JP6423740B2

JP6423740B2 - 軌道輪の製造方法

Info

Publication number: JP6423740B2
Application number: JP2015031556A
Authority: JP
Inventors: 浩平水田; 大木　力; 力大木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP2016153666A

Description

本発明は、軌道輪の製造方法に関するものである。本発明は、特に、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法に関するものである。

従来、スラストニードル軸受の軌道輪は、以下の工程により製造されている。まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材が準備される。次に、このコイル材から巻き戻された薄板状の鋼材に対して打抜き加工および成形加工が順に施される。これにより、軌道輪の概略形状を有するリング状の成形体が得られる。次に、熱処理前の段取り工程が実施される。そして、リング状の成形体に対して浸炭処理などの熱処理が施される。その後、衝風を当てて成形体を冷却することにより、当該成形体に焼入処理が施される。最後に、焼入後の成形体にプレステンパー（焼戻処理）を施すことにより、当該成形体の形状が整えられる。上記のような工程により、スラストニードル軸受の軌道輪が製造されている。

また鋼材の成形加工技術として、ダイクエンチ工法が知られている。このダイクエンチ工法は、加熱された鋼材をプレス成形すると同時にダイにより急冷して焼入処理を行う技術である（たとえば特許文献１）。

特開２００８−２９６２６２号公報

上記のように、従来のスラストニードル軸受の軌道輪の製造工程は、打抜き加工、成形加工、熱処理、焼入処理および焼戻処理などの多くの工程からなっている。また、スラストニードル軸受の軌道輪は肉厚が薄いため、熱処理前の段取り工程において手間が掛かる。このように、従来では、製造工程の多工程化などによって軌道輪の製造コストが高くなるという問題がある。よって、軌道輪の製造工程をより短縮することにより製造コストを低減し、より安価な軌道輪を提供可能にすることが求められる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程がより短縮された軌道輪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、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することである。

本発明に係る軌道輪の製造方法は、鋼材および鋼材から軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、鋼材を成形台に設置する工程と、成形台において鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、成形台においてリング状の鋼材を焼入処理することにより軌道輪を得る工程とを備える。上記軌道輪を得る工程では、鋼材に対して鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとを行う。

本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の製造工程をより短縮することができる。また本発明に従った軌道輪によれば、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。本発明の実施の形態１に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る軌道輪の製造方法における、（Ａ）鋼材に供給される電流の経時変化、（Ｂ）鋼材の温度の経時変化、（Ｃ）プレス機のストローク、（Ｄ）油圧式チャックの動作，（Ｅ）第１および第２クランプ部の動作を示す図である。本発明の実施の形態１に係る軌道輪の製造方法に使用されるコイル材を示す概略斜視図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、鋼材がプレス機に設置された状態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、通電端子から鋼材に電流が供給される状態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、鋼材がプレス機により打ち抜かれる状態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、リング状に打ち抜かれた鋼材が成形加工される状態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、リング状に打ち抜かれた鋼材が焼入処理される状態を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法に使用されるプレス機に設けられた水冷回路を示す概略平面図である。鋼材の供給部を用いて鋼材に対して張力を加える方法を説明するための概略図である。鋼材の矯正部を用いて鋼材に対して張力を加える方法を説明するための概略図である。通電加熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。誘導加熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。接触伝熱を用いた加熱方法を説明するための概略図である。本発明の実施の形態に係る軌道輪の製造方法の変形例を説明するための概略断面図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。比較例における軌道輪の製造方法を説明するための概略図である。実施例に係る軌道輪の製造に用いた軌道輪の製造装置を示す概略断面図である。実施例に係る軌道輪の写真である。実施例に係る軌道輪における鋼組織の写真である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

まず、本発明の一実施の形態に係るスラストニードルころ軸受１の構成について説明する。図１は、スラストニードルころ軸受１の軸方向に沿った断面構造を示している。図１を参照して、スラストニードルころ軸受１は、一対の軌道輪１１と、複数のニードルころ１２と、保持器１３とを主に有している。

軌道輪１１は、たとえば炭素濃度が０．４質量％以上である鋼からなり、円盤形状を有している。軌道輪１１は、一方の主面においてニードルころ１２が接触する軌道輪転走面１１Ａを有している。一対の軌道輪１１は、軌道輪転走面１１Ａが互いに対向するように配置されている。軌道輪１１は、ビッカース硬さが７００ＨＶ以上である。軌道輪１１の軌道輪転走面１１Ａにおける平面度は、約１０μｍである。

ニードルころ１２は鋼からなり、外周面においてころ転動面１２Ａを有している。ニードルころ１２は、図１に示すように、ころ転動面１２Ａが軌道輪転走面１１Ａに接触するように、一対の軌道輪１１の間に配置されている。

保持器１３はたとえば樹脂からなり、複数のニードルころ１２を軌道輪１１の周方向において所定のピッチで保持する。より具体的には、保持器１３は、円環形状を有するとともに、周方向において等間隔に形成された複数のポケット（図示しない）を有している。そして、保持器１３は、当該ポケットにおいてニードルころ１３を収容する。

複数のニードルころ１２は、保持器１３によって軌道輪１１の周方向に沿った円環状の軌道上において転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受１は、一対の軌道輪１１が互いに相対的に回転可能に構成されている。また軌道輪１１は、以下に説明する本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造される。

次に、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図３は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法における、（Ａ）鋼材に供給される電流の経時変化、（Ｂ）鋼材の温度の経時変化、（Ｃ）プレス機のストローク、（Ｄ）油圧式チャックの動作、（Ｅ）第１および第２クランプ部の動作をそれぞれ示している。以下、図２のフローチャートおよび図３のタイムチャートを主に参照しながら、図２および図３に付された「Ｓ０〜Ｓ１２」の順に本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を説明する。

まず、軌道輪１１を得るための材料である鋼材が準備される（Ｓ０）。具体的には、図４を参照して、鋼材としてのコイル材２が準備される。コイル材２は、図４に示すように、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたものである。

コイル材２は、たとえば０．４質量％以上の炭素を含む鋼からなる。より具体的には、コイル材２は、たとえばＳＡＥ規格のＳＡＥ１０７０、機械構造用炭素鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳ４０ＣおよびＳ４５Ｃ、高炭素クロム軸受鋼であるＪＩＳ規格のＳＵＪ２、炭素工具鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＫ９５、機械構造用合金鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＣＭ４４０、合金工具鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＫＳ１１、ばね鋼鋼材であるＪＩＳ規格のＳＵＰ１３、またはステンレス鋼材であるＪＩＳ規格のＳＵＳ４４０などの鋼からなる。またコイル材２は、２ｍｍ以下の厚みを有する薄板状の鋼材である。

次に、コイル材２から軌道輪１１を得るための成形台としてのプレス機３が準備される（Ｓ０）。まず、プレス機３の構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、プレス機３の上下方向（図中両矢印に示す方向）に沿った断面を示している。プレス機３は、プレス用ダイ３０と、成形用ダイ３１，３２と、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂと、通電端子３４とを主に有している。

プレス用ダイ３０は、円筒状のプレス部３５を有している。プレス部３５は、コイル材２に接触させて、当該コイル材２の打抜き加工を行うための部分である。またプレス部３５には、先端部を切り欠いた凹部３５Ａが形成されている。プレス用ダイ３０は、上下方向において成形用ダイ３１，３２と対向するように配置されている。またプレス用ダイ３０は、図示しない駆動機構によって、成形用ダイ３１，３２に接近するように、または成形用ダイ３１，３２から離れるようにストロークさせることが可能となっている。

図１０は、プレス部３５を平面視した状態を示している。図１０中破線で示すように、プレス部３５の内部には、冷却水の通路となる水冷回路３５Ｂが周方向に沿って設けられている。図１０では、冷却水の流れを示す矢印が付されている。このように冷却水を循環させてプレス部３５を冷却することにより、当該プレス部３５をコイル材２に接触させた際に、当該コイル材２の急速冷却（ダイクエンチ）を行うことができる。

図５を参照して、成形用ダイ３１，３２は、上下方向においてプレス用ダイ３０と対向するように配置されている。成形用ダイ３１は、図５に示すように円柱形状を有しており、その外周部において径方向外側に突出する凸部３１Ａが形成されている。成形用ダイ３２は、成形用ダイ３１の直径よりも大きい直径を有するリング形状からなる。成形用ダイ３２は、径方向において成形用ダイ３１との間に隙間を有するように、成形用ダイ３１の外側に配置されている。図７に示すように、プレス用ダイ３０が成形用ダイ３１，３２側へストロークされた場合、プレス部３５が成形用ダイ３１，３２の隙間に位置する。

第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、プレス機３においてコイル材２を固定し、かつコイル材２に対して張力を印加するためのものである。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、コイル材２を上記上下方向から挟持している状態と、挟持していない状態とを変更可能に設けられている。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、任意の構成を有していればよいが、たとえば油圧クランプやエアクランプであってもよい。

第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、コイル材２の延在方向において、プレス用ダイ３０および成形用ダイ３１，３２を挟んで互いに対向する位置に設けられている。第１クランプ部３３Ａは上記延在方向においてコイル材２の供給側に配置され、第２クランプ部３３Ｂは上記延在方向においてコイル材２の排出側に配置されている。

第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、互い対向する方向（コイル材２の延在方向）において相対的に移動可能に設けられている。たとえば、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂはそれぞれ油圧クランプであって油圧シリンダ（図示しない）を含み、当該油圧シリンダにより上記対向する方向において互いに離れるように移動可能に設けられている。これにより、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、プレス用ダイ３０と成形用ダイ３１，３２との間に配置された当該コイル材２に対し、コイル材２の延在方向に張力を印加することができる。コイル材２に対して第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂが印加可能な張力は、０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である。ここで、張力とは、コイル材２の長さ方向の応力（コイル材２を伸ばすための応力であって、具体的にはコイル材２を通電するためにクランプし、熱膨張によるたわみを伸ばすためにコイル材２に印加される応力）をいう。

通電端子３４は、コイル材２に電流を供給するためのものである。より具体的には、通電端子３４は、図示しない直流電源または交流電源に接続されており、コイル材２に直流電流または交流電流を供給する。そして、この電流の供給によって生じた発熱によりコイル材２を加熱することができる。通電端子３４は、たとえば第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂよりも内側に位置し、コイル材２において第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにより張力が加えられている部分に接触可能に設けられている。上記のような構成を有するプレス機３が準備される。

次に、コイル材２がプレス機３に設置される（Ｓ１）。具体的には、コイル材２がプレス機３の第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにより挟持される（Ｓ２）。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂには、コイル材２を保持するための圧力が供給される。

次に、コイル材２に張力が加えられる（Ｓ３）。具体的には、図５を参照して、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂのうちの少なくとも一方がコイル材２の延在方向において他方から離れるように相対的に移動される。これにより、コイル材２において、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにそれぞれ保持されている部分の間に位置する領域には、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂの相対的な移動量（第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂ間の距離の変化量）に応じた張力が加えられる。コイル材２に対して加えられる張力は、たとえば０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である。第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂの相対的な位置関係は、少なくともプレス成形が終了する（Ｓ９）まで保持される。つまり、コイル材２に加えられる張力は、少なくとも加熱およびプレス成形が行われる間保持される。

次に、通電加熱が開始される（Ｓ４）。具体的には、図６を参照して、まず通電端子３４がコイル材２に接触させられる。そして、通電端子３４を介してコイル材２に電流が供給される。これにより、コイル材２が電流の供給により生じた発熱（ジュール熱）によって加熱される（通電加熱）。そして、コイル材２の温度が目標温度に到達した後（Ｓ５）、コイル材２が当該目標温度において一定時間保持される（Ｓ６）。このようにして、プレス機３におけるコイル材２の通電加熱が完了する（Ｓ７）。

コイル材２の加熱温度（目標温度）は、当該コイル材２を構成する鋼のＡ₁変態点以上の温度であって、たとえば１０００℃である。「Ａ₁変態点」とは、鋼を加熱した場合に、当該鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点をいう。そのため、上記通電加熱によって、コイル材２を構成する鋼の組織がオーステナイトに変態する。

次に、コイル材２のプレス成形が開始される（Ｓ８）。具体的には、図７を参照して、プレス用ダイ３０が成形用ダイ３１，３２側へストロークする。これにより、図７に示すように、プレス部３５がコイル材２に接触し、コイル材２の一部が当該コイル材２の厚み方向においてリング状に打ち抜かれる（Ｓ９）。これにより、リング状の成形体２Ａが得られる。

次に、図８を参照して、プレス用ダイ３０がさらに成形用ダイ３１，３２側へストロークされることにより、成形体２Ａの内周部が成形用ダイ３１の凸部３１Ａと接触する。そして、プレス用ダイ３０がそのままストロークされることにより、下死点に到達する（Ｓ１０）。これにより、図９を参照して、成形体２Ａの内周部が、当該成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにして、プレス機３において成形体２Ａに成形加工が施される。

次に、図９を参照して、成形体２Ａがプレス機３（プレス用ダイ３０、成形用ダイ３１およびベース部３６）と接触した状態において一定時間保持される。このとき、上記のようにプレス用ダイ３０内の水冷回路３５Ｂに冷却水が供給される（図１０）。これにより、成形体２ＡがＭ_s点以下の温度にまで急冷されることにより、焼入処理が行われる。ここで、「Ｍ_s点（マルテンサイト変態点）」とは、オーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。その結果、成形体２Ａを構成する鋼の組織がマルテンサイトに変態する。このようにして、成形体２Ａの焼入処理（ダイクエンチ）が完了する（Ｓ１１）。最後に、コイル材２を保持するために第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂに供給されていた圧力がアンクランプされ（Ｓ１２）、抜きカス材となったコイル材２および焼入処理が完了した成形体２Ａがプレス機３から取り出される。このとき、第１クランプ部３３Ａと第２クランプ部３３Ｂとの間のクランプ力を緩めることにより、コイル材２に加えられていた張力が緩められる（Ｓ１２）。上記のような工程により、軌道輪１１が製造され、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法が完了する。

本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、上記の構成に限られるものではない。
コイル材２に張力を加える方法としては、プレス機３の内部に設けられた第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂを用いる方法に限られない。たとえば、プレス機３の外部に設けられた第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂを用いる方法であってもよい。言い換えると、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂはいずれもプレス機３の外部に設けられていてもよい。

また、図５における第１クランプ部３３Ａに代えて、図１１に示すようにプレス機３にコイル材２を供給可能に設けられている供給部４０（アンコイラ）を用いてもよいし、図１２に示すように供給部４０からプレス機３に供給されるコイル材２の歪みを矯正可能に設けられている矯正部５０（レベラ）を用いてもよい。このようにしても、これらと第２クランプ部３３Ｂとのうちの少なくとも一方を駆動させることにより、これらと第２クランプ部３３Ｂとの間に位置するコイル材２に張力を加えることができる。

たとえば、供給部４０に巻き戻し動作をさせることにより、供給部４０と第２クランプ部３３Ｂとにより保持されているコイル材２の延在方向における２点間に張力を加えることができる。また、たとえばコイル材２の延在方向において第２クランプ部３３Ｂを矯正部５０から離すように移動させることにより、矯正部５０と第２クランプ部３３Ｂとにより保持されているコイル材２の延在方向における２点間に張力を加えることができる。

コイル材２の加熱方法としては、通電加熱に限られるものではなく、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法を採用することができる。以下、各加熱方法についてより詳細に説明する。

図１３（ａ）および（ｂ）を参照して、抵抗加熱においては、抵抗Ｒ_１を有する被加熱物１００を直接通電して生じたジュール熱により被加熱物１００を加熱する方法と、抵抗Ｒ_２を有する発熱体１０２を通電して生じたジュール熱により、発熱体１０２の近くに配置された被加熱物１００を間接的に加熱する方法とがある。

図１３（ａ）を参照して、被加熱物１００を直接通電して加熱する方法においては、抵抗Ｒ_１を有する被加熱物１００に対して電源１０１から電流Ｉが供給される。これにより、被加熱物１００において電流Ｉの供給による発熱（Ｐ＝Ｒ_１Ｉ²）が生じて、当該被加熱物１００が加熱される。本実施の形態においては、コイル材２に対して通電端子３４から直流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材２が加熱されてもよい。また、コイル材２に対して通電端子３４から交流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材２が加熱されてもよい。

また、図１３（ｂ）を参照して、被加熱物１００を間接的に加熱する方法においては、抵抗Ｒ_２を有する発熱体１０２に対して電源１０１から電流Ｉが供給される。これにより、発熱体１０２において電流Ｉの供給による発熱（Ｐ＝Ｒ_２Ｉ²）が生じて、当該発熱体１０２が加熱される。本実施の形態においては、発熱体１０２に対しては、直流電流が供給されてもよいし、交流電流が供給されてもよい。

図１４を参照して、誘導加熱においては、コイル１０３に対して交流電源１０４から交流電流が供給されることにより、被加熱物１００において交番磁束Ｂが発生する。また被加熱物１００において、交番磁束Ｂを打ち消す方向に渦電流Ｉが発生する。そして、渦電流Ｉと被加熱物１００の抵抗Ｒとにより生じた発熱によって、被加熱物１００が加熱される。

図１５を参照して、接触伝熱においては、内部加熱ロール１０５と外部加熱ロール１０６からの伝熱によって、被加熱物１００が加熱される。また遠赤外線加熱においては、被加熱物に遠赤外線を照射することにより、遠赤外エネルギーが当該被加熱物に与えられる。これにより、被加熱物を構成する原子間の振動が活性化することで発熱が生じ、被加熱物が加熱される。

また、プレス機３において、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂは、コイル材２の表面に沿った方向であって延在方向に垂直な方向（幅方向）において、プレス用ダイ３０および成形用ダイ３１，３２を挟んで互いに対向する位置に設けられていてもよい。

また、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、図９に示すように、成形体２Ａの内周部が成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられることにより、プレス機３において成形体２Ａに成形加工が施されているが、これに限られるものではない。図１６を参照して、リング状の成形体２Ａの外周部（内周部ではなく）に成形加工が施されてもよい。この場合、成形用ダイ３２の内周面において径方向内側に突出する凸部３２Ａが形成されている。このため、上記実施の形態の場合と同様にプレス用ダイ３０のストロークを行った場合、リング状の成形体２Ａの外周部が当該凸部３２Ａに接触する。そして、上記実施の形態の場合と同様に、プレス用ダイ３０が下死点に到達するまでストロークされる。これにより、図１６に示すように、成形体２Ａの外周部が、当該成形体２Ａの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにしても、焼入処理の前にプレス機３において成形体２Ａに成形加工を施すことができ、上記実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。

また、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにおいて、コイル材２を上下方向に挟み込んでこれを保持する一方の部材は通電端子３４を兼ねていてもよい。この場合、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにおいて、当該一方の部材とコイル材２を挟んで反対側に位置する他方の部材は、当該一方の部材との間で通電不能にもうけられている。このようにすれば、プレス機３の構成を簡略化することができる。

次に、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法による作用効果について、比較例を参照しながら説明する。まず、比較例における軌道輪の製造方法について、図１７〜図２５を参照して説明する。図１７を参照して、まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材２００が準備される。次に、図１８および図１９を参照して、コイル材２００がダイ３１０上に設置され、ダイ３００をダイ３１０側へストロークすることにより、コイル材２００に打抜き加工が施される。これにより、リング状の成形体２００Ａが得られる。次に、図２０および図２１を参照して、成形体２００Ａがダイ３３０上に設置され、ダイ３２０をダイ３３０側へストロークすることにより、成形体２００Ａの内周部に成形加工が施される。

次に、図２２を参照して、熱処理前の段取り工程において、複数の成形体２００Ａがバー４１０に掛けられた状態で並べられる。その後、図２２および図２３を参照して、これらの成形体２００Ａが浸炭炉４００の中に入れられ、当該成形体２００Ａに対して浸炭処理が実施される。次に、図２４を参照して、浸炭処理後の成形体２００Ａに衝風４２０を当てて冷却することにより、当該成形体２００Ａに焼入処理が施される。最後に、図２５を参照して、焼戻炉４３０において焼入処理後の成形体２００Ａに対してプレステンパーが施される。以上のように、比較例の軌道輪の製造方法は多くの工程からなるため、軌道輪の製造コストが高くなる。

これに対して、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、コイル材２の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程が、全てプレス機３において一つの工程として実施される。そのため、上記比較例における軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪の提供が可能になる。

さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪を得る工程では、鋼材に対して鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとが行われる。そのため、当該軌道輪を得る工程において鋼材に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行う場合と比べて、得られる軌道輪の加工品質を向上させることができる。

本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪１１は、以下のように評価することにより高い加工品質を有していることを確認できた。

具体的には、鋼材ＳＡＥ１０７０からなるコイル材２と図２６に示すプレス機３とを用いて本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を実施した。図２６に示すプレス機３は、第１クランプ部３３Ａと一方の通電端子３４とが１つのシリンダ３７に接続されており、第２クランプ部３３Ｂと他方の通電端子３４とが別の１つのシリンダ３７に接続されている構成とした。さらに、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにおいて、コイル材２を上下方向に挟み込んでこれを保持する一方の部材と通電端子３４とは、コイル材２に対して同時に接触可能な構成とした。つまり、第１クランプ部３３Ａおよび第２クランプ部３３Ｂにおいて当該一方の部材とコイル材２を挟んで反対側に位置する他方の部材上にコイル材２を配置し、当該一方の部材を降下させてコイル材２に接触させることにより、通電端子３４をコイル材２に接触可能な構成とした。

図２６に示すプレス機３を用いて、コイル材２に対して延在方向に１０ＭＰａの張力を印加した状態のまま、Ａ_１変態点以上の温度である１０００℃までコイル材２を直接抵抗加熱し、その後ダイクエンチ加工を行った。

このようにして図２７の写真に示すような軌道輪１１が製造された。このようにして製造された複数の軌道輪１１（鋼材：ＳＡＥ１０７０）に対してビッカース硬さ測定を行った結果、平均の硬さは約７９０ＨＶであった。また、この軌道輪１１の一部を切断し、その断面をナイタル腐食し、当該断面を光学顕微鏡によりミクロ組織観察した場合、図２８の写真のようなマルテンサイト組織が確認された。

さらに、軌道輪１１に対してタリロンドを用いて平面度の測定を行った結果、平面度は約１０μｍであった。これに対し、本実施の形態における軌道輪を得る工程において、コイル材２に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行って得られた軌道輪は、平面度が約４０μｍであった。

このように、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法によれば、製造工程の短縮を図るとともに、十分な焼入処理を施すことにより高い硬度を有し、かつ高い加工品質を有する軌道輪１１を製造することができることが確認された。

ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

（１）本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、鋼材（コイル材２）および鋼材（２）から軌道輪（１１）を得るための成形台（プレス機３）を準備する工程と、鋼材（２）を成形台（３）に設置する工程と、成形台（３）において鋼材（２）をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に鋼材（２）の一部をリング状に打ち抜き、その後、成形台（３）においてリング状の鋼材（２）を焼入処理することにより軌道輪（１１）を得る工程とを備える。上記軌道（１１）を得る工程では、鋼材（２）に対して鋼材（２）の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、上記加熱と上記打ち抜きとを行う。

本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、鋼材（２）の加熱、打ち抜きおよび焼入処理のそれぞれの工程が、全て成形台（３）において一つの工程として実施される。そのため、従来の軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪（１１）の提供が可能になる。このように、本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の製造工程をより短縮することができる。

さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪（１１）を得る工程では、鋼材（２）に対して鋼材（２）の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとが行われる。そのため、当該軌道輪を得る工程において鋼材に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行う場合と比べて、得られる軌道輪（１１）の加工品質を向上させることができる。

具体的には、鋼材に対して上記張力を印加せずに、鋼材を成形台においてＡ₁変態点以上の温度に加熱する場合には、鋼材に加熱による変形が生じる。特に、スラストニードルころ軸受の軌道輪は、上述のように肉厚が薄いために加熱により変形が生じやすい。鋼材においてこのような変形が生じた場合、変形部分が成形台（プレス機３）の一部（たとえば成形用ダイ３２）と接触する可能性が有る。このような接触が生じると、鋼材に与えられた熱は当該接触している部分から成形台に放熱されるため、鋼材（特に加工対象部分。たとえば２つのクランプ部にそれぞれ保持されている部分に挟まれている部分）に熱分布が生じてＡ₁変態点以上の温度まで加熱されない領域が生じることがある。その結果、鋼材に対して上記張力を印加せずに成形台において鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱されて、さらに打ち抜きおよび焼入処理されて得られた軌道輪には、上記変形に起因した加熱不良により十分な加工品質が得られていないものが生じることがあった。

さらに、鋼材に対して上記張力を印加せずに、鋼材を成形台において打ち抜き加工をする場合には、鋼材に加熱による変形が生じた状態で打ち抜き加工を行うことになるため、打ち抜き加工の精度が低下するという問題があった。

これに対し、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪（１１）を得る工程では、鋼材（２）に対して鋼材（２）の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で加熱が行われるため、加熱による鋼材（２）の変形を軽減または抑制することができる。その結果、鋼材（２）と成形台（３）とが接触することを防止することができるため、鋼材（２）から成形台（３）への鋼材（２）の一部分を介した放熱が抑制されており、鋼材（２）の上記加工対象部分の全体をＡ₁変態点以上の温度に加熱することができる。

さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪（１１）を得る工程では、鋼材（２）に対して上記張力を加えた状態で鋼材（２）を成形台（３）において打ち抜き加工が行われるため、全体がＡ₁変態点以上の温度に加熱されて変形が軽減または抑制された鋼材（２）に対して打ち抜き加工を行うことができる。その結果、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪（１１）は、打ち抜き加工の精度低下が抑制されており、高精度で加工されている。また、当該軌道輪（１１）は、加工品質のバラつきが低減されている。

（２）上記軌道輪の製造方法において、上記張力は、０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である。

これにより、加熱による鋼材（２）の変形を十分に軽減または抑制することができる。その結果、このようにして得られた軌道輪（１１）は、安価でかつ高い加工品質を有している。

（３）上記軌道輪の製造方法の上記軌道輪を得る工程において、鋼材（２）には、成形台（３）に鋼材（２）を供給可能に設けられている供給部（４０）、供給部（４０）から成形台（３）に供給される鋼材の歪みを矯正可能に設けられている矯正部（５０）、および鋼材（２）の一部分を保持可能に設けられている第１クランプ部（３３Ａ）の少なくともいずれか１つと、当該１つと成形台（３）に対して反対側に位置し、鋼材（２）の他の一部分を保持可能に設けられている第２クランプ部（３３Ｂ）とを用いて、張力が加えられる。

これにより、供給部（４０）、矯正部（５０）および第１クランプ部（３３Ａ）の少なくともいずれか１つと、第２クランプ部（３３Ｂ）とが、それぞれ鋼材（２）を保持している状態で互いに離れるように相対的に移動することにより、成形台（３）において加熱および打ち抜きの各工程が実施される鋼材（２）に対して張力を加えることができる。このようにすれば、安価でかつ加工品質の高い軌道輪（１１）を得ることができる。

（４）上記軌道輪の製造方法において、焼入処理の前に、成形台（３）においてリング状の鋼材（リング状の成形体２Ａ）に成形加工が施されてもよい。成形加工では、リング状の鋼材（２Ａ）の内周部または外周部が、リング状の鋼材（２Ａ）の厚み方向に向くように折り曲げられてもよい。

これにより、鋼材（２）の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程を、全て成形台（３）において一つの工程として実施することができる。その結果、軌道輪（１１）の製造工程をさらに短縮することができる。また、リング形状の内周部または外周部が厚み方向に折り曲げられたスラスト軸受用軌道輪（１１）を製造することができる。

（５）上記軌道輪の製造方法において、鋼材（２）は、０．４質量％以上の炭素を含んでいてもよい。鋼材（２）は、２ｍｍ以下の厚みを有していてもよい。また鋼材（２）は、厚み方向においてリング状に打ち抜かれてもよい。

これにより、焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪（１１）を製造することができる。また、このように比較的薄い鋼材（２）を用いることにより、当該鋼材（２）の打抜きが容易になり、かつ当該鋼材（２）に対して十分な焼入処理を実施することができる。

（６）上記軌道輪の製造方法において、鋼材（２）は、通電加熱、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法により加熱されてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、鋼材（２）の加熱方法として任意の加熱方法を採用することができる。なお、通電加熱では、鋼材（２）に直流電流または交流電流が供給されることにより生じた発熱により鋼材（２）が加熱されてもよい。このように、通電加熱においては、直流電流および交流電流のいずれも採用することができる。

（７）上記軌道輪の製造方法においては、７００ＨＶ以上の硬度を有する軌道輪（１１）が得られてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、製造工程を短縮するとともに、鋼材（１１）に対して十分な焼入処理を実施することにより、当該焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪（１１）を製造することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態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のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の軌道輪の製造方法は、製造工程をより短縮することが要求される軌道輪の製造方法において、特に有利に適用され得る。また本発明の軌道輪は、製造コストの低減が要求される軌道輪において、特に有利に適用され得る。

１スラストニードルころ軸受、２コイル材、３プレス機、１１軌道輪、１１Ａ軌道輪転走面、１２ニードルころ、１２Ａ転動面、１３保持器、３０プレス用ダイ、３１，３２成形用ダイ、３１Ａ，３２Ａ凸部、３３Ａ第１クランプ部、３３Ｂ第２クランプ部、３４通電端子、３５プレス部、３５Ａ凹部、３５Ｂ水冷回路、３６ベース部、４０供給部、５０矯正部、１００被加熱物、１０１電源、１０２発熱体、１０３コイル、１０４交流電源、１０５内部加熱ロール、１０６外部加熱ロール、Ｂ交番磁束、Ｉ電流（渦電流）。

Claims

軌道輪の製造方法であって、
鋼材および前記鋼材から前記軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、
前記鋼材を前記成形台に設置する工程と、
前記成形台において前記鋼材をＡ₁変態点以上の温度に加熱した後に前記鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、前記成形台においてリング状の前記鋼材を焼入処理することにより前記軌道輪を得る工程とを備え、
前記軌道輪を得る工程では、前記鋼材に対して前記鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、前記加熱と前記打ち抜きとを行う、軌道輪の製造方法。
前記張力は、０ＭＰａ超え５００ＭＰａ以下である、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
前記軌道輪を得る工程において、前記鋼材には、前記成形台に前記鋼材を供給可能に設けられている供給部（アンコイラ）、前記供給部から前記成形台に供給される前記鋼材の歪みを矯正可能に設けられている矯正部（レベラ）、および前記鋼材の一部分を保持可能に設けられている第１クランプ部の少なくともいずれか１つと、前記１つと前記成形台に対して反対側に位置し、前記鋼材の他の一部分を保持可能に設けられている第２クランプ部とを用いて、前記張力が加えられる、請求項１または請求項２に記載の軌道輪の製造方法。
前記焼入処理の前に、前記成形台においてリング状の前記鋼材に成形加工が施され、
前記成形加工では、リング状の前記鋼材の内周部または外周部が、リング状の前記鋼材の厚み方向に向くように折り曲げられる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
前記鋼材は、０．４質量％以上の炭素を含み、２ｍｍ以下の厚みを有しており、かつ前記厚み方向においてリング状に打ち抜かれる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
前記軌道輪を得る工程において、前記鋼材は、通電加熱、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱、および遠赤外線加熱からなる群から選択される少なくともいずれか１つの方法により加熱される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
７００ＨＶ以上の硬度を有する前記軌道輪が得られる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。