JP2021095601A - ワークの熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることのできる熱処理方法又は熱処理装置を提供する。【解決手段】加熱後のワークＷを拘束型３３で拘束した状態で冷却してワークＷに所定の熱処理を施すに際し、ワークＷを冷却液４６の供給領域に移動させる移動タイミングと、拘束型３３でワークＷを拘束する拘束タイミング、及び拘束型３３によるワークＷの拘束力を何れも電気的に制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、ワークの熱処理方法及び熱処理装置に関する。

例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状部材の製造過程においては、環状部材に必要とされる機械的強度等を付与するための焼入処理が実施される。この熱処理は、環状部材の基材（環状のワーク）を狙い温度にまで加熱する加熱処理が実施される加熱工程や、加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却処理が実施される冷却工程などを含む。加熱工程は、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉、あるいは、誘導加熱装置を用いて実施することができる。また、冷却工程は、例えば水等の冷却液にワークを浸漬させることにより実施することができる。

ところで、上記のように環状のワークに対して焼入処理を施す場合、真円度の低下が問題になることがある。真円度の低下は、例えば加熱時や冷却時の温度ムラ、金属組織の偏在や前工程での残留応力、あるいはマルテンサイト変態時の膨張等が要因となって起こり得る。そのため、例えば焼入処理後に仕上げ加工を行う際には、真円度の低下を見越して仕上げ取り代を設定する方法が一般的である。また、ニアネットシェイプや加工時間の短縮化の観点からは、焼入処理後に機械的な力を加えてワークの形状を矯正する方法が提案され（例えば、特許文献１を参照）、あるいはワークを型で拘束した状態で焼入処理を施す方法などが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特に、焼入処理時にワークを型で拘束するようにすれば、焼入処理直後のワークの寸法精度が向上し、また熱処理歪が低減されるので、その後の熱処理（焼き戻し処理など）や仕上げ加工を簡略化又は省略化することができる。

特開平１１−１７２１号公報 特開２０１０−２４８５５６号公報

ところで、焼入れ対象となるワークの材質や形状、サイズ（外径寸法や肉厚など）が変わる場合、焼入処理時に発生する歪（熱処理歪）を最小限にして、かつ良質な金属組織を安定的に得るためには、ワークの種類に応じて焼入条件を適宜設定する必要がある。ここで、本発明者らが検討した結果、型拘束しながら冷却する場合には、特に（１）ワークを冷却するタイミングや、（２）型でワークを拘束するタイミング、及び（３）型の拘束力を、ワークの材質や形状、サイズ等に応じて適宜調整する必要があることがわかった。これは、ワークの形状により、冷却曲線に違いが生じると共に、肉厚や高さ方向寸法が異なると焼入れされる部分の体積も変わるため、冷却するタイミングや拘束するタイミング、及びその際の力（拘束力）を上述したワークの種類に合わせる必要があるためである。

しかしながら、従来公知の設備では、油圧駆動式の昇降装置やプレス装置などが一般的に用いられるため、上記（１）〜（３）の条件をワークごとに細かく設定することが難しい。特に、特許文献２に記載のように、ワークの温度に基づいて、複数の型を使い分ける方式を採る場合には、型の分だけ上記（２）及び（３）の条件を多く設定する必要が生じるため、上述した問題が顕著となる。

以上の実情に鑑み、本明細書では、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることのできる熱処理方法又は熱処理装置を提供することを、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熱処理方法によって達成される。すなわち、この熱処理方法は、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に冷却液を供給することによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却工程とを備え、少なくとも冷却工程においてワークを拘束型で拘束した状態で冷却するワークの熱処理方法において、ワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を何れも電気的に制御する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「タイミングを制御する」とは、上述した所定の動作を所定の時に行うよう制御することを意味する。

このように、本発明に係る熱処理方法では、ワークに対する熱処理条件の中でも、特にワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を制御すると共に、これらの制御を何れも電気的に行うようにした。このようにワークの移動タイミングと拘束タイミング、並びに拘束力を何れも電気的に制御することによって、例えば油圧駆動式と比べて対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークの冷却及び拘束を開始することができる。また好適な大きさの拘束力をワークに付与することができる。従って、ワークごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な熱処理品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワーク変更時の調整についても制御指令の内容を変更するだけで済むため、例えば拘束型の交換など駆動側の機械的な調整を行う場合と比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、ワークをサーボ式アクチュエータにより冷却液の供給領域に移動させてもよい。

サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、位置精度にも優れているため、ワークの冷却開始タイミングだけでなく冷却液の供給領域での位置決め精度を高めることができる。よって、冷却精度をさらに高めることが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、拘束型によるワークの拘束動作をサーボ式アクチュエータにより実施してもよい。

サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、圧力制御にも高精度に対応することができるので、拘束型をサーボ式アクチュエータにより駆動することで、ワークの拘束開始タイミングだけでなく拘束力をより好適な範囲に制御することができる。よって、ワークの種類に応じて拘束条件を個別に最適化することが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、冷却液の供給領域でワークをモータにより回転させてもよい。

このように冷却液の供給領域でワークを回転させることで、ワークが均等に冷却され得る。特に、ワークが環状を成す場合には、ワークを円周方向で均一に冷却できるので、熱処理歪をより効果的に低減することができる。また、この場合、ワークをモータで回転させるようにすれば、ワークの回転開始タイミングや回転速度を高精度に制御することができるので、冷却効率ひいては冷却速度をワークに応じて精度よく調整することが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、冷却液の供給領域でワークに向けて冷却液をノズルから噴射すると共に、ノズルに設けたバルブを電気的に制御可能としてもよい。

このように冷却液をノズルから噴射することで、容易に冷却効率を高めることができるので、冷却速度をより柔軟に（大きな幅で）調整することができる。また、この際、ワークを回転させながら冷却液を噴射供給することで、ノズルを少なくしても偏りなく均等にワークを冷却することができる。また、この際、ノズルに設けたバルブを電気的に制御可能とすることで、ワークに対する冷却液の供給量を容易かつ高精度に調整できるので、ワークごとの冷却速度の制御も容易になる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、移動タイミングと、拘束タイミング、及び拘束力を何れもＰＬＣで電気的に制御してもよい。

駆動機器を電気的に制御するための装置としては、ＰＬＣの他に、電磁リレーと電子タイマーを組み合わせた制御機器やマイコンなどがあるが、本願のように上述した移動タイミングや拘束タイミング、拘束力をワークごとに変更する必要がある場合、ＰＬＣであればその制御プログラムをワークに応じて変更するだけの調整で済むため、非常に短時間でかつ少ない労力で調整を図ることが可能となる。よって、生産効率の面で非常に好適である。また、ＰＬＣであれば例えば各種センサからの検知信号を容易に受信できるので、例えばワークの表面に設けた識別情報表示部をセンサで検知してワークの種類を特定し、特定したワークの種類に応じて適切な制御を実施することも比較的容易に実施することができる。

また、この場合、本発明に係るワークの熱処理方法においては、ＰＬＣは、予めワークごとに設定された移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力に関する制御プログラムを、熱処理の対象となるワークに応じて選択して、移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力を電気的に制御してもよい。

上述のように、ＰＬＣで電気的な制御を図る場合、予め複数の移動タイミングと拘束タイミング、及び拘束力に関する制御プログラムを対応するワークの種類と紐付けしておき、実際に熱処理の対象となるワークに応じて適切な制御プログラムを選択することで、極めて短時間でかつ容易にワークごとの調整を完了することができる。なお、プログラムは、例えば予め内部メモリに記憶させておいてもよいし、外部メモリに記憶させておいたものを読み込んでもよい。あるいはサーバなど電気的に接続可能な記憶領域から読み込んでもよいし、クラウドなどネットワークを経由して取得してもよい。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、加熱工程でワークを狙い温度にまで誘導加熱すると共に、冷却工程で加熱されたワークを冷却して所定の熱処理を施してもよい。

このように誘導加熱でワークを狙い温度にまで加熱することで、ワークのみを直接加熱することができ、高いエネルギー効率を達成することができると共に、加熱空間を含む熱処理設備全体をコンパクトにできる。設備全体がコンパクトになれば、エネルギー効率やランニングコストの面でも好適である。

また、以上の説明に係るワークの熱処理方法は、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることを可能とするものであるから、例えば転がり軸受の軌道輪のような熱処理歪が問題となり易い形状（例えば環状）の量産部品に熱処理を施すための方法として好適である。

また、前記課題の解決は本発明に係るワークの熱処理装置によっても達成される。すなわちこの熱処理装置は、ワークを加熱する加熱装置と、加熱装置で加熱されたワークに冷却液を供給することによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却装置と、冷却装置によりワークを冷却する際にワークを拘束可能な拘束型とを備えるワークの熱処理装置において、ワークを冷却液の供給領域に移動する移動装置と、拘束型によるワークの拘束動作を行う拘束駆動装置と、移動装置及び拘束駆動装置を電気的に制御可能な制御装置とをさらに備える点をもって特徴付けられる。

上記構成の熱処理装置であれば、上述した本発明に係る熱処理方法と同様に、移動装置によりワークを冷却液の供給領域に移動させるタイミングと、拘束駆動装置により拘束型でワークを拘束するタイミング、及び拘束型によるワークの拘束力を何れも制御装置により電気的に制御することができる。そのため、対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークの冷却及び拘束を開始することができ、また好適な大きさの拘束力をワークに付与することができる。従って、ワークごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な熱処理品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワーク変更時の調整についても制御指令の内容を変更するだけで済むため、駆動装置側の機械的な調整に比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。

以上述べたように、本発明に係るワークの熱処理方法及び熱処理装置によれば、ワーク変更時の調整を簡略化して、熱処理歪を低減しながらも、良質な熱処理品質を得ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概要を示す正面図である。 図１に示す加熱装置の縦断面図である。 図１に示す冷却装置の縦断面図である。 図３に示す冷却装置の使用態様の一例を説明するための図で、拘束型でワークを拘束した状態を示す冷却装置の縦断面図である。 図３に示す冷却装置の使用態様の一例を説明するための図で、拘束型とワークを一体に冷却液槽に浸漬させた状態を示す冷却装置の縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、ワークに対して焼入処理を施す場合を例にとって説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１０の概要を示す正面図であり、図２は、熱処理装置１０を構成する加熱装置２０の縦断面図、図３は、熱処理装置１０を構成する冷却装置３０の縦断面図である。図１に示す熱処理装置１０は、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状のワークＷ（例えば転がり軸受の外輪又は内輪の基材）を、図１中に示す搬送経路１１に沿って送りながらワークＷに焼入硬化処理を施すように構成される。従い、この熱処理装置１０は、ワークＷの送り方向上流側に、ワークＷを狙い温度（焼入温度）にまで加熱する加熱工程Ｓ１が実施される加熱装置２０と、加熱工程Ｓ１で加熱されたワークＷを冷却装置３０で冷却して焼入処理を施す冷却工程Ｓ２が実施される冷却装置３０とを備える。そのため、加熱装置２０から冷却装置３０へ搬送経路１１を介してワークＷを搬入可能としている。以下、まず熱処理装置１０の構成について説明し、次いで熱処理装置１０を用いた熱処理方法の一例を説明する。

加熱装置２０は、ワークＷを狙い温度にまで誘導加熱するためのものであって、本実施形態では、図２に示すように、搬送経路１１の上方に位置する加熱領域２１と、加熱領域２１に搬送されたワークＷの径方向外側に配置される略環状の外側加熱コイル２２と、ワークＷの径方向内側に配置される略環状の内側加熱コイル２３と、加熱領域２１に向けて搬送経路１１上のワークＷを供給するワーク供給装置２４とを備える。

外側加熱コイル２２、内側加熱コイル２３は、例えば銅管等の導電性金属からなる管状体を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイルからなり、加熱領域２１に位置するワークＷと同軸に配置されている。なお、本実施形態では、加熱領域２１に位置するワークＷの外側と内側の双方に加熱コイル（外側加熱コイル２２、内側加熱コイル２３）を配置した場合を例示したが、ワークＷの形状、サイズ等によっては、外側と内側の一方のみに加熱コイルを配置（例えば、外側加熱コイル２２のみを配置）してもよい。

ワーク供給装置２４は、例えば、線端にワークＷを載置可能なフランジ部２５ａが設けられた伸縮自在のシリンダロッド２５ｂを有するシリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ）で構成される。

また、加熱装置２０は、図示は省略するが、搬送経路１１に沿ってワークＷを移送するための移送装置を有する。この移送装置としては、例えば、搬送経路１１の一部を構成する搬送コンベア、あるいは搬送経路１１の長手方向に沿って往復動可能なシリンダ（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。なお、図２では、図示を省略しているが、加熱領域２１と外側及び内側加熱コイル２２，２３の周囲を壁部で覆ってもよい。また、壁部で覆った場合、壁部の内側空間の雰囲気（温度、湿度、酸素濃度など）を同じく図示しない雰囲気制御装置で制御してもよい。

冷却装置３０は、加熱装置２０で狙い温度にまで加熱されたワークＷを冷却して焼入処理を施すための装置であり、ワークＷを拘束型３３で拘束した状態でワークＷを冷却（焼入れ）可能に構成されている。ここで、図３に示すように、冷却装置３０は、冷却液供給装置３１と、ワークＷを冷却液４６の供給領域（ここでは後述する貯留槽４７に貯留された冷却液４７中）に移動させる移動装置３２と、拘束型３３によるワークＷの拘束動作を行う拘束駆動装置３４と、移動装置３２及び拘束駆動装置３４を電気的に制御する制御装置３５とを備える。

移動装置３２は、ワークＷを支持する支持部３６と、支持部３６を上下方向に移動する―ボ式アクチュエータとしてのサーボシリンダ（第一サーボシリンダ３７）とを有する。第一サーボシリンダ３７は、冷却装置３０の基台部３８に固定されている。本実施形態では、支持部３６には、ワークＷを支持する回転台３９が設けられると共に、回転台３９を所定の中心軸（本図示例では上下方向に伸びる中心軸）まわりに回転駆動する回転駆動装置４０が設けられる。

また、回転駆動装置４０は、例えば回転台３９の下方に位置し回転台３９と同軸に連結される第一スピンドル４１と、第一スピンドル４１と例えば一対の互いに噛み合うギヤ４２ａ，４２ｂを介して動力伝達可能に連結される第二スピンドル４３と、第二スピンドル４３をその長手方向軸まわりに回転駆動させるモータ４４とを有する。ここで、モータ４４には、任意の種類のモータを使用することができ、好適な一例としてサーボモータを挙げることができる。

また、上述のように移動装置３２を構成する場合、搬送経路１１は、図３に示す状態において、言い換えると、ワークＷを冷却液供給領域に移動する前の状態において、回転台３９の上面を通過するように構成される。この場合、搬送経路１１は、図３の紙面表裏方向に沿って伸びている。

拘束駆動装置３４は、拘束型３３を駆動するためのもので、本実施形態では、拘束型３３を上下方向に駆動させるサーボ式アクチュエータとしてのサーボシリンダ（第二サーボシリンダ４５）で構成される。ここで、第二サーボシリンダ４５は支持部３６に固定されており、支持部３６と回転台３９及び回転駆動装置４０が一体的に上下方向に移動可能とされている。よって、支持部３６に固定される第二サーボシリンダ４５も回転台３９と回転台３９上に載置されるワークＷと共に上下方向に移動可能とされている。

冷却液供給装置３１は、本実施形態では、冷却液４６が貯溜される貯留槽４７と、冷却液４６をワークＷに向けて噴射するノズル４８とを主に有する。本実施形態では、ワークＷが貯留槽４７に貯溜された冷却液４６に浸漬した状態で、ワークＷに冷却液４６を噴射可能な位置にノズル４８が配設されている（後述する図５を参照）。

ノズル４８にはポンプ４９が接続されており、例えば図３に示すように、ポンプ４９の駆動により貯留槽４７中の冷却液４６を吸引してノズル４８からワークＷに噴射可能としている。また、本実施形態では、ノズル４８とポンプ４９との間にバルブ５０が配設されている。このバルブ５０は、ノズル４８から噴射される冷却液４６の流量を調整可能に構成されるのがよく、例えばソレノイド式など電気的に制御可能な種類のバルブが好適に適用される。

制御装置３５は、移動装置３２及び拘束駆動装置３４の駆動を制御可能に構成される。本実施形態では、移動装置３２と拘束駆動装置３４に加えて、バルブ５０の駆動を制御可能に構成されている。詳述すると、制御装置３５は、移動装置３２の駆動部となる第一サーボシリンダ３７と電気的に接続されると共に、拘束駆動装置３４を構成する第二サーボシリンダ４５と電気的に接続されている。また、本実施形態では、回転駆動装置４０の駆動部となるモータ４４と制御装置３５とが電気的に接続されると共に、ノズル４８のバルブ５０と制御装置３５とが電気的に接続されている。これにより、第一サーボシリンダ３７と、第二サーボシリンダ４５と、モータ４４、及びバルブ５０とが何れも制御装置３５により電気的に制御可能とされている。また、これにより、例えば第一サーボシリンダ３７と、第二サーボシリンダ４５と、モータ４４、及びバルブ５０とが同一の時間軸に基づいて電気的に制御可能ともされる。

ここで、制御装置３５は、電気的に制御可能な限りにおいて任意の構成をとることができ、例えば後述するようにワークＷの種類に応じて制御内容を変更することの容易性の観点からは、ＰＬＣが好適である。

また、この場合、ＰＬＣは、予めワークＷごとに設定された移動装置３２による冷却液供給領域（ここでは貯留槽４７中の冷却液４６）への移動タイミング、拘束駆動装置３４によるワークＷの拘束タイミング、及びワークＷに付与される拘束力に関する制御プログラムを、実際の熱処理（焼入処理）の対象となるワークＷに応じて選択して、移動タイミング、拘束タイミング、及び拘束力を電気的に制御可能とされる。この場合、具体的には、第一サーボシリンダ３７の駆動タイミングと、第二サーボシリンダ４５の駆動タイミング、及び第二サーボシリンダ４５のワークＷに対する加圧力（拘束型３３によるワークＷの加圧時に第二サーボシリンダ４５が受ける反力）に関する制御プログラムが、処理対象となり得る数の種類のワークＷごとに予め設定されている。そして、所定の方式でこれら複数のプログラムの中から所定の一つのプログラムを選択することにより、当該プログラムに則ったＰＬＣ（制御装置３５）による制御を可能としている。なお、本実施形態でいう駆動タイミングは、何れも共通の時間軸上における所定の時において第一サーボシリンダ３７と第二サーボシリンダ４５の駆動をそれぞれ開始することを意味し、例えば加熱装置２０による加熱処理の開始時、加熱装置２０からのワークＷの搬出時、冷却装置３０へのワークＷの搬入時など、ワークＷの熱処理期間中の所定の瞬間を基準として時間的な制御が成され得る。

また、本実施形態のように、加熱装置２０が誘導加熱用の加熱コイル（外側加熱コイル２２と内側加熱コイル２３の少なくとも一方）で構成される場合、当該加熱コイルを制御装置３５と電気的に接続して、制御装置３５による各サーボシリンダ３７，４５の制御と共通の時間軸を基準として上記加熱コイルを制御してもよい。

次に、上記構成の熱処理装置１０を用いたワークＷの熱処理方法の一例を説明する。

本実施形態に係るワークＷの熱処理方法は、加熱工程Ｓ１と、冷却工程Ｓ２とを備える。以下、図２〜図５を参照しながら、順に各工程の詳細を説明する。

（Ｓ１）加熱工程
まず、図１及び図２に示す加熱装置２０内にワークＷを搬入した後、ワークＷに加熱処理を施す。具体的には、図２に示すように、搬送経路１１上に位置するフランジ部２５ａ上にワークＷが到達したとき、シリンダロッド２５ｂを伸長させることでワークＷを加熱領域２１にまで上昇させる。この際、加熱領域２１は、外側加熱コイル２２及び内側加熱コイル２３と同じ高さに位置しているので、加熱領域２１にまでワークＷを移動させることで、ワークＷを各加熱コイル２２，２３により加熱可能な状態となる。然る後、外側加熱コイル２２と内側加熱コイル２３にそれぞれ通電することにより、ワークＷを所定の温度履歴となるよう誘導加熱する。本実施形態では、所定の狙い温度に達するまでワークＷを誘導加熱する。然る後、ワークＷを搬送経路１１にまで下降させて加熱装置２０外に搬出すると共に、冷却装置３０に向けて搬送される。

（Ｓ３）冷却工程
この工程では、上述したように、加熱装置２０（加熱工程）で狙い温度にまで加熱されたワークＷが所定の温度履歴を辿って冷却されるようにワークＷを冷却する。具体的には、図３に示すように、まず、搬送経路１１上を移送されてきたワークＷを、回転台３９の回転中心とワークＷの中心軸とが一致する位置で停止させる。次いで、制御装置３５は、回転台３９上のワークＷの種類に応じて予め設定された制御プログラムを選択し、選択したプログラムに則って、第二サーボシリンダ４５の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置３５から第二サーボシリンダ４５に所定の制御信号が送信され、所定の時刻に第二サーボシリンダ４５が駆動を開始する。これにより、第二サーボシリンダ４５の先端に連結された拘束型３３が下降を開始し、図４に示すように、回転台３９上に載置されたワークＷを拘束する。また、この際のワークＷに対する拘束力（本実施形態では下方への加圧力）の大きさは、予め選択された制御プログラムに則って制御装置３５により所定の大きさ（あるいは所定の拘束力履歴）に制御される。

以上のようにして、拘束型３３によるワークＷの拘束を開始した後、図５に示すように、ワークＷ、拘束型３３、支持部３６、回転台３９、回転駆動装置４０、及び第二サーボシリンダ４５を一体的に下降させて、貯留槽４７に貯留された冷却液４６中に浸漬させる。本実施形態では、制御装置３５が、上述のように選択した制御プログラムに則って第一サーボシリンダ３７の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置３５から第一サーボシリンダ３７に所定の制御信号が送信され、所定の時刻に第一サーボシリンダ３７が駆動を開始する。これによりワークＷが支持部３６等と一体に冷却液４６中への浸漬動作を開始し、ワークＷが所定の高さ位置まで下降した時点で第一サーボシリンダ３７を停止する。

また、本実施形態では、制御装置３５が、上述のように選択した制御プログラムに則ってモータ４４の駆動開始タイミングを制御する。これにより、制御装置３５からモータ４４に所定の制御信号が送信され、所定の時刻にモータ４４が駆動を開始する。これにより浸漬中のワークＷがその中心軸まわりに回転を開始し、所定の回転速度（回転数）で軸回転を継続する。

また、この際、制御装置３５が、上述のように選択した制御プログラムに則ってバルブ５０の駆動を制御する。具体的には、バルブ５０の開度を電気的に制御して、ノズル４８からワークＷに向けた冷却液４６の噴射開始タイミングを制御する。また、ワークＷに向けて吐出される冷却液４６の流量を制御する。これにより、浸漬中のワークＷがその中心軸まわりに回転しながら、円周方向の所定位置に向けて所定流量の冷却液４６が噴き付けられる。よって、一方向に冷却液４６を噴射するノズル４８を用いた場合においても、ワークＷの円周方向で均等に冷却液４６の噴き付けを行うことが可能となる。

以上のようにしてワークＷを冷却することにより、ワークＷがその種類に応じた温度履歴で急速に冷却される。そして、所定時間の浸漬動作の後、制御装置３５は第一サーボシリンダ３７を駆動させて、ワークＷを拘束型３３と支持部３６等と一体に上昇させ、ワークＷを搬送経路１１上に復帰させる。然る後、制御装置３５は第二サーボシリンダ４５を駆動させて、拘束型３３のみをさらに上昇させることでワークＷの拘束状態を解除する。最後に図示しない搬出装置によりワークＷを搬送経路１１の下流側に向けて搬出することで、ワークＷに対する焼入れ硬化処理が完了する。後続のワークＷについても同様の経路を辿って、焼入処理が施され、熱処理装置１０の外側に排出される。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入処理が施される。

以上述べたように、本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置１０によれば、ワークＷに対する熱処理条件の中でも、特にワークＷの冷却液４６中への移動（すなわち浸漬）を開始するタイミングと、拘束型３３によるワークＷの拘束を開始するタイミング、及び拘束型３３によりワークＷに付与される拘束力を制御すると共に、これらの制御を何れも電気的に行うようにした。このようにワークＷの浸漬開始タイミングと拘束開始タイミング、並びに拘束力を何れも電気的に制御することによって、例えば油圧駆動式と比べて対応する駆動装置の応答性を高めて、好適なタイミングでワークＷの冷却及び拘束を開始することができる。また好適な大きさの拘束力をワークＷに付与することができる。従って、ワークＷごとに適切な温度履歴かつ拘束条件で型拘束しながら冷却することができ、これにより、熱処理歪を低減しつつも良質な焼入れ品を得ることが可能となる。また、電気的に制御することで、ワークＷの種類を変更する際の調整についても制御装置３５からの指令内容を変更するだけで済むため、例えば拘束型３３の交換など駆動側の機械的な調整を行う場合と比べて大幅に作業時間を短縮して、生産効率の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、上述したワークＷの移動を行うための移動装置３２の駆動部をサーボ式アクチュエータとしての第一サーボシリンダ３７で構成すると共に、ワークＷの拘束動作を行うための拘束駆動装置３４の駆動部を同じくサーボ式アクチュエータとしての第二サーボシリンダ４５で構成し、かつこれらサーボシリンダ３７，４５を何れも制御装置３５により電気的に制御するようにした。サーボ式アクチュエータであれば、制御部からの指令に対する応答性だけでなく、位置制御並びに圧力制御時の精度にも優れているため、ワークＷの冷却開始タイミングだけでなく冷却液４６中での位置決め精度を高めることができる。また、ワークＷの拘束開始タイミングだけでなくその際の拘束力をより好適な範囲に制御することができる。よって、冷却精度をさらに高めると共に、ワークＷの種類に応じて拘束条件を個別に最適化することが可能となる。特に、本実施形態では、第一及び第二サーボシリンダ３７，４５に加えて、モータ４４とバルブ５０についても電気的に制御するようにしたので、ワークＷごとに最適な冷却条件を設定して、冷却精度をさらに高めることが可能となる。ひいては、熱処理歪をさらに低減化して、焼入れ品質のさらなる向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、第一及び第二サーボシリンダ３７，４５と、モータ４４、及びバルブ５０を何れも制御装置３５としてのＰＬＣで一括に電気的に制御するようにしたので、特に駆動開始タイミングに関する精度を高めることができる。また、ＰＬＣであればその制御プログラムをワークＷに応じて変更するだけの調整で済むため、非常に短時間でかつ少ない労力で設備側の調整を図ることが可能となる。よって、生産効率の面で非常に好適である。もちろん、ワークＷの種類を増減、変更する場合も、ワークＷごとの制御プログラムを増減、変更するだけの調整で済むため、汎用性にも優れている。

以上、本発明の一実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置１０について説明したが、これら熱処理方法及び熱処理装置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、上記実施形態では、ワークＷの移動装置３２の駆動部にサーボ式アクチュエータとしてサーボシリンダ（第一サーボシリンダ３７）を用いた場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成をとることも可能である。すなわち、サーボシリンダ以外のサーボ式アクチュエータを採用することもでき、サーボ式以外の電気的に制御可能な駆動装置を採用することも可能である。拘束駆動装置３４の駆動部（第二サーボシリンダ４５）についても同様に、サーボシリンダ以外のサーボ式アクチュエータを採用することもでき、サーボ式以外の電気的に制御可能な駆動装置を採用することも可能である。

また、上記実施形態では、ワークＷの円周方向所定位置に向けて冷却液４６を噴き付け可能に一個穴タイプのノズル４８を配置した場合を例示したが、もちろんこれ以外のタイプのノズル（冷却液噴き付け装置）を用いることも可能である。例えば図示は省略するが、略円環状をなし、その内周に複数の開口部を設けてなる環状ノズルをワークＷの径方向外側に配置してもよい。あるいは、略環状をなし、その外周に複数の開口部を設けてなる環状ノズルをワークＷの径方向内側に配置してもよい。この場合もノズルの上流側に電気的に制御可能な流量調整用のバルブ（図示は省略）を配置することが可能である。

また、上記実施形態では、回転台３９とノズル４８を配置して、ワークＷをその中心軸まわりに回転させながら冷却液４６を噴き付ける場合を例示したが、これらの一部又は全部は省略することも可能である。すなわち、ワークＷの種類によっては、冷却液４６の噴き付けを省略してもよく、ワークＷの冷却液４６中での軸回転を省略してもよい。あるいは冷却液４６の噴き付けとワークＷの軸回転の双方を省略してもよい。

また、上記実施形態では、拘束型３３によるワークＷの拘束を開始した後、ワークＷ、拘束型３３、支持部３６、回転台３９、回転駆動装置４０、及び第二サーボシリンダ４５を一体的に下降させて、貯留槽４７に貯留された冷却液４６中に浸漬させる場合を例示したが、もちろん、この順序には限定されない。例えば、拘束型３３と離れた状態のワークＷを支持部３６等と一体的に下降させて貯留槽４７内の冷却液４６中への浸漬動作を開始した後、第二サーボシリンダ４５を駆動して、拘束型３３によるワークＷの拘束を開始してもよい。要は、拘束期間と浸漬期間との重複形態は任意である。また、拘束期間と浸漬期間とが一部で重複してもよく、その全期間で重複してもよい。

また、以上の説明では、加熱工程Ｓ１において誘導加熱でワークＷを狙い温度まで加熱する場合を例示したが、もちろんこれには限られない。加熱速度の観点で特に問題ないようであれば、雰囲気加熱など他の加熱方式を採用してワークＷを狙い温度までかねつしてもかまわない。

また、以上の説明では、転がり軸受の軌道輪（外輪又は内輪）に焼入処理を施すに際して本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置１０を適用した場合を説明したが、本発明に係る熱処理方法及び熱処理装置１０は、その他の環状のワーク、例えば、すべり軸受、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）、さらには環状以外の形状をなすワークに焼入処理を施す際にも好ましく適用することができる。

また、以上の説明では、ワークＷに対して所定の加熱処理及び冷却処理を実施することにより焼入処理を施す場合を例示したが、もちろん本発明は焼入れ以外の熱処理に対しても適用することが可能である。

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 熱処理装置
２ 特許文献
２ 加熱部
１０ 熱処理装置
１１ 搬送経路
２０ 加熱装置
２１ 加熱領域
２２ 外側加熱コイル
２３ 内側加熱コイル
２４ ワーク供給装置
２５ａ フランジ部
２５ｂ シリンダロッド
３０ 冷却装置
３１ 冷却液供給装置
３２ 移動装置
３３ 拘束型
３４ 拘束駆動装置
３５ 制御装置
３６ 支持部
３７，４５ サーボシリンダ
３８ 基台部
３９ 回転台
４０ 回転駆動装置
４１ 第一スピンドル
４２ａ，４２ｂギヤ
４３ 第二スピンドル
４４ モータ
４６ 冷却液
４７ 貯留槽
４８ ノズル
４９ ポンプ
５０ バルブ
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前記ワークに冷却液を供給することによって、前記ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却工程とを備え、少なくとも前記冷却工程において前記ワークを拘束型で拘束した状態で冷却するワークの熱処理方法において、
   前記ワークを前記冷却液の供給領域に移動させる移動タイミングと、前記拘束型で前記ワークを拘束する拘束タイミング、及び前記拘束型による前記ワークの拘束力を何れも電気的に制御することを特徴とするワークの熱処理方法。
2. 前記ワークをサーボ式アクチュエータにより前記冷却液の供給領域に移動させる請求項１に記載のワークの熱処理方法。
3. 前記拘束型による前記ワークの拘束動作をサーボ式アクチュエータにより実施する請求項１又は２に記載のワークの熱処理方法。
4. 前記冷却液の供給領域で前記ワークをモータにより回転させる請求項１〜３の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
5. 前記冷却液の供給領域で前記ワークに向けて前記冷却液をノズルから噴射すると共に、前記ノズルに設けたバルブを電気的に制御可能とした請求項１〜４の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
6. 前記移動タイミングと、前記拘束タイミング、及び前記拘束力を何れもＰＬＣで電気的に制御する請求項１〜５の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
7. 前記ＰＬＣは、予め前記ワークごとに設定された前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力に関する制御プログラムを、前記焼入対象となるワークに応じて選択して、前記移動タイミング、前記拘束タイミング、及び前記拘束力を電気的に制御する請求項６に記載のワークの熱処理方法。
8. 前記加熱工程で前記ワークを狙い温度にまで誘導加熱すると共に、前記冷却工程で前記加熱されたワークを冷却して前記所定の熱処理を施す請求項１〜７の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
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熱処理方法。
10. ワークを加熱する加熱装置と、前記加熱装置で加熱された前記ワークに冷却液を供給することによって、前記ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却装置と、前記冷却装置により前記ワークを冷却する際に前記ワークを拘束可能な拘束型とを備えるワークの熱処理装置において、
    前記ワークを前記冷却液の供給領域に移動する移動装置と、前記拘束型による前記ワークの拘束動作を行う拘束駆動装置と、前記移動装置及び前記拘束駆動装置を電気的に制御可能な制御装置とをさらに備えることを特徴とするワークの熱処理装置。

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