JPH0533060A - 薄肉リングの連続焼入れ装置及びその連続焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼製の薄肉リングの焼入れにおいては、加熱
急冷による膨張収縮と、マルテンサイト変態による膨張
とによって焼入れリングは変形して、真円度の悪化や幅
反りが生じ、後工程での精密研磨の工数負担が増加す
る。焼入れ変形を防止するのに、従来は、コレット内面
に薄肉リングを挟接して外径を拘束する焼入れ装置があ
ったが、コレット内面に薄肉リングを係止する爪体を取
着していたため幅反りに対しては十分な対象とはなり得
ず、また作業性・量産性に欠けていた。 【構成】 加熱炉内と急冷油槽内を積層状態の薄肉リン
グを搬送する搬送手段により、オーステナイト化温度に
加熱され、かつＭｓ点直上まで急冷された薄肉リングを
コレットチャック型外径拘束焼入れ装置のコレット内空
部に装入する。当該薄肉リングは、コレット内空部の下
側に上端面を有するリング支持部材の当該端面に複数個
積載され、コレットの緊縮減径と下方付勢により薄肉リ
ングの外径と端面とを拘束しながら冷却して、焼入れを
完了させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄肉リングの焼入れの
際に生ずる歪変形を防止しながら、連続的に焼入れ処理
を行う薄肉リングの焼入れ装置及び焼入れ方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受に使用される鋼製の外輪・内
輪は、熱処理により表面を高硬度として耐摩耗性を付与
し、表面を精密研磨して、寸法精度の高い平滑面とし
て、軸受の回転精度と転がり寿命を保障している。この
ために、一般に、粗加工により研磨代を残して所望の形
状に成形した外輪等を一体に焼入れ焼戻しを行い、ある
いは浸炭焼入れや高周波焼入れによって、少なくとも表
面を硬化させてのち、精密研磨を行う方法が採用されて
いる。特に、外輪や内輪が、外径に対して肉厚が極めて
薄い鋼製薄肉リングである場合には、焼入れ焼戻しによ
って均質な硬化体とするのは容易であるが、従来は、高
温ガス炉において焼入れ温度まで加熱保持した薄肉リン
グを、保温した冷却油中に浸漬して、マルテンサイト変
態開始温度（Ｍｓ点）以上の所定温度に冷却した後に常
温にある冷却水もしくは冷却油中に浸漬して焼入れを行
う方法が採用され、その後必要によりサブゼロ処理をし
た後、低温焼戻しを実施するものである。

【０００３】上記の冷却油中の浸漬による焼入れ法で
は、特に薄肉リングを対象とした場合には、焼入れ歪に
よる変形を生じやすく、形状寸法に狂いが生じて真円度
が悪化し、リングの捻れを伴う幅反り変形が生じる。

【０００４】焼入れの際のこのような歪変形を防止する
方法として、出願人は既に高温に加熱された薄肉リング
をその外周面においてコレットチャックのコレット内空
部内面に挟圧して拘束することにより、焼入れ過程の変
態に伴う膨張を抑制する外径拘束焼入れ装置による方法
を、提案した（特公昭４２−１５４５２号、特公昭４２
−２０６１０号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の外径拘束焼入れ
装置は、コレット内側に取付けた爪によって、リングを
係止支持して、コレットの緊縮によって爪を介してリン
グ外面に均等に加圧しながら冷却油を注入して急冷させ
るもので、リング外面の圧接とリング自体の変態膨張と
により、リング外径は強固に拘束されるので、外径寸法
や真円度の誤差を減少させるのに有効であった。

【０００６】しかしながら、上記外径拘束焼入れ装置
は、コレット内側とリング外面との間にリングを支持す
る爪部を介在させるので、リングの外径は、リング外面
に接する爪の内面形状に大きく依存し、またリングの端
面はコレットに一体に連動する爪部にあらかじめ載置し
ておくから、リング幅方向には拘束力は作用せず、幅反
りの防止には必ずしも有効でない。

【０００７】また、焼入れに際して加熱したリングを爪
内に手動で装入するため、処理可能なリングは１個が限
度であり、量産性、作業性に欠けると言う難点があっ
た。特に上述の高温ガス炉により連続的に加熱されて排
出される薄肉リングを順次連続的に焼入れ処理するに
は、上記外径拘束焼入れ装置は、その構造上必ずしも適
当でない。

【０００８】本発明は、鋼製薄肉リングの焼入れ過程に
おける焼入れ歪変形を極力防止して、研磨工程の簡素化
とリング表面の研削黒皮残りを防止して製品歩留の向上
を図るとともに、コレットチャックによる焼入れ装置に
よる焼入れの連続化高速化を図って、量産性・作業性に
すぐれた薄肉リングの焼入れ装置及び焼入れ方法を提供
しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の薄肉リングの連
続的焼入れ装置は、薄肉リングを加熱する加熱炉と、加
熱された当該薄肉リングを油中に浸漬して急冷する油槽
と、急冷された当該薄肉リングを焼入れするコレットチ
ャック型外径拘束焼入れ装置と、薄肉リングを加熱炉中
及び油槽中に保持して、当該焼入れ装置に搬送する搬送
手段と、から成り、当該コレットチャツク型外径拘束焼
入れ装置が、コレットチャックの外包部材のテーパー状
内面に摺接嵌合されたテーパー状外面を有するコレット
を当該外包部材に対して下方に牽引することによってコ
レット内空部が減径するコレットチャックと、当該コレ
ット内空部にその中心軸方向に昇降可能に設けられ、且
つ上部に平端面もしくは平段面を有するリング支持部材
とから成り、当該搬送手段により、当該コレット内空部
に収容された当該リング支持部材の平端面もしくは平段
面に積み重ねて載置した複数の当該薄肉リングの外径
を、当該コレットの下方移動によりコレット内空部内面
が挟圧して、リングの中心方向に加圧するとともに、当
該リングを下方に付勢して平端面もしくは平段面に当該
リング端面を当圧して、焼入れの際の薄肉リングの変形
を拘束矯正することを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の薄肉リングの連続的焼入れ
方法は、複数の鋼製薄肉リングを非酸化性雰囲気中で高
温に加熱保持し、次いで加熱冷却油中に浸漬急冷して、
マルテンサイト開始温度以上の近傍温度に冷却した後、
当該薄肉リングを、コレットチャックのコレット内空部
に収容され固定されたリング支持部材の平端面上に、積
み重ねて載置し、次いでコレットを下方に牽引して、コ
レット内面が当該リングの外径を挟圧し、かつ当該リン
グを下方に付勢して、当該平端面に当該リング端面を当
圧して保持し、当該リングを常温近傍まで冷却すること
を特徴とする薄肉リングの連続焼入れ方法を特徴とす
る。

【００１１】

【実施例】本発明の薄肉リングの連続的焼入れ装置につ
いて、まず、図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本装置の概要図であるが、本装置
は加熱室７、急冷室８及び焼入れ室９から成り、各室の
炉壁もしくは隔壁を介して隣接して一体に構成されてい
る例である。

【００１３】加熱室７は、耐火物７１で内張りされた加
熱炉であって、耐火物ライニング７１の内側に添設され
た電熱体により加熱され、通常窒素ガスが供給されて炉
内は非酸化性雰囲気に制御されており、その雰囲気は、
薄肉リングの鋼種で定まるオースナイト化温度以上に加
熱されている。急冷室８は、下部に油槽８１が設けられ
て、冷却剤としての冷却油８３が満たされ、加熱室７の
出口側に隣接している。次いで、コレットチャック型焼
入れ装置を固定収容した焼入れ室９が隣接されている。

【００１４】図２は、焼入れ室９に固定収容したコレッ
トチャック型焼入れ装置の断面図を示すが、コレットチ
ャックの外包部材４の内側には、そのテーパー状内面に
摺接嵌合されたテーパー状外面を有するコレット２が設
けられ、当該コレット２から下方に延出されたコレット
支持管２３に螺合された油圧摺動部材２５が外包部材４
に形成されている油圧シリンダー４９の内面に摺動可能
に嵌合されている。油圧シリンダー４９に加圧給油して
油圧摺動部材２５が当該外包部材４に対して当該コレッ
ト２を下方に牽引するとコレット２の内空部が減径する
ようになっている。

【００１５】当該コレット２内空部には、リング支持部
材３が当該外包部材４の下部から立設されている。その
リング支持部材３の上部に平端面３１があり、その平端
面３１は当該コレット２の内面の概ね下端に位置するよ
うに配置され、そのコレット内面は、薄肉リング１の加
熱前の外径に一致して正円の断面形状を有し且つ複数の
当該薄肉リング１を積み重ねてその外径を挟圧できる内
面高さを有している。

【００１６】そして、当該コレット２内空部に収容され
た当該リング支持部材３の平端面３１に積み重ねて載置
した複数の当該薄肉リング１の外径を、当該油圧シリン
ダーーの作用により、当該コレットの下方移動によりコ
レット２内空部内面が挟圧して、リング１の中心方向に
加圧するとともに、当該リングを下方に付勢して平端面
３１で当該リング端面を当圧して、焼入れの際の薄肉リ
ングの変形を拘束矯正するものである。

【００１７】薄肉リングの搬送手段としては、加熱室７
の装入側から加熱室７内を通過して、急冷室８内の冷却
油８３中を通過して油面より立上るチェーンコンベア５
が、スプロケット５５、５５ａ、５５ｂ・・・によって
保持されて張設されている。装入側のスプロケット５５
が、ステッピングモーク（不図示）により駆動されてチ
ェーンコンベア５が順回する。

【００１８】当該チェーンコンベア５には、一定数のリ
ンクプレート毎に薄肉リング保持具５２が、一対の対向
するリンクプレート間に横設された軸５１１に枢支され
ており、図３に示すようにその形状は上部には、薄肉リ
ングを積み重ねて載置できる頭部３５を有し、下部に
は、当該保持具５２の重心を当該軸５１１より下方に位
置させるカウンターウェイト部３６が設けられており、
チェーンコンベア５の垂直方向の移送や反転によって
も、当該保持具は常に垂直状態に維持される。

【００１９】図１において、加熱室の装入側であって当
該チェーンコンベア５の送行駆動用スプロケット５５の
近傍には、内側に多数の薄肉リング保持具１７が取着立
設された装入用トレイ１４が設けられており、当該保持
具１７の頭部に積載した薄肉リングを二次元移送可能な
三ツ爪チャック１５０により、上記チェーンコンベア５
の薄肉リング保持具５２に乗せ替を行うようになってい
る。また、当該チェーンコンベア５の終端のスプロケッ
ト５５ｄから、焼入れ室９のコレット型焼入れ装置のコ
レット２の内空部への薄肉リング１の装填及び焼入れ後
のコレット２の内空部から外部の搬出用ベルトコンベア
５６への薄肉リング１の移動も、同様に移送可能な三ツ
爪チャック１５１によって行う。

【００２０】図４は、これら三ツ爪チャック１５０、１
５１と薄肉リング保持具５２、１７との構造及び関係を
示したものであるが、当該保持具は、概ね円柱状の支柱
に、頭部３５が支柱よりわずかに減径して突設され、そ
の境界が、薄肉リングを載置する段面３１を形成し〔同
図（Ｄ）〕、当該頭部３５は、複数の積載した薄肉リン
グ１の積層体が倒れるのを防止するように当該リング１
の内空部が遊嵌されて係止されている。

【００２１】当該リング保持具５２、１７の頭部３５に
は中心から円周側に開口する３個の切欠き溝１８が、頭
部３５上面から、概ね当該段面３１より下側まで設けら
れている。

【００２２】他方、三ツ爪チャックは、その基体から下
方へ三本の係止片１６が垂下するように垂設され、その
先端には爪状小突起１７が外側に向けて取着されてお
り、当該係止片１６は、外側へ拡縮可能にされている。

【００２３】図４（Ａ）は、保持具５２、１７の段面３
１に積載した薄肉リングを示し、同図（Ｂ）、（Ｅ）
は、三ツ爪チャックの係止片１６を内側に縮小して当該
係止片１６を、保持具５２の切欠き溝１８中に挿入し、
同図（Ｃ）において、当該小突片を外側を拡大して、か
つ当該小突起１７を最下段の薄肉リング１下端面の下に
位置づけして、同図（Ｄ）に示すように、そのまま三ツ
爪チャックを引き上げれば薄肉リングの積層状態のまま
吊り上げることができ、保持具５２より離脱して搬送す
ることができる。そして、本図と逆の手順により、他の
保持具５２、１７に載置する。

【００２４】図５は、三ツ爪チャック１６により急冷室
８で急冷された薄肉リング１を、コレットチャック型焼
入れ装置のコレット２内の支持部材３の上端面３１上に
載置する場合の手順を示している。

【００２５】粗加工された薄肉リング１は、１０〜２０
個積み重ねて搬入トレイ１４上のリング保持具１７に載
置しておき、加熱室７の装入側において、回転している
チェーンコンベア５のリング保持具５２に、上記三ツ爪
チャック１５０により順次乗せ替えられ、チェーンコン
ベアの移動により加熱室７に順次装入される。加熱室７
内の加熱炉は、鋼種により定まる加熱温度、例えばＳＵ
Ｊ２鋼を対象にしたとき、８５０〜９００℃に保持され
ており、炉内を通過する間に当該薄肉リングが焼入れ温
度に加熱され保持される。

【００２６】加熱室７の出口側に達した薄肉リングは、
扉８２を開けて、チェーンコンベアを急速に移動させ
て、急冷室に移動させ、冷却油８３中にリング保持具ご
と浸漬されて急冷され、次いでチェーンコンベア５の終
端のスプロケット５５ｄの位置で薄肉リング１は冷却油
面から引き上げられ、三ツ爪チャック１５１によりコレ
ットチャック型焼入れ装置に装入される。

【００２７】この急冷室８においては、加熱室７から油
中浸漬されるときのリングの温度は８５０〜９００℃で
あり、油面から引き上げられるときの引き上げ温度はＭ
ｓ点直上の２５０〜３００℃であることを要するから、
油中浸漬移動時間が厳密に定められる。また加熱室７の
出口側から急冷室内油中浸漬までの薄肉リング１の移動
は、放冷による温度低下を防止するため急速を要し、他
方、リング保持具５２へのリング１の乗せ替は、コンベ
ア停止中が好都合である。そこで、チェーンコンベア５
は急速移動と停止とを繰り返すステッピングモータによ
り駆動される。

【００２８】コレットチャック型外径拘束焼入れ装置の
コレット２の内空部に装填された薄肉リング１は、図２
に示すようにコレット２内空部内の下側に固定されたリ
ング支持部材３の上端部３１上に積み重ねて載置されて
おり、油圧機構によりコレット２を下方に牽引すること
により、コレット２は内側へ収縮減径して薄肉リングの
外周面を挟圧して拘束するとともに、コレット２及び外
包部材４が薄肉リングから抜熱冷却する。この際、Ｍｓ
点以下に降温するに従い、マルテンサイト変態が進行
し、常温近傍まで冷却される。焼入れが完了した薄肉リ
ング１は三ツ爪チャックにより、コレット２内空部から
取り出され、本装置外部のベルトコンベアにより次の熱
処理工程に搬出される。

【００２９】コレットチャック型の焼入れ装置において
は、薄肉リング１は、鋼材のＭｓ点直上から常温近傍ま
での比較的温度範囲の狭い低温域を、ベイナイト恒温変
態が生ずるまでに除冷すれば、十分なマルテンサイト変
態が終了するので、特段の急冷手段を要しないが、加熱
冷却の繰り返しによるコレット２内面の変形を防止する
ために、コレット２内面もしくはコレットチャック全体
は冷却水の噴霧又は強制風冷により冷却するのが好まし
い。またコレットチャックによる冷却に、時間を要する
場合には、装置全体の処理速度をコレットチャックによ
る焼入れ処理が規制することになるので、この観点から
も、コレット内面の薄肉リング積層体をその内空部に注
水して急冷するのが好ましい。

【００３０】また、図１に示すように、装置全体を一体
化して容器内に収容するようにすれば、加熱、急冷及び
外径拘束焼入れの全工程を窒素ガスなどの非酸化性雰囲
気中で実施することができ、従って、薄肉リングの表面
にスケールが生成することを防止して、スケールによる
外径の精度の低下を防止することができる。

【００３１】

【作用及び効果】本発明の薄肉リングの連続焼入れ装置
においては、その外径拘束焼入れ装置が、コレットチャ
ックのコレット内空部に平端面もしくは平段面を有する
リング支持部材が内装されて成るから、まず、複数の薄
肉リングを当該平端面等に積層載置してコレット内空部
内に搬入して固定することができ、コレットの緊縮によ
る内面の減径によって、コレット内面が薄肉リングの外
径をその中心方向に均等に挟圧し、同時にコレットの下
方牽引により、当該薄肉リングを下方に付勢して、固定
された端面等との間でリングの端面を強固に拘束するか
ら、焼入れ時の変態膨張に抗して、薄肉リングの外径と
端面とが拘束され、外径不同を減少させ真円度が高く、
かつ幅反りの小さい焼入れリングが得られる。

【００３２】また、加熱炉により加熱してオーステナイ
ト化した当該薄肉リングを、直接外径拘束焼入れするの
ではなく、冷却油中に浸漬して、マルテンサイト変態開
始温度Ｍｓ点直上の温度にまで一旦急速冷却してのち、
外径拘束焼入れを実施するから、外径拘束焼入れ過程で
は特段の冷却手段を講ずることなく、コレットによる抜
熱・冷却により焼入れを完了させることができる。同時
にコレットが接触する冷却温度範囲が狭いから、コレッ
ト自体の歪変形は小さく、従って冷却後の薄肉リングの
外径変形に及ぼす影響は少なくすることができる。

【００３３】外径拘束焼入れ装置のコレット内には、当
該リング支持部材の端面等に多数の薄肉リングを積載し
て焼入れ処理することができ、搬送手段により、同数の
薄肉リングを連続的に加熱し急冷して、当該外径拘束焼
入れ装置に供給することができ、多数の薄肉リングを加
熱炉への装入から焼入れ装置からの搬出までの全工程を
連続的に搬送しうるから、本装置及びその焼入れ方法は
作業性・量産性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】

【図１】薄肉リングの連続焼入れ装置の概略断面図。

【図２】コレットチャック型外径拘束焼入れ装置の断面
図。

【図３】薄肉リングを搬送するチェーンコンベアの断面
図。

【図４】三ツ爪チャックとリング保持具との関係図。

【図５】三ツ爪チャックとコレットチャック型焼入れ装
置との関係図。

【符号の説明】

１ 薄肉リング ２ コレット ３ リング支持部材 ３１ 平端面 ４ 外包部材 ５ チェーンコンベア ５２ リング保持具 ５５ チェーンスプロケット ７ 加熱室 ８ 急冷室 ８３ 冷却油 ９ 焼入れ室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製薄肉リングを加熱する加熱炉と、加
   熱された当該薄肉リングを冷却油中に浸漬して急冷する
   油槽と、急冷された当該薄肉リングを焼入れするコレッ
   トチャック型外径拘束焼入れ装置と、薄肉リングを加熱
   炉中及び油槽中に移送して当該焼入れ装置に搬送する搬
   送手段と、から成り当該コレットチャツク型外径拘束焼
   入れ装置が、コレットチャックの外包部材のテーパー状
   内面に摺接嵌合されたテーパー状外面を有するコレット
   を当該外包部材に対して下方に牽引することによってコ
   レット内空部が減径するコレットチャックと、当該コレ
   ット内空部にその中心軸方向に昇降可能に設けられ、且
   つ上部に平端面もしくは平段面を有するリング支持部材
   と、から成り、 当該コレット内空部に収容された当該リング支持部材の
   平端面もしくは平段面に当該搬送手段により積み重ねて
   載置した複数の当該薄肉リングの外径を、当該コレット
   下方移動によりコレット内空部内面が挟圧して、リング
   軸の中心方向に加圧するとともに、常温まで冷却して、
   焼入れの際の薄肉リングの変形を拘束矯正することを特
   徴とする薄肉リングの連続焼入れ装置。
2. 【請求項２】 加熱炉が、当該油槽と当該コレットチャ
   ツク型外径拘束焼入れ装置とを収容する雰囲気制御可能
   な容器と近接して配置されて、当該炉内と容器内は非酸
   化性雰囲気となし、 当該搬送手段が、当該加熱炉外から当該当該加熱炉内及
   び当該油槽の冷却油中を挿通して、冷却油液面上まで回
   走するチェーンコンベアに一定間隔で設けられて当該薄
   肉リングを積み重ねて載置するリング保持具と、当該リ
   ング保持具に載置された当該薄肉リングを吊上げてコレ
   ット内空部のリング支持部材の当該平端面上に載置する
   と共に当該平端面上から吊り上げて当該容器外へ搬出す
   る吊上げ用三ツ爪チャックと、から成る請求項１記載の
   薄肉リングの連続焼入れ装置。
3. 【請求項３】 複数の鋼製薄肉リングを非酸化性雰囲気
   中で高温に加熱保持し、次いで冷却油中に浸漬急冷し
   て、マルテンサイト変態開始温度直上の温度に冷却した
   後、当該薄肉リングをコレットチャックのコレット内空
   部に収容され支持されたリング支持部材の平端面上に、
   積み重ねて載置し、次いでコレットを下方に牽引して、
   コレット内面が当該リングの外径を挟圧し、且つ当該リ
   ングを下方に付勢して、当該平端面に当該リング端面を
   当圧して保持し、当該リングを常温近傍まで冷却するこ
   とを特徴とする薄肉リングの連続焼入れ方法。