(57)【要約】【課題】充分な表面硬さを実現するとともに歪みの発生を抑制でき、しかも製造コストを低く抑えることができ、さらに環境面に配慮した転がり摺動部材を製造する方法を提供する。【解決手段】焼入れ処理を含む熱処理により硬化されてなる軸受用鋼製の転がり摺動部材を製造する方法である。そして、前記焼入れ処理として、軸受用鋼製の中間素材を９００℃以上の温度で加熱保持した後、ガス雰囲気中で冷却する処理を行う。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ処理を含む熱処理により硬化されてなる軸受用鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、前記焼入れ処理として、軸受用鋼製の中間素材を９００℃以上の温度で加熱保持した後、ガス雰囲気中で冷却する処理を行うことを特徴とする転がり摺動部材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱保持の時間が、０．３〜１．５時間の範囲内である請求項１記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項３】
前記冷却の速度が、２５℃／秒以下である請求項１または２記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項４】
前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施し、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さが１０μｍ以下に設定された金属組織にする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施し、パーライト粒子の平均粒径が５０μｍ以下に設定された金属組織にする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記焼入れ処理後の中間素材は、その表面硬さがＨＲＣ５８以上に設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、軸受や遊星ローラユニットに用いられるスラスト板（スラストワッシャ）、軸受の軌道輪や転動体のように相手部材との間で転がり接触若しくは滑り接触または両接触が生ずる転がり摺動部材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
つばなしタイプの円筒ころ軸受や遊星ローラユニット等に用いられるスラスト板は、ある程度アキシャル荷重を受けるために、高強度であることが要求されている。この要求を満たすべく、スラスト板の材料としては、一般に、高炭素鋼（軸受鋼、工具鋼等）が用いられる。例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２等）製のスラスト板は、つぎのようにして製造されている。すなわち、まず、軸受鋼からなる素材を熱間鍛造した後に、被削性を高めるべく球状化焼鈍処理を行い、その後に旋削処理を行う。ついで、所定の強度を得るべく焼入れ処理を行った後、焼戻し処理を行い、さらに必要に応じて切削、研磨等の仕上げ処理を行う。このようにして、目的とする軸受鋼製のスラスト板が製造される。ここで、焼入れ処理としては、従来から、８５０℃で均熱処理を行った後に、１００℃程度の焼入れ油中にて油冷する処理を行っているが、充分な硬さを得るとともに歪みの発生を抑制すべく、油冷条件を細かく規定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１６７２２号公報（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような焼入れ処理を行うと、処理が複雑であるので、製造コストが高くつくという問題がある。また、冷却時に油を使うので、油の廃棄等に配慮する必要があり、環境面に問題がある。このような問題に対処するため、油冷ではなく空気中にて冷却する方法もあるが、この方法では特殊な鋼を用いる必要があることから、材料コストが高くつき、安価な製品供給は難しい。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、充分な表面硬さを実現するとともに歪みの発生を抑制でき、しかも製造コストを低く抑えることができ、さらに環境面に配慮した転がり摺動部材を製造する方法の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり摺動部材の製造方法は、焼入れ処理を含む熱処理により硬化されてなる軸受用鋼製の転がり摺動部材を製造する方法であって、前記焼入れ処理として、軸受用鋼製の中間素材を９００℃以上の温度で加熱保持した後、ガス雰囲気中で冷却する処理を行うことを特徴としている（請求項１）。
上記の製造方法によれば、加熱保持温度を９００℃以上にすることでセメンタイトを固溶させて実質的に均質なオーステナイト相とし、その状態からガス雰囲気中で冷却を行っているので、スムーズにマルテンサイト変態を行わせることができる。したがって、表面硬度が高くなるとともに、歪みが低減されたものが得られる。しかも、冷却をガス雰囲気中で行い、油を使わないことから、環境面に配慮した方法である。さらに、複雑な冷却を行わなくてもよいので、製造コストを低く抑えることができる。
【０００７】
上記の製造方法において、前記加熱保持の時間が０．３〜１．５時間の範囲内である場合（請求項２）には、セメンタイトが完全に固溶して均質なオーステナイト相からなる金属組織となるので、スムーズにマルテンサイト変態が行われて確実に表面硬度が高くなるとともに歪みが低減されたものが得られる。また、前記冷却の速度が２５℃／秒以下である場合（請求項３）には、表面と内部の冷却速度差がより小さくなり、よりスムーズにマルテンサイト変態が行われるので、特に歪みが低減されたものが得られる。なお、ここでいう冷却速度とは、測定の容易性から、加熱保持温度から７００℃までの冷却時間を用いて算出（（加熱保持温度−７００℃）／冷却時間）したものである。
【０００８】
上記の製造方法において、前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施して、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さを１０μｍ以下に設定された金属組織にするのが好ましい（請求項４）。焼入れ処理対象の金属組織を徐冷あるいは焼準によって上記のようにすれば、焼入れ処理の加熱保持によってより均質なオーステナイト相からなる金属組織となるので、スムーズにマルテンサイト変態が行われて確実に表面硬度が高くなるとともに歪みが低減されたものが得られる。
また、上記の製造方法において、前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施して、パーライト粒子の平均粒径を５０μｍ以下に設定された金属組織にするのが好ましい（請求項５）。焼入れ処理対象の金属組織を徐冷あるいは焼準によって上記のようにすれば、焼入れ処理の加熱保持によってより均質なオーステナイト相からなる金属組織になるので、スムーズにマルテンサイト変態が行われて確実に表面硬度が高くなるとともに歪みが低減されたものが得られる。
【０００９】
さらに、上記の製造方法において、前記焼入れ処理後の中間素材は、その表面硬さがＨＲＣ５８以上である場合（請求項６）には、高い疲労強度が要求されるスラスト板等の転がり摺動部材として好適なものが得られる。
また、上記の製造方法において、前記軸受用鋼として高炭素クロム軸受鋼を用いた場合には、確実に表面硬度が高く歪みが低減されたものが得られる。特に、ＳＵＪ２はこれらの効果が高度にバランスされるため好適である。
【００１０】
ここで、本発明は、内部まで充分にマルテンサイト変態が行われたものを得ること等を考慮して、例えばスラスト板といった厚みが１０ｍｍ以下の薄肉の部材に適用することを主として想定しているが、これに限定するものではなく、例えば軸受の内輪、外輪、転動体の表面処理法としても適用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法の手順を示す工程図である。この製造方法は、つばなしタイプの円筒ころ軸受に用いられるスラスト板の製造方法に適用されるものであり、まず、軸受用鋼としての軸受鋼からなる素材を準備し、この素材に対し、１０００〜１４００℃程度の熱間鍛造を施した後、ゆっくり冷却（徐冷）して、表面硬さが２５ＨＲＣ以下のリング状の中間素材を作製する。この中間素材は、その金属組織が、パーライト粒子と、その粒子間に存在するセメンタイトとから構成されている。そして、パーライト粒子の平均粒径（最大径と最小径との和の１／２）は、加熱保持処理としての均熱処理によってより均質なオーステナイト相になるようにすべく、５０μｍ以下に設定されていることが好ましく、より好ましくは４０μｍ以下である。また、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さ（粒子間の最大直線距離）は、均熱処理によってより均質なオーステナイト相になるようにすべく、１０μｍ以下に設定されていることが好ましく、より好ましくは８μｍ以下である。
なお、上記では徐冷を行ったが、例えば、７００〜８５０℃で１時間の均熱処理を行った後に、焼準処理を行うようにしてもよい。このような焼準処理であっても、上記した金属組織を有する中間素材が得られる。
また、熱間鍛造後に焼鈍処理を行うようにしてもよい。焼鈍処理を行えば、被削性が良好となるので、旋削処理が行いやすいという利点がある。
【００１２】
ついで、得られたリング状の中間素材の外周面等に対し、旋削処理を施して、所定寸法に設定された中間素材を作製する。
【００１３】
つぎに、得られた中間素材に対し、焼入れ処理を行う。すなわち、９００℃以上の温度で０．３〜１．５時間程度の均熱処理を行い、金属組織中のセメンタイトを完全に固溶させて均質なオーステナイト相とした後、空気中において冷却速度２５℃／秒以下で冷却し、マルテンサイト変態を起こさせて硬化させる。ここで、より好適な均熱処理温度は、良好なマルテンサイト変態を起こさせるべく金属組織をより均質なオーステナイト相にするという観点から、９００〜９８０℃の範囲内であり、より好適な均熱処理時間は、より均質なオーステナイト相を得るという観点から、０．４〜１．４時間の範囲内であり、より好適な冷却速度は、主として表面と内部との冷却速度差を小さくするという観点から、２０℃／秒以下である。そして、得られた中間素材は、高強度のスラスト板を得るという観点から、その表面硬度がＨＲＣ５８以上、好ましくはＨＲＣ６２以上に設定されていることが好ましい。
なお、上記では空気中にて冷却を行ったが、これに限定するものではなく、窒素ガスといった不活性ガス中にて冷却するようにしてもよい。
【００１４】
その後、常法に従って、１００〜２５０℃程度の焼戻し処理を行い、さらに必要に応じて切削、研磨等の仕上げ処理を行う。このようにして、目的とするスラスト板が得られる。
【００１５】
このようにして得られたスラスト板は、焼入れ処理として、非常に高い温度で均熱処理を行った後に、冷却速度を小さくして冷却を行っているので、スムーズなマルテンサイト変態が行われて、表面硬度が高く歪みの小さいものとなっており、また表面硬度や歪みにばらつきが小さいものとなっている。
【００１６】
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。
（実施例）
まず、ＪＩＳ  ＳＵＪ２（組成：炭素１．０１重量％、珪素０．２４重量％、マンガン０．３６重量％、ニッケル０．０４重量％、１．４６重量％、モリブデン０．０１重量％、残部は鉄）からなる素材を準備し、この素材に対し、１２００℃で熱間鍛造した後、２００℃／時間の冷却速度で６００℃まで徐冷（炉のヒーターの電源を切ってそのまま冷却）する処理を施して、リング状の中間素材を得た。ついで、このリング状の中間素材の表裏面、外周面、内周面に対し、旋削処理を施して、外径が１００ｍｍ、内径が６０ｍｍ、厚みが３ｍｍに設定されたリング状の中間素材を得た。
つぎに、得られたリング状の中間素材に対し、図２に示すように、９００℃で３０分間の均熱処理を行った後、室温（約２５℃）の空気中にて１時間放冷した（焼入れ処理）。その後、１８０℃で焼戻しを行った後、研磨処理を行った。このようにして、外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、厚み３ｍｍのスラスト板を作製した。
【００１７】
（比較例）
まず、ＳＵＪ２からなる素材を準備し、この素材に対し、１２００℃で熱間鍛造した後、炉から取り出して放置し、リング状の中間素材を得た。ついで、このリング状の中間素材に対し、８００℃で１時間加熱保持した後、１０℃／時間の冷却速度で６００℃まで徐冷する球状化焼鈍処理を施した。つづいて、このリング状の中間素材の表裏面、外周面、内周面に対し、旋削処理を施して、外径が１００ｍｍ、内径が６０ｍｍ、厚みが３ｍｍに設定されたリング状の中間素材を得た。
つぎに、得られたリング状の中間素材に対し、図３に示すように、８５０℃で３０分間の均熱処理を行った後、１００℃の焼入れ油中にて３０分間油冷した（焼入れ処理）。その後、１８０℃で焼戻しを行った後、研磨処理を行った。このようにして、外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、厚み３ｍｍのスラスト板を作製した。
【００１８】
このようにして得られた実施例および比較例のスラスト板について、焼入れ処理済み中間素材を各１０個準備し、以下に示すようにして、硬度とそり（歪み）を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００１９】
〔表面硬度の測定方法〕
ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５に準拠し、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を測定した。
〔歪み（そり）の測定方法〕
図４に示すように、焼入れ処理済み中間素材１１の一端を基準面１２に固定し、この基準面１２からの最大のそりの高さｈを測定した。
【００２０】
【表１】
2004156085.tif 000002
【００２１】
表１より、表面硬度に関し、実施例の表面硬度の平均が６１．０ＨＲＣであるので、充分に高強度が要求されるスラスト板として用いることが可能であることがわかる。また、実施例の表面硬度の標準偏差σが０．３２ＨＲＣであるので、表面硬度のばらつきが小さいことがわかる。したがって、実施例は、表面硬度が高く、しかもそのばらつきも小さいので、良質なスラスト板が得られることがわかる。
また、歪みに関し、実施例では歪み（そり）の平均が０．０７４ｍｍであるのに対し、比較例は０．１８９ｍｍであるので、実施例の方が、歪みが低減されていることがわかる。また、実施例では、歪み（そり）の最小値が０．０２ｍｍ（Ｎｏ．２）で最大値が０．１５ｍｍ（Ｎｏ．４）で標準偏差σが０．０３７であるのに対し、比較例では最小値が０．１２ｍｍ（Ｎｏ．１０）で最大値が０．３４ｍｍ（Ｎｏ．２）で標準偏差σが０．０６４であるので、実施例の方が、ばらつきが小さいことがわかる。したがって、実施例の方が、歪みが小さく、しかもそのばらつきも小さいので、寸法精度が高く均質なスラスト板が得られることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の転がり摺動部材の製造方法によれば、高い温度で加熱保持を行った後に、ガス雰囲気中で冷却を行っているので、表面硬度が高くなるとともに、歪みが低減されたものが得られる。しかも、冷却をガス雰囲気中で行い、油を使わないことから、環境面に配慮した方法である。さらに、処理条件が複雑でないので、製造コストを低く抑えることができる。
【００２３】
上記の製造方法において、前記加熱保持の時間が０．３〜１．５時間の範囲内である場合には、確実にセメンタイトが完全に固溶して均質なオーステナイト相からなる金属組織となるので、より表面硬度が高く歪みが低減されたものが得られる。また、前記冷却の速度が２５℃／秒以下である場合には、表面と内部の冷却速度差がより小さくなるので、特により歪みが低減されたものが得られる。さらに、前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施し、パーライト粒子間に存在するセメンタイトの最大厚さを１０μｍ以下に設定した場合、あるいは前記焼入れ処理に先立って、軸受用鋼製の中間素材に対し徐冷または焼準を施し、パーライト粒子の平均粒径を５０μｍ以下に設定された金属組織にした場合には、より表面硬度が高く歪みが低減されたものが得られる。
【００２４】
また、上記の製造方法において、前記放冷後の中間素材は、その表面硬さがＨＲＣ５８以上である場合には、高い疲労強度が要求されるスラスト板等の転がり摺動部材として好適なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる転がり摺動部材の製造方法の手順を示す工程図である。
【図２】実施例の焼入れ処理条件を示す説明図である。
【図３】比較例の焼入れ処理条件を示す説明図である。
【図４】歪み（そり）の測定方法を説明するための模式的な断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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