JP2015067880A - リング状部材の熱処理方法およびリング状部材の熱処理設備 - Google Patents

リング状部材の熱処理方法およびリング状部材の熱処理設備 Download PDF

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Abstract

【課題】鋼製のリング状部材に対する焼入硬化処理を効率的に、しかも不良品を極力発生させることなく適切に実施可能とする。
【解決手段】鋼で作製された外輪ＯＲを狙い温度に誘導加熱する加熱工程Ｓ１において、保持部３により同軸的に保持した複数の外輪ＯＲを、出力可変の予熱コイル２２、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイル２１の対向領域を順次通過させることにより、複数の外輪ＯＲを順次狙い温度に誘導加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リング状部材の熱処理方法およびリング状部材の熱処理設備に関する。
周知のように、鋼製のリング状部材（例えば、転がり軸受の軌道輪）の製造過程においては、リング状部材に必要とされる機械的強度等を付与するために熱処理（焼入硬化処理）が施される。この焼入硬化処理は、リング状部材を狙い温度（例えば、Ａ1変態点以上の温度域）に加熱する加熱工程や、狙い温度に加熱されたリング状部材を冷却する冷却工程などを含んでいる。加熱工程は、例えば、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉を用いて実施することができる。
雰囲気加熱炉は、多数のワークを同時に加熱することができるという利点がある。しかしながら、雰囲気加熱炉は、ワークだけでなく雰囲気をも加熱する必要があるため、エネルギー効率が低いという問題がある。そこで、加熱工程では、誘導加熱（高周波誘導加熱）によりワークを狙い温度に加熱する場合がある（例えば、特許文献１を参照）。誘導加熱であれば、ワークを直接加熱することができるため、高いエネルギー効率を達成することができる。また、加熱対象のワークが軌道輪のようなリング状部材である場合には、特許文献１に記載されているように、加熱コイルの対向領域に複数のリング状部材を軸方向に並べて保持し、その状態で加熱コイルに通電する方法を採ることができる。このようにすれば、複数のリング状部材を同時に誘導加熱することができるので、熱処理効率を高めることができる。
特開２００６−２０００１９号公報
ところで、長寸のワーク（例えばビレット）を通電状態の加熱コイルに対して軸方向に相対移動させることにより、ワークの長手方向各部を連続的に加熱する連続加熱法は、長寸のワークを効率良く均熱加熱することができるという利点がある。そこで、本願発明者らは、リング状部材を上記の連続加熱法で誘導加熱することを試みた。すなわち、同軸的に保持した複数のリング状部材と、個々のリング状部材よりも長寸で、かつ一定出力となるように通電された加熱コイルとを軸方向に相対移動させることにより、複数のリング状部材を順次狙い温度に誘導加熱することを試みた。
しかしながら、このようにすると、複数のリング状部材のうち、特に加熱処理の開始側および終了側の端部（およびその近傍）に配置された一又は複数のリング状部材が過加熱されてしまった。過加熱されたリング状部材は、所望の機械的強度等を確保することが難しくなるために廃棄処分せざるを得ず、従って、製品歩留の低下問題を招来する。なお、上述の過加熱の問題は、次のような理由に起因して生じるものと考えられる。連続加熱法における加熱コイルの出力は、通常、加熱コイルの対向領域全域にリング状部材が存在する状態（加熱コイルの内周がリング状部材で充足された状態）において各リング状部材を狙い温度に加熱できるような一定値に設定される。このため、加熱コイルの対向領域の一部にしかリング状部材が存在しない加熱工程の開始直後および終了直前の段階においては、個々のリング状部材に生じる誘導電流量が増加し、過加熱される。
上述の過加熱の問題は、加熱コイルの出力を下げることによって可及的に回避し得るが、この場合、軸方向に並べた複数のリング状部材の全てを狙い温度に誘導加熱することが難しくなる。
このような実情に鑑み、本発明は、鋼製のリング状部材に対する焼入硬化処理を効率的に、しかも不良品を極力発生させることなく適切に実施可能と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は、鋼製のリング状部材を狙い温度に誘導加熱する加熱工程を含むリング状部材の熱処理方法であって、加熱工程では、保持部により同軸的に保持した複数のリング状部材を、出力可変の予熱コイル、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイルの対向領域を順次通過させることにより、複数のリング状部材を順次狙い温度に誘導加熱することを特徴とする。
このようにすれば、同軸的に保持した複数のリング状部材を、出力可変の予熱コイルの対向領域を通過させる際に、リング状部材を適温に予加熱することができる。そのため、加熱不足のリング状部材が生じるのを可及的に防止することができる。また、上記方法を採用すれば、単一の加熱コイルでリング状部材を狙い温度にまで誘導加熱する従来方法に比べ、本加熱コイルの出力を下げることができるので、本加熱コイルの対向領域をリング状部材が通過する際にリング状部材に生じる誘導電流量を減じることができる。そのため、軸方向に並べた複数のリング状部材のうち、特に加熱工程の開始側および終了側に配置された一又は複数のリング状部材が過加熱されるのを可及的に防止することができる。また、本加熱コイルの出力を下げることができれば、本加熱コイルの劣化速度を減じることができるので、メンテナンスコストを低減することができるという利点もある。
その一方、加熱工程は、軸方向に並べて保持した複数のリング状部材を、加熱コイル（予熱コイルおよび本加熱コイル）に対して軸方向に相対移動させる、いわゆる連続加熱法により実施される。そのため、連続加熱法を採用することによって享受し得る作用効果、具体的には、各リング状部材を均熱加熱することができる、加熱処理を効率良く行い得る、などといった作用効果を有効に享受できる。従って、本発明によれば、鋼製のリング状部材に対する焼入硬化処理を効率的に、しかも不良品を極力発生させることなく適切に実施することができる。
上記の作用効果を有効に享受するための具体的手段として、加熱工程に、予熱コイルの出力を段階的に増加させる出力増加ステップと、予熱コイルの出力を段階的に減少させる出力減少ステップとを設けることが考えられる。この場合、出力増加ステップにおける予熱コイルの出力増加態様と、出力減少ステップにおける予熱コイルの出力減少態様とは互いに異ならせるのが好ましい。加熱すべきワークの電気伝導率や磁性は温度上昇に伴って変化するので、加熱開始側に配置されたリング状部材と加熱終了側に配置されたリング状部材との間には、温度上昇態様に違いがあるからである。なお、「出力増加ステップにおける予熱コイルの出力増加態様と、出力減少ステップにおける予熱コイルの出力減少態様とを互いに異ならせる」とは、両ステップにおける予熱コイルの出力波形の何れか一方を反転させて他方に重ね合わせたときに、２つの出力波形が一致しないことを意味する。
上記構成において、予熱コイルの出力は、本加熱コイルに対する保持部の相対位置に応じて変化させることができる。特に、出力増加ステップおよび出力減少ステップのうち、少なくとも出力増加ステップにおける予熱コイルの出力は、本加熱コイルの対向領域に存在するリング状部材の個数に応じて変化させることができる。
以上の構成において、予熱コイルと本加熱コイルとを別個の高周波電源に接続しておけば、各コイルの出力を適切な値に設定し易くなるので、汎用性が高まる。
本発明に係る熱処理方法は、狙い温度に誘導加熱されたリング状部材を冷却する冷却工程をさらに有するものとすることができる。これにより、リング状部材を適切に焼入硬化させることができる。
本発明に係る熱処理方法の適用対象であるリング状部材としては、例えば、炭素含有量が０．８質量％以上の鋼材からなる転がり軸受の軌道輪（外輪および内輪）を挙げることができる。
なお、炭素を０．８質量％以上含む鋼材に対する加熱処理は、通常、オーステナイト中に０．６質量％程度の炭素を溶かし込み、残りは炭化物として残留させるようにして行う。これは、０．６質量％以上炭素が溶け込んでもマルテンサイトの硬度の変化が小さいことに加え、過剰な炭素の溶け込みは、残留オーステナイトの原因、すなわち硬度低下や経年劣化を引き起こす原因となるからである。また、炭化物を残留させることにより、加熱中のオーステナイト結晶粒成長の抑制や、ワークの耐摩耗性向上に寄与するからである。そして、鋼材中への炭素の溶け込み量は加熱温度および加熱時間によって左右され、本発明で採用する加熱法は、加熱温度をコイル（予熱コイルおよび本加熱コイル）の出力で調整することができ、また、加熱時間をコイルに対する相対移動速度で調整することができる。従って、本発明に係る熱処理方法は、炭素を０．８質量％以上含む鋼材からなる転がり軸受の軌道輪に対する熱処理方法として好適である。
また、上記の目的は、鋼製のリング状部材を狙い温度に誘導加熱する加熱部を備えたリング状部材の熱処理設備であって、複数のリング状部材を同軸的に保持する保持部と、保持部を加熱部に対して軸方向に相対移動させる駆動手段とを備え、加熱部は、出力可変の予熱コイル、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイルを有し、駆動手段は、保持部により同軸的に保持された複数のリング状部材を、予熱コイルおよび本加熱コイルの対向領域を順次通過させるように、保持部と加熱部とを軸方向に相対移動させることを特徴とするリング状部材の熱処理設備、によっても達成できる。
以上から、本発明によれば、鋼製のリング状部材に対する焼入硬化処理を効率的に、しかも不良品を極力発生させることなく適切に実施することができる。これにより、転がり軸受の軌道輪をはじめとする鋼製のリング状部材の製造コストを低減することができる。
本発明に係る熱処理方法を実施する際に使用する熱処理設備の初期状態を示す概要図である。 焼入硬化処理に含まれる工程のフロー図である。 加熱工程で使用する本加熱コイルおよび予熱コイルの出力設定を説明するための図である。 図１に示す熱処理設備の使用中の状態を示す概要図である。 従来方法と本発明に係る方法との比較検証結果を示す図である。
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、本発明に係るリング状部材の熱処理方法を実施する際に使用する熱処理設備の初期状態を示す概要図である。同図に示す熱処理設備１は、リング状部材としての転がり軸受の外輪ＯＲを焼入硬化するための熱処理設備であって、外輪ＯＲに対し、図２に示す加熱工程Ｓ１、搬送工程Ｓ２および冷却工程Ｓ３を順次施す。熱処理設備１は、加熱工程Ｓ１で使用される加熱部２および保持部３と、搬送工程Ｓ２で使用される搬送手段５と、冷却工程Ｓ３で使用される冷却部４とを備え、加熱部２と保持部３とは同軸配置されている。
保持部３は、複数の外輪ＯＲを同軸的に保持可能であり、本実施形態の保持部３は、複数の外輪ＯＲをそれぞれの中心軸が一致するように鉛直方向に積み重ねた状態で保持する。図１に示す熱処理設備１の初期状態において、保持部３（およびこれに同軸的に保持された複数の外輪ＯＲ）は、加熱部２を構成する予熱コイル２２よりも所定寸法だけ鉛直下方に配置されている。保持部３は加熱部２に対して軸方向に相対移動可能とされる。本実施形態では、保持部３が図示しない油圧シリンダ等の駆動手段に接続されており、保持部３は駆動手段の出力を受けてピッチ送りあるいは連続送りされる。
加熱部２は、上下に並べて同軸配置された本加熱コイル２１および予熱コイル２２を有し、両コイル２１，２２は、熱処理すべき外輪ＯＲをその径方向外側から取り囲むことができるようになっている。予熱コイル２２は相対的に下側に配置され、本加熱コイル２１は相対的に上側（予熱コイル２２の出口側）に配置されている。本加熱コイル２１としては、加熱すべき外輪ＯＲの軸方向寸法よりも長寸のコイルが使用される。具体的にいうと、加熱すべき外輪ＯＲの軸方向寸法をＬとしたとき、Ｌ×ｎ（但し、ｎ≧２）の軸方向寸法を有するコイルが使用され、本実施形態ではＬ×５の軸方向寸法を有するコイルを使用している。一方、予熱コイル２２としては、外輪ＯＲの軸方向寸法Ｌと略同寸の軸方向寸法を有するコイルが使用される。両コイル２１，２２は、それぞれ、高周波電源２３，２４に電気的に接続されている。このように、本加熱コイル２１および予熱コイル２２を別個の高周波電源に電気的に接続しておけば、両コイル２１，２２の出力を任意に設定し易くなるので汎用性が向上する。
図３に示すように、本加熱コイル２１の出力は、加熱工程Ｓ１の実施中一定とされ、ここでは、最も高温に加熱される外輪ＯＲが狙い温度となるように本加熱コイル２１の出力が設定される。なお、最も高温に加熱される外輪ＯＲは、通常は、加熱開始側（上側）および加熱終了側（下側）の端部およびその近傍に配置される外輪ＯＲである。
一方、予熱コイル２２の出力は、加熱工程Ｓ１の進行度合いに応じて変化する。具体的には、加熱部２（本加熱コイル２１）に対する保持部３の軸方向相対位置に応じて予熱コイル２２の出力が変化する。加熱工程Ｓ１では、予熱コイル２２の出力を段階的に増加させる出力増加ステップＳ１ａ、予熱コイル２２の出力を一定値に維持する中間ステップＳ１ｂ、および予熱コイル２２の出力を段階的に減少させる出力減少ステップＳ１ｃが順に実施される。出力増加ステップＳ１ａは、保持部３により同軸的に保持された複数の外輪ＯＲのうち、先頭の外輪ＯＲ1が本加熱コイル２１の対向領域に配置されたときに開始され、る。また、中間ステップＳ１ｂは、図３に模式的に示すように、加熱部２と保持部３とが、本加熱コイル２１の対向領域全域が外輪ＯＲで充足されるような位置関係になった状態から所定時間継続して実施される。そして、中間ステップＳ１ｂの実施中における予熱コイル２２の出力を１００％とすると、出力増加ステップＳ１ａでは、加熱部２と保持部３の軸方向相対位置に応じて、予熱コイル２２の出力が３０％→６０％→９０％の順で段階的に高められ、出力減少ステップＳ１ｃでは、加熱部２と保持部３の軸方向相対位置に応じて、予熱コイル２２の出力が７０％→５０％→３０％の順で段階的に減じられる。
なお、上述の予熱コイル２２の出力変化態様はあくまでも例示であり、加熱すべきリング状部材の形状や大きさなどによって適宜変更可能である。例えば、出力増加ステップＳ１ａおよび出力減少ステップＳ１ｃのうち、少なくとも出力増加ステップＳ１ａにおける予熱コイル２２の出力は、本加熱コイル２１の対向領域に存在する（配置される）外輪ＯＲの個数に応じて段階的に変化させるようにしても構わない。要するに、Ｌ×５の軸方向寸法を有する本加熱コイル２１を使用する本実施形態の場合、出力増加ステップＳ１ａにおける予熱コイル２２の出力は、４段階に分けて変化させるようにしても良い。
本加熱コイル２１と予熱コイル２２の間には、両コイル２１，２２に通電したときに相互誘導が生じるのを防止するために、相互誘導防止手段２５が介設されている。本実施形態では、相互誘導防止手段２５としてエアギャップを採用している。すなわち、本加熱コイル２１と予熱コイル２２とは、相互誘導が生じない程度に所定寸法離間して配置されている。なお、相互誘導防止手段２５としては、シールド部材を採用しても良い。
冷却部４は、適温に保持された冷却液（例えば、焼入油）４２が貯留された冷却液漕４１で構成されている。搬送手段５は、加熱工程Ｓ１で狙い温度に誘導加熱された外輪ＯＲを冷却液漕４１へと搬送する役割を担う。
以下、以上で説明した熱処理設備１を用いて実施される外輪ＯＲの焼入硬化処理の手順について説明する。
焼入硬化処理の実施に先立って、リング状部材作製工程が実施され、リング状部材としての外輪ＯＲが作製される。具体的には、炭素含有量０．８質量％以上の鋼材（例えば、ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定された軸受鋼の一種であるＳＵＪ２）を準備し、この鋼材に鍛造等の塑性加工や旋削、研削等の機械加工を施すことにより、全体としてリング状をなした所定形状の外輪ＯＲを作製する。炭素含有量０．８質量％以上の鋼としては、ＳＵＪ２以外にも、ＳＵＪ３に代表されるその他の軸受鋼や、ＪＩＳ Ｇ４４０４に規定された工具鋼（例えば、ＳＫＤ１１、ＳＫＤ１２、ＳＫＤ３、ＳＫＤ３１）を挙げることができる。
次に、上記の熱処理設備１を用いて焼入硬化処理が実施される。焼入硬化処理は、図２に示すように、リング状部材作製工程で作製された外輪ＯＲを狙い温度に誘導加熱する加熱工程Ｓ１と、狙い温度に加熱された外輪ＯＲを冷却部４（冷却液漕４１）へと搬送する搬送工程Ｓ２と、外輪ＯＲを冷却して焼入硬化させる冷却工程Ｓ３とを有する。
（Ａ）加熱工程Ｓ１
この加熱工程Ｓ１では、保持部３により同軸的に保持した複数の外輪ＯＲを、順次狙い温度（ここではＡ1変態点を超える温度域）に加熱する。この加熱工程Ｓ１では、まず、保持部３上に、それぞれの中心軸を一致させるようにして複数の外輪ＯＲが鉛直方向に積み重ねられる。外輪ＯＲは、径方向寸法に対して軸方向寸法が小さい。そのため、本実施形態のように、外輪ＯＲを鉛直方向に積み重ねると、加熱工程Ｓ１の実施中における外輪ＯＲの姿勢が安定するという利点がある。詳細な図示は省略するが、複数の外輪ＯＲを鉛直方向に積み重ねる作業は、自動で実施することができる。
図示しない駆動手段が作動し、保持部３に鉛直方向上向きの送り力が付与されると、保持部３により同軸的に保持された複数の外輪ＯＲは、予熱コイル２２の対向領域および本加熱コイル２１の対向領域に順次進入する。図３に模式的に示したように、加熱工程Ｓ１の開始後、本加熱コイル２１には、高周波電源２３から供給された電力により高周波電流が流れる。高周波電源２３から本加熱コイル２１への電力供給は、その後、全ての外輪ＯＲが本加熱コイル２１の対向領域を通過して本加熱コイル２１の上側に排出されるまでの間、継続される。なお、高周波電源２３から本加熱コイル２１への電力供給は、保持部３により同軸的に保持された複数の外輪ＯＲのうち、先頭の外輪ＯＲ1が本加熱コイル２１の対向領域に進入するのと同時に、あるいは進入する直前に開始するようにしても構わない。また、予熱コイル２２には、図３に模式的に示す態様での出力が得られるように、高周波電源２４から電力が供給される。そして、各外輪ＯＲは、予熱コイル２１および本加熱コイル２２の対向領域を通過する間に、誘導加熱によって狙い温度（Ａ1変態点を超える温度域）に加熱される。
（Ｂ）搬送工程Ｓ２
この搬送工程Ｓ２では、図４に示すように、狙い温度に加熱された外輪ＯＲが、搬送手段５により冷却部４（冷却液漕４１）へと順次搬送される。
（Ｃ）冷却工程Ｓ３
この冷却工程Ｓ３では、搬送コンベア５によって冷却液漕４１へと搬送された外輪ＯＲが、冷却液漕４１内に貯留された冷却液４２に浸漬されることによってＡ1変態点以上の温度域からＭｓ点以下の温度域にまで冷却され、焼入硬化される。
以上の手順により、熱処理設備１を用いた外輪ＯＲの焼入硬化処理が完了する。焼入硬化処理が完了した外輪ＯＲには、その後、焼き戻し処理や仕上げ処理（例えば、軌道面の研磨処理）などの所定の処理が実施されることにより、完成品となる。
以上で説明したように、本発明では、加熱工程Ｓ１において、保持部３により同軸的に保持した複数の外輪ＯＲを、出力可変の予熱コイル２２、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイル２１の対向領域を通過させることにより、複数の外輪ＯＲを順次狙い温度に加熱するようにした。このようにすれば、複数の外輪ＯＲを出力可変の予熱コイル２２の対向領域を通過させる際に、外輪ＯＲを適温に予加熱することができる。そのため、加熱不足の外輪ＯＲが生じるのを可及的に防止することができる。また、上記方法を採用すれば、単一の加熱コイルでリング状部材を常温から狙い温度に誘導加熱する方法に比べ、本加熱コイル２１の出力を下げることができるので、本加熱コイル２１の対向領域を外輪ＯＲが通過する際に外輪ＯＲに生じる誘導電流量を減じることができる。そのため、軸方向に並べて保持した複数の外輪ＯＲのうち、特に加熱開始側および終了側に配置された一又は複数の外輪ＯＲが過加熱されるのを可及的に防止することができる。また、本加熱コイル２１の出力を下げることができれば、本加熱コイル２１の劣化速度を減じることができるので、メンテナンスコストを低減することができるという利点もある。
特に本実施形態では、加熱工程Ｓ１の開始後、本加熱コイル２１の対向領域全域が外輪ＯＲで充足されるに至るまでの間、予熱コイル２２の出力を段階的に増加させ、その後、予熱コイル２２の出力を段階的に減少させるようにした。このようにすれば、軸方向に並べて保持された複数の外輪ＯＲのうち、特に、加熱開始側および加熱終了側に配置された一又は複数の外輪ＯＲが過加熱されるのを効果的に防止することができる。さらに、予熱コイル２２の出力増加態様および出力減少態様を互いに異ならせた。これにより軸方向に並べて保持した外輪ＯＲの全てを狙い温度に加熱することができる。なお、予熱コイル２２の出力増加態様および出力減少態様を互いに異ならせたのは、誘導加熱すべきワークの電気伝導率や磁性は温度上昇に伴って変化するので、加熱開始側に配置された外輪ＯＲと加熱終了側に配置された外輪ＯＲとの間には、温度上昇態様に違いがあるからである。
その一方、加熱工程Ｓ１は、軸方向に並べて保持した複数の外輪ＯＲを、加熱部２（予熱コイル２２および本加熱コイル２１）に対して軸方向に相対移動させる、いわゆる連続加熱法により実施される。そのため、連続加熱法を採用することによって享受し得る作用効果、具体的には、各外輪ＯＲを均熱加熱することができる、加熱工程Ｓ１を効率良く行い得る、などといった作用効果を有効に享受できる。従って、本発明によれば、鋼製の外輪ＯＲに対する焼入硬化処理を効率的に、しかも不良品を極力発生させることなく適切に実施することができる。
ここで、ＳＵＪ２のように炭素を０．８質量％以上含む鋼材に対する加熱処理は、通常、オーステナイト中に０．６質量％程度の炭素を溶かし込み、残りは炭化物として残留させるようにして行う。これは、０．６質量％以上炭素が溶け込んでもマルテンサイトの硬度の変化が小さいことに加え、過剰な炭素の溶け込みは、残留オーステナイトの原因、すなわち硬度低下や経年劣化を引き起こす原因となるからである。また、炭化物を残留させることにより、加熱中のオーステナイト結晶粒成長の抑制や、ワークの耐摩耗性向上に寄与するからである。そして、鋼材中への炭素の溶け込み量はワークの加熱温度および加熱時間によって左右され、本発明で採用する加熱法は、加熱温度を予熱コイル２２および本加熱コイル２１の出力で調整することができ、また、加熱時間をコイル２１，２２に対する外輪ＯＲ（保持部３）の相対移動速度で調整することができる。従って、本発明に係る熱処理方法は、ＳＵＪ２で作製された外輪ＯＲに対する熱処理方法として特に好適である。
以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、図示は省略するが、本加熱コイル２２の出口側に、予熱コイル２２および本加熱コイル２１と同軸配置された後加熱コイルを設けると共に、本加熱コイル２１により誘導加熱された外輪ＯＲの温度を測定（監視）する放射温度計を設け、放射温度計により加熱不足と判定された外輪ＯＲを後加熱コイルでさらに誘導加熱するようにすることもできる。このようにすれば、設備構成は多少複雑化するものの、加熱不良品の発生を確実に防止することができる。
また、以上で説明した実施形態では、複数の外輪ＯＲを順次狙い温度に誘導加熱すると共に、狙い温度に誘導加熱された外輪ＯＲを、順次搬送工程Ｓ２、さらには冷却工程Ｓ３に送り込むようにしたが、搬送工程Ｓ２および冷却工程Ｓ３は、狙い温度に誘導加熱された複数の外輪ＯＲに対してまとめて実施するようにしても良い。
また、以上で説明した実施形態では、加熱部２（本加熱コイル２１および予熱コイル２２）と保持部３の相対移動方向を鉛直方向としたが、本発明は、加熱部２と保持部３とを水平方向に相対移動させる際にも適用することができる。
また、以上では、転がり軸受の外輪ＯＲを狙い温度に誘導加熱するに際して本発明に係る方法を適用したが、本発明に係る熱処理方法は、その他の鋼製のリング状部材（例えば、転がり軸受の内輪、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）を狙い温度に誘導加熱する際にも好ましく適用することができる。
本発明の有用性を実証するため、従来方法を用いて複数のリング状部材を誘導加熱した場合と、本発明に係る方法を用いて複数のリング状部材を誘導加熱した場合とで、複数のリング状部材の加熱態様に差異が生じるか否かを比較検証した。ここで、従来方法とは、同軸的に保持した複数のリング状部材と、リング状部材よりも長寸で、かつ一定量の電力が供給されている単一の加熱コイルとを軸方向に相対移動させることにより複数のリング状部材を順次狙い温度に誘導加熱する方法であり、本発明に係る方法とは、図１等に示す熱処理設備１を用いて実施した方法である。なお、この比較試験では、同軸的に保持した２０個のＳＵＪ２製の外輪を８５０〜９００℃の温度範囲に加熱すべく、コイル（従来方法では単一の加熱コイルであり、本発明に係る方法では本加熱コイルおよび予熱コイルである）の出力を適宜設定した。そして、同軸的に保持した２０個の外輪のうち、加熱開始側に配置した５個の外輪温度、中央部付近に配置した５個の外輪温度、および加熱終了側に配置した５個の外輪温度を、誘導加熱完了後にそれぞれ測定した。測定結果を図５に示す。
図５から明らかなように、従来方法（比較例）では、中央部付近に配置した外輪のみしか狙い温度に加熱されず、加熱開始側に配置した外輪および加熱終了側に配置した外輪については、狙い温度を超えて加熱されていた。これに対し、本発明に係る方法（実施例）では、加熱開始側、中央部付近および加熱終了側に配置した外輪が、何れも、狙い温度に加熱されていた。従って、本発明の有用性が実証される。
１ 熱処理設備
２ 加熱部
３ 保持部
４ 冷却部
２１ 本加熱コイル
２２ 予熱コイル
２３ 高周波電源
２４ 高周波電源
ＯＲ 外輪（鋼製のリング状部材）
Ｓ１ 加熱工程
Ｓ１ａ 出力増加ステップ
Ｓ１ｂ 中間ステップ
Ｓ１ｃ 出力減少ステップ
Ｓ３ 冷却工程

Claims (8)

  1. 鋼製のリング状部材を狙い温度に誘導加熱する加熱工程を含むリング状部材の熱処理方法であって、
    加熱工程では、保持部により同軸的に保持した複数のリング状部材を、出力可変の予熱コイル、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイルの対向領域を順次通過させることにより、前記複数のリング状部材を順次狙い温度に誘導加熱することを特徴とするリング状部材の熱処理方法。
  2. 加熱工程に、予熱コイルの出力を段階的に増加させる出力増加ステップと、予熱コイルの出力を段階的に減少させる出力減少ステップとを設け、出力増加ステップにおける予熱コイルの出力増加態様と出力減少ステップにおける予熱コイルの出力減少態様とを互いに異ならせた請求項１に記載のリング状部材の熱処理方法。
  3. 予熱コイルの出力を、本加熱コイルに対する保持部の相対位置に応じて変化させる請求項１又は２に記載のリング状部材の熱処理方法。
  4. 出力増加ステップおよび出力減少ステップのうち、少なくとも出力増加ステップにおける予熱コイルの出力を、本加熱コイルの対向領域に存在するリング状部材の個数に応じて変化させる請求項２に記載のリング状部材の熱処理方法。
  5. 本加熱コイルと予熱コイルとを別個の高周波電源に電気的に接続した請求項１〜４の何れか一項に記載のリング状部材の熱処理方法。
  6. 狙い温度に誘導加熱されたリング状部材を冷却する冷却工程をさらに有する請求項１〜５の何れか一項に記載のリング状部材の熱処理方法。
  7. リング状部材が、炭素含有量０．８質量％以上の鋼材からなる転がり軸受の軌道輪である請求項１〜６の何れか一項に記載のリング状部材の熱処理方法。
  8. 鋼製のリング状部材を狙い温度に誘導加熱する加熱部を備えたリング状部材の熱処理設備であって、
    複数のリング状部材を同軸的に保持する保持部と、保持部を加熱部に対して軸方向に相対移動させる駆動手段とを備え、
    加熱部は、出力可変の予熱コイル、およびその出口側に同軸配置された一定出力の本加熱コイルを有し、
    駆動手段は、保持部により同軸的に保持された複数のリング状部材を、予熱コイルおよび本加熱コイルの対向領域を順次通過させるように、保持部と加熱部とを軸方向に相対移動させることを特徴とするリング状部材の熱処理設備。
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