JP2017226873A - 軸受部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の成形体を連続して誘導加熱処理することができ、かつ加熱対象領域の全体を均一に加熱することができる軸受部品の製造方法を提供する。【解決手段】環状の形状を有し、軸方向に対して交差する方向に延びる面を有し、軸方向における一方端２側が他方端３側よりも径方向の内側に位置している複数の成形体１を形成する工程と、上記交差する方向に延びる面４と径方向において対向配置された誘導加熱コイル２１〜２３によって、複数の成形体１を誘導加熱する工程とを備える。誘導加熱する工程において、複数の成形体１は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向に沿うように配置されているとともに、隣り合う２つの成形体１の一方端２側同士または他方端３側同士が軸方向において対向するように配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、軸受部品の製造方法に関し、特に軸方向における一方端が他方端よりも外径が小さく、当該軸方向と交差する方向に延びる外周面を有する軸受部品の製造方法に関する。

軸受鋼からなる軸受部品は、炭化物を母地中に溶け込ませ、炭素を均一に拡散させるために、一定時間一定温度で保持される熱処理が実施される。軸受部品の炭素濃度は、所定の範囲内にあって全体として均一であることが要求される。軸受部品の炭素濃度は、母地への炭化物の溶け込み速度に依存し、当該溶け込み速度は母地の温度に依存する。そのため、軸受部品の製造工程において、上記熱処理の温度管理は非常に重要である。

軸受部品の製造工程における上記熱処理は、低環境負荷、低消費電力などの利点から、誘導加熱により行われる場合がある。特開２０１５−０６７８８０号公報には、軸方向に積み重ねられたリング状部材に対し、外周側に囲むように配置された誘導加熱コイルで誘導加熱しながら軸方向に搬送する熱処理方法が開示されている。

一方、誘導加熱の場合、発熱密度分布は誘導加熱コイルと被加熱部材との距離に依存する。そのため、従来、軸方向に対して傾斜している外径面を有する被加熱部材の当該外径面の全体を均一に誘導加熱するためには、以下のような誘導加熱方法が知られている。

特表２０１１−５１５５７５号公報には、軸方向に対して傾斜している円錐ころ軸受の外輪の転動面に対し、所定の間隔を保って移動させる誘導加熱方法が開示されている。

特開２０１５−１０２６０号公報には、円すいころ軸受の内輪の表面を均一に加熱するために、内輪の軸方向に沿って延びる複数の柱状部と各柱状部とを径方向に連結する撚決部とを有する表面均一加熱用コイルを用いた、誘導加熱方法が開示されている。

特開２０１５−０６７８８０号公報 特表２０１１−５１５５７５号公報 特開２０１５−１０２６０号公報

しかしながら、特表２０１１−５１５５７５号公報および特開２０１５−１０２６０号公報に記載の誘導加熱方法では、複数の軌道輪となるべき被加熱部材（成形体）を連続して加熱処理することが困難である。

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、複数の成形体を連続して誘導加熱処理することができ、かつ加熱対象領域の全体を均一に加熱することができる軸受部品の製造方法を提供することにある。

本発明に係る軸受部品の製造方法は、環状の形状を有し、軸方向に対して交差する方向に延びる面を有し、軸方向における一方端側が他方端側よりも径方向の内側に位置している複数の成形体を形成する工程と、交差する方向に延びる面と対向配置された少なくとも１つの誘導加熱コイルによって、複数の成形体を誘導加熱する工程とを備える。誘導加熱する工程において、複数の成形体は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイルの軸方向に沿うように配置されているとともに、隣り合う２つの成形体の一方端側同士または他方端側同士が軸方向において対向するように配置されている。

本発明によれば、複数の成形体を連続して誘導加熱処理することができ、かつ加熱対象領域の全体を均一に加熱することができる軸受部品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軸受部品の製造方法を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る成形体の断面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法を示す側面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法を示す側面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法を示す側面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法の変形例を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法の他の変形例を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る軸受部品の製造方法のさらに他の変形例を示す断面模式図である。 実施例におけるモデル１を示す図である。 実施例におけるモデル２を示す図である。 実施例におけるモデル２を示す図である。 実施例におけるモデル１，２に入力される電流を示すグラフである。 実施例におけるモデル１，２の温度の解析箇所を示す図である。 実施例におけるモデル１の解析結果を示すグラフである。 実施例におけるモデル２の解析結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。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。

図１〜図５を参照して、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法について説明する。本実施の形態では、本発明の一例として、円すいころ軸受の内輪の製造方法を説明する。図１に示されるように、本実施の形態に係る内輪の製造方法は、成形体を形成する工程（Ｓ１０）と、誘導加熱工程（Ｓ２０）とを主に備える。

成形体形成工程（Ｓ１０）では、高周波焼入処理に適した任意の成分組成を有する鋼材が準備される。当該鋼材は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ２である。また、例えばＳＣＭ４４５Ｈ、ＳＣＭ４４０などであってもよい。

次に、準備された鋼材に対し、鍛造、旋削などの加工が実施される。これにより、所望の内輪の形状に応じた形状を有する成形体が複数個作製される。図１に示すように、成形体１は、環状の形状を有している。成形体１は、軸方向における一方端２の外径が他方端３の外径よりも短い。言い換えると、成形体１は、軸方向における一方端２側が他方端３側よりも径方向の内側に位置している。成形体１の一方端２は、内輪において小つば部となるべき部分である。成形体１の他方端３は、内輪において大つば部となるべき部分である。成形体１の外周面上において一方端２と他方端３との間には溝部が形成されている。溝部は周方向に延在している。溝部の底面は、軸方向に対して交差する方向に延びる面４である。成形体１の面４は、内輪において転走面となるべき部分である。

次に、図２に示されるように、焼入硬化処理工程が実施される。焼入硬化処理工程は、誘導加熱工程（Ｓ２０）と、加熱停止保持工程（Ｓ３０）と、冷却工程（Ｓ４０）とを含んでいる。焼入硬化処理は、例えば図３に示される誘導加熱部と、図示しない冷却部とを備える熱処理装置により実施される。誘導加熱工程（Ｓ２０）は誘導加熱部により実施され、冷却工程（Ｓ４０）は冷却部により実施される。はじめに、焼入硬化処理工程に用いられる熱処理装置について説明する。

図３に示されるように、誘導加熱部は、例えば複数の誘導加熱コイル２１，２２，２３を含んでいる。誘導加熱コイル２１〜２３は、環状の形状を有している。誘導加熱コイル２１〜２３は、成形体１の他方端３の外径よりも大きい内径を有している。誘導加熱コイル２１〜２３の各内径は、例えば同一である。誘導加熱コイル２１〜２３は、それぞれの軸方向から見たときに、各中心軸が重なるように同軸配置されている。誘導加熱コイル２１〜２３は、当該軸方向において間隔を隔てて配置されている。誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向は、例えば鉛直方向に沿っている。なお、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向Ｄ１は、後述する誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれる空間内を搬送される成形体１の搬送方向に沿っている。

誘導加熱コイル２１〜２３のコイルの巻き数は、例えば一部の誘導加熱コイル２１，２２と他の誘導加熱コイル２３とで異なっている。一部の誘導加熱コイル２１，２２，２３，２６の巻き数は、例えば他の誘導加熱コイル２４，２５の巻き数の半分である。誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向において隣り合う２つの誘導加熱コイル間の間隔は、例えば成形体１の軸方向における長さ（一方端２と他方端３との間の当該軸方向における長さ）の約２倍である。なお、誘導加熱部において、誘導加熱コイル２１〜２３の各構成は、成形体１の形状等に応じて適宜変更される。誘導加熱コイル２１〜２３の最適な構成は、予備実験またはシミュレーションなどによって決定され得る。

誘導加熱部は、例えば各誘導加熱コイル２１〜２３に個別に電力を供給する電源装置３０をさらに含んでいる。電源装置３０は、誘導加熱コイル２１〜２３と電気的に直列に接続されている。電源装置３０は、例えば図示しない制御装置によって誘導加熱コイル２１〜２３に供給される電力値、電流値、電圧値のいずれかが制御されている。誘導加熱コイル２１〜２３には、電源装置３０から供給された電力によって高周波電流が流通する。誘導加熱コイル２１〜２３に流れる高周波電流は、例えば電源装置３０により誘導加熱工程（Ｓ２０）において一定に制御されている。なお、各誘導加熱コイル２１〜２３に流れる高周波電流は、それぞれ異なる電源装置によって供給される電力値により制御されていてもよい。

誘導加熱部は、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向Ｄ１において誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間と隣接する空間に成形体１を例えば１つずつ搬入する搬入部４０と、搬入部４０により当該隣接する空間内に搬入された複数の成形体１を支持する支持部４１をさらに含んでいる。支持部４１は、例えば成形体１の周方向において互いに間隔を隔てて形成された複数の爪冶具である。支持部４１は、誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間およびその隣接する空間に搬入された複数の成形体１のうち最も誘導加熱コイル２１から離れた位置にある成形体１の一方端２または他方端３の複数箇所と当接可能に設けられている。搬入部４０は、支持部４１よりも軸方向Ｄ１において誘導加熱コイル２１〜２３側に成形体１を搬送可能である。具体的には、搬入部４０は、搬入部４０が搬送している成形体１の他方端３または一方端２が支持部４１により支持されている複数の成形体１のうち支持部４１と直接接触している成形体１の一方端２または他方端３と当接するとともに、搬入部４０が搬送している成形体１の一方端２または他方端３が支持部４１に支持され得る位置に達するように、駆動される。つまり、支持部４１に支持されている複数の成形体１は、搬入部４０が搬送している成形体１とともに、軸方向Ｄ１に沿って搬送される。支持部４１において、複数の成形体１は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向に沿うように、かつ当該軸方向において隣り合う２つの成形体１の一方端２同士および他方端３同士が対向するように積層された状態で、支持され得る。搬入部４０によって支持部４１に支持されている複数の成形体１が押し出される方向は、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向および支持部４１上に保持している複数の成形体１の軸方向に沿っている。上記方向Ｄ１は、例えば鉛直方向に沿って下方から上方に向かう方向である。支持部４１は、複数の成形体１を保持している状態で、誘導加熱コイル２１〜２３に対して相対的に停止可能である。一方端２が搬入部４０と接触されている成形体１が搬送されてから他方端３が搬入部４０と接触されている成形体１が搬送されるまでの時間隔（後述する変更する工程（搬送工程Ｓ２１）に要する時間）は、他方端３が搬入部４０と接触されている成形体１が搬送されてから一方端２が搬入部４０と接触されている成形体１が搬送されるまでの時間隔（後述する保持する工程（Ｓ２２）に要する時間）よりも短い。

冷却部は、例えば適温に保持された冷却液（例えば、焼入油）が貯留された冷却液槽を含んでいる。誘導加熱部において処理された成形体１は、例えば熱処理装置に設けられた搬送部によって、誘導加熱部から冷却部へ個別に順次搬送される。

なお、搬入部４０は、一方端２が対向するように積層された２つの成形体１を１セットとして誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間と隣接する空間に搬入する構成であってもよい。支持部４１は、１セットとして搬入された２つの成形体１のうち最も誘導加熱コイル２１から離れた位置にある成形体１の他方端３の複数箇所と当接可能に設けられていればよい。搬送部は、一方端２が対向するように積層された２つの成形体１を１セットとして誘導加熱部から冷却部に搬送する構成であってもよい。つまり、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法は、軸受部品となるべき２つの成形体を鼓形の１つの被処理物として処理可能に構成されていてもよい。

誘導加熱工程（Ｓ２０）では、複数の成形体１が連続して誘導加熱処理される。誘導加熱工程（Ｓ２０）は、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における複数の成形体１と誘導加熱コイル２１〜２３との相対的な位置を変更する工程（搬送する工程Ｓ２１）と、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における複数の成形体１と誘導加熱コイル２１〜２３との相対的な位置を所定の時間保持する工程（Ｓ２２）とを含む。

まず複数の成形体１が支持部４１に保持される。複数の成形体１は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向に沿うように、かつ上記方向Ｄ１において隣り合う２つの成形体１の一方端２同士および他方端３同士が対向するように積層された状態で、保持される。支持部４１には、例えば１２個の成形体１が保持される。支持部４１上において、１２個の成形体１は、それぞれの中心軸が方向Ｄ１に沿って連なるように配置されているとともに、方向Ｄ１において隣り合う２つの成形体１の一方端２同士および他方端３同士が対向するように配置されている。説明の便宜上、一方端同士２が対向するように積層された２つの成形体１を１組の積層体とよぶ。１２個の成形体１は、６組の積層体１１，１２，１３からなる。６組の積層体１１〜１３は、他方端３同士が対向するように、鉛直方向の上方から下方に向けて順に積層されている。

次に、変更する工程（Ｓ２１）が実施される。本工程（Ｓ２１）では、支持部４１に保持されている複数の成形体１は、搬入部４０によって搬入される成形体１により上方に押し上げられ、かつ搬入部４０によって搬入された成形体１が支持部４１に支持されることにより、方向Ｄ１に沿って順次搬送される。具体的には、支持部４１に保持されている複数の成形体１のうち最も下方に位置する成形体１の一方端２または他方端３に、搬入部４０によって搬送されている成形体１の一方端２または他方端３が下方から当接する。搬入部４０は、搬送している成形体１において下方に位置する一方端２または他方端３を支持部４１が支持可能な位置に達するまで上方に移動する。このとき、搬入部４０は、先に支持部４１により支持されていた複数の成形体１と、搬送している成形体１とを支持するとともに、方向Ｄ１に搬送する。

これにより、軸方向Ｄ１における複数の成形体１と誘導加熱コイル２１〜２３との相対的な位置が変更される。複数の成形体１は、順次誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間内に搬送される。なお、複数の成形体１のうち最も上方に位置する成形体１は、誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間から排出されたものとなる。

図３に示されるように、本工程（Ｓ２１）は、径方向から視たときに、軸方向において隣り合う２つの成形体１のそれぞれの他方端３と誘導加熱コイル２１〜２３とが重ならないように配置された状態（以下、第１状態という）に達するまで、実施される。なお、本工程（Ｓ２１）では、比較的短時間に、径方向から視たときに、軸方向において隣り合う２つの成形体１のそれぞれの他方端３と誘導加熱コイル２１〜２３とが重なるように配置された状態（以下、第２状態という）に置かれる。成形体１が第２状態に置かれる時間ｔ２は、１０秒未満であるのが好ましい。

次に、保持する工程（Ｓ２２）が実施される。本工程（Ｓ２２）は、第１状態に達した直後に実施される。本工程（Ｓ２２）では、複数の成形体１は支持部４１に支持された状態となる。図３に示されるように、第１状態では、径方向から視たときに、変更する工程（Ｓ２１）によって積層体１１を構成する成形体１の一方端２および面４の一部が、誘導加熱コイル２１と重なる位置に配置される。好ましくは、径方向から見たときに、方向Ｄ１において隣接する２つの一方端２の境界と誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における中心とが重なる位置に配置される。

保持する工程（Ｓ２２）は、所定の時間実施される。つまり、第１状態は、所定の時間保持される。第１状態が保持される時間ｔ１は、変更する工程（Ｓ２２）において第２状態に置かれる時間ｔ２よりも十分に長い。例えば上記時間ｔ１は、上記時間ｔ２の２倍以上である。上記時間ｔ１および上記時間ｔ２は、成形体１の寸法などに応じて異なるが、例えば成形体１の外形が１４０ｍｍ、内径が１１０ｍｍ、幅が４０ｍｍの場合、上記時間ｔ１は、８秒以上３０秒以下であり、上記時間ｔ２は、４秒以上１５秒以下である。

変更する工程（Ｓ２１）と保持する工程（Ｓ２２）とは、繰り返し実施される。言い換えると、各成形体１は、誘導加熱工程（Ｓ２０）において、誘導加熱コイル２１〜２３の数だけ第１状態に保持される。具体的には、積層体１１〜１３は、保持する工程（Ｓ２２）での処理時間（時間ｔ１）が経過した後、方向Ｄ１への移動を再開する。図４に示されるように、積層体１１〜１３は、積層体１１を構成する成形体１が再び第１状態に置かれるまで、すなわち積層体１１を構成する成形体１の一方端２および面４の一部が、誘導加熱コイル２２と径方向において対向する位置に配置されるまで、移動する。積層体１１を構成する成形体１が第１状態に置かれると、再び保持する工程（Ｓ２２）が実施される。このとき、積層体１２を構成する成形体１も第１状態に置かれている。すなわち、積層体１２を構成する成形体１の一方端２および面４の一部は、誘導加熱コイル２１と径方向において対向する位置に配置されている。積層体１１〜１３は、停止してから所定の時間が経過した後、方向Ｄ１への移動を再開する。なお、複数回実施される保持する工程（Ｓ２２）の処理時間は、それぞれ任意に設定され得るが、例えばいずれも一定の時間ｔ１である。

誘導加熱工程（Ｓ２０）開始後、変更する工程（Ｓ２１）と保持する工程（Ｓ２２）とが積層体１１〜１３の数実施されることにより、図５に示されるように、積層体１１を構成する成形体１の一方端２および面４の一部が誘導加熱コイル２３と径方向において対向する位置に配置される。同時に、積層体１３を構成する成形体１の一方端２および面４の一部が誘導加熱コイル２１と径方向において対向する位置に配置される。

積層体１１〜１３は、方向Ｄ１への移動が停止してから所定の時間が経過した後、再び方向Ｄ１に移動される。積層体１１を構成する成形体１は、誘導加熱コイル２３よりも上方に搬送される。これにより、積層体１１を構成する成形体１に対する誘導加熱工程（Ｓ２０）が終了する。さらに、変更する工程（Ｓ２１）と保持する工程（Ｓ２２）とが繰り返されることにより、複数の成形体１に対する誘導加熱工程（２０）は順次終了する。言い換えると、誘導加熱工程（２０）では、複数の成形体１に対する誘導加熱処理が連続して実施される。

誘導加熱工程（Ｓ２０）において、複数の成形体１は、例えば、誘導加熱コイル２１〜２３の各径方向と対向する位置に順次搬送されていきながら昇温され、方向Ｄ１における所定の位置において成形体の少なくとも面４を含む表層領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱される。これにより、各成形体１には、面４に沿った円環状の加熱領域が形成される。なお、誘導加熱工程（Ｓ２０）における加熱処理条件は、成形体１の寸法や軌道輪として要求される特性などに応じて適宜設定され得る。誘導加熱工程（Ｓ２０）において、誘導加熱コイル２１〜２３に供給される高周波電流は、例えば一定に制御されている。

誘導加熱工程（Ｓ２０）が終了した成形体１には、加熱停止保持工程（Ｓ３０）が施される。つまり、積層体１１〜１３を構成する各成形体１に対しては、順次加熱停止保持工程（Ｓ３０）が施される。成形体１は、工程（Ｓ３０）において加熱が停止された状態で所定の時間保持される。工程（Ｓ３０）は、温度のばらつきを抑制するために、誘導加熱完了後、Ｍ_Ｓ点以下の温度への冷却前に実施される。より具体的には、上記成形体１の形状および加熱条件の下においては、たとえば加熱完了後３秒間加熱を停止した状態に保持することにより、加熱された領域の表面における温度のばらつきを２０℃以下程度にまで抑制することができる。本工程（Ｓ３０）は、積層体１１〜１３の上記方向Ｄ１への移動中または停止中に実施され得る。言い換えると、特定の成形体１に対し、該成形体１よりも下方に位置する他の成形体１の誘導加熱工程（Ｓ２０）と同時に実施され得る。複数の成形体１に対する加熱停止保持工程（Ｓ３０）は、順次終了する。

加熱停止保持工程（Ｓ３０）が終了した成形体１には、冷却工程（Ｓ４０）が実施される。つまり、積層体１１〜１３を構成する各成形体１に対して、順次冷却工程（Ｓ４０）が施される。成形体１は、工程（Ｓ４０）において加熱領域全体がＭ_Ｓ点以下の温度に同時に冷却される。成形体１は、積層体１１〜１３上から搬送部によって順次冷却部に搬送され、冷却部の冷却液槽内に所定の時間浸漬されることにより、加熱領域全体がＭ_Ｓ点以下の温度に同時に冷却される。これにより、加熱領域がマルテンサイトに変態し、面４を含む領域が焼入硬化する。以上の手順により、焼入硬化工程が完了する。複数の成形体１に対する焼入硬化処理は連続して実施される。

次に、焼戻工程（Ｓ５０）が実施される。この工程（Ｓ５０）では、焼入硬化された成形体１が、例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、仕上工程（Ｓ６０）が実施される。この工程（Ｓ６０）では、例えば面４に対する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、円すいころ軸受の内輪を構成する内輪部材が完成する。面４は、転走面に仕上げられている。このように製造された内輪部材は、焼入硬化層が少なくとも転走面に沿って全周にわたって均質に形成されている。

次に、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法の作用効果について説明する。本実施の形態に係る軸受部品の製造方法は、環状の形状を有し、軸方向に対して交差する方向に延びる面を有し、軸方向における一方端２側が他方端３側よりも径方向の内側に位置している複数の成形体１を形成する工程（Ｓ１０）と、上記交差する方向に延びる面４と径方向において対向配置された誘導加熱コイル２１〜２３によって、複数の成形体１を誘導加熱する工程（Ｓ２０）とを備える。誘導加熱する工程（Ｓ２０）において、複数の成形体１は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向に沿うように配置されているとともに、隣り合う２つの成形体１の一方端２側同士または他方端３側同士が軸方向において対向するように配置されている。

このようにすれば、誘導加熱工程（Ｓ２０）において、各成形体１は、第１状態に順次または同時に置かれ得る。第１状態では、誘導加熱コイル２１〜２３によって生じる磁束が、成形体１において外周面に沿うように形成される。そのため、成形体１が第１状態にあるときに当該磁束により誘導される渦電流によって転走面となるべき面４を含む成形体１の少なくとも表層領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱されることにより、成形体１には少なくとも面４に沿って焼入硬化層が均質に形成される。つまり、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法によれば、複数の成形体１を連続して誘導加熱処理することができ、かつ各成形体１の加熱対象領域の全体を均一に加熱することができる。

上記軸受部品の製造方法において、誘導加熱する工程（Ｓ２０）は、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における複数の成形体１と誘導加熱コイル２１〜２３との相対的な位置を変更する工程（Ｓ２１）と、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における複数の成形体１と誘導加熱コイル２１〜２３との相対的な位置を保持する工程（Ｓ２２）とを含んでいる。そのため、第１状態は、変更する工程（Ｓ２１）によって実現され、保持する工程（Ｓ２２）によって保持され得る。

上記軸受部品の製造方法において、誘導加熱する工程（Ｓ２０）では、複数の誘導加熱コイル２１〜２３によって、複数の成形体１が誘導加熱される。複数の誘導加熱コイル２１〜２３は、誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。変更する工程（Ｓ２１）と保持する工程（Ｓ２２）とは、交互に繰り返し実施される。このようにすれば、複数の積層体１１〜１３に対して同時に誘導加熱処理することができる。

なお、第２状態では、誘導加熱コイル２１〜２３によって生じる磁束が、成形体１において外周面と交差するように形成される。そのため、成形体１が第２状態にあるときに当該磁束により誘導される渦電流によって転走面となるべき面４を含む成形体１の表層領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱されてしまうと、成形体１には均質でない焼入硬化層が形成されてしまう。成形体１が第２状態に置かれる時間ｔ２を１０秒未満とすれば、第２状態にあるときの磁束により誘導される渦電流によって転走面となるべき面４を含む成形体１の表層領域がＡ_１点以上の温度に誘導加熱されることを防ぐことができる。

なお、成形体１は、任意の数積み重ねられていればよい。図６に示されるように、積層体１１よりも上方にはダミー部材５０が積み重ねられているのが好ましい。すなわち、誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間内に積層体１１よりも先に搬送されるダミー部材５０が準備されているのが好ましい。ダミー部材５０は、成形体１と同等の構成を備えている。ダミー部材５０は、軸方向における一方端５２側が他方端５３側よりも径方向の内側に位置している。ダミー部材５０は、例えば複数個が軸方向に積み重ねられている。ダミー部材５０は、一方端５２同士および他方端５３同士が軸方向において対向するように積み重ねられている。当該ダミー部材５０は、軸方向における長さが、誘導加熱コイル２１と誘導加熱コイル２３との軸方向における中心間の距離よりも長く設けられているのが好ましい。誘導加熱コイル２１〜２３に囲まれた空間内の磁界分布は、当該空間内での被加熱処理物の有無や配置によって変化する。そのため、成形体１の加熱処理に先立って成形体１と同等の構成を有するダミー部材５０を当該空間内に配置させておくことにより、成形体１に対する加熱処理開始前後で当該空間内の磁界分布が変化することを抑制することができる。

また、図３に示される例では、積層体１１〜１３を構成する各成形体１は、一方端２の一部および面４の一部が誘導加熱コイル２３と径方向において対向する位置に配置されるが、これに限られるものでは無い。積層体１１〜１３を構成する各成形体１は、一方端２の全体および面４の一部が誘導加熱コイル２３と径方向において対向する位置に配置されていてもよい。積層体１１〜１３を構成する各成形体１は、軸方向において隣り合う一方端２間の境界と誘導加熱コイル２１〜２３の軸方向における中心とが径方向において重なる位置に配置されていてもよい。

また、図３に示されるように、複数の成形体１は一方端２同士と他方端３同士が軸方向において直接接続されているのが好ましいが、図７に示されるように、複数の成形体１は一方端２同士が軸方向において間接的に接続されていてもよい。一方端２同士は、例えば導電性を有する材料により構成されている導電部材６０を介して１接続されていてもよい。同様に、複数の成形体１は他方端３同士が軸方向において間接的に接するように積層されていてもよい。このようにしても、第１状態では、誘導加熱コイル２１〜２３によって生じる磁束が成形体１において外周面に沿うように形成されるため、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法と同様の効果を奏することができる。

上記軸受部品の製造方法において、成形体１は、軸方向に対して交差する方向に延びる面４が外周面上に形成されている。つまり、本実施の形態では、成形体１は、円すいころ軸受の内輪となるべきものとして成形されている。なお、本実施の形態に係る軸受部品の製造方法は、焼入硬化処理層がその軸方向に対して傾斜している表面領域上に形成されている軸受部品の製造方法に好適である。そのため、図８に示されるように、例えば成形体１は、円すいころ軸受の外輪となるべきものとして成形されていてもよい。この場合、成形体１において転走面となるべき面（軸方向に対して交差する方向の延びる面）は内周面上に形成されている。そのため、誘導加熱工程（Ｓ２０）において用いられる誘導加熱コイル２１〜２３の外径は例えば成形体１の内径よりも短く、誘導加熱コイル２１〜２３は例えば径方向において成形体１の当該内周面よりも内側に配置される。外輪となるべき成形体は、軸方向における一方端側が他方端側よりも径方向の外側に位置している。そのため、複数の成形体は、それぞれの中心軸が誘導加熱コイルの軸方向に沿うように配置されているとともに、隣り合う２つの成形体の一方端側同士および他方端側同士が軸方向において対向するように配置されていればよい。

また、上記軸受部品の製造方法において、焼入硬化工程の前に、焼きならし工程が実施されてもよい。焼きならし工程では、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。焼きならし工程の加熱処理は、例えば炉加熱により実施される。

次に、実施例について説明する。本実施例では、誘導加熱処理について以下のようなモデル１，２を立てて、各モデル１，２での被加熱処理物である成形体の被加熱領域中の温度分布および昇温挙動をシミュレーションにより評価した。シミュレーションは、有限要素法による電磁界周波数応答解析と熱伝導解析との連成解析を用いて行った。

（モデル１）
モデル１は、本発明に係る軸受部品の製造方法の誘導加熱工程に従ったモデルである。図９は、モデル１を説明するための断面模式図である。

成形体１は、円すいころ軸受（型番３２０２２）の内輪とした。誘導加熱の被加熱領域は、成形体１の外周面に面している表層領域とした。図９に示されるように、モデル１では、１２個の成形体１を、それぞれの中心軸が連なるように配置されているとともに、隣り合う２つの成形体１の各小つば（一方端側）同士および大つば（他方端側）同士が軸方向において対向するように積み重ねた。誘導加熱コイル２１〜２６は、それぞれシングルターンコイル（内径２００ｍｍ，断面形状１２ｍｍ×１２ｍｍ）とした。モデル１では、６個の誘導加熱コイル２１〜２６を、軸方向において互いに間隔を隔てて配置した。誘導加熱コイル２１，２２，２４，２５のコイルの巻き数は、誘導加熱コイル２３，２６の巻き数の半分とした。軸方向において隣り合う２つの誘導加熱コイルの軸方向における中心間の距離は、成形体１の軸方向における長さの２倍とした。成形体１の積層体の中心軸と、誘導加熱コイル２１〜２６の中心軸とは、重なるように同軸配置した。成形体１と誘導加熱コイル２１〜２６とは、それぞれの軸方向は鉛直方向に沿うように配置した。

成形体１は、誘導加熱コイル２１〜２６に対して、鉛直方向の下方から上方へ相対的に移動するものとした。加熱処理前の成形体１は、常温とした。成形体１は、変更する工程（Ｓ２１）と保持する工程（Ｓ２２）とを繰り返すものとした。保持する工程（Ｓ２２）において、径方向から視たときに、成形体１の一方端２および軸方向と交差する方向の延びる面が誘導加熱コイル２１〜２６と重なる位置に保持される時間は、２４秒とした。

誘導加熱コイル２１〜２６に入力される各電流値は、同等とした。誘導加熱コイル２１〜２６に入力される高周波電流の周波数は３ｋＨｚとした。誘導加熱コイル２１〜２６に入力される各電流値は、２０８５Ａｒｍｓ一定しとした。

また、連成解析の条件として、磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、電気伝導率、比熱、熱伝導率は、全てＳＵＪ２の実測値を用いた。

モデル１の連成解析では、加熱処理開始（図１２における時間ゼロ）後に、図９に示される６個の誘導加熱コイルのうちの最も下方に位置する誘導加熱コイル２１と径方向において重なる位置に配置される積層体１１の２つの成形体１のうち、下方に位置する成形体１の表面領域中の４か所について昇温挙動を解析した。図１３は、成形体における当該４か所を示す断面模式図である。図１３に示されるように、解析箇所Ａは成形体１の大つば（他方端３）上の点である。解析箇所Ｂ，Ｃは成形体１の転走面（面４）上の点である。解析箇所Ｄは成形体１の小つば（一方端２）上の点である。加熱処理は、２８０秒間実施されるものとした。

（モデル２）
モデル２は、モデル１に対し被加熱処理物である成形体の積み重ね方法を変更したモデルである。モデル２の成形体の積み重ね方法は、従来の軸受部品の製造方法の誘導加熱方法において採用されているものである。モデル２は、当該従来の積み重ね方法を採用した場合に、シミュレーションにより最適と考えられる誘導加熱方法のモデルである。図１０は、モデル２を説明するための断面模式図である。図１１は、モデル２の解析モデルである。誘導加熱コイルに流す電流は図１２に示されるように、成形体１に対する加熱処理開始後、時間により変化させた。本シミュレーションにおいては、上述した実施の形態の軸受部品の製造方法における変更する工程（Ｓ２１）のように誘導加熱コイルに対する複数の成形体１の相対的な位置関係を変更する代わりに、誘導加熱コイルに供給する電流値を経時的に変化させた。図１２の横軸は、各誘導加熱コイルに電流の供給を開始したときをゼロとし、その時からの経過時間（単位：秒）を示す。図１２の縦軸は、誘導加熱コイルに入力される電流値（単位：Ａｒｍｓ）を示す。

成形体は、モデル１と同様に円すいころ軸受（型番３２０２２）の内輪とした。図１１を参照して、モデル２では、モデルの上下端に周期境界条件を設定することで、成形体１および誘導加熱コイルが鉛直方向に無限に配置されている状態を模擬した。誘導加熱コイルは、内径２００ｍｍ、断面形状１２ｍｍ×１２ｍｍとした。

モデル２における誘導加熱コイルの構成および加熱処理条件は、上記のように積み重ねられた成形体に対して連続的に誘導加熱を行う場合に最適と考えられる構成に基づいたものとした。

モデル２の連成解析では、加熱処理開始（図１２における時間ゼロ）後に、図１０に示される１３個の誘導加熱コイルのうちの最も下方に位置する誘導加熱コイルと重なる位置に配置される成形体の表面領域中の４か所について昇温挙動を解析した。当該４か所は、モデル１と同様に、図１３に示されるＡ〜Ｄとした。加熱処理は、２８０秒間実施されるものとした。

図１４および図１５は、それぞれモデル１およびモデル２の解析結果を示すグラフである。図１４および図１５の横軸は、図１２の横軸と同様に、径方向から視たときに、成形体の大つば以外の部分が図９および図１０に示す最も下方に位置する誘導加熱コイルと重なる位置に配置されたときをゼロとし、その時からの経過時間（単位：秒）を示す。図１４および図１５の縦軸は、それぞれ４つの解析箇所Ａ〜Ｄでの温度（単位：℃）を示す。

表１に、加熱開始後２８０秒後の４箇所の到達温度および当該到達温度の最高温度と最低温度との差（温度バラつきの最大値）と、４箇所いずれもが９００℃に到達するまでに要した時間を示す。

図１４および表１に示されるように、モデル１では、１２６秒後に４箇所いずれも９００度に到達した。さらに、モデル１では、９００℃に到達後、４箇所間での温度のばらつきが小さく、また４箇所いずれも温度変動が小さかった。

一方、図１５および表１に示されるように、モデル２では、４箇所いずれも９００度に到達するのに、２７２秒を有した。モデル２では、特に７００℃以上の温度で、４箇所の温度バラつきが大きかった。

本実施例により、モデル１は、従来の誘導加熱方法における最適条件と考えられるモデル２と比べても、９００℃への到達時間が短く、かつ成形体の被加熱領域内での温度分布が小さいことが確認された。つまり、本発明に係る軸受部品の製造方法によれば、図１０に示されるように複数の成形体が同一の向きに積層された状態で誘導加熱される従来の軸受部品の製造方法と比べて、加熱対象領域の全体を均一に加熱することができることが確認された。

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。

１ 成形体、２ 一方端（小つば）、３ 他方端（大つば）、４ 面（転走面）、１１，１２，１３ 積層体、２１，２２，２３，２４，２５，２６ 誘導加熱コイル、３１，３２，３３ 電源装置、４０ 支持部、５０ ダミー部材、６０ 導電部材。

Claims (5)

1. 環状の形状を有し、軸方向に対して交差する方向に延びる面を有し、前記軸方向における一方端側が他方端側よりも径方向の内側に位置している複数の成形体を形成する工程と、
   前記交差する方向に延びる面と対向配置された少なくとも１つの誘導加熱コイルによって、前記複数の成形体を誘導加熱する工程とを備え、
   前記誘導加熱する工程において、前記複数の成形体は、それぞれの中心軸が前記誘導加熱コイルの軸方向に沿うように配置されているとともに、隣り合う２つの前記成形体の前記一方端側同士または前記他方端側同士が前記軸方向において対向するように配置されている、軸受部品の製造方法。
2. 前記誘導加熱する工程は、前記誘導加熱コイルの前記軸方向における前記複数の成形体と前記誘導加熱コイルとの相対的な位置を変更する工程と、前記誘導加熱コイルの前記軸方向における前記複数の成形体と前記誘導加熱コイルとの相対的な位置を保持する工程とを含む、請求項１に記載の軸受部品の製造方法。
3. 前記保持する工程では、前記径方向から視たときに、前記軸方向において隣り合う２つの前記成形体のそれぞれの前記他方端と前記誘導加熱コイルとが重ならないように配置された状態が保持される、請求項２に記載の軸受部品の製造方法。
4. 前記誘導加熱する工程では、複数の前記誘導加熱コイルによって、前記複数の成形体が誘導加熱され、
   前記複数の誘導加熱コイルは、前記誘導加熱コイルの前記軸方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されており、
   前記変更する工程と前記保持する工程とは、交互に繰り返し実施される、請求項２または請求項３に記載の軸受部品の製造方法。
5. 前記成形体は、前記交差する方向に延びる面が外周面上に形成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軸受部品の製造方法。