JP6832812B2 - 高周波熱処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、高周波熱処理設備に関し、より詳細には、例えば等速自在継手の外側継手部材のように、多数の型番を有する鋼製の部材に対して高周波焼入を施す際に好ましく使用できる高周波熱処理設備に関する。

例えば、図８に示すようなカップ部１０１および軸部１０２を一体に有する等速自在継手の外側継手部材１００の製造過程においては、外側継手部材１００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。外側継手部材１００は、その機能上、部材全体が高い機械的強度を具備している必要はなく、高い機械的強度が必要とされるのはその一部である場合が多い。具体的には、図８中にクロスハッチングで示すように、トラック溝を含むカップ部１０１の内径面と、軸部１０２の外径面とに熱処理による硬化層Ｈが形成される。このため、外側継手部材（外側継手部材の基材。以下、単に「ワーク」ともいう。）１００に対する焼入硬化処理の手法としては、加熱コイルを用いてワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱した後、ワークの要焼入領域を冷却する、いわゆる高周波焼入を採用するのが一般的である。

上記の理由から、熱処理設備（高周波熱処理設備）に投入されるワークの変更時（型番変更時）には、加熱コイルが型番変更後のワークの要焼入領域の形状等に対応した加熱コイルに交換されると共に、焼入条件が変更される。このように、加熱コイルが交換されたり、焼入条件が変更された場合には、通常、まず、所定の焼入条件で高周波焼入が施された焼入サンプルを作製・切断し、焼入深さ（硬化層厚さ）や表面硬度等を測定すると共に、硬化層の金属組織を顕微鏡で観察する、などといった品質検査（係る品質検査は、破壊検査とも称される）が実行される。そして、品質検査によって加熱コイルの形状・設置態様、さらには焼入条件等に問題がないことが確認されてから、高周波熱処理設備を実質的に稼働させ、型番変更後のワークに高周波焼入を施す。

以上で述べた加熱コイルの交換や焼入条件の設定変更等に要する時間（段取り時間）と、焼入サンプルの作製および品質検査としての破壊検査に要する時間（検査時間）とは、何れもいわゆるダウンタイムであり、図８に示す外側継手部材１００に高周波焼入を施すために使用される高周波熱処理設備を例にとると、型番変更時に生じるダウンタイムは合計で１２０分程度に上る場合がある（段取り時間：３０分程度、検査時間：９０分程度）。従って、特に図８に示す外側継手部材１００のように、多数の型番を有するワークに高周波焼入を施すために使用される高周波熱処理設備は、その稼働率が低いという問題がある。

型番変更に伴う高周波熱処理設備のダウンタイムを短縮するための技術手段としては、加熱コイルの交換や位置調整を容易化することにより段取り時間を短縮する、というものがある（例えば、特許文献１−３）。

特開平７−３４１２９号公報 特開平８−７３９２８号公報 特開２０１２−３１４８９号公報 特開２００７−８５９４９号公報 特開２００６−３３７２５０号公報

しかしながら、特許文献１−３に記載の技術手段を採用することで段取り時間を短縮できたとしても、ダウンタイムの３／４程度を占める検査時間は依然として残る。検査時間は、例えば、超音波による組織変化の検出方法（特許文献４）や、渦電流を用いた焼入深さの測定方法（特許文献５）などを採用することで短縮することができる。しかしながら、特許文献４，５に記載された方法は、何れも、一部の品質特性を測定・検査することができる方法に過ぎず、ワークに適切に高周波焼入が施されているか否かを判断する上では不十分である。そのため、特許文献４，５に記載の技術手段は、前述した破壊検査の代替手段として採用できないのが実情である。

品質検査として破壊検査を実施することを最優先に考えた場合、多数の高周波熱処理設備を設置することが考えられる。しかしながら、このような対策は、個々の熱処理設備の稼働率向上を図ることができないのはもちろんのこと、多大な投資や設備設置スペースが必要になるため、現実的には採用不可能である。

以上の実情に鑑み、本発明は、コンパクトで設備稼働率が高く、しかもワークに対して適切に高周波焼入を施し得る高周波熱処理設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明に係る高周波熱処理設備（１）は、
・１台の高周波電源（２）と、
・高周波電源（２）から出力された高周波電力を受けて共振電流を発生させる第１整合盤（３）および第２整合盤（４）と、
・高周波電源（２）から出力された高周波電力の供給先を、第１整合盤（３）と第２整合盤（４）との間で切り替える電力供給先切替器（５）と、
・それぞれが、ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第１焼入装置（１１）および第２焼入装置（１４）を有する第１ライン（１０）と、
・ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第１焼入装置（２１）を有する第２ライン（２０）とを備え、
第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）に設けられた加熱部（１２）、および第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）に設けられた加熱部（２２）のそれぞれが、第１整合盤（３）で発生した共振電流の供給先を２つの加熱部１２，２２）の間で切り替える第１電流供給先切替器（６）、第１整合盤（３）および電力供給先切替器（５）を介して高周波電源（２）と電気的に接続され、第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）に設けられた加熱部（１５）が、第２整合盤（４）および電力供給先切替器（５）を介して高周波電源（２）と電気的に接続され、高周波電源（２）、第１整合盤（３）、第２整合盤（４）、電力供給先切替器（５）および第１電流供給先切替器（６）のそれぞれが、制御信号を出力する制御装置（８）と電気的に接続されていることを特徴とする。

上記構成を有する熱処理設備（１）によれば、熱処理設備（１）の稼働中に制御装置（８）から出力される制御信号の出力先等を適宜切り替えることにより、例えば、第１ライン（１０）でワークに対して高周波焼入が施されている間に、第２ライン（２０）において、第１ライン（１０）に投入されたワーク（第１ワーク）とは異なる形状を有するワーク（第２ワーク）に対して高周波焼入を施すための加熱部（加熱コイル）の設置作業や焼入条件の設定などを含むいわゆる段取作業、さらには第２ワークの焼入サンプルの作製および品質検査を実行することができる。この場合、第１ラインでの第１ワークに対する高周波焼入が完了すると、第２ワークに対する高周波焼入にスムーズに移行することが可能となるので、熱処理設備（１）全体としての設備稼働率を高めることができる。また、品質検査としていわゆる破壊検査を実行しても、当該検査に要する時間がそのまま熱処理設備（１）のダウンタイムとはならないため、破壊検査を実施することによる設備稼働率の大幅な低下を抑制あるいは防止することができる。そのため、品質検査としての破壊検査を適切に実施することができる。従って、ワークに対して適切に高周波焼入を施し得ることに加え、形状（型番）が互いに異なる複数種のワークに対して高周波焼入を効率良く実施することができる。

また、高周波電源（２）が、各焼入装置（１１，１４，２１）に設けられた加熱部（１２，１５，２２）で共用されると共に、第１整合盤（３）が、第１ライン（１０）および第２ライン（２０）の第１焼入装置（１１，２１）にそれぞれ設けられた加熱部（１２，２２）で共用される。そのため、各焼入装置（１１，１４，２１）の加熱部（１２，１５，２２）に個別に高周波電源や整合盤を接続する場合に比べ、コンパクトで安価な熱処理設備（１）を実現することもできる。

第１ライン（１０）と第２ライン（２０）とを１台のフレーム（９）に収容しておけば、コンパクトな高周波熱処理設備（１）を実現する上で有利となる。

第１の電流供給先切替器（６）を、第１ライン（１０）を構成する第１焼入装置（１１）と、第２ライン（２０）を構成する第１焼入装置（２１）との間に配置すれば、第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）と第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）とを物理的に隔てることができる。この場合、別途の隔壁等を設けることなく、例えば、第１ライン（１０）で第１ワークに対して高周波焼入が施されている間に、第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）でコイル交換等の段取作業を人手作業で実施する際の安全性を確保することができる。

第１整合盤（３）を、第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）と第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）の上方に配置すれば、コンパクトな熱処理設備（１）を実現する上で有利となる。

第２ライン（２０）には、ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第２焼入装置（２４）をさらに設けることができる。このようにすれば、第２ライン（２０）に投入されるワークに対して二段階で高周波焼入を施すことが可能となるので、当該熱処理設備（１）の汎用性を高めることができる。この場合、第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）に設けられた加熱部（１５）、および第２ライン（２０）の第２焼入装置（２４）に設けられた加熱部（２５）のそれぞれを、制御装置（８）と電気的に接続され、第２整合盤（４）で発生した共振電流の供給先を上記２つの加熱部（１５，２５）の間で切り替える第２電流供給先切替器（７）、並びに第２整合盤（４）および電力供給先切替器（５）を介して高周波電源（２）と接続することができる。このようにすれば、高周波電源（２）が、各焼入装置（１１，１４，２１，２４）に設けられた加熱部（１２，１５，２２，２５）で共用され、また、第２整合盤（４）が、第１ライン（１０）および第２ライン（２０）の第２焼入装置（１４，２４）にそれぞれ設けられた加熱部（１５，２５）で共用されるので、全体としてコンパクトでありながら、汎用性が高められた熱処理設備（１）を実現することができる。

第２整合盤（４）を、第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）と第２ライン（２０）の第２焼入装置（２４）の上方に配置すれば、少なくとも４台の焼入装置を備えた熱処理設備（１）のコンパクト化を図る上で有利となる。

第１ライン（１０）と第２ライン（２０）との間に、ワークを高周波熱処理設備（１）内で搬送する搬送ロボット（５０）を配置すれば、簡素でコンパクトな熱処理設備を実現することができる。

本発明に係る熱処理設備は、前述の特徴を有することから、数多くの型番を有し、型番変更が頻繁に行われる部材、例えば、等速自在継手の外側継手部材に対して高周波焼入処理を施すための熱処理設備として好適に用い得る。また、本発明に係る熱処理設備は、車輪取付用のフランジ部と内側軌道面とを有する車輪用軸受装置のハブ輪と、上記内側軌道面に対向する外側軌道面を有する車輪用軸受装置の外輪との組に対して高周波焼入処理を施すための熱処理設備としても好適に用い得る。

以上から、本発明によれば、は、コンパクトで稼働率が高く、しかもワークに対して適切に高周波焼入処理を施し得る高周波熱処理設備を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る高周波熱処理設備の斜視図である。 図１に示す高周波焼入装置設備の上面図である。 （ａ）図は、第１ラインの第１焼入装置の装置構成を概念的に示す図、（ｂ）図は、第１ラインの第２焼入装置の装置構成を概念的に示す図、（ｃ）図は、第２ラインの第１焼入装置の装置構成を概念的に示す図、（ｄ）図は、第２ラインの第２焼入装置の装置構成を概念的に示す図である。 図１に示す高周波熱処理設備の加熱系統を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る高周波熱処理設備の上面図である。 車輪用軸受装置の一例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る高周波熱処理設備の加熱系統を示すブロック図である。 等速自在継手の外側継手部材の一例を示す断面図である。

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、本発明の第１実施形態に係る高周波熱処理設備１の斜視図、図２は、同熱処理設備１の上面図である。図１および図２に示す高周波熱処理設備１は、それぞれがワーク（第１ワークＷ１）に対して高周波焼入を施し得る第１焼入装置１１および第２焼入装置１４を有する第１ライン１０と、それぞれがワーク（特に、第１ワークＷ１とは形状・型番が異なる第２ワークＷ２）に対して高周波焼入を施し得る第１焼入装置２１および第２焼入装置２４を有する第２ライン２０と、熱処理設備１内にワークを搬入する搬入装置３０と、焼入完了後のワークを熱処理設備１外に搬出する搬出装置４０と、第１ライン１０と第２ライン２０の間に配置された内部搬送装置としての搬送ロボット５０とを備える。第１ライン１０、第２ライン２０および搬送ロボット５０は、平面視で角丸長方形状をなすフレーム（筐体）９の内部に収容・配置されている。

図示例の搬入装置３０は、２列の搬送路を有する搬送コンベアである。本実施形態では、２列の搬送路のうちの一方が第１ワークＷ１を搬送するために使用され、他方が第２ワークＷ２を搬送するために使用される。また、搬出装置４０は、搬入装置３０と同様に、２列の搬送路を有する搬送コンベアである。また、内部搬送装置としての搬送ロボット５０には、伸縮、起伏および回転（旋回）可能なアームを有する搬送ロボットを採用している。

以下では、熱処理設備１に投入される熱処理対象のワーク（第１ワークＷ１および第２ワークＷ２の双方）が、図８に示すカップ部１０１および軸部１０２を一体に有する等速自在継手の外側継手部材（の基材）１００である場合を例にとって、本実施形態の熱処理設備１の具体的な構成を説明する。

第１ライン１０に設けられた第１焼入装置１１は、第１ワークＷ１としての外側継手部材１００のうち、カップ部１０１の内径面に高周波焼入を施すことでカップ部１０１の内径側表層部に硬化層Ｈを形成し、第２焼入装置１４は、軸部１０２の外径面に高周波焼入を施すことで軸部１０２の外径側表層部に硬化層Ｈを形成する。搬入装置３０の終端位置（下流端）に到達した第１ワークＷ１は、搬送ロボット５０によって、第１焼入装置１１→第２焼入装置１４→搬出装置４０の順に搬送される。

図３（ａ）に概念的に示すように、第１焼入装置１１としては、例えば、筒状のハウジング内に、第１ワークＷ１の要焼入領域（ここではカップ部１０１の内径面）を狙い温度に誘導加熱するための加熱コイルを有する加熱部１２と、加熱部１２の下方側に配置され、加熱部１２で加熱された第１ワークＷ１の要焼入領域に向けて冷却液を噴射可能な冷却ジャケットを有する冷却部１３と、第１ワークＷ１を保持した状態で昇降移動する図示外の昇降機構とを設けたものが採用される。昇降機構が昇降移動することにより、第１ワークＷ１の要焼入領域が、加熱部１２（加熱コイル）の対向領域→冷却部１３（冷却ジャケット）の対向領域の順に配置される。

図３（ｂ）に概念的に示すように、第２焼入装置１４としては、第１焼入装置１１と同様に、筒状のハウジング内に、第１ワークＷ１の要焼入領域（ここでは軸部１０２の外径面）を狙い温度に誘導加熱するための加熱コイルを有する加熱部１５と、加熱部１５の下方側に配置され、加熱部１５で加熱された第１ワークＷ１の要焼入領域に冷却液を噴射可能な冷却ジャケットを有する冷却部１６と、第１ワークＷ１を保持した状態で昇降移動する図示外の昇降機構とを設けたものが採用される。昇降機構が昇降移動することにより、第１ワークＷ１の要焼入領域が、加熱部１５（加熱コイル）の対向領域→冷却部１６（冷却ジャケット）の対向領域の順に配置される。但し、加熱部１５に設けられる加熱コイルおよび冷却部１６に設けられる冷却ジャケットは、それぞれ、軸部１０２の外径面を誘導加熱および冷却することができるように、第１焼入装置１１の加熱部１２および冷却部１３にそれぞれ設けられる加熱コイルおよび冷却ジャケットとは異なる形状を有する。

第１ライン１０は主に以上の構成を有し、以下に示す態様で第１ワークＷ１としての外側継手部材１００のカップ部１０１および軸部１０２に対して高周波焼入を施す。

まず、図１および図２に示すように、搬入装置３０の下流端に到達した第１ワークＷ１は、搬送ロボット５０によって第１焼入装置１１に設けられたワーク受け渡し位置１１ａに搬送された後、図示外の昇降機構に保持される。次いで、昇降機構が駆動し、第１ワークＷ１のカップ部１０１が通電状態の加熱部１２（加熱コイル）の対向領域に所定時間配置される。これにより、カップ部１０１の内径面が狙い温度に誘導加熱される。カップ部１０１の内径面が狙い温度に加熱された後、昇降機構が再駆動してカップ部１０１の内径面が冷却部１３（冷却ジャケット）の対向領域に配置され、冷却ジャケットから噴射される冷却液によってカップ部１０１の内径面が冷却される。これにより、カップ部１０１の内径側表層部に硬化層Ｈが形成された第１ワークＷ１が得られる。第１ワークＷ１はワーク受け渡し位置１１ａに戻された後、搬送ロボット５０によって第２焼入装置１４に設けられたワーク受け渡し位置１４ａに搬送される。第２焼入装置１４では、その加熱部１５および冷却部１６において、第１焼入装置１１の加熱部１２および冷却部１３と同様の処理が施される。これにより、軸部１０２の外径側表層部に硬化層Ｈが形成された第１ワークＷ１が得られる。以上のようにして、カップ部１０１の内径側表層部および軸部１０２の外径側表層部のそれぞれに硬化層Ｈが形成された焼入完了済の第１ワークＷ１は、搬送ロボット５０によって第２焼入装置１４のワーク受け渡し位置１４ａから搬出装置４０に搬送され、熱処理設備１外に搬出される。

次に、第２ライン２０に設けられた第１焼入装置２１は、第２ワークＷ２としての外側継手部材（詳細には、第１ワークＷ１としての外側継手部材１００とは形状等（型番）が異なる外側継手部材）１００のうち、カップ部１０１の内径面に高周波焼入を施すことでカップ部１０１の内径側表層部に硬化層Ｈを形成し、第２焼入装置２４は、軸部１０２の外径面に高周波焼入を施すことで軸部１０２の外径側表層部に硬化層Ｈを形成する。搬入装置３０の下流端に到達した第２ワークＷ２は、搬送ロボット５０によって、第１焼入装置２１→第２焼入装置２４→搬出装置４０の順に搬送される。

図３（ｃ）に概念的に示すように、第１焼入装置２１としては、第１ライン１０の第１焼入装置１１と同様に、筒状のハウジング内に、加熱コイルを有する加熱部２２、冷却ジャケットを有する冷却部２３および昇降機構を設けたものが採用される。加熱部２２に設けられる加熱コイルおよび冷却部２３に設けられる冷却ジャケットは、それぞれ、第２ワークＷ２のカップ部１０１の内径面に対応した形状を有する。また、図３（ｄ）に概念的に示すように、第２焼入装置２４としては、第１ライン１０の第２焼入装置１４と同様に、筒状のハウジング内に、加熱コイルを有する加熱部２５、冷却ジャケットを有する冷却部２６および昇降機構を設けたものが採用される。加熱部２５に設けられる加熱コイルおよび冷却部２６に設けられる冷却ジャケットは、それぞれ、第２ワークＷ２の軸部１０２の外径面に対応した形状を有する。

第２ライン２０は、第１ライン１０と同様の手順で第２ワークＷ２としての外側継手部材１００のカップ部１０１および軸部１０２に対して高周波焼入を施す。

本実施形態の熱処理設備１は、以上で説明した加熱部１２，１５，２２，２５を含むワークの加熱系統に主たる特徴がある。図４を参照して説明すると、第１ライン１０の第１焼入装置１１に設けられた加熱部１２、および第２ライン２０の第１焼入装置２１に設けられた加熱部２２は、それぞれ、第１電流供給先切替器６、第１整合盤３および電力供給先切替器５を介して高周波電源２と電気的に接続される。また、第１ライン１０の第２焼入装置１４に設けられた加熱部１５、および第２ライン２０の第２焼入装置２４に設けられた加熱部２５は、それぞれ、第２電流供給先切替器７、第２整合盤４および電力供給先切替器５を介して高周波電源２と電気的に接続される。すなわち、熱処理設備１に設けられた４つの加熱部１２，１５，２２，２５は、一台の高周波電源２を共用している。また、加熱部１２，２２は第１整合盤３を共用し、加熱部１５，２５は第２整合盤４を共用している。

詳細な図示は省略しているが、第１ライン１０の両焼入装置１１，１４にそれぞれ設けられる冷却部１３，１６や昇降機構、および第２ライン２０の両焼入装置２１，２４にそれぞれ設けられる冷却部２３，２６や昇降機構は、図示外の交流電源から供給される電力を受けて運転される。

詳細な図示は省略するが、第１整合盤３および第２整合盤４は、それぞれ、高周波電源２から出力された高周波電力を受けて共振電流を発生させる共振回路を備えている。共振回路としては、例えば複数のコンデンサとトランスとで構成されたものが使用される。図１および図２に示すように、第１整合盤３は、第１ライン１０の第１焼入装置１１と第２ライン２０の第１焼入装置２１とに跨るようにして両焼入装置１１，２１の上方側に配置され、フレーム９の天井部に保持されている。また、第２整合盤４は、第１ライン１０の第２焼入装置１４と第２ライン２０の第２焼入装置２４とに跨るようにして両焼入装置１４，２４の上方側に配置され、フレーム９の天井部に保持されている。

図４に示すように、電力供給先切替器５は、両整合盤３，４と高周波電源２とを電気的に接続する電線上に設けられており、高周波電源２から出力される高周波電力の供給先を第１整合盤３と第２整合盤４との間で切り替える。

図４に示すように、第１電流供給先切替器６は、第１整合盤３と、第１ライン１０の第１焼入装置１１に設けられた加熱部１２および第２ライン２０の第１焼入装置２１に設けられた加熱部２２とを電気的に接続する電線上に設けられており、第１整合盤３（の共振回路）で発生した共振電流の供給先を、第１ライン１０の加熱部１２（の加熱コイル）と第２ライン２０の加熱部２２（の加熱コイル）との間で切り替える。図１および図２に示すように、第１電流供給先切替器６は、第１ライン１０の第１焼入装置１１と、第２ライン２０の第１焼入装置２１との間に配置されており、フレーム９の内部空間のうち、第１ライン１０の第１焼入装置１１が配置された空間と、第２ライン２０の第１焼入装置２１が配置された空間とを隔てる隔壁としても機能する。

また、図４に示すように、第２電流供給先切替器７は、第２整合盤４と、第１ライン１０の第２焼入装置１４に設けられた加熱部１５および第２ライン２０の第２焼入装置２４に設けられた加熱部２５とを電気的に接続する電線上に設けられており、第２整合盤４（の共振回路）で発生した共振電流の供給先を、第１ライン１０の加熱部１５（の加熱コイル）と第２ライン２０の加熱部２５（の加熱コイル）との間で切り替える。図１および図２に示すように、第２の電流供給先切替器７は、第１ライン１０の第２焼入装置１４と、第２ライン２０の第２焼入装置２４との間に配置されており、フレーム９の内部空間のうち、第１ライン１０の第２焼入装置１４が配置された空間と、第２ライン２０の第２焼入装置２４が配置された空間とを隔てる隔壁としても機能する。

図４に示すように、熱処理設備１は、さらに制御装置８を有し、この制御装置８は、高周波電源２、第１整合盤３、第２整合盤４、電力供給先切替器５、第１電流供給先切替器６、第２の電流供給先切替器７および搬送ロボット５０と電気的に接続されている。

制御装置８には、焼入対象のワークの型番毎の加熱（焼入）条件に関するデータが保存されており、熱処理設備１（の第１ライン１０および第２ライン２０）を稼働させる際には、作業者が図示外の操作盤を操作して熱処理対象のワークの型番を選択することにより、ワークの型番に応じた焼入条件に関する制御信号が制御装置８から高周波電源２、第１整合盤３および第２整合盤４に対して出力される（図４中の破線矢印参照）。そして、高周波電源２は、制御装置８から出力された制御信号に基づき、所定量の高周波電力を所定時間出力し、整合盤３，４は、制御装置８から出力された制御信号に基づき、例えばトランスと電気的に接続されるコンデンサ数を増減させて所定量の共振電流を発生させる。

また、熱処理設備１の稼働中、制御装置８は、図４中に破線矢印で示すように、高周波電源２から出力される高周波電力の供給先、第１整合盤３で発生した共振電流の供給先および第２整合盤４で発生した共振電流の供給先に関する制御信号を、それぞれ、電力供給先切替器５、第１の電流供給先切替器６および第２の電流供給先切替器７に対して所定のタイミングで出力する。さらに、制御装置８には搬送ロボット５０の動作態様に関するプログラムが保存されており、搬送ロボット５０は、制御装置８から出力される制御信号（図４中の破線矢印参照）に基づいて動作する。

以下、以上の構成を有する高周波熱処理設備１の稼働（運転）手順を説明する。

［第１ステップ：第１ワークの焼入および第２ワークの焼入準備］
まず、第１ライン１０を稼働させ、搬入装置３０によって次々に搬送されてくる第１ワークＷ１としての外側継手部材１００に対して順次高周波焼入を施す。このとき、制御装置８は、第１整合盤３、第２整合盤４、第１の電流供給先切替器６、第２の電流供給先切替器７および搬送ロボット５０のそれぞれに対して、以下のような制御信号を出力する。
・第１整合盤３：第１ワークＷ１のカップ部１０１の焼入条件に応じた制御信号。
・第２整合盤４：第１ワークＷ１の軸部１０２の焼入条件に応じた制御信号。
・第１電流供給先切替器６：第１整合盤３と第１焼入装置１１の加熱部１２とを電気的に接続する（第１整合盤３で生じた共振電流の供給先を加熱部１２とする）制御信号。
・第２電流供給先切替器７：第２整合盤４と第２焼入装置１４の加熱部１５とを電気的に接続する（第２整合盤４で生じた共振電流の供給先を加熱部１５とする）制御信号。
・搬送ロボット５０：搬入装置３０の下流端→第１焼入装置１１のワーク受け渡し位置１１ａ（図２参照）→第２焼入装置１４のワーク受け渡し位置１４ａ（図２参照）→搬出装置４０の上流端を１サイクル動作とする制御信号。

また、このとき、制御装置８は、第１ワークＷ１が第１焼入装置１１に投入されるタイミングに合わせ、高周波電源２および電力供給先切替器５のそれぞれに対して、第１ワークＷ１のカップ部１０１の焼入条件に応じた制御信号、および高周波電源２と第１整合盤３（の共振回路）とを電気的に接続させる制御信号を出力すると共に、第１ワークＷ１が第２焼入装置１４に投入されるタイミングに合わせて、高周波電源２および電力供給先切替器５のそれぞれに対して、第１ワークＷ１の軸部１０２の焼入条件に応じた制御信号、および高周波電源２と第２整合盤４（の共振回路）とを電気的に接続させる制御信号を出力する。

上記態様で制御装置８から制御信号が出力されることにより第１ライン１０が稼働している間、高周波電源２と、第２ライン２０に設けられた２つの加熱部２２，２５とは電気的に接続されていないことから、第２ライン２０においては、第２ワークＷ２としての外側継手部材１００の要焼入領域の形状に対応した加熱コイルを加熱部２２，２５にセットする、などといった段取作業を実施する。

なお、前述のとおり、第１ライン１０の第１焼入装置１１と第２ライン２０の第１焼入装置２１との間、および第１ライン１０の第２焼入装置１４と第２ライン２０の第２焼入装置２４との間には、それぞれ、隔壁として機能する第１電流供給先切替器６および第２電流供給先切替器７が配置されていることから、第２ライン２０で段取作業を実施する作業者の安全性はある程度確保されている。

しかしながら、焼入完了済の第１ワークＷ１は、搬送ロボット５０によって、第２ライン２０を構成する第１焼入装置２１と第２焼入装置２４との間を通過するようにして搬出装置４０に搬送されることから、段取作業中の作業者が搬送ロボット５０と接触（衝突）する、焼入完了済の第１ワークＷ１に付着した高温の冷却液が段取作業中の作業者に飛散する、などといった事態が生じる可能性がある。そのため、本実施形態の熱処理設備１には、第１焼入装置１１，２１と搬送ロボット５０との間、および第２焼入装置２１，２４と搬送ロボット５０との間に可動式の隔壁６０をそれぞれ設けている。これにより、第１ライン１０と第２ライン２０の何れか一方のラインの稼働中に他方のラインで段取作業等を実施する際の作業者の安全性が確保されるようになっている。

［第２ステップ：第２ワークの試焼入（焼入サンプルの作製）］
上記態様で複数の第１ワークＷ１に対して順次焼入処理を施している最中に、第２ライン２０における段取作業が完了すると、第１ライン１０を一時的に停止（第１ワークＷ１に対する高周波焼入を一時的に中断）する一方、第２ライン２０を一時的に稼働させ、第２ワークＷ２の試焼入（焼入サンプルの作製）を行う。このとき、制御装置８は、第１整合盤３、第２整合盤４、第１の電流供給先切替器６、第２の電流供給先切替器７および搬送ロボット５０のそれぞれに対して、以下のような制御信号を出力する。
・第１整合盤３：第２ワークＷ２のカップ部１０１の焼入条件に応じた制御信号。
・第２整合盤４：第２ワークＷ２の軸部１０２の焼入条件に応じた制御信号。
・第１電流供給先切替器６：第１整合盤３と第１焼入装置２１の加熱部２２とを電気的に接続する（第１整合盤３で生じた共振電流の供給先を加熱部２２とする）制御信号。
・第２電流供給先切替器７：第２整合盤４と第２焼入装置２４の加熱部２５とを電気的に接続する（第２整合盤４で生じた共振電流の供給先を加熱部２５とする）制御信号。
・搬送ロボット５０：搬入装置３０の下流端→第１焼入装置２１のワーク受け渡し位置２１ａ（図２参照）→第２焼入装置２４のワーク受け渡し位置２４ａ（図２参照）→搬出装置４０の上流端を１サイクル動作とする制御信号。

また、このとき、制御装置８は、第２ワークＷ２が第１焼入装置２１に投入されるタイミングに合わせて、高周波電源２および電力供給先切替器５のそれぞれに対して、第２ワークＷ２のカップ部１０１の焼入条件に応じた制御信号、および高周波電源２と第１整合盤３とを電気的に接続させる制御信号を出力すると共に、第２ワークＷ２が第２焼入装置２４に投入されるタイミングに併せて、高周波電源２および電力供給先切替器５のそれぞれに対して、第２ワークＷ２の軸部１０２の焼入条件に応じた制御信号、および高周波電源２と第２整合盤４とを電気的に接続させる制御信号を出力する。

［第３ステップ：第１ワークの焼入および第２ワークの焼入サンプルの品質検査］
前述した第２ステップにおいて、第２ワークＷ２の焼入サンプルの作製が完了すると、第２ライン２０を停止する一方、第１ライン１０を再稼働させて第１ワークＷ１に対する高周波焼入を再開する。このときの制御装置８からの制御信号の出力態様は、上述した第１ステップと同様である。第１ワークＷ１に対する高周波焼入の再開後には、第２ワークＷ２の焼入サンプルの焼入深さ（硬化層Ｈの厚さ）や表面硬度等を測定すると共に、硬化層Ｈの金属組織を顕微鏡で観察する、などといった品質検査としての破壊検査を実施する。品質検査の結果、第２ワークＷ２の焼入サンプルに所望の硬化層Ｈが形成されていなければ、焼入条件を適宜修正した上で上記の第２ステップおよび当該第３ステップを再度実行する。

［第４ステップ：第１ワークの焼入終了および第２ワークの焼入開始］
全ての第１ワークＷ１に対する高周波焼入が終了すると、第１ライン１０を停止する一方、第２ライン２０を稼働させて第２ワークＷ２に対する高周波焼入を開始する。このときの制御装置８からの制御信号の出力態様は、上述した第２ステップと同様である。

［第５ステップ：第２ワークの焼入および次型番の段取作業］
第２ワークＷ２に対する高周波焼入が開始された後、第１ライン１０においては、両焼入装置１１，１４の加熱部１２，１５に取り付けていた加熱コイルの取り外し作業や、当該熱処理設備１に次に投入されるワーク（例えば、第２ワークＷ２とは形状・型番が異なる外側継手部材１００）の形状に対応した加熱コイルを加熱部１２，１５に取り付ける作業、などを含む、次型番の段取作業が実施される。

以降、以上で説明した第１ステップ〜第５ステップが順に実行されることにより、第２ワークＷ２に対する焼入が完了すると、第１ライン１０を用いて次型番の外側継手部材１００に対して高周波焼入を施す。

以上で説明したように、本発明に係る熱処理設備１によれば、熱処理設備１の稼働中に制御装置８からの制御信号の出力先を適宜切り替えることにより、第１ライン１０と第２ライン２０の何れか一方のラインでワークに対して高周波焼入が施されている間に、他方のラインにおいて、焼入中のワークとは形状が異なるワーク（当該熱処理設備１に投入される次型番のワーク）に高周波焼入を施すための加熱コイルの設置や焼入条件の設定などを含むいわゆる段取作業、さらには、次型番のワークの焼入サンプルの作製および品質検査を実行することができる。この場合、上記一方のラインでのワークに対する高周波焼入が完了すると、次型番のワークに対する高周波焼入にスムーズに移行することが可能となるので、熱処理設備１全体としての設備稼働率を高めることができる。

また、焼入サンプルの品質検査として、いわゆる破壊検査を実行しても、当該検査に要する時間がそのまま熱処理設備１のダウンタイムとはならず、破壊検査を実施することによる設備稼働率の大幅な低下を抑制あるいは防止することができる。そのため、品質検査としての破壊検査を適切に実行することができる。従って、ワークに対して適切に高周波焼入を施し得ることに加え、形状（型番）が互いに異なる複数種のワークに対する高周波焼入を効率良く実施することができる。

また、高周波電源２が、第１ライン１０の両焼入装置１１，１４に設けられた加熱部１２，１５と、第２ライン２０の両焼入装置２１，２４に設けられた加熱部２２，２５とで共用され、第１整合盤３が、第１ライン１０の第１焼入装置１１に設けられた加熱部１２と、第２ライン２０の第１焼入装置２１に設けられた加熱部２２とで共用され、さらには、第２整合盤４が、第１ライン１０の第２焼入装置１４に設けられた加熱部１５と、第２ライン２０の第２焼入装置２４に設けられた加熱部２５とで共用される。そのため、各焼入装置１１，１２，２１，２２の加熱部に個別に高周波電源や整合盤を接続する場合に比べ、コンパクトで安価な熱処理設備１を実現することもできる。

また、本実施形態の熱処理設備１は、第１ライン１０と第２ライン２０とを１台のフレーム９内に収容していること、第１ライン１０と第２ライン２０の間に配置した内部搬送装置としての搬送ロボット５０により、第１ライン１０と第２ライン２０のそれぞれに投入されるワークを搬送するようにしたこと、などにより、一層コンパクトな熱処理設備１を実現することができる。

以上では、図８に示すような等速自在継手の外側継手部材１００に高周波焼入を施すにあたり、本発明の第１実施形態に係る高周波熱処理設備１を使用する場合について説明したが、高周波熱処理設備１は、その他のワークに高周波焼入を施す際にも好ましく使用することができる。

図５に、本発明の第２実施形態に係る高周波熱処理設備１の上面図を示す。なお、この実施形態は、焼入対象のワークが、車輪用軸受装置のハブ輪と、車輪用軸受装置の外輪との組からなるワークに変更された場合の具体例であり、熱処理設備１の全体構成は、図１および図２に示した熱処理設備１と実質的に同一である。すなわち、本実施形態のワーク（第１ワークＷ１１）は、一つの外輪Ｗ１１ａと一つのハブ輪Ｗ１１ｂとの組からなり、外輪Ｗ１１ａとハブ輪Ｗ１１ｂとは対をなすかたちで熱処理設備１内に搬入される。

ここで、図６に基づき、車輪用軸受装置の一例を説明する。図６に示すように、車輪用軸受装置２００は、それぞれが筒状をなすハブ輪２０１、外輪２０２および内方部材２０３と、二列に配置された複数の転動体（ボール）２０４と、ボール２０４を保持する保持器２０５とを備える。ハブ輪２０１は、車輪取付用のフランジ部２０１ａと、二列に配置されたボール２０４のうち、一方の列のボール２０４が転動する内側軌道面２０１ｂとを有し、内側軌道面２０１ｂを含む外径側表層部に硬化層Ｈ（図６中、クロスハッチングで示す）が形成されている。また、外輪２０２は、ハブ輪２０１の内側軌道面２０１ｂ（および内方部材２０３の外径面に設けられた内側軌道面）に対向する外側軌道面２０２ａを有し、外側軌道面２０２ａを含む内径側表層部に硬化層Ｈが形成されている。そして、図５に示す高周波熱処理設備１は、図６に示すハブ輪２０１および外輪２０２のそれぞれに対応するハブ輪Ｗ１１ｂおよび外輪Ｗ１１ａに上記の硬化層Ｈを形成するために使用される。

図５に示すように、搬入装置３０の下流端に到達した外輪Ｗ１１ａは、搬送ロボット５０によって第１ライン１０の第１焼入装置１１（のワーク受け渡し位置１１ａ）→搬出装置４０の順に搬送され、第１焼入装置１１に投入された外輪Ｗ１１ａの内径面（外側軌道面）に高周波焼入が施される。また、搬入装置３０の下流端に到達したハブ輪Ｗ１１ｂは、搬送ロボット５０によって第１ライン１０の第２焼入装置１４（のワーク受け渡し位置１４ａ）→搬出装置４０の順に搬送され、第２焼入装置１４に投入されたハブ輪Ｗ１１ｂの外径面に高周波焼入が施される。この場合における制御装置８から高周波電源２、第１整合盤３、第２整合盤４、第１の電流供給先切替器６、第２の電流供給先切替器７および搬送ロボット５０のそれぞれに対する制御信号の出力態様は、前述した第１ステップにおける制御信号の出力態様と基本的に同じである。

なお、本実施形態における搬送ロボット５０の１サイクル動作は、例えば、搬入装置３０の下流端に到達した外輪Ｗ１１ａを第１焼入装置１１のワーク受け渡し位置１１ａに搬送→搬入装置３０の下流端に到達したハブ輪Ｗ１１ｂを第２焼入装置１４のワーク受け渡し位置１４ａに搬送→第１焼入装置１１のワーク受け渡し位置１１ａに戻された焼入完了済の外輪Ｗ１１ａを搬出装置４０に搬送→第２焼入装置１４のワーク受け渡し位置１４ａに戻された焼入完了済のハブ輪Ｗ１１ｂを搬送、に設定することができる。係る態様で搬送ロボット５０が動作することにより、外輪Ｗ１１ａとハブ輪Ｗ１１ｂとの組からなる第１ワークＷ１１に高周波焼入を施す際のサイクルタイムを効果的に減じることができる。

そして、上記態様で第１ライン１０が稼働している間（外輪Ｗ１１ａおよびハブ輪Ｗ１１ｂに高周波焼入を施している間）に、第２ライン２０においては、前述した第１実施形態と同様に、次型番（上記外輪Ｗ１１ａとは形状・型番が異なる外輪と、上記ハブ輪Ｗ１１ｂとは形状・型番が異なるハブ輪との組からなる第２ワーク）の高周波焼入に必要な段取作業を実施する。以降、前述した第２ステップ〜第５ステップを順に実施する。このようにすれば、それぞれが、一つの外輪と一つのハブ輪との組からなる複数種のワークに対し、効率良く、かつ精度良く高周波焼入を施すことができる。

以上、本発明の実施形態に係る高周波熱処理設備１について説明を行ったが、この高周波熱処理設備１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できる。

例えば、以上で説明した実施形態では、第１ライン１０および第２ライン２０のそれぞれに２台の焼入装置を設けたが、第２ライン２０は、１台の焼入装置（第１焼入装置２１）のみで構成することも可能である。このように、第２ライン２０を１台の焼入装置（第１焼入装置２１）のみで構成した高周波熱処理設備１’の加熱系統のブロック図を図７に示す。図７に示すように、この熱処理設備１’においては、図１、図２および図５に示す熱処理設備１の第２ライン２０に設けていた第２焼入装置２４が省略されている。そのため、熱処理設備１’の加熱系統においては、熱処理設備１の加熱系統に設けられていた第２電流供給先切替器７が省略されている。

このような構成であっても、第１実施形態の熱処理設備１と同様に、設備稼働率が高く、かつワークに対して適切に高周波焼入を施し得る熱処理設備１’を実現することができる。また、高周波電源２が、第１ライン１０の両焼入装置１１，１４に設けられた加熱部１２，１５と、第２ライン２０の第１焼入装置２１に設けられた加熱部２２とで共用され、第１整合盤３が、第１ライン１０の第１焼入装置１１に設けられた加熱部１２と、第２ライン２０の第１焼入装置２１に設けられた加熱部２２とで共用される。そのため、コンパクトで安価な熱処理設備１’となる。

また、内部搬送装置としては、搬送ロボット５０に替えて搬送コンベアを用いることも可能である。また、以上で説明した実施形態では特に言及していないが、各焼入装置１１，１４，２１，２４は、非酸化性ガス雰囲気下でワークに対して高周波焼入を施す、いわゆる無酸化焼入装置とすることも可能である。このようにすれば、ワーク表面にワークの外観品質を低下させる酸化スケールが生成されるのを可及的に防止することができるので、高品質の焼入完了済ワークを得ることができる。

また、以上では、本発明に係る高周波熱処理設備１を、等速自在継手の外側継手部材、あるいは、ハブ輪と外輪との組に高周波焼入処理を施す際に用いる場合を説明したが、本発明に係る高周波熱処理設備１は、多数の型番を有するその他のワーク、すべり軸受、等速自在継手の内側継手部材、転がり軸受の軌道輪などに高周波焼入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 高周波熱処理設備
２ 高周波電源
３ 第１整合盤
４ 第２整合盤
５ 電力供給先切替器
６ 第１電流供給先切替器
７ 第２電流供給先切替器
８ 制御装置
９ フレーム
１０ 第１ライン
１１ 第１焼入装置
１２ 加熱部
１４ 第２焼入装置
１５ 加熱部
２０ 第２ライン
２１ 第１焼入装置
２２ 加熱部
２４ 第２焼入装置
２５ 加熱部
５０ 搬送ロボット（内部搬送装置）
６０ 可動式の隔壁
Ｗ１ 第１外側継手部材（第１ワーク）
Ｗ２ 第２外側継手部材（第２ワーク）
Ｗ１１ 第１ワーク

Claims (9)

1. １台の高周波電源（２）と、
   前記高周波電源（２）から出力された高周波電力を受けて共振電流を発生させる第１整合盤（３）および第２整合盤（４）と、
   前記高周波電源（２）から出力された高周波電力の供給先を、前記第１整合盤（３）と前記第２整合盤（４）との間で切り替える電力供給先切替器（５）と、
   それぞれが、ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第１および第２焼入装置（１１，１４）を有する第１ライン（１０）と、
   ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第１焼入装置（２１）を有する第２ライン（２０）とを備えた高周波熱処理設備（１）であって、
   前記第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）に設けられた加熱部（１２）、および前記第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）に設けられた加熱部（２２）のそれぞれが、前記第１整合盤（３）で発生した共振電流の供給先を前記２つの加熱部（１２，２２）の間で切り替える第１電流供給先切替器（６）、前記第１整合盤（３）および前記電力供給先切替器（５）を介して前記高周波電源（２）と電気的に接続され、
   前記第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）に設けられた加熱部（１５）が、前記第２整合盤（４）および前記電力供給先切替器（５）を介して前記高周波電源（２）と電気的に接続され、
   前記高周波電源（２）、前記第１整合盤（３）、前記第２整合盤（４）、前記電力供給先切替器（５）および前記第１の電流供給先切替器（６）のそれぞれが、制御信号を出力する制御装置（８）と電気的に接続されていることを特徴とする高周波熱処理設備（１）。
2. 前記第１ライン（１０）と前記第２ライン（２０）とが１台のフレーム（９）に収容されている請求項１に記載の高周波熱処理設備（１）。
3. 前記第１電流供給先切替器（６）が、前記第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）と、前記第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）の間に配置されている請求項１又は２に記載の高周波熱処理設備（１）。
4. 前記第１整合盤（３）が、前記第１ライン（１０）の第１焼入装置（１１）と前記第２ライン（２０）の第１焼入装置（２１）の上方に配置されている請求項１〜３の何れか一項に記載の高周波熱処理設備（１）。
5. 前記第２ライン（２０）に、ワークの要焼入領域に高周波焼入を施し得る第２焼入装置（２４）がさらに設けられ、
   前記第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）に設けられた加熱部（１５）、および前記第２ライン（２０）の第２焼入装置（２４）に設けられた加熱部（２５）のそれぞれが、前記制御装置（８）と電気的に接続され、前記第２整合盤（４）で発生した共振電流の供給先を前記２つの加熱部（１５，２５）の間で切り替える第２電流供給先切替器（７）、並びに前記第２整合盤（４）および前記電力供給先切替器（５）を介して前記高周波電源（２）と電気的に接続されている請求項１〜４の何れか一項に記載の高周波熱処理設備（１）。
6. 前記第２整合盤（４）が、前記第１ライン（１０）の第２焼入装置（１４）と前記第２ライン（２０）の第２焼入装置（２４）の上方に配置されている請求項５に記載の高周波熱処理設備（１）。
7. 前記第１ライン（１０）と前記第２ライン（２０）との間に、ワークを高周波熱処理設備（１）内で搬送する搬送ロボット（５０）が配置されている請求項１〜６の何れか一項に記載の高周波熱処理設備（１）。
8. ワークが、等速自在継手の外側継手部材である請求項１〜７の何れか一項に記載の高周波熱処理設備（１）。
9. ワークが、車輪取付用のフランジ部と内側軌道面とを有する車輪用軸受装置のハブ輪と、前記内側軌道面に対向する外側軌道面を有する車輪用軸受装置の外輪との組である請求項１〜７の何れか一項に記載の高周波熱処理設備（１）。

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