JP6767144B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱処理装置および熱処理方法に関し、より詳細には、ワークを狙い温度にまで誘導加熱する処理が実施される熱処理装置および熱処理方法に関する。

周知のように、転がり軸受の軌道輪等、高い機械的強度が要求される金属製部材の製造過程においては、該金属製部材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）が実施される。この熱処理は、熱処理対象のワークを狙い温度にまで加熱する加熱工程や、加熱されたワークを冷却する冷却工程などを含む。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を用いて実施することができるが、雰囲気加熱炉は、雰囲気も併せて加熱する必要があるためにエネルギー効率が低い、熱処理装置が大掛かりになる、などという問題がある。

そこで、下記の特許文献１に記載されているように、加熱工程では、高周波誘導加熱によりワークを加熱する場合がある。誘導加熱であれば、ワークを直接加熱することができるため高いエネルギー効率を達成することができることに加え、コンパクトな熱処理装置を実現することができる。また、熱処理対象のワークが、特に転がり軸受の軌道輪のようなリング状部材である場合には、特許文献１に記載されているように、同軸的に保持された複数のワークを、ワークと同軸に配置された通電状態の加熱コイルに対して軸方向に相対移動させることにより、複数のリング状部材を順次加熱する、いわゆる連続加熱法を採用することができる。このような連続加熱法であれば、複数のワークのそれぞれを効率良く狙い温度にまで誘導加熱することができる、という利点がある。

特開２０１５−６７８８１号公報

ところで、上記の軌道輪のように、部材全体（部材の周方向各部）に荷重が作用するものにおいて、周方向各部の強度に差があると、強度の低い部分が破損起点になり易くなる。このような問題は、例えば、加熱完了後のワークの温度が周方向でばらついている場合に生じ得る。そこで、本願発明者らは、上記の連続加熱法が実施される加熱工程の最終段階（後半部分）で、ワークを一定温度で所定時間保持する（ワークを均熱保持する）ことにより、ワークの周方向各部の温度を均一化することを試みた。

ここで、誘導加熱用の加熱コイルとしては、通常、導電性金属からなるコイル材料を螺旋状に巻き回したもの（以下「螺旋コイル」という。）が使用される。螺旋コイルは、一般に、コイルピッチ（任意の周方向位置において軸方向で隣接するコイルの間隔）が密になるほど出力が強くなり、コイルピッチが疎になるほど出力が弱くなるという特性を有する。そこで、本願発明者らは、上記態様で熱処理を実施するに際し、図１５に示す態様でコイルピッチが調整された螺旋コイル１００、より詳細には、加熱開始側のコイルピッチが相対的に密に設定され、加熱終了側のコイルピッチが相対的に疎に設定された螺旋コイル１００を使用することを試みた。この場合、ワーク１０１が螺旋コイル１００に対して軸方向に相対移動するのに伴って、ワーク１０１は、まず、所定温度にまで積極的に加熱され、その後、均熱保持されることになる。

しかしながら、上記態様でコイルピッチが調整された螺旋コイル１００を用いた場合でも、加熱完了後のワーク１０１は、その周方向各部の温度が不均一であった。その理由は、螺旋コイル１００では、コイルピッチがワーク１０１の周方向各部で不均一である（コイルピッチがワーク１０１の周方向で徐々に変化する）こと、また、コイルピッチを変更することによってコイル１００の形状が望まない態様で変化すること、などに由来すると推察される。

また、図１５に示す態様でワーク１０１を誘導加熱する場合において、例えば、熱処理対象のワーク１０１が軸方向寸法の異なるものに変更されたときには、螺旋コイル１００のコイルピッチを変更（調整）する、などといった対応が必要となる。しかしながら、螺旋コイル１００のコイルピッチを正確に調整するには多大な手間を要するため、ワークに対する熱処理を効率良く実施することができない、という問題がある。

以上の実情に鑑み、本発明の目的は、熱処理対象のワークの温度を周方向の各部でばらつかせることなく、ワークを狙い温度にまで誘導加熱することができ、しかも、ワークに応じた最適なコイルピッチ（加熱条件）を容易かつ正確に設定することのできる技術手段を提供することにある。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、ワークを狙い温度にまで誘導加熱する加熱部と、同軸的に保持された複数のワークを通電状態の加熱部に対して軸方向に相対移動させる駆動機構と、を備えた熱処理装置において、加熱部は、ワークを囲繞可能にワークと同軸に配置されたコイル部を有し、コイル部の延在方向の各部が同一平面上に位置する複数のコイル部材と、複数のコイル部材のそれぞれを、コイル部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と、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の一方および他方に対して取り外し可能に取り付けられ、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の相対的な接近および離反移動を規制する規制部材と、を備えることを特徴とする。

上記構成を有する熱処理装置であれば、それぞれがコイル部を有する複数のコイル部材が枠体に対して軸方向移動可能に支持されていることから、コイルピッチは、枠体に対するコイル部材の位置・姿勢を調整・管理することで調整・設定し得る。そのため、コイルピッチを調整しても、各コイル部材（コイル部）の姿勢を適切な状態（熱処理対象のワークと平行な姿勢）に保つことができ、しかも、図１５に示す螺旋コイル１００のコイルピッチを調整する場合のように、コイルピッチがワークの周方向で徐々に変化したり、コイル形状が変化したりすることがない。このため、コイルピッチを調整することによって、コイルピッチが相対的に密に設定された昇温ゾーンと、コイルピッチが相対的に疎に設定された均熱保持ゾーンとを設けておけば、熱処理対象のワークが転がり軸受の軌道輪のようなリング状ワークである場合でも、ワークの温度を周方向でばらつかせることなく、ワークのそれぞれを狙い温度にまで適切に誘導加熱することができる。

また、上記の構成によれば、規制部材の軸方向寸法に基づいて軸方向で隣り合う２つのコイル部材の軸方向の離間距離（コイルピッチ）を調整・設定することができる。そのため、コイルピッチの調整・設定時には、所定の軸方向寸法を有する規制部材を、少なくとも一方が軸方向移動可能な状態とされた隣り合う２つのコイル部材の一方および他方に対して取り付け固定すれば、コイルピッチを、ワークに応じた最適なコイルピッチに容易かつ正確に調整・設定することができる。

コイル部材には、軸方向およびその延在方向で規制部材とそれぞれ係合する第１突起および第２突起を設けることができる。このようにすれば、所望のコイルピッチを容易かつ正確に実現する（コイルピッチの再現性を高める）ことができる。

軸方向で隣り合う２つのコイル部材は、規制部材を介して電気的に接続することができる。このようにすれば、複数のコイル部材を、電気的には一の多巻きコイルとして取り扱うことができるので、給電回路を簡素な構成とすることができる。

コイル部材は、導電性金属からなる管状体で有端状に形成することができる。この場合において、加熱部が、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の内部空間を連通させる連通部材をさらに有していれば、コイル部材と連通部材とで一連の流体通路を形成することができる。この流体通路は、例えば冷却水を流通させるための冷却回路の一部として活用することができる。このような冷却回路を設けておけば、加熱部の温度制御を適切かつ効率良く実施することができる。また、連通部材が可撓性材料で形成されていれば、コイルピッチの変更時にも、連通部材をこれに追従するかたちで変形させることができる。そのため、上記の冷却回路が必要な場合でも、コイルピッチが変更される毎に冷却回路を再構築する手間を軽減することができる。

各コイル部材は、枠体に対して着脱可能であるのが好ましい。このようにすれば、コイル部材の設置個数の増減や、コイル部材の交換等にも容易に対応することができる。

また、上記の目的を達成するため、本発明では、同軸的に保持された複数のワークを通電状態の加熱部に対して軸方向に相対移動させることにより、複数のワークを順次狙い温度にまで誘導加熱する加熱工程を含む熱処理方法であって、加熱工程では、ワークを、ワークを囲繞可能にワークと同軸に配置されたコイル部を有し、コイル部の延在方向の各部が同一平面上に位置する複数のコイル部材と、複数のコイル部材のそれぞれを、コイル部同士の同軸を維持しつつ、軸方向移動可能に保持した枠体と、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の一方および他方のそれぞれに対して取り外し可能に取り付けられ、軸方向で隣り合うコイル部材の相対的な接近および離反移動を規制する規制部材とを備える加熱部により加熱することを特徴とする熱処理方法を提供する。

このような熱処理方法であれば、本発明に係る熱処理装置を採用した場合と同様の作用効果を享受することができる。

以上から、本発明によれば、熱処理対象のワークの温度を周方向の各部でばらつかせることなく、ワークを狙い温度にまで誘導加熱することができ、しかも、ワークに応じた最適なコイルピッチ（加熱条件）を容易かつ正確に設定することができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の全体構造を概念的に示す図である。 図１に示す熱処理装置で実施される工程のフロー図である。 図１に示す熱処理装置を構成する加熱部の平面図（上面図）である。 図３のＣ−Ｄ−Ｅ−Ｆ線矢視断面図である。 図４のＧ−Ｇ線矢視断面図である。 図３に示す加熱部を構成する一のコイル部材の平面図である。 図３に示す加熱部を構成する他のコイル部材の平面図である。 図５の部分拡大斜視図である。 図３等に示す加熱部におけるコイルピッチの変更態様を説明するための図である。 加熱部における冷却水の流れを説明するための概要図である。 確認試験で使用したワークの縦断面図である。 図１５に概念的に示す熱処理装置で図１１に示すワークを誘導加熱した場合における同ワークの温度変化を示す図である。 図３等に示す熱処理装置で図１１に示すワークを誘導加熱した場合における同ワークの温度変化を示す図である。 コイルピッチの再現性を確認するために実施した試験結果を示す図である。 本発明の検討過程で使用した熱処理装置における加熱部の概略正面図である。

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装置１の全体構造を概念的に示す図である。同図に示す熱処理装置１は、鋼製のワークＷ、より詳細には、例えば、炭素含有量０．８質量％未満の鋼材（ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定の機械構造用炭素鋼に分類されるＳ４５ＣやＳ５３Ｃ等）からなるリング状のワークＷ（例えば、転がり軸受の外輪）に対して熱処理としての焼入硬化処理を施すために使用されるものであって、図２に示すように、加熱工程Ｓ１、搬送工程Ｓ２および冷却工程Ｓ３を順に実行するように構成されている。

熱処理装置１は、図１に示すように、主に、加熱工程Ｓ１で使用される加熱部２、保持部３および高周波電源４と、搬送工程Ｓ２で使用される搬送装置５と、冷却工程Ｓ３で使用される冷却部６とを備える。冷却部６は、適温に保持された冷却液（例えば、焼入油）６２が貯留された冷却液漕６１で構成されており、搬送装置５は、例えばベルトコンベアで構成されている。

保持部３は、熱処理対象のワークＷを同軸的に複数保持するものであり、本実施形態では、複数のワークＷを多段に積み重ねた段積み状態で同軸的に保持する。従って、本実施形態において、本発明でいう「軸方向」とは鉛直方向（上下方向）である。また、本実施形態では、保持部３により保持された複数のワークＷが図示しない駆動機構の出力を受けて上方に送られることにより、各ワークＷが順次加熱部２の内周に導入される。

以下、本発明の特徴的な構成を有する加熱部２について、図３−図１０を参照しながら詳細に説明する。

図３−図５に示すように、加熱部２は、鉛直方向に沿って多段に配置された複数（図示例では１０個）のコイル部材１１と、各コイル部材１１を昇降可能に支持した枠体２１と、コイル部材１１に設けた電極と高周波電源４（図１参照）の電極とを接触させてコイル部材１１に通電するための中継部品７とを備える。

図３に示すように、各コイル部材１１は、保持部３（図１参照）により保持されたワークＷと同軸に配置され、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１１ａを有する。また、各コイル部材１１は、コイル部１１ａの周方向一端部および他端部から延びた第１および第２延長部１１ｂ，１１ｃを有する。本実施形態では、最上段のコイル部材１１と最下段のコイル部材１１の間に、延長部１１ｂ，１１ｃの形状が相互に異なる二種類のコイル部材１１を交互に配置している。上記二種類のコイル部材１１の一方は、図６に示すように、自由端が相対的にコイル部１１ａから離間した位置に配置された延長部１１ｂ，１１ｃを有し、上記二種類のコイル部材１１の他方は、図７に示すように、自由端が相対的にコイル部１１ａに接近した位置に配置された延長部１１ｂ，１１ｃを有する。これは、上下で隣り合う２つのコイル部材１１の延長部１１ｂ，１１ｃ同士が干渉するのを避けるためである。

各コイル部材１１は、導電性金属からなる管状体（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１１ａは、その延在方向（周方向）の各部が同一平面上、ここでは水平面上に位置している。そして、図３−図５に示すように、各コイル部材１１は、コイル部１１ａの中心軸を他のコイル部材１１のコイル部１１ａの中心軸と一致させると共に、コイル部１１ａの周方向端部の位相を他のコイル部材１１のコイル部１１ａの周方向端部の位相と一致させた状態で、枠体２１に水平姿勢で支持されている。

各コイル部材１１には導電性金属からなる受け部材１２が溶接されており、この受け部材１２に対して後述する規制部材２３の一端又は他端が取り付け固定（ボルト止め）されている。なお、最上段のコイル部材１１においては、第１延長部１１ｂにのみ受け部材１２が溶接され、最下段のコイル部材１１においては、第２延長部１１ｃにのみ受け部材１２が溶接され、最上段のコイル部材１１と最下段のコイル部材１１の間に配置された計８個のコイル部材１１のそれぞれには、第１および第２延長部１１ｂ，１１ｃの双方に受け部材１２が溶接されている。

図３−図５に示すように、枠体２１は、最下段のコイル部材１１の下方側に配置された台座２１ａと、台座２１ａ上に立設された複数本（本実施形態では３本）の支柱２１ｂとを有し、各コイル部材１１は、コイル部１１ａの周方向に離間した３箇所に設けられた支持部品２２を介して枠体２１に支持されている。各支柱２１ｂには、コイル部材１１の昇降移動を案内するためのガイド部２１ｃが設けられており、ガイド部２１ｃは、鉛直方向に延びた長穴状の貫通穴で構成される。台座２１ａおよび支柱２１ｂは、何れも絶縁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１１の外周に固定されたナット１１ｄに締結されると共に、径方向外側の端部付近が対応する支柱２１ｂのガイド部２１ｃに挿通されたボルト部材２２ａと、支柱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。

上記の構成により、各コイル部材１１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柱２１ｂを挟持すると、鉛直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、支柱２１ｂの挟持力を解放すると、コイル部材１１を昇降移動させることが、すなわち、コイル部材１１の鉛直方向における配設位置や姿勢を調整することが可能となる。さらに、以上の構成から、各コイル部材１１に設けられた全ての支持部品２２においてボルト部材２２ａをナット１１ｄから取り外せば、コイル部材１１を枠体２１から取り外すことができる。従って、各コイル部材１１は、枠体２１に対して昇降可能であると共に着脱可能である。

図３−図５に示すように、加熱部２は、上下で隣り合う２つのコイル部材１１の相対的な接近および離反移動を規制する（複数の）規制部材２３を有する。なお、以下、上下で隣り合う２つのコイル部材１１を説明する際には、便宜上、相対的に上側に配置されるコイル部材１１を「コイル部材１１Ａ」と、また、相対的に下側に配置されるコイル部材１１を「コイル部材１１Ｂ」ともいう。但し、本発明の実施の形態を示している各図においては符号１１Ａ，１１Ｂを示していない。

各規制部材２３は、導電性を有する金属材料で形成されており、コイル部材１１Ａ（の第１延長部１１ｂに溶接された受け部材１２）に対してボルト止めされた第１の頭部２４と、コイル部材１１Ｂ（の第２延長部１１ｃに溶接された受け部材１２）に対してボルト止めされた第２の頭部２５と、鉛直方向に対して所定角度傾斜し、両頭部２４，２５間に介在する接続部２６とを一体に有する。このように、導電性金属からなる規制部材２３がコイル部材１１に対してボルト止めされていることにより、コイル部材１１Ａ，１１Ｂは、規制部材２３、受け部材１２および上記のボルトを介して電気的に接続される。そのため、本実施形態では、多段に配置された複数のコイル部材１１のうち、最上段および最下段のコイル部材１１が中継部品７を介して高周波電源４（図１）と電気的に接続されている。

図８に拡大して示すように、各コイル部材１１の第１延長部１１ｂに溶接された受け部材１２には、規制部材２３の第１頭部２４の上端面２４ａおよび周端面２４ｂとそれぞれ係合可能な第１および第２突起１３，１４が設けられ、各コイル部材１１の第２延長部１１ｃに溶接された受け部材１２には、規制部材２３の第２頭部２５の下端面２５ａおよび周端面２５ｂとそれぞれ係合可能な第１および第２突起１３，１４が設けられている。要するに、各コイル部材１１には、軸方向で規制部材２３と係合する第１突起１３と、その延在方向（周方向）で規制部材２３と係合する第２突起１４とが設けられている。

本実施形態では、軸方向寸法が相互に異なる二種類の規制部材２３が使用されている。より具体的に説明すると、図４−５に示すように、最下段〜下から６番目のコイル部材１１においては、軸方向寸法が相対的に小さい規制部材２３がコイル部材１１Ａ，１１Ｂに対して取り付けられ、下から６番目〜最上段のコイル部材１１においては、軸方向寸法が相対的に大きい規制部材２３がコイル部材１１Ａ，１１Ｂに対して取り付けられている。このような構成により、加熱部２の下側領域、すなわち加熱工程Ｓ２の開始側には、コイルピッチが相対的に密であり、ワークＷを所定温度にまで積極的に加熱可能な昇温ゾーンＺ１が形成され、また、加熱部２の上側領域、すなわち加熱工程Ｓ２の終了側には、コイルピッチが相対的に疎であり、ワークＷを均熱保持可能な均熱保持ゾーンＺ２が形成される。

加熱部２には、コイル部材１１を冷却するための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、コイル部材１１の温度制御を適切かつ効率良く実施することができる。本実施形態の冷却回路は一系統であり、図３および図４に示すように、最下段のコイル部材１１の第１延長部１１ｂの自由端に給水管２８ａを接続すると共に、最上段のコイル部材１１の第２延長部１１ｃの自由端に排水管２８ｂを接続し、かつ、連通部材２９を介して上下で隣り合うコイル部材１１Ａ，１１Ｂの内部空間を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１１Ａ，１１Ｂ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れば、連通部材２９とコイル部材１１Ａ，１１Ｂ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、図３にのみ連通部材２９を図示している。

ここで、本実施形態の加熱部２における冷却水の流れを図１０に基づいて簡単に説明する。図示しない貯水タンクから供給された冷却水は、図１０中に白抜き矢印で示すように、給水管２８ａを介して最下段のコイル部材１１の内部空間に流入し、その後、連通部材２９（図１０では省略）の内部空間およびコイル部材１１の内部空間を交互に流通して上方に向かう。そして、最上段のコイル部材１１の内部空間を流通した冷却水は、最上段のコイル部材１１の第２延長部１１ｃの自由端に接続された配水管２８ｂを介して外部に排出される（図３を併せて参照）。

以下、以上の構成を有する熱処理装置１を用いてのワークＷの焼入硬化処理の実施態様について説明する。

焼入硬化処理は、図２に示すように、ワークＷを狙い温度にまで誘導加熱する加熱工程Ｓ１と、狙い温度に加熱されたワークＷを冷却部６へと搬送する搬送工程Ｓ２と、ワークＷを冷却して焼入硬化させる冷却工程Ｓ３とを有する。

（Ａ）加熱工程Ｓ１
この加熱工程Ｓ１では、保持部３（図１参照）により同軸的に保持された複数のワークＷを、順次狙い温度にまで加熱する。具体的には、まず、保持部３上に、それぞれの中心軸を一致させるようにして複数のワークＷを段積みする。ワークＷが、例えば転がり軸受の外輪である場合、当該ワークＷは、径方向寸法に対して軸方向寸法が小さい。そのため、ワークＷを段積みすると、加熱工程Ｓ１の実施中におけるワークＷの姿勢が安定するという利点がある。詳細な図示は省略するが、ワークＷの段積み作業は、自動で実施することができる。

段積み状態で同軸的に保持された複数のワークＷに対して図示しない駆動機構から上向きの送り力が付与されると、ワークＷは、加熱部２の下端開口部を介して通電状態の加熱部２（コイル部１１ａ）の内周に導入される。そして、駆動機構が継続して作動することにより、ワークＷは上向きに送られ、最終的に加熱部２の上端開口部を介して加熱部２の外側に排出される。加熱部２の下側領域および上側領域には、それぞれ、上記の昇温ゾーンＺ１および均熱保持ゾーンＺ２が設けられていることから、加熱部２の内周に導入されたワークＷは、昇温ゾーンＺ１を通過する間に所定温度にまで誘導加熱され、その後、均熱保持ゾーンＺ２を通過する間、一定温度で保持される。これにより、ワークＷは狙い温度にまで誘導加熱され、しかもワークＷの温度を周方向の各部でばらつかせることなく、ワークＷ全体を略均一温度に加熱することができる。

（Ｂ）搬送工程Ｓ２
この搬送工程Ｓ２では、狙い温度に加熱されたワークＷが、搬送装置５により冷却部６（冷却液漕６１）へと順次搬送される（図１参照）。

（Ｃ）冷却工程Ｓ３
この冷却工程Ｓ３では、搬送装置５によって冷却液漕６１へと搬送されたワークＷが、冷却液漕６１内に貯留された冷却液６２に浸漬されることによって所定の温度域にまで冷却され、焼入硬化される（図１参照）。

以上の手順により、熱処理装置１を用いたワークＷの焼入硬化処理が完了する。焼入硬化処理が完了したワークＷには、その後、焼き戻し処理や各種仕上げ処理などの所定の処理が施される。これにより、ワークＷが完成品となる。

以上で説明した本発明に係る熱処理装置１によれば、コイル部１１ａを有するコイル部材１１のそれぞれが枠体２１に対して昇降可能に支持されていることから、コイルピッチは、枠体２１に対する各コイル部材１１の位置・姿勢を調整・管理することで調整・設定し得る。そのため、コイルピッチを調整しても、個々のコイル部材１１（コイル部１１ａ）の姿勢を適切な状態、要するに熱処理対象のワークＷと平行な姿勢に保つことができることに加え、図１５に示す螺旋コイル１００のコイルピッチを調整する場合のように、コイルピッチがワークＷの周方向で徐々に変化したり、コイル部１１ａの形状が変化したりすることがない。このため、コイルピッチを調整することにより、加熱部２の下側領域に昇温ゾーンＺ１を設けると共に、加熱部２の上側領域にワークＷを均熱保持するための均熱保持ゾーンＺ２を設けておけば、ワークＷが各コイル部１１ａの対向領域を通過するのに伴って、ワークＷの温度を周方向でばらつかせることなく、ワークＷのそれぞれを狙い温度にまで適切に誘導加熱することができる。

また、本発明に係る熱処理装置１によれば、規制部材２３の軸方向（鉛直方向）寸法に基づいてコイルピッチを設定することができる。そのため、例えば、熱処理対象のワークＷが軸方向寸法の異なるもの（これを「ワークＷ’」という）に変更される場合でも、規制部材２３を取り外してから、少なくとも一方が昇降移動可能な状態とされた隣り合う２つのコイル部材１１の一方および他方に対して他の規制部材２３（コイル部材１１から取り外された規制部材２３とは軸方向寸法が異なる規制部材２３）をボルト止めすれば、コイルピッチをワークＷ’に応じた最適なコイルピッチに容易かつ正確に設定することが、すなわち、加熱部２を、ワークＷ’を適切に誘導加熱できる形態に容易に変更することができる（以上、図９を参照）。特に、本実施形態では、各コイル部材１１（に溶接した受け部材１２）に、軸方向およびその周方向で規制部材２３とそれぞれ係合する第１および第２突起１３，１４を設けているので、コイルピッチの調整・設定作業を一層容易化できることに加え、コイルピッチの調整後には、隣り合う２つのコイル部材１１の相対移動を確実に規制することができる。

要するに、本発明の構成を採用すれば、ワークＷの大きさや、加熱部２を通過する際に獲得すべきワークの温度履歴等に応じて、コイルピッチを容易かつ正確に調整・設定することができる。従って、加熱部２を、以上で説明した実施形態のように、昇温ゾーンＺ１と均熱保持ゾーンＺ２とが一つずつ設けられた形態から、例えば昇温ゾーンＺ１と均熱保持ゾーンＺ２とが交互に２つずつ設けられた形態（第１の昇温ゾーン、第１の均熱保持ゾーン、第２の昇温ゾーンおよび第２の均熱保持ゾーンの順に設けられた形態）に変更することも容易かつ正確に行い得る。

以上、本発明の実施の形態の一例について説明を行ったが、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、上記の実施形態では、加熱部２に冷却回路を一系統のみ設けたが、冷却回路は二系統以上設けても良い。特に、多数のコイル部材１１を用いる場合のように、一系統の冷却回路だけでは必要とされるコイル冷却能力が不足することが懸念される場合には、冷却回路を複数系統設けるのが有効である。このように冷却回路を複数系統設ける場合でも、加熱部２が相互に分離したコイル部材１１を複数設けて構成されていることから、複数系統の冷却回路を容易に構築することができる。

また、上記の実施形態で用いた支持部品２２や規制部材２３の構成もあくまでも一例であり、同様の機能を果たし得るものであれば適宜変更可能である。また、上記の実施形態では、コイル部材１１に受け部材１２を溶接し、この受け部材１２に対して規制部材２３をボルト止めしたが、規制部材２３は、コイル部材１１に対して直接ボルト止めしても構わない。

また、上記の実施形態では、複数のワークＷを順次狙い温度に誘導加熱すると共に、狙い温度に誘導加熱されたワークＷを、順次搬送工程Ｓ２、さらには冷却工程Ｓ３に送り込むようにしたが、搬送工程Ｓ２および冷却工程Ｓ３は、加熱が完了した複数のワークＷに対してまとめて実施するようにしても良い。

また、上記の実施形態では、加熱部２と保持部３により同軸的に保持された複数のワークＷの相対移動方向を鉛直方向としたが、本発明は、両者を水平方向に相対移動させるように構成された熱処理装置１にも適用することができる。

また、本発明に係る熱処理装置１は、転がり軸受の外輪以外にも、例えば、転がり軸受の内輪、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などといった鋼製のリング状部材に熱処理を施す際に好ましく適用することができる。

また、本発明に係る熱処理装置１は、リング状のワークＷのみならず、円盤状あるいは円柱状のワークに熱処理を施す際にも好ましく適用することができる。

本発明の有用性を実証するため、（１）加熱部に図１５に示す螺旋コイル１００を用いた熱処理装置でワークを誘導加熱する場合、および（２）加熱部に図３等に示す本発明を適用した熱処理装置でワークを誘導加熱する場合のそれぞれにおいて、ワークを９００℃程度にまで加熱する際にワークの温度履歴（昇温態様）に差異が生じるか否かを確認した。なお、上記（１）（２）の何れにおいても、コイルピッチを調整することにより、加熱部の前半部分にワークを積極的に加熱する昇温ゾーンを設けると共に、加熱部の後半部分にワークを均熱保持することができる均熱保持ゾーンを設けた。

この確認試験で使用したワークは、図１１に示すように、小径側の内径寸法ｄ１：１４６ｍｍ、外径寸法ｄ２：１７０ｍｍ、軸方向寸法ｄ３：２９ｍｍに形成された転がり軸受（円錐ころ軸受）の外輪である。また、この確認試験では、図１１に示すように、上記ワークのうち、周方向で位相を１８０°異ならせた二点（Ａ部およびＢ部）の温度を測定した。

上記（１）の場合におけるワークの温度測定結果を図１２に示し、上記（２）の場合におけるワークの温度測定結果を図１３に示す。図１２からも明らかなように、ワークを誘導加熱するために螺旋コイル１００を用いた場合には、ワークの温度が周方向の各部で不均一となる。これに対し、ワークを誘導加熱するために本発明品を用いた場合には、図１３に示すように、ワークの温度が周方向の各部でほぼ均一となる［同図中に実線および破線でそれぞれ示す「Ａ部の温度（ピッチ調整後）」および「Ｂ部の温度（ピッチ調整後）」を参照］。

なお、誘導加熱用コイルのコイルピッチがワークの昇温態様に与える影響を確認するため、加熱部に本発明を適用した熱処理装置において、コイルピッチを一定にした上でワークを加熱した。この場合のワークのＡ部における温度測定結果を図１３に併せて示す［図１３中に一点鎖線で示す「Ａ部の温度（ピッチ調整前）」を参照］。図１３からも明らかなように、この場合ワークの温度が上がり続けるため、ワークを均熱保持することが実質的に不可能であることがわかる。

さらに、本発明に係る熱処理装置は、加熱部が上記の規制部材を有することにより、所定のコイルピッチを容易かつ正確に実現することが、すなわち、コイルピッチの再現性を高めることができる。係る効果が得られることを実証するため、所定のコイルピッチに設定された第１状態でワークを誘導加熱した場合と、第１状態とはコイルピッチが異なる第２状態に変更し、その後、コイルピッチを上記の第１状態に戻してワークを誘導加熱した場合の双方で、ワークの温度履歴を観測した。その結果を図１４に示す。なお、図１４では、１回目の上記第１状態でワークを誘導加熱した場合のワークの温度履歴を実線で示し、２回目の上記第１状態でワークを誘導加熱した場合のワークの温度履歴を点線（破線）で示している。同図に示す結果からも明らかなように、本発明に係る熱処理装置は、コイルピッチの再現性が極めて高く、従って、熱処理対象のワークを所望の温度履歴で精度良く誘導加熱することができる。

以上の試験結果から本発明の有用性が実証された。

１ 熱処理装置
２ 加熱部
３ 保持部
１１ コイル部材
１１ａ コイル部
１３ 第１突起
１４ 第２突起
２１ 枠体
２３ 規制部材
２９ 連通部材
Ｓ１ 加熱工程
Ｓ３ 冷却工程
Ｗ ワーク
Ｚ１ 昇温ゾーン
Ｚ２ 均熱保持ゾーン

Claims (9)

1. ワークを狙い温度にまで誘導加熱する加熱部と、同軸的に保持された複数のワークを通電状態の前記加熱部に対して軸方向に相対移動させる駆動機構と、を備えた熱処理装置において、
   前記加熱部は、前記ワークを囲繞可能に前記ワークと同軸に配置されたコイル部を有し、該コイル部の延在方向の各部が同一平面上に位置する複数のコイル部材と、該複数のコイル部材のそれぞれを、前記コイル部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と、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の一方および他方に対して取り外し可能に取り付けられ、軸方向で隣り合う２つのコイル部材の相対的な接近および離反移動を規制する規制部材と、を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記コイル部材が、軸方向およびその延在方向で前記規制部材とそれぞれ係合する第１突起および第２突起を有する請求項１に記載の熱処理装置。
3. 軸方向で隣り合う２つのコイル部材が、前記規制部材を介して電気的に接続されている請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記コイル部材が、導電性金属からなる管状体で有端状に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の熱処理装置。
5. 前記加熱部は、軸方向で隣り合う２つの前記コイル部材の内部空間を連通させる連通部材をさらに有し、該連通部材が可撓性材料で形成されている請求項４に記載の熱処理装置。
6. 前記コイル部材が、前記枠体に対して着脱可能である請求項１〜５の何れか一項に記載の熱処理装置。
7. 前記ワークが、転がり軸受の軌道輪である請求項１〜６の何れか一項に記載の熱処理装置。
8. 同軸的に保持された複数のワークを通電状態の加熱部に対して軸方向に相対移動させることにより、前記複数のワークを順次狙い温度にまで誘導加熱する加熱工程を含む熱処理方法であって、
   前記加熱工程では、前記ワークを、前記ワークを囲繞可能に前記ワークと同軸に配置されたコイル部を有し、該コイル部の延在方向の各部が同一平面上に位置する複数のコイル部材と、該複数のコイル部材のそれぞれを、前記コイル部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と、一端および他端が軸方向で隣り合う２つの前記コイル部材の一方および他方のそれぞれに対して取り外し可能に取り付けられ、軸方向で隣り合う２つの前記コイル部材の相対的な接近および離反移動を規制する規制部材と、を備える前記加熱部により加熱することを特徴とする熱処理方法。
9. 前記ワークが、転がり軸受の軌道輪である請求項８に記載の熱処理方法。
   

Images