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技術 熱処理装置および熱処理方法

出願人 NTN株式会社
発明者 伊藤康敏鈴木慎太郎真野義也
出願日 2016年3月2日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-040120
公開日 2017年9月7日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-157435
状態 特許登録済
技術分野 熱処理 物品の熱処理 誘導加熱一般
主要キーワード 各接続部品 コイル部同士 金属剛体 中継部品 リング状ワーク 合ワーク 後段部分 コイル材料
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

ワークを狙い温度にまで誘導加熱する際に、ワーク全体を均一に加熱することができ、しかも、ワークの変更等にも容易かつ迅速に対応できる熱処理装置を提供する。

解決手段

ワークを狙い温度にまで誘導加熱する加熱部2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2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2は、それぞれがワークを囲繞可能にワークと同軸に配置されたリング状のコイル部11aを有する複数のコイル部材11と、各コイル部材11を、コイル部11a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21とを備える。

概要

背景

周知のように、転がり軸受軌道輪等、高い機械的強度が要求される金属製部材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、しかも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加熱コイル誘導加熱用コイル)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。

概要

ワークを狙い温度にまで誘導加熱する際に、ワーク全体を均一に加熱することができ、しかも、ワークの変更等にも容易かつ迅速に対応できる熱処理装置を提供する。ワークを狙い温度にまで誘導加熱する加熱部2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2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2は、それぞれがワークを囲繞可能にワークと同軸に配置されたリング状のコイル部11aを有する複数のコイル部材11と、各コイル部材11を、コイル部11a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21とを備える。

目的

本発明の目的は、熱処理対象のワークを狙い温度にまで誘導加熱する際に、ワークの温度が周方向ばらつくのを可及的に防止することができ、しかも、ワークの変更等にも容易かつ迅速に対応することのできる熱処理装置および熱処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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、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を備えることを特徴とする熱処理装置。

請求項2

前記加熱部は、軸方向で隣り合う2つの前記コイル部材を電気的に接続する接続部品をさらに有する請求項1に記載の熱処理装置。

請求項3

前記接続部品は、リンク部材と、該リンク部材の一端を軸方向で隣り合う2つの前記コイル部材の何れか一方に対して回転可能に連結する第1連結部材と、前記リンク部材の他端を軸方向で隣り合う2つの前記コイル部材の他方に対してスライドおよび回転可能に連結する第2連結部材と、を有する請求項2に記載の熱処理装置。

請求項4

前記コイル部材は、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。

請求項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。

請求項6

前記コイル部材のそれぞれは、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。

請求項7

前記ワークが、転がり軸受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。

請求項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、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。

請求項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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

周知のように、転がり軸受軌道輪等、高い機械的強度が要求される金属製部材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。

0003

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、しかも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加熱コイル誘導加熱用コイル)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。

先行技術

0004

特開2015−67881号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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。

0006

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、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材料の間隔)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12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。

0007

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。

0008

また、螺旋コイル100を用いてワーク101を誘導加熱する場合であって、その最終段階でワーク101を均熱保持する場合において、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のコイルピッチを調整する、あるいはコイルピッチが異なる螺旋コイル100に変更するなどといった対応が必要となる。しかしながら、前者の対応を採るには、多大な手間が必要であり、また、後者の対応を採るには、ワーク101の軸方向寸法に応じた数多くのコイル100を保有しておく必要があることから、多大な設備投資が必要となる。

0009

以上の実情に鑑み、本発明の目的は、熱処理対象のワークを狙い温度にまで誘導加熱する際に、ワークの温度が周方向でばらつくのを可及的に防止することができ、しかも、ワークの変更等にも容易かつ迅速に対応することのできる熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

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を備えることを特徴とする。

0011

上記構成を有する熱処理装置によれば、軸方向で隣り合うコイル部材(コイル部)の離間距離(コイルピッチ)を容易かつ迅速に調整できることに加え、コイルピッチの調整後にも個々の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)に保つことができる。また、コイルピッチを調整しても、図12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くなる。このため、各コイル部材を軸方向に移動させてコイルピッチを調整し、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(外輪又は内輪)のようなリング状ワークである場合でも、ワークが通電状態の各コイル部の内周を通過するのに伴って各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。

0012

加熱部は、隣り合う2つのコイル部材を電気的に接続する接続部品をさらに有するものとすることができる。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、各コイル部材に対して電力を供給するための電気回路を簡素な構成とすることができる。

0013

接続部品は、リンク部材と、リンク部材の一端を軸方向で隣り合う2つのコイル部材の何れか一方に対して回転可能に連結する第1連結部材と、リンク部材の他端を軸方向で隣り合う2つのコイル部材の他方に対してスライドおよび回転可能に連結する第2連結部材と、を有するものとすることができる。この場合、特にリンク部材を金属剛体で形成すれば、相互に分離した複数のコイル部材を電気的のみならず機械的にも接続することができるので、加熱部の取り扱い性が向上する。また、上記他方のコイル部材に対するリンク部材のスライド量の範囲内でコイルピッチを無段階で調整することができるので、コイルピッチの調整作業を適切にかつ効率良く実施することができる。

0014

上記構成において、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(コイル部)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。

0015

上記構成において、コイル部材のそれぞれは、枠体に対して着脱可能とすることができる。このようにすれば、特に大きなコイルピッチを確保する必要がある場合や、コイル部材を新品交換する必要がある場合にも容易に対応することができる。

0016

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。

0017

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。

発明の効果

0018

以上から、本発明によれば、熱処理対象のワークを狙い温度にまで誘導加熱する際に、上記ワークが転がり軸受の軌道輪のようにリング状をなすものである場合にも、その温度が周方向でばらつくのを可及的に防止することができ、しかも、ワークの変更等にも容易かつ迅速に対応することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の実施形態に係る熱処理装置の全体構造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正面図である。
加熱部の側面図(加熱部を図3中に示す矢印X方向から見たときの図)である。
加熱部の上面図である。
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。
加熱部の部分側面図であって、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。
加熱工程の実施状態における加熱部の概略正面図である。
(a)図は、確認試験で使用したワークの縦断面図、(b)図は、図12に示す熱処理装置で(a)図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、(c)図は、図10に示す態様で(a)図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。
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。

0020

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

0021

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。

0022

熱処理装置1は、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で使用される搬送機構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、搬送機構5は、例えばベルトコンベアで構成されている。

0023

以下、加熱工程S1で使用される加熱部2および保持部3について、加熱部2を中心に図3図10を参照しながら詳細に説明する。

0024

図示例の保持部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、より詳細には、複数のワークWを多段積み重ね段積み状態で同軸的に保持する。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所定寸間欠送りされることにより、ワークWが順次加熱部2の内周に導入される。

0025

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9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を参照)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。

0026

図5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、他部材(具体的には、後述する接続部品23の他、冷却回路を構成する連通部材29)が取り付けられる延長部11b,11cを有する。延長部11b,11cの形状は、主に、冷却回路の形成態様に応じてコイル部材11毎に適宜決定される。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、先端(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から離間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。

0027

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に位置している。そして、図3および図4に示すように、各コイル部材11は、そのコイル部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た水平姿勢で枠体21に支持されている。

0028

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が設けられている。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。

0029

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。このような構成から、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の挟持力解放すると、コイル部材11の昇降移動、すなわちコイル部材11の鉛直方向における固定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。

0030

ここで、加熱部2を構成し、複数のコイル部材11を支持した枠体21(支柱21b)としては、段積みされた複数のワークWを同時に誘導加熱することができるように、ワークWよりも軸方向寸法が十分に長寸のもの、具体的には、ワークWの軸方向寸法をLとしたとき少なくとも(L×2)の軸方向寸法を有するものが使用される。本実施形態では、図10に示すように、加熱部2で10個のワークWを同時に誘導加熱することができるように、(L×10)以上の軸方向寸法を有する支柱21bが使用される。

0031

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11,11を電気的に接続した接続部品23を有する。そのため、本実施形態では、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を参照)と電気的に接続されている。ここで、以下、上下で隣り合う2つのコイル部材11,11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」ともいい、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。

0032

図4に詳細に示すように、各接続部品23は、直線状をなしたリンク部材24と、リンク部材24の一端(下端)をコイル部材11B(の延長部11cに溶接した導電性金属からなる受け部材12。図6,7を参照。)に対して回転可能に連結した第1連結部材25と、リンク部材24の他端(上端)をコイル部材11A(の延長部11bに溶接した導電性金属からなる受け部材12。図6,7を参照。)に対してスライドおよび回転可能に連結した第2連結部材26とを備える。リンク部材24、並びに第1および第2連結部材25,26は、何れも、導電性を有する金属材料(金属剛体)で形成されている。従って、上下で隣り合うコイル部材11A,11Bは、接続部品23(および受け部材12)を介して電気的のみならず機械的にも接続されている。リンク部材24の他端側には長穴状の貫通穴24aが設けられており、この貫通穴24aを介して第2連結部材26がコイル部材11Aに締結されることにより、リンク部材24はコイル部材11Aに対してスライドおよび回転可能となっている。従って、図8(a)(b)に示すように、上下で隣り合うコイル部材11A,11Bの離間距離(コイルピッチ)は、貫通穴24aの長手方向寸法の範囲内であれば無段階で調整することができるので、コイルピッチの調整作業を適切にかつ効率良く実施することができる。

0033

第1および第2連結部材25,26は、コイル部材11(に設けた受け部材12)に対して着脱可能である。そのため、任意のコイル部材11を新品に交換する場合等、コイル部材11を枠体21から取り外すときには、コイル部材11から接続部品23も取り外す。

0034

加熱部2は、コイル部材11を冷却するための冷却回路を備える。これにより、コイル部材11(コイル部11a)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図5に示すように、最下段のコイル部材11の端部(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の端部(延長部11cの自由端)に排水管28bを接続し、かつ、上下で隣り合うコイル部材11A,11Bの内部空間を連通部材29を介して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の開口端部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ることにより、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5以外の図面においては連通部材29の図示を省略している。

0035

ここで、冷却水の流れを図9に基づいて簡単に説明する。図示しない水タンクから供給された冷却水は、図9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9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の延長部11cに接続された配水管28bを介して外部に排出される(図5を併せて参照)。

0036

加熱部2は、主に以上の構成を有し、実使用する際には、上下で隣り合うコイル部材11A,11Bの離間距離(コイルピッチ)が適宜調整される。具体的には、加熱開始側(本実施形態では下側)のコイルピッチを相対的に密に設定する一方、加熱終了側(本実施形態では上側)のコイルピッチを相対的に疎に設定する。このようなコイルピッチに設定することにより、図3図4および図10に示すように、加熱部2の下側領域には、ワークWを所定温度にまで積極的に加熱する昇温ゾーンZ1が形成される一方、加熱部2の上側領域には、ワークWを一定温度で所定時間保持する(ワークWを均熱保持する)均熱保持ゾーンZ2が形成される。

0037

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。

0038

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。

0039

(A)加熱工程S1
この加熱工程S1では、保持部3(図1を参照)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。

0040

図示しない駆動機構が作動し、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は上向きに間欠送りされ、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(以上、図10を参照)。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。

0041

(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、搬送手段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)。

0042

(C)冷却工程S3
この冷却工程S3では、搬送手段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)。

0043

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。

0044

以上で説明したように、本発明に係る熱処理装置1によれば、コイルピッチを容易かつ迅速に調整できることに加え、コイルピッチの調整後に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。また、コイルピッチを調整しても、図12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、上記のように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。

0045

また、熱処理対象のワークWが軸方向寸法の異なるものに変更される場合でも、支持部品22を操作することによって各コイル部材11を枠体21に対して昇降移動可能な状態とし、その後、各コイル部材11を適宜の位置・姿勢で枠体21に対して再固定すれば、コイルピッチの調整作業を完了することができる。そのため、図12に示す螺旋コイル100を用いる場合のように、ワークWの軸方向寸法に応じた数多くのコイルを保有しておく必要もなくなるため、設備投資を抑えることができる。

0046

上より、本発明によれば、熱処理対象のワークWを狙い温度にまで誘導加熱する際に、ワークWの温度が周方向でばらつくのを可及的に防止することができ、しかも、熱処理対象のワークWの変更等にも容易かつ迅速に対応することのできる熱処理装置1を実現することができる。

0047

以上、本発明の実施の形態の一例について具体的に説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではない。

0048

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。

0049

また、コイル部材11を枠体21に対して支持する支持部品23や、上下で隣り合う2つのコイル部材11を電気的(および機械的)に接続する連結部品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。

0050

また、以上では、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に送り込むようにする場合について説明したが、搬送工程S2および冷却工程S3は、狙い温度に誘導加熱された複数のワークWに対してまとめて実施するようにしても良い。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

本発明の有用性を実証するため、(1)加熱部に図12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(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、加熱部の前段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、加熱部の後段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(a)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: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(a)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。

0055

上記(1)の場合におけるワークの温度測定結果図11(b)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11(c)に示す。図11(b)から明らかなように、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、図11(c)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]。

0056

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11(c)に併せて示す[図11(c)中に示す「A部の温度(ピッチ調整前)」を参照]。図11(c)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。

実施例

0057

以上の確認試験結果から、誘導加熱用コイルのコイルピッチの疎密を調整し、コイルピッチが相対的に疎の部分を設ければ、当該部分でワークを均熱保持することができ、また、誘導加熱用コイルとして本発明に係る構成を具備するものを用いれば、ワークの周方向各部の温度を均一化できることがわかる。従って、本発明の有用性が実証された。

0058

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
21枠体
22支持部品
23接続部品
24リンク部材
25 第1の連結部材
26 第2の連結部材
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

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