JP2016089183A - ワークの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な設備で熱処理品質を確保して容易に凹部の焼戻し処理を行うことが可能なワークの熱処理方法を提供する。【解決手段】第１領域１１から離間した第２領域１２に設けられた凹部１４を焼入れ処理及び焼戻し処理する際、凹部１４を焼入れ処理した後、第１領域１１を加熱コイル２３で誘導加熱することで、第１領域１１と第２領域１２との間の伝熱領域１５を介して、凹部１４の底部１４ａ及び頂部１４ｂを所定の焼戻し温度範囲に加熱することで焼戻し処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの凹部を焼入れ処理及び焼戻し処理するためのワークの熱処理方法に関する。

従来、建設機械等には、内周にベアリングのボールやコロ等の凹状の転動面が長手方向に連続して設けられた大型の旋回輪が使用されている。このような大型の旋回輪では、転動面にそれぞれ焼入れ及び焼戻しの熱処理が施される（例えば下記特許文献１参照）。熱処理により転動面の硬度を確保して転動特性を向上させている。

熱処理時には、内周は誘導加熱して急冷することで焼入れ処理した後、加熱炉内に旋回輪を収容し、所望の特性が得られるような条件で焼戻し処理を施している。

特開２００８−２３１４９６号公報

しかしながら、環状ワーク全体が収容できる加熱炉が必要で、設備が大型化し易かった。内径側に加熱コイルを用いて誘導加熱にて焼戻し処理するとすれば、焼戻し温度が低温で許容される温度範囲が狭いため、均一に加熱することが容易でなかった。特に凹部では、位置毎に温度のバラツキが大きく生じて熱処理品質が低下し易く、加熱コイルの形状や配置に高い精度が要求されていた。

そこで本発明は、簡素な設備で熱処理品質を確保して容易に凹部の焼戻し処理を行うことが可能なワークの熱処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のワークの熱処理方法は、第１領域から離間した第２領域に設けられた凹部を焼入れ処理及び焼戻し処理するワークの熱処理方法であって、凹部を焼入れ処理した後、第１領域を加熱コイルで誘導加熱することで、第１領域と第２領域との間の伝熱領域を介して、凹部の底部及び頂部を所定の焼戻し温度範囲に加熱する方法である。

本発明のワークの熱処理方法では、凹部より広い第１領域を誘導加熱することで、凹部を焼戻し処理するのが好適である。また本発明のワークの熱処理方法では、ワークは環状に形成され、外周の第１領域を誘導加熱することで、内周に周方向に連続して設けられた第２領域の凹部を焼戻し処理してもよい。

本発明のワークの熱処理方法によれば、第１領域を加熱コイルで誘導加熱することで、伝熱領域を介して伝熱させて、第１領域から離間した第２領域の凹部を加熱するので、第１領域の加熱量を調整することで、凹部の焼戻し温度を調整できる。
第１領域に加熱コイルを近接させて誘導加熱する際、第１領域及び加熱コイルの形状や位置に起因して第１領域の各位置で温度にバラツキが生じても、伝熱領域で拡散しつつ第２領域の凹部へ伝熱するため、第２領域の凹部では各位置に伝達される熱量のバラツキを低減することができる。そのため、凹部の底部及び頂部を含む広い範囲で、温度の均一化を図ることができ、所定の焼戻し温度範囲内に加熱することが容易である。その結果、加熱炉を用いたり、加熱コイルの形状や配置を高度に精密化しなくても、簡素な設備で熱処理品質を確保して凹部の焼戻し処理を容易に行うことができる。

（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態の熱処理工程を説明する概略断面図である。 本発明の実施形態において熱処理を施すワークを示す部分正面図である。 本発明の実施形態の熱処理工程における第２領域の温度の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
本実施形態における熱処理の対象となるワークＷは、図２に示すように略環状に形成され、第１領域１１と第２領域１２とが互いに径方向に離間した状態で周方向に連続して設けられている。

外周側の第１領域１１は軸に沿う円柱状の外表面を有している。内周側の第２領域１２は、周方向となる長手方向に連続した凹部を有している。この実施形態では凹部はベアリングのボールやコロ等の転動面１４であり、軸に沿う断面が弧形状となっている。第１領域１１の外周面は、第２領域１２の転動面１４より軸に沿う幅が広く形成されており、転動面１４全体と第１領域１１の外周面とが軸と直交する方向に重なる位置となっている。

本実施形態では、転動面１４の内表面を焼入れ処理して焼戻し処理することで、ワークＷに熱処理を施す。
使用する熱処理装置は、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、図示しない支持手段により支持されて周方向に回転するワークＷの外周に配置される第１熱処理手段２１と、同じく図示しない支持手段により支持されて周方向に回転するワークＷの内周に配置される第２熱処理手段２２と、を備える。

第１熱処理手段２１は、第１領域１１の外周面における周方向の一部と対向可能な第１加熱コイル２３を有する。第１加熱コイル２３の形状は特に限定されないが、第１領域の外周面における軸方向の全幅を加熱可能な形状となっている。
第２熱処理手段２２は、転動面１４における周方向の一部と対向可能な第２加熱コイル２４と、ワークＷの内周に冷却液を噴射可能な第２冷却ノズル２６と、を有する。第２加熱コイル２４の形状も、特に限定されないが、転動面１４における軸方向の全幅を加熱可能な形状となっている。

ワークＷを熱処理するには、まず図１（ａ），（ｂ）に示すように、第２領域焼入れ工程を施し、次に、図１（ｃ），（ｄ）に示すように、焼戻し工程を施す。第２領域焼入れ工程及び焼戻し工程において、ワークＷの第２領域１２の転動面１４における表面温度の経時変化の例を図３に示す。

第２領域焼入れ工程では、ワークＷを周方向に回転させつつ、図１（ａ）及び図３のＰ１１に示すように、第２領域１２を第２加熱コイル２４で高周波誘導加熱することで、転動面１４の内表面を焼入れ温度範囲に加熱する。その後、図１（ｂ）及び図３のＰ１１に示すように、第２冷却ノズル２６から第２領域１２に冷却液を噴射して、加熱された第２領域１２を急冷する。

次いで焼戻し工程では、図１（ｃ）及び図３のＰ１２に示すように、ワークＷを周方向に回転させつつ、第１領域１１を第１加熱コイル２３で高周波誘導加熱することで、第１領域１１を昇温させる。この熱が第１領域１１と第２領域１２との間の伝熱領域１５を介して第２領域１２まで伝熱し、転動面１４の底部１４ａ及び頂部１４ｂを含む転動面１４全体を所定の焼戻し温度範囲に加熱する。

このとき、第１領域１１の各部に供給された熱が、伝熱領域１５を伝わる間にワークＷ内に拡散する。そのため、第１領域１１の各部の温度にバラツキが存在していても、伝熱過程で均一化されて第２領域１２の転動面１４に伝達される。そして第２領域１２の転動面１４に均等に伝熱されることで、転動面１４全体を同等に加熱でき、転動面１４の底部１４ａと頂部１４ｂとを含む全体を、焼入れ温度の許容範囲より格段に狭い焼戻し温度の許容範囲内に加熱することができる。

焼戻し処理では、加熱温度に応じて得られる特性が変化するため、焼戻し温度範囲はＡ１変態点未満の温度で要求特性に応じて適宜設定されており、本実施形態では、第２領域１２の転動面１４の硬度を高く保つのに適した範囲に設定されている。

このような焼戻し温度範囲を達成するには、例えば第１加熱コイル２３へ給電する電力や周波数等の電気的条件を調整する方法を採用することができる。各種の条件の設定は、例えばワークＷの形状、材質、コイルの形状、配置、周波数、電力等の電気的条件、加熱時間、熱伝達速度、熱容量等、種々のパラメータを利用して、ＦＥＭ解析モデルを用いたシミュレーションなどにより予め設定することができる。

第２領域１２の転動面１４を焼戻し温度範囲に加熱した後は、大気中で放熱する等、徐冷することで、第２領域１２を焼戻し処理する。これにより熱処理を終了する。

以上のような熱処理方法によれば、第１領域１１を第１加熱コイル２３で誘導加熱することで、伝熱領域１５を介して伝熱させて、第１領域１１から離間した第２領域１２の転動面１４を加熱するので、第１領域１１の加熱量を調整することで、転動面１４の焼戻し温度を調整できる。

このとき、第１領域１１及び第１加熱コイル２３の形状や位置に起因して、第１領域１１の各位置で温度にバラツキが生じたとしても、伝熱領域１５で拡散しつつ第２領域１２の転動面１４へ伝熱するため、第２領域１２の転動面１４では、各位置に伝達される熱量のバラツキが低減される。そのため、転動面１４の底部１４ａ及び頂部１４ｂを含む広い範囲で、温度をより均一化でき、容易に所定の焼戻し温度範囲内に加熱することができる。そのため、低温で許容される温度範囲が狭い焼戻し処理であっても、簡素な設備で、所定の熱処理品質を確保して、転動面１４の焼戻し処理を容易に行うことが可能である。

この熱処理方法では、転動面１４より幅の広い第１領域１１を誘導加熱することで転動面１４を焼戻し処理するので、第１領域１１の広い範囲から第２領域１２の狭い範囲を伝熱で加熱することができ、第２領域１２の転動面１４の軸に沿う幅方向の両縁側でも伝熱される熱量が不足することがなく、転動面１４全体を容易に均一加熱することができる。

この熱処理方法では、第２領域１２の転動面１４は長手方向に連続し、即ち周方向に無端状に設けられ、第１加熱コイル２３を第１領域１１の一部に対向させて、相対移動させつつ誘導加熱するので、ワークＷに対してコンパクトな第１加熱コイル２３を用いて転動面１４の戻し処理を行うことができる。

なお上記実施形態は、本発明の範囲において適宜変更可能である。
上記実施形態では、外周側の第１領域１１が円柱状の外表面を有し、内周側の第２領域１２が周方向に連続した凹部からなる転動面１４を有する円環形状のワークＷを熱処理する例について説明したが、他の形状のワークであっても本発明は適用可能である。例えば、第１領域と第２領域とが逆であってもよく、両端を有して直線状或いは曲線状に延びるワークであってもよい。さらに、第１領域の軸に沿う幅方向又は周方向に沿って、傾斜が設けられたり歯形等の凹凸形状が設けられたりしていてもよい。

Ｗ ワーク
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ ギヤ歯
１４ 転動面
１４ａ 底部
１４ｂ 頂部
１５ 伝熱領域
２１ 第１熱処理手段
２２ 第２熱処理手段
２３ 第１加熱コイル
２４ 第２加熱コイル
２５ 第１冷却ノズル
２６ 第２冷却ノズル

Claims (3)

1. 第１領域から離間した第２領域に設けられた凹部を焼入れ処理及び焼戻し処理するワークの熱処理方法であって、
   前記凹部を焼入れ処理した後、前記第１領域を加熱コイルで誘導加熱することで、該第１領域と前記第２領域との間の伝熱領域を介して、前記凹部の底部及び頂部を所定の焼戻し温度範囲に加熱する、ワークの熱処理方法。
2. 前記凹部より広い前記第１領域を誘導加熱することで前記凹部を焼戻し処理する、請求項１に記載のワークの熱処理方法。
3. 前記ワークは環状に形成され、外周の前記第１領域を誘導加熱することで、内周に周方向に連続して設けられた前記第２領域の凹部を焼戻し処理する、請求項１又は２に記載のワークの熱処理方法。

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