公報
【特許文献３】特願２００２−１９４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、熱間で得られ、表面が脱炭層で覆われた素材で引抜き成形して軸受けのように溝を有する製品を得るに当り、容易かつ安価なコストで溝の周辺の硬度を確保できる溝付き成形品の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主たる特徴は、第一に、圧延等の熱間成形で得られた金属素材を用い、製品２の溝３に対応する部位を引抜きにより膨出させ、次いでその膨出部分４を除去し、しかる後に引抜いて上記膨出部分４の除去跡５に溝３を形成することであり、第二に、圧延等の熱間成形で予め製品２の溝３に対応する部位が膨出した金属素材を用い、その膨出部分４を除去した後にその除去跡５に溝３を引抜いて形成することである。また、膨出部分４の除去は切削、研磨等の機械的な処方以外に、引抜きにより行うことも可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にあっては上述のように、脱炭層６が膨出部分４の形成により膨出部分４の表層に移動することにより、炭素が富んだ層が膨出部分４の外皮に包まれた状態で部分的に持ち上げられることになり、この状態で膨出部分４を除去することにより、除去跡５に炭素が富んだ部分が露出することになり、この炭素が富んだ部位に溝３が形成される。したがって溝３の周辺は脱炭層６が無い、若しくは低減した状態に改質され、十分な硬度が確保できるのである。
【００１０】
そしてこのことにより本発明は熱間圧延で得られた汎用の金属素材１表層に存在する脱炭層６のピーリングやシカルによる機械的な除去が不要であり、また成形前或いは後の浸炭や復炭も不要でありながら、溝３付近は脱炭層６が除去若しくは低減され、炭素に富んだ硬度の高い成形品をローコストで製造することができる。膨出部分４の除去も単に周辺と面一になるように研削或いは研磨等で容易にラフに行えるので、作業は容易である。そして現況では改質のように処理能力が最早限界に達している復炭や浸炭等長時間を要する処理による改質手法に代わる効率の良い方法が提供できたものである。
【００１１】
また、脱炭層６を除去若しくは低減する改質が硬度を必要とされる部位のみに止められるので、他の部位は加工性が確保でき、また、得ようとする溝３のサイズに応じて膨出部分４のサイズを調整することにより、種々対応ができる。
【００１２】
一般的には金属素材１での脱炭層６の深さは細い素材では薄く、太い素材では厚くなり、また施す溝３も太い素材では大きくなる傾向があるから、膨出部分４のサイズもそれに連動して太い素材では大きくなる。したがって本発明では太い金属素材１に比較的大きなサイズの溝３を施す場合に脱炭層６の除去排除効果が顕著となる。
【００１３】
加えて、従来の事前或いは事後の脱炭層の改質の場合と異なり、溝付近での脱炭層が除去若しくは低減されるため、従来のような改質部位での表層剥離が生じることがなく、溝近辺の品質精度を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の基本的な実施例を示すもので、上面左右及び両側面上部にベアリング用の溝３を有する製造ラインのレールを製品２とする場合を示す（図１（ｄ）参照）。サイズは幅が５６ｍｍ、高さが４０ｍｍ程度、長さが３〜７ｍの定尺である。金属素材１は６０×５０ｍｍの鉄鋼の熱間圧延角材を用いる。その表層の脱炭層６の厚さは０．２５±０．０５ｍｍ程度である（図１（ａ）参照）。
【００１５】
図２は本発明の工程の概略を示すもので、金属素材１は製品の溝３に対応する部位を溝３とは逆に膨らませて図１（ａ）のように膨出部分４を形成する。これは冷間引抜きにより行われるが、金属素材１は通常そのままでは硬度が大きく、ダイスを破損する惧れがある場合がある。そのような場合は金属素材１をダイスに通す前に必要に応じて６００から７５０℃程度に４〜８時間程度焼き鈍しをしてから引抜かれる。この引抜かれた状態では膨出部分４では脱炭層６は膨出部分４の盛り上がりに沿って移動している。膨出部分４のサイズは得ようとする溝３のサイズに対応して調節することができる。即ち、膨出部分４の盛り上がりと広がりを溝３に対してサイズを調整することにより、溝３付近の脱炭層６が除去若しくは低減されて炭素が富んだ層の深さ、広がりを調整できる。
【００１６】
次いでこの膨出部分４を除去する。除去は切削、研磨、或いは引抜き成形で行うことができる。この除去により、図１（ｃ）のように膨出部分４の除去跡５は脱炭層６が除去若しくは低減されて炭素が富んだ層が表面に露出する。尚、膨出部分４の除去に際しては、必要に応じて予め加工を容易にするために熱処理を行なった後、除去処理を行うことができる。この熱処理は、素材の材質、サイズ、引き抜き溝の大きさ、形状等に応じて適宜設定するが、例えば、材質がＳ５５Ｃで、５０〜１００mm角材に幅が３．５mmの丸溝を引抜く場合は、金属素材１を６００〜７５０℃で４〜8時間（例えば熱炉通過）で予熱する。
【００１７】
次いで除去跡５が露出した中間素材をダイスで引抜いて図１（ｄ）のように溝３を有する製品２を得る。７はベアリングの軸受け以外の凹所である。溝３の周辺は脱炭層６が除去若しくは低減され、炭素に富んだ状態になっている。この場合、膨出部分４を溝３に比して大きくすればするほど、溝３周辺はそれだけ炭素に富んだ硬質層が大きく確保される。尚、この引き抜きに際しても上記に準じた焼き鈍しが必要に応じて条件を設定して行われるが、その際、脱炭層が生じやすいので、できるだけ行わない方が好ましい。行う場合は窒素雰囲気や処理温度、時間等の設定に配慮が必要である。
【００１８】
尚、膨出部分４の除去を冷間引抜き成形で行う場合は、膨出部分４付近を拡大した図３（ｂ）のように脱炭層６は膨出部分４の引抜き成形時に分散して他の部位より薄くなり、その状態で引抜きにより膨出部分４が平らになると同図（ｃ）のように脱炭層６は周辺に移動して除去跡５では脱炭層６が一層薄くなる。そしてこの平らになった除去跡５に溝３を引抜きにより形成すると、分散して薄くなった脱炭層６は溝３が引抜きにより凹む肉の流れにより一層分散が進んで更に薄くなり、図１（ｄ）と略同様の状態か、それに近い状態に改質されると推測される。またここで、図３（ｃ）への引抜きを省略して膨出部分４が溝３になるように一気に図（ｄ）の状態へ引抜いても構わない。
【００１９】
この手法は切削、研磨等に比して溝３の周辺に脱炭層６が残りやすいので、素材のサイズに比して溝３のサイズが小さいものに好適である。
【００２０】
また、上記は汎用の安価な金属素材１、例えば角材を出発材料とした例を示したが、予め膨出部分５を有する金属素材１を出発材料とすることもできる。この場合は、図１（ａ）は省略され、同図（ｂ）から開始され、以後は上記と同様となる。加工量が多い場合は金属素材１を素材メーカーに大量に発注するが、その際に膨出部分５が突出したものを出発材料とすることができるのである。
【００２１】
その他、丸棒の金属素材に軸受け用の溝を加工したい場合、図５（ａ）のように表層全面を覆う脱炭層６の除去に当っては、従来は同図（ｂ）のように例えばシカル処理等で表面全体を薄く削り取り、全面の脱炭層を除去して目的の部位に同図（ｃ）のように溝３を引抜き成形で加工しているが、サイズの大きな丸棒を出発材料とする場合は、製品の溝とは無関係の大部分の削り取りは不要である。
【００２２】
本発明を適用する場合は、図６（ａ）のように脱炭層６で覆われた比較的径が大きな丸棒の金属素材１が出発素材となるが、製品２が異形であり、溝３の部位に対し、相対的に盛り上がっている部位が膨出部分４になる。そしてその膨出部分４を同図（ｂ）のように任意の手段で除去して脱炭層６を除去した後、その除去跡５に対応して溝３の引抜き加工を行うことができる。これにより同図（ｃ）のように脱炭層６が排除された部位に溝３が施される。
【００２３】
図７は角材を出発素材にして角を取って斜面に溝３を引き抜く例を示すもので、金属素材１の角が製品２の溝３が施される部位に対して相対的に膨出部分４となる（同図（ａ）参照）。そしてこの膨出部分４を同図（ｂ）のように適宜手段で除去しておき、その除去跡５に溝３の引抜き加工を行うことができる。これにより上記のいずれの場合とも同様、同図（ｃ）のように脱炭層６が排除された部位に溝３が施される。
【００２４】
尚、金属素材１は熱間成形によるものが表層に脱炭層６をもつものが多く、適用の大部分を占めるが、熱間成形によらない金属素材１でも表層が脱炭層６で覆われているものであれば本発明（請求項１乃至３）を適用し、脱炭層６の除去、低減を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
このように本発明にあっては金属素材１を引抜きにより加工してベアリングなどの軸受けに用いられる溝３を有する製品２を成形するにあたり、溝３に対応する部分を膨出させておき、その膨出部分４を除去してからその除去跡５に対応して溝３を引抜いて成形するようにしたから、溝３周辺の脱炭層６の除去若しくは低減に当り、従来のような無駄な全面除去処理が不要であり、また現状では業界の処理能力が限界に達しようとしている成形前、或いは後の脱炭層の改質に頼る必要がなく、業界として引抜き成形の増産を図りうる。
【００２６】
また上記のように事前或いは事後の脱炭層の改質の場合と異なり、本発明では溝周辺での脱炭層が除去若しくは低減されるため、従来のような改質部位での表層剥離が生じることがなく、溝周辺の品質精度、殊に高硬度を安定して得られるので、ベアリング溝のような過酷な条件で使用される製品にも安心して適用できる。
【００２７】
また従来の事前、事後の改質のように素材の全表面に処理を施すものに比して、溝３に対応する必要な部位のみにサイズも適宜に選定して精度良く脱炭層６の除去若しくは低減が行えるから無駄がなく、効率が向上する。そしてこれらの効果は脱炭層６が比較的深く、溝３も大きくなる傾向にある太いサイズの製品に顕著に発現する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施例の金属素材から製品の脱炭層の変化を示す説明図で、（ａ）は金属素材、（ｂ）は膨出部分を膨出させた状態、（ｃ）は膨出部分を除去した状態、（ｄ）は溝を成形した状態を示す。
【図２】本発明の１実施例の基本工程説明図。
【図３】本発明の膨出部分を引抜きで除去した場合の脱炭層の変化を示す説明図で、（ｂ）は膨出部分の拡大図、（ｃ）は膨出部分を除去した状態の拡大図である。
【図４】従来の方法による脱炭層の変化を示す説明図で、（ａ）は金属素材、（ｂ）は引抜いて溝を成形した状態を示す。
【図５】従来の丸棒に溝を加工する一例の概略工程説明図。
【図６】丸棒に本発明を適用して溝を加工する一例の概略工程説明図。
【図７】角材の斜面に本発明を適用して溝を加工する一例の概略工程説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１は金属素材
２は製品
３は溝
４は膨出部分
５は除去跡
６脱炭層
【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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