(57)【要約】【課題】転がり軸受の軌道輪の製造方法として、熱処理時の変形を小さくでき、異物混入潤滑下での寿命を長くでき、寸法安定性にも優れた軌道輪が得られる方法を提供する。【解決手段】内輪７に対して、先ず、浸炭窒化処理室１で、Ａ1 変態点を超える温度に加熱して浸炭窒化処理を行った後に、Ａ1 変態点未満に冷却する。次に、誘導加熱部２の誘導加熱コイル２２内で、浸炭窒化の加熱温度以上の温度に誘導加熱する。次に、冷却・矯正部３で焼入れと矯正を行う。冷却途中のＭS 点に到達する前に、内輪７を外径拘束型３４に入れてＭS 点以下になるまで冷却する。次に、焼戻し部４で高周波焼戻しを行う。次に、酸化膜除去室５で表面に形成された酸化膜を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受を構成する軌道輪を、Ａ1 変態点を超える温度に加熱して浸炭窒化処理を行った後に、Ａ1 変態点未満に冷却する浸炭窒化工程と、
前記浸炭窒化工程後の軌道輪を、Ａ1 変態点以上であって浸炭窒化工程の加熱温度以上の温度に誘導加熱した後に冷却し、冷却途中のＭS 点に到達する前に、外径拘束型に入れてＭS 点以下になるまで冷却することで、焼入れと矯正を行う高周波焼入れ・矯正工程と、
前記高周波焼入れ・矯正工程後の軌道輪を誘導加熱することで焼戻しを行う高周波焼戻し工程と、
前記高周波焼戻し工程後の軌道輪の表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程とをこの順に行うことを特徴とする転がり軸受軌道輪の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法で製造され、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下で、芯部の残留オーステナイト量が１５体積％以下になっていることを特徴とする転がり軸受の軌道輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱処理工程に特徴を有する転がり軸受軌道輪の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、転がり軸受においては、軌道輪の厚さを薄くすることが求められている。厚さの薄い軌道輪は、熱処理時の変形が大きい。熱処理時の変形に伴って真円度が悪くなった軌道輪には、研削工程で黒皮残りが生じ易い。黒皮を除去するために研削工程を繰り返すことで生産性が低下する。熱処理時の変形が非常に大きな場合は、研削工程を繰り返し行っても真円度が設定範囲にならず、不良品となっている。このように、転がり軸受の軌道輪には、熱処理時の変形を小さくすることが求められている。
【０００３】
一方、自動車などの低燃費化の要求に伴って、機械部品の小型化や高効率化が行われている。そのため、機械部品の使用環境は、潤滑不良下や異物混入下などのより厳しい条件下となっている。
異物混入潤滑下で使用する転がり軸受の寿命を長くするためには、異物の噛み込みによって軌道面に生じた圧痕の周辺部に、応力が集中することを緩和する必要がある。このような応力集中の緩和を達成できる方法として、軌道面の残留オーステナイト量を多くする方法がある。軌道面に浸炭処理や浸炭窒化処理を行うことで、軌道面の残留オーステナイト量を多くすることができる。
【０００４】
特許文献１には、軸受部品（内輪、外輪および転動体の少なくとも一つ）に対する熱処理として、Ａ1 変態点（オーステナイト変態温度）を超える温度（Ｔ１）に加熱して浸炭窒化処理を行った後に、Ａ1 変態点未満に冷却する浸炭窒化工程と、前記浸炭窒化工程後の軌道輪を、Ａ1 変態点以上であって浸炭窒化工程の加熱温度（Ｔ１）未満の温度（Ｔ２＜Ｔ１）に加熱（二次加熱）した後に冷却する焼入れ工程とを、この順に行う方法が記載されている。
【０００５】
特許文献１には、この方法によれば、オーステナイト結晶粒度の粒径が従来の２分の１以下となるミクロ組織を得ることができるため、一次加熱（浸炭窒化処理）に引き続いてそのまま１回焼入れし、二次加熱を行わない通常の浸炭窒化・焼入れ方法と比較して、表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少させることができるとの記載がある。
【０００６】
特許文献１には、また、この方法により、軸受部品の窒素富化層における残留オーステナイト量を１１％以上２５％以下の範囲にすることで、耐表面損傷特性と耐経年寸法変化特性とのバランスをとることが記載されている。
特許文献２および３には、鋼製部品をＡ1 変態点を越える温度（Ｔ１）に加熱した後、Ａ1 変態点未満に冷却して表面に窒素富化層を形成する一次熱処理装置と、一次熱処理後の鋼製部品を、Ａ1 変態点を越える温度（Ｔ２）に加熱した後、Ａ1 変態点未満に冷却する二次熱処理装置とを備え、二次熱処理装置が誘導加熱で加熱する装置であると共に、二次熱処理装置で型焼入れすることが記載されている。
【０００７】
そして、特許文献２には、一次熱処理装置と二次熱処理装置とにおける加熱温度の関係をＴ２＜Ｔ１とすることで、鋼中のオーステナイト粒が微細化されると記載されている。特許文献３にはＴ２＜Ｔ１でもＴ２≧Ｔ１でもよいと記載されている。
特許文献４には、軌道輪をオーステナイト変態温度以上に誘導加熱した後、回転している軌道輪に向けて冷却液を噴射することにより、軌道輪の表面温度がマルテンサイト変態開始温度より高い温度から５００℃までの温度範囲となるまで水冷した後、マルテンサイト変態開始温度以下となるまでガス冷する焼入れ工程を備え、前記水冷またはガス冷中に、軌道輪を筒状の外径矯正型に入れて拘束し、軌道輪の外形寸法を矯正することを特徴とする転がり軸受軌道輪の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１６８２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３２１３号公報
【特許文献３】特開２００５−１３３２１２号公報
【特許文献４】特開２００９−２０３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の課題は、転がり軸受の軌道輪を製造する方法として、熱処理時の変形を小さくでき、異物混入潤滑下での寿命を長くでき、寸法安定性にも優れた軌道輪が得られる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明の転がり軸受軌道輪の製造方法は、転がり軸受を構成する軌道輪（内輪または外輪）を、Ａ1 変態点（オーステナイト変態温度）を超える温度（Ｔ１）に加熱して浸炭窒化処理を行った後に、Ａ1 変態点未満に冷却する浸炭窒化工程と、前記浸炭窒化工程後の軌道輪を、Ａ1 変態点以上であって浸炭窒化工程の加熱温度以上の温度（Ｔ２≧Ｔ１）に誘導加熱した後に冷却し、冷却途中のＭS 点（マルテンサイト変態開始温度）に到達する前に、外径拘束型に入れてＭS 点以下になるまで冷却することで、焼入れと矯正を行う高周波焼入れ・矯正工程と、前記高周波焼入れ・矯正工程後の軌道輪を誘導加熱することで焼戻しを行う高周波焼戻し工程と、前記高周波焼戻し工程後の軌道輪の表面に形成された酸化膜を除去する酸化膜除去工程とをこの順に行うことを特徴とする。
【００１１】
この発明の方法では、前記高周波焼入れ・矯正工程で、焼入れ時の冷却途中で軌道輪を外径拘束型に入れて矯正を行うにより、軌道輪の熱処理時の変形を小さくできる。
この発明の方法では、一次加熱（浸炭窒化処理）後の冷却後に行う二次加熱（焼入れ時の保持温度）を、一次加熱時の温度（Ｔ１）以上の温度（Ｔ２）で、誘導加熱法で行うことにより、表層部の残留オーステナイト量を多くしながら、芯部の残留オーステナイト量を少なくすることができる。具体例として、この発明の方法によれば、軌道面の表層部（表面から５０μｍまでの深さの範囲）の残留オーステナイト量を２０体積％以上４５体積％以下とし、芯部の残留オーステナイト量を１５体積％以下にすることができる。
【００１２】
軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下で、芯部の残留オーステナイト量が１５体積％以下になっている軌道輪を有する転がり軸受は、異物混入潤滑下での寿命が長く、寸法安定性にも優れたものとなる。
軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２０体積％未満であると、異物混入潤滑下で転がり疲労特性が不十分である。軌道面の表層部の残留オーステナイト量が４５体積％を超えると、軌道面の十分な硬さが得られず、転がり疲労特性が不十分である。芯部の残留オーステナイト量が１５体積％を超えると、時効変形による膨張量が大きく、寸法安定性が不十分である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の方法は、転がり軸受の軌道輪を製造する方法であって、熱処理時の変形を小さくでき、異物混入潤滑下での寿命を長くでき、寸法安定性にも優れた軌道輪が得られる方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の方法を実施可能な処理ラインを示す概略構成図である。
【図２】図１の処理ラインを構成する誘導加熱部で、内輪を加熱している状態を示す図である。
【図３】図１の処理ラインを構成する冷却・矯正部で、内輪を冷却している状態と矯正している状態を示す図である。
【図４】図１の処理ラインを構成する焼戻し部で、内輪を加熱している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態について説明する。
この実施形態の方法では、図１に示す処理ラインを使用して、転がり軸受の内輪（軌道輪）に対する処理を行う。
この処理ラインは、浸炭窒化処理室１と、誘導加熱部２と、冷却・矯正部３と、焼戻し部４と、酸化膜除去室５と、コンベヤ６とを有する。内輪７は、各室および部間をコンベヤ６で搬送される。
【００１６】
浸炭窒化処理室１は、加熱炉と冷却室を有する。加熱炉は、浸炭窒化処理の雰囲気ガスが導入でき、内部をＡ1 変態点以上に加熱できる炉である。冷却室には、空冷、油冷、水冷を行うことができる装置が設置されている。
誘導加熱部２には、回転テーブル２１と、環状の誘導加熱コイル２２と、ピストン２３が配置されている。回転テーブル２１は、下方に延びる回転軸２１ａを有し、この回転軸２１ａに沿って昇降自在に構成されている。回転テーブル２１はコンベヤ６とほぼ同じ高さの位置に待機している。
【００１７】
誘導加熱コイル２２は、回転テーブル２１の回転軸２１ａと中心を合わせて、コンベヤ６より高い位置に配置されている。誘導加熱コイル２２としては、処理対象の内輪７の外側に一定の間隔が生じる内径のものを使用する。
ピストン２３は、円板状の押え板２３ａと上方に延びる軸２３ｂを有し、軸２３ｂに沿って昇降自在に構成されている。ピストン２３は、回転テーブル２１の回転軸２１ａと中心を合わせて、誘導加熱コイル２２よりも高い位置に配置されている。
【００１８】
誘導加熱部２で内輪７を加熱する際には、内輪７を載せた回転テーブル２１を上昇させて、図２に示すように、誘導加熱コイル２２内に内輪７を配置し、ピストン２３を下降させて押え板２３ａで内輪７を上から押える。この状態で、回転テーブル２１を回転させ、誘導加熱コイル２２に通電する。
冷却・矯正部３には、回転テーブル３１と、環状の冷却ジャケット３２と、内部冷却装置３３と、円筒形の外径矯正型３４と、ピストン３５が配置されている。回転テーブル３１は、下方に延びる回転軸３１ａを有し、この回転軸３１ａに沿って昇降自在に構成されている。回転テーブル３１はコンベヤ６とほぼ同じ高さの位置に待機している。
【００１９】
冷却ジャケット３２は、外径矯正型３４より内径および軸方向寸法が大きい環状体からなる。冷却ジャケット３２の内側には多数のノズルが配置されている。冷却ジャケット３２に冷却液を供給する冷却液供給装置が、冷却ジャケット３２に接続されている。この冷却液供給装置により、所定のタイミングで設定量の冷却液が、冷却ジャケット３２のノズルから噴射される。冷却ジャケット３２は、回転テーブル３１の回転軸３１ａと中心を合わせて、コンベヤ６より高い位置に配置されている。
【００２０】
内部冷却装置３３はピストン３５の下部に固定されている。内部冷却装置３３の外側には多数のノズルが配置されている。内部冷却装置３３に冷却液を供給する冷却液供給装置が、ピストン３５を介して内部冷却装置３３に接続されている。この冷却液供給装置により、所定のタイミングで設定量の冷却液が、内部冷却装置３３のノズルから内輪７に向けて噴射される。
【００２１】
外径矯正型３４は、冷却ジャケット３２の内部の上側に、回転テーブル３１の回転軸３１ａと中心を合わせて配置されている。
ピストン３５は、円板状の押え板３５ａと上方に延びる軸３５ｂを有し、軸３５ｂに沿って昇降自在に構成されている。押え板３５ａの下面の中央部に内部冷却装置３３が固定されている。ピストン３５は、回転テーブル３１の回転軸３１ａと中心を合わせて、外径矯正型３４の内部の上側に配置されている。
【００２２】
冷却・矯正部３で内輪７を冷却する際には、内輪７を載せた回転テーブル３１を上昇させて、図３（ａ）に示すように、冷却ジャケット３２内の内径矯正型３４より下側に内輪７を配置する。また、ピストン３５を下降させて押え板３４ａで内輪７を上から押える。これにより、内部冷却装置３３が内輪７の内部に入る。この状態で、冷却ジャケット３２および内部冷却装置３３を作動させて、回転テーブル３１を回転させる。
【００２３】
冷却・矯正部３で内輪７を矯正する際には、内輪７を載せた回転テーブル３１を、図３（ａ）の状態からさらに上昇させて、図３（ｂ）に示すように、内輪７を外径矯正型３４に圧入する。この状態で、冷却ジャケット３２および内部冷却装置３３を作動させて、回転テーブル３１を回転させる。
焼戻し部４には、回転テーブル４１と、環状の誘導加熱コイル４２とが配置されている。回転テーブル４１は、下方に延びる回転軸４１ａを有し、この回転軸４１ａに沿って昇降自在に構成されている。回転テーブル４１はコンベヤ６とほぼ同じ高さの位置に待機している。
【００２４】
誘導加熱コイル４２は、回転テーブル４１の回転軸４１ａと中心を合わせて、コンベヤ６より高い位置に配置されている。誘導加熱コイル４２としては、処理対象の内輪７の外側に一定の間隔が生じる内径のものを使用する。
焼戻し部４で内輪７を加熱する際には、内輪７を載せた回転テーブル４１を上昇させて、図４に示すように、誘導加熱コイル４２内に内輪７を配置する。この状態で、回転テーブル２１を回転させ、誘導加熱コイル４２に通電する。
【００２５】
酸化膜除去室５内には、ショットブラスト装置が配置されている。
図１の処理ラインを使用し、以下の方法で、内輪７に対する処理を行う。
先ず、浸炭窒化処理室１の加熱炉に内輪７を入れて、加熱炉の内部を浸炭窒化雰囲気に保持し、加熱炉の内部の温度をＡ1 変態点（７２６℃）を超える温度Ｔ１（８００〜９００℃）に所定時間保持する。これにより、内輪７に対する浸炭窒化処理を行う。次に、内輪７を冷却室に移動して、ＭS 点以下の温度になるまで冷却することにより、内輪７に対して一次焼入れを行う。
【００２６】
次に、内輪７をコンベヤ６に載せて誘導加熱部２まで搬送して、回転テーブル２１の上に載せる。次に、内輪７を載せた回転テーブル２１を上昇させて図２に示す状態とし、回転テーブル２１を回転させて、誘導加熱コイル２２に高周波（５〜１５ｋＨｚ）を短時間（２〜３秒）通電する。これにより、内輪７の軌道面７１を、Ａ1 変態点以上であって浸炭窒化工程の加熱温度Ｔ１以上の温度Ｔ２（８００〜９００℃）に加熱する。通電終了後、軌道面７１からの熱が内輪７の軌道面７１以外の表面と芯部に伝達されて、軌道面７１の深さ方向に温度勾配が形成される。
【００２７】
次に、回転テーブル２１をコンベヤ６の高さまで降下して、内輪７をコンベヤ６に載せて冷却・矯正部３まで搬送する。次に、コンベヤ６上の内輪７を回転テーブル３１の上に載せて、回転テーブル３１を上昇させるとともに、ピストン３５を降下して図３（ａ）に示す状態とする。この状態で、冷却ジャケット３２および内部冷却装置３３を作動させて、回転テーブル３１を回転させることにより、内輪７を冷却する。
【００２８】
この冷却により、内輪７がＭS 点より少し高い温度になった時点で、回転テーブル３１をさらに上昇させて、図３（ｂ）に示すように、内輪７を外径矯正型３４に圧入する。この状態でＭS 点以下の温度になるまで冷却を行う。これにより、内輪７の外径の矯正が焼入れ時に行われる。また、図３（ａ）および（ｂ）の工程により、内輪７に対する二次焼入れが行われる。
【００２９】
次に、回転テーブル３１をコンベヤ６の高さまで降下して、内輪７をコンベヤ６に載せて焼戻し部４まで搬送する。次に、コンベヤ６上の内輪７を回転テーブル４１の上に載せて、回転テーブル４１を上昇させることで、図４に示す状態とする。この状態で、回転テーブル３１を回転させて、誘導加熱コイル４２に高周波（３〜１０ｋＨｚ）を短時間（１〜２秒）通電する。これにより、内輪７の軌道面７１を、焼戻し加熱温度（１８０〜３００℃）に加熱する。
【００３０】
次に、回転テーブル４１をコンベヤ６の高さまで降下して、内輪７をコンベヤ６に載せて酸化膜除去室５まで搬送する。酸化膜除去室５で、内輪７をショットブラスト装置にかけて、表面の酸化膜を除去する。
この実施形態の方法によれば、焼入れ時に内輪７の外径の矯正を行うことにより、内輪７の熱処理時の変形を小さくできる。
【００３１】
この実施形態の方法では、浸炭窒化処理後の冷却後に行う二次加熱を、誘導加熱部２で浸炭窒化処理の加熱温度以上の温度で行うことにより、表層部の残留オーステナイト量を多くしながら、芯部の残留オーステナイト量を少なくすることができる。
なお、この実施形態の方法では、浸炭窒化工程の冷却温度をＭS 点以下の温度としているが、Ａ1 変態点未満の温度であればＭS 点より高い温度であってもよい。その場合、焼入れは高周波焼入れ・矯正工程のみで行われる。
また、酸化膜除去工程はショットブラスト処理でなくてもよい。ショットブラスト処理以外の酸化膜除去工程としては、例えば、光輝バレル処理、ホーニング加工などが挙げられる。
【実施例】
【００３２】
以下、この発明の実施例について説明する。
ＳＵＪ２（ＭS 点：２７５℃）からなる素材を旋削することで、所定寸法（外径１０１．３ｍｍ、内径９４．６ｍｍ、幅１３ｍｍ、溝底厚さ２ｍｍ）の内輪に加工した。この内輪に対して、サンプルNo. １〜５では、図１の処理ラインを用いて、上述の実施形態の方法に基づき、浸炭窒化工程、高周波焼入れ・矯正工程、高周波焼戻し工程、酸化膜除去工程を行った。サンプルNo. ６〜１０では、高周波焼入れ・矯正工程および高周波焼戻し工程に変えて、炉加熱後に油冷却する油焼入れと、炉加熱による焼戻しを行った。
【００３３】
浸炭窒化工程の加熱条件は、全サンプルについて同じ条件で行った。すなわち、同じ浸炭窒化ガス雰囲気とし、加熱炉内の温度も同じ８５０℃として、この温度に各内輪を３時間保持した。冷却方法は、表１に示すように、各サンプル毎に、空冷、油冷、水冷のいずれかの方法で行った。空冷、油冷、水冷はそれぞれ同じ方法で行った。
No. １〜３では、誘導加熱部２における加熱条件を、高周波（周波数１０ｋＨｚ）で２秒間行うことで、軌道面の温度を８５０℃とした。No. ４では、高周波焼入れ・矯正工程の誘導加熱を、高周波（周波数１０ｋＨｚ）で３秒間行うことで、軌道面の温度を８８０℃とした。No. ５では、高周波焼入れ・矯正工程の誘導加熱を、高周波（周波数１０ｋＨｚ）で１秒間行うことで、軌道面の温度を８２０℃とした。
【００３４】
次に、No. １〜５では、誘導加熱コイル２２に対する通電を終えた後に図２に示す状態を３秒間保持することにより、軌道面以外の部分に軌道面からの熱を伝導して温度勾配を形成した。次に、No. １〜５では、冷却・矯正部３での冷却を、図３（ａ）の状態で２秒間行うことで内輪の表面温度を３００℃とした後に、図３（ｂ）の状態として、さらに１０間冷却することで内輪の表面温度を３０℃とした。
【００３５】
また、No. ６では、加熱炉内の温度を８２０℃に保持して１時間加熱した後、油冷却した。No. ７〜９では、加熱炉内の温度を８５０℃に保持して１時間加熱した後、油冷却した。No. １０では、加熱炉内の温度を８８０℃に保持して１時間加熱した後、油冷却した。
最後に、全てのサンプルについて同じ条件で酸化膜除去工程を行った。すなわち、ＳｉＣ粒子を４９〜１９６ｋＰａの圧縮空気で投射するショットブラスト処理を行うことで、内輪の表面に形成された酸化膜を除去した。
【００３６】
各サンプルについて、軌道面の表層部と芯部における残留オーステナイト量を測定した。表層部の残留オーステナイト量は、表面から５０μｍの深さまでの範囲での平均値を算出した。芯部の残留オーステナイト量は、表面から深さ１ｍｍの範囲での平均値を算出した。その結果と各サンプルの熱処理方法の違いを表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この結果から、この発明の方法に含まれる方法を実施したNo. １〜４では、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２６〜３６体積％で、芯部の残留オーステナイト量が８〜１２体積％となっている。すなわち、「表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下で、芯部の残留オーステナイト量が１５体積％以下」を満たしている。
【００３９】
これに対して、この発明の方法の範囲外である方法を実施したNo. ５〜１０では、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が２６〜３６体積％で、芯部の残留オーステナイト量が８〜１２体積％となっている。すなわち、「表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以上４５体積％以下で、芯部の残留オーステナイト量が１５体積％以下」を満たしていない。
【００４０】
したがって、No. １〜４の内輪を有する転がり軸受は、No. ５〜１０の内輪を有する転がり軸受と比較して、異物混入潤滑下での寿命が長く、No. １〜４の内輪はNo. ５〜１０の内輪よりも寸法安定性にも優れたものとなる。
【符号の説明】
【００４１】
１  浸炭窒化処理室
２  誘導加熱部
２１  回転テーブル
２１ａ  回転軸
２２  誘導加熱コイル
２３  ピストン
２３ａ  押え板
２３ｂ  軸
３  冷却・矯正部
３１  回転テーブル
３１ａ  回転軸
３２  冷却ジャケット
３３  内部冷却装置
３４  外径矯正型
３５  ピストン
３５ａ  押え板
３５ｂ  軸
４  焼戻し部
４１  回転テーブル
４１ａ  回転軸
４２  誘導加熱コイル
５  酸化膜除去室
６  コンベヤ
７  内輪（軌道輪）
７１  軌道面
【図１】
2013124416.tif 000004
【図２】
2013124416.tif 000005
【図３】
2013124416.tif 000006
【図４】
2013124416.tif 000007