JP2019049037A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの外観品質や形状精度を低下させることなく、ワークに対する焼入硬化処理を効率良く実施することのできる熱処理装置を提供する。【解決手段】環状のワークＷの送り方向に沿って、ワークＷを狙い温度に誘導加熱する加熱装置２０を有する加熱部２と、ワークＷが冷却されるのに伴ってワークＷの外周面を拘束可能な拘束型３３をワークＷの外周に配置した状態でワークＷを冷却液３６に浸漬させることにより、加熱装置２０で加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却部３と、を設けてなる熱処理装置１であって、加熱装置２０を収容した第１空間Ａと、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にする処理が実施される第２空間Ｂとが雰囲気を非酸化性雰囲気とした密閉室４内に相互に分離して設けられ、密閉室４の出口側開口部４ｂを閉口した冷却液３６中でワークＷが拘束型３３から離型される。【選択図】図５

Description

本発明は、熱処理装置および熱処理方法に関する。

例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状部材の製造過程においては、環状部材に必要とされる機械的強度等を付与するための熱処理（焼入硬化処理）が実施される。この熱処理は、環状部材の基材（環状のワーク）を狙い温度に加熱するための加熱処理が実施される加熱工程や、加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却処理が実施される冷却工程などを含む。加熱工程は、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉、あるいは、誘導加熱装置を用いて実施することができる。特に、誘導加熱であれば、ワークのみを直接加熱することができるために高いエネルギー効率を達成できることに加え、コンパクトな熱処理装置を実現できる、という利点がある。

ところで、上記のワークに対する加熱処理や冷却処理を、酸素が存在する雰囲気で実施すると、ワークの表面に酸化スケールが生成される。ワーク表面に生成された酸化スケールは、ワークの光輝性を奪って外観品質を低下させる他、コンタミの発生原因にもなり得るため、研磨、研削あるいはショットブラストなどの適宜の手段によって完全に除去するのが好ましい。しかしながら、酸化スケールを完全に除去するのは容易ではなく、特に、微小な穴や凹凸を有する複雑形状のワーク表面に酸化スケールが生成された場合、酸化スケールを完全に除去するには多大な工数を要する。従って、熱処理に伴う酸化スケールの生成が問題となる場合には、例えば下記の特許文献１，２に開示されているように、加熱処理や冷却処理を含む一連の熱処理工程を非酸化性雰囲気で実施する。

特開２００１−５９１１６号公報 特開２００２−１０５５３２号公報

しかしながら、特許文献１，２の熱処理装置では、誘導加熱されたワークがそのまま冷却・焼入れされるため、焼入完了後のワークの形状精度（特に、外周面又は内周面の真円度）が安定しない。このため、後工程でワークの形状精度を修正（矯正）する処理を追加的に施す必要が生じ、コスト高を招来するおそれがある。

また、特許文献１，２に開示されている熱処理装置は、非酸化性雰囲気にすることのできる容器内に、ワークを狙い温度に誘導加熱する加熱部と、加熱後のワークを冷却する冷却部とを上下に並べて設け、適宜の手段で保持したワーク（一のワーク）を加熱部で狙い温度に誘導加熱した後、加熱されたワークを冷却部の配設位置まで下降させて冷却・焼入れするように構成されている。係る構成の熱処理装置では、一のワークに対する熱処理（加熱および加熱後の冷却）が完了するまで後続のワークに対して何らの処理も施すことができない。従って、処理効率が低く、転がり軸受の軌道輪のような量産部品の製造過程で使用する熱処理装置としては好ましくない。

以上の実情に鑑み、本発明は、ワークの外観品質や形状精度を低下させることなく、ワークに対する熱処理（焼入硬化処理）を効率良く実施することのできる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明に係る熱処理装置は、環状のワークの送り方向に沿って、ワークを狙い温度に誘導加熱する加熱装置を有する加熱部と、ワークが冷却されるのに伴ってワークの外周面又は内周面を拘束可能な拘束型をワークの外周又は内周に配置した状態でワークを冷却液に浸漬させることにより、加熱装置で加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却部とを設けてなり、加熱装置を収容した第１空間と、拘束型によるワークの外周面又は内周面の拘束が開始される直前状態にする処理が実施される第２空間とが雰囲気を非酸化性雰囲気とした密閉室内に相互に分離して設けられ、密閉室の出口側開口部を閉口した冷却液中でワークが拘束型から離型されることを特徴とする。

ここで、本発明でいう「拘束型によるワークの外周面又は内周面の拘束が開始される直前状態」とは、外周又は内周に拘束型が配置された加熱完了後のワークを拘束型とともに冷却液に浸漬する直前の状態や、冷却液中に設置（固定的に配置）された拘束型の外周又は内周に加熱完了後のワークを挿入する直前の状態、を含む概念である。すなわち、拘束型は、加熱完了後のワークとともに冷却液に浸漬される場合がある他、常時冷却液に浸漬されている場合もあり、拘束型の配置態様はワークの種類・形状等に応じて適宜設定される。また、本発明でいう「非酸化性雰囲気」とは、酸素が一切存在しない雰囲気のみならず、ワークの表面に酸化スケールが生成されない程度に酸素が僅かに存在する雰囲気（例えば、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下）も含む概念である。後述する本発明に係る熱処理方法においても同様である。

上記の構成を有する熱処理装置によれば、加熱済のワークはその外周面又は内周面が拘束型に拘束された状態で冷却・焼入れされるので、機械的強度のみならず、外周面又は内周面の形状精度（特に真円度）に優れた高品質のワーク（熱処理完了品）を安定的に得ることができる。また、ワークを狙い温度に誘導加熱する加熱処理と、加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却処理とを、非酸化性雰囲気で同時進行することができる。このため、ワークの表面に酸化スケールを生成させることなく、複数のワークに対して効率良く熱処理を施すことが可能となる。

密閉室は、第１空間と第２空間の間に介在する通路をさらに有するものとすることができる。密閉室にこのような通路を設けておけば、冷却部（第２空間）の直前位置に、冷却処理待ちのワークを配置することが可能となるので、冷却部の１サイクル動作完了後には、後続のワークに対する冷却処理にスムーズに移行することができる。従って、ワークに対する熱処理を一層効率良く行うことが可能となる。

加熱部は、密閉室の入口側開口部を介して第１空間に投入されるワークを収容可能な置換室と、上記入口側開口部を閉口する閉状態と上記入口側開口部を開口させる開状態の間を相互に移行する開閉手段と、をさらに有するものとすることができる。係る構成において、置換室にワークを投入する時、開閉手段が閉状態にあり、置換室内にワークが投入（収容）された状態で置換室の室内雰囲気が大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換された後、開閉手段が閉状態から開状態に移行するようにしておけば、密閉室の室内雰囲気を非酸化性雰囲気に維持したまま、ワークを第１空間（加熱部）に投入することができる。

加熱装置は、例えば、複数のワークを段積み状態で支持可能な支持部材と、支持部材で支持されたワークと同軸に配置された加熱コイルと、支持部材と支持部材で支持されたワークとの間にワーク（後続のワーク）を供給するワーク供給手段とを備えるものとすることができる。この場合、ワーク供給手段のワーク供給動作に伴って、支持部材で支持されたワークに送り力を付与することができるので、加熱装置を簡素な構成とすることができる。

冷却部は、ワークおよび拘束型を冷却液中でワークの軸線回りに回転（一体回転）させる回転機構と、冷却液を撹拌させる撹拌機構の少なくとも一方を備えるものとすることができる。このようにすれば、ワーク全体を均一に冷却することが可能となるので、焼入れ完了後のワークの形状精度を高める上で有利となる。

本発明に係る熱処理装置は、例えば、転がり軸受の軌道輪のような量産部品（となる環状のワーク）に熱処理を施すための熱処理装置として好適に用い得る。

また、上記の目的を達成するために創案された本発明に係る熱処理方法は、環状のワークを狙い温度に誘導加熱する加熱工程と、ワークが冷却されるのに伴ってワークの外周面又は内周面を拘束可能な拘束型をワークの外周又は内周に配置した状態でワークを冷却液中に浸漬させることにより、加熱工程で加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却工程とを備え、加熱工程と、冷却工程のうち、拘束型によるワークの外周面又は内周面の拘束が開始される直前状態にする処理とを、雰囲気を非酸化性雰囲気とした密閉室内に相互に分離して設けた第１空間と第２空間とで順次実施し、その後、密閉室の出口側開口部を閉口した冷却液中でワークを拘束型から離型することを特徴とする熱処理方法を提供する。

このような熱処理方法であれば、上述した本発明に係る熱処理装置と同様の作用効果を享受することができる。

以上から、本発明に係る熱処理装置および熱処理方法によれば、ワークの外観品質や形状精度を低下させることなく、ワークに対する熱処理（焼入硬化処理）を効率良く実施することができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す概略斜視図である。 図１に示す熱処理装置の概略正面図である。 加熱部の概略断面図である。 加熱装置の斜視図である。 熱処理装置を構成する冷却部の概略断面図である。 冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。 他の実施形態に係る冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。 （ａ）図および（ｂ）図は、他の実施形態に係る拘束型を用いた場合における冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。 他の実施形態に係る冷却部の部分概略断面図である。 他の実施形態に係る加熱装置の部分斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す概略斜視図であり、図２は、同熱処理装置の概略正面図である。図１および図２に示す熱処理装置１は、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状のワークＷ（本実施形態では、転がり軸受の外輪の基材）を、図２中に二点鎖線で示す経路に沿って送りながらワークＷに焼入硬化処理を施すように構成された、いわゆる連続式の熱処理装置１であって、ワークＷの送り方向に沿って、ワークＷを狙い温度（焼入温度）に誘導加熱する加熱工程が実施される加熱部２と、加熱部２で加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却工程が実施される冷却部３とが設けられている。さらに、この熱処理装置１は、非酸化性雰囲気で加熱工程および冷却工程が実施されるように構成されている。以下、加熱部２および冷却部３の詳細構造を説明する。

図３に示すように、加熱部２は、加熱装置２０、加熱室５、置換室８および通路室７を備える。

加熱装置２０は、ワークＷを狙い温度に誘導加熱するためのものであって、本実施形態の加熱装置２０は、図３および図４に示すように、複数のワークＷを段積み状態で支持可能な支持部材２１と、支持部材２１で支持されたワークＷの径方向外側に配置された加熱コイル２２と、支持部材２１の下方側に配置され、支持部材２１に対してワークＷ（後続のワークＷ）を供給するワーク供給手段２３とを備える。

支持部材２１は、支持すべきワークＷの周方向に離間した複数箇所（例えば３箇所）に配設されている。各支持部材２１は、支持すべきワークＷの径方向に沿って進退移動可能に設けられており、ワーク供給手段２３によって下方側からワークＷが供給されるのに伴って支持すべきワークＷの径方向外側に移動してワークＷを受け入れ、ワークＷを受け入れた後には、支持すべきワークＷの径方向内側に移動してワークＷを支持する。

加熱コイル２２は、例えば、銅管等の導電性金属からなる管状体を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイルからなり、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置されている。加熱コイル２２としては、ワークＷの軸方向寸法の数倍〜数十倍程度の全長（軸方向）寸法を有するものが使用される。このような全長寸法を有する加熱コイル２２を使用することにより、支持部材２１によって段積み状態で支持された複数のワークＷが通電状態の加熱コイル２２の対向領域を上側に送られていくのに伴って、各ワークＷが順次狙い温度に誘導加熱される。

ワーク供給手段２３は、例えば、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置された伸縮自在のシリンダロッド２３ａを有する動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ）で構成される。シリンダロッド２３ａの先端には、ワークＷを載置可能なフランジ部２３ｂが設けられている。

以上の構成を有する加熱装置２０は、本発明でいう第１空間Ａとしての加熱室５の内部空間に収容・配置されており、加熱室５の上流側および下流側（ワークＷの送り方向後方側および前方側）に置換室８および通路室７がそれぞれ隣接配置されている。

ここで、加熱室５は、図２に示すように、通路室７および後述する焼入れ準備室６と協働して、室内雰囲気（熱処理装置１の運転中における室内雰囲気）が非酸化性雰囲気に保たれる密閉室４を形成している。密閉室４は、ワークＷの送り方向に沿って、加熱室５、通路室７および焼入れ準備室６を順に配置してなり、図３および図５に示すように、第１空間Ａとしての加熱室５の内部空間と、本発明でいう第２空間Ｂとしての焼入れ準備室６の内部空間とは、両室５，６間に設けられた通路室７の内部空間（通路Ｃ）を介して繋がっている。従って、密閉室４は、相互に分離して設けられた第１空間Ａと第２空間Ｂとを有している。密閉室４は、さらに、加熱室５の内部空間にワークＷを投入するための入口側開口部４ａ（図３参照）と、焼入れ準備室６の底壁に設けられた出口側開口部４ｂ（図５参照）とを有する。入口側開口部４ａは、図３に示す開閉手段（第２の開閉手段）１２によって開口又は閉口され、出口側開口部４ｂは、図５に示すように、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面によって常に閉口されている。

図示は省略しているが、密閉室４の内部空間には、密閉室４の内部空間に存在する空気を脱気するための脱気装置から延びた脱気管の一端、および密閉室４の内部空間に不活性ガスあるいは還元性ガスを供給するためのガス供給装置から延びたガス供給管の一端がそれぞれ開口している。

置換室８は、熱処理装置１の運転中、ワークＷを加熱室５の内部空間に投入する際に、加熱室５を含む密閉室４の室内雰囲気を非酸化性雰囲気に保つために設置されている。そのため、図示は省略しているが、置換室８の内部空間には、置換室８の内部空間に存在する空気を脱気するための脱気装置から延びた脱気管の一端、および置換室８の内部空間に不活性ガスあるいは還元性ガスを供給するためのガス供給装置から延びたガス供給管の一端が開口している。

図３に示すように、置換室８には、その内部空間にワークＷを投入するための開口部８ａが設けられており、この開口部８ａは、開閉手段（第１の開閉手段）１１によって開口又は閉口される。第１の開閉手段１１としては、例えば昇降式のシャッターを採用することができる。

置換室８と加熱室５との間には開閉手段（第２の開閉手段）１２が設けられており、第２の開閉手段１２によって密閉室４の入口側開口部４ａが開口又は閉口される。すなわち、第２の開閉手段１２は、密閉室４の入口側開口部４ａを開口させる開状態と、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する閉状態との間を相互に移行可能となっており、例えば昇降式のシャッターで構成される。後段でも説明するが、第２の開閉手段１２は、第１の開閉手段１１が開状態となったとき、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する閉状態になる。

図示は省略しているが、加熱部２は、置換室８の内部空間に投入されたワークＷを加熱室５の内部空間に移送するための移送手段を有する。この移送手段としては、例えば、置換室８および加熱室５の底面に跨るようにして敷設された搬送コンベア、あるいは動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ）などを採用することができる。

通路室７の内部空間は、加熱装置２０で狙い温度に加熱され、加熱装置２０の外側（加熱コイル２２の上側）に排出された加熱完了後のワークＷを、第２空間Ｂとしての焼入れ準備室６の内部空間に向けて移送するための通路Ｃとして活用される。通路室７の内部空間には、図示しない搬送コンベア等の移送手段が設けられている。

冷却部３は、前述したとおり、加熱部２で狙い温度に加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却工程が実施される部位であり、本実施形態の冷却部３は、ワークＷの外周面を拘束型３３で拘束した状態でワークＷを冷却・焼入れ可能に構成されている。図１、図２および図５に示すように、冷却部３は、主な構成として、通路室７の下流側に隣接配置された焼入れ準備室６と、プレス装置３０、拘束型３３、昇降テーブル３４および冷却液貯留漕３５とを備える。

プレス装置３０は、通路室７の内部空間（通路Ｃ）を介して焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）に移送されてきたワークＷを下方側に加圧し、ワークＷを冷却液貯留漕３５に貯留された冷却液３６に浸漬させる加圧部材３１と、加圧部材３１を昇降可能に保持した昇降ユニット３２とを備える。本実施形態では、加圧部材３１の下端に拘束型３３が取り付け固定されており、拘束型３３は加圧部材３１と一体的に昇降移動する。図１および図２に示すように、昇降ユニット３２は焼入れ準備室６（密閉室４）の外側に配置されており、加圧部材３１、加圧部材３１に取り付け固定された拘束型３３、さらには下端に加圧部材３１を保持した軸部材の一部のみが第２空間Ｂに配置されている。加圧部材３１を保持した軸部材は、焼入れ準備室６の天井壁を貫通する貫通穴に挿通されており、この貫通穴（貫通穴の内壁面と軸部材の外径面との間の隙間）は図示外のシール材で封止されている。

図５に示すように、冷却液貯留漕３５は、焼入れ準備室６の下方側に設置され、ワークＷを冷却して焼入れするための冷却液３６を貯留した上面開口の漕で構成される。冷却液３６としては、公知の焼入れ油、あるいは水溶性焼入れ液などを使用することができる。本実施形態の冷却液貯留槽３５の上面開口部は、密閉室４（焼入れ準備室６）の壁部によって第１開口部３５ａと第２開口部３５ｂとに区分されている。焼入れ準備室６に設けられた密閉室４の出口側開口部４ｂは、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６のうち、第１開口部３５ａ内に存在する冷却液３６の液面で閉口されている。

図５に示すように、昇降テーブル３４は、加圧部材３１の直下に配設されて冷却液３６中で昇降する。昇降テーブル３４の上端面３４ａはワークＷを載置する載置面とされ、昇降テーブル３４が上昇限に位置したときには、昇降テーブル３４の上端面３４ａが冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面よりも上方に位置して、通路室７の内部空間を移送されてきたワークＷを受け取る。

冷却液貯留槽３５の内部（冷却液３６中）には、拘束型３３から離型された焼入れ済のワークＷを昇降テーブル３４から払い出すための払い出し手段（図示せず）と、払い出されたワークＷを受け取って冷却液貯留槽３５（熱処理装置１）の外側に排出するための排出手段３７とが設けられている。この排出手段３７としては、例えば、上記の昇降テーブル３４とは別に設けられた昇降テーブルを採用することができる。このワーク排出用昇降テーブルは、冷却液貯留槽３５のうち、上記の第２開口部３５ｂの直下位置で昇降可能に設けられており、焼入れ済のワークＷを第２開口部３５ｂを介して冷却液貯留槽３５の外側に排出する。

熱処理装置１は主に以上の構成を有し、以下のようにしてワークＷに自動的に焼入れ硬化処理を施す。以下、熱処理装置１の運転開始時に実行される熱処理準備工程を含め、上記の加熱工程および冷却工程の実施態様を説明する。

［熱処理準備工程］
この工程では、熱処理装置１の運転開始時（熱処理装置１へのワークＷの投入前）に、加熱室５、焼入れ準備室６および通路室７からなる密閉室４の室内雰囲気（第１空間Ａ、第２空間Ｂおよび通路Ｃの雰囲気）を大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換する、雰囲気置換処理が実施される。この雰囲気置換処理は、密閉室４の入口側開口部４ａおよび出口側開口部４ｂを閉口した状態（出口側開口部４ｂは、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面で常に閉口されている）で、密閉室４に接続された図示外の脱気装置を作動させて密閉室４の内部空間に存在する大気を脱気しつつ、密閉室４に接続された図示外のガス供給装置を作動させて密閉室４の内部空間に不活性ガス（例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの希ガス、あるいは窒素ガス等）あるいは還元性ガス（例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化窒素ガス等）を供給することにより行われる。これにより、密閉室４（第１空間Ａ、第２空間Ｂおよび通路Ｃ）の室内雰囲気を迅速に非酸化性雰囲気にすることができる。

上記の雰囲気置換処理は、後述する加熱工程および冷却工程の実施中に、ワークＷの表面に酸化スケールが生成されない程度に密閉室４内の酸素濃度が低下するまで行えば良く、必ずしも密閉室４内の酸素濃度がゼロになるまで行う必要はない。なお、ワークＷの表面に酸化スケールが生成されない程度の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下である。

［加熱工程］
以上のようにして、密閉室４の室内雰囲気を非酸化性雰囲気にした後、図３に示すように、ワークＷを置換室８の内部空間に投入する。このとき、第２の開閉手段１２は閉状態に維持し、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口しておく。置換室８の内部空間にワークＷを投入した後、第１の開閉手段１１を開状態から閉状態に移行させ、置換室８の入口側開口部８ａを閉口する。この状態で、置換室８に接続された図示外の脱気装置を作動させて置換室８の内部空間に存在する大気を脱気しつつ、置換室８に接続されたガス供給装置を作動させて置換室８の内部空間に不活性ガスあるいは還元性ガスを供給することにより、置換室８の室内雰囲気を非酸化性雰囲気にする。

置換室８の室内雰囲気が非酸化性雰囲気になった後、置換室８の入口側開口部８ａを閉口したまま、第２の開閉手段１２を閉状態から開状態に移行させて気密室４の入口側開口部４ａを開口させ、ワークＷを加熱室５の内部空間に移送してワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上に載置する。ワークＷが加熱室５の内部空間に移送された後、第２の開閉手段１２を開状態から閉状態に移行させ、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する。以上の手順で加熱室５の内部空間にワークＷを投入することにより、密閉室４の室内雰囲気を非酸化性雰囲気に維持したまま、加熱室５（密閉室４）の内部空間にワークＷを投入することができる。

ワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上に載置されたワークＷは、ワーク供給手段２３のシリンダロッド２３ａが伸長することによって支持部材２１の上側に送られ、支持部材２１で支持される。以降、後続のワークＷが、順次、以上で述べた手順（置換室８の内部空間に投入→置換室８の室内雰囲気を非酸化性雰囲気に置換→置換室８の内部空間から加熱室５の内部空間に移送→ワーク供給手段２３の伸長）を踏んで支持部材２１と支持部材２１で支持されたワークＷとの間に供給されるのに伴って、支持部材２１で支持されたワークＷに上向きの送り力が付与される。このようして、ワークＷは、通電状態の加熱コイル２２の対向領域を上側に送られながら狙い温度に誘導加熱され、加熱コイル２２の上側に排出される。加熱コイル２２の上側に排出された加熱完了後のワークＷは、図示外の適宜の手段によって通路室７の内部空間に払い出された後、通路室７の内部空間に設けられた図示外の搬送手段によって焼入れ準備室６の内部空間に向けて送られる（以上、図３および図４を参照）。

［冷却工程］
この工程では、以上で説明したように、加熱部２（加熱工程）で狙い温度に加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却処理が実施される。具体的には、図５に示すように、まず、通路室７の内部空間を移送されてきたワークＷを、昇降テーブル３４の上端面３４ａで載置するようにして受け取る。次いで、プレス装置３０の昇降ユニット３２（図２参照）を駆動して加圧部材３１および加圧部材３１の下端に取り付け固定された拘束型３３を一体的に下降させ、昇降テーブル３４の上端面３４ａに載置されたワークＷの外周に拘束型３３を配置することにより、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にする。この状態において、ワークＷの外周面と拘束型３３の内周面のはめあいはすきまばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１−１を参照）とされ、また、拘束型３３の下端面と昇降テーブル３４の上端面３４ａとは当接状態にある。

以上のようにして、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にした後、図６に示すように、加圧部材３１、拘束型３３、ワークＷおよび昇降テーブル３４を一体的に下降移動させて、これらを冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６に浸漬させる。冷却液３６に浸漬されたワークＷは、わずかに縮径変形した後、拡径変形するといった変形挙動を示すため、ワークＷは、ワークＷの外周面が拘束型３３の内周面に拘束された状態で冷却・焼入れされる。これにより、ワークＷの冷却・焼入れに伴うワークＷ外周面の形状精度（特に外周面の真円度）の低下を効果的に防止することができる。

昇降テーブル３４が下降限に到達すると、拘束型３３からワークＷが離型される。ワークＷが離型された拘束型３３は、加圧部材３１とともに上昇移動して原点復帰する。一方、拘束型３３から離型されたワークＷは、図５中に白抜き矢印で示すように、冷却液貯留槽３５の内部に設けられた図示外の払い出し手段によって昇降テーブル３４の外側に払い出されて排出手段３７（ワーク排出用昇降テーブル）に受け取られ、その後、排出手段３７が上昇することによって冷却液貯留槽３５の外側（熱処理装置１の外側）に排出される。以上のようにして、ワークＷに対する焼入れ硬化処理が完了する。

以上で説明したように、本発明に係る熱処理装置１を用いてワークＷに焼入硬化処理を施せば、加熱装置２０で狙い温度に加熱されたワークＷは、その外周面が拘束型３３に拘束された状態で冷却・焼入れされるので、機械的強度のみならず、外周面の形状精度（特に真円度）に優れた高品質のワークＷ（熱処理完了品）を安定的に得ることができる。また、本発明に係る熱処理装置１では、ワークＷに焼入硬化処理を施すために必要な工程、すなわち加熱工程および冷却工程を非酸化性雰囲気で同時進行することができるので、ワークＷの表面に酸化スケールを生成させることなく、複数のワークＷに対して効率良く焼入硬化処理を施すことが可能となる。

また、密閉室４は、加熱室５の内部空間（第１空間Ａ）と焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）との間に介在する通路Ｃを有し、第１空間Ａに収容された加熱装置２０で加熱されたワークＷは、通路Ｃを介して第２空間Ｂに移送される。この場合、通路Ｃ内（第２空間Ｂの直前位置）に、加熱処理済みのワークＷであって冷却処理待ちのワークＷを配置することが可能となるので、冷却部３の１サイクル動作完了後には、後続のワークＷに対する冷却処理にスムーズに移行することができる。従って、複数のワークＷに対する焼入硬化処理を一層効率良く行うことが可能となる。

以上より、本発明に係る熱処理装置１によれば、ワークＷの表面に酸化スケールを生成させたり、ワークＷの形状精度を低下させたりすることなく、複数のワークＷに対する焼入硬化処理を効率良く実施することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１およびこれを用いた熱処理方法について説明したが、熱処理装置１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。

例えば、冷却部３には、ワークＷおよびワークＷを拘束した拘束型３３を冷却液３６中でワークＷの軸線回りに一体回転させる回転機構を設けることができる。図７は、その一例であり、昇降テーブル３４に回転機構を設けている。この場合、加圧部材３１をワークＷの軸線回りに空転可能に設けると共に、昇降テーブル３４に加圧部材３１に嵌合されるピン３４ｂを設け、昇降テーブル３４と、昇降テーブル３４に設けたピン３４ｂが嵌合された加圧部材３１とを冷却液３６中に浸漬させた状態で昇降テーブル３４を回転駆動することにより、加圧部材３１と昇降テーブル３４の間に配設されたワークＷおよび拘束型３３をワークＷの軸線回りに一体回転させることができる。このようにすれば、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却することができるので、焼入れ完了後のワークＷの形状精度を一層高めることができる。

また、詳細な図示は省略するが、冷却部３には、上記の回転機構に加え、あるいはこれに替えて、少なくともワークＷが冷却液３６に浸漬されたときに冷却液３６を撹拌させるための撹拌機構を設けることもできる。このようにすれば、冷却部３に回転機構を設けた場合と同様に、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却する上で有利となる。

また、拘束型３３は、以上で説明した実施形態のように、プレス装置３０の加圧部材３１に取り付け固定する他、図８（ａ）（ｂ）に示すように、冷却液３６中に固定的に配設することも可能である。図８（ａ）（ｂ）に示す拘束型３３は、その内周面でワークＷの外周面を拘束するものであり、かつ、２つのワークＷの軸方向寸法を合算した軸方向寸法を有する。この場合、焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）に移送されてきたワークＷは、拘束型３３（拘束型３３の内周に圧入されたワークＷ）の上側に配置される。その後、加圧部材３１が下降移動して下方側に加圧されるのに伴って、冷却液３６へのワークＷの浸漬と、拘束型３３によるワークＷ外周面の拘束とが同時進行する。そして、図８（ｂ）に示すように、拘束型３３の内周への後続のワークＷの押し込みが完了するのに伴って、拘束型３３の内周に配置されていた２つのワークＷのうち、下側のワークＷが拘束型３３から離型される。このような拘束型３３を採用する場合、本発明でいう「拘束型によるワークの外周面の拘束が開始される直前状態にする処理」とは、第２空間Ｂに移送されてきたワークＷの上端面に加圧部材３１の下端面を当接させる処理、となる。また、この場合、以上で説明した実施形態で用いていた昇降テーブル３４は必ずしも必要ではなく、離型されたワークＷを受ける適当な受け部材を加圧部材３１の直下位置に配置しておけば良い。

また、以上では、ワークＷの一例として転がり軸受の外輪（の基材）を挙げ、拘束型３３でワークＷの外周面を拘束した状態でワークＷを冷却・焼入れする場合に熱処理装置１を使用したが、熱処理装置１は、焼入れに伴う内周面の形状精度（特に真円度）の崩れを防止することが好ましいワークＷ（例えば、転がり軸受の内輪の基材）に焼入れ硬化処理を施す場合にも好ましく用いることができる。図９はその一例であり、加圧部材３１の下端面にワークＷの内周面を拘束可能な拘束型３３’を取り付け固定している。

この場合、熱処理装置１を構成する冷却部３の動作態様や、冷却液３６への浸漬に伴うワークＷの形状変化の態様は図５および図６を参照して説明した実施形態と基本的に同様である。要するに、ワークＷは、冷却液３６に浸漬されると、まず、縮径変形し、その後拡径変形する。このため、ワークＷの内周面は、冷却液３６に浸漬された初期段階で拘束型３３’に拘束されるが、離型される段階では基本的に拘束型３３’で拘束されていない。従って、ワークＷの内周面の形状精度は、以上で説明したワークＷの外周面を拘束型３３で拘束する場合ほど高めることはできないが、ワークＷの冷却・焼入れの過程でワークＷの内周面が一時的に拘束型３３’の外周面で拘束されるので、本発明で採用しているいわゆる型拘束焼入れを採用しない場合に比べれば、ワークＷの内周面の形状精度を高めることができる。

また、以上で説明した熱処理装置１の加熱部２に設けた加熱装置２０はあくまでも一例であり、他の加熱装置が用いられる場合もある。図１０はその一例であり、他の実施形態に係る加熱装置４０の部分斜視図である。同図に示す加熱装置４０は、ワークＷを一個ずつ誘導加熱可能に構成された加熱装置であって、先端にワークＷを載置可能なフランジ部４１ｂが設けられた伸縮自在のシリンダロッド４１ａを有する支持部材４１と、ワークＷの外径側に位置する外径側コイル４２と、ワークＷの内径側に位置する内径側コイル４３とを備え、両コイル４２，４３はシリンダロッド４１ａと同軸に配置されている。外径側コイル４２は、符号４４で示す絶縁材料からなるコイル保持部材によって保持されている。

図１０に示す加熱装置４０を採用した場合、加熱室５の内部空間（第１空間Ａ）に投入されたワークＷは、以下のようにして誘導加熱され、通路室７の内部空間（通路Ｃ）に払い出される。

まず、以上で説明した実施形態と同様に、ワークＷが投入された置換室８の室内雰囲気が非酸化性雰囲気になった後、ワークＷを第１空間Ａに移送して支持部材４１のフランジ部４１ｂ上に載置する。ワークＷが第１空間Ａに移送された後、第２の開閉手段１２を開状態から閉状態に移行させ、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する。支持部材４１のシリンダロッド４１ａが伸長動作することにより、フランジ部４１ｂ上に載置されたワークＷは上昇移動して通電状態の外径側コイル４２と内径側コイル４３の間に導入され、狙い温度に誘導加熱される。ワークＷの加熱完了後、支持部材４１のシリンダロッド４１ａが短縮動作し、フランジ部４１ｂが下降限に到達すると、図示外の適宜の手段によって加熱完了後のワークＷが通路Ｃに払い出される。なお、加熱完了後のワークＷが通路Ｃに払い出されるのと同時に、後続のワークＷが支持部材４１のフランジ部４１ｂ上に載置されるようにしておけば、加熱装置４０によるワークＷの誘導加熱を効率良く行うことができる。

なお、上記の加熱装置４０を採用する場合、図３，４等に示す加熱装置２０を採用する場合に比べて密閉室４の高さ寸法を小さくすることが可能となり、熱処理装置１をコンパクト化することができる、という利点がある。

また、以上では、転がり軸受の軌道輪（外輪又は内輪）に焼入れ硬化処理を施すに際して本発明に係る熱処理装置１を適用したが、本発明に係る熱処理装置１は、その他の環状のワーク、例えば、すべり軸受、等速自在継手を構成する外側継手部材や内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器（の基材）に焼入れ硬化処理を施す際にも好ましく適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 熱処理装置
２ 加熱部
３ 冷却部
４ 密閉室
４ａ 入口側開口部
４ｂ 出口側開口部
５ 加熱室
６ 焼入れ準備室
７ 通路室
８ 置換室
１１ 開閉手段（第１の開閉手段）
１２ 開閉手段（第２の開閉手段）
２０ 加熱装置
２１ 支持部材
２２ 加熱コイル
２３ ワーク供給手段
３３ 拘束型
３３’ 拘束型
３５ 冷却液貯留槽
３６ 冷却液
４０ 加熱装置
Ａ 第１空間
Ｂ 第２空間
Ｃ 通路
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 環状のワークの送り方向に沿って、前記ワークを狙い温度に誘導加熱する加熱装置を有する加熱部と、前記ワークが冷却されるのに伴って前記ワークの外周面又は内周面を拘束可能な拘束型を前記ワークの外周又は内周に配置した状態で前記ワークを冷却液に浸漬させることにより、前記加熱装置で加熱された前記ワークを冷却して焼入れする冷却部と、を設けてなる熱処理装置であって、
   前記加熱装置を収容した第１空間と、前記拘束型による前記ワークの外周面又は内周面の拘束が開始される直前状態にする処理が実施される第２空間とが雰囲気を非酸化性雰囲気とした密閉室内に相互に分離して設けられ、
   前記密閉室の出口側開口部を閉口した前記冷却液中で前記ワークが前記拘束型から離型されることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記密閉室が、前記第１空間と前記第２空間の間に介在する通路をさらに有する請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記加熱部は、前記密閉室の入口側開口部を介して前記第１空間に投入される前記ワークを収容可能な置換室と、前記入口側開口部を閉口する閉状態と前記入口側開口部を開口させる開状態の間を相互に移行する開閉手段と、を有し、
   前記置換室内に前記ワークを投入する時、前記開閉手段は前記閉状態にあり、
   前記置換室内に前記ワークが投入された状態で前記置換室の室内雰囲気が大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換された後、前記開閉手段が前記閉状態から前記開状態に移行する請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記加熱装置は、複数の前記ワークを段積み状態で支持可能な支持部材と、該支持部材で支持された前記ワークと同軸に配置された加熱コイルと、前記支持部材と前記支持部材で支持された前記ワークとの間にワークを供給するワーク供給手段とを備える請求項１〜３の何れか一項に記載の熱処理装置。
5. 前記冷却部は、前記ワークおよび前記拘束型を前記冷却液中で前記ワークの軸線回りに回転させる回転機構と、前記冷却液を撹拌させる撹拌機構の少なくとも一方を備える請求項１〜４の何れか一項に記載の熱処理装置。
6. 前記ワークが転がり軸受の軌道輪である請求項１〜５の何れか一項に記載の熱処理装置。
7. 環状のワークを狙い温度に誘導加熱する加熱工程と、
   前記ワークが冷却されるのに伴って前記ワークの外径面又は内径面を拘束可能な拘束型を前記ワークの外周又は内周に配置した状態で前記ワークを冷却液中に浸漬させることにより、前記加熱工程で加熱された前記ワークを冷却して焼入れする冷却工程とを備えた熱処理方法であって、
   前記加熱工程と、前記冷却工程のうち、前記拘束型による前記ワークの外周面又は内周面の拘束が開始される直前状態にする処理とを、雰囲気を非酸化性雰囲気とした密閉室内に相互に分離して設けた第１空間と第２空間とで順次実施し、その後、前記密閉室の出口側開口部を封口した前記冷却液中で前記ワークを前記拘束型から離型することを特徴とする熱処理方法。

Images