JP5121168B2 - 転動部材の製造方法および転がり軸受の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は転動部材の製造方法、転がり軸受の製造方法、転がり軸受の軌道部材および転がり軸受に関し、より特定的には、０．７質量％以上の炭素を含有する鋼からなる転動部材の製造方法、転がり軸受の製造方法、転がり軸受の軌道部材および転がり軸受に関するものである。

一般に、転がり軸受を構成する転動部材の材料には、高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２（ＪＩＳ Ｇ４８０５）などが広く用いられている。そして、ＳＵＪ２のような高炭素鋼からなる棒鋼などの素材を用いて転動部材を製造する場合には、当該素材が熱間加工された後、球状化焼鈍が実施され、さらに冷間加工された後、焼入硬化が実施される場合が多い。

図１１は、従来の転動部材および転がり軸受の製造方法の一例を示す図である。図１１を参照して、まず、工程（Ｓ１１１）において、ＳＵＪ２のような高炭素鋼からなる棒鋼などの素材が準備される。次に、工程（Ｓ１１２）において素材が切断された後、工程（Ｓ１１３）において切断された素材が大気中で熱間鍛造されることによりブランクリングが作製される。その後、工程（Ｓ１１４Ａ）において、ブランクリングが大気中で所定の温度に加熱されることにより球状化焼鈍が実施される。これにより、ブランクリングが軟化するとともにブランクリングを構成する鋼のミクロ組織の状態が改善し、加工性（加工の容易性）が向上する。そして、工程（Ｓ１１６）において当該ブランクリングが冷間鍛造されて、転がり軸受の内輪および外輪を採取するための段付きリングが作製される。次に、工程（Ｓ１１７）において、この段付きリングが内輪部分と外輪部分とに分離された後、工程（Ｓ１１８Ａ）において内輪部分および外輪部分の全面が旋削加工される。これにより、転がり軸受の内輪および外輪の概略形状を有する成形リングが作製される。

さらに、この成形リングが、工程（Ｓ１１９）において焼入硬化された後、工程（Ｓ１２０）において焼戻が実施され、さらに工程（Ｓ１２１）において研削加工などの仕上げ加工が実施される。これにより、転動部材としての転がり軸受の内輪および外輪が完成する。そして、工程（Ｓ１２２）において、当該内輪および外輪と、別途準備された転動体などとが組合わされて、転がり軸受が完成する。

ここで、工程（Ｓ１１３）の熱間鍛造および工程（Ｓ１１４Ａ）の焼鈍は、ブランクリングが大気中において加熱されて実施される。そのため、ブランクリングの表層部には、酸化鉄の層（スケール）が形成されるとともに、スケールの直下には、内部に比べて炭素含有量が低下した脱炭層が形成される。このとき、スケールの形成に起因して、ブランクリング表面の凹凸は大きくなっている。そのため、工程（Ｓ１１６）の冷間鍛造の際、ブランクリングの表面が内部に巻き込まれる現象（まくれ込み）が発生するおそれがある。まくれ込みが発生すると、当該部分が完成後の転動部材の欠陥となり、耐久性に悪影響を及ぼす。また、脱炭層の形成により表層部の炭素量が低下すると、工程（Ｓ１１９）における焼入硬化により十分な硬度を確保できないだけでなく、表層部に引張応力が残留し、耐久性に悪影響を及ぼすおそれがある。

そのため、工程（Ｓ１１８Ａ）においては、分離された段付きリングの全面が旋削加工されて、スケール、これに起因したまくれ込み、および脱炭層が除去され、上述のスケールおよび脱炭層形成に起因した転動部材の耐久性への悪影響が回避されている。しかし、上記製造工程においては、分離された段付きリングの全面が旋削加工されることにより、加工の工程数が多くなるだけでなく、素材の歩留まりが低下し、転動部材および転がり軸受の製造コストが上昇するという問題点がある。

図１２は、従来の転動部材および転がり軸受の製造方法の他の一例を示す図である。図１２を参照して、従来の転動部材および転がり軸受の製造方法の他の一例は、図１１に基づいて説明した従来の転動部材および転がり軸受の製造方法と基本的には同様である。しかし、図１２の製造方法においては、図１１の製造方法における工程（Ｓ１１４Ａ）の大気中での焼鈍に代えて、焼鈍中の雰囲気のカーボンポテンシャル（Ｃ_Ｐ）値を制御することにより、工程（Ｓ１１３）で生じた脱炭層を復炭しつつ焼鈍を行なう復炭焼鈍が工程（Ｓ１１４Ｂ）として実施される。これにより、工程（Ｓ１１４Ｂ）において脱炭層が消失するため、脱炭層の除去を目的とした上記全面旋削は不要となる。そして、形状が複雑である等の理由により冷間鍛造での成形が困難な部位のみを旋削加工する工程（Ｓ１１８Ｂ）が、図１１の工程（Ｓ１１８Ａ）に代えて実施される。その結果、分離された段付きリングのうち、旋削加工が実施される領域を減少させることが可能となり、製造コストを低減することができる。また、この他にも、脱炭層の形成を抑制する方策または形成された脱炭層を消失させる方策が種々提案されている（たとえば特許文献１〜４参照）。
特開２００２−２８５２３３号公報 特開２００３−１９４０７２号公報 特開平９−１７６７４０号公報 特開平１１−３４７６７３号公報

しかしながら、上記図１２に基づいて説明した転動部材の製造方法や特許文献１〜４において開示された製造方法においては、脱炭層に起因する問題点を抑制することが可能であるものの、スケールの形成に起因した問題点を十分に解消しつつ製造コストを低減することができない。

そこで、本発明の一の目的は、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、転動部材において熱間鍛造や焼鈍の後に実施される旋削加工などの切削加工が実施される領域を減少させることにより、製造コストの低減が可能な転動部材および転がり軸受の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、製造コストが低減された転がり軸受の軌道部材および転がり軸受を提供することである。

本発明に従った転動部材の製造方法は、鋼製部材準備工程と、熱間鍛造工程と、切削工程と、冷間鍛造工程とを備えている。鋼製部材準備工程では、０．７質量％以上の炭素を含有する鋼からなる鋼製部材が準備される。熱間鍛造工程では、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材が熱間鍛造されることにより第１鍛造部材が作製される。切削工程では、熱間鍛造工程において作製された第１鍛造部材が切削加工されることにより、第１鍛造部材の一部が除去される。ここで、当該第１鍛造部材の一部とは、たとえば製品状態において凹凸が形成されている必要のない面からスケールおよび脱炭層を除去するために十分な領域（表面からの深さ０．２ｍｍ程度の領域）である。冷間鍛造工程では、切削工程において切削加工された第１鍛造部材が冷間鍛造されることにより、第２鍛造部材が作製される。そして、冷間鍛造工程よりも後の工程においては、第２鍛造部材は、切削工程において切削加工された部位が切削加工されない。また、冷間鍛造工程において冷間鍛造される部位であって、冷間鍛造工程よりも後の工程において切削加工されない部位は、切削工程において切削加工された部位となっている。

本発明の転動部材の製造方法によれば、第１鍛造部材の一部が切削工程において切削加工されることにより、当該部分のスケールおよび脱炭層が除去される。そして、冷間鍛造工程においては、第１鍛造部材のうち切削工程においてスケールおよび脱炭層が除去された部分が製品の形状にまで成形されて第２鍛造部材となり、以後、転動部材が完成するまでの工程において当該部分は切削加工されない。

つまり、本発明の転動部材の製造方法においては、製造されるべき転動部材の形状において、凹凸が少なく、冷間鍛造により当該形状にまで加工可能な部分に相当する部分については、冷間鍛造が実施される前の比較的単純な形状を有する第１鍛造部材の段階で、当該部分が切削加工されることにより脱炭層およびスケールが除去される。そして、冷間鍛造工程において冷間鍛造が実施されることにより、当該部分においては脱炭層に起因した不十分な焼入硬化や引張応力の残留、スケールに起因したまくれ込みの発生などの問題点が解消されつつ、転動部材の形状に成形される。そのため、当該部分は研削加工、超仕上げ加工などの仕上げ加工を施すことで完成させることができるため、冷間鍛造工程の後に切削加工を実施する必要がない（ニアネットシェイプ）。

一方、転動部材において、凹凸が多い等の理由で冷間鍛造により当該形状にまで加工することが困難な部分については、冷間鍛造工程の後に旋削加工などの切削加工が必要となる。このような部分については、冷間鍛造後にまくれ込みや脱炭層が残存している場合でも、冷間鍛造工程よりも後で実施される切削加工によりこれらは除去される。そのため、切削工程においては、このような部分を切削加工しなくても、脱炭層の形成に起因した問題やスケールの形成に起因した問題は発生しない。

以上のように、本発明の転動部材の製造方法によれば、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、転動部材において、冷間鍛造の後に実施される旋削加工などの切削加工が実施される領域を減少させることにより、製造コストを低減することができる。

ここで、切削加工とは、旋削加工などの被加工物を刃物（バイト）により削り取る加工をいい、研削、研磨、超仕上げなどの加工は含まない。

本発明に従った転がり軸受の製造方法は、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程と、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備えている。そして、軌道部材製造工程は、上述の転動部材の製造方法により実施される。

本発明の転がり軸受の製造方法によれば、軌道部材製造工程が、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、製造コストを低減することが可能な上述の転動部材の製造方法により実施される。そのため、軌道部材において、脱炭層およびスケールの形成に起因した問題点が同時に回避されつつ、製造コストが低減された転がり軸受を製造することができる。

本発明に従った転がり軸受の軌道部材は、上述の転動部材の製造方法により製造されている。本発明の転がり軸受の軌道部材によれば、脱炭層およびスケールの形成に起因した問題点が同時に回避されつつ、製造コストが低減された転がり軸受の軌道部材を提供することができる。

本発明に従った円錐ころ軸受の軌道輪は、上述の転動部材の製造方法により製造されている。比較的簡素な形状を有する円錐ころ軸受の軌道輪は、冷間鍛造後に切削加工が不要な領域が大きく、上述の転動部材の製造方法により製造されることにより、製造コスト低減の効果が大きい。

本発明に従った転がり軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置される複数の転動体とを備えている。そして、軌道部材は、上述の本発明の転がり軸受の軌道部材である。本発明の転がり軸受によれば、軌道部材において、脱炭層およびスケールの形成に起因した問題点が同時に回避されつつ、製造コストが低減された転がり軸受を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の転動部材および転がり軸受の製造方法によれば、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、転動部材において熱間鍛造や焼鈍の後に実施される旋削加工などの切削加工が実施される領域を減少させることにより、製造コストを低減することができる。また、本発明の転がり軸受の軌道部材および転がり軸受によれば、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、製造コストが低減された転がり軸受の軌道部材および転がり軸受を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施の形態における転がり軸受の軌道部材を備えた転がり軸受としての円錐ころ軸受の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての円錐ころ軸受について説明する。

図１を参照して、円錐ころ軸受１は、軌道部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数のころ１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数のころ１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、この円錐ころ軸受１は、外輪転走面１１Ａを含む円錐、内輪転走面１２Ａを含む円錐、およびころ１３が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の１点で交わるように構成されている。以上の構成により、円錐ころ軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、本実施の形態における転がり軸受の軌道部材としての外輪１１および内輪１２は、後述する本発明の一実施の形態における転動部材の製造方法により製造されている。その結果、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、製造コストが低減されている。

図２は、本発明の他の実施の形態における転がり軸受の軌道部材を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、本発明の他の実施の形態における転がり軸受としての深溝玉軸受について説明する。

図２を参照して、深溝玉軸受２は、基本的には図１に基づいて説明した円錐ころ軸受１と同様の構成を有している。しかし、深溝玉軸受２は、軌道部材および転動体の構成において、円錐ころ軸受１とは異なっている。すなわち、深溝玉軸受２は、軌道部材としての環状の外輪２１と、外輪２１の内側に配置された軌道部材としての環状の内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に配置され、円環状の保持器２４に保持された転動体としての複数の玉２３とを備えている。外輪２１の内周面には外輪転走面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には内輪転走面２２Ａが形成されている。そして、内輪転走面２２Ａと外輪転走面２１Ａとが互いに対向するように、外輪２１と内輪２２とは配置されている。さらに、複数の玉２３は、内輪転走面２２Ａおよび外輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受２の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。

ここで、本実施の形態における転がり軸受の軌道部材としての外輪２１および内輪２２は、後述する本発明の一実施の形態における転動部材の製造方法により製造されている。その結果、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、製造コストが低減されている。

次に、本発明の一実施の形態における転動部材および転がり軸受の製造方法について説明する。以下、上記本発明の転がり軸受の一実施の形態である円錐ころ軸受１を例として製造方法を説明するが、上述の深溝玉軸受２を含めて他の形状を有する転動部材および転がり軸受についても同様に製造することができる。

図３は、本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。また、図４は、本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。また、図５は、転動部材および転がり軸受の素材となる鋼製部材を示す概略断面図である。また、図６は、転動部材および転がり軸受の製造方法において作製される第１鍛造部材としてのブランクリングを示す概略断面図である。また、図７は、転動部材および転がり軸受の製造方法において作製される第２鍛造部材としての段付きリングを示す概略断面図である。

図３を参照して、本発明の一実施の形態における転がり軸受としての円錐ころ軸受１の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、転動体を製造する転動体製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、転動部材としての外輪１１、内輪１２などが製造される。一方、転動体製造工程では、ころ１３などが製造される。

そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、転動体製造工程において製造された転動体とを組み合わせることにより、円錐ころ軸受１を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえば外輪１１、内輪１２およびころ１３と、別途準備された保持器１４とを組み合わせることにより、円錐ころ軸受１が組立てられる。そして、上記軌道部材製造工程は、たとえば以下の転動部材の製造方法により実施される。

図４を参照して、本実施の形態における転動部材の製造方法においては、まず、０．７質量％以上の炭素を含有する鋼からなる鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程が実施される。鋼製部材準備工程は、０．７質量％以上の炭素を含有する棒鋼などの鋼材が準備される鋼材準備工程（Ｓ１１）と、工程（Ｓ１１）において準備された鋼材が切断されることにより鋼製部材が作製される切断工程とを含んでいる。より具体的には、長手方向に垂直な断面が円形である棒鋼が長手方向に垂直な面で切断されることにより、図５に示す円盤状の形状を有する鋼製部材５が作製される。

ここで、０．７質量％以上の炭素を含有する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格 ＳＵＪ２、ＳＵＪ３などの軸受鋼、ＳＵＰ３などのばね鋼、ＳＫ３、ＳＫ４などの炭素工具鋼などが挙げられ、特に転動部材の素材として適した軸受鋼が採用されることが好ましい。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ１１）および工程（Ｓ１２）において準備された鋼製部材５を大気中で熱間鍛造することにより第１鍛造部材を作製する、熱間鍛造工程（Ｓ１３）が実施される。具体的には、図５および図６を参照して、鋼製部材５が、鋼製部材５を構成する鋼の再結晶温度以上の温度である９５０℃以上１１５０℃以下の温度、たとえば１０５０℃に加熱されて、据え込みや打ち抜きなどの加工が実施される。これにより、図６に示すように、両側の主面を貫通する貫通穴が形成され、円環状の形状を有する第１鍛造部材としてのブランクリング６が作製される。

さらに、図４を参照して、工程（Ｓ１３）において作製されたブランクリング６の加工性を向上させる焼鈍（焼きなまし）を行なう焼鈍工程（Ｓ１４）が大気中で実施される。具体的には、たとえば工程（Ｓ１１）において準備された鋼材が軸受鋼（ＪＩＳ規格）である場合、Ａ_１点直上の温度域である７４０℃以上８２０℃以下の温度、たとえば７８０℃に加熱され、３０分以上１８０分以下の時間、たとえば６０分間保持された後、Ａ_１点以下の温度域まで徐冷されることにより球状化焼鈍が実施される。これにより、ブランクリング６の硬度が９０ＨＲＢ以下にまで低下するとともに、ブランクリング６を構成する鋼のミクロ組織の状態が改善し、加工性が向上する。ここで、工程（Ｓ１３）および工程（Ｓ１４）は、上述のように、鋼製部材５またはブランクリング６を大気中で加熱して実施されているため、ブランクリング６の表面にはスケールが形成され、スケールの直下には脱炭層が形成されている。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ１３）において作製され、工程（Ｓ１４）において焼鈍が行なわれたブランクリング６を切削加工することによりブランクリング６の一部を除去する切削工程としての第１旋削工程（Ｓ１５）が実施される。具体的には、図１および図６を参照して、円錐ころ軸受１の外輪転走面１１Ａとなるべき部分であるブランクリング６の一方の端面６Ａと、円錐ころ軸受１の内輪内周面１２Ｂとなるべき部分であるブランクリング６の内周面６Ｂとが旋削加工される。これにより、ブランクリング６の一部である端面表層部６Ｃと内周表層部６Ｄとが除去されて、当該部位に形成されていたスケールおよび脱炭層が除去される。

ここで、工程（Ｓ１５）において除去されるブランクリング６の表層部の厚みは、ブランクリングを構成する鋼の種類や、熱間加工、焼鈍の条件により決定される脱炭層の厚みに応じて適宜決定することができる。具体的には、脱炭層の厚みは通常０．１〜０．２ｍｍ程度であり、ブランクリングの精度を考慮すると、除去されるブランクリング６の表層部の厚みは、少なくとも０．２ｍｍ以上必要であり、０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。また、材料の歩留まり向上の観点から、除去されるブランクリング６の厚みは１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。また、工程（Ｓ１５）においては、ブランクリング６の一方の端面６Ａの一部が旋削加工されてもよいし、全部が旋削加工されてもよい。同様に、工程（Ｓ１５）においては、ブランクリング６の内周面６Ｂの一部が旋削加工されてもよいし、全部が旋削加工されてもよい。

さらに、図４を参照して、工程（Ｓ１５）において切削加工されたブランクリング６を冷間鍛造することにより、第２鍛造部材としての段付きリングを作製する冷間鍛造工程（Ｓ１６）が実施される。具体的には、図１および図７を参照して、ブランクリング６が冷間鍛造されることにより、円錐ころ軸受１の外輪１１および内輪１２が１つずつ採取可能な段付きリング７が作製される。

段付きリング７は、円環状の形状を有しており、外輪１１を採取するための内径の大きい大環部７Ａと、内輪１２を採取するための大環部よりも内径の小さい小環部７Ｂとを含んでいる。そして、大環部７Ａの内周面は、上述のブランクリング６の一方の端面６Ａに対応し、外輪転走面１１Ａとなるべき部分である。また、小環部７Ｂの内周面は、ブランクリング６の内周面６Ｂに対応し、内輪内周面１２Ｂとなるべき部分である。

ここで、外輪１１および内輪１２において、凹凸を形成する必要が無く、比較的簡素な形状を有する外輪転走面１１Ａおよび内輪内周面１２Ｂとなるべき部分は、旋削加工のための削り代を残すことなく成形される。そして、当該部分は上述のように既に旋削加工によりスケールおよび脱炭層が除去されており、脱炭層が除去され、まくれ込みの発生が抑制された良好な表面状態となっている。したがって、工程（Ｓ１６）よりも後の工程においては、段付きリング７は、工程（Ｓ１５）において旋削加工された部位である外輪転走面１１Ａおよび内輪内周面１２Ｂとなるべき部分が切削加工されない。

次に、図４を参照して、段付きリング７が外輪１１となる部分と内輪１２となる部分とに分離される分離工程（Ｓ１７）が実施される。具体的には、図７を参照して、工程（Ｓ１６）において作製された段付きリング７が線分Ａに沿う面で切断（輪断）され、分離される。さらに、工程（Ｓ１６）において作製され、工程（Ｓ１７）で分離された段付きリング７の一部を切削加工することにより除去する、第２切削工程としての第２旋削工程（Ｓ１８）が実施される。具体的には、図７を参照して、分離された段付きリング７において、第１旋削工程において旋削加工（切削加工）された部位以外の部位のみが旋削加工されることにより、外輪１１および内輪１２と同様の形状を有する成形リングが作製される。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ１８）において作製された成形リングが熱処理される熱処理工程が実施される。熱処理工程は、焼入硬化工程（Ｓ１９）と焼戻工程（Ｓ２０）とを含んでいる。工程（Ｓ１９）では、成形リングが加熱され、成形リングを構成する鋼（たとえばＳＵＪ２）のＡ_１点以上の温度からＭ_Ｓ点以下の温度の冷却されることにより成形リングが焼入硬化される。具体的には、成形リングは、Ａ_１点以上の温度である８００℃以上１０００℃以下の温度、たとえば８５０℃に加熱され、３０分間以上１５０分間以下の時間、たとえば６０分間保持された後、油中に浸漬されることにより（油冷）、Ｍ_Ｓ点以下の温度に冷却されて、焼入硬化される。

ここで、Ａ_１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍ_Ｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。

さらに、工程（Ｓ２０）では、焼入硬化された成形リングがＡ_１点未満の温度に加熱されることにより焼戻される。具体的には、焼入硬化された成形リングは、Ａ_１点未満の温度である１５０℃以上３５０℃以下の温度、たとえば１８０℃に加熱され、３０分間以上２４０分間以下の時間、たとえば１２０分間保持されて、その後室温の空気中で冷却される（空冷）。

次に、図４を参照して、仕上げ工程（Ｓ２１）が実施される。具体的には、熱処理工程が実施された成形リングに対し、研削加工、超仕上げ加工などの仕上げ加工が実施される。ここで、万一、工程（Ｓ１６）において、まくれ込みが発生している場合でも、その量はわずかであるため、この仕上げ加工により十分除去される。これにより、転がり軸受の軌道輪（転動部材）としての外輪１１および内輪１２が完成する。

上述のように、本実施の形態における転がり軸受の軌道輪（転動部材）および転がり軸受の製造方法によれば、工程（Ｓ１５）において、ブランクリング６の一方の端面６Ａおよび内周面６Ｂが旋削加工されることにより、当該部分のスケールおよび脱炭層が除去されている。このとき、ブランクリング６は比較的単純な形状を有しており、かつ旋削加工においてブランクリング６を保持する部位の選択の幅も広い。そのため、上記旋削加工は比較的容易に、かつ低コストで実施することができる。

そして、工程（Ｓ１６）においては、ブランクリング６のうち工程（Ｓ１５）においてスケールおよび脱炭層が除去された部分が外輪１１および内輪１２の形状にまで成形されて段付きリング７となり、以後、外輪１１および内輪１２が完成するまで工程において当該部分は切削加工されない。

つまり、本実施の形態の転動部材および転がり軸受の製造方法においては、製造されるべき外輪１１および内輪１２の形状において凹凸がなく、冷間鍛造により当該形状にまで加工可能な外輪転走面１１Ａおよび内輪内周面１２Ｂに相当する一方の端面６Ａおよび内周面６Ｂについては、冷間鍛造が実施される前の比較的単純な形状を有するブランクリング６の段階で当該部分が旋削加工されることにより脱炭層およびスケールが除去されている。そして、工程（Ｓ１６）において冷間鍛造が実施されることにより、当該部分においては脱炭層に起因した不十分な焼入硬化や引張応力の残留、スケールに起因したまくれ込みの発生などの問題点が解消された状態で、外輪１１および内輪１２の形状に成形される。そのため、当該部分は熱処理後、研削加工、超仕上げ加工などの仕上げ加工のみを施すことで完成させることができるため、工程（Ｓ１６）の後に切削加工を実施する必要がない。冷間鍛造での仕上面精度や表面粗さは、型精度で決定され、現状の旋削加工精度以上の精度が維持できるので、冷間鍛造仕上での精度面上の問題は発生しない。

一方、外輪１１および内輪１２において、フランジなどを形成する必要がある等の理由により、冷間鍛造により当該形状にまで加工することが困難な部分については、工程（Ｓ１６）の後に旋削加工などの切削加工が必要となる。このような部分については、冷間鍛造後にまくれ込みや脱炭層が残存している場合でも、工程（Ｓ１８）において、これらは除去される。そのため、工程（Ｓ１５）においては、このような部分を旋削加工しなくても、脱炭層の形成に起因した問題やスケールの形成に起因した問題は発生しない。

すなわち、本実施の形態の転動部材および転がり軸受の製造方法によれば、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、外輪１１および内輪１２において、冷間鍛造後に実施される工程（Ｓ１８）で旋削加工が実施される領域を減少させることが可能となる。ここで、工程（Ｓ１８）で旋削加工される成形リングは、ブランクリング６に比べて形状が複雑で、かつ製品の形状に近いため旋削加工において保持する部位の選択の幅が狭いため、工程（Ｓ１８）での旋削加工はコストが高くなる傾向にある。したがって、上述のように、工程（Ｓ１８）で旋削加工が実施される領域を減少させることにより、材料の歩留まりを向上させつつ、転動部材および転がり軸受の製造コストを抑制することができる。

以下、本発明の実施例１について説明する。冷間鍛造直後の段付きリングの表層部の状態について、本発明の転がり軸受の軌道部材と、従来の転がり軸受の軌道部材とを比較する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなる棒鋼を準備した。そして、これを素材として、図４に基づいて説明した本発明の一実施の形態における転動部材の製造方法のうち、工程（Ｓ１６）までを実施した。そして得られた段付きリングを試験片とした（本発明の実施例）。一方、同様に準備されたＳＵＪ２からなる棒鋼を素材として、図１１および図１２に基づいて説明した従来の転がり軸受の製造方法のうち、工程（Ｓ１１６）までをそれぞれ実施した。そして、得られた段付きリングをそれぞれ試験片とした（比較例１および比較例２）。

次に、段付きリングを外輪転走面となるべき表面（試験面）に垂直な面で切断した。そして、当該断面を研磨した後、ピクラル（ピクリン酸アルコール溶液）により腐食し、光学顕微鏡により試験面付近を観察した。

図８は、比較例１の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図９は、比較例２の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図１０は、本発明の実施例の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。図８〜図１０において、上側が外輪転走面側であり、白い領域は鋼の素地、黒い点はセメンタイト（炭化鉄；Ｆｅ_３Ｃ）である。図８〜図１０を参照して、実施例１における実験結果について説明する。

図８を参照して、比較例１においては、上述のように、試験面９０は、工程（Ｓ１１３）および工程（Ｓ１１４Ａ）における熱間鍛造および焼鈍が大気中で実施され、そのときの表面がそのまま冷間鍛造されて形成されている。そのため、比較例１においては、試験面９０付近にセメンタイトの少ない脱炭層が観察される。さらに、比較例１においては、スケールの形成に起因して、まくれ込み９１が観察されるだけでなく試験面９０の凹凸も大きい。したがって、この試験面９０を旋削加工などにより除去することなく転がり軸受の軌道輪を完成させた場合、研削では脱炭層が取り切れず、外輪転走面には、脱炭層に起因した引張応力の残留および不十分な焼入硬化の問題が生じる。また、まくれ込み９１が欠陥として作用し、軌道輪の転動疲労寿命を低下させるおそれもある。

一方、図９を参照して、比較例２においては、工程（Ｓ１１３）における熱間加工の際に形成された脱炭層は、工程（Ｓ１１４Ｂ）における復炭焼鈍で消失する。そのため、比較例２においては、試験面９０付近に脱炭層が観察されない。しかし、比較例２においては、工程（Ｓ１１３）で生じたスケールが完全に除去されないまま工程（Ｓ１１６）で冷間鍛造が実施されている。そのため、比較例２においては、まくれ込み９１が観察されるだけでなく試験面９０の凹凸も大きくなっている。したがって、この試験面９０を旋削加工などにより除去することなく転がり軸受の軌道輪を完成させた場合、研削取り代によっては凹凸の影響で取り切れないまくれ込み９１が欠陥として作用し、軌道輪の転動疲労寿命を低下させるおそれがある。

これに対し、図１０を参照して、本発明の実施例においては、試験面９０は、工程（Ｓ１５）において旋削加工された後、工程（Ｓ１６）において冷間鍛造されて形成されている。そのため、本発明の実施例においては、試験面９０付近に脱炭層が観察されない。さらに、本発明の実施例においては、まくれ込みが観察されないだけでなく試験面９０の表面も平滑である。したがって、この試験面９０に対しては、以後、旋削加工などの切削加工を実施する必要が無く、図４に基づいて説明した本発明の一実施の形態に従って工程（Ｓ２１）までを実施することにより、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避可能であることが分かる。すなわち、本発明の転動部材の製造方法によれば、脱炭層の形成に起因した問題点およびスケールの形成に起因した問題点を同時に回避しつつ、転動部材において熱間鍛造や焼鈍の後に実施される旋削加工などの切削加工が実施される領域を減少させることにより、製造コストの低減が可能とな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。

本発明の転動部材の製造方法、転がり軸受の製造方法、転がり軸受の軌道部材および転がり軸受は、０．７質量％以上の炭素を含有する鋼からなる転動部材の製造方法、転がり軸受の製造方法、転がり軸受の軌道部材および転がり軸受に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における転がり軸受の軌道部材を備えた転がり軸受としての円錐ころ軸受の構成を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態における転がり軸受の軌道部材を備えた転がり軸受としての深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法の概略を示す図である。 本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法に含まれる転動部材の製造方法の概略を示す図である。 転動部材および転がり軸受の素材となる鋼製部材を示す概略断面図である。 転動部材および転がり軸受の製造方法において作製される第１鍛造部材としてのブランクリングを示す概略断面図である。 転動部材および転がり軸受の製造方法において作製される第２鍛造部材としての段付きリングを示す概略断面図である。 比較例１の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。 比較例２の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。 本発明の実施例の試験面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。 従来の転動部材および転がり軸受の製造方法の一例を示す図である。 従来の転動部材および転がり軸受の製造方法の他の一例を示す図である。

符号の説明

１ 円錐ころ軸受、２ 深溝玉軸受、５ 鋼製部材、６ ブランクリング、６Ａ 端面、６Ｂ 内周面、６Ｃ 端面表層部、６Ｄ 内周表層部、７ 段付きリング、７Ａ 大環部、７Ｂ 小環部、１１，２１ 外輪、１１Ａ，２１Ａ 外輪転走面、１２，２２ 内輪、１２Ａ，２２Ａ 内輪転走面、１２Ｂ 内輪内周面、１３ ころ、１４，２４ 保持器、２３ 玉、９０ 試験面、９１ まくれ込み。

Claims (2)

1. ０．７質量％以上の炭素を含有する鋼からなる鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、
   前記鋼製部材準備工程において準備された前記鋼製部材を熱間鍛造することにより第１鍛造部材を作製する熱間鍛造工程と、
   前記熱間鍛造工程において作製された前記第１鍛造部材を切削加工することにより前記第１鍛造部材の一部を除去する切削工程と、
   前記切削工程において切削加工された前記第１鍛造部材を冷間鍛造することにより、第２鍛造部材を作製する冷間鍛造工程とを備え、
   前記冷間鍛造工程よりも後の工程においては、前記第２鍛造部材は、前記切削工程において切削加工された部位が切削加工されず、
   前記冷間鍛造工程において冷間鍛造される部位であって、前記冷間鍛造工程よりも後の工程において切削加工されない部位は、前記切削工程において切削加工された部位となっている、転動部材の製造方法。
2. 軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、
   転動体を製造する転動体製造工程と、
   前記軌道部材製造工程において製造された前記軌道部材と、前記転動体製造工程において製造された前記転動体とを組み合わせることにより、転がり軸受を組立てる組立工程とを備え、
   前記軌道部材製造工程は、請求項１に記載の転動部材の製造方法により実施される、転がり軸受の製造方法。