(57)【要約】【課題】良好な真円度を有する焼入れされた環状部材を低コストで提供する。【解決手段】金属材料からなる環状ワークの焼入れ方法であって、環状ワークを加熱し、環状ワークの温度を焼入れ温度に昇温させた後、当該焼入れ温度で環状ワークを保持する加熱工程、加熱工程における加熱開始後に環状ワークの半径寸法を取得し、取得された半径寸法に基づき、基準寸法を取得し、環状ワークを基準寸法より大きい大径部と基準寸法より小さい小径部とに少なくとも区分けするとともに、大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差を算出する解析工程、及び加熱工程後、解析工程で大径部と小径部とに少なくとも区分けされた環状ワークに冷却液を噴射する冷却工程と、を含み、冷却工程において、大径部の半径の最大値と小径部の半径の最小値との間の寸法差に基づき、大径部への冷却液の噴射開始時期及び小径部への冷却液の噴射開始時期を調節することを特徴とする環状ワークの焼入れ方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる環状ワークの焼入れ方法であって、
前記環状ワークを加熱し、前記環状ワークの温度を焼入れ温度に昇温させた後、当該焼入れ温度で前記環状ワークを保持する加熱工程、
前記加熱工程における加熱開始後に環状ワークの半径寸法を取得し、取得された前記半径寸法に基づき、基準寸法を取得し、前記環状ワークを少なくとも前記基準寸法より大きい大径部と前記基準寸法より小さい小径部とに区分けするとともに、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出する解析工程、及び
前記加熱工程後、前記解析工程で大径部と小径部とに少なくとも区分けされた環状ワークに冷却液を噴射する冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程において、前記大径部の半径の最大値と前記小径部の半径の最小値との間の寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節することを特徴とする環状ワークの焼入れ方法。
【請求項２】
前記冷却工程において、前記大径部への単位時間あたりの冷却液の噴射量と、前記小径部への単位時間あたりの冷却液の噴射量とが同じになるように、前記環状ワークに冷却液を噴射する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環状ワークの径方向の肉厚が１〜１０ｍｍである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記寸法差が０．１５ｍｍ未満である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０，１秒間経過するまでに前記大径部への冷却液の噴射を開始する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記寸法差が０．１５ｍｍ以上である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始する請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料からなる環状ワークの焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環状部材の一例である転がり軸受の軌道輪は、所望の機械的強度を有する必要がある。そのため、前記環状部材の製造に際し、環状ワークへの焼入れ等の熱処理が行なわれている。しかし、環状ワークへの焼入れは、得られる環状部材の真円度の悪化及び外径又は内径の寸法のバラツキを招くことがある。
【０００３】
環状部材の外径又は内径の寸法のバラツキを抑制する手法として、例えば、特許文献１には、環状ワークの外周面に当接して加熱時における当該環状ワークの径方向外側への過度の変形を規制する外周拘束具と、前記環状ワークの内周面に当接して加熱時における当該環状部材の径方向内側への過度の変形を規制する内周拘束具とを備えた焼入れ装置を用いて焼入れ処理を行なう手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６２３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の手法には、拘束具を別途用意する必要があるため、コストの増大を招くという欠点がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、良好な真円度を有し、寸法のバラツキの少ない焼入れ処理品としての環状部材を低コストで提供することができる環状ワークの焼入れ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一側面では、金属材料からなる環状ワークの焼入れ方法であって、
前記環状ワークを加熱し、前記環状ワークの温度を焼入れ温度に昇温させた後、当該焼入れ温度で前記環状ワークを保持する加熱工程、
前記加熱工程における加熱開始後に環状ワークの半径寸法を取得し、取得された前記半径寸法に基づき、基準寸法を取得し、前記環状ワークを、前記基準寸法より大きい大径部と前記基準寸法より小さい小径部とに少なくとも区分けするとともに、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出する解析工程、及び
前記加熱工程後、前記解析工程で大径部と小径部とに少なくとも区分けされた環状ワークに冷却液を噴射する冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程において、前記大径部の半径の最大値と前記小径部の半径の最小値との間の寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節することを特徴とする環状ワークの焼入れ方法に関する。
【０００８】
環状ワークを焼入れ温度に加熱した場合、ひずみが生じる。したがって、加熱されていない環状ワークの真円度と比べて、焼入れ処理品としての環状部材の真円度が著しく悪化することがある。また、焼入れ処理において、焼入れ温度に加熱された環状ワークを冷却する冷却工程では、環状ワークの径寸法は、温度の低下とともに変化する。このとき、環状ワークの径寸法の変化の仕方は、冷却条件によって異なる。したがって、得られる環状部材の寸法には、寸法のバラツキが生じやすい。
【０００９】
一方、本発明の環状ワークの焼入れ方法では、加熱工程における加熱開始後に環状ワークの半径寸法を取得し、取得された前記半径寸法から得られた基準寸法に基づき、環状ワークを区分けし、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出し、前記寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節するという一連の操作が採用されている。かかる操作が採用されているので、本発明の焼入れ方法によれば、冷却工程において、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差が解消され、かつ環状ワークを焼入れ温度に加熱した際に生じたひずみが解消されるように、環状ワークを変形させることができる。また、本発明の焼入れ方法では、前記操作が採用されているので、冷却工程において、拘束具を用いずに寸法のバラツキの発生を抑制することができる。その結果、良好な真円度を有し、寸法のバラツキの少ない焼入れ処理品としての環状部材を低コストで得ることができる。
【００１０】
前記冷却工程において、前記大径部への単位時間あたりの冷却液の噴射量と、前記小径部への単位時間あたりの冷却液の噴射量とが同じになるように、前記環状ワークに冷却液を噴射することが好ましい。この場合、大径部及び小径部それぞれへの単位時間あたりの冷却水の噴射量の調節が不要であるため、冷却工程における冷却条件の管理及び制御が容易であるからである。
【００１１】
前記環状ワークの肉厚は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。この場合、良好な真円度の焼入れ処理品（焼入れされた環状部材）を得ることができる。
【００１２】
肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５ｍｍ未満である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間経過するまでに前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。焼入れ温度に加熱された環状ワークの小径部への冷却開始時から０．１秒間経過するまでは、小径部の組織は、軟らかいオーステナイト組織である。前記小径部への冷却開始時からの経過時間が短時間である場合、マルテンサイト変態の影響が小さいため、相対的に熱収縮による変形量の影響が大きくなる。そのため、楕円変形の変形量は、全体として小さくなる。したがって、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。
【００１３】
肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５ｍｍ以上である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。焼入れ温度に加熱された環状ワークの小径部への冷却開始時から０．１〜５秒間経過時には、熱収縮による変形量の影響に加えてマルテンサイト変態による変形量の影響が大きくなる。前記小径部への冷却開始時からの経過時間が長いほどマルテンサイト変態による変形が起きるため、楕円変形の変形量は、前記寸法差が０．１５ｍｍ未満である場合の楕円変形の変形量と比べて大きくなる。なかでも、前記小径部への冷却開始時からの経過時間が１〜５秒間である場合、前記小径部の組織の８０％以上が硬いマルテンサイト組織であるため変形しにくい。すなわち、焼入れ温度に加熱された環状ワークの小径部への冷却液の噴射開始時から１〜５秒間経過時には、小径部の組織は、マルテンサイト変態後の高硬度及び高剛性のマルテンサイト組織である。小径部は、大径部に先行して冷却されることにより、大径部よりも先にマルテンサイト変態して膨張する。その後、さらなる温度低下に伴い、小径部は、収縮する。一方、小径部への冷却液の噴射開始時から１〜５秒間経過時に、大径部の冷却を開始すると大径部も小径部に遅れてマルテンサイト変態し、膨張を開始する。このとき、小径部は、既に不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織に変態している。不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織は、オーステナイト組織に比べて降伏点が高く、変形しにくいため、遅れて冷却された大径部の膨張は、小径部によって抑制される。そのため、大径部のマルテンサイト変態の際の膨張に伴う変形量は、先行してマルテンサイト変態に伴って膨張した小径部の変形量に比べて少なくなる。その結果、環状ワークを焼入れ温度に加熱した際に生じたひずみによる寸法差が、環状ワークを冷却した際には緩和される。この場合、楕円変形の変形量は、０．１５〜０．１７５ｍｍであり、冷却開始時期の差（１〜５秒間）に対して、変形量はおよそ一定の値を示す。したがって、金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５〜０．１７５ｍｍである場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが有効である。これにより、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。一方、前記小径部への冷却開始時からの経過時間が０．１秒間以上１秒間未満である場合、前記小径部の組織の２０％以上、８０％未満が硬いマルテンサイト組織であり、残部が軟らかいオーステナイト組織である。この場合、オーステナイト組織がある程度残っているため、１〜５秒間経過時の場合とは変形形態が異なる。この場合、楕円変形の変形量は、０．１７５ｍｍを超えており、比較的大きくなる。したがって、金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１７５ｍｍを超える場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間以上１秒間未満経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが有効である。これにより、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、良好な真円度を有し、寸法のバラツキの少ない焼入れされた環状部材を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は第１実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法の手順を示す工程図、（Ｂ）は（Ａ）に示される焼入れ方法で用いられる焼入れ装置の一例を示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る焼入れ方法の冷却工程で用いられる冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。
【図３】（Ａ）は第２実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法の手順を示す工程図、（Ｂ）は（Ａ）に示される焼入れ方法で用いられる焼入れ装置の一例を示す模式図である。
【図４】第２実施形態に係る焼入れ方法の冷却工程で用いられる冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。
【図５】参考例１において、小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差（冷却開始時期の差）と変形量との関係を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の環状ワークの焼入れ方法は、金属材料からなる環状ワークの焼入れ方法である。本発明の環状ワークの焼入れ方法は、前記環状ワークを加熱し、前記環状ワークの温度を焼入れ温度に昇温させた後、当該焼入れ温度で前記環状ワークを保持する加熱工程、
前記加熱工程における加熱開始後に環状ワークの半径寸法を取得し、取得された前記半径寸法に基づき、基準寸法を取得し、前記環状ワークを、前記基準寸法より大きい大径部と前記基準寸法より小さい小径部とに少なくとも区分けするとともに、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出する解析工程、及び
前記加熱工程後、前記解析工程で大径部と小径部とに少なくとも区分けされた環状ワークに冷却液を噴射する冷却工程と、
を含む。本実施形態に係る方法では、前記冷却工程において、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節する。
【００１７】
本発明の方法には、解析工程を行なうタイミングが互いに異なる２つの実施形態が含まれる。第１実施形態に係る方法では、加熱工程後に解析工程が行なわれる。一方、第２実施形態に係る方法では、環状ワークの表面温度が加熱時における当該環状ワークの変形が進行しなくなる所定温度に達するまで前記環状ワークを加熱する第１加熱工程後に、解析工程が行なわれる。また、第２実施形態に係る方法では、前記解析工程後、前記環状ワークの表面温度が焼入れ温度に達するまで前記環状ワークを加熱した後、当該焼入れ温度で前記環状ワークを保持する第２加熱工程が行なわれる。
【００１８】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法を、添付の図面を参照して説明する。図１（Ａ）は第１実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法を示す工程図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示される焼入れ方法で用いられる焼入れ装置の一例を示す模式図である。また、図２は、第１実施形態に係る焼入れ方法の冷却工程で用いられる冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。以下、環状ワークを、単に「ワーク」ともいう。
【００１９】
本実施形態に係る方法は、例えば、図１（Ｂ）に示される焼入れ装置１００を用いて行なうことができる。焼入れ装置１００は、誘導加熱ゾーン１０、外周解析ゾーン２０及び冷却ゾーン３０を備えている。
【００２０】
本実施形態に係る方法において、図１（Ａ）に示される加熱工程、解析工程及び冷却工程は、ワークＷ１に対して焼入れ処理を施す焼入れ工程である。
【００２１】
焼入れ対象となるワークＷ１は、金属材料からなる。金属材料としては、例えば、軸受用鋼等が挙げられるが、特に限定されない。また、金属材料としてはアルミニウム等の非鉄金属であってもよい。軸受用鋼としては、例えば、ＪＩＳ  ＳＵＪ２、ＪＩＳ  ＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼；ＳＡＥ５１２０、ＳＣｒ４２０等の浸炭鋼（肌焼鋼）等が挙げられるが、特に限定されない。
【００２２】
ワークＷ１は、例えば、金属材料から鍛造により環状素材を製造し、得られた環状素材を切削加工等で所定形状に加工すること（旋削工程）等によって製造することができる。
【００２３】
ワークＷ１の外径は、特に限定されない。本実施形態では、任意の外径を有するワークを焼入れ対象として用いることができる。ワークＷ１の径方向の肉厚は、加熱コイルによってワークＷ１全体を誘導加熱できる肉厚であればよい。また、ワークＷ１の肉厚の下限は、目的の環状部材に必要な厚さに依存する。本実施形態に係る方法においては、ワークＷ１として、例えば、１〜１０ｍｍの肉厚を有する環状ワークを用いることができる。なお、本明細書において、「ワークＷ１の径方向の肉厚」とは、ワークＷ１の肉厚が軸方向において均一な場合には、外径と内径との差の１／２の値をいい、ワークＷ１の肉厚が軸方向において均一でない場合には、内径と外径との差が最も大きくなる軸方向位置での外径と内径との差の１／２の値をいう。
【００２４】
本実施形態に係る方法では、まず、加熱工程が行なわれる。加熱工程では、旋削工程を経て作製されたワークＷ１を加熱し、ワークＷ１の温度を焼入れ温度に昇温させる。その後、前記焼入れ温度でワークＷ１を保持する。前記加熱工程では、まず、旋削工程を経て作製されたワークＷ１を焼入れ装置１００内にセットする。ワークＷ１は、図１（Ｂ）に示されるように、ターンテーブル１と加熱コイル１１とを備えた誘導加熱ゾーン１０に搬送される〔図１中、矢印（１）参照〕。搬送されたワークＷ１は、ターンテーブル１に載置され、加熱コイル１１の内周側にセットされる。その後、ターンテーブル１上のワークＷ１を回転させつつ、加熱コイル１１に電流を流すことにより、ワークＷ１を所定の焼入れ温度に誘導加熱する。これにより、ワークＷ１を均一に加熱することができ、ワークＷ１のオーステナイト化を均一に行なうことができる。
【００２５】
焼入れ温度は、ワークＷ１を構成する金属材料の種類、加熱方法等に応じて適宜決定することができる。例えば、ワークＷ１がＪＩＳ  ＳＵＪ２製のワークである場合、焼入れ温度は、通常、９００〜１０００℃である。
【００２６】
誘導加熱に際し、ワークＷ１の表面から内部までの全体を均一に加熱することができるように、出力、周波数、加熱時間等の条件を適宜調節すればよい。誘導加熱の際の周波数は、０．１〜５ｋＨｚが好ましい。誘導加熱によれば、ワークＷ１自体が迅速に加熱されるので、加熱に要する時間を短縮することができる。そのため、前記誘導加熱は、前記加熱工程のインライン化に適している。ワークＷ１の加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。
【００２７】
なお、ワークＷ１は、厚肉になればなるほど加熱コイルだけでは均一に加熱することが難しくなる。そのため、ワークＷ１の肉厚が１０ｍｍ以上である場合、ワークＷ１の径方向の内方側に非接触にセンターコアを配置して誘導加熱を行なってもよい。センターコアは、例えば、珪素鋼板等で形成される。センターコアの形状は、一例では、円柱形状である。
【００２８】
つぎに、解析工程を行なう。前記解析工程では、まず、ターンテーブル１上の加熱されたワークＷ１をレーザ変位センサ（ギャップセンサ）を備えた外周解析ゾーン２０に移動させる(図１中、矢印（２）参照)。外周解析ゾーン２０において、ワークＷ１の外周の周方向各位置における半径寸法を計測する。得られた半径寸法の計測結果から基準寸法を取得する。つぎに、ワークＷ１を前記基準寸法より大きい大径部と前記基準寸法より小さい小径部とに区分けする。つぎに、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出する。ここで、本明細書において、「外周の周方向各位置」とは、外周全体を構成する点のうちセンサの分解能等の制約によって計測できた点のそれぞれの位置を示す。
【００２９】
外周解析ゾーン２０には、ワークＷ１の外方側に位置するようにレーザ変位センサのセンサ素子２１が取り付けられている。外周解析ゾーン２０において、ターンテーブル１を回転させることにより、センサ素子２１の内側でワークＷ１を回転させる。これにより、ワークＷ１の外周の周方向各位置とセンサ素子２１との距離を計測することができる。前記距離を用いて半径寸法を求めることができる。
【００３０】
レーザ変位センサとして、公知のレーザ変位センサを用いることができる。レーザ変位センサとして、市販のレーザ変位センサを用いることもできる。レーザ変位センサにおけるレーザ光の色は、特に限定されないが、青色又は緑色が好ましい。加熱されたワークＷ１は赤色を呈するため、青色又は緑色のレーザ光を用いた場合、より正確にワークＷ１との距離を計測することができるからである。レーザ変位センサを用いた計測結果に基づき、ワークＷ１の半径寸法を取得する手法は、解析工程のインライン化に適している。
【００３１】
前記解析工程に要する時間は、後述の冷却工程において、マルテンサイト組織を確保して不完全焼入れ組織の発生を抑制する観点から、短ければ短いほど好ましい。したがって、ワークＷ１の計測時間は、概ね３秒間未満が好ましい。このような短時間での計測は、レーザ変位センサを用いることで達成することができる。計測時間を３秒間未満とすることにより、計測中のワークＷ１の表面温度の低下を３０℃以下に抑えることができる。
【００３２】
なお、前記解析工程において、ワークＷ１の外周の周方向各位置における当該ワークＷ１の半径を取得するための手法は、レーザ変位センサを用いた手法に限定されず、他の手法であってもよい。
【００３３】
前記解析工程において、ワークＷ１における大径部と小径部との区分け及び大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差の算出は、外周解析ゾーン２０の演算部２２で行なわれる。また、区分けの結果に関する情報及び寸法差に関する情報は、外周解析ゾーン２０の記憶部２３に記憶される。
【００３４】
ワークＷ１における大径部と小径部との区分けは、例えば、下記（Ａ）及び（Ｂ）の工程等を経て行なうことができる。
（Ａ）加熱されたワークＷ１の外周の周方向各位置を測定し、半径寸法を取得する工程
（Ｂ）得られた半径寸法に基づき、基準寸法を取得し、ワークＷ１を前記基準寸法より大きい大径部と前記基準寸法より小さい小径部とに区分けする工程。
【００３５】
工程（Ａ）では、具体的には、下記（Ａ−１）〜（Ａ−４）の処理を行なうことにより、ワークＷ１の半径寸法を把握する。
（Ａ−１）まず、加熱されたワークＷ１の仮想中心Ｃ０を決定する。仮想中心Ｃ０の決定方法は、特に限定されない。仮想中心Ｃ０は、任意の方法によって決定することができる。例えば、予め、ターンテーブル１に載置されたマスターワークの中心を仮想中心Ｃ０とすればよい。
（Ａ−２）つぎに、加熱されたワークＷ１の外周の周方向各位置を、レーザ変位センサを用いて測定する。これにより、仮想中心Ｃ０とワークＷ１の外周の周方向各位置との距離を取得する。
（Ａ−３）（Ａ−２）の処理で取得された距離を、仮想中心Ｃ０を原点としたＸＹ座標に変換する。
（Ａ−４）（Ａ−３）の処理で取得された座標データを最小二乗法で近似することにより、ワークＷ１の外周形状に近似した円（近似円）を算出する。また、算出された近似円の中心座標ＣからワークＷ１の外周の周方向各位置までの距離を算出する。算出された距離をワークＷ１の外周の周方向各位置における半径寸法とする。なお、工程（Ａ）で取得された情報は、記憶部２３に記憶される。工程（Ａ）で取得された情報としては、近似円の情報（中心座標Ｃ及び半径ｒの情報）及びワークＷ１の外周の周方向各位置における半径の情報が挙げられる。
【００３６】
つぎに、工程（Ｂ）を行なう。工程（Ｂ）では、具体的には、下記（Ｂ−１）〜（Ｂ−４）の処理を行なうことにより、ワークＷ１を大径部と小径部とに区分けする。
（Ｂ−１）まず、工程（Ａ）で取得された前記情報に基づき、中心座標Ｃを中心とする第１仮想円と第２仮想円とを求める。前記第１仮想円は、前記中心座標Ｃを中心とし、工程（Ａ）で取得されたワークＷ１の外周の周方向各位置における半径のうちの最大値を当該第１仮想円の半径とした円である。また、前記第２仮想円は、前記中心座標Ｃを中心とし、工程（Ａ）で取得されたワークＷ１の外周の周方向各位置における半径のうちの最小値を当該第２仮想円の半径とした円である。
【００３７】
（Ｂ−２）つぎに、前記第１仮想円の半径ａ及び前記第２仮想円の半径ｂとを用い、式（Ｉ）にしたがって、大径部及び小径部の区分けを行なうための基準寸法としての基準半径ｃを算出する。
基準半径ｃ（ｍｍ）＝（ａ＋ｂ）／２・・・（Ｉ）
【００３８】
（Ｂ−３）前記（Ｂ−１）及び前記（Ｂ−２）とは別に、平面視したワークＷ１を、前記第１仮想円（又は前記第２仮想円）の円周方向に中心角が均一になるように１６等分して、１６個の環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐに仮想的に分割する（図２参照）。つぎに、各環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐに含まれる外周の周方向各位置における半径の平均値を各環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐのそれぞれで算出する。
【００３９】
（Ｂ−４）その後、各環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐの周方向各位置における半径の平均値と、前記基準半径ｃとを比較する。前記平均値が前記基準半径ｃよりも大きい環状ワーク断片を大径部、前記平均値が前記基準半径ｃ以下の環状ワーク断片を小径部とする。
【００４０】
本明細書において、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差は、前記第１仮想円の半径ａと前記第２仮想円の半径ｂとの差である。なお、本明細書においては、前記寸法差を真円度ともいう。前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差は、前記第１仮想円の半径ａから前記第２仮想円の半径ｂを減じることによって算出される。
【００４１】
つぎに、冷却工程を行なう。前記冷却工程では、まず、ワークＷ１を冷却ゾーン３０に移動させる（図１中、矢印（３）参照）。その後、前記解析工程で大径部と小径部とに少なくとも区分けされたワークＷ１に冷却液を噴射する。このとき、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節する。
【００４２】
冷却ゾーン３０を構成する冷却装置は、図２に示されるように、複数（図２の例では１６個）の噴射ノズル３２（３２ａ〜３２ｐ）を備えている。これらの噴射ノズル３２ａ〜３２ｐは、ワークＷ１を配置した際に、ワークＷ１の外周囲に等間隔で位置するように配置されている。前記冷却工程では、これらの複数の噴射ノズル３２を用いて冷却液をワークＷ１の外方側から噴射してワークＷ１の冷却を行なう。なお、冷却ゾーン３０は、冷却液の噴射量を調節するための図示しない流量調整弁等を備えていてもよい。
【００４３】
この冷却工程では、前記解析工程で算出された大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差に基づき、ワークＷ１の小径部に対する冷却水の噴射開始時期及び大径部に対する冷却水の噴射開始時期を調節する。
【００４４】
前記加熱工程で加熱されたワークＷ１は、加熱前のワークＷ１が良好な真円度の形状を有していたとしても、前記加熱工程において変形し、真円度が悪化してしまうことがある。加熱工程後のワークＷ１の平面視形状は、略楕円形状、凸部を複数カ所（例えば、３カ所）有する様々な形状となり得る。前記加熱工程におけるワークＷ１の変形の仕方は、加熱条件が同一であっても一様ではない場合がある。また、前記加熱工程で変形したワークＷ１を均一に冷却すると、加熱時の変形状態を維持したまま冷却される。そのため、得られた焼入れ処理品は真円度に劣るものとなってしまう。
【００４５】
一方、本実施形態に係る方法では、前記解析工程で算出された前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差に基づき、ワークＷ１の小径部に対する冷却水の噴射開始時期及び大径部に対する冷却水の噴射開始時期を調節するという操作が採用されている。かかる操作が採用されているため、本実施形態に係る方法によれば、冷却工程において、環状ワークを焼入れ温度に加熱した際に生じたひずみが解消され、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差が解消されるように、環状ワークを変形させることができる。また、本実施形態に係る方法では、前記操作が採用されているので、冷却工程において、拘束具を用いずに寸法のバラツキを抑制することができる。その結果、良好な真円度を有し、寸法のバラツキの少ない焼入れ処理品（焼入れされた環状部材）を低コストで得ることができる。また、本実施形態に係る方法は、インライン化にも適している。
【００４６】
前記冷却水の噴射開始時期の調節は、例えば、金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークをワークＷ１として用いる場合、寸法差に基づき、以下のように設定することが好ましい。
【００４７】
金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５ｍｍ未満である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間経過するまでに前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。焼入れ温度に加熱された環状ワークの小径部への冷却開始時から０．０４秒間以上０．１秒間未満の経過時には、小径部の組織は、軟らかいオーステナイト組織である。前記小径部への冷却開始時からの経過時間が短時間である場合、マルテンサイト変態の影響が小さいため、相対的に熱収縮による変形量の影響が大きくなる。そのため、楕円変形の変形量は、全体として小さくなる。したがって、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。
【００４８】
金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５ｍｍ以上である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。焼入れ温度に加熱された環状ワークの小径部への冷却開始時から０．１〜５秒間経過時には、熱収縮による変形量の影響に加えてマルテンサイト変態による変形量の影響が大きくなる。前記小径部への冷却開始時からの経過時間が長いほどマルテンサイト変態による変形が起きるため、楕円変形の変形量は、前記寸法差が０．１５ｍｍ未満である場合の楕円変形の変形量と比べて大きくなる。前記小径部への冷却開始時からの経過時間が１〜５秒間である場合、前記小径部の組織の８０％以上が硬いマルテンサイト組織であるため変形しにくい。この場合、楕円変形の変形量は、０．１５〜０．１７５ｍｍである。したがって、金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１５〜０．１７５ｍｍである場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。これにより、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。一方、前記小径部への冷却開始時からの経過時間が０．１秒間以上１秒間未満である場合、前記小径部の組織の２０％以上〜８０％未満が硬いマルテンサイト組織であり、残部が軟らかいオーステナイト組織である。この場合、楕円変形の変形量は、０．１７５ｍｍを超える。したがって、金属材料が軸受用鋼であり、肉厚が１〜１０ｍｍである環状ワークにおいて、前記寸法差が０．１７５ｍｍを超える場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間以上１秒間未満経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することが好ましい。これにより、良好な真円度の焼入れ処理品を得ることができる。この場合、ワークＷ１の肉厚は、本方法による効果を十分に確保する観点から、通常、１〜１０ｍｍである。
【００４９】
前記冷却工程では、１６個の噴射ノズルを用いて冷却液をワークＷ１に噴射してワークＷ１の冷却を行なっているが、本実施形態において、前記冷却工程で使用する噴射ノズルの個数は特に限定されない。前記噴射ノズルの個数は、４個以上であることが好ましい。
【００５０】
前記冷却液は、ワークＷ１を冷却可能な液体であればよい。前記冷却液としては、例えば、水、油、水溶性ポリマー等が挙げられるが、特に限定されない。前記油としては、例えば、焼入油等が挙げられるが、特に限定されない。前記水溶性ポリマーとしては、例えば、ポリアルキレングリコール等が挙げられるが、特に限定されない。前記水溶性ポリマーは、水に溶解させた水溶液として用いることができる。この場合、水への水溶性ポリマーの配合量は、水溶性ポリマーの種類等に応じて適宜設定することができる。これらの冷却液は、単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
【００５１】
前記冷却工程は、前記加熱工程後、できるだけ早く開始することが好ましい。前記加熱工程後、ワークＷ１への冷却液の噴射によって冷却を開始するまでに時間がかかると、かかる冷却工程によりワークＷ１をマルテンサイト変態させることが困難になることがある。そのため、前記加熱工程後、ワークＷ１への冷却液の噴射を開始するまでの時間は、短いほど好ましい。したがって、前記解析工程後は、速やかに前記冷却工程を行なうことが好ましい。前記加熱工程終了時からワークＷ１への冷却液の噴射開始時までの時間は、好ましくは５秒間以下、より好ましくは３．５秒間以下、さらに好ましくは３．２秒間以下である。
【００５２】
また、前記加熱工程終了時から前記冷却工程を開始するまで（ワークＷ１への冷却液の噴射を開始するまで）の間におけるワークＷ１の表面温度の変化も小さいほど好ましい。
【００５３】
冷却液の噴射時間は、特に限定されない。前記冷却液の噴射時間は、ワークＷ１の温度、単位時間あたりの冷却液の噴射量（流量）等を考慮して適宜設定すればよい。前記冷却工程において、前記小径部への冷却液の噴射時間と前記大径部への冷却液の噴射時間とが同じであることが好ましい。前記小径部への冷却水の噴射時間及び前記大径部への冷却水の噴射時間を別々に調節することが不要となるため、前記冷却工程における冷却条件の管理及び制御が容易であるからである。
【００５４】
単位時間あたりの冷却液の噴射量（流量）は、特に限定されない。前記単位時間あたりの冷却液の噴射量（流量）は、ワークＷ１のサイズ、噴射ノズルの個数等に応じて適宜選択すればよい。前記冷却工程において、小径部への単位時間あたりの冷却水の噴射量と大径部への単位時間あたりの冷却水の噴射量とが同じであることが好ましい。前記小径部への単位時間あたりの冷却水の噴射量及び前記大径部への単位時間あたりの冷却水の噴射量を別々に調節することが不要となるため、前記冷却工程における冷却条件の管理及び制御が容易であるからである。
【００５５】
焼入れ工程後のワークＷ１には、通常、焼戻し処理が施される（図１中、矢印（４）参照）。
【００５６】
本実施形態に係る方法によれば、このような各工程を経て、ワークＷ１に焼入れ処理を施すことにより、不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織からなり、良好な真円度を有し、寸法バラツキの少ない焼入れ処理品としての環状部材を低コストで得ることができる。したがって、本実施形態に係る焼入れ方法によって得られる焼入れ処理品としての環状部材は、軸受軌道輪等に好適に使用することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法を、添付の図面を参照して説明する。図３（Ａ）は第２実施形態に係る環状ワークの焼入れ方法を示す工程図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示される焼入れ方法で用いられる焼入れ装置の一例を示す模式図である。また、図４は、第２実施形態に係る焼入れ方法の冷却工程で用いられる冷却装置の一部を模式的に示す平面図である。
【００５８】
本実施形態に係る方法は、例えば、図３（Ｂ）に示される焼入れ装置３００を用いて行なうことができる。焼入れ装置３００は、誘導加熱ゾーン２１０、外周解析ゾーン２２０及び冷却ゾーン２３０を備える。
【００５９】
本実施形態に係る方法で焼入れ対象となるワークＷ２を構成する金属材料、ワークＷ２の製造方法、ワークＷ２の外径及びワークＷ２の肉厚は、第１実施形態に係る方法で焼入れ対象として用いられるワークＷ１を構成する金属材料、ワークＷ１の製造方法、ワークＷ１の外径及びワークＷ１の肉厚と同様である。
【００６０】
本実施形態に係る方法において、図３（Ａ）に示される第１加熱工程、解析工程、第２加熱工程及び冷却工程は、ワークＷ２に対して焼入れ処理を施す焼入れ工程である。
【００６１】
本実施形態に係る方法では、まず、第１加熱工程が行なわれる。前記第１加熱工程では、旋削工程を経て作製されたワークＷ２を加熱し、ワークＷ２の温度を加熱時におけるワークＷ２の変形が進行しなくなる所定温度に昇温させる。前記第１加熱工程では、まず、旋削処理を経て作製されたワークＷ２を、図３（Ｂ）に示されるように、ターンテーブル２０１と加熱コイル２１１を備えた誘導加熱ゾーン２１０に搬送する（図３中、矢印（１）参照）。搬送されたワークＷ２は、ターンテーブル２０１に載置され、加熱コイル２１１の内周側にセットされる。その後、ターンテーブル２０１上のワークＷ２を回転させつつ、加熱コイル２１１に電流を流して、ワークＷ２を、前記所定温度に誘導加熱する。
【００６２】
誘導加熱に際し、ワークＷ２の表面から内部まで全体を均一に加熱することができるように、出力、周波数、加熱時間等の条件を適宜調節すればよい。誘導加熱の際の周波数は、０．１〜５ｋＨｚが好ましい。ワークＷ２の加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。
【００６３】
なお、ワークＷ２は、厚肉になればなるほど加熱コイルだけでは均一に加熱することが難しくなる。そのため、第１実施形態に係る方法と同様に、ワークＷ２の肉厚が１０ｍｍ以上である場合、ワークＷ２の径方向の内方側に非接触にセンターコアを配置して誘導加熱を行なってもよい。
【００６４】
前記第１加熱工程における前記所定温度は、焼入れ温度未満の温度である。前記第１加熱工程における前記所定温度は、好ましくは５００〜７００℃、より好ましくは５００〜６５０℃、さらに好ましくは６００〜６５０℃である。この範囲の温度にまで加熱されたワークＷ２は、残留応力等の影響が開放され，ランダムな変形の発生が完了している状態である。
【００６５】
つぎに、解析工程を行なう。前記解析工程では、まず、前記所定温度に加熱されたワークＷ２をレーザ変位センサ（ギャップセンサ）を備えた外周解析ゾーン２２０に移動させる（図３中、矢印（２）参照）。つぎに、外周解析ゾーン２２０において、ワークＷ２の外周の周方向各位置における半径寸法を計測する。得られた半径寸法の計測結果に基づいて、ワークＷ２を径方向のサイズの大きい大径部と、径方向のサイズが小さい小径部とに区分けする。つぎに、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差を算出する。前記解析工程において、ワークＷ２における大径部と小径部との区分け及び大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差の算出は、外周解析ゾーン２２０の演算部２２２で行なわれる。また、区分けの結果に関する情報及び寸法差に関する情報は、外周解析ゾーン２２０の記憶部２２３に記憶される。
【００６６】
解析工程後、第２加熱工程を行なう。第２加熱工程では、まず、解析工程後のワークＷ２を誘導加熱ゾーン２１０に搬送する（図３中、矢印（３）参照）。つぎに、誘導加熱ゾーン２１０において、ワークＷ２を所定の焼入れ温度まで誘導加熱する。前記第２加熱工程では、前記第１加熱工程と同様に、ターンテーブル２０１に載置され、加熱コイル２１１の内周側にセットされたワークＷ２を回転させつつ、加熱コイル２１１に電流を流して、当該ワークＷ２を誘導加熱する。このとき、誘導加熱の際の周波数は、０．１〜５ｋＨｚが好ましい。
【００６７】
前記第２加熱工程では、ワークＷ２を均一に加熱することができるため、ワークＷ２のオーステナイト化を均一に行なうことができる。
【００６８】
前記焼入れ温度は、ワークＷ２を構成する金属材料の種類、加熱方法等を考慮して適宜選択すればよい。また、ワークＷ２の加熱は、例えば、不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。
【００６９】
その後、冷却工程を行なう。前記冷却工程では、まず、焼入れ温度に加熱されたワークＷ２を冷却ゾーン２３０に移動させる（図３中、矢印（４）参照）。その後、前記解析工程で大径部と小径部とに区分けされたワークＷ２に冷却液を噴射する。このとき、第１実施形態に係る方法の冷却工程と同様に、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の寸法差に基づき、前記大径部への冷却液の噴射開始時期及び前記小径部への冷却液の噴射開始時期を調節する。
【００７０】
冷却ゾーン２３０は、ワークＷ２の外方側及び内方側のそれぞれからワークＷ２に冷却液を噴射するように構成されている。冷却ゾーン２３０を構成する冷却装置は、図４に示されるように、複数個（図４の例では１６個）の噴射ノズル２３２（２３２ａ〜２３２ｐ）と、複数個（図４の例では１６個）の噴射ノズル２３４（２３４ａ〜２３２ｐ）とを備えている。噴射ノズル２３２ａ〜２３２ｐは、ワークＷ２を配置した際に、ワークＷ２の外周囲に等間隔で位置するように配置されている。また、噴射ノズル２３４ａ〜２３２ｐは、ワークＷ２を配置した際に、ワークＷ２の内周囲に等間隔で位置するように配置されている。冷却ゾーン２３０では、各噴射ノズル２３２ａ〜２３２ｐ及び２３４ａ〜２３４ｐを介してワークＷ２に冷却液２３３が噴射される。なお、冷却ゾーン２３０は、冷却液の噴射量を調節するための図示しない流量調整弁等を備えていてもよい。
【００７１】
本実施形態に係る方法において、ワークＷ２の小径部への冷却水２３３の噴射開始時期及び大径部への冷却水２３３の噴射開始時期の調節は、第１実施形態に係る方法における小径部への冷却水の噴射開始時期及び大径部への冷却水の噴射開始時期の調節と同様の手法及び条件によって行なうことができる。
【００７２】
このような本実施形態に係る方法では、第１実施形態に係る方法と同様に、前記冷却工程において、環状ワークを焼入れ温度に加熱した際に生じたひずみが解消され、前記大径部の半径と前記小径部の半径との間の差が解消されるように、環状ワークを変形させることができる。また、本実施形態に係る方法においても、前記冷却工程において、拘束具を用いずに寸法のバラツキを抑制することができる。その結果、良好な真円度を有し、寸法のバラツキの少ない焼入れ処理品（焼入れされた環状部材）を低コストで得ることができる。また、本実施形態に係る焼入れ方法は、インライン化にも適している。
【００７３】
本実施形態に係る方法では、ワークＷ２を加熱時における当該環状ワークの変形が進行しなくなる所定温度に加熱する第１加熱工程と、ワークＷ２を焼入れ温度に加熱する第２加熱工程との間に、前記解析工程を行なう。また、本実施形態に係る方法では、前記第２加熱工程の後、冷却工程を行なっている。そのため、第１実施形態に係る方法とは異なり、ワークＷ２を焼入れ温度に加熱した後、直ちに冷却工程に移行することができる。また、前記冷却工程では、加熱されたワークＷ２の外方側からだけでなく、内方側からも冷却液を噴射することによって、ワークＷ２を冷却している。そのため、本実施形態では、加熱工程完了後、より短時間でワークＷ２を内部まで冷却することができる。したがって、本実施形態では、焼入れ対象となるワークが厚肉（肉厚が１０ｍｍを超え、１５ｍｍ以下）のワークであっても、内部まで充分に焼入れされ、良好な真円度を有する焼入れ処理品を得ることができる。勿論、本実施形態に係る方法は、薄肉のワークを処理対象とする焼入れ処理にも適している。
【００７４】
前記冷却工程では、ワークＷ２の外周側の１６個の噴射ノズルとワークＷ２の内周側の１６個の噴射ノズルとを用いて冷却液をワークＷ２に噴射してワークＷ２の冷却を行なっているが、本実施形態において、前記冷却工程で用いられる噴射ノズルの個数は特に限定されない。ワークＷ２の外周側の噴射ノズルの個数及びワークＷ２の内周側の噴射ノズルの個数は、ともに４個以上であることが好ましい。
【００７５】
また、本実施形態に係る方法に用いられる冷却液は、第１実施形態に係る方法に用いられる冷却液と同様である。本実施形態に係る方法において、冷却液の噴射時間及び単位時間あたりの冷却液の噴射量（流量）は、第１実施形態に係る方法における冷却液の噴射時間及び単位時間あたりの冷却液の噴射量（流量）と同様である。
【００７６】
本実施形態に係る方法における冷却工程は、第２加熱工程後、できるだけ早く開始することが好ましい。第２加熱工程後、ワークＷ２への冷却液の噴射によって冷却を開始するまでに時間がかかると、かかる冷却工程によりワークをマルテンサイト変態させることが困難になることがある。そのため、第２加熱工程後、ワークＷ１への冷却液の噴射を開始するまでの時間は、短いほど好ましい。したがって、前記解析工程後は、速やかに前記冷却工程を行うことが好ましい。加熱工程終了時からワークＷ１への冷却液の噴射開始時までの時間は、好ましくは５秒間以下、より好ましくは３．５秒間以下、さらに好ましくは３．２秒間以下である。
【００７７】
焼入れ工程後のワークＷ２には、通常、焼戻し処理が施される（図３中、矢印（５）参照）。
【００７８】
このような各工程を経て、ワークＷ２に焼入れ処理を施すことにより、不完全焼入れ組織のないマルテンサイト組織からなり、良好な真円度を有し、寸法バラツキの少ない焼入れ処理品としての環状部材を低コストで得ることができる。本実施形態に係る焼入れ方法によって焼入れされた環状部材は、軸受軌道輪等に好適に使用することができる。
【００７９】
［変形例］
第１実施形態及び第２実施形態に係る方法において、大径部と小径部とに区分けする手法は、特に限定されない。例えば、近似円の半径ｒを基準とし、この半径ｒと各環状ワーク断片の外周の周方向各位置における半径の平均値とを比較して、ワークを大径部と小径部とに区分けしてもよい。
【００８０】
また、第１実施形態及び第２実施形態に係る方法において、ワークを半径寸法に基づいて３種類以上の部位（例えば、大径部、中径部及び小径部の３種類の部位等）に区分けし、区分けされた各部位の半径間の寸法差に基づき、各部位への冷却液の噴射開始時期を調節してもよい。この場合、前記寸法差に基づき、例えば、小さい半径を有する部位ほど、より変形量が多くなるようにしてもよい。
【００８１】
第１実施形態及び第２実施形態に係る方法において、前記解析工程では、ワークの内周の周方向各位置を測定し、その測定結果に基づいてワークの内周形状を把握し、その後、前記内周形状に基づいて、ワークを大径部と小径部とに区分けしてもよい。この場合、ワークの大径部と小径部との区分けは、上述したワークの外周形状に基づいて行う手法とほぼ同様の手法にて行なえばよい。また、ワークの半径寸法の取得は、レーザ変位センサ以外に、例えば、サーモグラフィー等を用いて行なってもよい。
【００８２】
第１実施形態及び第２実施形態に係る方法において、ワークの加熱方法は、誘導加熱以外の方法、例えば、炉加熱等の公知の加熱方法であってもよい。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
（１）環状ワークの製造
高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ  ＳＵＪ２）からなる鋼材から環状素材を得た。得られた環状素材に切削加工を施して所定形状に加工して、環状ワーク（外径：１２５ｍｍ、肉厚：４ｍｍ）を得た。
【００８４】
（２）焼入れ処理前の環状ワークの真円度の算出
以下の操作を行なうことにより、実施例１（１）で得られた環状ワーク（焼入れ処理前の環状ワーク）の真円度を算出した。ターンテーブルに載置されたマスターワークの中心を仮想中心Ｃ０とした。つぎに、レーザ変位センサ（キーエンス社製）を用いて環状ワークの外周の周方向各位置を測定した。これにより、仮想中心Ｃ０と環状ワークの外周の周方向各位置との距離を取得した。つぎに、取得された距離を、仮想中心Ｃ０を原点としたＸＹ座標の座標データに変換した。得られた座標データを用い、最小二乗法によって環状ワークの外周形状に近似した円（近似円）を算出した。その後、近似円の中心Ｃの座標から環状ワークの外周の周方向各位置までの距離を算出した。得られた距離を、環状ワークの外周の周方向各位置における半径とした。
【００８５】
近似円の中心Ｃの座標、近似円の半径及び環状ワークの外周の周方向各位置における半径に基づき、近似円の中心Ｃを中心とする第１仮想円と第２仮想円とを求めた。なお、第１仮想円は、近似円の中心Ｃを中心とし、環状ワークの外周の周方向各位置における半径のうちの最大値を当該第１仮想円の半径（半径ａ）とした円である。また、第２仮想円は、近似円の中心Ｃを中心とし、環状ワークの外周の周方向各位置における半径のうちの最小値を当該第２仮想円の半径（半径ｂ）とした円である。第１仮想円の半径ａは大径部の半径、第２仮想円の半径ｂは小径部の半径に対応する。
【００８６】
第１仮想円の半径ａ及び第２仮想円の半径ｂを用い、式（ＩＩ）：
真円度（ｍｍ）＝ａ−ｂ                （ＩＩ）
にしたがって真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。
【００８７】
その結果、実施例１（２）で得られた焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．１４５ｍｍであった。
【００８８】
（３）焼入れ
以下に示されるように、加熱工程から冷却工程を行なうことにより、実施例１（１）で得られた環状ワークに焼入れ処理を施した。
【００８９】
（３−１）誘導加熱（加熱工程）
誘導加熱には、図１（ｂ）に示される焼入れ装置１００を用いた。焼入れ装置１００は、誘導加熱ゾーン１０、外周解析ゾーン２０及び冷却ゾーン３０を備えている。実施例１（１）で得られた環状ワークを焼入れ装置１００の誘導加熱ゾーン１０に導入した。つぎに、環状ワーク全体を周波数１ｋＨｚで、９００℃で２０秒間誘導加熱した。なお、誘導加熱時の温度は、熱電対によって測定された環状ワークの表面温度とした。肉眼観察下に、加熱工程後の環状ワークの平面視形状を調べた。その結果、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は、楕円形状であった。
【００９０】
実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。その結果、加熱工程後の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．１３０ｍｍであった。
【００９１】
（３−２）解析工程
実施例１（３−１）の加熱工程後の環状ワークを外周解析ゾーン２０に移動させた。つぎに、前記加熱工程後の環状ワークを大径部と小径部とに区分けした。
【００９２】
まず、外周解析ゾーン２０に配置された環状ワークの外周の周方向各位置を測定した。これにより、仮想中心Ｃ０と環状ワークの外周の周方向各位置との距離を取得した。取得された距離を用い、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、第１仮想円の半径ａと第２仮想円の半径ｂとを求めた。その後、第１仮想円の半径ａ及び第２仮想円の半径ｂに基づいて、前記式（Ｉ）にしたがって、大径部及び小径部の区分けを行なうための基準半径ｃを算出した。
【００９３】
また、前記加熱工程後の環状ワークを、第１仮想円の円周方向に中心角が均一になるように１６等分し、１６個の環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐに仮想的に分割した。つぎに、各環状ワーク断片Ｗ１ａ〜Ｗ１ｐのそれぞれにおいて、外周の周方向各位置における半径の平均値を算出した。
【００９４】
その後、得られた平均値と、前記基準半径ｃとを比較し、前記平均値が前記記基準半径ｃよりも大きい環状ワーク断片を大径部、前記平均値が前記基準半径ｃ以下の環状ワーク断片を小径部とした。これにより、１６個の環状ワーク断片のそれぞれを大径部及び小径部のいずれかに区分けした。なお、解析工程に要した時間は、３秒間であった。
【００９５】
（３−３）冷却工程
冷却工程は、焼入れ装置１００の冷却ゾーン３０で行なわれた。冷却ゾーン３０は、図２に示されるように、冷却液を噴射するための噴射ノズル３２（３２ａ〜３２ｐ）を備えた冷却装置を有する。噴射ノズル３２ａ〜３２ｐは、図２に示されるように、同一円周上に等間隔で配置されている。
【００９６】
解析された環状ワークを冷却ゾーン３０に移動させ、噴射ノズル３２の内側に当該環状ワークを配置した。つぎに、環状ワークの外周側に冷却液を噴射し、環状ワークを冷却した。これにより、焼入れされた環状ワークを得た。冷却液の噴射条件としては下記条件を採用した。
［冷却液の噴射条件］
（ａ）小径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。なお、本明細書において、冷却液の噴射角度は、環状ワークの外周面に対して噴射ノズル３２のノズル孔の中心軸と、当該環状ワークの外周面の法線とがなす角度である。
（ｂ）大径部
加熱工程終了時から４．０６秒間経過後（解析工程終了時から１．０６秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｃ）冷却開始のタイミング
小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差を０．０６秒間とした。
【００９７】
実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。その結果、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．０４０ｍｍであった。また、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は楕円形状である。
【００９８】
また、焼入れされた環状ワークの内部組織を電子顕微鏡によって調べた。その結果、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。
【００９９】
（実施例２）
冷却液の噴射条件を下記のように変更したことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、環状ワークに焼入れ処理を施した。
［冷却液の噴射条件］
（ａ）小径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｂ）大径部
加熱工程終了時から９．００秒間経過後（解析工程終了時から６．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｃ）冷却開始のタイミング
小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差を５．００秒間とした。
【０１００】
なお、焼入れ処理において、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れ処理前の環状ワーク、加熱工程後の環状ワーク及び焼入れされた環状ワークそれぞれの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。また、実施例１（３）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの平面視形状及び焼入れされた環状ワークの内部組織を調べた。
【０１０１】
その結果、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．１７５ｍｍ、加熱工程後の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．１６０ｍｍ、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．０３０ｍｍであった。また、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は楕円形状であり、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。
【０１０２】
（実施例３）
冷却液の噴射条件を下記のように変更したことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、環状ワークに焼入れ処理を施した。
［冷却液の噴射条件］
（ａ）小径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｂ）大径部
加熱工程終了時から４．２０秒間経過後（解析工程終了時から１．２０秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｃ）冷却開始のタイミング
小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差を０．２０秒間とした。
【０１０３】
なお、焼入れ処理において、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れ処理前の環状ワーク、加熱工程後の環状ワーク及び焼入れされた環状ワークそれぞれの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。また、実施例１（３）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの平面視形状及び焼入れされた環状ワークの内部組織を調べた。
【０１０４】
その結果、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．３００ｍｍ、加熱工程後の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．２７５ｍｍ、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．０６０ｍｍであった。また、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は楕円形状であり、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。
【０１０５】
（比較例１）
冷却液の噴射条件を下記のように変更したことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、環状ワークに焼入れ処理を施した。
［冷却液の噴射条件］
（ａ）小径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｂ）大径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｃ）冷却開始のタイミング
小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期とを同じ時期とした。
【０１０６】
なお、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れ処理前の環状ワーク及び焼入れされた環状ワークそれぞれの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。また、実施例１（３）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの平面視形状及び焼入れされた環状ワークの内部組織を調べた。
【０１０７】
その結果、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．３４０ｍｍ、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．４２５ｍｍであった。また、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は楕円形状であり、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。
【０１０８】
（比較例２）
冷却液の噴射条件を下記のように変更したことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、環状ワークに焼入れ処理を施した。
［冷却液の噴射条件］
（ａ）小径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）１．８Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｂ）大径部
加熱工程終了時から４．００秒間経過後（解析工程終了時から１．００秒間経過後）に冷却液の噴射を開始した。冷却液の噴射を、噴射ノズル１個につき噴射量（流量）２．０Ｌ／ｍｉｎで３０秒間行なった。冷却液の噴射角度は、０°とした。
（ｃ）冷却開始のタイミング
小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期とを同じ時期とした。
【０１０９】
なお、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れ処理前の環状ワーク及び焼入れされた環状ワークそれぞれの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。また、実施例１（３）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの平面視形状及び焼入れされた環状ワークの内部組織を調べた。
【０１１０】
その結果、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．３１０ｍｍ、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は０．０４０ｍｍであった。また、加熱工程後の環状ワークの平面視形状は楕円形状であり、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。しかし、比較例２の手法は、噴射量（流量）を制御することが必要であるため、実施例１及び２の手法と比べて、冷却速度の条件設定が困難であった。
【０１１１】
（比較例３）
（１）環状ワークの製造
実施例１（１）と同様の操作を行ない、環状ワーク（焼入れ処理前の環状ワーク）を得た。実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。その結果、焼入れ処理前の環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．３１５ｍｍであった。
【０１１２】
（２）焼入れ工程
以下に示されるように、加熱工程から冷却工程を行なうことにより、実施例１（１）で得られた環状ワークに焼入れ処理を施した。
【０１１３】
（２−１）加熱工程
実施例１（１）で得られた環状ワークを加熱炉に導入した。つぎに、加熱炉内の環状ワークを８３０℃で０．５時間加熱した。
【０１１４】
（２−２）冷却工程
加熱工程後の環状ワークを８０℃の冷却油に投入することにより、油冷を行なった。これにより、焼入れされた環状ワークを得た。
【０１１５】
実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）を算出した。その結果、焼入れされた環状ワークの真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．４００ｍｍであった。
【０１１６】
また、焼入れされた環状ワークの内部組織を電子顕微鏡によって調べた。その結果、焼入れされた環状ワークの内部組織は、不完全焼入れ組織のない完全マルテンサイト組織であった。
【０１１７】
（結果）
実施例１〜３及び比較例１〜３の手法のまとめを表１、実施例１〜２及び比較例１〜３の結果を表２に示す。
【０１１８】
【表１】
2018131642.tif 000003
【０１１９】
【表２】
2018131642.tif 000004
【０１２０】
表２に示されるように、実施例１において、加熱工程後の環状ワークにおける真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．１３０ｍｍであった。実施例１においては、この寸法差を有する加熱工程後の環状ワークに対して、小径部への冷却液の噴射開始時から１秒間経過時に、大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度（０．０４０ｍｍ）を有する焼入れ処理品（焼入れされた環状ワーク）が得られた。また、表２に示されるように、実施例２において、加熱工程後の環状ワークにおける真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．１６０ｍｍであった。実施例２においては、この寸法差を有する加熱工程後の環状ワークに対して、小径部への冷却液の噴射開始時から３秒間経過時に、大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度（０．０３０ｍｍ）を有する焼入れ処理品（焼入れされた環状ワーク）が得られた。さらに、表２に示されるように、実施例３において、加熱工程後の環状ワークにおける真円度（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）は、０．２７５ｍｍであった。実施例３においては、この寸法差を有する加熱工程後の環状ワークに対して、小径部への冷却液の噴射開始時から３秒間経過時に、大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度（０．０６０ｍｍ）を有する焼入れ処理品（焼入れされた環状ワーク）が得られた。
【０１２１】
一方、比較例１においては、大径部及び小径部に対して、同時に冷却液を噴射している。しかし、比較例１で得られた焼入れ処理品は、十分な真円度を有していなかった。また、比較例２の手法は、冷却液の噴射量（流量）を制御すること必要であるため、実施例１及び２の手法と比べて、冷却速度の制御が困難であった。さらに、比較例３においては、冷却工程に際し、加熱工程後の環状ワークの油冷を行なっている。しかし、比較例３で得られた焼入れ処理品は、十分な真円度を有していなかった。
【０１２２】
これらの結果から、実施例１〜３のように、焼入れ処理において、大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差に基づき、大径部への冷却液の噴射開始時期及び小径部への冷却液の噴射開始時期を調節するという簡便な操作を行なうことにより、良好な真円度を有する焼入れ処理品（焼入れされた環状ワーク）が得られることがわかる。
【０１２３】
（参考例１）
実施例１において、小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差を０．０４秒間、０．０６秒間、０．１０秒間、０．２０秒間、０．５０秒間、１．００秒間、１．５０秒間、３．００秒間又は５．００秒間に変更したことを除き、実施例１と同様の操作を行ない、環状ワーク（肉厚：４ｍｍ）に焼入れ処理を施した。
【０１２４】
なお、焼入れ処理において、実施例１（２）と同様の操作を行なうことにより、加熱工程後の環状ワークの第１仮想円の半径ａ及び第２仮想円の半径ｂを求めた。第１仮想円の半径ａ及び第２仮想円の半径ｂを用い、式（ＩＩａ）：
変形量（ｍｍ）＝ａ−ｂ          （ＩＩａ）
にしたがって、変形量（すなわち、「大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差」）を求めた。参考例１において、小径部への冷却水の噴射開始時期と大径部への冷却水の噴射開始時期との差（冷却開始時期の差）と変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）との関係を調べた結果を図５に示す。
【０１２５】
図５に示された結果から、冷却開始時期の差が０．１秒間未満である場合、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１５ｍｍ未満であることがわかる。この結果から、環状ワークのなかでも、好ましくは１〜１０ｍｍの肉厚を有する環状ワークの焼入れ処理において、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１５ｍｍ未満である場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間経過するまでに前記大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度の焼入れ処理品が得られることがわかる。
【０１２６】
また、図５に示された結果から、冷却開始時期の差が０．１〜５秒間である場合、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１５ｍｍ以上であることがわかる。より具体的には、冷却開始時期の差が１〜５秒間である場合、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１５〜０．１７５ｍｍであることがわかる。また、冷却開始時期の差が０．１秒間以上１秒間未満である場合、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１７５ｍｍを超えることがわかる。したがって、これらの結果から、環状ワークのなかでも、好ましくは１〜１０ｍｍの肉厚を有する環状ワークの焼入れ処理において、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１５〜０．１７５ｍｍである場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から１〜５秒間経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度の焼入れ処理品が得られることがわかる。また、環状ワークのなかでも、好ましくは１〜１０ｍｍの肉厚を有する環状ワークの焼入れ処理において、変形量（大径部の半径と小径部の半径との間の寸法差）が０．１７５ｍｍを超える場合、前記小径部への冷却液の噴射開始時から０．１秒間以上１秒間未満経過時に前記大径部への冷却液の噴射を開始することにより、良好な真円度の焼入れ処理品が得られることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
Ｗ１、Ｗ２：ワーク；１、２０１:ターンテーブル；１０、２１０: 誘導加熱ゾーン；１１、２１１:加熱コイル；２０、２２０：外周解析ゾーン；２１、２２１：センサ素子；２２、２２２：演算部；２３、２２３：記憶部；３０、２３０：冷却ゾーン；３２、２３２、２３４：噴射ノズル；３３、２３３：冷却液；１００、３００：焼入れ装置
【図１】
2018131642.tif 000005
【図２】
2018131642.tif 000006
【図３】
2018131642.tif 000007
【図４】
2018131642.tif 000008
【図５】
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