JP7370141B2

JP7370141B2 - 軌道部材および転がり軸受

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Publication number: JP7370141B2
Application number: JP2019010830A
Authority: JP
Inventors: 昌弘山田; 敬史結城; 力大木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: JP2020117783A

Description

本発明は、軌道部材および転がり軸受に関する。

従来の軌道部材は、焼入処理および焼戻処理を含む熱処理が施されることにより、製造されている。一般的に、焼戻処理は、被処理物である成形体全体が雰囲気炉内に収容されることにより、実施される。

高温環境下で使用される軌道部材の寸法変化率は、軸受寿命の観点から、低く抑えられているのが好ましい。例えば内輪の内径面の寸法変化率が低く抑えられていれば、内輪の内径面と軸との嵌め合いに緩みが生じてクリープが発生することを抑制でき、軸受の破損を抑制できる。

従来、軌道部材の寸法変化率を低く抑える対策として、軌道部材全体の平均残留オーステナイト量を減らすための焼戻処理が知られている。

特開２０１７－２２７３３４号公報には、軌道部材全体の平均残留オーステナイト量を１８体積％以下とするために、１８０℃以上２３０℃以下の温度で鋼材を焼き戻す技術が開示されている。

特開２０１７－２２７３３４号公報

しかしながら、従来の上記焼戻処理方法では、成形体全体を焼き戻すため、成形体全体において残留オーステナイトが分解される。さらに、従来の上記焼戻処理方法では、成形体全体において、残留オーステナイトが分解されると同時に、マルテンサイトが分解される。

そのため、従来の上記焼戻処理が施されることにより製造された軌道部材では、例えば高温環境下での使用が予定されないために上記条件での焼戻処理が施されずに製造された軌道部材と比べて、軌道面のマルテンサイト量が低く抑えられており、軌道面の硬さが低い。その結果、前者の軌道部材では、後者の軌道部材と比べて、軌道面とは反対側に位置する円周面、すなわち内輪の内径面または外輪の外径面、の寸法変化率は低く抑えられているが、軌道面の硬さが低下している。

本発明の主たる目的は、上記円周面の寸法変化率が低く抑えられているとともに、軌道面の硬さの低下が抑制された軌道部材および転がり軸受を提供することにある。

本発明に係る軌道部材は、高炭素鋼からなり、周方向に沿って延在する軌道面と、周方向に沿って延在し、かつ軸方向に沿って延びる円周面とを有している。軌道面の残留オーステナイト量は円周面の残留オーステナイト量よりも多い。軌道面の残留オーステナイト量と円周面の残留オーステナイト量との差が５体積％以上である。

上記軌道部材は、浸炭浸窒処理を含む熱処理が施されており、軌道面の残留オーステナイト量と円周面の残留オーステナイト量との差が１０体積％以上である。

上記軌道部材では、軌道面の硬さが６５０Ｈｖ以上である。
上記軌道部材では、円周面は、径方向において軌道面とは反対側に位置する面である。

本発明に係る転がり軸受は、内輪軌道面と、内輪軌道面とは反対側に位置する内径面とを有する内輪と、内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面と接触する複数の転動体とを備える。内輪が上記軌道部材である。内輪軌道面が軌道部材の軌道面である。内径面が軌道部材の円周面である。

本発明によれば、上記円周面の寸法変化率が低く抑えられているとともに、軌道面の硬さの低下が抑制された軌道部材および転がり軸受を提供することができる。

本実施の形態に係る転がり軸受の一例を示す断面図である。本実施の形態に係る転がり軸受の他の一例を示す断面図である。本実施の形態に係る転がり軸受の製造方法のフローチャートである。本実施の形態に係る転がり軸受の製造方法において、焼戻処理の一例を示す上面図である。図４中の矢印Ｖ－Ｖから視た断面図である。本実施の形態に係る焼戻処理によって実現される被加熱部材の温度分布に関するシミュレーション解析に用いた解析モデルを示す図である。図６に示される解析モデルを用いたシミュレーション解析により得られた、第１周面に対する加熱温度とそのときの第２周面の温度との関係を示すグラフである。図６に示される解析モデルを用いたシミュレーション解析により得られた、加熱時間に対する第１周面および第２周面の各温度変化を示すグラフである。図６に示される解析モデルを用いたシミュレーション解析により得られた、被加熱部材の温度分布を示す図である。

以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。

＜転がり軸受の構成＞
本実施の形態に係る転がり軸受は、例えばラジアル玉軸受であって、より具体的には図１に示される深溝玉軸受１である。深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪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である複数の玉１３とを備えている。外輪１１の中心軸は、内輪１２の中心軸と重なるように配置されている。

外輪１１は、内周面１１Ｂと、外径面としての外周面１１Ｃとを有している。外輪１１の内周面１１Ｂには、周方向に沿って延在する外輪軌道面１１Ａが形成されている。内輪１２は、径方向において外周側を向いた外周面１２Ｂと、内径面としての内周面１２Ｃとを有している。内輪１２の外周面１２Ｂには、周方向に沿って延在する内輪軌道面１２Ａが形成されている。内輪１２は、内輪軌道面１２Ａが外輪軌道面１１Ａと対向するように外輪１１の内側に配置されている。

複数の玉１３は、転動面１３Ａにおいて外輪軌道面１１Ａおよび内輪軌道面１２Ａ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ている。これにより、複数の玉１３は、外輪１１および内輪１２の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。このような構成により、深溝玉軸受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。なお、内輪１２が、本実施の形態に係る軌道部材である。

内輪１２は、周方向に沿って延在する内輪軌道面１２Ａと、周方向に沿って延在し、かつ軸方向に沿って延びる円周面としての内周面１２Ｃとを有している。内輪軌道面１２Ａの残留オーステナイト量は、内周面１２Ｃの残留オーステナイト量よりも多い。内輪１２の残留オーステナイト量は、径方向において内輪軌道面１２Ａから内周面１２Ｃに向かうにつれて、徐々に減少する傾向を示す。

内輪軌道面１２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃの残留オーステナイト量との差は、５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上である。その製造方法において浸炭浸窒処理が施された内輪１２では、内輪軌道面１２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃの残留オーステナイト量との差が１０体積％以上となり得る。

内輪軌道面１２Ａの残留オーステナイト量は、例えば１０体積％以上であり、好ましくは１５体積％以上である。内周面１２Ｃの残留オーステナイト量は、例えば１０体積％未満であり、好ましくは５体積％未満である。内輪軌道面１２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃの残留オーステナイト量との上記差は、従来の焼戻処理によって実現される軌道面の残留オーステナイト量と内周面の残留オーステナイト量との差超えであり、後述する本実施の形態に係る焼戻処理により実現される。

内輪軌道面１２Ａの硬さは、内周面１２Ｃの硬さ超えである。内輪軌道面１２Ａの硬さと内周面１２Ｃの硬さとの差は、例えば８０Ｈｖ以上であり、好ましくは１００Ｈｖ以上である。内輪軌道面１２Ａの硬さは、例えば７００Ｈｖ以上であり、好ましくは７５０Ｈｖ以上であり、より好ましくは８００Ｈｖ以上である。内周面１２Ｃの硬さは、例えば６００Ｈｖ以上７００Ｈｖ以下である。内周面１２Ｃの硬さが７００Ｈｖであるとき、内輪軌道面１２Ａの硬さは例えば７５０Ｈｖ以上である。内輪１２の表面において硬さが７００Ｈｖ以上である領域は、内輪軌道面１２Ａおよび外周面１２Ｂのみである。

内輪１２は、内輪軌道面１２Ａの硬さが同等とされた従来の内輪と比べて、内周面１２Ｃの残留オーステナイト量が低減されているため、内周面１２Ｃの寸法変化率が低く抑えられている。また、内輪１２は、内周面１２Ｃの残留オーステナイト量が同等とされた従来の内輪と比べて、内輪軌道面１２Ａのマルテンサイト量が増加しているため、内輪軌道面１２Ａの硬さが向上している。内輪１２は、従来の内輪と比べて、内周面１２Ｃの寸法安定性向上と内輪軌道面１２Ａの硬さ向上との両立が実現されている。

本実施の形態に係る転がり軸受は、例えばラジアルころ軸受であって、より具体的には図２に示される円錐ころ軸受２であってもよい。円錐ころ軸受２は、環状の外輪２１および内輪２２と、転動体である複数のころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。外輪２１の内周面には、周方向に沿って延在する外輪軌道面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には、周方向に沿って延在する内輪軌道面２２Ａが形成されている。内輪２２は、内輪軌道面２２Ａが外輪軌道面２１Ａと対向するように外輪２１の内側に配置されている。

複数のころ２３は、転動面２３Ａにおいて外輪軌道面２１Ａおよび内輪軌道面２２Ａ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ている。これにより、ころ２３は、外輪２１および内輪２２の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、円錐ころ軸受２は、外輪軌道面２１Ａを含む円錐、内輪軌道面２２Ａを含む円錐、およびころ２３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。このような構成により、円錐ころ軸受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。なお、内輪２２は、内輪１２と同様に、本実施の形態に係る軌道部材である。内輪２２は、内輪１２と同様の構成を有している。

内輪２２は、周方向に沿って延在する内輪軌道面２２Ａと、周方向に沿って延在し、かつ軸方向に沿って延びる円周面としての内周面２２Ｃとを有している。内輪軌道面２２Ａの残留オーステナイト量は、内周面２２Ｃの残留オーステナイト量よりも多い。内輪２２の残留オーステナイト量は、径方向において内輪軌道面２２Ａから内周面２２Ｃに向かうにつれて、徐々に減少する傾向を示す。

内輪軌道面２２Ａの残留オーステナイト量と内周面２２Ｃの残留オーステナイト量との差は、５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上である。内輪軌道面２２Ａの残留オーステナイト量は、例えば１０体積％以上であり、好ましくは１５体積％以上である。内周面２２Ｃの残留オーステナイト量は、例えば１０体積％未満であり、好ましくは５体積％未満である。内輪軌道面２２Ａの残留オーステナイト量と内周面２２Ｃの残留オーステナイト量との上記差は、従来の焼戻処理によって実現される軌道面の残留オーステナイト量と内周面の残留オーステナイト量との差超えであり、後述する本実施の形態に係る焼戻処理により実現される。

内輪軌道面２２Ａの硬さは、内周面２２Ｃの硬さ超えである。内輪軌道面２２Ａの硬さと内周面２２Ｃの硬さとの差は、例えば８０Ｈｖ以上であり、好ましくは１００Ｈｖ以上である。内輪軌道面２２Ａの硬さは、例えば７００Ｈｖ以上であり、好ましくは７５０Ｈｖ以上であり、より好ましくは８００Ｈｖ以上である。内周面２２Ｃの硬さは、例えば６００Ｈｖ以上７００Ｈｖ以下である。内周面２２Ｃの硬さが７００Ｈｖであるとき、内輪軌道面２２Ａの硬さは例えば７５０Ｈｖ以上である。内輪２２の表面において硬さが７００Ｈｖ以上である領域は、内輪軌道面２２Ａおよび外周面２２Ｂのみである。

内輪２２は、内輪軌道面２２Ａの硬さが同等とされた従来の内輪と比べて、内周面２２Ｃの残留オーステナイト量が低減されているため、内周面２２Ｃの寸法変化率が低く抑えられている。また、内輪２２は、内周面２２Ｃの残留オーステナイト量が同等とされた従来の内輪と比べて、内輪軌道面２２Ａのマルテンサイト量が増加しているため、内輪軌道面２２Ａの硬さが向上している。内輪２２は、従来の内輪と比べて、内周面２２Ｃの寸法安定性向上と内輪軌道面２２Ａの硬さ向上との両立が実現されている。

＜転がり軸受の製造方法＞
本実施の形態に係る転がり軸受は、図３に示される本実施の形態に係る転がり軸受の製造方法により、製造される。図３に示されるように、本実施の形態に係る転がり軸受の製造方法は、内輪１２，２２（軌道部材）となるべき成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、成形体に対して焼入硬化処理を行う工程（Ｓ２０）と、焼入硬化処理が施された成形体に対して焼戻処理を行う工程（Ｓ３０）と、焼戻処理が施された成形体を研削加工する仕上工程（Ｓ４０）とを備える。上記工程（Ｓ１０）～（Ｓ４０）により、内輪１２，２２が製造される。さらに、本実施の形態に係る転がり軸受の製造方法は、外輪１１，２１と玉１３またはころ２３とを準備して、内輪１２，２２、外輪１１，２１、および玉１３またはころ２３を組み立てる工程（Ｓ５０）とをさらに備える。

工程（Ｓ１０）では、まず、高炭素鋼からなる鋼材が準備される。鋼材は、たとえば棒鋼や鋼線などとして準備される。次に、当該鋼材に対して切断、鍛造、旋削などの加工が施される。これにより、内輪１２，２２の概略形状に成形加工された鋼材（成形体）が作製される。上記成形体は、径方向において内側を向いた第１周面と、径方向において外側を向いた第２周面とを有している。第１周面が後工程（Ｓ４０）において研削加工されることにより、内輪１２，２２の内周面１２Ｃ，２２Ｃが形成される。第２周面が後工程（Ｓ４０）において研削加工されることにより、内輪１２，２２の内輪軌道面１２Ａ，２２Ａが形成される。

工程（Ｓ２０）では、先の工程（Ｓ１０）において準備された成形体に対し、焼入硬化処理が実施される。工程（Ｓ２０）では、まず、成形体を浸炭浸窒させるための浸炭浸窒処理が実施される。次に、浸炭浸窒処理によって成形体中に浸入した窒素を拡散させるための窒素拡散処理が実施される。次に、成形体の全体がＡ₁点以上の温度Ｔ₁に加熱され、均熱のために保持時間ｔ₁（均熱時間）だけ保持される。次に、成形体がＭs点（マルテンサイト変態点）以下の温度Ｔ₂にまで冷却される。この冷却処理は、例えば油や水などの冷却液中に対象材が浸漬されることにより実施される。これにより、当該対象材が焼入処理される。焼入処理は、焼入処理された対象材の硬度が後述する焼戻処理された対象材の硬度超えとなるような条件で実施される。なお、焼入硬化処理が実施された成形体の上記第２周面の残留オーステナイト量と上記第１周面の残留オーステナイト量との差は５体積％未満とされている。

工程（Ｓ３０）では、先の工程（Ｓ２０）において焼入硬化処理が実施された成形体に対し、焼戻処理が実施される。焼戻処理では、成形体の上記第２周面が局所的に冷却されながら、上記第１周面が局所的に加熱される。つまり、第１周面に対する加熱開始時から加熱終了時まで、第２周面に対する冷却は継続して実施される。

焼戻処理では、成形体の上記第１周面が焼戻温度Ｔ₃に加熱され、均熱のために保持時間ｔ₂（焼戻時間）だけ保持される。成形体の上記第２周面の到達温度Ｔ₄は、上記焼戻処理の間上記冷却が施されることにより、焼戻温度Ｔ₃未満に保持される。

焼戻温度Ｔ₃および保持時間ｔ₂は、内周面１２Ｃ，２２Ｃに要求される寸法安定性を実現する観点から、内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量が予め定められた値以下となるように設定される。一方、上記第２周面の到達温度Ｔ₄は、例えば内輪軌道面１２Ａ，２２Ａに要求される硬さを実現する観点から当該硬さが予め定められた値以上となるように設定される。

上記のように設定された焼戻温度Ｔ₃、保持時間ｔ₂、および到達温度Ｔ₄は、例えば図４および図５に示される加熱方法および冷却方法により実現され得る。

図４および図５に示されるように、上記加熱は、例えば誘導加熱により実施される。加熱部としてのコイル３０は成形体１０において第１周面１０Ｃのみと対向するように配置される。好ましくは上記加熱は高周波誘導加熱により実施される。コイル３０には、３ｋＨｚ以上の交流電流が供給される。上記加熱が高周波誘導加熱により実施される場合、それよりも低周波数の交流電流がコイル３０に供給される誘導加熱と比べて、径方向において第２周面１０Ａ側の温度上昇が抑制されるため、焼戻温度Ｔ₃と上記到達温度Ｔ₄との差が大きくなる。なお、上記加熱は、誘導加熱に限られるものではなく、例えば接触加熱、遠赤外線加熱等であってもよい。

図５に示されるように、上記冷却は、例えば水などの冷却溶媒を成形体１０の第２周面１０Ａに供給することにより実施される。好ましくは、上記冷却は、第１周面１０Ｃを冷却しないように実施される。上記冷却は、第２周面１０Ａに供給される水が第１周面１０Ｃには供給されないように実施される。冷却部としての噴射部３１は、例えば成形体１０において第２周面１０Ａのみと対向するように配置されて、第２周面１０Ａに対して水を噴射する。なお、上記冷却は、第２周面１０Ａのうち、少なくとも後工程（Ｓ４０）において内輪軌道面１２Ａ，２２Ａを形成するために研削加工が施される領域に対して実施されればよい。

上記加熱および上記冷却は、例えば成形体１０とコイル３０および噴射部３１とを周方向において相対的に回転させることにより実施される。

なお、焼戻温度Ｔ₃、保持時間ｔ₂、および到達温度Ｔ₄の各設定値は、例えば以下の数式１、数式２および数式３に基づいて設定される。

上記数式１は、焼戻温度Ｔ₃（単位：℃）と上記到達温度Ｔ₄（単位：℃）との関係を予測する予測式である。本発明者らは、上記加熱が第１周面に対する誘導加熱により実施され、かつ上記冷却が第２周面に対する水の噴射により実施される場合の、成形体を模擬した被加熱部材内の温度分布をシミュレーション解析した。上記数式１は、本発明者らが上記シミュレーション解析の結果から求めたものである。解析の結果、上記到達温度Ｔ₄が焼戻温度Ｔ₃に対して線形に変化することが確認された（図７参照）。シミュレーション解析の詳細は後述する。なお、加熱方法および冷却方法の少なくともいずれかが上記とは異なる方法により実施される場合、上記数式１が当該異なる方法における予測式に変更される。

上記数式２は、焼戻処理時の到達温度Ｔ（単位：Ｋ）、保持時間ｔ₂（単位：秒）および焼戻処理後の第１周面の残留オーステナイト量γ（単位：体積％）の関係を予測する予測式である。焼戻処理後の第１周面の残留オーステナイト量γは、数式２中の到達温度Ｔに焼戻温度Ｔ₃を代入することにより算出される。焼戻処理後の第２周面の残留オーステナイト量γは、数式２中の到達温度Ｔに到達温度Ｔ₄を代入することにより算出される。上記数式２は、非特許文献１（井上毅、「新しい焼もどしパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼もどし効果の積算法への応用」鉄と鋼,６６，１０（１９８０）１５３３．）に記載されている硬さと焼戻温度との関係式に基づき、本発明者らが実験的に求めたものである。

上記数式３は、焼戻処理時の到達温度Ｔ（単位：Ｋ）、保持時間ｔ₂（単位：秒）および焼戻処理後の第２周面の硬さＭ（単位：ＨＶ）の関係を予測する予測式である。焼戻処理後の第１周面の硬さＭは、数式３中の到達温度Ｔに焼戻温度Ｔ₃を代入することにより算出される。焼戻処理後の第２周面の硬さＭは、数式３中の到達温度Ｔに到達温度Ｔ₄を代入することにより算出される。上記数式３は、特開平１０－１０２１３７号公報に記載されている残留オーステナイト量と焼戻温度との関係式に基づき、本発明者らが実験的に求めたものである。

具体的には、焼戻温度Ｔ₃、保持時間ｔ₂、および到達温度Ｔ₄の各設定値は、上記数式１、数式２および数式３に基づいて、例えば以下のように設定され得る。

まず、上記数式２から、第１周面の残留オーステナイト量が上記予め定められた値以下となるように、焼戻温度Ｔ₃の上限値および保持時間ｔ₂の下限値が設定される。さらに、上記数式３から、第２周面の硬さが上記予め定められた値以上となるように、上記到達温度Ｔ₄の下限値および保持時間ｔ₂の上限値が設定される。次に、上記数式１から、上記数式２に基づいて設定された焼戻温度Ｔ₃の上限値が実現されるときの上記到達温度Ｔ₄の上限値が見積もられる。あるいは、上記数式１から、上記数式３に基づいて設定された上記到達温度Ｔ₄の下限値が実現されるときの上記焼戻温度Ｔ₃の下限値が見積もられる。次に、上記のようにして設定された焼戻温度Ｔ₃、到達温度Ｔ₄、保持時間ｔ₂の各々について、上限値以上下限値以下の数値範囲内において設定値が定められる。

工程（Ｓ４０）では、少なくとも上記成形体１０の上記第２周面１０Ａに対して研削加工が実施される。これにより、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａを有する内輪１２，２２が形成される。なお、上記成形体の上記第１周面１０Ｃに対する研削加工が実施されない場合、内周面１２Ｃ，２２Ｃは焼戻処理が施された第１周面である。また、上記成形体の上記第１周面に対する研削加工が実施される場合、内周面１２Ｃ，２２Ｃは焼戻処理が施された第１周面に対する研削加工により形成された面である。

工程（Ｓ５０）では、外輪１１，２１と玉１３またはころ２３とが準備される。次に、先の工程（Ｓ４０）において製造された内輪１２と、準備された外輪１１および玉１３とが組み立てられる。これにより、図１に示される深溝玉軸受１が製造される。あるいは、先の工程（Ｓ４０）において製造された内輪２２と、準備された外輪２１およびころ２３とが組み立てられる。これにより、図２に示される円錐ころ軸受２が製造される。

＜変形例＞
上記工程（Ｓ２０）では、浸炭浸窒処理が実施されるが、浸炭浸窒処理は実施されなくてもよい。この場合の焼入処理後の成形体の残留オーステナイト量は、浸炭処理が実施される場合のそれと比べて全体的に少なくなる。そのため、この場合の内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量との差は、浸炭浸窒処理が実施される場合のそれと比べて小さくなる。しかし、この場合にも上記焼戻処理が実施されていることにより、上記差は上記焼戻処理が実施されていない従来の内輪のそれと比べて大きくなる。つまり、浸炭浸窒処理が実施されずに製造された内輪１２，２２においても、上記焼戻処理が実施されていることにより、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量との差は５体積％以上とされ得る。

また、内輪１２，２２とともに、外輪１１，２１も、本実施の形態に係る軌道部材として構成されていてもよい。この場合、外輪軌道面１１Ａの残留オーステナイト量と円周面としての外周面１１Ｃの残留オーステナイト量との差が、５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上である。また、外輪軌道面２１Ａの残留オーステナイト量と円周面としての外周面２１Ｃの残留オーステナイト量との差が、５体積％以上であり、好ましくは１０体積％以上である。

＜作用効果＞
本実施の形態に係る軌道部材としての内輪１２，２２は、高炭素鋼からなり、周方向に沿って延在する内輪軌道面１２Ａ，２２Ａと、周方向に沿って延在し、かつ軸方向に沿って延びる円周面としての内周面１２Ｃ，２２Ｃとを有している。内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量は内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量よりも多い。内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量と内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量との差が５体積％以上である。

従来の焼戻処理では、成形体の全体が雰囲気炉内で加熱されるため、軌道面となるべき領域の残留オーステナイトおよびマルテンサイトが分解される。そのため、従来の上記焼戻処理により製造される第１比較例としての内輪では、軌道面の残留オーステナイト量と内径面の残留オーステナイト量との差は５体積％未満となる。その結果、当該内輪では、内径面の寸法安定性と軌道面の硬さとはトレードオフの関係を示し、両者を同時に高めることは困難であった。

また、焼戻処理において、仮に成形体の第１周面のみに対する局所的な加熱が実施されたとしても、第２周面に対する局所的な冷却が実施されなければ、焼戻処理における第２周面の到達温度が高くなり、残留オーステナイトおよびマルテンサイトの分解が進行する。その結果、上記加熱のみが実施され上記冷却が実施されない焼戻処理により製造される第２比較例としての内輪においても、軌道面の残留オーステナイト量と内径面の残留オーステナイト量との差は５体積％未満となる。その結果、当該内輪においても、内径面の寸法安定性と軌道面の硬さとはトレードオフの関係を示し、両者を同時に高めることは困難である。

これに対し、本実施の形態に係る焼戻処理では、成形体の第１周面が局所的に加熱されかつ成形体の第２周面が局所的に冷却される。上記内輪１２，２２は、本実施の形態に係る焼戻処理が施されることにより、製造されたものである。そのため、第２周面に基づいて形成された内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量は、第１周面に基づいて形成された内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量よりも、５体積％以上多くなる。

その結果、内輪１２，２２では、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて多く、かつ内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて少なくされ得る。このような内輪１２，２２では、上記第１比較例および第２比較例の内輪と比べて、内周面１２Ｃ，２２Ｃの寸法安定性および内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さが同時に高められている。

また、内輪１２，２２では、内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて同等とされ、かつ内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて多くされ得る。このような内輪１２，２２では、内周面１２Ｃ，２２Ｃの寸法安定性が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと同等とされるとともに、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さが上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて大きく向上している。

また、内輪１２，２２では、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて同等とされ、かつ内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて少なくされ得る。このような内輪１２，２２では、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さが上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと同等とされるとともに、内周面１２Ｃ，２２Ｃの寸法安定性が上記第１比較例および第２比較例の内輪のそれと比べて大きく向上している。

好ましくは、内輪１２，２２は、浸炭浸窒処理を含む熱処理が施されている。この場合、上述のように、軌道面の残留オーステナイト量と円周面の残留オーステナイト量との差が１０体積％以上とされ得る。そのため、このような内輪１２，２２では、上記第１比較例および第２比較例の内輪と比べて、内周面１２Ｃ，２２Ｃの寸法安定性および内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さが同時にかつ大きく向上している。

内輪１２，２２の内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さは、７００Ｈｖ以上である。本実施の形態に係る焼戻処理は、従来の焼戻処理と比べて、成形体の上記第２周面のマルテンサイトの分解を抑制することができる。そのため、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの硬さは、上記第１比較例および第２比較例の内輪の軌道面の硬さ超えとされ得る。

上記内輪１２，２２は、ラジアル軸受である深溝玉軸受１または円錐ころ軸受２の内輪であり、内周面１２Ｃ，２２Ｃは径方向において内輪軌道面１２Ａ，２２Ａとは反対側に位置する面である。上記内輪１２を備える深溝玉軸受１は、上記第１比較例および第２比較例の内輪を備える深溝玉軸受と比べて、内周面１２Ｃの寸法安定性と内輪軌道面１２Ａの硬さとが同時に高められているため、高寿命である。上記内輪２２を備える円錐ころ軸受２は、上記第１比較例および第２比較例の内輪を備える円錐ころ軸受と比べて、内周面２２Ｃの寸法安定性と内輪軌道面２２Ａの硬さとが同時に高められているため、高寿命である。

本実施の形態に係る軌道部材の製造方法は、高炭素鋼からなり、円環形状を有する成形体を準備する工程（Ｓ１０）と、成形体を焼入る工程（Ｓ２０）と、焼入れ後に成形体を焼戻す工程（Ｓ３０）とを備える。成形体１０は、周方向に沿って延在する第１周面１０Ｃと、周方向に沿って延在し、かつ径方向において第１周面１０Ｃと反対側に位置する第２周面１０Ａとを有している。焼戻す工程（Ｓ３０）では、第２周面１０Ａを冷却しながら第１周面１０Ｃを局所的に加熱する。

上記工程（Ｓ３０）では、上記焼戻処理が施されることにより、第１周面１０Ｃの残留オーステナイトの分解が促進される一方で、第２周面１０Ａの残留オーステナイトおよびマルテンサイトの分解が抑制される。その結果、上記焼戻処理後、第２周面の残留オーステナイト量は第１周面の残留オーステナイト量よりも５体積％以上多くなる。そのため、このような成形体１０から製造された内輪１２，２２では、内輪軌道面１２Ａ，２２Ａの残留オーステナイト量が内周面１２Ｃ，２２Ｃの残留オーステナイト量よりも５体積％以上多くなる。

本発明に係る転がり軸受の製造方法は、上記軌道部材の製造方法によって、成形体から内輪を製造する工程を備える。内輪を製造する工程では、成形体の第１周面から内輪の内径面を形成し、かつ成形体の第２周面から内輪の内輪軌道面を形成する。上記転がり軸受の製造方法は、内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面と接触する複数の転動体とを準備して、内輪、外輪、および転動体を組み立てる工程をさらに備える。

このようにして製造される深溝玉軸受１は、上記第１比較例および第２比較例の内輪を備える深溝玉軸受と比べて、内輪軌道面１２Ａの硬さと内周面１２Ｃの寸法安定性が同時に高められているため、高寿命である。また、このようにして製造される円錐ころ軸受２は、上記第１比較例および第２比較例の内輪を備える円錐ころ軸受と比べて、内輪軌道面２２Ａの硬さと内周面２２Ｃの寸法安定性が同時に高められているため、高寿命である。

以下、本実施の形態に係る焼戻処理に関する上記シミュレーション解析の詳細を説明する。シミュレーション解析は、有限要素法による熱伝導解析により行った。まず、上記成形体を模擬した被加熱部材は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、軸方向の厚さが３ｍｍのリングとした。また、該被加熱部材、上記焼入処理が施されたものとした。この被加熱部材を、図６に示される解析モデルを用いて上記焼戻処理を模擬し、そのときの被加熱部材内部の温度分布を解析した。本解析モデルでは、成形体の第１周面に対する上記加熱を誘導加熱、第２周面に対する上記冷却を水冷とする焼戻条件を設定した。また、第２周面に適当な熱伝達係数を与えて、水冷を模擬した。このような解析モデルにおいて、第１周面に対する加熱温度、すなわち焼戻温度を１８０℃以上４９０℃以下とし、保持時間を１分としたときの、成形体内部の温度分布を解析した。図７～図９に解析結果を示す。

図７は、第１周面に対する加熱温度を１８０℃以上４９０℃以下とし、保持時間を１分としたときの、該加熱温度と上記冷却が施されている第２周面の到達温度との関係を示すグラフである。図７の横軸は第１周面に対する加熱温度（単位：℃）を示し、図７の縦軸は第２周面の到達温度（単位：℃）を示す。図７に示されるように、第２周面の到達温度は第１周面に対する加熱温度に対して線形に変化した。図７のグラフから、上記数式１が導出された。図７から、上記加熱および上記冷却が同時に実施されることにより、第１周面と第２周面との温度差を十分に大きくすることができ、内輪軌道面２２Ａの残留オーステナイト量と第１周面２２Ｃの残留オーステナイト量との差を５体積％以上とすることができることが確認された。

図８は、第１周面に対する加熱温度を４２０℃とする加熱および上記冷却を開始してからの経過時間に対する第１周面および第２周面の各温度変化を示すグラフである。図８の横軸は加熱開始からの経過時間（単位：秒）を示し、図８の縦軸は第１周面および第２周面の各温度（単位：℃）を示す。図８に示されるように、加熱開始から約５秒後には、第１周面の温度は上記焼戻温度の９割の温度である３９０℃に達した。同様に、第２周面の温度も、加熱開始から約５秒後には、上記数式１から見積もられた温度の９割である２２０℃に達した。さらに、第２周面の温度が上記見積もられた温度に達した後、第１周面に対する加熱が継続されているにもかかわらず、第２周面の温度上昇が抑制されていた。つまり、上記水冷により、第２周面の温度上昇が十分に抑えられることが確認された。

図９は、第１周面に対する加熱温度を３５０℃とする加熱および上記冷却を開始してから３０秒経過したときの、被加熱部材の内部の温度分布を示す図である。図９に示されるように、第１周面から第２周面に向かうにつれて、被加熱部材の内部の温度が徐々に低くなっており、第１周面の温度からの低下量が第１周面からの距離に対して線形に変化することが確認された。また、上記工程（Ｓ５０）における研削加工の取り代を考慮しても、軌道面が形成される領域の到達温度はマルテンサイトの分解が十分に抑制され得る温度に抑えられることが確認された。

また、図９に示される上記加熱および上記冷却を、焼戻処理前の第１周面および第２周面の残留オーステナイト量が１４．４体積％、硬さが７８０Ｈｖである被加熱部材に実施した場合、第１周面の残留オーステナイト量が２体積％以下、第１周面の硬さが６８０Ｈｖであるの対し、第２周面の残留オーステナイト量は１４．１体積％、硬さは７７９Ｈｖであった。

一方、表１に示されるように、従来の焼戻処理を施した軌道部材の第１周面および第２周面の残留オーステナイト量は１０．８～２６．４体積％であり、第１周面の残留オーステナイト量と第２周面の残留オーステナイト量との差は、５体積％未満であった。また、従来の焼戻処理を施した軌道部材の軌道面における硬さは７００Ｈｖ以上であった。

このように、本実施の形態に係る軌道部材の製造方法によれば、軌道面の残留オーステナイト量が第１周面の残留オーステナイト量と比べて５体積％以上多い内輪を製造できることが確認された。さらに、本実施の形態に係る軌道部材の製造方法によれば、従来の焼戻処理を備える軌道部材の製造方法と比べて、第１周面の残留オーステナイト量が低くかつ第２周面の残留オーステナイト量が高い内輪を製造でき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。

１深溝玉軸受、２円錐ころ軸受、１０成形体、１０Ａ第２周面、１０Ｃ第１周面、１１，２１外輪、１１Ａ，２１Ａ外輪軌道面、１２Ｃ，２２Ｃ内周面、１２Ｂ，２２Ｂ外周面、１２，２２内輪、１２Ａ，２２Ａ内輪軌道面、１３玉、１３Ａ，２３Ａ転動面、１４，２４保持器、３０コイル、３１噴射部。

Claims

ＪＩＳ規格ＳＵＪ２からなり、
周方向に沿って延在する軌道面と、
前記軌道面以外の他の面とを有し、
前記軌道面の残留オーステナイト量は前記他の面の残留オーステナイト量よりも多く、
前記軌道面の残留オーステナイト量と前記他の面の残留オーステナイト量との差が５体積％以上であり、
前記他の面の残留オーステナイト量が２体積％以下であり、
前記軌道面の硬さと前記他の面の硬さとの差が８０Ｈｖ以上であり、
前記軌道面の硬さが７５０Ｈｖ以上である、軌道部材。
浸炭浸窒処理を含む熱処理が施されており、
前記軌道面の残留オーステナイト量と前記他の面の残留オーステナイト量との差が１０体積％以上である、請求項１に記載の軌道部材。
前記軌道面は、径方向において外周側を向いており、
前記他の面は、前記径方向において、前記軌道面とは反対側に位置しかつ内周側を向いている、請求項１又は２に記載の軌道部材。
内輪軌道面と、前記内輪軌道面とは反対側に位置する内径面とを有する内輪と、
前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面と接触する複数の転動体とを備え、
前記内輪が請求項１～３のいずれか１項に記載の軌道部材であり、
前記内輪軌道面が前記軌道部材の前記軌道面であり、
前記内径面が前記軌道部材の前記他の面である、転がり軸受。