JP2006200665A - スラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストでありながら耐久性に優れたスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受を提供する。
【解決手段】 焼入硬化して製造されるスラスト軸受１０の軌道盤１１において、スラスト軸受１０の軌道盤１１は焼入後に研削加工を行うことなく使用される。軌道盤１１の転走面１１Ａに垂直な断面を鏡面研磨し、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液に浸漬して鏡面研磨した面を腐食した後、光学顕微鏡により４００倍の倍率で断面の中央部を観察した場合に、旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明はスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受に関し、より特定的には焼入硬化して製造されるスラスト軸受の軌道盤において、焼入硬化後に研削加工を行うことなく使用されるスラスト軸受の軌道盤、およびその軌道盤を備えたスラスト軸受に関するものである。

一般的に、スラスト軸受には耐久性の向上（長寿命化）、音響特性の向上（低騒音化）等の機能の向上が求められている。

たとえばスラスト針状ころ軸受は、針状ころ、保持器および軌道盤で構成され、針状ころと軌道盤とが線接触する構造であるため、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有している。したがって、スラスト針状ころ軸受は、希薄潤滑下や高速回転下での運転など、過酷な使用条件で使用する軸受として好適で、カーエアコン・コンプレッサ、オートマチック・トランスミッション、マニュアル・トランスミッション、無段変速機、アクチュエータ付トランスミッション、電動ブレーキ、ディファレンシャル、トランスファ、船外機等に使用されている。

たとえば、カーエアコン・コンプレッサに使用されているオイルは低粘度であるうえ、コンプレッサ能力（冷却能力）を向上させるため、オイル量が削減されている。スラスト軸受は、このような希薄潤滑下での過酷な条件で使用されているため、ころの差動滑りが大きい場合は、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損が発生する恐れがあり、改善が望まれている。

また、オートマチック・トランスミッション、マニュアル・トランスミッション、無段変速機、アクチュエータ付トランスミッション、ディファレンシャルにスラスト軸受が使用される場合、省エネルギ化の観点から、低粘度オイルを使用する場合や従来オイルに添加剤を入れて使用する場合がある。低粘度オイルや添加剤入りのオイルは、軸受への潤滑性能が通常のオイルより劣るため、ころの差動滑りが大きい現行のスラスト軸受では、表面起点型剥離などの表面損傷の観点から改善が望まれている。

さらに、カーエアコン・コンプレッサ、オートマチック・トランスミッション、マニュアル・トランスミッション、無段変速機、アクチュエータ付トランスミッション、電動ブレーキ、ディファレンシャル、トランスファ、船外機等の使用条件として、高荷重化、小型化への傾向が見られ、通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離の観点からも改善が望まれている。

このため、表面起点型剥離などの表面損傷での早期破損に対して効果があり、通常の荷重依存型の転動疲れによる内部起点型剥離にも効果がある長寿命の軸受が求められている。

これに対し、スラスト針状ころ軸受の保持器の形状等を改良し、単位時間あたりの潤滑油の通過量を向上させることにより、長寿命化を図ったスラスト針状ころ軸受が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

また、長寿命化という観点からするとスラスト軸受の軌道盤の反り・うねりが問題となることも考えられる。すなわち軌道盤の反り・うねりが大きい場合、軸受が動作する際、転動体であるころの転走面の一部のみが軌道盤に対して押し付けられる現象（片当たり）が生じる。この片当たりは、転動体であるころと軌道盤との間の油膜切れの原因となり得る。油膜切れが生じた場合、ころと軌道盤との間は金属接触となって、その部分の温度が上昇する。これにより、表面損傷や表面起点型の剥離が生じ、軸受の寿命が短くなるおそれがある。また、片当たりが生じることにより、片当たりの生じた部分で、ころと軌道盤との接触面圧が設計上予測される値を超える可能性がある。この場合、転動疲れによる内部起点型の剥離が早期に生じて軸受の寿命が短くなるおそれがある。

また、スラスト軸受の軌道盤の反り・うねりが大きい場合、軸受の動作時の騒音や振動が大きくなる。動作音が小さいことが必要な環境で使用される軸受の場合、これは大きな問題となる。

これに対し、軌道盤に対応する環状体の焼入れの冷却工程において、環状体の組織がオーステナイト状態のうちに所定の加工を加える方法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。これにより、焼入後における環状体のひずみが抑制される。

また、軌道盤に対応するリング状部材に対して所定の加工率で矯正焼戻しを行う方法が提案されている。これにより、熱処理完了後におけるリング状部材の寸法精度が向上する（たとえば特許文献３参照）。

また、冷間加工後のリング状部材を型で拘束して加熱する方法が提案されている。これにより、リング状部材のサイジングが行われるとともに加工応力が除去される。その結果、その後の熱処理の際に生じるリング状部材の変形が抑制される（たとえば特許文献４参照）。
特開２００２−７０８７２号公報 特開平８−２２５８５１号公報 特開平９−２５６０５８号公報 特開平１１−４３７１７号公報

しかし近年、スラスト軸受が部品として使用される製品、たとえばカーエアコン・コンプレッサ、オートマチック・トランスミッション、マニュアル・トランスミッション、無段変速機、アクチュエータ付トランスミッション、電動ブレーキ、ディファレンシャル、トランスファ、船外機等はますます高機能化している。これに伴い、そこに使用されているスラスト軸受に対しては、さらなる高機能化および高精度化、たとえば長寿命化が求められている。また、製品の価格競争力向上のため、スラスト軸受に対しても低コスト化の要求がある。

このような状況の下、前述の特許文献１に開示されたスラスト針状ころ軸受の耐久性は、近年のスラスト軸受に対する高い要求特性を考慮すれば、十分とはいえない。また、特許文献２〜４において開示された製造方法により軌道盤の反り・うねりを抑制したスラスト軸受においても、耐久性は十分とはいえない。一方、製造コストや素材コストが上昇する方法で耐久性を向上させることは、低コスト化の要求に反するものとなる。

そこで本発明の目的は、低コストでありながら耐久性に優れたスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受を提供することである。

本発明に従ったスラスト軸受の軌道盤は、焼入硬化して製造されるスラスト軸受の軌道盤において、焼入硬化後に研削加工を行うことなく使用されるスラスト軸受の軌道盤である。軌道盤の転走面に垂直な断面を鏡面研磨し、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液（ＪＩＳ Ｇ ０５５１ 附属書１）に浸漬して鏡面研磨した面を腐食した後、光学顕微鏡により４００倍の倍率でその断面の中央部を観察した場合に、結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下である。ここで、軌道盤の転走面とはスラスト軸受の軌道盤が転動体と接触する側の面をいう。また、旧オーステナイト結晶粒+界とは軌道盤の鋼組織が焼入工程においてオーステナイト化した際に形成された結晶粒界であって、鋼組織を腐食液により腐食させた場合に優先的に腐食されて出現する境界線をいう。また、上述のように鏡面研磨した面を腐食した後、結晶粒界で閉じられた領域の存在比率を測定する測定領域は実サイズで２２５μｍ×１７５μｍの四角形状の領域であってもよい。このとき、結晶粒界で閉じられた領域は上記測定領域全体の１０％以下、より好ましくは５％以下としてもよい。

本発明者は以下のように旧オーステナイト結晶粒界とスラスト軸受の耐久性との関係について検討を行った。

一般に、スラスト軸受の軌道盤は浸炭熱処理、光輝熱処理等により焼入硬化して製造される。この場合、まず軌道盤はＡ_ｃ１点以上の温度に加熱され、鋼組織はオーステナイト化して結晶粒界が形成される。このとき、結晶粒界には粒内に比べて格子欠陥が多く存在する。また、結晶粒界には粒内に比べて鋼中の不純物元素が多く存在する。その後、軌道盤はＭ_ｓ点以下の温度に急冷され、鋼組織はマルテンサイト化する。しかし、オーステナイト状態であった際に結晶粒界であった部位は組織がマルテンサイト化した後も、オーステナイト結晶粒界であったことに起因して周囲の組織と異なった特性を有する部位（旧オーステナイト結晶粒界）となる。この旧オーステナイト結晶粒界は周囲の組織に比較して腐食されやすいため、焼入後の組織を腐食することにより、その存在を確認することができる。

このように、旧オーステナイト結晶粒界は焼入後の組織に存在し、周囲の組織と異なった特性を有するため、スラスト軸受の軌道盤において亀裂の発生や進展を促進し、スラスト軸受の耐久性を低下させる可能性がある。

これに対し、本発明者は旧オーステナイト結晶粒界の形成を十分に進行させないことにより、具体的には軌道盤の転走面に垂直な断面を鏡面研磨し、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液に浸漬して鏡面研磨した面を腐食した後、光学顕微鏡により４００倍の倍率でその断面の中央部を観察した場合に、結晶粒界で閉じられた領域が視野全体の１０％以下となるようにすることにより（または実サイズで２２５μｍ×１７５μｍの四角形状の測定領域について結晶粒界で閉じられた領域が１０％以下となるようにすることにより）、スラスト軸受の耐久性が著しく向上することを見出した。したがって、本発明のスラスト軸受の軌道盤によれば、耐久性に優れたスラスト軸受を構成可能なスラスト軸受の軌道盤を提供することができる。

なお、結晶粒界で閉じられた領域が視野全体の１０％以下とすることでスラスト軸受の耐久性は明確に向上するが、より耐久性を向上させるためには５％以下とすることが好ましい。

上記スラスト軸受の軌道盤において好ましくは、軌道盤の表面硬さは６５３ＨＶ以上であり、かつ軌道盤の内部硬さは６５３ＨＶ以上である。

軌道盤の表面硬さが６５３ＨＶより低くなると、スラスト軸受の転動疲労寿命は低下する。これに対し、表面硬さを６５３ＨＶ以上とすることで、転動疲労寿命の低下を回避することができる。さらに、表面だけでなく内部硬さをも６５３ＨＶ以上とすることで、表面のみ６５３ＨＶ以上である軌道盤に比べて軌道盤に塑性変形が生じにくくなり、より転動疲労寿命が向上する。ここで、表面硬さとは軌道盤の表面においてころと接触する部分（転走面の転走部分）の硬さをいう。また、内部硬さとは軌道盤においてころと接触する側の面（転走面）に垂直な断面の中央部の硬さをいう。

上記スラスト軸受の軌道盤において好ましくは、軌道盤の材質は０．４質量％以上１．２質量％以下の炭素を含む鋼である。

鋼を焼入硬化した場合の硬さの上限は鋼の炭素含有量に依存する。前述の６５３ＨＶ以上の硬さを確保するためには炭素量は少なくとも０．４質量％以上必要である。一方、炭素量が多くなると焼入後にマルテンサイト化せずに残留するオーステナイト（残留オーステナイト）が多くなる。残留オーステナイトは少量であればその影響は小さいが、炭素量が１．２質量％以上となると残留オーステナイト量が多くなり、焼入硬さが低下する。また、残留オーステナイトは経年変化によりマルテンサイト化し、寸法変化の原因となる。さらに、炭素量が１．２質量％以上になると炭化物（Ｆｅ_３Ｃ；セメンタイト）の粗大化、凝集化が生じ、軌道盤の靭性が著しく劣化する。したがって、炭素量を０．４質量％以上、１．２質量％以下とすることで、軌道盤に必要な硬さ、寸法安定性および靭性を確保することができる。

上記スラスト軸受の軌道盤において好ましくは、軌道盤は鋼板をプレス加工することにより得られた部材を用いて構成されている。

これにより、旋削などの方法で成形した部材を用いているものよりも、低コストな軌道盤とすることができる。

本発明に従ったスラスト軸受は、上記軌道盤を備えたスラスト軸受である。本発明のスラスト軸受によれば、スラスト軸受は上記の耐久性に優れ、かつ低コストな軌道盤を備えるため、耐久性に優れ、かつ低コストなスラスト軸受を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明のスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受によれば、低コストでありながら耐久性に優れたスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態である実施の形態１のスラスト軸受を示す概略断面図である。また、図２は実施の形態１のスラスト軸受（ａ）および従来のスラスト軸受（ｂ）の軌道盤のオーステナイト結晶粒界の光学顕微鏡写真である。すなわち、図２（ａ）は実施の形態１のスラスト軸受が備える軌道盤の転走面に垂直な断面の中央部における旧オーステナイト結晶粒界の光学顕微鏡写真であり、図２（ｂ）は従来のスラスト軸受の軌道盤の転走面に垂直な断面の中央部における旧オーステナイト結晶粒界の光学顕微鏡写真である。また、図３は、実施の形態１のスラスト軸受（ａ）および従来のスラスト軸受（ｂ）の軌道盤のオーステナイト結晶粒界の模式図である。すなわち、図３（ａ）は図２（ａ）の旧オーステナイト結晶粒界の模式図であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）の旧オーステナイト結晶粒界の模式図である。図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態１のスラスト軸受の構成を説明する。

図１（ａ）を参照して、スラスト軸受１０は、たとえば一対の軌道盤１１、１１と、複数の転動体１２と、環状の保持器１３とを備えている。転動体１２は一対の軌道盤１１、１１の間において、軌道盤１１、１１の転走面１１Ａ、１１Ａに接触して配置されている。さらに、転動体１２は保持器１３により周方向に所定のピッチで配置され、かつ転動自在に保持されている。これにより、軌道盤１１、１１の各々は互いに相対的に回転することができる。

図２（ａ）を参照して、軌道盤１１の転走面１１Ａに垂直な断面の中央部において旧オーステナイト結晶粒界は、ほとんど観察することができない。これは図３（ａ）に示すように、旧オーステナイト結晶粒界の形成が十分進んでいないためであると考えられる。この視野の旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下である。また、この視野の中央部に実サイズで２２５μｍ×１７５μｍの測定領域を設定した場合、当該測定領域において旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域の比率は当該領域全体の１０％以下である。一方、図２（ｂ）を参照して、従来のスラスト軸受の軌道盤では、転走面１１Ａに垂直な断面の中央部において明確な旧オーステナイト結晶粒界を観察することができる。これは図３（ｂ）に示すように、旧オーステナイト結晶粒界の形成が十分進んでいるためであると考えられる。この視野の旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の９０％以上である。

ここで、軌道盤１１の転走面１１Ａに垂直な断面の中央部における旧オーステナイト結晶粒界の観察はたとえば次の手順で行うことができる。まず、軌道盤を転走面に垂直な面で切断する。次にその断面を鏡面研磨した後、研磨された面を室温で腐食液に３０分間浸漬して腐食する。腐食液としては、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液を使用できる。その後、断面の中央部を４００倍の倍率で光学顕微鏡により観察する。

この観察方法により観察される本実施の形態１に係るスラスト軸受１０の軌道盤１１の転走面に垂直な断面の中央部における旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下である。

次に、本実施の形態１における軌道盤１１およびスラスト軸受１０の製造方法について説明する。

図４は本実施の形態１における軌道盤１１の製造工程の一例を示した図である。図４を参照して、本実施の形態１の軌道盤１１の製造工程の一例を説明する。

まず、本実施の形態１における軌道盤１１の材料としては、たとえばＳ５５Ｃ、ＳＡＥ１０７０、ＳＫ５、ＳＵＪ２を選択することができる。これらの材料はいずれも０．４質量％以上１．２質量％以下の炭素を含む鋼である。たとえばこれらの材料の鋼板を素材として、プレス加工により軌道盤１１を成形する。これにより、軌道盤１１は鋼板をプレス加工して成形することにより得られた部材を用いて構成されることになる。次に、軌道盤１１を拘束した状態で、誘導加熱による焼入焼戻しを行う。これにより、焼入工程における加熱時間が一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。また、焼入焼戻工程において軌道盤を拘束しているため、反り・うねりが抑制される。さらに、軌道盤１１の表面硬さおよび内部硬さはいずれも６５３ＨＶ以上となっている。次に、研削加工を行うことなく、たとえばタンブラーにより仕上げが行われる。

なお、このような工程によれば、誘導加熱設備は比較的小規模で、かつ取り扱いに注意が必要な浸炭ガス等も使用しないため、加工工程とともに１つのラインを構成する（ワンライン化する）ことができる。そのため、熱処理前および熱処理後の仕掛品が発生しない。これにより製造コスト低減が可能となる。また、製品の管理も容易となるため、ピースバイピースの品質管理を行い得る。これにより製品の高品質化が実現される。

さらに、通常の工程では軌道盤の焼戻終了時において反り・うねりが大きいため、矯正するためのプレステンパーの工程が設けられる場合が多い。これに対して、この工程では焼入焼戻工程において軌道盤の反り・うねりを抑制するための拘束がおこなわれているため、焼戻終了時において、軌道盤１１の反り・うねりが小さい。そのため、プレステンパーの工程は不要となり、高精度の軌道盤１１を低コストで製造することが可能となっている。

次に、本実施の形態１における軌道盤１１の製造方法のうち、焼入焼戻しについて詳細に説明する。

図５は実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。図５を参照して、本実施の形態１の軌道盤１１の熱処理工程の一例を詳細に説明する。

図５を参照して、誘導熱処理装置３は、誘導コイル３０と、下部拘束用治具５０Ａと、上部拘束用治具５０Ｂと、中心軸５１と、治具押えナット５３とを備えている。誘導コイル３０は冷却水を吐出するための冷却水吐出口３１を有している。また、中心軸５１は下端に膨出部５１１を有し、上部にねじ部５１２を有している。また、治具押えナット５３は内径側にねじ溝を有している。

以下、同図を参照して熱処理の手順を説明する。下部拘束用治具５０Ａには中心軸５１が挿入される。下部拘束用治具５０Ａは中心軸の下端の膨出部５１１に接触するように配置される。中央部に穴を有するスラスト軸受の軌道盤１１には、中心軸５１が挿入される。軌道盤１１は下部拘束用治具５０Ａの平滑な上面に接触するように配置される。軌道盤１１は１枚でもよいが、熱処理の効率向上の観点から複数枚であることが好ましい。複数枚同時に熱処理を行う場合、軌道盤１１は中心軸５１を挟む両側に配置された誘導コイル３０による加熱が可能な範囲で、積み重ねて配置される。上部拘束用治具５０Ｂはその平滑な下面が軌道盤１１の上部に接触するように配置される。また、上部拘束用治具５０Ｂには、中心軸５１が挿入される。治具押えナット５３は内径側のねじ溝が中心軸５１のねじ部５１２と噛み合うように中心軸５１に嵌めこまれ、所定のトルクで締め付けられる。これにより、軌道盤１１は転走面１１Ａを押圧する向きの応力を転走部分全体に負荷される。

誘導コイル３０に高周波電流を通電すると軌道盤１１は誘導加熱される。軌道盤１１はＡ_ｃ１点以上の温度に加熱されて所定時間保持される（加熱工程）。その後、通電が停止されるとともに誘導コイル３０の冷却水吐出口３１を通して冷却水が軌道盤１１に吹き付けられる。これにより、軌道盤１１はＭ_ｓ点以下の温度に急速に冷却される（冷却工程）。以上の手順により、軌道盤１１は転走面を押圧する向きの応力を負荷された状態で、焼入硬化される。この焼入工程における加熱時間は一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。またこのとき、一様に加熱および冷却を行うため、矢印で示すように誘導熱処理装置３のうち誘導コイル３０以外の部分を中心軸５１を回転軸として誘導コイル３０に対して相対的に回転させることが好ましい。

なお、Ａ_ｃ１点とは鋼を連続的に加熱する際に、鋼がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍ_ｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。また、軌道盤の転走面とは軌道盤において転動体が転走する側の面をいう。また、軌道盤の転走部分とは転走面のうち転動体が転走する部分をいう。

さらに、再度誘導コイル３０には高周波電流が通電され、軌道盤１１はＡ_ｃ１点以下の温度に加熱される。その後軌道盤１１は所定の時間、所定の温度で保持された後、加熱が中止されることで冷却される（焼戻工程）。以上の手順により、軌道盤１１は転走面を押圧する向きの応力を負荷された状態で焼戻しされる。このとき、一様に加熱を行うため、矢印で示すように誘導熱処理装置３のうち誘導コイル３０以外の部分を中心軸５１を回転軸として誘導コイル３０に対して相対的に回転させることが好ましい。

以上の工程により、軌道盤１１は旧オーステナイト結晶粒界が十分に形成されることなく、かつ転走面１１Ａを押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤１１の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。

なお、応力は必ずしも負荷し続ける必要はなく、必要に応じて解除することができるが、変形を抑制する観点および工程数を少なくする観点から、熱処理開始前に軌道盤１１を拘束し、かつ熱処理終了まで拘束し続けることが望ましい。また、軌道盤１１は１枚ずつ熱処理を行うこともできるが、軌道盤１１の製造コストをさらに低減するためには、複数枚同時に熱処理を行うことが望ましい。

本熱処理方法によれば、軌道盤１１の旧オーステナイト結晶粒界の形成を十分に進行させないことができる。また、軌道盤１１の反り・うねりも小さくすることができる。

以上の製造方法により、軌道盤１１の転走面１１Ａに垂直な断面を鏡面研磨し、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液に浸漬して研磨した面を腐食した後、光学顕微鏡により４００倍の倍率で断面の中央部を観察した場合に、旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域が視野全体の１０％以下であり、かつ軌道盤１１の表面硬さおよび内部硬さが６５３ＨＶ以上であり、かつ軌道盤１１の材質は０．４質量％以上１．２質量％以下の炭素を含む鋼であり、かつ軌道盤１１は鋼板をプレス加工することにより得られた部材を用いて構成されたスラスト軸受１０の軌道盤１１を製造することができる。また、この軌道盤１１を使用することにより、上記構成を有する軌道盤１１を備えたスラスト軸受１０を製造することができる。

なお、図１（ａ）においては転動体１２は単列に配置されているが、図１（ｂ）〜図１（ｅ）のように複列に配置されてもよい。また、保持器１３の形状は図１（ａ）において示された形状に限られず、たとえば図１（ｂ）〜図１（ｅ）に示すような形状であってもよい。また、図１（ａ）〜図１（ｃ）においては保持器１３は金属製であるが、保持器１３の材質は金属に限られず、たとえば図１（ｄ）および図１（ｅ）に示すように材質は樹脂であってもよい。また、複列の転動体１２を有する場合、図１（ｂ）〜図１（ｄ）では、径方向に隣り合う転動体は保持器に設けられた単一の保持領域で保持されているが、図１（ｅ）に示すように保持領域が分離され、複数の保持領域においてそれぞれの転動体１２が保持されてもよい。

また、上記のスラスト軸受の製造方法では図４に示した誘導熱処理装置３を用いて熱処理を行う場合について説明したが、上記熱処理方法を変形した他の熱処理方法を選択することもできる。

図６は実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。図６を参照して、第１の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図６を参照して、第１の変形例における誘導熱処理装置３と、上述した図５の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、第１の変形例の誘導熱処理装置３は中心軸５１およびこれに噛み合う治具押えナット５３を有さない一方で、軌道盤１１の内径側に誘導コイル３０が配置される点で図５の誘導熱処理装置３と異なっている。

以下、同図を参照して熱処理の手順を説明する。熱処理の手順も基本的には図５の場合と同様である。しかし、図５の場合とは異なり、上部拘束用治具５０Ｂは治具押えナット５３で締め付けられて軌道盤１１に押し付けられるのではなく、他の手段（たとえば油圧シリンダなど）により圧力を負荷される。これにより、転走面を押圧する向きの応力が、少なくとも軌道盤１１の転走部分全体に対して負荷される。また、焼入れおよび焼戻しの加熱は、軌道盤１１の外径側からだけでなく、内径側からも行われる。

この第１の変形例によれば、軌道盤１１は実施の形態１の場合と比較して、より均一に加熱される。そのため、反り・うねりの抑制に有利である。

図７は実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。図７を参照して、第２の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図７を参照して、本実施の形態における誘導熱処理装置３と上述の図５の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、第２の変形例の誘導熱処理装置３は誘導コイル３０に代えて、焼入用誘導コイル３０Ａと焼戻用誘導コイル３０Ｂとがそれぞれ中心軸５１を挟む両側に配置される点で図５の誘導熱処理装置３と異なる。また、焼入用誘導コイル３０Ａは第１の焼入用誘導コイル３０Ａ１と、第１の焼入用誘導コイル３０Ａ１に隣接し、かつ焼戻用誘導コイル３０Ｂとの間に配置された第２の焼入用誘導コイル３０Ａ２とからなっている。第２の焼入用誘導コイル３０Ａ２は冷却水吐出口３１を有している。また、図５の誘導熱処理装置３では配置されたすべての軌道盤１１が同時に加熱可能に構成されているのに対し、第２の変形例では一部の軌道盤１１のみが加熱可能に構成されている。具体的には、一部の軌道盤１１の端面にのみ対向することができるように、誘導コイル３０Ａ、３０Ｂの高さはセットされた複数の軌道盤１１の高さよりも小さくなっている。さらに、第２の変形例では、誘導コイル３０Ａ、３０Ｂおよび中心軸５１の一方または両方が中心軸５１の軸方向に移動可能であることにより、中心軸５１が誘導コイル３０Ａ、３０Ｂに対して相対的に移動可能な構成となっている。

以下、同図を参照して熱処理の手順を説明する。下部拘束用治具５０Ａ、上部拘束用治具５０Ｂ、軌道盤１１、治具押えナット５３は図４の場合と同様に配置され、軌道盤１１の転走面を押圧する向きの応力が、少なくとも軌道盤１１の転走部分全体に対して負荷される。

次に、誘導コイル３０Ａおよび３０Ｂに高周波電流が通電されるとともに、中心軸５１は誘導コイル３０Ａおよび３０Ｂに対して相対的に移動する。これに伴い軌道盤１１は通電された第１の焼入用誘導コイル３０Ａ１に挟まれる位置に到達する。これにより軌道盤１１はＡ_ｃ１点以上の温度に誘導加熱される。そして、加熱された軌道盤１１は第１の焼入用誘導コイル３０Ａに対して相対的に移動しつつ、第２の焼入用誘導コイル３０Ａ２に挟まれる位置に到達し、その間所定時間Ａ_ｃ１点以上の温度に保持される。その後、軌道盤１１に対する第２の焼入用誘導コイル３０Ａ２による加熱が中止されるとともに、軌道盤１１には冷却水吐出口３１から冷却水が吹き付けられ、Ｍ_ｓ点以下の温度に急速に冷却される。以上の手順により、軌道盤１１に転走面１１Ａを押圧する向きの応力を負荷した状態で、焼入れが実施される。この焼入工程における加熱時間は一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。

さらに軌道盤１１は誘導コイル３０Ａ、３０Ｂに対して相対的に移動し、焼戻用誘導コイル３０Ｂに挟まれる位置に到達する。これにより、軌道盤１１はＡ_ｃ１点以下の所定の焼戻温度に加熱される。そして、加熱された軌道盤１１は焼戻用誘導コイル３０Ｂに対して相対的に移動しつつ、所定時間経過後加熱範囲から離脱することで、空冷される。これにより、軌道盤１１に転走面を押圧する向きの応力を負荷した状態で焼戻しが実施される。

以上の工程により、軌道盤１１は転走面を押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。

第２の変形例によれば、誘導コイル３０Ａ、３０Ｂの長さを超えて軌道盤１１を積み重ねても、軌道盤１１の熱処理を行うことができる。

（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２のスラスト軸受の転動体周辺の構成の一例を示す概略部分断面図である。図８を参照して、本発明の実施の形態２のスラスト軸受の構成の一例について説明する。

上述の実施の形態１においては、スラスト軸受１０は、一対の軌道盤１１、１１と、複数の転動体１２と、環状の保持器１３とを備えており、軌道盤１１は平板状の形状を有している場合について説明した。本実施の形態２においては、図８（ａ）を参照して、スラスト軸受１０は、たとえば一対の軌道盤１１、１１と、転動体１２と、保持器１３とからなっている点では実施の形態１と同様である。しかし、一方の軌道盤１１は径方向内径側に転走面１１Ａと交差する方向に延びる内径フランジ１１１を有しており、他方の軌道盤１１は径方向外径側に転走面１１Ａと交差する方向に延びる外径フランジ１１３を有している点で異なっている。また、内径フランジ１１１の先端部には径方向外径側に突出する内径フランジ突出部１１２が形成されており、外径フランジ１１３の先端部には径方向内径側に突出する外径フランジ突出部１１４が形成されている点でも異なっている。したがって、内径フランジ突出部１１２および外径フランジ突出部１１４の作用により、軌道盤１１と保持器１３および保持器１３に保持されている転動体１２は分離しない構成となっている。

なお、図８（ａ）では軌道盤１１が一対である場合について説明したが、図８（ｇ）〜（ｋ）のように軌道盤１１は１枚であってもよい。また、図８（ａ）では軌道盤１１がフランジ１１１、１１３を有する場合について説明したが、図８（ｃ）〜図８（ｆ）および図８（ｋ）のように一方または両方がフランジ１１１、１１３を有さないものであってもよい。また、図８（ａ）では軌道盤１１のフランジ１１１、１１３が突出部１１２および１１４を有する場合について説明したが、図８（ｂ）〜図８（ｋ）のように一方または両方が突出部１１２および１１４を有さないものであってもよい。この場合、突出部１１２および１１４を有さない軌道盤１１と、保持器１３および保持器１３に保持されている転動体１２とは分離可能となっている。

また、熱処理方法も基本的には実施の形態１と同様であるが、上述のように、軌道盤１１はフランジ１１１、１１３を有する場合がある。この場合、実施の形態１におけるスラスト軸受１０の製造方法のうち熱処理方法については他の方法を選択する必要がある。以下、軌道盤１１がフランジ１１１、１１３を有する場合の本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

図９は実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。図９を参照して、実施の形態３における軌道盤１１の熱処理方法の一例を詳細に説明する。

図９を参照して、本実施の形態２における誘導熱処理装置３と上述の図５に示した実施の形態１の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、本実施の形態２で熱処理される軌道盤１１は内径フランジ１１１を有している。そのため、たとえば２枚の軌道盤１１を熱処理する場合、まず１枚目の軌道盤１１は転走面１１Ａの転走部分全体が下部拘束用治具５０Ａの平滑な上面に接触するように転走面１１Ａを下に向けて配置される。次に２枚目の軌道盤１１は１枚目の軌道盤１１の上部に転走面１１Ａを上に向けて配置される。さらに、その上部には上部拘束用治具５０Ｂが、その平滑な下面が転走面１１Ａの転走部分全体と接触するように配置される。これにより、図５と同様に軌道盤１１は転走面１１Ａを押圧する向きの応力を、軌道盤１１の転動部分全体において負荷される。

次に、誘導コイル３０に高周波電流が通電され、以後の熱処理は図５の実施の形態１の場合と同様に行われる。このようにして、内径フランジ１１１を有する軌道盤１１は、転走面１１Ａを押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。また、この焼入工程における加熱時間は一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。

図１０は実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。図１０を参照して、第１の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図１０を参照して、本実施の形態２の第１の変形例における誘導熱処理装置３と上述の図９に示した実施の形態２の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図９では図５と同様に中心軸５１を有し、拘束用治具５０および治具抑えナット５３で軌道盤１１に応力を負荷する構成を有するが、図１０では図６の場合と同様に軌道盤１１の内径側に誘導コイル３０を配置する構成となっている点で異なっている。

次に、本変形例の熱処理の手順を説明する。まず、図９の場合と同様に下部拘束用治具５０Ａ、軌道盤１１、および上部拘束用治具５０Ｂが配置される。そして、治具押えナット５３を使用せず、図６と同様に上部拘束用治具５０Ｂに圧力が負荷され、軌道盤１１が拘束される。次に、誘導コイル３０に高周波電流が通電され、以後の熱処理は図５の実施の形態１の場合と同様に行われる。このようにして、内径フランジ１１１を有する軌道盤１１は、転走面１１Ａを押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。

図１１は実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。また、図１２は実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。図１１および図１２を参照して、第２および第３の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図１１および図１２を参照して、第２および第３の変形例における誘導熱処理装置３と、上述の図９および図１０に示した本実施の形態２および第１の変形例の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図９および図１０では軌道盤１１が内径フランジ１１１を有しているが、図１１および図１２では軌道盤１１は外径フランジ１１３を有している点で異なっている。この場合、図１１および図１２に示したように外径フランジ１１３を拘束用治具５０Ａ、５０Ｂの径方向外側に出した状態で軌道盤１１を拘束すれば、上述の図９および図１０の場合と同様に軌道盤１１を拘束した状態で焼入れおよび焼戻しをすることができる。

（実施の形態３）
スラスト軸受１０の軌道盤１１が内径フランジ１１１または外径フランジ１１３を有する場合、軌道盤１１の熱処理方法については実施の形態２で説明した方法に代えて、他の方法を選択することもできる。

図１３は本発明の実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。図１３を参照して、実施の形態３における軌道盤１１の熱処理方法の一例を詳細に説明する。

図１３を参照して、本実施の形態３における誘導熱処理装置３と上述の図５の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、本実施の形態３では軌道盤１１が内径フランジ１１１を有している。そのため、図１３で示した誘導熱処理装置３は中間部拘束用治具５０Ｃを有する点で図５で示した誘導熱処理装置３と異なっている。中間部拘束用治具５０Ｃはたとえば軌道盤１１の内径よりも大きな内径を有し、さらに上面および下面が平行かつ平滑な円筒状の形状を有している。

次に同図を参照して、熱処理の手順を説明する。１枚目の軌道盤１１は下部拘束用治具５０Ａに接触し、かつ転走面１１Ａを上向きにして配置される。中間部拘束用治具５０Ｃはその上に重ねて、かつその平滑な下面が軌道盤１１の転走面１１Ａの少なくとも転走部分全体に接触するように配置される。次に２枚目の軌道盤１１は中間部拘束用治具５０Ｃの上に重ねて、かつ軌道盤１１の転走面１１Ａの少なくとも転走部分全体が中間部拘束用治具５０Ｃの平滑な上面に接触するように配置される。この中間部拘束用治具５０Ｃと２枚の軌道盤１１、１１との組み合わせを１つの単位として、誘導コイル３０が加熱可能な範囲でこれらが複数個積み重ねられる。その上部に上部拘束用治具５０Ｂが配置され、図５の場合と同様に治具押えナット５３により締め付けられる。これにより、軌道盤１１は転走面１１Ａを押圧する向きの応力を転走部分全体に負荷される。この状態で、軌道盤１１は図５の場合と同様に、転走面を押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。また、この焼入工程における加熱時間は一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。

図１４は実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。また、図１５は実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。図１４および図１５を参照して、第１および第２の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図１３では中心軸５１および治具抑えナット５３を使用する場合について説明したが、図１４に示す誘導熱処理装置３のように、図６の場合と同様に中心軸５１および治具抑えナット５３に代えて軌道盤１１の内径側に誘導コイル３０を配置する構成を用いてもよい。また、図１５に示す誘導熱処理装置３のように、図７の場合と同様に中心軸５１が誘導コイル３０Ａおよび３０Ｂに対して相対的に移動可能な構成を用いてもよい。この場合の軌道盤１１の拘束は図１３の場合と同様に行い、以後の熱処理の手順は図６および図７の場合と同様である。

図１６は、実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。また、図１７は、実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第４の変形例を示す概略断面図である。また、図１８は、実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第５の変形例を示す概略断面図である。図１６〜図１８を参照して、第３、第４、および第５の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図１６〜図１８を参照して、図１６〜図１８に示した第３、第４、および第５の変形例における誘導熱処理装置３と、上述の図１３〜図１５に示した本実施の形態３および第１、第２の変形例の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図１３〜図１５では軌道盤１１は内径フランジ１１１を有しているのに対し、図１６〜図１８では軌道盤１１は外径フランジ１１３を有している点で異なっている。この場合、外径フランジ１１３を図１６〜図１８に示したように中間部拘束用治具５０Ｃの径方向外側に出した状態で軌道盤１１を拘束すれば、図１３〜図１５で説明した上述の方法と同様に軌道盤１１を拘束した状態で、焼入れおよび焼戻しをすることができる。

（実施の形態４）
内径フランジ１１１または外径フランジ１１３を有する軌道盤１１と、内径フランジ１１１および外径フランジ１１３を有さない軌道盤１１とを組み合わせることで、軌道盤１１の熱処理方法についてはさらに他の方法を選択することもできる。

図１９は本発明の実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。また、図２０は図１９の領域ＸＸの部分を拡大して示した部分拡大図である。図１９および図２０を参照して、実施の形態４における軌道盤１１の熱処理方法の一例を詳細に説明する。

図１９および図２０を参照して、本実施の形態４における誘導熱処理装置３と上述の図１３の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、本実施の形態４の誘導熱処理装置３では中間部拘束用治具５０Ｃに代えてフランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１が使用される点で図１３の誘導熱処理装置３と異なっている。

次に同図を参照して、熱処理の手順を説明する。内径フランジ１１１を有する１枚目の軌道盤１１は下部拘束用治具５０Ａに接触し、かつ転走面１１Ａを上向きにして配置される。フランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１はその上に重ねて、かつ内径フランジ１１１を有する軌道盤１１の転走面１１Ａの少なくとも転走部分全体に接触するように配置される。次に内径フランジ１１１を有する２枚目の軌道盤１１はフランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１の上に重ねて、かつ内径フランジ１１１を有する軌道盤１１の転走面１１Ａの少なくとも転走部分全体がフランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１に接触するように配置される。フランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１はこのような配置が可能となるように複数枚重ねて配置されてもよい。以上の軌道盤１１の組み合わせを１つの単位として、誘導コイル３０が加熱可能な範囲でこれらが複数個積み重ねられる。以下、図１３の場合と同様にして、軌道盤１１は転走面１１Ａを押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤１１の転走部分全体に対して負荷されながら焼入れおよび焼戻しされる。また、この焼入工程における加熱時間は一般的焼入硬化処理である浸炭熱処理、光輝熱処理等と比較して極めて短いため、旧オーステナイト結晶粒界の形成は十分に進行しない。

図２１は、実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。図２２は、実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。図２１および図２２を参照して、第１および第２の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図１９では中心軸５１および治具抑えナット５３を使用する場合について説明したが、図２１に示す誘導熱処理装置３のように、図６の場合と同様に中心軸５１および治具抑えナット５３に代えて軌道盤１１の内径側に誘導コイル３０を配置する構成を用いてもよい。また、図２２に示す誘導熱処理装置３のように、図７の場合と同様に中心軸５１が誘導コイル３０Ａおよび３０Ｂに対して相対的に移動可能な構成を用いてもよい。この場合の軌道盤１１の拘束は図１９および図２０の場合と同様に行い、以後の熱処理の手順は図６および図７の場合と同様である。

図２３は、実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。また、図２４は、図２３の領域ＸＸＩＶの部分を拡大して示した部分拡大図である。また、図２５は、実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第４の変形例を示す概略断面図である。また、図２６は、実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第５の変形例を示す概略断面図である。図２３〜図２６を参照して、第３、第４、および第５の変形例の誘導熱処理装置を使用した熱処理について説明する。

図２３〜図２６を参照して、図２３〜図２６に示した第３、第４、および第５の変形例における誘導熱処理装置３と、上述の図１９〜図２２に示した本実施の形態４および第１、第２の変形例の誘導熱処理装置３とは基本的に同様の構成を有している。しかし、図１９〜図２２では軌道盤１１は内径フランジ１１１を有しているのに対し、図２３〜図２６では軌道盤１１は外径フランジ１１３を有している点で異なっている。この場合、外径フランジ１１３を図２３〜図２６に示したようにフランジ１１１、１１３を有さない軌道盤１１の径方向外側に出した状態で軌道盤１１を拘束すれば、図１９〜図２２で説明した上述の方法と同様に軌道盤１１を拘束した状態で、焼入れおよび焼戻しをすることができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。転がり軸受の転走面と転動体との接触部分のうち最大荷重となる部分においては、塑性変形が発生して残留する場合がある。この残留変形量については、転動体の変形量と転走面の変形量との和が転動体の直径の０．０１％以下であれば、軸受のなめらかな回転や疲労寿命に対して悪影響がないことが経験的に知られている。

そこで、本発明のスラストころ軸受と、従来のスラストころ軸受との許容静転動体荷重を測定し、安全率を比較する実験を行った。

以下、実験の手順を説明する。実験に供する材料としてＳ５５Ｃ、ＳＡＥ１０７０、ＳＫ５、ＳＵＪ２を選択した。プレス加工により内径φ２５ｍｍ、外径φ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の軌道盤を作製した。熱処理には図５に示す熱処理装置を使用した。軌道盤を４０枚重ねて拘束し、転走面を押圧する向きの応力を、少なくとも軌道盤の転走部分全体に対して負荷した。そして、誘導コイルに高周波電流（１０ＫＨｚ）を通電し、誘導加熱により軌道盤全体がＡ_ｃ１点以上の温度になるように加熱した。所定時間経過後、加熱を停止するとともに、水を吹き付けることで軌道盤をＭ_ｓ点以下の温度に急冷した。さらに、この軌道盤を拘束した状態を保持しつつ誘導加熱により２２０℃〜２３０℃で１０秒間保持し、加熱を停止することにより空冷して焼戻しを行った（後述の実施例Ａ〜Ｄ）。また、他の一部は拘束を中止し、雰囲気炉において１６０℃で２時間保持することにより焼戻しを行った（後述の実施例Ｅ〜Ｈ）。

一方、従来のスラストころ軸受の例として、ＳＰＣ、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＵＪ２を材料として選択した（後述の比較例Ａ〜Ｄ）。軌道盤は本実施例と同様に、プレス加工により作製した。ＳＰＣ、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０の軌道盤については浸炭炉において８８０℃で４０分間保持して浸炭を行った後、８２０℃で１０分間保持して拡散を行い、その後油冷することにより焼入れを行った。また、ＳＵＪ２の軌道盤については光輝熱処理炉において８５０℃で４０分間保持した後、油冷することにより焼入れを行った。その後、軌道盤を１６０℃で２時間保持することで焼戻しを行った。さらに、２００℃で１時間のプレステンパー（加熱矯正）により、反り・うねりを軽減する処理を行った。

上記熱処理が終了した軌道盤について、旧オーステナイト結晶粒界の観察を行った。以下、調査の手順を説明する。まず、軌道盤を転走面に垂直な面で切断した。次にその断面を鏡面研磨した後、研磨された面を室温でピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液に３０分間浸漬して腐食した。その後、断面の中央部を４００倍の倍率で光学顕微鏡により観察した。なお、観察は断面の中央部で場所を変えて５視野について行った。

図２は上記観察の際撮影された、軌道盤の転走面に垂直な断面の中央部における旧オーステナイト結晶粒界の光学顕微鏡写真である。図２（ａ）は本発明の実施例であるＳＵＪ２を素材として作製した軌道盤（実施例Ｄ）、図２（ｂ）はＳＵＪ２を素材として作製した従来の軌道盤である（比較例Ｄ）。また、図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）および図２（ｂ）の旧オーステナイト結晶粒界の模式図である。

図２（ａ）を参照して、実施例Ｄでは旧オーステナイト粒界はほとんど観察することができなかった。これは図３（ａ）に示すように、旧オーステナイト結晶粒界の形成が十分進んでいないことを示していると考えられる。この視野の旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下であった。また、他の４視野についても同様であった。さらに、実施例Ａ〜ＣおよびＥ〜Ｈについても同様に全視野において旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下であった。これは、実施例Ａ〜Ｈは焼入れの際の加熱が誘導加熱により行われており、Ａ_ｃ１点以上の温度に加熱される時間が非常に短いためであると考えられる。一方、図２（ｂ）を参照して、比較例Ｄでは明確な旧オーステナイト結晶粒界を観察することができた。これは図３（ｂ）に示すように、旧オーステナイト結晶粒界の形成が十分進んでいることを示していると考えられる。この視野の旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の９０％以上であった。また、他の４視野についても同様であった。さらに、比較例Ａ、ＢおよびＣについても同様に全視野において旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の９０％以上であった。

次に、上記熱処理が終了した軌道盤について、反り・うねり、表面硬度および内部硬度の測定を行った。反り・うねりは真円度測定器を用いて測定した。また、表面硬度および内部硬度はビッカース硬度計（荷重１ｋｇｆ（９．８Ｎ））を用いて測定した。なお、表面硬さは軌道盤の表面においてころと接触する部分（転走面の転走部分）の硬さを測定した。また、内部硬さは軌道盤においてころと接触する面に垂直な断面の中央部の硬さを測定した。

図２７はスラスト軸受の軌道盤の反り・うねりの測定部位を示す概略平面図である。また、図２８は反り・うねりの測定により得られるプロファイルの一例を示す図である。

図２７を参照して、測定は破線で示すように内径から１ｍｍの位置、外径から１ｍｍの位置、および中央部の位置について行った。図２８を参照して、測定により得られた高さのプロファイルから高さの最高点と最低点との差を読み取り、反り・うねりの値とした。

表１は作製した軌道盤の反り・うねりおよび硬度の測定結果である。表１を参照して、実施例Ａ〜Ｄの軌道盤の反り・うねりの平均値については比較例Ａ〜Ｄの軌道盤の１４〜２３％、実施例Ｅ〜Ｈについては１７〜２８％であった。また、反り・うねりの標準偏差は実施例Ａ〜Ｄについては比較例Ａ〜Ｄの軌道盤の１７〜３３％、実施例Ｅ〜Ｈについては２４〜４７％であった。

また、表１を参照して、実施例Ａ〜Ｈの軌道盤の表面硬度は、軸受として機能するために必要な硬度である６５３ＨＶ以上が確保されていた。また、内部硬度も６５３ＨＶ以上が確保されていた。

なお、上記実験結果は内径φ２５ｍｍ、外径φ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の軌道盤についてのものであるが、同様の実験を内径φ６０ｍｍ、外径φ８５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の軌道盤についても行った。その結果、本発明の製造方法に係る熱処理方法で作製された軌道盤の反り・うねりの最大値は２８μｍであることや、本発明の製造方法に係る熱処理方法で作成された軌道盤の表面硬度は６５３ＨＶ以上、また内部硬度も６５３ＨＶ以上であること等、上記内径φ２５ｍｍ、外径φ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の軌道盤の場合と同様の効果が得られることが確認された。

なお、反り・うねりの簡易的な測定方法（選別方法）として、スリットゲージを用いて、所定値以上の反り・うねりを有する軌道盤を選別する方法がある。

図２９〜図３１は軌道盤の反り・うねりの測定方法（軌道盤の選別方法）の変形例を示した斜視図である。図２９を参照して、スリットゲージ２０は幅Ｔ_１＋ｄのスリット２１を有している。ここで、Ｔ_１は軌道盤１１の厚さである。また、ｄは反り・うねりの上限値である。

このスリット２１に軌道盤１１を挿入すると、軌道盤１１の反り・うねりがｄ以下であれば通り抜けることができるが、ｄを超える場合、通り抜けることができない。これにより、反り・うねりがｄを超える軌道盤１１を選別することができる。

この方法は、多くの軌道盤から反り・うねりが所定の値を超える軌道盤を選別する場合、たとえば量産工程における選別に有効である。

なお、図２９では軌道盤１１がフランジ１１１、１１３を有さない場合について説明したが、図３０、図３１のようにフランジ１１１、１１３を有する場合についても同様に選別を行うことができる。

図３０および図３１を参照して、スリットゲージ２０は図２９の場合と基本的に同様の構成を有している。しかし、スリット２１の幅がＴ_１＋Ｔ_２＋ｄである点で異なっている。また、選別において、測定用治具２２を使用する点でも異なっている。ここで、測定用治具２２は両底面が平行な平面である円筒状の形状を有し、かつフランジ１１１、１１３の高さより大きな厚さＴ_２を有している。

この測定用治具２２の底面と軌道盤１１の転走面１１Ａとが全周にわたって接触するように合わせ、スリット２１に挿入する。そうすると、軌道盤１１の反り・うねりがｄ以下であれば通り抜けることができるが、ｄを超える場合、通り抜けることができない。これにより、反り・うねりがｄを超える軌道盤１１を選別することができる。

次に実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ａ〜Ｄの軌道盤を用いてスラストころ軸受を作製した。そして、アムスラー試験機を用い、作製した軸受に荷重を負荷して転動体の直径の０．０１％の総永久変形量が発生する荷重を測定した。この測定結果から、安全率を算出した。ここで、安全率は式１で示される。
Ｓ_０＝Ｃ_０／Ｐ_０ｍａｘ・・・（式１）
Ｓ_０：安全率、Ｃ_０：基本静定格荷重、Ｐ_０ｍａｘ：最大静転動体荷重
なお、安全率の数値は低い方が軸受の特性が優れていることを示している。

表２は本実験の結果を示している。表２を参照して、本発明に係る実施例Ａ〜Ｈは比較例Ａ〜Ｃと比較して安全率の数値が小さくなっている。これは、比較例Ａ〜Ｃの軌道盤は表層部のみが硬化されているのに対し、本発明の実施例Ａ〜Ｈの軌道盤は内部まで一様に硬化されているため、軌道盤に塑性変形が生じにくく、許容静転動体荷重が上昇したためであると考えられる。

一方、比較例Ｄと実施例ＤおよびＨとは同一の材料から作製されており、かつ両者とも軌道盤の内部まで硬化されている。しかし、実施例ＤおよびＨは比較例Ｄと比較して、安全率の数値が小さくなっている。これは以下の理由によるものと考えられる。

前述のように、実施例ＤおよびＨは焼入れの際の加熱が誘導加熱により行われる。そのため、光輝熱処理が行われる比較例Ｄに比べて、Ａ_ｃ１点以上の温度に加熱される時間が非常に短い。その結果、実施例ＤおよびＨにおいてはオーステナイト結晶粒界の形成が比較例Ｄほど進行していない。そのため、実施例ＤおよびＨの変形抵抗は比較例Ｄの変形抵抗よりも高くなり、許容静転動体荷重が向上して、安全率の数値が低くなったものと考えられる。

また、比較例Ｄでは焼入工程として行われる光輝熱処理により粒界酸化層が形成されるのに対し、実施例Ｄでは焼入工程が短時間の誘導加熱であるため粒界酸化層はほとんど形成されない。そのため、実施例Ｄの軌道盤は比較例Ｄの軌道盤に比べて表層部の変形抵抗が高い。その結果、実施例Ｄの許容静転動体荷重は比較例Ｄの許容静転動体荷重よりも高くなり、安全率の数値が低くなったものと考えられる。

図３２は本発明の実施例Ｄ（ａ）および比較例Ｄ（ｂ）の軌道盤の表層付近の光学顕微鏡写真である。

図３２を参照して、図３２（ｂ）の比較例Ｄでは６μｍ程度の粒界酸化層が観察されるのに対し、図３２（ａ）の実施例Ｄでは粒界酸化層は観察されないことが確認される。

以下、本発明の実施例２について説明する。本発明のスラストころ軸受と、従来のスラストころ軸受との寿命を比較する実験を行った。

以下、実験の手順を説明する。実施例１で作製した実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ａ〜Ｄの軌道盤を用い、スラストころ軸受を作製した。このスラストころ軸受に対し、スラスト荷重４ｋＮ、回転速度５０００ｒ／ｍｉｎ．、潤滑油ＶＧ２の条件で寿命試験を行った。

表３は寿命試験の結果を示している。なお、試験結果は比較例Ａの寿命を１とした寿命比で示している。

表３を参照して、実施例Ａ〜Ｈの寿命はいずれも比較例Ａ〜Ｄの２倍以上となった。これは以下の理由によるものであると考えられる。

前述のように、実施例Ａ〜Ｈにおいてはオーステナイト結晶粒界の形成が比較例Ａ〜Ｄほど進行していない。そのため、亀裂の発生および進展に対する抵抗が大きくなっている。その結果、ころの滑りによる表面起点の亀裂の発生および進展が抑制される。また、内部起点の亀裂についても同様に亀裂の発生および進展が抑制される。このような亀裂の発生および進展の抑制効果により、長寿命になったものと考えられる。

また、前述のように、実施例Ａ〜Ｈの軌道盤の反り・うねりは比較例Ａ〜Ｄと比較して小さい。そのため、ころと軌道盤の片当たりが生じない。その結果、油膜切れや局所的な面圧上昇が起こらず、長寿命となったものと考えられる。また、表１に示すように実施例Ａ〜Ｈの軌道盤の反り・うねりはいずれも４０μｍ以下であるのに対し、比較例Ａ〜Ｄの軌道盤の反り・うねりはいずれも５０μｍ以上である。すなわち、実施例Ａ〜Ｈの軌道盤の反り・うねりが４０μｍ以下であり、また、前述のように、実施例Ａ〜Ｈの許容静転動体荷重も比較例より高いため、軸受の寿命が長寿命となったものと考えられる。

また、比較例Ａ〜Ｄでは焼入工程として行われる浸炭処理または光輝熱処理により軌道盤の表層部に粒界酸化層が形成されるのに対し、実施例Ａ〜Ｈでは焼入工程が短時間の誘導加熱であるため粒界酸化層はほとんど形成されない。そのため、表面起点の亀裂の発生が抑制され、長寿命になったものと考えられる。

以上より、本発明のスラスト軸受は従来のスラスト軸受と比較して、長寿命であることが分かる。

以下、本発明の実施例３について説明する。本発明のスラストころ軸受と、従来のスラストころ軸受との音響特性を比較する実験を行った。以下、実験の手順を説明する。

実施例１で作製した実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ａ〜Ｄの軌道盤を用いてスラストころ軸受を作製した。この軸受に対し、スラスト荷重１００Ｎ、回転速度１８００ｒ／ｍｉｎ．、その他の条件は日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ １５４８）に従って軸受の騒音レベルを測定する試験を行った。

図３３はスラストころ軸受の軌道盤の反り・うねりと音響との関係を示した図である。なお、図３３の各反り・うねりの範囲における音響の値は、各１０個の軸受について音響測定を行い、その平均値を示したものである。

図３３を参照して、音響の値は反り・うねりの増加とともに徐々に大きくなるのではなく、４０μｍ以下では７９〜８１ｄＢＡ程度であるのに対し、４０〜５０μｍ付近で大きくなり、それ以上ではほぼ８４ｄＢＡ以上となっている。このことから、軌道盤の反り・うねりの値が４０〜５０μｍとなる付近に臨界値が存在するものと考えられる。したがって、音響特性が重視される用途に用いられるスラストころ軸受については、反り・うねりを確実に４０μｍ以下に抑えることが重要であることが分かる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のスラスト軸受の軌道盤およびスラスト軸受は、焼入硬化して製造されるスラスト軸受の軌道盤において、焼入後に研削加工を行うことなく使用されるスラスト軸受軌道盤およびこの軌道盤を備えたスラスト軸受に特に有利に適用され得る。

実施の形態１のスラスト軸受を示す概略断面図である。 実施の形態１のスラスト軸受（ａ）および従来のスラスト軸受（ｂ）の軌道盤のオーステナイト結晶粒界の光学顕微鏡写真である。 実施の形態１のスラスト軸受（ａ）および従来のスラスト軸受（ｂ）の軌道盤のオーステナイト結晶粒界の模式図である。 本実施の形態１における軌道盤１１の製造工程の一例を示した図である。 実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。 実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態１における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態２のスラスト軸受の転動体周辺の構成の一例を示す概略部分断面図である。 実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。 実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態２における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第４の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態３における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第５の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の一例を示した図である。 図１９の領域ＸＸの部分を拡大して示した部分拡大図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第１の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第２の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第３の変形例を示す概略断面図である。 図２３の領域ＸＸＩＶの部分を拡大して示した部分拡大図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第４の変形例を示す概略断面図である。 実施の形態４における軌道盤１１の製造工程で使用される誘導熱処理装置の第５の変形例を示す概略断面図である。 スラスト軸受の軌道盤の反り・うねりの測定部位を示す概略平面図である。 反り・うねりの測定により得られるプロファイルの一例を示す図である。 軌道盤の反り・うねりの測定方法の変形例を示した斜視図である。 軌道盤１１が内径フランジ１１１を有する場合における、軌道盤１１の反り・うねりの選別方法を示した斜視図である。 軌道盤１１が外径フランジ１１３を有する場合における、軌道盤１１の反り・うねりの選別方法を示した斜視図である。 実施例Ｄ（ａ）および比較例Ｄ（ｂ）の軌道盤の表層付近の光学顕微鏡写真である。 スラストころ軸受の軌道盤の反り・うねりと音響との関係を示した図である。

符号の説明

１０ スラスト軸受、１１ スラスト軸受軌道盤、１１１ 軌道盤内径側フランジ、１１２ 軌道盤内径側フランジ突出部、１１３ 軌道盤外径側フランジ、１１４ 軌道盤外径側フランジ突出部、１２ 転動体、１３ 保持器、２０ スリットゲージ、２１ スリット、２２ 測定用治具、３ 誘導熱処理装置、３０ 誘導コイル、 ３０Ａ１ 第１の焼入用誘導コイル、３０Ａ２ 第２の焼入用誘導コイル、３０Ｂ 焼戻用誘導コイル、３１ 冷却水吐出口、５０Ａ 上部拘束用治具、５０Ｂ 下部拘束用治具、５０Ｃ 中間部拘束用治具、５１ 中心軸、５１１ 中心軸膨出部、５１２ 中心軸ねじ部、５３ 治具押えナット。

Claims (5)

1. 焼入硬化して製造されるスラスト軸受の軌道盤において、前記焼入硬化後に研削加工を行うことなく使用されるスラスト軸受の軌道盤であって、
   前記軌道盤の転走面に垂直な断面を鏡面研磨し、ピクリン酸飽和水溶液に界面活性剤を加えた腐食液に浸漬して前記鏡面研磨した面を腐食した後、光学顕微鏡により４００倍の倍率で前記断面の中央部を観察した場合に、旧オーステナイト結晶粒界で閉じられた領域は視野全体の１０％以下である、スラスト軸受の軌道盤。
2. 前記軌道盤の表面硬さは６５３ＨＶ以上であり、
   前記軌道盤の内部硬さは６５３ＨＶ以上である、請求項１に記載のスラスト軸受の軌道盤。
3. 前記軌道盤の材質は０．４質量％以上１．２質量％以下の炭素を含む鋼である、請求項１または２のいずれかに記載のスラスト軸受の軌道盤。
4. 前記軌道盤は鋼板をプレス加工して成形することにより得られた部材を用いて構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のスラスト軸受の軌道盤。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の軌道盤を備えた、スラスト軸受。