JP5618316B2 - 球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に関し、より特定的には、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に関するものである。

球状体に対して表面改質処理、コーティング処理などの表面処理を実施する場合、当該球状体を浮上させた状態で表面処理を実施しない限り、球状体と当該球状体を保持する治具などの支持部材とが接触した状態で表面処理が実施されることとなる。その結果、球状体の表面のうち、当該支持部材と接触する領域（接触領域）においては表面処理が十分に進行しないおそれがある。特に、接触領域が大きい場合や、接触領域以外の領域（非接触領域）からの拡散などによる接触領域における表面処理の進行が期待できない場合などにおいては、表面の全域に対して表面処理を実施することができないという問題が生じる。

一方、球状体を浮上させた状態で表面処理を実施することにより、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。しかし、球状体を浮上させた状態で表面処理を実施する場合、処理コストが上昇し、また球状体の数量、大きさ、重量などが制限されるという問題がある。

これに対し、球状体を転動あるいは回転させつつ表面処理を実施する球状体の表面処理方法が提案されている（たとえば特許文献１〜３参照）。これにより、表面の全域に対して表面処理を実施することができる。

特開平９−２０９１１７号公報 特開２００３−７３８０７号公報 特開２００３−５９６９５号公報

球状体の表面処理においては、球状体の温度が表面処理の速度や品質に影響を与える場合が多い。この場合、球状体の温度が測定されつつ表面処理が実施されることが好ましい。しかしながら、上述のように球状体を転動あるいは回転させつつ表面処理を実施する方法では、表面処理の進行中に球状体の温度を正確に把握することが難しいという問題がある。

そこで、本発明の一の目的は、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供することである。

また、球状体の表面処理においては、処理コストを低減する観点から、なるべく多くの球状体が同時に表面処理されることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１〜３に開示の球状体の表面処理方法を含めて、従来の球状体の表面処理方法では、複数個の球状体を同時に表面処理した場合、球状体同士の間隔が適切に保たれず、あるいは球状体同士が接触して、正常な表面処理が実施できないおそれがあるという問題があった。

そこで、本発明の他の目的は、複数の球状体に対して正常な表面処理を表面の全域に対して実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面における表面処理用治具は、球状体の表面処理用治具であって、複数の貫通孔を有する第１保持部材と、複数の貫通孔を有する第２保持部材と、第１保持部材と第２保持部材との間に球状体を挟んだ状態で、第１保持部材と第２保持部材との相対的な位置関係を固定する固定部材とを備えている。そして、第２保持部材の複数の貫通孔は、第２保持部材を第１保持部材に沿って配置することにより、第１保持部材の複数の貫通孔に対応して位置するように形成されている。第１保持部材の複数の貫通孔および第２保持部材の複数の貫通孔の各々は、第１保持部材と第２保持部材との間に球状体を挟んだ状態で第１保持部材と第２保持部材との位置関係を反転させても、球状体を１つずつ支持することができるように設けられている。

上記本発明の一の局面における表面処理治具を用いることで、以下のように表面処理を実施することが可能となる。まず第１保持部材の複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持して表面処理を実施する。次に、第１保持部材の複数の貫通孔に第２保持部材の複数の貫通孔が対応して位置するように第２保持部材を第１保持部材に沿って配置した状態で、当該複数の球状体を前記第１保持部材と前記第２保持部材とにより挟持する。そして、第１保持部材と第２保持部材との位置関係を反転させた後、第１保持部材を球状体から離脱させることによって、第２保持部材の複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持して表面処理を実施する。

このような手順で表面処理を実施することにより、各転動体においては、第１保持部材に接触する領域と第２保持部材に接触する領域が異なるため、表面の全域に対して表面処理が実施される。また、球状体は第１保持部材または第２保持部材の貫通孔において支持された状態で表面処理されるため、球状体の温度を正確に把握しつつ表面処理を実施することができる。その結果、本発明の一の局面における表面処理治具によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具を提供することができる。さらに、固定部材により、球状体を第１保持部材と第２保持部材とにより挟持した状態で第１保持部材と第２保持部材との位置関係を反転させる際、球状体をより確実に支持することが可能となる。

本発明の一の局面における表面処理治具は、球状体の表面処理用治具であって、複数の貫通孔を有する第１保持部材と、複数の貫通孔を有する第２保持部材とを備えている。第２保持部材の前記複数の貫通孔は、第２保持部材を第１保持部材に沿って配置することにより、第１保持部材の前記複数の貫通孔に対応して位置するように形成されている。さらに、上記複数の貫通孔は球状体の直径の２倍以上の間隔で配置されている。これにより、球状体の間隔を十分に保つことが可能となる。その結果、たとえばプラズマ窒化などの球状体と他の部材との間に電圧を印加する表面処理が実施された場合でも、球状体同士の間におけるホローカソード（中空陰極）の発生をより確実に抑制することができる。

上記一の局面における表面処理治具において好ましくは、上記貫通孔は等間隔に配置されている。これにより、表面処理用治具において多数の貫通孔を密に配置することが可能となり、表面処理の効率向上に寄与することができる。

本発明の一の局面における球状体の表面処理方法は、上記本発明の一の局面における球状体の表面処理用治具を用いて実施される球状体の表面処理方法である。この球状体の表面処理方法は、第１保持部材の複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持することにより、第１保持部材によって複数の球状体を保持する工程と、第１保持部材によって保持された複数の球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えている。この球状体の表面処理方法は、さらに、表面処理が実施された複数の球状体を第１保持部材と第２保持部材とにより挟持した状態で、第１保持部材と第２保持部材との位置関係を反転させる工程と、第１保持部材を複数の球状体から離脱させることによって、第２保持部材の複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持することにより、第２保持部材によって複数の球状体を保持する工程と、第２保持部材によって保持された複数の球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えている。

上記一の局面における球状体の表面処理方法においては、球状体は、第１保持部材の貫通孔において保持された状態で表面処理が実施されるとともに、第２保持部材の貫通孔において保持された状態でも表面処理が実施される。ここで、球状体については、第１保持部材により保持され熱処理されている状態および第２保持部材により保持されて熱処理されている状態のいずれの状態においても、表面処理用治具に対して運動させる必要がない。そのため、球状体の温度を正確に測定し、把握しつつ表面処理を実施することができる。また、第１保持部材により保持されている状態と第２保持部材により保持されている状態とで、球状体における表面処理用治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。以上のように、上記一の局面における球状体の表面処理方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理方法を提供することができる。

上記本発明の一の局面における球状体の表面処理方法においては、球状体は導電体からなっており、上記表面処理は、球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施されてもよい。

球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される表面処理、たとえばプラズマ窒化処理、プラズマ浸炭処理、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；物理蒸着）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学蒸着）などにおいては、球状体の温度が把握されつつ処理が実施されることが望ましい。そのため、本発明の球状体の表面処理方法を好適に適用することができる。

上記本発明の一の局面における球状体の表面処理方法においては、上記表面処理はプラズマ窒化処理であってもよい。プラズマ窒化処理においては、球状体の温度調整が重要であるため、本発明の球状体の表面処理方法を特に好適に適用することができる。

本発明の一の局面における球状部品の製造方法は、球状の成形体を準備する工程と、成形体の表面処理を実施する工程とを備えている。そして、上記表面処理は、上記本発明の一の局面における球状体の表面処理方法を用いて実施される。

上記本発明の一の局面における球状部品の製造方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする上記本発明の球状体の表面処理方法を用いて表面処理が実施されることにより、良好に表面処理が実施された球状部品を製造することができる。

上記本発明の一の局面における球状部品の製造方法においては、球状部品は、転がり軸受の転動体であってもよい。良好に表面処理が実施された球状部品を製造することが可能な本発明の球状部品の製造方法は、表面全域の品質が重要な転がり軸受の転動体の製造方法として好適である。

本発明の他の局面における球状体の表面処理用治具は、球状体を転動可能に保持する複数の凹部と、複数の凹部の各々を取り囲むように配置され、球状体の移動を制限する突出部とを備えている。

上記他の局面における球状体の表面処理用治具においては、凹部の各々に球状体を１つずつ載置して複数の球状体を支持することができる。これにより、表面の全域に対して表面処理を実施するために各球状体を凹部内で転動させて治具との接触部を変化させた場合でも、球状体同士の間隔を適切に保つことができる。その結果、本発明の他の局面における表面処理用治具を用いることにより、複数の球状体に対して正常な表面処理を表面の全域に対して実施することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理用治具においては、上記凹部は、凹部の最も深さの大きい領域に向けて徐々に深さが大きくなる形状を有していてもよい。これにより、球状体が凹部内においてスムーズに転動可能であるとともに、より確実に球状体同士の間隔を適切に保つことが可能となる。なお、このような条件を満たす凹部の具体的形状としては、たとえばすり鉢状の形状や壁面が球面である形状などを選択することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理用治具においては、上記凹部は、球状体を保持する平面部を有し、突出部は、平面部から突出し、平面部を取り囲むように形成されていてもよい。これにより、球状体が凹部内においてスムーズに転動可能であるとともに、突出部による球状体同士の間隔の確保をより確実なものとすることができる。

上記他の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、上記複数の凹部は球状体の直径の２倍以上の間隔で配置されている。これにより、球状体の間隔を十分に保つことが可能となる。その結果、たとえばプラズマ窒化などの球状体と他の部材との間に電圧を印加する表面処理が実施された場合でも、球状体同士の間におけるホローカソードの発生をより確実に抑制することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、上記凹部は等間隔に配置されている。これにより、表面処理用治具において多数の凹部を密に配置することが可能となり、表面処理の効率向上に寄与することができる。

本発明の他の局面における球状体の表面処理方法は、上記本発明の他の局面における球状体の表面処理用治具における凹部の各々に球状体を１つずつ載置することにより、当該治具によって複数の球状体を支持する工程と、治具によって支持された複数の球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えている。

本発明の他の局面における球状体の表面処理方法においては、複数の球状体が上記凹部の各々に１つずつ載置されて支持される。そのため、表面の全域に対して表面処理を実施するために各球状体を凹部内で転動させて治具との接触部を変化させた場合でも、球状体同士の間隔を適切に保つことができる。その結果、本発明の他の局面における球状体の表面処理方法によれば、複数の球状体に対して正常な表面処理を表面の全域に対して実施することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法において、上記複数の球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体を治具に対して相対的に運動させつつ表面処理が実施されてもよい。

これにより、球状体において治具に接触する領域が変化しつつ表面処理が実施されるため、効率よく球状体の表面全域に対して表面処理を実施することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法において、複数の球状体に対して表面処理を実施する工程は、球状体の第１の領域を上記治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する工程と、球状体の第１の領域とは異なる第２の領域を上記治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する工程とを含んでいてもよい。

これにより、表面処理を実施する工程において、まず球状体の第１の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する。このとき、球状体は第１の領域が治具により支持されて静止しているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、球状体の第２の領域を治具により支持しつつ、球状体の表面処理を実施する。このとき、球状体は第２の領域が治具により支持されて静止しているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。また、第１の領域において支持されている場合と第２の領域において支持されている場合とで、球状体における治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。その結果、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法において好ましくは、第１の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも後であって、第２の領域を支持しつつ表面処理を実施する工程よりも前に、球状体を、第１の領域において支持される位置から第２の領域において支持される位置にまで上記治具に対して相対的に移動させる工程をさらに備えている。

これにより、球状体において治具により支持される領域を容易に変化させることが可能となり、効率よく表面の全域に対して表面処理を実施することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法において好ましくは、上記複数の球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体の温度が測定されつつ表面処理が実施される。

これにより、球状体の温度を適切に制御しつつ表面処理を実施することが可能となるため、所望の表面処理の速度や品質を安定して得ることができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法においては、球状体は導電体からなっているものとし、球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ球状体の表面処理が実施されてもよい。

球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される表面処理、たとえばプラズマ窒化処理、プラズマ浸炭処理、ＰＶＤ、ＣＶＤなどにおいては、複数個の球状体を同時に表面処理する際、球状体同士の間隔が適切に保たれない場合、あるいは球状体同士が接触する場合、正常な表面処理が実施できないおそれがある。そのため、球状体同士の間隔が適切に維持されつつ、上記処理が実施されることが望ましい。したがって、球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される表面処理に対しては、上記本発明の他の局面における球状体の表面処理方法を好適に適用することができる。

上記他の局面における球状体の表面処理方法においては、表面処理はプラズマ窒化処理であってもよい。複数の球状体に対してプラズマ窒化処理を実施する場合、球状体同士の間隔を適切に維持することが重要であるため、上記本発明の他の局面における球状体の表面処理方法を特に好適に適用することができる。

本発明の他の局面における球状部品の製造方法は、球状の成形体を準備する工程と、成形体の表面処理を実施する工程とを備えている。そして、当該表面処理は、上記本発明の他の局面における球状体の表面処理方法を用いて実施される。

本発明の他の局面における球状部品の製造方法によれば、複数の球状体同士の間隔を適切に維持しつつ表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする上記本発明の他の局面における球状体の表面処理方法を用いて表面処理が実施されることにより、良好に表面処理が実施された球状部品を製造することができる。

上記他の局面における球状部品の製造方法においては、球状部品は、転がり軸受の転動体であってもよい。良好に表面処理が実施された球状部品を製造することが可能な本発明の他の局面における球状部品の製造方法は、表面全域の品質が重要である転がり軸受の転動体の製造方法として好適である。

本発明の別の局面における球状体の表面処理用治具は、複数の貫通孔を有する第１保持部材と、先端部に球状体を保持する保持領域を有する複数の突出部を含む第２保持部材とを備えている。そして、第１保持部材および第２保持部材は、上記複数の突出部の各々が上記複数の貫通孔の各々を貫通可能な構造となっている。

本発明の別の局面における球状体の表面処理用治具は、上記複数の突出部の各々が上記複数の貫通孔の各々を貫通するように第１保持部材と第２保持部材とを組み合わせた状態において、複数の突出部の保持領域の各々の上に球状体を１つずつ載置することにより、第２保持部材によって複数の球状体を保持することができる（第１の保持状態）。また、本発明の球状体の表面処理用治具は、突出部を貫通孔から離脱させた状態で、複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持することにより、第１保持部材によって複数の球状体を保持することができる（第２の保持状態）。したがって、本発明の別の局面における球状体の表面処理用治具を用いることにより、以下のような手順で表面処理を実施することができる。

まず、上記第１の保持状態および第２の保持状態のうち一方の保持状態において球状体を保持しつつ表面処理を実施する。このとき、球状体は第１保持部材の貫通孔の外周部および第２保持部材の保持領域のいずれか一方により保持されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。次に、上記第１の保持状態および第２の保持状態のうち他方の保持状態において球状体を保持しつつ表面処理を実施する。このときも、球状体は第１保持部材の貫通孔の外周部および第２保持部材の保持領域の他方により保持されているため、球状体の温度を正確に測定し、把握することができる。また、第１の保持状態と第２の保持状態とで、球状体における表面処理用治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。以上のように、本発明の別の局面における球状体の表面処理用治具によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具を提供することができる。

上記別の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、第１保持部材は、第１保持部材を貫通するガイド孔をさらに有し、第２保持部材は、当該ガイド孔を貫通するガイド部をさらに含んでいる。

これにより、第１保持部材と第２保持部材との相対的な位置関係をガイドすることができるため、第１保持部材および第２保持部材の一方による球状体の保持から他方による球状体の保持への移行を容易に実現することができる。なお、当該移行をより容易にする観点から、第１保持部材は、第１保持部材を貫通する複数のガイド孔を有しており、第２保持部材は、当該複数のガイド孔に対応する複数のガイド部を含んでいることがより好ましい。

上記別の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、突出部が貫通孔を貫通しない状態で第１保持部材を支持する支持部材をさらに備えている。これにより、第１保持部材によって球状体が保持される状態を容易に安定させることができる。

上記別の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、上記複数の貫通孔は球状体の直径の２倍以上の間隔で配置されている。

これにより、球状体の間隔を十分に保つことが可能となる。その結果、たとえばプラズマ窒化などの球状体と他の部材との間に電圧を印加する表面処理が実施された場合でも、球状体同士の間におけるホローカソードの発生をより確実に抑制することができる。

上記別の局面における球状体の表面処理用治具において好ましくは、貫通孔は等間隔に配置されている。これにより、表面処理用治具において多数の貫通孔を密に配置することが可能となり、表面処理の効率向上に寄与することができる。

本発明の別の局面における球状体の表面処理方法は、上記別の局面における第２保持部材によって複数の球状体を保持する工程と、当該第２保持部材によって保持された複数の球状体に対して表面処理を実施する工程と、上記別の局面における第１保持部材によって複数の球状体を保持する工程と、当該第１保持部材によって保持された複数の球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えている。上記第２保持部材によって複数の球状体を保持する工程では、上記球状体の表面処理用治具において、複数の貫通孔の各々を複数の突出部の各々が貫通した状態で、当該複数の突出部の保持領域の各々の上に球状体を１つずつ載置することにより、第２保持部材によって複数の球状体が保持される。また、上記第１保持部材によって複数の球状体を保持する工程では、貫通孔から突出部を離脱させた状態で、上記複数の貫通孔の各々において球状体を１つずつ支持することにより、第１保持部材によって複数の球状体が保持される。

本発明の別の局面における球状体の表面処理方法においては、球状体は、第１保持部材の貫通孔の外周部において保持された状態で表面処理が実施されるとともに、第２保持部材の保持領域によって保持された状態でも表面処理が実施される。ここで、球状体については、第１保持部材により保持されて熱処理されている状態および第２保持部材により保持されて熱処理されている状態のいずれの状態においても、表面処理用治具に対して運動させる必要がない。そのため、球状体の温度を正確に測定し、把握しつつ表面処理を実施することができる。また、第１保持部材により保持されている状態と第２保持部材により保持されている状態とで、球状体における表面処理用治具との接触領域を変化させることができるため、球状体の表面の全域に対して表面処理を実施することが可能となる。以上のように、本発明の別の局面における球状体の表面処理方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理方法を提供することができる。

上記別の局面における球状体の表面処理方法において好ましくは、上記表面処理は、球状体の温度が測定されつつ実施される。

これにより、球状体の温度を適切に制御しつつ表面処理を実施することが可能となるため、表面処理の所望の速度や品質を安定して得ることができる。

上記別の局面における球状体の表面処理方法においては、球状体は導電体からなっているものとし、球状体に対して表面処理を実施する工程では、球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ球状体の表面処理が実施されてもよい。

球状体と球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される表面処理、たとえばプラズマ窒化処理、プラズマ浸炭処理、ＰＶＤ、ＣＶＤなどにおいては、球状体の温度が把握されつつ処理が実施されることが望ましい。そのため、本発明の別の局面における球状体の表面処理方法を好適に適用することができる。

上記別の局面における球状体の表面処理方法においては、表面処理はプラズマ窒化処理であってもよい。プラズマ窒化処理においては、球状体の温度調整が重要であるため、本発明の別の局面における球状体の表面処理方法を特に好適に適用することができる。

本発明の別の局面における球状部品の製造方法は、球状の成形体を準備する工程と、成形体の表面処理を実施する工程とを備えている。そして、当該表面処理は、上記本発明の別の局面における球状体の表面処理方法を用いて実施される。

本発明の別の局面における球状部品の製造方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする上記本発明の別の局面における球状体の表面処理方法を用いて表面処理が実施されることにより、良好に表面処理が実施された球状部品を製造することができる。

上記別の局面における球状部品の製造方法においては、球状部品は、転がり軸受の転動体であってもよい。良好に表面処理が実施された球状部品を製造することが可能な本発明の別の局面における球状部品の製造方法は、表面全域の品質が重要な転がり軸受の転動体の製造方法として好適である。

以上の説明から明らかなように、上記本発明の一の局面および別の局面における球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法によれば、球状体の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して表面処理を実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供することができる。

また、本発明の他の局面における球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法によれば、複数の球状体に対して正常な表面処理を表面の全域に対して実施することを可能とする球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法を提供することができる。

実施の形態１における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施の形態１における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１における保持板の構成を示す概略平面図である。 実施の形態１における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 保持板の第１の変形例を示す概略平面図である。 保持板の第２の変形例を示す概略平面図である。 実施の形態２における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施の形態２における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。 図１２の線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿う概略断面図である。 実施の形態３における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施の形態４における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。 図１５の線分ＸＶＩ−ＸＶＩに沿う概略断面図である。 実施の形態５における球状部品の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施の形態５における球状体の表面処理用治具の構成を示す概略平面図である。 実施の形態５における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態５における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態５における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態６における表面処理工程を説明するための概略断面図である。 実施例１の実験結果を示す図である。

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、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
まず、上記本発明の一の局面に対応する実施の形態である実施の形態１について説明する。図１を参照して、実施の形態１における球状部品の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１０）として球状体準備工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１０）においては、たとえば転がり軸受の転動体（玉軸受の玉）の形状（球状）に成形加工され、焼入焼戻処理が実施された成形体が準備される。成形体の素材としては、たとえば鋼であるＡＭＳ規格５６３０（ＡＩＳＩ規格４４０Ｃ、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ）、ＡＭＳ規格６４９０（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０）、ＡＭＳ規格５６２６（ＡＩＳＩ規格Ｔ１、ＪＩＳ規格ＳＫＨ２）などを採用することができる。

次に、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ５０）として、工程（Ｓ１０）において準備された球状の成形体の表面処理を実施する表面処理工程が実施される。本実施の形態においては、表面処理として、プラズマ窒化が実施される。具体的には、まず、工程（Ｓ２０）として第１支持工程が実施される。この工程（Ｓ２０）においては、プラズマ窒化を実施するための処理室の内部に配置された実施の形態１における球状体の表面処理用治具により、当該成形体が支持される。ここで、実施の形態１における球状体の表面処理用治具について説明する。

図２および図３を参照して、実施の形態１における球状体の表面処理用治具としての治具１は、円盤状の形状を有し、円形の断面を有する複数の貫通孔１１が形成された第１保持部材としての第１保持板１０と、第１保持板１０と同様に円盤状の形状を有し、円形の断面を有する複数の貫通孔２１が形成された第２保持部材としての第２保持板２０と、第１保持板１０と第２保持板２０とを挟持することにより、第１保持板１０と第２保持板２０との相対的な位置関係を固定する固定部材としてのクランプ３０と、治具１を支持する支持部材４０とを備えている。クランプ３０は、第１保持板１０および第２保持板２０に対して、たとえばねじやユニバーサルジョイントなどによって固定可能となっていてもよい。なお、図３には、２枚の保持板のうち第１保持板１０を代表して示すが、第２保持板２０は第１保持板と同じ構造を有している。

次に、上記治具１を用いた工程（Ｓ２０）の具体的手順について説明する。図４を参照して、工程（Ｓ２０）においては、まず、表面処理を実施するための処理室の底壁９０上に第１保持板１０を支持部材４０により支持して配置する。次に、第１保持板１０の貫通孔１１の各々において、工程（Ｓ１０）において準備された球状体としての成形体９１を１つずつ支持することにより、第１保持板１０によって複数の成形体９１を保持する。

次に、工程（Ｓ３０）として第１プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、たとえばＡＭＳ６４９０からなる球状の成形体９１がプラズマ窒化される。具体的には、工程（Ｓ２０）において治具１の第１保持板１０に支持された成形体９１が、たとえば圧力５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の窒素と水素との混合ガス雰囲気中において、放電電圧５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流０.００１Ａ以上３００Ａ以下の条件下で３５０℃以上５００℃以下の温度域に１時間以上５０時間以下保持された後、冷却されることによりプラズマ窒化される。また、工程（Ｓ３０）においては、成形体９１の温度が測定されるとともに、当該温度が上記範囲となるように調整され、かつ上記範囲の放電電圧および放電電流が達成されるように、成形体９１と成形体９１に対向して配置される部材である電極との間に電圧が印加されつつ成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。

次に、工程（Ｓ４０）として第２支持工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図５を参照して、まず第１保持板１０の貫通孔１１と第２保持板２０の貫通孔２１とが互いに対応して位置するように、第２保持部材としての第２保持板２０を第１保持板１０に沿って配置する。その後、第２保持板２０を第１保持板１０に近づけることにより、工程（Ｓ３０）においてプラズマ窒化処理が実施された複数の成形体９１が第１保持板１０と第２保持板２０とにより挟持される。さらに、クランプ３０が第１保持板１０および第２保持板２０の端部に嵌め込まれることにより、第１保持板１０と第２保持板２０との間隔を小さくする向きの力が加えられつつ第１保持板１０と第２保持板２０との相対的な位置関係が固定される。そして、矢印αに示すように第１保持板１０と第２保持板２０との間に成形体９１を挟んだ状態で、第１保持板１０と第２保持板２０との位置関係を反転させ、図６に示すように支持部材４０上に載置する。

その後、図７に示すようにクランプ３０を取り外して第１保持板１０と第２保持板２０との位置関係の固定を解除した上で、図８に示すように第１保持板１０を成形体９１から離脱させる。これにより、第２保持板２０の貫通孔２１の各々において成形体９１が１つずつ支持される。このとき、成形体９１は、上記第１保持板１０によって保持される場合とは異なった領域が第２保持板２０と接触した状態で第２保持板２０により保持される。

次に、工程（Ｓ５０）として、第２プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図８に示すように成形体９１が第２保持板２０により支持される点を除き、工程（Ｓ３０）と同様に成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。以上の工程により、実施の形態１における表面処理工程が終了する。そして、実施の形態１における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、その後必要に応じて表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより完了する。

本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法においては、成形体９１は、第１保持板１０の貫通孔１１において保持された状態でプラズマ窒化処理されるとともに、第２保持板２０の貫通孔２１において保持された状態でも表面処理が実施される。ここで、成形体９１については、第１保持板１０により保持されて熱処理されている状態および第２保持板２０により保持されて熱処理されている状態のいずれの状態においても、治具１に対して運動させる必要がない。そのため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握しつつプラズマ窒化処理を実施することができる。また、第１保持板１０により保持されている状態と第２保持板２０により保持されている状態とで、成形体９１における治具１との接触領域を変化させることができるため、成形体９１の表面の全域に対して表面処理を実施することができる。その結果、本実施の形態におけるプラズマ窒化方法によれば、成形体９１の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対して窒化処理を実施することができる。

したがって、本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法によれば、球状体である成形体９１の温度を正確に把握しつつ表面の全域に対してプラズマ窒化が実施され、良好に表面処理が実施された転がり軸受の転動体を製造することができる。

なお、上記実施の形態においては、球状体（成形体９１）に対して表面処理（プラズマ窒化処理）が２回実施される場合について説明したが、たとえば工程（Ｓ５０）の後に第１保持板１０およびクランプ３０を用いて再度工程（Ｓ２０）および（Ｓ３０）と同様のプロセスを繰り返すことにより、必要に応じて３回以上実施してもよい。

また、本実施の形態における第１保持板１０の貫通孔１１および第２保持板２０の貫通孔２１は、成形体９１の直径の２倍以上の間隔で配置されていることが好ましい。これにより、成形体９１の間隔を十分に保つことが可能となり、ホローカソードの発生をより確実に抑制することができる。ホローカソードの発生をさらに確実に抑制するためには、貫通孔１１，２１は、成形体９１の直径の５倍以上の間隔で配置されていることが望ましい。

さらに、貫通孔１１，２１は等間隔に配置されていることが好ましい。これにより、第１保持板１０および第２保持板２０において多数の貫通孔１１，２１を密に配置することが可能となり、同時に熱処理可能な成形体９１の数量を多くすることができる。その結果、表面処理の効率を向上させることができる。

また、上記実施の形態１においては、第１保持板１０および第２保持板２０として貫通孔１１，２１の断面形状が円形であり、平面形状が円形の保持板が採用される場合について説明したが、本発明の一の局面における第１保持部材および第２保持部材の構造はこれに限られない。具体的には。たとえば、図９に示すように貫通孔１１，２１の断面形状は円形であってもよいし、図１０に示すように多角形形状（三角形形状）であってもよい。また、第１保持板１０および第２保持板２０の平面形状は図９に示すように四角形形状であってもよいし、中央に穴を有する円盤状（ドーナツ状）となっていてもよく、取り扱いを容易にする目的で当該ドーナツ状の形状が半径方向に切断されて複数個に分割されることにより、図１０に示すように扇形のうち中心付近が欠落した形状としてもよい。つまり、第１保持板１０および第２保持板２０の平面形状は、表面処理を実施するための処理室の形状や取り扱いの容易性等を考慮して種々の形状を採用することができる。そして、貫通孔１１，２１の断面形状は、球状体を保持可能な形状であれば、任意の形状を採用することができる。また、本発明の第１保持部材および第２保持部材としては、上記板状の部材に代えて、格子状の網状部材を採用することもできる。この場合、格子の間隔は球状体の直径よりも小さくする必要がある。

（実施の形態２）
次に、上記本発明の他の局面に対応する実施の形態である実施の形態２について説明する。図１１を参照して、実施の形態２における球状部品の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１１０）として球状体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１０）は、上記実施の形態１の工程（Ｓ１０）と同様に実施することができる。

次に、工程（Ｓ１２０）〜（Ｓ１３０）として、工程（Ｓ１１０）において準備された球状の成形体の表面処理を実施する表面処理工程が実施される。本実施の形態においては、表面処理として、プラズマ窒化が実施される。具体的には、まず、工程（Ｓ１２０）として支持工程が実施される。この工程（Ｓ１２０）においては、プラズマ窒化を実施するための処理室の内部に載置された実施の形態２における球状体の表面処理用治具により、当該成形体が支持される。ここで、実施の形態２における球状体の表面処理用治具について説明する。

図１２および図１３を参照して、実施の形態２における球状体の表面処理用治具としての治具１０１は、平板状のベース板１１０からなっており、当該ベース板１１０には、壁面が球面形状を有する複数の凹部１１２と、当該複数の凹部１１２の各々を取り囲むように配置された突出部１１１とが形成されている。この凹部１１２は、成形体９１を保持する機能を有している。また、凹部１１２の壁面の曲率半径は、球状体としての球状の成形体９１の半径よりも十分大きくなっており、成形体９１は凹部１１２の内部において転動可能となっている。一方、突出部１１１は、凹部１１２の最も深さの大きい領域から十分な高さを有しており、成形体９１が凹部１１２内で転動した場合でも、凹部１１２の外部に飛び出さないように成形体９１の移動を制限する機能を有している。なお、ベース板１１０の形状としては種々の形状を採用することができるが、たとえば中央に穴を有する円盤状（ドーナツ状）となっていてもよいし、取り扱いを容易にする目的で当該ドーナツ状の形状が半径方向に切断されて三等分されることにより、図１２に示すように扇形のうち中心付近が欠落した形状としてもよい。

次に、上記治具１０１を用いた工程（Ｓ１２０）の具体的手順について説明する。図１２および図１３を参照して、まず工程（Ｓ１１０）において準備された球状の成形体９１が、治具１０１の凹部１１２の各々に１つずつ載置される。そして、成形体９１が載置された治具１０１が、プラズマ窒化が実施されるプラズマ窒化炉の処理室内に装入される。これにより、複数の成形体９１が治具１０１によって処理室内において支持される。

次に、図１１を参照して、工程（Ｓ１３０）としてプラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ１３０）では、たとえばＡＭＳ６４９０からなる球状の成形体９１がプラズマ窒化される。具体的には、工程（Ｓ１２０）において治具１０１に支持された成形体９１が、圧力５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の窒素と水素との混合ガス雰囲気中において、放電電圧５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流０.００１Ａ以上３００Ａ以下の条件下で３５０℃以上５００℃以下の温度域に１時間以上５０時間以下保持された後、冷却されることによりプラズマ窒化される。以上の工程により、実施の形態２における表面処理工程が終了する。そして、実施の形態２における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、その後必要に応じて表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより完了する。

ここで、本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具１０１を用いた球状体（成形体９１）の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法によれば、工程（Ｓ１３０）において、治具１０１に対して揺動、振動および間欠的な回転のうち少なくとも１つの運動が付与される。これにより、成形体９１が治具１０１に対して相対的に運動（転動）しつつプラズマ窒化処理が実施される。その結果、成形体９１において治具１０１に接触する領域が変化しつつプラズマ窒化処理が実施されるため、効率よく成形体９１の表面全域に対してプラズマ窒化処理を実施することができる。また、成形体９１が治具１０１の凹部１１２により１つずつ保持されていることにより、上述のように各成形体９１を凹部１１２内で転動させた場合でも、成形体９１同士の間隔を適切に保つことができる。そのため、成形体９１同士の間でホローカソードが発生して成形体の温度が上昇し、窒化深さが部分的に深くなる現象等を抑制することができる。その結果、良好なプラズマ窒化処理が実施された球状体（成形体）が得られ、高い品質を有する転がり軸受の転動体（玉）を製造することができる。

ここで、本実施の形態における治具１０１の凹部１１２は、成形体９１の直径の２倍以上の間隔で配置されていることが望ましい。これにより、成形体９１の間隔を十分に保つことが可能となり、ホローカソードの発生をより確実に抑制することができる。ホローカソードの発生をさらに確実に抑制するためには、凹部１１２は、成形体９１の直径の５倍以上の間隔で配置されていることが望ましい。

また、本実施の形態における治具１０１の凹部１１２は、等間隔に配置されていることが好ましい。これにより、治具１０１において多数の凹部１１２を密に配置することが可能となり、表面処理の効率向上に寄与することができる。

さらに、本実施の形態における工程（Ｓ１３０）では、成形体９１の温度が測定されつつプラズマ窒化処理が実施されることが好ましい。これにより、所望のプラズマ窒化処理の速度や品質を安定して得ることができる。ここで、本実施の形態においては、工程（Ｓ１３０）における成形体９１の移動範囲が治具１０１の凹部１１２内に限定されるため、成形体９１の温度の測定が容易となっている。

（実施の形態３）
次に、上記本発明の他の局面に対応する他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図１４および図１１を参照して、実施の形態３における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、基本的には実施の形態２の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における工程（Ｓ１３０）として実施されるプラズマ窒化工程に代えて、実施の形態３では第１プラズマ窒化工程である（Ｓ１３１）および第２プラズマ窒化工程である工程（Ｓ１３２）が実施されるとともに、工程（Ｓ１３１）と（Ｓ１３２）との間に球状体移動工程である工程(Ｓ１４０)が実施される点において、実施の形態２の場合とは異なっている。

すなわち、実施の形態３における球状部品の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１１０）および（Ｓ１２０）が実施の形態２と同様に実施される。次に、工程（Ｓ１３１）として第１プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ１３１）では、実施の形態２の工程（Ｓ１３０）と基本的には同様にプラズマ窒化処理が実施される。しかし、工程（Ｓ１３１）では、実施の形態２の工程（Ｓ１３０）とは異なり、治具１０１に対して揺動、振動、間欠的な回転などの運動が付与されず、治具１０１に対して成形体９１が静止した状態でプラズマ窒化処理が実施される。

次に、工程（Ｓ１４０）として球状体移動工程が実施される。この工程（Ｓ１４０）では、治具１０１に対して成形体９１を転動させることにより、成形体９１を、第１の領域において支持される位置から第２の領域において指示される位置にまで治具１０１に対して移動させる。具体的には、図１２および図１３を参照して、工程（Ｓ１４０）ではプラズマ窒化炉の処理室内に配置された治具１０１の裏面１１３が水平面となす角度が工程（Ｓ１３１）の場合とは異なるものとなるように、治具１０１が傾けられる。これにより、成形体９１が凹部１１２内において転動し、治具１０１と接触する領域が変化する。

本実施の形態における成形体９１の表面処理工程においては、上述のように、まず工程（Ｓ１３１）において成形体９１の第１の領域を治具１０１により支持しつつ、成形体９１の表面処理（プラズマ窒化処理）が実施される。このとき、成形体９１は第１の領域が治具１０１により支持されて静止しているため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、工程（Ｓ１３２）において、成形体９１の第２の領域が治具１０１により支持されつつ、成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。このとき、成形体９１は第２の領域が治具１０１により支持されて静止しているため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。また、第１の領域において支持されている場合と第２の領域において支持されている場合とで、成形体９１における治具１０１との接触領域を変化させることができるため、成形体９１の表面の全域に対してプラズマ窒化処理を実施することができる。その結果、本実施の形態のプロセスによれば、成形体９１の温度を正確に把握しつつ、表面の全域に対してプラズマ窒化処理を実施することができる。

（実施の形態４）
次に、上記本発明の他の局面に対応する他の実施の形態である実施の形態４について説明する。実施の形態４における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、基本的には実施の形態２の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４における治具１０２は、その凹部および突出部の形状において実施の形態２の場合とは異なっている。

すなわち、図１５および図１６を参照して、実施の形態４における球状体の表面処理用治具としての治具１０２は平板状のベース板１２１からなっており、当該ベース板１２１には、直方体形状を有する複数の凹部１２３と、当該複数の凹部１２３の底面１２３Ａから突出し、底面１２３Ａの各々を取り囲むように配置された突出部１２２とが形成されている。底面１２３Ａは、たとえば図１５および図１６に示すように四角形（正方形）形状を有しており、マトリックス状に並べて配置されている。そして、突出部１２２は当該底面１２３Ａの各々を取り囲む壁として配置されている。この凹部１２３は、球状体である成形体９１を保持する機能を有している。また、正方形形状を有する底面１２３Ａの一辺の長さは成形体９１の直径よりも十分大きくなっており、成形体９１は凹部１２３の内部において転動可能となっている。一方、突出部１２２は、底面１２３Ａから十分な高さをもって突出しており、成形体９１が凹部１２３内で転動した場合でも、凹部１２３の外部に飛び出さないように成形体９１の移動を制限する機能を有している。なお、ベース板１２１の平面形状は、実施の形態２の場合と同様に種々の形状を選択することができる。

そして、本実施の形態における球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、上記本実施の形態における治具１０２を用いて上述の実施の形態２または実施の形態３と同様に実施することができる。

（実施の形態５）
次に、図１７〜図２１を参照して、上記本発明の別の局面に対応する実施の形態である実施の形態５について説明する。なお、図１９〜図２１は、図１８の線分Ａ−Ａに沿う断面を示している。

図１７を参照して、実施の形態５における球状部品の製造方法においては、まず、工程（Ｓ２１０）として球状体準備工程が実施される。この工程（Ｓ２１０）は、上記実施の形態１の工程（Ｓ１０）と同様に実施することができる。

次に、工程（Ｓ２２０）〜（Ｓ２５０）として、工程（Ｓ２１０）において準備された球状の成形体の表面処理を実施する表面処理工程が実施される。本実施の形態においては、表面処理として、プラズマ窒化が実施される。具体的には、まず、工程（Ｓ２２０）として第１支持工程が実施される。この工程（Ｓ２２０）においては、プラズマ窒化を実施するための処理室の内部に載置された実施の形態５における球状体の表面処理用治具により、当該成形体が支持される。ここで、実施の形態５における球状体の表面処理用治具について説明する。

図１８および図１９を参照して、実施の形態５における球状体の表面処理用治具としての治具２０１は、第１保持部材２１０と、第２保持部材２２０とを備えている。第１保持部材２１０は、平板状のベース板２１１からなっており、ベース板２１１にはベース板２１１を貫通する複数の貫通孔２１２と、ベース板２１１を貫通するガイド孔２１３とが形成されている。貫通孔２１２は、ベース板２１１において等間隔に配置されている。また、ガイド孔２１３は、ベース板２１１の複数箇所（本実施の形態では２箇所）に形成されている。なお、貫通孔２１２の平面形状としては多角形形状、円形形状、楕円形形状など様々な形状を採用することができるが、球状体を安定して保持することを可能とする観点から、保持すべき球状体の直径よりも僅かに小さい直径を有する円形、または内接円の直径が保持すべき球状体の直径よりも僅かに小さい正多角形形状とすることが好ましい。

一方、第２保持部材２２０は、先端部に球状体を保持するための球面状の保持領域２２１Ａが形成された棒状の形状を有する複数の突出部２２１と、突出部２２１よりも長い棒状の形状を有するガイド部材としてのガイド棒２２２とを備えている。複数の突出部２２１は、ベース板２１１の貫通孔２１２の間隔に対応する等間隔に配置されており、互いに平行に突出している。また、ガイド棒２２２は、ベース板２１１のガイド孔２１３に対応する複数箇所（本実施の形態では２箇所）に形成されており、突出部２２１と平行に配置されている。なお、ベース板２１１の形状としては種々の形状を採用することができるが、たとえば中央に穴を有する円盤状（ドーナツ状）となっていてもよいし、取り扱いを容易にする目的で当該ドーナツ状の形状が半径方向に切断されて三等分されることにより、図１８に示すように扇形のうち中心付近が欠落した形状としてもよい。

次に、上記治具２０１を用いた工程（Ｓ２２０）の具体的手順について説明する。工程（Ｓ２２０）においては、第１保持部材２１０および第２保持部材２２０は、図１８および図１９に示すように、複数の突出部２２１の各々が複数の貫通孔２１２の各々を貫通するように組み合わせて配置される。そして、貫通孔２１２を貫通している突出部２２１の保持領域２２１Ａの各々の上には、工程（Ｓ２１０）において準備された球状体としての成形体９１が１つずつ載置される。これにより、複数の成形体９１は第２保持部材２２０によって保持される。そして、成形体９１が載置された治具２０１が、プラズマ窒化が実施されるプラズマ窒化炉の処理室内に装入され、処理室内において治具２０１を支持する支持領域２３１上に配置される。これにより、複数の成形体９１が治具２０１によって処理室内において支持される。

次に、図１７を参照して、工程（Ｓ２３０）として第１プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ２３０）では、たとえばＡＭＳ６４９０からなる球状の成形体９１がプラズマ窒化される。具体的には、工程（Ｓ２２０）において治具２０１に支持された成形体９１が、圧力５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の窒素と水素との混合ガス雰囲気中において、放電電圧５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流０.００１Ａ以上３００Ａ以下の条件下で３５０℃以上５００℃以下の温度域に１時間以上５０時間以下保持された後、冷却されることによりプラズマ窒化される。また、工程（Ｓ２３０）においては、成形体９１の温度が測定されるとともに、当該温度が上記範囲となるように調整され、かつ上記範囲の放電電圧および放電電流が達成されるように、成形体９１と成形体９１に対向して配置される部材である電極との間に電圧が印加されつつ成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。

次に、工程（Ｓ２４０）として第２支持工程が実施される。この工程（Ｓ２４０）では、治具２０１の第１保持部材２１０が、治具２０１を支持する支持領域２３１から離れる側（第２保持部材２２０から離れる側）に向けて移動される。これにより、図２０に示すように、第１保持部材２１０の貫通孔２１２から第２保持部材２２０の突出部２２１が離脱する。その結果、複数の貫通孔２１２の各々において成形体９１が１つずつ支持されることにより、第１保持部材２１０によって複数の成形体９１が保持される。このとき、第２保持部材２２０に対する第１保持部材２１０の移動は、突出部２２１に平行なガイド棒２２２とベース板２１１に形成されたガイド孔２１３とによってガイドされる。そのため、成形体９１を保持する部材が突出部２２１からベース板２１１に移行する際に、成形体９１が転動することが抑制される。その結果、成形体９１において突出部２２１に接触する領域とベース板２１１に接触する領域との重複を確実に回避することができる。

さらに、図２１に示すように、成形体９１が第１保持部材２１０により保持され、突出部２２１が貫通孔２１２を貫通しない状態で、第１保持部材２１０が支持部材２２３により支持されるとともに第２保持部材２２０の突出部２２１が除去される。支持部材２２３は、様々な形状のものを採用することができるが、たとえばガイド棒２２２が円柱状の形状を有する場合、図２１に示すように、ガイド棒２２２の直径に対応する貫通孔が形成された中空円筒状の支柱が底面の直径を含む断面で分断された２つの部材からなるものとすることができる。そして、この２つの部材の内周面がガイド棒２２２の外周面に接触するように当該２つの部材からなる支持部材２２３がガイド棒２２２に嵌め込まれることにより、支持部材２２３による第１保持部材２１０の支持を達成することができる。なお、工程（Ｓ２４０）において突出部２２１が除去されるのは、突出部２２１と成形体９１との間でのホローカソードの発生を回避するためである。

次に、工程（Ｓ２５０）として、第２プラズマ窒化工程が実施される。この工程（Ｓ２５０）では、図２１に示すように成形体９１が第１保持部材２１０により支持される点を除き、工程（Ｓ２３０）と同様に成形体９１のプラズマ窒化処理が実施される。以上の工程により、実施の形態５における表面処理工程が終了する。そして、実施の形態５における球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、その後必要に応じて表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより完了する。

本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具２０１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法においては、工程（Ｓ２３０）において、突出部２２１の保持領域２２１Ａで成形体９１が保持されつつプラズマ窒化が実施されるため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。その後、工程（Ｓ２４０）において、成形体９１が突出部２２１の保持領域２２１Ａで支持される状態からベース板２１１の貫通孔２１２で支持される状態に成形体９１の支持状態が変更される。そして、工程（Ｓ２５０）において、ベース板２１１の貫通孔２１２で成形体９１が保持されつつ、プラズマ窒化が実施される。このときも、成形体９１は貫通孔２１２において保持されているため、成形体９１の温度を正確に測定し、把握することができる。また、工程（Ｓ２３０）と工程（Ｓ２５０）とで、成形体９１における治具２０１との接触領域を変化させることができるため、成形体９１の表面の全域に対してプラズマ窒化を実施することができる。

その結果、本実施の形態における球状体の表面処理用治具としての治具２０１を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法によれば、球状体である成形体９１の温度を正確に把握しつつ表面の全域に対してプラズマ窒化が実施され、良好に表面処理が実施された転がり軸受の転動体を製造することができる。

なお、本実施の形態においては、まず第２保持部材２２０により成形体９１を保持してプラズマ窒化処理を実施した後、第１保持部材２１０によって成形体９１を保持してさらにプラズマ窒化処理を実施する態様について説明したが、まず第１保持部材２１０により成形体９１を保持してプラズマ窒化処理を実施した後、第２保持部材２２０によって成形体９１を保持してさらにプラズマ窒化処理を実施する態様を採用してもよい。

また、本実施の形態におけるベース板２１１の貫通孔２１２は、成形体９１の直径の２倍以上の間隔で配置されていることが望ましい。これにより、成形体９１の間隔を十分に保つことが可能となり、ホローカソードの発生をより確実に抑制することができる。ホローカソードの発生をさらに確実に抑制するためには、貫通孔２１２は、成形体９１の直径の５倍以上の間隔で配置されていることが望ましい。

（実施の形態６）
次に、本発明の別の局面に対応する他の実施の形態である実施の形態６について説明する。なお、図２２は、実施の形態５における図２１に対応する。

実施の形態６における球状体の表面処理用治具を用いた球状体の表面処理方法、および球状部品としての転がり軸受の転動体の製造方法は、基本的には実施の形態５の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態６における治具２０１は、ガイド棒２２２および支持部材２２３の長さが実施の形態５の場合よりも長く、これに伴って工程（Ｓ２４０）の手順が実施の形態５の場合とは一部異なっている。

図１７を参照して、実施の形態６における転がり軸受の転動体の製造方法においては、まず工程（Ｓ２１０）〜（Ｓ２３０）が実施の形態５の場合と同様に実施される。そして、工程（Ｓ２４０）についても基本的には実施の形態５の場合と同様に実施されるが、上述のように、ガイド棒２２２および支持部材２２３の長さが実施の形態５の場合よりも長い。これにより、支持部材２２３によって第１保持部材２１０が支持された時点で、突出部２２１と成形体９１との間にホローカソードの発生を回避するために十分な距離が確保される。そのため、実施の形態６における工程（Ｓ２４０）では、突出部２２１が除去されることなく工程（Ｓ２４０）が完了する。その後、工程（Ｓ２５０）および必要に応じて成形体９１の表面の研磨などが実施される仕上げ工程が実施されることにより、実施の形態６における転がり軸受の転動体の製造方法は完了する。

以上のように、実施の形態６における転がり軸受の転動体の製造方法によれば、実施の形態５の場合に比べて製造プロセスを簡略化することができる。

なお、良好なプラズマ窒化処理が球状体（成形体９１）に対して実施されているか否かについては、球状体の表層における窒化深さの均一性によって評価することができる。具体的には、球状体の表層における窒化深さの最も大きい値と最も小さい値との差を最も大きい値で除した上で１００を乗じた値（以下、窒化深さの差（％））が、たとえば５０％以下となる程度に窒化深さの均一性が確保されていることが好ましい。

ここで、窒化深さは、たとえば断面における硬度分布の測定、窒素濃度分布の測定、断面における腐食組織（ミクロ組織）の観察などの方法により測定することができる。

断面における硬度分布の測定では、たとえばプラズマ窒化処理が完了した球状体を表面に垂直な断面（平面）で切断し、当該断面において表面から中心に向かう方向に硬度分布を測定する。そして、所定値以上の硬度を有する領域の厚み、あるいは母材（窒化されていない領域）に対して所定値以上硬度の高い領域の厚みを窒化深さと考えることができる。

また、窒素濃度分布の測定では、たとえば上記硬度分布の測定と同様の球状体の断面における窒素濃度分布をＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｅｒ）により調査し、所定の濃度（たとえば０．１質量％）以上となっている厚みを窒化深さと考えることができる。この窒素濃度分布は、プラズマ窒化処理が完了した球状体を表面に垂直な方向にスパッタリングしつつ、ＧＤＳ（ＧＤ−ＯＥＳ）分析（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；グロー放電分光分析）により、測定することもできる。

さらに、断面における腐食組織（ミクロ組織）の観察では、たとえば上記硬度分布の測定と同様の球状体の断面を硝酸濃度３〜１０質量％程度のナイタル（硝酸アルコール溶液）にて腐食する。このとき、窒化層は母材に比べて濃く腐食される（腐食され易い）ため、腐食された断面を光学顕微鏡やＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により観察して、窒化深さを測定することができる。

また、本発明の球状体の表面処理用治具を構成する素材としては、適用すべき表面処理の温度等に耐え得る種々の素材を採用することができるが、成形が容易で十分な強度を有する鋼を素材として採用することが好ましく、特に、鋼に含まれる合金元素がスパッタリング等により球状体に付着することを抑制するため、合金元素の含有量の小さい低合金鋼（たとえば、軟鋼（ＪＩＳ Ｇ３１３１）、炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ４０５１）など）を素材として採用することが好ましい。

以下、本発明の実施例１について説明する。プラズマ窒化処理における球状体同士の好ましい間隔を調査する実験を実施した。実験の手順は以下の通りである。

まず、長さ６０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚み１０ｍｍのＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規格機械構造用炭素鋼）製の板を準備し、プラズマ窒化炉の処理室内に装入して、プラズマ窒化を実施した。プラズマ窒化は、圧力２００〜３００Ｐａの窒素および水素ガスの混合雰囲気中において４５０℃に加熱し、２時間保持する条件下で実施した。このとき、当該板を１枚のみ装入した場合と、３枚装入した場合との２通りのプラズマ窒化を実施した。いずれの場合も、温度制御用に板を別途１枚装入し、温度制御用の板の温度が４５０℃となるようにプラズマ窒化炉の出力を調節した。また、３枚装入した場合については、当該板同士の間隔を５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で５段階変化させた。そして、それぞれの場合について、板の温度を測定した。

次に、図２３を参照して実験の結果を説明する。図２３において、横軸は板を３枚装入した場合の板の間隔を示しており、縦軸は板の温度を示している。また、丸印は、板を３枚装入した場合における板の温度の測定値を示している。さらに、破線は、板を１枚のみ装入した場合における板の温度の測定値を示している。

図２３を参照して、板同士の間隔が５ｍｍとなるように板を３枚装入した場合、板の温度は１０５０℃以上にまで上昇している。これは、板同士の間隔が小さかったため、ホローカソード状態が形成されたことによるものと考えられる。そして、板同士の間隔が広くなるにつれて板の温度は低下し、間隔が３０ｍｍである場合、板を１枚のみ装入した場合に近い温度となった。さらに、間隔が５０ｍｍである場合、板の温度は板を１枚のみ装入した場合とほぼ同じ温度となった。このことから、上述のように２００〜３００Ｐａあるいはそれ以上の圧力下でプラズマ窒化処理を実施する場合、被処理物である球状体の間隔を３０ｍｍ以上とすることにより、温度の調整が容易となり、５０ｍｍ以上とすることにより、温度の調整がより容易となると考えられる。したがって、本発明の球状体の表面処理用治具における複数の凹部や貫通孔同士の間隔は、３０ｍｍ以上とすることが好ましく、５０ｍｍ以上とすることがより好ましいと考えられる。

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。

本発明の球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法は、表面の全域に対して表面処理を実施することが求められる球状体の表面処理用治具、球状体の表面処理方法および球状部品の製造方法に、特に有利に適用され得る。

１ 治具、１０ 第１保持板、１１，２１ 貫通孔、２０ 第２保持板、３０ クランプ、４０ 支持部材、９０ 底壁、９１ 成形体、１０１，１０２ 治具、１１０ ベース板、１１１ 突出部、１１２ 凹部、１１３ 裏面、１２１ ベース板、１２２ 突出部、１２３ 凹部、１２３Ａ 底面、２０１ 治具、２１０ 第１保持部材、２１１ ベース板、２１２ 貫通孔、２１３ ガイド孔、２２０ 第２保持部材、２２１ 突出部、２２１Ａ 保持領域、２２２ ガイド棒、２２３ 支持部材、２３１ 支持領域。

Claims (8)

1. 球状体の表面処理用治具であって、
   複数の貫通孔を有する第１保持部材と、
   複数の貫通孔を有する第２保持部材と、
   前記第１保持部材と前記第２保持部材との間に前記球状体を挟んだ状態で、前記第１保持部材と前記第２保持部材との相対的な位置関係を固定する固定部材とを備え、
   前記第２保持部材の前記複数の貫通孔は、前記第２保持部材を前記第１保持部材に沿って配置することにより、前記第１保持部材の前記複数の貫通孔に対応して位置するように形成されており、
   前記第１保持部材の前記複数の貫通孔および前記第２保持部材の前記複数の貫通孔の各々は、前記第１保持部材と前記第２保持部材との間に前記球状体を挟んだ状態で前記第１保持部材と前記第２保持部材との位置関係を反転させても、前記球状体を１つずつ支持することができるように設けられている、球状体の表面処理用治具。
2. 球状体の表面処理用治具であって、
   複数の貫通孔を有する第１保持部材と、
   複数の貫通孔を有する第２保持部材とを備え、
   前記第２保持部材の前記複数の貫通孔は、前記第２保持部材を前記第１保持部材に沿って配置することにより、前記第１保持部材の前記複数の貫通孔に対応して位置するように形成されており、
   前記複数の貫通孔は前記球状体の直径の２倍以上の間隔で配置されている、球状体の表面処理用治具。
3. 前記貫通孔は等間隔に配置されている、請求項１または請求項２に記載の球状体の表面処理用治具。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の球状体の表面処理用治具を用いて実施される球状体の表面処理方法であって、
   前記第１保持部材の前記複数の貫通孔の各々において前記球状体を１つずつ支持することにより、前記第１保持部材によって前記複数の球状体を保持する工程と、
   前記第１保持部材によって保持された前記複数の球状体に対して表面処理を実施する工程と、
   表面処理が実施された前記複数の球状体を前記第１保持部材と前記第２保持部材とにより挟持した状態で、前記第１保持部材と前記第２保持部材との位置関係を反転させる工程と、
   前記第１保持部材を前記複数の球状体から離脱させることによって、前記第２保持部材の前記複数の貫通孔の各々において前記球状体を１つずつ支持することにより、前記第２保持部材によって前記複数の球状体を保持する工程と、
   前記第２保持部材によって保持された前記複数の球状体に対して表面処理を実施する工程とを備えた、球状体の表面処理方法。
5. 前記球状体は導電体からなっており、
   前記表面処理は、前記球状体と前記球状体に対向して配置される部材との間に電圧が印加されつつ実施される、請求項４に記載の球状体の表面処理方法。
6. 前記表面処理はプラズマ窒化処理である、請求項４または５に記載の球状体の表面処理方法。
7. 球状の成形体を準備する工程と、
   前記成形体の表面処理を実施する工程とを備え、
   前記表面処理は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の球状体の表面処理方法を用いて実施される、球状部品の製造方法。
8. 前記球状部品は転がり軸受の転動体である、請求項７に記載の球状部品の製造方法。

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