JP2018009208A - 環状ワークの焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な真円度を有する焼入れ処理された環状ワークを低コストで提供すること。【解決手段】 環状ワークを誘導加熱により焼入れ温度に加熱する加熱処理と、冷却処理とを行う環状ワークの焼入れ方法であって、前記加熱処理は、（１）前記環状ワークを当該環状ワークの応力が解放される温度以上、７００℃以下の温度に加熱する第１加熱工程と、（２）第１加熱工程で加熱された環状ワークの径寸法を取得し、取得した前記径寸法に基づいて、第１加熱工程で加熱された環状ワークを少なくとも大径部と小径部とに区分けする解析工程と、（３）前記解析工程を終えた環状ワークを、前記小径部の温度が前記大径部の温度よりも高温になる条件で加熱する第２加熱工程と、（４）第２加熱工程で加熱された環状ワークを、前記小径部の温度と前記大径部の温度との温度差が小さくなる条件で焼入れ温度まで加熱する第３加熱工程と、を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、環状ワークの焼入れ方法に関する。

環状部材としての例えば転がり軸受の軌道輪は、軸受鋼や浸炭鋼などの軸受用鋼が使用されている。上記軌道輪は、所望の機械的強度とするために、環状ワークに焼入れなどの熱処理を施す必要がある。
ところが、環状ワークを焼入れすると、真円度が悪化したり、外径や内径の寸法バラツキが大きくなったりするという問題がある。

環状部材の外径及び内径のバラツキを抑制する手法として、例えば、特許文献１には、環状部材の外周面に当接して上記環状部材の径方向外側への変形を規制する外周拘束具と、上記環状部材の内周面に当接して上記環状部材の径方向内側への変形を規制する内周拘束具とを備えた焼入れ装置を用いて焼入れ処理を行う手法が提案されている。

特開２０１４−６２３０８号公報

特許文献１に開示された手法によれば、焼入れ後の環状部材の真円度の悪化や寸法バラツキの増大を回避することは期待できるものの、拘束具を別途用意する必要があるためコストの増大を避けることができないという問題があった。また、この拘束具は環状部材のサイズ（型番）に応じて交換する必要があるため、環状部材のサイズを変更する毎に、焼入れ装置の段取り換えをする必要がある。そのため、サイズの異なる環状部材の焼入れに迅速に対応することも困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、焼入れ後の環状ワークの真円度の悪化や、寸法バラツキの増大を回避することが可能な焼入れ処理を低コストで行うことができ、また、焼入れ対象となる環状ワークのサイズなどの変更にも迅速に対応することができる焼入れ方法を提供することを目的とする。

本発明の焼入れ方法は、環状ワークを誘導加熱により焼入れ温度に加熱する加熱処理と、焼入れ温度に加熱された環状ワークを冷却する冷却処理とを行う環状ワークの焼入れ方法であって、
上記加熱処理は、
（１）上記環状ワークを当該環状ワークの応力が解放される温度（５００℃）以上、７００℃以下の温度に加熱する第１加熱工程と、
（２）第１加熱工程で加熱された環状ワークの径寸法を取得し、取得した上記径寸法に基づいて、第１加熱工程で加熱された環状ワークを少なくとも大径部と小径部とに区分けする解析工程と、
（３）上記解析工程を終えた環状ワークを、上記小径部の温度が上記大径部の温度よりも高温になる条件で加熱する第２加熱工程と、
（４）第２加熱工程で加熱された環状ワークを、上記小径部の温度と上記大径部の温度との温度差が小さくなる条件で焼入れ温度まで加熱する第３加熱工程と、
を行うことを特徴とする。

本発明の焼入れ方法では、上述した手順で環状ワークを焼入れ温度まで加熱する加熱処理を行う。そのため、焼入れ温度まで加熱された環状ワークは、真円度の高いものとなる。
本発明において焼入れ対象となる環状ワークには、当該環状ワークを製造するための前工程（例えば、鍛造工程や旋削工程など）で生じた応力が残留している。このような残留応力を有する環状ワークを加熱した場合、最初は残留応力を解放しながら熱膨張するため、残留応力の分布に応じた変形（ひずみ）を伴いながら熱膨張し、残留応力が解放された後はほぼ均一に熱膨張する。
そこで、上記加熱処理では、最初に、焼入れ対象となる環状ワークの応力が解放される温度（以下、応力解放温度ともいう）まで当該環状ワークを加熱し（第１加熱工程）、上記応力が開放された状態、すなわち残留応力に応じた変形がほぼ完了した状態の環状ワークの形状を把握し（解析工程）、その後、環状ワークの小径部の温度が大径部の温度よりも高温になる条件で環状ワークを加熱する（第２加熱工程）。このような条件で加熱することにより、第２加熱工程では、小径部が大径部よりも大きく熱膨張するため、第２加熱工程を終えた環状ワークは、第１加熱工程で生じた残留応力に応じた変形（ひずみ）が緩和されて真円度が高いものとなる。

更に、上記加熱処理では、第２加熱工程の後、小径部の温度と大径部の温度との温度差が小さくなる条件で環状ワークを焼入れ温度まで加熱する（第３加熱工程）。上述したように、小径部と大径部とを異なる温度で加熱した場合、環状ワーク内に大きな温度バラツキが生じる。この状態で焼入れ温度まで加熱して次の冷却処理に移行すると、冷却処理を行った際に、上記温度バラツキに起因する環状ワークの変形が発生してしまう。これに対して、上記第３加熱工程を行うことにより、環状ワークを焼入れ温度に加熱した際の環状ワーク内の温度バラツキを抑制することができ、その結果、後の冷却処理において、環状ワークが変形してしまうことを抑制することができる。

本発明の焼入れ方法は、このような手順を経るため、得られた焼入れ処理品は、真円度が良好で、内径及び外径の寸法バラツキの少ないものとなる。
なお、上記環状ワークの残留応力が解放される温度は、環状ワーク材質等にもよるが、例えば、軸受用鋼からなる環状ワークの場合には、５００℃程度の温度で環状ワークに残留していた温度がほぼ解放される。

また、上記焼入れ方法では、応力が解放される温度に加熱された環状ワークの径寸法を取得し、得られた径寸法に応じて加熱条件を調節している。そのため、焼入れ処理の対象となる環状ワークの形状、サイズ、型番に関係なく、任意の環状ワークに対して適切な焼入れ処理を低コストで施すことができる。更には、焼入れ対象となる環状ワークのサイズなどの変更にも迅速に対応することができる。

上記焼入れ方法において、上記誘導加熱は、上記環状ワークの内周囲及び／又は外周囲に配置された複数の加熱コイルによって行い、上記第２加熱工程では、上記小径部の温度が上記大径部の温度よりも高温になるように上記複数の加熱コイルのそれぞれの出力を調節することが好ましい。
この場合、環状ワークを短時間で加熱することができ、また、上記小径部の温度と上記大径部の温度とを制御するのに適している。

上記焼入れ処理において、上記第３加熱工程では、環状ワークを回転させながら加熱することが好ましい。
この場合、環状ワークにおける小径部と大径部との温度差を短時間で小さくすることができる。

上記焼入れ処理において、上記冷却処理は、上記焼入れ温度に加熱された環状ワークに冷却液を噴射して行うことが好ましい。
この場合、加熱された環状ワークを短時間で冷却することができ、また、冷却時に環状ワークに変形が生じることを抑制することができる。

上記焼入れ方法において、加熱された環状ワークの径寸法の取得は、レーザ変位センサによる計測結果に基づいて行うことが好ましい。
このような手法で、環状ワークの径寸法を取得することにより、上記環状ワークに接触することなく、短時間で、正確に、環状ワークの径寸法を取得することができる。

本発明によれば、良好な真円度を有し、寸法バラツキの少ない焼入れ処理された環状ワークを低コストで提供することができる。また、本発明は、焼入れ処理の対象となる環状ワークのサイズなどの変更にも迅速に対応することができる。

（Ａ）は、第１実施形態の環状ワークの焼入れ方法を説明するための工程図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した焼入れ方法で使用する焼入れ装置を模式的に示す図である。 第１実施形態における焼入れパターンを模式的に示す線図である。 第１実施形態の加熱処理で使用する加熱装置の一部を模式的に示す平面図である。 第１実施形態の冷却処理で使用する冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。

（第１実施形態）
本実施形態の焼入れ方法は、環状ワークを焼入れ対象とし、加熱処理及び冷却処理を含む方法である。
以下、工程順に本実施形態の焼入れ方法を説明する。
図１（Ａ）は、第１実施形態の環状ワークの焼入れ方法を説明するための工程図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した焼入れ方法で使用する焼入れ装置を説明するための概略図である。図２は、本実施形態における焼入れパターンを模式的に示す線図である。図３は、本実施形態の加熱処理で使用する加熱装置の一部を模式的に示す平面図である。図４は、本実施形態の冷却処理で使用する冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。

本実施形態で焼入れ対象となる環状ワーク（以下、単にワークともいう）は、軸受用鋼で構成されている。上記軸受用鋼としては、特に限定されないが、例えば、ＪＩＳ ＳＵＪ２、ＪＩＳ ＳＵＪ３などの高炭素クロム軸受鋼、ＳＡＥ５１２０、ＳＣｒ４２０などの浸炭鋼（肌焼鋼）などが挙げられる。

上記ワークのサイズ（外径や肉厚等）は限定されない。本実施形態では、任意のサイズのワークを焼入れ対象とすることができる。
一方、本実施形態で焼入れ対象となるワークの肉厚は、誘導加熱の加熱コイルに依存する。上記ワークの肉厚は、加熱コイルによってワーク全体を誘導加熱できればいかなる肉厚であってもよい。
上記ワークの肉厚の上限は、加熱コイルに依存する。また、上記ワークの肉厚の下限は、熱処理後の環状部材に必要な厚さに依存する。
また、上記ワークは、厚肉になればなるほど加熱コイルだけでは均一加熱が難しくなるため、上記ワークの肉厚が１０ｍｍ以上の場合、ワークの径方向の内方側に非接触にセンターコアを配置して誘導加熱してもよい。センターコアは珪素鋼板で形成され、一例では円柱形状である。

上記ワークは、例えば、軸受用鋼からなる鋼材から鍛造により環状素材を製造し、得られた環状素材を切削加工などで所定形状に加工する（旋削処理）ことにより製造することができる。

本実施形態の焼入れ方法は、例えば、図１（Ｂ）に示したような焼入れ装置１００を用いて行う。焼入れ装置１００は、誘導加熱ゾーン１０、外周解析ゾーン２０及び冷却ゾーン３０を備える。

（１）旋削処理を経て作製された上記ワークに対して、第１加熱工程を行う（図１（Ａ）参照）。上記第１加熱工程では、上記ワークを当該ワークの応力解放温度（５００℃）以上、７００℃以下の温度に加熱する。
ここでは、まず、旋削処理を経て作製されたワークＷを、図１（Ｂ）に示すように、ターンテーブル１と複数の加熱コイル１１とを備えた誘導加熱ゾーン１０に搬送する（図１中、矢印（ａ）参照）。搬送されたワークＷは、ターンテーブル１に載置され、円形に並べられた複数の加熱コイル１１の内側にセットされる。
その後、ワークＷ（ターンテーブル１）を回転させつつ、加熱コイル１１に電流を流して、ワークＷを、当該ワークＷの応力解放温度（５００℃）以上、７００℃以下の温度（図２中、ｔ１）に誘導加熱する。このとき、誘導加熱の条件は、ワークＷの表面から内部まで均一に加熱することができるように、出力、周波数、加熱時間等を調節する。

これにより、ワークＷを製造する際に生じた当該ワークＷの残留応力が解放され、加熱されたワークＷには残留応力に応じた変形が生じる。
上記誘導加熱では、ワークＷ自体が迅速に加熱される。上記誘導加熱は、加熱に要する時間を短縮することができ、加熱処理のインライン化に適している。
第１加熱工程において、ワークＷの加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。

誘導加熱ゾーン１０を構成する加熱装置は、図３に示すように、ワークＷを配置した際に、ワークＷの外周囲に複数（図３の例では１２個）の加熱コイル１１（１１Ａ〜１１Ｌ）が等間隔で位置するように構成されている。誘導加熱ゾーン１０では、各加熱コイル１１Ａ〜１１Ｌに通電してワークＷを誘導加熱する。

第１加熱工程では、ワークＷを応力解放温度（５００℃）以上、７００℃以下の温度に誘導加熱する。これにより、加熱されたワークＷは、加熱前のワークＷに残留していた応力が開放されており、残留応力に応じたランダムな変形を終えたワークＷとなる。このようなワークＷは、後の第２、第３加熱工程を経て焼入れ温度に加熱した際に、真円度の高いワークＷとすることができる。
一方、第１加熱工程において、応力解放温度まで加熱しなかった場合は、残留応力が充分に開放されず、後の第２、第３加熱工程において更に残留応力に応じた変形（ひずみ）を生じることになる。また、７００℃を超える温度まで加熱すると、焼入れ温度との温度差が小さくなるため、後述する第２加熱工程において、第１加熱工程で生じた残留応力に応じた変形（ひずみ）を充分に緩和することができなくなる。
上記第１加熱工程におけるワークＷの加熱温度は、５００〜７００℃が好ましく、５００〜６５０℃がより好ましい。

（２）次に、図１（Ａ）に示すように、第１加熱工程で加熱されたワークＷを大径部と小径部とに区分けする解析工程を行う。
上記解析工程では、加熱されたワークＷをレーザ変位センサ（ギャップセンサ）を備えた外周解析ゾーン２０に移動させ(図１中、矢印（ｂ）参照)、ワークＷの外周の周方向各位置における半径を計測し、この計測結果に基づいて、ワークＷを大径部と小径部とに区分けする。
上記外周の周方向各位置とは、外周全体を構成する点のうちセンサの分解能等の制約によって計測できた点のそれぞれの位置を示す。

外周解析ゾーン２０には、ワークＷの外方側に位置するようにレーザ変位センサのセンサ素子２１が取り付けられている。ここでは、ターンテーブル１を回転させることにより、ワークＷを対向配置したセンサ素子２１の内側で回転させる。これにより、ワークＷの外周の周方向各位置とセンサ素子２１との距離を計測することができる。

上記レーザ変位センサとしては、従来公知のレーザ変位センサを用いることができ、市販品を使用することもできる。
上記レーザ変位センサにおけるレーザ光の色は特に限定されないが、青又は緑が好ましい。加熱されたワークＷは赤色であるため、青又は緑のレーザ光を用いた場合、より正確にワークＷとの距離を計測することができるからである。

上記解析工程において、ワークＷの計測に要する時間は、短ければ短いほど好ましく、上記計測時間は概ね３秒未満が好ましい。このような短時間での計測は、レーザ変位センサを用いることで達成することができる。
上記計測時間を３秒未満とすることで、計測中のワークＷの表面温度の低下を３０℃以下に抑えることができる。

この解析工程では、上述したように、ワークＷを径方向のサイズの大きい大径部と、径方向のサイズが小さい小径部とに区分けする。
この区分けは、外周解析ゾーン２０が備える演算部２２で行う。また、区分けした結果は、外周解析ゾーン２０が備える記憶部２３で記憶する。
また、必要に応じて、加熱されたワークＷの真円度を併せて算出してもよい。

上述した大径部と小径部との区分けは、例えば、下記（Ａ）及び（Ｂ）の工程を経て行う。
（Ａ）加熱後のワークＷの外周の周方向各位置を測定し、ワークＷの外周形状を把握する工程。
（Ｂ）ワークＷの外周形状に応じて、ワークＷを大径部と小径部とに区分けする工程。

上記（Ａ）の工程では、具体的には、下記（Ａ−１）〜（Ａ−４）の処理を行い、ワークＷの外周形状を把握する。
（Ａ−１）まず、加熱したワークＷの仮想中心Ｃ_０を決定する。仮想中心Ｃ_０の決定方法は特に限定されず、任意に決定することができる。例えば、予め、ターンテーブル１にマスターワークを載置して、マスターワークの中心を算出しておき、このマスターワークの中心を仮想中心Ｃ_０とすれば良い。
（Ａ−２）次に、加熱したワークＷの外周の周方向各位置を上記レーザ変位センサを用いて測定し、上記仮想中心Ｃ_０とワークＷの外周の周方向各位置との距離を取得する。
（Ａ−３）上記（Ａ−２）で取得した距離を、上記仮想中心Ｃ_０を原点としたＸＹ座標に変換する。
（Ａ−４）上記（Ａ−３）で取得した座標データを最小二乗法により近似し、ワークＷの外周形状に近似した円（近似円）を算出する。
また、上記近似円の中心座標ＣからワークＷの外周の周方向各位置までの距離を算出し、これをワークＷの外周の周方向各位置における半径として、ワークＷの外周形状を把握する。
なお、（Ａ）の工程で取得した、近似円の情報（中心座標Ｃ、半径ｒ）、及び、上記ワークＷの外周の周方向各位置における半径は、記憶部２３に記憶させておく。

次に、上記（Ｂ）の工程を行う。
上記（Ｂ）の工程では、具体的には、下記（Ｂ−１）〜（Ｂ−４）の処理を行い、ワークＷを上記大径部と上記小径部とに区分けする。
（Ｂ−１）まず、上記（Ａ）の工程で取得した情報に基づき、中心座標Ｃを中心とする第１仮想円と第２仮想円とを求める。
上記第１仮想円は、上記中心座標Ｃを中心とし、上記（Ａ）の取得したワークＷの外周の周方向各位置における半径のうちの最大値を当該第１仮想円の半径とした円である。また、上記第２仮想円は、上記中心座標Ｃを中心とし、上記（Ａ）の取得したワークＷの外周の周方向各位置における半径のうちの最小値を当該第２仮想円の半径とした円である。

（Ｂ−２）次に、上記第１仮想円の半径ａ及び上記第２仮想円の半径ｂとに基づいて、下記計算式（１）より、大径部及び小径部の区分けを行う基準半径ｃを算出する。
ｃ＝（ａ＋ｂ）／２・・・（１）

（Ｂ−３）上記（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）とは別に、平面視したワークＷを、上記第１仮想円（又は上記第２仮想円）の円周方向に中心角が均一になるように１２等分し、１２個の環状ワーク断片Ｗａ〜Ｗｌに仮想的に分割する（図３参照）。次に、各環状ワーク断片Ｗａ〜Ｗｌに含まれる外周の周方向各位置における半径の平均値を各環状ワーク断片Ｗａ〜Ｗｌのそれぞれで算出する。

（Ｂ−４）その後、各環状ワーク断片Ｗａ〜Ｗｌの周方向各位置における半径の平均値と、上記基準半径ｃとを比較し、上記平均値が上記基準半径ｃよりも大きい環状ワーク断片を大径部、上記平均値が上記半径ｃ以下の環状ワーク断片を小径部とする。

なお、上記解析工程において、ワークＷの外周の周方向各位置における半径を取得するする手法は、レーザ変位センサを用いた手法に限定されるわけではなく、他の手法を採用してもよい。
一方、レーザ変位センサを用いた計測結果に基づいて、ワークＷの外周の周方向各位置における半径等のワークＷの径寸法を取得する手法は、上記解析工程のインライン化に適している。

（３）その後、解析工程の終了したワークＷを再度誘導加熱ゾーン１０の搬送し（図１中、矢印（ｃ）参照）、ワークＷを所定の加熱条件で誘導加熱する第２加熱工程を行う（図１（Ａ）参照）。
この第２加熱工程では、上記解析工程で区分けされた大径部及び小径部について、上記小径部の温度が上記大径部の温度よりも高温になる条件でワークＷを誘導加熱する。これにより、小径部の方が大きく熱膨張するため、第１加熱工程でワークＷに生じた残留応力に応じた変形（ひずみ）が緩和され、本工程で加熱されたワークＷは、第１加熱工程終了後のワークＷに比べて真円度に優れたものとなる。

本工程では、例えば、上記小径部に対向する位置にある加熱コイルの出力を上記大径部に対向する位置にある加熱コイルの出力よりも大きくする。これにより、本工程完了時の上記小径部の温度（図２中、ｔ２）を上記大径部の温度（図２中、ｔ２′）よりも高温にすることができる。
ここで、上記小径部と上記大径部との温度差は特に限定されない。上記温度差は、小径部と大径部との寸法差に基づいて適宜選択すればよく、例えば、３０℃以上の温度差を設ければよい。
上記温度差が３０℃未満では、上記第１加熱工程でワークＷに生じた残留応力に応じた変形（ひずみ）を充分に緩和することが難しくなる。
なお、上記小径部と上記大径部との温度差は、例えば、１００℃以下であってもよい。ただし、１００℃を超えても、後述する第３加熱工程を行う時間（図２中の温度ｔ２から温度ｔ３へ至る時間）を長くすればワークＷ全体で温度の均一化を図ることができ、さしたる問題はない。

本工程で加熱されたワークＷの温度は、上記小径部の温度（図２中、ｔ２）で、焼入れ温度よりも１５０℃以上低い温度であることが好ましい。
焼入れ温度との温度差が、１５０℃未満では、後の第３加熱工程において、ワークＷを焼入れ温度まで加熱した際に、ワークＷの小径部と大径部との温度差が大きいままとなりやすい。
なお、上記焼入れ温度との温度差は、例えば、２００℃以下であってもよい。ただし、
２００℃を超えても、焼入れ温度に至るまでの時間が少し長くなるだけであり、さしたる
問題はない。

（４）次に、上記第２加熱工程において真円度が改善されたワークＷを、ワークＷ内の小径部の温度と大径部の温度との温度差が小さくなる条件で加熱する第３加熱工程を行い、ワークＷを焼入れ温度（図２中、ｔ３）まで加熱する。
本工程は、例えば、ワークＷをターンテーブル１上で回転させながら、各加熱コイル１１Ａ〜１１Ｌの出力を同一出力とする。これにより、ワークＷ全体で温度の均一化が図られ、かつ焼入れ温度に加熱されたワークＷを得ることができる。
本工程で焼入れ温度に加熱されたワークＷにおける大径部と小径部との温度差は、小さければ小さいほど好ましい。通常、上記温度差が２５℃以下であれば、本発明の効果を享受することができる。勿論、温度差が無い（温度差が０℃）のが最適である。
なお、第２及び第３加熱工程においても、各加熱コイルの加熱条件は、ワークＷを表面からその内部まで均一に加熱することができるように調節する。

本実施形態の加熱処理において、上記第１加熱工程で加熱されたワークＷは、加熱前に真円度の良好な形状を有していたとしても、ワークＷの残留応力によって上記第１加熱工程終了時には変形し、真円度が悪化している。第１加熱工程後のワークＷの平面視形状は、略楕円形状や凸部を複数カ所（例えば、３カ所）有する形状など、様々な形状となり、その変形の仕方は、加熱条件が同一であっても一様ではない。
そこで、本実施形態の加熱処理では、上述した手法で上記解析工程を行い、ワークＷの残留応力が解放された状態でのワークＷの外周形状を把握し、次の第２加熱工程において、ワークＷの変形状態に応じた適切な加熱条件をワークＷごとに設定してオーステナイト化温度未満の温度までの加熱を行う。
このような第２加熱工程では、第１加熱工程で生じた残留応力に応じた変形（ひずみ）が小さかった部分（小径部）を、上記変形（ひずみ）が大きかった部分に比べて大きく熱膨張させている。これにより、第１加熱工程で生じた残留応力に応じたランダムな変形（ひずみ）は緩和され、後の第３加熱工程を経ると、焼入れ温度に加熱された良好な真円度を有するワークＷが得られる。

（５）次に、焼入れ温度に加熱されたワークＷを冷却ゾーン３０に移動させ（図１中、矢印（ｄ）参照）、ワークＷに冷却液を噴射する冷却処理を行う。
冷却ゾーン３０を構成する冷却装置は、図４に示すように、ワークＷを配置した際に、ワークＷの外周囲に複数（図４の例では１６個）の噴射ノズル３２（３２ａ〜３２ｐ）が等間隔で位置するように構成されている。
上記冷却処理では、複数の噴射ノズル３２を用いて冷却液３３をワークＷの外周側から噴射してワークＷの冷却を行う。
このような手法で行う冷却処理では、ワークＷを速やかに冷却することができる。

上記冷却液は、ワークＷを冷却可能な液体であればよい。上記冷却液としては特に限定されず、例えば、水、油、水溶性ポリマー等が挙げられる。
上記油としては、例えば、焼入油等が挙げられる。
上記水溶性ポリマーとしては、例えば、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）等が挙げられる。上記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。この場合、水への水溶性ポリマーの配合量は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定することができる。
これらの冷却液は、１種類のみを用いてよいし、２種類以上を併用してもよい。

上記冷却処理において、上記冷却液の噴射時間や噴射量（流量）は特に限定されず、ワークＷの温度や冷却液の流量などを考慮して適宜設定すれば良い。
上述した方法で焼入れ処理が施されたワークＷは、次に焼戻し処理が施される（図１中、矢印（ｅ）参照）。

本実施形態の焼入れ方法では、このような各工程を経てワークＷに焼入れ処理を行うことにより、真円度が良好で、寸法バラツキの少ないワークの焼入れ品を低コストで得ることができる。また、本実施形態の焼入れ方法は、インライン化にも適している。
本実施形態の焼入れ方法にて、焼入れ処理が施されたワークは、軸受軌道輪等として好適に使用することができる。

（他の実施形態）
本発明の実施形態において、大径部と小径部とに区分けする手法は第１実施形態の手法に限定されるわけではない。例えば、上記（Ａ）の工程で算出した近似円の半径ｒを基準とし、この半径ｒと各環状ワーク断片の外周の周方向各位置における半径の平均値とを比較して、ワークを大径部と小径部とに区分けしてもよい。

本発明の実施形態における上記解析工程では、ワークＷ１の内周の周方向各位置を測定し、その測定結果に基づいてワークＷ１の内周形状を把握し、その後、上記内周形状に基づいて、ワークＷ１を大径部と小径部とに区分けしてもよい。この場合、ワークＷ１の大径部と小径部との区分けは、上述したワークＷ１の外周形状に基づいて行う手法とほぼ同様の手法にて行えば良い。
また、ワークＷ１の径寸法の取得は、レーザ変位センサ以外に、例えば、サーモグラフィー等を用いて行ってもよい。

本発明の実施形態に係る焼入れ方法では、ワークを径寸法に基づいて３種類以上の部位（例えば、大径部、中径部及び小径部の３種類の部位）に区分けし、径寸法の小さい部位ほど、より冷却が促進されるように冷却液の噴射条件を調節して上記冷却工程を行ってもよい。

本発明の実施形態における加熱処理では、複数の加熱コイルをワークＷの外周囲に配置しているが、上記複数の加熱コイルは、ワークＷの内周囲に配置してもよいし、ワークＷの内周囲及び外周囲の両方に配置してもよい。
本発明の実施形態における冷却処理では、上記冷却液をワークＷの外周側から噴射しているが、上記冷却液は、ワークＷの内周側から噴射してもよいし、内周側及び外周側の両側から噴射してもよい。

本発明の焼入れ方法の作用効果を検証した。
（評価用試験片の作製）
ＪＩＳ ＳＵＪ２からなる鋼材から環状素材を製造し、得られた環状素材に切削加工を施して、所定形状に加工して、環状ワーク（外径：１２５ｍｍ、肉厚：４ｍｍ）を得た。
得られた各環状ワークを試験片として、以下の実施例及び比較例を行った。

（実施例１）
（１）まず、加熱前の環状ワーク（試験片）の真円度を算出した。真円度は、８０μｍであった。
真円度の算出は、レーザ変位センサ（キーエンス社製）を使用し、上述した手法で算出した第１仮想円の半径と第２仮想円の半径との差を真円度とした。

（２）次に、環状ワークを、誘導加熱ゾーン１０（図３に示した加熱装置）、外周解析ゾーン２０及び冷却ゾーン３０を備えた焼入れ装置（図１（Ｂ）参照）の誘導加熱ゾーン１０に導入し、誘導加熱により環状ワークを５００℃まで加熱した。
このとき、各誘導加熱コイルの周波数は１ｋＨｚとし、誘導加熱コイルの加熱時間は５秒間とした。また、環状ワークの温度は、熱電対を用いて表面温度で測定した。
加熱後の環状ワークの平面視形状は、略楕円形状であった。

（３）続いて、加熱した環状ワークを外周解析ゾーン２０に移動させ、加熱した環状ワークを大径部と小径部とに区分けした後、この区分けされた情報を記憶部２３に記憶させた。ここで、環状ワークを大径部と小径部とに区分けする手法としては、上述した（Ａ）及び（Ｂ）の工程を経る手法を採用した。
即ち、まず、上述した（Ａ）の工程を経て環状ワークの外周形状を把握した。その後、上述した（Ｂ）の工程を行うことにより、環状ワークの上記第１仮想円と上記第２仮想円とから求めた基準半径ｃに基づいて、仮想的に分割された１２個の環状ワーク断片のそれぞれを大径部及び小径部のいずれかに区分けした。

（４）その後、外径の計測された環状ワークを再度誘導加熱ゾーン１０に搬送し、環状ワークを下記の条件で誘導加熱した。
大径部：誘導加熱コイル１個につき、出力１００ｋＷで加熱した。
小径部：誘導加熱コイル１個につき、出力１５０ｋＷで加熱した。
本工程では、小径部の表面温度が７５０℃になるまで加熱した。このとき、各誘導加熱コイルの周波数は１ｋＨｚ、加熱時間は１０秒間とした。
なお、本工程完了時の小径部と大径部との表面温度の差は７０℃であった。

（５）次に、誘導加熱の条件を切り替え、ターンテーブルを回転させながら、小径部の表面温度が９５０℃になるまで加熱した。このとき、各誘導加熱コイルの周波数は１ｋＨｚとし、誘導加熱コイルの加熱時間は１５秒間とした。
本工程終了時において、小径部と大径部との表面温度の差は、０℃であった。

（６）次に、環状ワークを速やかに冷却ゾーン３０に移動させ、環状ワークに外周側から冷却液を噴射する冷却処理を行った。
このような焼入れ処理により、環状ワークの内部組織は不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織となった。
なお、不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織とは、マルテンサイト組織８５〜９５質量％、残留オーステナイト組織５〜１５質量％の組織であり、不完全焼入れ組織がない。ここで、不完全焼入れ組織とは、焼入れ処理において冷却速度が遅い場合に析出するベイナイト組織のことである。上記不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織は、ベイナイト組織が析出していない。
また、焼入れ処理後の環状ワークの真円度は、５０μｍであった。

（実施例２）
実施例１の（４）の工程（第２加熱工程）における加熱条件を下記のように変更した以外は、実施例１との同様にして環状ワークに焼入れ処理を施した。
大径部：誘導加熱コイル１個につき、出力９０ｋＷで加熱した。
小径部：誘導加熱コイル１個につき、出力１２０ｋＷで加熱した。
本実施例において、環状ワークの加熱前の真円度は１００μｍ、冷却後の真円度は４０μｍであった。
第１加熱工程後の環状ワークの平面視形状は、凸部を３カ所有する形状であり、第２加熱工程完了時の小径部と大径部との表面温度の差は、４０℃であり、第３加熱工程終了時の小径部と大径部との表面温度の差は、０℃であった。

（比較例１）
（１）まず、加熱前の環状ワーク（試験片）の真円度を測定した。真円度は、８０μｍであった。
（２）次に、環状ワークを加熱炉に搬入し、環状ワークを８３０℃で０．５時間の条件で炉加熱した。

（３）次に、環状ワークを８０℃の冷却油に投入する油冷による冷却処理を行った。
このような焼入れ処理により、環状ワークの内部組織は不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織となった。
また、焼入れ処理後の環状ワークの真円度は、５００μｍであった。

（比較例２）
（１）まず、加熱前の環状ワーク（試験片）の真円度を測定した。真円度は、８５μｍであった。
（２）次に、環状ワークを加熱炉に搬入し、環状ワークを８３０℃で０．５時間の条件で炉加熱した。

（３）次に、環状ワークを８０℃の冷却油に投入する油冷による冷却処理を行った。その後、環状ワークの矯正を行った。
矯正後の環状ワークの真円度は、１００μｍであった。
また、このような焼入れ処理により、環状ワークの内部組織は不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織となった。

（比較例３）
（１）まず、加熱前の環状ワーク（試験片）の真円度を測定した。真円度は、１００μｍであった。
（２）次に、環状ワークを実施例１と同様の加熱装置（誘導加熱ゾーン１０）に搬入し、誘導加熱により、環状ワークを９５０℃まで加熱した。
このとき、各誘導加熱コイルの周波数は１ｋＨｚとし、誘導加熱コイルの加熱時間は３０秒間とした。

（３）次に、環状ワークを速やかに冷却ゾーン３０に移動させ、実施例１と同様にして冷却処理を行った。
このような焼入れ処理により、環状ワークの内部組織はマルテンサイトとなった。
また、焼入れ処理後の環状ワークの真円度は、２００μｍであった。

（比較例４）
環状ワークを誘導加熱する際に、環状ワークの内周面及び外周面のそれぞれを拘束具で拘束した状態で環状ワークを誘導加熱した以外は、比較例３と同様にして環状ワークの焼入れ処理を施した。
本比較例において、環状ワークの加熱前の真円度は９０μｍ、焼入れ処理後の真円度は５０μｍであった。

実施例１〜２及び比較例１〜４の検証結果について、表１に示した。
また、実施例１〜２及び比較例１〜４の焼入れ処理におけるコストを評価した。ここでは、比較例１のコストを基準として、それより安価であった場合を○、高価であった場合を×と評価した。結果を表１に示した。

表１に示したように、本発明の焼入れ方法では、加熱時に拘束具を使用したり、冷却後矯正を施したりしなくても、真円度の良好な焼入れ品を得ることができることが明らかとなった。
そのため、本発明の焼入れ方法によれば、低コストで真円度の良好な焼入れ品を提供することができる。また、環状ワークのサイズ変更などにも迅速に対応することができる。

Ｗ：環状ワーク（ワーク）、１:ターンテーブル、１０: 誘導加熱ゾーン、１１:加熱コイル、２０：外周解析ゾーン、２１：センサ素子、２２：演算部、２３：記憶部、３０：冷却ゾーン、３２：噴射ノズル、３３：冷却液、１００：焼入れ装置

Claims (5)

1. 環状ワークを誘導加熱により焼入れ温度に加熱する加熱処理と、焼入れ温度に加熱された環状ワークを冷却する冷却処理とを行う環状ワークの焼入れ方法であって、
   前記加熱処理は、
   （１）前記環状ワークを当該環状ワークの応力が解放される温度以上、７００℃以下の温度に加熱する第１加熱工程と、
   （２）第１加熱工程で加熱された環状ワークの径寸法を取得し、取得した前記径寸法に基づいて、第１加熱工程で加熱された環状ワークを少なくとも大径部と小径部とに区分けする解析工程と、
   （３）前記解析工程を終えた環状ワークを、前記小径部の温度が前記大径部の温度よりも高温になる条件で加熱する第２加熱工程と、
   （４）第２加熱工程で加熱された環状ワークを、前記小径部の温度と前記大径部の温度との温度差が小さくなる条件で焼入れ温度まで加熱する第３加熱工程と、
   を行うことを特徴とする環状ワークの焼入れ方法。
2. 前記誘導加熱は、前記環状ワークの内周囲及び／又は外周囲に配置された複数の加熱コイルによって行い、
   前記第２加熱工程では、前記小径部の温度が前記大径部の温度よりも高温になるように前記複数の加熱コイルのそれぞれの出力を調節する請求項１に記載の環状ワークの焼入れ方法。
3. 前記第３加熱工程では、環状ワークを回転させながら加熱する請求項１又は２に記載の環状ワークの焼入れ方法。
4. 前記冷却処理は、前記焼入れ温度に加熱された環状ワークに冷却液を噴射して行う請求項１〜３のいずれかに記載の環状ワークの焼入れ方法。
5. 加熱された環状ワークの径寸法の取得は、レーザ変位センサによる計測結果に基づいて行う請求項１〜４のいずれかに記載の環状ワークの焼入れ方法。