(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状導体によりリング状に形成された上下一対の平板状誘導加熱コイルの幅がその間に介在される薄板環状部品の幅より広く、上記誘導加熱コイルの内径と該部品の内径とが一致し、両者の内径が揃った位置関係に設定して該部品を所定温度まで誘導加熱し、次に該部品を冷却金型の間でプレスすることを特徴とする薄板環状部品の熱処理方法。
【請求項２】
平板状導体によりリング状に形成された上下一対の平板状誘導加熱コイルの幅がその間に介在される薄板環状部品の幅より広く、かつ該部品の内径が該誘導加熱コイルの内径より若干内側に入る大きさ関係に設定して該部品を所定温度まで誘導加熱し、次に該部品を冷却金型の間でプレスすることを特徴とする薄板環状部品の熱処理方法。
【請求項３】
誘導加熱装置と冷却装置とからなる薄板環状部品の熱処理装置において、上記誘導加熱装置を部品の搬送装置とその搬送路に臨む上下一対の平板状誘導加熱コイルとにより構成し、該誘導加熱コイルの幅がその間に介在される薄板環状部品の幅より広く、上記誘導加熱コイルの内径と該部品の内径とが一致し、両者の内径が揃った位置関係に設定して該部品を所定温度まで誘導加熱するように構成し、上記冷却装置を上下一対の冷却金型とその駆動装置とにより構成し、上記冷却金型を上記誘導加熱コイルの下流側において部品の搬送路に臨ませたことを特徴とする薄板環状部品の熱処理装置。
【請求項４】
誘導加熱装置と冷却装置とからなる薄板環状部品の熱処理装置において、上記誘導加熱装置を部品の搬送装置とその搬送路に臨む上下一対の平板状誘導加熱コイルとにより構成し、該誘導加熱コイルの幅がその間に介在される薄板環状部品の幅より広く、かつ該部品の内径が該誘導加熱コイルの内径より若干内側に入る大きさ関係に設定して該部品を所定温度まで誘導加熱するように構成し、上記冷却装置を上下一対の冷却金型とその駆動装置とにより構成し、上記冷却金型を上記誘導加熱コイルの下流側において部品の搬送路に臨ませたことを特徴とする薄板環状部品の熱処理装置。
【請求項５】
上記搬送装置は、搬送路の内側に沿って回転する部品搬送テーブルを有し、該テーブル周縁に部品保持用凹所を一定間隔に設け、上記冷却装置に下金型及び上金型の搬送テーブル並びに上金型の上下動装置を設け、上記部品搬送テーブルと下金型及び上金型の搬送テーブル並びに上金型の上下動装置の間欠作動の整合装置を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の薄板環状部品の熱処理装置。
【請求項６】
上記の上金型駆動装置は、各上金型の上面に一体に設けた上下動用ポストと、各ポストを上金型搬送テーブルに上下動自在に貫通せしめ、各ポストの上端に取付けたカムフォロアーをカム装置のカム溝に嵌合させ、上記カム溝に部分的に上位となるカム溝と下位となるカム溝を形成し、上位のカム溝にカムフォロアーが嵌合した場合に上金型を上昇させて部品を受取り、下位のカム溝にカムフォロアーが嵌合した場合に両金型間で部品をプレスするようにしたことを特徴とする請求項５に記載の薄板環状部品の熱処理装置。
【請求項７】
上記のカム装置は、大円弧固定カムと、その両端に配置された一対の上下動カム及び各上下動カム装置間に配置された小円弧固定カムとにより構成され、上記大円弧固定カム内周面に小円弧固定カム内周面のカム溝より位置の低いカム溝を形成し、上記上下動カム装置をそのカム溝が大円弧固定カムと小円弧固定カムの高さに択一的に合致するよう上下動自在に設けたことを特徴とする請求項６に記載の薄板環状部品の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、スラスト針状ころ軸受の駆動輪、同側板等の薄板環状部品の熱処理方法及び熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
薄板環状部品の焼入れに必要な加熱手段として、一般に電気ヒータ、ガスバーナを熱源とした炉（ソルトバス炉）による加熱手段や、誘導加熱による加熱手段が用いられる。板厚が２ｍｍ以下の薄い環状部品（例えば、φ８５×φ６０×１t ）の加熱手段として、前者の加熱手段は均等加熱は得られるが、エネルギー、スペース、能率等の面で非効率的である。後者の誘導加熱による加熱手段は、十分厚い環状部品の場合、各種の誘導加熱方式を適用することができるが、板厚が薄い場合は、部品各部の温度ムラや歪が生じやすい問題があった。
【０００３】
従来の誘導加熱方式は、いずれも部品内の熱移動を伴った加熱方式であるので、前記のごとき板厚の薄い部品の場合は加熱部以外は冷え易い傾向があり、部品全体を２〜３秒程度の短時間で均等に加熱することは困難であった。
【０００４】
一方、所要の焼入硬度及び歪み改善効果を得るためには、前記のごとき薄い部品においては加熱後の温度低下を避け、２〜４秒以内の短時間で冷却工程へ移動させる必要がある。
【０００５】
そこで、この出願に係る発明は、板厚の薄い環状部品を短時間で均等に加熱し、所要の焼入硬度と歪み改善効果が得られる熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、この出願に係る発明は、板厚の薄い環状部品を短時間で均等に加熱することができ、しかも加熱後短時間で冷却装置に移行させ、所要の焼入硬度と歪み改善効果が得られる熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段とその作用】
熱処理方法に係る発明においては、上下一対の平板状誘導加熱コイルにより薄板環状部品を所定温度まで誘導加熱し、次に該部品を冷却金型の間でプレスするようにしたものである。
【０００８】
また、熱処理装置に係る発明においては、誘導加熱装置と冷却装置とからなる薄板環状部品の熱処理装置において、上記誘導加熱装置を部品の搬送装置とその搬送路に臨む上下一対の平板状誘導加熱コイルとにより構成し、上記冷却装置を上下一対の冷却金型とその駆動装置とにより構成し、上記冷却金型を上記誘導加熱コイルの下流側において部品の搬送路に臨ませた構成としたものである。
【０００９】
上記の部品は平板状の誘導加熱コイルと対面して誘導加熱を受けるので部品は全体が均一に加熱される。加熱された部品は冷却金型で拘束冷却され、焼入れと歪み改善が同時に行われる。
【００１０】
【実施例】
図１に示すように、装置のケーシング１の内部に、誘導加熱装置２と冷却装置３とが設けられる。
【００１１】
誘導加熱装置２は、部品４の搬送装置５と上下一対の平板状誘導加熱コイル６（図３参照）とにより構成される。
【００１２】
搬送装置５は、ケーシング１を貫通した搬送通路７及び半円弧状のガイド壁８を有するガイド板９及びそのガイド壁８の内側に沿って回転自在に設けられた搬送テーブル１１を有する。該搬送テーブル１１の回転軸１２（図２参照）は、ケーシング１で軸支される。
【００１３】
搬送テーブル１１外周縁に等間隔をおいて４個所の凹所１３が形成され、その凹所１３に部品４を部分的に受入れるようになっている。
【００１４】
前記のガイド板９は、搬送通路７の入口部分に面した位置にある凹所１３と、その回転方向（図１矢印ａ参照）に隣接した他の凹所１３の上下面をカバーする。また前記のガイド壁８と冷却装置３側へ延びたガイドアーム１４により搬送通路７の半円形部分が形成され、これにより部品４をガイドする。
【００１５】
前記の搬送テーブル１１は後述のように冷却装置３等と整合された間欠動作を行う。
【００１６】
図１のように、搬送通路７の入口部分に面した位置にある凹所１３の位置を基準にして、搬送テーブル１１の回転位相を回転方向に第１ステップ、第２ステップ……と呼ぶことにすると、部品４は第１ステップにおいて凹所１３に受け入れられ、第２ステップでこれに誘導加熱が加えられ、第３ステップで冷却装置３へ移行され、プレスによる拘束冷却による焼入れと歪み改善が同時に行なわれる。
【００１７】
誘導加熱コイル６は、１枚の平板状導体によりリングを形成し、その両端を電極１５で保持したものであり、前記の第２ステップの位置において上下のガイド板９に設けられた穴１６（図３参照）の上下面に対向している。
【００１８】
この誘導加熱コイル６の幅は、図７（ａ）に示すように、部品４の幅より広く、かつその幅を覆うように設けられる。また、図７（ｂ）に示すように部品４の内径がコイル６の内径より若干内側へ入る大きさの関係に設定する場合もある。
【００１９】
図７（ａ）（ｂ）は、各コイル６に同方向の電流を流した際に磁束Φが生じ、部品４に逆方向の誘起電流が流れることを示す。
【００２０】
なお、コイル６の発熱を抑制するために、部品４と反対側の面に冷却管１７を取付け、これに冷媒を流して冷却することが望ましい。
【００２１】
次に、冷却装置３は図２及び図３に示すように、ケーシング１に軸支された回転軸１８に下金型用テーブル１９及びその上方に所定の間隔をおいて上金型用テーブル２１が取付けられる。
【００２２】
下金型用テーブル１９の上面には、その外周面に沿った４等分位置に欠円形の凹所２２が設けられ、その凹所２２の内部に下金型２３が収納固定される。上記の下金型用テーブル１９の上面及び下金型２３の上面は、前記誘導加熱装置２の搬送通路７と同一高さにある。
【００２３】
また、前記の凹所２２及びその内部に収納された下金型２３は、前述の誘導加熱装置２の第３ステップの位置で部品４と合致するよう位置決めされ、この場合も間欠作用により、上記の部品４の受け渡し位置を第１ステップとして、前記と逆方向（矢印ｂ参照）に第１〜第４ステップまで回転する（図８（ａ）（ｂ）のカッコ付きの記号１〜４の第１〜第４ステップを表わす）。
【００２４】
上金型用テーブル２１には、図２に示すように、前記の下金型２３に対向した位置に上金型２４が設けられる。各上金型２４の上面に設けられたポスト２５は、該テーブル２１を上下動自在に貫通しており、その先端に半径方向の支軸を有するカムフォロアー２６（図５参照）が取付けられる。
【００２５】
ケーシング１の天井面には、カム装置２７が設けられる（図２参照）。カム装置２７は、図５に示すように平面形状がＣ字形の大円弧固定カム２８、その両端に所定の間隔をおいて対向した小円弧固定カム２９及びその間隔の部分に配置された一対の第１及び第２上下動カム３１、３２とにより構成される。これらのカム２８、２９、３１、３２は全体として環状に配置される。上記の上下動カム３１、３２は、ケーシング１の上面に取付けたエアシリンダー等のアクチュエータ３３、３４により上下動される。
【００２６】
上記の大円弧固定カム２８及び小円弧固定カム２９の各内周面にはそれぞれカム溝３５、３６が形成され、前記のカムフォロアー２６がこれに嵌合する。大円弧固定カム２８のカム溝３５は小円弧固定カム２９のカム溝３６より一段低い位置に形成される。
【００２７】
また、各上下動カム３１、３２には前記のカム溝３５、３６の曲率中心と同じ曲率中心をもち、同じ曲率半径のカム溝３７、３８が形成され（図４参照）、前記のアクチュエータ３３、３４の作用により、下位のカム溝３５と上位のカム溝３６の間を上下する。
【００２８】
また、上記の第１上下動カム３１は、第１ステップにある上金型２４の上方に設けられ、第２上下動カム３２は第４ステップにある上金型２４の上方に設けられる。
【００２９】
前記の下金型２３及び上金型２４は、図６に示すように、冷却媒体が通過する冷却通路３９、４０が設けられ、下金型２３の冷却通路３９は下金型用テーブル１９の通路４１を経て回転軸１８の通路４２に連通している。また上金型２４の冷却通路４０は可撓性ホース４３を通じて回転軸１８の通路４２に連通している。回転軸１８の通路４２には、その上端のキャップ４４の部分から水、液体窒素等の冷媒が供給される。
【００３０】
焼入れ完了後の部品４の搬出装置４５は、図１に示すように、冷却装置３の第４ステップの下金型２３の奥側の周辺に臨むアーム４６と、これを下金型２３の上面に沿って搬出通路４７の方向に移動させるエアシリンダー等のアクチュエータ４８とにより構成される。
【００３１】
冷却装置３の駆動は、図２に示す駆動装置４９により行われ、その駆動力は歯車５１、５２を通じて誘導加熱装置２に伝達される、上記の駆動装置４９は、ゼネバ機構又はローラギヤインデックス機構により、間欠的に駆動される。
【００３２】
上記の誘導加熱コイル６の通電、遮断、上下動カム３１、３２のアクチュエータ３３、３４及び搬出装置４５のアクチュエータ４８の各作動は、前記の駆動装置４９の間欠動作と同期するよう整合装置５３により制御される（図９参照）。なお、図９に示すインバータ５４は誘導加熱コイル６へ交流電流を供給する。
【００３３】
実施例の装置は以上のごとき構成であり、次にその作用について説明する。
薄板リング状の部品４は、図１に示す搬送通路７から連続的に供給され、第１ステップの位置に一時的に停止している搬送テーブル１１の凹所１３に送り込まれる。搬送テーブル１１が１ステップ分回転すると、部品４が第２ステップの位置に移動され、ここで誘導加熱コイル６に通電される。部品４の大きさがφ８５×φ６０×１t 程度のものである場合は２〜３秒の通電により焼入れに必要な温度８４０℃〜９００℃に達する。
【００３４】
加熱終了後、部品４は、冷却装置３の下金型用テーブル１９上に移り、第３ステップにおいて、冷却装置３の第１ステップにある下金型２３上に載る。
【００３５】
このとき、冷却装置３の第１上下動カム３１は上位にあるので、下金型２３と上金型２４の間は開放されており（図２、図８（ａ）参照）、部品４はその間隙から下金型２３上に移ることができる。この状態が冷却装置３の第１ステップである。
【００３６】
冷却装置３がその第２ステップに移る際に、第１上下動カム３１が下位に移動し、そのカム溝３８が大円弧固定カム２８のカム溝３５と高さが揃い（図８（ｂ）参照）、部品４を下金型２３と上金型２４との間でプレスして冷却を開始する。下金型用テーブル１９及び上金型用テーブル２１が回転すると、カムフォロアー２６は大円弧固定カム２８のカム溝３５に移り、下金型２３と上金型２４とは部品４をプレスしたまま間欠的に第２ステップ、第３ステップを順次経て第４ステップに至る。
【００３７】
第４ステップにおいてカムフォロアー２６が第２上下動カム３２のカム溝３７に移ると、その第２上下動カム３２が上位に移動するので、上金型２４が部品４を解放する。
【００３８】
これと同時に搬出装置４５のアクチュエータ４８が作動され、そのアーム４６により部品４を搬出通路４７に送り出す。
【００３９】
上記の冷却装置３において、部品４を金型２３、２４間でプレスして冷却する時間は８〜１２秒、プレス圧力は１００ｋｇｆであり、また各金型２３、２４は４０℃以下に冷却される。
【００４０】
上述のように、金型２３、２４による冷却時間（８〜１２秒）に比べ、誘導加熱コイル６による加熱時間（２〜３秒）の方が短いので、作業効率を考慮し、各金型２３、２４の数を（冷却時間）／（加熱時間）によって得られる商のうちの整数に選定する。
【００４１】
また、誘導加熱装置２の搬送テーブル１１の凹所１３のピッチ径Ｄ1 と、冷却装置３の各金型２３、２４のピッチ径Ｄ2 との関係は、図１０に示すように、凹所１３の数をｎ1 、各金型２３、２４の数をｎ2 とすると、Ｄ1 ＝Ｐ1 ｎ1 ／π、Ｄ2 ＝Ｐ2 ｎ2 ／πとなる。
【００４２】
なお、凹所１３のピッチＰ1 と、各金型２３、２４のピッチＰ2 は同じであるので、Ｄ2 ＝Ｐ1 ｎ2 ／πとなる。
【００４３】
前記の歯車５１と５２のピッチ径は、それぞれ上述のＤ1 、Ｄ2 と一致するように定められる。
【００４４】
上述の熱処理装置において、部品４の内外径と、加熱コイル６の内外径の大きさの関係により、部品４の径方向の温度分布がどのように異るかについて実測した結果を図１１に示す。
【００４５】
図１１において、Ａは前記図７（ａ）、Ｂは同（ｂ）の場合である。Ｃ、Ｄは比較例であり、図７（ｃ）、同（ｄ）の場合である。この結果によると、図７（ａ）のように、部品４の内径が加熱コイル６の内径と一致し、両者の内径が揃った位置関係にある場合、また同（ｂ）のように、部品４が幾分内側へ寄った位置関係にある場合が温度分布の均一性に優れ、図７（ｃ）の外側に寄りすぎている場合や、同（ｄ）のように内側に寄りすぎても均一性に劣ることがわかる。
【００４６】
具体的に、８５φ×６０φ×１．０（ｍｍ）の浸炭鋼でなる環状部品については、２秒間の通電（周波数１０ＫＨｚ）により８５０℃に誘導加熱し、加熱完了から冷却金型による拘束冷却開始までの移動時間２秒で熱処理したものについて、硬度及びそりを実測した結果、硬度はＨＶ８５０〜８９０、そりは０．０２ｍｍ以下（従来品の焼入れ後のそりは０．２２〜０．３７ｍｍ）であり、十分な焼入れと歪み改善が果された。
【００４７】
【発明の効果】
この出願に係る熱処理方法及び熱処理装置の発明は、以上のごときものであるから、薄板リング状部品を均一加熱することができると共に、加熱後冷却金型で拘束冷却を同時に行うので、均一加熱できることと相俟って、歪みの少ない焼入れを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の横断平面図
【図２】図１のII−II線の断面図
【図３】図１のIII −III 線の断面図
【図４】実施例の一部分解斜視図
【図５】同上の一部横断平面図
【図６】同上の一部横断正面図
【図７】（ａ）〜（ｄ）  誘導加熱コイルの説明図
【図８】（ａ）カム装置の作用説明の展開図
（ｂ）カム装置の作用説明の展開図
【図９】制御関係のブロック図
【図１０】ピッチ径の説明図
【図１１】温度分布実測図
【符号の説明】
１  ケーシング
２  誘導加熱装置
３  冷却装置
４  部品
５  搬送装置
６  誘導加熱コイル
７  搬送通路
８  ガイド壁
９  ガイド板
１１  搬送テーブル
１２  回転軸
１３  凹所
１４  ガイドアーム
１５  電極
１６  穴
１７  冷却管
１８  回転軸
１９  下金型用テーブル
２１  上金型用テーブル
２２  凹所
２３  下金型
２４  上金型
２５  ポスト
２６  カムフォロアー
２７  カム装置
２８  大円弧固定カム
２９  小円弧固定カム
３１  第１上下動カム
３２  第２上下動カム
３３、３４  アクチュエータ
３５、３６、３７、３８  カム溝
３９、４０  冷却通路
４１、４２  通路
４３  可撓性ホース
４４  キャップ
４５  搬出装置
４６  アーム
４７  搬出通路
４８  アクチュエータ
４９  駆動装置
５１、５２  歯車
５３  整合装置
５４  インバータ
【図１】
0003638647.tif 000002
【図２】
0003638647.tif 000003
【図３】
0003638647.tif 000004
【図４】
0003638647.tif 000005
【図５】
0003638647.tif 000006
【図６】
0003638647.tif 000007
【図７】
0003638647.tif 000008
【図８】
0003638647.tif 000009
【図９】
0003638647.tif 000010
【図１０】
0003638647.tif 000011
【図１１】
0003638647.tif 000012