JP2019157166A - ワークの焼き戻し方法、及びこの方法で得られた機械部品 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れた焼き戻し方法を提供する。【解決手段】本発明に係るワークの焼き戻し方法は、ワークＷを加熱する加熱工程Ｓ２１と、加熱工程Ｓ２１で加熱されたワークＷを冷却する冷却工程Ｓ２２とを備え、加熱工程Ｓ２１は、誘導加熱によりワークＷを狙い温度ｒ１まで加熱する昇温工程Ｓ２１１と、所定幅の温度域Ｒの範囲内で昇温後のワークＷが所定時間の間保温されるように、誘導加熱によるワークＷの加熱を制御する保温工程Ｓ２１２とを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、ワークの焼き戻し方法、及びこの方法で得られた機械部品に関し、特に高温環境下で使用される機械部品に適した焼き戻し技術に関する。

例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる機械部品の製造過程においては、機械部品に必要とされる機械的強度等を付与するための熱処理（焼入硬化処理）を実施した後、例えば残留応力の緩和や残留オーステナイトの低減化を目的として、焼き戻し処理を実施するのが一般的である。

ここで、焼き戻し処理には、例えば電気炉等による雰囲気加熱で、炉内に配置されたワークを加熱する方法の他、短時間での加熱を目的として、誘導加熱によりワークを加熱する方法（例えば、特許文献１を参照）などが知られている。

特開２０１１−１４４４４８号公報

ところで、高温環境下で使用される軸受においては、使用時、高温に晒されることで、軸受に含まれる残留オーステナイトが変態して、過大な寸法変化が生じる傾向にある。そのため、この種の用途に用いられる製品（軸受）については、残留オーステナイト量を通常の製品よりも更に低減化する必要が生じる。具体的には、焼き戻し処理時の温度（例えば最高温度）を、通常の焼き戻し処理の場合よりも高温域に設定する必要が生じる。

電気炉などの雰囲気加熱装置は、温度制御が比較的容易である一方で、昇温速度に限界があるため、どうしても昇温に多大な時間を要する。そのため、上述の理由で、高温域に焼き戻し条件（加熱条件）を設定すると、処理時間が今まで以上に長くなり、生産性の悪化が避けられない。

誘導加熱は、金属部品の温度を上げる際のエネルギー効率が高いため、雰囲気加熱と比べて短時間で高温域までワークを加熱することができる。しかしながら、従来よりも高温域（例えば２５０℃以上）にまでワークを加熱した場合、残留オーステナイト量が低減化するだけでなく、ワークの硬さも大きく低下するおそれが生じる。そのため、単に、誘導加熱でワークを高温域まで加熱し、冷却しただけでは、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることは難しい。

以上の実情に鑑み、本明細書では、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れた焼き戻し方法を提供することを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るワークの焼き戻し方法によって達成される。すなわち、この方法は、ワークを加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱されたワークを冷却する冷却工程とを備え、加熱工程及び冷却工程における温度履歴を制御することで、ワークに焼き戻し処理を施す、ワークの焼き戻し方法において、加熱工程は、誘導加熱によりワークを狙い温度まで加熱する昇温工程と、所定幅の温度域の範囲内で昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、誘導加熱によるワークの加熱を制御する保温工程とを有する点をもって特徴付けられる。

本発明者らは、所定幅の温度域内で昇温後のワークを所定時間の間保温することにより、焼き戻し処理後のワークに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化し、かつワークの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる場合があることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたもので、誘導加熱によりワークを狙い温度まで加熱することにより（昇温工程）、従来よりも短時間でワークを所定の高温域にまで加熱することができる。また、昇温後のワークを上述のように所定幅の温度域の範囲内で所定時間の間保温することにより、焼き戻し処理後の残留オーステナイト量と硬さを共に許容範囲内に収めることができる。また、ワークを上記温度域内で保温するための加熱制御を、誘導加熱により実施するようにしたので、一台の誘導加熱装置で足り、保温のために誘導加熱装置とは別の加熱装置（雰囲気加熱装置など）を設けずに済む。これにより、省スペース化と共に設備コストの低減化を図ることも可能となる。以上より、本発明によれば、ワークに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化できると共に、ワークの硬さを所定範囲内に収めることができるので、高温環境下での使用にも適した機械部品を得ることができる。また、昇温に要する時間が短くて済み、設備コストの高騰を避けることもできるので、生産性の面でも従来に比べて優位である。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて所定幅の温度域としての許容温度域を設定し、この許容温度域の範囲内でワークが所定時間の間保温されるように、誘導加熱によるワークの加熱を制御してもよい。

このように、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて許容温度域を設定することにより、より短い保温時間でもって、残留オーステナイト量と硬さを共に許容範囲内に収めることが可能となる。従って、更なる生産性の向上が可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、昇温工程で、ワークの温度が許容温度域の上限を超えないように、前記ワークの加熱を制御してもよい。

このように、昇温工程で、ワークの温度が許容温度域の上限を超えないように、ワークの加熱を制御しておけば、昇温時にワークを必要以上に加熱することにより、焼き戻し処理後の硬さが所要レベル以下にまで低下する事態をより確実に防止することができる。また、ワークを狙い温度にまで加熱した後、スムーズに保温工程に移行することができる。よって、昇温工程から保温工程までの一連の工程を無駄なく短時間で処理することができ、生産性の一層の向上が期待できる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークに複数の温度測定点を設けて、誘導加熱により複数の温度測定点のうち最も昇温し易い易昇温点を予め求めておき、昇温工程及び保温工程で、易昇温点の温度が許容温度域の上限を超えないように、ワークの加熱を制御してもよい。

誘導加熱は、ワークを短時間で昇温できる一方で、ワークの形状によっては昇温速度にばらつきが生じ易い側面を有する。この点に鑑み、上述のようにして、ワークのうち誘導加熱により昇温し易い易昇温点を予め求めておき、焼き戻しに係る一連の熱処理工程（昇温工程、保温工程）で、易昇温点の温度が許容温度域の上限を超えないように、ワークの加熱を制御することにより、ワークが部分的に過熱される事態についても回避することができる。よって、ワークの熱処理後の硬さをその全域にわたって均質化しつつ許容範囲内に収めることが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、許容温度域の範囲内で昇温後のワークが保温され得る誘導加熱の出力パターンを予め設定しておき、保温工程で、誘導加熱の出力パターンに基づいてワークの加熱を制御してもよい。

このように、許容温度域の範囲内で昇温後のワークが保温され得る誘導加熱の出力パターンを予め設定しておくことで、保温工程の際、ワークの温度を直接測定することなく許容温度域の範囲内でワークの温度を制御することができる。これにより、簡易かつ迅速に保温に係る加熱制御を実施することが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークの昇温時の狙い温度と残留オーステナイト量との関係に基づき、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定すると共に、ワークの昇温時の狙い温度と硬さとの関係に基づき、硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定し、これら第一温度下限値よりも大きな領域と、第二温度上限値と第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、許容温度域を設定してもよい。

残留オーステナイト量は、加熱温度（正確には昇温工程時の狙い温度）が上昇するにつれて低下し、硬さもまた加熱温度が上昇するにつれて低下する。そのため、これらの傾向に基づき、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて、上述のように、第一温度下限値を設定し、かつ第二温度上限値及び第二温度下限値を設定する。そして、これら第一温度下限値よりも大きな領域と、第二温度上限値と第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、許容温度域を設定することにより、ワークの種類（特に材質）ごとに最適な許容温度域を的確に設定することが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、許容温度域が２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定されてもよい。

また、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、ワークの保温時間が３分以上でかつ６分以下に設定されてもよい。

このように、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合には、例えば上述した設定手法を用いることで、適切な許容温度域が具体的に導出される。よって、適正な許容温度域内でワークを保温することができ、これにより焼き戻し処理後のワークに適切な残留オーステナイト量と硬さとを安定的に付与することが可能となる。

また、以上述べたように、本発明に係るワークの焼き戻し方法は、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れているため、例えば転がり軸受の軌道輪（外輪、内輪）のような機械部品の量産品に熱処理を施すための方法として好適である。

以上述べたように、本発明によれば、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れた焼き戻し方法を提供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工程の全体の流れを示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）ともに、図１に示す焼き戻し工程の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る焼き戻し装置の全体概要を示す断面図である。 加熱装置の断面図である。 誘導加熱装置の断面図である。 図２に示す焼き戻し工程の間の（ａ）温度履歴と、（ｂ）誘導加熱装置の出力履歴を示すグラフである。 焼き戻し処理時における（ａ）加熱温度と残留オーステナイト量との関係を概念的に示すグラフと、（ｂ）加熱温度と硬さとの関係を概念的に示すグラフ、及び（ｃ）許容温度域の範囲を概念的に示すグラフである。 ワークの表面に設けた複数の温度測定点の位置を示す断面図の一例である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理工程の全体の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、本発明に係る熱処理工程は、対象となるワークＷ（図２を参照）に焼入れ処理を施す焼入れ工程Ｓ１と、焼入れ後のワークＷに焼き戻し処理を施す焼き戻し工程Ｓ２とを備える。また、焼入れ工程Ｓ１と焼き戻し工程Ｓ２の後にはそれぞれ、洗浄工程Ｓ３，Ｓ５と、検査工程Ｓ４，Ｓ６とを備える。なお、これら洗浄工程Ｓ３，Ｓ５や検査工程Ｓ４，Ｓ６は、必要に応じてその一部又は全部を省略可能である。もしくは図示は省略するが、必要に応じて、焼入れ工程Ｓ１又は焼き戻し工程Ｓ２の後に、研磨工程などを追加してもよい。

ここで、焼き戻し工程Ｓ２は、図２（ａ）に示すように、焼入れ後のワークＷを加熱する加熱工程Ｓ２１と、加熱したワークＷを冷却する冷却工程Ｓ２２とを備える。また、加熱工程Ｓ２１は、図２（ｂ）に示すように、ワークＷを誘導加熱により狙い温度ｒ１にまで加熱する昇温工程Ｓ２１１と、狙い温度ｒ１にまで加熱したワークＷを同じく誘導加熱により保温する保温工程Ｓ２１２とを有する。

図３は、図２に示す焼き戻し工程Ｓ２に使用する熱処理装置（焼き戻し装置１０）の正面図である。この焼き戻し装置１０は、搬送路１１上を所定の方向に搬送される複数のワークＷに対して連続的に焼き戻し処理を施すように構成されたもので、搬送路１１の上流側に配設される加熱装置１２と、加熱装置１２よりも搬送路１１の下流側に配設される冷却装置１３とを備える。以下、まず焼き戻し装置１０の構成について加熱装置１２を中心に説明し、次いで、この焼き戻し装置１０を用いた焼き戻し方法（焼き戻し工程Ｓ２）の一例を説明する。

ここで、対象となるワークＷの形状は原則として任意であり、例えば環状をなすものであってもよい。また、ワークＷの材質についても原則任意であり、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼を挙げることができる。また、用途の面から見たワークＷの種類についても任意であり、例えば転がり軸受の外輪、内輪をはじめとして、滑り軸受、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（の基材）などが対象となり得る。

加熱装置１２は、例えばワークＷを一個ずつ加熱するためのもので、本実施形態では、図４に示すように、搬送路１１上を所定の方向に搬送される複数のワークＷを一個ずつ支持可能な支持部１４と、支持部１４を昇降駆動する昇降部１５と、支持部１４の上方に位置する誘導加熱装置１６とを主に備える。誘導加熱装置１６は、例えば銅管等の導電性金属で環状に形成された加熱コイル１７（図５では二巻状の加熱コイル１７，１７を例示している）と、加熱コイル１７に電力を供給する電源１８とを有しており、昇降部１５により支持部１４を上昇させることで、支持部１４上に載置された状態のワークＷを加熱コイル１７の内周に導入可能としている。この場合、昇降部１５の中心線と、加熱コイル１７の中心線とが一致していることが望ましい。また、図示は省略するが、支持部１４と、支持部１４と連結される昇降部１５の一部が上記中心線まわりに回転できるように構成してもよい。また、同様に図示は省略するが、搬送路１１上を搬送されるワークＷを支持部１４上の所定位置で停止可能なように、搬送路１１又はその周囲の上面に対して出没可能なピンなどの位置決め部を設けてもよい。

上記構成の加熱装置１２は、例えば図４に示すように、誘導加熱装置１６等の周囲を囲む壁部１９をさらに有するものであってもよい。この場合、加熱装置１２の内部空間の雰囲気温度を、図示しない所定の温度調整装置により調整することも可能となる。図４中、符号２０で示す部材は、搬送路１１の上流側で加熱装置１２の入口側開口部１２ａを開閉する第一開閉手段、符号２１で示す部材は、搬送路１１の下流側で加熱装置１２の出口側開口部１２ｂを開閉する第二開閉手段である。もちろん、特段の雰囲気温度制御が必要ない（昇温工程Ｓ２１１及び保温工程Ｓ２１２でワークＷの温度を十分に制御可能な）場合には、壁部１９は不要である。

以上の構成を有する加熱装置１２は、搬送路１１上で、冷却装置１３と通路室２２を介してつながっている（図３を参照）。これにより、加熱装置１２内に搬入されたワークＷが通路室２２を通って冷却装置１３内に搬入されるようになっている。

また、ワークＷを搬送路１１に沿って搬送するための手段としては任意であり、例えば図示は省略するが、加熱装置１２及び冷却装置１３の底部に跨るようにして配設された搬送コンベア、あるいは動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ）などを採用することができる。

冷却装置１３は、加熱装置１２により所定の温度履歴を伴って加熱されたワークＷを冷却する冷却工程を実施するための装置であり、冷却の方式に応じた装置構成をとる。例えば空冷であれば冷却装置１３の内部空間は図示しない温度調整装置により所定の雰囲気温度に管理されており、冷却装置１３内に搬入されたワークＷが所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。あるいは、水冷であれば冷却装置１３は図示しない冷却液の液槽を有しており、冷却装置１３内に搬入されたワークＷを冷却液中に浸漬することで所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。

次に、焼き戻し処理の温度条件（温度履歴）について、図４を参照しながら図６にて説明する。

本発明に係る焼き戻し方法（焼き戻し工程Ｓ２）では、図６（ａ）に示すように、昇温開始時温度ｒ０から狙い温度ｒ１まで誘導加熱によりワークＷを昇温する（昇温工程Ｓ２１１）。この際、昇温速度は例えば一定とし、加熱開始時から時間が経過するにつれて温度が上昇するようにワークＷを連続的に加熱する。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、ワークＷが狙い温度ｒ１に到達するまでの間、誘導加熱装置１６の昇温工程Ｓ２１１時の出力（昇温時出力ｐ１）を一定の値に維持することで、図６（ａ）に示す温度履歴を実現可能としている。

次に、狙い温度ｒ１まで加熱したワークＷを所定幅の温度域、具体的には、ワークＷに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて設定される許容温度域Ｒの範囲内で昇温後のワークＷが所定時間の間保温されるように（図６（ａ）を参照）、誘導加熱によりワークＷを加熱する。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、所定時間の間（保温開始時ｔ１から保温終了時ｔ２までの間）、誘導加熱装置１６の保温工程Ｓ２１２時の出力を適度な出力レベルで上げ下げすることにより、ワークＷの温度を許容温度域Ｒ（許容温度上限値ｒ２と許容温度下限値ｒ３との間の領域）の範囲内に維持する。この場合、保温工程Ｓ２１２時の出力レベル（例えば保温時上限出力ｐ２）は、昇温工程Ｓ２１１時の出力レベル（昇温時出力ｐ１）よりも低く設定される。

ここで、許容温度域Ｒは、例えば以下のようにして設定される。まず、ワークＷの昇温時の狙い温度ｒ１を変化させたときのワークＷの熱処理後（焼き戻し後）の残留オーステナイト量を測定する。そして、測定した残留オーステナイト量と狙い温度ｒ１との関係に基づき、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定する。本実施形態では、図７（ａ）に示すように、測定した複数の残留オーステナイト量の値に基づいて、狙い温度ｒ１と残留オーステナイト量との関係を示す近似曲線Ｃ１，Ｃ２を導出する。図７（ａ）において、Ｃ１は、残留オーステナイト量の測定値のばらつきを考慮した場合のばらつきの上限側の近似曲線を示しており、Ｃ２は、残留オーステナイト量の測定値のばらつきの下限側の近似曲線を示している。ここで、例えば残留オーステナイト量の許容上限値をＱ１とした場合、上限側近似曲線Ｃ１に基づき、許容上限値Ｑ１に対応する狙い温度ｒａ１を算出する。この狙い温度ｒａ１よりも高い温度域Ｒ１が、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる温度域（第一許容温度域）であり、その際の狙い温度ｒａ１が本発明でいう第一温度下限値となる。

次に、ワークＷの昇温時の狙い温度ｒ１を変化させたときのワークＷの熱処理後（焼き戻し後）の硬さを測定する。硬さの種類は特に問わないが、例えばロックウェル硬さを測定する。そして、測定した硬さと狙い温度ｒ１との関係に基づき、硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定する。本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、測定した複数の硬さの値に基づいて、狙い温度ｒ１と硬さとの関係を示す近似曲線Ｃ３，Ｃ４を導出する。図７（ｂ）において、Ｃ３は、硬さの測定値のばらつきを考慮した場合のばらつきの上限側の近似曲線を示しており、Ｃ４は、硬さの測定値のばらつきの下限側の近似曲線を示している。ここで、例えば硬さの許容上限値をＨ１、許容下限値をＨ２とした場合、上限側近似曲線Ｃ３に基づき、許容上限値Ｈ１に対応する狙い温度ｒｂ１を算出する。また、下限側近似曲線Ｃ４に基づき、許容下限値Ｈ２に対応する狙い温度ｒｂ２を算出する。これら狙い温度ｒｂ１，ｒｂ２の間の温度域Ｒ２が、硬さが許容範囲内に収まる温度域（第二許容温度域）であり、またその際の狙い温度ｒｂ１，ｒｂ２がそれぞれ本発明でいう第二温度上限値と第二温度下限値となる。

このように、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一許容温度域Ｒ１と、硬さが許容範囲内に収まる第二許容温度域Ｒ２とを求めた後、第一許容温度域Ｒ１と第二許容温度域Ｒ２とが重複する範囲内で、許容温度域Ｒ（図６（ａ）を参照）を設定する。本実施形態の場合、図７（ｃ）に示すように、第一許容温度域Ｒ１と第二許容温度域Ｒ２とが重複する範囲全体を許容温度域Ｒとしている。このようにして、保温時の許容温度域Ｒが設定され得る。

そして、最後に、許容温度域Ｒの範囲内で所定時間の間保温されたワークＷを冷却する。本実施形態では、誘導加熱装置１６からワークＷを離脱させ、冷却装置１３に搬送する（図４等を参照）。これにより、ワークＷを所定の冷却速度で所定の温度ｒ４まで冷却し、ワークＷに焼き戻し処理を施す（冷却工程Ｓ２２）。この間、誘導加熱装置１６の出力は零である。

本実施形態では、例えば上述した温度履歴を辿るように、図６（ｂ）に示す誘導加熱装置１６の出力パターンを予め制御部２３（図４を参照）に記憶させておき、加熱工程Ｓ２１（昇温工程Ｓ２１１、保温工程Ｓ２１２）及び冷却工程Ｓ２２において、上記記憶させておいた出力パターンに基づいて制御部２３が電源１８に指令を送る。これにより、加熱コイル１７（図４及び図５を参照）に所定パターンの電力が供給され、図６（ａ）に示す温度履歴をワークＷに付与し得る。

次に、上記構成の焼き戻し装置１０を用いたワークＷの焼き戻し方法の一例を説明する。

（Ｓ２１）加熱工程
（Ｓ２１１）昇温工程
この工程では、まず図４に示す第一開閉手段２０により加熱装置１２の入口側開口部１２ａを開口した状態で、搬送路１１上を所定の方向に搬送されるワークＷを加熱装置１２の内部に搬入する。この時点では、支持部１４の上面は、搬送路１１と同一平面レベルにある。また、誘導加熱装置１６の出力は零（図６（ｂ）を参照）もしくは零に近いレベルにある。そして、ワークＷが支持部１４上に到達すると、必要に応じてワークＷの支持部１４に対する水平方向の位置決めを伴って、昇降部１５により支持部１４を上昇させる。これにより、支持部１４上に載置された状態のワークＷが誘導加熱装置１６の所定位置、本実施形態では誘導加熱装置１６の加熱コイル１７の内周所定位置に導入され、保持される（図４を参照）。この状態で、制御部２３は電源１８に指令を送り、加熱コイル１７に所定パターンの電力を供給することにより、ワークＷの加熱を開始し、ワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱する（図６（ａ）及び（ｂ）を参照）。上述した誘導加熱は、いわゆる低周波域（〜数ｋＨｚ）で実施するのがよい。これによりワークＷの表層部だけでなく芯部まで高温に加熱することができる。なお、この間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）、ワークＷの温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ２）を超えないように、制御部２３によりワークＷの加熱を制御するのがよい。この場合、狙い温度ｒ１は、許容温度域Ｒの範囲内（許容温度下限値ｒ３以上でかつ許容温度上限値ｒ２以下）に設定される。また、加熱している間、支持部１４を制御部２３により軸回転させて昇温させてもよい。支持部１４を軸回転させることによって支持部１４上のワークＷ全体が均等に昇温される。

（Ｓ２１２）保温工程
このようにしてワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱した後、ワークＷを引き続き誘導加熱装置１６の所定位置（加熱コイル１７の内周所定位置）に保持した状態で、ワークＷの保温を行う。具体的には、図６（ｂ）等に示す出力パターンに基づいて制御部２３が電源１８に指令を送り、誘導加熱装置１６（加熱コイル１７）によるワークＷの加熱を制御する。これにより、ワークＷの温度が許容温度域Ｒの範囲内で維持された状態で、ワークＷが所定時間の間保温される（図６（ａ）を参照）。一例として、ワークＷの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、許容温度域Ｒが２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定され、好ましくは３０３℃以上でかつ３１５℃以下の範囲内で設定される。また、ワークＷの保温時間（保温開始時ｔ１から保温終了時ｔ２までの間）が３分以上でかつ７分以下の範囲内で設定され、好ましくは４分以上でかつ６分以下の範囲内で設定される。

（Ｓ２２）冷却工程
然る後、ワークＷを誘導加熱装置１６の所定位置から離脱させて、ワークＷの冷却を行う。具体的には、制御部２３が電源１８に指令を送り、誘導加熱装置１６によるワークＷの加熱を停止すると共に、昇降部１５により支持部１４を降下させて、支持部１４上のワークＷを搬送路１１上に復帰させる。そして、第二開閉手段２１により加熱装置１２の出口側開口部１２ｂを開口した状態で、図示しない適当な手段で搬送路１１上を所定の方向に搬送し、加熱装置１２内からワークＷを搬出する。搬出されたワークＷは、通路室２２を通って冷却装置１３内に搬入され（図３を参照）、所定の冷却速度で所定の温度ｒ４、例えば昇温開始時温度ｒ０よりも低い温度にまで冷却される（冷却終了時ｔ３）。これにより、ワークＷに対する焼き戻し処理が完了する。後続のワークＷについても同様の経路を辿って、焼き戻し処理が施され、焼き戻し装置１０の外側に排出される。排出されたワークＷは例えば洗浄工程Ｓ５あるいは研磨工程（図示は省略）など次の工程へ搬送される。以上のようにして、複数のワークＷに対して連続的にかつ自動的に焼き戻し処理が施される。

以上述べたように、本発明に係る焼き戻し方法によれば、誘導加熱でワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱するようにしたので（昇温工程Ｓ２１１）、従来よりも短時間でワークＷを必要な温度域（例えば２５０℃以上）にまで加熱することができる。また、本発明では、ワークＷに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて許容温度域Ｒを設定し、この許容温度域Ｒ内で昇温後のワークＷを保温するようにしたので、短時間で昇温しつつも、焼き戻し処理後のワークＷに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化し、かつワークＷの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる。また、ワークＷを許容温度域内で保温するための加熱制御を、誘導加熱により実施するようにしたので、一台の誘導加熱装置１６で足り、保温のために誘導加熱装置１６とは別の加熱装置（雰囲気加熱装置など）を設けずに済む。これにより、省スペース化と共に設備コストの低減化を図ることも可能となる。さらにいえば、共通の誘導加熱装置１６を用いて昇温工程Ｓ２１１と保温工程Ｓ２１２とを実施することで、タイムロスなく昇温工程Ｓ２１１から保温工程Ｓ２１２に移行することができる。これにより、誘導加熱装置１６から離れることによる一時的な温度低下を避けて、効率よくワークＷを保温することが可能となる。以上より、本発明によれば、ワークＷに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化できると共に、ワークＷの硬さを所定範囲内に収めることができるので、高温環境下での使用にも適した機械部品を得ることができる。また、昇温に要する時間が短くて済み、設備コストの高騰を避けることもできるので、生産性の面でも従来に比べて優位である。

また、本実施形態では、許容温度域Ｒの範囲内（許容温度上限値ｒ２と許容温度下限値ｒ３との間）で昇温後のワークＷが保温され得る誘導加熱の出力パターン（図６（ｂ）を参照）を予め設定しておき、保温工程Ｓ２１２で、誘導加熱の出力パターンに基づいてワークＷの加熱を制御するようにしたので、例えばワークＷの加熱時の温度を実際に測定しながら加熱を制御せずに済む。よって、設備がより簡素化でき、更なる設備コストの低減化が可能となる。

以上、本発明の一実施形態に係る焼き戻し方法及び焼き戻し装置１０について説明したが、焼き戻し装置１０には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。

例えば、図８に示すように、ワークＷの表面に複数の温度測定点ｗ１〜ｗ６を設けて、誘導加熱によりこれら複数の温度測定点ｗ１〜ｗ６のうち最も昇温し易い易昇温点を予め求めておき、昇温工程Ｓ２１１及び保温工程Ｓ２１２で、易昇温点の温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ２）を超えないように、ワークＷの加熱を制御してもよい。これにより、ワークＷが部分的に過剰に加熱される事態を回避することができるので、ワークＷの熱処理後の硬さをその全域にわたって均質化しつつ許容範囲内に収めて、より高精度な焼き戻し処理を行うことが可能となる。

また、上記実施形態では、昇温工程Ｓ２１１でワークＷが許容温度域Ｒの上限を超えることなく当該ワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱し得る誘導加熱の出力パターン（図６（ｂ）を参照）を予め制御部２３に記憶させておき、昇温工程Ｓ２１１で、記憶させておいた上記出力パターンに基づいてワークＷの加熱を制御する場合を例示したが、これとは異なる制御方式をとることも可能である。例えば図示は省略するが、加熱装置１２内に設けた温度測定装置（熱電対など）でワークＷの表面温度を測定しながらワークＷを昇温し、かつ測定した温度に基づいてその都度制御部２３が適切な出力の指令を電源１８に送ることで、ワークＷの昇温を制御してもよい。これによれば、ワークＷごとのばらつきを反映したより精密な加熱制御が可能となる。この際、上述したワークＷの易昇温点の温度を測定しながらワークＷの昇温を制御してもよい。

もちろん、上述の制御方式は保温工程Ｓ２１２にも適用し得る。すなわち、同様に図示は省略するが、加熱装置１２内に設けた温度測定装置でワークＷの表面温度を測定しながらワークＷを加熱保温し、かつ測定した温度に基づいてその都度制御部２３が適切な出力の指令を電源１８に送ることで、ワークＷの加熱保温を制御してもよい。

また、上記実施形態では、保温工程Ｓ２１２時における誘導加熱装置１６の出力を一定の出力幅Ｐ内でステップ状に上げ下げしている場合を例示したが（図６（ｂ）を参照）、もちろん保温工程Ｓ２１２時の出力パターンはこれには限られない。許容温度域Ｒ内で昇温後のワークＷが所定時間保温される限りにおいて、図示以外の任意の出力パターンをとることが可能である。

また、上記実施形態では、誘導加熱装置１６によりワークＷを一個ずつ加熱（昇温及び保温）する場合を例示したが、これ以外の方式を採ることも可能である。例えば図示は省略するが、縦積みした状態の二個以上のワークＷを一度に上昇させて、例えば三巻以上の加熱コイルを有する誘導加熱装置の所定位置（三巻以上の加熱コイルの内周）に二個以上のワークをまとめて導入する。そして、上記構成の誘導加熱装置を起動することにより、二個以上のワークＷに対して一度に昇温工程Ｓ２１１と保温工程Ｓ２１２を実施する。このように加熱処理を施すことで、更なる生産性の向上を図ることが可能となる。なお、ワークＷの縦積み方向位置によって異なる出力パターンが必要となる場合には、複数ある加熱コイルのうち一部の加熱コイルを残りの加熱コイルと別個独立して加熱制御してもよい。

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。

１０ 焼き戻し装置
１１ 搬送路
１２ 加熱装置
１３ 冷却装置
１４ 支持部
１５ 昇降部
１６ 誘導加熱装置
１７ 加熱コイル
１８ 電源
１９ 壁部
２０ 第一開閉手段
２１ 第二開閉手段
２２ 通路室
２３ 制御部
Ｃ１ 上限側近似曲線（残留オーステナイト量）
Ｃ２ 下限側近似曲線（残留オーステナイト量）
Ｃ３ 上限側近似曲線（硬さ）
Ｃ４ 下限側近似曲線（硬さ）
Ｈ１ 許容上限値（硬さ）
Ｈ２ 許容下限値（硬さ）
Ｐ 出力幅
ｐ１ 昇温時出力
ｐ２ 保温時上限出力
ｐ３ 保温時下限出力
Ｑ１ 許容上限値（残留オーステナイト量）
Ｒ 許容温度域
ｒ０ 昇温開始時温度
ｒ１ 狙い温度（昇温工程）
ｒ２ 許容温度上限値（保温工程）
ｒ３ 許容温度下限値（保温工程）
ｒ４ 冷却終了時温度
Ｒ１ 第一許容温度域（残留オーステナイト量）
Ｒ２ 第二許容温度域（硬さ）
Ｓ２１ 加熱工程
Ｓ２１１ 昇温工程
Ｓ２１２ 保温工程
Ｓ２２ 冷却工程
ｔ０ 昇温開始時
ｔ１ 保温開始時
ｔ２ 保温終了時
ｔ３ 冷却終了時
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱されたワークを冷却する冷却工程とを備え、前記加熱工程及び前記冷却工程での前記ワークの温度履歴を制御することで、前記ワークに焼き戻し処理を施す、ワークの焼き戻し方法において、
   前記加熱工程は、誘導加熱により前記ワークを狙い温度まで加熱する昇温工程と、
   所定幅の温度域の範囲内で前記昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、誘導加熱による前記ワークの加熱を制御する保温工程とを有することを特徴とするワークの焼き戻し方法。
2. 前記ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて前記所定幅の温度域としての許容温度域を設定し、この許容温度域の範囲内で前記昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、誘導加熱による前記ワークの加熱を制御する請求項１に記載のワークの焼き戻し方法。
3. 前記昇温工程で、前記ワークの温度が前記許容温度域の上限を超えないように、前記ワークの加熱を制御する請求項２に記載のワークの焼き戻し方法。
4. 前記ワークに複数の温度測定点を設けて、誘導加熱により前記複数の温度測定点のうち最も昇温し易い易昇温点を予め求めておき、
   前記昇温工程及び前記保温工程で、前記易昇温点の温度が前記許容温度域の上限を超えないように、前記ワークの加熱を制御する請求項２又は３に記載のワークの焼き戻し方法。
5. 前記許容温度域の範囲内で前記昇温後のワークが保温され得る誘導加熱の出力パターンを予め設定しておき、
   前記保温工程で、前記誘導加熱の出力パターンに基づいて前記ワークの加熱を制御する請求項２〜４の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
6. 前記ワークの昇温時の狙い温度と残留オーステナイト量との関係に基づき、前記残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定すると共に、前記ワークの昇温時の狙い温度と硬さとの関係に基づき、前記硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定し、
   これら前記第一温度下限値よりも大きな領域と、前記第二温度上限値と前記第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、前記許容温度域を設定する請求項２〜５の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
7. 前記ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、前記許容温度域が２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定される請求項２〜６の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
8. 前記ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、前記ワークの保温時間が３分以上でかつ７分以下に設定される請求項２〜７の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
9. 前記ワークは、転がり軸受の環状輪である請求項１〜８の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の方法で焼き戻し処理を施されてなる機械部品。

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