(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたリング状品を冷却しながら変形を矯正するリング状品の変形矯正装置であって、加熱状態のリング状品を載せる配置台と、この配置台上のリング状品の外周面にそれぞれ転動自在に接触させる一対の受けロールと、これら一対の受けロールの間隔を変更する受けロール間隔変更機構と、前記一対の受けロールに前記リング状品を介して対向して設けられた１個の加圧ロールと、この加圧ロールを前記リング状品の外周面に押付けられた前進位置と同外周面から離れた後退位置とに進退させる加圧ロール進退機構と、この加圧ロール進退機構により前記リング状品に押付けられた状態の加圧ロールを回転駆動させる回転モータを含む加圧ロール回転駆動機構とを備えることを特徴とするリング状品の変形矯正装置。
【請求項２】
請求項１において、前記受けロール間隔変更機構は、各受けロールをそれぞれ支持する受けロール支持部材と、これら受けロール支持部材を前記配置台に対しそれぞれ位置変更自在に案内するガイドと、前記受けロール支持部材を前記配置台に固定する固定手段とを有し、前記加圧ロール回転駆動機構は、前記加圧ロールを支持する加圧ロール支持部材に設置された前記回転モータと、この回転モータの出力軸および前記加圧ロールの支持軸にそれぞれ取付けられたスプロケットと、これらスプロケットに巻き掛けたチェーンとを有するリング状品の変形矯正装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記リング状品の外周面に前記加圧ロールを押付けて変形矯正を行う時間が、４０秒ないし９０秒であるリング状品の変形矯正装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記リング状品の外周面に前記加圧ロールを押付けて変形矯正を開始するときのリング状品の温度が、マルテンサイト変態点温度よりも２０℃ないし５０℃高いリング状品の変形矯正装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、冷却用の油槽と、前記変形矯正時にリング状品を前記油槽の焼入れ油中に浸漬させて冷却する変形矯正時冷却機構とを設けたリング状品の変形矯正装置。
【請求項６】
請求項５において、前記変形矯正時冷却機構は、前記配置台を、この配置台の前記リング状品を載せるリング状品載置部が下側になるように傾け可能に支持する支持手段と、この支持手段に支持された配置台を傾ける傾け手段とを有し、傾け手段により配置台を傾けることでリング状品を前記油槽の焼入れ油に浸漬させるものであるリング状品の変形矯正装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記リング状品は軸受の軌道輪であるリング状品の変形矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受軌道輪等のリング状品の変形を矯正するリング状品の変形矯正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の軌道輪等のようなリング状品を焼入れすると、熱変形による真円度の狂いが生じる。そのため、一般には、焼入れ後、リング状品の外周を成形ロールで受け内周にマンドレルを押し当てて変形を矯正することが行われている。
【０００３】
しかし、このように焼入れと別工程で変形矯正を行うと、リング状品の製造ラインの工程数が増えることから、図５に示すように、焼入れ時にリング状品Ｗを円筒状の拘束型４０に入れて冷却することにより、変形を矯正することも行われている。詳しくは、リング状品Ｗを焼入れ温度（８５０℃程度）まで加熱した後、マルテンサイト変態点（２３０℃）付近の温度までは型拘束しない状態で冷却し、同温度まで低下した時点でリング状品Ｗを拘束型４０に入れ、その状態のまま一定温度（１１０℃程度）まで冷却し、同温度まで冷却したなら拘束型４０からリング状品Ｗを取り出し、その後は常温まで自然冷却させるというものである。
【０００４】
また、拘束型を用いる変形矯正方法の一種として、軸方向に長い縦型円筒状の拘束型を用い、この縦型円筒状の拘束型に対して上側から順に、焼入れの冷却過程にあるリング状品を押し込み、それによって型内のリング状品が下側から順に押し出されるようにした方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平０９−１７６７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記拘束型を用いる変形矯正の方法は、製作に高いコストがかかる拘束型をリング状品の寸法ごとに用意する必要がある。また、拘束型にリング状品を嵌め込む作業、および焼入れ終了後に拘束型からリング状品を取り出す作業に手間がかかる。特許文献１に開示の変形矯正方法の場合、拘束型からリング状品を取り出す作業が不要であるが、この方法は、拘束型とリング状品との摩擦力によってリング状品が型内に保持されるようになっているため、寸法の大きなリング状品の場合は自重で拘束型から落下してしまう可能性があり、比較的小さなリング状品にしか適用できない。
【０００６】
この発明の目的は、リング状品の熱処理過程で生じる熱変形に対して、リング状品の製造ラインの工程数を増やさず、かつコストおよび手間をかけずに変形矯正することができ、種々のサイズのリング状品にも適用できるリング状品の変形矯正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のリング状品の変形矯正装置は、加熱されたリング状品を冷却しながら変形を矯正する変形矯正装置であって、加熱状態のリング状品を載せる配置台と、この配置台上のリング状品の外周面にそれぞれ転動自在に接触させる一対の受けロールと、これら一対の受けロールの間隔を変更する受けロール間隔変更機構と、前記一対の受けロールに前記リング状品を介して対向して設けられた１個の加圧ロールと、この加圧ロールを前記リング状品の外周面に押付けられた前進位置と同外周面から離れた後退位置とに進退させる加圧ロール進退機構と、この加圧ロール進退機構により前記リング状品に押付けられた状態の加圧ロールを回転駆動させる回転モータを含む加圧ロール回転駆動機構とを備えることを特徴とする。前記リング状品は、例えば軸受の軌道輪とすることができる。軸受の軌道輪は、鍛造により成形され、旋削により内周面または外周面に軌道溝が形成されたものである。
【０００８】
このリング状品の変形矯正装置によると、焼入れの冷却過程において、一対の受けロールをリング状品の外周面に転動自在に接触させた状態で、その反対側から加圧ロールをリング状品の外周面に押し当てて回転駆動する。リング状品は、一対の受けロールと１個の加圧ロールとで両側から所定荷重で挟み付けられながら、両ロール間で回転させられる。これにより、変形が矯正され真円度が高まる。加圧ロールは前進位置と後退位置とに進退可能であるため、受けロールと加圧ロールとの距離を変更することができる。そのため、種々の直径のリング状品に適用できる。この変形矯正装置によるリング状品の変形矯正は、拘束型を用いないため、型代が不要であり、かつリング状品を型に嵌める手間や型から外す手間がかからない。また、この変形矯正装置は焼入れの冷却過程で変形矯正を行うので、リング状品の製造ラインの工程数を増やさずに変形矯正装置を設置できる。
【０００９】
前記一対の受けロールの間隔を変更する受けロール間隔変更機構を設ける。一対の受けロールの間隔が変更可能であると、より一層広範なサイズのリング状品に対応することができる。
前記受けロール間隔変更機構は、各受けロールをそれぞれ支持する受けロール支持部材と、これら受けロール支持部材を前記配置台に対しそれぞれ位置変更自在に案内するガイドと、前記受けロール支持部材を前記配置台に固定する固定手段とを有し、前記加圧ロール回転駆動機構は、前記加圧ロールを支持する加圧ロール支持部材に設置された前記回転モータと、この回転モータの出力軸および前記加圧ロールの支持軸にそれぞれ取付けられたスプロケットと、これらスプロケットに巻き掛けたチェーンとを有するものとしても良い。
【００１０】
前記リング状品の外周面に前記加圧ロールを押付けて変形矯正を行う時間は、４０秒ないし９０秒であるのが好ましい。ここで、変形矯正を行う時間とは、加圧ロールの押付けを開始してから押付けを終了するまでの時間のことである。また、前記リング状品の外周面に前記加圧ロールを押付けて変形矯正を開始するときのリング状品の温度は、マルテンサイト変態点温度よりも２０℃ないし５０℃高い温度とするのが良い。
各種試験を行った結果、変形矯正を行う時間は４０秒ないし９０秒が良いことが判った。上記変形矯正時間を確保して焼入れの冷却過程中に変形矯正を完了するには、マルテンサイト変態点温度よりも２０℃ないし５０℃高い温度から変形矯正を開始すれば良い。
【００１１】
冷却用の油槽と、前記変形矯正時にリング状品を前記油槽の焼入れ油中に浸漬させて冷却する変形矯正時冷却機構とを設けると良い。例えば、前記変形矯正時冷却機構は、前記配置台を、この配置台の前記リング状品を載せるリング状品載置部が下側になるように傾け可能に支持する支持手段と、この支持手段に支持された配置台を傾ける傾け手段とを有し、傾け手段により配置台を傾けることでリング状品を前記油槽の焼入れ油中に浸漬させるものとすることができる。
変形矯正時冷却機構を設けると、リング状品を十分に冷却しながら変形矯正を行える。変形矯正時冷却機構が支持手段と傾け手段とを有する構成であると、簡易な構成でありながら、リング状品を確実に油槽の油中に浸漬させて冷却することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のリング状品の変形矯正装置は、加熱されたリング状品を冷却しながら変形を矯正するリング状品の変形矯正装置であって、加熱状態のリング状品を載せる配置台と、この配置台上のリング状品の外周面にそれぞれ転動自在に接触させる一対の受けロールと、これら一対の受けロールの間隔を変更する受けロール間隔変更機構と、前記一対の受けロールに前記リング状品を介して対向して設けられた１個の加圧ロールと、この加圧ロールを前記リング状品の外周面に押付けられた前進位置と同外周面から離れた後退位置とに進退させる加圧ロール進退機構と、この加圧ロール進退機構により前記リング状品に押付けられた状態の加圧ロールを回転駆動させる回転モータを含む加圧ロール回転駆動機構とを備えるため、リング状品の熱処理過程で生じる熱変形に対して、リング状品の製造ラインの工程数を増やさず、かつコストおよび手間をかけずに変形矯正することができる。また、種々のサイズのリング状品にも適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図１と共に説明する。このリング状品の変形矯正装置１は、リング状品Ｗを載せる配置台２を備え、この配置台２上に一対の受けロール３および１個の加圧ロール４が設けられている。受けロール３は、受けロール支持部材７から上向き突出する受けロール支持軸３ａに回転自在に取付けられている。加圧ロール４は、加圧ロール支持部材１１から上向きに突出し、加圧ロール支持部材１１に対して回転自在な加圧ロール支持軸４ａに一体回転するよう取付けられている。リング状品Ｗは、例えば軸受の軌道輪である。軸受の軌道輪は、鍛造により成形され、旋削により内周面または外周面に軌道溝が形成されたものである。軸受軌道輪の材質は、鋼材、例えば軸受鋼等である。
【００１４】
上記一対の受けロール３と１個の加圧ロール４との間の配置台２の上面はリング状品載置部５とされ、上記一対の受けロール３の並び方向（Ｙ方向）の一方の端から他方の端に亘って、他よりも一段高く形成されている。このリング状品載置部５には、後述する加圧ロール４の前進時に加圧ロール４および後記加圧ロール支持部材１１との干渉を避けるための切欠き部５ａが形成されている。配置台２の周辺部には、リング状品Ｗを矢印Ａの方向からリング状品載置部５に投入し、リング状品載置部５から矢印Ｂの方向に排出する投入・排出機構（図示せず）が設けられている。
【００１５】
一対の受けロール３は、受けロール間隔変更機構６により、Ｙ方向の間隔を変更可能とされている。受けロール間隔変更機構６は、前記受けロール支持部材７と、この受けロール支持部材７を配置台２に対しＹ方向に位置変更自在に案内するガイド８と、受けロール支持部材７を配置台２に固定する固定手段９とでなる。固定手段９としては、例えばボルトや、摩擦力で締付け固定する固定具を用いることができる。
【００１６】
加圧ロール４は、加圧ロール進退機構１０により、一対の受けロール３の中間点と加圧ロール４の中心点とを結ぶ方向（Ｘ方向）に進退可能とされている。加圧ロール進退機構１０は、加圧ロール４を回転自在に支持する加圧ロール支持部材１１と、この加圧ロール支持部材１１に設けた一対の被案内部１１ａがそれぞれ相対移動自在に嵌合するＸ方向のガイド軸１２と、加圧ロール支持部材１１を配置台２に対してＸ方向に進退させる進退手段１３とでなる。被案内部１１ａは、例えば滑り案内、転がり案内によりガイド軸１２を案内する。進退手段１３は、例えば油圧シリンダよりなる。
【００１７】
また、加圧ロール４は、加圧ロール回転駆動機構１５により、所定方向に回転させられるようになっている。加圧ロール回転駆動機構１５は、加圧ロール支持部材１１に回転モータ１６を設置し、この回転モータ１６の出力軸に取付けたスプロケット１７と、加圧ロール４の支持軸に取付けたスプロケット１８とにチェーン１９を巻き掛けたものである。
【００１８】
前記配置台２のリング状品載置部５の下方にはリング状品冷却用の油槽２０が設置されており、この油槽２０の焼入れ油中にリング状品載置部５上のリング状品Ｗを浸漬させられるようになっている。そのための変形矯正時冷却機構２１は、配置台２をリング状品載置部５側が下になるように傾け可能に支持する支持手段２２と、この支持手段２２に支持された配置台２を傾ける傾け手段２３とでなる。この実施形態では、支持手段２２は、配置台２のＹ方向両側から外向きに突出する水平な傾け中心軸２２ａを、回動支持部材２２ｂにより回動自在に支持させたものとされている。また、傾け手段２３は、傾け中心軸２２ａよりもリング状品載置部５と反対側に位置する配置台２の下面と床面２４との間に設けた油圧シリンダよりなる。図１（Ｂ）に実線で示すように、傾け手段２３を駆動して配置台２を傾けることにより、リング状品載置部５上のリング状品Ｗが油槽２０の油中に浸漬させられる。
【００１９】
このリング状品の変形矯正装置１は、図２に示す焼入れ装置に設けられる。焼入れ装置３０は、加熱部３１、一次冷却部３２、二次冷却部３３、洗浄部３４等よりなる。加熱部３０は、加熱炉等を用いてリング状品Ｗを所定の焼入れ温度（例えば８５０℃）まで加熱する。一次冷却部３２は、焼入れ温度まで加熱されたリング状品Ｗを、一次冷却槽３２ａの焼入れ油中に浸漬して、マルテンサイト変態点よりも高い温度（例えば２９０℃）まで一次冷却する。二次冷却部３３は、一次冷却されたリング状品Ｗを、変形矯正装置１により変形矯正しながら前記油槽２０の焼入れ油中に浸漬して、一定温度（例えば１１０℃）まで二次冷却する。洗浄部３４は、二次冷却されたリング状品Ｗを洗浄し、後の工程に送る。
【００２０】
この実施形態では、一次冷却部３２の一次冷却槽３２ａは、焼入れ油の入っている部分の断面形状がＵ字状とされ、そのＵ字の一方の端部である導入部３２ａａからもう一方の端部である排出部３２ａｂへリング状品Ｗをエレベータ３２ｂにより搬送するようになっている。前記導入部３２ａａの上側の空間３２ｃは、窒素ガスＮ２で満たされた密閉空間とされている。空間３２ｃと加熱部３１との間には、開閉式の扉３２ｄが設けられている。この一次冷却槽３２ａの構成によると、加熱部３１で加熱されたリング状品Ｗは、すぐに窒素ガスＮ２で満たされた空間３２ｃに入れられ、続いて焼入れ油中に浸漬されるため、大気に触れさせずに冷却を行うことができる。
【００２１】
二次冷却部３３での変形矯正装置１による変形矯正について説明する。変形矯正装置１は、図１に鎖線で示すように、加圧ロール４が受けロール３に対して後退した後退位置Ｐ１で待機している。このとき、配置台２は水平状態である。一次冷却槽３２ａから出たリング状品Ｗが、投入・排出機構（図示せず）により、上記待機状態にある変形矯正装置１のリング状品載置部５に投入される。リング状品Ｗが投入されると、図１に実線で示すように、加圧ロール進退機構１０の進退手段１３が駆動して、加圧ロール４を前進位置Ｐ２まで前進させる。これにより、リング状品Ｗが一対の受けロール３と１個の加圧ロール４とで、外周面をＸ方向の両側から挟み付けられる。この状態で、加圧ロール回転駆動機構１５の回転モータ１６を駆動して、加圧ロール４を所定方向に回転させる。リング状品Ｗは、一対の受けロール３と加圧ロール４とで両側から所定の荷重で挟み付けられながら、両ロール３，４間で回転させられることにより、変形が矯正され真円度が高まる。
【００２２】
また、上記変形矯正を開始、すなわち加圧ロール４が回転を開始するのと前後して、図１（Ｂ）に実線で示すように、変形矯正時冷却機構２１の傾け手段２３が駆動して、配置台２が、リング状品載置部５が下側になるように傾く。これにより、リング状品Ｗが油槽２０の焼入れ油中に浸漬させられて二次冷却される。上記リング状品載置部５へのリング状品Ｗの投入、加圧ロール４の前進、加圧ロール４の回転、および配置台２の傾き作動は連続して行われるため、一次冷却と二次冷却とがほとんど時間的な間を開けずに行われる。そのため、焼入れが良好に行われる。
【００２３】
変形矯正を開始するときのリング状品Ｗの温度は、マルテンサイト変態点温度よりも２０℃ないし５０℃高い温度とする。ここで、変形矯正を行う時間とは、加圧ロール４の押付けを開始してから押付けを終了するまでの時間のことである。また、変形矯正を行う時間は、４０秒ないし９０秒程度とする。上記温度のリング状品Ｗを油槽２０の焼入れ油中に上記時間だけ浸漬すると、リング状品Ｗはほぼ二次冷却の冷却目標温度（例えば１１０℃）まで冷却される。したがって、時間的な無駄無く変形矯正と二次冷却とが行われる。変形矯正および二次冷却が完了すると、配置台２を水平に戻し、加圧ロール４の回転を停止し、加圧ロール４を後退位置Ｐ１まで後退させてリング状品Ｗを解放する。解放されたリング状品Ｗは、投入・排出機構（図示せず）により、配置台２のリング状品載置部５から配置台２の外に排出される。
【００２４】
この構成のリング状品の変形矯正装置１は、加圧ロール４が進退可能であるため、一対の受けロール３と加圧ロール４との距離を自由に変更することができる。そのため、種々の直径のリング状品Ｗに適用できる。受けロール間隔変更機構６により、リング状品Ｗのサイズに合わせて一対の受けロール３の間隔を変更しても良い。
この変形矯正装置１によるリング状品の変形矯正は、拘束型を用いないため、型代が不要であり、かつリング状品Ｗを型に嵌める手間や型から外す手間がかからない。また、この変形矯正装置１は焼入れの冷却過程で変形矯正を行うので、製造ラインの工程数を増やさずに変形矯正装置１を設置できる。
【００２５】
この変形矯正装置１による変形矯正の効果を確かめるためにテストを行った。テストには、材質は軸受鋼、外径２８０mm、内径２５０mm、肉厚１５mmのリング状品を使用した。このリング状品に対して、一次冷却の引上げ温度および加圧ロール４の加圧荷重を段階的に複数変化させて、それぞれの外径変化量ΔＤと肉厚変化量ΔＴを測定した。外径変化量ΔＤは、変形矯正前Ｂの外径Ｄ１と変形矯正後Ａの外径Ｄ２の差のことである（図３）。肉厚変化量ΔＴは、変形矯正前Ｂの肉厚Ｔ１と変形矯正後Ａの肉厚Ｔ２の差のことである（図４）。外径変化量ΔＤおよび肉厚変化量ΔＴのそれぞれにつき、平均値ｘ、標準偏差値σ、および最大値Ｍａｘを求めた。そのテスト結果を表示したのが表１である。
【００２６】
【表１】
0005500769.tif 000002
【００２７】
このテスト結果から、次のことが判った。
（１）外径変化量ΔＤに関しては、一次冷却引上げ温度が２５０℃および２８０℃で、加圧荷重が３００kgｆである場合に、良好な結果が得られた。また、一次冷却引上げ温度２８０℃で、加圧荷重が５８０kgｆである場合にも、良好な結果が得られた。
（２）肉厚変化量ΔＴに関しては、一次冷却引上げ温度が２３０℃、２５０℃、および２８０℃で、加圧荷重が１５０kgｆである場合、一次冷却引上げ温度が２５０℃および２８０℃で、加圧荷重が３００kgｆである場合、一次冷却引上げ温度が２３０℃で、加圧荷重が５８０kgｆである場合のそれぞれで、良好な結果が得られた。
（３）このことから、外径変化量ΔＤ、肉厚変化量ΔＴ共に良好な結果が得られるのは、一次冷却引上げ温度が２５０℃および２８０℃で、加圧荷重が３００kgｆである場合であることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）はこの発明の実施形態にかかる変形矯正装置の平面図、（Ｂ）はその正面図である。
【図２】同変形矯正装置が設けられた焼入れ装置の概念構成を示す図である。
【図３】リング状品の外径変化量の説明図である。
【図４】リング状品の肉厚変化量の説明図で、同図（Ａ）のIVＢ−IVＢ断面図が同図（Ｂ）である。
【図５】従来の変形矯正の方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…変形矯正装置
２…配置台
３…受けロール
４…加圧ロール
５…リング状品載置部
６…受けロール間隔変更機構
１０…加圧ロール進退機構
１５…加圧ロール回転駆動機構
２０…油槽
２１…変形矯正時冷却機構
２２…支持手段
２３…傾け手段
Ｗ…リング状品
【図１】
0005500769.tif 000003
【図２】
0005500769.tif 000004
【図３】
0005500769.tif 000005
【図４】
0005500769.tif 000006
【図５】
0005500769.tif 000007