JP2007297663A - 浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法を提供する。
【解決手段】浸炭窒化方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する浸炭窒化方法であって、雰囲気制御工程５０と、加熱パターン制御工程６０とを備えている。雰囲気制御工程５０は、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１と、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３と、Ｈ_２分圧制御工程５２とを含んでいる。
【選択図】図７

Description

本発明は浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品に関し、より特定的には、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化する工程を含む機械部品の製造方法および０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、浸炭窒化が実施された機械部品に関するものである。

一般に、浸炭窒化処理、特に鋼からなる被処理物に対して実施されるガス浸炭窒化処理においては、ＲＸガスおよびアンモニア（ＮＨ_３）ガスを一定の流量（単位時間あたりの供給量）で熱処理炉内に流入させるとともに、熱処理炉内のカーボンポテンシャル（Ｃ_Ｐ）値を熱処理炉内の二酸化炭素（ＣＯ_２）の分圧に基づいて制御することにより、当該熱処理炉内の雰囲気が制御されている。ここで、被処理物の表層部に侵入する窒素量を、浸炭窒化処理中に直接測定することは困難である。そのため、熱処理炉ごとに、アンモニアガスの流量と被処理物の表層部に侵入する窒素量との関係を過去の生産実績等から経験的に決定し、浸炭窒化処理中に直接測定することが可能なアンモニアガスの流量を調節することにより被処理物の表層部に侵入する窒素量が制御される場合が多い。

そして、このアンモニアガスの流量は、各熱処理炉の過去の生産実績等に基づき、被処理物の量や形状などを考慮して経験的に決定されているが、過去の生産実績が無いような量や形状の被処理物を浸炭窒化処理する必要が生じた場合、当該浸炭窒化処理における最適なアンモニアガスの流量を決定するための試行錯誤が必要となる。その結果、最適なアンモニアガスの流量が決定されるまでは被処理物の品質を安定させることが困難なだけでなく、上記試行錯誤を量産ラインにおいて実施する必要があるため、要求品質を満たさない被処理物が発生し、生産コスト上昇の要因となるおそれもある。

これに対し、熱処理炉ごとに、また被処理物の量や形状ごとに変化させる必要のあるアンモニアガスの流量ではなく、熱処理炉内に残留している気体アンモニアの濃度である未分解アンモニア濃度（アンモニアの残留ガス濃度）を調節することにより、被処理物に侵入する窒素量を制御する方法が提案されている（たとえば、非特許文献１および特許文献１参照）。すなわち。浸炭窒化処理中に測定が可能な未分解アンモニア濃度を測定し、熱処理炉の形状や被処理物の量および形状等に関係なく決定可能な未分解アンモニア濃度と被処理物に侵入する窒素量との関係に基づき、アンモニアガスの流量が調節される。これにより、最適なアンモニアガスの流量を試行錯誤により決定することなく、被処理物に侵入する窒素量を制御することが可能となり、被処理物の品質を安定させることができる。
恒川好樹、外２名、「ガス浸炭窒化処理におけるボイドの発生と窒素の拡散挙動」、熱処理、１９８５年、２５巻、５号、ｐ.２４２−２４７ 特開平８−１３１２５号公報

しかし、上述の未分解アンモニア濃度をパラメータとする浸炭窒化処理方法を含めて、従来の浸炭窒化処理方法では、被処理物への窒素侵入速度（被処理物の表面の単位面積から単位時間あたりに侵入する窒素量）をコントロールすることは困難であった。浸炭窒化処理は、機械部品の製造工程等において、比較的コストの高い工程である。そのため、浸炭窒化処理に対しては、その処理コストの低減が求められている。したがって、被処理物への窒素侵入速度をコントロールして窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができれば、上記浸炭窒化処理コストの低減の要求に応えることができる。

そこで、本発明の目的は、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストの低減が可能な機械部品の製造方法を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストが低減された機械部品を提供することである。

本発明に従った浸炭窒化方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する浸炭窒化方法である。当該浸炭窒化方法は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。

雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解ＮＨ_３分圧制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程と、熱処理炉内の水素分圧が制御されるＨ_２分圧制御工程とを含んでいる。そして、雰囲気制御工程においては、熱処理炉内の水素分圧が０．１気圧（ａｔｍ）以上０．３気圧以下となり、以下の式（１）で定義されるγが２．０以上６．０以下となるように、未分解ＮＨ_３分圧制御工程、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程およびＨ_２分圧制御工程が実施される。なお、以下の式（１）および（２）において、ａ_ｃ ^＊は、１．０以下の値となる場合、炭素の活量に該当する。

本発明者は、浸炭窒化処理における熱処理炉内の雰囲気と被処理物への窒素の侵入挙動との関係について詳細に検討を行なった。そして、被処理物への窒素の侵入速度に対して、雰囲気中の一酸化炭素分圧および窒素分圧の影響は小さいのに対し、水素分圧および上記式（１）で定義されるγが大きな影響を及ぼすことを見出した。

すなわち、雰囲気中の水素分圧が低下するに従って所定時間内の窒素侵入量（被処理物の表面の単位面積から被処理物の内部に侵入する窒素の量）は増加する。そして、水素分圧が０．３気圧付近において、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物への窒素侵入量の増加は、ほぼ飽和する。そのため、水素分圧を０．３気圧以下とすることにより、浸炭窒化処理における窒素侵入速度を最大近くにまで向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

一方、水素分圧を０．１気圧未満に低下させても、窒素侵入量の増加が小さいだけでなく、浸炭窒化処理における被処理物への炭素の侵入速度が低下して、被処理物の表層部の炭素濃度を所望の値とすることが困難になるおそれがある。そのため、浸炭窒化における雰囲気中の水素分圧は、０．１気圧以上０．３気圧以下とすることが好ましい。なお、浸炭窒化処理を一層効率化するためには、水素分圧は０．２気圧以下とすることが好ましい。また、上記炭素の浸入速度の低下に起因する問題を一層確実に回避するためには、水素分圧は０．１５気圧以上とすることが好ましい。

また、雰囲気のγ値が低下するに従って窒素侵入量は増加する。そして、γ値が６．０付近において、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物への窒素侵入量の増加は、ほぼ飽和する。そのため、γ値を６．０以下とすることにより、浸炭窒化処理における窒素侵入速度を最大近くにまで向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

一方、γ値を２．０未満に低下させても、窒素侵入量の増加が小さい。さらに、γの値を２．０未満とするためには、熱処理炉に供給されるアンモニアの流量を大きくする必要がある。これに伴い、熱処理炉内における一酸化炭素の分圧が低下するため、カーボンポテンシャルを保持するためには、熱処理炉内へのエンリッチガスの導入量を増加させる必要が生じる。これにより、スーティング（熱処理炉内にすすが発生し、被処理物に付着する現象）が発生しやすくなり、被処理物に表面浸炭などの品質上の不具合が発生するおそれがある。そのため、浸炭窒化における雰囲気中のγ値は、２．０以上６．０以下とすることが好ましい。なお、浸炭窒化処理を一層効率化するためには、γ値は５．０以下とすることが好ましい。また、上記スーティングの問題を一層確実に回避するためには、γ値は、３．０以上とすることが好ましい。

以上のように、本発明の浸炭窒化方法によれば、熱処理炉内の水素分圧が０．１気圧以上０．３気圧以下となり、かつγが２．０以上６．０以下となるような雰囲気中で被処理物が加熱されて浸炭窒化が実施されるため、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

なお、未分解アンモニアとは、熱処理炉内に供給されたアンモニアのうち、分解されることなく気体アンモニアの状態で残存しているアンモニアをいう。

本発明に従った浸炭窒化方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する浸炭窒化方法である。当該浸炭窒化方法は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。

雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解ＮＨ_３分圧制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程と、熱処理炉内の水素分圧が制御されるＨ_２分圧制御工程とを含んでいる。

そして、雰囲気制御工程においては、以下の式（３）で定義されるＥ_Ｎが７．５以上となるように、未分解ＮＨ_３分圧制御工程、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程およびＨ_２分圧制御工程が実施される。

本発明者は、上述の被処理物への窒素の侵入速度に及ぼす雰囲気中の水素分圧およびγの影響をさらに詳細に分析した結果、以下のような知見を得た。

すなわち、上記式（３）で定義されるＥ_Ｎが大きくなるように水素分圧およびγを制御すると、浸炭窒化処理における窒素浸入速度が大きくなる。そして、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物においては、Ｅ_Ｎが７．５となったとき、被処理物への窒素の侵入速度が最大近くにまで向上し、Ｅ_Ｎが７．５以上では、窒素侵入速度はほぼ飽和する。つまり、Ｅ_Ｎを７．５以上とすることで、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物への窒素の侵入速度を最大近くにまで向上させることができる。

したがって、本発明の浸炭窒化方法によれば、Ｅ_Ｎが７．５以上となるような雰囲気中で被処理物が加熱されて浸炭窒化が実施されるため、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

なお、Ｅ_Ｎの値を大きくするためには、水素分圧やγを小さくする必要がある。上述のように、水素分圧やγを小さくすると、炭素の浸入速度の低下やスーティングの発生の問題を生じるおそれがある。したがって、Ｅ_Ｎの値は、１０．０以下とすることが好ましく、９．５以下とすることがより好ましい。また、一層浸炭窒化処理を効率化するためには、Ｅ_Ｎは８．０以上とすることが好ましい。

本発明に従った機械部品の製造方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却することにより、鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程とを備えている。そして、焼入硬化工程における浸炭窒化処理は、上述の本発明の浸炭窒化方法を用いて実施される。

本発明の機械部品の製造方法によれば、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に適した上述の本発明の浸炭窒化方法が焼入硬化工程において採用されることにより、効率的な浸炭窒化処理が実施され、機械部品の製造コストを低減することが可能となる。

ここで、Ａ_１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織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。

本発明に従った機械部品は、上述の機械部品の製造方法により製造されている。上述した本発明の機械部品の製造方法により製造されていることにより、本発明の機械部品は、効率的な浸炭窒化処理が実施されており、製造コストが低減されている。

上記本発明の機械部品は、軸受を構成する部品として用いられてもよい。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ製造コストが低減された本発明の機械部品は、疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品である軸受を構成する部品として好適である。

なお、上述の機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方、好ましくは両方が、上述の機械部品である。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ製造コストが低減された本発明の機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、製造コストが低減されるとともに、長寿命な転がり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、本発明の浸炭窒化方法によれば、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法を提供することができる。また、本発明の機械部品の製造方法によれば、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストの低減が可能な機械部品の製造方法を提供することができる。また、本発明の機械部品によれば、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストが低減された機械部品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、その説明は繰り返さない。

（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における機械部品を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。

図１を参照して、深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、機械部品である外輪１１、内輪１２、玉１３および保持器１４のうち、特に、外輪１１、内輪１２および玉１３には転動疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、深溝玉軸受１の製造コストを低減しつつ、深溝玉軸受１を長寿命化することができる。

図２は、実施の形態１における第１の変形例である機械部品を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、実施の形態１における第１の変形例であるスラストニードルころ軸受について説明する。

図２を参照して、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された転動部材としての一対の軌道輪２１と、転動部材としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、機械部品である軌道輪２１、ニードルころ２３および保持器２４のうち、特に、軌道輪２１、ニードルころ２３には転動疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、スラストニードルころ軸受２の製造コストを低減しつつ、スラストニードルころ軸受２を長寿命化することができる。

図３は、実施の形態１における第２の変形例である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略断面図である。また、図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。また、図５は、図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。なお、図３は、図４の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図に対応する。図３〜図５を参照して、実施の形態１における第２の変形例である等速ジョイントについて説明する。

図３〜図５を参照して、等速ジョイント３は、軸３５に連結されたインナーレース３１と、インナーレース３１の外周側を囲むように配置され、軸３６に連結されたアウターレース３２と、インナーレース３１とアウターレース３２との間に配置されたトルク伝達用のボール３３と、ボール３３を保持するケージ３４とを備えている。ボール３３は、インナーレース３１の外周面に形成されたインナーレースボール溝３１Ａと、アウターレース３２の内周面に形成されたアウターレースボール溝３２Ａとに接触して配置され、脱落しないようにケージ３４によって保持されている。

インナーレース３１の外周面およびアウターレース３２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝３１Ａとアウターレースボール溝３２Ａとは、図３に示すように、軸３５および軸３６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに接触して転動するボール３３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合（軸３５および軸３６の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合）においても、ボール３３は、常に軸３５および軸３６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。

次に、等速ジョイント３の動作について説明する。図３および図４を参照して、等速ジョイント３においては、軸３５、３６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに嵌め込まれたボール３３を介して、軸３５、３６の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図５に示すように軸３５、３６が角度θをなした場合、ボール３３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａが形成されているため、ボール３３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、△ＯＡＰと△ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール３３の中心Ｐから軸３５、３６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸３５、３６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント３は、軸３５、３６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ３４は、軸３５、３６が回転した場合に、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａからボール３３が飛び出すことをインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａとともに防止すると同時に、等速ジョイント３のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。

ここで、機械部品であるインナーレース３１、アウターレース３２、ボール３３およびケージ３４のうち、特に、インナーレース３１、アウターレース３２およびボール３３には疲労強度や耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つは本発明の機械部品であることにより、等速ジョイント３の製造コストを低減しつつ、等速ジョイント３を長寿命化することができる。

次に、本発明の機械部品の製造方法の一実施の形態である実施の形態１における機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図６は、本発明の実施の形態１における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。

図６を参照して、まず、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば、０．８質量％以上の炭素を含有する棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、機械部品としての外輪１１、軌道輪２１、インナーレース３１などの機械部品の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。

次に、鋼製部材準備工程において準備された上述の鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度へ冷却することにより、鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程が実施される。この焼入硬化工程の詳細については後述する。

次に、焼入硬化工程が実施された鋼製部材に対して、Ａ_１点以下の温度に加熱することにより鋼製部材の靭性等を向上させる焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材がＡ_１点以下の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。

さらに、焼戻工程が実施された鋼製部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、焼戻工程が実施された鋼製部材の内輪転走面１２Ａ、軌道輪転走面２１Ａ、アウターレースボール溝３２Ａなどに対する研削加工が実施される。これにより、本発明の実施の形態１における機械部品は完成し、実施の形態１における機械部品の製造方法は完了する。

さらに、完成した機械部品が組合わされて機械要素が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本発明の機械部品である、たとえば外輪１１、内輪１２、玉１３と保持器１４とが組合わされて、深溝玉軸受１が組立てられる。これにより、本発明の機械部品を備えた機械要素が製造される。

次に、上述の焼入硬化工程の詳細について説明する。図７は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細を説明するための図である。また、図８は、図７の雰囲気制御工程に含まれる未分解ＮＨ_３分圧制御工程を説明するための図である。また、図９は、図７の雰囲気制御工程に含まれるＨ_２分圧制御工程を説明するための図である。また、図１０は、図７の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターン（被処理物に与えられる温度履歴）の一例を示す図である。図１０において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図１０において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。図７〜図１０を参照して、実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細について説明する。

図７を参照して、実施の形態１における機械部品の製造方法の焼入硬化工程においては、まず、被処理物としての鋼製部材が浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。その後、鋼製部材がＡ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。そして、浸炭窒化工程においては、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気である浸炭窒化雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する本発明の浸炭窒化方法が用いられて、浸炭窒化処理が実施される。

浸炭窒化工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程５０と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程６０とを備えている。この雰囲気制御工程５０と加熱パターン制御工程６０とは、独立に、かつ並行して実施することができる。そして、雰囲気制御工程５０は、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１と、熱処理炉内の水素分圧が制御されるＨ_２分圧制御工程５２と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３とを含んでいる。

そして、雰囲気制御工程５０においては、熱処理炉内の水素分圧が０．１気圧以上０．３気圧以下となり、式（１）で定義されるγが２．０以上６．０以下となるように、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３およびＨ_２分圧制御工程５２が実施される。

すなわち、たとえば、雰囲気制御工程５０は以下のように実施することができる。まず、被処理物の表層部における所望の炭素濃度を考慮して、雰囲気のカーボンポテンシャル（Ｃ_Ｐ）値と一対一の関係にあるａ_ｃ ^＊の目標値が決定される。そして、式（２）を参照して、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３では、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されて、雰囲気のａ_ｃ ^＊が目標値に調整される。当該調整は、たとえばエンリッチガスとしてのプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）などの炭化水素ガスの供給量を調節することにより、実施することができる。

具体的には、たとえば、赤外線ガス濃度測定装置を用いて雰囲気中の一酸化炭素の分圧Ｐ_ＣＯおよび二酸化炭素の分圧Ｐ_ＣＯ２が測定される。そして、当該測定値に基づいて、式（２）で定義されるａ_ｃ ^＊が目標の値となるように、エンリッチガスとしてのプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）などの供給量が調節される。

一方、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１では、未分解アンモニア分圧が制御されることにより、未分解アンモニア濃度が調節される。そして、式（１）を参照して、上述のように目標値に調整されたａ_ｃ ^＊との関係に基づいてγが２．０以上６．０以下に調整される。

より具体的には、図８を参照して、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１では、まず、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧を測定する未分解ＮＨ_３分圧測定工程（Ｓ１１）が実施される。未分解アンモニア分圧の測定は、たとえばガスクロマトグラフを用いて実施することができる。そして、工程（Ｓ１１）において測定された未分解アンモニア分圧に基づいて、熱処理炉へのアンモニアガスの供給量を増減させるＮＨ_３供給量調節工程（Ｓ１３）の実施の要否を判断する、未分解ＮＨ_３分圧判断工程（Ｓ１２）が実施される。当該判断は、γが２．０以上６．０以下の範囲になるように決定された目標の未分解アンモニア分圧と、測定された未分解アンモニア分圧とを比較し、測定された未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっているかどうかを判定することにより実施される。

ここで、上記未分解アンモニア分圧と目標の未分解アンモニア分圧との比較は、実際に分圧を比較するものだけでなく、未分解アンモニアの濃度など、分圧と等価な値を比較することにより結果的に分圧が比較されるものであればよい。

未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっていない場合には、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧を増減させるための工程（Ｓ１３）が実施された後、工程（Ｓ１１）が再度実施される。工程（Ｓ１３）は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結されたアンモニアガスのボンベから単位時間に熱処理炉に流入するアンモニアの量（アンモニアガスの流量）を、当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置を用いて調節することにより実施することができる。すなわち、測定された未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、工程（Ｓ１３）を実施することができる。この工程（Ｓ１３）において、測定された未分解アンモニア分圧と目標の未分解アンモニア分圧との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、予め実験的に決定したアンモニアガスの流量の増減と未分解アンモニア分圧の増減との関係に基づいて決定することができる。

一方、未分解アンモニア分圧が目標の未分解アンモニア分圧になっている場合には、工程（Ｓ１３）が実施されることなく、工程（Ｓ１１）が再度実施される。

さらに、Ｈ_２分圧制御工程５２では、熱処理炉内の水素分圧が制御されることにより、水素分圧が０．１気圧以上０．３気圧以下に調整される。

より具体的には、Ｈ_２分圧制御工程５２は、上述の未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１と同様に実施される。すなわち、図９を参照して、Ｈ_２分圧制御工程５２では、まず、熱処理炉内の水素分圧を測定するＨ_２分圧測定工程（Ｓ２１）が実施される。水素分圧の測定は、たとえば熱伝導ガス分析計を用いて実施することができる。そして、工程（Ｓ２１）において測定された水素分圧に基づいて、熱処理炉への水素ガスの供給量を増減させるＨ_２供給量調節工程（Ｓ２３）の実施の要否を判断する、水素分圧判断工程（Ｓ２２）が実施される。当該判断は、水素分圧が０．１気圧以上０．３気圧以下の範囲になるように決定された目標の水素分圧と、測定された水素分圧とを比較し、測定された水素分圧が目標の水素分圧になっているかどうかを判定することにより実施される。

水素分圧が目標の水素分圧になっていない場合には、熱処理炉内の水素分圧を増減させるための工程（Ｓ２３）が実施された後、工程（Ｓ２１）が再度実施される。工程（Ｓ２３）は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結された水素ガスのボンベから単位時間に熱処理炉に流入する水素の量（水素ガスの単位時間当りの供給量）を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された水素分圧が目標の水素分圧よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、工程（Ｓ２３）を実施することができる。この工程（Ｓ２３）において、測定された水素分圧と目標の水素分圧との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、アンモニアの場合と同様に、予め実験的に決定した水素ガスの流量の増減と水素分圧の増減との関係に基づいて決定することができる。

一方、水素分圧が目標の水素分圧になっている場合には、工程（Ｓ２３）が実施されることなく、工程（Ｓ２１）が再度実施される。

なお、熱処理炉内の雰囲気のベースガスが炭化水素等と酸素（空気）とを反応させて生成させたＲＸガス等であり、水素ガスが直接ボンベ等から供給されていない場合、水素ガスの流量を直接調節することは難しい。しかし、この場合でも、ＲＸガス等を生成するための変成炉に流入するプロパンなどの炭化水素の流量と酸素の流量との比率を変化させることにより、ＲＸガス等に含まれる水素の比率を変化させることができる。そのため、雰囲気のベースガスがＲＸガス等である場合であっても、熱処理炉内に流入する水素ガスの流量を調節することができる。

また、上記水素分圧と目標の水素分圧との比較は、実際に分圧を比較するものだけでなく、水素の濃度など、分圧と等価な値を比較することにより結果的に分圧が比較されるものであればよい。

さらに、γの値を所望の値とするためには、式（１）に示すように熱処理炉へのアンモニアの単位時間あたりの供給量（流量）を調節して未分解アンモニア濃度を制御してもよいが、エンリッチガスの流量を調節して一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御してもよい。

一方、図７を参照して、加熱パターン制御工程６０では、被処理物としての鋼製部材に付与される加熱履歴が制御される。具体的には、図１０に示すように、鋼製部材が上述の雰囲気制御工程５０によって制御された雰囲気中で、Ａ_１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、６０分間以上３００分間以下の時間、たとえば１５０分間保持される。当該保持時間が経過するとともに加熱パターン制御工程６０は終了し、同時に雰囲気制御工程５０も終了する。

その後、図７を参照して、鋼製部材が油中に浸漬（油冷）されることにより、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。以上の工程により、鋼製部材は表層部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される。これにより、実施の形態１の焼入硬化工程は完了する。

以上のように、実施の形態１の浸炭窒化方法によれば、水素分圧およびγの値が適正な範囲に制御された雰囲気中で、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物が加熱されて浸炭窒化が行なわれるため、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

さらに、実施の形態１の浸炭窒化方法によれば、未分解アンモニア分圧と、水素分圧と、一酸化炭素分圧および二酸化炭素分圧の少なくともいずれか一方とは、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧と、水素分圧と、一酸化炭素分圧および二酸化炭素分圧の少なくともいずれか一方との測定値に基づいて、アンモニア、水素およびエンリッチガスの供給量の増減が必要か否かが検討されて、目標の分圧になるように制御されている。そのため、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア分圧、水素分圧、およびａ_ｃ ^＊の値を精度良くコントロールすることが可能となっている。その結果、上述の雰囲気制御工程５０における熱処理炉内の水素分圧およびγ値の制御が容易となっている。

また、実施の形態１の機械部品の製造方法によれば、製造コストが低減されつつ、浸炭窒化処理が実施された機械部品を製造することができる。また、実施の形態１の機械部品は、製造コストが低減されつつ、浸炭窒化処理が実施された機械部品となっている。

ここで、実施の形態１の浸炭窒化方法においては、被処理物としての鋼製部材を構成する鋼の組成ごとに決定される、γの値、水素分圧および被処理物が浸炭窒化雰囲気中でＡ_１点以上の温度に保持されている時間である浸炭窒化時間と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係に基づき、浸炭窒化時間が決定されることが好ましい。

具体的には、実施の形態１の浸炭窒化方法においては、上述のようにγおよび水素分圧が適切な値に決まれば、浸炭窒化処理における窒素侵入速度が最大近くにまで向上し、所定時間内の窒素侵入量が決定される。そして、被処理物に侵入した窒素は、以下の式（４）に示すように、ガウスのエラー関数に従って拡散、分布すると考えることができる。したがって、被処理物の浸炭窒化後の加工工程、その後の使用状態等を考慮して窒素濃度を制御すべき深さを決定し、上述の関係に基づいて窒素濃度を制御すべき深さにおける窒素濃度が所望の濃度となるように、浸炭窒化時間を決定することができる。

ここで、拡散係数Ｄは、実験的に求めることが可能で、被処理物中の窒素濃度が拡散係数に及ぼす影響を考慮した拡散係数として、たとえば以下の式（５）に示す拡散係数Ｄを式（４）の計算に採用することができる。

Ｄ＝６．５×１０^−７ｅｘｐ（１４９×Ｎ）・・・・（５）
Ｎ：窒素濃度
上記γの値、水素分圧および浸炭窒化時間と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係は、被処理物を構成する鋼の組成により決定される。そのため、当該関係を予め決定しておくことにより、同一組成の被処理物に対しては、被処理物の形状等が変化した場合でも、当該関係に基づいて浸炭窒化時間を決定することができる。これにより、被処理物において重要な所望の深さの領域における窒素含有量を容易に制御することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品について説明する。実施の形態２における浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品と、上述の実施の形態１における浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品とは、基本的に同様の構成を有しており、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２においては、浸炭窒化方法に含まれる雰囲気制御工程５０が、以下のように実施される点において、実施の形態１とは異なっている。

すなわち、図７を参照して、雰囲気制御工程５０においては、式（３）で定義されるＥ_Ｎが７．５以上となるように、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３およびＨ_２分圧制御工程５２が実施される。

より具体的には、実施の形態１と同様に、ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３では、式（２）で定義されるａ_ｃ ^＊が目標の値となるように、エンリッチガスとしてのプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）などの炭化水素ガスの供給量が調節される。そして、実施の形態１と同様の手順で、式（３）で定義されるＥ_Ｎが７．５以上となるように決定された目標の未分解アンモニア濃度および水素分圧となるように、熱処理炉に供給されるアンモニアおよび水素の供給量が調節されて未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１およびＨ_２分圧制御工程５２が実施される。これにより、Ｅ_Ｎが７．５以上となるように、未分解アンモニア濃度および水素分圧が調節される。

ここで、Ｅ_Ｎの値は、式（１）〜（３）を参照して、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１、Ｈ_２分圧制御工程５２およびＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３により、それぞれ未分解アンモニア濃度、水素分圧およびａ_ｃ ^＊の少なくともいずれか１つを変化させることにより制御することができる。すなわち、Ｅ_Ｎの値は、たとえば未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１およびＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３により、未分解アンモニア濃度およびａ_ｃ ^＊を一定に保持した状態で、Ｈ_２分圧制御工程５２により水素分圧を変化させて制御してもよいし、Ｈ_２分圧制御工程５２およびＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程５３により、水素分圧およびａ_ｃ ^＊値を一定に保持した状態で、未分解ＮＨ_３分圧制御工程５１により未分解アンモニア濃度を変化させて制御してもよい。

なお、被処理物の形状や量と熱処理炉の特性との組み合わせによっては、アンモニアの流量の調節のみによりＥ_Ｎの値を７．５以上に制御することが困難な場合もある。このような場合、Ｈ_２分圧制御工程において水素の流量を調節することにより水素分圧を制御し、Ｅ_Ｎの値を７．５とすることが特に好ましい。

以上のように、実施の形態２の浸炭窒化方法によれば、Ｅ_Ｎの値が適正な範囲に制御された雰囲気中で、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物が加熱されて浸炭窒化が行なわれるため、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることができる。

さらに、実施の形態２の浸炭窒化方法によれば、未分解アンモニア分圧と、水素分圧と、一酸化炭素分圧および二酸化炭素分圧の少なくともいずれか一方とは、熱処理炉内の未分解アンモニア分圧と、水素分圧と、一酸化炭素分圧および二酸化炭素分圧の少なくともいずれか一方との測定値に基づいて、アンモニア、水素およびエンリッチガスの供給量の増減が必要か否かが検討されて、目標の分圧になるように制御されている。そのため、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア分圧、ａ_ｃ ^＊の値、および水素分圧を精度良くコントロールすることが可能となっている。その結果、上述の雰囲気制御工程における熱処理炉内のＥ_Ｎの値の制御が容易となっている。

ここで、実施の形態２の浸炭窒化方法においても、実施の形態１の浸炭窒化方法と同様に、被処理物としての鋼製部材を構成する鋼の組成ごとに決定される、γの値、水素分圧および被処理物が浸炭窒化雰囲気中でＡ_１点以上の温度に保持されている時間である浸炭窒化時間と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係に基づき、浸炭窒化時間が決定されることが好ましい。

なお、上記実施の形態においては、本発明の機械部品の一例として、深溝玉軸受、スラストニードルころ軸受、等速ジョイントを構成する機械部品について説明したが、本発明の機械部品はこれに限られず、表層部の疲労強度、耐摩耗性が要求される機械部品、たとえばハブ、ギア、シャフト等を構成する機械部品であってもよい。

また、被処理物の表層部とは、被処理物の表面付近の領域をいい、たとえば仕上げ加工等が実施され、被処理物が製品となった状態における表面からの距離が０．２ｍｍ以下の領域となるべき領域をいう。つまり、被処理物の表層部とは、被処理物が加工等されて製造される製品に対する要求特性に鑑み、被処理物が製品となった状態において、窒素濃度や炭素濃度を制御すべき領域であって、製品ごとに適宜決定することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。熱処理炉内におけるγおよび水素分圧と被処理物への窒素侵入量との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

実験に用いた熱処理炉の容量は１２０Ｌ（リットル）である。被処理物はＪＩＳ ＳＵＪ２（炭素含有量１質量％）製の外径φ３８ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、幅１０ｍｍのリングとし、熱処理炉内に１０１ｇ（グラム）挿入した。加熱パタ−ンは図１０と同様のパターンを採用して浸炭窒化の保持温度は８５０℃、浸炭窒化時間は９０００秒間、熱処理炉内に供給されるベースガス（エンリッチガスおよびアンモニアガス以外の雰囲気ガス）の流量は２０℃、１．０５気圧の下で１１.５Ｌ／分とした。そして、ａ_ｃ ^＊、未分解アンモニア量、雰囲気のベースガスの組成を変化させ、被処理物への窒素侵入量を測定した。なお、被処理物に侵入した窒素の量は、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定した。表１に、実施例１における実験条件を示す。

図１１は、浸炭窒化時間９０００秒、５水準の水素分圧（０．１５〜０．５気圧）におけるγ値と窒素侵入量との関係を示す図である。図１１において、横軸はγの値、縦軸は窒素侵入量である。そして、実線、点線、一点鎖線、二点鎖線および破線はそれぞれ、水素分圧が０．１５、０．２、０．３、０．４、０．５気圧の場合を示している。図１１を参照して、各水素分圧におけるγ値と窒素侵入量との関係について説明する。

図１１を参照して、全ての水素分圧の条件において、γ値と窒素侵入量との関係は上に凸な曲線となっており、γの値が小さいほど窒素侵入量が増加している。しかし、γの値が６．０以下になると、当該増加は小さくなり、５．０以下においてはほとんど増加していない。このことから、浸炭窒化処理において、熱処理炉内のγの値を６．０以下とすることで、窒素浸入速度を最大近くにまで向上させることが可能となるとともに、５．０以下とすることにより、窒素浸入速度をほぼ最大にすることができることが分かった。

一方、図１１を参照して、水素分圧が低いほど窒素侵入量が増加している。しかし、水素分圧が０．３気圧以下においては、当該増加は小さくなり、０．２気圧以下においてはほとんど増加していない。このことから、浸炭窒化処理において、熱処理炉内の水素分圧を０．３気圧以下とすることで、窒素浸入速度を最大近くにまで向上させることが可能となるとともに、０．２気圧以下とすることにより、窒素浸入速度をほぼ最大にすることができることが分かった。

以上の結果より、浸炭窒化処理において、熱処理炉内のγの値を６．０以下、好ましくは５．０以下とすること、および水素分圧を０．３気圧以下、好ましくは０．２気圧以下とすることにより、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能であることが確認された。

図１２は、浸炭窒化時間９０００秒におけるγ値および水素分圧と窒素侵入量との関係を示す図である。図１２において、底面の２つの軸は、それぞれγ値および水素分圧であり、縦軸（Ｚ軸）は窒素侵入量である。そして、図中の曲面は、本実験の結果から求められたγ値および水素分圧と窒素侵入量との関係を示している。また、図中の点は本実験の測定点であり、下向きの線分が連結されているものは前述の曲面よりも窒素侵入量が大きかったもの、上向きの線分が連結されているものは前述の曲面よりも窒素侵入量が小さかったものを示している。図１２を参照して、γ値および水素分圧と窒素侵入量との関係について説明する。

図１２を参照して、図中の曲面は、本実験の結果から求められたγ値および水素分圧と窒素侵入量との関係を示す曲面であって、窒素侵入量をＥ_Ｎとして、式（３）で表される。そして、図１２より、当該曲面は、水素分圧およびγが小さくなるほど、窒素侵入量（Ｅ_Ｎ）が増加することを示している。しかし、水素分圧およびγが小さくなり、Ｅ_Ｎが７．５以上の領域では、当該曲面がＺ軸に対して垂直に近くなっている。さらに、Ｅ_Ｎ値が８．０以上の領域では、当該曲面がＺ軸に対してほぼ垂直となっている。これは、熱処理炉内の雰囲気のＥ_Ｎが７．５以上となるように調整されることで、窒素浸入速度を最大近くにまで向上させることが可能となるとともに、８．０以上とすることにより、窒素浸入速度をほぼ最大にすることができることを示している。

以上の結果より、浸炭窒化処理において、熱処理炉内のＥ_Ｎの値を７．５以上、好ましくは８．０以上とすることにより、窒素侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能であることが確認された。

さらに、種々の組成の鋼からなる被処理物に対する上述と同様の実験の結果より、上述の窒素の侵入挙動は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に顕著に表れることが分かった。したがって、上述の窒素の侵入挙動を利用した本発明の浸炭窒化方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に有効に適用することができる。ここで、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼、すなわち共析鋼および過共析鋼としては、たとえば軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２およびこれに相当するＳＡＥ５２１００、ＤＩＮ規格１００Ｃｒ６の他、ＪＩＳ ＳＵＪ３、ばね鋼であるＪＩＳ ＳＵＰ３、ＳＵＰ４、工具鋼であるＪＩＳ ＳＫ２、ＳＫ３などが挙げられる。

以下、本発明の実施例２について説明する。浸炭窒化処理において、熱処理炉内に導入されるベースガスがプロパンガスと空気とを混合して反応させることにより変成させた変成ガスである場合における、水素分圧の調整の可否を確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

プロパンガスと空気とを種々の流量でベースガス変成炉に流入させ、１０５０℃で両者を反応させることにより、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を発生させて変成ガスを生成させた。そして、生成した変成ガスにおける一酸化炭素、二酸化炭素および水素の分圧を調査した。実験の条件および結果を表２に示す。

表２を参照して、「通常条件」の実験条件は、一般的な変成ガスとしてのＲＸガスの生成条件である。このとき、変成ガス中の水素の分圧は０．２８４６気圧となっている。これに対し、空気の流量とプロパンの流量との比を変更した「条件１」〜「条件３」では、水素の分圧は０．１０９１〜０．３７８９気圧の範囲となっている。このことから、本発明の浸炭窒化方法において、水素分圧を調節することにより、Ｅ_Ｎ値を制御することは十分可能であることが分かる。また、水素分圧は、プロパンの流量を空気の流量に対して低減することにより、容易に０．１０９１気圧まで低下させることが可能であることが分かった。そして、このときの二酸化炭素分圧の上昇は０．０２４２気圧程度までである。したがって、ａ_ｃ ^＊は、エンリッチガスの導入量の調整により所望の値に十分調節可能である。以上より、本発明の浸炭窒化方法において、雰囲気中の水素分圧を０．１気圧程度まで低下させて窒素浸入速度を上昇させるとともに、十分なａ_ｃ ^＊を確保して、被処理物に十分な量の炭素を導入できることが分かった。

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。

本発明の浸炭窒化方法および機械部品の製造方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法、および０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化する工程を含む機械部品の製造方法に特に有利に適用され得る。また、本発明の機械部品は、疲労強度および耐摩耗性が要求される機械部品に特に有利に適用され得る。

実施の形態１における機械部品を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１における第１の変形例である機械部品を備えた転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１における第２の変形例である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略断面図である。 図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。 図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。 実施の形態１における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。 実施の形態１における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細を説明するための図である。 図７の雰囲気制御工程に含まれる未分解ＮＨ_３分圧制御工程を説明するための図である。 図７の雰囲気制御工程に含まれるＨ_２分圧制御工程を説明するための図である。 図７の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターンの一例を示す図である。 浸炭窒化時間９０００秒、５水準の水素分圧におけるγ値と窒素侵入量との関係を示す図である。 浸炭窒化時間９０００秒におけるγ値および水素分圧と窒素侵入量との関係を示す図である。

符号の説明

１ 深溝玉軸受、２ スラストニードルころ軸受、３ 等速ジョイント、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１２ 内輪、１２Ａ 内輪転走面、１３ 玉、１４，２４ 保持器、２１ 軌道輪、２１Ａ 軌道輪転走面、２３ ニードルころ、３１ インナーレース、３１Ａ インナーレースボール溝、３２ アウターレース、３２Ａ アウターレースボール溝、３３ ボール、３４ ケージ、３５，３６ 軸、５０ 雰囲気制御工程、５１ 未分解ＮＨ_３分圧制御工程、５２ Ｈ_２分圧制御工程、５３ ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程、６０ 加熱パターン制御工程。

Claims (5)

1. ０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する浸炭窒化方法であって、
   熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、
   前記熱処理炉内において前記被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備え、
   前記雰囲気制御工程は、
   前記熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解ＮＨ_３分圧制御工程と、
   前記熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程と、
   前記熱処理炉内の水素分圧が制御されるＨ_２分圧制御工程とを含み、
   前記雰囲気制御工程においては、前記熱処理炉内の水素分圧が０．１気圧以上０．３気圧以下となり、以下の式（１）で定義されるγが２．０以上６．０以下となるように、前記未分解ＮＨ_３分圧制御工程、前記ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程および前記Ｈ_２分圧制御工程が実施される、浸炭窒化方法。
   
2. ０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を含む雰囲気中で加熱することにより浸炭窒化する浸炭窒化方法であって、
   熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、
   前記熱処理炉内において前記被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備え、
   前記雰囲気制御工程は、
   前記熱処理炉内の未分解アンモニア分圧が制御される未分解ＮＨ_３分圧制御工程と、
   前記熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されるＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程と、
   前記熱処理炉内の水素分圧が制御されるＨ_２分圧制御工程とを含み、
   前記雰囲気制御工程においては、以下の式（３）で定義されるＥ_Ｎが７．５以上となるように、前記未分解ＮＨ_３分圧制御工程、前記ＣＯ／ＣＯ_２分圧制御工程および前記Ｈ_２分圧制御工程が実施される、浸炭窒化方法。
   
3. ０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、
   前記鋼製部材準備工程において準備された前記鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、Ａ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度へ冷却することにより、前記鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程とを備え、
   前記焼入硬化工程における前記浸炭窒化処理は、請求項１または２に記載の浸炭窒化方法を用いて実施される、機械部品の製造方法。
4. 請求項３に記載の機械部品の製造方法により製造された、機械部品。
5. 軸受を構成する部品として用いられる、請求項４に記載の機械部品。