JP2017161046A - 軌道輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼材に対して表面粗さの増大が抑制されている軌道輪の製造方法を提供する。【解決手段】鋼材および鋼材から軌道輪を得るための加工部を準備する工程（Ｓ０）と、鋼材を加工部に設置する工程（Ｓ２）と、加工部において鋼材をＡ1変態点以上の温度に加熱した後に鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、加工部においてリング状の鋼材を焼入処理することにより軌道輪を得る工程（Ｓ３〜Ｓ１３）とを備える。軌道輪を得る工程では、鋼材の酸化が抑制された状態で、かつ鋼材の主面に沿った少なくとも一方向において加工部を挟んで間隔を隔てた鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとを行う。【選択図】図２

Description

本発明は、軌道輪の製造方法に関するものである。

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、当該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、当該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う技術である（たとえば特許文献１）。

特開２００８−２９６２６２号公報

しかしながら、上記のようなダイクエンチ工法では、プレス加工される鋼材の表面には加熱により酸化膜（酸化スケール）が形成される。鋼材の表面に形成された酸化膜は、当該鋼材がダイクエンチされることにより得られた軌道輪の表面粗さをプレス加工される前の鋼材の表面粗さよりも増大させるおそれがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、鋼材に対して表面粗さの増大が抑制されている軌道輪の製造方法を提供することにある。

本発明に係る軌道輪の製造方法は、鋼材および鋼材から軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、鋼材を成形台に設置する工程と、成形台において鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、成形台においてリング状の鋼材を焼入処理することにより軌道輪を得る工程とを備える。軌道輪を得る工程では、鋼材の酸化が抑制された状態で、かつ鋼材の表面に沿った少なくとも一方向において成形台を挟んで間隔を隔てた鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとを行う。

本発明によれば、鋼材に対して表面粗さの増大が抑制されている軌道輪の製造方法を提供することができる。

本実施の形態に係る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。 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、（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、（Ｄ）油圧式または空圧式チャックの動作，（Ｅ）第１および第２クランプ部の動作を示す図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法に使用されるコイル材を示す概略斜視図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法に使用される機械部品製造装置の構成を示す概略側面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法に使用される機械部品製造装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、鋼材がプレス機に設置された状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、通電端子から鋼材に電流が供給される状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、鋼材がプレス機により打ち抜かれる状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、リング状に打ち抜かれた鋼材が成形加工される状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、リング状に打ち抜かれた鋼材が焼入処理される状態を示す概略断面図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法に使用されるプレス機に設けられた水冷回路を示す概略平面図である。 鋼材の供給部を用いて鋼材に対して張力を加える方法を説明するための概略図である。 鋼材の矯正部を用いて鋼材に対して張力を加える方法を説明するための概略図である。 通電加熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。 間接抵抗加熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。 誘導加熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。 接触伝熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。 本実施の形態に係る軌道輪の製造方法の変形例を説明するための概略断面図である。 実施例に係る軌道輪の製造に用いた機械部品製造装置を示す写真である。 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、本発明の本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。

＜スラストニードルころ軸受１の構成＞
まず、本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とを主に有している。

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、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。軌道輪転走面１１Ａの表面粗さＲａは０．１５μｍ以下である。

ニードルころ１２は鋼からなり、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を有している。そして、保持器１３は、当該ポケットにおいてニードルころ１２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。

＜軌道輪１１の製造方法＞
次に、図２〜図１３を参照して、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法について説明する。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、（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、（Ｄ）油圧式チャックの動作、（Ｅ）第１および第２クランプ部の動作をそれぞれ示している。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または図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）。具体的には、図４を参照して、鋼材としてのコイル材２が準備される。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において巻き回された鋼材は、コイル材２の周方向において内周側に位置する主面と外周側に位置する主面とを有している。鋼材の表面粗さＲａは、たとえば０．１５μｍ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、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、ＳＫ９５、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。コイル材２は、１つの主面２１（図７参照）と、当該主面２１と反対側に位置する他の主面２２（図７参照）とを有している。

さらに、コイル材２から軌道輪１１を得るための機械部品製造装置２０（図６参照）とが準備される（Ｓ０）。図５および図６に示されるように、機械部品製造装置２０は、成形台（加工部）３と、加熱部４と、張力付与部５と、制御部６とを備えている（詳細は後述する）。加工部３はカバー７に覆われている。カバー７の内部を無酸化雰囲気とすることができる。ここで、無酸化雰囲気とは、鋼材の酸化を抑制することができる雰囲気であり、酸素濃度が０．０１％未満の雰囲気をいう。無酸化雰囲気は、酸素濃度が０．０１％未満の雰囲気である限りにおいて、一般的に鋼材との反応性が低いとされる任意のガスを含んでいればよいが、たとえば窒素を主に含んでいる窒素雰囲気である。

次に、コイル材２が成形台（加工部）３に設置される（Ｓ２）。コイル材２は、たとえば主面２１が加工部３においてプレス用ダイ３０側に位置するように設置される。ここで、図７を参照して、機械部品製造装置２０について説明する。まず、加工部３の構成について、図７を参照しながら説明する。図７は、加工部３の上下方向（図中両矢印に示す方向）に沿った断面を示している。加工部３は、コイル材２の一部を打ち抜くとともに打ち抜かれたコイル材２の一部を急冷して焼入処理するプレス機として構成されている。加工部３は、プレス用ダイ３０と、成形用ダイ３１，３２を主に有している。

プレス用ダイ３０は、円筒状のプレス部３５を有している。プレス部３５は、コイル材２に接触させて、当該コイル材２の打抜き加工を行うための部分である。またプレス部３５には、先端部を切り欠いた凹部３５Ａが形成されている。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。

図１２は、プレス部３５を平面視した状態を示している。図１２中破線で示すように、プレス部３５の内部には、冷却水の通路となる水冷回路３５Ｂが周方向に沿って設けられている。図１２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３５を冷却することにより、当該プレス部３５をコイル材２に接触させた際に、当該コイル材２の急速冷却（ダイクエンチ）を行うことができる。

図７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７に示すように円柱形状を有しており、その外周部において径方向外側に突出する凸部３１Ａが形成されている。成形用ダイ３２は、成形用ダイ３１の直径よりも大きい直径を有するリング形状からなる。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。図９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３５が成形用ダイ３１，３２の隙間に位置する。

加熱部４は、コイル材２を後述するＡ₁変態点以上の目標温度にまで加熱するためのものである。加熱部４は、通電加熱によりコイル材２を加熱可能に設けられており、コイル材２に直流電流を供給するための通電端子４１と、通電端子４１と接続されている直流安定化電源４２とを主に含む。加熱部４は、直流安定化電源４２から通電端子４１を介してコイル材２を通電させることにより、コイル材２を加熱することができる。通電端子４１は、たとえば後述する第１クランプ部５１および第２クランプ部５２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５１および第２クランプ部５２により張力が加えられている部分に接触可能に設けられている。直流安定化電源４２は、ロードレギュレーション０．２％以下、かつ、ラインレギュレーション０．２％以下であるのが好ましい。直流安定化電源４２は、サンプリング周期が１０ｍｓ以下であるのが好ましい。なお、ロードレギュレーションは、入力を一定に保ったまま負荷の電流を変化させたときの電圧変動であり、無負荷時の電圧計測により測定可能である。ロードレギュレーションは、無負荷時の電圧をＥ_O、定格負荷時の定格電圧をＥ_Lとしたときに、（Ｅ_O−Ｅ_L）/Ｅ_O×１００％で表される。ラインレギュレーションは、入力電圧を変化させた場合の出力電圧の変動であり、負荷の電圧計測により測定可能である。ラインレギュレーションは、定格電源電圧時の出力電圧をＥ_R、定格電源電圧の上限又は下限時の出力電圧をＥ_Mとしたときに、（Ｅ_R−Ｅ_M）/Ｅ_M×１００％で表される。サンプリング周期は、Ａ−Ｄ変換によるサンプリング（標本化）による間隔Ｔ［ｓ］の逆数ｆ［Ｈｚ］である。

張力付与部５は、コイル材２の表面に沿った少なくとも一方向にコイル材２に対し張力を付与するためのものである。張力付与部５は、第１クランプ部５１および第２クランプ部５２を主に含む。第１クランプ部５１および第２クランプ部５２は、加工部３により打ち抜き加工されるコイル材２を固定し、かつコイル材２に対して張力を印加可能に設けられている。第１クランプ部５１および第２クランプ部５２は、コイル材２を上記上下方向から挟持している状態と、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５１および第２クランプ部５２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５１および第２クランプ部５２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５１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５２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。言い換えると、コイル材２において第１クランプ部５１に挟持された第１部分と第２クランプ部５２に挟持された第２部分との間の少なくとも一部は、プレス用ダイ３０と成形用ダイ３１，３２との間に配置されている。

第１クランプ部５１および第２クランプ部５２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５１および第２クランプ部５２はそれぞれ油圧クランプであって油圧シリンダを含み、当該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５１および第２クランプ部５２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当該コイル材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。言い換えると、第１クランプ部５１および第２クランプ部５２が上記対向する方向において相対的に離れるように移動することにより、コイル材２において第１クランプ部５１に挟持された第１部分と第２クランプ部５２に挟持された第２部分との間には張力が印加される。ここで、張力とは、コイル材２の延在方向の応力をいう。

第１クランプ部５１および第２クランプ部５２は、たとえばコイル材２に対して１０ＭＰａの張力を印加可能に設けられている。コイル材２に印加される張力は、たとえば材料セット前にロードセルを用いることにより測定することができる。または、コイル材２に印加される張力は、クランプ装置の可動部にロードセルを取り付けることで測定することができる。

制御部６は、加熱部４を制御するためのものである。制御部６は、加熱部４の出力（直流安定化電源４２が通電端子４１を介してコイル材２に供給する電流値）を制御可能に設けられている。制御部６は、加熱部４により加熱されたコイル材２が後述する目標温度に達する前に加熱部４の出力を低下させることができる。制御部６は、コイル材２の温度を測定する測温部（図示しない）を含んでいてもよい。この場合、制御部６は、当該測温部により測定されたコイル材２の温度が上記目標温度より低い所定の温度に達したときに、加熱部４の出力を低下させることができる。制御部６は、たとえばコイル材２が上記目標温度の８０％以上９５％以下の温度に達したときに、加熱部４の出力を低下させる。制御部６は、加工部３を制御可能に設けられていてもよい。制御部６は、張力付与部５を制御可能に設けられていてもよい。制御部６は、加熱部４の出力または上記測温部により測定されたコイル材２の温度に応じて張力付与部５によりコイル材２に印加される張力を制御可能に設けられていてもよい。

カバー７は、ガス供給口７１とリーク弁７２とを含む。ガス供給口７１は、カバー７内を無酸化雰囲気とするためのガス（たとえば窒素ガス）の供給口である。リーク弁７２は、無酸化雰囲気を大気雰囲気とするときに開放される弁である。上記のような構成を有する機械部品製造装置２０が準備される。機械部品製造装置２０のカバー７内に配置された加工部３において実施される以下の工程（Ｓ３〜Ｓ１３）は、無酸化雰囲気下で行われる。すなわち、コイル材２が成形台（加工部）３に設置された後、カバー７内は無酸化雰囲気とされる。

次に、コイル材２が加工部３の第１クランプ部５１および第２クランプ部５２により挟持される（Ｓ３）。第１クランプ部５１および第２クランプ部５２には、コイル材２を保持するための圧力が供給される。

次に、コイル材２に張力が加えられる（Ｓ４）。具体的には、第１クランプ部５１および第２クランプ部５２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５１および第２クランプ部５２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５１および第２クランプ部５２の相対的な移動量（第１クランプ部５１および第２クランプ部５２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、０ＭＰａ超え５０ＭＰａ未満であり、好ましくは０ＭＰａ超え３０ＭＰａ以下である。第１クランプ部５１および第２クランプ部５２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（Ｓ９）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われる間保持される。

次に、通電加熱が開始される（Ｓ５）。具体的には、図８を参照して、まず通電端子４１がコイル材２に接触させられる。そして、通電端子４１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が電流の供給を受けることにより生じた発熱（ジュール熱）によって加熱される（通電加熱）。このとき、直流安定化電源４２によりコイル材２に供給される電流値Ｉ１（図３参照）は、コイル材２を目標温度にまで短時間で加熱可能な値とすることができる。

次に、通電加熱が開始された後、コイル材２の温度が目標温度に到達する前に、加熱部４の出力が低下される（Ｓ６）。好ましくはコイル材２が目標温度の８０％以上９５％以下の温度に達したときに、制御部６により直流安定化電源４２がコイル材２に供給していた電流値が低下される。低下された後の電流値Ｉ２（図３参照）は、コイル材２を目標温度まで昇温可能かつ目標温度で保持可能な値とすることができ、制御部６により制御される。このような電流値Ｉ２がコイル材２に供給されることにより、コイル材２の温度が目標温度に到達するとともに、当該目標温度において一定時間保持される（Ｓ７）。コイル材２が目標温度において保持されている間にコイル材２に供給される電流値は、変動してもよく、たとえば図３に示されるように段階的に低下するように制御される。このようにして、コイル材２の通電加熱が完了する（Ｓ８）。

コイル材２の加熱温度（目標温度）は、当該コイル材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、当該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。また、加熱部４の出力が低下されるときの温度Ｔ１はコイル材２が上記目標温度の８０％以上９５％以下の温度であるのが好ましく、たとえば目標温度が１０００℃の場合には温度Ｔ１は８００℃以上９５０℃以下であるのが好ましい。また、加熱部４によるコイル材２の加熱温度のオーバーシュートが上記目標温度の１％以内に抑制されているのが好ましい。

通電加熱開始から完了までの加熱部４の出力は、フィードバック制御されていてもよい。たとえば、上記機械部品製造装置１０がコイル材２の温度を測温可能な測温部を備え、通電加熱開始から完了までの加熱部４の出力は当該測温部により測定されたコイル材２の温度に基づいてフィードバック制御されていてもよい。好ましくは、通電加熱開始から完了までの加熱部４の出力の制御は、被加工材であるコイル材２に応じて予め出力パターンとして設定されているのが好ましい。たとえば、コイル材２に対して通電開始から供給される電流値Ｉ１、当該電流値Ｉ１が供給されたときにコイル材２が上記目標温度の８０％以上９５％以下に到達する時間、温度オーバーシュートを目標温度の１％以下に抑制可能な電流値Ｉ２、当該電流値Ｉ２が供給されたときにコイル材２が目標温度に到達する時間、および目標温度での保持時間を予め求めておき、加熱部４の出力パターンとして設定しておくのが好ましい。これにより、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、フィードバック制御により実施される場合と比べてフィードバック制御に係る時間（たとえば数ｍｓ以上数十ｍｓ以下）だけ製造時間を短縮することができ、高スループットを実現できる。

次に、コイル材２のプレス成形が開始される（Ｓ９）。具体的には、図９を参照して、プレス用ダイ３０が成形用ダイ３１，３２側へストロークする。これにより、図９に示すように、プレス部３５がコイル材２に接触し、コイル材２の一部が当該コイル材２の厚み方向においてリング状に打ち抜かれる（Ｓ１０）。これにより、リング状の成形体２Ａが得られる。

次に、図１０を参照して、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、成形体２Ａの内周部が成形用ダイ３１の凸部３１Ａと接触する。そして、プレス用ダイ３０がそのままストロークされることにより、下死点に到達する（Ｓ１１）。これにより、図１１を参照して、成形体２Ａの内周部が、当該成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにして、加工部３において成形体２Ａに成形加工が施される。

次に、図１１を参照して、成形体２Ａが加工部３（プレス用ダイ３０、成形用ダイ３１およびベース部３６）と接触した状態において一定時間保持される。このとき、上記のようにプレス用ダイ３０内の水冷回路３５Ｂに冷却水が供給される（図１２参照）。これにより、成形体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２Ａ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、成形体２Ａの焼入処理（ダイクエンチ）が完了する（Ｓ１２）。最後に、コイル材２を保持するために第１クランプ部５１および第２クランプ部５２に供給されていた圧力がアンクランプされ（Ｓ１３）、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２Ａが加工部３から取り出される。このとき、第１クランプ部５１と第２クランプ部５２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）。上記のような工程により、軌道輪１１が製造され、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法が完了する。

＜作用効果＞
本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、鋼材および鋼材から軌道輪を得るための加工部３を準備する工程（Ｓ０）と、鋼材を加工部３に設置する工程（Ｓ２）と、加工部３において鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、加工部３においてリング状の鋼材を焼入処理することにより軌道輪を得る工程（Ｓ３〜Ｓ１３）とを備える。軌道輪を得る工程は、無酸化雰囲気下で行われる。軌道輪を得る工程では、鋼材の主面に沿った少なくとも一方向において加工部３を挟んで間隔を隔てた鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとを行う。

このようにすれば、軌道輪を得る工程（Ｓ３〜Ｓ１３）は、鋼材の酸化が抑制された状態で行われる。そのため、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法によれば、酸化スケールの形成が抑制された軌道輪を得ることができる。

さらに、軌道輪を得る工程では、鋼材の主面に沿った少なくとも一方向において加工部３を挟んで間隔を隔てた鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとを行う。そのため、当該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う場合と比べて、加熱によるコイル材２の変形を軽減または抑制することができ、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、本願発明者らは、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により得られた軌道輪１１は、コイル材２を上述のように張力が加えられた状態で大気雰囲気下において打ち抜き加工することにより得られた軌道輪と比べて、表面粗さが小さいことを見出した。これについて、詳細なメカニズムは不明であるが、本願発明者らは以下のように推察している。コイル材２は、酸素含有雰囲気下でＡ₁変態点以上の目標温度まで加熱されると、表面に酸化膜（酸化スケール）が形成される。このとき、コイル材２に張力を印加して引っ張ると、引っ張り量がコイル材２の熱膨張量よりも長い場合には、酸化膜が破断して酸化膜の破断面が形成され、さらにその破断面上にも酸化膜が形成されることにより、酸化膜に凹凸が形成される。このような酸化膜が形成されている状態においてコイル材２が打ち抜き加工されることにより、軌道輪１１の酸化膜下の素地に酸化膜の凹凸が転写され、酸化膜除去後の軌道輪１１の表面に大きな凹凸が形成される。

これに対し、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法によれば、無酸化雰囲気下に置かれたカバー７内においてコイル材２が加熱および打ち抜き加工される。そのため、コイル材２が打ち抜き加工されるときにその表面には膜厚が厚く凹凸の大きい酸化膜の形成が抑制されていることから、酸化膜除去後の軌道輪１１の表面粗さが鋼材と比べて増大することを抑制できる。

さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法によれば、鋼材は無酸化雰囲気下においてＡ₁変態点以上の温度に加熱されるため、当該加熱による酸化膜の形成が効果的に抑制されている。そのため、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、軌道輪（成形体）１１の表面に形成された酸化膜（酸化スケール）を除去する工程を備える必要が無い。よって、鋼材に対して表面粗さの増大が抑制されている軌道輪を、容易に製造することができる。

なお、第１クランプ部５１および第２クランプ部５２は、コイル材２が後述する目標温度まで加熱されるときに、たとえばコイル材２の上記第１部分と上記第２部分との間の熱膨張量以下だけ当該第１部分と当該第２部分との間隔を広げるように、コイル材２に対し張力を印加するのが好ましい。コイル材２の上記第１部分と上記第２部分との間の熱膨張量は、コイル材２の熱膨張係数（たとえば１０×１０−５／℃）、上記第１部分と上記第２部分との間隔Ｌｍｍ、およびコイル材２のクランプ後の温度変化ΔＴ℃を掛け合わせた量として考えることができる。第１クランプ部５１および第２クランプ部５２は、コイル材２に対して０ＭＰａ超え５０ＭＰａ未満の張力を印加可能に設けられているのが好ましく、０ＭＰａ超え３０ＭＰａ以下の張力を印加可能に設けられているのがより好ましい。

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い。
コイル材２に張力を加える方法としては、加工部３のプレス用ダイ３０および成形用ダイ３１，３２の近傍に設けられた第１クランプ部５１および第２クランプ部５２を用いる方法に限られない。たとえば、図７における第１クランプ部５１に代えて、図１３に示すように加工部３にコイル材２を供給可能に設けられている供給部６０（アンコイラ）を用いてもよいし、図１４に示すように供給部６０から加工部３に供給されるコイル材２の歪みを矯正可能に設けられている矯正部７０（レベラ）を用いてもよい。このようにしても、これらと第２クランプ部５２とのうちの少なくとも一方を駆動させることにより、これらと第２クランプ部５２との間に位置するコイル材２に張力を加えることができる。

また、たとえば供給部６０に巻き戻し動作をさせることにより、供給部６０と第２クランプ部５２とにより保持されているコイル材２の延在方向における２点間に張力を加えることができる。また、たとえばコイル材２の延在方向において第２クランプ部５２を矯正部７０から離すように移動させることにより、矯正部７０と第２クランプ部５２とにより保持されているコイル材２の延在方向における２点間に張力を加えることができる。

また、コイル材２の加熱方法としては、直流電流による通電加熱に限られるものではなく、交流電流による通電加熱、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１５を参照して、通電加熱では、被加熱物１００（コイル材２）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。直流電流により通電加熱する場合には上述の通りだが、交流電流により通電加熱する場合には交流電源から通電端子４１を介してコイル材２に交流電流が供給され、これにより生じたジュール熱によりコイル材２が加熱される。

図１６を参照して、間接抵抗加熱では、所定の抵抗を有する発熱体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。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１７を参照して、誘導加熱においては、コイル１０３に対して交流電源１０４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１８を参照して、接触伝熱においては、内部加熱ロール１０５と外部加熱ロール１０６からの伝熱によって、被加熱物１００が加熱される。また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当該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１１に示すように、成形体２Ａの内周部が成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられることにより、加工部３において成形体２Ａに成形加工が施されているが、これに限られるものではない。図１９を参照して、リング状の成形体２Ａの外周部（内周部ではなく）に成形加工が施されてもよい。この場合、成形用ダイ３２の内周面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。このため、上記実施の形態の場合と同様にプレス用ダイ３０のストロークを行った場合、リング状の成形体２Ａの外周部が当該凸部３２Ａに接触する。そして、上記実施の形態の場合と同様に、プレス用ダイ３０が下死点に到達するまでストロークされる。これにより、図１９に示すように、成形体２Ａの外周部が、当該成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにしても、焼入処理の前に加工部３において成形体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。

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、表面粗さの増大が抑制されており、高い加工品質を有していることを確認できた。

＜実施例＞
実施例では、鋼材ＳＡＥ１０７０からなるコイル材２と図２０に示す機械部品製造装置とを用いて、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を実施した。図２０に示す機械部品製造装置は、図６に示す機械部品製造装置２０と同様の構成を備えている。具体的には、図５に示す加工部３をカバー７で覆った機械部品製造装置２０を準備した。次に、カバー７の内部に窒素ガス（Ｎ_２ガス）を供給し、カバー７の内の雰囲気を酸素濃度が０．０１％以下である無酸化雰囲気とした。その後、当該無酸化雰囲気下において、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を通電加熱し、その後ダイクエンチ加工を行った。このようにして、図２１に示す実施例の軌道輪１１を得た。

このようにして製造された実施例の軌道輪１１（鋼材：ＳＡＥ１０７０）に対してビッカース硬さ測定を行った結果、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、当該断面を光学顕微鏡によりミクロ組織観察した場合、図２２の写真のようなマルテンサイト組織が確認された。また、軌道輪１１の表面粗さＲａは０．１３μｍ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、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。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。

本発明の軌道輪の製造方法は、高い加工精度が要求される軌道輪の製造方法に特に有利に適用され得る。

１ 軸受、２ コイル材、２Ａ 成形体、３ 加工部、４ 加熱部、５ 張力付与部、６ 制御部、７ カバー、１０，２０ 機械部品製造装置、１１ 軌道輪、１１Ａ 面、１２Ａ 転動面、１３ 保持器、２１，２２ 主面、３０ プレス用ダイ、３１，３２ 成形用ダイ、３１Ａ 凸部、３５ プレス部、３５Ａ 凹部、３５Ｂ 水冷回路、３６ ベース部、４１ 通電端子、４２ 直流安定化電源、５１ 第１クランプ部、５２ 第２クランプ部、６０ 供給部、７０ 矯正部、７１ ガス供給口、７２ リーク弁、１００ 被加熱物、１０２ 発熱体、１０３ コイル、１０４ 交流電源、１０５ 内部加熱ロール、１０６ 外部加熱ロール。

Claims (7)

1. 軌道輪の製造方法であって、
   鋼材および前記鋼材から前記軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、
   前記鋼材を前記成形台に設置する工程と、
   前記成形台において前記鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に前記鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、前記成形台においてリング状の前記鋼材を焼入処理することにより前記軌道輪を得る工程とを備え、
   前記軌道輪を得る工程では、前記鋼材の酸化が抑制された状態で、かつ前記鋼材の表面に沿った少なくとも一方向において前記成形台を挟んで間隔を隔てた前記鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、前記加熱と前記打ち抜きとを行う、軌道輪の製造方法。
2. 前記軌道輪を得る工程では、無酸化雰囲気下において、前記鋼材の表面に沿った少なくとも一方向において前記成形台を挟んで間隔を隔てた前記鋼材の第１部分と第２部分との間に張力を加えた状態で、前記加熱と前記打ち抜きとを行う、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
3. 前記無酸化雰囲気は、酸素濃度が０．１％未満の雰囲気である、請求項２に記載の軌道輪の製造方法。
4. 前記軌道輪を得る工程後の前記軌道輪の表面粗さＲａが０．１５μｍ以下である、請求項１〜請求項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いる、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. ７００ＨＶ以上の硬度を有する前記軌道輪が得られる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
7. 前記焼入処理の前に、前記成形台においてリング状の前記鋼材に成形加工が施され、
   前記成形加工では、リング状の前記鋼材の内周部または外周部が、リング状の前記鋼材の厚み方向に向くように折り曲げられる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。