JP2017053391A - 軌道輪の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】軌道輪の成形精度を良好に保ちつつ、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法を提供する。
【解決手段】成形台に鋼材をＡ1変態点以上の温度に加熱した状態で設置する第１工程と、成形台において、鋼材からリング状部材を打ち抜いた後に、リング状部材を成形加工するとともに焼入れ処理する第２工程とを備える。プレス用ダイ３０は、内筒３０Ｂと外筒３０Ａに分割可能に構成される。第２工程において、内筒３０Ｂの先端部と外筒３０Ａの先端部とがコイル材２に押し当てられることによりコイル材２からリング状部材２Ａが打ち抜かれる。打ち抜かれたリング状部材２Ａは、外筒３０Ａと成形用ダイ３２との間に挟持された状態で、内筒３０Ｂの先端がさらにリング状部材２Ａに押し当てられることによってリング状部材２Ａの成形加工が行なわれるとともに焼入れ処理が行なわれる。
【選択図】図７

Description

本発明は、軌道輪の製造方法に関し、特に、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法に関する。
従来、スラストニードル軸受の軌道輪は、以下の工程により製造されている。まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材が準備される。次に、このコイル材から巻き戻された薄板状の鋼材に対して打抜き加工および成形加工が順に施される。これにより、軌道輪の概略形状を有するリング状の成形体が得られる。次に、熱処理前の段取り工程が実施される。そして、リング状の成形体に対して浸炭処理などの熱処理が施される。その後、衝風を当てて成形体を冷却することにより、成形体に焼入処理が施される。最後に、焼入後の成形体にプレステンパー（焼戻処理）を施すことにより、成形体の形状が整えられる。上記のような工程により、スラストニードル軸受の軌道輪が製造されている。
また鋼材の成形加工技術として、ダイクエンチ工法が知られている。このダイクエンチ工法は、加熱された鋼材をプレス成形すると同時にダイにより急冷して焼入処理を行なう技術である（たとえば特許文献１）。
特開２００８−２９６２６２号公報
上記のように、従来のスラストニードル軸受の軌道輪の製造工程は、打抜き加工、成形加工、熱処理、焼入処理および焼戻処理などの多くの工程からなっている。また、スラストニードル軸受の軌道輪は肉厚が薄いため、熱処理前の段取り工程において手間が掛かる。このように、従来では、製造工程の多工程化などによって軌道輪の製造コストが高くなるという問題がある。よって、軌道輪の製造工程をより短縮することにより製造コストを低減し、より安価な軌道輪を提供可能にすることが求められる。ただし、工程を短縮することによって軌道輪の成形精度を悪化させないように配慮する必要も有る。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軌道輪の成形精度を良好に保ちつつ、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法を提供することである。また本発明の他の目的は、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することである。
この発明は、要約すると、軌道輪の製造方法であって、成形台に鋼材をＡ1変態点以上の温度に加熱した状態で設置する第１工程と、成形台において、鋼材からリング状部材を打ち抜いた後に、リング状部材を成形加工するとともに焼入れ処理する第２工程とを備える。成形台は、第１の金型および第２の金型を含む。第２の金型は、内筒と外筒に分割可能に構成される。第２工程において、鋼材が第１の金型と第２の金型との間に配置されるとともに、内筒の先端部と外筒の先端部とがリング状部材に押し当てられることにより鋼材からリング状部材が打ち抜かれ、打ち抜かれたリング状部材が内筒と外筒のいずれか一方と第１の金型との間に挟持された状態で、内筒と外筒のいずれか他方の先端がさらにリング状部材に押し当てられることによってリング状部材の成形加工が行なわれるとともに焼入れ処理が行なわれる。
上記製造方法によれば、打ち抜き、成形、焼入れが短時間でかつ中途の段どり作業が不要で行なえるので安価に製造できるとともに、成形加工の加工精度も良好である。
好ましくは、第２工程では、第１段階で打ち抜き加工を行ない、第２段階で焼入れ処理とともに成形加工として絞り加工を行なう。
上記製造方法は、軌道輪のような形状に特に適している。
より好ましくは、第２工程において、リング状部材の打ち抜き加工開始から成形加工が完了するまでの時間は、０．１秒以内である。
上記製造方法は短時間で打ち抜き加工と成形加工を行ない直ちにダイクエンチによる焼入れ処理を行なうので、焼入れの前にリング状部材が徐冷されてしまうことが無く、焼入れ効果が高い。
好ましくは、第２工程において、リング状部材が内筒と外筒のいずれか一方と第１の金型との間に挟持される挟持力は、０．２ＭＰａ以上である。
このように挟持力を高くしているので、絞り加工においてしわや割れが生じにくい。
好ましくは、鋼材は、０．４質量％以上の炭素を含み、２ｍｍ以下の厚みを有しており、かつ厚み方向においてリング状に打ち抜かれる。
このような鋼材を使用するので、焼入れが良好に行なわれると共に、ダイクエンチによっても内部まで焼入れ処理ができる。
好ましくは、軌道輪の製造方法によって製造された軌道輪は、７００ＨＶ以上の硬度を有する。
本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の成形精度を良好に保ちながら軌道輪の製造工程をより短縮することができる。また本発明に従った軌道輪によれば、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することができる。
スラストニードルころ軸受１の軸方向に沿った断面構造を示す図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法における各種パラメータの変化を説明するための波形図である。 鋼材としてのコイル材の形状を概略的に示した図である。 プレス機３の上下方向に沿った断面を示す図である。 プレス部３５Ａを平面視した状態を示す図である。 図５の状態からプレス用ダイ３０が下降しリング状部材を打ち抜いた状態を示す断面図である。 打ち抜き後に行なわれる成形加工の前工程を示す断面図である。 打ち抜き後に行なわれる成形加工の後工程を示す断面図である。 加熱方法の一例である抵抗加熱について説明するための図である。 加熱方法の他の一例である誘導加熱について説明するための図である。 加熱方法の他の一例である接触加熱について説明するための図である。 成形加工の変形例を説明するための第１の図である。 成形加工の変形例を説明するための第２の図である。 比較例の製造方法（鋼材の準備）を説明するための図である。 比較例の製造方法（打抜き）を説明するための第１の図である。 比較例の製造方法（打抜き）を説明するための第２の図である。 比較例の製造方法（成形）を説明するための第１の図である。 比較例の製造方法（成形）を説明するための第２の図である。 比較例の製造方法（浸炭及び焼入）を説明するための第１の図である。 比較例の製造方法（浸炭及び焼入）を説明するための第２の図である。 比較例の製造方法（浸炭及び焼入）を説明するための第３の図である。 比較例の製造方法（プレステンパー）を説明するための図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を実施するために用いたプレス機の構成を示す図である。 実施例に係る軌道輪の写真である。 実施例に係る軌道輪における鋼組織の写真である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。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。
まず、本発明の一実施の形態に係るスラストニードルころ軸受１の構成について説明する。図１は、スラストニードルころ軸受１の軸方向に沿った断面構造を示している。図１を参照して、スラストニードルころ軸受１は、一対の軌道輪１１と、複数のニードルころ１２と、保持器１３とを含む。
軌道輪１１は、たとえば炭素濃度が０．４質量％以上である鋼からなり、中央に穴が設けられた円盤形状を有している。軌道輪１１は、一方の主面においてニードルころ１２が接触する軌道輪転走面１１Ａを有している。一対の軌道輪１１は、軌道輪転走面１１Ａが互いに対向するように配置されている。軌道輪１１の内周側は、ころ１２の脱落を防止するために浅く折り曲げられている。軌道輪１１は、ビッカース硬さが７００ＨＶ以上である。軌道輪１１の軌道輪転走面１１Ａにおける平面度は、約１０μｍである。
ニードルころ１２は、たとえば鋼からなり、外周面においてころ転動面１２Ａを有している。ニードルころ１２は、図１に示すように、ころ転動面１２Ａが軌道輪転走面１１Ａに接触するように、一対の軌道輪１１の間に配置されている。
保持器１３は、たとえば樹脂からなり、複数のニードルころ１２を軌道輪１１の周方向において所定のピッチで保持する。より具体的には、保持器１３は、円環形状を有するとともに、周方向において等間隔に形成された複数のポケット（図示しない）を有している。そして、保持器１３は、ポケットにおいてニードルころ１３を収容する。
複数のニードルころ１２は、保持器１３によって軌道輪１１の周方向に沿った円環状の軌道上において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１は、一対の軌道輪１１が互いに相対的に回転可能に構成されている。また軌道輪１１は、以下に説明する本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造される。
図２は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図３は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法における各種パラメータの変化を説明するためのタイムチャートである。図３には、（Ａ）鋼材に供給される電流の経時変化、（Ｂ）鋼材の温度の経時変化、（Ｃ）プレス機のストローク（外筒）、（Ｄ）プレス機の内筒突出量、（Ｅ）油圧式チャックの圧力、（Ｆ）第１および第２クランプ部の間に作用する張力が示されている。
以下、図２のフローチャートおよび図３のタイムチャートを主に参照しながら、図２および図３に付された「Ｓ０〜Ｓ１３」の順に本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を説明する。
まず、軌道輪１１を得るための材料である鋼材が準備される（Ｓ０）。図４は、鋼材としてのコイル材の形状を概略的に示した図である。コイル材２は、図４に示すように、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたものである。
コイル材２は、たとえば０．４質量％以上の炭素を含む鋼からなる。より具体的には、コイル材２は、たとえばＳＡＥ規格のＳＡＥ１０７０、機械構造用炭素鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳ４０ＣおよびＳ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ，Ｓ５５Ｃ，Ｓ６０Ｃ、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ規格のＳＵＪ２、炭素工具鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＫ８５、機械構造用合金鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＣＭ４４０，ＳＣＭ４４５、合金工具鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＫＳ５、ばね鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＵＰ１３、またはステンレス鋼材であるＪＩＳ規格のＳＵＳ４４０Ｃなどの鋼からなる。またコイル材２は、２ｍｍ以下の厚みを有する薄板状の鋼材である。
次に、コイル材２から軌道輪１１を得るための成形台としてのプレス機３が準備され（Ｓ０）、コイル材２がプレス機３に設置される（Ｓ１）。ここで、プレス機３の構成について図示して説明しておく。
図５は、プレス機３の上下方向（プレスのストローク方向）に沿った断面を示す図である。プレス機３は、プレス用ダイ３０と、成形用ダイ３１，３２と、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂとを含む。
プレス用ダイ３０は、円筒状の形状をしている。プレス用ダイ３０は、外筒３０Ａと、内筒３０Ｂとを含む。外筒３０Ａと、内筒３０Ｂとは、それぞれ円筒状の下端部に設けられたプレス部３５Ａ，３５Ｂを含む。プレス部３５Ａ，３５Ｂは、プレス時には面一な下端面を形成し、成形用ダイ３１，３２の上端面との間でコイル材２をせん断する打抜き加工を行なうための部分である。プレス用ダイ３０は、上下方向において成形用ダイ３１，３２と対向するように配置されている。またプレス用ダイ３０は、図示しない駆動機構によって、成形用ダイ３１，３２に接近するように、または成形用ダイ３１，３２から離れるようにストロークさせることが可能となっている。成形用ダイ３１，３２はプレス機のベース３６に固定されている。
図６は、プレス部３５Ａを平面視した状態を示す図である。図６中破線で示すように、プレス部３５Ａの内部には、冷却水の通路となる水冷回路３５Ｃが周方向に沿って設けられている。図６では、冷却水の流れを示す矢印が付されている。このように冷却水を循環させてプレス部３５Ａを冷却することにより、プレス部３５Ａをコイル材２に接触させた際に、コイル材２の急速冷却（ダイクエンチ）を行なうことができる。なお、外筒３０Ａのプレス部３５Ａだけではなく、成形用ダイ３２および内筒３０Ｂのプレス部３５Ｂにも同様に冷却水の通路を設けて冷却してもよい。
再び図５を参照して、成形用ダイ３１，３２は、上下方向においてプレス用ダイ３０と対向するように配置されている。成形用ダイ３１は、図５に示すように円柱形状を有する。成形用ダイ３２は、リング形状であり、内径が成形用ダイ３１の直径よりも大きい。成形用ダイ３２は、径方向において成形用ダイ３１との間に隙間を有するように、成形用ダイ３１の外側に配置されている。成形用ダイ３２には、内周部において径方向内側に突出する凸部３２Ａが形成されている。
図７は、図５の状態からプレス用ダイ３０が下降しリング状部材を打ち抜いた状態を示す断面図である。
図７に示すように、プレス用ダイ３０が成形用ダイ３１，３２側へストロークされた場合、プレス部３５Ａ，３５Ｂが成形用ダイ３１，３２の隙間に位置する。
第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、プレス機３においてコイル材２を固定し、かつコイル材２に対して張力を印加するためのものである。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、図７に示すようにコイル材２を上記上下方向から挟持している状態と、図５に示すように挟持していない状態とを変更可能に設けられている。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、任意の構成を有していればよいが、たとえば油圧クランプやエアクランプであってもよい。
第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、コイル材２の延在方向において、プレス用ダイ３０および成形用ダイ３１，３２を挟んで互いに対向する位置に設けられている。第１クランプ部３３Ａは上記延在方向においてコイル材２の供給側に配置され、第２クランプ部３３Ｂは上記延在方向においてコイル材２の排出側に配置されている。
第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、互い対向する方向（コイル材２の延在方向）において相対的に移動可能に設けられている。たとえば、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂはそれぞれ油圧クランプであって油圧シリンダ（図示しない）を含み、油圧シリンダにより上記対向する方向において互いに離れるように移動可能に設けられている。これにより、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、プレス用ダイ３０と成形用ダイ３１，３２との間に配置されたコイル材２に対し、コイル材２の延在方向に張力を印加することができる。コイル材２に対して第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂが印加可能な張力は、０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である。ここで、張力とは、コイル材２の長さ方向の応力（コイル材２を伸ばすための応力であって、具体的にはコイル材２を通電するためにクランプし、熱膨張によるたわみを伸ばすためにコイル材２に印加される応力）をいう。
コイル材２に電流を供給するために通電端子が設けられる。通電端子は、図示しない直流電源または交流電源に接続されており、コイル材２に直流電流または交流電流を供給する。そして、この電流の供給によって生じた発熱によりコイル材２を加熱することができる。通電端子は、たとえば第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂよりも内側に位置し、コイル材２において第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂによって張力が加えられている部分に接触可能に設けられてもよいが、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂと兼用されても良い。
以下、図３のタイムチャートに示すようにプレス機３が順次動作する。まず、時刻ｔ１において、コイル材２がプレス機３の第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにより挟持される（Ｓ２）。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂには、コイル材２を保持するための圧力Ｐ１が供給される。
次に、時刻ｔ２において、コイル材２に張力が加えられる（Ｓ３）。具体的には、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂのうちの少なくとも一方がコイル材２の延在方向において他方から離れるように相対的に移動される。これにより、コイル材２において、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにそれぞれ保持されている部分の間に位置する領域には、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂの相対的な移動量（第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂ間の距離の変化量）に応じた張力が加えられる。コイル材２に対して加えられる張力は、たとえば０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂの相対的な位置関係は、少なくともプレス成形が終了する時刻ｔ８まで保持される。つまり、コイル材２に加えられる張力は、少なくとも加熱およびプレス成形が行なわれる間保持される。
次に、時刻ｔ３において、通電加熱が開始される（Ｓ４）。まず通電端子がコイル材２に接触するように移動される。そして、通電端子を介してコイル材２に電流が供給される。これにより、コイル材２が電流の供給により生じた発熱（ジュール熱）によって加熱される（通電加熱）。
時刻ｔ３〜ｔ４の間所定電流が流されることによって温度が上昇し、時刻ｔ５において、コイル材２の温度が目標温度に到達する（Ｓ５）。目標温度に到達する少し手前の時刻ｔ４で電流が下げられ、時刻ｔ５〜ｔ６において、コイル材２が目標温度において一定時間保持される（Ｓ６）。時刻ｔ６において、プレス機３におけるコイル材２の通電加熱が完了する（Ｓ７）。
ここで、コイル材２の加熱温度（目標温度）は、コイル材２を構成する鋼のＡ１変態点以上の温度であって、たとえば１０００℃である。「Ａ1変態点」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へ変態を開始する温度に相当する点をいう。そのため、上記通電加熱によって、コイル材２を構成する鋼の組織がオーステナイトに変態する。
次に、コイル材２のプレス成形が開始される（Ｓ８）。具体的には、時刻ｔ７において、図７のプレス用ダイ３０が成形用ダイ３１，３２側へストロークする。この段階では、外筒３０Ａと内筒３０Ｂは一体的にストロークする。これにより、プレス部３５Ａ，３５Ｂがコイル材２に接触し、コイル材２の一部がコイル材２の厚み方向においてリング状に打ち抜かれる（Ｓ９）。これにより、リング状のリング状部材２Ａが得られる。その後、時刻ｔ８においてリング状部材２Ａの成形加工が行なわれる。
図８は、打ち抜き後に行なわれる成形加工の前工程を示す断面図である。図９は、打ち抜き後に行なわれる成形加工の後工程を示す断面図である。
時刻ｔ８において、プレス用ダイ３０がさらに成形用ダイ３１，３２側へストロークされることにより、外筒３０Ａのプレス部３５Ａが成形用ダイ３２の凸部３２Ａと接触し、下死点に到達する（Ｓ１０）。外筒３０Ａのストロークは下死点で停止した状態であり、内筒３０Ｂは外筒３０Ａから図３（Ｄ）に示すように下方に突出する。図８に示した状態では、プレス部３５Ａは、凸部３２Ａとの間でリング状部材２Ａを挟持する。その際の挟持力は０．２ＭＰａ以上であり、好ましくは１ＭＰａ以上とすると良い。
さらに図９を参照して、内筒３０Ｂが外筒３０Ａから下方に突出することにより、リング状部材２Ａに絞り加工が行なわれる。これにより、リング状部材２Ａの内周部が、リング状部材２Ａの厚み方向に向くように下方向に折り曲げられる。このようにして、プレス機３においてリング状部材２Ａに多段プレス加工が施される（Ｓ１１）。この多段プレス加工によって、外筒３０Ａでリング状部材２Ａの外周部を押さえた状態で、内筒３０Ｂが外筒３０Ａから突出し、内筒３０Ｂでリング状部材２Ａの内周部が絞り加工され、成形体２Ｂが成形される。外周部を押さえた状態で内周部に絞り加工を行なうことによって、成形体２Ｂの外周部に生じるしわや割れを防止することができる。なお、リング状部材２Ａの温度が高いうちに絞り加工を行なわなければならないので、外筒３０Ａが下死点に到達後すぐに絞り加工を完了させる必要がある。時刻ｔ７〜ｔ８に示される打ち抜き開始から絞り加工完了までの時間は、たとえば０．１秒以内であり、好ましくは０．０２秒以内とすると良い。
そして、時刻ｔ８〜ｔ９の一定時間、成形体２Ｂがプレス機３（プレス用ダイ３０、成形用ダイ３１および３２）と接触した状態において保持される。このとき、図６に示したようにプレス用ダイ３０内の水冷回路３５Ｃに冷却水が供給されているので、リング状部材２Ａの熱は冷却されたプレス用ダイ３０に奪われる。なお、成形用ダイ３２にも同様な水冷回路を設けてもよい。これにより、リング状部材２ＡがＭs点以下の温度にまで急冷されることにより、焼入処理が行なわれる。
ここで、「Ｍs点（マルテンサイト変態点）」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。その結果、成形体２Ｂを構成する鋼の組織がマルテンサイトに変態する。このようにして、時刻ｔ９において成形体２Ｂの焼入処理（ダイクエンチ）が完了する（Ｓ１２）。
最後に、時刻ｔ１０において、コイル材２を保持するために第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂに供給されていた圧力がアンクランプされ、抜きカス材となったコイル材２および焼入処理が完了した成形体２Ｂがプレス機３から取り出される。このとき、第１クランプ部３３Ａと第２クランプ部３３Ｂとの間のクランプ力を緩めることにより、コイル材２に加えられていた張力が緩められる（Ｓ１３）。上記のような工程Ｓ０〜Ｓ１３を備える製造方法により、軌道輪１１が製造される。
なお、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、上記の構成に限られるものではなく、種々の変形が可能である。
たとえば、コイル材２に張力を加える方法としては、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂはいずれもプレス機３の外部に設けられていてもよい。
また、コイル材２の加熱方法としては、通電加熱に限られるものではなく、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法を採用することができる。以下、各加熱方法についてより詳細に説明する。
図１０は、加熱方法の一例である抵抗加熱について説明するための図である。抵抗加熱においては、２つの加熱方法が考えられる。１つは、図１０（ａ）に示すように、抵抗Ｒ１を有する被加熱物１００を直接通電して生じたジュール熱により被加熱物１００を加熱する方法である。他の１つは、図１０（ｂ）に示すように、抵抗Ｒ２を有する発熱体１０２を通電して生じたジュール熱により、発熱体１０２の近くに配置された被加熱物１００を間接的に加熱する方法である。
図１０（ａ）を参照して、被加熱物１００を直接通電して加熱する方法においては、抵抗Ｒ１を有する被加熱物１００に対して電源１０１から電流Ｉが供給される。これにより、被加熱物１００において電流Ｉの供給による発熱（Ｐ＝Ｒ１・Ｉ2）が生じて、被加熱物１００が加熱される。本実施の形態においては、コイル材２に対して通電端子から直流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材２が加熱されてもよい。また、コイル材２に対して通電端子から交流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材２が加熱されてもよい。
また、図１０（ｂ）を参照して、被加熱物１００を間接的に加熱する方法においては、抵抗Ｒ２を有する発熱体１０２に対して電源１０１から電流Ｉが供給される。これにより、発熱体１０２において電流Ｉの供給による発熱（Ｐ＝Ｒ２・Ｉ2）が生じて、発熱体１０２が加熱される。本実施の形態においては、発熱体１０２に対しては、直流電流が供給されてもよいし、交流電流が供給されてもよい。
図１１は、加熱方法の他の一例である誘導加熱について説明するための図である。図１１を参照して、誘導加熱においては、コイル１０４に対して交流電源１０３から交流電流が供給されることにより、被加熱物１００において交番磁束Ｂが発生する。また被加熱物１００において、交番磁束Ｂを打ち消す方向に渦電流Ｉが発生する。そして、渦電流Ｉと被加熱物１００の抵抗Ｒとにより生じた発熱によって、被加熱物１００が加熱される。
図１２は、加熱方法の他の一例である接触加熱について説明するための図である。図１２を参照して、接触伝熱においては、内部加熱ロール１０６と外部加熱ロール１０５からの伝熱によって、被加熱物１００が加熱される。
なお、図示しないが、遠赤外線加熱においては、被加熱物に遠赤外線を照射することにより、遠赤外エネルギーが被加熱物に与えられる。これにより、被加熱物を構成する原子間の振動が活性化することで発熱が生じ、被加熱物が加熱される。
また、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、図９に示すように、リング状部材２Ａの内周部がリング状部材２Ａの厚み方向に向くように絞り加工によって折り曲げられることにより、プレス機３において成形体２Ｂが成形されたが、これに限られるものではない。たとえば、リング状部材２Ａの内周部ではなく外周部に絞り加工がされても良い。
図１３は、成形加工の変形例を説明するための第１の図である。図１４は、成形加工の変形例を説明するための第２の図である。
図１３、図１４に示した例では、リング状のリング状部材２Ａの外周部に成形加工が施され、成形体２Ｃを製造される。この場合、成形用ダイ１３１の内周面において径方向内側に突出する凸部１３１Ａが形成されている。このため、上記実施の形態の場合と同様にプレス用ダイ１３０のストロークを行なった場合、リング状のリング状部材２Ａの内周部が凸部１３１Ａと内筒１３０Ｂの先端部との間に挟持される。
そして、プレス用ダイ１３０の外筒１３０Ａが内筒１３０Ｂよりもさらにストロークされる。これにより、図１４に示すように、リング状部材２Ａの内周部が、リング状部材２Ａの厚み方向に向くように絞り加工によって折り曲げられ、成形体２Ｃが成形される。このようにしても、焼入処理の前にプレス機においてリング状部材２Ａに成形加工を施すことができ、上記実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
次に、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法による作用効果について、比較例を参照しながら説明する。まず、比較例における軌道輪の製造方法について、図１５〜図２３を参照して説明する。図１５を参照して、まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材２００が準備される。次に、図１６および図１７を参照して、コイル材２００がダイ３１０上に設置され、ダイ３００をダイ３１０側へストロークすることにより、コイル材２００に打抜き加工が施される。これにより、リング状の成形体２００Ａが得られる。次に、図１８および図１９を参照して、成形体２００Ａがダイ３２０上に設置され、ダイ３３０をダイ３２０側へストロークすることにより、成形体２００Ａの内周部に成形加工が施される。
次に、図２０に示すように、熱処理前の段取り工程において、複数の成形体２００Ａがバー４１０に掛けられた状態で並べられる。その後、図２１に示した浸炭炉４００の中に、これらの成形体２００Ａが入れられ、成形体２００Ａに対して浸炭処理が実施される。次に、図２２に示すように、浸炭処理後の成形体２００Ａに衝風４２０を当てて冷却することにより、成形体２００Ａに焼入処理が施される。最後に、図２３を参照して、焼戻炉４３０において焼入処理後の成形体２００Ａに対してプレステンパー処理が施される。以上のように、比較例の軌道輪の製造方法は多くの工程からなるため、軌道輪の製造コストが高くなる。
これに対して、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、コイル材２の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程が、全てプレス機３において一つの工程として実施される。そのため、上記比較例における軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪の提供が可能になる。
さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪を得る工程では、鋼材に対して鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとが行なわれる。そのため、軌道輪を得る工程において鋼材に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行なう場合と比べて、得られる軌道輪の加工品質を向上させることができる。
さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法においては、打ち抜き加工後の成形を多段プレスによって、絞り加工が行なわれる。多段プレスによって、リング状のリング状部材２Ａの外周（または内周）を押さえつつ、絞り加工するため、しわが生じにくく、曲げ角度も直角に近くすることができ、加工精度が良好となる。
本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪１１は、以下のように評価することにより高い加工品質を有していることを確認できた。
図２４は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を実施するために用いたプレス機の構成を示す図である。
図２４に示すプレス機３は、第１クランプ部３３Ａ（一方の通電端子を兼ねる）が１つのシリンダ３７に接続されており、第２クランプ部３３Ｂ（他方の通電端子を兼ねる）が別の１つのシリンダ３７に接続されている構成とした。
図２４に示すプレス機３を用いて、コイル材２に対して延在方向に１０ＭＰａの張力を印加した状態のまま、Ａ１変態点以上の温度である１０００℃までコイル材２を直接抵抗加熱し、その後ダイクエンチ加工を行なった。
このようにして図２５の写真に示すような軌道輪１１が製造された。このようにして製造された複数の軌道輪１１（鋼材：ＳＡＥ１０７０）に対してビッカース硬さ測定を行なった結果、平均の硬さは約７９０ＨＶであった。また、この軌道輪１１の一部を切断し、その断面をナイタル腐食し、断面を光学顕微鏡によりミクロ組織観察した場合、図２６の写真のようなマルテンサイト組織が確認された。
さらに、軌道輪１１に対してタリロンドを用いて平面度の測定を行なった結果、平面度は約１０μｍであった。これに対し、本実施の形態における軌道輪を得る工程において、コイル材２に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行なって得られた軌道輪は、平面度が約４０μｍであった。
このように、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法によれば、製造工程の短縮を図るとともに、十分な焼入処理を施すことにより高い硬度を有し、かつ高い加工品質を有する軌道輪１１を製造することができることが確認された。
最後に、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法について再び図を参照して総括する。図２、図５を参照して、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、成形台に鋼材をＡ1変態点以上の温度に加熱した状態で設置する第１工程（Ｓ１〜Ｓ７）と、成形台において、鋼材からリング状部材を打ち抜いた後に、リング状部材を成形加工するとともに焼入れ処理する第２工程（Ｓ８〜Ｓ１２）とを備える。成形台は、第１の金型（成形用ダイ３１，３２）および第２の金型（プレス用ダイ３０）を含む。第２の金型は、内筒３０Ｂと外筒３０Ａに分割可能に構成される。第２工程において、コイル材２が第１の金型と第２の金型との間に配置されるとともに、内筒３０Ｂの先端部と外筒３０Ａの先端部とがコイル材２に押し当てられることによりコイル材２からリング状部材２Ａが打ち抜かれる。図５〜図９に示すように、打ち抜かれたリング状部材２Ａは、外筒３０Ａと成形用ダイ３２との間に挟持された状態で、内筒３０Ｂの先端がさらにリング状部材２Ａに押し当てられることによってリング状部材２Ａの成形加工が行なわれるとともに焼入れ処理が行なわれる。
なお、変形例に示したように、打ち抜かれたリング状部材２Ａは、内筒１３０Ｂと成形用ダイ１３１との間に挟持された状態で、外筒１３０Ａの先端がさらにリング状部材２Ａに押し当てられることによってリング状部材２Ａの成形加工が行なわれるとともに焼入れ処理が行なわれるようにしても良い。
上記製造方法によれば、打ち抜き、成形、焼入れが短時間でかつ中途の段どり作業が不要で行なえるので安価に製造できるとともに、成形加工の加工精度も良好である。
好ましくは、第２工程では、第１段階で打ち抜き加工を行ない、第２段階で焼入れ処理とともに成形加工として絞り加工を行なう。
上記製造方法は、軌道輪のような形状に特に適している。
より好ましくは、第２工程において、リング状部材の打ち抜き加工開始から成形加工が完了するまでの時間は、０．１秒以内である。
上記製造方法は短時間で打ち抜き加工と成形加工を行ない直ちにダイクエンチによる焼入れ処理を行なうので、焼入れの前にリング状部材が徐冷されてしまうことが無く、焼入れ効果が高い。
好ましくは、第２工程において、リング状部材が内筒と外筒のいずれか一方と第１の金型との間に挟持される挟持力は、０．２ＭＰａ以上である。
このように挟持力を高くしているので、絞り加工においてしわや割れが生じにくい。
好ましくは、鋼材は、０．４質量％以上の炭素を含み、２ｍｍ以下の厚みを有しており、かつ厚み方向においてリング状に打ち抜かれる。
このような鋼材を使用するので、焼入れが良好に行なわれると共に、ダイクエンチによっても内部まで焼入れ処理ができる。
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、上記した実施の形態の説明で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。
１ 軸受、２，２００ コイル材、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２００Ａ 成形体、３ プレス機、１１ 軌道輪、１１Ａ 軌道輪転走面、１２ ニードルころ、１２Ａ 転動面、１３ 保持器、３０，１３０ プレス用ダイ、３０Ａ，１３０Ａ 外筒、３０Ｂ，１３０Ｂ 内筒、３１，３２，１３１ 成形用ダイ、３２Ａ，１３１Ａ 凸部、３３Ａ 第１クランプ部、３３Ｂ 第２クランプ部、３５Ａ，３５Ｂ プレス部、３５Ｃ 水冷回路、３７ シリンダ、１００ 被加熱物、１０１ 電源、１０２ 発熱体、１０３ 交流電源、１０４ コイル、１０５ 外部加熱ロール、１０６ 内部加熱ロール、３００，３１０，３２０，３３０ ダイ、４００ 浸炭炉、４３０ 焼戻炉。

Claims (6)

  1. 軌道輪の製造方法であって、
    成形台に鋼材をＡ1変態点以上の温度に加熱した状態で設置する第１工程と、
    前記成形台において、前記鋼材からリング状部材を打ち抜いた後に、前記リング状部材を成形加工するとともに焼入れ処理する第２工程とを備え、
    前記成形台は、
    第１の金型および第２の金型を含み、
    前記第２の金型は、内筒と外筒に分割可能に構成され、
    前記第２工程において、前記鋼材が前記第１の金型と前記第２の金型との間に配置されるとともに、前記内筒の先端部と前記外筒の先端部とが前記鋼材に押し当てられることにより前記鋼材から前記リング状部材が打ち抜かれ、
    打ち抜かれた前記リング状部材が前記内筒と前記外筒のいずれか一方と前記第１の金型との間に挟持された状態で、前記内筒と前記外筒のいずれか他方の先端がさらに前記リング状部材に押し当てられることによって前記リング状部材の前記成形加工が行なわれるとともに前記焼入れ処理が行なわれる、軌道輪の製造方法。
  2. 前記第２工程では、第１段階で打ち抜き加工を行ない、第２段階で焼入れ処理とともに前記成形加工として絞り加工を行なう、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
  3. 前記第２工程において、前記リング状部材の前記打ち抜き加工開始から前記成形加工が完了するまでの時間は、０．１秒以内である、請求項２に記載の軌道輪の製造方法。
  4. 前記第２工程において、前記リング状部材が前記内筒と前記外筒のいずれか一方と前記第１の金型との間に挟持される挟持力は、０．２ＭＰａ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
  5. 前記鋼材は、０．４質量％以上の炭素を含み、２ｍｍ以下の厚みを有しており、かつ厚み方向においてリング状に打ち抜かれる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
  6. 製造された前記軌道輪は、７００ＨＶ以上の硬度を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
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