JP2016011446A - 熱処理システムおよび熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状ワークの内周焼入れにおいて、円筒状ワークの寸法や形状とは無関係にワーク内周を確実に冷却することができて、生産性を向上することができる熱処理システムおよび熱処理方法の提供。
【解決手段】円筒状ワーク（１１）を回転する回転装置（１８、１９）と、円筒状ワーク（１１）を所定位置で保持する保持部材（１８１、１９１）と、円筒状ワーク（１１）を内周面側から加熱する加熱部材（１６）と、冷却液を噴射して円筒状ワーク（１１）を外周面側から冷却する冷却装置（１７）と、冷却装置（１７）から外れた位置に設けられ且つ冷却液を噴射する噴射装置（ノズル３４）を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空の円筒状ワーク（例えば、履帯用ブッシュ）の内周面側を冷却する技術に関する。

熱処理が施される対象となる中空円筒状のワークとしては、例えば建設車両の履帯用部品の一つであるブッシュが該当する。ただし、履帯のブッシュに限定される訳ではない。
履帯用ブッシュは、内周面がピンと接触し、外周面はスプロケットと接触しながら、動力を伝達する部品である。そのため履帯用ブッシュには、強度、靭性、耐摩耗性等が要求される。

ブッシュの強度、靭性、耐摩耗性などの要求を満足させるため、ブッシュの外周焼入れを行う工程と、ブッシュの内周焼入れを行う工程を有する製造方法（或いは熱処理方法）が知られている。ここで、ブッシュの内周焼入れを行う工程における冷却方法としては、従来、ブッシュの外周面に冷却液を噴射して冷却する手法（例えば、特許文献１）が広く行われていた。

近年、ブッシュの内周面側の硬化層深さを一定以上保持しつつ、外周面側の硬化層深さを深くして、耐摩耗性を高めることが要求される。係る要求に対処するためには、ブッシュ外周面のみに冷却液を噴射するだけでは冷却が不十分であり、ブッシュ内周面側も冷却する必要がある。
従来技術において、ブッシュの内周面側を冷却する方法としては、ブッシュの内方に冷却ジャケットを挿入し、冷却ジャケットから冷却液を噴射することによって行なう方法が存在する（特許文献２参照）。
また、内方に挿入した加熱コイルの先端部に冷却ジャケットを取り付け、当該冷却ジャケットから冷却液を噴射することによって、ブッシュの内周面側を冷却する冷却方法も存在する。
さらに、円筒部品の内方に液流制御部材を設置し、円筒部品の外方に配置した冷却液噴射装置から冷却液を噴射し、円筒部品の内周面側を冷却する技術も提案されている（特許文献３参照）。

しかし、ブッシュの内方に冷却ジャケットを挿入し、挿入された冷却ジャケットから冷却液を噴射する従来技術では、ブッシュ内周面側に冷却液を噴射し、ブッシュの焼入れが完了した後も、ブッシュの内方に挿入された冷却ジャケットが元の位置（ブッシュから外れた位置）に戻るまでの間、熱処理が完了したブッシュと、熱処理を行うべきブッシュとを交換する作業を待たなければならない。そのため、生産性が低くなるというデメリットが存在する。
また、冷却ジャケットをブッシュから外れた位置（元の位置）とブッシュの内方の位置（挿入後の位置）との間で往復動作を頻繁に繰り返さなければならないので、冷却ジャケットにおいて所謂「芯ずれ」が生じ易く、焼入れ品質の均一性に悪影響を及ぼしてしまう。

また、内方に挿入した加熱コイルの先端部に取り付けられた冷却ジャケットから噴射された冷却液によりブッシュ内周面側を冷却する従来技術では、加熱コイルの中央に冷却液の通路を確保する必要がある。そのため、内径が小さいワークに対しては、冷却ジャケットを挿入することが出来ない場合が存在する。
それに加えて、冷却ジャケットの噴射孔の直径が小さいため、冷却液中の不純物による穴詰まりが生じ易い。係る穴詰まりが生じると、冷却液が噴射されず、焼入れ組織が不均一になるので、熱処理品であるブッシュの品質異常が発生するという問題が存在する。
円筒部品の内方に液流制御部材を設置し、円筒部品の外方に配置した冷却液噴射装置から冷却液を噴射し、円筒部品の内周面側を冷却する従来技術においても、円筒部品の内方に液流制御部材と冷却液の通路を確保する必要があるため、内径が小さいワークに対しては、実現できないという問題が存在する。

特許第３８８００８６号公報 特開２０００−７３１２１号公報 特開平１１−２１６１８号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、円筒状ワークの内周焼入れにおいて、円筒状ワークの寸法や形状とは無関係にワーク内周面側を確実に冷却することができて、生産性を向上することができる熱処理システムおよび熱処理方法の提供を目的としている。

本発明の熱処理システムは、円筒状ワーク（１１：例えば、履帯用ブッシュ）を回転させる回転装置（ワーク回転用ローラ１８、１９）と、
円筒状ワーク（１１）を所定位置（ローラ１８、１９の端部）で保持する保持部材（ストッパー１８１、１９１）と、
円筒状ワーク（１１）を内周面側から加熱する加熱部材（加熱コイル１６）と、
冷却液を噴射して円筒状ワーク（１１）を外周面（１１ｏ）側から冷却する冷却装置（冷却ジャケット１７）と、
冷却装置（１７）から外れた位置に設けられ且つ冷却液を噴射する噴射装置（ノズル３４）と、
加熱部材（１６）を定位置に固定する加熱部材保持部材（加熱コイル固定用ロッド１６Ｒ及び加熱コイル固定用ブラケット１６Ｂ）と、
冷却装置（１７）を定位置に固定する冷却装置保持部材（図示せず）と、
回転装置（１８、１９）と噴射装置（３４）が取り付けられ、加熱部材（１６）と冷却装置（１７）に対して相対移動する基礎部材（台車５０）とを有しており、
加熱部材（１６）は、基礎部材（５０）が移動して保持部材（１８１、１９１）で保持された円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している場合に、円筒状ワーク（１１）の内周面（１１ｉ）側を加熱（例えば誘導加熱）する機能を有し、
噴射装置（３４）は、基礎部材（５０）が移動して保持部材（１８１、１９１）で保持された円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している場合に、加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射する機能を有していることを特徴としている。
本明細書において、加熱部材（１６）と加熱部材保持部材（１６Ｒ、１６Ｂ）を総称して「加熱装置」と記載する場合がある。

本発明の熱処理システムにおいて、
前記基礎部材（台車５０）は水平面に対して傾斜しており、
前記保持部材（ストッパー１８１、１９１）は、円筒状ワーク（１１）を回転装置（１８、１９）の噴射装置側端部で保持する機能を有しており、
前記基礎部材（台車５０）は、円筒状ワーク（１１）が回転装置（１８、１９）の噴射装置側端部で保持されると、加熱部材（１６）へ近接する側に移動し、加熱部材（１６）が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると加熱部材（１６）から離隔する側に移動する機能を有しており、
前記（固定されている）加熱部材（１６）は、（円筒状ワーク１１との相対位置において）該加熱部材（１６）が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、誘導加熱を開始する機能を有し、
前記噴射装置（３４）は、（円筒状ワーク１１との相対位置において）前記加熱部材（１６）が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、加熱部材端面（１６ｔ）に向けての冷却液噴射を開始する機能を有しており、
前記冷却装置（冷却ジャケット１７）は、（円筒状ワーク１１との相対位置において）前記加熱部材（１６）が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、ワーク外周面（１１ｏ）への冷却液噴射を開始する機能を有しているのが好ましい。

本発明の熱処理方法は、
円筒状ワークを保持部材（ストッパー１８１、１９１）により所定位置（ワーク回転用ローラの端部）に保持する工程と、
回転装置（１８、１９）と噴射装置（３４）が取り付けられ且つ加熱部材（１６）と冷却装置（１７）に対して相対移動する基礎部材（台車５０）により、保持部材（１８１、１９１）で保持された円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）を位置せしめる工程と、
冷却装置（冷却ジャケット１７）から冷却液を噴射して円筒状ワーク（１１）を外周面（１１ｏ）側から冷却しつつ、加熱部材（コイル１６）により円筒状ワーク（１１）を内周面側から加熱し、噴射装置（ノズル３４）から加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射する工程、
を有していることを特徴としている。

本発明の熱処理方法において、
冷却装置（冷却ジャケット１７）から冷却液を噴射して円筒状ワーク（１１）を外周面側から冷却する工程においては冷却装置（１７）が、
加熱部材（加熱コイル１６）により円筒状ワーク（１１）を内周面側から加熱する工程においては加熱部材（１６）が、
噴射装置（ノズル３４）から加熱部材端面に向けて冷却液を噴射する工程においては加熱部材（１６）が、
（固定されている加熱部材１６および冷却装置１７と移動する円筒状ワーク１１の相対位置において）円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域の噴射装置（３４）側端部近傍に位置する時に、前記各工程が開始されるのが好ましい。

本発明の熱処理方法において、第１工程の焼入れと第２工程の焼入れを行い、
前記第１工程の焼入れでは、円筒状ワーク（１１）の外周面側（１１ｏ）のみから、前記ワーク（１１）の肉厚全体にわたってＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に加熱（例えば誘導加熱）し、前記ワーク（１１）の温度を長手方向、肉厚方向で均一にし、前記ワーク（１１）の温度がＡｒ_３点まで下がる前に冷却を開始して前記ワーク（１１）を外周面側から冷却し、前記ワーク（１１）の肉厚全体にわたって焼入れ硬化し、
前記第２工程の焼入れでは、焼入れ硬化された前記ワーク（１１）を冷却装置（１７）から冷却液を噴射して前記ワーク（１１）の外周面（１１ｏ）側から冷却し、加熱部材（１６）により前記ワーク（１１）を内周面（１１ｉ）側から加熱してＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に加熱し、噴射装置（３４）から加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射するのが好ましい。

また本発明の熱処理方法において、第１工程の焼入れと第２工程の焼入れを行い、
前記第１工程の焼入れでは、円筒状ワーク（１１）を、前記ワーク（１１）の外周面（１１ｏ）側のみから、前記ワーク（１１）の肉厚全体にわたってＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に誘導加熱し、前記誘導加熱後に、ワーク（１１）が加熱部から隔たった冷却部に到るまでの時間を利用してワーク（１１）の温度を長手方向、肉厚方向で均一にしてから、ワークの温度がＡｒ_３点まで下がる前に冷却を開始してワーク（１１）を外周面側のみから冷却し、ワーク（１１）の肉厚全体にわたって焼入れ硬化し、
前記第２工程の焼入れでは、肉厚全体にわたって焼入れ硬化された前記ワーク（１１）を外周側（外周面１１ｏ側）から冷却しながら、内周面（１１ｉ）側をＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に加熱し、噴射装置（３４）から加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射するのが好ましい。

本発明の実施に際して、円筒状のワーク（１１）は、履帯のブッシュが好ましい。しかし、円筒状のワークが、履帯のブッシュに限定される訳ではない。

上述する構成を具備する本発明によれば、噴射装置（３４）は、基礎部材（５０）が移動して保持部材（１８１、１９１）で保持された円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している場合に、加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射するので、噴射された冷却液は加熱部材端面（１６ｔ）で跳ね返り（飛散液ＲＷＪとして）、円筒状ワークの内周面（１１ｉ）に衝突して冷却する。加熱部材端面（１６ｔ）は通常、平面であるが、冷却液が跳ね返り易いように円錐形に形成すること、逃げ溝を形成すること、同様な形状の付属部品を取り付けることも可能である。
そして本発明によれば、円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している場合に、加熱部材（１６）は円筒状ワークの内周面（１１ｉ）側を誘導加熱し、噴射装置（３４）は加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射（ＷＪ）するので、円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している間に、内周面（１１ｉ）側はＡｃ_３点以上に加熱され、加熱部材端面（１６ｔ）で跳ね返った冷却液（飛散液ＲＷＪ）により冷却される。
その間（円筒状ワーク１１の半径方向内方の領域に加熱部材１６が位置している間）、冷却装置（１７）からは円筒状ワークの外周面（１１ｏ）に冷却液が噴射される。
その結果、円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に加熱部材（１６）が位置している間、円筒状ワーク（１１）には内周焼入れが施され、その冷却は円筒状ワークの外周面（１１ｏ）側と内周面（１１ｉ）側の双方から行われる。従って、円筒状ワークの内周面（１１ｉ）側の硬化層深さを一定以上保持しつつ、外周面（１１ｏ）側の硬化層深さを深くして、耐摩耗性を向上することが出来る。

また本発明によれば、噴射装置（３４）は円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域には位置していないので、加熱部材（１６）が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域から外れ、円筒状ワーク（１１）の内周焼入れが完了した際に、円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域には熱処理システムにおける部材は位置していない。そのため、内周焼入れが完了したならば、直ちに、熱処理が完了したワーク（１１）と熱処理をするべきワーク（１１）とを交換することが出来る。
換言すれば、本発明によれば、熱処理作業において、従来技術の様な無駄な待ち時間（例えば、円筒状ワークの半径方向内方の領域から冷却ジャケットが外れるのを待つ時間）が不要となる。その結果、本発明によれば、円筒状ワークの熱処理の作業効率が向上する。

さらに本発明によれば、噴射装置（３４）は、円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に位置している加熱部材端面（１６ｔ）に向けて冷却液を噴射しており、噴射装置自体が円筒状ワーク（１１）の半径方向内方の領域に挿入される訳ではない。
そのため、噴流の外径を制御する事により、円筒状ワーク（１１）の内径寸法に拘らず、噴射された冷却液は円筒状ワーク（１１）の半径方向内方領域に侵入し、加熱部材端面（１６ｔ）で跳ね返り（飛散液ＲＷＪとして）、内周面（１１ｉ）に衝突して確実に冷却する。すなわち本発明によれば、円筒状ワーク（１１）の内径寸法に拘らず、円筒状ワーク（１１）の内周面（１１ｉ）側を確実に冷却し、所期の内周焼入れを実行することが出来る。

そして本発明によれば、円筒状ワーク（１１）の外周面（１１ｏ）側および内周面（１１ｉ）側を有効硬さ以上の硬さにするとともに、肉厚芯部を有効硬さ未満の硬さにする熱処理を、効率良く行うことができる。
ここで有効硬さは、鉄鋼材料を硬化するべく焼入れしたときに「硬化した」とみなすことができる硬さレベルをいい、円筒状ワーク（１１）に要求される耐摩耗性のレベルおよび円筒状ワーク（１１）の鉄鋼素材の炭素含有量によって異なる。

第１工程の焼入れを行う装置の正面図である。 第２工程の焼入れを行なう装置の要部を示す説明図である。 図２のＹ矢視図である。 図２による熱処理工程の最初の工程を簡略化して示す説明図である。 図４の次の工程を簡略化して示す説明図である。 図５の次の工程を簡略化して示す説明図である。 図６で示す工程における冷却液の噴射開始、ブッシュの移動開始、ローラの回転開始を簡略化して示す説明図である。 図６の次の工程を簡略化して示す説明図である。 ブッシュ内周面側の誘導加熱の最終的な工程を簡略化して示す説明図である。 加熱コイルによる加熱を停止するタイミングを簡略化して示す説明図である。 冷却液噴射が停止するタイミングを簡略化して示す説明図である。 図９の次の工程を簡略化して示す説明図である。 図１２の次の工程を簡略化して示す説明図である。 図４〜図１２で示すブッシュ内周面側の冷却手順を簡略化して示す工程図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明を適用するのに適した熱処理を実施する熱処理装置について説明する。

本発明を適用するのに適した熱処理は、円筒状ワークの焼入れを２段階で行うように、すなわち、第１工程の焼入れと第２工程の焼入れを行うように構成されている。図示の実施形態では、円筒状ワークとして、履帯のブッシュ（以下、「ブッシュ」と記載する）を熱処理している。
第１工程の焼入れは、ブッシュ１１の肉厚全体にわたって焼入れを行う。

第１工程の焼入れを行う領域では、加熱コイル（誘導加熱装置）１２により、ブッシュ１１は外周面側から誘導加熱される。そして、ブッシュ１１の肉厚全体にわたってＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃（望ましくは、Ａｃ_３点＋５０℃）以下の温度に誘導加熱する。
誘導加熱では、誘導電源の周波数を選定することにより、加熱深さを正確に設定することができる。加熱コイル１２による誘導加熱に際しては、誘導電源の周波数は、円筒形状をしているブッシュ１１の肉厚全体が前記温度に加熱されるように選定される。

上述した第１工程の焼入れにおいては、図１で示すように、ブッシュ１１は、回転する一対の搬送用ローラ １４、１５に載置された状態で搬送される。ブッシュ１１の搬送は、搬送用ローラ１４、１５を回転させることによってブッシュ１１を回転させ、一対の搬送用ローラ１４、１５のうち一方を、ブッシュ１１の進行方向に若干下傾させることにより行われる。

第１工程の焼入れにおいて、加熱コイル１２と冷却ジャケット１３は一定の間隔をあけて設けられており、加熱コイル１２で誘導加熱されたブッシュ１１は、その後、一定時間経過した後に、冷却ジャケット１３で冷却される。そして、加熱コイル１２で誘導加熱された後、冷却ジャケット１３で冷却されるまでの時間で、ブッシュ１１の放熱および熱伝導によって、ブッシュ１１の温度はブッシュ１１の長手方向、肉厚方向で実質的に均一になる。
加熱コイル１２で誘導加熱された後、時間の経過と共に、ブッシュ１１の温度は、放熱により徐々に低下していく。ブッシュ１１の温度がＡｒ_３点まで下がる前に、冷却ジャケット１３からの冷却液により、ブッシュ１１を外周面側のみから冷却して、ブッシュ１１の肉厚全体にわたって焼入れ硬化する。ブッシュ１１の肉厚全体がＡｒ_３点以上から急冷されるので、ブッシュ１１の肉厚全体が焼入れ硬化する。これにより、ブッシュ１１の全肉厚がほぼ同一の硬さとなり、金属組織はマルテンサイト組織となる。

また、第１工程の焼入れにおいて、円筒形状をしているブッシュ１１を、加熱コイル１２により、ブッシュ１１の外周面側のみから、ブッシュ１１の肉厚全体にわたってＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に誘導加熱した直後に、冷却ジャケット１３により、ブッシュ１１を外周面側のみから冷却してもよい。
ここで、第１工程の焼入れにおける加熱は、全肉厚硬化の熱処理がなされるのであれば加熱コイル１２に限定される訳ではなく、加熱炉、その他の加熱手段を用いることが可能である。

次に、第２工程の焼入れを説明する。第２工程の焼入れは、第１工程の焼入れが施された後に行われ、肉厚全体に亘って焼入れ硬化しているブッシュ１１に対して行われる。
詳細は、図２以降で説明するが、第２工程の焼入れは、加熱コイル１６（図２以降参照）により、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側をＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃（望ましくは、Ａｃ_３点＋５０℃）以下の温度に誘導加熱する。

ここで、第２工程の焼入れでは、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側を誘導加熱する際に、ブッシュ１１の外周面１１ｏ側から冷却すると共に、図４以降でも説明するように、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側からも冷却している。
第２工程の焼入れでは、第１工程から送られてきたブッシュ１１を内周面１１ｉ側から誘導加熱し、外周面１１ｏ側から冷却し且つ内周面１１ｉ側からも冷却する。

後述するように、第２工程の焼入れにおいて、ブッシュ１１の回転は、回転する一対の回転用ローラ１８、１９上にブッシュ１１を載せることにより行う。
なお、第２工程における加熱手段、冷却手段の詳細は、図２以降で説明する。

上述した様に、第２工程では、冷却ジャケット１７（図２、図３参照）によりブッシュ１１を外周面側から冷却すると共に、ブッシュ１１内周面にも冷却液を噴射して冷却している。
以下、図２〜図１４を参照して、ブッシュ１１に焼入れを施す態様について説明する。
最初に図２、図３を参照して、第２工程の焼入れにおいて、第１工程から送られてきたブッシュ１１を内周面側から誘導加熱し、外周面側から冷却し、内周面側からも冷却する熱処理システム（冷却装置１００）について説明する。

図２において、冷却装置１００は、水平方向（図２の矢印Ｈで示す方向）に対して傾斜（装置の左端側が下がるように傾斜）して配置されており、傾斜角は、例えば、水平方向（矢印Ｈ方向）に対して４５°となるように設定されている。なお、図２の矢印Ｖは、水平方向に対して垂直な方向（鉛直方向）を示している。
冷却装置１００が水平方向（図２の矢印Ｈ方向）に対して傾斜していることは、例えば図４〜図１３においても図示されている。
冷却装置１００は、ワーク回転用ローラ１８、１９、加熱コイル１６、ローラ回転用モータ２０、冷却液供給ブロック３０、台車５０、レール６０を備えている。

ローラ１８、１９の図２における左端近傍には、ストッパー１８１、１９１が設けられている。ストッパー１８１、１９１は、ローラ１８、１９の外径よりも大径で、ローラ１８、１９の半径方向外方に突出した鍔状に形成されている。
冷却装置１００は、水平方向Ｈに対して傾斜しており、図２では左側が下方に位置している。そしてストッパー１８１、１９１は、ローラ１８、１９上に載ったブッシュ１１の左端に当接して、ローラ１８、１９上に載ったブッシュ１１が、図２の左端から落下することを防止している。

ローラ１８、１９の両端部の中心にはローラ軸１８ｓ、１９ｓが固設されており、当該ローラ軸１８ｓ、１９ｓは、図２における右側に設けられたローラ回転用モータ２０により回転する。
そして、ローラ回転用モータ２０により回転すると、平行に配置された２本のローラ１８、１９は同一方向に回転するように、歯車等を噛み合わせて構成されている。
ローラ軸１８ｓ、１９ｓの右端側は、第１のローラ軸受４０によって回転自在に軸支され、ローラ軸１８ｓ、１９ｓの左端側は、第２のローラ軸受４５によって回転自在に軸支されている。

冷却液供給ブロック３０は、冷却装置１００の端部（図２では左端）に配置されている。
冷却液供給ブロック３０にはノズル取付けブラケット３２を介して冷却液噴射ノズル３４が取付けられている。ここで、冷却液噴射ノズル３４は、その先端から冷却液が噴射されるように構成されている。そして冷却液供給ブロック３０は一定の圧力を有する冷却液をブラケット３２に供給し、当該冷却液は冷却液噴射ノズル３４の先端から噴射される。

台車５０は、例えば、井桁状に組み合わされたU字鋼からなるフレーム５１と、当該フレーム５１下端に配置された複数のシフタ５２を備えている。シフタ５２は台車５０がレール６０上を矢印Ｄ１、矢印Ｄ２の方向へ移動する際のガイドであり、図２では明示されていないが、台車５０は、図示しない駆動源（例えば、電動モータ）により駆動される。
ここで、ノズル３４、ローラ１８、１９は公知の手段（例えば、ボルト・ナット）で台車５０に固定されているので、ノズル３４、ローラ１８、１９（ローラ１８、１９に載置されたブッシュ１１も含む）は一体となって、矢印Ｄ１、矢印Ｄ２の方向へ移動する。

これに対して、加熱コイル１６は台車５０には固定されておらず、加熱部材保持部材（加熱コイル固定用ロッド１６Ｒ及び加熱コイル固定用ブラケッ１６Ｂ）を介して、図示しない部材に固定されているので、加熱コイル１６、加熱コイル固定用ロッド１６Ｒ、加熱コイル固定用ブラケッ１６Ｂから成る加熱装置は固定されており、ブッシュ１１に内周面１１ｉ側から焼入れを施す際に加熱装置の位置は一定である。従って、台車５０が矢印Ｄ１、矢印Ｄ２方向へ移動しても、加熱コイル１６は移動すること無く、その位置は変動しない（一定である）。
そのため、ノズル３４、ローラ１８、１９（ローラ１８、１９に載置されたブッシュ１１も含む）は、加熱コイル１６に対して、矢印Ｄ２、矢印Ｄ１方向について、相対移動する。
ここで、加熱コイル１６には加熱コイル固定用ロッド１６Ｒ、加熱コイル固定用ブラケット１６Ｂを介して、図示しない電源より加熱用の電力が供給される。

上述した様に、加熱コイル１６は、加熱コイル固定用ロッド１６Ｒ、加熱コイル固定用ブラケット１６Ｂを介して固定されている。
加熱コイル１６に加えて、冷却ジャケット１７も台車５０には固定されておらず、図示しない部材に固定されている。そのため、台車５０が矢印Ｄ１、矢印Ｄ２方向へ移動しても、冷却ジャケット１７は移動せず、その位置は変動せずに一定である。
その結果、台車５０が矢印Ｄ１、矢印Ｄ２方向へ移動しても、冷却ジャケット１７と加熱コイル１６の位置は常に一定であり、冷却ジャケット１７と加熱コイル１６の相対位置は変化しない。
なお、図３で示すように、冷却ジャケット１７は、例えば断面半円状に形成されている。

前述した通り、一対の回転用ローラ１８、１９は、ローラ回転用モータ２０により回転しており、ブッシュ１１を載置している。
ブッシュ１１、ローラ１８、１９、冷却ジャケット１７、加熱コイル１６の相対位置（図２の矢視Ｙ方向から見た相対位置）を、図３で示す。
図３では明示されていないが、第２工程の焼入れにおける冷却時には、図３では図示しない冷却液（例えば冷却水）が、半円状の冷却ジャケット１７の内周面１７ｉよりブッシュ１１の外周面１１ｏに噴射される。加熱コイル１６によりブッシュ内周面１１ｉ側が加熱されている間は、冷却ジャケット１７の内周面１７ｉより冷却液が噴射される。

図２の冷却装置１００により、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側を冷却する際において、冷却の各段階における冷却液噴射ノズル３４、ローラ１８、１９、加熱コイル１６、ブッシュ１１の相対的な位置関係が、図４〜図１３に示されている。
図示の簡略化のため、図４〜図１３において、冷却ジャケット１７の図示を省略しており、冷却ジャケット１７によるブッシュ１１の外周面１１ｏへの冷却液の噴射も図示されていない。

図４において、ブッシュ１１は、任意の方法により、ローラ１８、１９上にセットされる。
この時点では加熱コイル１６による加熱は開始されておらず（加熱コイル加熱「未」）、冷却ジャケット１７から冷却液は噴射されていない。そして、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１の矢印Ｄ１方向（図２、図５）の移動も開始しておらず、ノズル３４から冷却液は噴射されておらず、ローラ１８、１９は回転していない。
図４で示す状態では、台車５０（図２）は、ブッシュ１１をセットする際に、ブッシュ１１が加熱コイル１６及び冷却ジャケット１７（図２）と干渉しない位置に停止している。

次に図５で示すように、台車５０（図２）の移動を開始し、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１は一体的に、矢印Ｄ１方向へ移動する。その結果、固定されている加熱コイル１６とブッシュ１１との相対位置が変動し、加熱コイル１６はブッシュ１１の内周側の空間（中空領域）に位置する。換言すれば、相対位置において、加熱コイル１６はブッシュ１１の内周側の空間に侵入する。
固定されている加熱コイル１６による加熱は未だに開始されていなく（加熱コイル加熱「未」）、冷却ジャケット１７から冷却液は噴射されておらず、ノズル３４からも冷却液は噴射されていない。

図６で示す状態では、加熱コイル１６に通電して、誘導加熱を開始する。
上述した様に、加熱コイル１６による誘導加熱で、ブッシュ１１は、図６の左下の領域における内周面１１ｉ側が少なくともＡｃ_３点以上の温度に加熱される。
さらに図６の状態では、加熱コイル１６による加熱開始前もしくは加熱開始と同時に、ローラ１８、１９は回転を開始し、冷却ジャケット１７（図６では図示を省略）の内周面から冷却液の噴射を開始する。加熱コイル１６による加熱開始後、ノズル３４から冷却液の噴射を開始する。ノズル３４からの冷却液噴流を符号ＷＪで示す。
ノズル３４からの冷却液噴射を開始すると共に、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１は、矢印Ｄ２方向への移動を開始する。

図７を参照して、ノズル３４からの冷却液の噴射が開始される態様について説明する。
ブッシュ１１と加熱コイル１６との相対位置関係が、図７で示す状態になると、ノズル３４（図７では図示を省略）より冷却液の噴射を開始する。すなわち、ノズル３４から噴射された冷却液（噴流ＷＪ）が、加熱コイル１６のノズル３４側端面１６ｔ（図７では左下側の端面）に衝突して、飛散した冷却液（飛散液）ＲＷＪが、ブッシュ内周面１１ｉに到達する状態になったならば、ノズル３４（図７では図示を省略）から冷却液を噴射する。
換言すれば、加熱コイル１６のノズル側端面（図７では左下側の端面）１６ｔに衝突した冷却液（噴射）ＷＪが飛散した冷却液（飛散液）ＲＷＪが、ブッシュ１１の内周面１１ｉに到達するタイミングで、冷却液の噴射ＷＪを開始する。

当該タイミングは、飛散液ＲＷＪが内周面１１ｉに到達する場合におけるブッシュ１１の位置をセンサーや近接スイッチで検出することにより決定することが出来る。
或いは、ブッシュ１１がローラ１８、１９上にセットされてから（図４）図７で示す様な位置に到達するまでの時間を予め計測し、ブッシュ１１がローラ１８、１９上にセットされてから、タイマーにより当該予め計測された時間が経過したか否かを判断して、ノズル３４から冷却液の噴射を開始するタイミングであるか否かを決定することも可能である。
その他、公知の態様により、ノズル３４から冷却液の噴射を開始するタイミングを自動制御することが可能である。

冷却ジャケット１７内周面からの冷却液噴射、ブッシュ１１及びノズル３４の矢印Ｄ２方向への移動開始（図６参照）、ローラ１８、１９の回転開始は、加熱コイル１６による加熱開始（ノズル３４からの冷却液の噴射開始より前）より前、もしくは加熱コイル１６による加熱開始と同時である。
図６、図７で示す状態ではローラ１８、１９が回転し、ブッシュ１１が回転しているので、冷却ジャケット１７内周面からの冷却液の噴射の態様に拘らず、ブッシュ１１の外周面には一様に冷却液が噴出される。
同様に、ノズル３４から冷却液が噴射して加熱コイル１６の端面１６ｔに衝突し、衝突した冷却液がブッシュ１１の内周面１１ｉに飛散する際に、ブッシュ１１が回転していれば、ブッシュ１１の内周面１１ｉには一様に冷却液が衝突する。

図６で示す状態から、ブッシュ１１及びノズル３４を矢印Ｄ２方向へ移動した状態を図８で示す。
図８の状態では、加熱コイル１６によりブッシュ内周面１１ｉ側が加熱されると共に、ノズル３４からの冷却液（の噴射）ＷＪが、加熱コイル１６のノズル側端面１６ｔに衝突して、飛散し、飛散液ＲＷＪがブッシュ内周面１１ｉに衝突し、飛散液ＲＷＪによりブッシュ内周面１１ｉ側が冷却される。
また、図８では図示しない冷却ジャケット１７から、ブッシュ外周面１１ｏに対して冷却液が噴射されている。

図８で示す状態では、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１は、矢印Ｄ２方向に移動し続けている。
図８の状態ではローラ１８、１９、ブッシュ１１は回転し続けているため、図６、図７を参照して説明したのと同様に、ブッシュ１１の内周面１１ｉには前記飛散液ＲＷＪが満遍なく衝突し、ブッシュの内周面１１ｉ側は均一に冷却される。同様に、冷却ジャケット１７から噴射される冷却液はブッシュ外周面１１ｏに均一に噴射され、ブッシュ外周面１１ｏ側は均一に冷却される。

図８で示す状態から、ブッシュ１１及びノズル３４を矢印Ｄ２方向へ移動すると、図９で示す状態になる。
図９の状態では、加熱コイル１６によるブッシュ内周面１１ｉ側の誘導加熱の最終的な段階であり、冷却ジャケット１７からの冷却液の噴射も、ノズル３４からの冷却液噴射（噴流ＷＪ）も、最終的な段階となっている。
ローラ１８、１９、ブッシュ１１は、冷却液噴射が終了すると回転を停止する。
図９において、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１は、矢印Ｄ２方向に移動し続ける。

加熱コイル１６によるブッシュ内周面１１ｉ側の加熱の最終的な段階については、図１０を参照して説明する。
図１０において、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側が加熱コイル１６による加熱範囲（複数の円弧１６ａｆで便宜的に示す）から外れている。そして加熱コイル１６による加熱は、ブッシュ内周面１１ｉ側が加熱コイル１６による加熱範囲１６ａｆから外れた時点、或いは、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側が（図１０の）右上端までＡＣ_３点＋２００℃（望ましくはＡＣ_３点＋５０℃）以下の温度に加熱された時点で停止される。
ブッシュ内周面１１ｉ側が加熱コイル１６による加熱範囲から外れたら、ブッシュ内周面１１ｉ側は加熱されず、加熱コイル１６に給電することはエネルギの無駄となるからである。同様に、ブッシュ内周面１１ｉが所定の温度まで上昇した後に加熱することも、エネルギの無駄である。
なお、図１０を参照して説明した加熱コイル１６による加熱停止は、図１１を参照して後述するノズル３４からの冷却液噴射停止に先立って行われる。
冷却ジャケット１７の内周面からの冷却液の噴射も、加熱コイル１６による加熱停止の後に終了する。

次に、ノズル３４からの冷却液噴射の最終的な段階について、図１１を参照して説明する。
図１１において、冷却液（噴流ＷＪ）が加熱コイル１６のノズル３４側端面１６ｔ（図１１では左下側の端面）に衝突するが、飛散液ＲＷＪは、ブッシュ内周面１１ｉに到達していない。そして、飛散液ＲＷＪがブッシュ内周面１１ｉに到達しなくなった時点で、ノズル３４から冷却液を噴射するのを停止する。飛散液ＲＷＪがブッシュ内周面１１ｉに到達しなければ、ブッシュ内周面１１ｉ側を冷却液（の飛散液で）冷却することができなくなるので、ノズル３４から冷却液を噴射することは無駄になるからである。
図１１では明示しないが、ローラ１８、１９によるブッシュ１１の回転も、ノズル３４からの冷却液噴射停止と共に終了する。

図９の状態から、ノズル３４、ローラ１８、１９、ブッシュ１１が矢印Ｄ２方向に移動すると、図１２の状態になる。図１２の状態は、図４で示す状態と同一である。
すなわち、ノズル３４から冷却液を噴射せず、ノズル３４、ローラ１８、１９、及びブッシュ１１は、矢印Ｄ１、Ｄ２方向の何れにも移動せず、ローラ１８、１９、ブッシュ１１も回転せず、加熱コイル１６は加熱を停止して冷却ジャケット１７からの冷却液の噴射も停止する。

図１２で示す状態になった時点で、ブッシュ内周面１１ｉ側の焼入れは終了する。
図１３において、図１３では図示しない任意の操作により、ブッシュ１１をローラ１８、１９上から取り出す。
ここで、図１２の状態では、加熱コイル１６および外周冷却ジャケット１７は、ブッシュ１１（の中空内部空間）から完全に外れている。そのため、ブッシュ１１をローラ１８、１９上から取り出す際に、加熱コイル１６および外周冷却ジャケット１７と干渉することはない。
そして、次に熱処理するブッシュ１１を供給し、図４の状態に戻る。

図４〜図１３で示すブッシュ内周面１１ｉ側の冷却手順を、図１４を参照して説明する。ここで図１４は、図４〜図１３で示すブッシュ内周面１１ｉ側の冷却手順を簡略化して示している。
図１４（１４Ａ〜１４Ｄ）において、ブッシュ１１とノズル３４は台車５０に固定されており、台車５０に従って移動する。一方、加熱コイル１６の位置は、図１４（１４Ａ〜１４Ｄ）において一定である。
なお、図１４においても、冷却ジャケット１７の図示を省略している。

図１４の「１４Ａ」の段階では、ブッシュ１１が台車５０（ローラ１８、１９）上にセットされる。この段階では、加熱コイル１６による加熱も、ノズル３４からの冷却液の噴射も始まってはいない。
「１４Ｂ」の段階では、台車５０は矢印Ｄ１の方向に移動し、加熱コイル１６はブッシュ１１内部に位置した状態で、その先端が所定量だけブッシュ１１の下端から出た位置で、台車５０は停止する。そして加熱コイル１６による加熱と、ノズル３４からの冷却液（噴流ＷＪ）の噴射が開始される。
加熱コイル１６による加熱と、ノズル３４からの冷却液（噴流ＷＪ）の噴射が開始されると同時に、台車５０は矢印Ｄ２（１４Ｃ参照）の方向に移動し始める。

図１４の「１４Ｃ」の段階では、加熱コイル１６によりブッシュ１１の内周面１１ｉ側が加熱されると共に、ノズル３４からの冷却液の噴流ＷＪが加熱コイル１６のノズル３４側端面（１４Ｃの下端面）に衝突し、飛散液ＲＷＪがブッシュ１１の内周面側を冷却している。
「１４Ｃ」で示す段階から更に台車５０を矢印Ｄ２（１４Ｃ）の方向に移動すると、「１４Ｄ」で示す状態となる。「１４Ｄ」で示す状態は「１４Ａ」で示す状態と同一である。「１４Ｄ」の状態では、加熱コイル１６はブッシュ１１から外れた位置にあるため、内周面側の加熱と冷却が行なわれたブッシュ１１を取り出す際に、加熱コイル１６が干渉することはない。

図示の実施形態では、ノズル３４から加熱コイル端面１６ｔに向けて冷却液を噴射し、噴射された冷却液ＷＪはコイル端面１６ｔで跳ね返り（飛散液ＲＷＪとして）、ブッシュ１１の内周面１１ｉに衝突する。その結果、確実にブッシュ１１の内周面１１ｉ側を冷却することが出来る。

そして図示の実施形態によれば、ブッシュ１１の半径方向内方の領域（ブッシュ１１の中空内部空間）に加熱コイル１６が位置している場合に、加熱コイル１６はブッシュの内周面１１ｉ側を誘導加熱し、ノズル３４は加熱コイル端面１６ｔに向けて冷却液（噴流ＷＪ）を噴射するので、ブッシュ１１の半径方向内方の領域に加熱コイル１６が位置している間に、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側はＡｃ_３点以上に加熱され、加熱コイル端面１６ｔで跳ね返った冷却液（飛散液ＲＷＪ）により冷却される。
一方、ブッシュ１１の半径方向内方の領域に加熱コイル１６が位置している間に、冷却ジャケット１７からはブッシュの外周面１１ｏに冷却液が噴射される。
その結果、ブッシュ１１の半径方向内方の領域に加熱コイル１６が位置している間に、ブッシュ１１の内周面１１ｉ側に焼入れ（第２工程の焼入れ）が施され、その際にブッシュの外周面１１ｏ側と内周面１１ｉ側の双方から冷却される。従って、ブッシュの内周面１１ｉ側の硬化層深さを一定以上保持しつつ、外周面１１ｏ側の硬化層深さを深くして、耐摩耗性を向上させることが出来る。
換言すると、図示の実施形態によれば、ブッシュ１１の外周面１１ｏ側および内周面１１ｉ側を有効硬さ以上の硬さにするとともに、肉厚芯部を有効硬さ未満の硬さにする熱処理を、効率良く行うことができる。

また図示の実施形態によれば、ノズル３４はブッシュ１１の半径方向内方の領域には位置しないので、加熱コイル１６がブッシュ１１の半径方向内方の領域から外れ、ブッシュ１１の内周焼入れが完了した際に、ブッシュ１１の半径方向内方の領域には熱処理システムの部材は存在しない。そのため、ブッシュ１１の内周焼入れが完了したならば、直ちに、内周焼入れが完了したブッシュ１１と熱処理をするべきブッシュ１１とを交換することが出来る。
すなわち図示の実施形態によれば、第２工程の焼入れにおいて、従来技術の様な無駄な待ち時間（例えば、ブッシュの半径方向内方の領域から冷却ジャケットが外れるのを待つ時間）が不要となる。その結果、図示の実施形態によれば、ブッシュ１１の熱処理の作業効率が向上する。

さらに図示の実施形態によれば、ノズル３４は、ブッシュ１１の半径方向内方の領域に位置している加熱コイルの端面１６ｔに向けて冷却液を噴射しており、ノズル自体がブッシュ１１の半径方向内方の領域に挿入される訳ではない。
そのため、噴流の外径を制御する事により、ブッシュ１１の内径寸法に拘らず、噴射された冷却液はブッシュ１１の半径方向内方領域に侵入して加熱コイル端面１６ｔに衝突して飛散液ＲＷＪとして跳ね返り、飛散液ＲＷＪがブッシュの内周面１１ｉに衝突して確実に冷却する。
そのため図示の実施形態によれば、ブッシュ１１の内径寸法に拘らず、確実にブッシュ１１の内周面側を冷却液で冷却し、内周焼入れを実行することが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では冷却液として水（冷却水）を用いているが、冷却油その他の冷却液を用いることが出来る。

１１・・・ブッシュ
１２、１６・・・加熱コイル
１３、１７・・・冷却ジャケット
１８、１９、ワーク回転用ローラ
２０・・・ローラ回転用モータ
３０・・・冷却液供給ブロック
３４・・・ノズル
５０・・・台車
６０・・・レール

Claims (5)

1. 円筒状ワークを回転させる回転装置と、
   円筒状ワークを所定位置で保持する保持部材と、
   円筒状ワークを内周面側から加熱する加熱部材と、
   冷却液を噴射して円筒状ワークを外周面側から冷却する冷却装置と、
   冷却装置から外れた位置に設けられ且つ冷却液を噴射する噴射装置と、
   加熱部材を定位置に固定する加熱部材保持部材と、
   冷却装置を定位置に固定する冷却装置保持部材と、
   回転装置と噴射装置が取り付けられ、加熱部材と冷却装置に対して相対移動する基礎部材とを有しており、
   加熱部材は、基礎部材が移動して保持部材で保持された円筒状ワークの半径方向内方の領域に加熱部材が位置している場合に、円筒状ワークの内周面側を加熱する機能を有し、
   噴射装置は、基礎部材が移動して保持部材で保持された円筒状ワークの半径方向内方の領域に加熱部材が位置している場合に、加熱部材端面に向けて冷却液を噴射する機能を有していることを特徴とする熱処理システム。
2. 前記基礎部材は水平面に対して傾斜しており、
   前記保持部材は、円筒状ワークを回転装置の噴射装置側端部で保持する機能を有しており、
   前記基礎部材は、円筒状ワークが回転装置の噴射装置側端部で保持されると加熱部材へ近接する側に移動し、加熱部材が円筒状ワークの半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると加熱部材から離隔する側に移動する機能を有しており、
   前記加熱部材は、該加熱部材が円筒状ワークの半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、誘導加熱を開始する機能を有し、
   前記噴射装置は、前記加熱部材が円筒状ワークの半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、加熱部材端面に向けての冷却液噴射を開始する機能を有しており、
   前記冷却装置は、前記加熱部材が円筒状ワークの半径方向内方の領域の噴射装置側端部近傍に位置すると、ワーク外周面への冷却液噴射を開始する機能を有している請求項１の熱処理システム。
3. 円筒状ワークを保持部材により所定位置に保持する工程と、
   回転装置と噴射装置が取り付けられ且つ加熱部材と冷却装置に対して相対移動する基礎部材により、保持部材で保持された円筒状ワークの半径方向内方の領域に加熱部材を位置せしめる工程と、
   冷却装置から冷却液を噴射して円筒状ワークを外周面側から冷却しつつ、加熱部材により円筒状ワークを内周面側から加熱し、噴射装置から加熱部材端面に向けて冷却液を噴射する工程、
   を有していることを特徴とする熱処理方法。
4. 冷却装置から冷却液を噴射して円筒状ワークを外周面側から冷却する工程においては冷却装置が、加熱部材により円筒状ワークを内周面側から加熱する工程においては加熱部材が、噴射装置から加熱部材端面に向けて冷却液を噴射する工程においては加熱部材が、円筒状ワークの半径方向内方領域の噴射装置側端部近傍に位置する時に、前記各工程が開始される請求項３の熱処理方法。
5. 第１工程の焼入れと第２工程の焼入れを行い、
   前記第１工程の焼入れでは、円筒状ワークの外周面側のみから、前記ワークの肉厚全体にわたってＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に加熱し、前記ワークの温度がＡｒ_３点まで下がる前に冷却を開始して前記ワークを外周面側から冷却し、前記ワークの肉厚全体にわたって焼入れ硬化し、
   前記第２工程の焼入れでは、焼入れ硬化された前記ワークを冷却装置から冷却液を噴射して前記ワークの外周面側から冷却し、加熱部材により前記ワークを内周面側から加熱してＡｃ_３点以上でかつＡｃ_３点＋２００℃以下の温度に加熱し、噴射装置から加熱部材端面に向けて冷却液を噴射する請求項３、４の何れかに記載の熱処理方法。

Images