WO2007066441A1

WO2007066441A1 - 浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品

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Publication number: WO2007066441A1
Application number: PCT/JP2006/318378
Authority: WO
Inventors: Chikara Ohki
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2007-06-14
Also published as: EP2360287B1; US20090165896A1; US8747572B2; EP1964940A1; EP2360287A1; EP1964940B1; CN101880852A; CN101880852B; EP1964940A4

Abstract

　窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法は、０．８質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法であって、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備える。雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含む。雰囲気制御工程では、被処理物中の炭素の活量をａｃ、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度をＣＮとした場合に、γ＝ａｃ／ＣＮで定義されるγの値が２以上５以下の範囲になるように、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御工程が実施される。

Description

明細書

浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品

技術分野

[0001] 本発明は浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品に関し、より特定的には、鋼力なる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法、鋼からなる被処理物を浸炭窒化する工程を含む機械部品の製造方法および鋼力なり、浸炭窒化が実施された機械部品に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、浸炭窒化処理、特に鋼からなる被処理物に対して実施されるガス浸炭窒化処理においては、 RXガスおよびアンモニア（NH )ガスを一定の流量（単位時間あ

3

たりの供給量)で熱処理炉内に流入させるとともに、熱処理炉内のカーボンポテンシャル (c M直を熱処理炉内の二酸化炭素（co )の分圧に基づいて制御することによ

P 2

り、当該熱処理炉内の雰囲気が制御されている。ここで、被処理物の表層部に侵入する窒素量は、浸炭窒化処理中に直接測定することは困難である。そのため、各熱処理炉に関して、アンモニアガスの流量と被処理物の表層部に侵入する窒素量との関係を過去の生産実績等から経験的に決定し、浸炭窒化処理中に直接測定することが可能なアンモニアガスの流量を調節することにより被処理物の表層部に侵入する窒素量が制御される場合が多、。

[0003] そして、このアンモニアガスの流量は、各熱処理炉の過去の生産実績等に基づき、被処理物の量や形状などを考慮して経験的に決定されているが、過去の生産実績が無いような量や形状の被処理物を浸炭窒化処理する必要が生じた場合、当該浸炭窒化処理における最適なアンモニアガスの流量を決定するための試行錯誤が必要となる。その結果、最適なアンモニアガスの流量が決定されるまでは被処理物の品質を安定させることが困難なだけでなぐ上記試行錯誤を量産ラインにおいて実施する必要があるため、要求品質を満たさない被処理物が発生し、生産コスト上昇の要因となるおそれもある。

[0004] これに対し、熱処理炉の形状、被処理物の量や形状ごとに変化するアンモニアガスの流量ではなぐ熱処理炉内に残留している気体アンモニアの濃度である未分解ァンモニァ濃度 (アンモニアの残留ガス濃度）を調節することにより、被処理物に侵入する窒素量を制御する方法が提案されている (恒川好榭、外 2名、「ガス浸炭窒化処理におけるボイドの発生と窒素の拡散挙動」、熱処理、 1985年、 25卷、 5号、 p.242— 247 (非特許文献 1)および特開平 8— 13125号公報 (特許文献 1) )。すなわち、浸炭窒化処理中に測定が可能な未分解アンモニア濃度を測定し、熱処理炉の形状や被処理物の量および形状等に関係なく決定可能な未分解アンモニア濃度と被処理物に侵入する窒素量との関係に基づき、アンモニアガスの流量を調節する。これにより、最適なアンモニアガスの流量を試行錯誤により決定することなぐ被処理物に侵入する窒素量を制御することが可能となり、被処理物の品質を安定させることができる。

非特許文献 1 :恒川好榭、外 2名、「ガス浸炭窒化処理におけるボイドの発生と窒素の拡散挙動」、熱処理、 1985年、 25卷、 5号、 p.242- 247

特許文献 1：特開平 8— 13125号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかし、上述の未分解アンモニア濃度をパラメータとする浸炭窒化処理方法を含めて、従来の浸炭窒化処理方法では、被処理物への窒素の侵入速度 (被処理物の表面の単位面積力単位時間あたりに侵入する窒素量)をコントロールすることは困難であった。浸炭窒化処理は、機械部品の製造工程等において、比較的コストの高い工程である。そのため、浸炭窒化処理に対しては、その処理コストの低減が求められている。したがって、被処理物への窒素の侵入速度をコントロールすることにより、窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率ィ匕を図ることができれば、上記浸炭窒化処理コストの低減の要求に応えることができる。

[0006] そこで、本発明の目的は、窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストの低減が可能な機械部品の製造方法を提供することである。また、本発明のさらに他の目的は、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストが低減された機械部品を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の一の局面における浸炭窒化方法は、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法である。本発明の一の局面における浸炭窒化方法は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。そして、雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニァ濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸ィヒ炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含んでいる。雰囲気制御工程においては、被処理物中の炭素の活量を a、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を C とした場合に、 y =a ZCで定義される γの値が 2

N Ν

以上 5以下の範囲になるように、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御ェ程が実施される。

[0008] 本発明者は、熱処理炉内の雰囲気と被処理物への窒素の侵入挙動との関係について詳細に検討を行なった。そして、被処理物への窒素の侵入速度に対して、熱処理炉内の雰囲気中の未分解アンモニア量だけでなぐ以下の式（1)で定義される炭素の活量も影響を与えることに着目し、以下の式 (2)で定義される yの値が被処理物への窒素の侵入挙動に影響を及ぼす重要な因子となっていることを見出した。

[0009] [数 1]

r = - (2) N

[0010] すなわち、 γが一定であれば、 a

c力、さいほど被処理物への窒素の侵入速度が大きくなる。一方、 aが一定であれば、 γが小さいほど被処理物への窒素の侵入速度

C

が大きくなる。そして、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼力もなる被処理物においては、 γの値が 5となったとき、被処理物への窒素の侵入速度が最大となり、 γの値力以下では窒素の侵入速度は一定となる。つまり、 γの値を 5以下とすることで、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物への窒素の侵入速度を最大にすることができる。ここで、 aは、式（1)により算出される鋼中における計算上の炭素の活量、 P は一酸化炭素 (CO)の分圧、 P は二酸化炭素 (CO )の分圧、 Kは

CO C02 2

< C> +CO 2CO

2

における平衡定数、 c は熱処理炉内の未分解アンモニア濃度である。

N

[0011] 一方、上述のように浸炭窒化を実施する熱処理炉内の雰囲気における γ値が 5以下であれば、被処理物への窒素の侵入速度を最大にすることができる力 γの値が小さくなりすぎると別の問題が発生する。すなわち、 γの値を 2未満とするためには、熱処理炉へのアンモニアの供給速度 (アンモニアの流量)を高くする必要がある。これに伴い、熱処理炉内における一酸ィ匕炭素の分圧が低下するため、カーボンポテンシャルを保持するためには、熱処理炉内へのエンリッチガスの導入量を増加させる必要が生じる。これにより、スーティング (熱処理炉内にすすが発生し、被処理物に付着すること)が発生しやすくなり、被処理物に表面浸炭などの品質上の不具合が発生するおそれがある。

[0012] 本発明の一の局面における浸炭窒化方法では、加熱パターン制御工程において、被処理物に所望の温度履歴が付与されるとともに、雰囲気制御工程において熱処理炉内の雰囲気における γの値が 2以上 5以下とされていることにより、スーティングの発生を抑制しつつ、被処理物への窒素の侵入速度を最大とすることが可能となっている。その結果、被処理物への窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率ィ匕を図ることができる。

[0013] なお、未分解アンモニア濃度とは、熱処理炉内に供給されたアンモニアのうち、分解されることなく気体アンモニアの状態で残存しているアンモニアの熱処理炉内の雰囲気における濃度をいう。

[0014] 上記本発明の一の局面における浸炭窒化方法において好ましくは、未分解アンモニァ濃度制御工程では、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度が測定され、未分解アンモニア濃度と、 γの値が 2以上 5以下の範囲となる目標の未分解アンモニア濃度とが比較されて、熱処理炉内に供給されるアンモニアの流量が調節される。 [0015] これにより、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア濃度を精度良くコントロールすることができる。その結果、上述の雰囲気制御工程における熱処理炉内の γ値の制御が容易となる。

[0016] 上記本発明の一の局面における浸炭窒化方法において好ましくは、被処理物が A 点以上の温度に保持されている期間中における、 γの値の最大値と最小値との差は 1以下となるように雰囲気制御工程が実施される。

[0017] 上述のように、 yの値が 5以下であれば、窒素の侵入速度は一定となるが、 γの値が大きく変化すると、 a値が大きく変化するおそれがある。この場合、以下の式 (3)に

C

示すように、 a値の変化に伴ってカーボンポテンシャル（C M直も変化する。ここで、 A

C P

は温度に依存する物性値である。そうすると、被処理物の表層部の炭素濃度をコン

S

トロールするための c値の制御が困難になる。

P

[0018] [数 2]

Cp = A_s x a_c —(3)

[0019] これに対し、被処理物の浸炭窒化が進行する、被処理物が A点以上の温度に保持されている期間中における、 γの値の最大値と最小値との差を 1以下とすることで、 C値の制御が容易となる。

Ρ

[0020] なお、浸炭窒化処理にお!、て、より厳密な C値の制御が必要な場合、被処理物が

Ρ

Α点以上の温度に保持されている期間中における、 γの値の最大値と最小値との差は 0. 6以下とすることが好ましい。また、たとえば γの値に 2. 3以上 4. 7以下の所定の目標値を設定し、当該目標値に対して γの値が ±0. 5以下 (望ましくは、 ±0. 3 以下)の範囲となるように、 γの値を制御してもよい。

[0021] また、被処理物の表層部とは、被処理物の表面付近の領域をいい、たとえば仕上げ加工等が実施され、被処理物が製品となった状態における表面力の距離が 0. 2 mm以下の領域となるべき領域をいう。つまり、被処理物の表層部とは、被処理物が加工等されて製造される製品に対する要求特性に鑑み、被処理物が製品となった状態において、窒素濃度や炭素濃度を制御すべき領域であって、製品ごとに適宜決定することができる。 [0022] 上記本発明の一の局面における浸炭窒化方法において好ましくは、被処理物を構成する鋼の組成ごとに決定される、被処理物が A点以上の温度に保持されている時間である浸炭窒化時間および γの値と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係に基づき、浸炭窒化時間が決定される。

[0023] 一般に、浸炭窒化処理における被処理物への窒素の侵入速度は浸炭窒化時間だけでなぐ浸炭窒化処理中の C値、 a値などにも依存する複雑な変数である。その

N C

ため、被処理物の内部における窒素濃度の分布を制御することは困難である。し力し、被処理物に対して浸炭窒化処理が実施された後、仕上げ加工などが実施されて表面付近の領域が除去される場合、表面付近の領域ではなく所定の深さの領域における窒素含有量が重要となる。これに対し、本発明の一の局面における浸炭窒化方法によれば、上述のように被処理物への窒素の侵入速度が常に最大に保たれるため、 γの値が一定であれば、所定の組成を有する被処理物への窒素の侵入速度と浸炭窒化時間との関係が一定となる。したがって、被処理物を構成する鋼の組成ごとに決定される、 yの値および浸炭窒化時間と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係を予め求めておくことにより、当該関係に基づいて浸炭窒化時間を決定することで、被処理物の所望の深さの領域における窒素含有量を制御することが可能となる。

[0024] 本発明の一の局面における機械部品の製造方法は、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、鋼製部材準備工程において準備された鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、 Α点以上の温度から M点以下の温度に冷却することにより、鋼

1 S

製部材を焼入硬化する焼入硬化工程とを備えている。そして、焼入硬化工程における浸炭窒化処理は、上述の本発明の一の局面における浸炭窒化方法を用いて実施される。

[0025] ここで、 A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ィ匕した鋼が冷却される際に、マルテンサイトイ匕を開始する温度に相当する点をいう。

[0026] 本発明の一の局面における機械部品の製造方法によれば、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼力なる被処理物に適した上述の本発明の浸炭窒化方法が焼入硬化工程において採用されることにより、効率的な浸炭窒化処理が実施され、機械部品の製造コストを低減することが可能となる。

[0027] 本発明の一の局面における機械部品は、上述の本発明の一の局面における機械部品の製造方法により製造されている。上述した本発明の一の局面における機械部品の製造方法により製造されていることにより、本発明の一の局面における機械部品は、効率的な浸炭窒化処理が実施されており、製造コストが低減されている。

[0028] 上記本発明の一の局面における機械部品は軸受を構成する部品として用ヽられてもよい。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ製造コストが低減された本発明の一の局面における機械部品は、疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品である軸受を構成する部品として好適である。

[0029] なお、上述の本発明の一の局面における機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の本発明の一の局面における機械部品である。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ製造コストが低減された本発明の一の局面における機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、製造コストが低減されるとともに、長寿命な転がり軸受を提供することができる。

[0030] 一方、上述の非特許文献 1および特許文献 1に記載された未分解アンモニア濃度をパラメータとする浸炭窒化処理方法のように、浸炭窒化処理中に熱処理炉内に供給されるアンモニアの供給量が変化する場合、被処理物の表層部において過剰に炭素が侵入した過浸炭組織、炭素含有量が低下した脱炭組織、析出物 (炭化物、炭窒化物など)の消失などの不良組織が発生する場合があり、被処理物の品質の安定を妨げるという問題点があった。これに対し、本発明者は、以下の本発明の他の局面における浸炭窒化方法、およびこれを利用した本発明の他の局面における機械部品の製造方法および機械部品による、当該問題点の解決策を見出した。

[0031] 本発明の他の局面における浸炭窒化方法は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。雰囲気制御工程は、熱処理炉内に供給されるアンモニアの供給量を調節することにより熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸ィ匕炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含んでいる。そして、分圧制御工程では、未分解アンモニア濃度制御工程においてアンモニアの供給量が変更された場合であって、一酸ィ匕炭素の分圧と二酸ィ匕炭素の分圧との比である分圧比が変化した場合に、アンモニアの供給量の変更前の分圧比からアンモユアの供給量が変更された後の分圧比への変化を打ち消すように、一酸ィヒ炭素および二酸ィ匕炭素の少なくともいずれか一方の分圧が変更される。

[0032] 本発明者は、熱処理炉内の雰囲気の制御状態と、被処理物の表層部における不良組織の発生との関係について詳細に検討を行なった。その結果、熱処理炉内に供給されるアンモニアの供給量 (流量)が変更された場合、これに伴って浸炭挙動に影響を与える一酸ィ匕炭素と二酸ィ匕炭素との分圧比が変化するため、これを十分に考慮した雰囲気の制御が実施されな!、場合、被処理物の表層部への炭素の侵入挙動が狙いどおりに制御されず、不良組織が発生する、との知見を得た。そして、浸炭窒化処理において、アンモニアの供給量が変更された場合には、一酸化炭素と二酸化炭素との分圧比の変化を直ちに打ち消すように、一酸ィヒ炭素および二酸ィヒ炭素の少なくともいずれか一方の分圧を変更することにより、不良糸且織の発生を抑制することができることを見出し、本発明に想到した。

[0033] すなわち、本発明の他の局面における浸炭窒化方法によれば、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度をパラメータとしてアンモニア供給量が調節されて、被処理物に侵入する窒素量が調整される。そして、当該アンモニアの供給量の調節により、アンモニァ供給量が変化した場合、これに伴って変化する一酸化炭素と二酸化炭素との分圧比を早期に変化前の状態に戻すことができる。その結果、当該分圧比がパラメータとなっており、被処理物の浸炭挙動に直接影響する (式（1)および式 (3)参照）熱処理炉内のカーボンポテンシャル (C M直や被処理物中の炭素の活量 (a )等を精

P C

度良く制御することが可能となり、不良組織の発生を抑制して、被処理物の品質を安定させることができる。 [0034] 上記本発明の他の局面における浸炭窒化方法において好ましくは、未分解アンモニァ濃度制御工程では、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度が測定され、未分解アンモニア濃度と被処理物の表層部における窒素濃度との関係に基づいて、熱処理炉内に供給されるアンモニアの流量を調節することにより、被処理物の表層部における窒素濃度が制御される。

[0035] これにより、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア濃度を精度良くコントロールし、被処理物に侵入する窒素量を精度良く制御することができる。

[0036] 上記本発明の他の局面における浸炭窒化方法において好ましくは、未分解アンモユア濃度制御工程におけるアンモニアの供給量の変更は、アンモニアの供給量の変更の直前に実施された先のアンモニア供給量の変更以降に熱処理炉に供給された浸炭ガスの 20°C、 1. 05気圧における体積が熱処理炉の容積以上となった後に実施される。

[0037] 本発明者は、一酸ィ匕炭素と二酸ィ匕炭素との分圧比の制御の精度に及ぼすアンモニァ供給量の変化の影響を抑制する方策について鋭意検討を行なった。その結果、未分解アンモニア濃度の制御に通常必要な程度のアンモニア供給量の変化があつた場合、これに伴って変化した一酸化炭素と二酸化炭素との分圧比をアンモニア供給量の変化前の状態に復帰させるためには、 20°C、 1. 05気圧において熱処理炉の容積以上の浸炭ガスの供給が必要であることを見出した。

[0038] したがって、上述の条件を満たしたことが確認されたうえでアンモニア供給量の変更が行われることにより、上記分圧比が先のアンモニア供給量の変更前の状態に復帰した後、新たなアンモニア供給量の変更が行なわれることとなる。その結果、上記本発明の他の局面における浸炭窒化方法において、 C、 aなどの制御が一層容易

P C

となり、不良組織の発生が一層抑制される。

[0039] ここで、本発明の浸炭窒化方法において使用される浸炭ガスとしては、たとえば RX ガスとエンリッチガスとの混合ガスを使用することができる。また、上述の一酸化炭素と二酸ィ匕炭素との分圧比の制御は、エンリッチガスとしてのプロパン (C H )ガス、ブ

3 8 タンガス (C H )などの供給量 (流量)を調節することにより実施することができる。

4 10

[0040] 本発明の他の局面における機械部品の製造方法は、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程と、鋼製部材準備工程にお！ヽて準備された鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、 A点以上の温度から M点

1 S 以下の温度へ冷却することにより、鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程とを備えている。そして、焼入硬化工程における浸炭窒化処理は、上述の本発明の他の局面における浸炭窒化方法を用いて実施される。

[0041] 本発明の他の局面における機械部品の製造方法によれば、安定した浸炭窒化処理が可能な上述の本発明の他の局面における浸炭窒化方法が焼入硬化工程において採用されることにより、安定した品質を有する機械部品の製造が可能である。

[0042] 上記本発明の他の局面における機械部品は軸受を構成する部品として用ヽられてもよい。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ品質の安定した本発明の他の局面における機械部品は、疲労強度、耐摩耗性等が要求される機械部品である軸受を構成する部品として好適である。

[0043] なお、上述の本発明の他の局面における機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方は、上述の本発明の他の局面における機械部品である。浸炭窒化が実施されることにより表面層が強化され、かつ品質の安定した本発明の他の局面における機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、品質が安定しているとともに、長寿命な転がり軸受を提供することができる。

[0044] ここで、上記本発明の一の局面および他の局面における浸炭窒化方法、機械部品の製造方法および機械部品は、それぞれ単独で実施されてもよいし、両者を組み合わせて実施されてもよい。

発明の効果

[0045] 以上の説明から明らかなように、本発明の一の局面における浸炭窒化方法によれば、窒素の侵入速度を向上させ、浸炭窒化処理の効率化を図ることが可能な浸炭窒化方法を提供することができる。また、本発明の一の局面における機械部品の製造方法によれば、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストの低減が可能な機械部品の製造方法を提供することができる。また、本発明の一の局面における機械部品によれば、効率的な浸炭窒化処理が実施されることにより、製造コストが低減された機械部品を提供することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]実施の形態 1および実施の形態 2の機械部品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]実施の形態 1および実施の形態 2の第 1の変形例の機械部品を備えた転がり軸受としてのスラスト-一ドルころ軸受の構成を示す概略断面図である。

[図 3]実施の形態 1および実施の形態 2の第 2の変形例の機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。

[図 4]図 3の線分 IV— IVに沿う概略断面図である。

[図 5]図 3の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。

[図 6]実施の形態 1および実施の形態 2における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示す図である。

[図 7]実施の形態 1および実施の形態 2における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細を説明するための図である。

[図 8]図 7の浸炭窒化工程に含まれる加熱パターン制御工程における加熱パターン（被処理物に与えられる温度履歴)の一例を示す図である。

[図 9]実施の形態 2の浸炭窒化工程が備えている分圧制御工程に含まれる一酸ィ匕炭素と二酸化炭素との分圧の比の制御方法の一例を示す図である。

[図 10]実施の形態 2において、図 7の浸炭窒化工程が備えている未分解アンモニア濃度制御工程のアンモニア供給量調節工程に含まれるアンモニアの供給量の制御方法の一例を示す図である。

[図 11]浸炭窒化処理時間 9000秒、 a値 1. 0の条件の下で浸炭窒化処理を実施し

C

た場合における、熱処理炉内の未分解アンモニア量と被処理物への窒素侵入量 (被処理物の単位表面積力被処理物の内部に侵入した窒素の質量）との関係を示す図である。

[図 12]3水準の a値における γ値と窒素侵入速度との関係を示す図である。

C

[図 13]浸炭窒化時間および γの値を変化させた場合の窒素侵入量の推移を示す図である。

[図 14]被処理物の各深さにおける浸炭窒化時間と窒素の活量との関係を示す図である。

[図 15]tを tの 1Z2とした場合の C値の安定性を示す図である。

2 1 P

[図 16]tを tと等しくした場合の C値の安定性を示す図である。

2 1 P

[図 17]tを tの 2倍とした場合の C値の安定性を示す図である。

2 1 P

[図 18]熱処理炉の容量と同体積（20°C、 1. 05気圧）の浸炭ガスが熱処理炉に供給されるのに要する時間 tに対するアンモニアガス供給流量が変更されるまでの時間 t の比率 Tが、浸炭窒化処理時間に対する C値が目標値に保持されている時間の割

P

合である C値安定時間比率に及ぼす影響を示す図である。

P

符号の説明

[0047] 1 深溝玉軸受、 2 スラスト-一ドルころ軸受、 3 等速ジョイント、 11 外輪、 11A 外輪転走面、 12 内輪、 12A 内輪転走面、 13 玉、 14 保持器、 21

軌道輪、 21A 軌道輪転走面、 23 ニードルころ、 24 保持器、 31 インナーレ一ス、 31A インナーレースボーノレ溝、 32 アウターレース、 32A アウターレースボール溝、 33 ボール、 34 ケージ、 35、 36 軸。

発明を実施するための最良の形態

[0048] 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。

[0049] (実施の形態 1)

図 1を参照して、本発明の一の局面における一実施の形態である実施の形態 1〖こ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。

[0050] 図 1を参照して、実施の形態 1における深溝玉軸受 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としての複数の玉 13とを備えて、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 12 A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、複数の玉 13は、内輪転走面 12Aおよび外輪転走面 11 A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！ヽる。以上の構成により、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。

[0051] ここで、機械部品である外輪 11、内輪 12、玉 13および保持器 14のうち、特に、外輪 11、内輪 12および玉 13には転動疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の一の局面における機械部品であることにより、深溝玉軸受 1の製造コストを低減しつつ、深溝玉軸受 1を長寿命化することができる。

[0052] 図 2を参照して、実施の形態 1の第 1の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。

[0053] 図 2を参照して、実施の形態 1の第 1の変形例におけるスラスト-一ドルころ軸受 2 は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された転動部材としての一対の軌道輪 21と、転動部材としての複数の-一ドルころ 23と、円環状の保持器 24とを備えている。複数の-一ドルころ 23は、一対の軌道輪 21の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面 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、スラスト-一ドルころ軸受 2の一対の軌道輪 21は、互いに相対的に回転可能となっている。

[0054] ここで、機械部品である軌道輪 21、ニードルころ 23および保持器 24のうち、特に、軌道輪 21、ニードルころ 23には転動疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の一の局面における機械部品であることにより、スラスト-一ドルころ軸受 2の製造コストを低減しつつ、スラスト-一ドルころ軸受 2を長寿命化することができる。

[0055] 図 3〜図 5を参照して、実施の形態 1の第 2の変形例における等速ジョイントについて説明する。なお、図 3は、図 4の線分 III— IIIに沿う概略断面図に対応する。

[0056] 図 3〜図 5を参照して、実施の形態 1の第 2の変形例における等速ジョイント 3は、軸 35に連結されたインナーレース 31と、インナーレース 31の外周側を囲むように配置され、軸 36に連結されたアウターレース 32と、インナーレース 31とアウターレース 32 との間に配置されたトルク伝達用のボール 33と、ボール 33を保持するケージ 34とを備えている。ボール 33は、インナーレース 31の外周面に形成されたインナーレースボール溝 31Aと、アウターレース 32の内周面に形成されたアウターレースボール溝 3 2Aとに接触して配置され、脱落しな!、ようにケージ 34によって保持されて、る。

[0057] インナーレース 31の外周面およびアウターレース 32の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝 31Aとアウターレースボール溝 32Aとは、図 3に示すように、軸 35および軸 36の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心 Oから当該軸上の左右に等距離離れた点 Aおよび点 Bを曲率中心とする曲線（円弧)状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aに接触して転動するボール 33の中心 P の軌跡が、点 A (インナーレース中心 A)および点 B (アウターレース中心 B)に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合 (軸 35および軸 36の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合）においても、ボール 33は、常に軸 35および軸 36の中央を通る軸のなす角 ( AOB)の 2等分線上に位置する。

[0058] 次に、等速ジョイント 3の動作について説明する。図 3および図 4を参照して、等速ジョイント 3においては、軸 35、 36の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aに嵌め込まれたボール 33 を介して、軸 35、 36の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図 5に示すように軸 35、 36が角度 Θをなした場合、ボール 33は、前述のインナーレース中心 Aおよびアウターレース中心 Bに曲率中心を有するインナーレースボール溝 31Aおよびァウタ一レースボール溝 32Aに案内されて、中心 Pが ZAOBの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心 O力もインナーレース中心 Aまでの距離と、ァウタ一レース中心 Bまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aが形成されているため、ボール 33の中心 Pからインナ一レース中心 Aおよびアウターレース中心 Bまでの距離はそれぞれ等しぐ ΔΟΑΡと △OBPとは合同である。その結果、ボール 33の中心 Pから軸 35、 36までの距離 Lは互いに等しくなり、軸 35、 36の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント 3は、軸 35、 36が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ 34は、軸 35、 36が回転した場合に、インナーレ一スボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aからボール 33が飛び出すことをインナーレースボール溝 31Aおよびアウターレースボール溝 32Aとともに防止すると同時に、等速ジョイント 3のジョイント中心 Oを決定する機能を果たしている。

[0059] ここで、機械部品であるインナーレース 31、アウターレース 32、ボール 33およびケージ 34のうち、特に、インナーレース 31、アウターレース 32およびボール 33には疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の一の局面における機械部品であることにより、等速ジョイント 3の製造コストを低減しつつ、等速ジョイント 3を長寿命化することができる。

[0060] 次に、本発明の一の局面における機械部品の製造方法における一実施の形態である実施の形態 1の上記機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図 6を参照して、まず、 0. 8 質量％以上の炭素を含有する鋼からなり、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば、 0. 8質量 %以上の炭素を含有する棒鋼を素材とし、当該棒鋼に対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、機械部品としての外輪 11、軌道輪 21、インナーレ一ス 31などの機械部品の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。

[0061] 次に、鋼製部材準備工程において準備された上述の鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、 A点以上の温度から M点以下の温度へ冷却することにより、

1 S

鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程が実施される。この焼入硬化工程の詳細については後述する。

[0062] 次に、焼入硬化工程が実施された鋼製部材に対して、 A点以下の温度に加熱することにより焼入硬化された鋼製部材の靭性等を向上させる焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材が A点以下の温度である 150°C以上 350°C 以下の温度、たとえば 180°C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)。 [0063] さらに、焼戻工程が実施された鋼製部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、焼戻工程が実施された鋼製部材の内輪転走面 12A、軌道輪転走面 21A、アウターレースボール溝 32Aなどに対する研削加工が実施される。これにより、本発明の実施の形態 1における機械部品は完成し、本発明の実施の形態 1における機械部品の製造方法は完了する。さらに、完成した機械部品が組み合わされて機械要素が組み立てられる組み立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本発明の一の局面における機械部品である、たとえば外輪 11、内輪 12、玉 13と保持器 14とが組み合わされて、深溝玉軸受 1が組み立てられる。これにより、本発明の一の局面における機械部品を備えた機械要素が製造される。

[0064] 次に、図 7および図 8を参照して、実施の形態 1における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細について説明する。図 8において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図 8において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。

[0065] 図 7を参照して、本発明の実施の形態 1における機械部品の製造方法の焼入硬化工程においては、本発明の実施の形態 1における浸炭窒化方法が用いられて浸炭窒化工程が実施される。本発明の実施の形態 1における浸炭窒化方法では、まず、被処理物としての鋼製部材が浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。その後、鋼製部材が A点以上の温度から M点以下の温度に冷却される冷却工程が実施さ

1 S

れる。

[0066] 浸炭窒化工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。この雰囲気制御工程と加熱パターン制御工程とは、独立に、かつ並行して実施することができる。そして、雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニァ濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸ィヒ炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含んでいる。

[0067] 分圧制御工程では、式（1)〜（3)を参照して、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸ィ匕炭素の少なくともいずれか一方の分圧が制御されることにより、 a

C値が制御されて γ値が調整されるとともに、 C値が調整される。さらに、雰囲気制御工程において

Ρ

は、 γの値が 2以上 5以下の範囲になるように、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御工程が実施される。

[0068] 具体的には、未分解アンモニア濃度制御工程では、まず、熱処理炉内の未分解ァンモユア濃度を測定する未分解アンモニア濃度測定工程が実施される。未分解アンモ-ァ濃度の測定は、たとえばガスクロマトグラフを用いて実施することができる。そして、未分解アンモニア濃度測定工程において測定された未分解アンモニア濃度に基づいて熱処理炉へのアンモニアガスの供給量を増減させるアンモニア供給量調節ェ程の実施の要否を判断する未分解アンモニア濃度判断工程が実施される。当該判断は、 γの値が 2以上 5以下の範囲になるように予め決定された目標の未分解アンモユア濃度と、測定された未分解アンモニア濃度を比較することにより実施される。

[0069] 未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になって、な、場合には、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を増減させるためのアンモニア供給量調節ェ程が実施された後、未分解アンモニア濃度測定工程が再度実施される。アンモニア供給量調節工程は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結されたアンモニアガスボンベから単位時間に熱処理炉に流入するアンモニアの量（アンモニアガスの流量）を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、アンモニア供給量調節工程を実施することができる。このアンモニア供給量調節工程において、測定された未分解アンモニア濃度と目標の未分解アンモニア濃度との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、予め実験的に決定したアンモニアガスの流量の増減と未分解アンモニア濃度の増減との関係に基づいて決定することができる。

[0070] 一方、未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になって、る場合には、アンモニア供給量調節工程が実施されることなぐ未分解アンモニア濃度測定ェ程が再度実施される。 [0071] 分圧制御工程では、エンリッチガスとしてのプロパン（C H )ガス、ブタンガス (C H

3 8 4 1

)などの供給量が調節されることにより、 COおよび COの分圧の少なくともいずれか

0 2

一方の分圧が制御され、 a値が調整される。具体的には、たとえば、赤外線ガス濃度

C

測定装置を用いて雰囲気中の一酸化炭素の分圧 P

COおよび二酸化炭素の分圧 P

C02 が測定される。そして、当該測定値に基づいて、 a値が目標の値となるように、ェンリ

C

ツチガスとしてのプロパン（C H )ガス、ブタンガス（C H )などの供給量が調節され

3 8 4 10

る。

[0072] γの値は、未分解アンモニア濃度制御工程により未分解アンモニア濃度を一定に保持した状態で、分圧制御工程により a値を変化させて制御してもよいし、逆に、分

C

圧制御工程により a値を一定に保持した状態で、未分解アンモニア濃度制御工程に

C

より未分解アンモニア濃度を変化させて制御してもよい。また、未分解アンモニア濃度制御工程および分圧制御工程により未分解アンモニア濃度および a値を変化さ c

せて、 γの値を制御してもよい。

[0073] なお、上記 γの値が 5に近い場合、被処理物への窒素の侵入速度が最も高い状態を確実に維持するためには、厳密な雰囲気制御が必要になる。雰囲気制御を容易にするためには、上記 γの値は、 4. 7以下とすることが好ましい。一方、窒素の侵入速度の観点からは、 γの値を 2まで小さくしてもよいが、そのためには熱処理炉内に導入されるアンモニアガスの流量を大きくする必要がある。し力し、アンモニアガスは比較的コストが高いため、浸炭窒化のコストを低減するためには、 γの値は 2. 5以上とすることが好ましい。

[0074] 加熱パターン制御工程では、被処理物としての鋼製部材に付与される加熱履歴が制御される。具体的には、図 8に示すように、鋼製部材が上述の雰囲気制御工程および分圧制御工程によって制御された雰囲気中で、 Α点以上の温度である 800°C 以上 1000°C以下の温度、たとえば 850°Cに加熱され、 60分間以上 300分間以下の時間、たとえば 150分間保持される。当該保持時間が経過するとともに加熱パターン制御工程は終了し、同時に雰囲気制御工程も終了する。

[0075] その後、鋼製部材が油中に浸漬 (油冷)されることにより、 A点以上の温度から M

1 S 点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。以上の工程により、鋼製部材は表層部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される。これにより、実施の形態 1の焼入硬化工程は完了する。

[0076] 以上のように、実施の形態 1の浸炭窒化方法によれば、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に対して、 yの値が 2以上 5以下の範囲に制御されているため、スーティングの発生を抑制しつつ、被処理物への窒素の侵入速度を最大とすることが可能となっている。その結果、被処理物への窒素の侵入速度が向上し、浸炭窒化処理の効率化が図られている。

[0077] さらに、実施の形態 1の浸炭窒化方法によれば、未分解アンモニア濃度は、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度の測定値に基づ、て、アンモニア供給量の調整の要否が検討されて未分解アンモニア濃度が目標の濃度になるように制御されている。そのため、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア濃度を精度良くコント口ールすることが可能となっている。その結果、上述の雰囲気制御工程における熱処理炉内の γ値の制御が容易となっている。

[0078] また、実施の形態 1の機械部品の製造方法によれば、製造コストが低減されつつ、浸炭窒化処理が実施された機械部品を製造することができる。また、実施の形態 1の機械部品は、製造コストが低減されつつ、浸炭窒化処理が実施された機械部品となつている。

[0079] また、本発明の一の局面における浸炭窒化方法においては、被処理物としての鋼製部材を構成する鋼の組成ごとに決定される、 Ύの値および浸炭窒化時間と、被処理物の表面力も所定の深さの領域における窒素濃度との関係に基づき、浸炭窒化時間が決定されることが好ましい。具体的には、所定の γ値のもとで、ある組成の鋼からなる試験片を熱処理炉において種々の浸炭窒化時間、実際に浸炭窒化し、各深さの領域における浸炭窒化時間と窒素濃度との関係を決定する。このとき、熱処理パターン、特に Α点以上の温度域における昇温および降温の時間に対する割合（昇温速度および降温速度）と、実際に熱処理される鋼製部材の昇温速度および降温速度との差は 50%以下であることが好まし、。各深さの領域における窒素濃度は、たとえば EPMA (Electron Probe Micro Analysis)により測定することができる。そして、被処理物としての鋼製部材を浸炭窒化する際には、当該被処理物の浸炭窒化後の加工工程、その後の使用状態等を考慮して窒素濃度を制御すべき深さを決定し、上述の関係に基づいて窒素濃度を制御すべき深さにおける窒素濃度が所望の濃度となるように、浸炭窒化時間を決定する。

[0080] 上記 γの値および浸炭窒化時間と、被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係は、被処理物を構成する鋼の組成により決定されるため、当該関係を予め決定しておくことにより、同一組成の被処理物に対しては、被処理物の形状等が変化した場合でも、当該関係に基づいて浸炭窒化時間を決定することができる。これにより、被処理物において重要な所望の深さの領域における窒素含有量を容易に制御することが可能となる。

[0081] (実施の形態 2)

次に、図 1を参照して、本発明の他の局面における一実施の形態である実施の形態 2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。

[0082] 図 1を参照して、実施の形態 2における深溝玉軸受 1は、基本的には、上述の実施の形態 1における深溝玉軸受 1と同様の構成を有しており、同様に動作することができる。

[0083] ここで、機械部品である外輪 11、内輪 12、玉 13および保持器 14のうち、特に、外輪 11、内輪 12および玉 13には転動疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の他の局面における機械部品であることにより、深溝玉軸受 1の品質を安定させるとともに、長寿命化することができる。

[0084] 次に、図 2を参照して、本発明の他の局面における一実施の形態である実施の形態 2の第 1の変形例における転がり軸受としてのスラストニードルころ軸受について説明する。

[0085] 図 2を参照して、実施の形態 2の第 1の変形例におけるスラスト-一ドルころ軸受 2 は、基本的には、上述の実施の形態 1の第 1の変形例におけるスラスト-一ドルころ軸受 2と同様の構成を有しており、同様に動作することができる。

[0086] ここで、機械部品である軌道輪 21、ニードルころ 23および保持器 24のうち、特に、軌道輪 21、ニードルころ 23には転動疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の他の局面における機械部品であることにより、スラスト-一ドルころ軸受 2の品質を安定させるとともに、長寿命化することができる。

[0087] 次に、図 3〜図 5を参照して、本発明の他の局面における一実施の形態である実施の形態 2の第 2の変形例における等速ジョイントについて説明する。

[0088] 図 3〜図 5を参照して、実施の形態 2の第 2の変形例における等速ジョイント 3は、基本的には、上述の実施の形態 1の第 2の変形例における等速ジョイント 3と同様の構成を有しており、同様に動作することができる。

[0089] ここで、機械部品であるインナーレース 31、アウターレース 32、ボール 33およびケージ 34のうち、特に、インナーレース 31、アウターレース 32およびボール 33には疲労強度ゃ耐摩耗性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも 1つは本発明の他の局面における機械部品であることにより、等速ジョイント 3の品質を安定させるとともに、長寿命化することができる。

[0090] 次に、本発明の他の局面における機械部品の製造方法の一実施の形態である実施の形態 2の上記機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図 6を参照して、まず、機械部品の概略形状に成形された鋼製部材を準備する鋼製部材準備工程が実施される。具体的には、たとえば、棒鋼を素材とし、当該棒鋼に対して切断、鍛造、旋削などのカロェが実施されることにより、機械部品としての外輪 11、軌道輪 21、インナーレース 31 などの機械部品の概略形状に成形された鋼製部材が準備される。

[0091] 次に、鋼製部材準備工程において準備された上述の鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、 A点以上の温度から M点以下の温度へ冷却することにより、

1 S

[0092] 次に、焼入硬化工程が実施された鋼製部材に対して、 A点以下の温度に加熱することにより、焼入硬化された鋼製部材の靭性等を向上させる焼戻工程が実施される。具体的には、焼入硬化された鋼製部材が A点以下の温度である 150°C以上 350 °C以下の温度、たとえば 180°C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)。

[0093] さらに、焼戻工程が実施された鋼製部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、焼戻工程が実施された鋼製部材の内輪転走面 12A、軌道輪転走面 21A、アウターレースボール溝 32Aなどに対する研削加工が実施される。これにより、本発明の実施の形態 2における機械部品は完成し、本発明の実施の形態 2における機械部品の製造方法は完了する。さらに、完成した機械部品が組み合わされて機械要素が組み立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本発明の他の局面における機械部品である、たとえば外輪 11、内輪 12、玉 13と保持器 14とが組み合わされて、深溝玉軸受 1 が組み立てられる。これにより、本発明の他の局面における機械部品を備えた機械要素が製造される。

[0094] 次に、図 7〜図 9を参照して、実施の形態 2における機械部品の製造方法に含まれる焼入硬化工程の詳細にっ、て説明する。

[0095] 図 7を参照して、実施の形態 2における機械部品の製造方法の焼入硬化工程においては、本発明の実施の形態 2における浸炭窒化方法が用いられて浸炭窒化工程が実施される。実施の形態 2における浸炭窒化方法では、まず、被処理物としての鋼製部材が浸炭窒化される浸炭窒化工程が実施される。その後、鋼製部材が A点以上の温度から M点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。

S

[0096] 浸炭窒化工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、熱処理炉内において被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱パターン制御工程とを備えている。この雰囲気制御工程と加熱パターン制御工程とは、独立に、かつ並行して実施することができる。そして、雰囲気制御工程は、熱処理炉内の未分解アンモニァ濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、熱処理炉内の一酸化炭素および二酸ィヒ炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含んでいる。

[0097] 具体的には、未分解アンモニア濃度制御工程では、まず、熱処理炉内の未分解ァンモユア濃度を測定する未分解アンモニア濃度測定工程が実施される。未分解アンモ-ァ濃度の測定は、たとえばガスクロマトグラフを用いて実施することができる。そして、未分解アンモニア濃度測定工程において測定された未分解アンモニア濃度に基づいて熱処理炉へのアンモニアガスの供給量を増減させるアンモニア供給量調節ェ程の実施の要否を判断する未分解アンモニア濃度判断工程が実施される。当該判断は、たとえば予め実験的に求められた未分解アンモニア濃度と被処理物の表層部における窒素濃度との関係に基づ!/、て実施される。

[0098] ここで、図 11を参照して、実施の形態 2における未分解アンモニア濃度判断工程の実施の一態様にっ、て説明する。

[0099] 図 11を参照して、 a値 1. 0、浸炭窒化処理の実施時間が 9000秒間の条件の下で

C

、被処理物への窒素侵入量をある値としたい場合、図 11の関係から目標の未分解ァンモユア濃度を決定することができる。したがって、未分解アンモニア濃度判断工程にお、ては、未分解アンモニア濃度測定工程にぉ、て測定されたアンモニア濃度が当該目標の未分解アンモニア濃度となっている力否かによりアンモニア供給量調節工程の実施の要否を判断することができる。なお、目標の未分解アンモニア濃度を決定するための関係は、上述のような未分解アンモニア濃度と窒素侵入量との関係に限られず、たとえば未分解アンモニア濃度と被処理物の表面力所定の深さの位置における窒素濃度との関係などであってもよい。

[0100] 図 7を参照して、未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になってヽな、場合には、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を増減させるためのアンモニア供給量調節工程が実施された後、未分解アンモニア濃度測定工程が再度実施される。アンモニア供給量調節工程は、たとえば、熱処理炉に配管を介して連結されたァンモユアガスボンベから単位時間に熱処理炉に流入するアンモニアの量（アンモ- ァガスの流量)を当該配管に取り付けられたマスフローコントローラなどを備えた流量制御装置により調節することにより実施することができる。すなわち、測定された未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度よりも高い場合、上記流量を低下させ、低い場合、上記流量を増加させることにより、アンモニア供給量調節工程を実施することができる。このアンモニア供給量調節工程において、測定された未分解ァンモユア濃度と目標の未分解アンモニア濃度との間に所定の差がある場合、どの程度流量を増減させるかについては、予め実験的に決定したアンモニアガスの流量の増減と未分解アンモニア濃度の増減との関係に基づいて決定することができる。

[0101] 一方、未分解アンモニア濃度が目標の未分解アンモニア濃度になって、る場合には、アンモニア供給量調節工程が実施されることなぐ未分解アンモニア濃度測定ェ程が再度実施される。

[0102] 分圧制御工程では、エンリッチガスとしてのプロパン（C H )ガス、ブタンガス (C H

3 8 4 1

0 2

一方の分圧が制御されて、 a値や C値などが調整される。具体的には、たとえば、

C P

赤外線ガス濃度測定装置を用いて雰囲気中の一酸ィ匕炭素の分圧 P および二酸化

CO

炭素の分圧 P が測定される。そして、当該測定値に基づいて、 a値や C値などが

C02 C P 目標の値となるように、エンリッチガスとしてのプロパン（C H )ガス、ブタンガス（C H

3 8 4

10 )などの供給量が調節される。

[0103] ここで、分圧制御工程では、未分解アンモニア濃度制御工程にぉ、てアンモニアの供給量が変更された場合であって、一酸ィ匕炭素の分圧と二酸ィ匕炭素の分圧との比である分圧比が変化した場合に、アンモニアの供給量の変更前の分圧比からアンモユアの供給量が変更された後の分圧比への変化を打ち消すように、一酸ィヒ炭素および二酸ィ匕炭素の少なくともいずれか一方の分圧が変更される。

[0104] 具体的には、図 9に示すように、まず、所定時間内にアンモニアの供給量が変更された力どうかが判断される供給量変更判断工程が実施される。前述のように、アンモユアの供給量が変更された場合、これに伴って、たとえば一酸ィ匕炭素の分圧が変化する。熱処理炉の容量等に基づ、てアンモニアの供給量の変更力一酸ィ匕炭素の分圧に影響が出るまでの時間を考慮して、上記所定時間を予め決定しておき、当該所定時間内にアンモニアの供給量が変更された力否かにより、後述する一酸ィヒ炭素および二酸ィヒ炭素の分圧の測定の要否が判断される。

[0105] 所定時間内にアンモニアの供給量が変更されていない場合、通常どおりの分圧制御工程である通常時分圧制御工程、たとえば一定時間ごとに雰囲気中の一酸ィ匕炭素の分圧 P および Zまたは二酸化炭素の分圧 P が測定されて、 a

CO C02 C値や C

P値などが目標の値となるように、エンリッチガスの供給量が調節される工程、が実施される。あるいは、後述する図 9の CO, COの分圧測定を実施する工程力判断変数が基

2

準値になるように CO, COの分圧を制御する工程までの工程と同様の工程を、一定

2

時間ごとに実施してもよい。そして、再度、供給量変更判断工程が実施される。 [0106] 一方、所定時間内にアンモニアの供給量が変更された場合、一酸化炭素の分圧 P

COおよび Zまたは二酸化炭素の分圧 P C02が測定される分圧測定工程が実施され、分圧比 P ZP 、 a値、 C値などの判断変数が算出される判断変数算出工程が

CO C02 C P

実施される。そして、当該判断変数が予め決定された基準値になっているかどうかを判断する判断変数判断工程が実施される。判断変数が基準値となっている場合、たとえば判断変数としての C値が基準値である 1. 0となっている場合、あるいは所定の

P

許容範囲内（たとえば 0. 95以上 1. 05以下）となっている場合、アンモニアの供給量の変更に対応した本工程をそのまま終了する。判断変数が基準値となっていない場合、判断変数が基準値になるように CO, COの分圧を制御する工程が実施される。

2

たとえば P が低下し、判断変数としての分圧比

CO P CO /P が基準値よりも小さくなつ

C02

ている場合、判断変数が基準値となるように、たとえば P C02を低下させて分圧比 P CO

ZP C02を基準値に戻すようにエンリッチガスの流量が変更される。

[0107] 一方、加熱パターン制御工程では、被処理物としての鋼製部材に付与される加熱履歴が制御される。具体的には、図 8に示すように、鋼製部材が上述の雰囲気制御工程によって制御された雰囲気中で、 A点以上の温度である 800°C以上 1000°C以下の温度、たとえば 850°Cに加熱され、 60分間以上 300分間以下の時間、たとえば 150分間保持される。当該保持時間が経過するとともに加熱パターン制御工程は終了し、同時に雰囲気制御工程も終了する。

[0108] その後、図 7を参照して、鋼製部材が油中に浸漬 (油冷)されることにより、 A点以上の温度から M点以下の温度に冷却される冷却工程が実施される。以上の工程に

S

より、鋼製部材は表層部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される。これにより、実施の形態 2の焼入硬化工程は完了する。

[0109] 以上のように、実施の形態 2の浸炭窒化方法によれば、通常は、たとえば一定時間ごとに雰囲気中の一酸化炭素の分圧 P COおよび Zまたは二酸化炭素の分圧 P C02が測定されて、 a値や C値などが目標の値となるように、エンリッチガスの供給量が調

C P

節される工程が実施される一方で、アンモニアの供給量が変更された場合には、これに応じて分圧比 P /P の調整の必要性が判断されて、 a値や C値などが目

CO C02 C P

標の値となるように P および P の少なくともいずれか一方の分圧が変更される。

CO C02 すなわち、 P および P の一方の分圧が上昇した場合、その上昇分だけ当該分圧

CO C02

を下げる、あるいは当該分圧が下がった場合、その下降分だけ当該分圧を上げることにより、分圧比 P /P の変化を打ち消すことができる。また、一方の分圧がアン

CO C02

モユアの供給量の変更前における分圧の _x%だけ上昇した場合、他方の分圧もアンモユアの供給量の変更前における分圧の _xo/oだけ上昇させ、一方の分圧がアンモ- ァの供給量の変更前における分圧の X%だけ下降した場合、他方の分圧もアンモ- ァの供給量の変更前における分圧の x%だけ下降させることにより、分圧比 P /P

CO C

02の変化を打ち消してもよい。その結果、被処理物の浸炭挙動に直接影響する熱処理炉内の C値や a値を精度良く制御することが可能となり、不良組織の発生を抑制

P C

して、被処理物の品質を安定させることができる。

[0110] さらに、実施の形態 2の浸炭窒化方法によれば、未分解アンモニア濃度は、熱処理炉内の未分解アンモニア濃度の測定値に基づいて、未分解アンモニア濃度が目標の濃度になるように制御されている。そのため、熱処理炉内における雰囲気中の未分解アンモニア濃度を精度良くコントロールし、被処理物に侵入する窒素量を精度良く制御することが容易となっている。

[0111] さらに、実施の形態 2の浸炭窒化方法においては、未分解アンモニア濃度制御ェ程におけるアンモニアの供給量の変更は、アンモニアの供給量の変更の直前に実施された先のアンモニア供給量の変更以降に熱処理炉に供給された浸炭ガスの 20 °C、 1. 05気圧における体積が熱処理炉の容積以上となった後に実施されることが好ましい。

[0112] 具体的には、たとえば未分解アンモニア濃度制御工程のアンモニア供給量調節ェ程において、以下のような制御が実施されることが好ましい。図 7および図 10を参照して、図 7のアンモニア供給量調節工程において、図 10に示すように、まず、先に実施されたアンモニアの供給量の変更以降に、所定体積、たとえば熱処理炉の容積以上の浸炭ガスが供給されたカゝ否かを判断する浸炭ガス供給量判断工程が実施される。

[0113] 先に実施されたアンモニアの供給量の変更から、たとえば熱処理炉の容積以上の浸炭ガスが供給されている場合、アンモニアの供給量が変更されることにより、アンモユア供給量調節工程は終了する。一方、未だ熱処理炉の容積以上の浸炭ガスが供給されていない場合、アンモニアの供給量の変更は実施されず、再度浸炭ガス供給量判断工程が実施される。所定体積以上の浸炭ガスが供給されたカゝ否かの判断は、浸炭ガスの流量が一定の場合、所定体積の浸炭ガスが導入されるために要する時間によつて判断することができる。また、浸炭ガスの流量が変化する場合、流入した浸炭ガスの体積を積算することにより判断することができる。

[0114] 前述のように、未分解アンモニア濃度の制御に通常必要な程度のアンモニア供給量の変化があった場合、これに伴って変化した一酸化炭素と二酸化炭素との分圧比をアンモニア供給量の変化前の状態に復帰させるためには、 20°C、 1. 05気圧において熱処理炉の容積以上の浸炭ガスの供給が必要である。したがって、上述のようにアンモニア供給量調節工程が実施されることにより、分圧比 P /P が先のアン

CO C02 モニァ供給量の変更前の状態に復帰した後、新たなアンモニア供給量の変更が行なわれることとなるため、 C値、 a値などの制御が一層容易となり、不良組織の発生

P C

がー層抑制される。

[0115] なお、 C値、 a値などの制御を一層容易化する観点からは、熱処理炉の容積の 2

P C

倍以上の浸炭ガスが供給された後アンモニア供給量の変更が実施されることが好ましぐさらに安定させるためには 3倍以上の浸炭ガスが供給された後、アンモニア供給量の変更が実施されることが好ましい。一方、残留アンモニア濃度の制御を十分に行なうためには、熱処理炉の容積の 4倍以下、好ましくは 3倍以下の浸炭ガスが供給された後、アンモニア供給量の変更が実施されることが好ましい。

[0116] また、上述の実施の形態 2における機械部品の製造方法によれば、安定した浸炭窒化処理が実施されることにより、安定した品質を有する機械部品を製造することができる。また、実施の形態 2の機械部品は、安定した浸炭窒化処理が実施されることにより、品質の安定した機械部品となっている。

[0117] なお、実施の形態 1および 2においては、本発明の機械部品の一例として、深溝玉軸受、スラスト-一ドルころ軸受、等速ジョイントについて説明した力本発明の機械部品はこれに限られず、表層部の疲労強度、耐摩耗性が要求される機械部品、たとえばハブ、ギア、シャフト等であってもよい。 [0118] (実施例 1)

以下、本発明の実施例 1について説明する。 γの値と被処理物への窒素侵入速度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

[0119] 実験に用いた熱処理炉の容量は 120L (リットル)である。被処理物 ίお IS SUJ2 ( 炭素含有量 1質量％)製の外径 Φ 38mm,内径 φ 30mm,幅 10mmのリングとし、熱処理炉以内に lOlg (グラム)挿入した。加熱パタ—ンは図 8と同様のパターンを採用して浸炭窒化の保持温度は 850°Cとした。そして、 a値を 0. 76〜： L 24の 3水準とし

C

て、 C値を変化させること〖こより γの値を変化させ、浸炭時間 9000秒間に侵入した

Ν

窒素の質量を測定することにより、 1秒間あたりに被処理物の表面 lmm²から侵入した窒素の質量 (単位： g)すなわち窒素侵入速度 (単位： g/mm² ·秒)を算出した。侵入した窒素の量は、 EPMAにより測定した。

[0120] 図 12において、横軸は γの値、縦軸は窒素侵入速度である。そして、丸印および破線は aが 0. 76、三角印および実線は aが 1. 05、四角印および一点鎖線は aが

C C C

1. 24の場合を示している。図 12を参照して、 a値および γ値と窒素侵入速度との

C

関係について説明する。

[0121] 図 12を参照して、 γが一定であれば、 a力、さいほど被処理物への窒素の侵入速

C

度が大きくなる。一方、 aが一定であれば、 γが小さいほど被処理物への窒素の侵

C

入速度が大きくなる。そして、 Ίの値が 5となったとき、被処理物への窒素の侵入速度が最大となり、 γの値が 5以下では窒素の侵入速度は一定となる。したがって、 γの値を 5以下とすることで、被処理物への窒素の侵入速度を最大にすることができることがわカゝる。

[0122] さらに、同様の試験条件において、浸炭窒化時間を変化させた場合の窒素侵入量を調査する実験を行なった。 γの値は 2. 9-23. 8の 6水準とした。図 13において、横軸は浸炭窒化時間、縦軸は被処理物の表面 lmm²から侵入した窒素の質量である窒素侵入量 (単位: gZmm²)を示している。そして、太い実線は γが 2. 9、細い実線は γが 4. 2、一点鎖線は γが 5. 0、幅の狭い破線は γが 8. 0、二点鎖線は γが 1 4. 0、幅の広い破線は γ力 8の場合をそれぞれ示している。図 13を参照して、浸炭窒化時間および γの値を変化させた場合の窒素侵入量の推移について説明する。

[0123] 図 13を参照して、いずれの γの値の場合でも、浸炭窒化時間の増加とともに窒素侵入量が増加する傾向にあり、 yの値が大きくなるにつれて窒素侵入量が大きくなつている。しかし、 γの値が 5. 0以下である γの値が 5. 0、 4. 2および 2. 9の場合、浸炭窒化時間に対する窒素侵入量の推移はほぼ同様となっている。このことから、浸炭時間 9000秒間の時点までの窒素侵入速度力 yの値が 5以下であれば同一となるだけでなぐ γの値が 5以下の場合、浸炭窒化時間の経過に伴う窒素侵入速度の推移もほぼ同一であることが分かる。以上より、浸炭窒化処理において、熱処理炉内における雰囲気の γの値を 5以下とすることにより、被処理物への窒素侵入速度が最大となるとともに、一定の侵入挙動を示すことが分力る。

[0124] なお、種々の組成の鋼力なる被処理物に対する上述と同様の実験の結果より、上述の窒素の侵入挙動は、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に顕著に表れる。したがって、上述の窒素の侵入挙動を利用した本発明の一の局面における浸炭窒化方法は、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼からなる被処理物に有効に適用することができる。ここで、 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼、すなわち共析鋼および過共析鋼としては、たとえば軸受鋼である JIS SUJ2およびこれに相当する SAE52100、 DIN規格 100Cr6の他、 JIS SUJ3、ばね鋼である JIS SU P3、 SUP4、工具鋼である JIS SK2、 SK3などが挙げられる。

[0125] (実施例 2)

以下、本発明の実施例 2について説明する。 yの値を一定に保った場合の、浸炭窒化時間と、被処理物の表面力の各深さの領域における窒素濃度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

[0126] 実験に用いた熱処理炉の容量は 120Lである。実験の条件は基本的に実施例 1と同様である。そして、 γの値を 4. 2とし、種々の浸炭窒化時間の浸炭窒化を実施した。その後、 ΕΡΜΑにより被処理物の表面力の深さ方向に窒素濃度の分布を測定し、鋼中の窒素の固溶限に対する比 (活量）に換算した。

[0127] 図 14において、横軸は浸炭窒化時間、縦軸は被処理物を構成する鋼中における窒素の活量である。また、太い実線は表面、細い実線は深さ 0. 05mm,一点鎖線は深さ 0. 1mm、破線は深さ 0. 15mm,二点鎖線は深さ 0. 2mmの領域における浸炭窒化時間と活量との関係を示している。図 14を参照して、被処理物の各深さにおける浸炭窒化時間と窒素の活量との関係を説明する。

[0128] 図 14を参照して、表面における窒素の活量は浸炭窒化時間 1800秒で固溶限に到達している。そして、深さが深くなるにしたがって活量の上昇には時間を要するようになり、活量の上昇の浸炭窒化時間に対する割合は深さ毎に異なっている。窒素侵入速度をコントロールすることのできない従来の浸炭窒化方法においては、図 14の関係は、雰囲気の a値や C値に依存して変化する。そのため、被処理物の形状や

C N

量が変化し、雰囲気の a値や C値が変化した場合、所望の深さにおいて所望の窒

C N

素濃度を得るための浸炭窒化時間を図 14の関係力も決定することは困難である。これに対し、本発明の一の局面における浸炭窒化方法によれば、 γの値を 5以下とすることで被処理物の形状や量が変化しても、図 13に示したように浸炭窒化時間に対する窒素侵入速度の変化を一定に保つことができる。そのため、被処理物の形状や量が変化しても、被処理物を構成する鋼の組成が変化しない限り、図 14の関係は変化しない。その結果、所望の深さにおいて所望の窒素の活量を得るための浸炭窒化時間を、被処理物を構成する鋼の組成ごとに決定される図 14の関係から決定することがでさる。

[0129] なお、図 14の縦軸は被処理物中の窒素の活量であるが、活量は材料ごとに決まる物性値である窒素の固溶限に対する窒素濃度の比である。そのため、図 14の縦軸である窒素の活量と窒素濃度とは一対一の対応関係を有する。したがって、図 14の関係から、所望の深さにおいて所望の窒素濃度を得るための浸炭窒化時間を決定することができる。また、横軸を浸炭窒化時間、縦軸を窒素濃度とする関係図を作成し、これに基づいて所望の深さにおいて所望の窒素濃度を得るための浸炭窒化時間を決定してもよい。

[0130] 以上より、本発明の一の局面における浸炭窒化方法によれば、浸炭窒化時間に対する窒素侵入速度の変化を一定に保つことができるため、被処理物を構成する鋼の組成ごとに、 γの値を任意の一定値に保った場合における図 14と同様の関係を予め求めておくことで、所望の深さにおいて所望の窒素濃度を得るための浸炭窒化時間を決定することが可能である。

[0131] (実施例 3)

以下、本発明の実施例 3について説明する。 C値の安定性及ぼすアンモニア供給

P

量の変更頻度の影響を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである

[0132] 実験に用いた熱処理炉の容量は 120L (リットル)である。被処理物 ίお IS SUJ2 ( 炭素含有量 1質量％)製の外径 Φ 38mm、内径 φ 30mm、幅 10mmのリングとし、熱処理炉以内に約 lOlg挿入した。加熱パタ—ンは図 8と同様のパターンを採用して浸炭窒化の保持温度は 850°Cとした。そして、浸炭ガス (RXガスおよびエンリッチガスの混合ガス）を一定流量で熱処理炉に供給しつつ、アンモニアガスの供給流量を時間 tごとに変更した。そして、アンモニアガスの供給流量の変更にともなう

2 一酸ィ匕炭素の分圧 p の変化に合わせて、エンリッチガスの流量を調節することにより二酸ィ匕

CO

炭素の分圧 P を変化させて分圧比 P ZP を一定に保つとともに、 c値を一定

C02 CO C02 P に保つ制御を行なった。ここで、浸炭ガスは 20°C、 1. 05気圧において、時間 tで熱処理炉の容量である 120L熱処理炉内に供給される。そして、 tを 3水準に変化させ

2

、熱処理炉内の一酸化炭素の分圧 P

COおよび二酸化炭素の分圧 P

C02を測定し、式（

1)および（3)により C値を算出して、 C値の安定性を調査した。

P P

[0133] 図 15〜図 17において、横軸は浸炭窒化処理の経過時間（処理時間）を示しており、右に進むほど処理時間が経過していることを示している。また、図 15〜図 17において、縦軸は一酸化炭素 (CO)の分圧、二酸化炭素 (CO )の分圧、アンモニアガス供

2

給流量および c値を示しており、それぞれ上に進むほど値が大きいことを示している

P

。なお、図 15〜図 17において、実線は一酸ィ匕炭素の分圧、破線は二酸ィ匕炭素の分圧、一点鎖線はアンモニアガス供給流量、二点鎖線は C値を示している。図 15〜図

P

17を参照して、実施例 3の実験結果について説明する。

[0134] 図 15を参照して、本発明の他の局面における浸炭窒化方法の好ましい実施態様の範囲外の場合である tを tの 1Z2とした場合、目標の値に保持されていた C値は

2 1 P

、時刻 mOにお、てアンモニアガス供給流量が増加すると一酸ィ匕炭素の分圧が低下することにより低下している。これに対し、エンリッチガスの流量を調節して二酸ィ匕炭素の分圧を下げて c値の変化 (分圧比

P P CO ZP の変化)を打ち消そうとしているが

C02

、 0寺刻 mOから時間 tが経過した時刻 mlにおいて、さらにアンモニアガス供給流量が

2

増加している。その結果、 C値は目標の値 (mOにおける値)まで復帰することなぐさ

P

らに低下している。

[0135] すなわち、図 15の浸炭窒化方法では、先のアンモニア供給流量の変更以降に熱処理炉に供給された浸炭ガスの 20°C、 1. 05気圧における体積が熱処理炉の容積以上となる前に、アンモニアの供給流量の変更が実施されているため、 C値が目標

P

の値に復帰することなぐアンモニアガス供給流量がさらに変化している。そのため、

C値の制御が困難となり、 C値を目標の値に保持することが難しくなつている。

P P

[0136] 一方、図 16を参照して、本発明の他の局面における浸炭窒化方法の好ましい実施態様の範囲内の場合である tを tと等しくした場合においても、目標の値に保持され

2 1

ていた C値は、時刻 mOにおいてアンモニアガス供給流量が増加すると一酸ィ匕炭素

P

の分圧が低下することにより低下している。そして、これに対し、エンリッチガスの流量を調節して二酸ィ匕炭素の分圧を下げて C値の変化 (分圧比 P ZP の変化)を打

P CO C02

ち消すことにより、時刻 mOから時間 tが経過した時刻 mlにおいて、 C値は目標の

2 P

値 (mOにおける値)まで復帰して、る。

[0137] すなわち、図 16の浸炭窒化方法では、先のアンモニア供給流量の変更以降に熱処理炉に供給された浸炭ガスの 20°C、 1. 05気圧における体積が熱処理炉の容積以上になるのと同時に、アンモニアの供給流量の変更が実施されているため、 C値

P

が目標の値に復帰し、その後、アンモニアガス供給流量がさらに変化している。そのため、 C値の制御の容易性が向上し、図 15の場合に比べて C値が安定した状態で

P P

浸炭窒化処理が実施されて!ヽる。

[0138] さらに、図 17を参照して、本発明の他の局面における浸炭窒化方法の好ましい実施態様の範囲内の場合である tを tの 2倍とした場合においても、目標の値に保持さ

2 1

れていた C値は、時刻 mOにおいてアンモニアガス供給流量が増加すると一酸ィ匕炭

P

素の分圧が低下することにより低下している。そして、これに対し、エンリッチガスの流量を調節して二酸ィ匕炭素の分圧を下げて C値の変化 (分圧比 P ZP の変化)を

P CO C02 打ち消すことにより、時刻 mOから時間 tが経過した時点で C値は目標の値 (mOに

1 P おける値)まで復帰している。そして、時間 2 X tが経過した時刻 mlまでの時間 tのう

1 2 ち約 50%の時間において、 C値は目標の値に保持されている。

P

[0139] すなわち、図 17の浸炭窒化方法では、先のアンモニア供給流量の変更以降に熱処理炉に供給された浸炭ガスの 20°C、 1. 05気圧における体積が熱処理炉の容積の 2倍以上になるのと同時に、アンモニアの供給流量の変更が実施されているため、 C値が目標の値に復帰した後、目標値に保持されている。その後、アンモニアガス

P

供給流量がさらに変化するため、 C値の制御の容易性がさらに向上し、一層 C値が

P P

安定した状態で浸炭窒化処理が実施されて!ヽる。

[0140] 図 18を参照して、 Tが C値安定時間比率に及ぼす影響について説明する。図 18

P

において、横軸は T(=t Zt )、縦軸は浸炭窒化処理時間のうち c値が目標値に保

2 1 P

持されて!、る時間の割合である C値安定時間比率である。

P

[0141] 図 18を参照して、 Tが 1未満では、 C値が目標値に保持されている時間は 0であり

P

、 C値安定時間比率は 0となっている。したがって、 Tが 1未満では、浸炭窒化処理

P

における c値の制御が難しくなつている。そして、 τが大きくなるにつれて c値安定

P P

時間比率は大きくなり、 C値の制御が容易となる。図 18に示すように、適切な C値の

P P

制御を実施するためには、 Tは 1以上必要であり、 C値安定時間比率が 0. 5を超え

P

る（すなわち浸炭窒化処理時間のうち 50%以上の時間において、 C値が目標値に

P

保持されている） 2以上とすることが好ましい。さらに、 Tを 3以上とすることにより、 C

P

値安定時間比率が 0. 65を超え、浸炭窒化処理時間全体の 2Z3の時間において、 C値を目標値に保持することができることがわかる。

P

[0142] 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請求の範囲によって示され、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。

産業上の利用可能性

[0143] 本発明の浸炭窒化方法および機械部品の製造方法は、鋼力なる部材の浸炭窒化方法および鋼からなる機械部品の製造方法に特に有利に適用され得る。また、本発明の機械部品は、疲労強度および耐摩耗性が要求される機械部品に特に有利に適用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼力なる被処理物を浸炭窒化するための浸炭窒化方法であって、

熱処理炉内の雰囲気が制御される雰囲気制御工程と、

前記熱処理炉内において前記被処理物に付与される温度履歴が制御される加熱ノターン制御工程とを備え、

前記雰囲気制御工程は、

前記熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を制御する未分解アンモニア濃度制御工程と、

前記熱処理炉内の一酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか一方の分圧を制御する分圧制御工程とを含み、

前記雰囲気制御工程においては、前記被処理物中の炭素の活量を a、前記熱処理炉内の未分解アンモニア濃度を C とした場合に、 y =a ZCで定義される γの

N Ν

値が 2以上 5以下の範囲になるように、前記未分解アンモニア濃度制御工程および前記分圧制御工程が実施される、浸炭窒化方法。

[2] 前記未分解アンモニア濃度制御工程では、前記熱処理炉内の未分解アンモニア濃度が測定され、前記未分解アンモニア濃度と、前記 γの値が 2以上 5以下の範囲となる目標の未分解アンモニア濃度とが比較されて、前記熱処理炉内に供給されるアンモニアの流量が調節される、請求項 1に記載の浸炭窒化方法。

[3] 前記被処理物が Α点以上の温度に保持されて、る期間中における、前記 γの値の最大値と最小値との差は 1以下となるように前記雰囲気制御工程が実施される、請求項 1に記載の浸炭窒化方法。

[4] 前記被処理物を構成する鋼の組成ごとに決定される、前記被処理物が Α点以上の温度に保持されている時間である浸炭窒化時間および前記 γの値と、前記被処理物の表面から所定の深さの領域における窒素濃度との関係に基づき、前記浸炭窒化時間が決定される、請求項 1に記載の浸炭窒化方法。

[5] 0. 8質量％以上の炭素を含有する鋼力なり、機械部品の概略形状に成形された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!ヽて準備された前記鋼製部材に対して、浸炭窒化処理を実施した後、 A点以上の温度から M点以下の温度へ冷却することにより、前記

1 S

鋼製部材を焼入硬化する焼入硬化工程とを備え、

前記焼入硬化工程における前記浸炭窒化処理は、請求項 1に記載の浸炭窒化方法を用いて実施される、機械部品の製造方法。

[6] 請求項 5に記載の機械部品の製造方法により製造された、機械部品。

[7] 軸受を構成する部品として用いられる、請求項 6に記載の機械部品。