(57)【要約】【課題】  温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理品の品質を安定させることが可能な高周波熱処理方法、高周波熱処理設備を提供する。さらに、低価格であり、かつ品質の安定した高周波熱処理品を提供する。【解決手段】  被処理物のサンプルを加熱して焼入硬化することによりプロセスデータを取得するデータ取得工程と、プロセスデータを記憶する記憶工程と、記憶工程で記憶された温度推移データに基づいて電源出力の推移データおよび焼入時期データの妥当性を確認する確認工程と、記憶工程で記憶され、かつ確認工程で妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼入時期データにしたがって被処理物の熱処理を行なう量産工程とを備えている。【選択図】        図２
2006265606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波加熱により被処理物を加熱して焼入硬化する高周波熱処理方法であって、
前記被処理物のサンプルを加熱して焼入硬化することによりプロセスデータを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程において前記被処理物のサンプルを加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、前記被処理物のサンプルの温度推移データと、前記被処理物のサンプルの焼入時期を特定するための焼入時期データとを前記プロセスデータとして記憶する記憶工程と、
前記記憶工程で記憶された前記温度推移データに基づいて前記電源出力の推移データおよび前記焼入時期データの妥当性を確認する確認工程と、
前記記憶工程で記憶され、かつ前記確認工程で妥当性が確認された前記電源出力の推移データおよび前記焼入時期データにしたがって前記被処理物の熱処理を行なう量産工程とを備え、
前記データ取得工程は、前記被処理物のサンプルの温度を調節する温度制御工程と、前記焼入時期を調節する焼入制御工程とを含み、
前記温度制御工程は、高周波加熱により前記被処理物のサンプルを加熱する加熱工程と、前記温度推移データに含まれる前記被処理物のサンプルの加熱される部位の温度データを取得する温度制御用測温工程と、前記温度制御用測温工程において取得された温度データに基づき温度制御信号を前記電源に出力して前記電源出力を制御することにより前記被処理物のサンプルの加熱温度を調節する温度調節工程とを有し、
前記焼入制御工程は、前記温度推移データに含まれる前記被処理物のサンプルの加熱される部位から離れた部位の温度データを取得する焼入用測温工程と、前記焼入用測温工程において取得された温度データに基づき加熱時間を調節して焼入開始信号を出力する焼入時期調節工程とを有する、高周波熱処理方法。
【請求項２】
前記焼入制御工程の前記焼入時期調節工程において、前記焼入時期を決定するための炭素の拡散長Ｄｅｐを以下の計算式により求めることを特徴とする、請求項１に記載の高周波熱処理方法。
Ｄｅｐ＝Ａ×２（Ｄｔ）1/2
Ｄ：拡散定数、ｔ：保持時間（秒）、Ａ：補正係数
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
ｅｒｆ（Ａ）＝１−０．１５７３Ｃ1／Ｃ2
Ｃ1：７２７℃のＣの固溶度、Ｃ2：任意の温度におけるＣの固溶度
【請求項３】
前記焼入制御工程の前記焼入時期調節工程において、前記焼入時期を決定するための炭素の固溶状態を以下の計算式により求めることを特徴とする、請求項１に記載の高周波熱処理方法。
∂Ｃ／（∂ｔ）＝Ｄ∂2Ｃ／（∂ｘ2）
Ｄ：拡散定数、Ｃ：炭素濃度（質量％）、ｔ：時間（秒）、ｘ：距離
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
【請求項４】
高周波加熱により被処理物を加熱して焼戻をする高周波熱処理方法であって、前記被処理物のサンプルを加熱して焼戻をすることによりプロセスデータを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程において前記被処理物のサンプルを加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、前記被処理物のサンプルの温度推移データと、前記被処理物のサンプルの焼戻終了時期を特定する焼戻終了時期データとを前記プロセスデータとして記憶する記憶工程と、
前記記憶工程で記憶された前記温度推移データに基づいて前記電源出力の推移データおよび前記焼戻終了時期データの妥当性を確認する確認工程と、
前記記憶工程で記憶され、かつ前記確認工程で妥当性が確認された前記電源出力の推移データおよび前記焼戻終了時期データにしたがって前記被処理物の熱処理を行なう量産工程とを備え、
前記データ取得工程は、前記被処理物のサンプルの温度を調節する温度制御工程と、前記焼戻終了時期を調節する焼戻制御工程とを含み、
前記温度制御工程は、高周波加熱により前記被処理物のサンプルを加熱する加熱工程と、前記温度推移データに含まれる前記被処理物のサンプルの温度データを取得する温度制御用測温工程と、前記温度制御用測温工程において取得された温度データに基づき温度制御信号を前記電源に出力して前記電源出力を制御することにより前記被処理物のサンプルの加熱温度を調節する温度調節工程とを有し、
前記焼戻制御工程は、前記温度推移データに含まれる前記被処理物のサンプルの温度データを取得する焼戻用測温工程と、前記焼戻用測温工程において取得された温度データに基づき加熱時間を調節して焼戻終了信号を出力する焼戻終了時期調節工程とを有する、高周波熱処理方法。
【請求項５】
前記焼戻制御工程の前記焼戻終了時期調節工程において、焼戻終了時期を決定するための焼戻時間ｔを以下の計算式により求めることを特徴とする、請求項４に記載の高周波熱処理方法。
ｔ＝〔ｌｎ{（Ｍ0−Ｍf）／(Ｍ−Ｍf)}×{Ａｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）｝-N〕1/N
ｔ：焼戻時間（秒）、Ｍ0：焼入硬度、Ｍf：生材硬度、Ｍ：焼戻硬度、Ａ：振動因子項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：焼戻温度（Ｋ）、Ｎ：時間指数
【請求項６】
高周波加熱により前記被処理物を加熱して焼入硬化する請求項１〜３のいずれかに記載の方法に使用される高周波熱処理設備であって、
前記被処理物の温度を調節するための温度制御手段と、
前記被処理物の前記焼入時期を調節するための焼入制御手段と、
前記被処理物を加熱するために前記高周波加熱用の電源から前記誘導コイルに出力された前記電源出力の推移データと、前記被処理物の前記温度推移データと、前記被処理物の前記焼入時期を特定する前記焼入時期データとを前記プロセスデータとして記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする、高周波熱処理設備。
【請求項７】
前記温度制御手段は、高周波加熱により前記被処理物を加熱する加熱手段と、前記被処理物の加熱される部位の温度データを取得する温度制御用測温手段と、前記温度制御用測温手段に接続して前記温度制御用測温手段からの温度情報に基づき温度制御信号を前記加熱手段に出力する温度調節手段とを有し、
前記焼入制御手段は、前記加熱手段により加熱される部位から離れた部位の温度を測定する焼入用測温手段と、前記焼入用測温手段に接続して前記焼入用測温手段からの温度情報に基づき加熱時間を調節して焼入開始信号を出力する焼入時期調節手段とを有することを特徴とする、請求項６に記載の高周波熱処理設備。
【請求項８】
高周波加熱により前記被処理物を加熱して焼戻をする請求項４または５のいずれかに記載の方法に使用される高周波熱処理設備であって、
前記被処理物の温度を調節するための温度制御手段と、
前記被処理物の前記焼戻終了時期を調節する焼戻制御手段と、
前記被処理物を加熱するために前記高周波加熱用の電源から前記誘導コイルに出力された前記電源出力の推移データと、前記被処理物の前記温度推移データと、前記被処理物の前記焼戻終了時期を特定する前記焼戻終了時期データとを前記プロセスデータとして記憶する記憶手段とを備えることを特徴とする、高周波熱処理設備。
【請求項９】
前記温度制御手段は、高周波加熱により前記被処理物を加熱する加熱手段と、前記被処理物の温度データを取得する温度制御用測温手段と、前記温度制御用測温手段に接続して前記温度制御用測温手段からの温度情報に基づき温度制御信号を前記加熱手段に出力する温度調節手段とを有し、
前記焼戻制御手段は、前記被処理物の温度データを取得する焼戻用測温手段と、前記焼戻用測温手段に接続して前記焼戻用測温手段からの温度情報に基づき加熱時間を調節して焼戻終了信号を出力する焼戻終了時期調節手段とを有することを特徴とする、請求項８に記載の高周波熱処理設備。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載の高周波熱処理方法で熱処理されて作製されたことを特徴とする、高周波熱処理品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波熱処理方法、高周波熱処理設備および高周波熱処理品に関し、より特定的には、高周波加熱により被処理物を加熱して熱処理を行なう高周波熱処理方法、高周波熱処理設備および高周波熱処理品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波焼入炉は、雰囲気加熱炉と異なり、炉の作業環境がクリーンであり、少量ロットの製品を短時間で効率よく処理できるといった点で有利な処理炉である。一般に、鋼の高周波焼入では、電力と時間の熱処理条件を変化させながら、焼入品質を確認し、実験的に焼入条件を設定している。この場合、被処理物の種類によって、随時、熱処理条件を設定する必要があり、条件出しに手間がかかるという問題がある。この問題は、高周波焼入では、温度制御による熱処理が難しいということに起因している。
【０００３】
熱処理品質は、温度と時間により制御する方法が組織制御という観点から最も望ましい。しかし、高周波焼入では、測温方法と温度の高速制御という点で技術的に困難があり、温度制御による焼入は採用されていないのが現状である。高周波熱処理において測温が困難である理由は、雰囲気加熱とは異なり、被処理物が直接加熱されるので、測温は被処理物に対して直接行なわなければならないという点、また、高周波加熱設備には、均一加熱のため、被処理物に駆動機構が設けられている場合が多く、接触式の温度計の設置がレイアウト上、困難であるという点にある。
【０００４】
そこで、たとえば、放射温度計などの非接触式の温度計を用いればよいということになるが、従来の放射温度計は、応答速度が遅く、金属の測温には向かないという問題があり、高周波焼入の温度制御において適切なものはなかった。昨今、放射温度計の信号出力速度の高速化と、温度計の放射率設定による測温精度の向上により、放射温度計による金属の高速温度制御に可能性が見出される。
【０００５】
仮に、温度制御による高周波焼入が可能になった場合でも、基本的に部分加熱である高周波焼入では、材質内に温度ムラが生じるため、場所によって熱処理品質が変化する可能性があり、ずぶ焼入（被処理物を表層から内部まで一様に硬化する焼入）処理への適用では問題となる。特に肉厚の大きな被処理物では、温度ムラが大きくなるので、この問題が発生しやすくなる。被処理物を均質に加熱できない場合、加熱が十分な部分では、所定の熱処理品質を満たしているが、加熱が不十分な部分では、所定の熱処理品質を満たしていないという状況が発生する。
【０００６】
このような問題を解消するには、加熱時間を十分にとり、熱伝導により被処理物内の温度を均一にする方法がある。また、比較的低周波の高周波電源を用いて、被処理物の内部にまで磁束を進入させて均一に加熱する方法がある。しかし、これらの方法には、十分な加熱時間をどのようにして決定するのかという共通の課題がある。すなわち、温度制御により高周波ずぶ焼入を行なう場合、所定の熱処理品質を得るための熱処理方法を考案する必要がある。
【０００７】
一方、鋼の焼戻処理は、靭性及び寸法安定性の向上を目的として焼入品に施されている。焼戻の条件は、鋼種ごとに温度で規定される場合が多く、保持時間を製品の肉厚によって多少変化させているのが一般的である。これは、焼戻の効果が、保持時間の影響よりも温度の影響を支配的に受けるためである。焼戻処理の時間を低減する上では、高温短時間の焼戻処理が考えられる。また、従来より、焼戻の効果は、次式で表される焼戻パラメータＰを用いて、焼戻温度Ｔと焼戻時間ｔから換算できることが知られている（非特許文献１参照）。
【０００８】
Ｐ＝Ｔ｛ｌｏｇ（ｔ）＋Ｃ｝
（式中、Ｃ：定数）
この式は、同じ焼戻効果を得るために必要な温度と時間を表したものであるが、より実用的なものとするために、材料強度と焼戻温度、焼戻時間の関係を示す次式が知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
Ｘ＝１−ｅｘｐ｛−（ｋｔ）Ｎ｝
ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｍ＝Ｍ０−（Ｍ０−Ｍｆ）Ｘ
（式中、Ｘ：機械的性質の変化率、ｋ：反応速度係数、ｔ：焼戻時間、Ｎ：時間指数、Ａ：振動因子項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：焼戻温度、Ｍ：焼戻硬度、Ｍ０：焼入硬度、Ｍｆ：生材硬度を表す。）
これらの式により、温度と時間による焼戻の効果を知ることができるが、一般的には、高温短時間の焼戻処理は行なわれていないのが現状である。これは、焼戻炉内で焼戻ムラを発生させないためである。焼戻では、多量の被処理物を一度に処理をする場合が多いので、形状（肉厚）、処理量等によっては、炉内の焼戻状況にバラツキが発生する。したがって、多量の被処理物を一度に処理をする場合の処理条件は、焼戻状況のバラツキが生じにくい、比較的低温で長時間の処理になる。
【００１０】
高温短時間での焼戻に適した処理方法としては、製品の熱処理を個々に行なうことができる高周波熱処理法がある。高周波焼戻による急速加熱焼戻は、通常の大気炉の焼戻と比較して、高性能な材質を得ることができるとの報告がある（非特許文献２及び非特許文献３参照）。しかし、あまり一般的な処理とはいえない。その理由は、温度制御が行なえないため、条件出しに手間がかかることに基くものであると考えられる。
【特許文献１】特開平１０−１０２１３７号公報
【非特許文献１】Ｊ．  Ｈ．  Ｈｏｌｌｏｍｏｎ  ａｎｄ  Ｌ．  Ｄ．  Ｊａｆｆｅ、Ｔｒａｎｓ．  Ｍｅｔ．  ｓｏｃ．  ＡＩＭＥ、１６２、１９４５年、ｐ．２２３
【非特許文献２】川嵜ら、「鉄と鋼」、７４巻、１９８８年、ｐ．３３４
【非特許文献３】川嵜ら、「鉄と鋼」、７４巻、１９８８年、ｐ．３４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように、高周波加熱を用いた焼入、焼戻などの熱処理は種々の利点を有している反面、温度制御による熱処理が困難である点および被処理物の品質を安定させるための条件出しに手間や経験等が必要である点が問題となっている。また、上記問題点を解決して熱処理の条件出しを容易にすることにより、製造コストが低減され、かつ品質の安定した高周波熱処理品が求められている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能な高周波熱処理方法、高周波熱処理設備を提供することである。さらに、低価格であり、かつ品質の安定した高周波熱処理品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の局面における高周波熱処理方法は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼入硬化する高周波熱処理方法であって、データ取得工程と、記憶工程と、確認工程と、量産工程とを備えている。データ取得工程では、被処理物のサンプルが加熱され焼入硬化されることによりプロセスデータが取得される。記憶工程では、データ取得工程において被処理物のサンプルを加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、被処理物のサンプルの温度推移データと、被処理物のサンプルの焼入時期を特定する焼入時期データとがプロセスデータとして記憶される。確認工程では、記憶工程で記憶された温度推移データに基づいて電源出力の推移データおよび焼入時期データの妥当性が確認される。量産工程では、記憶工程で記憶され、かつ確認工程で妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼入時期データにしたがって被処理物の熱処理が行なわれる。
【００１４】
データ取得工程は、被処理物のサンプルの温度を調節する温度制御工程と、焼入時期を調節する焼入制御工程とを含んでいる。温度制御工程は、高周波加熱により被処理物のサンプルを加熱する加熱工程と、温度推移データに含まれる被処理物のサンプルの加熱される部位の温度データを取得する温度制御用測温工程と、温度制御用測温工程において取得された温度データに基づき温度制御信号を電源に出力して電源出力を制御することにより被処理物のサンプルの加熱温度を調節する温度調節工程とを有している。焼入制御工程は、温度推移データに含まれる被処理物のサンプルの加熱される部位から離れた部位の温度データを取得する焼入用測温工程と、焼入用測温工程において取得された温度データに基づき加熱時間を調節して焼入開始信号を出力する焼入時期調節工程とを有している。
【００１５】
一般に高周波焼入においては、まず加熱条件として電力と時間のパラメータからなる電源出力の推移（電源出力パターン）が決定される（電力制御）。加熱条件は、被処理物の形状、材質等を考慮しつつ電力と時間とを変化させて被処理物のサンプルを実際に熱処理して決定される。ここで、鋼製品の焼入においては、被処理物を所定温度に所定時間以上保持した後、急冷する必要がある。しかし、上記方法（電力制御）では被処理物の加熱履歴を正確に把握することは困難である。そのため、実際に熱処理を実施して得られた被処理物の硬さ、ミクロ組織等の品質を調査することにより加熱条件が実験的に決定されている。このように、被処理物の加熱履歴が正確に把握できない点および加熱条件の決定に経験と手間を要する点が高周波熱処理の問題点であった。
【００１６】
これに対し本発明の一の局面における高周波熱処理方法では、データ取得工程において温度と時間とをパラメータとして被処理物の加熱が制御される（温度制御）。そのため、被処理物の加熱履歴を正確に把握することが可能であり、被処理物に必要な加熱履歴を与えた後、急冷することで焼入を行なうことができる。その結果、実際に熱処理を実施して得られた被処理物の硬さ、ミクロ組織等の品質の調査を行なう必要がなく、前述の高周波熱処理の問題点が解消される。
【００１７】
さらに、上記一の局面における高周波熱処理方法では、上記の温度制御による熱処理工程をデータ取得工程に適用しており、量産工程には直接は適用していない。これは以下のような理由による。
【００１８】
上記の工程（データ取得工程）においては温度制御による熱処理を行なうために温度計による被処理物の測温が行なわれる。被処理物が目的の品質になるように熱処理を行なうためには測温の正確性は極めて重要である。そのため、測温に誤差を生じさせる外乱の影響を排除する必要がある。また、温度計としては熱電対などの接触式温度計を用いることができるが、熱処理設備のレイアウト上接触式温度計により被処理物の温度を測定することが困難な場合も多い。このような場合、放射温度計のような非接触式温度計を使用することができる。しかし、たとえば放射温度計のレンズに汚れや水滴が付着した場合、測定された温度には大きな誤差が含まれるおそれがある（外乱の影響）。このように特に非接触式の温度計を用いる場合、外乱への対策を講じる必要性が高い。
【００１９】
これに対し、上記一の局面における高周波熱処理方法ではデータ取得工程として上記工程を行なった後、測温データ等のプロセスデータを記憶する記憶工程を設け、さらに記憶されたプロセスデータの妥当性を確認する確認工程を経た上で、妥当性が担保されたプロセスデータに基づいて量産工程の熱処理が行なわれる。これにより、プロセスデータへの外乱の影響が排除され、被処理物の品質が安定する。以上のように、本発明の一の局面における高周波熱処理方法によれば、温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。
【００２０】
上記の一の局面における高周波熱処理方法において好ましくは、焼入制御工程の焼入時期調節工程において、焼入時期を決定するための炭素の拡散長Ｄｅｐを以下の計算式により求める。
【００２１】
Ｄｅｐ＝Ａ×２（Ｄｔ）1/2・・・式（５）
Ｄ：拡散定数、ｔ：保持時間（秒）、Ａ：補正係数
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
ｅｒｆ（Ａ）＝１−０．１５７３Ｃ1／Ｃ2
Ｃ1：７２７℃のＣの固溶度、Ｃ2：任意の温度におけるＣの固溶度
被処理物が所定の品質を有するためには昇温が最も速くなる位置（磁束が最も侵入しやすい位置）における材質が所定の品質（主に硬度、残留オーステナイト量）を満たすように温度制御し、その他の位置が所定の品質を得るために十分な加熱が行われたかどうかを見極め、焼入時期を決定する必要がある。具体的には、Ｃ（炭素）が鋼中を十分に拡散し、鋼中のすべての部位でＣ量が必要な量に達している状態から被処理物を急冷する必要がある。そのため、焼入制御工程の焼入時期調節工程においては、このような条件を満たすように加熱時間を調節する必要がある。加熱時間の調節すなわち、焼入時期の見極めは、Ｃ（炭素）の拡散長がある拡散長に達しているかどうかによって行なうことができる。これは、Ｃを鉄中へ均質に固溶させる時間がＣの拡散長に対応しているという考えに基づいている。Ｃの拡散長Ｄｅｐは、以下の式によって表すことができる。
【００２２】
Ｄｅｐ＝２（Ｄｔ）1/2・・・式（１）
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）・・・式（２）
Ｄ：拡散定数、ｔ：保持時間（秒）、Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
このＣの拡散長Ｄｅｐは、ある時間、位置におけるＣ分布が以下の式により表されることから導かれる。
【００２３】
Ｃ（ｘ，ｔ）＝Ｃｐ−（Ｃｐ−Ｃ0）ｅｒｆ［ｘ／｛２（Ｄｔ）1/2｝］・・・式（３）
ｅｒｆ（ｕ）＝１−１／（１＋０．０７０５２ｕ＋０．０４２２８ｕ2＋０．００９２７ｕ3＋０．０００１５ｕ4＋０．０００２８ｕ5＋０．０００４３ｕ6）16・・・式（４）
ここで、Ｃｐの値は、Ｃが供給される位置（今回の場合、素地と炭化物の界面）でのＣ濃度の値であり、Ｃ0は焼入前の素地のベースＣ量で、ほぼ０％である。この式から分かるように、Ｃの拡散長Ｄｅｐは、Ｃｐが一定の場合にＣ（ｘ，ｔ）がＣ1｛１−ｅｒｆ（１）｝＝０．１５７３Ｃ1になる距離を示したものである。
【００２４】
しかし、このＣの拡散長Ｄｅｐは、Ｃが供給される位置（素地と炭化物の界面）でのＣ濃度の値（Ｃｐの値）が一定であるという仮定の下に導かれたものであるので、Ｃｐの値が変化する場合には補正が必要になる。通常、Ｃが供給される位置（素地と炭化物の界面）でのＣ濃度の値（Ｃｐの値）は、Ｃの固溶度になるので、温度が変化するにつれて変化する。したがって、焼入制御側の温度が刻一刻と変化するときには、式（１）の計算式を補正する必要がある。これに対し、Ｃ（炭素）の拡散長Ｄｅｐを求める上記式（５）は、補正係数Ａを用いることにより、任意の温度におけるＣの固溶度Ｃ2を考慮しており、温度変化によるＣ濃度の変化に対応している。このため、焼入制御側の温度が刻一刻と変化する場合においてもＣの拡散長Ｄｅｐをより正確に求めることができる。Ｃの拡散長Ｄｅｐをより正確に求めることができるので、より適切な焼入時期で焼入を開始することができ、それにより製品の品質を安定化させることができる。
【００２５】
上記の一の局面における高周波熱処理方法において好ましくは、焼入制御工程の焼入時期調節工程において、焼入時期を決定するための炭素の固溶状態を以下の計算式により求める。
【００２６】
∂Ｃ／（∂ｔ）＝Ｄ∂2Ｃ／（∂ｘ2）・・・式（６）
Ｄ：拡散定数、Ｃ：炭素濃度（質量％）、ｔ：時間（秒）、ｘ：距離
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
これにより、被処理物中の炭化物からＣ（炭素）の拡散を近似的に求めることができ、Ｃの固溶量を正確に推測することができる。このため、このＣの固溶量の条件が満たされた後に焼入を行なうことが可能となる。また、上記式（６）における計算を焼入用測温側だけでなく温度制御用測温側でも行なうことにより、Ｃの固溶量から温度制御側（被処理物のサンプルの加熱される部位）の残留オーステナイト量を推測することも可能となる。
【００２７】
本発明の他の局面における高周波熱処理方法は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼戻をする高周波熱処理方法であって、データ取得工程と、記憶工程と、確認工程と、量産工程とを備えている。データ取得工程では、被処理物のサンプルが加熱され焼戻をされることによりプロセスデータが取得される。記憶工程では、データ取得工程において被処理物のサンプルを加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、被処理物のサンプルの温度推移データと、被処理物のサンプルの焼戻終了時期を特定する焼戻終了時期データとがプロセスデータとして記憶される。確認工程では、記憶工程で記憶された温度推移データに基づいて電源出力の推移データおよび焼戻終了時期データの妥当性が確認される。量産工程では記憶工程で記憶され、かつ確認工程で妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼戻終了時期データにしたがって被処理物の熱処理が行なわれる。
【００２８】
データ取得工程は、被処理物のサンプルの温度を調節する温度制御工程と、焼戻終了時期を調節する焼戻制御工程とを含んでいる。温度制御工程は、高周波加熱により被処理物のサンプルを加熱する加熱工程と、温度推移データに含まれる被処理物のサンプルの温度データを取得する温度制御用測温工程と、温度制御用測温工程において取得された温度データに基づき温度制御信号を電源に出力して電源出力を制御することにより被処理物のサンプルの加熱温度を調節する温度調節工程とを有している。焼戻制御工程は、温度推移データに含まれる被処理物のサンプルの温度データを取得する焼戻用測温工程と、焼戻用測温工程において取得された温度データに基づき加熱時間を調節して焼戻終了信号を出力する焼戻終了時期調節工程とを有している。
【００２９】
高周波焼戻においても、上述の高周波焼入の場合と同様に加熱は電力制御により行なわれるのが通常である。ここで、鋼製品の焼戻においては、焼入硬化された被処理物に所定の熱量を与えて軟化させることで靭性および寸法安定性の向上が図られる。したがって、焼入の場合と同様に電力制御では被処理物の加熱履歴が正確に把握できない点および加熱条件の決定に経験と手間を要する点が問題となる。
【００３０】
これに対し、本発明の他の局面における高周波熱処理方法では、データ取得工程として温度制御による熱処理が行なわれる。そのため、被処理物の加熱履歴を正確に把握することが可能であり、被処理物に必要な加熱履歴を与えて焼戻を行なうことができる。その結果、実際に熱処理を実施して得られた被処理物の硬さなどの品質の調査を行なう必要がなく、前述の高周波熱処理の問題点が解消される。
【００３１】
さらに、本発明の他の局面の高周波熱処理方法ではデータ取得工程として上記工程を行なった後、プロセスデータを記憶する記憶工程を設け、さらに記憶されたプロセスデータの妥当性を確認する確認工程を経た上で、妥当性が担保されたプロセスデータに基づいて量産工程の熱処理が行なわれる。これにより、焼入の場合と同様にプロセスデータへの外乱の影響が排除され、被処理物の品質が安定する。以上のように、本発明の他の局面における高周波熱処理方法によれば、温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。
【００３２】
上記他の局面における高周波熱処理方法において好ましくは、焼戻制御工程の焼戻終了時期調節工程において、焼戻終了時期を決定するための焼戻時間ｔを以下の計算式により求める。
【００３３】
ｔ＝〔ｌｎ｛（Ｍ０−Ｍｆ）／（Ｍ−Ｍｆ）｝×｛Ａｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）｝−Ｎ〕１／Ｎ・・・式（７）
（式中、ｔ：焼戻時間（秒）、Ｍ0：焼入硬度、Ｍf：生材硬度、Ｍ：焼戻硬度、Ａ：振動因子項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：焼戻温度（Ｋ）、Ｎ：時間指数）
これにより、焼戻において被処理物に必要かつ十分な熱量を与えることができ、製品の品質を安定させることができる。
【００３４】
本発明の一の局面における高周波熱処理設備は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼入硬化する上述の一の局面における高周波熱処理方法に使用される高周波熱処理設備であって、被処理物の温度を調節するための温度制御手段と、被処理物の焼入時期を調節するための焼入制御手段と、被処理物を加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、被処理物の温度推移データと、被処理物の焼入時期を特定する焼入時期データとをプロセスデータとして記憶する記憶手段とを備えている。
【００３５】
本発明の一の局面における高周波熱処理設備を用いることにより、温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。さらに、焼入制御手段において式（５）または式（６）による計算を使用することにより、さらに被処理物の品質を安定させることが可能となる。さらに、温度制御手段において式（６）による計算を使用することにより、Ｃの固溶量から温度制御側（被処理物のサンプルの加熱される部位）の残留オーステナイト量を推測することも可能となり、さらに被処理物の品質を安定させることができる。
【００３６】
上記の一の局面における高周波熱処理設備において好ましくは、温度制御手段は、高周波加熱により被処理物を加熱する加熱手段と、被処理物の加熱される部位の温度データを取得する温度制御用測温手段と、温度制御用測温手段に接続して温度制御用測温手段からの温度情報に基づき温度制御信号を前記加熱手段に出力する温度調節手段とを有している。焼入制御手段は、加熱手段により加熱される部位から離れた部位の温度を測定する焼入用測温手段と、焼入用測温手段に接続して焼入用測温手段からの温度情報に基づき加熱時間を調節して焼入開始信号を出力する焼入時期調節手段とを有している。これにより、一層熱処理の条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。
【００３７】
本発明の他の局面における高周波熱処理設備は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼戻をする上述の他の局面における高周波熱処理方法に使用される高周波熱処理設備であって、被処理物の温度を調節するための温度制御手段と、被処理物の焼戻終了時期を調節する焼戻制御手段と、被処理物を加熱するために高周波加熱用の電源から誘導コイルに出力された電源出力の推移データと、被処理物の温度推移データと、被処理物の焼戻終了時期を特定する焼戻終了時期データとをプロセスデータとして記憶する記憶手段とを備えている。
【００３８】
本発明の他の局面における高周波熱処理設備を用いることにより、温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。さらに、焼戻制御手段において式（７）による計算を使用することにより、さらに被処理物の品質を安定させることが可能となる。
【００３９】
上記の他の局面における高周波熱処理設備において好ましくは、温度制御手段は、高周波加熱により被処理物を加熱する加熱手段と、被処理物の温度データを取得する温度制御用測温手段と、温度制御用測温手段に接続して温度制御用測温手段からの温度情報に基づき温度制御信号を加熱手段に出力する温度調節手段とを有している。焼戻制御手段は、被処理物の温度データを取得する焼戻用測温手段と、焼戻用測温手段に接続して焼戻用測温手段からの温度情報に基づき加熱時間を調節して焼戻終了信号を出力する焼戻終了時期調節手段とを有している。これにより、一層熱処理の条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能となる。
【００４０】
本発明に従った高周波熱処理品は、上記一の局面または他の局面のいずれかの高周波熱処理方法で熱処理されて作製されている。本発明の高周波熱処理品によれば、熱処理の条件出しが容易であるため低価格化が可能であり、かつ安定した品質の高周波熱処理品を提供することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本発明の高周波熱処理方法および高周波熱処理設備によれば、温度制御が可能で、条件出しが容易で、かつ被処理物の品質を安定させることが可能な高周波熱処理方法および高周波熱処理設備を提供することができる。さらに、本発明の高周波熱処理品によれば低価格であり、かつ品質の安定した高周波熱処理品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（実施の形態１）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明の一実施の形態である実施の形態１における高周波熱処理設備の構成を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態１の高周波熱処理設備を説明する。
【００４３】
図１を参照して、本実施の形態１の高周波熱処理設備は、高周波加熱により軸受軌道輪などの被処理物（ワーク）１を加熱して焼入硬化する高周波熱処理設備であって、加熱される被処理物１の温度を調節するための温度制御手段と、被処理物１の焼入時期を調節するための焼入制御手段と、熱処理の際のプロセスデータを記憶する記憶手段８とを備えている。
【００４４】
温度制御手段は、典型的には、高周波加熱により被処理物１を加熱する誘導コイルなどの加熱手段２と、加熱手段２により加熱される部位１ａの温度を測定する温度計（温度制御用温度計）などの温度制御用測温手段３と、温度制御用測温手段３に接続して温度制御用測温手段３からの温度情報に基づき温度制御信号を加熱手段２に出力する温度調節手段４とを備える態様が好ましい。
【００４５】
焼入制御手段は、典型的には、加熱手段２により加熱される部位１ａから離れた部位１ｂの温度を測定する温度計（焼入制御用温度計）などの焼入用測温手段５と、焼入用測温手段５に接続して焼入用測温手段５からの温度情報に基づき熱処理時間を調節し、焼入液噴射手段７などに焼入開始信号を出力する焼入時期調節手段６とを備える態様が好ましい。
【００４６】
記憶手段８は、典型的には、温度調節手段４、焼入時期調節手段６および加熱手段２に接続してプロセスデータを記憶可能に構成されていることが好ましい。
【００４７】
本装置の特徴の１つは、加熱手段２により加熱される部位１ａの温度を測定する温度制御用測温手段３と、加熱手段２により加熱される部位１ａから離れた部位１ｂの温度を測定する焼入用測温手段５とを有することにある。高周波熱処理による温度制御をより正確にするため、温度制御用測温手段３は、磁束の進入量が最も多く、温度上昇が最も大きい位置を測温することが望ましい。
【００４８】
一方、高周波による加熱は、被処理物１の表層を加熱する部分加熱であるため、被処理物１内に温度分布が生じる。したがって、場所によって熱処理品質が変化する可能性があり、ずぶ焼入処理への適用では問題となる。特に肉厚の大きな被処理物１では、温度ムラが大きくなるので、この問題が発生しやすい。したがって、低温部分においても十分に熱処理を施し、所定の熱処理品質を満たすため、焼入用測温手段５は、磁束の進入量がより少なく、温度上昇が小さい部位、すなわち温度制御用測温手段３の測温部よりもできるだけ離れた部位を測温することが望ましい。
【００４９】
本実施の形態１の熱処理方法においては、温度制御用測温手段３と焼入用測温手段５との位置が前述の条件を満たしていれば、加熱コイルの形状及び電源の周波数は限定されない。また、焼入時期を決定するための焼入用測温手段５は、被処理物１内における温度ムラの影響を小さくし、複数の位置で熱処理品質を確保するという観点から、複数設置する態様が好ましい。焼入用測温手段５に用いる温度計の種類は、放射温度計以外でも装置のレイアウト上可能であるならば、接触式温度計でも有効である。
【００５０】
図２は実施の形態１に係る高周波熱処理の手順を示す図である。図２を参照して、上記熱処理設備を用いた実施の形態１に係る高周波熱処理の手順を説明する。
【００５１】
図２を参照して、実施の形態１に係る高周波熱処理方法は高周波加熱により被処理物を加熱して焼入硬化する高周波熱処理方法であって、まず被処理物のサンプルを加熱して焼入硬化することによりプロセスデータを取得するデータ取得工程が実施される。データ取得工程で取得されたプロセスデータは記憶工程において記憶される。さらに、記憶工程において記憶されたプロセスデータのうち、温度推移データを分析することで、外乱の影響の有無を判定し、記憶工程において記憶されたプロセスデータである電源出力の推移データおよび焼入時期データの妥当性が確認される確認工程が実施される。
【００５２】
ここで、外乱の影響があった場合、温度推移データに異常な値が記録されるため、記憶された温度推移データから外乱の有無は判断可能である。また、より正確な判断を行なうためには、同一の部位の温度を測定する接触式または非接触式の温度計を設け、双方のデータの整合性により外乱の有無を判断することもできる。具体的判断の手法としては、たとえば双方のデータから温度差が５％以上となった場合に外乱有りと判断することができる。また、外乱の判断は作業者が温度推移データを確認して行なうことができるが、自動化された他の手段により行なうこともできる。具体的にはたとえば記憶された温度推移データの温度推移の微分値が１０００℃／秒以上または−１０００℃／秒以下となった場合に外乱有りと判断する方法や、前述のように同一の部位の温度を測定する温度計を設け、両者のデータに５％以上の差が生じた場合に外乱有りと判断するような手段が挙げられる。
【００５３】
次に、妥当性が確認された電源出力の推移データに従って電源出力が出力され、かつ焼入時期データに従って焼入が行なわれる量産工程が実施される。
【００５４】
図３は実施の形態１に係る高周波熱処理の各工程におけるデータおよび指令の流れを示す図である。図３において、データ取得工程におけるデータの流れは実線矢印、記憶工程におけるデータの流れは破線矢印、判断工程におけるデータの流れは二重破線矢印、量産工程におけるデータの流れは二重実線矢印で表示されている。図３を参照して、実施の形態１に係る高周波熱処理の各工程におけるデータの流れを説明する。
【００５５】
データ取得工程においては、温度制御用測温手段３により測定された被処理物１のサンプルの温度データは温度調節手段４に送られる。温度調節手段４においては被処理物１の目標温度および取得した被処理物１のサンプルの温度データから必要な電源出力を判断し、加熱手段２の電源に電源出力を指令する。指令を受けた電源は加熱手段２の誘導コイルに電力を出力し、被処理物１のサンプルは目的の温度に加熱される。一方、焼入用測温手段５により測定された被処理物１のサンプルの温度データは焼入時期調節手段６に送られる。焼入時期調節手段６においては取得した被処理物１のサンプルの温度および加熱時間から焼入時期を判断し、焼入開始を焼入液噴射手段７などの冷却手段に指令する。これにより、被処理物１のサンプルは急冷され、焼入硬化される。このとき、このデータ取得工程は温度制御により実施されるため、被処理物１のサンプルの加熱履歴は明確である。そのため、温度データが正確である限り適切な熱処理が行なわれており、目的の品質を有する被処理物が得られている。その結果、被処理物の品質を確認しながら熱処理の条件出しが行なわれる必要がなく、条件出しが容易に行なわれる。
【００５６】
記憶工程においては、データ取得工程において温度調節手段４および焼入時期調節手段６が取得した温度データが温度推移データとして記憶手段８に記憶される。また、加熱手段２の電源が誘導コイルに出力した電源出力が電源出力の推移データとして記憶手段８に記憶される。さらに、焼入時期調節手段６が焼入液噴射手段７などの冷却手段に出力した焼入開始指令の時期が焼入時期データとして記憶手段８に記憶される。ここで、焼入時期はたとえば加熱開始からの時間として記憶される。
【００５７】
確認工程においては、たとえば温度制御用測温手段３および焼入用測温手段５と同一部位を測定可能な温度計がそれぞれ設けられ、当該部位が測温される。この測温データと、温度制御用測温手段３および焼入用測温手段５により測定され、記憶手段８に記憶された温度推移データとが比較されることにより、外乱の有無が判断される。
【００５８】
量産工程においては、記憶工程で記憶され、かつ確認工程で妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼入時期データに基づき、被処理物１が加熱されて焼入が行なわれる。このとき、この量産工程は外乱のおそれのある測温手段３、５からのリアルタイムの温度データに基づいて実施されるのではなく、妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼入時期データに基づいて電力制御により実施される。そのため、安定した品質の高周波熱処理品が得られる。
【００５９】
なお、温度調節手段４、記憶手段８および焼入時期調節手段６はそれぞれの機能を果たす装置をそれぞれ設けることもできるが、一台のパソコンなどの制御装置で兼ねることもできる。また、各工程はたとえば制御装置としてパソコンを用い、各工程に対応した単数または複数のプログラムを使用することにより実施することができる。
【００６０】
次に、上記の高周波熱処理設備を用いた本実施の形態１の高周波熱処理方法について、ＳＵＪ２製ＪＩＳ６２０６型番（ＪＩＳ：Japanese Industrial Standard）の外輪を被処理物１として例示して具体的に説明する。
【００６１】
ここでは、ＳＵＪ２材の規格値として、強度の観点から１８０℃で焼戻した場合の焼戻硬度がＨＲＣ５８以上（ＨＶ６５３以上）であり、寸法安定性の観点から残留オーステナイト量が１２体積％以下であると設定する。
【００６２】
図４はこの規格を満たすために必要な焼入温度と保持時間との関係を示したＳＵＪ２材のＴＴＡ（Time Temperature Austinitization）線図である。図４において横軸は焼入温度（℃）、縦軸は保持時間（秒）を示している。また、領域Ａは硬度規格を満足しない範囲であり、領域Ｂは残留オーステナイト量が規格を満足しない範囲であり、領域Ｃはいずれの熱処理品質規格をも満足する範囲である。
【００６３】
図４から明らかなように、硬度は焼入温度と保持時間とが大きくなるにつれて規格を満たしやすくなる。これに対して、オーステナイト量は焼入温度と保持時間とが大きくなるにつれて規格を満たさなくなる。熱処理品質規格（硬度規格および残留オーステナイト量の規格）を満たすためには、比較的低温で長時間の条件設定の方が熱処理品質を制御しやすい。たとえば、１０５０℃の比較的高温での処理では、熱処理品質規格を確保するための保持時間は１５秒以上であるが、１７秒以上保持してしまうと規格を満たすことができない。それに対し、９５０℃の処理では、熱処理品質を確保するための保持時間は２０秒以上であり、６０秒までは規格を満たすことができる。高周波熱処理の短時間処理という利点を生かすためには、できるだけ高温、短時間での処理が望ましい。
【００６４】
温度制御用測温手段３の測温位置における温度推移は、熱処理時間の低減と制御の容易さとの兼ね合いから決定することができる。材料の種類に応じた熱処理品質に対する焼入温度と保持時間との関係図（ＴＴＡ線図）を作成することができれば、その線図に応じて条件を決定すればいいので、本実施の形態１の高周波熱処理設備は材料の種類を問わず利用することができる。
【００６５】
熱処理条件が決まると、図１に示すように、熱処理条件をパソコンなどの温度調節手段４に入力する。温度調節手段４は、温度制御用測温手段３と、加熱手段２とに接続されており、温度制御用測温手段３からの温度情報に基づき、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御により温度制御信号を加熱手段２に出力し、温度制御用測温手段３の測温部１ａの温度推移を制御することができる。このとき同時に、焼入用測温手段５の測温データをパソコンなどの焼入時期調節手段６に取り込み、その温度推移から加熱が十分であるかどうかを判断し、焼入時期を調節する。焼入時期の判断は、焼入用測温手段５の測温部１ｂの温度推移がＴＴＡ線図上で規格内におさまったかどうかで行なう。なお、温度調節手段４と焼入時期調節手段６とを同一のパソコンで兼ねることもできる。
【００６６】
ＴＴＡ線図上で規格内におさまったかどうかという判断には、下記の式（１）および式（２）を用いることができるが、好ましくは焼入制御側の温度が刻一刻と変化することを考慮して式（１）を補正した式（５）および式（２）が用いられる。
【００６７】
Ｄｅｐ＝２（Ｄｔ）1/2・・・式（１）
Ｄｅｐ＝Ａ×２（Ｄｔ）1/2・・・式（５）
Ｄ：拡散定数、ｔ：保持時間（秒）、Ａ：補正係数
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）・・・式（２）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
ここで補正係数Ａの値は、以下の式（８）から得られる値である。
【００６８】
ｅｒｆ（Ａ）＝１−０．１５７３Ｃ1／Ｃ2・・・式（８）
Ｃ1：７２７℃のＣの固溶度（ＳＵＪ２の場合：０．５２）
Ｃ2：任意の温度におけるＣの固溶度
式（５）は、式（８）のＣ1の値が、Ｃ2になった場合のＣの拡散長Ｄｅｐを計算する式である。Ｃ2の値は任意の温度におけるＣの固溶度であり、これらの値は、実験的もしくは、熱力学平衡計算により、あらかじめ求めることができる。焼入は、式（５）中のＤｅｐの値がある値（Ｄ*ｅｐ）に達した時に行なうものとする。
【００６９】
焼入用測温手段５の測温部１ｂは、1箇所である必要は無い。焼入用測温手段５の測温部は、複数であるほうが複数の位置での熱処理品質を確保することができるので、品質管理という観点からは望ましい。
【００７０】
図５は補正Ｄｅｐの値を温度推移から積算する方法を説明するための焼入温度と保持時間との関係を示す説明図である。図５の上段左のグラフにおいては横軸を時間ｔ、縦軸を温度Ｔとして温度制御側および焼入制御側における温度推移が示されている。また、上段右の図は上段左のグラフの領域αの部分を拡大して示した図である。また、下段には補正Ｄｅｐの値を温度推移から積算するための計算式が示されている。
【００７１】
実際には、焼入時期を決定する測温部位（つまり焼入用測温手段５の測温部位）の温度推移は刻一刻と変化するので、Ｄｅｐの値は図５に示すように、Ｄｅｐ1→Ｄｅｐ2→・・・→Ｄｅｐnと積算する必要がある。被処理物（ワーク）１の昇温を開始すると、焼入制御側の昇温パターンは、磁束の進入が温度制御側より少ないので、温度制御側に比べて遅れて温度が上昇する。通常、温度が７２７℃を越えると、鉄のオーステナイト化が始まるが、昇温速度が速いと鉄の加熱変態温度は変化するので、拡散長を計算する温度は、昇温速度によって変化させなくてはならない。
【００７２】
昇温速度は、電源の能力、コイルと被処理物の形状などによって異なるので、装置と被処理物の種類によって適宜変更することが好ましい。焼入制御側の温度が加熱変態温度を越えたところから、図中の式によって拡散長Ｄｅｐを計算する。任意の時間におけるＤｅｐnがＤ*ｅｐを越えると、ただちに焼入を開始する。Ｄ*ｅｐの値は、所定の熱処理品質を維持できる範囲で、できるだけ小さな値である方が、熱処理時間低減という観点からは望ましい。しかし、品質安定という観点からは、ある程度安全をみた設定値とするのが望ましい。
【００７３】
このＤ*ｅｐの値に対する硬度と処理時間との変化を図６に示す。なお図６は、最高到達温度：９００℃、降温速度：０℃／秒、焼入後の焼戻条件：１８０℃×１２０分の条件で行なった場合の関係を示している。図６において、横軸はＤ*ｅｐの値（ｍｍ）、縦軸は硬度（ＨＶ）および処理時間（秒）を示している。また、図中の黒丸は硬度、白丸は処理時間を示している。
【００７４】
図６を参照して、処理時間は、Ｄ*ｅｐを大きく設定するほど、必要な拡散長が長くなるため増加することが分かる。また硬度は、Ｄ*ｅｐの値を大きく設定するほど、処理時間が増加するので、高くなっていくことが分かる。ただし、硬度は、加熱が長すぎると飽和する領域が存在し、Ｄ*ｅｐが約０．０１５ｍｍで最高硬さに達していた。したがって、Ｄ*ｅｐの値は０．０１５ｍｍ以下が望ましいと言える。
【００７５】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を説明する。実施の形態２における高周波熱処理方法、高周波熱処理設備および高周波熱処理品は基本的に上述した実施の形態１と同様の構成を有している。しかし、焼入時期の判断において焼入用測温手段５の測温部１ｂの温度推移がＴＴＡ線図上で規格内におさまったどうかの判断に下記の式（６）および式（２）を用いる点で異なっている。以下、ＴＴＡ線図上で規格内におさまったどうかの判断を式（６）および式（２）を用いて行なう方法について説明する。
【００７６】
∂Ｃ／（∂ｔ）＝Ｄ∂2Ｃ／（∂ｘ2）・・・式（６）
Ｄ：拡散定数、Ｃ：炭素濃度（質量％）、ｔ：時間（秒）、ｘ：距離
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）・・・式（２）
Ｄ0：拡散定数のエントロピー項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
式（６）を差分方程式で表すと、以下の式になる。
【００７７】
Ｃm,n+1＝ｒＣm+1,n＋（１−２ｒ）Ｃm,n＋ｒＣm-1,n・・・式（９）
ｒ＝Ｄ×Δｔ／（Δｘ）2・・・式（１０）
焼入時期は、式（９）をある境界条件で解き、材料中のＣの固溶状態が所定の条件を満たしているかどうかで決定する。境界条件は、１次元の２つの点（以後、「境界点」と呼ぶ）におけるＣ濃度をＣの固溶度とすることによって与える。これは、鋼中の２つの炭化物からのＣの拡散を近似的に求めるためのモデルである。
【００７８】
図７に材料中のＣの固溶状態の計算例を示す。図中（ａ）は温度推移を示しており、図中（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）の温度推移における各時間（０．４秒後、０．８秒後、１．２秒後）での、２つの境界点間の各位置におけるＣ分布（固溶Ｃ濃度（質量％）の分布）を示している。図７（ａ）において、横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）を示している。また、図７（ｂ）〜（ｄ）において、横軸は基準となる境界点からの距離（位置）（ｍｍ）、縦軸はＣ濃度（質量％）を示している。このＣの固溶状態の計算においては、２つの境界点間の距離（炭化物間距離）を０．０１２ｍｍとし、境界点におけるＣの値（Ｃ濃度（質量％）の値）をＳＵＪ２の固溶度曲線の値（熱力学平衡計算ソフトで計算）とした。この固溶度曲線の式（固溶度の式）は、実験的もしくは熱力学平衡計算によって、材料別にあらかじめ求めておくことができる。
【００７９】
図７（ｂ）〜（ｄ）から、固溶Ｃ濃度の分布は、時間が経過するにつれて変化していく様子が分かる。本実施の形態２の方法では、焼入開始は、固溶Ｃ濃度の分布の中央位置（２つの境界点間の距離（炭化物間距離）を０．０１２ｍｍとした場合には０．００６ｍｍの位置）におけるＣ濃度が所定のＣ濃度になったかどうかで判断する。またその中央位置における焼入開始のＣ濃度の設定値は、硬度と残留オーステナイト量との兼ね合いから、０．６〜０．８質量％に設定することが望ましい。また２つの境界点間の距離（炭化物間距離）は、被処理物の焼入前の組織や材料の違いによって適宜変更することが望ましい。
【００８０】
つまり本実施の形態２の焼入開始温度の決定はたとえば以下のように行なわれる。まず焼入制御側の温度を焼入用測温手段５により測定し（ステップＡ）、その測定された温度から境界部のＣ量を計算する（ステップＢ）。境界部のＣ量の値を式（９）の境界条件に与えて式（９）を計算する（ステップＣ）。以上の工程により、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示すような固溶Ｃ濃度の分布を計算することができる（ステップＤ）。得られた固溶Ｃ濃度の分布から、固溶Ｃ濃度の分布の中央位置におけるＣ濃度が所定のＣ濃度（たとえば０．６〜０．８質量％）になったかどうかの確認を行なう（ステップＥ）。もし中央位置におけるＣ濃度が所定のＣ濃度に達していたら焼入を開始し（ステップＦ）、達していなければ焼入は開始されずに加熱が継続されて再度ステップＡに戻る。
【００８１】
また上記ステップＣにおける式（９）の解き方は具体的には以下のとおりである。まず図７（ｂ）〜図７（ｄ）のＣ分布の両端におけるＣ濃度は、炭化物素地界面のＣ濃度である。したがって、この位置からある濃度（炭素の固溶限度）でＣが素地へ供給される。この条件を式（９）に与えるには、Ｃ0,nとＣM,n（図７（ｂ）〜図７（ｄ）中の０と０．０１２の位置）の値にある濃度（炭素の固溶限度）を代入する必要がある。
【００８２】
差分法と言われるこの計算方法は、たとえば図７（ｂ）〜図７（ｄ）のように空間の区切りを５点とると（境界点を入れると７点）、５個の連立方程式が得られるが、未知数は、Ｃ0,n、Ｃ1,n、Ｃ2,n、Ｃ3,n、Ｃ4,n、Ｃ5,n、Ｃ6,nの７つになる。このうちＣ0,nとＣ6,nとは炭化物素地界面の位置となるため、固溶度の式からＣ濃度の値を与えることができる。これにより、連立方程式は５個で、未知数が５個となるため、Ｃ1,n、Ｃ2,n、Ｃ3,n、Ｃ4,n、Ｃ5,nの値を求めることができる。
【００８３】
すなわち、式（９）を解くためには２点のＣ濃度の条件を与えないと解けないが、この２点のＣ濃度の条件を固溶度の式から与えることにより式（９）を解くことができるのである。
【００８４】
上記固溶Ｃ濃度の計算は、焼入制御側だけでなく、温度制御側でも行なう。これは、温度制御側のＣの固溶状態から、温度制御側の残留オーステナイト量を推測するためである。図８に本実施の形態２の方法で焼入したときの、温度制御側（図１の温度制御用測温手段３の測温部１ａ）と焼入制御側（図１の焼入用測温手段５の測温部１ｂ）との固溶Ｃ濃度の分布を示す。図８において、横軸は基準となる境界点からの距離（位置）（ｍｍ）、縦軸はＣ濃度（質量％）を示している。このデータは、焼入温度を９５０℃で一定とし、焼入温度までの昇温速度を３００℃／秒とし、炭化物間距離を０．０１２μｍとし、焼入条件をＣ濃度の中央位置での値を０．６質量％としたときのものである。図８から、固溶Ｃ濃度の値は、焼入制御側よりも温度制御側のほうが全体的に高くなっていることが分かる。これは、加熱手段２に近い温度制御側の被処理物１の温度が、焼入制御側よりも高くなるためである。
【００８５】
上述固溶Ｃ濃度の計算の開始温度は、焼入制御側および温度制御側ともに、昇温速度により決定する必要がある。以下、その決定方法について説明する。
【００８６】
通常、温度が７２７℃を越えると、鉄のオーステナイト化が始まるが、昇温速度が速いと鉄の加熱変態温度は変化するので、上記計算を開始する温度は、昇温速度によって変化させなくてはならない。図９に１質量％Ｃの鋼における昇温速度による加熱変態点の変化を示す。図９において、横軸は昇温速度（℃／秒）、縦軸は加熱変態点Ａｃ１（℃）を示している。図９から、昇温速度が変化すると、加熱変態点Ａｃ１は、７２７℃から９５０℃まで変化することが分かる。よって、被処理物１の組成における昇温速度の変化に対する加熱変態点Ａｃ１の変化を予め調べておき、被処理物１の加熱時における昇温速度から加熱変態点Ａｃ１を求めて、その加熱変態点Ａｃ１に基づいて上記固溶Ｃ濃度の計算開始温度を決定する。
【００８７】
図１０に、昇温速度を考慮した時の固溶Ｃ濃度の計算開始温度を決定する方法を模式的に示す。図１０において、横軸は時間、縦軸は温度を示している。図１０中には、温度制御側（図１の温度制御用測温手段３の測温部１ａ）の温度推移と焼入制御側（図１の焼入用測温手段５の測温部１ｂ）の温度推移と加熱変態点Ａｃ１とを示している。
【００８８】
加熱初期では、温度制御側での加熱を急速に行なうため、焼入制御側の昇温速度も速くなり、加熱変態点は高くなる。温度制御側の温度が所定の温度に近づくと、温度調節手段４により昇温速度が緩やかになるように加熱が制御されるため、焼入制御側の昇温速度も緩やかになり、加熱変態点Ａｃ１が低下していく。このため、時間が経過すると、加熱変態点Ａｃ１は、焼入制御側の温度推移と交わる。この交点がオーステナイト化の開始温度を示していることになるため、この交点の温度（つまりオーステナイト化の開始温度）から上記固溶Ｃ濃度の計算を開始する。
【００８９】
そして、焼入を開始してから、図７を用いて説明したように固溶Ｃ濃度の分布の中央位置におけるＣ濃度が所定のＣ濃度（たとえば０．６〜０．８質量％）を越えると、ただちに焼入を開始する。
【００９０】
（実施の形態３）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態３を説明する。図１１は本発明の一実施の形態である実施の形態３における高周波熱処理設備の構成を示す概略図である。図１１を参照して、実施の形態３の高周波熱処理設備を説明する。
【００９１】
図１１を参照して、本実施の形態３の高周波熱処理設備は、高周波加熱により軸受軌道輪などの被処理物（ワーク）１を加熱して焼戻をする高周波熱処理設備であって、加熱される被処理物１の温度を調節するための温度制御手段と、被処理物１の焼戻終了時期を調節するための焼戻制御手段と、熱処理の際のプロセスデータを記憶する記憶手段１８とを備えている。
【００９２】
温度制御手段は、典型的には、高周波加熱により被処理物１を加熱する誘導コイルなどの加熱手段１２と、加熱手段１２により加熱される被処理物の温度を測定する温度計（温度制御用温度計）などの温度制御用測温手段１３と、温度制御用測温手段１３に接続して測温手段からの温度情報に基づき温度制御信号を加熱手段１２に出力する温度調節手段１４とを備える態様が好ましい。
【００９３】
焼戻制御手段は、典型的には、加熱手段１２により加熱される被処理物１の温度を測定する温度計（焼戻制御用温度計）などの焼戻用測温手段１５と、焼戻用測温手段１５に接続して測温手段からの温度情報に基づき熱処理時間を調節し、冷却液噴射手段１７などの焼戻終了手段に焼戻終了信号を出力する焼戻終了時期調節手段１６とを備える態様が好ましい。
【００９４】
記憶手段１８は、典型的には、温度調節手段１４、焼戻終了時期調節手段１６および加熱手段１２に接続してプロセスデータを記憶可能に構成されていることが好ましい。
【００９５】
本実施の形態３の熱処理方法においては、温度制御用測温手段１３と焼戻用測温手段１５とが前述の条件を満たしていれば、加熱コイルの形状及び電源の周波数は限定されない。また、焼戻終了時期を決定するための焼戻用測温手段１５は、被処理物１内における温度ムラの影響を小さくし、複数の位置で熱処理品質を確保するという観点から、複数設置する態様が好ましい。焼戻用測温手段１５に用いる温度計の種類は、放射温度計以外でも、装置のレイアウト上、可能であるならば、接触式温度計でも有効である。
【００９６】
図１２は実施の形態３に係る高周波熱処理の手順を示す図である。図１２を参照して、上記熱処理設備を用いた実施の形態３に係る高周波熱処理の手順を説明する。
【００９７】
図１２を参照して、実施の形態３に係る高周波熱処理方法は高周波加熱により被処理物を加熱して焼戻をする高周波熱処理方法であって、まず被処理物のサンプルを加熱して焼戻をすることによりプロセスデータを取得するデータ取得工程が実施される。データ取得工程で取得されたプロセスデータは記憶工程において記憶される。さらに、記憶工程において記憶されたプロセスデータのうち、温度推移データを分析することで、外乱の影響の有無を判定し、記憶工程において記憶されたプロセスデータである電源出力の推移データおよび焼戻終了時期データの妥当性が確認される確認工程が実施される。
【００９８】
ここで、外乱の影響があった場合、温度推移データに異常な値が記録されるため、記憶された温度推移データから外乱の有無は判断可能である。また、より正確な判断を行なうためには、同一の部位の温度を測定する接触式または非接触式の温度計を設け、双方のデータの整合性により外乱の有無を判断することもできる。具体的判断の手法としては、たとえば双方のデータから温度差が５％以上となった場合に外乱有りと判断することができる。また、外乱の判断は作業者が温度推移データを確認して行なうことができるが、自動化された他の手段により行なうこともできる。具体的にはたとえば記憶された温度推移データの温度推移の微分値が１０００℃／秒以上または−１０００℃／秒以下となった場合に外乱有りと判断する方法や、前述のように同一の部位の温度を測定する温度計を設け、両者のデータに５％以上の差が生じた場合に外乱有りと判断するような手段が挙げられる。
【００９９】
次に、妥当性が確認された電源出力の推移データに従って電源出力が出力され、かつ焼戻終了時期データに従って焼戻が終了される量産工程が実施される。
【０１００】
図１３は実施の形態３に係る高周波熱処理の各工程におけるデータおよび指令の流れを示す図である。図１３において、データ取得工程におけるデータの流れは実線矢印、記憶工程におけるデータの流れは破線矢印、判断工程におけるデータの流れは二重破線矢印、量産工程におけるデータの流れは二重実線矢印で表示されている。図１３を参照して、実施の形態３に係る高周波熱処理の各工程におけるデータおよび指令の流れを説明する。
【０１０１】
データ取得工程においては、温度制御用測温手段１３により測定された被処理物１のサンプルの温度データは温度調節手段１４に送られる。温度調節手段１４においては被処理物１の目標温度および取得した被処理物１のサンプルの温度データから必要な電源出力を判断し、加熱手段１２の電源に電源出力を指令する。指令を受けた電源は加熱手段１２の誘導コイルに電力を出力し、被処理物１のサンプルは目的の温度に加熱される。一方、焼戻用測温手段１５により測定された被処理物１のサンプルの温度データは焼戻終了時期調節手段１６に送られる。焼戻終了時期調節手段１６においては取得した被処理物１のサンプルの温度および加熱時間から焼戻終了時期を判断し、焼戻終了を冷却液噴射手段１７などの焼戻終了手段に指令する。これにより、被処理物１のサンプルは冷却され、焼戻が終了される。このとき、このデータ取得工程は温度制御により実施されるため、被処理物１のサンプルの加熱履歴は明確である。そのため、温度データが正確である限り適切な熱処理が行なわれており、目的の品質を有する被処理物が得られている。その結果、被処理物の品質を確認しながら熱処理の条件出しが行なわれる必要がなく、条件出しが容易に行なわれる。
【０１０２】
記憶工程においては、データ取得工程において温度調節手段１４および焼戻終了時期調節手段１６が取得した温度データが温度推移データとして記憶手段１８に記憶される。また、加熱手段１２の電源が誘導コイルに出力した電源出力が電源出力の推移データとして記憶手段１８に記憶される。さらに、焼戻終了時期調節手段１６が冷却液噴射手段１７などの焼戻終了手段に出力した焼戻終了指令の時期が焼戻終了時期データとして記憶手段１８に記憶される。ここで、焼戻終了時期はたとえば加熱開始からの時間として記憶される。
【０１０３】
確認工程においては、たとえば温度制御用測温手段１３および焼戻用測温手段１５と同一部位を測定可能な温度計がそれぞれ設けられ、当該部位が測温される。この測温データと、温度制御用測温手段１３および焼戻用測温手段１５により測定され、記憶手段１８に記憶された温度推移データとが比較されることにより、外乱の有無が判断される。
【０１０４】
量産工程においては、記憶工程で記憶され、かつ確認工程で妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼戻終了時期データに基づき、被処理物１が加熱されて焼戻が行なわれる。このとき、この量産工程は外乱のおそれのある測温手段１３、１５からのリアルタイムの温度データに基づいて実施されるのではなく、妥当性が確認された電源出力の推移データおよび焼戻終了時期データに基づいて電力制御により実施される。そのため、安定した品質の高周波熱処理品が得られる。
【０１０５】
なお、温度調節手段１４、記憶手段１８および焼戻終了時期調節手段１６はそれぞれの機能を果たす装置をそれぞれ設けることもできるが、一台のパソコンなどの制御装置で兼ねることもできる。また、各工程はたとえば制御装置としてパソコンを用い、各工程に対応した単数または複数のプログラムを使用することにより実施することができる。
【０１０６】
本発明の高周波熱処理設備について、ＳＵＪ２製６２０６型番外輪を被処理物１として例示し、具体的に説明する。この被処理物１は、ＲＸ雰囲気炉にて８５０℃で焼入したものである。ここでは、ＳＵＪ２材の熱処理規格として、強度の観点から、焼戻硬度をＨＲＣ６２以下で、ＨＲＣ５８以上と設定する。
【０１０７】
材料強度、焼戻温度と焼戻時間との間には、特許文献１に示すように次の関係式が成立する。
【０１０８】
Ｘ＝１−ｅｘｐ｛−（ｋｔ）Ｎ｝
ｋ＝Ａｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｍ＝Ｍ０−（Ｍ０−Ｍｆ）Ｘ
式中、Ｘ：機械的性質の変化率、ｋ：反応速度係数、ｔ：焼戻時間（秒）、Ｎ：時間指数、Ａ：振動因子項、Ｑ：活性化エネルギー、Ｒ：気体定数、Ｔ：焼戻温度（Ｋ）、Ｍ：焼戻硬度、Ｍ０：焼入硬度、Ｍｆ：生材硬度を表す。
【０１０９】
したがって、これらの式から焼戻時間ｔについての次式を導くことができる。
【０１１０】
ｔ＝〔ｌｎ｛（Ｍ０−Ｍｆ）／（Ｍ−Ｍｆ）｝×｛Ａｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）｝−Ｎ〕１／Ｎ・・・式（７）
式（７）中の焼入硬度Ｍ０と生材硬度Ｍｆは実測できる。また、ＮとＡとＱは実験的に求めることができるから、焼戻温度Ｔの値を代入して式（７）により焼戻時間ｔを計算できる。本実施の形態３の焼戻時間調節手段は、式（７）に基づき焼戻時間ｔを調節するものである。式（７）は、被処理物の規格品質に対する熱処理温度とその保持時間との関係式であるから、被処理物１の種類を問わず有効に利用することができる。
【０１１１】
焼戻時間ｔを求める式（７）により、図１４に示すような焼戻温度Ｔと焼戻時間ｔとの関係を示す条件線図を作製することができる。図１４において、横軸は焼戻温度（℃）、縦軸は保持時間（秒）を示している。また、領域ＡはＨＲＣ６２以上の範囲であり、領域ＢはＨＲＣ５８以下の範囲であり、領域ＣがＨＲＣ５８〜６２の範囲である。焼戻条件は、図１４からおおよそ求めることができ、焼戻温度が高温になるほど短時間での焼戻が可能になる。このため、焼戻温度は高い方が、熱処理時間の低減という観点からは望ましい。しかし、温度ムラによる焼戻ムラが発生しやすくなると考えられるので、焼戻温度は、熱処理時間と焼戻ムラとの兼ね合いなどから決定する態様が好ましい。
【０１１２】
焼戻条件が決定すると、図１１に示すように、パソコンなどの温度調節手段１４に入力する。温度調節手段１４は、温度制御用測温手段１３と、加熱手段１２に接続されており、温度制御用測温手段１３からの温度情報に基づき、ＰＩＤ制御により温度制御信号を加熱手段１２に出力し、被処理物１の温度推移を制御する。このとき同時に、焼戻用測温手段１５の温度情報をパソコンなどの焼戻終了時期調節手段１６に取り込み、その温度推移から加熱が十分であるかどうかを判断し、焼戻終了時期を調節する。
【０１１３】
図１５は焼戻硬度の値を温度推移から積算する方法を説明するための焼戻温度と保持時間との関係を示す説明図である。図１５の上段左のグラフにおいては横軸を時間ｔ、縦軸を温度Ｔとして温度推移が示されている。また、上段右の図は上段左のグラフの領域βの部分を拡大して示した図である。また、下段には焼戻硬度Ｍの値を温度推移から積算するための計算式が示されている。
【０１１４】
焼戻用測温手段１５からの温度情報は刻一刻と変化するので、Ｍ（焼戻硬度）の値は図１５のように積算するのが望ましい。焼戻終了時には冷却液噴射手段１７により冷却する。なお、温度調節手段１４と焼戻終了時期調節手段１６とを同一のパソコンで兼ねることもできる。
【０１１５】
なお、本実施の形態３の熱処理設備は上述の実施の形態１および実施の形態２の熱処理設備と基本的に同様の構成を有している。したがって、たとえば制御装置としてパソコンを用い、目的の熱処理に対応したプログラムを使い分けることにより、高周波焼入装置と高周波焼戻装置を兼ねることができる。
【実施例１】
【０１１６】
以下、本発明の実施例１について説明する。図１に示す高周波熱処理設備を使用して、ＳＵＪ２製６２０６型番外輪を被処理物とし、本発明の高周波熱処理方法に係る高周波ずぶ焼入を行なった。
【０１１７】
まず、被処理物である６２０６型番外輪のサンプルを用いてデータ取得工程および記憶工程を実施した。次に確認工程において、記憶工程で記憶されたプロセスデータの妥当性を確認した上で、量産工程を実施した。
【０１１８】
図１６にデータ取得工程において温度制御側の加熱条件を９００℃一定とした場合に記憶工程において記憶された被処理物の温度推移データを示す。図１６において横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）である。温度制御側にやや遅れて焼入制御側の温度が上昇し、加熱開始後約５秒を過ぎると、温度制御側および焼入制御側ともに目的の９００℃に保持されていることが分かる。
【０１１９】
図１７に図１６に示した加熱を行なった際の電源出力の推移データを示す。図１７において、横軸は時間（秒）、縦軸は電源出力（％）である。データ取得工程は温度制御により実施されていることから、電源出力はそれに応じて変動していることが分かる。
【０１２０】
図１６の温度推移データに基づき、外乱の影響がないことを確認工程において確認したうえで、図１７の電源出力の推移データおよび記憶工程において記憶された焼入時期データ（加熱開始からの経過時間）に従って、量産工程を実施した。
【０１２１】
表１に得られた高周波焼入品（高周波焼入した６２０６型番外輪を大気炉にて１８０℃で焼戻したもの）の材質データを示す。材質データは同一焼入品内で複数箇所測定し、その平均値を算出したものである。また、表２は得られた高周波焼入品１０個の材質データのばらつきの範囲を示している。
【０１２２】
【表１】
2006265606.tif 000003
【０１２３】
【表２】
2006265606.tif 000004
【０１２４】
ＳＵＪ２の標準的な品質規格は、硬度がＨＲＣ５８以上、残留オーステナイト量が１２％以下である。従って、本実施例１で得られた高周波焼入品の材質は規格を満たしており、本実施例１の熱処理方法は品質上問題のないものであった。
【０１２５】
一方、硬度のばらつきはＨＲＣ１程度、残留オーステナイト量のばらつきは２％程度であった。このことから、本実施例１で得られた高周波焼入品の品質は安定していることが分かる。
【実施例２】
【０１２６】
以下、本発明の実施例２について説明する。図１１に示す高周波熱処理設備を使用して、ＳＵＪ２製６２０６型番外輪を被処理物とし、本発明の高周波熱処理方法に係る高周波焼戻を行なった。
【０１２７】
まず、被処理物である６２０６型番外輪のサンプルを用いてデータ取得工程および記憶工程を実施した。次に確認工程において、記憶工程で記憶されたプロセスデータの妥当性を確認した上で、量産工程を実施した。
【０１２８】
図１８にデータ取得工程において温度制御側の加熱条件を２７０℃一定とした場合に記憶工程において記憶された被処理物の温度推移データを示す。図１８において横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）である。焼戻硬度のねらい値はＨＲＣ６２である。また、図１９に図１８に示した加熱を行なった際の電源出力の推移データを示す。図１９において横軸は時間（秒）、縦軸は電源出力（％）である。データ取得工程は温度制御により実施されていることから、電源出力はそれに応じて変動していることが分かる。また、実施例１の焼入の場合よりも加熱の目標温度が低いため、出力は全体的に低くなっている。
【０１２９】
図１８の温度推移データに基づき、外乱の影響がないことを確認工程において確認したうえで、図１９の電源出力の推移データおよび記憶工程において記憶された焼戻終了時期データに従って、量産工程を実施した。
【０１３０】
表３に得られた高周波焼戻品（ＲＸ雰囲気炉においてＣｐ値０．７、加熱温度８５０℃、加熱時間６０分、油焼入の条件で焼入硬化した６２０６型番外輪を高周波焼戻したもの）の材質データを示す。材質データは同一焼戻品内で複数箇所測定し、その平均値を算出したものである。また、表４は得られた高周波焼戻品１０個の材質データのばらつきの範囲を示している。
【０１３１】
【表３】
2006265606.tif 000005
【０１３２】
【表４】
2006265606.tif 000006
【０１３３】
本実施例２で得られた高周波焼戻品の材質は前述のＳＵＪ２の標準的な品質規格を満たしており、本実施例２の熱処理方法は品質上問題のないものであった。一方、硬度のばらつきはＨＲＣ１程度、残留オーステナイト量のばらつきは３％程度であった。このことから、本実施例２で得られた高周波焼入品の品質は安定していることが分かる。
【０１３４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の高周波熱処理方法、高周波熱処理設備、高周波熱処理品は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼入硬化する高周波焼入方法、高周波焼入装置、高周波焼入品、および高周波加熱により被処理物を加熱して焼戻をする高周波焼戻方法、高周波焼戻装置、高周波焼戻品に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施の形態１における高周波熱処理設備の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係る高周波熱処理の手順を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る高周波熱処理の各工程におけるデータおよび指令の流れを示す図である。
【図４】焼入温度と保持時間との関係を示したＳＵＪ２材のＴＴＡ線図である。
【図５】補正Ｄｅｐの値を温度推移から積算する方法を説明するための焼入温度と保持時間との関係を示す説明図である。
【図６】Ｄ*ｅｐの値に対する硬度と処理時間との変化を示す図である。
【図７】材料中のＣの固溶状態の計算例を示す図である。
【図８】実施の形態２の方法で焼入したときの、温度制御側と焼入制御側との固溶Ｃ濃度の分布を示す図である。
【図９】１質量％Ｃの鋼における昇温速度による加熱変態点の変化を示す図である。
【図１０】昇温速度を考慮したときの固溶Ｃ濃度の計算開始温度を決定する方法を説明するための図である。
【図１１】実施の形態３における高周波熱処理設備の構成を示す概略図である。
【図１２】実施の形態３に係る高周波熱処理の手順を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係る高周波熱処理の各工程におけるデータおよび指令の流れを示す図である。
【図１４】焼戻温度と焼戻時間との関係を示す条件線図である。
【図１５】焼戻硬度の値を温度推移から積算する方法を説明するための焼戻温度と保持時間との関係を示す説明図である。
【図１６】データ取得工程において温度制御側の加熱条件を９００℃一定とした場合に記憶工程において記憶された被処理物の温度推移データである。
【図１７】図１６に示した加熱を行なった際の電源出力の推移データである。
【図１８】データ取得工程において温度制御側の加熱条件を２７０℃一定とした場合に記憶工程において記憶された被処理物の温度推移データである。
【図１９】図１８に示した加熱を行なった際の電源出力の推移データである。
【符号の説明】
【０１３７】
１  被処理物、１ａ  加熱手段により加熱される部位（測温部）、１ｂ  加熱手段により加熱される部位から離れた部位（測温部）、２  加熱手段、３  温度制御用測温手段、４  温度調節手段、５  焼入用測温手段、６  焼入時期調節手段、７  焼入液噴射手段、８  記憶手段、１２  加熱手段、１３  温度制御用測温手段、１４  温度調節手段、１５  焼戻用測温手段、１６  焼戻終了時期調節手段、１７  冷却液噴射手段、１８  記憶手段。
【図１】
2006265606.tif 000007
【図２】
2006265606.tif 000008
【図３】
2006265606.tif 000009
【図４】
2006265606.tif 000010
【図５】
2006265606.tif 000011
【図６】
2006265606.tif 000012
【図７】
2006265606.tif 000013
【図８】
2006265606.tif 000014
【図９】
2006265606.tif 000015
【図１０】
2006265606.tif 000016
【図１１】
2006265606.tif 000017
【図１２】
2006265606.tif 000018
【図１３】
2006265606.tif 000019
【図１４】
2006265606.tif 000020
【図１５】
2006265606.tif 000021
【図１６】
2006265606.tif 000022
【図１７】
2006265606.tif 000023
【図１８】
2006265606.tif 000024
【図１９】
2006265606.tif 000025