JP5288398B2 - 拘束焼入れ装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱された円筒状のワークを拘束しつつ冷却する拘束焼入れ装置に関する。

図１１は、複数のワーク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（以下、ワークを総称する場合には符号２で示す）に対して、同時に拘束焼入れを行う従来技術を例示している。
図１１において、図示しない加熱装置（加熱炉または誘導加熱装置）で加熱されたワーク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに、冷却液噴射手段Ｎ（図１２参照。図１１では図示せず）から冷却液が噴射される。冷却液により冷却されると共に、ワーク２は、加圧フレーム１０及び上方のローラー５を介して、支持台１及び下方のローラー６、６に向かって圧下される。
ワーク２は、図１１の紙面に垂直な方向へ進行し、図示しない焼もどし工程に送られる。

図１２において符号Ｊｗで示す噴射冷却液により、加熱されたワーク２は、急冷却されて焼入れが行われる。それと同時に、ワークの表面に生じた酸化スケールが、噴射冷却液Ｊｗにより除去される。
ここで、ワーク２の表面に酸化スケールが残留していると、ワーク２が圧下された際に、残留した酸化スケールがワーク２の半径方向内側に押し込まれ、ワーク２の表面が凹んでしまう。係る凹みは「表面欠陥」と呼ばれ、研摩して除去することが困難である。

図１２で明示されているように、上方のローラー５と下方のローラー６、６の間に加熱されたワーク２ｄが挟まれている。加熱されたワーク２ｄは、噴射冷却液Ｊｗにより拘束焼入れされる。
噴射冷却液Ｊｗによる焼入れの際にワーク２ｄに生じる「曲がり」などの変形は、ローラー５、６、６で拘束（加圧）することにより抑制あるいは是正される。

ここで図１１において、加圧フレーム１０は共通であり、その圧下量は同一であっても、各ワーク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに作用する圧下荷重は、必ずしも同一ではない。
図１３では、加圧フレーム１０の圧下量を一定とし、それぞれ同寸法のワーク２ａと２ｄを挿入した場合、または同寸法のワーク２ｂと２ｃを挿入した場合において、ワーク２に圧下荷重を作用させた結果を示している。ここで、ワーク２ａ、２ｂ、２ｃ、２dは同一寸法である。
図１３は、圧下荷重（加圧力）を３回測定した結果を示している。

図１３において、ワーク２ｂ、２ｃに作用する圧下荷重は、ワーク２ａ、２ｄに作用する圧下荷重に比較して、５０％程度大きくなっている。
図１３からも、複数のワーク２に同時に加圧（圧下）する場合には、ワークの加工誤差、熱膨張量のバラツキ、加圧部品（ローラーや軸受など）の製造誤差、組立誤差、摩耗量のバラツキなどによって、各ワークは同時に圧下荷重を受け始めることができず、加圧フレームが停止位置まで移動した後、各ワーク２に作用する圧下荷重は均一とはならず、バラツキがあることが理解される。

ワークに作用する圧下荷重（加圧力）のばらつきにより、特定の加圧部品（ローラーや軸受など）には、所定以上の大きな負荷が作用するので、損傷が生じやすく、使用寿命が短くなってしまう。
そして、損傷した加圧部品を交換するためには、拘束焼入れ装置を具備した製造ラインを停止しなければならない。そのため、当該ラインの稼働時間が減少してしまう。
また、焼入れ冷却工程での製造ラインの停止によって、ワーク２が前工程の加熱炉内で滞留してしまうことになる。そしてワーク２が加熱装置内で滞留すると、加熱時間が増加し、酸化スケールの過度の発生、脱炭層深さの増加、オーステナイト結晶粒の粗大化などの品質不良が発生する。

ここで、加圧フレーム１０とワーク２との間に弾性部材を介在させ、当該弾性部材に対して適切な特性を付与すれば、ワークの表面に生じた酸化スケールを十分に除去でき、図１１で示す拘束（加圧）焼入れ装置でワーク２を均一に拘束（加圧）することが可能になると考えられる。なお「特性」とは、加圧フレーム１０が支持台１側へ移動し、ワークが荷重を受け始めてからのフレームの移動量（弾性部材を用いた弾性装置の変形量）と、ワーク２に作用する圧下力あるいは圧下荷重（ワークが荷重を受け始めてからの弾性装置への圧下力あるいは圧下荷重）との関係を意味している。

弾性部材を用いた弾性装置の変形量と荷重との特性として、図１４で示すようにたわみ（横軸）と荷重（縦軸）との関係が線形であるもの、図１５で示すいわゆる「ハード特性」（たわみと荷重との関係が非線形）、図１６で示すいわゆる「ソフト特性」（たわみと荷重との関係が非線形）などが知られている。

しかし、図１４〜図１６で示すような各種特性を有する弾性装置に用いられた弾性部材を、加圧フレーム１０とワーク２との間に介在せしめたとしても、ワーク２の表面に生じた酸化スケールを十分に除去することと同時に、ワーク２を均一に圧下することはできない。
発明者の研究では、図３、図５、図６で示すような特性（詳細は後述する）であれば、ワーク２に表面欠陥が生じることなく、複数のワーク２を均一に圧下することが可能であるが、従来の弾性装置では、図３、図５、図６で示すような特性を具現することはできない。

その他の従来技術として、丸棒材を３本のローラーの間に挟んで、ローラーを回転させながら水平方向に加圧しつつ焼入れを行う技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、建設機械の、履帯に使われるピンを受けローラーと加圧ローラーの間に挿入し、ローラーを回転させながら垂直方向に加圧しつつ高圧スプレ焼入れを行う技術が公示されている（例えば、特許文献２）。
さらに、自動車部品に使われるラックギアを形成した棒材に対して、垂直方向、水平方向または斜め方向及びそれらの組合せの方法に加圧しつつ焼入れを行う技術が開示されている（例えば、特許文献３）。

しかし、係る従来技術（特許文献１〜特許文献３）では、表面欠陥を生じることなく、複数のワーク（例えばローラーや軸受）を均一に加圧して、ローラーや軸受などの加圧部品の損傷を防止することについて、開示するものではない。
特開昭５４−６７５０４号公報 特公昭６２−３７６９１号公報 特開２０００−１１９７３９号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、表面欠陥を生じることなく、複数のワーク（例えばローラーや軸受）を均一に加圧して、ローラーや軸受などの加圧部品の損傷を防止することができる拘束（加圧）焼入れ装置の提供を目的としている。

本発明の拘束（加圧）焼入れ装置は、基台（支持台１）と、その基台（１）に対して回転可能に支持された下方のローラー（６）とを備え、ワーク（２）がその下方のローラー（６）で下方から支持され、かつ、加圧部材（加圧ユニット１５）の下端部に回転可能に収容された上方のローラー（５）で上方から支持されており、上方のローラー（５）を下方のローラー（６）側に前記加圧部材（１５）を介して加圧するフレーム（圧下フレーム１０）を有し、加圧部材（１５）とフレーム（１０）とは加圧部材（１５）の上方に同軸に設けた第１の弾性部材（Ｂ）と第２の弾性部材（Ａ）とを介して接続するように設けられ、フレーム（１０）を下方のローラー（６）に向けて移動させることにより下方のローラー（６）側への加圧する力が第１の弾性部材（Ｂ）と第２の弾性部材（Ａ）とを介して加圧部材（１５）に伝達されるように構成され、第１の弾性部材（バネＢ）のバネ定数は第２の弾性部材（バネＡ）のバネ定数よりも小さく、フレーム（１０）には第１の弾性部材（バネＢ）に初期圧縮力（Ｐ _Ｍ ）を作用させる装置（例えば、バネ初期圧下量調整ネジ１７ａ）が取り付けられていることを特徴としている（請求項１）。

本発明の実施に際して、前記初期圧下力（Ｐ_Ｍ）は、ワーク（２）の曲がり（焼入れ過程の急冷による熱応力とマルテンサイト変態による変態応力による曲がり）を抑制するのに必要な圧力（最小圧力）よりも、若干小さい程度であるのが好ましい。

本発明の拘束焼入れ装置において、第１の弾性部材（バネＢ）は変形量に対する荷重変化特性が線形であり、第２の弾性部材（バネＡ）は変形初期における変形量に対する荷重変化は小さく、その後は変形量に対する荷重変化が増大する特性（非線形特性）を有することが好ましい（請求項２）。
例えば、第１の弾性部材（バネＢ）として円筒型コイルバネを選択し、第２の弾性部材（バネＡ）として円錐型コイルバネ、不などピッチコイルバネ、線径を変化させたテーパーコイルバネなどを用いることができる。
ただし、第２の弾性部材（バネＡ）として例えば円筒型コイルバネを選択し、変形量に対する荷重変化特性が線形であるように設定することが可能である。

また本発明の拘束焼入れ装置において、フレーム（１０）は支持台（１）と平行に延在している上方部材（１１）と下方部材（１３）とを有し、上方部材（１１）の上方には板状部材（押えプレート１６）が取り付けられており、上方部材（１１）には貫通孔（１１ａ）が形成され、第１の弾性部材（バネＢ）は第２の弾性部材（バネＡ）と隔てる境界部材（２１）と板状部材（１６）との間に挟持されており、境界部材（２１）と一体構造（相対運動のない連結構造も可）であるロッド（１７）が雄ネジ（１７ａ）で板状部材（１６）の雌ネジと螺合し、ロッド（１７）を回転することにより境界部材（２１）と板状部材（１６）との距離が変化するのが好ましい（請求項３）。

ここで、板状部材（１６）と第１の弾性部材（Ｂ）の間、または境界部材（２１）と第２の弾性部材（Ａ）の間にスペーサーを介在させることが可能である（請求項４）。

上述する構成を具備する本発明によれば、第１の弾性部材（バネＢ）及び第２の弾性部材（バネＡ）を介してフレーム（１０）による下方のローラー（下方のローラー）側へ加圧する力が加圧部材に伝達されるが、第１の弾性部材（バネＢ）には初期圧下力（Ｐ_Ｍ）が作用し、第１の弾性部材（バネＢ）のバネ定数は、第１の弾性部材（バネＢ）が初期圧下状態からさらに圧下された場合における第２の弾性部材（バネＡ）よりも小さいので、図３、図５、図６で示すような特性を具現することができる。
係る特性を実現した本発明の拘束焼入れ装置では、ワーク（２）を加圧する初期の段階では、ワーク（２）を圧下する力（加圧する力）が小さいので、冷却液の噴流だけでは除去できないワーク表面の酸化スケールは、小さな圧下力と冷却液噴射との同時作用により十分に除去される。つづいて、ワーク（２）がマルテンサイト変態温度に近くなるに伴って、必要な圧下力がワーク（２）に負荷されるので、焼入れによる曲がりを確実に防止あるいは是正することができる。

ワーク（２）が荷重を受け始めてからのフレーム（１０）の移動量が、図３における点Ｍよりも大きい側の領域になれば、フレーム（１０）の移動量とワーク（２）に作用する圧下力の特性は、バネ定数が小さい第１の弾性部材（バネＢ）の特性に従うので、フレーム（１０）の移動量が大きくても、それに対応する圧下力の変化量は小さくなる。
その結果、各ワークが圧下荷重を受け始める時点（ワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量）にバラツキがあったとしても、ワーク（２）に作用する圧下力にはほとんど差異が無くなり、ワーク（２）に均一な圧下力を作用させることができる。

ワーク（２）に均一な圧下力を作用させることができるため、本発明によれば、一部の加圧部品（上下のローラー、軸受など）にのみ、多大な圧下力（フレーム１０による圧下力）が作用してしまうことがなく、当該加圧部品の破損が防止される。したがって、装置全体の寿命を延長することができる。
また、当該加圧部品を交換する頻度が激減し、部品交換のために費やされた時間やコストを低減することができる。

さらに、従来技術において、前記加圧部品が破損して交換している際に、ワーク（２）が加熱装置内に滞留してしまった場合には、当該ワーク（２）が過熱（いわゆる「オーバーヒート」）して、酸化スケールの過度発生、脱炭層深さの増加、オーステナイト結晶粒の粗大化などの品質不良の原因となっていた。
これに対して本発明によれば、前記加圧部品の破損が防止されるので、加熱時間の過度の増加による品質低下も防止できる。

さらに本発明によれば、第１の弾性部材（バネＢ）及び第２の弾性部材（バネＡ）を利用して、かつ、第１の弾性部材（バネＢ）には初期圧下力（Ｐ_Ｍ）が作用しているので、従来の弾性装置では困難であった特性、すなわち図３、図５、図６で示すような特性を具現することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る拘束（加圧）焼入れ装置Ｚを示している。ここで、第１実施形態では、４本のワーク２を同時に拘束（加圧）焼入れする構成になっている。そして図２は、図１の拘束（加圧）焼入れ装置Ｚにおいて、１本のワーク２を拘束（加圧）焼入れする機構を示している。

図１において、拘束（加圧）焼入れ装置Ｚは、基台である支持台１と、丸棒状の複数のワーク２を上下で支持するローラー４と、ワーク２を加圧する加圧ユニット１５と、初期状態で加圧ユニット１５を支持する圧下（加圧）フレーム１０を有している。

ローラー４は、ワーク２を上方から支持する上方のローラー５と、ワーク２を下方から支持する２本の下方のローラー６、６で構成されている。
下方のローラー６、６は、図示しない回転装置によって、支持台１に対して回転可能に支持されている。
上方のローラー５は、加圧ユニット１５の下端部に回転自在に取り付けられている。そして、上方のローラー５の上方には、加圧ユニット１５を介して、圧下（加圧）フレーム１０が配置されている。

圧下（加圧）フレーム１０は、下方部材１３と、上方部材１１と、支持部材１２とで構成されており、下方部材１３は支持台１に近い位置に配置され、上方部材は上方に配置されている。そして、下方部材１３及び上方部材１１は支持台１に平行に配置されており、垂直方向へ延在する支持部材１２により接続されている。
上方部材１１には貫通孔１１ａが形成されており、貫通孔１１ａにはコイルバネＢの上部が収容されている。
上方部材１１の上部には板状の押えプレート１６が配置されており、押えプレート１６は、複数の連結ボルト１８によって上方部材１１に固定されている。

図２において、加圧ユニット１５は、下端部を形成する小径部１５ｂと、小径部１５ｂの上部に形成された大径部１５ａとを有している。
大径部１５ａの底部（小径部１５ｂとの境界の段差部、肩部）１５ｅは、下方部材１３の上面１３ｆに当接している。そして、加圧ユニット１５の小径部１５ｂは、下方部材１３に穿孔された貫通孔１３ｈに挿入されている。
小径部１５ｂの内部には、上方のローラー５が回転自在に収容されており、上方のローラー５の下端部は、小径部１５の下端部１５ｆより下方に突出している。

大径部１５ａの上部には穴１５ｃが形成され、穴１５ｃにはコイルバネＡが収容されている。コイルバネＡは円錐状に形成されており、そのバネは非線形の特性を有している。
コイルバネＡは、その大径側端部が、穴１５ｃの底部１５ｄに接して収容されている。コイルバネＡの小径側端部は、境界部材２１の底部２１ｂに接している。
ロッド１７は境界部材２１と一体的に構成されており、境界部材２１の下方にピン部２１ａを形成している。ここで、ロッド１７と境界部材２１とは、相対運動がない連結構造となっていてもよい。そして、ピン部２１ａは、コイルバネＡを位置決めする機能を有している。

ロッド１７において、境界部材２１の上部はステム部１７ｄを構成している。ステム部１７ｄの上部には雄ネジ１７ａが形成されており、雄ネジ１７ａには押えプレート１６とロックナット１９が螺合している。
境界部材２１と押えプレート１６との間の領域にはバネＢが取り付けられ、バネＢの特性は線形である。
ロッド１７を回転させることにより、境界部材２１と、押えプレート１６との間の距離が伸長または短縮し、バネＢに初期圧下量を与えている。バネＢの初期圧下量を調整した後、ロックナット１９を回転して、ロッド１７の位置つまりバネＢの初期圧下量を固定する。
後述するように、図３におけるＭ点付近では、バネＡとバネＢのバネ定数を比較すると、バネＡのバネ定数がバネＢのバネ定数に比較して、はるかに大きい。すなわち、
バネＡのバネ定数≫バネＢのバネ定数 である。

図１、図２を参照して説明した構成を具備する拘束（加圧）焼入れ装置Ｚによれば、コイルバネＡ、コイルバネＢ、加圧部材１５を介して、フレーム１０で発生する押圧力あるいは荷重がローラー４へ伝達される。

次に図３を参照して、バネＡとバネＢの特性について説明する。
図３は、上述した拘束（加圧）焼入れ装置Ｚにおけるワーク２あるいはローラー４を加圧する特性、換言すればバネＡ及びバネＢによって総合的に得られるバネ特性を示している。
図３において、縦軸はフレーム１０の移動に伴ってワーク２が受けた荷重、横軸はワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量すなわちバネＡ及びバネＢによる総合的なたわみ量である。

図３において、全体を符号Ｋで示す特性（バネＡ及びバネＢによって総合的に得られるバネ特性）は、たわみ量が０〜Ｍ間の領域では、符号Ｋ０で示す非線形な特性となる。そして、非線形な特性Ｋ０（バネＡの特性）は、バネ定数が小さい特性Ｋ１と、バネ定数が大きい特性Ｋ２とで構成されている。
バネ特性Ｋにおいて、たわみ量がＭ〜Ｎの領域では、符号Ｋ３で示す特性（バネＢの特性）であり、特性Ｋ３はバネ定数の小さい特性となっている。

ワーク２の表面に酸化スケールが除去されずに残留した状態で、当該ワークに大きな圧下力を負荷すると、ワーク２の表面が酸化スケールによって凹み、表面欠陥が生じてしまう。そのため、フレーム１０による加圧の初期には、ワーク２に負荷される荷重（圧下力）を小さくし、ワーク２が回転して酸化スケールが除去されるまで、大きな荷重が負荷されないようにすることが好ましい。係る理由により、図３において符号Ｋ１で示す領域では、フレーム１０の移動量に比較して、フレーム１０による圧下力の増加が少ない特性となっている。
また、図３において、符号Ｋ２で示す領域では、ワーク２から酸化スケールが完全に除去された後、マルテンサイト変態が進行しているので、ワーク２の曲がりを矯正するのに必要な圧下力をワーク２へ負荷するべく、フレーム１０の移動量に対して圧下力の増加が大きい特性となっている。

図３において、線形の特性を示す符号Ｋ３の領域では、フレーム１０の移動量が増加しても、ワーク２へ作用する圧下力はほとんど変化していない。
ここで、図３における点Ｍの荷重（圧下力）は、ワーク２の曲がり（焼入れ過程の熱応力とマルテンサイト変態応力とによる曲がり）を抑制するのに必要な圧下力（最小圧力）よりも、若干小さい程度である。

図１及び図２においては、バネＡは円錐型のコイルバネである。一方、バネＢは円筒型のコイルバネである。
ここで、バネＡとしては、ピッチを変化させた不などピッチコイルバネ、またはバネの径が変化するテーパーコイルバネを使用してもよい。

図１、図２で示す拘束焼入れ装置Ｚにおいて、加熱されたワーク２に対して冷却液を噴射する機構については、例えば、図１２で示すような機構を用いることができる。ここで、冷却液を噴射する機構については、図１２で示す機構のみならず、公知技術をそのまま適用することができる。
また、図１では明示されていないが、１つのワーク２に対する拘束焼入れについて、バネＡ及びバネＢは、各加圧ユニット１５について、入口側に２個、出口側に２個ずつ設けられている。

図３で示すような特性を得るための構造について、図４〜図７を参照して説明する。
図１、図２で示すバネＢは、図４で示す特性（点線で示す特性）を有しており、バネＢの変形量（図４の横軸）が大きくても、バネＢに作用する荷重（図４の縦軸）の変化は小さい。すなわち、バネＢのバネ定数が小さい。

一方、バネＡは図５で示す特性（図５における曲線状の特性）を有し、バネＡのバネ定数は、初期段階では小さく、それから急に大きくなる。
図５では、バネＡの特性と、バネＢの特性とが示されている。
図５において、変形量が小さい領域（図５の横軸における左側の領域）ではバネＡの特性に依存する。そして、荷重が一定の数値に到達した後（図５における点Ｍより右側の領域）には、バネＡの特性から、バネＢの特性に切り換わる。図５で明示されているように、あるいは上述したように、バネＢの特性は、バネＡの特性に比較して、傾斜が緩やかであり、バネ定数が小さい。

点Ｍに対応する圧下力（図３や図５における点Ｍの縦軸の座標）が、バネＢにおける初期圧下力Ｐ_Ｍである。
初期圧下力Ｐ_Ｍは、ワーク２の曲がり（焼入れ過程の熱応力とマルテンサイト変態応力とによる曲がり）を抑制するのに必要な圧下力よりも若干小さくなるように、雄ネジ１７ａで調節されている。
第１実施形態において、バネＢについて初期圧下力Ｐ_Ｍを設定した場合が図示されているが、バネＡについても、初期圧下力Ｐ_０１（図示せず）を設定することが可能である。その場合、バネＡの初期圧下力Ｐ_０１は、バネＢの初期圧下力Ｐ_Ｍよりも小さい数値に設定される。

第１実施形態に係る拘束焼入れ装置Ｚの加圧ユニットで、ワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量とローラー４（ワーク２）に作用する圧下力との関係あるいは特性が図３で示すようになれば、各ワークが圧下荷重を受け始める時点（ワーク２が圧下荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量）にバラツキが存在しても、ローラー４に作用する圧下力は均一となる。
図６を参照して、その理由を説明する。

図６において、横軸はワーク２が圧下荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量を示し、縦軸はローラー４に作用する圧下力あるいは圧下荷重を示している。
図６において、フレーム１０の移動量が点Ｍよりも右側の領域Ｋ３では、バネＢのバネ定数がバネＡよりはるかに小さいので、フレーム１０の移動量の増加は主にバネＢの変形の増加に変わる。そのため図６において、符号Ｋ３で示す特性を示す領域では、従来の線形な特性（図６では点線Ｓで示す特性）を有する場合に比較して、横軸のフレーム移動量の変化量Δｙに対する縦軸の圧下力（圧下荷重）の変化量ΔＬが小さい。
すなわち、図３で示すような特性を有していれば、図６において、フレーム１０の移動量が点Ｍよりも右側の領域Ｍ〜Ｎ（領域Ｋ３）では、ワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量にバラツキΔｙが存在しても、ローラー４に作用する圧下力のバラツキ（図６ではΔＬ）は非常に小さくなる。そのため、図３で示すような特性を有していれば、点Ｍよりも右側の領域Ｍ〜Ｎ（領域Ｋ３）において、ローラー４に作用する圧下力は、ほぼ一定となる。
そして、ローラー４に作用する圧下力が一定となる結果、特定のローラー４のみが破損してしまうことが防止される。

図７は、同一のフレーム１０に連結された図２で示す２つのユニットにおけるフレームの移動量とローラー４あるいはワーク２への荷重（圧下力）との特性を、比較して示している。
図７の（１）、（２）で示すように、同一のフレーム１０に連結されたユニットであっても、特性が異なっている。すなわち、図７の（１）、（２）において、同一のフレーム１０に連結されているため、（１）、（２）における横軸の数値（フレーム移動量）は同一である。しかし、ワーク２への荷重（縦軸の数値）は、図７の（１）と（２）では相違している。
図７の（１）、（２）における符号「Ｈ」は、フレーム１０の移動量の増加を吸収する主要な弾性体がバネＡからバネＢに変化した点Ｍからの、バネＢの変形量（たわみ量）の増加量を示している。図７（１）、（２）における「Ｈ」の差が、ワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０移動量のバラツキΔｙ（図６を参照して説明）に相当する。

図３、図６を参照して上述したように、符号「Ｈ」で示す変化量はバネＢが初期圧縮からさらに圧縮された領域であり、バネＢのバネ定数は小さいため、図７（１）、（２）における「Ｈ」が相違しても、「Ｈ」に相当する縦軸の荷重の変化量は図７の（１）と（２）ではほとんど相違しない。すなわち、図７の（１）で示す特性のユニットと、図７の（２）で示す特性のユニットにおいて、ローラー４に作用する圧下荷重はほぼ同一となる。
なお、発明者の研究によれば、図７に示す変形量Ｈのバラツキが１．５ｍｍ以内であれば、各ワークに負荷される圧下力（圧下荷重）のバラツキは３％以内に抑えられる。

次に図８を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態に係る拘束（加圧）焼入れ装置Ｚ２では、バネＡが円筒型のコイルバネで形成されている。バネＡは、線形の特性を有していてもよいし、あるいは、非線形の特性を有していてもよい。ただし、線形の特性を有するバネＡは、ワーク２の表面に生じた酸化スケールがワーク母材に残存する程度が低く、冷却液の噴射のみで十分に除去できる場合に適用することが望ましい。
図８において、円筒型のコイルバネＡのバネ定数は、バネＢのバネ定数の８倍以上であることが好ましい。
図８の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図７の第１実施形態と同様である。

図９、図１０は、本発明の第３実施形態に係る拘束（加圧）焼入れ装置Ｚ３示している。
以下、図９、図１０の第３実施形態について、図１〜図８の各実施形態とは相違する点を主として説明する。
図９において、バネＢと押えプレート１６との間にスペーサー２２が介在している。図９では明確には示されていないが、スペーサー２２を、バネＡと境界部材２１との間に介在させてもよい。
スペーサー２２を設けることにより、バネＡ及びバネＢに対して初期圧下力（予圧）を付与することができる。

図１〜図８の各実施形態において、ワーク２が荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量（図３、図６、図１０の横軸）とローラー４に負荷される圧下荷重（図３、図６、図１０の縦軸）との特性は、図１０において、Ｏ→Ｍ→Ｎで示すような特性となっている。
これに対して、図９で示すようにスペーサー２２を設けることにより、ワーク２が圧下荷重を受け始めてからのフレーム１０の移動量と、ローラー４に負荷される圧下荷重との特性は、図１０のＯ１→Ｍ１→Ｎで示す特性、あるいはＯ２→Ｍ２→Ｎ２で示すような特性に変化する。
図１０で明らかなように、図９で示すようにスペーサー２２を設ければ、ローラー４に負荷される圧下荷重の大きさと、必要な圧下荷重となるまでのフレーム１０の移動量は、簡単に調整することができる。

図９、図１０の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図８の実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の第１実施形態を示す正面図。 本発明の第１実施形態における１つのユニットを示す正面図。 図２のユニットにおけるフレーム移動量とローラーへの圧下荷重との特性図。 第１実施形態における第１のバネの特性図。 第１実施形態における第２のバネの特性図。 第１実施形態の作用を説明する図３と同様な特性図。 第１実施形態の作用を説明する図６とは別の特性図。 本発明の第２実施形態における１つのユニットを示す正面図。 本発明の第３実施形態における１つのユニットを示す正面図。 図９のユニットにおけるフレーム移動量とローラーへの圧下荷重との特性図。 従来の拘束焼入れ装置の一例を模式的に示す図。 図１１のローラー周辺を示す部分拡大図。 ワークに負荷される圧下力（加圧力）の不均一性を示す図。 バネの線形の特性を示す図。 バネを用いた弾性装置の非線形の特性を示す図。 バネを用いた弾性装置の非線形の特性を示す図１５とは別の図。

符号の説明

Ａ、Ｂ・・・・バネ
１・・・・・・基台、支持台
２・・・・・・ワーク
４・・・・・・ローラー
５・・・・・・上方のローラー
６・・・・・・下方のローラー
１０・・・・・加圧フレーム、圧下フレーム
１１・・・・・上方部材
１１ａ・・・・貫通孔
１２・・・・・支持部材
１３・・・・・下方部材
１６・・・・・板状部材、押えプレート
１７・・・・・ロッド
１７ａ・・・・雄ネジ
１８・・・・・連結ボルト
１９・・・・・ロックナット
２１・・・・・境界部材
２２・・・・・スペーサー

Claims (4)

1. 基台（１）と、その基台（１）に対して回転可能に支持された下方のローラー（６）とを備え、ワーク（２）がその下方のローラー（６）で下方から支持され、かつ、加圧部材（１５）の下端部に回転可能に収容された上方のローラー（５）で上方から支持されており、上方のローラー（５）を下方のローラー（６）側に前記加圧部材（１５）を介して加圧するフレーム（１０）を有し、加圧部材（１５）とフレーム（１０）とは加圧部材（１５）の上方に同軸に設けた第１の弾性部材（Ｂ）と第２の弾性部材（Ａ）とを介して接続するように設けられ、フレーム（１０）を下方のローラー（６）に向けて移動させることにより下方のローラー（６）側への加圧する力が第１の弾性部材（Ｂ）と第２の弾性部材（Ａ）とを介して加圧部材（１５）に伝達されるように構成され、第１の弾性部材（Ｂ）のバネ定数は第２の弾性部材（Ａ）のバネ定数よりも小さく、フレーム（１０）には第１の弾性部材（Ｂ）に初期圧縮力（Ｐ _Ｍ ）を作用させる装置（１７ａ）が取り付けられていることを特徴とする拘束焼入れ装置。
2. 第１の弾性部材（Ｂ）は変形量に対する荷重変化特性が線形であり、第２の弾性部材（Ａ）は変形初期における変形量に対する荷重変化は小さく、その後は変形量に対する荷重変化が増大する特性を有する請求項１の拘束焼入れ装置。
3. フレーム（１０）は基台（１）と平行に延在している上方部材（１１）と下方部材（１３）とを有し、上方部材（１１）の上方には板状部材（１６）が取り付けられており、上方部材（１１）には貫通孔（１１ａ）が形成され、第１の弾性部材（Ｂ）は第２の弾性部材（Ａ）と隔てる境界部材（２１）と板状部材（１６）との間により挟持されており、境界部材（２１）と一体構造であるロッド（１７）が雄ネジ（１７ａ）で板状部材（１６）の雌ネジと螺合し、ロッド（１７）を回転することにより境界部材（２１）と板状部材（１６）との距離が変化する請求項１、２のいずれかの拘束焼入れ装置。
4. 板状部材（１６）と第１の弾性部材（Ｂ）の間、または境界部材（２１）と第２の弾性部材（Ａ）の間にスペーサー（２２）が介在している請求項３の拘束焼入れ装置。

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