JP2011117487A - 軌道輪および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】焼入硬化層が転走面に沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪および当該軌道輪を備えた転がり軸受を提供する。
【解決手段】１０００ｍｍ以上の内径を有する複列円すいころ軸受１の外輪１１および内輪１２は、ころ１３が転走すべき面である転走面１１Ａ，１２Ａを含むように転走面１１Ａ，１２Ａに沿って全周にわたって形成された転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと、他の部材に嵌め合う嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂを含むように嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂに沿って形成された嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄと、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄとの間に形成された非硬化領域１１Ｅ，１２Ｅとを備えている。そして、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄの厚みは転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃの厚みよりも小さくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は軌道輪および転がり軸受に関し、より特定的には、１０００ｍｍ以上の内径を有する大型の転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた転がり軸受に関するものである。

大型の転がり軸受の軌道輪においては、焼入硬化層が転走面に沿って形成される場合がある。このような構造を採用することにより、軌道輪全体を焼入硬化する場合に比べて、熱処理に必要な時間および費用を低減することができる。また、軌道輪の表面である転走面付近のみを焼入硬化することにより、転走面に圧縮応力を残留させ、軌道輪の耐久性を向上させることもできる。一方、このような焼入硬化層を形成する方法としては、高周波焼入処理が挙げられる。大型の軌道輪に対する高周波焼入処理については、従来から様々な検討がなされている（たとえば、特許文献１および２参照）。

特開平６−１７８２３号公報 特開平６−２００３２６号公報

しかしながら、単に焼入硬化層を転走面に沿って形成するのみでは、軌道輪に十分な耐久性を付与できないという問題があった。そこで、本発明の目的は、焼入硬化層が転走面に沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪および当該軌道輪を備えた転がり軸受を提供することである。

本発明に従った軌道輪は、１０００ｍｍ以上の内径を有する転がり軸受の軌道輪である。この軌道輪は、転動体が転走すべき面である転走面を含むように転走面に沿って全周にわたって形成された転走面焼入層と、他の部材に嵌め合う嵌め合い面を含むように嵌め合い面に沿って形成された嵌め合い面焼入層と、転走面焼入層と嵌め合い面焼入層との間に形成された非硬化領域とを備えている。そして、嵌め合い面焼入層の厚みは転走面焼入層の厚みよりも小さくなっている。

本発明の軌道輪においては、転走面焼入層が転走面を含むように転走面に沿って全周にわたって形成されている。これにより、転走面に十分な硬度が付与され、転動体の転走に伴う疲労に対して十分な耐久性を確保することができる。また、本発明の軌道輪においては、嵌め合い面焼入層が嵌め合い面を含むように嵌め合い面に沿って形成されている。これにより、嵌め合い面に十分な硬度が付与され、軌道輪と、軌道輪と嵌め合う他の部材との間に十分なしめしろを確保できるため、たとえばクリープなどによる軌道輪の損傷を抑制することができる。

さらに、本発明の軌道輪においては、転走面焼入層と嵌め合い面焼入層との間に非硬化領域が形成されている。ここで、鋼が焼入硬化されると鋼の組織はマルテンサイトに変態する。そして、このマルテンサイトへの変態は、体積の膨張を伴う。一方、本発明の軌道輪はマルテンサイトに変態しない、すなわち焼入層の形成に際して体積が膨張しない非硬化領域を備えている。そのため、焼入層の形成に際して体積が膨張する転走面焼入層には、圧縮応力が残留する。この圧縮応力は転走面およびその近傍における亀裂の発生や進展を抑制するため、軌道輪の転動疲労に対する耐久性が向上する。さらに、本発明者による検討の結果、嵌め合い面焼入層の厚みを転走面焼入層の厚みよりも小さくすることにより、軌道輪の転動疲労に対する耐久性が向上することが分かった。これは、２つの焼入層の厚みにこのような関係を確保することにより、嵌め合い面焼入層の体積膨張の影響により転走面焼入層における残留圧縮応力が低下することを抑制できるためであると考えられる。そして、この知見に従い、本発明の軌道輪においては、嵌め合い面焼入層の厚みは転走面焼入層の厚みよりも小さくなっている。

以上のように、本発明の軌道輪によれば、焼入硬化層が転走面に沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪を提供することができる。

上記軌道輪においては、上記転走面焼入層および嵌め合い面焼入層は高周波焼入により形成されていてもよい。

高周波焼入は、軌道輪に非硬化領域を残存させつつ、転走面焼入層と嵌め合い面焼入層とを形成する方法として好適である。

上記軌道輪においては、転走面の周方向における残留応力値の最大値と最小値との差の絶対値は、平均値の絶対値の２０％以下である。

本発明者による検討によれば、転走面の周方向における残留応力値の最大値と最小値との差の絶対値が平均値の絶対値の２０％を超える場合、ひずみや焼割れの発生が懸念される。具体的には、焼入硬化層を大型の軸受の軌道輪の転走面に全周にわたって形成する方法として、たとえば上記特許文献２に記載されているように、２つのコイルが互いに隣接するように配置された状態で焼入を開始し、再度衝合する位置で焼入を終了する方法を採用することができる。しかし、このような方法で転走面焼入層が形成された場合、最後に焼入される領域に焼入硬化に伴う残留応力が集中し、上記構成を満たすことができない。これに対し、転走面の周方向における残留応力値の最大値と最小値との差の絶対値を平均値の絶対値の２０％以下とすることにより、ひずみや焼割れの発生を十分に抑制することができる。なお、このような残留応力値の状態は、たとえば転走面を含む領域を全周にわたってＡ_１点以上の温度に加熱した状態で、当該領域全体をＭ_Ｓ点以下の温度に同時に冷却するプロセスにより達成することができる。また、残留応力の測定は、たとえばＸ線応力測定装置により実施することができる。

なお、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。

上記軌道輪は、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されていてもよい。

また、上記軌道輪は、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンと、０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されていてもよい。

このような成分組成の鋼を素材として採用することにより、焼入硬化により十分に高い硬度を実現できるとともに、高い焼入性を確保しつつ焼割れを抑制することができる。

ここで、軌道輪を構成する鋼が上記成分範囲を有していることが好ましい理由について説明する。

炭素：０．４３質量％以上０．６５％質量％以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軌道輪の転走面の硬度に大きな影響を与える。軌道輪を構成する鋼の炭素含有量が０．４３質量％未満では、焼入硬化後における転走面に十分な硬度を付与することが困難となるおそれがある。一方、炭素含有量が０．６５質量％を超えると、焼入硬化の際の割れの発生（焼割れ）が懸念される。そのため、炭素含有量は０．４３質量％以上０．６５％質量％以下とすることが好ましい。

珪素：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
珪素は、鋼の焼戻軟化抵抗の向上に寄与する。軌道輪を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満では、焼戻軟化抵抗が不十分となり、焼入硬化後の焼戻や、軌道輪の使用中における温度上昇により転走面の硬度が大幅に低下する可能性がある。一方、珪素含有量が０．３５質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、素材を軌道輪に成形する際の冷間加工における加工性が低下するおそれがある。そのため、珪素含有量は０．１５質量％以上０．３５質量％以下とすることが好ましい。

マンガン：０．６０質量％以上１．１０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に寄与する。マンガン含有量が０．６０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、マンガン含有量が１．１０質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間加工における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は０．６０質量％以上１．１０質量％以下とすることが好ましい。

クロム：０．３０質量％以上１．２０質量％以下
クロムは、鋼の焼入性の向上に寄与する。クロム含有量が０．３０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、クロム含有量が１．２０質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、クロム含有量は０．３０質量％以上１．２０質量％以下とすることが好ましい。

モリブデン：０．１５質量％以上０．７５質量％以下
モリブデンも、鋼の焼入性の向上に寄与する。モリブデン含有量が０．１５質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、モリブデン含有量が０．７５質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、モリブデン含有量は０．１５質量％以上０．７５質量％以下とすることが好ましい。

ニッケル：０．３５質量％以上０．７５質量％以下
ニッケルも、鋼の焼入性の向上に寄与する。ニッケルは、軌道輪の外形が大きい場合など、軌道輪を構成する鋼に特に高い焼入性が求められる場合に添加することができる。ニッケル含有量が０．３５質量％未満では、焼入性向上の効果が十分に得られない。一方、ニッケル含有量が０．７５質量％を超えると、焼入後における残留オーステナイト量が多くなり、硬さの低下、寸法安定性の低下などの原因となるおそれがある。そのため、ニッケルは軌道輪を構成する鋼に０．３５質量％以上０．７５質量％以下の範囲で添加されることが好ましい。

本発明に従った転がり軸受は、内輪と、内輪の外周側を取り囲むように配置された外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体とを備えている。そして、内輪および外輪の少なくともいずれか一方は上記本発明の軌道輪である。

本発明の転がり軸受によれば、上記本発明の軌道輪を備えていることにより、耐久性に優れた大型の転がり軸受を提供することができる。

上記転がり軸受は、風力発電装置において、内輪にはブレードに接続された主軸が貫通して固定され、外輪はハウジングに対して固定されることにより、主軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受（風力発電装置用転がり軸受）として用いることができる。上記耐久性に優れた大型の転がり軸受である本発明の転がり軸受は、風力発電装置用転がり軸受として好適である。

以上の説明から明らかなように、本発明の軌道輪および転がり軸受によれば、焼入硬化層が転走面に沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪および当該軌道輪を備えた転がり軸受を提供することができる。

複列円すいころ軸受の構造を示す概略断面図である。 図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。 軌道輪および転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。 転走面焼入硬化工程を説明するための概略図である。 図４の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を示す概略断面図である。 嵌め合い面焼入硬化工程を説明するための概略図である。 風力発電装置用転がり軸受を備えた風力発電装置の構成を示す概略図である。 図７における主軸用軸受の周辺を拡大して示す概略断面図である。

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）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１を参照して、実施の形態１における転がり軸受である複列円すいころ軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の２つの内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置された複数の円すいころ１３とを備えている。外輪１１の内周面には２列の外輪転走面１１Ａが形成されており、２つの内輪１２のそれぞれの外周面には１列の内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、一方の内輪１２の内輪転走面１２Ａが一方の外輪転走面１１Ａに対向し、他方の内輪１２の内輪転走面１２Ａが他方の外輪転走面１１Ａに対向するように、１つの外輪１１と２つの内輪１２とは配置されている。さらに、複数の円すいころ１３は、外輪転走面１１Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面１１Ａと内輪転走面１２Ａとに接触し、保持器１４によって保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより、２列の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、複列円すいころ軸受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。

さらに、図１および図２を参照して、外輪１１および内輪１２は、１０００ｍｍ以上の内径を有している。この外輪１１および内輪１２は、転動体であるころ１３が転走すべき面である転走面１１Ａ，１２Ａを含むように転走面１１Ａ，１２Ａに沿って全周にわたって形成された転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと、ハウジングや軸などの他の部材に嵌め合う嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂを含むように嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂに沿って形成された嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄと、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄとの間に形成された非硬化領域１１Ｅ，１２Ｅとを備えている。そして、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄの厚みは転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃの厚みよりも小さくなっている。

本実施の形態における外輪１１および内輪１２には、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃが転走面１１Ａ，１２Ａを含むように転走面１１Ａ，１２Ａに沿って全周にわたって形成されているため、転走面１１Ａ，１２Ａに十分な硬度が付与され、ころ１３の転走に伴う転動疲労に対して十分な耐久性が確保されている。また、外輪１１および内輪１２においては、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄが嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂを含むように嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂに沿って形成されている。その結果、嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂに十分な硬度が付与され、外輪１１および内輪１２とハウジングや軸などの部材との間に十分なしめしろを確保できるため、たとえばクリープなどによる外輪１１および内輪１２の損傷を抑制することができる。

さらに、外輪１１および内輪１２においては、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄとの間に非硬化領域１１Ｅ，１２Ｅが形成されるとともに、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄの厚みが転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃの厚みよりも小さくなっている。これにより、外輪１１および内輪１２の転動疲労に対する耐久性が一層向上している。このように、本実施の形態における外輪１１および内輪１２は、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃが転走面１１Ａ，１２Ａに沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪となっている。また、上記外輪１１および内輪１２を備えた複列円すいころ軸受１は、耐久性に優れた大型の転がり軸受となっている。

なお、上記転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃおよび嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄは、後述するように、高周波焼入により形成することができる。また、転走面１１Ａ，１２Ａの周方向における残留応力値の最大値と最小値との差の絶対値は、平均値の絶対値の２０％以下であることが好ましい。これにより、ひずみや焼割れの発生を十分に抑制することができる。このような残留応力の状態も、後述する本実施の形態における軌道輪の製造方法を採用することにより達成することができる。

また、上記外輪１１および内輪１２は、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されることが好ましい。このような成分組成の鋼からなることにより、焼入硬化により十分に高い硬度を実現できるとともに、高い焼入性を確保しつつ焼割れを抑制することができる。ここで、外輪１１や内輪１２が特に大きく、素材である鋼により高い焼入性が求められる場合、上記合金成分に加えて０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルを添加してもよい。上記成分組成を満足する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＰ１３、ＳＣＭ４４５、ＳＡＥ規格８６６０Ｈなどが挙げられる。

次に、上記外輪１１および内輪１２、ならびに複列円すいころ軸受１の製造方法の一例について説明する。ここでは、外輪１１および内輪１２のうち内輪１２の製造方法について主に説明するが、外輪１１についても同様に製造することができる。

図３を参照して、本実施の形態におけ転がり軸受の製造方法のうち内輪の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＰ１３、ＳＣＭ４４５、ＳＡＥ規格８６６０Ｈなどからなる鋼材が準備され、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、所望の内輪の形状に応じた形状を有する成形体が作製される。より具体的には、１０００ｍｍ以上の内径を有する内輪の形状に応じた成形体が作製される。

次に、工程（Ｓ２０）として、焼ならし工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製された成形体がＡ_１変態点以上の温度に加熱された後、Ａ_１変態点未満の温度に冷却されることにより焼ならし処理が実施される。このとき、焼ならし処理の冷却時における冷却速度は、成形体を構成する鋼がマルテンサイトに変態しない冷却速度、すなわち臨界冷却速度未満の冷却速度であればよい。そして、焼ならし処理後の成形体の硬度は、この冷却速度が大きくなると高く、冷却速度が小さくなると低くなる。そのため、当該冷却速度を調整することにより、所望の硬度を成形体に付与することができる。この硬度は、内輪１２の非硬化領域１２Ｅの硬度に対応する。

次に、図１を参照して、転走面焼入硬化工程が実施される。この転走面焼入硬化工程は、工程（Ｓ３０）として実施される誘導加熱工程と、工程（Ｓ４０）として実施される冷却工程とを含んでいる。工程（Ｓ３０）では、図４および図５を参照して、誘導加熱部材としてのコイル２１が、成形体１２において転動体（ころ）が転走すべき面である転走面１２Ａの一部に面するように配置される。次に、成形体１２が中心軸周り、具体的には矢印αの向きに回転されるとともに、コイル２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１２の転走面１２Ａを含む表層領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１２Ａに沿った円環状の加熱領域１２Ｃが形成される。このとき、転走面１２Ａの表面の温度は、放射温度計などの温度計２２により測定され、管理される。

次に、工程（Ｓ４０）においては、工程（Ｓ３０）において形成された加熱領域１２Ｃを含む成形体１２全体に対して、たとえば冷却液としての水が噴射されることにより、加熱領域１２Ｃ全体がＭ_Ｓ点以下の温度に同時に冷却される。これにより、加熱領域１２Ｃがマルテンサイトに変態し、硬化することにより転走面焼入層１２Ｃとなる。以上の手順により、高周波焼入が実施され、転走面焼入硬化工程が完了する。また、上述のように転走面１２Ａを含む領域を全周にわたってＡ_１点以上の温度に加熱した状態で、当該領域全体をＭ_Ｓ点以下の温度に同時に冷却するプロセスが採用されることにより、転走面１２Ａの周方向に沿った方向における残留応力のばらつきを低減し、一部の領域に残留応力が集中することを抑制することができる。

次に、工程（Ｓ５０）として嵌め合い面焼入硬化工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、成形体１２において嵌め合い面１２Ｂを含む領域が焼入硬化される。具体的には、図６を参照して、まず誘導加熱部材であるコイル２３と、コイル２３に隣接して配置される冷却部材としての冷却液噴射部２４とを備えた移動焼入装置２５が、嵌め合い面１２Ｂの一部に面するように配置される。次に、移動焼入装置２５が嵌め合い面１２Ｂに沿って周方向（矢印βの方向）に移動する。このとき、コイル２３に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１２の嵌め合い面１２Ｂのうちコイル２３に対向する領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱される。一方、冷却液噴射部２４からは、成形体１２の嵌め合い面１２Ｂに向けて冷却液が噴射される。その結果、嵌め合い面１２Ｂのうちコイル２３によりＡ_１点以上の温度に誘導加熱された領域は、冷却液噴射部２４から噴射される冷却液によりＭ_Ｓ点以下の温度に冷却され、焼入硬化される。そして、このような焼入硬化処理が移動焼入装置２５の移動に伴って順次実施されることにより、図２に示すような嵌め合い面焼入層１２Ｄが形成される。

ここで、工程（Ｓ５０）においては、嵌め合い面１２Ｂが加熱された直後に冷却される上述のような移動焼入が採用されることにより、コイル２３による加熱に伴って先の工程（Ｓ３０）および（Ｓ４０）において形成された転走面焼入層１２Ｃの硬度が大幅に低下することが回避される。また、工程（Ｓ５０）においては、転走面焼入層１２Ｃに比べて厚みが小さくなるように嵌め合い面焼入層１２Ｄが形成される。ここで、焼入層の厚み、すなわち誘導加熱により加熱される領域の厚みは、コイルに供給される電流の周波数、電源の出力などを調節することにより調整することができる。また、工程（Ｓ３０）〜（Ｓ５０）において焼入硬化されなかった領域が、非硬化領域１２Ｅとなる。

次に、工程（Ｓ６０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ３０）〜（Ｓ５０）において部分的に焼入硬化された成形体１２が、たとえば炉内に装入され、Ａ_１点以下の温度に加熱されて所定の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。

次に、工程（Ｓ７０）として仕上工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、たとえば転走面１２Ａに対して研磨加工などの仕上げ加工が実施される。以上のプロセスにより、内輪１２が完成し、本実施の形態における内輪の製造は完了する。その結果、図１および図２を参照して、１０００ｍｍ以上の内径を有し、高周波焼入によって転走面焼入層１２Ｃが転走面１２Ａに沿って全周にわたって均質に形成された内輪１２が完成する。

さらに、工程（Ｓ８０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、上述のように作製された内輪１２と、上記内輪１２と同様に作製された外輪１１とが、別途準備されたころ１３、保持器１４などと組み合わされることにより、複列円すいころ軸受１が組み立てられる。以上の手順により、本実施の形態における転がり軸受の製造方法は完了する。

なお、上記工程（Ｓ２０）は、本発明の軌道輪の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより、製造される軌道輪の非硬化領域（焼入硬化層以外の領域）の硬度を調整することができる。非硬化領域の硬度の調整は、工程（Ｓ２０）に代えて焼入処理および焼戻処理を実施することにより達成することも可能である。しかし、上述のように炭素含有量が比較的高く、かつ焼入性の高いＪＩＳ規格ＳＵＰ１３、ＳＣＭ４４５、ＳＡＥ規格８６６０Ｈなどの鋼が素材として採用される場合、焼割れが発生しやすい。そのため、非硬化領域の硬度調整には、工程（Ｓ２０）として焼ならし処理を実施することが好ましい。

さらに、上記工程（Ｓ３０）では、成形体１２は少なくとも１回転すればよいが、周方向における温度のばらつきを抑制し、より均質な焼入硬化を実現するためには、複数回回転することが好ましい。すなわち、誘導加熱部材としてのコイル２１は、成形体１２の転走面１２Ａの周方向に沿って相対的に２周以上回転することが好ましい。

また、工程（Ｓ３０）では、転走面１２Ａの周方向に沿って複数のコイル２１が配置されることが好ましい。これにより、周方向における温度のばらつきを抑制し、一層均質な焼入硬化を実現可能することができる。このとき、複数のコイル２１は、転走面１２Ａの周方向において等間隔に配置されることが好ましい。

さらに、工程（Ｓ３０）では、加熱領域である転走面１２Ａの複数箇所の温度が測定されることが好ましい。これにより、周方向において一層均質な焼入硬化を実現可能することができる。

また、上記実施の形態１においては、工程（Ｓ３０）において、コイル２１を固定し、成形体１２を回転させる場合について説明したが、成形体１２を固定し、コイル２１を成形体１２の周方向に回転させてもよいし、コイル２１および成形体１２の両方を回転させることにより、コイル２１を成形体１２の周方向に沿って相対的に回転させてもよい。ただし、コイル２１には、コイル２１に電流を供給する配線などが必要であるため、上述のようにコイル２１を固定することが合理的である場合が多い。

さらに、工程（Ｓ３０）においては、成形体１２の周方向における誘導加熱部材としてのコイル２１の長さは、効率よく均質な加熱を実現するように適切に決定することができるが、たとえば加熱すべき領域の長さの１／１２程度、すなわち成形体（内輪）１２の中心軸に対する中心角が３０°となる程度の長さとすることができる。

また、工程（Ｓ３０）において、周方向における温度のばらつきを抑制するためには、誘導加熱完了後、工程（Ｓ４０）におけるＭ_Ｓ点以下の温度への冷却前に、成形体１２を加熱が停止された状態に保持する工程を設けることが好ましい。

（実施の形態２）
次に、本発明の転がり軸受が風力発電装置用軸受（風力発電装置用転がり軸受）として用いられる実施の形態２について説明する。

図７を参照して、風力発電装置５０は、旋回翼であるブレード５２と、ブレード５２の中心軸を含むように、一端においてブレード５２に接続された主軸５１と、主軸５１の他端に接続された増速機５４とを備えている。さらに、増速機５４は、出力軸５５を含んでおり、出力軸５５は、発電機５６に接続されている。主軸５１は、風力発電装置用転がり軸受である主軸用軸受３により、軸まわりに回転自在に支持されている。また、主軸用軸受３は、主軸５１の軸方向に複数個（図７では２個）並べて配置されており、それぞれハウジング５３により保持されている。主軸用軸受３、ハウジング５３、増速機５４および発電機５６は、機械室であるナセル５９の内部に格納されている。そして、主軸５１は一端においてナセル５９から突出し、ブレード５２に接続されている。

次に、風力発電装置５０の動作について説明する。図７を参照して、風力を受けてブレード５２が周方向に回転すると、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３によりハウジング５３に対して支持されつつ、軸まわりに回転する。主軸５１の回転は、増速機５４に伝達されて増速され、出力軸５５の軸まわりの回転に変換される。そして、出力軸５５の回転は、発電機５６に伝達され、電磁誘導作用により起電力が発生して発電が達成される。

次に、風力発電装置５０の主軸５１の支持構造について説明する。図８を参照して、風力発電装置用転がり軸受としての主軸用軸受３は、風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の外輪３１と、外輪３１の内周側に配置された風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の内輪３２と、外輪３１と内輪３２との間に配置され、円環状の保持器３４に保持された複数のころ３３とを備えている。外輪３１の内周面には外輪転走面３１Ａが形成されており、内輪３２の外周面には内輪転走面３２Ａが形成されている。そして、内輪転走面３２Ａが、外輪転走面３１Ａに対向するように、外輪３１と内輪３２とは配置されている。さらに、複数のころ３３は、２つの内輪転走面３２Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面３１Ａと内輪転走面３２Ａとに、ころ接触面３３Ａにおいて接触し、かつ保持器３４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより複列（２列）の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、外輪３１には、外輪３１を径方向に貫通する貫通孔３１Ｅが形成されている。この貫通孔３１Ｅを通して、外輪３１と内輪３２との間の空間に潤滑剤を供給することができる。以上の構成により、主軸用軸受３の外輪３１および内輪３２は、互いに相対的に回転可能となっている。

一方、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３の内輪３２を貫通するとともに、外周面５１Ａにおいて内輪の内周面である嵌め合い面３２Ｆに接触し、内輪３２に対して嵌め込まれて固定されている。また、主軸用軸受３の外輪３１は、ハウジング５３に形成された貫通孔の内壁５３Ａに外周面である嵌め合い面３１Ｆにおいて接触するように嵌め込まれ、ハウジング５３に対して固定されている。以上の構成により、ブレード５２に接続された主軸５１は、内輪３２と一体に、外輪３１およびハウジング５３に対して軸まわりに回転可能となっている。

さらに、内輪転走面３２Ａの幅方向両端には、外輪３１に向けて突出する鍔部３２Ｅが形成されている。これにより、ブレード５２が風を受けることにより発生する主軸５１の軸方向（アキシャル方向）の荷重が支持される。また、外輪転走面３１Ａは、球面形状を有している。そのため、外輪３１と内輪３２とは、ころ３３の転走方向に垂直な断面において、当該球面の中心を中心として互いに角度をなすことができる。すなわち、主軸用軸受３は、複列自動調心ころ軸受である。その結果、ブレード５２が風を受けることにより主軸５１が撓んだ場合であっても、ハウジング５３は、主軸用軸受３を介して主軸５１を安定して回転自在に保持することができる。

そして、実施の形態２における風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての外輪３１および内輪３２は、上述の実施の形態１における外輪１１および内輪１２と同様の構造を有している。すなわち、外輪３１および内輪３２は、外輪１１および内輪１２と同様に、１０００ｍｍ以上の内径を有している。また、外輪３１および内輪３２は、転走面３１Ａ，３２Ａを含むように転走面３１Ａ，３２Ａに沿って全周にわたって形成された転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇと、他の部材であるハウジング５３に嵌め合う嵌め合い面３１Ｆ、あるいは他の部材である主軸５１に嵌め合う嵌め合い面３２Ｆを含むように嵌め合い面３１Ｆ，３２Ｆに沿って形成された嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈと、転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇと嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈとの間に形成された非硬化領域３１Ｉ，３２Ｉとを備えている。そして、嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈの厚みは転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇの厚みよりも小さくなっている。その結果、上記外輪３１および内輪３２は、転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇが転走面３１Ａ，３２Ａに沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪となっている。また、上記外輪３１および内輪３２を備えた主軸用軸受３（自動調心ころ軸受）は、耐久性に優れた大型の転がり軸受となっている。

なお、本発明の軌道輪および転がり軸受は、大型の転がり軸受の軌道輪および当該軌道輪を備えた転がり軸受に好適である。上記実施の形態２においては、大型の転がり軸受の一例として風力発電装置用軸受について説明したが、他の大型の転がり軸受への適用も可能である。具体的には、たとえばＣＴスキャナのＸ線照射部が設置された回転架台を、当該回転架台に対向するように配置される固定架台に対して回転自在に支持するＣＴスキャナ用転がり軸受に、本発明の軌道輪および転がり軸受を好適に適用することができる。また、本発明の軌道輪および転がり軸受は、たとえば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト玉軸受など、任意の形態の軌道輪および転がり軸受に適用可能である。また、上記実施の形態においては、内輪および外輪の両方が本発明の軌道輪である場合について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、内輪および外輪の一方が本発明の軌道輪であってもよい。

今回開示された実施の形態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。

本発明の軌道輪および転がり軸受は、１０００ｍｍ以上の内径を有する大型の転がり軸受の軌道輪、および当該軌道輪を備えた転がり軸受に、特に有利に適用され得る。

１ 複列円すいころ軸受、３ 主軸用軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ 嵌め合い面、１１Ｃ，１２Ｃ 転走面焼入層、１１Ｄ，１２Ｄ 嵌め合い面焼入層、１１Ｅ，１２Ｅ 非硬化領域、１２ 内輪（成形体）、１２Ａ 内輪転走面、１３ ころ、１４ 保持器、２１，２３ コイル、２２ 温度計、２４ 冷却液噴射部、２５ 移動焼入装置、３１ 外輪、３１Ａ 外輪転走面、３１Ｅ 貫通孔、３１Ｆ，３２Ｆ 嵌め合い面、３１Ｇ，３２Ｇ 転走面焼入層、３１Ｈ，３２Ｈ 嵌め合い面焼入層、３１Ｉ，３２Ｉ 非硬化領域、３２ 内輪、３２Ａ 内輪転走面、３２Ｅ 鍔部、３３ ころ、３３Ａ ころ接触面、３４ 保持器、５０ 風力発電装置、５１ 主軸、５１Ａ 外周面、５２ ブレード、５３ ハウジング、５３Ａ 内壁、５４ 増速機、５５ 出力軸、５６ 発電機、５９ ナセル。

Claims (7)

1. １０００ｍｍ以上の内径を有する転がり軸受の軌道輪であって、
   転動体が転走すべき面である転走面を含むように前記転走面に沿って全周にわたって形成された転走面焼入層と、
   他の部材に嵌め合う嵌め合い面を含むように前記嵌め合い面に沿って形成された嵌め合い面焼入層と、
   前記転走面焼入層と前記嵌め合い面焼入層との間に形成された非硬化領域とを備え、
   前記嵌め合い面焼入層の厚みは前記転走面焼入層の厚みよりも小さくなっている、軌道輪。
2. 前記転走面焼入層および前記嵌め合い面焼入層は高周波焼入により形成されている、請求項１に記載の軌道輪。
3. 前記転走面の周方向における残留応力値の最大値と最小値との差の絶対値は、平均値の絶対値の２０％以下である、請求項１または２に記載の軌道輪。
4. ０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪。
5. ０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンと、０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪。
6. 内輪と、
   前記内輪の外周側を取り囲むように配置された外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体とを備え、
   前記内輪および前記外輪の少なくともいずれか一方は請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道輪である、転がり軸受。
7. 風力発電装置において、前記内輪にはブレードに接続された主軸が貫通して固定され、前記外輪はハウジングに対して固定されることにより、前記主軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持する、請求項６に記載の転がり軸受。

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