JP3605830B2 - 連続焼鈍炉、焼鈍方法及び転がり軸受の内外輪の製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は連続焼鈍炉、転がり軸受、焼鈍方法及び深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関し、特に二輪車、自動車、農業機械、建設機械等あらゆる所に使用される転がり軸受を主とした機械部品の製造に使用される技術に関する。
背景技術
（１）
熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関して、製造コストを考慮した、従来から一般的に採用されている製造方法を図１に示す。
まず、丸棒素材には、一般的に圧延したままの丸棒鋼材を使用する（S1）。次に、一般的に多段フォーマーを使用して熱間鍛造を行い、内外輪になる粗形リングを作る（S2）。次に、熱間鍛造後に、後工程のため軟化焼鈍により硬さを下げたり、ミクロ組織を改善する（S3）。つづいて、冷間ローリング加工（以下、CRF加工と呼ぶ）を行なう（S4）。なお、CRF加工とは、第５図に簡略図を示すが、成形ロール21とマンドレル22に挟まれた粗形リング23は荷重Ｗにより圧延されて断面は肉薄に、リング径は拡大するものである。
第３図にCRF加工を使用しない場合の鍛造工程を示す。鍛造リング1,2をつくるために、リング3,部材４はスクラップとして廃却される。一方、CRF加工を取り入れた場合、熱間鍛造で第４図（Ｄ）に示す小さな鍛造リング5,6を作り、CRF加工により第４図（Ｅ）に示すCRFリング7,8に拡径することができるので、第３図（Ｄ）のリング３がなくなり、部材４も第４図（Ｄ）の部材12に示す通り小さくすることができる。さらに、CRFで拡大径する時に軌道面に溝7a,8aなどを付けて旋削取代を少しでも減らすことが可能であり、材料歩留が非常に良くなる。
次に、第１図のサイジング（S5）を行なう。その後、CRFリングは鍛造や焼鈍時に発生した酸化、脱炭層を取り除くため、また熱処理，研削後に深溝玉軸受となるよう必要な形状にするため、リング全面に旋削加工（S6）を施す。また、場合によっては旋削加工前に熱間鍛造時にできたバリ等を研削加工で除去することもある。さらに、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得る（S7）。ひきつづき、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより内外輪を製造する（S8）。
次に、特公平６−83872には、CRF加工の前に全面旋削加工を行ない形状や重量を一定にした後、精密なCRF加工で深溝玉軸受として必要な軌道面溝やシール溝等の形状まで完全に仕上げることにより、その後の旋削加工を省略してさらなるコストダウンを可能にするものが開示されている。
ところで、CRF加工とは上述したように（鍛造リングや旋削リングなどの）粗形リングを拡径してCRFリングとするものである。従って、肉厚や拡径量は調整可能であるが、横方向の寸法制御はできないため、幅方向にはみ出しができる。
精密なCRF加工を行なう特公平６−83872では、横方向のはみ出しの発生や、複雑な形状を成形するシール溝やレース溝の縁に冷間加工による微少な割れが発生する。従ってCRF加工前に寸法を整え、体積を一定にするための全面旋削が必要な上に、結局CRF加工後にも割れ等を取り除く、仕上旋削が必要となる。また、複雑な形状を精密にCRF加工する場合は加工時間が長く必要になり、CRF加工コストが上がる傾向にある。
一方、第１図に示すように、CRF加工前に旋削加工を行なわない方法では、CRF加工で拡径する時に軌道面に溝形状（第４図の付番7a,8a）等を付けて、その後の旋削取代を少しでも減らそうとはしている。しかし、旋削取代を減らし過ぎると、今度は熱間鍛造や軟化焼鈍時に発生する脱炭が旋削後に残ってしまい、軸受の機能上問題となる場合が出る。そのため、CRF加工後に全面旋削加工を行っており、工程省略によるコストダウンに関してまだ追及の余地が残されていた。
（２）
また、前記軸受は、転動体や軌道面の間の小さな接触面で繰り返し荷重を受けるため、この繰り返し荷重（応力）に耐え得る、均一な組織及び耐摩耗性を有し、硬い鋼が使用される。このような鋼としては、JISG4805に規定されている高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）が代表的に使用されている。この軸受鋼は高い硬さを得るために、素材炭素の含有量が約１％と高いことが特徴である。
このため、製造工程中で大気中などで高温に加熱すると表面が脱炭してしまい、このままでは所要の硬さが得られないという問題があった。これは、軸受の製造後、転動面にこの脱炭層が残留してしまうと、軸受の寿命、耐摩耗性といった機能が低下してしまうことを意味する。
一般的に、軸受リングを製造する際、旋削リング仕上までは、圧延ままの棒鋼より熱間鍛造にて矩形リングを形成し、その後旋削にて仕上げを行う場合や、管材より旋削加工にて仕上げを行う方法などがある。その他にも、リング状に形成するための各種加工法があるが、いずれの場合も旋削加工の前には、加工の容易性を確保するため、球状化焼鈍が行われている。
これらの工程のなかで軸受鋼に脱炭が生じるのは、まず素材の段階である。軸受用素材は分塊圧延にてビレットにされ、引き続き熱間圧延によって棒や管，線に加工され軸受用素材として供される。この分塊圧延でのビレットの加熱や熱間圧延での棒，管加工の加熱は1150℃を越え1200℃近辺までの高い温度で、大気中で加熱されるため、数ミクロン〜数百ミクロン程度の深い脱炭層が生じることもあり、脱炭は避けられない問題であった。更に、これらの素材を使用し熱間鍛造にてリングを形成する場合、再び大気中にて高温（1150℃程度）に加熱されるため、上記素材段階での脱炭と合せ、脱炭は更に深くなり、又表面層の炭素濃度も更に低くなったしまう。
また、旋削や研削の仕上げ加工を行う前に実施される球状化焼鈍においても、脱炭が生じる場合があった。軸受鋼の球状化焼鈍は従来より旋削加工の前に、加工の容易性を確保するために行われているもので、例えば熱処理18巻１号22pに代表的な球状化焼鈍方法が記載されている。その一般的な方法としては、A1変態点の直上（780〜810℃）に加熱した後、A1変態点付近（730〜750℃程度）を徐冷する方法がある。この処理は、熱間鍛造温度や浸炭等の温度と比較して処理温度は低いものの、12時間を越える長時間にわたって加熱されているため、処理雰囲気が大気等の酸化雰囲気中では脱炭が更に増大してしまう。
このため、こうした問題を解決する方法として、通常素材では、旋削や研削等の手段で脱炭層を除去する方法が行われていた。また、仕上げ加工された旋削完了リングについても球状化焼鈍処理後、脱炭層の完全除去及び軌道面等の精密形状作成のため、研削や研削加工等が施されて脱炭層は除去されてきた。しかし、これらの方法では、工数の増加や歩留りの低下等により製造コストが大幅に増加してしまう。
また、近年、これらの仕上げ旋削，研削工程においては、工程能力向上，コストダウンのため取代削減が望まれている。さらには、焼鈍後に、供される冷間ローリングなどでリングの精密形成が可能となり、旋削、研削工程そのものが省略される場合が出てきた。従って、旋削や研削工程を削減（工数低減）するために、球状化焼鈍後には脱炭層が存在しないことが要求されてきている。
このため、脱炭層を削減する方法として圧延後の素材（棒，管，線）については、浸炭処理を施し、脱炭層をなくす方法がこれまでにいくつか提案，実施されている。例えば、線材用コイル素材では、球状化焼鈍時に雰囲気焼鈍法が適用されている。しかし、線材の場合、雰囲気焼鈍により浸炭が生じてしまった際には引き抜き時に表面層が硬化し、加工疵が発生する恐れがある。
そこで、脱炭深さを精密に制御する必要があるが、従来の方法では制御が困難であった。また、球状化焼鈍法は一般的にA1変態点直上の温度（800℃程度）に加熱した後、変態点以下の低い温度まで徐冷（700℃程度）する方法である。このため、浸炭性の雰囲気ガスは低い温度ではすすが析出するスーティングが発生し、これがワークに付着した場合、後工程ですすを除去する工程が必要となり、また炉のメンテナンスコストがかさむこととなる。
高炭素の軸受鋼の場合、球状化焼鈍工程の脱炭を削減する方法として、素材を製造する段階で圧延工程により生じた脱炭を復炭する方法が従来知られている（例えば、特開平７−37645、特公平７−30438、特開平２−54717,特開平５−148611）。ここで、特開平５−148611や特公平７−30438では、脱炭を防止，削減するために浸炭性の雰囲気にて脱炭層部の復炭を行うものである。しかし、両者とも、球状化焼鈍を行うために一度はA1変態点以上の温度まで昇温を行うものの、浸炭（復炭）を行う温度域はA1変態点以下（A1点以下の例えば710℃以下）が良好であると着目し、主として低い温度域で浸炭制御を行っているものである。
しかし、このA1変態点近傍以下の低い温度で処理を行う方法においても、復炭を行うためには雰囲気ガスは浸炭性とする必要があり、また浸炭性の制御を行いながら徐冷していく必要がある。この方法の場合、上記線材での雰囲気焼鈍の場合と同様に低い温度域での浸炭性雰囲気のため、すすが析出し、スーティングが発生する懸念があり、精密な制御が必要となってくる。
更に、特開平５−148611では、上述した様にA1点以下の温度で主として浸炭（復炭）を行なうものの、A1点以上の均熱帯（浸炭帯）においても浸炭性の雰囲気ガス中を通過することとなる。したがって、A1以下での（浸炭性）雰囲気制御を行なったとしても、均熱帯での雰囲気設定の程度（高低）が焼鈍後のワークの表面炭素濃度に大きく影響を及ぼすこととなり、均熱帯及びA1点以下での雰囲気制御に改良の余地が残されていた。
また、特開平７−37645では、浸炭を行った後、この浸炭層を除去するために再び酸化性の直下式焼鈍炉で再加熱し、表面の炭素量を調整する工程が必要等、製造コストがかさむ。更に、特開平２−54717では、連続で処理を行なうものの、浸炭処理と球状化焼鈍処理をつなげただけで、必要以上に処理時間が長くなるだけである。
つまり、上記した素材への復炭処理では、素材としてのあらゆる後工程への対応を考慮しているため、脱炭は削減するが、表面が過浸炭されて、後加工に悪影響を及ぼしてはならないのである。従って、復炭後に別工程の脱炭処理を行ない工程が複雑となるものや、浸炭してから続けて焼鈍処理を行なうような、長時間処理になってしまう。
このように、球状化焼鈍工程で完全な復炭処理を低コストで行なうためには、低温での浸炭雰囲気制御や更に低温での温度変化に対する浸炭雰囲気追従制御が必要な上、大量にバラ積みされ、接触部がある場合でも十分復炭可能となる処理方法や処理炉が必要となる。
発明の開示
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有しかつ連続して接続された２以上の処理室と、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室等を用いて連続焼鈍を行うことにより、熱間鍛造での脱炭の復炭を安定かつ低コストでなしえる連続焼鈍炉及び焼鈍方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、長寿命で加工性に優れた転がり軸受を提供することを目的とする。
更に、本発明は、最適な加工工程を組み合わせることにより、製造コストを最小限にしえるとともに、軸受の機能に優れた深溝玉軸受の内外輪の軸受製造方法を提供することを目的とする。
（１）本発明は、高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う連続焼鈍炉において、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室と、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室と、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送する搬送手段とを具備することを特徴とする連続焼鈍炉を提供する。
（２）また、本発明は、上記（１）のように処理された高炭素軸受鋼からなる転がり軸受の完成品軌道面における最大浸炭率が0.1％以上（好ましくは５％以上）〜30％以下でかつ浸炭深さが0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする転がり軸受を提供する。
（３）更に、本発明は、熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪の製造方法において、丸棒素材を熱間鍛造して内輪と外輪に加工される粗形リングを作る熱間鍛造工程と、冷間加工や旋削加工のため炭化物を球状化する軟化焼鈍を行う工程、冷間で前記粗形リングの内周面と外周面をマンドレルとロールで挟んで圧延成形することにより、粗形リングを拡径して内輪と外輪の形状にする冷間ローリング加工工程と、旋削加工により深溝玉軸受として必要な形状に仕上げる仕上研削加工工程と、焼入焼戻を行い軸受として必要な硬さを得る焼入焼戻工程と、軌道面とはめ合い面を研削加工する研削加工工程とを具備した転がり軸受の内外輪製造工程の軟化焼鈍炉に用いられたことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の転がり軸受の内外輪の製造方法を提供する。
（４）更には、本発明は、高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う焼鈍方法において、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室を配置し、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室を配置し、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送して焼鈍を行うことを特徴とする焼鈍方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来に係る深溝玉軸受の内外輪の製造方法を工程順に示す説明図；
第２図は、本発明に係る深溝玉軸受の内外輪の製造方法を工程順に示す説明図；
第３図は、第１図に対応する従来の熱間鍛造後の工程を工程順に示す説明図；
第４図は、第１図に対応する本発明の熱間鍛造後の工程を工程順に示す説明図；
第５図は、冷間ローリング加工（CRF加工）の説明図；
第６図は、従来に係る熱鍛後脱炭量の特性を示す特性図；
第７図は、本発明に係る焼鈍後脱炭量の特性を示す説明図；
第８図は、本発明に係る浸炭率とL10寿命との関係を示す特性図；
第９図は、本発明に係るCRF後脱炭量の特性を示す特性図；
第10図は、本発明に係る旋削後脱炭量の特性を示す特性図；
第11図は、本発明に係る焼入後脱炭量の特性を示す特性図；
第12図は、焼鈍温度での酸素センサー値と炉内酸素分圧との関係を示す特性図；
第13図は、各種焼鈍条件における酸素センサー値と表面脱炭率との関係を示す特性図；
第14図は、本発明に係る無酸化焼鈍後の脱炭量の特性を示す特性図；
第15図は、本発明に係る無酸化焼鈍後＋焼入後の脱炭量の特性を示す特性図；
第16図は、本発明におけるサイジング加工の概略図；
第17図は、本発明における焼鈍工程を示す特性図；
第18図A,Bは、本発明による完成品外輪の断面図；
第19図A,Bは、従来法によるニヤネットCRFを行った場合の鍛造工程断面図；
第20図は、本発明による熱間鍛造工程において窒素雰囲気に炭化水素系のガス等を添加する場合の表面からの距離と炭素濃度との関係を示す特性図；
第21図は、条件Ａで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第22図は、条件B,Cで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第23図は、条件Ｄで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第24図A,Bは、本発明に係る焼鈍炉の説明図；
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクル；
第26図は、本発明に係る焼鈍方法における置換率と標準偏差との関係を示す特性図；
第27図は、本発明に係る焼鈍方法における分圧比の差と標準偏差との関係を示す特性図；
第28図は、本発明に係る焼鈍方法における浸炭率と寿命比との関係を示す特性図；
第29図は、本発明に係る焼鈍方法における浸炭深さと寿命比との関係を示す特性図；
第30図Ａ〜Ｃは、6206軸受の外輪用鍛造リングの測定箇所の説明図；及び
第31図は、本発明に係る焼鈍方法における徐冷期の（CO）2/CO2の分圧比と浸炭期の（CO）2/CO2の分圧比との関係を示す特性図。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明について詳細に説明する。
1.深溝玉軸受の内外輪の製造方法
本発明者らは、熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造コストに関して、種々の製造方法で素材から各製造工程に至るまで詳しく調査し、以下の結果を得た。
１−1.深溝玉軸受は、一般的に並径と呼ばれるおよそ外輪外径が20mm前後から200mm前後までの軸受がそのほとんどであり、大量、低コストで生産を行なっている。そのため、同時に多くの軸受が処理できる熱処理やショット等に比べて、軸受を一つ一つ処理する研削加工や旋削加工の工数低減はコストダウン効果が大きい。
１−2.大量生産を行なっているため、材料歩留によるコストタウン効果も重要であり、CRF加工を利用して鍛造ブランクを小さくすることや、軌道面に溝形状等を付けて旋削取代を減らすことが有効である。
１−3.軌道面溝やシール溝形状を完全に仕上げる精密CRF加工は、CRF加工前のブランクの状態での全面旋削のコストや割れ問題、加工時間延長によるコストアップを考慮すると、CRF後に旋削加工を行なう方が低コストとなる。
つまり、製造コストを突詰めると、CRF加工を取り入れ、CRF加工前に旋削加工を行なわず、CRF加工後の旋削工数を極力減らすことが最適となることを見出した。従って、以下は、CRF加工前に旋削加工を行なわず、CRF加工後に旋削する加工法に関してその製造コストを追求し、軸受機能を確認した。
しかし、軸受の品質や機能を考慮すると、単純に旋削取代や旋削工数を減らすことはできない。また、旋削取代を減らすだけでは十分なコストダウンは望めない。
深溝玉軸受の内外輪の製造工程で熱間鍛造を施すと、冷却速度や素材の合金成分にもよるが、ほとんどの場合パーライト組織が現れ、その後の旋削等の加工工程に悪影響を与える。そのため、焼鈍により硬さを下げると共にミクロ組織を改善しなければならない。従来から軸受に最も多く使用されている素材の炭素量が１％の軸受鋼（SUJ2）では、一般的に球状化焼鈍を行っている。
つまり、1100〜1200℃に加熱され据え込み成形される熱間鍛造や、750〜800℃程度に加熱され10〜20時間程度の処理を行なう焼鈍により、粗形リングの表面には酸化層や脱炭層が発生する。酸化層や脱炭層が軸受完成品表面に残ると、寿命や摩耗等、軸受としての機能が低下してしまう。即ち、旋削前のCRFリング表面の酸化層や脱炭層を減らさないと、取代削減や旋削工程削減は出来ない。
その後、CRF加工により拡径された旋削前のCRFリング表面にも酸化層や脱炭層がほぼそのまま残留してしまい、酸化層や脱炭層が軸受完成品表面に残ると、寿命や摩耗等、軸受としての機能が低下してしまう。そのため、CRFリングの全面を旋削し脱炭層を除去していた。
そこで、本発明者らは、第１図に示す一般的な深溝玉軸受のCRF加工を取り入れた製造法で、素材から各製造工程における脱炭量を詳しく調査した。素材は従来から軸受に最も多く使用されている軸受鋼（SUJ2）とした。脱炭量の調査方法は断面をＸ線解析による炭素の特性Ｘ線を測定することで行なった。なお、測定には、島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いた。
素材には、一般的に素材コストが有利な圧延したままの丸棒鋼材を使用する。そのため、製鋼から圧延工程で既にある程度の脱炭が発生している。次に、熱間鍛造後の最大脱炭量の測定結果を第６図に示す。第６図において、横軸は表面からの距離（mm）を示し、縦軸は炭素濃度（重量％）を示す（後述する第７図も同様）。熱間鍛造時におよそ1100〜1200℃に加熱され据え込み成形される間に脱炭が増加している。
ここで、熱間鍛造後の粗形リング（鍛造リング）について色々な部分の脱炭量を測定したところ、測定位置により脱炭量のバラツキがあり、外輪外径や内輪外径からの端面部（第４図（Ｄ）の付番9,付番10）に脱炭が多いことから、その原因の一つは素材からの脱炭量の積み重ねと考えられる。第４図にCRF加工を取り入れた場合の熱間鍛造工程を示す。第４図（Ａ）に示す丸棒素材11の外径部11aには脱炭があり、熱間鍛造されると第４図（Ｄ）の鍛造リング5,6は素材からの脱炭量が積み重なり脱炭量が多く、特に外輪外径部に相当する端面部９の中央に脱炭が多く残る傾向を示した。
また、本発明者らは、円周での各位置における脱炭量の調査を行い、最大脱炭部の端面部９中央位置の中でも、円周上でのバラツキがあることを確認した。
そのため、軸受としての品質に問題なく取代削減や工程削減を行うためには、最大の脱炭量を制御し削減しなければならない。従って以後の工程でも測定値は最大脱炭量を示す。
次に、一般的に並径と呼ばれる軸受で行われている，窒素雰囲気の焼鈍工程後の脱炭量の測定結果を第７図に示す。焼鈍工程は加熱温度こそ750〜800℃程度と低いが、全工程ではおよそ10〜20時間程度の処理を行うため、最大脱炭量が大幅に増加していた。つまり、並径玉軸受で脱炭の主原因は焼鈍工程にあることが明確となった。但し、焼鈍工程での脱炭量は焼鈍条件の主に焼鈍雰囲気に大きく依存している。
一方、軸受の製造方法には、雰囲気を使用しない大気焼鈍を行う場合がある。その場合、表面は激しく酸化，脱炭し荒れた状態となり、ショットピーニングやショットブラストによって表面酸化層を除去してから、さらに、脱炭層を含めて大きな取代の旋削が必要となる。従って、大量に生産される並径玉軸受では、トータル的な製造コストを考慮し、旋削取代を減らすため、一般的に窒素雰囲気で焼鈍を行う場合が多い。
しかし、窒素雰囲気の焼鈍であっても第７図に示す通り表面の脱炭は十分に抑えられず、大気焼鈍に比べれば若干旋削取代を減らせる程度で、結局、焼鈍後に脱炭層を取り除くための全面旋削が必要となる。
ここで、焼鈍後の鍛造リングの脱炭量を測定した結果、鍛造後と同様に測定位置による脱炭量のバラツキがあり、外輪外径に脱炭が多く、素材からの脱炭量が積み重なり、よりバラツキが大きくなる傾向を示した。
つまり、窒素雰囲気で焼鈍を行っても、大気焼鈍に比べれば、表面酸化層除去工程を省略でき、脱炭層もある程度低減できるが、旋削工程の大幅な工数低減には至らない。また、脱炭量にはバラツキがあり、最大では第７図に示す通り0.5mm前後の脱炭深さとなってしまう。
次に、CRF工程後の脱炭量測定結果を第９図に示す。CRF加工により脱炭層が圧延されて若干減少しているが大きな変化はない。
全面旋削加工後の脱炭量測定結果を第10図に示す。旋削取代は軸受の大きさによって変わるが、脱炭量が大きい外輪外径部でおよそ0.5〜1.0mm程度であり、脱炭層はほぼ取り除かれている。
焼入、焼戻工程後の脱炭量測定結果を第11図に示す。焼入条件は830℃〜860℃で0.5〜1.0時間加熱後に油焼入し、150〜200℃で90〜120分焼戻を行なった。焼入は一般的に脱炭を防ぐために浸炭性のガス（RXガス）雰囲気で行われるため、表面は浸炭される。しかし、処理時間が短いため、深さは0.1〜0.2mm程度となる。
研削取代は軸受の大きさによって変わるが、外輪外径部でおよそ0.1〜0.2mm程度であり（第11図の表面から0.1〜0.2mm取り除くから）、焼入による浸炭層（復炭層）はほぼ取り除かれている。
深溝玉軸受の素材から各製造工における酸化、脱炭状況を詳しく調査した結果、工程別に見ると、窒素雰囲気で焼鈍を行なっても、脱炭の主原因は焼鈍工程にあり、旋削加工後脱炭層が取り除かれるから、そして焼入で復炭層を研削除去するので、表面は以後の工程により脱炭等の不良は無い事ことが明らかとなった。
次に、脱炭の主原因である焼鈍工程で脱炭を最低限にするため、酸化や脱炭を進行させる炉内残存酸素量に注目し種々実験を行なった。焼鈍条件は760〜800℃で12〜15時間の処理を窒素雰囲気に対して、炉内残存酸素量を低く調整するためにプロパンガスを微量添加した。酸素量の測定にはNGK製の直入式酸素センサー（CP−Ｄ）を用いた。
酸素センサーは大気と炉内雰囲気との間をジルコニア誘電体で隔て、高温にさらすらと酸素分圧の差により起電力を生じる（「USC形カーボンセンサーコントロールシステム」鋳鍛造、1978、７、P.77）。その起電力Ｅ（mV）は大気の酸素分圧＝0.21（atm）であり、炉内の酸素分圧＝Po2（atm）とすると、酸素の反応式から以下の式となる。
Ｅ＝0.0496×Ｔ×Log（0.21/Po2）（mV） …（１）
（「炉気センサーにより光輝熱処理炉の雰囲気制御」金属臨時増刊号、1979、４、P.112）
各種焼鈍条件による酸素センサー値（mmV）と表面脱炭率Ｄ（％）の関係を第13図に示す。表面脱炭率とは焼鈍工程前後での表面炭素量の変化率での以下の式で示す。
Ｄ＝｛焼鈍前の表面炭素量（％）−焼鈍後の表面炭素量
（％）｝÷焼鈍前の表面炭素量（％）×100（％） …（２）
酸素センサー値が900mmV（2.6×10-18atm）以上になると脱炭量が減少し、1000mmV（3.4×10-20atm）を超えると焼鈍工程での脱炭はなくなる。一方、上記式（１）で示した、焼鈍温度800℃を想定した酸素センサー値と炉内の酸素分圧（atm）の関係を図12に示す。従って、脱炭量を減少又は無くするためには酸素センサー値900mV以上が必要となり、つまり炉内残留酸素量は、３×10-18atm以下が望ましい。
又、第13図で酸素センサー値が1000mmV以上になると、表面脱炭率が負になっている。これは残留酸素を低減することで脱炭がなくなるからである。表面の炭素は外に逃げずに、内部の炭素は炭素濃度の低い表面に拡散するため、熱間鍛造時に脱炭した表面炭素が、ある程度緩和する現象が起こることが分かった。酸素センサー値が1050mmV（3.9×10-21atm）で焼鈍を行なった場合の脱炭量測定結果を第14図に示す。熱間鍛造後の測定結果を示した図６に比べ炭素の拡散により表面炭素量が増加している。従って、脱炭の緩和量を十分にするためには、酸素センサー値で1000mV以上が望ましく、炉内酸素分圧としては３×10-20atm以下が望ましい。
さらに、そのまま焼入焼戻処理を行なった場合の脱炭量測定結果を第15図に示す。焼入工程で深さ0.1〜0.2mm程度浸炭されるため、脱炭が最大となる外輪外径部においても、ほとんど脱炭がなくなることが分かった。しかし、表面から0.3mm深さ近傍（復炭部から芯部側に入ったところ）に、第15図に示す表面の脱炭の痕跡が残って炭素濃度が減少していることがほとんどの場合みられる。
以上、深溝玉軸受の素材から各製造工における脱炭状況を詳しく調査した結果、工程別に見ると、従来の窒素雰囲気で焼鈍を行っても、脱炭の主原因は焼鈍工程にあり、脱炭をなくさなければ大幅な工程削滅が行なえない。
そこで、本願発明では、窒素雰囲気にプロパン等の炭化水素系のガス等を添加して、炉内残留酸素を極限まで低滅する事で、焼鈍時に大幅に増えてしまう脱炭を防ぐだけでなく、熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和する効果があり、残流酸素量によっては表面を復炭する能力もあり、その後の焼入工程での復炭を合わせることにより、脱炭が最大となる外輪外径部においても、軸受として十分な品質が得られることが分かった。ここで、「熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和」とは、脱炭を防ぐことで材料内部の炭素が拡散して自然に脱炭を緩和する効果のことである。第20図に鍛造後の最大脱炭量の測定結果を実線で示し、その後表面での脱炭や復炭が起こらない真空焼鈍を行った結果を破線で示す。表面での炭素の出し入れが行われない場合は、焼鈍時に材料内部の炭素が拡散し表面の脱炭を緩和していることを示している。
つまり、焼鈍工程で炉内残留酸素を極限まで低滅する事で、焼入、焼戻後の内外輪表面の脱炭はほとんどなくす事ができるので、CRF加工後に、内輪内径や外輪外径等は旋削加工を省略する事が可能となる。
本発明において、焼鈍炉内雰囲気の酸素分圧を３×10-18atm以下としたのは、次の理由による。上述したように、焼鈍時の脱炭を防ぐだけでなく、熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和するため、炉内残留酸素は３×10-18atm以下にする必要があり、熱間鍛造での脱炭量を十分緩和するためには３×10-20atm以下が望ましい。
従って、本発明によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られる。
（１）CRF加工前に旋削加工を行なわないで済む。
軌道面溝やシール溝を完全に仕上げる精密CRFは、加工前の寸法や特に重量を管理するため全面旋削しなければならず、旋削形状こそ単純であるが、その旋削コストはCRF後の仕上旋削に匹敵してしまう。また、第１図に示すCRF加工を取り入れた製造法でも、CRF後の端面はみ出しに対して、端面旋削を行なう場合があるが、本発明法では軸受を一つ一つ処理する旋削加工の工数を極力低滅するため、CRF加工前に旋削加工を行なわないで済む。
（２）CRF加工は外径寸前を管理した、およその形状を付けるニヤネット方式とすることができる。
第４図（Ｅ）に本発明によるCRF加工後の形状を示す。本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、CRF後の旋削取代を極限まで減らすことができる。従って、特に内外輪の軌道面となる第４図（Ｅ）の起動溝7a、8aは、従来のCRF加工による溝と比べ、極力完成品に近い形状にすることができる。しかし、あまり精密に形状を仕上ようとすると、CRF加工時間が長くなってしまう。本発明法では、その後の仕上旋削を最適にする、およその形状を付けるニヤネット方式とする。
（３）外径面はサイジングで寸法や形状を仕上げることができる。
CRFリングは圧延により拡径されているため、完全に真円にはならない。そこで、サイジング加工により真円度や寸法を仕上げる。第16図にサイジング加工の概略図を示す。金型f1は片側がテーパーであり、CRFリングa4をテーパー側からシリンダf2で押し込み、a4を金型f1のストレート部に圧入することで良好な真円度が得られ、また外形寸法が定寸に揃う。
従来はサイジングで外形寸法を仕上げ、真円度が良好であっても、脱炭層を削除するために旋削を行うため、旋削時のチャックにより逆に変形が大きくなる場合もある。
しかし、本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、直接サイジングされる外輪外径はもちろん旋削は不要である。一方、内輪は内径部に金型を差し込む形で圧入することで、外輪同様に良好な真円度が得られ、また内径寸法が定寸に揃うので、脱炭がなければ内輪内径の旋削を省略することが可能となる。
（４）CRF加工で完全に仕上きれない部分の形状を整えるだけで、その他、内輪内径や外輪外径等の旋削加工は行なわないで済む。
焼鈍での脱炭を極限まで減少させ、ニヤネットCRF後にサイジングを行なうことで、外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略可能となり、さらに軌道面やシール溝の旋削加工も大幅な取代削減が可能となる。
一般的にCRFリングを全面旋削する場合、内外輪合わせ８〜10の工程が必要であり、また、加工のためにリングをチャックして旋削を行うが、全面旋削の場合は外形と内径を同時にすべて旋削することはできず、何回がチェックし直して旋削しなければならない。
本発明では、外輪外形及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減することが可能となり、さらに取代の大幅削減により旋削を行う軌道面の加工時間も短縮できる。つまり、軸受を一つ一つ処理する旋削加工の工程を低減することで大幅な低コストが可能となるとともに、材料の歩留も向上する。
一方、本発明者らは、素材や熱間鍛造での脱炭が大きい場合又は更に炉内酸素を低減するだけでなくさらにRXガス等の浸炭性ガスを適量炉内に導入し、浸炭雰囲気で焼鈍を行なう場合の製造法に関して、浸炭層がその量や深さによって軸受機能に与える影響や加工性を含めた生産性に与える影響に関して調査し、以下の結果を得た。
（１）軸受完成品の軌道面に残留する浸炭層が増加すると焼入後の残留オーステナイトが増加し、また、残留圧縮応力も発生するため、軸受寿命が伸びる傾向を示した。特に、市場での不具合をシミュレートした表面面起点タイプの寿命では長寿命傾向をした。
（２）鍛造リング表面の浸炭層が必要以上に増加すると、焼鈍後でも硬さが高くなり、加工性が著しく低下してしまう。特に、冷間での強加工であるCRF加工では、マンドレルが摩耗するだけでなく、場合によっては早期破損が発生した。
（３）焼鈍時に浸炭性のガス雰囲気で必要以上に炭素濃度を高くすると、炉内に煤が多量に発生し、焼鈍時の浸炭能力を低下させるため定期的な炉内メンテナンス（バーンアウト）が必要になり、生産性が低下する。
更に、焼鈍時の浸炭条件によって軸受機能に与える影響や加工性を含めた生産性に与える影響に関して調査した結果、材料を軟化させる本来の焼鈍効果を十分に発揮させ、かつ加工性を低下させない最適条件があることを発見した。
従って、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に炉内の酸素量を低減させるだけでなく更に浸炭雰囲気で復炭を行うが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残すことで、長寿命となることを見出した。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることを見出した。
本発明において、焼鈍工程は浸炭雰囲気で行うことがより望ましい。この理由は以下の通りである。即ち、CRF加工後の仕上旋削加工で工程を省略又は大幅に削減するため、また後で述べるが、復炭による長寿命効果を得るためには、焼鈍の雰囲気を浸炭性のガス雰囲気で行ない、炉内の酸素量を低減することで焼鈍時の脱炭を防ぐためだけではなく、熱間鍛造時の脱炭を復炭し、更に浸炭層が残留することが望ましい。
しかし、浸炭層が必要以上に増加した場合は、鍛造リング表面に初析が多量に発生したり、焼鈍後にもかかわらず、鍛造リング表面の硬さが高くなり、加工性が著しく低下してしまう。また、焼鈍時に脱炭を防ぐ程度では、部分的に脱炭が残ったり、浸炭が不十分であり、浸炭層が十分でないと長寿命効果が得られない場合がある。従って、焼鈍時に適正な浸炭雰囲気で適量の復炭を行なうことが必要となる。
本発明において、冷間ローリング加工後の仕上げ旋削加工工程では内輪内径及び外輪外径を旋削せず、軌道面の溝やシール溝等も極限まで旋削工程を省略することが望ましい。この理由は以下の通りである。即ち、復炭処理を行なった鍛造リング表面は浸炭層が適度に残留しているので、CRF加工後にも適量の浸炭層が存在する。従って、本来CRF加工後に行なう脱炭層を取り除くための旋削加工は全く必要ない。
しかし、前述したように、シール溝を含めて複雑な形状を精密にCRF加工する場合は、加工時間が長く必要になり、CRF加工コストが極端に上がってしまう。そのため、本発明では、迅速なCRF加工で十分成形できる内輪内径及び外輪外径は旋削せず、複雑な形状をした軌道面の溝やシール溝等はその形状を成形するニヤネット方式とし、溝の仕上げ旋削は行なうが、脱炭残り等は考慮せず極限まで旋削工程を省略することが好ましい。又、場合によっては溝部（第４図（Ｅ）の符番7a,8a）も旋削を省略し、焼入焼戻し後の研削工程のみで仕上げることも可能である。
本発明において、軸受完成品軌道面の最大浸炭率は５％〜30％で、かつ0.1mm〜0.5mmの浸炭層が存在することが好ましい。この理由は以下の通りである。即ち、軸受内輪の内径面や外輪の外径面は、必要機能としてシャフト類やハウジング類とのはめ合いに対する耐フレティング特性や耐摩耗性等が挙げられる。本発明の場合、軸受完成品の最大浸炭率が５％以上30％以下とすると、内輪内径や外輪外径は旋削加工が省略されるため、軌道面より高い浸炭率が予想される。そのため、通常に製造された場合に比べ内輪内径や外輪外径の表面硬さは高く、残留圧縮応力が得られるので、耐フレティング特性や耐摩耗性等は当然良くなる。
本発明において、表面浸炭率（Ｅ）は材料の炭素量に対して完成品表面の最大変化率であり、下記の式で示す。
Ｅ＝｛完成品表面の表面炭素量（％）−素材の炭素量
（％）｝÷素材の炭素量（％）×100（％）
次に、軌道面に関しては、一般に市場で使用されている並径玉軸受の損傷状況を調査した結果、そのほとんどが表面損傷タイプ（例えば、粗さ，潤滑不良により摩耗又はピーリングによる損傷する場合）の疲労状況を示していた。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられていた玉受軸も、実は潤滑不良や異物侵入等により軌道面の最表面が疲労しており、特に軸受寿命を重要視する比較的厳しい条件では、表面から損傷（剥離に至る前の損傷）する場合が多く見られた。
そこで、軌道面の表面浸炭率を変えて表面起点タイプ（例えば、潤滑不良，異物等によって生ずる）の損傷となる、異物混入潤滑した試験を行なった結果を第８図に示す。第８図より、浸炭率が５％以上となる長寿命効果が表れることが明らかである。しかし、浸炭率が５％以上であっても、浸炭深さが0.1mm未満のものは、残留圧縮応力が十分に得られず、長寿命効果が低下してしまう。
一方、復炭処理後の加工性を調査した結果、浸炭率が30％を越えると加工性が著しく低下し、浸炭率が30％以下でも深さが0.5mmを越えると、特に表面の塑性変形が影響するCRFの加工性が低下してしまう。
従って、上述したように、軸受の完成表面の最大浸炭率が５％以上30％以下で、かつ0.1mm以上0.5mm以下の浸炭層を有することが好ましい。但し、長寿命効果を十分に得るには、浸炭率は10％〜30％が望ましい。
ここで、焼鈍時に復炭するための熱処理条件に関して、種々検討した結果、一般的に行なわれている、A1変態点の直上で加熱保持した後徐冷する球状化焼鈍工程で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性にする方法が一番最適であることを確認した。
一般に浸炭処理は、900〜950℃程度の高温で、鋼をオーステナイト状態とし、炭素を固溶，拡散させている。また、浸炭濃度を決めるカーボンポテンシャル（以下、CP値と呼ぶ）も安定して高めに制御できる。一方、処理温度を下げると、炭素の拡散が遅くなり、浸炭深さが浅くなる。又、炭化物が析出し易くなるため、表面に多量の初析炭化物が生成し、加工や寿命を低下させる場合が出てくる。従って、通常の浸炭は比較的高温で行われている。
しかし、本発明の場合、浸炭（復炭）処理を行なうと同時に球状化軟化焼鈍を行なわなければならない。そのため、高温で浸炭した後にA1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷して復炭焼鈍した場合、復炭は完全にできるが、軟化させるための焼鈍時間が長く必要になったり、炭化物の球状化が不十分で加工性が低下したり、高温域での処理では炭素が多量に固溶するため表面浸炭率が必要以上に高くなりやすい。更に、焼鈍は従来連続炉で行なうため、途中で急激に温度を変化させるのは、炉の構造的にも、雰囲気制御や品質の安定性が低下する場合があり、あまり好ましくない。
次に、本発明者らは、一般的に行なわれている、A1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷する焼鈍条件で温度や処理時間を変えずに雰囲気のみを調整した実験を行なった。
浸炭温度としては、極端に低い750〜800℃値度のSUJ2の焼鈍温度では、CP値が高過ぎると表面に多量の初析炭化物が生成してしまう。さらに、炉内に多量の煤が発生し雰囲気制御や品質の安定性が低下してしまった。
一方、CP値を低めに設定した場合は、低温浸炭の上に浸炭濃度が低くなるので、今度は十分な浸炭深さが得られにくいと考えられていたが、結果は良好であり、適度な表面浸炭率に0.1〜0.4mm程度の深さが安定して得られ、炉内の煤発生も少なく、雰囲気制御も安定していた。また、既に述べたように熱間鍛造後の脱炭量にはバラツキが発生していたが、復炭後の浸炭量や深さにバラツキが見られなかった。
ここで、鋼中の炭素の移動拡散に関し、一般的に表面や粒界では拡散速度が極端に早くなる。また、オーステナイトよりフェライトの方が、結晶構造上炭素の拡散が早くなる結果もあり（「金属データーブック」日本金属学会、丸善（株）昭和49年20発行）、低温でも十分に浸炭拡散できる可能性がある。表面が部分的に脱炭した鍛造リンクの表面は、焼鈍温度で組織がオーステナイトとフェライトの２相状態となるため、表面拡散に加えて２相間の粒界拡散及びフェライト内の拡散速度が高くなったことにより、低温でも十分な浸炭深さが得られたと考えられる。
従って、炉の設備設定及び雰囲気の安定制御や炉の整備等の生産面に加えて、安定品質による加工性と軸受寿命の長寿命化が得られる、A1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷する焼鈍条件で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性（カーボンポテンシャル0.7〜0.9％）とする方法が最も望ましい。
本発明では、素材にSUJ2を用いた基礎実験を行なっているが、焼入，焼戻処理により軸受として必要な品質が得られれば、その限りではない。その成分としては以下の通りとする。
炭素は軸受に必要な深さと炭化物を得るための重要な元素であり、寿命に必要な十分な硬さと炭化物の面積率を得るためには、最低でも0.8％以上は必要である。しかし、1.2％を越えると、製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常SUJ2材で行なっている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合が出てくるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。以上の理由から、素材の炭素量は0.8重量以上1.2重量％以下の範囲が好ましい。
Siは素材の製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入性を向上させるとともに基地マルテンサイトを強化するので、軸受の寿命を延長するのに有効な元素であり、その効果を出すためには最低0.1重量％は必要である。しかし、Si含有量が多すぎると、被削性や鍛造性を含めた加工性を劣化させるので上限を0.5重量％以下とした。以上の理由から、素材のSi量は0.1重量％以上0.5重量％以下の範囲が好ましい。
Mnは焼入性を向上させる元素であるが、その効果を出すためには最低0.2重量％は必要である。しかし、Mnは素材のフェライトを強化する元素でもあり、特に素材の炭素量が0.8重量％以上の場合は、Mnの含有量が1.1％を越えると冷間加工性が著しく低下するため上限を1.1％とするのが好ましい。
Crは焼入性向上，焼戻軟化抵抗性向上など基地を強化する元素であり、その効果を出すためには最低0.1重量％が必要である。しかし、1.8重量％を越えると、製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常SUJ2材で行なっている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合がでてくるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。以上の理由から、Cr量は0.1重量％以上1.8重量％以下の範囲が好ましい。
2.転がり軸受
本発明の転がり軸受は、前述したように処理された高炭素軸受鋼からなる転がり軸受の完成品軌道面における最大浸炭率が0.1％〜30％でかつ浸炭深さが0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする。但し、最大浸炭率は好ましくは５％〜30％である。
3.連続焼鈍炉及び焼鈍方法
本発明者らは、軸受の製造コストを低減するため、軸受の前工程と呼ばれている、素材を熱間鍛造し、球状化焼鈍により軟化させてから、冷間加工（例えば旋削加工や冷間ローリング加工）を行い、軸受の形状に加工する工程に対して、工数の削減を検討した結果、前工程の中で仕上げ工程となる、冷間加工の工程削減が効果的であることが分った。しかし、工程を削減（例えば旋削取代を減らす）した場合、熱間鍛造や球状化工程で発生した脱炭が残留してしまい、最終的に軸受が低下してしまう現象が発生した。
そこで、本発明者らは前工程での脱炭要因を工程別（素材の脱炭量、熱間鍛造による脱炭量、焼鈍による脱炭量）に調査した結果、球状化焼鈍工程での脱炭量が最も大きいことを解明した。従って、軸受の前工程で仕上げ工程の工数削減により、製造コストを下げるためには、球状化焼鈍工程での脱炭量を極限まで削減する方法が必要になる。
このようなことから、本発明者らは焼鈍工程での脱炭削減について種々実験を行い、以下の結果を得た。
（１）窒素ガスのみを導入する窒素雰囲気の焼鈍では炉内に酸素が供給されてしまうので、表面が酸化するほどではないが、脱炭の進行を止めることはできない。
（２）窒素ガス雰囲気にプロパン等の炭化水素系のガスを微量添加することで、炉内の酸素量を減少させ脱炭の進行をある程度抑えることが確認された。しかし、素材の脱炭に加え熱間鍛造で脱炭した鍛造品を完全に復炭するには至らなかった。
（３）RXガス等の浸炭性のガス雰囲気に更にプロパン等の炭化水素系のガスを微量添加する浸炭雰囲気で焼鈍を行なうと、完全に復炭できることが確認された。しかし、浸炭しすぎてしまったり、炉内にすすが発生する「スーティング」現象が起こり、雰囲気制御ができなくなったり、メンテナンスが困難になることが確認された。
つまり、脱炭を極限まで減らし、前工程の仕上げ加工を削減するためには、RXガス等の浸炭性雰囲気で焼鈍することが必要であるが、その制御は大変困難であることが解明された。ここで、浸炭を制御しやすくするために、処理温度を一旦高くして、その後球状化焼鈍を施す方法（特開平２−54717）や一定の浸炭雰囲気炉で復炭した後、脱炭雰囲気で焼鈍を施す方法（特公平７−37645）では、実質コストダウンにはならない。
図25は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。本発明者らは、球状化焼鈍のヒートサイクル（加熱温度や加熱時間及び高温速度等）は変えずに焼鈍雰囲気を浸炭性のガスで雰囲気制御するだけで、完全な復炭処理を安定的に処理できる方法を種々研究したが、以下の問題点の対策が必要であることを究明した。
１）鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また表面に強固な酸化スケールがあるため、復炭には十分な浸炭雰囲気が必要である。
２）一般的な浸炭処理では処理品を一つ一つ重ならないように並べるのに対して、焼鈍処理では大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行っている。そのため、浸炭ガスで雰囲気を作っても、接触部にガスが行き渡らず、均一な復炭が難しくなる場合が出てくる。
３）焼鈍温度は一般的な浸炭処理温度に比べて低いので、浸炭雰囲気を高くし過ぎると、すすが発生し易くなり、浸炭制御が困難になるだけでなく、メンテナンスも大変になる。
４）焼鈍工程には高温過程（図25のｂ工程）があり、降温過程で組織が変態し、焼鈍後の硬さや加工性に大きな影響を与えるため、降温速度は焼鈍工程の中でも重要なファクターになる。しかし、降温工程での浸炭雰囲気の制御は更に困難を極め、連続炉内で徐々に温度が変化する中、浸炭雰囲気の完全な制御は事実上不可能である。
本願第３の発明は、こうした点を考慮して高炭素の軸受鋼を大量に連続して球状化を行ない、熱間鍛造での脱炭の復炭を安定的に低コストでなしえる連続焼鈍炉を提供しようとするものである。また、本願第４の発明は、この連続焼鈍炉を用いて上記効果が得られる焼鈍方法を提供しようとするものである。
以下に、その限定理由について詳細に説明する。
［RXガス等の浸炭雰囲気で焼鈍を行なう］
前工程の仕上げ加工を省略又は大幅に削減するためには、焼鈍の雰囲気を浸炭性のガス雰囲気で行ない、焼鈍時の脱炭を防ぐだけではなく、素材の脱炭や熱間鍛造時の脱炭を復炭する必要がある。
本発明者らは、上記した実験結果より焼鈍炉内雰囲気の酸素が炭素と反応し、脱炭しているため、まず脱炭を止めるためには、焼鈍炉内雰囲気の残留酸素量を３×10-18（atm）以下に制御する必要があることを突き止めている。そのため、炉内は酸素センサー（NGK製の直入式酸素センサー：商品名CP−Ｄ）による炉内制御が必要である。更に、復炭を十分に行なうためには、浸炭に必要な炉内のCO量の制御が必要となり、実験の結果、炉内のCO分圧が10％以上必要である。しかし、復炭をスムーズに行なうためには、16％以上が望ましく、多くし過ぎると煤発生の要因になるため30％以下が望ましい。
また、復炭量や煤の発生を制御する浸炭濃度は鉄の酸化還元現象からCOとCO2の分圧比率（Ｋ）の発生を制御しなければならない。上記した実験結果より、一般的な焼鈍温度（750〜820℃）で0.8≦Ｋ≦７の範囲に制御することが望ましい。但し、分初比率Ｋは以下の式で産出する。
Ｋ＝炉内の（CO分圧）2/炉内のCO2分圧
［連続焼鈍炉内で連続工程が２室以上に分割される］
上記実験結果より、焼鈍工程での浸炭雰囲気はその制御が困難である。特に焼鈍の前半では十分な復炭能力を必要とするが、後半では温度の効果と共に煤発生の制御が必要となっている。そこで、本発明者らは、連続炉の中を分割しそれぞれの処理条件に必要な雰囲気に制御することで、焼鈍工程での雰囲気制御を安定させることに成功した。雰囲気の分割は多いほど精密に制御できるが、連続炉の設備を考慮すると、２〜３室に分割することが望ましい。
［分割した処理室の雰囲気が他の処理室と全く異なる］
上記のように、連続炉の中を分割し各室で雰囲気を変えることで、焼鈍工程での浸炭雰囲気を制御することができる。同様な連続炉の構造を、高温で処理される浸炭炉でもしばしば見ることがある。しかし、その場合の隣り合う処理室の雰囲気は比較的近く、処理室同士は普通一枚の扉で仕切られている場合がほとんどである。そのため、扉の開閉により隣室との雰囲気が混ざり合うが大きな影響はない。
一方、本発明に係る連続焼鈍炉では、焼鈍温度で精密な制御が必要なため、２室以上に分割された処理室の雰囲気が混合すると精密な制御が困難になる。そこで、本発明の焼鈍炉は、第24図（Ａ）のように処理室同士が２枚の扉で仕切られており、隣室の雰囲気が混合せず精密な制御を可能にするものである。
次に、上記連続焼鈍炉を用いた焼鈍方法における、限定理由について詳細に説明する。
［置換率２回／時間以上］
上記実験結果から、鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また、表面に強固な酸化スケールがある。また、一般的な浸炭処理では処理品を一つ一つ重ならないように並べるのに対して、焼鈍処理では大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行なっている。そのため、浸炭ガスで雰囲気を作っても、接触部にガスが行き渡らず、均一な復炭が難しくなる。
ここで、本発明者らは、炉内の雰囲気制御が復炭濃度つまり浸炭濃度を上下するだけでは不可能と判断し、浸炭ガス流量に注目した。第27図は、置換率と復炭のバラツキを示す。雰囲気を精密に制御しても、置換率が２回未満になると、製品内にバラツキが発生する。また、置換率を高くすると、炉内の圧力も高くなり、外来要因による雰囲気の変化が減り、雰囲気を精密に制御し易くすることができる。従って、炉内圧力は1mm/H2O以上が望ましい。しかし、限りなく雰囲気ガスの流量を増加させると、焼鈍炉のランニングコストが高くなるばかりでなので、浸炭処理の実績から考慮して５回以下が望ましい。
［処理雰囲気は浸炭雰囲気から脱炭雰囲気に切り替わる］
上記した通り、熱間鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また、表面に強固な酸化スケールがある。さらに、焼鈍処理は浸炭処理とは違い、大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行ない、接触部に浸炭ガスが行き渡らない場合が出てくる。そのため、復炭には十分な置換率を確保した高い（カーボンポテンシャルが高い）浸炭雰囲気を復炭する以外に、外来要因による浸炭雰囲気の低下が起こるため、十分な置換率と共により浸炭性の高い雰囲気が必要となる。
しかし、連続炉の中断になると、雰囲気も安定し、逆に余り高い雰囲気だと煤が発生し易くなるため、雰囲気の調整が必要となってくる。さらに、降温部になると、煤発生が起こり易くなるため極端に雰囲気を下げる（カーボンポテンシャルを下げる）必要がある。また、前半に浸炭された最表面部は過剰浸炭ぎみになっているため、高くなった炭素を拡散させるためにも、雰囲気を下げる（カーボンポテンシャルを下げる）必要がある。
つまり、前半は浸炭性雰囲気を高くし、後半は低くすると復炭のバラツキを小さくすることができる。第27図に前半と後半の浸炭濃度の差と復炭のバラツキを示す。分圧比Ｋが0.8≦Ｋ≦７の範囲で前半と後半の差を２以上にすることで、バラツキを抑えることが可能となる。従って、前半と後半の浸炭濃度の差を、上記の分圧比Ｋの差で表わす（750〜820℃）と、0.8≦Ｋ≦７の範囲でさらに（前半の処理室の分圧比K1−後半の処理室の分圧比K2）≧２の範囲に制御することが望ましい。
次に、連続焼鈍での復炭処理された軸受として、以下にその限定理由を説明する。
［軸受完成品軌道面の浸炭率が0.1以上,30％以下であり、かつ0.01mm以上,0.5mm以下の浸炭層が存在する］
一般に、市場で使用されている軸受の損傷状況を調査すると、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示している。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられている軸受も、実はゴミ等の異物が侵入したり、潤滑が不足し、軌道面の最表面が疲労する。特に、軸受寿命を重要視する比較的激しい条件では、表面から損傷する場合が多く見られる。
本発明者らは、軸受の表面疲労に対して残留オーステナイトや硬さが高い方が長寿命傾向を示すことを報告している。今回、前工程で復炭焼鈍した軸受の完成品の寿命試験を行なったところ、復炭処理層が残留したものに、長寿命傾向が見られた。第28図及び第29図に表面起点タイプの損傷となる，異物混入潤滑下試験を行なった結果を示す。
第28図により、浸炭率が0.1％以上だと従来の寿命と同等以上になり、さらに長寿命効果が明確となる５％以上が望ましいことがわかる。しかし、浸炭率が30％を越えると、今度は前工程の仕上げ加工性が低下するため、望ましくは５％以上30％以下とする。また、第29図により、浸炭深さが0.01mm以上になると従来の寿命と同等以上になり、さらに長寿命効果が明確となる0.1mm以上の深さが望ましい。しかし、深さが0.5mmを越えると、今度は前工程の仕上げ加工性が低下するため、望ましくは0.1mm以上0.5mm以下とする。
なお、本発明では素材にSUJ2を用いた基礎実験を行なっているが、焼入，焼戻処理により軸受として必要な品質が得られる高炭素の軸受鋼であれば、その限りではない。その成分（C,Si,Mn,Cr）の配合割合は、第１の発明に関する説明と同様である。
3.連続焼鈍炉及び焼鈍方法について
本発明者らは、既述した目的を達成するために種々の実験を行なった結果、球状化焼鈍を行なう際に、焼鈍雰囲気を２つに分離し、浸炭（復炭）を行なう高温期では浸炭性ガス雰囲気とし、また球状化焼鈍を行なう徐冷期（低温期）では無酸化雰囲気及び脱炭雰囲気とし、以上２つの雰囲気を完全に分離することで、脱炭層の削除、酸化スケールの生成の回避をできることを発見するに至った。
また、各々の雰囲気条件は、780〜810℃で処理される浸炭雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とし、740〜700℃までの球状化雰囲気帯（無脱炭雰囲気）では0.8〜2.3で表わされる雰囲気条件で制御を行なう物である。さらに、好ましい両者の雰囲気制御値｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝の関係式は、下記式（３）で表わされる値で制御を行うことが好ましい。
Ｂ値＝（8/A値）±0.5 …（３）
但し、Ａ値は（第１の処理室における）浸炭期のＰ（CO）2/PCO2の値を示し、Ｂ値は（第２の処理室における）球状化焼鈍期のＰ（CO）2/PCO2の値を示す。
以下、連続焼鈍炉におけると炉形式、雰囲気ガス組成、雰囲気ガス分離方法、雰囲気ガス制御方法の限定理由について詳細に説明する。
［炉形式を連続焼鈍炉とした理由］
炉形式をバッチ式とした場合、浸炭期、球状化焼鈍期の２工程の、雰囲気分離を行なうには、被処理物を一度炉外に取り出し、再加熱する必要が生じてくるため、生産性が大きく限定される。しかし、本発明によると、連続炉形式であるため、大量に処理することができ、生産性を低下させることがない。
また、雰囲気分離においては、浸炭期終了位置に中間室を設け、処理室の前後で扉で仕切ることにより、浸炭性ガス雰囲気及び球状化焼鈍雰囲気をそれぞれ置換し開閉することで、完全に雰囲気が分離することが可能である。雰囲気を完全に分離することで、従来RXガス等の吸熱型の浸炭性ガスを利用し雰囲気焼鈍を行っていた方法に比べ、球状化焼鈍期の徐冷期に発生していた煤が析出するスーティング問題を解決することが可能となった。
即ち、従来法では、均熱が終了した後の徐冷過程で、浸炭性ガス組成中のCOガスがＣとCOに分離し、Ｃが煤となり析出するスーティングが発生し易かった。これに対し、本発明では、煤の発生が生じ易かった徐冷帯の雰囲気を煤発生の要因となるCOガス組成を減らすために、RX等の浸炭性ガスにNX等の脱炭性の変性ガスを混合し使用することで、さらには混合ガス組成のCO及びCO2からＰ（CO）2/PCO2で求められる値を制御することで、処理前には脱炭が生じていた軸受リングを、表面層を製造工程及び軸受機能に好適な任意の炭素濃度に作り上げることが可能としたものである。
［780℃〜810℃で処理される浸炭雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とする理由］
一般的な鋼の浸炭は、温度として850℃〜1000℃のγ域で実施されている。一般的には、浸炭は炭化物の生成及び固溶した炭素のγ域での拡散によって起こり、このため処理温度は高いほど拡散が進むので浸炭深さは深くなるとされている。従って、脱炭が生じてしまった鋼材などは、従来より一度高い温度域で浸炭を行なった後、再加熱して球状化焼鈍を行う方法などが取られてきていた。
しかし、球状化焼鈍の好適な均熱温度である780℃〜810℃で浸炭を行った場合でも、雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とすると、低い温度で浸炭した場合に結晶粒界に発生しやすいとされていた、塊状の炭化物の生成も抑えることが可能なことがわかった。
CO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5未満では、脱炭したリングを復炭する効果が低くなり、脱炭層が残ってしまう。また、上記値が7.0を越えると、表面の炭素濃度が高くなり、過剰に塊状炭化物が析出することとなり、後工程での加工性に影響を及ぼすこととなる。また、この場合、反応に寄与しなかった過剰のＣが析出し、炉内にスーティングが生じてしまう。
［740℃〜700℃で徐冷処理を行う球状化雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で0.8〜2.3とする理由］
上記の温度帯で、球状化焼鈍を行う場合、従来の浸炭性雰囲気（RXガス）のみを使用すると、RXガスは組成中のCOが20％以上と高く、またこのCOは低温ほどＣとCO2とに分解しやすくなり、Ｃは煤として析出し、不具合を起こす。このため、本発明では、従来のRXガスに加えてNXガス等の脱炭性のガスを混合することで問題の解決を図った。さらに、上記雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で0.8未満では、脱炭性が強くなり、浸炭期に浸炭された表面層の炭素が再脱炭してしまい、これまでの熱履歴によって発生した脱炭が十分に回復（復炭）できないという不具合が残る。また、上記値が2.3を越えると、浸炭性が強くなり、上記浸炭期同様の不具合が発生する。
［両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝の値の関係は、下記式（４）にて表される値にて制御を行うことが好ましい理由］
Ｂ値＝（8/A値）±0.5 …（４）
但し、Ａ値は浸炭期のＰ（CO）2/PCO2の値、Ｂ値は球状化焼鈍期のＰ（CO）2/PCO2の値を示す。
さらに研究の結果、浸炭期の雰囲気制御値と徐冷期の雰囲気制御値に上記式（４）の関係差をもたせたことで、焼鈍完了時のワーク表面層の炭素濃度が均一に±0.05％C0となることを見いだした（C0:素地の平均Ｃ％）。
これは、Ａ値の値にて浸炭期の雰囲気制御を行った場合、続く球状化焼鈍期は式（４）により導き出されるＢ値の制御幅にて制御を行うことで、下記の理由からより均一に素地との炭素濃度差をなくすことがあ可能となることを見いだしたものである。
浸炭期と球状化焼鈍期の雰囲気関係について鋭意研究を行った結果、以下の関係が分かった。浸炭期において炭素濃度が高い雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2［Ａ値］が高めの値｝を行ったまま、引き続き球状化焼鈍期の雰囲気制御においても浸炭傾向｛Ｐ（CO）2/PCO2［Ａ値］が高めの値｝に制御すると、焼鈍完了時において、表面層の炭素濃度が高めの値となる。
また、逆に浸炭期において炭素濃度が低い雰囲気を行ったまま、引き続き球状化焼鈍期の雰囲気も脱炭傾向に制御すると、焼鈍完了時においては、表面層の炭素濃度が低めの傾向となる。このため、本発明者は、焼鈍完了時にワーク表面層の炭素濃度が均一に±0.05％のC0値となる好適炭素濃度となるように処理を行うには、両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝値の関係が上記の式（４）にて表される値に制御を行うことが好ましいということを究明した。
更に、浸炭期の雰囲気制御はCO及びCO2の分析によりＰ（CO）2/PCO2で求められる値を制御することに加え、炉内雰囲気の残留酸素量を測定し浸炭性雰囲気の制御を行うことが可能な酸素センサーにおいて制御を行っても差支えない。この際の制御値は、上記限定範囲のＰ（CO）2/PCO2で示される値の時の酸素センサー値を限定範囲と代用しても差し支えない（第12図より、1085〜1110mV）。
【発明の実施の形態】
（実施例１〜３）
以下、本発明の実施例１〜３について説明する。第２図に本発明による熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法を示す。第１図のCRF加工を取り入れた従来の製造法に対して、焼鈍工程（S3）、CRF加工工程（S4）及び旋削工程（S8）に特徴があり、最適な加工工程を組み合わせることで製造コストを最小限にする軸受製造方法を提供するものである。
まず、本発明の各工程を以下に簡単に説明する。丸棒素材には、一般的に圧延したままの丸棒鋼材を使用した（S1）。次に、一般的に多段フォーマーを使用して熱間鍛造を行い、内輪と外輪に加工される粗形リングを作った（S2）。つづいて、熱間鍛造後に、冷間加工や旋削加工のために炭化物を球状化する軟化焼鈍を無酸化で行った（S3）。ひきつづき、ニヤネット方式によりCRF加工を行った（S4）後、サイジング（S5）を行った。更に、仕上研削加工を行った後（S6）、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得た（S7）。その後、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより内外輪を製造した（S8）。
本発明の実施例１〜３では、材料はSUJ2、製造する軸受は深厚溝玉軸受6304である。次に、上記各工程を詳細に説明する。
本発明の焼鈍工程を第17図に示す。窒素雰囲気にプロパンガスを微量添加し、炉内残留酸素量をコントロールする。炉内残存酸素量の測定には、NGK製の直入式酸素センサー（CP−Ｄ）を用いた。各種焼鈍条件による酸素センサー値（mmV）と表面脱炭率Ｄ（％）の関係を第13図に示す。
酸素センサー値が900mmV以上になると脱炭量が減少し、1000mmVを超えると焼鈍工程での脱炭はなくなる。一方、上記式（１）で示した、焼鈍温度での酸素センサー値と炉内の酸素分圧の関係を第12図に示す。従って、炉内残留酸素量は３×10-18atm以下にする必要がある。さらに、脱炭の緩和量を十分にするためには３×10-20atm以下が望ましい。
実施例１〜３では、酸素センサー値を設定し、添加するプロパンガスを量を制御した。
焼鈍条件A1:窒素雰囲気にプロパンガスを１〜２％添加し酸素センサー値を900〜990mmVに制御する。
焼鈍条件A2:窒素雰囲気にプロパンガスを１〜２％添加し酸素センサー値を1000〜1050mmVに制御する。
焼鈍条件A3:窒素雰囲気にプロパンガスを0.5〜1.5％添加し酸素センサー値を1060〜1100mmVに制御する。
焼鈍条件A4:窒素雰囲気にのみで焼鈍を行う。
本発明の焼鈍条件は、A1とA2とA3である。
次に、CRF加工条件を示す。加工機は共栄精工製の商品名:CRF70を使用し、加工荷重５〜7tonで潤滑剤は三工化学製のプレスホーマー（商品名:PZ13）を使用し、CRF加工による拡径率は、外輪が1.4〜2.0倍で、内輪は1.1〜1.4倍である。
本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、CRF後の旋削取代を極限まで減らすことが可能であり極力完成品に近い形状にすることができる。しかし、あまり精密に形状を仕上ようとすると、CRF加工時間が長くなってしまうので、その後の仕上旋削を最適にするニヤネット方式とする。
実施例１〜３は、加工方法を変えて行なった。
CRF条件B1:ニヤネット加工で加工速度650〜750個／時間
CRF条件B2:圧延加工のみで加工速度650〜750個／時間
CRF条件B3:精密加工で加工速度300〜400個／時間。ここで、「精密加工」とは、シール溝、レース溝、チャンファー（但し、幅は自由）加工と、完全仕上げ形状に近いCRFをかける。この場合、CRFの時間はCRF条件B1と比べ４倍くらい長くなる。また、CRF条件B3の前でCRFの量を正確にするために寸法調整（加工）するので、脱炭層も除去できる。従って、脱炭の面では良いが、コスト高となる。
本発明のCRF条件はB1である。
旋削条件は、加工機は高速旋盤を使用し工具はP10切り込み速度200〜250m/分、送り量0.2〜0.3mm/回転で行なった。一般的に、CRFリングを全面旋削する場合、内外輪合わせて８〜10の工程が必要であり、また、加工のためにリングをチャックして旋削を行うが全面旋削の場合は、外形と内径と同時に全て旋削することはできず、何回かチャックして旋削しなければならない。
本発明では、外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減することが可能となり、更に取代の大幅削減により旋削を行う軌道面の加工時間も短縮できる。
実施例１〜３は、加工方法を変えて行った。
旋削条件C1:外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減する。
旋削条件C2:外輪外径及び内輪内径を含めて、全面を旋削する。
本発明の旋削条件はC1である。
加工方法を種々組み合わせて、軸受を加工した結果を下記表１に示す。材料はSUJ2で深溝玉軸受6304を各工程2000個製造し、評価は焼入焼戻や研削加工を行なった後の、完成軸受での品質と製造コストを調査して行なった。
品質の判定は、完成品軸受表面の炭素量を測定し、SUJ2素材の炭素量１％に対して、軌道面が１％以上であり、かつ、転がり疲労は受けないが外輪外径及び内輪内径は0.95％以上であれば「良」であり、また外輪外径及び内輪内径でも１％以上である場合、つまり最も脱炭良が大きい外輪外径でも完全に脱炭がなければ「優良」とする。
また、旋削取代を減らし材料歩留が良くなる、現行では最も低コストと考えられる第１図のCRF加工を取り入れた製造法コストに対して低くなる場合は「低」とし、同時程度あるいはコストアップする場合は「高」とした。更に、コストは同等か若干改善の方向ではあるが、コストダウンに改良の余地があるものを「普通」とした。
【表１】
実施例１〜３は、焼鈍条件で脱炭を防止できる最低の条件であるため、軸受の機能的にはまったく問題無いと考えられるが、最も脱炭量が大きい外輪外径で炭素量１％を若干切る場合が出た。一方、焼鈍条件で残留酸素量が多い比較例１では、完成品に脱炭が残ってしまう。また、圧延加工のみのCRF加工を行なう比較例２は、旋削でのチャック替え回数を低減しても、取代が多くなり材料歩留や旋削速度が若干低下してしまい、焼鈍の雰囲気制御や設備投資等総合的に見るとコストは同等か若干改善の方向ではあるが、コストダウンに改良の余地がある。また、精密CRF加工を行う比較例３ではCRFコストが上がるため、総合コストは同等かまたは同等以下となる。全面旋削行う比較例４は、当然総合コストは同等以下となる。
このように、本発明は、熱処理後に研削加工を行なう鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関して、焼鈍での脱炭を極限まで減少させ、ニヤネットCRF後にサイジングを行なうことで、外輪外径、及び内輪内径の旋削工程省略が可能となり、さらに軌道面やシールみぞ旋削加工も大幅な取代削減が可能となる。
ここで、本発明製造法を使用した場合の検証方法を示す。完成品外輪の断面を第18図（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、第18図（Ａ）は完成品外輪の要部を示し、第18図（Ｂ）は第18図（Ａ）の部分拡大図を示す。本発明法により製造された場合に、肩部41は脱炭量が比較的大きいが、焼鈍後の旋削取代がほとんど無く、また熱処理後の研削取代もほとんど又は全く行わない部分となる。従って、完成品の肩部41の脱炭量測定結果は第15図と同様になるか又は更に表面炭素濃度が高い場合もある。つまり、熱間鍛造時に発生した脱炭が若干痕跡として残り、焼入による復炭痕跡も残る。一方、従来法では焼鈍後に全面旋削を行うため、脱炭層が一旦取り除かれるので第11図と同様の結果となる。また、ニヤネットCRFを行なった場合、第19図（Ａ）に示すように軌道面部42および肩部43の鍛造フローが形状に従うのに対して、通常のCRFでは、第19図（Ｂ）に示す通り軌道面部42及び肩部43で旋削により鍛造フローがきれるところがある。
なお、以上は深溝玉軸受の製造方法について説明したが、これに限らず、円錐軸受、円筒軸受等の外内輪製造にも同様に本発明が適用できる。
（実施例４〜15）
次に、炉内の酸素量を低減して脱炭を防ぐだけでなくさらに復炭まで行う本発明の実施例４〜15について説明する。第２図に本発明による熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法を示す。第１図のCRF加工後に全面旋削を行なう従来の製造法に対して、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に浸炭雰囲気で復炭を行なうが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残し、長寿命を得る点が特徴点である。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることを見出した。転がり寿命に直接影響する軌道面以外は脱炭層が適量に残留した方が軸受機能を損なうことなく、加工性が良好となり、製造コストが下がることを見出した。
なお、本発明の実施例では、材料はSUJ2、製造し機能を評価した軸受は深溝玉軸受6206である。
［完成品軌道面の浸炭率及び浸炭深さに対する加工性と寿命］
本発明者らは、一般に市場で使用されている並径玉軸受の損傷状況を調査した結果、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示していた。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられていた玉軸受も、実はゴミなどの異物が侵入し軌道面の最表面が疲労しており、特に軸受寿命を重要視する比較的厳しい条件では、表面から損傷する場合が多く見られた。従って、長寿命な軸受であるためには、表面起点タイプの損傷に対して長寿命でなければならない。そこで、軌道面の浸炭率や浸炭深さを変えて、試験軸受を作成し、CRF加工性の評価を含めて、表面起点タイプの損傷となる、異物混入潤滑した試験を行なった。
（ａ）CRF工具寿命評価
CRF加工では第５図のマンドレル22が摩擦損傷し易く、消耗部品として加工コストに大きく反映している。CRF工具寿命評価条件は、以下の通りである。
加工機：共栄精工製の商品名CRF70
加工荷重:5〜7ton
潤滑剤：三工化学製の商品名プレスホーマーPZ13
拡径率：外輪＝1.4〜2.0倍、内輪＝1.1〜1.4倍
加工速度:550〜750個／時間
評価はマンドレルの摩耗が0.2mm以上となり、外輪を加工し、第４図（Ｅ）のCRFリング７に示す溝（レース溝）形状が摩耗で崩れてしまう場合と寿命とした。下記表２はその結果を示す。比較例No.9は従来の製造法によりCRF加工後に全面旋削を行なう為、完成品の軌道面に脱炭や浸炭はない状態の試験軸受である。表２より、本発明の実施例４〜８は、浸炭（復炭）処理を行なっているが、従来品の比較例No.9に比べ同等の加工性が得られた。しかし、浸炭率は30％を越える比較例No.6は加工性が低下している。又、浸炭率が30％以下でも、深さが0.5mmを越える比較例No.8はCRFの加工性が低下することが確認された。
【表２】
（ｂ）異物混入潤滑下寿命試験（6206試験）評価
転動体にはSUJ2ボールを用い、フレーキングが発生した時点までの寿命時間を調査してワイブルプロットを作成し、各ワイブル分布の結果から各々のL10寿命を求めた。この評価の条件は、下記の通りである。
試験面圧：最大260MPa
回転数:3000rpm
潤滑油：＃68タービン油
混入異物：組成…ステンレス系粉、硬さ…HRC52、粒径…74〜147μｍ、混入量…潤滑油中に500ppm
その結果を、第８図及び上記表２に示す。浸炭率が５％以上となる本発明の実施例は従来品の比較例No.9に比べ長寿命となる。しかし、浸炭率が５％未満となる比較例No.5は浸炭不足により長寿命効果が得られない。また、比較例No.7は浸炭率が５％以上であっても、浸炭深さが0.1mm未満なので、残留圧縮応力が十分に得られず、長寿命効果が低下している。
なお、6206試験軸受の熱処理条件は、810℃以上850℃以下で0.5〜１時間保持した後、焼入を行い、次いで160〜200℃で２時間の焼戻しを行った。
［焼鈍時に復炭するための熱処理条件］
本発明の製造方法では、焼鈍後の復炭状況が一番重要になる。そこで、種々の条件で復炭焼鈍を行なった結果、あらゆる浸炭条件でも復炭することは可能であるが、生産性やコスト及び品質安定を満足する適した最適条件が確認された。本発明では、下記条件Ａが望ましい。
条件A:復炭処理は焼鈍温度と同じ780〜820℃で５〜７時間保持し、炉内雰囲気はRXガスと窒素ガスを混合しCP値の調整を行ない、その後500〜600℃まで徐冷する（第21図参照）。
条件B:900〜950℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで温度を下げて２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第22図参照）。
条件C:830〜880℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで温度を下げて２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第22図参照）。
条件D:740〜770℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで昇温し２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第23図参照）。
更に、浸炭（復炭）雰囲気を変えて焼鈍を行ない、加工性と寿命を比較した。但し、加工性が低下したものは寿命評価は行なわない。結果を下記表３に示す。
【表３】
本実施例９〜15は加工性も寿命もほぼ十分であるが、実施例９〜15の中でもNo.11〜No.13は復炭を高い温度で行い復炭は十分に行われるが、焼鈍後の組織が不十分になり、加工性が若干低下している。また、No.14とNo.15は復炭を低い温度で行い過剰に浸炭しないようにしているが、炭化物の球状化が不十分になり、加工性が若干低下する。更に、これらのNo.11〜No.15は炉の設備や生産性を考慮すると最適とはならない。
一方、比較例No.10〜No.12と比較例No.14は、必要以上に浸炭してしまい加工性が極端に低下してしまった。また、比較例No.13は復炭を低い温度で更に低い雰囲気で行ったことにより、浸炭不足により寿命が延びなかった。
従って、一般的に行われている、A1変態点の直上で加熱保持した後徐冷する球状化焼鈍工程で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性にする条件ＡのCP値を0.7〜0.9％が一番最適であることを確認した。
以上詳述したように、本発明は、熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪に関して、CRF加工後に全面旋削を行なう従来の製造法に対して、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に浸炭雰囲気で復炭を行なうが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残すことで、長寿命となることを見出した。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命化が同時に得られることを可能にしたものである。
（実施例16）
第24図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例16に係る連続焼鈍炉を示す。ここで、第24図（Ａ）は連続焼鈍炉の全体図、第24図（Ｂ）は第24図（Ａ）の要部の拡大図を示す。
第24図の連続焼鈍炉は、高炭素の軸受鋼の熱間鍛造を球状化焼鈍しながら、表面の脱炭を復炭する設備である。炉内にRXガス等の雰囲気ガスを導入し、浸炭濃度を上げるプロパン等の炭化水素系のガス添加、及び浸炭濃度を下げる窒素ガスの添加が可能となっている。また、炉内雰囲気の制御には酸素センサーによる残留酸素量の測定から炉内の浸炭濃度を測定する方法と赤外線の波長特性を応用したCO,CO2測定器から（CO）2/CO2を算出することにより、炉内の浸炭濃度を制御する。
焼鈍炉は、第１の処理室31と、中間室32を挟んで連続した第２の処理室33と、前記第１の処理室31の隣りに配置された予備室34と、前記第２の処理室33の隣りに配置された冷却室35とを有している。前記第１の処理室31と中間室32間、中間室32と前記第２の処理室33間、夫々開閉扉36a,36bにより仕切られている。これらの開閉扉により、処理室31,33の雰囲気が全く混合せず精密な制御を可能にしている。
前記予備室34の入口，予備室34と第１の処理室31間，第２の処理室33と冷却室35間にも、夫々開閉扉36c,36d,36eが設けられている。前記前記第１の処理室31,中間室32,第２の処理室33の底部には夫々処理品を入れるバスケット37を移動させるローラ38が配置され、各室の天井には各室内の浸炭雰囲気を均一にするためファン39が取り付けられている。
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で500〜600℃に徐冷する。
この焼鈍条件で復炭焼鈍を行った場合の復炭のバラツキを調査した。調査方法は、復炭後の製品の表面の炭素量を測定し、そのバラツキを標準偏差で比較した。
（１）製品:6206軸受の外輪鍛造リング、
（２）材料:SUJ2
（３）調査部位：外輪断面、各断面の外径面４箇所測定
第30図は外輪鍛造リングの測定部位を示す説明図であり、第30図（Ａ）は前記外輪鍛造リングの斜視図、第30図（Ｂ）は第30図（Ａ）の点線位置で横方向に切断した断面図、第30図（Ｃ）は第30図（Ｂ）の部分拡大図であり、外径の最表面からEPMAでライン分析を行った。
（４）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、表面層20μｍの平均炭素量を表面炭素量とした。
（５）測定数:10個（各４点測定×10個＝総測定数40点の標準偏差値）
その結果、表面炭素量の標準偏差（σn-1）は１枚扉（従来）では0.077であり、２枚扉（本発明）では0.028である。つまり、従来の１枚扉の場合は雰囲気が混合してしまうため、雰囲気制御が安定せず、結果的に製品表面の炭素量のバラツキが大きくなってしまう。これに対し、本発明の２枚扉を用いた焼鈍炉では、雰囲気の混合はなく、安定した品質が得られる。
次に、本発明の焼鈍方法で、復炭雰囲気から最後は脱炭雰囲気に切り替える方法に関して復炭のバラツキを調査した。焼鈍条件及び製品、調査方法は、上記と同一であり、浸炭濃度の差のみを変化させてバラツキを踏査した。浸炭濃度は、（CO）2/CO2の分圧比の差で示す。その結果を第27図に示す。第27図より、（CO）2/CO2の分圧比の差が２未満になると、製品内のバラツキが大きくなることがわかる。
次に、本発明の焼鈍方法により得られた軸受の性能に関して、寿命評価を行った。本発明者らは、一般に市場で使用されている軸受の損傷状況を調査し、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示したことから、表面起点タイプの損傷となる，異物混入潤滑下の試験によって、軸受の評価を行なった。評価軸受は、深軸玉6206を用い、評価軸受の内外輪に本発明の焼鈍を施し、転動体には通常のSUJ2ボールを用い、フレーキングが発生した時点までの寿命時間を調査してワイブルプロットを作成し、かくワイブル分布の結果から各々のL10寿命を求めた。従来の方法で製造された軸受は表面に浸炭も脱炭もない状態であり、そのL10寿命を１とし、各種表面状態の異なる軸受をL10寿命比で評価した。
浸炭率や浸炭深さの測定は以下のように行った。
（１）製品、調査部位:6206軸受完成品の内輪みぞ部、
（２）材料:SUJ2
（３）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、表面層10μｍの平均炭素量を表面炭素量とし、炭素量と一致するまでの深さを浸炭深とした。
（４）測定数:10個（各１点測定×10個＝総測定数10点の平均値を炭素量とする）
次に、寿命試験条件を示す。
試験面圧：最大260Mpa
回転数:3000rpm
潤滑油：＃68タービン油
混入異物：
組成：ステンレス系粉
硬さ:HRC52
粒径:74〜147μｍ
混入量：潤滑油中に500ppm
浸炭率による評価結果を第28図に示し、浸炭深さの評価結果を第29図に示す。浸炭率のマイナスの場合、つまり完成品表面に脱炭が残留している場合は極端に寿命が低下してしまう。しかし、本発明範囲内の0.1％以上だと、従来の寿命と同等以上になり、低コストで安定した寿命が得られることとなる。更に、0.5％以上になると寿命延長効果が現れる。
浸炭深さがマイナスの場合とは、完成品表面に脱炭が残留し、炭素量が素材と位置するまでの脱炭深さを示している。浸炭深さがマイナスの場合は極端に寿命が低下してしまう。本発明範囲内の0.01mm以上になると、従来の寿命と同等以上になり、低コストで安定した寿命が得られることとなる。更に、0.1mm以上の深さの場合は、寿命延長効果が現れる。
以上のように、本発明者らは、球状化焼鈍を行う低温での浸炭雰囲気制御やさらに降温工程での温度変化に対する浸炭雰囲気追従制御や、大量にバラ積みされ、接触部がある場合でも十分復炭可能となる焼鈍方法及び連続焼鈍炉を見出だした。これにより、本発明は、軸受等の熱間鍛造を行い、その後仕上げ加工を行う機械部品に関して、仕上げ加工の加工削減を可能にするため、球状化焼鈍での脱炭を削減するのみならず、素材や熱間鍛造で発生した脱炭を低コストで安定的に復炭することを可能としたものである。更に、復炭条件によってはコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることも可能にしたものである。
（実施例17〜25）
本実施例17〜25でも、既述した第24図の連続焼鈍炉を用いる。本実施例では、第１の処理室31で浸炭性ガス雰囲気で浸炭を行い、第２の処理室33では、無酸化窒素雰囲気及び脱炭雰囲気で球状化焼鈍を行うことを特徴とする。そして、第１の処理室31にはRXガス等の雰囲気ガスを導入し、これに加えて浸炭濃度を上げるためプロパン等の炭化水素系のガス添加し、浸炭性の制御を行う。一方、第２の処理室33では、雰囲気ガスとしてRXガス及び脱炭性である発熱形変性ガスのNXガスを混合し導入する。また、炉内の雰囲気制御には雰囲気ガスを赤外線の分析計によりCO及びCO2を分析し、この分析値により（CO）2/CO2を算出することで、炉内の炭素濃度を制御する。
試験片は圧延ままの棒鋼より熱間鍛造によって成形された6206外輪のリングを使用し、前記連続焼鈍炉での実験に供した。また、復炭焼鈍実験後の浸炭性や浸炭深さの測定は以下のように行った。
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で680〜700℃に徐冷した後１時間程度で500〜600℃に冷却する。
（１）材料:SUJ2
（２）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、焼鈍後の外形断面試料からライン分析を行い、表面層10μｍの平均炭素量を表面炭素量とし、この炭素量が素材の炭素量と一致するまでの深さを復炭深さとした。測定に関しての概要は、既述した第30図の通りである。
測定数:10個（90℃方向,2点／個測定×10個＝総測定数20点の平均値を炭素量とする）
１条件につき上記測定用リングを含む鍛造用リング約500個を、第24図の連続焼鈍炉にて第25図に示すヒートサイクルにて処理を行った。第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で680〜700℃に徐冷した後１時間程度で500〜600℃に冷却する。
実験は復炭期である第１の処理室31及び徐冷期である第２の処理室33の雰囲気条件を各種変化させ、第１の処理室31の雰囲気はRXガスにプロパンを必要に応じて添加し、CO及びCO2を分析し、この分析値によりＰ（CO）2/PCO2を求め、下記表４に示すＢ値の条件にて制御を行ったものである。
【表４】
なお、表４において、Ａ値とは前段の処理室の浸炭濃度であり、Ｂ値とは後段の処理室の浸炭濃度であり、Ａ値とＢ値とには次の関係が成立する。
Ｂ値＝（8/A値）±0.5
表４には、Ａ値及びＢ値を変化させた場合の実施例の浸炭性及び外観状況を示した。Ａ値の値で4.5〜7.0かつＢ値の値で0.8〜2.3を外れているもののうち比較例16,18,19は、浸炭性0.7以下と鍛造完了時の脱炭は復炭されず、復炭が不十分である。しかも、焼鈍後のリング外観では表面に酸化スケールが生成してしまっていたり、逆に比較例15,17では浸炭性1.33以上と浸炭傾向となり、外観状態は表面にスーティングが多く発生してしまった。
Ａ値の値で4.5〜7.0かつＢ値の値で0.8〜2.3を満足している実施例17,18,19,20は、鍛造完了時の脱炭は復炭され、浸炭性0.85以上または1.15以下を示した。軸受鋼の場合、転がれ疲れ寿命や耐摩耗性等の機能を満足するためには実施例中にある0.85以上の浸炭性を有していれば十分であり、かつ1.15以下であれば外観表面にスーティング発生も見られず良好であった。
さらに、Ａ値及びＢ値、両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝値の関係において、Ｂ値＝（8/A値）±0.5の間で制御された、実施例21,22,23,24,25では、浸炭性がSUJ2の素材のＣ％にほぼ近く、0.97〜1.05と良好な値となることがわかる。この場合の外観状態が全て良好であったのは言うまでもない。
第31図は、比較例15〜19及び実施例17〜25の夫々の徐冷期，浸炭期の｛Ｐ（CO）2/PCO2の値］の関係を示す。第31図において、Ａ値:0.8〜2.3かつＢ値:4.5〜7.0の範囲が好ましいが、この範囲でもさらに斜線部分の領域がさらに好ましい。
本発明は連続焼鈍炉、転がり軸受、焼鈍方法及び深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関し、特に二輪車、自動車、農業機械、建設機械等あらゆる所に使用される転がり軸受を主とした機械部品の製造に使用される技術に関する。
背景技術
（１）
熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関して、製造コストを考慮した、従来から一般的に採用されている製造方法を図１に示す。
まず、丸棒素材には、一般的に圧延したままの丸棒鋼材を使用する（S1）。次に、一般的に多段フォーマーを使用して熱間鍛造を行い、内外輪になる粗形リングを作る（S2）。次に、熱間鍛造後に、後工程のため軟化焼鈍により硬さを下げたり、ミクロ組織を改善する（S3）。つづいて、冷間ローリング加工（以下、CRF加工と呼ぶ）を行なう（S4）。なお、CRF加工とは、第５図に簡略図を示すが、成形ロール21とマンドレル22に挟まれた粗形リング23は荷重Ｗにより圧延されて断面は肉薄に、リング径は拡大するものである。
第３図にCRF加工を使用しない場合の鍛造工程を示す。鍛造リング1,2をつくるために、リング3,部材４はスクラップとして廃却される。一方、CRF加工を取り入れた場合、熱間鍛造で第４図（Ｄ）に示す小さな鍛造リング5,6を作り、CRF加工により第４図（Ｅ）に示すCRFリング7,8に拡径することができるので、第３図（Ｄ）のリング３がなくなり、部材４も第４図（Ｄ）の部材12に示す通り小さくすることができる。さらに、CRFで拡大径する時に軌道面に溝7a,8aなどを付けて旋削取代を少しでも減らすことが可能であり、材料歩留が非常に良くなる。
次に、第１図のサイジング（S5）を行なう。その後、CRFリングは鍛造や焼鈍時に発生した酸化、脱炭層を取り除くため、また熱処理，研削後に深溝玉軸受となるよう必要な形状にするため、リング全面に旋削加工（S6）を施す。また、場合によっては旋削加工前に熱間鍛造時にできたバリ等を研削加工で除去することもある。さらに、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得る（S7）。ひきつづき、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより内外輪を製造する（S8）。
次に、特公平６−83872には、CRF加工の前に全面旋削加工を行ない形状や重量を一定にした後、精密なCRF加工で深溝玉軸受として必要な軌道面溝やシール溝等の形状まで完全に仕上げることにより、その後の旋削加工を省略してさらなるコストダウンを可能にするものが開示されている。
ところで、CRF加工とは上述したように（鍛造リングや旋削リングなどの）粗形リングを拡径してCRFリングとするものである。従って、肉厚や拡径量は調整可能であるが、横方向の寸法制御はできないため、幅方向にはみ出しができる。
精密なCRF加工を行なう特公平６−83872では、横方向のはみ出しの発生や、複雑な形状を成形するシール溝やレース溝の縁に冷間加工による微少な割れが発生する。従ってCRF加工前に寸法を整え、体積を一定にするための全面旋削が必要な上に、結局CRF加工後にも割れ等を取り除く、仕上旋削が必要となる。また、複雑な形状を精密にCRF加工する場合は加工時間が長く必要になり、CRF加工コストが上がる傾向にある。
一方、第１図に示すように、CRF加工前に旋削加工を行なわない方法では、CRF加工で拡径する時に軌道面に溝形状（第４図の付番7a,8a）等を付けて、その後の旋削取代を少しでも減らそうとはしている。しかし、旋削取代を減らし過ぎると、今度は熱間鍛造や軟化焼鈍時に発生する脱炭が旋削後に残ってしまい、軸受の機能上問題となる場合が出る。そのため、CRF加工後に全面旋削加工を行っており、工程省略によるコストダウンに関してまだ追及の余地が残されていた。
（２）
また、前記軸受は、転動体や軌道面の間の小さな接触面で繰り返し荷重を受けるため、この繰り返し荷重（応力）に耐え得る、均一な組織及び耐摩耗性を有し、硬い鋼が使用される。このような鋼としては、JISG4805に規定されている高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）が代表的に使用されている。この軸受鋼は高い硬さを得るために、素材炭素の含有量が約１％と高いことが特徴である。
このため、製造工程中で大気中などで高温に加熱すると表面が脱炭してしまい、このままでは所要の硬さが得られないという問題があった。これは、軸受の製造後、転動面にこの脱炭層が残留してしまうと、軸受の寿命、耐摩耗性といった機能が低下してしまうことを意味する。
一般的に、軸受リングを製造する際、旋削リング仕上までは、圧延ままの棒鋼より熱間鍛造にて矩形リングを形成し、その後旋削にて仕上げを行う場合や、管材より旋削加工にて仕上げを行う方法などがある。その他にも、リング状に形成するための各種加工法があるが、いずれの場合も旋削加工の前には、加工の容易性を確保するため、球状化焼鈍が行われている。
これらの工程のなかで軸受鋼に脱炭が生じるのは、まず素材の段階である。軸受用素材は分塊圧延にてビレットにされ、引き続き熱間圧延によって棒や管，線に加工され軸受用素材として供される。この分塊圧延でのビレットの加熱や熱間圧延での棒，管加工の加熱は1150℃を越え1200℃近辺までの高い温度で、大気中で加熱されるため、数ミクロン〜数百ミクロン程度の深い脱炭層が生じることもあり、脱炭は避けられない問題であった。更に、これらの素材を使用し熱間鍛造にてリングを形成する場合、再び大気中にて高温（1150℃程度）に加熱されるため、上記素材段階での脱炭と合せ、脱炭は更に深くなり、又表面層の炭素濃度も更に低くなったしまう。
また、旋削や研削の仕上げ加工を行う前に実施される球状化焼鈍においても、脱炭が生じる場合があった。軸受鋼の球状化焼鈍は従来より旋削加工の前に、加工の容易性を確保するために行われているもので、例えば熱処理18巻１号22pに代表的な球状化焼鈍方法が記載されている。その一般的な方法としては、A1変態点の直上（780〜810℃）に加熱した後、A1変態点付近（730〜750℃程度）を徐冷する方法がある。この処理は、熱間鍛造温度や浸炭等の温度と比較して処理温度は低いものの、12時間を越える長時間にわたって加熱されているため、処理雰囲気が大気等の酸化雰囲気中では脱炭が更に増大してしまう。
このため、こうした問題を解決する方法として、通常素材では、旋削や研削等の手段で脱炭層を除去する方法が行われていた。また、仕上げ加工された旋削完了リングについても球状化焼鈍処理後、脱炭層の完全除去及び軌道面等の精密形状作成のため、研削や研削加工等が施されて脱炭層は除去されてきた。しかし、これらの方法では、工数の増加や歩留りの低下等により製造コストが大幅に増加してしまう。
また、近年、これらの仕上げ旋削，研削工程においては、工程能力向上，コストダウンのため取代削減が望まれている。さらには、焼鈍後に、供される冷間ローリングなどでリングの精密形成が可能となり、旋削、研削工程そのものが省略される場合が出てきた。従って、旋削や研削工程を削減（工数低減）するために、球状化焼鈍後には脱炭層が存在しないことが要求されてきている。
このため、脱炭層を削減する方法として圧延後の素材（棒，管，線）については、浸炭処理を施し、脱炭層をなくす方法がこれまでにいくつか提案，実施されている。例えば、線材用コイル素材では、球状化焼鈍時に雰囲気焼鈍法が適用されている。しかし、線材の場合、雰囲気焼鈍により浸炭が生じてしまった際には引き抜き時に表面層が硬化し、加工疵が発生する恐れがある。
そこで、脱炭深さを精密に制御する必要があるが、従来の方法では制御が困難であった。また、球状化焼鈍法は一般的にA1変態点直上の温度（800℃程度）に加熱した後、変態点以下の低い温度まで徐冷（700℃程度）する方法である。このため、浸炭性の雰囲気ガスは低い温度ではすすが析出するスーティングが発生し、これがワークに付着した場合、後工程ですすを除去する工程が必要となり、また炉のメンテナンスコストがかさむこととなる。
高炭素の軸受鋼の場合、球状化焼鈍工程の脱炭を削減する方法として、素材を製造する段階で圧延工程により生じた脱炭を復炭する方法が従来知られている（例えば、特開平７−37645、特公平７−30438、特開平２−54717,特開平５−148611）。ここで、特開平５−148611や特公平７−30438では、脱炭を防止，削減するために浸炭性の雰囲気にて脱炭層部の復炭を行うものである。しかし、両者とも、球状化焼鈍を行うために一度はA1変態点以上の温度まで昇温を行うものの、浸炭（復炭）を行う温度域はA1変態点以下（A1点以下の例えば710℃以下）が良好であると着目し、主として低い温度域で浸炭制御を行っているものである。
しかし、このA1変態点近傍以下の低い温度で処理を行う方法においても、復炭を行うためには雰囲気ガスは浸炭性とする必要があり、また浸炭性の制御を行いながら徐冷していく必要がある。この方法の場合、上記線材での雰囲気焼鈍の場合と同様に低い温度域での浸炭性雰囲気のため、すすが析出し、スーティングが発生する懸念があり、精密な制御が必要となってくる。
更に、特開平５−148611では、上述した様にA1点以下の温度で主として浸炭（復炭）を行なうものの、A1点以上の均熱帯（浸炭帯）においても浸炭性の雰囲気ガス中を通過することとなる。したがって、A1以下での（浸炭性）雰囲気制御を行なったとしても、均熱帯での雰囲気設定の程度（高低）が焼鈍後のワークの表面炭素濃度に大きく影響を及ぼすこととなり、均熱帯及びA1点以下での雰囲気制御に改良の余地が残されていた。
また、特開平７−37645では、浸炭を行った後、この浸炭層を除去するために再び酸化性の直下式焼鈍炉で再加熱し、表面の炭素量を調整する工程が必要等、製造コストがかさむ。更に、特開平２−54717では、連続で処理を行なうものの、浸炭処理と球状化焼鈍処理をつなげただけで、必要以上に処理時間が長くなるだけである。
つまり、上記した素材への復炭処理では、素材としてのあらゆる後工程への対応を考慮しているため、脱炭は削減するが、表面が過浸炭されて、後加工に悪影響を及ぼしてはならないのである。従って、復炭後に別工程の脱炭処理を行ない工程が複雑となるものや、浸炭してから続けて焼鈍処理を行なうような、長時間処理になってしまう。
このように、球状化焼鈍工程で完全な復炭処理を低コストで行なうためには、低温での浸炭雰囲気制御や更に低温での温度変化に対する浸炭雰囲気追従制御が必要な上、大量にバラ積みされ、接触部がある場合でも十分復炭可能となる処理方法や処理炉が必要となる。
発明の開示
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有しかつ連続して接続された２以上の処理室と、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室等を用いて連続焼鈍を行うことにより、熱間鍛造での脱炭の復炭を安定かつ低コストでなしえる連続焼鈍炉及び焼鈍方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、長寿命で加工性に優れた転がり軸受を提供することを目的とする。
更に、本発明は、最適な加工工程を組み合わせることにより、製造コストを最小限にしえるとともに、軸受の機能に優れた深溝玉軸受の内外輪の軸受製造方法を提供することを目的とする。
（１）本発明は、高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う連続焼鈍炉において、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室と、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室と、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送する搬送手段とを具備することを特徴とする連続焼鈍炉を提供する。
（２）また、本発明は、上記（１）のように処理された高炭素軸受鋼からなる転がり軸受の完成品軌道面における最大浸炭率が0.1％以上（好ましくは５％以上）〜30％以下でかつ浸炭深さが0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする転がり軸受を提供する。
（３）更に、本発明は、熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪の製造方法において、丸棒素材を熱間鍛造して内輪と外輪に加工される粗形リングを作る熱間鍛造工程と、冷間加工や旋削加工のため炭化物を球状化する軟化焼鈍を行う工程、冷間で前記粗形リングの内周面と外周面をマンドレルとロールで挟んで圧延成形することにより、粗形リングを拡径して内輪と外輪の形状にする冷間ローリング加工工程と、旋削加工により深溝玉軸受として必要な形状に仕上げる仕上研削加工工程と、焼入焼戻を行い軸受として必要な硬さを得る焼入焼戻工程と、軌道面とはめ合い面を研削加工する研削加工工程とを具備した転がり軸受の内外輪製造工程の軟化焼鈍炉に用いられたことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の転がり軸受の内外輪の製造方法を提供する。
（４）更には、本発明は、高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う焼鈍方法において、互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室を配置し、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室を配置し、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送して焼鈍を行うことを特徴とする焼鈍方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来に係る深溝玉軸受の内外輪の製造方法を工程順に示す説明図；
第２図は、本発明に係る深溝玉軸受の内外輪の製造方法を工程順に示す説明図；
第３図は、第１図に対応する従来の熱間鍛造後の工程を工程順に示す説明図；
第４図は、第１図に対応する本発明の熱間鍛造後の工程を工程順に示す説明図；
第５図は、冷間ローリング加工（CRF加工）の説明図；
第６図は、従来に係る熱鍛後脱炭量の特性を示す特性図；
第７図は、本発明に係る焼鈍後脱炭量の特性を示す説明図；
第８図は、本発明に係る浸炭率とL10寿命との関係を示す特性図；
第９図は、本発明に係るCRF後脱炭量の特性を示す特性図；
第10図は、本発明に係る旋削後脱炭量の特性を示す特性図；
第11図は、本発明に係る焼入後脱炭量の特性を示す特性図；
第12図は、焼鈍温度での酸素センサー値と炉内酸素分圧との関係を示す特性図；
第13図は、各種焼鈍条件における酸素センサー値と表面脱炭率との関係を示す特性図；
第14図は、本発明に係る無酸化焼鈍後の脱炭量の特性を示す特性図；
第15図は、本発明に係る無酸化焼鈍後＋焼入後の脱炭量の特性を示す特性図；
第16図は、本発明におけるサイジング加工の概略図；
第17図は、本発明における焼鈍工程を示す特性図；
第18図A,Bは、本発明による完成品外輪の断面図；
第19図A,Bは、従来法によるニヤネットCRFを行った場合の鍛造工程断面図；
第20図は、本発明による熱間鍛造工程において窒素雰囲気に炭化水素系のガス等を添加する場合の表面からの距離と炭素濃度との関係を示す特性図；
第21図は、条件Ａで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第22図は、条件B,Cで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第23図は、条件Ｄで復炭焼鈍を行なったときの時間と温度との関係を示す特性図；
第24図A,Bは、本発明に係る焼鈍炉の説明図；
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクル；
第26図は、本発明に係る焼鈍方法における置換率と標準偏差との関係を示す特性図；
第27図は、本発明に係る焼鈍方法における分圧比の差と標準偏差との関係を示す特性図；
第28図は、本発明に係る焼鈍方法における浸炭率と寿命比との関係を示す特性図；
第29図は、本発明に係る焼鈍方法における浸炭深さと寿命比との関係を示す特性図；
第30図Ａ〜Ｃは、6206軸受の外輪用鍛造リングの測定箇所の説明図；及び
第31図は、本発明に係る焼鈍方法における徐冷期の（CO）2/CO2の分圧比と浸炭期の（CO）2/CO2の分圧比との関係を示す特性図。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明について詳細に説明する。
1.深溝玉軸受の内外輪の製造方法
本発明者らは、熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造コストに関して、種々の製造方法で素材から各製造工程に至るまで詳しく調査し、以下の結果を得た。
１−1.深溝玉軸受は、一般的に並径と呼ばれるおよそ外輪外径が20mm前後から200mm前後までの軸受がそのほとんどであり、大量、低コストで生産を行なっている。そのため、同時に多くの軸受が処理できる熱処理やショット等に比べて、軸受を一つ一つ処理する研削加工や旋削加工の工数低減はコストダウン効果が大きい。
１−2.大量生産を行なっているため、材料歩留によるコストタウン効果も重要であり、CRF加工を利用して鍛造ブランクを小さくすることや、軌道面に溝形状等を付けて旋削取代を減らすことが有効である。
１−3.軌道面溝やシール溝形状を完全に仕上げる精密CRF加工は、CRF加工前のブランクの状態での全面旋削のコストや割れ問題、加工時間延長によるコストアップを考慮すると、CRF後に旋削加工を行なう方が低コストとなる。
つまり、製造コストを突詰めると、CRF加工を取り入れ、CRF加工前に旋削加工を行なわず、CRF加工後の旋削工数を極力減らすことが最適となることを見出した。従って、以下は、CRF加工前に旋削加工を行なわず、CRF加工後に旋削する加工法に関してその製造コストを追求し、軸受機能を確認した。
しかし、軸受の品質や機能を考慮すると、単純に旋削取代や旋削工数を減らすことはできない。また、旋削取代を減らすだけでは十分なコストダウンは望めない。
深溝玉軸受の内外輪の製造工程で熱間鍛造を施すと、冷却速度や素材の合金成分にもよるが、ほとんどの場合パーライト組織が現れ、その後の旋削等の加工工程に悪影響を与える。そのため、焼鈍により硬さを下げると共にミクロ組織を改善しなければならない。従来から軸受に最も多く使用されている素材の炭素量が１％の軸受鋼（SUJ2）では、一般的に球状化焼鈍を行っている。
つまり、1100〜1200℃に加熱され据え込み成形される熱間鍛造や、750〜800℃程度に加熱され10〜20時間程度の処理を行なう焼鈍により、粗形リングの表面には酸化層や脱炭層が発生する。酸化層や脱炭層が軸受完成品表面に残ると、寿命や摩耗等、軸受としての機能が低下してしまう。即ち、旋削前のCRFリング表面の酸化層や脱炭層を減らさないと、取代削減や旋削工程削減は出来ない。
その後、CRF加工により拡径された旋削前のCRFリング表面にも酸化層や脱炭層がほぼそのまま残留してしまい、酸化層や脱炭層が軸受完成品表面に残ると、寿命や摩耗等、軸受としての機能が低下してしまう。そのため、CRFリングの全面を旋削し脱炭層を除去していた。
そこで、本発明者らは、第１図に示す一般的な深溝玉軸受のCRF加工を取り入れた製造法で、素材から各製造工程における脱炭量を詳しく調査した。素材は従来から軸受に最も多く使用されている軸受鋼（SUJ2）とした。脱炭量の調査方法は断面をＸ線解析による炭素の特性Ｘ線を測定することで行なった。なお、測定には、島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いた。
素材には、一般的に素材コストが有利な圧延したままの丸棒鋼材を使用する。そのため、製鋼から圧延工程で既にある程度の脱炭が発生している。次に、熱間鍛造後の最大脱炭量の測定結果を第６図に示す。第６図において、横軸は表面からの距離（mm）を示し、縦軸は炭素濃度（重量％）を示す（後述する第７図も同様）。熱間鍛造時におよそ1100〜1200℃に加熱され据え込み成形される間に脱炭が増加している。
ここで、熱間鍛造後の粗形リング（鍛造リング）について色々な部分の脱炭量を測定したところ、測定位置により脱炭量のバラツキがあり、外輪外径や内輪外径からの端面部（第４図（Ｄ）の付番9,付番10）に脱炭が多いことから、その原因の一つは素材からの脱炭量の積み重ねと考えられる。第４図にCRF加工を取り入れた場合の熱間鍛造工程を示す。第４図（Ａ）に示す丸棒素材11の外径部11aには脱炭があり、熱間鍛造されると第４図（Ｄ）の鍛造リング5,6は素材からの脱炭量が積み重なり脱炭量が多く、特に外輪外径部に相当する端面部９の中央に脱炭が多く残る傾向を示した。
また、本発明者らは、円周での各位置における脱炭量の調査を行い、最大脱炭部の端面部９中央位置の中でも、円周上でのバラツキがあることを確認した。
そのため、軸受としての品質に問題なく取代削減や工程削減を行うためには、最大の脱炭量を制御し削減しなければならない。従って以後の工程でも測定値は最大脱炭量を示す。
次に、一般的に並径と呼ばれる軸受で行われている，窒素雰囲気の焼鈍工程後の脱炭量の測定結果を第７図に示す。焼鈍工程は加熱温度こそ750〜800℃程度と低いが、全工程ではおよそ10〜20時間程度の処理を行うため、最大脱炭量が大幅に増加していた。つまり、並径玉軸受で脱炭の主原因は焼鈍工程にあることが明確となった。但し、焼鈍工程での脱炭量は焼鈍条件の主に焼鈍雰囲気に大きく依存している。
一方、軸受の製造方法には、雰囲気を使用しない大気焼鈍を行う場合がある。その場合、表面は激しく酸化，脱炭し荒れた状態となり、ショットピーニングやショットブラストによって表面酸化層を除去してから、さらに、脱炭層を含めて大きな取代の旋削が必要となる。従って、大量に生産される並径玉軸受では、トータル的な製造コストを考慮し、旋削取代を減らすため、一般的に窒素雰囲気で焼鈍を行う場合が多い。
しかし、窒素雰囲気の焼鈍であっても第７図に示す通り表面の脱炭は十分に抑えられず、大気焼鈍に比べれば若干旋削取代を減らせる程度で、結局、焼鈍後に脱炭層を取り除くための全面旋削が必要となる。
ここで、焼鈍後の鍛造リングの脱炭量を測定した結果、鍛造後と同様に測定位置による脱炭量のバラツキがあり、外輪外径に脱炭が多く、素材からの脱炭量が積み重なり、よりバラツキが大きくなる傾向を示した。
つまり、窒素雰囲気で焼鈍を行っても、大気焼鈍に比べれば、表面酸化層除去工程を省略でき、脱炭層もある程度低減できるが、旋削工程の大幅な工数低減には至らない。また、脱炭量にはバラツキがあり、最大では第７図に示す通り0.5mm前後の脱炭深さとなってしまう。
次に、CRF工程後の脱炭量測定結果を第９図に示す。CRF加工により脱炭層が圧延されて若干減少しているが大きな変化はない。
全面旋削加工後の脱炭量測定結果を第10図に示す。旋削取代は軸受の大きさによって変わるが、脱炭量が大きい外輪外径部でおよそ0.5〜1.0mm程度であり、脱炭層はほぼ取り除かれている。
焼入、焼戻工程後の脱炭量測定結果を第11図に示す。焼入条件は830℃〜860℃で0.5〜1.0時間加熱後に油焼入し、150〜200℃で90〜120分焼戻を行なった。焼入は一般的に脱炭を防ぐために浸炭性のガス（RXガス）雰囲気で行われるため、表面は浸炭される。しかし、処理時間が短いため、深さは0.1〜0.2mm程度となる。
研削取代は軸受の大きさによって変わるが、外輪外径部でおよそ0.1〜0.2mm程度であり（第11図の表面から0.1〜0.2mm取り除くから）、焼入による浸炭層（復炭層）はほぼ取り除かれている。
深溝玉軸受の素材から各製造工における酸化、脱炭状況を詳しく調査した結果、工程別に見ると、窒素雰囲気で焼鈍を行なっても、脱炭の主原因は焼鈍工程にあり、旋削加工後脱炭層が取り除かれるから、そして焼入で復炭層を研削除去するので、表面は以後の工程により脱炭等の不良は無い事ことが明らかとなった。
次に、脱炭の主原因である焼鈍工程で脱炭を最低限にするため、酸化や脱炭を進行させる炉内残存酸素量に注目し種々実験を行なった。焼鈍条件は760〜800℃で12〜15時間の処理を窒素雰囲気に対して、炉内残存酸素量を低く調整するためにプロパンガスを微量添加した。酸素量の測定にはNGK製の直入式酸素センサー（CP−Ｄ）を用いた。
酸素センサーは大気と炉内雰囲気との間をジルコニア誘電体で隔て、高温にさらすらと酸素分圧の差により起電力を生じる（「USC形カーボンセンサーコントロールシステム」鋳鍛造、1978、７、P.77）。その起電力Ｅ（mV）は大気の酸素分圧＝0.21（atm）であり、炉内の酸素分圧＝Po2（atm）とすると、酸素の反応式から以下の式となる。
Ｅ＝0.0496×Ｔ×Log（0.21/Po2）（mV） …（１）
（「炉気センサーにより光輝熱処理炉の雰囲気制御」金属臨時増刊号、1979、４、P.112）
各種焼鈍条件による酸素センサー値（mmV）と表面脱炭率Ｄ（％）の関係を第13図に示す。表面脱炭率とは焼鈍工程前後での表面炭素量の変化率での以下の式で示す。
Ｄ＝｛焼鈍前の表面炭素量（％）−焼鈍後の表面炭素量
（％）｝÷焼鈍前の表面炭素量（％）×100（％） …（２）
酸素センサー値が900mmV（2.6×10-18atm）以上になると脱炭量が減少し、1000mmV（3.4×10-20atm）を超えると焼鈍工程での脱炭はなくなる。一方、上記式（１）で示した、焼鈍温度800℃を想定した酸素センサー値と炉内の酸素分圧（atm）の関係を図12に示す。従って、脱炭量を減少又は無くするためには酸素センサー値900mV以上が必要となり、つまり炉内残留酸素量は、３×10-18atm以下が望ましい。
又、第13図で酸素センサー値が1000mmV以上になると、表面脱炭率が負になっている。これは残留酸素を低減することで脱炭がなくなるからである。表面の炭素は外に逃げずに、内部の炭素は炭素濃度の低い表面に拡散するため、熱間鍛造時に脱炭した表面炭素が、ある程度緩和する現象が起こることが分かった。酸素センサー値が1050mmV（3.9×10-21atm）で焼鈍を行なった場合の脱炭量測定結果を第14図に示す。熱間鍛造後の測定結果を示した図６に比べ炭素の拡散により表面炭素量が増加している。従って、脱炭の緩和量を十分にするためには、酸素センサー値で1000mV以上が望ましく、炉内酸素分圧としては３×10-20atm以下が望ましい。
さらに、そのまま焼入焼戻処理を行なった場合の脱炭量測定結果を第15図に示す。焼入工程で深さ0.1〜0.2mm程度浸炭されるため、脱炭が最大となる外輪外径部においても、ほとんど脱炭がなくなることが分かった。しかし、表面から0.3mm深さ近傍（復炭部から芯部側に入ったところ）に、第15図に示す表面の脱炭の痕跡が残って炭素濃度が減少していることがほとんどの場合みられる。
以上、深溝玉軸受の素材から各製造工における脱炭状況を詳しく調査した結果、工程別に見ると、従来の窒素雰囲気で焼鈍を行っても、脱炭の主原因は焼鈍工程にあり、脱炭をなくさなければ大幅な工程削滅が行なえない。
そこで、本願発明では、窒素雰囲気にプロパン等の炭化水素系のガス等を添加して、炉内残留酸素を極限まで低滅する事で、焼鈍時に大幅に増えてしまう脱炭を防ぐだけでなく、熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和する効果があり、残流酸素量によっては表面を復炭する能力もあり、その後の焼入工程での復炭を合わせることにより、脱炭が最大となる外輪外径部においても、軸受として十分な品質が得られることが分かった。ここで、「熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和」とは、脱炭を防ぐことで材料内部の炭素が拡散して自然に脱炭を緩和する効果のことである。第20図に鍛造後の最大脱炭量の測定結果を実線で示し、その後表面での脱炭や復炭が起こらない真空焼鈍を行った結果を破線で示す。表面での炭素の出し入れが行われない場合は、焼鈍時に材料内部の炭素が拡散し表面の脱炭を緩和していることを示している。
つまり、焼鈍工程で炉内残留酸素を極限まで低滅する事で、焼入、焼戻後の内外輪表面の脱炭はほとんどなくす事ができるので、CRF加工後に、内輪内径や外輪外径等は旋削加工を省略する事が可能となる。
本発明において、焼鈍炉内雰囲気の酸素分圧を３×10-18atm以下としたのは、次の理由による。上述したように、焼鈍時の脱炭を防ぐだけでなく、熱間鍛造時の脱炭まである程度緩和するため、炉内残留酸素は３×10-18atm以下にする必要があり、熱間鍛造での脱炭量を十分緩和するためには３×10-20atm以下が望ましい。
従って、本発明によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られる。
（１）CRF加工前に旋削加工を行なわないで済む。
軌道面溝やシール溝を完全に仕上げる精密CRFは、加工前の寸法や特に重量を管理するため全面旋削しなければならず、旋削形状こそ単純であるが、その旋削コストはCRF後の仕上旋削に匹敵してしまう。また、第１図に示すCRF加工を取り入れた製造法でも、CRF後の端面はみ出しに対して、端面旋削を行なう場合があるが、本発明法では軸受を一つ一つ処理する旋削加工の工数を極力低滅するため、CRF加工前に旋削加工を行なわないで済む。
（２）CRF加工は外径寸前を管理した、およその形状を付けるニヤネット方式とすることができる。
第４図（Ｅ）に本発明によるCRF加工後の形状を示す。本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、CRF後の旋削取代を極限まで減らすことができる。従って、特に内外輪の軌道面となる第４図（Ｅ）の起動溝7a、8aは、従来のCRF加工による溝と比べ、極力完成品に近い形状にすることができる。しかし、あまり精密に形状を仕上ようとすると、CRF加工時間が長くなってしまう。本発明法では、その後の仕上旋削を最適にする、およその形状を付けるニヤネット方式とする。
（３）外径面はサイジングで寸法や形状を仕上げることができる。
CRFリングは圧延により拡径されているため、完全に真円にはならない。そこで、サイジング加工により真円度や寸法を仕上げる。第16図にサイジング加工の概略図を示す。金型f1は片側がテーパーであり、CRFリングa4をテーパー側からシリンダf2で押し込み、a4を金型f1のストレート部に圧入することで良好な真円度が得られ、また外形寸法が定寸に揃う。
従来はサイジングで外形寸法を仕上げ、真円度が良好であっても、脱炭層を削除するために旋削を行うため、旋削時のチャックにより逆に変形が大きくなる場合もある。
しかし、本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、直接サイジングされる外輪外径はもちろん旋削は不要である。一方、内輪は内径部に金型を差し込む形で圧入することで、外輪同様に良好な真円度が得られ、また内径寸法が定寸に揃うので、脱炭がなければ内輪内径の旋削を省略することが可能となる。
（４）CRF加工で完全に仕上きれない部分の形状を整えるだけで、その他、内輪内径や外輪外径等の旋削加工は行なわないで済む。
焼鈍での脱炭を極限まで減少させ、ニヤネットCRF後にサイジングを行なうことで、外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略可能となり、さらに軌道面やシール溝の旋削加工も大幅な取代削減が可能となる。
一般的にCRFリングを全面旋削する場合、内外輪合わせ８〜10の工程が必要であり、また、加工のためにリングをチャックして旋削を行うが、全面旋削の場合は外形と内径を同時にすべて旋削することはできず、何回がチェックし直して旋削しなければならない。
本発明では、外輪外形及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減することが可能となり、さらに取代の大幅削減により旋削を行う軌道面の加工時間も短縮できる。つまり、軸受を一つ一つ処理する旋削加工の工程を低減することで大幅な低コストが可能となるとともに、材料の歩留も向上する。
一方、本発明者らは、素材や熱間鍛造での脱炭が大きい場合又は更に炉内酸素を低減するだけでなくさらにRXガス等の浸炭性ガスを適量炉内に導入し、浸炭雰囲気で焼鈍を行なう場合の製造法に関して、浸炭層がその量や深さによって軸受機能に与える影響や加工性を含めた生産性に与える影響に関して調査し、以下の結果を得た。
（１）軸受完成品の軌道面に残留する浸炭層が増加すると焼入後の残留オーステナイトが増加し、また、残留圧縮応力も発生するため、軸受寿命が伸びる傾向を示した。特に、市場での不具合をシミュレートした表面面起点タイプの寿命では長寿命傾向をした。
（２）鍛造リング表面の浸炭層が必要以上に増加すると、焼鈍後でも硬さが高くなり、加工性が著しく低下してしまう。特に、冷間での強加工であるCRF加工では、マンドレルが摩耗するだけでなく、場合によっては早期破損が発生した。
（３）焼鈍時に浸炭性のガス雰囲気で必要以上に炭素濃度を高くすると、炉内に煤が多量に発生し、焼鈍時の浸炭能力を低下させるため定期的な炉内メンテナンス（バーンアウト）が必要になり、生産性が低下する。
更に、焼鈍時の浸炭条件によって軸受機能に与える影響や加工性を含めた生産性に与える影響に関して調査した結果、材料を軟化させる本来の焼鈍効果を十分に発揮させ、かつ加工性を低下させない最適条件があることを発見した。
従って、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に炉内の酸素量を低減させるだけでなく更に浸炭雰囲気で復炭を行うが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残すことで、長寿命となることを見出した。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることを見出した。
本発明において、焼鈍工程は浸炭雰囲気で行うことがより望ましい。この理由は以下の通りである。即ち、CRF加工後の仕上旋削加工で工程を省略又は大幅に削減するため、また後で述べるが、復炭による長寿命効果を得るためには、焼鈍の雰囲気を浸炭性のガス雰囲気で行ない、炉内の酸素量を低減することで焼鈍時の脱炭を防ぐためだけではなく、熱間鍛造時の脱炭を復炭し、更に浸炭層が残留することが望ましい。
しかし、浸炭層が必要以上に増加した場合は、鍛造リング表面に初析が多量に発生したり、焼鈍後にもかかわらず、鍛造リング表面の硬さが高くなり、加工性が著しく低下してしまう。また、焼鈍時に脱炭を防ぐ程度では、部分的に脱炭が残ったり、浸炭が不十分であり、浸炭層が十分でないと長寿命効果が得られない場合がある。従って、焼鈍時に適正な浸炭雰囲気で適量の復炭を行なうことが必要となる。
本発明において、冷間ローリング加工後の仕上げ旋削加工工程では内輪内径及び外輪外径を旋削せず、軌道面の溝やシール溝等も極限まで旋削工程を省略することが望ましい。この理由は以下の通りである。即ち、復炭処理を行なった鍛造リング表面は浸炭層が適度に残留しているので、CRF加工後にも適量の浸炭層が存在する。従って、本来CRF加工後に行なう脱炭層を取り除くための旋削加工は全く必要ない。
しかし、前述したように、シール溝を含めて複雑な形状を精密にCRF加工する場合は、加工時間が長く必要になり、CRF加工コストが極端に上がってしまう。そのため、本発明では、迅速なCRF加工で十分成形できる内輪内径及び外輪外径は旋削せず、複雑な形状をした軌道面の溝やシール溝等はその形状を成形するニヤネット方式とし、溝の仕上げ旋削は行なうが、脱炭残り等は考慮せず極限まで旋削工程を省略することが好ましい。又、場合によっては溝部（第４図（Ｅ）の符番7a,8a）も旋削を省略し、焼入焼戻し後の研削工程のみで仕上げることも可能である。
本発明において、軸受完成品軌道面の最大浸炭率は５％〜30％で、かつ0.1mm〜0.5mmの浸炭層が存在することが好ましい。この理由は以下の通りである。即ち、軸受内輪の内径面や外輪の外径面は、必要機能としてシャフト類やハウジング類とのはめ合いに対する耐フレティング特性や耐摩耗性等が挙げられる。本発明の場合、軸受完成品の最大浸炭率が５％以上30％以下とすると、内輪内径や外輪外径は旋削加工が省略されるため、軌道面より高い浸炭率が予想される。そのため、通常に製造された場合に比べ内輪内径や外輪外径の表面硬さは高く、残留圧縮応力が得られるので、耐フレティング特性や耐摩耗性等は当然良くなる。
本発明において、表面浸炭率（Ｅ）は材料の炭素量に対して完成品表面の最大変化率であり、下記の式で示す。
Ｅ＝｛完成品表面の表面炭素量（％）−素材の炭素量
（％）｝÷素材の炭素量（％）×100（％）
次に、軌道面に関しては、一般に市場で使用されている並径玉軸受の損傷状況を調査した結果、そのほとんどが表面損傷タイプ（例えば、粗さ，潤滑不良により摩耗又はピーリングによる損傷する場合）の疲労状況を示していた。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられていた玉受軸も、実は潤滑不良や異物侵入等により軌道面の最表面が疲労しており、特に軸受寿命を重要視する比較的厳しい条件では、表面から損傷（剥離に至る前の損傷）する場合が多く見られた。
そこで、軌道面の表面浸炭率を変えて表面起点タイプ（例えば、潤滑不良，異物等によって生ずる）の損傷となる、異物混入潤滑した試験を行なった結果を第８図に示す。第８図より、浸炭率が５％以上となる長寿命効果が表れることが明らかである。しかし、浸炭率が５％以上であっても、浸炭深さが0.1mm未満のものは、残留圧縮応力が十分に得られず、長寿命効果が低下してしまう。
一方、復炭処理後の加工性を調査した結果、浸炭率が30％を越えると加工性が著しく低下し、浸炭率が30％以下でも深さが0.5mmを越えると、特に表面の塑性変形が影響するCRFの加工性が低下してしまう。
従って、上述したように、軸受の完成表面の最大浸炭率が５％以上30％以下で、かつ0.1mm以上0.5mm以下の浸炭層を有することが好ましい。但し、長寿命効果を十分に得るには、浸炭率は10％〜30％が望ましい。
ここで、焼鈍時に復炭するための熱処理条件に関して、種々検討した結果、一般的に行なわれている、A1変態点の直上で加熱保持した後徐冷する球状化焼鈍工程で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性にする方法が一番最適であることを確認した。
一般に浸炭処理は、900〜950℃程度の高温で、鋼をオーステナイト状態とし、炭素を固溶，拡散させている。また、浸炭濃度を決めるカーボンポテンシャル（以下、CP値と呼ぶ）も安定して高めに制御できる。一方、処理温度を下げると、炭素の拡散が遅くなり、浸炭深さが浅くなる。又、炭化物が析出し易くなるため、表面に多量の初析炭化物が生成し、加工や寿命を低下させる場合が出てくる。従って、通常の浸炭は比較的高温で行われている。
しかし、本発明の場合、浸炭（復炭）処理を行なうと同時に球状化軟化焼鈍を行なわなければならない。そのため、高温で浸炭した後にA1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷して復炭焼鈍した場合、復炭は完全にできるが、軟化させるための焼鈍時間が長く必要になったり、炭化物の球状化が不十分で加工性が低下したり、高温域での処理では炭素が多量に固溶するため表面浸炭率が必要以上に高くなりやすい。更に、焼鈍は従来連続炉で行なうため、途中で急激に温度を変化させるのは、炉の構造的にも、雰囲気制御や品質の安定性が低下する場合があり、あまり好ましくない。
次に、本発明者らは、一般的に行なわれている、A1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷する焼鈍条件で温度や処理時間を変えずに雰囲気のみを調整した実験を行なった。
浸炭温度としては、極端に低い750〜800℃値度のSUJ2の焼鈍温度では、CP値が高過ぎると表面に多量の初析炭化物が生成してしまう。さらに、炉内に多量の煤が発生し雰囲気制御や品質の安定性が低下してしまった。
一方、CP値を低めに設定した場合は、低温浸炭の上に浸炭濃度が低くなるので、今度は十分な浸炭深さが得られにくいと考えられていたが、結果は良好であり、適度な表面浸炭率に0.1〜0.4mm程度の深さが安定して得られ、炉内の煤発生も少なく、雰囲気制御も安定していた。また、既に述べたように熱間鍛造後の脱炭量にはバラツキが発生していたが、復炭後の浸炭量や深さにバラツキが見られなかった。
ここで、鋼中の炭素の移動拡散に関し、一般的に表面や粒界では拡散速度が極端に早くなる。また、オーステナイトよりフェライトの方が、結晶構造上炭素の拡散が早くなる結果もあり（「金属データーブック」日本金属学会、丸善（株）昭和49年20発行）、低温でも十分に浸炭拡散できる可能性がある。表面が部分的に脱炭した鍛造リンクの表面は、焼鈍温度で組織がオーステナイトとフェライトの２相状態となるため、表面拡散に加えて２相間の粒界拡散及びフェライト内の拡散速度が高くなったことにより、低温でも十分な浸炭深さが得られたと考えられる。
従って、炉の設備設定及び雰囲気の安定制御や炉の整備等の生産面に加えて、安定品質による加工性と軸受寿命の長寿命化が得られる、A1変態点の直上で加熱保持し、その後徐冷する焼鈍条件で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性（カーボンポテンシャル0.7〜0.9％）とする方法が最も望ましい。
本発明では、素材にSUJ2を用いた基礎実験を行なっているが、焼入，焼戻処理により軸受として必要な品質が得られれば、その限りではない。その成分としては以下の通りとする。
炭素は軸受に必要な深さと炭化物を得るための重要な元素であり、寿命に必要な十分な硬さと炭化物の面積率を得るためには、最低でも0.8％以上は必要である。しかし、1.2％を越えると、製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常SUJ2材で行なっている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合が出てくるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。以上の理由から、素材の炭素量は0.8重量以上1.2重量％以下の範囲が好ましい。
Siは素材の製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入性を向上させるとともに基地マルテンサイトを強化するので、軸受の寿命を延長するのに有効な元素であり、その効果を出すためには最低0.1重量％は必要である。しかし、Si含有量が多すぎると、被削性や鍛造性を含めた加工性を劣化させるので上限を0.5重量％以下とした。以上の理由から、素材のSi量は0.1重量％以上0.5重量％以下の範囲が好ましい。
Mnは焼入性を向上させる元素であるが、その効果を出すためには最低0.2重量％は必要である。しかし、Mnは素材のフェライトを強化する元素でもあり、特に素材の炭素量が0.8重量％以上の場合は、Mnの含有量が1.1％を越えると冷間加工性が著しく低下するため上限を1.1％とするのが好ましい。
Crは焼入性向上，焼戻軟化抵抗性向上など基地を強化する元素であり、その効果を出すためには最低0.1重量％が必要である。しかし、1.8重量％を越えると、製鋼時に巨大炭化物の発生や偏析が強くなり、通常SUJ2材で行なっている、ソーキング処理では巨大炭化物や偏析を十分に調整できなくなる場合がでてくるため、その後の温間圧延での炭化物微細化が不十分になる。以上の理由から、Cr量は0.1重量％以上1.8重量％以下の範囲が好ましい。
2.転がり軸受
本発明の転がり軸受は、前述したように処理された高炭素軸受鋼からなる転がり軸受の完成品軌道面における最大浸炭率が0.1％〜30％でかつ浸炭深さが0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする。但し、最大浸炭率は好ましくは５％〜30％である。
3.連続焼鈍炉及び焼鈍方法
本発明者らは、軸受の製造コストを低減するため、軸受の前工程と呼ばれている、素材を熱間鍛造し、球状化焼鈍により軟化させてから、冷間加工（例えば旋削加工や冷間ローリング加工）を行い、軸受の形状に加工する工程に対して、工数の削減を検討した結果、前工程の中で仕上げ工程となる、冷間加工の工程削減が効果的であることが分った。しかし、工程を削減（例えば旋削取代を減らす）した場合、熱間鍛造や球状化工程で発生した脱炭が残留してしまい、最終的に軸受が低下してしまう現象が発生した。
そこで、本発明者らは前工程での脱炭要因を工程別（素材の脱炭量、熱間鍛造による脱炭量、焼鈍による脱炭量）に調査した結果、球状化焼鈍工程での脱炭量が最も大きいことを解明した。従って、軸受の前工程で仕上げ工程の工数削減により、製造コストを下げるためには、球状化焼鈍工程での脱炭量を極限まで削減する方法が必要になる。
このようなことから、本発明者らは焼鈍工程での脱炭削減について種々実験を行い、以下の結果を得た。
（１）窒素ガスのみを導入する窒素雰囲気の焼鈍では炉内に酸素が供給されてしまうので、表面が酸化するほどではないが、脱炭の進行を止めることはできない。
（２）窒素ガス雰囲気にプロパン等の炭化水素系のガスを微量添加することで、炉内の酸素量を減少させ脱炭の進行をある程度抑えることが確認された。しかし、素材の脱炭に加え熱間鍛造で脱炭した鍛造品を完全に復炭するには至らなかった。
（３）RXガス等の浸炭性のガス雰囲気に更にプロパン等の炭化水素系のガスを微量添加する浸炭雰囲気で焼鈍を行なうと、完全に復炭できることが確認された。しかし、浸炭しすぎてしまったり、炉内にすすが発生する「スーティング」現象が起こり、雰囲気制御ができなくなったり、メンテナンスが困難になることが確認された。
つまり、脱炭を極限まで減らし、前工程の仕上げ加工を削減するためには、RXガス等の浸炭性雰囲気で焼鈍することが必要であるが、その制御は大変困難であることが解明された。ここで、浸炭を制御しやすくするために、処理温度を一旦高くして、その後球状化焼鈍を施す方法（特開平２−54717）や一定の浸炭雰囲気炉で復炭した後、脱炭雰囲気で焼鈍を施す方法（特公平７−37645）では、実質コストダウンにはならない。
図25は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。本発明者らは、球状化焼鈍のヒートサイクル（加熱温度や加熱時間及び高温速度等）は変えずに焼鈍雰囲気を浸炭性のガスで雰囲気制御するだけで、完全な復炭処理を安定的に処理できる方法を種々研究したが、以下の問題点の対策が必要であることを究明した。
１）鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また表面に強固な酸化スケールがあるため、復炭には十分な浸炭雰囲気が必要である。
２）一般的な浸炭処理では処理品を一つ一つ重ならないように並べるのに対して、焼鈍処理では大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行っている。そのため、浸炭ガスで雰囲気を作っても、接触部にガスが行き渡らず、均一な復炭が難しくなる場合が出てくる。
３）焼鈍温度は一般的な浸炭処理温度に比べて低いので、浸炭雰囲気を高くし過ぎると、すすが発生し易くなり、浸炭制御が困難になるだけでなく、メンテナンスも大変になる。
４）焼鈍工程には高温過程（図25のｂ工程）があり、降温過程で組織が変態し、焼鈍後の硬さや加工性に大きな影響を与えるため、降温速度は焼鈍工程の中でも重要なファクターになる。しかし、降温工程での浸炭雰囲気の制御は更に困難を極め、連続炉内で徐々に温度が変化する中、浸炭雰囲気の完全な制御は事実上不可能である。
本願第３の発明は、こうした点を考慮して高炭素の軸受鋼を大量に連続して球状化を行ない、熱間鍛造での脱炭の復炭を安定的に低コストでなしえる連続焼鈍炉を提供しようとするものである。また、本願第４の発明は、この連続焼鈍炉を用いて上記効果が得られる焼鈍方法を提供しようとするものである。
以下に、その限定理由について詳細に説明する。
［RXガス等の浸炭雰囲気で焼鈍を行なう］
前工程の仕上げ加工を省略又は大幅に削減するためには、焼鈍の雰囲気を浸炭性のガス雰囲気で行ない、焼鈍時の脱炭を防ぐだけではなく、素材の脱炭や熱間鍛造時の脱炭を復炭する必要がある。
本発明者らは、上記した実験結果より焼鈍炉内雰囲気の酸素が炭素と反応し、脱炭しているため、まず脱炭を止めるためには、焼鈍炉内雰囲気の残留酸素量を３×10-18（atm）以下に制御する必要があることを突き止めている。そのため、炉内は酸素センサー（NGK製の直入式酸素センサー：商品名CP−Ｄ）による炉内制御が必要である。更に、復炭を十分に行なうためには、浸炭に必要な炉内のCO量の制御が必要となり、実験の結果、炉内のCO分圧が10％以上必要である。しかし、復炭をスムーズに行なうためには、16％以上が望ましく、多くし過ぎると煤発生の要因になるため30％以下が望ましい。
また、復炭量や煤の発生を制御する浸炭濃度は鉄の酸化還元現象からCOとCO2の分圧比率（Ｋ）の発生を制御しなければならない。上記した実験結果より、一般的な焼鈍温度（750〜820℃）で0.8≦Ｋ≦７の範囲に制御することが望ましい。但し、分初比率Ｋは以下の式で産出する。
Ｋ＝炉内の（CO分圧）2/炉内のCO2分圧
［連続焼鈍炉内で連続工程が２室以上に分割される］
上記実験結果より、焼鈍工程での浸炭雰囲気はその制御が困難である。特に焼鈍の前半では十分な復炭能力を必要とするが、後半では温度の効果と共に煤発生の制御が必要となっている。そこで、本発明者らは、連続炉の中を分割しそれぞれの処理条件に必要な雰囲気に制御することで、焼鈍工程での雰囲気制御を安定させることに成功した。雰囲気の分割は多いほど精密に制御できるが、連続炉の設備を考慮すると、２〜３室に分割することが望ましい。
［分割した処理室の雰囲気が他の処理室と全く異なる］
上記のように、連続炉の中を分割し各室で雰囲気を変えることで、焼鈍工程での浸炭雰囲気を制御することができる。同様な連続炉の構造を、高温で処理される浸炭炉でもしばしば見ることがある。しかし、その場合の隣り合う処理室の雰囲気は比較的近く、処理室同士は普通一枚の扉で仕切られている場合がほとんどである。そのため、扉の開閉により隣室との雰囲気が混ざり合うが大きな影響はない。
一方、本発明に係る連続焼鈍炉では、焼鈍温度で精密な制御が必要なため、２室以上に分割された処理室の雰囲気が混合すると精密な制御が困難になる。そこで、本発明の焼鈍炉は、第24図（Ａ）のように処理室同士が２枚の扉で仕切られており、隣室の雰囲気が混合せず精密な制御を可能にするものである。
次に、上記連続焼鈍炉を用いた焼鈍方法における、限定理由について詳細に説明する。
［置換率２回／時間以上］
上記実験結果から、鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また、表面に強固な酸化スケールがある。また、一般的な浸炭処理では処理品を一つ一つ重ならないように並べるのに対して、焼鈍処理では大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行なっている。そのため、浸炭ガスで雰囲気を作っても、接触部にガスが行き渡らず、均一な復炭が難しくなる。
ここで、本発明者らは、炉内の雰囲気制御が復炭濃度つまり浸炭濃度を上下するだけでは不可能と判断し、浸炭ガス流量に注目した。第27図は、置換率と復炭のバラツキを示す。雰囲気を精密に制御しても、置換率が２回未満になると、製品内にバラツキが発生する。また、置換率を高くすると、炉内の圧力も高くなり、外来要因による雰囲気の変化が減り、雰囲気を精密に制御し易くすることができる。従って、炉内圧力は1mm/H2O以上が望ましい。しかし、限りなく雰囲気ガスの流量を増加させると、焼鈍炉のランニングコストが高くなるばかりでなので、浸炭処理の実績から考慮して５回以下が望ましい。
［処理雰囲気は浸炭雰囲気から脱炭雰囲気に切り替わる］
上記した通り、熱間鍛造品の表面は脱炭が激しくバラツキもあり、また、表面に強固な酸化スケールがある。さらに、焼鈍処理は浸炭処理とは違い、大量にバラ積みしたり、重ねたり、束にしたりして処理を行ない、接触部に浸炭ガスが行き渡らない場合が出てくる。そのため、復炭には十分な置換率を確保した高い（カーボンポテンシャルが高い）浸炭雰囲気を復炭する以外に、外来要因による浸炭雰囲気の低下が起こるため、十分な置換率と共により浸炭性の高い雰囲気が必要となる。
しかし、連続炉の中断になると、雰囲気も安定し、逆に余り高い雰囲気だと煤が発生し易くなるため、雰囲気の調整が必要となってくる。さらに、降温部になると、煤発生が起こり易くなるため極端に雰囲気を下げる（カーボンポテンシャルを下げる）必要がある。また、前半に浸炭された最表面部は過剰浸炭ぎみになっているため、高くなった炭素を拡散させるためにも、雰囲気を下げる（カーボンポテンシャルを下げる）必要がある。
つまり、前半は浸炭性雰囲気を高くし、後半は低くすると復炭のバラツキを小さくすることができる。第27図に前半と後半の浸炭濃度の差と復炭のバラツキを示す。分圧比Ｋが0.8≦Ｋ≦７の範囲で前半と後半の差を２以上にすることで、バラツキを抑えることが可能となる。従って、前半と後半の浸炭濃度の差を、上記の分圧比Ｋの差で表わす（750〜820℃）と、0.8≦Ｋ≦７の範囲でさらに（前半の処理室の分圧比K1−後半の処理室の分圧比K2）≧２の範囲に制御することが望ましい。
次に、連続焼鈍での復炭処理された軸受として、以下にその限定理由を説明する。
［軸受完成品軌道面の浸炭率が0.1以上,30％以下であり、かつ0.01mm以上,0.5mm以下の浸炭層が存在する］
一般に、市場で使用されている軸受の損傷状況を調査すると、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示している。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられている軸受も、実はゴミ等の異物が侵入したり、潤滑が不足し、軌道面の最表面が疲労する。特に、軸受寿命を重要視する比較的激しい条件では、表面から損傷する場合が多く見られる。
本発明者らは、軸受の表面疲労に対して残留オーステナイトや硬さが高い方が長寿命傾向を示すことを報告している。今回、前工程で復炭焼鈍した軸受の完成品の寿命試験を行なったところ、復炭処理層が残留したものに、長寿命傾向が見られた。第28図及び第29図に表面起点タイプの損傷となる，異物混入潤滑下試験を行なった結果を示す。
第28図により、浸炭率が0.1％以上だと従来の寿命と同等以上になり、さらに長寿命効果が明確となる５％以上が望ましいことがわかる。しかし、浸炭率が30％を越えると、今度は前工程の仕上げ加工性が低下するため、望ましくは５％以上30％以下とする。また、第29図により、浸炭深さが0.01mm以上になると従来の寿命と同等以上になり、さらに長寿命効果が明確となる0.1mm以上の深さが望ましい。しかし、深さが0.5mmを越えると、今度は前工程の仕上げ加工性が低下するため、望ましくは0.1mm以上0.5mm以下とする。
なお、本発明では素材にSUJ2を用いた基礎実験を行なっているが、焼入，焼戻処理により軸受として必要な品質が得られる高炭素の軸受鋼であれば、その限りではない。その成分（C,Si,Mn,Cr）の配合割合は、第１の発明に関する説明と同様である。
3.連続焼鈍炉及び焼鈍方法について
本発明者らは、既述した目的を達成するために種々の実験を行なった結果、球状化焼鈍を行なう際に、焼鈍雰囲気を２つに分離し、浸炭（復炭）を行なう高温期では浸炭性ガス雰囲気とし、また球状化焼鈍を行なう徐冷期（低温期）では無酸化雰囲気及び脱炭雰囲気とし、以上２つの雰囲気を完全に分離することで、脱炭層の削除、酸化スケールの生成の回避をできることを発見するに至った。
また、各々の雰囲気条件は、780〜810℃で処理される浸炭雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とし、740〜700℃までの球状化雰囲気帯（無脱炭雰囲気）では0.8〜2.3で表わされる雰囲気条件で制御を行なう物である。さらに、好ましい両者の雰囲気制御値｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝の関係式は、下記式（３）で表わされる値で制御を行うことが好ましい。
Ｂ値＝（8/A値）±0.5 …（３）
但し、Ａ値は（第１の処理室における）浸炭期のＰ（CO）2/PCO2の値を示し、Ｂ値は（第２の処理室における）球状化焼鈍期のＰ（CO）2/PCO2の値を示す。
以下、連続焼鈍炉におけると炉形式、雰囲気ガス組成、雰囲気ガス分離方法、雰囲気ガス制御方法の限定理由について詳細に説明する。
［炉形式を連続焼鈍炉とした理由］
炉形式をバッチ式とした場合、浸炭期、球状化焼鈍期の２工程の、雰囲気分離を行なうには、被処理物を一度炉外に取り出し、再加熱する必要が生じてくるため、生産性が大きく限定される。しかし、本発明によると、連続炉形式であるため、大量に処理することができ、生産性を低下させることがない。
また、雰囲気分離においては、浸炭期終了位置に中間室を設け、処理室の前後で扉で仕切ることにより、浸炭性ガス雰囲気及び球状化焼鈍雰囲気をそれぞれ置換し開閉することで、完全に雰囲気が分離することが可能である。雰囲気を完全に分離することで、従来RXガス等の吸熱型の浸炭性ガスを利用し雰囲気焼鈍を行っていた方法に比べ、球状化焼鈍期の徐冷期に発生していた煤が析出するスーティング問題を解決することが可能となった。
即ち、従来法では、均熱が終了した後の徐冷過程で、浸炭性ガス組成中のCOガスがＣとCOに分離し、Ｃが煤となり析出するスーティングが発生し易かった。これに対し、本発明では、煤の発生が生じ易かった徐冷帯の雰囲気を煤発生の要因となるCOガス組成を減らすために、RX等の浸炭性ガスにNX等の脱炭性の変性ガスを混合し使用することで、さらには混合ガス組成のCO及びCO2からＰ（CO）2/PCO2で求められる値を制御することで、処理前には脱炭が生じていた軸受リングを、表面層を製造工程及び軸受機能に好適な任意の炭素濃度に作り上げることが可能としたものである。
［780℃〜810℃で処理される浸炭雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とする理由］
一般的な鋼の浸炭は、温度として850℃〜1000℃のγ域で実施されている。一般的には、浸炭は炭化物の生成及び固溶した炭素のγ域での拡散によって起こり、このため処理温度は高いほど拡散が進むので浸炭深さは深くなるとされている。従って、脱炭が生じてしまった鋼材などは、従来より一度高い温度域で浸炭を行なった後、再加熱して球状化焼鈍を行う方法などが取られてきていた。
しかし、球状化焼鈍の好適な均熱温度である780℃〜810℃で浸炭を行った場合でも、雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5〜7.0とすると、低い温度で浸炭した場合に結晶粒界に発生しやすいとされていた、塊状の炭化物の生成も抑えることが可能なことがわかった。
CO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で、4.5未満では、脱炭したリングを復炭する効果が低くなり、脱炭層が残ってしまう。また、上記値が7.0を越えると、表面の炭素濃度が高くなり、過剰に塊状炭化物が析出することとなり、後工程での加工性に影響を及ぼすこととなる。また、この場合、反応に寄与しなかった過剰のＣが析出し、炉内にスーティングが生じてしまう。
［740℃〜700℃で徐冷処理を行う球状化雰囲気帯では雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で0.8〜2.3とする理由］
上記の温度帯で、球状化焼鈍を行う場合、従来の浸炭性雰囲気（RXガス）のみを使用すると、RXガスは組成中のCOが20％以上と高く、またこのCOは低温ほどＣとCO2とに分解しやすくなり、Ｃは煤として析出し、不具合を起こす。このため、本発明では、従来のRXガスに加えてNXガス等の脱炭性のガスを混合することで問題の解決を図った。さらに、上記雰囲気ガス中のCO及びCO2がＰ（CO）2/PCO2で求められる値で0.8未満では、脱炭性が強くなり、浸炭期に浸炭された表面層の炭素が再脱炭してしまい、これまでの熱履歴によって発生した脱炭が十分に回復（復炭）できないという不具合が残る。また、上記値が2.3を越えると、浸炭性が強くなり、上記浸炭期同様の不具合が発生する。
［両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝の値の関係は、下記式（４）にて表される値にて制御を行うことが好ましい理由］
Ｂ値＝（8/A値）±0.5 …（４）
但し、Ａ値は浸炭期のＰ（CO）2/PCO2の値、Ｂ値は球状化焼鈍期のＰ（CO）2/PCO2の値を示す。
さらに研究の結果、浸炭期の雰囲気制御値と徐冷期の雰囲気制御値に上記式（４）の関係差をもたせたことで、焼鈍完了時のワーク表面層の炭素濃度が均一に±0.05％C0となることを見いだした（C0:素地の平均Ｃ％）。
これは、Ａ値の値にて浸炭期の雰囲気制御を行った場合、続く球状化焼鈍期は式（４）により導き出されるＢ値の制御幅にて制御を行うことで、下記の理由からより均一に素地との炭素濃度差をなくすことがあ可能となることを見いだしたものである。
浸炭期と球状化焼鈍期の雰囲気関係について鋭意研究を行った結果、以下の関係が分かった。浸炭期において炭素濃度が高い雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2［Ａ値］が高めの値｝を行ったまま、引き続き球状化焼鈍期の雰囲気制御においても浸炭傾向｛Ｐ（CO）2/PCO2［Ａ値］が高めの値｝に制御すると、焼鈍完了時において、表面層の炭素濃度が高めの値となる。
また、逆に浸炭期において炭素濃度が低い雰囲気を行ったまま、引き続き球状化焼鈍期の雰囲気も脱炭傾向に制御すると、焼鈍完了時においては、表面層の炭素濃度が低めの傾向となる。このため、本発明者は、焼鈍完了時にワーク表面層の炭素濃度が均一に±0.05％のC0値となる好適炭素濃度となるように処理を行うには、両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝値の関係が上記の式（４）にて表される値に制御を行うことが好ましいということを究明した。
更に、浸炭期の雰囲気制御はCO及びCO2の分析によりＰ（CO）2/PCO2で求められる値を制御することに加え、炉内雰囲気の残留酸素量を測定し浸炭性雰囲気の制御を行うことが可能な酸素センサーにおいて制御を行っても差支えない。この際の制御値は、上記限定範囲のＰ（CO）2/PCO2で示される値の時の酸素センサー値を限定範囲と代用しても差し支えない（第12図より、1085〜1110mV）。
【発明の実施の形態】
（実施例１〜３）
以下、本発明の実施例１〜３について説明する。第２図に本発明による熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法を示す。第１図のCRF加工を取り入れた従来の製造法に対して、焼鈍工程（S3）、CRF加工工程（S4）及び旋削工程（S8）に特徴があり、最適な加工工程を組み合わせることで製造コストを最小限にする軸受製造方法を提供するものである。
まず、本発明の各工程を以下に簡単に説明する。丸棒素材には、一般的に圧延したままの丸棒鋼材を使用した（S1）。次に、一般的に多段フォーマーを使用して熱間鍛造を行い、内輪と外輪に加工される粗形リングを作った（S2）。つづいて、熱間鍛造後に、冷間加工や旋削加工のために炭化物を球状化する軟化焼鈍を無酸化で行った（S3）。ひきつづき、ニヤネット方式によりCRF加工を行った（S4）後、サイジング（S5）を行った。更に、仕上研削加工を行った後（S6）、焼入焼戻を行ない軸受として必要な硬さを得た（S7）。その後、軌道面とはめ合い面を研削加工することにより内外輪を製造した（S8）。
本発明の実施例１〜３では、材料はSUJ2、製造する軸受は深厚溝玉軸受6304である。次に、上記各工程を詳細に説明する。
本発明の焼鈍工程を第17図に示す。窒素雰囲気にプロパンガスを微量添加し、炉内残留酸素量をコントロールする。炉内残存酸素量の測定には、NGK製の直入式酸素センサー（CP−Ｄ）を用いた。各種焼鈍条件による酸素センサー値（mmV）と表面脱炭率Ｄ（％）の関係を第13図に示す。
酸素センサー値が900mmV以上になると脱炭量が減少し、1000mmVを超えると焼鈍工程での脱炭はなくなる。一方、上記式（１）で示した、焼鈍温度での酸素センサー値と炉内の酸素分圧の関係を第12図に示す。従って、炉内残留酸素量は３×10-18atm以下にする必要がある。さらに、脱炭の緩和量を十分にするためには３×10-20atm以下が望ましい。
実施例１〜３では、酸素センサー値を設定し、添加するプロパンガスを量を制御した。
焼鈍条件A1:窒素雰囲気にプロパンガスを１〜２％添加し酸素センサー値を900〜990mmVに制御する。
焼鈍条件A2:窒素雰囲気にプロパンガスを１〜２％添加し酸素センサー値を1000〜1050mmVに制御する。
焼鈍条件A3:窒素雰囲気にプロパンガスを0.5〜1.5％添加し酸素センサー値を1060〜1100mmVに制御する。
焼鈍条件A4:窒素雰囲気にのみで焼鈍を行う。
本発明の焼鈍条件は、A1とA2とA3である。
次に、CRF加工条件を示す。加工機は共栄精工製の商品名:CRF70を使用し、加工荷重５〜7tonで潤滑剤は三工化学製のプレスホーマー（商品名:PZ13）を使用し、CRF加工による拡径率は、外輪が1.4〜2.0倍で、内輪は1.1〜1.4倍である。
本発明法は焼鈍後にほとんど脱炭がないので、CRF後の旋削取代を極限まで減らすことが可能であり極力完成品に近い形状にすることができる。しかし、あまり精密に形状を仕上ようとすると、CRF加工時間が長くなってしまうので、その後の仕上旋削を最適にするニヤネット方式とする。
実施例１〜３は、加工方法を変えて行なった。
CRF条件B1:ニヤネット加工で加工速度650〜750個／時間
CRF条件B2:圧延加工のみで加工速度650〜750個／時間
CRF条件B3:精密加工で加工速度300〜400個／時間。ここで、「精密加工」とは、シール溝、レース溝、チャンファー（但し、幅は自由）加工と、完全仕上げ形状に近いCRFをかける。この場合、CRFの時間はCRF条件B1と比べ４倍くらい長くなる。また、CRF条件B3の前でCRFの量を正確にするために寸法調整（加工）するので、脱炭層も除去できる。従って、脱炭の面では良いが、コスト高となる。
本発明のCRF条件はB1である。
旋削条件は、加工機は高速旋盤を使用し工具はP10切り込み速度200〜250m/分、送り量0.2〜0.3mm/回転で行なった。一般的に、CRFリングを全面旋削する場合、内外輪合わせて８〜10の工程が必要であり、また、加工のためにリングをチャックして旋削を行うが全面旋削の場合は、外形と内径と同時に全て旋削することはできず、何回かチャックして旋削しなければならない。
本発明では、外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減することが可能となり、更に取代の大幅削減により旋削を行う軌道面の加工時間も短縮できる。
実施例１〜３は、加工方法を変えて行った。
旋削条件C1:外輪外径及び内輪内径の旋削工程省略によりチャック替え回数を低減する。
旋削条件C2:外輪外径及び内輪内径を含めて、全面を旋削する。
本発明の旋削条件はC1である。
加工方法を種々組み合わせて、軸受を加工した結果を下記表１に示す。材料はSUJ2で深溝玉軸受6304を各工程2000個製造し、評価は焼入焼戻や研削加工を行なった後の、完成軸受での品質と製造コストを調査して行なった。
品質の判定は、完成品軸受表面の炭素量を測定し、SUJ2素材の炭素量１％に対して、軌道面が１％以上であり、かつ、転がり疲労は受けないが外輪外径及び内輪内径は0.95％以上であれば「良」であり、また外輪外径及び内輪内径でも１％以上である場合、つまり最も脱炭良が大きい外輪外径でも完全に脱炭がなければ「優良」とする。
また、旋削取代を減らし材料歩留が良くなる、現行では最も低コストと考えられる第１図のCRF加工を取り入れた製造法コストに対して低くなる場合は「低」とし、同時程度あるいはコストアップする場合は「高」とした。更に、コストは同等か若干改善の方向ではあるが、コストダウンに改良の余地があるものを「普通」とした。
【表１】
このように、本発明は、熱処理後に研削加工を行なう鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法に関して、焼鈍での脱炭を極限まで減少させ、ニヤネットCRF後にサイジングを行なうことで、外輪外径、及び内輪内径の旋削工程省略が可能となり、さらに軌道面やシールみぞ旋削加工も大幅な取代削減が可能となる。
ここで、本発明製造法を使用した場合の検証方法を示す。完成品外輪の断面を第18図（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、第18図（Ａ）は完成品外輪の要部を示し、第18図（Ｂ）は第18図（Ａ）の部分拡大図を示す。本発明法により製造された場合に、肩部41は脱炭量が比較的大きいが、焼鈍後の旋削取代がほとんど無く、また熱処理後の研削取代もほとんど又は全く行わない部分となる。従って、完成品の肩部41の脱炭量測定結果は第15図と同様になるか又は更に表面炭素濃度が高い場合もある。つまり、熱間鍛造時に発生した脱炭が若干痕跡として残り、焼入による復炭痕跡も残る。一方、従来法では焼鈍後に全面旋削を行うため、脱炭層が一旦取り除かれるので第11図と同様の結果となる。また、ニヤネットCRFを行なった場合、第19図（Ａ）に示すように軌道面部42および肩部43の鍛造フローが形状に従うのに対して、通常のCRFでは、第19図（Ｂ）に示す通り軌道面部42及び肩部43で旋削により鍛造フローがきれるところがある。
なお、以上は深溝玉軸受の製造方法について説明したが、これに限らず、円錐軸受、円筒軸受等の外内輪製造にも同様に本発明が適用できる。
（実施例４〜15）
次に、炉内の酸素量を低減して脱炭を防ぐだけでなくさらに復炭まで行う本発明の実施例４〜15について説明する。第２図に本発明による熱処理後に研削加工を行う鋼製の深溝玉軸受の内外輪の製造方法を示す。第１図のCRF加工後に全面旋削を行なう従来の製造法に対して、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に浸炭雰囲気で復炭を行なうが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残し、長寿命を得る点が特徴点である。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることを見出した。転がり寿命に直接影響する軌道面以外は脱炭層が適量に残留した方が軸受機能を損なうことなく、加工性が良好となり、製造コストが下がることを見出した。
なお、本発明の実施例では、材料はSUJ2、製造し機能を評価した軸受は深溝玉軸受6206である。
［完成品軌道面の浸炭率及び浸炭深さに対する加工性と寿命］
本発明者らは、一般に市場で使用されている並径玉軸受の損傷状況を調査した結果、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示していた。つまり、一般的にはクリーンな潤滑で使用されていると考えられていた玉軸受も、実はゴミなどの異物が侵入し軌道面の最表面が疲労しており、特に軸受寿命を重要視する比較的厳しい条件では、表面から損傷する場合が多く見られた。従って、長寿命な軸受であるためには、表面起点タイプの損傷に対して長寿命でなければならない。そこで、軌道面の浸炭率や浸炭深さを変えて、試験軸受を作成し、CRF加工性の評価を含めて、表面起点タイプの損傷となる、異物混入潤滑した試験を行なった。
（ａ）CRF工具寿命評価
CRF加工では第５図のマンドレル22が摩擦損傷し易く、消耗部品として加工コストに大きく反映している。CRF工具寿命評価条件は、以下の通りである。
加工機：共栄精工製の商品名CRF70
加工荷重:5〜7ton
潤滑剤：三工化学製の商品名プレスホーマーPZ13
拡径率：外輪＝1.4〜2.0倍、内輪＝1.1〜1.4倍
加工速度:550〜750個／時間
評価はマンドレルの摩耗が0.2mm以上となり、外輪を加工し、第４図（Ｅ）のCRFリング７に示す溝（レース溝）形状が摩耗で崩れてしまう場合と寿命とした。下記表２はその結果を示す。比較例No.9は従来の製造法によりCRF加工後に全面旋削を行なう為、完成品の軌道面に脱炭や浸炭はない状態の試験軸受である。表２より、本発明の実施例４〜８は、浸炭（復炭）処理を行なっているが、従来品の比較例No.9に比べ同等の加工性が得られた。しかし、浸炭率は30％を越える比較例No.6は加工性が低下している。又、浸炭率が30％以下でも、深さが0.5mmを越える比較例No.8はCRFの加工性が低下することが確認された。
【表２】
転動体にはSUJ2ボールを用い、フレーキングが発生した時点までの寿命時間を調査してワイブルプロットを作成し、各ワイブル分布の結果から各々のL10寿命を求めた。この評価の条件は、下記の通りである。
試験面圧：最大260MPa
回転数:3000rpm
潤滑油：＃68タービン油
混入異物：組成…ステンレス系粉、硬さ…HRC52、粒径…74〜147μｍ、混入量…潤滑油中に500ppm
その結果を、第８図及び上記表２に示す。浸炭率が５％以上となる本発明の実施例は従来品の比較例No.9に比べ長寿命となる。しかし、浸炭率が５％未満となる比較例No.5は浸炭不足により長寿命効果が得られない。また、比較例No.7は浸炭率が５％以上であっても、浸炭深さが0.1mm未満なので、残留圧縮応力が十分に得られず、長寿命効果が低下している。
なお、6206試験軸受の熱処理条件は、810℃以上850℃以下で0.5〜１時間保持した後、焼入を行い、次いで160〜200℃で２時間の焼戻しを行った。
［焼鈍時に復炭するための熱処理条件］
本発明の製造方法では、焼鈍後の復炭状況が一番重要になる。そこで、種々の条件で復炭焼鈍を行なった結果、あらゆる浸炭条件でも復炭することは可能であるが、生産性やコスト及び品質安定を満足する適した最適条件が確認された。本発明では、下記条件Ａが望ましい。
条件A:復炭処理は焼鈍温度と同じ780〜820℃で５〜７時間保持し、炉内雰囲気はRXガスと窒素ガスを混合しCP値の調整を行ない、その後500〜600℃まで徐冷する（第21図参照）。
条件B:900〜950℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで温度を下げて２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第22図参照）。
条件C:830〜880℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで温度を下げて２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第22図参照）。
条件D:740〜770℃で２〜３時間の浸炭を、炉内雰囲気がRXガスと窒素ガスを混合して行ない、そのまま780〜820℃まで昇温し２〜３時間保持して組織を調整し、その後500〜600℃まで徐冷する（第23図参照）。
更に、浸炭（復炭）雰囲気を変えて焼鈍を行ない、加工性と寿命を比較した。但し、加工性が低下したものは寿命評価は行なわない。結果を下記表３に示す。
【表３】
一方、比較例No.10〜No.12と比較例No.14は、必要以上に浸炭してしまい加工性が極端に低下してしまった。また、比較例No.13は復炭を低い温度で更に低い雰囲気で行ったことにより、浸炭不足により寿命が延びなかった。
従って、一般的に行われている、A1変態点の直上で加熱保持した後徐冷する球状化焼鈍工程で、そのまま雰囲気だけを比較的低い浸炭性にする条件ＡのCP値を0.7〜0.9％が一番最適であることを確認した。
以上詳述したように、本発明は、熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪に関して、CRF加工後に全面旋削を行なう従来の製造法に対して、旋削や研削工程での取代を限界まで削減するために、焼鈍時に浸炭雰囲気で復炭を行なうが、加工性を含めた生産性が低下しない程度に浸炭層を残すことで、長寿命となることを見出した。つまり、最適な復炭焼鈍処理を行なうことにより、取代削減によるコストダウン効果と長寿命化が同時に得られることを可能にしたものである。
（実施例16）
第24図（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例16に係る連続焼鈍炉を示す。ここで、第24図（Ａ）は連続焼鈍炉の全体図、第24図（Ｂ）は第24図（Ａ）の要部の拡大図を示す。
第24図の連続焼鈍炉は、高炭素の軸受鋼の熱間鍛造を球状化焼鈍しながら、表面の脱炭を復炭する設備である。炉内にRXガス等の雰囲気ガスを導入し、浸炭濃度を上げるプロパン等の炭化水素系のガス添加、及び浸炭濃度を下げる窒素ガスの添加が可能となっている。また、炉内雰囲気の制御には酸素センサーによる残留酸素量の測定から炉内の浸炭濃度を測定する方法と赤外線の波長特性を応用したCO,CO2測定器から（CO）2/CO2を算出することにより、炉内の浸炭濃度を制御する。
焼鈍炉は、第１の処理室31と、中間室32を挟んで連続した第２の処理室33と、前記第１の処理室31の隣りに配置された予備室34と、前記第２の処理室33の隣りに配置された冷却室35とを有している。前記第１の処理室31と中間室32間、中間室32と前記第２の処理室33間、夫々開閉扉36a,36bにより仕切られている。これらの開閉扉により、処理室31,33の雰囲気が全く混合せず精密な制御を可能にしている。
前記予備室34の入口，予備室34と第１の処理室31間，第２の処理室33と冷却室35間にも、夫々開閉扉36c,36d,36eが設けられている。前記前記第１の処理室31,中間室32,第２の処理室33の底部には夫々処理品を入れるバスケット37を移動させるローラ38が配置され、各室の天井には各室内の浸炭雰囲気を均一にするためファン39が取り付けられている。
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で500〜600℃に徐冷する。
この焼鈍条件で復炭焼鈍を行った場合の復炭のバラツキを調査した。調査方法は、復炭後の製品の表面の炭素量を測定し、そのバラツキを標準偏差で比較した。
（１）製品:6206軸受の外輪鍛造リング、
（２）材料:SUJ2
（３）調査部位：外輪断面、各断面の外径面４箇所測定
第30図は外輪鍛造リングの測定部位を示す説明図であり、第30図（Ａ）は前記外輪鍛造リングの斜視図、第30図（Ｂ）は第30図（Ａ）の点線位置で横方向に切断した断面図、第30図（Ｃ）は第30図（Ｂ）の部分拡大図であり、外径の最表面からEPMAでライン分析を行った。
（４）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、表面層20μｍの平均炭素量を表面炭素量とした。
（５）測定数:10個（各４点測定×10個＝総測定数40点の標準偏差値）
その結果、表面炭素量の標準偏差（σn-1）は１枚扉（従来）では0.077であり、２枚扉（本発明）では0.028である。つまり、従来の１枚扉の場合は雰囲気が混合してしまうため、雰囲気制御が安定せず、結果的に製品表面の炭素量のバラツキが大きくなってしまう。これに対し、本発明の２枚扉を用いた焼鈍炉では、雰囲気の混合はなく、安定した品質が得られる。
次に、本発明の焼鈍方法で、復炭雰囲気から最後は脱炭雰囲気に切り替える方法に関して復炭のバラツキを調査した。焼鈍条件及び製品、調査方法は、上記と同一であり、浸炭濃度の差のみを変化させてバラツキを踏査した。浸炭濃度は、（CO）2/CO2の分圧比の差で示す。その結果を第27図に示す。第27図より、（CO）2/CO2の分圧比の差が２未満になると、製品内のバラツキが大きくなることがわかる。
次に、本発明の焼鈍方法により得られた軸受の性能に関して、寿命評価を行った。本発明者らは、一般に市場で使用されている軸受の損傷状況を調査し、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示したことから、表面起点タイプの損傷となる，異物混入潤滑下の試験によって、軸受の評価を行なった。評価軸受は、深軸玉6206を用い、評価軸受の内外輪に本発明の焼鈍を施し、転動体には通常のSUJ2ボールを用い、フレーキングが発生した時点までの寿命時間を調査してワイブルプロットを作成し、かくワイブル分布の結果から各々のL10寿命を求めた。従来の方法で製造された軸受は表面に浸炭も脱炭もない状態であり、そのL10寿命を１とし、各種表面状態の異なる軸受をL10寿命比で評価した。
浸炭率や浸炭深さの測定は以下のように行った。
（１）製品、調査部位:6206軸受完成品の内輪みぞ部、
（２）材料:SUJ2
（３）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、表面層10μｍの平均炭素量を表面炭素量とし、炭素量と一致するまでの深さを浸炭深とした。
（４）測定数:10個（各１点測定×10個＝総測定数10点の平均値を炭素量とする）
次に、寿命試験条件を示す。
試験面圧：最大260Mpa
回転数:3000rpm
潤滑油：＃68タービン油
混入異物：
組成：ステンレス系粉
硬さ:HRC52
粒径:74〜147μｍ
混入量：潤滑油中に500ppm
浸炭率による評価結果を第28図に示し、浸炭深さの評価結果を第29図に示す。浸炭率のマイナスの場合、つまり完成品表面に脱炭が残留している場合は極端に寿命が低下してしまう。しかし、本発明範囲内の0.1％以上だと、従来の寿命と同等以上になり、低コストで安定した寿命が得られることとなる。更に、0.5％以上になると寿命延長効果が現れる。
浸炭深さがマイナスの場合とは、完成品表面に脱炭が残留し、炭素量が素材と位置するまでの脱炭深さを示している。浸炭深さがマイナスの場合は極端に寿命が低下してしまう。本発明範囲内の0.01mm以上になると、従来の寿命と同等以上になり、低コストで安定した寿命が得られることとなる。更に、0.1mm以上の深さの場合は、寿命延長効果が現れる。
以上のように、本発明者らは、球状化焼鈍を行う低温での浸炭雰囲気制御やさらに降温工程での温度変化に対する浸炭雰囲気追従制御や、大量にバラ積みされ、接触部がある場合でも十分復炭可能となる焼鈍方法及び連続焼鈍炉を見出だした。これにより、本発明は、軸受等の熱間鍛造を行い、その後仕上げ加工を行う機械部品に関して、仕上げ加工の加工削減を可能にするため、球状化焼鈍での脱炭を削減するのみならず、素材や熱間鍛造で発生した脱炭を低コストで安定的に復炭することを可能としたものである。更に、復炭条件によってはコストダウン効果と長寿命効果が同時に得られることも可能にしたものである。
（実施例17〜25）
本実施例17〜25でも、既述した第24図の連続焼鈍炉を用いる。本実施例では、第１の処理室31で浸炭性ガス雰囲気で浸炭を行い、第２の処理室33では、無酸化窒素雰囲気及び脱炭雰囲気で球状化焼鈍を行うことを特徴とする。そして、第１の処理室31にはRXガス等の雰囲気ガスを導入し、これに加えて浸炭濃度を上げるためプロパン等の炭化水素系のガス添加し、浸炭性の制御を行う。一方、第２の処理室33では、雰囲気ガスとしてRXガス及び脱炭性である発熱形変性ガスのNXガスを混合し導入する。また、炉内の雰囲気制御には雰囲気ガスを赤外線の分析計によりCO及びCO2を分析し、この分析値により（CO）2/CO2を算出することで、炉内の炭素濃度を制御する。
試験片は圧延ままの棒鋼より熱間鍛造によって成形された6206外輪のリングを使用し、前記連続焼鈍炉での実験に供した。また、復炭焼鈍実験後の浸炭性や浸炭深さの測定は以下のように行った。
第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で680〜700℃に徐冷した後１時間程度で500〜600℃に冷却する。
（１）材料:SUJ2
（２）表面Ｃ％分析：島津製作所製のＸ線測定器（商品名:EPMA−1600）を用いて、焼鈍後の外形断面試料からライン分析を行い、表面層10μｍの平均炭素量を表面炭素量とし、この炭素量が素材の炭素量と一致するまでの深さを復炭深さとした。測定に関しての概要は、既述した第30図の通りである。
測定数:10個（90℃方向,2点／個測定×10個＝総測定数20点の平均値を炭素量とする）
１条件につき上記測定用リングを含む鍛造用リング約500個を、第24図の連続焼鈍炉にて第25図に示すヒートサイクルにて処理を行った。第25図は、軸受鋼（SUJ2）の球状化焼鈍工程の一般的なヒートサイクルを示す。５〜10時間程度で750〜820℃程度まで昇温、保持した後、６〜12時間程度で680〜700℃に徐冷した後１時間程度で500〜600℃に冷却する。
実験は復炭期である第１の処理室31及び徐冷期である第２の処理室33の雰囲気条件を各種変化させ、第１の処理室31の雰囲気はRXガスにプロパンを必要に応じて添加し、CO及びCO2を分析し、この分析値によりＰ（CO）2/PCO2を求め、下記表４に示すＢ値の条件にて制御を行ったものである。
【表４】
Ｂ値＝（8/A値）±0.5
表４には、Ａ値及びＢ値を変化させた場合の実施例の浸炭性及び外観状況を示した。Ａ値の値で4.5〜7.0かつＢ値の値で0.8〜2.3を外れているもののうち比較例16,18,19は、浸炭性0.7以下と鍛造完了時の脱炭は復炭されず、復炭が不十分である。しかも、焼鈍後のリング外観では表面に酸化スケールが生成してしまっていたり、逆に比較例15,17では浸炭性1.33以上と浸炭傾向となり、外観状態は表面にスーティングが多く発生してしまった。
Ａ値の値で4.5〜7.0かつＢ値の値で0.8〜2.3を満足している実施例17,18,19,20は、鍛造完了時の脱炭は復炭され、浸炭性0.85以上または1.15以下を示した。軸受鋼の場合、転がれ疲れ寿命や耐摩耗性等の機能を満足するためには実施例中にある0.85以上の浸炭性を有していれば十分であり、かつ1.15以下であれば外観表面にスーティング発生も見られず良好であった。
さらに、Ａ値及びＢ値、両者の雰囲気制御｛Ｐ（CO）2/PCO2の値｝値の関係において、Ｂ値＝（8/A値）±0.5の間で制御された、実施例21,22,23,24,25では、浸炭性がSUJ2の素材のＣ％にほぼ近く、0.97〜1.05と良好な値となることがわかる。この場合の外観状態が全て良好であったのは言うまでもない。
第31図は、比較例15〜19及び実施例17〜25の夫々の徐冷期，浸炭期の｛Ｐ（CO）2/PCO2の値］の関係を示す。第31図において、Ａ値:0.8〜2.3かつＢ値:4.5〜7.0の範囲が好ましいが、この範囲でもさらに斜線部分の領域がさらに好ましい。
Claims (17)
- 高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う連続焼鈍炉において、
互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室と、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室と、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送する搬送手段とを具備し、
２以上の処理室の前段の処理室の分圧比K 1 をK 1 ＝前段の 処理室内の（CO分圧） 2 /前段の処理室内のCO 2 分圧、後 段の処理室の分圧比K 2 をK 2 ＝後段の処理室内の（CO分 圧） 2 /後段の処理室内のCO 2 分圧としたとき、K1−K2≧２であることを特徴とする連続焼鈍炉。 - 浸炭性ガスの置換率を２回／時間以上とし、分割された処理室の雰囲気が前記前段の処理室では 浸炭雰囲気であり、前記後段の処理室では脱炭素雰囲気 であることを特徴とする請求項１記載の連続焼鈍炉。
但し、前記置換率をＴ、焼鈍炉の空間容積をＶ（m3）、雰囲気ガス流量をＲ（m3/Hr）としたとき、ＴとV,Rとの関係は次式となる。
Ｔ＝R/V - 前記異なる浸炭性ガス雰囲気を有する少なくとも２以上の処理室の前段の浸炭を受持つ処理室の浸炭濃度と後段の徐冷期を受持つ処理室の浸炭濃度の分圧比Ｋが0.8〜７の範囲であることを特徴とする請求項１もしくは２いずれか記載の連続焼鈍炉。
但し、前記分圧比Ｋは、炉内雰囲気において、Ｋ＝炉内の（CO分圧）2/炉内のCO2の比を示す。 - 前記異なる浸炭性ガス雰囲気を有する少なくとも２以上の処理室の前段の浸炭を受持つ処理室の前 記分圧比K 1 が4.5〜7.0で、後段の徐冷期を受持つ処理室の前記分圧比K 2 が0.8〜2.3であることを特徴とする請求項１記載の連続焼鈍炉。
- 前記前段の処理室の分圧比Ａ値をＡ値＝浸 炭期における前段の処理室内の（CO分圧） 2 /前段の処理 室内のCO 2 分圧、前記後段の処理室の分圧比Ｂ値をＢ値 ＝球状化焼鈍期の後段の処理室内の（CO分圧） 2 /後段の 処理室内のCO 2 分圧としたとき、Ｂ値＝（8/A）±0.5の関係を満たすことを特徴とする請求項４記載の連続焼鈍炉。
- 炉内の圧力が1mm/H2O以上であることを特徴とする請求項３記載の連続焼鈍炉。
- 焼鈍炉内雰囲気の酸素分圧を３×10-18atm以下としたことを特徴とする請求項１記載の連続焼鈍炉。
- 熱処理後に研削加工を行う深溝玉軸受の内外輪の製造方法において、
丸棒素材を熱間鍛造して内輪と外輪に加工される粗形リングを作る熱間鍛造工程と、冷間加工や旋削加工のため炭化物を球状化する軟化焼鈍を行う工程、冷間で前記粗形リングの内周面と外周面をマンドレルとロールで挟んで圧延成形することにより、粗形リングを拡径して内輪と外輪の形状にする冷間ローリング加工工程と、旋削加工により深溝玉軸受として必要な形状に仕上げる仕上旋削加工工程と、焼入焼戻を行い軸受として必要な硬さを得る焼入焼戻工程と、軌道面とはめ合い面を研削加工する研削加工工程とを具備し、前記焼鈍工程時の焼鈍炉内雰囲気の酸素分圧を３×10-18atm以下にした転がり軸受の内外輪製造工程の軟化焼鈍炉に用いられたことを特徴とする転がり軸受の内外輪の製造方法。 - 高炭素の軸受鋼を連続して球状化焼鈍を行う連続焼鈍方法において、
互いに異なる浸炭性のガス雰囲気を有し、かつ連続して接続された２以上の処理室を配置し、これらの処理室間に開閉扉を介して仕切られた中間室を配置し、前記処理室及び中間室内で被処理物を搬送して焼鈍を行い、かつ、２以上の処理室の前段の処理室の分圧比K 1 をK 1 ＝前 段の処理室内の（CO分圧） 2 /前段の処理室内のCO 2 分 圧、後段の処理室の分圧比K 2 をK 2 ＝後段の処理室内の （CO分圧） 2 /後段の処理室内のCO 2 分圧としたとき、K1−K2≧２であることを特徴とする焼鈍方法。 - 浸炭性ガスの置換率を２回／時間以上とし、分割された処理室の雰囲気が前記前段の処理室では 浸炭雰囲気であり、前記後段の処理室では脱炭素雰囲気 であることを特徴とする請求項９記載の焼鈍方法。
但し、前記置換率をＴ、焼鈍炉の空間容積をＶ（m3）、雰囲気ガス流量をＲ（m3/Hr）としたとき、ＴとV,Rとの関係は次式となる。
Ｔ＝V/R - 前記異なる浸炭性ガス雰囲気を有する少なくとも２以上の処理室の前段の浸炭を受持つ処理室の浸炭濃度と後段の徐冷期を受持つ（焼鈍）処理室の浸炭濃度の分圧比が0.8〜７の範囲であることを特徴とする請求項９又は10いずれか記載の焼鈍方法。
但し、前記分圧比をＫとしたとき、炉内雰囲気において、Ｋ＝炉内の（CO分圧）2/炉内のCO2の比を示す。 - 前記異なる浸炭性ガス雰囲気を有する少なくとも２以上の処理室の前段の浸炭を受持つ処理室の前記分圧比K 1 が4.5〜7.0で、後段の徐冷期を受持つ処理室の前記分圧比K 2 が0.8〜2.3であることを特徴とする請求項９記載の焼鈍方法。
- 前記前段の処理室の分圧比Ａ値をＡ値＝ 浸炭期における前段の処理室内の（CO分圧） 2 /前段の処 理室内のCO 2 分圧、前記後段の処理室の分圧比Ｂ値をＢ 値＝球状化焼鈍期の後段の処理室内の（CO分圧） 2 /後段 の処理室内のCO 2 分圧としたとき、Ｂ値＝（8/A）±0.5の関係を満たすことを特徴とする請求項12記載の焼鈍方法。
- 前記請求項９で処理された高炭素軸受鋼からなる転がり軸受の完成品軌道面における最大浸炭率が0.1％〜30％でかつ浸炭深さが0.1mm〜0.5mmであることを特徴とする転がり軸受の製造方法。
- 前記鋼炭素軸受鋼が、C:0.8〜1.2％、Si:0.1〜0.5％、Mn:0.2〜1.1％、Cr:0.1〜1.8％からなることを特徴とする請求項14記載の転がり軸受の製造方法。
- 炉内の圧力が1mm/H2O以上であることを特徴とする請求項11記載の焼鈍方法。
- 焼鈍炉内雰囲気の酸素分圧を３×10-18atm以下としたことを特徴とする請求項９載の焼鈍方法。
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