CN109578442B - 滚子轴承用滚道圈及其制造方法以及滚针轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚子轴承用滚道圈及其制造方法以及滚针轴承。具有突缘部的滚子轴承用滚道圈具有：由回火马氏体或索氏体构成，并且维氏硬度为450HV以上且小于550HV的内层部；及包围内层部的整个周围且由回火马氏体构成的表层部，该表层部包括具有与滚子进行滚动接触的滚道面的滚道部，该滚道部具备滚道面的压缩残余应力相对较高的第一滚道部和滚道面的压缩残余应力比第一滚道部低的第二滚道部，第二滚道部的滚道面的维氏硬度为700HV以上且小于800HV，第一滚道部的滚道面比第二滚道部的滚道面硬，且具有与滚子的滚动面的至少一方的轴向端部进行接触的部分，突缘部的突缘面的维氏硬度为450HV以上且小于550HV。

Description

滚子轴承用滚道圈及其制造方法以及滚针轴承

在2017年9月4日提出的日本专利申请2017-169696的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。

技术领域

本发明涉及滚子轴承用滚道圈及其制造方法、以及具备上述滚子轴承用滚道圈的滚针轴承。

背景技术

构成机动车、产业机械等使用的滚子轴承的滚子轴承用滚道圈具有与滚动体(滚子)之间相对地进行滚动接触的滚道部。上述滚道部是通过与滚动体的滚动接触而承受来自滚动体的载荷的部分。滚道部的机械特性会给滚子轴承的滚动疲劳寿命造成较大影响。

因此，研讨了改善上述滚道部的机械特性而提高滚子轴承的滚动疲劳寿命的方法。例如，作为实现滚道部(滚道面)的高硬度化而提高滚子轴承的滚动疲劳寿命的方法，已知有将实施了渗碳氮化处理的轴承用钢作为滚子轴承滚道圈的钢材来使用的情况。而且，例如，在日本特开2013-238274号公报中，提出了在对SUJ2等高碳铬轴承钢进行了调质之后，仅对表面进行高频淬火，由此使表面成为700HV以上的硬度并使内部硬度成为340～490HV这样低硬度的轴承滚道圈。并提出了通过使用该轴承滚道圈而提高轴承的滚动寿命的方法。

根据上述的方法，滚子轴承的滚动疲劳寿命能够改善。然而，关于上述滚动疲劳寿命希望进一步的提高。而且，渗碳氮化处理需要长时间的热处理，该热处理引起的成本增加不可避免。因此，希望一种以低成本来提高滚子轴承的滚动疲劳寿命的方法。

另外，在滚子轴承用滚道圈的滚道部，在该滚道部的一部分从滚子的滚动面的端部承受高载荷，产生与滚子的接触压力升高的部位。滚子轴承的滚动疲劳寿命容易受到上述滚道部的承受高载荷的部位的寿命的影响。此外，具有突缘部的滚子轴承用滚道圈由于滚子的歪斜而突缘部有时会破损，这样的突缘部的破损也成为妨碍滚子轴承的长寿命化的原因。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种长寿命的滚子轴承。

由高碳铬轴承钢构成且具有突缘部的本发明的一方式的环状的滚子轴承用滚道圈的结构上的特征在于，具有：内层部，由回火马氏体或索氏体构成，并且维氏硬度为450HV以上且小于550HV；及表层部，包围所述内层部的整个周围，且由回火马氏体构成，所述表层部包括滚道部，所述滚道部具有与滚子进行滚动接触的滚道面，所述滚道部具备滚道面的压缩残余应力相对较高的第一滚道部和滚道面的压缩残余应力比所述第一滚道部低的第二滚道部，所述第二滚道部的滚道面的维氏硬度为700HV以上且小于800HV，所述第一滚道部的滚道面比所述第二滚道部的滚道面硬，且具有与所述滚子的滚动面的至少一方的轴向端部进行接触的部分，所述突缘部的突缘面的维氏硬度为 450HV以上且小于550HV。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下表面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示本发明的第一实施方式的滚针轴承的主要部分剖视图。

图2是图1所示的滚针轴承的外圈的主要部分剖视图。

图3（a）-（e）是图2所示的外圈的制造方法的工序图。

图4（a）是用于说明图3（c）所示的淬火处理及回火处理的图。

图4（b）是用于说明图3（d）所示的淬火处理及回火处理的图。

图5（a）是表示在第一实施方式的滚针轴承用滚道圈的制造方法中使用的热处理装置的一例的概略说明图。

图5（b）是图5（a）的主要部分放大图。

图6是表示在第一实施方式的滚子轴承用滚道圈的制造方法中使用的热处理装置的另一例的主要部分放大图。

图7是表示实施例1的热处理条件的线图。

图8是表示比较例1的热处理条件的线图。

图9是表示比较例2的热处理条件的线图。

图10是表示比较例3的热处理条件的线图。

具体实施方式

在本实施方式中，采用滚针轴承11作为滚子轴承。在此，首先，说明本实施方式的滚针轴承。图1是表示本实施方式的滚针轴承的主要部分剖视图。本实施方式的滚针轴承11是具备在内周面具有滚道部的外圈20和在外圈20的内径侧配置的多个滚针30，且没有内圈的壳形滚针轴承。滚针轴承11以将轴10支承为旋转自如的方式被向外壳 12压入。而且，滚针轴承11是没有保持架的全滚子类型的滚针轴承。外圈20及滚针30由例如SUJ2、SUJ3等高碳铬轴承钢构成。

在滚针轴承11中，滚针30的滚动面31与外圈滚道面21及轴10 的外周面10a分别进行滚动接触。此时，滚针30的滚动面31通过与滚动面31的滚子端面32、33的边缘部31a、31b(滚动面31的轴向两端部)而与外圈滚道面21以高的接触压力进行接触。因此，在边缘部31a、31b附近产生边缘负载。

相对于此，在滚针轴承11中，外圈20由在滚道部具备具有高的压缩残余应力的两处第一滚道部的本实施方式的滚子轴承用滚道圈构成。因此，滚针轴承11的滚动疲劳寿命长，而且，能确保充分的耐冲击性及压坏强度。

接下来，说明本实施方式的滚子轴承用滚道圈。在此，以图1所示的滚针轴承11的外圈20为例进行说明。图2是图1所示的滚针轴承11的外圈的主要部分剖视图。需要说明的是，在本说明书中，“维氏硬度”是指使维氏压头与滚子轴承用滚道圈(例如，外圈)的表面或将该滚子轴承用滚道圈沿径向切断时的切断面接触而进行了测定的值。

图2所示的外圈20具有内层部25和将内层部25的整个周围包围的表层部24。内层部25具有由回火马氏体构成的组织或由索氏体构成的组织。而且，内层部25的维氏硬度为450HV以上且小于550HV。外圈20通过具备这样的内层部25，能够确保充分的压坏强度和耐冲击性。内层部25的维氏硬度小于450HV的话，压坏强度变得不充分。另一方面，上述维氏硬度为550HV以上的话，耐冲击性变得不充分。

表层部24以包围内层部25的整个周围的方式形成。表层部24具有滚道部26、突缘部28、非滚道部27A、非滚道部27B。滚道部26 将与滚针30(参照图1)进行滚动接触的外圈滚道面21设为表面。突缘部28设置于外圈滚道面21的轴向外方侧。非滚道部27A将外圈20的外周面22设为表面。非滚道部27B将外圈的侧面23设为表面。表层部24具有由回火马氏体构成的组织。在此，表层部24例如主要由高碳马氏体构成。仅仅是突缘部28的突缘面附近的表层部由高碳马氏体或低碳马氏体构成。需要说明的是，在本发明的实施方式中，高碳马氏体是指在马氏体组织内固溶有较多的碳的组织。低碳马氏体是指与高碳马氏体相比组织内的固溶碳少的组织。而且，以高的温度进行了回火的低碳马氏体中马氏体组织不清晰。相对于此，以低温进行了回火的高碳马氏体中马氏体组织清晰，因此两者能够区别。

表层部24的外圈滚道面21比内层部25的维氏硬度硬，具有规定的维氏硬度。将外圈滚道面21设为表面的滚道部26在滚针轴承11中具备两处第一滚道部26A(26A1、26A2)和第二滚道部26B。第一滚道部26A以包含与滚针30的滚动面31接触的接触压力升高的部分(边缘负载部位)的方式设置。第二滚道部26B是指第一滚道部26A以外。在此，外圈滚道面21中的第二滚道部26B的表面的维氏硬度为700HV 以上且小于800HV。该部分的维氏硬度小于700HV的话，使用了外圈 20的滚针轴承11的滚动疲劳寿命缩短。另一方面，上述维氏硬度为800HV以上的话，滚针轴承11的耐冲击性下降。

外圈滚道面21中的第一滚道部26A的表面的维氏硬度比第二滚道部26B的表面的维氏硬度硬。由此，能够提高第一滚道部26A的机械特性，实现使用了外圈20的滚针轴承11的滚动疲劳寿命的长寿命化。第一滚道部26A的表面的维氏硬度优选为725HV以上且小于825HV。而且，第一滚道部26A的表面的维氏硬度也优选比第二滚道部26B的表面的维氏硬度高25HV以上。这是为了更适合于实现滚动疲劳寿命的长寿命化。需要说明的是，在外圈20中，外圈滚道面21的维氏硬度也可以从表层部24的表面朝向内层部25而硬度逐渐降低。

此外，在表层部24中，突缘面28a的维氏硬度为450HV以上且小于550HV。因此，在使用了外圈20的滚针轴承11中，在滚针30的歪斜发生时，外圈20难以破损。由此，使用了外圈20的滚针轴承11 的突缘部28难以破损，更适合于滚子轴承的长寿命化。另一方面，突缘面28a的维氏硬度小于450HV的话，压坏强度有时会变得不充分。而且，当突缘面28a的维氏硬度超过550HV时，耐冲击性有时会变得不充分。

滚道部26除了外圈滚道面21的维氏硬度处于上述范围的情况之外，还优选在规定的深度具有从外圈滚道面21朝向内层部25而维氏硬度为700HV以上的区域(以下，也称为高硬度表面层(图2中，参照斜线部分。需要说明的是，斜线部分是为了说明高硬度表面层的深度而示意性地表示的部分，不是准确地反映了高硬度表面层的形状及尺寸的部分。))。

第二滚道部26B的高硬度表面层的深度d1优选相对于使用外圈 20时的最大剪切应力深度Z0，满足下述不等式(1)

2.5Z0≤d1<5.0Z0…(1)

。上述深度d1小于最大剪切应力深度Z0的2.5倍的话，有时表面的疲劳强度下降，外圈20的滚动疲劳寿命会下降。另一方面，上述深度d1 为最大剪切应力深度Z0的5.0倍以上的话，有时由比表面柔软的组织构成的区域占据的比例减少，外圈20的韧性变得不充分。特别是在外圈20的壁厚(图2中，Y为薄壁，例如5mm以下)时，该倾向变强。需要说明的是，在本实施方式中，使用滚针轴承用滚道圈时的最大剪切应力深度Z0根据额定载荷而不同，但是大致为0.1～0.2mm左右。

第一滚道部26A的上述高硬度表面层的深度也优选满足上述不等式(1)。即，第一滚道部26A的高硬度表面层的深度优选为上述最大剪切应力深度Z0的2.5倍以上且小于5.0倍。其理由与上述d1优选满足上述不等式(1)的理由相同。

第一滚道部26A的表面的压缩残余应力比第二滚道部26B的表面的压缩残余应力高。由此，第一滚道部26A的机械特性也进一步提高，能实现使用了外圈20的滚针轴承11的滚动疲劳寿命的长寿命化。第一滚道部26A的表面的压缩残余应力没有特别限定，但是优选为 200MPa以上。由此外圈20更难以破损，容易实现滚动疲劳寿命的长寿命化。另一方面，第一滚道部26A的表面的压缩残余应力小于 200MPa的话，上述滚动疲劳寿命有时会变得不充分。第一滚道部26A 的表面的压缩残余应力的上限没有特别限定，但是优选为1000MPa。在第一滚道部26A中，更优选从表面至深度Z0为止的区域的压缩残余应力处于上述范围。由此，能够实现上述滚动疲劳寿命的进一步的长寿命化。

第二滚道部26B的表面的压缩残余应力优选为50MPa以上。这是为了适合于上述滚动疲劳寿命的长寿命化。另一方面，只要第二滚道部26B的表面的压缩残余应力比上述第一滚道部的表面的压缩残余应力低即可，其上限没有特别限定。第二滚道部26B的表面的压缩残余应力优选小于1000MPa。在第二滚道部26B中，更优选从表面至深度 Z0为止的区域的压缩残余应力处于上述范围。由此，能够实现上述滚动疲劳寿命的进一步的长寿命化。

突缘面28a的表面的压缩残余应力优选为200MPa以上。由此突缘部28更难以破损，更适合于使用了外圈20的滚针轴承11的长寿命化。突缘面28a的表面的压缩残余应力优选为1000MPa以下。在突缘面28a中，优选从表面至深度Z0为止的区域的压缩残余应力处于上述范围。由此，突缘部28更难以破损，能够实现使用了外圈20的滚针轴承11的进一步的长寿命化。

在外圈20的滚道部26中，第一滚道部26A的轴向的长度L1优选为滚针30的滚子宽度L2(参照图1)的10～30％。上述长度L1小于滚子宽度L2的10％的话，第一滚道部26A以可靠地设置于边缘负载部位的方式进行位置对合的情况并不容易，另一方面，如果超过30％，则难以赋予上述范围的高的压缩残余应力。

这样，在外圈20中，滚道面的压缩残余应力高的第一滚道部26A 设置在滚道部26的包含与滚针30接触的接触压力高的边缘负载部位的位置。因此，使用了外圈20的滚针轴承11的滚动疲劳寿命优异。

本实施方式的滚针轴承用滚道圈能够通过例如下述的方法进行制造。在此，以外圈20的制造方法为例，说明本实施方式的滚针轴承用滚道圈的制造方法。图3（a）-（e）是图2所示的外圈的制造方法的工序图。图4（a）、4（b）是用于说明图3（a）-（e）所示的制造工序的淬火处理及回火处理的工序图。

首先，制造由高碳铬轴承钢钢材形成的环状原料W1(参照图3（a）)。接下来，进行如下的前加工：对于得到的环状原料W1实施切削加工等，加工成规定形状，得到具有与外圈滚道面21、外周面22及侧面23对应的部分的外圈20的毛坯(工件)W2(参照图3（b）)。

接下来，对于得到的工件W2实施淬火处理(参照图3（c）、图4（a）)。上述淬火处理优选对于淬火处理后的工件，将整体均匀地加热以使得整体由马氏体构成且不完全淬火组织(微细珠光体)成为5％以下，之后，进行骤冷。如果上述不完全淬火组织超过5％，则有时制造的外圈20 的硬度不足，滚动疲劳寿命会缩短。上述淬火处理的方法没有特别限定，可以采用高频淬火、整体淬火等方法。

上述淬火处理可以在例如将工件W2以810～850℃的淬火温度加热0.5～2小时，并进行骤冷的条件下进行。淬火温度从确保充分的淬火性的观点出发，优选为820℃以上，从防止结晶粒的粗大化的观点出发，优选为840℃以下。加热时间从构件的均热化的观点出发，优选为0.5 小时以上，从防止结晶粒的粗大化的观点出发，优选为1.5小时以下。骤冷例如通过冷却油的油浴中的油冷等进行。冷却油的油浴温度通常为60～180℃。

接下来，对于淬火处理后的毛坯(工件)W2实施回火处理，得到中间原料W3(参照图3（d）、图4（b）)。上述回火处理通过将工件W2浸渍于冷却液中的状态下，通过感应加热而加热规定时间，然后，例如在上述冷却液中对工件W2进行冷却来进行。需要说明的是，上述工件W2 的冷却也可以通过例如空冷、放冷等进行。由此，在上述回火处理中，如图4（b）所示，可以将淬火处理后的工件W2的表面的回火温度(图4（b）中，参照“表面温度A”)设为比该工件W2的内部的回火温度(图4（b）中，参照“内部温度B”)低的温度。

在上述回火处理中，将上述表面温度A设为比上述内部温度B低的温度，由此能够形成适合于得到耐冲击性的硬度的内层部。此外，通过以上述的条件进行回火处理，能够抑制回火处理时的残留奥氏体量的减少，并使压缩残余应力增加。此时，上述表面温度A与上述内部温度B之差(内部温度B-表面温度A)优选设为40℃以上。这是为了更适合于得到具有规定的内层部25及表层部24的外圈20。上述表面温度A与上述内部温度B之差(内部温度B-表面温度A)优选为600℃以下。当超过600℃时，工件W2可能会发生破裂。

另外，在上述回火处理中，回火时间(图4（b）中，参照“回火时间 T”)优选为20秒以下。由此，能够向工件W2赋予充分的压缩残余应力。更优选为18秒以下。上述回火时间T从抑制温度不均的产生而实现外圈的品质的稳定化的观点出发，优选为2秒以上，更优选为3秒以上。需要说明的是，在本实施方式中，“回火时间”是指感应加热时的通电时间。

上述回火处理的具体的温度优选以使表面温度成为170～290℃且内部温度成为320～715℃的方式调整来进行。上述表面温度从确保滚子轴承的滚动疲劳寿命的观点出发而优选为275℃以下。上述内部温度更优选为365～575℃。这种情况下，对于确保滚子轴承的长滚动疲劳寿命及高耐冲击性，并确保高的压坏强度来说更优选。需要说明的是，在本实施方式中，上述表面温度是指工件W2的表面的形成有第二滚道部 26B的部分的温度。而且，上述表面温度及上述内部温度能够通过K 类型的热电偶计测。而且，上述回火温度的调整可以通过感应加热时的频率或输出、回火时间等进行调整。

在本实施方式中，上述回火处理例如只要使用下述的热处理装置进行即可。

图5（a）是表示本实施方式中使用的热处理装置的一例的概略说明图。图5（b）是图5（a）的主要部分放大图。图5（a）、5（b）所示的热处理装置 100具备处理槽101、保持夹具102、感应加热线圈103、中心核104、冷却液105、喷嘴106A、106B、供给管107A、107B、107C。处理槽 101将环状的工件(执行热处理方法后的毛坯)W2安设于内部，对工件 W2实施热处理。保持夹具102对工件W2进行保持。感应加热线圈103 包围工件W2而配置在工件W2的外周侧，对工件W2进行感应加热。中心核104设置在工件W2的内周侧。冷却液105是积存在处理槽101内，并对工件W2进行冷却的冷却介质。喷嘴106A、106B向工件W2 喷射冷却液105。供给管107A、107B、107C向喷嘴106A、106B及处理槽101内供给冷却液105。

处理槽101是能够积存冷却液105的有底圆环状的容器，由圆筒状的内壳101A和圆筒状的外壳101B构成。构成处理槽101的上述容器由电绝缘性的陶瓷或电绝缘性的合成树脂构成。热处理装置100具有由电绝缘性的陶瓷或电绝缘性的合成树脂构成的容器作为处理槽 101。因此，能够抑制热处理装置100自身的加热。容器的大小可以根据热处理装置100的用途、工件W2的大小等而适当设定。在处理槽 101内积存有冷却液105。而且，在处理槽101设有用于将剩余的冷却液105向处理槽101的外部排出的排出口108。在上述处理槽101的内部，以浸渍于冷却液105中的方式安设工件W2。

保持夹具102具有夹具主体102a、支承部(第一支承部)102b、支承部(第二支承部)102c。支承部102b以点接触来承接工件W2的下表面。支承部102c抑制工件W2的向水平方向的移动。保持夹具102以点接触来保持工件W2，并抑制工件W2的向水平方向的移动。此时，支承部102c可以与工件W2接触，也可以与工件W2之间形成最大 0.5mm左右的间隙。当设置上述间隙时，在加热时即使工件W2发生热膨胀也能够避免工件W2的表面被支承部102c按压的情况。

支承部102b、102c都为球状体。因此，在工件W2与支承部102b、 102c接触的情况下，两者的接触成为点接触。因此，能够抑制从工件 W2向支承部102b、102c的热传导，防止工件W2的温度变得不均匀的情况。此外，冷却液105对工件W2的冷却难以受到支承部102b、102c的阻碍，因此能够防止冷却不足造成的工件W2的过热。支承部 102b、102c的个数只要分别在俯视观察下沿圆周方向为3个以上即可，通常为3～6个左右，优选等间隔地设置3个。而且，保持夹具102由电绝缘性的陶瓷或电绝缘性的合成树脂构成。由此，能够抑制保持夹具102自身的加热或工件W2的表面温度的不均。

感应加热线圈103设置在外壳101B的外侧。感应加热线圈103 是具有比外壳101B的外径大的内径的螺旋状的结构。中心核104设置在内壳101A的内侧。中心核104是具有比内壳101A的内径小的外径的棒状体，由硅钢构成。热处理装置100通过向感应加热线圈103供给高频电流而能够将工件W2的整体感应加热成所希望的温度。需要说明的是，感应加热线圈103及中心核104也可以设置在处理槽101内。

冷却液105只要是能够对工件W2的表面进行冷却的液体即可。作为冷却液105，可列举例如水、油、水溶性聚合物等。作为上述油，可列举例如淬火油等。作为上述水溶性聚合物，可列举例如PAG(聚亚烷基二醇)等。上述水溶性聚合物可以作为溶解于水的水溶液使用。这种情况下，水溶性聚合物向水的混合量可以根据水溶性聚合物的种类等而适当设定。冷却液105从高效地冷却工件W2的表面的观点出发，优选导热率高的冷却液，且更优选处理容易的冷却液。

热处理装置100具备用于将冷却液105向处理槽101供给的供给管107A～107C。在供给管107A及107B的前端部分别安装有喷嘴106A、 106B。喷嘴106A、106B分别沿着工件W2的周向每隔规定间隔地设置多个。此时，供给管107A及107B以喷嘴106A、106B的高度不同的方式配置。此外，喷嘴106A、106B分别具有以与工件W2的外圈滚道面21相对的方式配置的喷射口106a。喷嘴106B具备的喷射口106a 以与工件W2的待形成上述第一滚道部的部分(图5(b)所示的工件W2 的网格部分)接近并相对的方式配置。需要说明的是，在供给管107A、107B设有流量调整阀及压力调整阀(均未图示)。由此，能够调整冷却液的供给条件。这样，热处理装置100具备喷嘴106A、106B的高度不同的2个种类的供给管107A及107B。因此，通过经由使用了热处理装置100的回火处理，能够制造出在滚道部的两处设有压缩残余应力相对高的第一滚道部的滚子轴承用滚道圈。

在热处理装置100中，经由供给管107A～107C供给的冷却液105 积存于处理槽101内，剩余的冷却液105从排出口108排出。需要说明的是，热处理装置100也可以具备用于将排出的冷却液105再供给到处理槽101内的循环路(未图示)。

此外，虽然未图示，但是热处理装置100具备感应加热所需的电源、整合器、用于控制冷却剂的温度的调温构件等所需的构件。而且，热处理装置100可以具备用于在加热时等使工件W2绕轴心旋转的机构。

在使用了热处理装置100的回火处理中，通过将工件W2设置在处理槽101内，以浸渍于冷却液105的状态加热来进行。此时，对于积存在处理槽101内的冷却液105，以产生冷却液105集中于工件W2 的待形成第一滚道部的部分那样的冷却液105的流动的状态进行感应加热。具体而言，例如，一边从多个喷嘴106A、106B的各自的喷射口 106a朝向待形成第一滚道部的部分以喷射方式供给冷却液105一边进行感应加热。由此，对于工件W2的待形成第一滚道部的部分，能够以比其他的部分高的冷却能力进行冷却。因此，对于经由后续工序而完成的外圈20的两处第一滚道部26A1、26A2能够赋予比其他的部分(第二滚道部26B)高的压缩残余应力。而且，如果采用该方法，则对于外圈20的其他的滚道部(第二滚道部26B)，虽然是比第一滚道部26A低的压缩残余应力，但是也能够赋予压缩残余应力。

此外，在一边通过上述的方法供给、喷射冷却液，一边对用于制造滚针轴承的外圈20的工件W2实施回火处理的情况下，工件的突缘面(特别是与待形成滚道部的部分交界的交界部附近)由于锐角效应而更难以被冷却。因此，对于该部分，以比滚道部高的温度实施回火。因此，能够实现制造的外圈的突缘部(突缘面)的高韧性化。

上述感应加热时的频率及输出可以根据工件W2的形状、尺寸、冷却液的冷却能力等进行适当设定。在此，通过调整上述感应加热时的频率、输出及冷却能力，也能够控制突缘面的维氏硬度。具体而言，在想要提高突缘面的维氏硬度时，只要在相对地低频率、高输出、高冷却的条件下进行感应加热即可。在想要抑制突缘面的维氏硬度时，只要在相对地高频率、低输出、高冷却的条件下进行感应加热即可。

从喷嘴106A、106B通过喷射来供给冷却液105时的冷却液105 的供给量虽然也取决于喷嘴106A、106B的个数、工件W2的形状、尺寸、冷却液的冷却能力等，但是只要设为例如5～30L/min即可。而且，从喷嘴106A、106B供给的冷却液105的温度虽然也取决于工件W2的形状、尺寸、冷却液的冷却能力等，但是只要设为例如5～80℃即可。

最后，关于回火工序后的中间原料W3，对于与外圈滚道面21对应的部分等实施研磨加工等精加工(参照图3(e))。通过经由这样的工序，能够制造出滚针轴承11的外圈20。得到的外圈20具备两处第一滚道部26A，并且具有高韧性且难以破损的突缘部28。

关于另一实施方式，下述进行说明。在本发明的另一实施方式的轴承滚道圈的制造方法中，在经由喷嘴通过喷射来供给冷却液的情况下，只要能够在冷却液中产生冷却液集中于工件W2的待形成第一滚道部的部分那样的冷却液的流动即可，喷嘴可以不必以喷射口与工件W2 的待形成第一滚道部的部分相对的方式配置。

图6是表示在本发明的另一实施方式的滚子轴承用滚道圈的制造方法中使用的热处理装置的另一例的主要部分放大图。在上述滚子轴承用滚道圈的制造方法中，可以使用图6所示那样的热处理装置200 进行回火处理。热处理装置200除了喷嘴的安装高度及朝向不同以外，具备与图5（a）、（b）所示的热处理装置100同样的结构。在热处理装置200 中，关于与热处理装置100同样的构件，标注与热处理装置100相同的标号。

使用了热处理装置200的回火处理与使用热处理装置100的情况同样地通过如下步骤进行：将工件W2设置在处理槽101内以使其成为浸渍于冷却液105的状态，以产生冷却液105集中于工件W2的待形成第一滚道部的部分(图中，工件W2的网格部分)那样的冷却液105的流动的状态进行感应加热。此时，在供给管207B的前端安装的喷嘴206B 预先设置成如下方式：从喷嘴206B的喷射口206a通过喷射供给的冷却液105由位于工件W2的内周侧的内壳101A的外壁面反射而朝向工件W2的待形成第一滚道部的部分。由此，在使用热处理装置200进行回火处理的情况下，通过一边从喷嘴206B供给冷却液105一边进行感应加热，也能够对于工件W2的待形成第一滚道部的部分以比其他的部分高的冷却能力进行冷却。因此，在使用了热处理装置200的情况下，对于经由后续工序而完成的外圈20的第一滚道部26A，也能够赋予比其他的部分(第二滚道部26B)高的压缩残余应力。此外，对于外圈20 的其他的滚道部(第二滚道部26B)，虽然是比第一滚道部26A低的压缩残余应力，但是也能够赋予压缩残余应力。

使用热处理装置200的情况也与使用热处理装置100的情况同样，感应加热时的频率及输出可以根据工件W2的形状、尺寸、冷却液的冷却能力等进行适当设定。而且，从喷嘴206B通过喷射来供给冷却液105 时的冷却液105的供给量、冷却液105的温度可以采用与使用热处理装置100的情况下相同程度的条件。需要说明的是，在图6所示的热处理装置200中，喷嘴206B相当于热处理装置100的喷嘴106B。虽然未图示，但是热处理装置200也具备与相当于热处理装置100的喷嘴106A的喷嘴206B的高度不同的另外的多个喷嘴。

在热处理装置100、200中，在工件W2的内侧设置中心核，但也可以取代中心核，在工件W2的内侧也设置感应加热线圈。这种情况下也能够将工件W2整体加热。

第一实施方式的外圈20的滚道部26具备以包含与滚针30的滚动面31的接触压力升高的部分(边缘负载部位)的方式设置的两处第一滚道部26A(26A1、26A2)。然而，本发明的实施方式的滚子轴承用滚道圈也可以仅具备两处第一滚道部26A(26A1、26A2)中的仅一方。

本发明的实施方式的滚子轴承用滚道圈没有限定为滚针轴承的外圈，也可以是滚针轴承的内圈。而且，本发明的实施方式的滚子轴承用滚道圈可以是圆筒滚子轴承等其他的滚子轴承的内圈或外圈。

以下，通过实施例等来验证本发明的作用效果。本发明的实施方式没有限定为以下的实施例。关于实施例1，下述进行说明。从由SUJ2 构成的钢材制造环状原料，对于得到的环状原料实施切削加工，加工成规定形状，得到了外圈用的工件(外径：40mm，壁厚Y(参照图2)： 2.0mm)。接下来，对于得到的工件实施了基于表1及图7所示的热处理条件的淬火处理及回火处理之后，实施研磨加工，得到了轴承(型号： BHTM3020)用的外圈的试验片。在此，淬火处理使用气氛热处理炉进行，回火处理使用图5所示的热处理装置100进行。图7是表示实施例1的热处理条件的线图。在本实施例中，如图7所示，将工件在830 ℃下整体加热0.5小时后，淬火至油温80℃。然后，将工件安设在图5 所示的热处理装置100内，一边对该工件的表面进行冷却，一边以频率3110Hz及输出70kW进行5秒的感应加热，使第一滚道部的表面温度t1为210℃，使第二滚道部的表面温度t2为220℃，使内部温度t3 为430℃，使突缘面温度(突缘部的表面温度)t4为255℃而进行了回火。上述回火处理在将淬火处理后的工件浸渍于25℃的水(冷却液)中的状态下进行。此时，在加热开始的同时从喷嘴106A、106B以5L/min的流量喷射冷却水。需要说明的是，关于第一滚道部的表面温度t1，算出了在两处第一滚道部的各自的表面的轴向的中央部(图2中，参照 M)测定的温度的平均值。关于第二滚道部的表面温度t2，在由2个第一滚道部夹持的第二滚道部的表面的轴向的中央部(图2中，参照N) 测定。关于内部温度t3，在将工件沿着径向切断时产生的切断面(参照图2)处，在滚道面的从轴向的中央部向径向内部侧进入至该部分的壁厚的1/2的部分的位置(图2中，参照U)测定。关于突缘面温度t4，在两处突缘部分别测定突缘面的径向中央部(图2中，参照W)的温度，并算出其平均值。

关于实施例2～4，下述进行说明。除了将回火时的感应加热的条件(频率及输出)、以及从喷嘴106A、106B喷射的冷却水的流量如表1 所示进行了变更以外，与实施例1同样地得到了外圈的试验片。而且，各实施例的回火温度(第一滚道部的表面温度t1、第二滚道部的表面温度t2、内部温度t3及突缘面温度t4)如表1所示。

关于比较例1，下述进行说明。除了使用回火炉进行回火处理，并将其条件设为图8所示的条件以外，与实施例1同样地，得到了外圈的试验片。图8是表示比较例1的热处理条件的线图。在比较例1 中，将工件以830℃整体加热0.5小时后，淬火至油温80℃，然后，将工件以180℃加热1.5小时进行了回火。此时的第一滚道部的表面温度 t1、第二滚道部的表面温度t2、内部温度t3及突缘面温度t4如表1所示。

关于比较例2，下述进行说明。与实施例1同样地得到了由SUJ2 构成的外圈用的工件。接下来，将得到的工件在碳势为1.1，氨气浓度为6体积％的渗碳氮化气氛中进行了基于图9所示的热处理条件的渗碳氮化淬火处理。然后，实施了与比较例1同样的回火处理之后，实施研磨加工，得到了轴承(型号：BHTM3020)用的外圈的试验片。图9是表示比较例2的热处理条件的线图。在比较例2中，将工件以840℃加热4小时而进行了渗碳氮化淬火之后，油冷至80℃，然后，以180℃加热1.5小时而进行了回火。

关于比较例3，下述进行说明。通过由SAE5120构成的钢材来制造环状原料，对于得到的环状原料实施切削加工，加工成规定形状，得到了外圈用的工件(外径：40mm，壁厚Y：2.0mm)。接下来，将得到的工件在碳势1.1的气氛中进行了基于图10所示的热处理条件的渗碳淬火处理。然后，实施了与比较例1同样的回火处理之后，实施研磨加工，得到了轴承(型号：BHTM3020)用的外圈的试验片。图10是表示比较例3的热处理条件的线图。在比较例3中，将工件以850℃加热5小时而进行了渗碳淬火之后，淬火至油温80℃，然后，以180℃加热1.5小时而进行了回火。

关于比较例4～5，下述进行说明。除了将回火时的感应加热的条件(频率及输出)、以及从喷嘴106A、106B喷射的冷却水的流量如表1 所示进行了变更以外，与实施例1同样地得到了外圈的试验片。而且，各实施例的回火温度(第一滚道部的表面温度t1、第二滚道部的表面温度t2、内部温度t3及突缘面温度t4)如表1所示。

[表1]

关于试验片的评价，下面进行说明。使用维氏硬度试验机，求出了实施例1～4及比较例1～5的外圈的试验片的截面的硬度的分布。关于该截面的硬度的分布的测定，在实施例的试验片中，可以明确，表层部的截面的维氏硬度从最表面朝向内层部逐渐变为低硬度。需要说明的是，该硬度的分布也使用于后述的高硬度表面层的深度的算出。

另外，研究了实施例1～4及比较例1～5的外圈的试验片的滚道部 (第一滚道部及第二滚道部)的表面的维氏硬度、内层部的硬度、滚道部的高硬度表面层的深度、压缩残余应力、滚动疲劳寿命、夏氏冲击值、压坏强度及制造成本。此外，利用光学显微镜观察了实施例1～4及比较例1～5的外圈的试验片的表层部及内层部各自的组织。需要说明的是，作为表层部的组织而观察了第二滚道部的组织。

关于滚道部的表面的维氏硬度，使维氏压头接触于各外圈的试验片的滚道部(第一滚道部及第二滚道部)的表面的轴向的中央部进行了测定。关于突缘部的表面的维氏硬度，使维氏压头接触于各外圈的试验片的突缘部的表面(突缘面)的径向的中央部进行了测定。关于内层部的硬度，在将各外圈的试验片沿径向切断而得到的切断面(参照图2)中，使维氏压头接触于滚道面的从轴向的中央部向径向内部侧进入至壁厚的1/2的部分为止的位置而测定的硬度作为内层部的硬度。关于高硬度表面层的深度，通过赫兹接触理论来算出最大剪切应力深度，基于该最大剪切应力深度和上述的维氏硬度的分布进行算出。关于压缩残余应力，通过利用残余应力测定装置进行X射线衍射法来测定。关于滚动疲劳寿命，通过进行径向型滚动疲劳寿命试验来测定。

夏氏冲击值遵照JIS K7111-1进行了测定。关于压坏强度，通过阿姆斯拉试验机沿径向夹持外圈的试验片的周向的第一部位和与上述周向的第一部位沿周向移动了180℃的部位即第二部位，沿着与将第一部位和第二部位连结的试验片的轴线垂直的方向，通过第一部位与第二部位以0.5mm/min的速度接近地移动而使试验片变形、破坏，通过评价破坏时的径向载荷而进行了测定。上述的结果如表2所示。需要说明的是，关于滚动疲劳寿命、夏氏冲击值及压坏强度，算出作为相对于比较例1的测定值的相对值。而且，表中，成本处的圆圈是指与比较例1的外圈的成本的推定值为同等以下的数值。

[表2]

根据表2所示的结果，可以明确，通过使用本发明的实施方式的滚子轴承用滚道圈，能够低成本地提供滚动疲劳寿命优异且具有长寿命的滚子轴承。

根据本发明，能够低成本地提供滚动疲劳寿命优异且具有长寿命的滚子轴承。

Claims (5)

1.一种滚子轴承用滚道圈，是由高碳铬轴承钢构成的环状的滚子轴承用滚道圈，包括：

突缘部；

内层部，由回火马氏体或索氏体构成，并且维氏硬度为450HV以上且小于550HV；及

表层部，包围所述内层部的整个周围，且由回火马氏体构成，

其特征在于，

所述表层部包括滚道部，所述滚道部具有与滚子进行滚动接触的滚道面，其中，

所述滚道部具备滚道面的压缩残余应力相对较高的第一滚道部和滚道面的压缩残余应力比所述第一滚道部低的第二滚道部，

所述第二滚道部的滚道面的维氏硬度为700HV以上且小于800HV，

所述第一滚道部的滚道面比所述第二滚道部的滚道面硬，且具有与所述滚子的滚动面的至少一方的轴向端部进行接触的部分，

所述突缘部的突缘面的维氏硬度为450HV以上且小于550HV。

2.根据权利要求1所述的滚子轴承用滚道圈，其中，

所述第一滚道部的滚道面的压缩残余应力为200MPa以上。

3.一种滚子轴承用滚道圈的制造方法，用于制造权利要求1或2所述的滚子轴承用滚道圈，其特征在于，包括：

(A)对于由高碳铬轴承钢构成的环状的工件实施淬火处理的工序；

(B)对于淬火处理后的工件实施回火处理的工序，其中，将所述工件整体浸渍于冷却液并在该状态下对所述工件进行加热；及

(C)对回火处理后的工件实施精加工的工序，其中，

所述工序(B)在使浸渍有所述淬火处理后的工件的冷却液内产生冷却液集中于所述工件的待形成所述第一滚道部的部分这样的冷却液的流动的状态下进行。

4.根据权利要求3所述的滚子轴承用滚道圈的制造方法，其中，

在所述工序(B)中，使用喷射冷却液的喷嘴，

使所述喷嘴的喷射口与待形成所述第一滚道部的部分相对，从所述喷射口朝向待形成第一滚道部的部分喷射冷却液。

5.一种滚针轴承，包括在内周面具有滚道部的外圈和在所述外圈的内径侧配置的多个滚针，并将轴支承为旋转自如，其特征在于，

所述外圈是权利要求1或2所述的滚子轴承用滚道圈。

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