JP2018080397A - 熱処理設備および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でありながら、熱処理対象の棒状ワークを効率良く、しかも所定の温度軌跡を描くように誘導加熱することを可能とする熱処理設備を提供する。
【解決手段】棒状ワークＷをその軸線方向に沿って所定速度で搬送する搬送装置１０と、搬送中の棒状ワークＷを焼入温度に誘導加熱する加熱コイル３を有する加熱装置２と、を備えた熱処理設備１であって、加熱コイル３は、軸線方向に沿って直列に連結された第１および第２加熱部３Ａ，３Ｂを有し、第１加熱部３ＡのコイルピッチＤ１は相対的に小さく、第２加熱部３ＢのコイルピッチＤ２は相対的に大きく設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理設備および熱処理方法に関し、特に、断面円形の外周面を有し、かつ生産ロットが大きい棒状ワークに熱処理（焼入硬化処理）を施す際に好適に用い得る熱処理設備および熱処理方法に関する。

例えば、円筒ころや円すいころ等、高い機械的強度や硬度を必要とする機械部品は、その製造過程で熱処理（焼入硬化処理）が施される。この熱処理は、断面円形の外周面を有する棒状ワークを所定温度（焼入温度）に加熱する加熱工程や、加熱された棒状ワークを冷却する冷却工程などを含む。上記の加熱工程は、例えば、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉、あるいは、高周波電源および加熱コイル、並びに棒状ワークを加熱コイルに対して相対移動させる搬送装置等を備えた誘導加熱装置を用いて実施することができる（例えば、特許文献１）。

特開２００５−３３１００５号公報

上記の棒状ワークは、例えば、炭素含有量が０．８質量％以上の鋼材（例えば、ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼の一種であるＳＵＪ２）で作製される。この場合、加熱工程は、ワークの金属組織（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のが好ましい。その主な理由は、炭素の溶け込み量を０．６質量％程度にしておけば、硬度低下や経年劣化などの問題を引き起こす原因となる残留オーステナイトの発生量を抑制することができ、また、炭化物を残留させれば、加熱中にオーステナイトの結晶粒が成長することを抑制できるからである。なお、ワークに対する炭素の溶け込み量を制御するには、図１２に示すように、ワークが所定温度（焼入温度）Ｔに到達するまでワークを加熱し、その後、ワークが焼入温度Ｔに維持されるようにワークを所定時間加熱する（ワークを所定時間均熱保持する）のが有効である。

雰囲気加熱炉を用いる場合、炉内温度と加熱処理時間（ｔ１＋ｔ２）を調整すれば、図１２に示す温度軌跡を描くようにワークを加熱することができる。しかしながら、雰囲気加熱炉では、炉内温度を焼入温度Ｔに昇温させるまでに多くのエネルギーおよび時間を要することから、コスト面で難がある。一方、誘導加熱装置であれば、ワークのみを直接加熱することができる分、高いエネルギー効率を達成することができるため、加熱処理時間（ｔ１＋ｔ２）は雰囲気加熱炉を用いる場合よりも格段に短くて済む。しかしながら、誘導加熱ではワークの温度を制御するのが難しく、特にワークを均熱保持するための技術手段に検討を要する。

また、円筒ころ等のいわゆる量産品は、できるだけ効率良く製造可能であることが望まれる。そこで、本発明者らは、棒状ワークをその軸線方向に沿って所定速度で連続的に搬送しながら、棒状ワークを誘導加熱することを検討したが、この場合においても、棒状ワークを均熱保持するための技術手段に検討を要する。

さらに、棒状ワークを誘導加熱するための加熱装置、ひいてはこの加熱装置を備える熱処理設備は、できるだけ簡素で低コストであることが望まれる。

以上の実情に鑑み、本発明の目的は、比較的簡素な構成でありながら、熱処理対象の棒状ワークを効率良く、しかも所定の温度軌跡を描くように誘導加熱することを可能とする熱処理設備を実現し、もって、所望の機械的強度や硬度を具備した高品質の機械部品を低コストに量産可能とすることにある。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、断面円形の外周面を有する棒状ワークをその軸線方向に沿って所定速度で搬送する搬送装置と、搬送中の棒状ワークを焼入温度に誘導加熱するための加熱コイルを有する加熱装置と、を備えた熱処理設備であって、加熱コイルは、軸線方向に沿って直列に連結された第１加熱部および第２加熱部を有し、第１加熱部のコイルピッチが相対的に小さく、第２加熱部のコイルピッチが相対的に大きいことを特徴とする。なお、本発明でいう「棒状ワーク」は、中実の棒状ワーク（例えば、円柱状のワーク）および中空の棒状ワーク（例えば、円筒状のワーク）の双方を含む概念である。また、本発明でいう「軸線方向」とは、棒状ワークの軸線方向である。

ワークを誘導加熱するための加熱コイルは、コイルピッチが密になるほど出力が高まり、コイルピッチが疎になるほど出力が低くなるという特性を有する。このため、加熱コイルに、棒状ワークの軸線方向に沿って直列に連結された第１加熱部および第２加熱部を設け、第１加熱部のコイルピッチを相対的に小さくし、第２加熱部のコイルピッチを相対的に大きくしておけば、棒状ワークが第１加熱部の対向領域を搬送される間に棒状ワークを積極的に昇温させることができる一方で、棒状ワークが第２加熱部の対向領域を搬送される間、棒状ワークを所定温度（焼入温度）に保持することが可能となる。従って、棒状ワークが所望の温度軌跡（図１２に示すような温度軌跡）を描くようにして、棒状ワークを誘導加熱することができる。

また、第１および第２加熱部は直列に連結されているので、加熱コイルに対して単一の高周波電源を電気的に接続する、という簡素な構成を採用しても、棒状ワークを上記態様で誘導加熱することができる。

第２加熱部の軸線方向寸法が第１加熱部の軸線方向寸法よりも長寸であれば、搬送中の棒状ワークを適切に均熱保持するための条件設定が容易となる。

第１加熱部と第２加熱部は分離可能に連結しても良い。このようにすれば、例えば、熱処理対象の棒状ワークの変更に伴って、両加熱部の何れか一方又は双方のコイルピッチ等を調整する必要が生じた際にもコイル交換で対応することができる。

搬送装置としては、例えば、相互に離間して軸線方向に平行に延び、相手側と協働して棒状ワークの外周面を接触支持する第１軸部材および第２軸部材と、両軸部材をその軸線回りに同方向に回転させる回転機構とを備え、第１および第２軸部材の少なくとも一方が、その外周に沿って延びた螺旋状の凸部を有し、この凸部によって画成される螺旋状溝の溝底面に棒状ワークの外周面が接触するものを使用できる。

このような搬送装置であれば、棒状ワークをその軸線回りに回転させながら搬送することができる。これにより、棒状ワークの周方向、軸線方向および径方向の各部で温度差が生じる（棒状ワークに温度ムラが生じる）のを可及的に防止することができるので、棒状ワークに所望の機械的強度や硬度を適切に付与することができる。

上記の搬送装置は、複数の棒状ワークを軸線方向に相互に離間した状態で搬送可能に構成することができる。この場合、複数の棒状ワークに対して加熱処理を効率良く行い得ることに加え、各棒状ワークを、隣接する棒状ワークの熱影響を受けることなく精度良く加熱することができる。

第１および第２軸部材の何れか一方を、上記凸部を有するねじ軸で構成し、他方を、径一定の円柱軸で構成するのが好ましい。このようにすれば、搬送装置の複雑化や高コスト化を回避することができる。

本発明に係る熱処理設備には、加熱装置で焼入温度に加熱された棒状ワークを冷却する冷却装置をさらに設けることができる。これにより、棒状ワークを適切に焼入硬化することができる。

本発明に係る熱処理設備は、炭素含有量０．８質量％以上の鋼材（例えば、高炭素鋼や合金鋼）からなる棒状ワークに熱処理を施す際に好ましく用いることができる。また、棒状ワークとしては、ころ軸受用のころを挙げることができる。なお、ここでいう「ころ軸受」とは、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受などを含む概念である。従って、「ころ」とは、円筒ころ、円すいころ、針状ころなどを含む概念である。

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、断面円形の外周面を有する棒状ワークを、その軸線方向に沿って所定速度で搬送しながら、通電状態の加熱コイルの対向領域を通過させることにより、棒状ワークを焼入温度に誘導加熱する加熱工程を有する熱処理方法であって、上記の加熱工程では、軸線方向に沿って直列に連結された第１加熱部および第２加熱部を有し、第１加熱部のコイルピッチが相対的に小さく、第２加熱部のコイルピッチが相対的に大きい加熱コイルを使用することを特徴とする。

加熱工程では、棒状ワークをその軸線回りに回転させながら搬送するのが好ましい。また、加熱工程では、複数の棒状ワークを、軸線方向に相互に離間した状態で搬送しても良い。

以上から、本発明によれば、比較的簡素な構成でありながら、熱処理対象の棒状ワークを効率良く、しかも所望の温度軌跡を描くようにして誘導加熱することができる。これにより、所望の機械的強度を具備した高品質の機械部品を低コストに量産することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る熱処理設備の全体構造を概念的に示す平面図である。 加熱コイルの部分拡大概要図である。 搬送装置の部分拡大平面図である。 搬送装置の概略正面図である。 （ａ）図は、搬送装置の要部拡大平面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＢ−Ｂ線矢視概略断面図である。 本発明の熱処理設備を用いて棒状ワークを誘導加熱した場合における棒状ワークの温度軌跡を示す図である。 搬送装置を構成する第１軸部材および第２軸部材の支持態様の一例を示す概略図である。 加熱コイルの変形例を示す概要図である。 他の実施形態に係る加熱コイルの平面図である。 図９のＣ−Ｄ−Ｅ−Ｆ線矢視断面図である。 図１０を同図中に示す矢印Ｇ方向から見た図である。 棒状ワークを加熱する場合における好ましい温度軌跡を説明する図である。

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、本発明の実施形態に係る熱処理設備１の全体構造を概念的に示す平面図である。同図に示す熱処理設備１は、鋼製の棒状ワークＷ、より詳細には、例えば、炭素含有量０．８質量％以上の鋼材（ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定の高炭素クロム軸受鋼に分類されるＳＵＪ２やＳＵＪ３等）からなり、断面円形の外周面を有する中実の棒状ワーク（本実施形態では、円すいころの基材）Ｗに対して焼入硬化処理を施すための熱処理設備であって、棒状ワークＷを所定温度（焼入温度）に誘導加熱する加熱工程と、焼入温度に加熱された棒状ワークＷを冷却する冷却工程とが続けて実施されるように構成されている。

図１に示すように、熱処理設備１は、水平姿勢（横向き姿勢）の棒状ワークＷをその軸線方向に沿って所定速度（一定速度）で連続的に搬送する搬送装置１０と、搬送中の棒状ワークＷを焼入温度に誘導加熱する加熱装置２と、加熱装置２から排出された棒状ワークＷを冷却する冷却装置としての冷却部２０とを備える。冷却部２０は、例えば、焼入油等の冷却液が貯留された冷却液漕で構成される。

加熱装置２は、枠体９（図３，４参照）に支持された加熱コイル３と、加熱コイル３に対して高周波電力を供給する単一の高周波電源４とを備え、加熱コイル３は、軸線方向（棒状ワークＷの軸線方向。以下同様。）に沿って直列に連結された第１加熱部３Ａおよび第２加熱部３Ｂを有する。両加熱部３Ａ，３Ｂは、例えば溶接によって直列に連結される。高周波電源４は、制御装置５と電気的に接続されており、制御装置５から出力される信号に基づいて加熱コイル３に対して所定量の高周波電力を供給する。

図２に模式的に示すように、第１および第２加熱部３Ａ，３Ｂを有する加熱コイル３は、導電性金属からなる管状体（例えば、銅管）を螺旋状に巻き回したいわゆる螺旋コイルからなり、第１加熱部３ＡのコイルピッチＤ１は、第２加熱部３ＢのコイルピッチＤ２よりも小さく設定されている。図１に示すように、第１加熱部３Ａおよび第２加熱部３Ｂの軸線方向寸法は、何れも、棒状ワークＷの軸線方向寸法よりも十分に長寸である。

詳細な図示は省略しているが、加熱装置２には、加熱コイル３を冷却する冷却回路を設けることができる。このような冷却回路を設けておけば、加熱コイル３の温度を適切かつ効率良く制御することができるので、棒状ワークＷを精度良く、しかも効率良く所定温度に誘導加熱することができる。

搬送装置１０は、棒状ワークＷをその軸線回りに回転させながら軸線方向に所定速度（一定速度）で連続的に搬送するように構成されている。このような搬送装置１０は、図３および図５（ａ）に示すように、相互に離間して軸線方向に平行に延び、相手側と協働して棒状ワークＷの外周面を下方側から接触支持する第１軸部材１１および第２軸部材１２と、両軸部材１１，１２をその軸線回りに回転させる回転機構６とを備える。図５（ｂ）に示すように、両軸部材１１，１２は、両者の軸線（回転中心）が同一平面上に位置するように配設されている。図１に示すように、両軸部材１１，１２は、加熱コイル３よりも長寸であり、その軸線方向一方側および他方側の端部は加熱コイル３の外側に突出している。

図４に示すように、回転機構６は、サーボモータ等の電動モータ７と、電動モータ７の回転動力を両軸部材１１，１２に伝達する動力伝達機構８とを備える。電動モータ７は、図示外の電源と電気的に接続されており、制御装置から出力される信号に基づいて所定の回転速度で回転駆動される。本実施形態では、図１に示すように、高周波電源４に制御信号を出力する制御装置５から回転機構６の電動モータ７に対しても制御信号を出力するようにしているが、電動モータ７に対して制御信号を出力する制御装置は、制御装置５とは別に設けることもできる。

図３および図５（ａ）（ｂ）に示すように、第１軸部材１１は、外周面１１ａが径一定の円筒面に形成された中実の円柱軸からなり、第２軸部材１２は、その外周に沿って延びた螺旋状の凸部１３を有する中実のねじ軸からなる。両軸部材１１，１２は、非磁性材料で形成される。非磁性材料としては、高硬度で耐熱性に優れたセラミックス（例えば、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素等）を好ましく使用することができる。

棒状ワークＷの外周面は、螺旋状の凸部１３によって第２軸部材１２の外周に画成される螺旋状溝１４の溝底面１５と、これに対峙する第１軸部材１１の外周面１１ａとの協働で形成されるワーク支持部１６で接触支持される。すなわち、凸部１３のピッチおよび幅寸法は、螺旋状溝１４の溝幅（溝底面１５の軸線方向寸法）をＸ、棒状ワークＷの軸線方向寸法をＹとしたとき、Ｙ＜Ｘの関係式が成立するように設定されている。以上から、搬送装置１０は、それぞれが棒状ワークＷの外周面を下方側から接触支持可能なワーク支持部１６を、軸線方向に離間した複数箇所に有する。なお、例えば、Ｘ＜２Ｙの関係式が成立するようにしておけば、各ワーク支持部１６では単一の棒状ワークＷのみが接触支持されるので、複数の棒状ワークＷを確実に軸線方向に相互に離間した状態で搬送することができる。

動力伝達機構８は、図３および図４に示すように、小ギヤ８ａを有し、連結ピン１７を介して第１軸部材１１の軸線方向一方側の端部に連結されたギヤ軸１８Ａと、小ギヤ８ｂを有し、連結ピン１７を介して第２軸部材１２の軸線方向一方側の端部に連結されたギヤ軸１８Ｂと、枠体９に回転自在に支持され、両小ギヤ８ａ，８ｂに噛合した大ギヤ８ｃと、電動モータ７の出力軸に連結された駆動プーリ８ｄと、大ギヤ８ｃに連結された従動プーリ８ｅと、両プーリ８ｄ，８ｅの外周面に架け渡された無端状のベルト部材（チェーンでも良い）８ｆとを備える。小ギヤ８ａ，８ｂの歯面のピッチは同一であり、また、大ギヤ８ｃのうち、小ギヤ８ａに噛合する歯面のピッチと小ギヤ８ｂに噛合する歯面のピッチは同一である。以上の構成を有する動力伝達機構８により、電動モータ７が駆動されると、第１軸部材１１および第２軸部材１２は同方向に同一速度で回転する。

以上の構成を有する熱処理設備Ａを用いた場合、棒状ワークに対する焼入硬化処理（加熱工程および冷却工程）は、例えば以下の態様で実施される。

焼入硬化処理の実施に先立って、棒状ワークＷの加熱条件が設定される。加熱条件設定は、実地試験や解析ソフトを用いたシミュレーションに基づき、主に、加熱コイル３の出力（高周波電源４から加熱コイル３に対する電力供給量）、および棒状ワークＷの搬送速度（搬送装置１０の駆動速度）をそれぞれ設定することにより行われる。

詳細に説明すると、まずは、棒状ワークＷが第２加熱部３Ｂの対向領域を搬送される際、棒状ワークＷを所定時間焼入温度に保つ（棒状ワークＷを焼入温度で均熱保持する）ことができるように、高周波電源４から加熱コイル３に対する電力供給量が設定され、次いで、棒状ワークＷを焼入温度で均熱保持すべき時間（棒状ワークＷの金属組織中に所定量の炭素を溶け込ませることができる時間）を確保できるように、棒状ワークＷの搬送速度が設定される。最後に、設定した搬送速度で搬送される棒状ワークＷが第１加熱部３Ａの対向領域を搬送される間に、棒状ワークＷが焼入温度以下の所定温度にまで加熱されるように、第１加熱部３ＡのコイルピッチＤ１（図２参照）が調整される。

ここで、棒状ワークＷが第１加熱部３Ａの対向領域を搬送される間に、棒状ワークＷを焼入温度以下の所定温度にまで加熱するには、第１加熱部３Ａの出力を第２加熱部３Ｂの出力よりも高くする必要がある。一方、本実施形態では、単一の高周波電源４から加熱コイル３に対して高周波電力が供給されるため、両加熱部３Ａ，３Ｂに対する電力供給量（両加熱部３Ａ，３Ｂを流れる高周波電流量）に差を設けることはできない。そのため、図２に示すように、第１加熱部３ＡのコイルピッチＤ１は、常に、第２加熱部３ＢのコイルピッチＤ２よりも小さく設定される。これにより、第１加熱部３Ａの出力を、第２加熱部３Ｂの出力よりも大きくし、第１加熱部３Ａの対向領域を搬送される棒状ワークＷを積極的に昇温させることができる。

上記の加熱条件設定作業は、熱処理対象の棒状ワークＷが変更される毎に実施されるが、一旦設定した加熱条件は、制御装置５（図１参照）に記憶させておくことができる。すなわち、制御装置５には、棒状ワークＷの種類に応じた加熱条件を記憶させておくことができ、この場合には、熱処理対象の棒状ワークＷが変更されるいわゆる型番変更時にも、加熱条件を迅速に設定することができる。

加熱条件を設定した後、加熱コイル３に通電すると共に、搬送装置１０を駆動させてから、搬送装置１０に対して棒状ワークＷを供給する。具体的には、図３中に示すワーク投入位置から搬送装置１０に対して棒状ワークＷを投入し、棒状ワークＷの外周面を下方側から接触支持する。ワーク支持部１６は、前述のとおり、第２軸部材１２に画成される螺旋状溝１４の溝底面１５で形成されることから、搬送装置１０が駆動されて両軸部材１１，１２がその軸線回りに回転している間、棒状ワークＷには、これを軸線方向一方側から他方側に加圧する加圧力が連続的に付加される。これにより、棒状ワークＷは、その軸線方向に沿って所定速度で連続的に搬送される。そして、棒状ワークＷは、第１加熱部３Ａの対向領域を搬送される（通過する）のに伴って焼入温度以下の所定温度まで誘導加熱され、次いで、第２加熱部３Ｂの対向領域を搬送される際、焼入温度で所定時間保持される。

以上のようにして誘導加熱され、加熱コイル３の外側に排出された棒状ワークＷは、自由落下により冷却部２０（図１参照）に貯留された冷却液中に投下され、所定の温度域に冷却される。これにより、棒状ワークＷは焼入硬化される。

上記の構成を有する加熱装置２（加熱コイル３）を用いて棒状ワークＷを誘導加熱すれば、軸線方向に沿って所定速度で連続搬送される棒状ワークＷを、第１加熱部３Ａによって焼入温度以下の所定温度に誘導加熱してから、第２加熱部３Ｂによって焼入温度で均熱保持することが、すなわち、棒状ワークＷを図１２に示した温度軌跡を描くように誘導加熱することができる。これにより、棒状ワークＷを効率良く焼入温度に誘導加熱することができる。実際のところ、例えば、棒状ワークＷを、焼入温度としての約９００℃に誘導加熱するに際して上記構成の加熱装置２を適用したところ、図６に示すように、図１２に示す温度軌跡に近似した軌跡を描くようにして棒状ワークＷを加熱することができることが確認できた。

また、第１加熱部３Ａおよび第２加熱部３Ｂは直列に連結され、実質的に単一の加熱コイル３を構成しているので、加熱コイル３に対して単一の高周波電源４を電気的に接続する、という簡素な構成を採用しても棒状ワークＷを上記態様で誘導加熱することができる。

棒状ワークＷを搬送する際、ワーク支持部１６を形成した第１および第２軸部材１１，１２が同方向に回転することから、ワーク支持部１６で支持された棒状ワークＷには、図５（ａ）（ｂ）中に黒塗り矢印で示すように、これをその軸線回りに回転（詳細には、両軸部材１１，１２とは反対方向に回転）させる回転力が連続的に付与される。そのため、搬送装置１０の駆動中、ワーク支持部１６で接触支持された棒状ワークＷには、これを軸線方向に沿って連続的に搬送するための加圧力と、これをその軸線回りに連続的に回転させるための回転力とが同時に付与される。すなわち、搬送装置１０によって搬送される棒状ワークＷは、その軸線回りに連続的に回転しながら誘導加熱されることになる。これにより、加熱完了後の棒状ワークＷに温度ムラを生じさせることなく、棒状ワークＷの各部を均一に誘導加熱することができる。従って、この棒状ワークＷを冷却した後には、周方向、軸線方向および深さ方向の各部で機械的強度等に差がない高品質の棒状ワークＷを得ることができる。

特に、本実施形態では、ワーク支持部１６を形成する第１および第２軸部材１１，１２の回転速度が同一となるように動力伝達機構８が構成されていることから、ワーク支持部１６で接触支持された棒状ワークＷを滑らかに連続回転させることができる。また、両軸部材１１，１２が非磁性材料で形成されることから、棒状ワークＷと両軸部材１１，１２の接触部分で伝熱冷却が生じるのを可及的に防止することができる。従って、加熱完了後の棒状ワークＷに温度ムラが生じるのを一層効果的に防止することができる。

本実施形態に係る加熱装置２（熱処理設備１）では、図３中に示すワーク投入位置から、搬送装置１０に対して所定の間隔を空けて棒状ワークＷを一個ずつ投入することにより、複数の棒状ワークＷを軸線方向に相互に離間した状態で搬送しながら、該複数の棒状ワークＷを同時に誘導加熱することができる。この場合、各棒状ワークＷを、隣接する棒状ワークＷの熱影響を受けることなく精度良く加熱することができる。

以上、本発明の実施の形態の一例について具体的に説明を行ったが、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、加熱コイル３を構成する第１加熱部３Ａの出力（コイルピッチＤ１）は、図６に示したように、棒状ワークＷを焼入温度（図示例では９００℃）よりも低い所定温度（図示例では約８００℃）にまで加熱するように設定することができる他、棒状ワークＷを焼入れ温度程度にまで加熱するように設定することも可能である。

また、特に、搬送装置１０を構成する第１および第２軸部材１１，１２に撓みが生じるおそれがある場合には、図７に示すように、両軸部材１１，１２の外周面のうち、ワーク支持部１６を形成する領域以外の領域を接触支持する支持部材（サポートローラ）１９を設けても良い。このようなサポートローラ１９を設けておけば、両軸部材１１，１２に撓みが生じるのを可及的に防止することができるので、棒状ワークＷを精度良く支持・搬送可能とし、棒状ワークＷを精度良く誘導加熱することができる。

また、以上で説明した実施形態では、第２軸部材１２のみに螺旋状の凸部１３を設け、この凸部１３によって第２軸部材１２に画成される螺旋状溝１４の溝底面１５と、これに対峙する第１軸部材１１の円筒状外周面１１ａとの協働で棒状ワークＷの外周面を接触支持するワーク支持部１６を形成したが、第１軸部材１１および第２軸部材１２の双方に螺旋状の凸部１３を設け、両軸部材１１，１２のそれぞれに形成される螺旋状溝１４の溝底面１５の協働でワーク支持部１６を形成するようにしても構わない。

また、以上で説明した実施形態では、棒状ワークＷをその軸線回りに滑らかに連続回転させるために両軸部材１１，１２の軸線回りの回転速度を同一としたが、棒状ワークＷをその軸線回りに回転させることができるのであれば、両軸部材１１，１２の回転速度は互いに異ならせても構わない。両軸部材１１，１２の回転速度を互いに異ならせるには、例えば、第１軸部材１１に設けられる小ギヤ８ａおよびこれに噛合う大ギヤ８ｃの歯面のピッチと、第２軸部材１２に設けられる小ギヤ８ｂおよびこれに噛合う大ギヤ８ｃの歯面のピッチとを互いに異ならせれば良い。

また、以上で説明した回転機構６はあくまでも一例であり、その他の回転機構６を採用しても構わない。例えば、電動モータを２つ設け、一方の電動モータの出力軸に第１軸部材１１を連結すると共に、他方の電動モータの出力軸に第２軸部材１２を連結することも可能である。

また、以上で説明した搬送装置１０はあくまでも一例であり、搬送中の棒状ワークＷをその軸線回りに回転させる必要がないような場合には、その他の構成を有する搬送装置１０（例えば、搬送コンベヤ）を採用しても構わない。

また、加熱コイル３を構成する第１加熱部３Ａと第２加熱部３Ｂは分離可能に連結することも可能である。図８はその一例であり、両加熱部３Ａ，３Ｂの間に配置した導電性金属からなる管状の連結部材３Ｃに対し、第１加熱部３Ａの端部と第２加熱部３Ｂの端部とを嵌合することで加熱コイル３を構成している。この場合、例えば、熱処理対象の棒状ワークＷの変更（型番変更）に伴って、両加熱部３Ａ，３Ｂの何れか一方又は双方のコイルピッチ等を変更する必要が生じた際にも、コイルピッチが異なるものに交換すれば良く、煩雑なコイルピッチの調整作業を省略することができる。従って、型番変更時の段取り作業を迅速化することができる。

また、加熱装置２に設けるべき加熱コイルは、以上で説明した螺旋コイル以外のものを使用することも可能であり、その具体例を図９〜１１を参照しながら説明する。なお、図９は、他の実施形態に係る加熱コイル３２の平面図、図１０は、図９のＣ−Ｄ−Ｅ−Ｆ線矢視断面図、図１１は、図１０を同図中の矢印Ｇ方向から見た図であり、この加熱コイル３２を図１に示す熱処理設備１に組み込んで使用する際には、図１０および図１１に示すものを時計回りに９０°回転させて使用する。

図９〜１１に示す加熱コイル３２は、搬送中の棒状ワークＷの径方向外側に配置されるコイル部３１ａを有する複数のコイル部材３１と、コイル部材３１のそれぞれを、コイル部３１ａ同士の同軸を維持しつつ、軸方向移動可能に支持した枠体２１と、隣り合う２つのコイル部材３１を電気的に接続する接続部品２３とを備える。

図９に示すように、各コイル部材３１は、棒状ワークＷを囲繞可能に周方向で有端のリング状に形成されたコイル部３１ａを有する。また、各コイル部材３１は、コイル部３１ａの周方向一端部および他端部から延び、接続部品２３や、冷却回路を構成する連通部材２９が取り付けられる第１延長部３１ｂおよび第２延長部３１ｃを有する。各コイル部材３１は、例えば銅管を湾曲等させることで有端状に形成され、少なくともコイル部３１ａは、その延在方向（周方向）の各部が同一平面上に位置している。そして、図１０，１１に示すように、各コイル部材３１は、そのコイル部３１ａの中心軸を他のコイル部材３１のコイル部３１ａの中心軸と一致させた状態で枠体２１に支持されている。

図９〜図１１に示すように、枠体２１は、コイル部材３１の径方向外側で周方向に離間した複数箇所（図示例では三箇所）に配置された支持枠２１ｂと、支持枠２１ｂの端部が固定された基枠２１ａとを有し、各コイル部材３１は、支持枠２１ｂに固定された支持部品２２を介して枠体２１に支持されている。各支持枠２１ｂには、コイル部材３１の軸線方向の移動を案内するためのガイド部２１ｃが設けられている。ガイド部２１ｃは、軸方向に延びた長穴状の貫通穴で構成される。なお、枠体２１は非磁性材料で形成されている。

各支持部品２２は、径方向内側の端部がコイル部材３１の外周に固定されたナット３１ｄに締結されると共に、径方向外側の端部付近が支持枠２１ｂのガイド部２１ｃに挿通されたボルト部材２２ａと、支持枠２１ｂの径方向内側および外側にそれぞれ配置され、相対的に接近および離反移動可能にボルト部材２２ａに螺着された第１および第２のナット２２ｂ，２２ｃとを備える。このような構成から、各コイル部材３１は、その周方向三箇所に設けられた支持部品２２のそれぞれにおいて、ナット２２ｂ，２２ｃを相対的に接近移動させて支持枠２１ｂを挟持すると、軸線方向の所定位置で固定的に支持される。また、これとは逆に、各支持部品２２においてナット２２ｂ，２２ｃを相対的に離反移動させ、支持枠２１ｂの挟持力を解放すると、コイル部材３１の軸線方向移動、すなわちコイル部材３１の軸線方向における固定位置や姿勢を調整することが可能となる。

この加熱コイル３２は、隣り合う２つのコイル部材３１，３１を電気的に接続した接続部品２３を有することから、軸線方向一方側および他方側の端部にそれぞれ配置されたコイル部材３１が高周波電源４（図１を参照）と電気的に接続される。ここで、以下、隣り合う２つのコイル部材３１を説明する際には、便宜上、相対的に棒状ワークＷの搬送方向前方側（図１１において上側）に配置されるコイル部材３１を「コイル部材３１Ａ」ともいい、また、相対的に棒状ワークＷの搬送方向後方側（図１１において下側）に配置されるコイル部材３１を「コイル部材３１Ｂ」ともいう。但し、図９〜図１１においては符号３１Ａ，３１Ｂを示していない。

図１１に詳細に示すように、各接続部品２３は、直線状をなしたリンク部材２４と、リンク部材２４の一端をコイル部材３１Ｂの第２延長部３１ｃに対して回転可能に連結した第１連結部材２５と、リンク部材２４の他端をコイル部材３１Ａの第１延長部３１ｂに対してスライドおよび回転可能に連結した第２連結部材２６とを備える。接続部品２３のうち、少なくともリンク部材２４は導電性を有する金属材料（金属剛体）で形成されており、リンク部材２４はコイル部材３１（３１Ａ，３１Ｂ）に直接接触している。従って、隣り合う２つのコイル部材３１Ａ，３１Ｂは、接続部品２３を介して電気的のみならず機械的にも接続されている。リンク部材２４の他端側には長穴状の貫通穴２４ａが設けられており、この貫通穴２４ａを介して第２連結部材２６がコイル部材３１Ａに締結されることにより、リンク部材２４はコイル部材３１Ａに対してスライドおよび回転可能となっている。従って、隣り合う２つのコイル部材３１Ａ，３１Ｂの離間距離（コイルピッチ）は、貫通穴２４ａの長手方向寸法の範囲内であれば無段階で調整することができるので、コイルピッチの調整作業を適切にかつ効率良く実施することができる。

この加熱コイル３２には、各コイル部材３１を冷却するための冷却回路を設けることができる。冷却回路は、棒状ワークＷの搬送方向後方側の端部に配置されたコイル部材３１の自由端に給水管２８ａを接続すると共に、棒状ワークＷの搬送方向前方側の端部に配置されたコイル部材３１の自由端に排水管２８ｂを接続し、かつ、隣り合う２つのコイル部材３１Ａ，３１Ｂの内部空間を連通部材２９を介して連通させることによって構成される。連通部材２９は、可撓性材料、ここではゴム材料で形成された管状体からなり、その一端および他端は、コイル部材３１Ａ，３１Ｂの自由端にそれぞれ接続される。連通部材２９が可撓性材料で形成されていることにより、連通部材２９とコイル部材３１Ａ，３１Ｂの接続状態を解消せずにコイルピッチを調整することができる。なお、図面の煩雑化を回避するため、連通部材２９は図９にのみ示している。

ここで、冷却水の流れを図９に基づいて簡単に説明する。図示外の冷却水タンクから供給された冷却水は、図９中に白抜き矢印で示すように、給水管２８ａを介して棒状ワークＷの搬送方向後方側の端部に配置されたコイル部材３１の内部空間に流入し、その後、連通部材２９の内部空間およびコイル部材３１の内部空間を交互に流通する。そして、棒状ワークＷの搬送方向前方側の端部に配置されたコイル部材３１の内部空間を流通した冷却水は、配水管２８ｂを介して外部に排出される。

本実施形態の加熱コイル３２は、主に以上の構成を有し、実使用する際には、隣り合う２つのコイル部材３１Ａ，３１Ｂの離間距離（コイルピッチ）が適宜調整される。具体的には、図１０および図１１に示すように、棒状ワークＷの搬送方向後方側に配置される複数のコイル部材３１間の離間距離を相対的に密に設定する一方、棒状ワークＷの搬送方向前方側に配置される複数のコイル部材３１間の離間距離を相対的に疎に設定する。これにより、図１０および図１１に示すように、加熱コイル３２には、棒状ワークＷを積極的に加熱可能な第１加熱部３Ａ、および棒状ワークＷを均熱保持可能な第２加熱部３Ｂが形成される。

前述したとおり、このような加熱コイル３２を用いれば、図２等に示す螺旋コイルからなる加熱コイル３を用いる場合に比べ、コイルピッチを容易に調整することができる。そのため、棒状ワークＷの型番変更等にも容易に対応することができる。

以上の説明では、棒状ワークＷとして円すいころ（の基材）を例示したが、本発明は、円筒ころ軸受の円筒ころや針状ころ軸受の針状ころをはじめとするその他の棒状ワークＷに熱処理を施す場合にも好ましく適用することができる。また、本発明は、上述した各種ころ等の中実の棒状ワークＷのみならず、中空の棒状ワークＷを誘導加熱する場合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 熱処理設備
２ 加熱装置
３ 加熱コイル
３Ａ 第１加熱部
３Ｂ 第２加熱部
４ 高周波電源
６ 回転機構
８ 動力伝達機構
１０ 搬送装置
１１ 第１軸部材
１２ 第２軸部材
１３ 螺旋状の凸部
１４ 螺旋状溝
１５ 溝底面
２０ 冷却部（冷却装置）
Ｄ１ 第１加熱部のコイルピッチ
Ｄ２ 第２加熱部のコイルピッチ
Ｗ 棒状ワーク

Claims (11)

1. 断面円形の外周面を有する棒状ワークをその軸線方向に沿って所定速度で搬送する搬送装置と、搬送中の前記棒状ワークを焼入温度に誘導加熱するための加熱コイルを有する加熱装置と、を備えた熱処理設備であって、
   前記加熱コイルは、軸線方向に沿って直列に連結された第１加熱部および第２加熱部を有し、前記第１加熱部のコイルピッチが相対的に小さく、前記第２加熱部のコイルピッチが相対的に大きいことを特徴とする熱処理設備。
2. 前記第２加熱部が前記第１加熱部よりも軸線方向寸法が長寸である請求項１に記載の熱処理設備。
3. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが分離可能に連結されている請求項１又は２に記載の熱処理設備。
4. 前記搬送装置は、相互に離間して軸線方向に平行に延び、相手側と協働して前記棒状ワークの外周面を接触支持する第１軸部材および第２軸部材と、両軸部材をその軸線回りに同方向に回転させる回転機構とを備え、
   前記第１軸部材および前記第２軸部材の少なくとも一方が、その外周に沿って延びた螺旋状の凸部を有し、該凸部によって画成される螺旋状溝の溝底面に前記棒状ワークの外周面が接触する請求項１〜３の何れか一項に記載の熱処理設備。
5. 前記第１軸部材および前記第２軸部材の一方が前記凸部を有するねじ軸からなり、他方が径一定の円柱軸からなる請求項４に記載の熱処理設備。
6. 前記加熱装置で前記焼入温度に加熱された前記棒状ワークを冷却する冷却装置をさらに有する請求項１〜５の何れか一項に記載の熱処理設備。
7. 前記棒状ワークが、炭素含有量０．８質量％以上の鋼材からなる請求項１〜６の何れか一項に記載の熱処理設備。
8. 前記棒状ワークが、ころ軸受用のころである請求項１〜７の何れか一項に記載の熱処理設備。
9. 断面円形の外周面を有する棒状ワークを、その軸線方向に沿って所定速度で搬送しながら通電状態の加熱コイルの対向領域を通過させることにより、前記棒状ワークを焼入温度に誘導加熱する加熱工程を有する熱処理方法であって、
   前記加熱工程では、軸線方向に沿って直列に連結された第１加熱部および第２加熱部を有し、前記第１加熱部のコイルピッチが相対的に小さく、前記第２加熱部のコイルピッチが相対的に大きい前記加熱コイルを使用することを特徴とする熱処理方法。
10. 前記加熱工程では、前記棒状ワークをその軸線回りに回転させながら搬送する請求項９に記載の熱処理方法。
11. 前記加熱工程では、複数の前記棒状ワークを、軸線方向に相互に離間した状態で搬送する請求項９又は１０に記載の熱処理方法。

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