JP6634937B2 - ころ軸受用軌道輪、ころ軸受用軌道輪の製造方法及びころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、ころ軸受用軌道輪及びその製造方法、並びに、上記ころ軸受用軌道輪を備えたころ軸受に関する。

自動車、産業機械等に用いられるころ軸受を構成するころ軸受用軌道輪は、転動体（ころ）との間で相対的に転がり接触をする軌道部を有している。上記軌道部は、転動体との転がり接触によって転動体からの荷重を受ける部分であり、軌道部の機械的特性は、ころ軸受の転動疲労寿命に大きく影響する。

そこで、上記軌道部の機械的特性を改善し、ころ軸受の転動疲労寿命を向上する手法が検討されている。
例えば、軌道部（軌道面）の高硬度化を図り、ころ軸受の転動疲労寿命を向上させる手法として、浸炭窒化処理が施された軸受用鋼をころ軸受軌道輪の鋼材として使用することが知られている。
また、例えば、特許文献１には、ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼を調質した後、表面のみ高周波焼入れを行うことにより、表面を７００Ｈｖ以上の硬さとし、かつ内部硬さを３４０〜４９０Ｈｖと低硬度とした軸受軌道輪が提案されており、この軸受軌道輪を用いることによって軸受の転がり寿命を向上させる手法が提案されている。

特開２０１３−２３８２７４号公報

上述した手法によればころ軸受の転動疲労寿命は改善することが可能である。しかしながら、上記転動疲労寿命については更なる向上が望まれていた。
また、浸炭窒化処理は、長時間の熱処理を必要としており、この熱処理によるコスト増加は避けることができなかった。そのため、低コストでころ軸受の転動疲労寿命を向上させる手法が望まれていた。
一方、ころ軸受用軌道輪の軌道部には、当該軌道部の一部にころの転動面の端部から高荷重を受けて、ころとの接触圧力の高くなる部位（所謂、エッジロード）が生じており、ころ軸受の転動疲労寿命は、軌道部の高荷重を受ける部位の寿命に依存していた。

本発明者らは、このような事情に鑑みて転動疲労寿命に優れたころ軸受を提供すべく鋭意検討を行い、その結果、ころ軸受用軌道輪の軌道部に高い圧縮残留応力を有する部位を設けることにより、このころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受の転動疲労寿命を向上させることができることを見出し、本発明を完成した。

本発明のころ軸受用軌道輪は、高炭素クロム軸受鋼からなる環状のころ軸受用軌道輪であって、
焼戻しマルテンサイト又はソルバイトからなり、かつビッカース硬さが４５０ＨＶ以上、５５０ＨＶ未満である内層部と、
上記内層部の周囲全体を包囲し、かつ表面のビッカース硬さが７００ＨＶ以上、８００ＨＶ未満であり、焼戻しマルテンサイトからなる表層部と
を有し、
上記表層部は、ころと転がり接触する軌道面を有する軌道部と上記軌道部以外の非軌道部とからなり、
上記軌道部は、軌道面の圧縮残留応力が相対的に高い第１軌道部と、上記圧縮残留応力が上記第１軌道部に比べて低い第２軌道部とを備え、
上記第１軌道部の軌道面は、上記ころの転動面の少なく一方の軸方向端部と接触する部分を有する、ことを特徴とする。

本発明のころ軸受用軌道輪は、特定の組成及び硬さを有する内層部と、その周囲全体を包囲し、表面の硬さが上記内層部より硬く、特定の組成を有する表層部とを備えている。そのため、上記ころ軸受用軌道輪を用いることにより、ころ軸受の破壊強度と耐衝撃性とを向上させることができる。
更に、上記ころ軸受用軌道輪は、上記表層部を構成する軌道部の一部に、軌道部の他の部分に比べて軌道面の圧縮残留応力が高い第１軌道部を有している。ここで、上記第１軌道部は、軌道面が、上記ころの転動面の少なくとも一方の軸方向端部と接触する部分を有する位置に設けられている。そのため、上記ころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受では、上記ころ軸受用軌道輪の軌道面において、ころから高荷重を受けて、ころの転動面との接触圧力が高くなる部位（以下、エッジロード部位ともいう）の圧縮残留応力が高くなっている。その結果、上記ころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受では、転動疲労寿命の長寿命化を達成することができる。

上記ころ軸受用軌道輪において、上記第１軌道部の軌道面の圧縮残留応力は、２５０ＭＰａ以上が好ましい。この場合、上記ころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受は、浸炭窒化処理されたころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受と比べて遜色のない転動疲労寿命を達成することができる。
上記第１軌道部の軌道面の圧縮残留応力は、３２０ＭＰａ以上がより好ましい。この場合、上記ころ軸受用軌道輪を用いたころ軸受において、格別優れた転動疲労寿命を達成することができる。

本発明のころ軸受用軌道輪の製造方法は、上記ころ軸受用軌道輪を製造する方法であって、
（Ａ）高炭素クロム軸受鋼からなる環状のワークに焼入れ処理を施す工程、
（Ｂ）焼入れ処理されたワークに焼戻し処理を施す工程であって、上記ワーク全体を冷却液に浸漬し、この状態で上記ワークを加熱する工程、及び、
（Ｃ）焼戻し処理されたワークに仕上げ加工を施す工程、
を含み、
上記工程（Ｂ）は、上記焼入れ処理されたワークが浸漬された冷却液内に、上記ワークの上記第１軌道部が形成される部分に冷却液が集まるような冷却液の流れを発生させた状態で行う、ことを特徴とする。

本発明のころ軸受用軌道輪の製造方法では、ワークを冷却液に浸漬した状態で焼戻し処理を行うため、焼戻し時におけるワークの内部温度は表面温度よりも高くなる。そのため、内層部とその周囲を覆う表層部とを有し、それぞれが所定の組織及び硬度を有する本発明のころ軸受用軌道輪を製造することができる。また、上記焼戻し処理では、ワークの表層側には体積収縮の小さい低温焼戻しが施され、内部には体積収縮の大きい高温焼戻しが施されることになる。そのため、体積収縮の差によって、得られたころ軸受用軌道輪の表層部には圧縮残留応力を付与することができる。

更に、上記焼戻し処理は、上記ワークが浸漬された冷却液内に、上記ワークの上記第１軌道部が形成される部分に冷却液が集まるような冷却液の流れを発生させた状態で行う。そのため、上記焼戻し処理では、上記第１軌道部が形成される部分が他の部分に比べて高い冷却能で冷却されることになる。その結果、形成された第１軌道部の軌道面は、他の部分に比べて高い圧縮残留応力を有することになる。
このような製造方法によれば、本発明のころ軸受用軌道輪を製造することができる。

上記ころ軸受用軌道輪の製造方法では、上記工程（Ｂ）において、冷却液を噴射する噴射ノズルを使用し、上記噴射ノズルの噴射口を上記第１軌道部が形成される部分に対向させ、上記噴射口から第１軌道部が形成される部分に向かって冷却液を噴射することが好ましい。
この場合、上記噴射ノズルから噴射される冷却液によって、上記ワークが浸漬された冷却液内に、上記第１軌道部が形成される部分に冷却液が集まるような冷却液の流れを効率的に発生させることができ、上記第１軌道部が形成される部分を他の部分に比べて高い冷却能で冷却するのに特に適している。

本発明のころ軸受は、外周面に軌道部を有する内輪と、内周面に軌道部を有する外輪と、上記内外輪の両軌道部の間に配置された複数個のころとを備えたころ軸受であって、
上記内輪及び上記外輪うちの少なくとも一方が本発明のころ軸受用軌道輪であることを特徴とする。
本発明のころ軸受は、転動疲労寿命に優れる。

本発明によれば、転動疲労寿命に優れるころ軸受を低コストで提供することができる。

本発明の実施形態に係る円錐ころ軸受を示す要部断面図である。 図１に示した円錐ころ軸受の内輪の要部断面図である。 図２に示した内輪の製造方法の工程図である。 図３に示した焼入れ処理及び焼戻し処理を説明するための工程図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪の製造方法で使用する熱処理装置の一例を示す概略説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。 本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪の製造方法で使用する熱処理装置の別の一例を示す要部拡大図である。 実施例１における熱処理条件を示す線図である。 比較例１における熱処理条件を示す線図である。 比較例２における熱処理条件を示す線図である。 比較例３における熱処理条件を示す線図である。 比較例４における熱処理条件を示す線図である。

［ころ軸受］
まず、本発明の実施形態に係るころ軸受を説明する。
以下においては、上記ころ軸受の一例として円錐ころ軸受を挙げて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る円錐ころ軸受を示す要部断面図である。

本実施形態に係る円錐ころ軸受１は、外周に円錐面からなる内輪軌道面１１を有する内輪１０と、内周に円錐面からなる外輪軌道面２１を有する外輪２０と、外周に円錐面からなる転動面３１を有するとともに両軌道面１１、２１の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころ３０と、この複数の円錐ころ３０を周方向に所定の間隔で保持している保持器４０とを備えている。
内輪１０、外輪２０及び円錐ころ３０は、高炭素クロム軸受鋼からなる。高炭素クロム軸受鋼としては、例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等が挙げられる。

円錐ころ軸受１では、円錐ころ３０の転動面３１が、内輪軌道面１１及び外輪軌道面２１のそれぞれと転がり接触している。このとき、円錐ころ３０の転動面３１は、転動面３１のころ端面３２，３３とのエッジ部３１ａ，３１ｂ（転動面３１の軸方向両端部）で内輪軌道面１１及び外輪軌道面２１と高い接触圧力で接触しており、エッジ部３１ａ，３１ｂ付近にエッジロードが生じている。
特に、円錐ころ軸受１の内輪１０側では、転動面３１の大径側のエッジ部３１ａと、内輪１０の内輪軌道面１１との接触圧力が大きくなっている。

これに対して、円錐ころ軸受１では、内輪１０、外輪２０のうちの少なくとも一方が、軌道部に高い圧縮残留応力を有する第１軌道部を備えた本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪で構成されている。そのため、円錐ころ軸受１は、転動疲労寿命が長く、更に、充分な耐衝撃性及び圧壊強度が確保されている。

［ころ軸受用軌道輪］
次に、本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪について説明する。ここでは、図１に示した円錐ころ軸受１の内輪１０を例に説明する。図２は、図１に示した円錐ころ軸受の内輪の要部断面図である。
なお、本明細書において、「ビッカース硬さ」は、ころ軸受用軌道輪（例えば、内輪）の表面又は当該ころ軸受用軌道輪を径方向に沿って切断したときの切断面にビッカース圧子を当てて測定した値をいう。

図２に示す内輪１０は、内層部１５と、内層部１５の周囲全体を包囲する表層部１４とを有し、表層部１４が内層部１５に比べて相対的に高硬度（ビッカース硬さ基準）となるように構成されている。そのため、内輪１０は、圧壊強度と耐衝撃性とに優れる。

内層部１５は、焼戻しマルテンサイトからなる組織又はソルバイトからなる組織を有する。また、内層部１５は、ビッカース硬さが４５０ＨＶ以上、５５０ＨＶ未満である。内輪１０は、このような内層部１５を備えることにより、充分な圧壊強度と耐衝撃性とを確保することができる。
内層部１５のビッカース硬さが４５０ＨＶ未満では、圧壊強度が不充分となる。一方、上記ビッカース硬さが５５０ＨＶ以上では、耐衝撃性が不充分となる。

表層部１４は、内層部１５の周囲全体を囲むように形成されており、焼戻しマルテンサイトからなる組織を有する。
表層部１４は、表面のビッカース硬さが７００ＨＶ以上、８００ＨＶ未満である。表層部１４の表面のビッカース硬さが７００ＨＶ未満では転動疲労寿命が短くなる。一方、上記ビッカース硬さが８００ＨＶ以上では耐衝撃性が低下してしまう。
表層部１４のビッカース硬さは、表面のビッカース硬さが上記範囲にあり、かつ内層部１５のビッカース硬さよりも硬ければよく、表層部１４の表面から内層部１５に向かって徐々に硬度が低くなっていてもよい。

表層部１４は、円錐ころ３０と転がり接触する内輪軌道面１１を表面とする軌道部１６と、内輪１０の内周面１２を表面とする非軌道部１７Ａ及び内輪１０の鍔部１８の表面および側面１３を表面の一部とする非軌道部１７Ｂとを有する。
表層部１４（軌道部１６、非軌道部１７Ａ，１７Ｂ）は、表面のビッカース硬さが上記範囲にあることに加えて、表面から内層部１５に向ってビッカース硬さが７００ＨＶ以上の領域（以下、高硬度表面層ともいう（図２中、斜線部分参照。なお、斜線部分は高硬度表面層の深さを説明するために模式的に示したものであり、高硬度表面層の実寸法を必ずしも反映したものではない。））を所定の深さで有していることが好ましい。

軌道部１６における高硬度表面層の深さｄ１は、内輪１０を使用する際の最大せん断応力深さＺ０に対して、下記不等式（１）
３Ｚ０≦ｄ１＜８Ｚ０・・・（１）
を満足することが好ましい。上記深さｄ１が、最大せん断応力深さＺ０の３倍未満では、表面の疲労強度が低下し、内輪１０の転動疲労寿命が低下することがある。一方、上記深さｄ１が、最大せん断応力深さＺ０の８倍以上では、表面に比べて柔らかい組織からなる領域の占める割合が減少し、内輪１０の靱性が不充分になることがある。
なお、本実施形態において、ころ軸受用軌道輪を使用する際の最大せん断応力深さＺ０は、定格荷重によって異なるものの、概ね０．１〜０．２ｍｍ程度である。

非軌道部１７Ａにおける高硬度表面層の深さｄ２、及び、非軌道部１７Ｂにおける高硬度表面層の深さｄ３は、いずれも内輪１０における径方向の最大肉厚ｘに対する比（ｄ２／ｘ、ｄ３／ｘ）で、下記不等式（２）
０．０２＜（ｄ２／ｘ，ｄ３／ｘ）≦０．０４・・・（２）
を満足することが好ましい。上記高硬度表面層の深さｄ２、ｄ３の上記最大肉厚ｘに対する比が、０．０２以下では、圧壊強度が不充分になることがあり、一方、０．０４を超えると、高硬度表面層の占める割合が多くなり、耐衝撃性が不充分になることがある。

軌道部１６は、円錐ころ軸受１において、円錐ころ３０の転動面３１との接触圧力が高くなる部分（エッジロード部位）を含むように設けられた第１軌道部１６Ａと、第１軌道部１６Ａ以外の第２軌道部１６Ｂとを備える。
第１軌道部１６Ａは、表面（軌道面）の圧縮残留応力及びビッカース硬さがいずれも第２軌道部１６Ｂの表面（軌道面）の圧縮残留応力及びビッカース硬さよりも高くなっている。これにより、第１軌道部１６Ａの機械的特性を高め、内輪１０を用いたころ軸受の転動疲労寿命の高寿命化を図ることができる。

第１軌道部１６Ａの表面の圧縮残留応力は２５０ＭＰａ以上が好ましい。これにより内輪１０はより破損しにくくなり、転動疲労寿命の高寿命化を効果的に達成することができる。
第１軌道部１６Ａの表面の圧縮残留応力は、更なる高寿命化を達成できる点で３２０ＭＰａ以上がより好ましい。
一方、第１軌道部１６Ａの表面の圧縮残留応力の上限は特に限定されないが、１０００ＭＰａが好ましい。上記圧縮残留応力が高すぎると、引張残留応力の極値が発生したり、塑性変形による脆い組織となったりすることがある。
第１軌道部１６Ａでは、表面から深さＺ０までの領域の圧縮残留応力が２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。上記転動疲労寿命の高寿命化により適しているからである。

第２軌道部１６Ｂの表面の圧縮残留応力は５０ＭＰａ以上が好ましい。上記転動疲労寿命の高寿命化に適しているからである。
一方、第２軌道部１６Ｂの表面の圧縮残留応力は、上記第１軌道部の表面の圧縮残留応力より低ければ、その上限は特に限定されないが、上記第１軌道部の表面の圧縮残留応力と同様、高すぎると引張残留応力の極値が発生したり、塑性変形による脆い組織となったりすることがある。
第２軌道部１６Ｂでは、表面から深さＺ０までの領域の圧縮残留応力が５０ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、上記転動疲労寿命の更なる高寿命化を図ることができる。

内輪１０の軌道部１６において、第１軌道部１６Ａの軸方向の長さＬ１は、円錐ころ３０のころ幅Ｌ２（図１参照）の１０〜３０％が好ましい。
上記長さＬ１がころ幅Ｌ２の１０％未満では、第１軌道部１６Ａが確実にエッジロード部位に設けられるように位置合わせをすることが容易ではなく、一方、３０％を超えると、２５０ＭＰａを超えるような高い圧縮残留応力を付与することが難しくなる。

このような内輪１０では、軌道面の圧縮残留応力の高い第１軌道部１６Ａが軌道部１６における円錐ころ３０との接触圧力の高いエッジロード部位を含む位置に設けられている。そのため、内輪１０を用いたころ軸受は、転動疲労寿命に優れる。

（その他）
内輪１０では、軌道部１６の大径側（図２中、右側）に高い圧縮残留応力を有する第１軌道部１６Ａが設けられている。
一方、円錐ころ軸受では、上述したように、円錐ころの軸方向両端側にエッジロード部位が生じることがある。そのため、本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪では、圧縮残留応力の高い第１軌道部１６Ａを軌道部１６の大径側及び小径側の２箇所に設けても良い。
なお、円錐ころ軸受では、円錐ころの大径側に生じたエッジロード部位の方が、小径側に生じたエッジロードより接触圧力が高いことが一般的である。そのため、内輪１０のような大径側の１箇所に第１軌道部１６Ａが設けられたものであっても、充分に転動疲労寿命の高寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪は、円錐ころ軸受の内輪に限定されるわけではなく、外輪であってもよい。また、円筒ころ軸受、針状ころ軸受等の他のころ軸受の内輪や外輪であってもよい。

〔ころ軸受用軌道輪の製造方法〕
次に、本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪の製造方法について、内輪１０の製造方法を例に説明する。
図３は、図２に示した内輪の製造方法の工程図である。図４は、図３に示した製造工程の焼入れ処理及び焼戻し処理を説明するための工程図である。

まず、上記高炭素クロム軸受鋼鋼材から形成された環状素材Ｗ１（図３（ａ）参照）を製造する。次に、得られた環状素材Ｗ１に、切削加工等を施して、所定形状に加工して、内輪軌道面１１、内周面１２及び側面１３に対応する部分を有する内輪１０の素形材（ワーク）Ｗ２を得る前加工を行う（図３（ｂ）参照）。

次に、得られたワークＷ２に対して、焼入れ処理（図３（ｃ）、図４（ａ）参照）を施す。
上記焼入れ処理は、焼入れ処理後のワークについて、全体がマルテンサイトからなり、かつ、不完全焼入れ組織（微細パーライト）が５％以下となるように、全体を均一に加熱した後、急冷することが好ましい。上記不完全焼入れ組織が５％を超えると、製造した内輪１０の硬度が不足し、転動疲労寿命が短くなることがある。
上記焼入れ処理の方法は特に限定されず、高周波焼入れ、ズブ焼入れ等の方法を採用することができる。

上記焼入れ処理は、例えば、ワークＷ２を、８１０〜８５０℃の焼入れ温度で０．５〜２時間加熱し、急冷する条件で行なうことができる。
焼入れ温度は、十分な焼入性確保の観点から、好ましくは８２０℃以上であり、結晶粒の粗大化防止の観点から、好ましくは８４０℃以下である。
加熱時間は、部材の均熱化の観点から、好ましくは０．５時間以上であり、結晶粒の粗大化防止の観点から、好ましくは１．５時間以下である。
急冷は、例えば、冷却油の油浴中における油冷等により行われる。冷却油の油浴温度は、通常、６０〜１８０℃である。

次に、焼入れ処理後の素形材（ワーク）Ｗ２に焼戻し処理を施して、中間素材Ｗ３を得る（図３（ｄ）、図４（ｂ）参照）。
上記焼戻し処理は、ワークＷ２を冷却液中に浸漬した状態で、誘導加熱により所定時間加熱し、その後、例えば上記冷却液中でワークＷ２を冷却することにより行う。なお、上記ワークＷ２の冷却は、例えば、空冷、放冷等によって行うこともできる。
これにより、上記焼戻し処理では、図４（ｂ）に示すように、焼入れ処理後のワークＷ２の表面の焼戻し温度（図４中、「表面温度Ａ」参照）を当該ワークＷ２の内部の焼戻し温度（図４中、「内部温度Ｂ」参照）よりも低い温度とすることができる。

上記焼戻し処理では、上記表面温度Ａを上記内部温度Ｂよりも低い温度とすることにより、耐衝撃性を得るのに適した硬さの内層部を形成することができる。加えて、上記の条件で焼戻し処理を行うことにより、焼戻し処理時における残留オーステナイト量の減少を抑制し、かつ圧縮応力を増加させることができる。
このとき、上記表面温度Ａと上記内部温度Ｂとの差（内部温度Ｂ−表面温度Ａ）は、４０℃以上とすることが好ましい。所定の内層部１５及び表層部１４を有する内輪１０を得るのにより適しているからである。
上記表面温度Ａと上記内部温度Ｂとの差（内部温度Ｂ−表面温度Ａ）は、６００℃以下が好ましい。６００℃を超えるとワークＷ２に割れが生じるおそれがある。

また、上記焼戻し処理において、焼戻し時間（図４中、「焼戻し時間Ｔ」参照）は、２０秒間以下が好ましい。これにより、ワークＷ２に十分な圧縮残留応力を付与することができる。より好ましくは１８秒間以下である。
上記焼戻し時間Ｔは、温度ムラの発生を抑制して内輪の品質を安定化させる観点からは、２秒間以上が好ましく、３秒間以上がより好ましい。
なお、本実施形態において、「焼戻し時間」とは、誘導加熱時の通電時間をいう。

上記焼戻し処理の具体的な温度は、表面温度が１７０〜２９０℃で、内部温度が３２０〜７１５℃となるように調整して行うことが好ましい。
上記表面温度は、ころ軸受の転動疲労寿命を確保する観点から、２７５℃以下が好ましい。
上記内部温度は、耐衝撃性確保の観点から、３６５℃以上がより好ましく、４５０℃以上が更に好ましい。また、圧壊強度確保の観点から、５７５℃以下がより好ましい。内部温度が４５０〜５７５℃である場合、長い転動疲労寿命及び高い耐衝撃性を確保することができ、かつ高い圧壊強度を確保するのに更に好適である。
なお、本実施形態において、上記表面温度とは、ワークＷ２の表面の第２軌道部１６Ｂが形成される部分の温度をいう。また、上記表面温度及び上記内部温度は、Ｋタイプの熱電対により計測することができる。
また、上記焼戻し温度の調整は、誘導加熱時の周波数や出力、焼戻し時間等により調整することができる。

本実施形態において、上記焼戻し処理は、例えば、下記の熱処理装置を用いて行えばよい。
図５は、（ａ）は、本実施形態で使用する熱処理装置の一例を示す概略説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。
図５に示す熱処理装置１００は、環状のワーク（熱処理方法された素形材）Ｗ２を内部にセットし、ワークＷ２に熱処理を施す処理槽１０１と、ワークＷ２を保持する保持冶具１０２と、ワークＷ２の外周側にワークＷ２を包囲して配置され、ワークＷ２を誘導加熱する誘導加熱コイル１０３と、ワークＷ２の内周側に設置されたセンターコア１０４と、処理槽１０１内に貯留され、ワークＷ２を冷却する冷却媒体としての冷却液１０５と、ワークＷ２に冷却液１０５を噴射する噴射ノズル１０６と、噴射ノズル１０６及び処理槽１０１内に冷却液１０５を供給するための供給管１０７Ａ，１０７Ｂとを備えている。

処理槽１０１は、冷却液１０５を貯留することが可能な有底円環状の容器であり、円筒状のインナーケース１０１Ａと円筒状のアウターケース１０１Ｂとからなる。処理槽１０１を構成する上記容器は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。このように、熱処理装置１００は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる容器を処理槽１０１として有するため、熱処理装置１００自体の加熱を抑制することができる。
容器の大きさは、熱処理装置１００の用途、ワークＷ２の大きさ等によって適宜設定することができる。
処理槽１０１内には、冷却液１０５が貯留されている。また、処理槽１０１には、余剰の冷却液１０５を処理槽１０１の外部に排出するための排出口１０８が設けられている。
かかる処理槽１０１の内部には、冷却液１０５中に浸漬するようにワークＷ２がセットされる。

保持冶具１０２は、冶具本体１０２ａと、ワークＷ２の下面を点接触で受け止める支持部（第１支持部）１０２ｂと、ワークＷ２の水平方向への移動を抑制する支持部（第２支持部）１０２ｃとを有している。保持冶具１０２は、ワークＷ２を点接触で保持しつつ、ワークＷ２の水平方向への移動を抑制する。このとき、支持部１０２ｃはワークＷ２と接触していてもよいし、ワークＷ２との間に最大０．５ｍｍ程度の隙間が形成されていてもよい。上記隙間を設けると、加熱時にワークＷ２が熱膨張してもワークＷ２の表面が支持部１０２ｃで押圧されることを回避することができる。

支持部１０２ｂ，１０２ｃはいずれも球状体である。そのため、ワークＷ２と支持部１０２ｂ，１０２ｃとが接触した場合、両者の接触は点接触となる。そのため、ワークＷ２から支持部１０２ｂ，１０２ｃへの熱伝導が抑制され、ワークＷ２の温度が不均一になることを防止することができるとともに、冷却液１０５によるワークＷ２の冷却が支持部１０２ｂ，１０２ｃによって阻害され難いので、冷却不足によるワークＷ２の過熱を防止することができる。支持部１０２ｂ，１０２ｃの個数は、それぞれ平面視円周方向に３個以上であればよく、通常、３〜６個程度であり、等間隔に３個設けられていることが好ましい。
また、保持冶具１０２は、電気絶縁性のセラミックスまたは電気絶縁性の合成樹脂からなる。これにより、保持冶具１０２自体の加熱やワークＷ２の表面温度のバラつきを抑制することができる。

誘導加熱コイル１０３は、アウターケース１０１Ｂの外側に設置されている。誘導加熱コイル１０３は、アウターケース１０１Ｂの外径よりも大きい内径を有する螺旋状のものである。
センターコア１０４は、インナーケース１０１Ａの内側に設置されている。センターコア１０４は、インナーケース１０１Ａの内径よりも小さい外径を有する棒状体であり、ケイ素鋼からなる。
熱処理装置１００では、誘導加熱コイル１０３に高周波電流を供給すことにより、ワークＷ２の全体を所望の温度に誘導加熱することができる。
なお、誘導加熱コイル１０３及びセンターコア１０４は、処理槽１０１内に設置されていてもよい。

冷却液１０５は、ワークＷ２の表面を冷却可能な液体であればよい。冷却液１０５としては、例えば、水、油、水溶性ポリマー等が挙げられる。
上記油としては、例えば、焼入油等が挙げられる。
上記水溶性ポリマーとしては、例えば、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等が挙げられる。上記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。この場合、水への水溶性ポリマーの配合量は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定することができる。
冷却液１０５は、ワークＷ２の表面を効率よく冷却する観点から、熱伝達率が高いものであることが好ましく、かつ取扱いが容易なものがより好ましい。

噴射ノズル１０６は、冷却液１０５を処理槽１０１に供給するための供給管１０７Ａの先端部に取り付けられている。噴射ノズル１０６は、ワークＷ２の周方向に沿って所定間隔毎に複数個設けられている。各噴射ノズル１０６は、ワークＷ２の内輪軌道面１１に対向するように配置された噴射口１０６ａを有する。噴射口１０６ａは、ワークＷ２の上記第１軌道部が形成される部分（図５（ｂ）斜線部分）に近接して対向するように配置されている。
なお、供給管１０７Ａには、流量調整弁及び圧力調整弁（ともに図示せず）が設けられている。これにより、冷却液の供給条件を調整することができる。

熱処理装置１００では、供給管１０７Ａ，１０７Ｂを介して供給された冷却液１０５が処理槽１０１内に貯留され、余剰の冷却液１０５は排出口１０８から排出される。
なお、熱処理装置１００は、排出された冷却液１０５を処理槽１０１内に再供給するための循環路（図示せず）を備えていてもよい。

その他、熱処理装置１００は、図示していないものの、誘導加熱に必要な電源、整合器、冷却剤の温度を制御するための温調部材等、必要な部材を備えている。
また、熱処理装置１００は、加熱時等にワークＷ２を軸心回りに回転させるための機構を備えていてもよい。

このような熱処理装置１００を使用した焼戻し処理では、上述したようにワークＷ２を処理槽１０１内に設置し、冷却液１０５に浸漬した状態で加熱することにより行う。
このとき、処理槽１０１内に貯留された冷却液１０５には、ワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分に冷却液１０５が集まるような冷却液１０５の流れを発生させた状態で誘導加熱を行う。
具体的には、複数の噴射ノズル１０６の噴射口１０６ａから第１軌道部１６Ａが形成される部分に向かって冷却液１０５をジェット噴射で供給しつつ誘導加熱を行えばよい。これにより、ワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分を他の部分に比べて高い冷却能で冷却することができる。そのため、後工程を経て完成した内輪１０の第１軌道部１６Ａに、他の部分（第２軌道部１６Ｂ）より高い圧縮残留応力を付与することができる。
また、この手法を採用すれば、内輪１０の他の軌道部１６（第２軌道部１６Ｂ）にも第１軌道部１６Ａに比べれば低いものの圧縮残留応力を付与することができる。

上記誘導加熱の際の周波数及び出力は、ワークＷ２の形状やサイズ、冷却液の冷却能等に応じて適宜設定することができる。
噴射ノズル１０６から冷却液１０５をジェット噴射により供給する際の冷却液１０５の供給量は、噴射ノズル１０６の個数や、ワークＷ２の形状やサイズ、冷却液の冷却能等にもよるが、例えば、８〜８０Ｌ／ｍｉｎとすれば良い。
また、噴射ノズル１０６から供給する冷却液１０５の温度は、ワークＷ２の形状やサイズ、冷却液の冷却能等にもよるが、例えば、５〜８０℃とすればよい。

最後に、焼戻し工程後の中間素材Ｗ３について、内輪軌道面１１に対応する部分などに対して、研磨加工等の仕上げ加工を施す（図３（ｅ）参照）。
このような工程を経ることにより、内輪１０（ころ軸受用軌道輪）を製造することができる。

（その他）
本発明の実施形態に係る軸受軌道輪の製造方法において、噴射ノズルを介してジェット噴射により冷却液を供給する場合、冷却液中に、ワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分に冷却液が集まるような冷却液の流れを発生させることができれば、噴射ノズルは必ずしも噴射口がワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分に対向するように配置されていなくても良い。

図６は、本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪の製造方法で使用する熱処理装置の別の一例を示す要部拡大図である。
本発明の実施形態に係るころ軸受用軌道輪の製造方法では、図６に示したような熱処理装置２００を用いて、焼戻し処理を行っても良い。熱処理装置２００は、噴射ノズル２０６の取り付け向きが異なる以外は、図５（ａ）、（ｂ）に示した熱処理装置１００と同様の構成を備えている。熱処理装置２００において、熱処理装置１００と同様の部材については、熱処理装置１００と同一の符号を付している。

熱処理装置２００を使用した焼戻し処理は、熱処理装置１００を使用する場合と同様、ワークＷ２が冷却液１０５に浸漬した状態となるように処理槽１０１内に設置し、ワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分に、冷却液１０５が集まるような冷却液１０５の流れを発生させた状態で誘導加熱することにより行う。
このとき、複数の噴射ノズル２０６は、噴射ノズル２０６の噴射口２０６ａからジェット噴射により供給された冷却液１０５が、ワークＷ２の外周側に位置するアウターケース１０１Ｂの内壁面で反射してワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分に向かうように設置しておく。
これにより、熱処理装置２００を用いて焼戻し処理を行う場合も、噴射ノズル２０６から冷却液１０５を供給しつつ誘導加熱を行うことにより、ワークＷ２の第１軌道部１６Ａが形成される部分を他の部分に比べて高い冷却能で冷却することができる。
そのため、熱処理装置２００を用いた場合も、後工程を経て完成した内輪１０の第１軌道部１６Ａに、他の部分（第２軌道部１６Ｂ）より高い圧縮残留応力を付与することができる。さらに、内輪１０の他の軌道部１６（第２軌道部１６Ｂ）にも第１軌道部１６Ａに比べれば低いものの圧縮残留応力を付与することができる。

熱処理装置２００を使用する場合も熱処理装置１００を用いる場合と同様、誘導加熱の際の周波数及び出力は、ワークＷ２の形状やサイズ、冷却液の冷却能等に応じて適宜設定することができる。
また、噴射ノズル２０６から冷却液１０５をジェット噴射により供給する際の冷却液１０５の供給量や、冷却液１０５の温度は、熱処理装置１００を使用する場合と同程度の条件を採用することができる。

また、熱処理装置１００，２００では、ワークＷ２の内側にセンターコアが設けられているが、センターコアに代えて、ワークＷ２の内側にも誘導加熱コイルを設けてもよい。この場合もワーク全体を加熱することができる。

以下、実施例等により本発明の作用効果を検証する。本発明の実施形態は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ＳＵＪ２からなる鋼材から環状素材を製造し、得られた環状素材に切削加工を施して、所定形状に加工して、内輪用のワーク（外径：５３ｍｍ、最大肉厚ｘ（図２参照）：１２．０ｍｍ）を得た。次に、得られたワークに、表１及び図７に示した熱処理条件による焼入れ処理及び焼戻し処理を施した後、研磨加工を施し、軸受（型番：ＴＲＡ０６０７）用の内輪の試験片を得た。
ここで、焼入れ処理は、雰囲気熱処理炉を用いて行い、焼戻し処理は、図５に示した熱処理装置１００を用いて行った。
図７は、実施例１における熱処理条件を示す線図である。
本実施例では、図７に示すように、ワークを８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷した。
その後、ワークを図５に示した熱処理装置１００内にセットし、当該ワークの表面を冷却しながら周波数１５６０Ｈｚ及び出力１８５ｋＷで５秒間誘導加熱し、第１軌道部が形成される部分の表面温度（以下、実施例／比較例の説明では、単に第１軌道部の表面温度という）ｔ１を２５３℃、第２軌道部が形成される部分の表面温度（実施例／比較例の説明では、単に第２軌道部の表面温度という）ｔ２を２４０℃、内層部となる部分の温度（実施例／比較例の説明では、単に内部温度という）ｔ３を５４２℃として焼戻しを行った。
上記焼戻し処理は、焼入れ処理されたワークを２５℃の水（冷却液）に浸漬した状態で行い、このとき、噴射ノズル１０６からは加熱開始と同時に１０Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却水をジェット噴射した。
なお、第１軌道部の表面温度ｔ１は、第１軌道部の表面における軸方向の中央部（図２中、Ｐ参照）で測定し、第２軌道部の表面温度ｔ２は、第２軌道部の表面における軸方向の中央部（図２中、Ｑ参照）で測定し、内部温度ｔ３は、ワークを径方向に沿って切断した場合に生じる切断面（図２参照）において、軌道面における軸方向の中央部から径方向内部側に当該部分の肉厚の１／２の部分まで入り込んだ位置（図２中、Ｒ参照）で測定した。

（実施例２〜８）
焼戻し時の誘導加熱の条件（周波数及び出力）、並びに、噴射ノズル１０６からジェット噴射する冷却水の流量を、表１に示したように変更した以外は、実施例１と同様にして、内輪の試験片を得た。
また、各実施例における焼戻し温度（第１軌道部の表面温度ｔ１、第２軌道部の表面温度ｔ２及び内部温度ｔ３）は、表１に示した通りである。

（比較例１）
焼戻し炉を用いて焼戻し処理を行い、その条件を図８に示した条件とした以外は、実施例１と同様にして、内輪の試験片を得た。
図８は、比較例１における熱処理条件を示す線図である。比較例１では、ワークを８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、ワークを１８０℃（軌道部の表面温度ｔ２及び内部温度ｔ３ともに１８０℃）で１．５時間加熱して焼戻しを行った。
なお、軌道部の表面温度は、実施例１の第２軌道部の表面温度と同様の箇所で測定した。

（比較例２）
実施例１と同様にしてＳＵＪ２からなる内輪用のワークを得た。
次に、得られたワークをカーボンポテンシャルが１．１、アンモニアガス濃度が６体積％の浸炭窒化雰囲気中において図９に示した熱処理条件による浸炭窒化焼入れ処理を行い、その後、比較例１と同様の焼戻し処理を施した後、研磨加工を施し、軸受（型番：ＴＲＡ０６０７）用の内輪の試験片を得た。
図９は、比較例２における熱処理条件を示す線図である。比較例２では、ワークを、８４０℃で４時間加熱して浸炭窒化焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で１．５時間加熱して焼戻しを行った。

（比較例３）
ＳＡＥ５１２０からなる鋼材から環状素材を製造し、得られた環状素材に切削加工を施して、所定形状に加工して、内輪用のワーク（外径：５３ｍｍ、最大肉厚ｘ：１２．０ｍｍ）を得た。次に、得られたワークをカーボンポテンシャル１．１の雰囲気中で図１０に示した熱処理条件による浸炭焼入れ処理を行い、その後、比較例１と同様の焼戻し処理を施した後、研磨加工を施し、軸受（型番：ＴＲＡ０６０７）用の内輪の試験片を得た。
図１０は、比較例３における熱処理条件を示す線図である。比較例３では、ワークを、８５０℃で５時間加熱して浸炭焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、１８０℃で１．５時間加熱して焼戻しを行った。

（比較例４）
焼戻し処理時の誘導加熱の条件（周波数及び出力）を表２に示したように変更するとともに、噴射ノズル１０６を用いた冷却水のジェット噴射を行わなかった以外は、実施例１と同様にして、内輪の試験片を得た。
図１１は、比較例４における熱処理条件を示す線図である。比較例４では、ワークを８３０℃で０．５時間加熱して全体焼入れを行なった後、８０℃に油冷し、その後、ワークを熱処理装置１００内にセットして、冷却液中に浸漬させつつ、噴射ノズル１０６を介した冷却水の供給は行わず、周波数１２１０Ｈｚ及び出力２００ｋＷで５秒間誘導加熱し、軌道部が形成される部分の表面温度（実施例／比較例の説明では、単に軌道部の表面温度という）ｔ２を２８０℃、内部温度ｔ３を４８５℃として焼戻しを行った。なお、軌道部の表面温度は、実施例１の第２軌道部の表面温度と同様の箇所で測定した。

（比較例５〜１１）
焼戻し処理時の誘導加熱の条件（周波数及び出力）を表２に示したように変更した以外は、比較例４と同様にして、内輪の試験片を得た。
また、各比較例における焼戻し温度（軌道部の表面温度ｔ２及び内部温度ｔ３）は、表２に示した通りである。

（比較例１２〜１５）
焼戻し処理時の誘導加熱の条件（周波数及び出力）、並びに、噴射ノズル１０６からジェット噴射する冷却水の流量を、表２に示したように変更した以外は、実施例１と同様にして、内輪の試験片を得た。
また、各比較例における焼戻し温度（第１軌道部の表面温度ｔ１、第２軌道部の表面温度ｔ２及び内部温度ｔ３）は、表２に示した通りである。

（試験片の評価）
ビッカース硬さ試験機を用いて実施例１〜８及び比較例１〜１５の内輪の試験片における断面の硬さの分布を求めた。この断面の硬さの分布の測定において、実施例の試験片では、表層部の断面のビッカース硬さが、最表面から内層部に向って徐々に低硬度となっていることが明らかとなった。なお、この硬さの分布は後述する高硬度表面層の深さの算出にも使用した。

また、実施例１〜８及び比較例１〜１５の内輪の試験片の軌道部（第１軌道部及び第２軌道部）の表面のビッカース硬さ、内層部の硬さ、高硬度表面層の深さ、圧縮残留応力、転動疲労寿命、シャルピー衝撃値、圧壊強度及び製造コストを調べた。さらに、実施例１〜８及び比較例１〜１５の内輪の試験片の表層部及び内層部それぞれの組織を光学顕微鏡にて観察した。

軌道部の表面のビッカース硬さは、各内輪の試験片の軌道部（第１軌道部及び第２軌道部）の表面における軸方向の中央部にビッカース圧子をあてて測定した。
内層部の硬さは、各内輪の試験片を径方向に沿って切断した切断面（図２参照）において、軌道面における軸方向の中央部から径方向内部側に当該部分の肉厚の１／２の部分まで入り込んだ位置にビッカース圧子をあてて測定した硬さを内層部の硬さとした。
高硬度表面層の深さは、ヘルツ接触理論により最大せん断応力深さを算出し、この最大せん断応力深さと上述したビッカース硬さの分布とに基づいて算出した。
圧縮残留応力は、残留応力測定装置によって、Ｘ線回折法を行なうことによって測定した。
転動疲労寿命は、ラジアル型転動疲労寿命試験を行なうことによって測定した。

シャルピー衝撃値は、ＪＩＳ Ｋ７１１１−１にしたがって測定した。
圧壊強度は、内輪の試験片の周方向の第１の箇所と、上記周方向の第１の箇所とは１８０℃周方向に移動した箇所である第２の箇所とを、アムスラー試験機で径方向に挟み、第１の箇所と第２の箇所とを結ぶ試験片の軸線と垂直な方向に沿って、第１の箇所と第２の箇所とが０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で近接するよう移動させることで試験片を変形させ、破壊させ、破壊した時のラジアル荷重を評価することによって測定した。
これらの結果を表３、４に示す。なお、転動疲労寿命、シャルピー衝撃値及び圧壊強度についは、比較例１の測定値に対する相対値として算出した。また、表中、コストにおける丸印は、比較例１の内輪の評価数値と同等以下の数値であることを意味する。

表３、４に示した結果から、焼戻しマルテンサイトからなり、かつビッカース硬さが４５０ＨＶ以上、５５０ＨＶ未満である内層部と、この内層部を包囲し、かつ表面のビッカース硬さが７００ＨＶ以上、８００ＨＶ未満であり、焼戻しマルテンサイトからなる表層部とを有し、軌道部に圧縮残留応力が局所的に高い第１軌道部を備えたころ軸受用軌道輪（実施例１〜８）は、従来の手法で作製した試験片（比較例１）と比べて、優れた転動疲労寿命を達成することができることが明らかとなった。

また、上記第１軌道部の圧縮残留応力を２５０ＭＰａ以上とすることで、浸炭窒化処理を行ったころ軸受用軌道輪と同等の転動疲労寿命を達成することができ、低コストで製造することができることが明らかとなった。
更に、上記第１軌道部の圧縮残留応力を３２０ＭＰａ以上とすることで、格別優れた転動疲労寿命を達成することができることが明らかとなった。
これらのことから、本発明によれば、転動疲労寿命に優れるころ軸受（ころ軸受用軌道輪）を低コストで提供することできることが明らかとなった。

１：円錐ころ軸受１、１０：内輪、１１：内輪軌道面、１２：内周面、１３：側面、１４：表層部、１５：内層部、１６：軌道部、１６Ａ：第１軌道部、１６Ｂ：第２軌道部、１７Ａ，１７Ｂ：非軌道部、１８：鍔部、２０：外輪、２１：外輪軌道面、３０：円錐ころ、３１：転動面、３１ａ，３１ｂ：エッジ部、３２，３３：ころ端面、４０：保持器、１００，２００：熱処理装置、１０１：処理槽、１０１Ａ：インナーケース、１０１Ｂ：アウターケース、１０２：保持冶具、１０３：誘導加熱コイル、１０４：センターコア、１０５：冷却液、１０６，２０６：噴射ノズル、１０７Ａ，１０７Ｂ：供給管、１０８：排出口、Ｗ１：環状素材、Ｗ２：素形材（ワーク）、Ｗ３：中間素材

Claims (6)

1. 高炭素クロム軸受鋼からなる環状のころ軸受用軌道輪であって、
   焼戻しマルテンサイト又はソルバイトからなり、かつビッカース硬さが４５０ＨＶ以上、５５０ＨＶ未満である内層部と、
   前記内層部の周囲全体を包囲し、かつ表面のビッカース硬さが７００ＨＶ以上、８００ＨＶ未満であり、焼戻しマルテンサイトからなる表層部と
   を有し、
   前記表層部は、ころと転がり接触する軌道面を有する軌道部と前記軌道部以外の非軌道部とからなり、
   前記軌道部は、軌道面の圧縮残留応力が相対的に高い第１軌道部と、前記圧縮残留応力が前記第１軌道部に比べて低い第２軌道部とを備え、
   前記第１軌道部の軌道面は、前記ころの転動面の少なく一方の軸方向端部と接触する部分を有する、ことを特徴とするころ軸受用軌道輪。
2. 前記第１軌道部の軌道面の圧縮残留応力は、２５０ＭＰａ以上である請求項１に記載のころ軸受用軌道輪。
3. 前記第１軌道部の軌道面の圧縮残留応力は、３２０ＭＰａ以上である請求項１に記載のころ軸受用軌道輪。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のころ軸受用軌道輪を製造する方法であって、
   （Ａ）高炭素クロム軸受鋼からなる環状のワークに焼入れ処理を施す工程、
   （Ｂ）焼入れ処理されたワークに焼戻し処理を施す工程であって、前記ワーク全体を冷却液に浸漬し、この状態で前記ワークを加熱する工程、及び、
   （Ｃ）焼戻し処理されたワークに仕上げ加工を施す工程、
   を含み、
   前記工程（Ｂ）は、前記焼入れ処理されたワークが浸漬された冷却液内に、前記ワークの前記第１軌道部が形成される部分に冷却液が集まるような冷却液の流れを発生させた状態で行う、ことを特徴とするころ軸受用軌道輪の製造方法。
5. 前記工程（Ｂ）において、冷却液を噴射する噴射ノズルを使用し、
   前記噴射ノズルの噴射口を前記第１軌道部が形成される部分に対向させ、前記噴射口から第１軌道部が形成される部分に向かって冷却液を噴射する請求項４に記載のころ軸受用軌道輪の製造方法。
6. 外周面に軌道部を有する内輪と、内周面に軌道部を有する外輪と、前記内外輪の両軌道部の間に配置された複数個のころとを備えたころ軸受であって、
   前記内輪及び前記外輪うちの少なくとも一方が請求項１〜３のいずれかに記載のころ軸受用軌道輪であることを特徴とするころ軸受。