(57)【要約】【課題】表面層の硬さＨｖ６５０以上と、表面層の残留オーステナイト量１５体積％以上４０体積％以下の両方を得ることができる軸の製造方法を得る。【解決手段】転がり軸受の内輪軌道面として機能する面１０を有する軸１の製造方法において、前記面１０に対する熱処理として、高周波焼入れと高周波焼戻しを行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を有する軸の製造方法において、
前記面に対する熱処理として高周波焼入れと高周波焼戻しを行うことにより、前記面の表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を１５体積％以上４０体積％以下とし、芯部の残留オーステナイト量を０とすることを特徴とする軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を有する軸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラジアル軸受においては、内輪を用いず軸の面を内輪軌道面として使用する（すなわち、軸に転動体を転がり接触させる）ことがある。特に、ニードル軸受では内輪を用いない場合が多い。従来より、内輪を用いないニードル軸受の軸としては、ＳＵＪ２等のずぶ焼き鋼に焼入れ、焼き戻しを施して、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を６５０以上としたものが使用されている。具体的には、軸の表面硬さがＨｖ３００以下である状態で旋削等の加工を行った後に、高周波焼入れを施すことにより、表面硬さをＨｖ６５０以上にしている。
【０００３】
このような従来の「内輪を用いないニードル軸受」の軸には、転がり疲労特性を向上することと、衝撃荷重が大きい場合であっても塑性変形を生じ難くすることが課題となっている。
この課題を解決するために、下記の特許文献１には、内輪を用いないニードル軸受の軸を、０．５〜１．２ｗｔ％の炭素を含有する鋼で構成するとともに、芯部の残留オーステナイト量を０とし、表面層の窒素含有率を０．０５〜０．４ｗｔ％とし、表面層の硬さをＨｖ６５０以上とし、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０ｖｏｌ％とすることが開示されている。
また、この文献には、前記構成の軸の製造方法として、高周波焼入れ後に、通常の加熱炉による焼戻しを行う方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−００４００３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特に、径が小さかったり中空状に形成されていることで軸の熱容量が小さい場合に、処理時間の短い高周波焼入れを行うと、軸が十分に加熱され難いため、マトリックス中に固溶される炭素および窒素の量が不十分となって、焼入れ後の残留オーステナイト量を高くすることは難しい。
【０００６】
一方、通常の加熱炉による焼戻しの場合には、処理温度が高いと硬さが低下するため、硬さを低下させないためには低温で長時間処理を行う必要がある。しかし、低温で長時間処理を行うことは、焼入れ後に存在する残留オーステナイト量を大きく減少させることになる。
このように、高周波焼入れの後に通常の加熱炉による焼戻しを行う方法では、特に軸の熱容量が小さい場合、焼入れ後の残留オーステナイト量がそれほど高くないにも関わらず、焼戻し後の硬さを確保するために、残留オーステナイト量が大きく減少する低温での焼戻しが必要となる。
【０００７】
したがって、前記文献に記載された軸の製造方法では、表面層の硬さＨｖ６５０以上と、表面層の残留オーステナイト量１５体積％以上４０体積％以下の両方を得ることが困難である。
本発明は、このような従来技術の未解決な課題に着目してなされたものであり、表面層の硬さＨｖ６５０以上と、表面層の残留オーステナイト量１５体積％以上４０体積％以下の両方を得ることができる軸の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、転がり軸受の内輪軌道面として機能する面を有する軸の製造方法において、前記面に対する熱処理として高周波焼入れと高周波焼戻しを行うことにより、前記面の表面硬さをビッカース硬さ（Ｈｖ）で６５０以上とし、前記面の表層部の残留オーステナイト量を１５体積％以上４０体積％以下とし、芯部の残留オーステナイト量を０とすることを特徴とする軸の製造方法を提供する。
【０００９】
ここで、「高周波焼入れ」とは、高周波誘導加熱による焼入れであり、ワークに近接したコイルに高周波電流を流すことにより、渦電流を発生させて急速加熱する方法である。「高周波焼入れ」で使用する高周波電流の周波数は特に定義されていないが、例えば、商用周波数（５０Ｈｚ）を超える周波数を使用する。
「高周波焼戻し」とは、高周波誘導加熱による焼戻しであり、焼入れよりも低い周波数で実施される。加熱炉焼戻し（加熱炉による焼戻し）は、通常、電気炉内をヒータで温めた雰囲気にワークを入れ、低温でゆっくり加熱する方法である。このように、「高周波焼戻し」は「加熱炉焼戻し」と、加熱方法、加熱温度、加熱時間の点で異なる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
ＳＵＪ２からなる素材およびＳＣｒ４２０からなる素材を用意し、これらの素材から直径１０ｍｍの軸を旋削加工により形成した。なお、ＳＵＪ２からなる素材は球状化焼鈍を行った後に旋削加工した。この軸に対して、下記の表１に示す構成で熱処理を行うことにより、軸のサンプルＮｏ．  １〜６を得た。
【００１１】
各処理の条件は以下の通りである。
高周波焼入れ：各サンプルとも、周波数１２０ｋＨｚ、電圧６ｋＶ、電流４Ａ、冷却水流速３５リットル／分とした。軸の送り速度は２〜８ｍ／分の範囲で、サンプルによって変化させた。また、Ｈｖ５００以上で規定する硬化深さが１〜２ｍｍとなるようにした。
【００１２】
加熱炉焼戻し：各サンプルとも温度は１６０℃とし、処理時間を１．５〜２時間の範囲で変化させた。
高周波焼戻し：各サンプルとも、周波数１０ｋＨｚ、電圧１０ｋＶ、電流３Ａとし、加熱温度と処理時間は２８０〜３５０℃と１０〜２０秒の範囲で、サンプルによって変化させた。
【００１３】
浸炭窒化：各サンプルとも、雰囲気ガスを「ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス」とした。処理時間は２〜５時間とし、サンプルによって変化させた。
調質：各サンプルとも温度は６５０℃とし、処理時間を１．５〜２時間の範囲で変化させた。Ｎｏ．  ３〜６では、浸炭窒化後にこの調質を行うことにより、芯部の残留オーステナイト量を０とした。
【００１４】
なお、Ｎｏ．  １，２では、残留オーステナイト量が０である素材を用い、前処理（熱処理）を行わずに高周波焼入れを行った。
この軸を、内輪を用いないニードル軸受の軸１として使用し、図１に示すニードル軸受を組み立てて回転試験を行った。このニードル軸受は、内径１０ｍｍ、外径１４ｍｍ、幅１０ｍｍのシェル形ニードル軸受であり、外輪２ところ（転動体）３とからなり、保持器を有していない。軸１のころ３が接触する面１０が、内輪軌道面として機能する面である。前記熱処理は軸１の長さ方向両端部を除いた部分に対して行った。これにより、内輪軌道面として機能する面１０には前記熱処理がなされた。
【００１５】
得られた各軸１の内輪軌道面として機能する面１０の表面硬さ（ビッカース硬さ）と、この面１０の表層部（表面から５０μｍの位置で）の残留オーステナイト量を測定した。ビッカース硬さはビッカース硬さ試験機を用いて測定し、残留オーステナイト量はＸ線回折装置を用いて測定した。その結果を下記の表１に併せて示す。
【００１６】
回転試験は日本精工（株）のボックス型試験機を用いて行った。試験条件は、軸の回転速度：５０００ｍｉｎ−１、ラジアル荷重：１５００Ｎ、潤滑油：Ｆｅ３  Ｏ粉（硬さＨｖ８７０、平均粒径７４〜１４７μｍ）が３０００ｐｐｍ混入された＃６８タービン油とした。回転試験中に振動値を測定し、振動値が初期値の３倍になった時点での回転時間を寿命とした。各サンプルともに複数個の試験体を用意して回転試験を行い、得られた複数個の寿命値からＬ１０寿命を算出した。そして、Ｎｏ．  １のＬ１０寿命を「１」とした相対値を算出した。この値を下記の表１に併せて示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
この表に示すように、本発明の方法（高周波焼入れ→高周波焼戻し）で熱処理されたＮｏ．  ２，５，６の軸は、表面層の硬さＨｖ６５０以上と、表面層の残留オーステナイト量１５体積％以上４０体積％以下の両方が達成された。また、Ｎｏ．  ２，５，６の軸を用いた場合のＬ１０寿命は、高周波焼入れ後に加熱炉焼戻しを行ったＮｏ．  １，３，４の軸を用いた場合のＬ１０寿命よりも長かった。さらに、Ｎｏ．  ２，５，６の軸のうち、浸炭窒化を行ったＮｏ．  ５とＮｏ．  ６の軸は、浸炭窒化を行っていないＮｏ．  ２の軸と比較して、より高い表面硬さとより多い表層部の残留オーステナイト量が得られた。
この結果から分かるように、本発明の方法により、転がり疲労特性が良好で、衝撃荷重が大きい場合であっても塑性変形が生じ難い軸が得られた。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸の製造方法によれば、得られる軸の表面層を、硬さがＨｖ６５０以上で残留オーステナイト量が１５体積％以上４０体積％以下にすることができる。その結果、転がり疲労特性が良好で、衝撃荷重が大きい場合であっても塑性変形が生じ難い軸が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態で行った回転試験で使用したニードル軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１  軸
１０  軸のころが接触する面（内輪軌道面として機能する面）
２  外輪
３  ころ（転動体）
【図１】
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