WO2019177111A1 - 環状ワークの焼戻し方法 - Google Patents

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WO2019177111A1
WO2019177111A1 PCT/JP2019/010602 JP2019010602W WO2019177111A1 WO 2019177111 A1 WO2019177111 A1 WO 2019177111A1 JP 2019010602 W JP2019010602 W JP 2019010602W WO 2019177111 A1 WO2019177111 A1 WO 2019177111A1
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workpiece
induction heating
annular workpiece
tempering
annular
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PCT/JP2019/010602
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義也 真野
慎太郎 鈴木
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Ntn株式会社
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for tempering an annular workpiece.
  • an annular work (hereinafter simply referred to as “work”) as a base material of a machine part is usually used as a machine part.
  • a quench hardening treatment is applied for imparting sufficient strength and hardness, and then a tempering treatment is performed for the purpose of relaxing residual stress and reducing residual austenite (improving toughness).
  • the tempering process includes a heating process for heating a quenched workpiece to a target temperature and a cooling process for cooling the heated workpiece. In the heating process, the workpiece is heated using an atmospheric heating furnace or an induction heating device.
  • the “target temperature” is set mainly according to the operating temperature of the machine part.
  • Atmospheric heating furnace has the advantage that temperature control is easy and multiple workpieces can be heated at the same time, but energy efficiency is low and it takes time to heat the workpiece to the target temperature. There are disadvantages such as. For this reason, the case where the workpiece
  • the heating efficiency of the work in the case of induction heating of the work depends on the distance in the radial direction between the coil for induction heating of the work and the work arranged coaxially in the opposing region (inner circumference and / or outer circumference).
  • the amount of current flowing through the coil is constant, the work can be efficiently heated as the distance between the coil and the work in the radial direction is smaller.
  • a coil having an appropriate diameter according to the diameter of the work is used. It can be said that it is preferable to do.
  • the workpiece is changed every time the workpiece to be heated is changed to one having a different diameter, the downtime increases and the productivity decreases, so that it is enjoyed by adopting induction heating. Cost merit is impaired.
  • the present invention makes it possible to suppress as much as possible the occurrence of downtime associated with the change of the annular workpiece to be heated (tempered), thereby improving the processing efficiency of the tempering process and thus the productivity of machine parts.
  • the purpose is to contribute to improvement.
  • the diameter dimension is mutually reduced when the induction heating step is executed.
  • an induction heating device having a plurality of coil portions arranged coaxially and spaced apart from each other in the axial direction of the annular workpiece, the coil portion having the smallest separation distance from the annular workpiece in the radial direction of the annular workpiece
  • An annular work is tempered by arranging an annular work on the opposite area of the coil and energizing the induction heating device in that state.
  • the induction heating apparatus which has two coil parts (1st and 2nd coil part) suitable for induction heating of the cyclic
  • the annular workpiece is relatively rotated around the central axis with respect to the induction heating device while being held by a workpiece holding member provided so as to be movable back and forth along the central axis. In this way, since each part in the circumferential direction of the annular workpiece can be heated uniformly, it becomes easy to obtain a high-quality annular workpiece having no variation in hardness or the like in the workpiece after the tempering process is completed.
  • a work holding member which is provided so as to be movable back and forth in the radial direction of the annular work and has a work holding part for holding the annular work by engaging with the annular work in the radial direction, And having a plurality of workpiece holding portions having different diameter dimensions of circular tracks passing through a portion that substantially holds the annular workpiece can be used.
  • a heat retaining step is performed in which the annular workpiece is kept warm for a predetermined time within a predetermined temperature range including the target temperature by atmospheric heating. Also good. If it does in this way, while reducing the amount of retained austenite contained in the annular work after tempering processing to below a predetermined level, it will keep work hardness in a predetermined range (a work hardness is prevented from falling excessively). ) Is possible. Especially if the atmosphere is heated -Since the entire workpiece can be kept at a uniform temperature, the variation in temperature within the workpiece is suppressed, and the annular workpiece after tempering is of high quality. ⁇ Temperature control at the time of executing the heat retention process can be performed easily and accurately. ⁇ Heat insulation can be applied to multiple workpieces simultaneously. There are various advantages such as.
  • the heating method of the annular workpiece is different between the induction heating step and the heat retaining step, after the annular workpiece is heated to the target temperature (after the induction heating step is performed), the annular workpiece is heated. Need to be transferred to (heating device for performing). At this time, the temperature of the annular workpiece is reduced by a small amount.
  • the target temperature is set high in anticipation of this temperature decrease, there is a possibility that desired hardness or the like cannot be secured for the annular workpiece after tempering.
  • Such a problem can be solved as much as possible by providing a reheating step for recovering the temperature of the annular workpiece to the target temperature by atmospheric heating between the induction heating step and the heat retention step. That is, if the temperature of the annular workpiece is restored to the target temperature before the heat retention step, the desired hardness or the like can be secured on the annular workpiece after the tempering process while efficiently performing the heat retention step. it can.
  • the reheating process and the heat retaining process can be performed continuously using one atmosphere heating furnace, so the process shifts from the rewarming process to the heat retaining process. Both steps can be performed efficiently while suppressing a decrease in the temperature of the workpiece during the process.
  • the ambient temperature during the reheating process it is preferable to set the ambient temperature during the reheating process to be higher than the target temperature. In this way, since the time required for reheating can be shortened, the processing efficiency of the tempering process can be increased.
  • the tempering method according to the present invention can be preferably applied to tempering an annular workpiece having a number of model numbers having different diameters, such as a rolling bearing race.
  • the present invention it is possible to suppress the occurrence of downtime as much as possible due to the change of the annular workpiece to be heated (tempered). Thereby, the processing efficiency of a tempering process and by extension, productivity of a machine part can be improved.
  • FIG. 1 is a flowchart of a heat treatment process including a tempering process to which a tempering method according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the heat treatment step is, for example, a quenching step in which a hardening work is performed on an annular workpiece W made of a steel material such as a base material of an outer ring of a rolling bearing (see FIGS. 4 and 8; hereinafter, also simply referred to as “work W”).
  • S1 and a tempering step S2 for tempering the hardened workpiece W examples of the steel material include SUJ2 and SUJ3 classified as high carbon chromium bearing steel defined in JIS G4805.
  • a cleaning step S3 for cleaning the quenched workpiece W, and whether the cleaned and quenched workpiece W is a non-defective product that satisfies the quality standards.
  • an inspection step S4 for inspecting, and after the tempering step S2, a cleaning step S5 for cleaning the tempered workpiece W, and an inspection whether the cleaned tempered workpiece W satisfies a quality standard.
  • An inspection step S6 is provided. However, not all of the above steps S3 to S6 are necessarily executed, and some or all of them may be omitted.
  • tempering process S2 which is the summary of this invention is demonstrated in detail.
  • the tempering step S2 includes a heating step S21 for heating the hardened workpiece W and a cooling step S22 for cooling the workpiece W heated in the heating step S21.
  • S21 is an induction heating step S211 in which the workpiece W is induction-heated to the target temperature r1 (see FIG. 10), and the temperature of the workpiece W (the workpiece W whose temperature has dropped after being heated to the target temperature r1) is set to the target temperature r1.
  • the reheating step S212 and the heat retaining step S213 the workpiece W is heated and kept warm by atmospheric heating.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the tempering apparatus 10 used for executing the tempering step S2.
  • the tempering apparatus 10 includes a transport path 11 in which the workpiece W is transported in a horizontal posture (a posture in which the central axis of the workpiece W is aligned in the vertical direction), a heating unit 12 that performs the heating step S21, and a heating unit 12. Is also provided on the downstream side of the transport path 11 and includes a cooling unit 13 that performs the cooling step S22.
  • the heating unit 12 includes an induction heating unit 14 that performs the induction heating step S211, a rewarming unit 15 that performs the reheating step S212, and a heat retaining unit 16 that performs the heat retaining step S213, which are provided from the upstream side of the conveyance path 11. It arranges in order toward the downstream side.
  • examples of the transfer device for transferring the workpiece W along the transfer path 11 include a transfer conveyor, a power cylinder (such as a hydraulic cylinder, an air cylinder, and an electric cylinder), or an outside of the workpiece W.
  • a power cylinder such as a hydraulic cylinder, an air cylinder, and an electric cylinder
  • One that is horizontally moved along the conveyance path 11 in a state where the radial surface is chucked can be used alone or in combination of two or more.
  • the induction heating unit 14 accommodates the induction heating device 20 disposed above the conveyance path 11, the workpiece holding member 30 that holds the workpiece W to be heated, the induction heating device 20, and the like.
  • the induction heating chamber 40 is provided.
  • the induction heating chamber 40 has an inlet side opening 40a and an outlet side opening 40b, and both the openings 40a and 40b are opened or closed by opening and closing means 41 and 42, respectively.
  • the induction heating chamber 40 is not necessarily provided, but if the induction heating chamber 40 is provided and the induction heating step S211 is performed in the internal space, it is easy to adjust the ambient temperature during the execution of the induction heating step S211. This is advantageous in accurately heating the workpiece W by induction and suppressing the temperature drop of the workpiece W after induction heating.
  • the induction heating device 20 includes a plurality of coil members 21 (21A-21F) that are spaced apart from each other in the axial direction (vertical direction) of the workpiece W. 21 is detachably fixed to a frame body (not shown) formed of an insulating material.
  • each coil member 21 is formed of a tubular body made of a conductive metal such as a copper tube, and has an annular portion 22 that has a ring shape with a circumferential end, and one circumferential end of the annular portion 22. And first and second extending portions 23 and 24 extending from the other end portion. Of the coil member 21, at least the annular portion 22 is positioned on the same plane (here, on the horizontal plane) in the circumferential direction. Each coil member 21 is fixed to a frame body (not shown) in a state where the central axis of the annular portion 22 coincides with the central axis of the annular portion 22 of the other coil member 21.
  • the induction heating device 20 includes a plurality of coil portions 25 that have different diameter dimensions (inner diameter dimensions) and are coaxially arranged apart from each other in the axial direction of the workpiece W.
  • the induction heating device 20 of the present embodiment has three coil portions 25 (25A-25C), and is disposed on the inner diameter dimension D1 of the first coil portion 25A disposed on the lowermost side and on the upper side of the first coil portion 25A.
  • the relational expression of D1> D2> D3 is established between the inner diameter dimension D2 of the second coil portion 25B and the inner diameter dimension D3 of the third coil portion 25C disposed on the upper side of the second coil portion 25B.
  • the first coil portion 25A is formed by the annular portion 22 of the coil members 21A and 21B arranged second from the bottom and the bottom, and the second coil portion 25B is the third and fourth from the bottom.
  • the third coil portion 25C is formed by the annular portions 22 of the coil members 21E and 21F disposed at the fifth and sixth (topmost) positions from the bottom. Is done.
  • Each coil part 25 (25A-25C) can also be formed by an annular part 22 of one or more coil members 21, and the axial dimension of each coil part 25 is the axial direction of the workpiece W to be heated. It can be changed according to the dimensions.
  • the induction heating device 20 includes connection means 26 that connects two coil members 21 and 21 that are adjacent in the vertical direction so as to be conductive.
  • the connecting means 26 in the illustrated example includes a receiving member 27 made of a conductive metal fixed to the coil member 21 and a conductive metal, and one end 28 a and the other end 28 b are each of two adjacent coil members 21.
  • the receiving member 27 is fixed to the coil member 21 by, for example, welding or adhesion using a conductive adhesive. In this case, the two adjacent coil members 21 and 21 can be conducted through the receiving member 27, the bolt member 29, and the connecting member 28. Therefore, in the induction heating device 20 of the present embodiment, among the plurality of coil members 21, the lowermost coil member 21A and the uppermost coil member 21F are electrically connected to the power source 17 shown in FIG.
  • connection means 26 described above is merely an example, and other configurations may be employed.
  • the distance between the two coil members 21 and 21 adjacent in the axial direction (the axial dimension of each coil portion 25) is set to a predetermined value by the connecting member 28 made of a rigid body. There is an advantage that it is easy to keep.
  • the induction heating device 20 when the induction heating device 20 having the above configuration is energized, a current flows uniformly to all the coil members 21 (coil portions 25A-25C).
  • the workpiece W to be heated has the first coil portion 25A, It arrange
  • the induction heating device 20 may be configured such that a current flows only through the coil portion 25 (any one of 25A-25C) for induction heating the workpiece W.
  • Such a configuration can be achieved, for example, by (1) individually connecting the power supply 17 to each of the first coil unit 25A, the second coil unit 25B, and the third coil unit 25C, or (2) the first coil unit.
  • This can be realized by providing the control device 18 with a switching device that selectively supplies current to any one of the coil portions 25A, the second coil portion 25B, and the third coil portion 25C. In this case, power saving in the induction heating step S211 can
  • the induction heating device 20 can be provided with a cooling circuit for cooling each coil member 21. If such a cooling circuit is provided, the temperature of the coil member 21 (particularly the annular portion 22 constituting the coil portion 25) can be controlled appropriately and efficiently, and the durability of the coil member 21 can be improved. Can do.
  • the cooling circuit communicates the internal spaces of two coil members 21, 21 adjacent in the vertical direction via a tubular communication member 29 ⁇ / b> A and the first coil member 21 ⁇ / b> A (the first coil member 21 ⁇ / b> A). It can be formed by connecting a water supply pipe 29B and a drain pipe 29C to the free end of the extension 23) and the uppermost coil member 21F (the free end of the first extension 23), respectively.
  • each coil member 21 is cooled by circulating the cooling water supplied from a water storage tank (not shown) as follows. First, the cooling water supplied from the water storage tank flows into the inner space of the lowermost coil member 21A via the water supply pipe 29B as shown by the white arrow in FIG. 7, and then the inside of the communication member 29A. The space and the internal space of the coil member 21 are alternately circulated and directed upward. And the cooling water which distribute
  • a cooling circuit may be provided in each of the coil member 21 sets) to cool only the coil portion 25 (coil member 21) through which a current flows.
  • the work holding member 30 of the present embodiment includes a shaft portion 31 disposed coaxially with the coil portion 25 (25A-25C) of the induction heating device 20 shown in FIGS. 5A and 5B. , A flange portion 32 provided at the upper end of the shaft portion 31, a plurality of chuck claws 33 that are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the workpiece W and move forward and backward in the radial direction of the flange portion 32 (workpiece W), and the shaft portion And a lifting mechanism (not shown) that moves 31 back and forth in the axial direction of the workpiece W (up and down movement).
  • the workpiece holding member 30 having such a configuration acquires and holds the workpiece W transported along the transport path 11 as follows, for example.
  • the work holding member 30 is conveyed at its upper end until the work W reaches a position directly below the coil part 25 of the induction heating device 20 (a position where the central axis of the work W and the central axis of the coil part 25 coincide). It is located below the path 11.
  • the shaft portion 31 moves upward as shown in FIG. 8A and the chuck pawl 33 is inserted into the inner periphery of the workpiece W.
  • the chuck claw 33 moves radially outward as shown in FIG. 8B.
  • the chuck claw 33 and the workpiece W are engaged in the radial direction of the workpiece W.
  • the workpiece W is held by the workpiece holding member 30 in a state in which the center axis thereof coincides with the center axis of the shaft portion 31 (center axis of the coil portion 25).
  • zipper claw 33 comprises a "work holding
  • the work holding member 30 includes a rotation driving unit M connected to a shaft unit 31.
  • the rotation driving unit M allows the workpiece W held by the workpiece holding member 30 to rotate around its central axis.
  • the rotational drive unit M is configured by an electric motor or the like.
  • the reheating unit 15 is disposed in the first furnace chamber 51, which is connected to the induction heating chamber 40 via the first passage chamber 55, and in the first furnace chamber 51. 17 and a heater 52 electrically connected.
  • the heater 52 is, for example, an electric heater, and heats the atmosphere (gas) in the first furnace chamber 51 to heat and recover the work W transported in the first furnace chamber 51.
  • the heat retaining unit 16 includes a second furnace chamber 53 and a heater 54 that is disposed in the second furnace chamber 53 and is electrically connected to the power source 17.
  • the heater 54 is, for example, an electric heater, and heats the atmosphere in the second furnace chamber 53 to keep the work W conveyed in the second furnace chamber 53 warm.
  • the inlet side opening 51a of the first furnace chamber 51 is provided with opening / closing means 56 for opening and closing the opening 51a, and the outlet side opening of the first furnace chamber 51 (the inlet side of the second furnace chamber 53).
  • the opening 51b is provided with opening / closing means 57 for opening / closing the opening 51b.
  • the second furnace chamber 53 has an outlet side opening, and opening / closing means is also provided in this opening.
  • the heat retaining section 16 (the second furnace chamber 53 that constitutes the thermal insulation section 16) is connected to the cooling section 13 (the cooling chamber 59 that constitutes the thermal chamber 13) via the second passage chamber 58.
  • the workpiece W heated by the heating unit 12 is carried into the cooling chamber 59 through the internal space of the second passage chamber 58 and then cooled (tempered).
  • the cooling method of the workpiece W in the cooling unit 13 may be air cooling or water cooling.
  • the workpiece W is induction heated until the temperature of the workpiece W reaches the target temperature r1 from the heating start temperature r0.
  • the rate of temperature increase is, for example, constant, and the induction heating device 20 is energized so that the temperature of the workpiece W increases continuously as time elapses.
  • Such temperature history is, for example, maintaining the output of the induction heating device 20 at a constant value until the temperature of the workpiece W reaches the target temperature r1 (from the heating start time t0 to the heating end time t1). Can be realized.
  • the work W is heated in the atmosphere to recover the temperature of the work W from the temperature r2 at the start of rewarming to the target temperature r1.
  • the heating method of the workpiece W is different between the induction heating unit 14 in which the induction heating step S211 is performed and the heat retaining unit 16 in which the heat retention step S213 is performed, the heat insulation is performed after the induction heating step S211 is performed.
  • the process S213 is executed (started), the temperature of the workpiece W decreases from the target temperature r1. Therefore, as shown in FIG.
  • the work W carried out from the induction heating chamber 40 is carried into the first furnace chamber 51 and heated in the atmosphere, whereby the temperature of the work W is recovered to the target temperature r1 as quickly as possible.
  • a temperature history is, for example, in the first furnace chamber 51 until the workpiece W reaches the target temperature r1 from the reheating start temperature r2 (between the reheating start time t2 and the rewarming end time t3).
  • the workpiece W after rewarming is heated in the atmosphere in the heat retaining step S213, so that a temperature range of a predetermined width including the target temperature r1 (for example, the workpiece W)
  • the temperature is kept for a predetermined time in the allowable temperature range R set according to the required amount of retained austenite and hardness.
  • the work W is maintained at a temperature substantially equal to the target temperature r1 (first operation).
  • the allowable temperature range R is, for example, 290 ° C. or higher and 340 ° C. or lower, preferably 303 ° C. or higher and 315 ° C. or lower. Can be set.
  • the workpiece W is cooled in the cooling step S22, and the temperature of the workpiece W is lowered from the temperature r1 to a predetermined temperature r3 (here, lower than the heating start temperature r0). Thereby, the tempering process for the workpiece W is completed.
  • the output patterns of the induction heating device 20 and the heaters 52 and 54 are respectively controlled by the control unit so that the workpiece W put into the heating step S21 of the tempering step S2 follows the temperature history described above. 18 (see FIG. 4), and when the heating step S21 is performed, the control unit 18 sends a control signal to the power source 17 based on the stored output pattern. Thereby, electric power of a predetermined pattern is supplied to the induction heating device 20 and the heaters 52 and 54 connected to the power source 17, and the workpiece W is heated so as to follow the temperature history shown in FIG.
  • the work W transported on the transport path 11 in a horizontal posture is carried into the internal space of the induction heating chamber 40.
  • a position immediately below the induction heating device 20 a position where the central axis of the workpiece W coincides with the central axis of the coil portion 25 provided in the induction heating device 20
  • FIGS. 8A and 8B a position where the central axis of the workpiece W coincides with the central axis of the coil portion 25 provided in the induction heating device 20.
  • the workpiece W is held by the workpiece holding member 30 as described above.
  • the workpiece holding member 30 holding the workpiece W moves upward and introduces the workpiece W into the opposing region (inner circumference) of the coil portion 25.
  • the upward movement amount of the work holding member 30 is adjusted according to the diameter dimension (outer diameter dimension) of the work W.
  • the outer diameter D of the workpiece W is the inner diameter D3 (FIG. 5B) of the third coil portion 25C having the smallest diameter (inner diameter) of the coil portions 25A-25C. Smaller than the reference) (D ⁇ D3), the workpiece W is introduced into the inner periphery of the first coil portion 25C. Further, when the outer diameter D of the workpiece W is larger than the inner diameter D3 of the third coil portion 25C and smaller than the inner diameter D2 (see FIG.
  • the workpiece W is introduced into the inner periphery of the second coil portion 25B. Further, when the outer diameter D of the workpiece W is larger than the inner diameter D2 of the second coil portion 25B and smaller than the inner diameter D1 (see FIG. 5B) of the first coil portion 25A (D2 ⁇ D ⁇ D1), The workpiece W is introduced into the inner periphery of the first coil portion 25A. That is, the workpiece W has a plurality of coil portions 25 (25A-25C) having different inner diameters and coaxially spaced apart from each other in the axial direction of the workpiece W. It is coaxially arranged on the inner periphery of the coil portion 25 that minimizes the radial separation distance from the outer diameter surface of W.
  • the induction heating device 20 is energized. Specifically, a predetermined pattern of electric power is supplied from the power source 17 toward the coil member 21 of the induction heating device 20 based on a control signal output from the control unit 18. Thereby, the workpiece
  • the power supplied from the power source 17 is preferably a low frequency band power of several kHz or less. Thereby, not only the surface layer portion of the workpiece W but also the entire workpiece W including the core portion of the workpiece W can be heated to the target temperature r1. Further, while the induction heating device 20 is energized and the work W is induction heated, the rotation driving unit M shown in FIG. 4 is driven to rotate the work W around its central axis. Thereby, the whole workpiece
  • the workpiece holding member 30 is moved downward to return the workpiece W onto the transport path 11.
  • the workpiece W returned to the conveyance path 11 is carried out to the outside of the induction heating chamber 40 through the outlet side opening 40b of the induction heating chamber 40 in the open state, the internal space of the first passage chamber 55, and It is carried into the internal space of the first furnace chamber 51 through the inlet side opening 51 a of the first furnace chamber 51 opened by the opening / closing means 56.
  • the inlet side opening 51 a of the first furnace chamber 51 is closed by the opening / closing means 56.
  • the work W carried into the internal space of the first furnace chamber 51 is heated in the atmosphere while being conveyed through the first furnace chamber 51.
  • the work W is carried into the first furnace chamber 51.
  • the temperature r2 is reduced to the target temperature r1.
  • the workpiece W whose temperature has recovered to the target temperature r ⁇ b> 1 passes through the outlet side opening 51 b of the first furnace chamber 51 (the inlet side opening of the second furnace chamber 53). It is carried into the interior space.
  • the workpiece W carried into the internal space of the second furnace chamber 53 is kept warm within the allowable temperature range R (see FIG. 10) including the target temperature r1 while being transferred through the second furnace chamber 53.
  • the heat retention time of the workpiece W (the conveyance time of the workpiece W in the second furnace chamber 53) is set to, for example, 3 minutes or more and 7 minutes or less, preferably 4 minutes or more and 6 minutes or less.
  • the work W that has passed through the internal space of the second furnace chamber 53 and is carried out of the second furnace chamber 53 passes through the second passage chamber 58 and enters the cooling chamber 59 of the cooling unit 13. Then, it is cooled to a predetermined temperature r3 (see FIG. 10) at a predetermined cooling rate. Thereby, the tempering process for the workpiece W is completed. The subsequent workpiece W is also tempered by following the same route.
  • the diameter size (inner diameter size) is different from each other and the workpiece W is axially different from each other.
  • the induction heating devices 20 including a plurality of coil portions 25 (25A-25C) that are coaxially spaced apart from each other, the inner portion of the coil portion 25 that has the smallest separation distance from the workpiece W in the radial direction of the workpiece W The work W was coaxially arranged around the circumference, and the induction heating device 20 was energized in that state.
  • an allowable temperature range R including the target temperature r1 is set according to the amount of retained austenite and hardness required for the workpiece W, and the target temperature r1 is heated within the allowable temperature range R. Since the workpiece W is kept warm, it is possible to keep the hardness of the workpiece W within a predetermined range while reducing the amount of retained austenite contained in the workpiece W after the tempering process to a required level or less. Moreover, since the workpiece
  • a mechanical component here, the outer ring of a rolling bearing
  • a reheating step S212 for recovering the temperature of the workpiece W to the target temperature r1 between the induction heating step S211 and the heat holding step S213 where the workpiece W is heated (heated) by different heating methods is performed. Since it is provided, after the induction heating step S211 is completed, the heat retaining step S213 can be executed in a state in which the temperature of the workpiece W that has undergone a temperature drop before the heat retaining step S213 is started is recovered to the target temperature r1. it can. Therefore, the heat retention time of the workpiece W can be shortened.
  • the rewarming step S212 and the heat retaining step S213 since the workpiece W is heated and kept warm by atmospheric heating, the rewarming step S212 and the heat retaining step S213 are continuously performed using one atmosphere heating furnace. Can do. Therefore, both processes S212 and 213 can be efficiently performed while suppressing a decrease in the temperature of the workpiece W when shifting from the rewarming process S212 to the heat retaining process S213.
  • a work holding member 30 as shown in FIGS. 11 and 12 can be used for the induction heating unit 14.
  • the workpiece holding member 30 shown in the figure includes a shaft portion 31 that moves up and down along the central axis of the coil portion 25, and workpiece holding portions 34A and 34B provided at a plurality of locations (three locations) spaced apart from each other in the vertical direction. , 34C.
  • Each of the work holding portions 34A to 34C is provided at a plurality of locations (three locations in the illustrated example) that are spaced apart in the circumferential direction and extends radially outward, and near the outer diameter end of the radial portion 35.
  • a protrusion 36 that restrains (holds) the workpiece W in cooperation with another protrusion 36.
  • the workpiece holding portions 34A to 34C have mutually different diameters of circular orbits passing through a portion that substantially holds the workpiece W (here, the outer diameter end portion of the protrusion 36), and each of the workpiece holding portions 34A to 34C Between the diameter dimensions of the circular orbits T1 to T3, the relational expression T1 diameter dimension> T2 diameter dimension> T3 diameter dimension is established.
  • the workpiece W is held by the workpiece holding portion 34C and the third coil.
  • the outer diameter D of the workpiece W is larger than the inner diameter D3 of the third coil portion 25C and smaller than the inner diameter D2 of the second coil portion 25B
  • the workpiece W is introduced into the inner periphery of the portion 25C (see FIG. 9A). Is introduced into the inner circumference of the second coil portion 25B while being held by the workpiece holding portion 34B (see FIGS. 9B and 11), and the outer diameter D of the workpiece W is larger than the inner diameter D2 of the second coil portion 25B.
  • the workpiece W is introduced into the inner periphery of the first coil portion 25A while being held by the workpiece holding portion 34A (see FIG. 9C). Therefore, even if it is a case where such a workpiece holding member 30 is used, the effect as demonstrated above can be enjoyed similarly.
  • the workpiece holding member 30 moves up and down by a predetermined amount (between the two positions of the raised position and the lowered position) when the induction heating step S211 is performed. Move up and down).
  • the induction heating device 20 described above is provided with three coil portions 25 having different diameter dimensions (inner diameter dimensions), but the induction heating apparatus 20 has different diameter dimensions (inner diameter dimensions). Also, two or four or more coil portions 25 that are spaced apart from each other in the axial direction can be provided.
  • the present invention is applied to the case where the work W is heated to the target temperature r1 (see FIG. 10) by energizing the induction heating device 20 in a state where the work W is coaxially arranged on the inner periphery of the coil portion 25.
  • the present invention can also be applied to the case where the work W is heated to the target temperature r ⁇ b> 1 by energizing the induction heating device 20 in a state where the work W is coaxially arranged on the outer periphery of the coil portion 25.
  • the tempering method according to the present invention is applied to the tempering treatment on the outer ring (base material) of the rolling bearing.
  • the present invention is applicable to other annular workpieces W, for example, the inner ring of a rolling bearing, a sliding bearing.
  • the present invention can also be preferably applied to a case where a tempering process is performed on a cage incorporated in an outer joint member, an inner joint member, a rolling bearing, or a constant velocity universal joint constituting the constant velocity universal joint.

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Abstract

焼入済の環状ワークＷを狙い温度ｒ１に誘導加熱する誘導加熱工程Ｓ２１１を実行するに際し、直径寸法が相互に異なり、かつ環状ワークＷの軸方向に相互に離間して同軸に配置された複数のコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）を備えた誘導加熱装置２０のうち、環状ワークＷの径方向における環状ワークＷとの離間距離が最小となるコイル部２５の内周に環状ワークＷを同軸配置し、その状態で誘導加熱装置２０に通電する。

Description

環状ワークの焼戻し方法
　本発明は、環状ワークの焼戻し方法に関する。
　例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる機械部品の製造過程においては、通常、機械部品の基材としての環状のワーク（以下、単に「ワーク」という）に対し、機械的強度や硬さを付与するための焼入硬化処理が施され、その後、残留応力の緩和や残留オーステナイトの低減（靱性の向上）を目的として焼戻し処理が施される。焼戻し処理は、焼入済のワークを狙い温度に加熱する加熱工程と、加熱後のワークを冷却する冷却工程とを含み、加熱工程では、雰囲気加熱炉や誘導加熱装置を用いてワークが加熱される。上記の「狙い温度」は、主に機械部品の使用温度に応じて設定される。
　雰囲気加熱炉は、温度制御が容易で、複数のワークを同時に加熱できる、などというメリットがある反面、エネルギー効率が低くワークを狙い温度に加熱するのに時間がかかる、広大な設置スペースが必要、などといったデメリットがある。このため、上記加熱工程におけるワークの加熱を誘導加熱により行うケースが増加しつつある（例えば特許文献１）。
特開２０１３－２２１１９９号公報
　ところで、ワークを誘導加熱する場合におけるワークの加熱効率は、ワークを誘導加熱するためのコイルと、その対向領域（内周および／または外周）に同軸配置されるワークとの径方向離間距離によって左右され、コイルを流れる電流量が一定の場合、コイルとワークの径方向離間距離が小さいほどワークを効率良く加熱することができる。このため、ワークと同軸配置されたコイルに通電することによってワークを誘導加熱する場合（例えば、特許文献１の図５を参照）、ワークの直径寸法に応じた適当な直径寸法を有するコイルを使用するのが好ましいと言える。しかしながら、加熱対象のワークが直径寸法の異なるものに変更される毎にコイルを交換していたのでは、ダウンタイムが増加して生産性が低下するため、誘導加熱を採用することにより享受されるコストメリットが損なわれる。
　上記の実情に鑑み、本発明は、加熱（焼戻し）対象の環状ワークの変更に伴うダウンタイムの発生を可及的に抑制可能とし、これにより、焼戻し処理の処理効率、ひいては機械部品の生産性の向上に寄与することを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明では、焼入済の環状ワークを狙い温度に誘導加熱する誘導加熱工程を備えた環状ワークの焼戻し方法において、誘導加熱工程を実行するに際し、直径寸法が相互に異なり、かつ環状ワークの軸方向に相互に離間して同軸に配置された複数のコイル部を有する誘導加熱装置のうち、環状ワークの径方向における環状ワークとの離間距離が最小となるコイル部の対向領域に環状ワークを同軸配置し、その状態で誘導加熱装置に通電することを特徴とする環状ワークの焼戻し方法を提供する。
　上記の方法によれば、例えば、直径寸法が相互に異なる型番Ａ，Ｂの環状ワークを誘導加熱するのに適した２つのコイル部（第１および第２コイル部）を有する誘導加熱装置を使用した場合、加熱対象の環状ワークが型番Ａ→型番Ｂに変更されても、型番Ｂの環状ワークを誘導加熱する際には、環状ワークを第２コイル部の対向領域に同軸配置した状態で誘導加熱装置（の第２コイル部）に通電すれば良く、誘導加熱装置を交換する必要はない。そのため、加熱対象の環状ワークの変更に伴うダウンタイムの発生を抑制あるいは防止することが可能となり、焼戻し処理を効率良く実施することができる。
　誘導加熱工程の実行時には、環状ワークを、その中心軸に沿って進退移動可能に設けられたワーク保持部材で保持しつつ、誘導加熱装置に対して上記中心軸回りに相対回転させるのが好ましい。このようにすれば、環状ワークの周方向各部を均等に加熱することができるので、焼戻し処理の完了後には、ワーク内で硬さ等にばらつきがない高品質な環状ワークを得易くなる。
　ワーク保持部材としては、例えば、環状ワークの径方向に進退移動可能に設けられ、環状ワークと径方向に係合することにより環状ワークを保持するワーク保持部を有するものや、環状ワークの軸方向に相互に離間して設けられ、環状ワークを実質的に保持する部分を通る円軌道の直径寸法が相互に異なる複数のワーク保持部を有するもの、を使用することができる。
　本発明に係る焼戻し方法においては、以上のようにして誘導加熱工程を実行した後、雰囲気加熱により、上記狙い温度を含む所定の温度範囲内で環状ワークを所定時間保温する保温工程を実行しても良い。このようにすれば、焼戻し処理後の環状ワークに含まれる残留オーステナイト量を所定レベル以下にまで低減しつつ、ワーク硬さを所定範囲内に収める（ワーク硬さが過剰に低下するのを防止する）ことが可能となる。特に、雰囲気加熱であれば、
・ワーク全体を均一温度で保温することができるので、ワーク内での温度のばらつきを抑え、焼戻し処理後の環状ワークが高品質なものとなる。
・保温工程実行時の温度制御を容易にかつ精度良く行うことができる。
・複数のワークに同時に保温処理を施すことができる。
などという種々のメリットがある。
　上記のように、誘導加熱工程と保温工程とで環状ワークの加熱方法を異ならせた場合、環状ワークが狙い温度に加熱された後（誘導加熱工程の実行後）には、環状ワークを保温工程（を実行するための加熱装置）に移送する必要がある。このとき、環状ワークの温度は少なからず低下するが、この温度低下を見越して上記狙い温度を高めに設定すると、焼戻し処理後の環状ワークに所望の硬さ等を確保できなくなるおそれがある。
　このような問題は、誘導加熱工程と保温工程との間に、雰囲気加熱により、環状ワークの温度を上記狙い温度に回復させる復温工程を設けることで可及的に解消し得る。すなわち、保温工程の実行前に環状ワークの温度を上記狙い温度に回復させるようにすれば、保温工程を効率良く実行しつつ、焼戻し処理後の環状ワークに所望の硬さ等を確保することができる。特に、雰囲気加熱により環状ワークの温度を回復させるようにすれば、復温工程および保温工程を一の雰囲気加熱炉を用いて連続的に実行することができるので、復温工程から保温工程に移行する際のワークの温度低下を抑制しつつ、両工程を効率良く行い得る。
　なお、この場合、復温工程実行時の雰囲気温度は、上記狙い温度よりも高く設定するのが好ましい。このようにすれば、復温に要する時間を短縮することができるので、焼戻し処理の処理効率を高めることができる。
　本発明に係る焼戻し方法は、例えば転がり軸受の軌道輪のように、直径寸法が相互に異なる多数の型番を有する環状ワークに焼戻し処理を施すにあたり、好ましく適用することができる。
　以上で述べたように、本発明によれば、加熱（焼戻し）対象の環状ワークの変更に伴うダウンタイムの発生を可及的に抑制することが可能となる。これにより、焼戻し処理の処理効率、ひいては機械部品の生産性を向上することができる。
本発明の実施形態に係る熱処理工程の全体フロー図である。 焼戻し工程のフロー図である。 焼戻し工程に含まれる加熱工程のフロー図である。 焼戻し工程で使用される焼戻し装置の概略図である。 焼戻し装置のうち、加熱工程が実行される部分の概略断面図である。 一実施形態に係る誘導加熱装置を上側から見たときの部分平面図である。 誘導加熱装置を構成するコイル部の概略断面図である。 図５Ａに示す誘導加熱装置の部分分解斜視図である。 図５Ａに示す誘導加熱装置の背面図である。 誘導加熱部に設けられるワーク保持部材の概略断面図であって、ワーク保持部材がワークを保持する直前状態を示す図である。 ワーク保持部材がワークを保持した状態を示す図である。 誘導加熱工程の実施状態を概念的に示す断面図である。 焼戻し工程の実行時におけるワークの温度履歴を示す図である。 他の実施形態に係る誘導加熱工程の実行時の様子を示す概略断面図である。 図１１に示すワーク保持部材を上側から見たときの平面図である。
　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焼戻し方法が適用される焼戻し工程を含む熱処理工程のフロー図である。熱処理工程は、例えば、転がり軸受の外輪の基材等、鋼材からなる環状ワークＷ（図４や図８を参照。以下、単に「ワークＷ」とも言う。）に焼入硬化処理を施す焼入れ工程Ｓ１と、焼入済のワークＷに焼戻し処理を施す焼戻し工程Ｓ２とを備える。上記の鋼材としては、例えば、ＪＩＳ　Ｇ４８０５に規定の高炭素クロム軸受鋼に分類されるＳＵＪ２やＳＵＪ３等を挙げることができる。
　図１では、焼入れ工程Ｓ１と焼戻し工程Ｓ２との間に、焼入済のワークＷを洗浄する洗浄工程Ｓ３、および洗浄された焼入済のワークＷが品質基準を満たす良品であるか否かを検査する検査工程Ｓ４を設けると共に、焼戻し工程Ｓ２の後に、焼戻し済のワークＷを洗浄する洗浄工程Ｓ５、および洗浄された焼戻し済のワークＷが品質基準を満たす良品であるか否かを検査する検査工程Ｓ６を設けている。但し、上記の工程Ｓ３～Ｓ６は必ずしも全てが実行されるわけではなく、一部又は全部が省略される場合もある。また、図示は省略するが、焼入れ工程Ｓ１および／または焼戻し工程Ｓ２の後に、ワークＷに研磨等の仕上げ加工を施す仕上げ工程などが追加的に実行される場合もある。以下、本発明の要旨である焼戻し工程Ｓ２について詳細に説明する。
　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、焼戻し工程Ｓ２は、焼入済のワークＷを加熱する加熱工程Ｓ２１と、加熱工程Ｓ２１で加熱されたワークＷを冷却する冷却工程Ｓ２２とを備え、加熱工程Ｓ２１は、ワークＷを狙い温度ｒ１（図１０参照）に誘導加熱する誘導加熱工程Ｓ２１１と、ワークＷ（狙い温度ｒ１に加熱された後に温度低下が生じたワークＷ）の温度を狙い温度ｒ１に回復させる復温工程Ｓ２１２と、狙い温度ｒ１に回復したワークＷを保温する保温工程Ｓ２１３とを有する。詳細は後述するが、復温工程Ｓ２１２および保温工程Ｓ２１３では、雰囲気加熱によりワークＷが加熱・保温される。
　図３に、焼戻し工程Ｓ２を実行するために使用される焼戻し装置１０の概略図を示す。この焼戻し装置１０は、ワークＷが水平姿勢（ワークＷの中心軸を鉛直方向に沿わせた姿勢）で搬送される搬送路１１と、加熱工程Ｓ２１を実行する加熱部１２と、加熱部１２よりも搬送路１１の下流側に配設され、冷却工程Ｓ２２を実行する冷却部１３とを備える。加熱部１２は、誘導加熱工程Ｓ２１１を実行する誘導加熱部１４、復温工程Ｓ２１２を実行する復温部１５および保温工程Ｓ２１３を実行する保温部１６を備え、これらは搬送路１１の上流側から下流側に向けて順に配置されている。
　図示は省略しているが、ワークＷを搬送路１１に沿って搬送するための搬送装置としては、例えば、搬送コンベア、動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ等）、あるいはワークＷの外径面をチャッキングした状態（ワークＷを縮径方向に拘束した状態）で搬送路１１に沿って水平移動するもの、などを一種、あるいは二種以上組み合わせて使用することができる。
　図４に示すように、誘導加熱部１４は、搬送路１１の上方に配設された誘導加熱装置２０と、加熱対象のワークＷを保持するワーク保持部材３０と、誘導加熱装置２０などを収容した誘導加熱室４０とを備える。
　誘導加熱室４０は、入口側開口部４０ａおよび出口側開口部４０ｂを有し、両開口部４０ａ，４０ｂは、それぞれ、開閉手段４１，４２によって開口又は閉口される。誘導加熱室４０は必ずしも設ける必要はないが、誘導加熱室４０を設けて、その内部空間で誘導加熱工程Ｓ２１１を実行すれば、誘導加熱工程Ｓ２１１の実行時における雰囲気温度を調整し易くなる。これにより、ワークＷを精度良く誘導加熱する上で、また、誘導加熱後のワークＷの温度低下を抑制する上で有利となる。
　図５Ａおよび図５Ｂに示すように、誘導加熱装置２０は、ワークＷの軸方向（鉛直方向）に相互に離間して配置された複数のコイル部材２１（２１Ａ－２１Ｆ）を備え、各コイル部材２１は、絶縁材料で形成された図示外の枠体に対して着脱可能に固定されている。
　図５Ａに示すように、各コイル部材２１は、銅管等の導電性金属からなる管状体で形成され、周方向で有端のリング状をなす環状部２２と、環状部２２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２３，２４とを有する。コイル部材２１のうち、少なくとも環状部２２は、その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、各コイル部材２１は、環状部２２の中心軸を、他のコイル部材２１の環状部２２の中心軸と一致させた状態で図示外の枠体に固定されている。
　図５Ａおよび図５Ｂに示すように、誘導加熱装置２０は、直径寸法（内径寸法）が相互に異なり、かつワークＷの軸方向に相互に離間して同軸に配置された複数のコイル部２５を有する。本実施形態の誘導加熱装置２０は３つのコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）を有し、最も下側に配置された第１コイル部２５Ａの内径寸法Ｄ１と、第１コイル部２５Ａの上側に配置された第２コイル部２５Ｂの内径寸法Ｄ２と、第２コイル部２５Ｂの上側に配置された第３コイル部２５Ｃの内径寸法Ｄ３との間には、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係式が成立する。
　本実施形態において、第１コイル部２５Ａは、最下段および下から２番目に配置されたコイル部材２１Ａ，２１Ｂの環状部２２で形成され、第２コイル部２５Ｂは、下から３番目および４番目に配置されたコイル部材２１Ｃ，２１Ｄの環状部２２で形成され、第３コイル部２５Ｃは、下から５番目および６番目（最上段）に配置されたコイル部材２１Ｅ，２１Ｆの環状部２２で形成される。なお、各コイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）は、１又は３以上のコイル部材２１の環状部２２で形成することもでき、各コイル部２５の軸方向寸法は、加熱すべきワークＷの軸方向寸法に応じて変更することができる。
　図６および図７に示すように、誘導加熱装置２０は、上下で隣り合う２つのコイル部材２１，２１を導通可能に接続する接続手段２６を備える。図示例の接続手段２６は、コイル部材２１に固定された導電性金属からなる受け部材２７と、導電性金属からなり、一端２８ａおよび他端２８ｂが、それぞれ、隣り合う２つのコイル部材２１のうち上側および下側のコイル部材２１（受け部材２７）に対してボルト部材２９により固定された接続部材２８とを備える。受け部材２７は、例えば、溶接や導電性接着剤を用いた接着によってコイル部材２１に固定される。この場合、隣り合う２つのコイル部材２１，２１は、受け部材２７、ボルト部材２９および接続部材２８を介して導通可能となる。そのため、本実施形態の誘導加熱装置２０では、複数のコイル部材２１のうち、最下段のコイル部材２１Ａおよび最上段のコイル部材２１Ｆが図４に示す電源１７と電気的に接続されている。
　なお、上述した接続手段２６はあくまでも一例であり、その他の構成を採用することもできる。但し、上記の構成を有する接続手段２６であれば、剛体からなる接続部材２８によって軸方向で隣り合う２つのコイル部材２１，２１の離間距離（各コイル部２５の軸方向寸法）を所定値に保ち易くなる、という利点がある。
　また、上記の構成を有する誘導加熱装置２０に通電すると、全てのコイル部材２１（コイル部２５Ａ－２５Ｃ）に一様に電流が流れるが、加熱対象のワークＷは、第１コイル部２５Ａ、第２コイル部２５Ｂおよび第３コイル部２５Ｃのうち、何れか一つのコイル部の対向領域に配置される（詳細は後述する）。このため、誘導加熱装置２０は、ワークＷを誘導加熱するコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃの何れか一つ）のみに電流を流すように構成されたものであっても良い。このような構成は、例えば、（１）第１コイル部２５Ａ、第２コイル部２５Ｂおよび第３コイル部２５Ｃのそれぞれに個別に電源１７を接続することにより、あるいは、（２）第１コイル部２５Ａ、第２コイル部２５Ｂおよび第３コイル部２５Ｃのうち、何れか一つのコイル部に対して選択的に電流を流す切替え装置を制御装置１８に設けることにより、実現することができる。この場合、誘導加熱工程Ｓ２１１の省電力化を図ることができる。
　誘導加熱装置２０には、各コイル部材２１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２１（特にコイル部２５を構成する環状部２２）の温度を適切かつ効率良く制御することができる他、コイル部材２１の耐久性を向上することができる。冷却回路は、例えば、図７に示すように、上下で隣り合う２つのコイル部材２１，２１の内部空間を管状の連通部材２９Ａを介して連通させると共に、最下段のコイル部材２１Ａ（の第１延長部２３の自由端）および最上段のコイル部材２１Ｆ（の第１延長部２３の自由端）に給水管２９Ｂおよび排水管２９Ｃをそれぞれ接続することで形成することができる。
　この場合、図示外の貯水タンクから供給された冷却水が以下のように流通することにより、各コイル部材２１が冷却される。まず、貯水タンクから供給された冷却水は、図７中に白抜き矢印で示すように、給水管２９Ｂを介して最下段のコイル部材２１Ａの内部空間に流入し、その後、連通部材２９Ａの内部空間およびコイル部材２１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２１Ｆの内部空間を流通した冷却水は、最上段のコイル部材２１Ｆに接続された排水管２９Ｃを介して外部に排出される。なお、前述したように、第１コイル部２５Ａ、第２コイル部２５Ｂおよび第３コイル部２５Ｃに個別に（選択的に）電流を流す場合には、各コイル部２５を形成するコイル部材２１（コイル部材２１の組）のそれぞれに冷却回路を設けて、電流が流れるコイル部２５（コイル部材２１）のみを冷却するようにしてもよい。
　図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本実施形態のワーク保持部材３０は、図５Ａおよび図５Ｂに示す誘導加熱装置２０のコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）と同軸に配置される軸部３１と、軸部３１の上端に設けられたフランジ部３２と、ワークＷの周方向に所定間隔で配置され、フランジ部３２（ワークＷ）の径方向に進退移動する複数のチャック爪３３と、軸部３１をワークＷの軸方向に進退移動（昇降移動）させる図示外の昇降機構とを備える。このような構成を有するワーク保持部材３０は、例えば以下のようにして、搬送路１１に沿って搬送されるワークＷを取得して保持する。
　ワーク保持部材３０は、ワークＷが誘導加熱装置２０のコイル部２５の直下位置（ワークＷの中心軸とコイル部２５の中心軸とが一致する位置）に到達するまでは、その上端部が搬送路１１よりも下方に位置している。ワークＷがコイル部２５の直下位置に到達すると、図８Ａに示すように、軸部３１が上昇移動してワークＷの内周にチャック爪３３が挿入される。ワークＷの内周にチャック爪３３が挿入された後（ワークＷの下端面とフランジ部３２の上端面とが当接した後）、図８Ｂに示すようにチャック爪３３が径方向外側に移動し、チャック爪３３とワークＷがワークＷの径方向で係合する。これにより、ワークＷは、その中心軸を軸部３１の中心軸（コイル部２５の中心軸）と一致させた状態でワーク保持部材３０に保持される。なお、上記態様でワークＷが保持されることから、本実施形態のワーク保持部材３０では、チャック爪３３が「ワーク保持部」を構成する。
　図４に模式的に示すように、ワーク保持部材３０は、軸部３１に連結された回転駆動部Ｍを備えている。この回転駆動部Ｍにより、ワーク保持部材３０で保持されたワークＷは、その中心軸回りに回転可能となる。なお、回転駆動部Ｍは電動モータなどで構成される。
　図３および図４に示すように、復温部１５は、第１通路室５５を介して誘導加熱室４０と繋がった第１炉室５１と、第１炉室５１内に配設され、電源１７と電気的に接続されたヒータ５２とを備える。ヒータ５２は、例えば電気ヒータであり、第１炉室５１内の雰囲気（気体）を加熱することにより、第１炉室５１内を搬送されるワークＷを加熱して復温させる。
　また、図３および図４に示すように、保温部１６は、第２炉室５３と、第２炉室５３内に配設され、電源１７と電気的に接続されたヒータ５４とを備える。ヒータ５４は、例えば電気ヒーターであり、第２炉室５３内の雰囲気を加熱することにより、第２炉室５３内を搬送されるワークＷを保温する。
　第１炉室５１の入口側開口部５１ａには、この開口部５１ａを開閉するための開閉手段５６が設けられると共に、第１炉室５１の出口側開口部（第２炉室５３の入口側開口部）５１ｂには、この開口部５１ｂを開閉するための開閉手段５７が設けられている。図示は省略しているが、第２炉室５３は出口側開口部を有し、この開口部にも開閉手段が設けられている。以上の構成により第１炉室５１および第２炉室５３の密閉性が担保される。
　図３に示すように、保温部１６（を構成する第２炉室５３）は、第２通路室５８を介して冷却部１３（を構成する冷却室５９）と繋がっている。これにより、加熱部１２で加熱されたワークＷは、第２通路室５８の内部空間を通って冷却室５９内に搬入された後、冷却（焼戻し）される。冷却部１３におけるワークＷの冷却方式は、空冷であっても良いし、水冷であっても良い。
　次に、焼戻し工程Ｓ２における焼戻し処理の温度条件（温度履歴）を、図４および図１０に基づいて説明する。
　図１０に示すように、焼戻し工程Ｓ２では、まず、誘導加熱工程Ｓ２１１において、ワークＷの温度が加熱開始時温度ｒ０から狙い温度ｒ１に到達するまでワークＷが誘導加熱される。このとき、昇温速度は例えば一定とし、時間が経過するにつれてワークＷの温度が連続的に上昇するように誘導加熱装置２０に通電する。このような温度履歴は、例えばワークＷの温度が狙い温度ｒ１に到達するまでの間（加熱開始時ｔ０から加熱終了時ｔ１までの間）、誘導加熱装置２０の出力を一定値に維持することで実現できる。
　次に、復温工程Ｓ２１２においてワークＷを雰囲気加熱することにより、ワークＷの温度を復温開始時温度ｒ２から狙い温度ｒ１に回復させる。以上で説明したとおり、誘導加熱工程Ｓ２１１が実行される誘導加熱部１４と保温工程Ｓ２１３が実行される保温部１６とではワークＷの加熱方法が互いに異なるため、誘導加熱工程Ｓ２１１の実行後、保温工程Ｓ２１３が実行（開始）されるまでの間に、ワークＷの温度が狙い温度ｒ１から低下する。そこで、図４に示すように、誘導加熱室４０から搬出されたワークＷを第１炉室５１に搬入して雰囲気加熱することにより、ワークＷの温度を可及的速やかに狙い温度ｒ１に回復させる。このような温度履歴は、例えばワークＷが復温開始時温度ｒ２から狙い温度ｒ１に到達するまでの間（復温開始時ｔ２から復温終了時ｔ３までの間）、第１炉室５１内の雰囲気温度が狙い温度ｒ１よりも少し高い温度（例えば、狙い温度ｒ１＋２０～３０℃）となるように、復温部１５のヒータ５２の出力を調整することによって実現できる。
　ワークＷの温度を狙い温度ｒ１に回復させた後、保温工程Ｓ２１３において復温後のワークＷを雰囲気加熱することにより、ワークＷを狙い温度ｒ１を含む所定幅の温度域（例えば、ワークＷに要求される残留オーステナイト量および硬さに応じて設定される許容温度域Ｒの範囲内）で所定時間保温する。本実施形態では、保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間（ワークＷが第２炉室５３内を搬送される間）、ワークＷがほぼ狙い温度ｒ１に等しい温度を保つように（第２炉室５３内の雰囲気温度が狙い温度ｒ１にほぼ等しい状態を維持するように）、保温部１６のヒータ５４の出力を調整する。なお、本実施形態のように、ワークＷが高炭素クロム軸受鋼からなる転がり軸受の外輪である場合、許容温度域Ｒは、例えば２９０℃以上３４０℃以下、好ましくは３０３℃以上３１５℃以下に設定することができる。
　最後に、冷却工程Ｓ２２においてワークＷを冷却し、ワークＷの温度を狙い温度ｒ１から所定の温度ｒ３（ここでは加熱開始時温度ｒ０よりも低い温度）まで低下させる。これにより、ワークＷに対する焼戻し処理が完了する。
　本実施形態では、焼戻し工程Ｓ２の加熱工程Ｓ２１に投入されたワークＷが以上で説明した温度履歴を辿って加熱されるように、誘導加熱装置２０およびヒータ５２，５４の出力パターンをそれぞれ制御部１８（図４参照）に記憶させておき、加熱工程Ｓ２１の実行時には、記憶させておいた出力パターンに基づいて制御部１８が電源１７に制御信号を送る。これにより、電源１７に接続された誘導加熱装置２０およびヒータ５２，５４に所定パターンの電力が供給され、図１０に示す温度履歴を辿るようにワークＷが加熱される。
　以下、以上の構成を有する焼戻し装置１０を用いて実行される焼戻し工程Ｓ２の具体的な実施態様の一例を説明する。
　まず、図４に示すように、水平姿勢で搬送路１１上を搬送されるワークＷを誘導加熱室４０の内部空間に搬入する。そして、ワークＷが誘導加熱装置２０の直下位置（ワークＷの中心軸と誘導加熱装置２０に設けられたコイル部２５の中心軸とが一致する位置）に到達すると、図８Ａおよび図８Ｂを参照しながら説明したようにして、ワークＷがワーク保持部材３０で保持される。ワークＷを保持したワーク保持部材３０は上昇移動し、コイル部２５の対向領域（内周）にワークＷを導入する。
　このとき、本実施形態では、ワークＷの直径寸法（外径寸法）に応じて、ワーク保持部材３０の上昇移動量が調整される。具体的には、図９に示すように、ワークＷの外径寸法Ｄが、コイル部２５Ａ－２５Ｃのうち、直径寸法（内径寸法）が最も小さい第３コイル部２５Ｃの内径寸法Ｄ３（図５Ｂ参照）よりも小さい場合（Ｄ＜Ｄ３）、ワークＷは第１コイル部２５Ｃの内周に導入される。また、ワークＷの外径寸法Ｄが、第３コイル部２５Ｃの内径寸法Ｄ３よりも大きく、第２コイル部２５Ｂの内径寸法Ｄ２（図５Ｂ参照）よりも小さい場合（Ｄ３＜Ｄ＜Ｄ２）、ワークＷは第２コイル部２５Ｂの内周に導入される。また、ワークＷの外径寸法Ｄが、第２コイル部２５Ｂの内径寸法Ｄ２よりも大きく、第１コイル部２５Ａの内径寸法Ｄ１（図５Ｂ参照）よりも小さい場合（Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１）、ワークＷは第１コイル部２５Ａの内周に導入される。すなわち、ワークＷは、内径寸法が相互に異なり、かつワークＷの軸方向に相互に離間して同軸配置された複数のコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）を備えた誘導加熱装置２０のうち、ワークＷの外径面との径方向離間距離が最小となるコイル部２５の内周に同軸配置される。
　以上のようにして、ワークＷがコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃの何れか）の内周に導入された後、誘導加熱装置２０に通電する。具体的には、制御部１８から出力される制御信号に基づき、電源１７から誘導加熱装置２０のコイル部材２１に向けて所定パターンの電力が供給される。これにより、ワークＷが狙い温度ｒ１（図１０参照）に誘導加熱される。なお、電源１７から供給する電力は、数ｋＨｚ以下の低周波帯域の電力とするのが好ましい。これによりワークＷの表層部のみならず、ワークＷの芯部を含めたワークＷ全体を狙い温度ｒ１に加熱することができる。また、誘導加熱装置２０に通電してワークＷを誘導加熱している間、図４に示す回転駆動部Ｍを駆動してワークＷをその中心軸回りに回転させる。これにより、ワークＷ全体を均等に加熱することができる。
　ワークＷが狙い温度ｒ１に加熱された後、図４に示すように、ワーク保持部材３０を下降移動等させてワークＷを搬送路１１上に復帰させる。搬送路１１上に復帰したワークＷは、開口状態にある誘導加熱室４０の出口側開口部４０ｂを介して誘導加熱室４０の外側に搬出された後、第１通路室５５の内部空間、および開閉手段５６により開口された第１炉室５１の入口側開口部５１ａを介して第１炉室５１の内部空間に搬入される。ワークＷが第１炉室５１の内部空間に搬入された後、第１炉室５１の入口側開口部５１ａは開閉手段５６によって閉口される。
　第１炉室５１の内部空間に搬入されたワークＷは、第１炉室５１内を搬送される間に雰囲気加熱される。これにより、図１０に示すように、加熱終了時ｔ１から復温開始時ｔ２までの間（誘導加熱装置２０によるワークＷの加熱が終了した後、ワークＷが第１炉室５１内に搬入されるまでの間）に温度ｒ２まで温度低下を生じていたワークＷの温度が狙い温度ｒ１に回復する。
　温度が狙い温度ｒ１に回復したワークＷは、図４に示すように、第１炉室５１の出口側開口部５１ｂ（第２炉室５３の入口側開口部）を介して第２炉室５３の内部空間に搬入される。第２炉室５３の内部空間に搬入されたワークＷは、第２炉室５３内を搬送される間、狙い温度ｒ１を含む許容温度域Ｒ（図１０参照）の範囲内で保温される。ワークＷの保温時間（第２炉室５３内におけるワークＷの搬送時間）は、例えば３分以上７分以下に設定され、好ましくは４分以上６分以下に設定される。
　第２炉室５３の内部空間を通過して第２炉室５３の外側に搬出されたワークＷは、図３に示すように、第２通路室５８を通って冷却部１３の冷却室５９内に搬入された後、所定の冷却速度で所定の温度ｒ３（図１０参照）に冷却される。これにより、ワークＷに対する焼戻し処理が完了する。後続のワークＷについても、同様の経路を辿って焼戻し処理が施される。
　図９を参照して説明したように、本実施形態では、焼戻し工程Ｓ２に含まれる誘導加熱工程Ｓ２１１を実行するに際し、直径寸法（内径寸法）が相互に異なり、かつワークＷの軸方向に相互に離間して同軸に配置された複数のコイル部２５（２５Ａ－２５Ｃ）を備えた誘導加熱装置２０のうち、ワークＷの径方向におけるワークＷとの離間距離が最小となるコイル部２５の内周にワークＷを同軸配置し、その状態で誘導加熱装置２０に通電するようにした。
　このようにすれば、直径寸法（外径寸法）が相互に異なるワークＷを狙い温度ｒ１に誘導加熱する場合でも、誘導加熱装置２０に対するワークＷの軸方向相対位置を調整するだけで良く、誘導加熱装置２０を交換する必要がない。そのため、加熱対象のワークＷの変更に伴うダウンタイムの発生を抑制あるいは防止することが可能となり、焼戻し処理を効率良く実施することができる。また、誘導加熱によってワークＷを狙い温度ｒ１に加熱するようにすれば、雰囲気加熱でワークＷを狙い温度ｒ１に加熱する場合よりも、ワークＷの加熱時間（加熱工程Ｓ２１を実行するのに要する時間）を大幅に短縮することができる。従って、焼戻し処理の処理効率、ひいては機械部品の生産性を向上することができる。
　その一方、本実施形態では、ワークＷに要求される残留オーステナイト量および硬さに応じて狙い温度ｒ１を含む許容温度域Ｒを設定し、この許容温度域Ｒ内で狙い温度ｒ１に加熱されたワークＷを保温するようにしたので、焼戻し処理後のワークＷに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化しつつ、ワークＷの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる。また、雰囲気加熱によってワークＷを保温するようにしたので、ワークＷ全体を均一に保温することができる。よって、高温環境下での使用にも適した機械部品（ここでは転がり軸受の外輪）を安定的に得ることができる。
　また、本実施形態では、互いに異なる加熱方式でワークＷが加熱（保温）される誘導加熱工程Ｓ２１１と保温工程Ｓ２１３との間に、ワークＷの温度を狙い温度ｒ１に回復させる復温工程Ｓ２１２を設けたので、誘導加熱工程Ｓ２１１の完了後、保温工程Ｓ２１３が開始されるまでの間に温度低下が生じたワークＷの温度を狙い温度ｒ１に回復させた状態で保温工程Ｓ２１３を実行することができる。そのため、ワークＷの保温時間を短縮することができる。また、復温工程Ｓ２１２および保温工程Ｓ２１３では、雰囲気加熱によってワークＷを加熱・保温するようにしたので、復温工程Ｓ２１２および保温工程Ｓ２１３を一の雰囲気加熱炉を用いて連続的に実行することができる。そのため、復温工程Ｓ２１２から保温工程Ｓ２１３に移行する際のワークＷの温度低下を抑制しつつ、両工程Ｓ２１２，２１３を効率良く実行し得る。
　以上、本発明の一実施形態に係る焼戻し方法およびこれを実行するために用いられる焼戻し装置１０について説明したが、本発明の実施の形態はこれに限られない。
　例えば、誘導加熱部１４には、図１１および図１２に示すようなワーク保持部材３０を使用することもできる。同図に示すワーク保持部材３０は、コイル部２５の中心軸に沿って昇降移動する軸部３１と、鉛直方向の相互に離間した複数箇所（３箇所）に設けられたワーク保持部３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃとを備える。各ワーク保持部３４Ａ～３４Ｃは、周方向に離間した複数箇所（図示例では３箇所）に設けられて径方向外向きに延びた径方向部３５と、径方向部３５の外径端付近に設けられ、他の突起部３６と協働してワークＷを拘束（保持）する突起部３６とを備える。ワーク保持部３４Ａ～３４Ｃは、ワークＷを実質的に保持する部分（ここでは突起部３６の外径端部）を通る円軌道の直径寸法が相互に異なり、ワーク保持部３４Ａ～３４Ｃのそれぞれが有する上記円軌道Ｔ１～Ｔ３の直径寸法の間には、Ｔ１の直径寸法＞Ｔ２の直径寸法＞Ｔ３の直径寸法、という関係式が成立する。
　このようなワーク保持部材３０を用いた場合、ワークＷの外径寸法Ｄが第３コイル部２５Ｃの内径寸法Ｄ３よりも小さい場合、ワークＷはワーク保持部３４Ｃに保持された状態で第３コイル部２５Ｃの内周に導入され（図９Ａ参照）、ワークＷの外径寸法Ｄが第３コイル部２５Ｃの内径寸法Ｄ３よりも大きく第２コイル部２５Ｂの内径寸法Ｄ２よりも小さい場合、ワークＷはワーク保持部３４Ｂに保持された状態で第２コイル部２５Ｂの内周に導入され（図９Ｂおよび図１１参照）、ワークＷの外径寸法Ｄが第２コイル部２５Ｂの内径寸法Ｄ２よりも大きく第１コイル部２５Ａの内径寸法Ｄ１よりも小さい場合、ワークＷはワーク保持部３４Ａに保持された状態で第１コイル部２５Ａの内周に導入される（図９Ｃ参照）。そのため、このようなワーク保持部材３０を用いた場合であっても、以上で説明したような作用効果を同様に享受することができる。但し、このワーク保持部材３０は、図８Ａおよび図８Ｂを参照して説明したワーク保持部材３０とは異なり、誘導加熱工程Ｓ２１１の実行時には所定量昇降移動（上昇位置と下降位置の二位置間を昇降移動）する。
　また、以上で説明した誘導加熱装置２０には、直径寸法（内径寸法）が相互に異なる３つのコイル部２５を設けたが、誘導加熱装置２０には、直径寸法（内径寸法）が相互に異なり、かつ軸方向に相互に離間して配置された２又は４以上のコイル部２５を設けることもできる。
　また、以上では、コイル部２５の内周にワークＷを同軸配置した状態で誘導加熱装置２０に通電することにより、ワークＷを狙い温度ｒ１（図１０参照）に加熱する場合に本発明を適用したが、本発明は、コイル部２５の外周にワークＷを同軸配置した状態で誘導加熱装置２０に通電することにより、ワークＷを狙い温度ｒ１に加熱する場合にも適用することができる。
　また、以上では、転がり軸受の外輪（の基材）に焼戻し処理を施すにあたって本発明に係る焼戻し方法を適用したが、本発明は、その他の環状ワークＷ、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に焼戻し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、請求の範囲によって示され、さらに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。
１０　　焼戻し装置
１１　　搬送路
１４　　誘導加熱部
１５　　復温部
１６　　保温部
２０　　誘導加熱装置
２５　　コイル部
３０　　ワーク保持部材
Ｄ　　　ワークの直径（外径）寸法
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３　コイル部の直径（内径）寸法
Ｓ２１　　加熱工程
Ｓ２１１　誘導加熱工程
Ｓ２１２　復温工程
Ｓ２１３　保温工程
Ｗ　　　ワーク
Ｍ　　　回転駆動部

Claims (7)

  1. 　焼入済の環状ワークを狙い温度に誘導加熱する誘導加熱工程を備えた環状ワークの焼戻し方法において、前記誘導加熱工程を実行するに際し、
    　直径寸法が相互に異なり、かつ前記環状ワークの軸方向に相互に離間して同軸に配置された複数のコイル部を備えた誘導加熱装置のうち、前記環状ワークの径方向における前記環状ワークとの離間距離が最小となるコイル部の対向領域に前記環状ワークを同軸配置し、その状態で前記誘導加熱装置に通電することを特徴とする環状ワークの焼戻し方法。
  2. 　前記誘導加熱工程の実行時、前記環状ワークを、その中心軸に沿って進退移動可能に設けられたワーク保持部材で保持しつつ、前記誘導加熱装置に対して前記中心軸回りに相対回転させる請求項１に記載の環状ワークの焼戻し方法。
  3. 　前記ワーク保持部材は、前記環状ワークの径方向に進退移動可能に設けられ、前記環状ワークと前記環状ワークの径方向で係合することにより前記環状ワークを保持するワーク保持部を有する請求項２に記載の環状ワークの焼戻し方法。
  4. 　前記ワーク保持部材は、前記環状ワークの軸方向に相互に離間して設けられ、前記環状ワークを実質的に保持する部分を通る円軌道の直径寸法が相互に異なる複数のワーク保持部を有する請求項２に記載の環状ワークの焼戻し方法。
  5. 　前記誘導加熱工程を実行した後、雰囲気加熱により、前記狙い温度を含む所定の温度範囲内で前記環状ワークを所定時間保温する保温工程を実行する請求項１～４の何れか一項に記載の環状ワークの焼戻し方法。
  6. 　前記誘導加熱工程と前記保温工程との間に、雰囲気加熱により、前記環状ワークの温度を前記狙い温度に回復させる復温工程を設けた請求項５に記載の環状ワークの焼戻し方法。
  7. 　前記環状ワークが、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環状ワークの焼戻し方法。
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