(57)【要約】【課題】非酸化性雰囲気でワークに高周波熱処理を施すに当たり、該熱処理を効率良くかつ低コストに、しかも精度良く実施可能とする。【解決手段】ワークＷの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱部２と、加熱されたワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却部３と、加熱部２による加熱処理および冷却部３による冷却処理のうち、少なくとも加熱処理が実施される密閉室４と、密閉室４の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換する置換装置１３とを備えた熱処理装置１において、密閉室４内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管５３を流通する冷却流体５４との熱交換により、非酸化性ガス雰囲気に置換後の密閉室４内の雰囲気温度を所定範囲内に調整する温度調整装置５０を設けた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱部と、該加熱部で加熱されたワークの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却部と、前記加熱部による加熱処理および前記冷却部による冷却処理のうち、少なくとも前記加熱処理が実施される密閉室と、該密閉室の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換する置換装置とを備えた熱処理装置において、
前記密閉室内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管を流通する冷却流体との熱交換により、前記非酸化性ガス雰囲気に置換後の前記密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内に調整する温度調整装置を設けたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記冷却配管の少なくとも一部を、前記密閉室の内部空間のうち前記加熱処理が実施される空間の上方領域に配置した請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
ワークとしての環状のワークの送り方向に沿って前記加熱部および前記冷却部が順に設けられ、
前記冷却部は、前記密閉室の出口側開口部を閉口する冷却液を貯留した冷却液貯留槽と、ワークが前記冷却液に浸漬されるのに伴ってワークの外周面又は内周面を拘束可能な拘束型とを備える請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記密閉室は、前記密閉室内に位置する前記加熱処理の完了位置および前記冷却処理の開始位置の二位置間に介在して横方向に延び、前記加熱部で加熱されたワークが前記冷却処理の開始位置に向けて搬送される通路を有する請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記冷却部は、ワークおよび前記拘束型を前記冷却液中でワークの軸線回りに回転させる回転機構と、前記冷却液を撹拌させる撹拌機構の少なくとも一方を備える請求項３又は４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱工程、および該加熱工程で加熱されたワークの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却工程のうち、少なくとも前記加熱工程を、室内雰囲気が酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換された密閉室内で実行するに際し、
前記密閉室内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管を流通する冷却流体との熱交換により、前記密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内に調整することを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
前記加熱工程では、ワークの全体を狙い温度に誘導加熱する請求項６に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、転がり軸受の軌道輪をはじめとする鋼製の機械部品の製造過程では、機械部品に所望の機械的強度や硬度を付与するために、熱処理としての焼入硬化処理が実施される。この熱処理は、機械部品の基材（ワーク）の要焼入領域を狙い温度に加熱する加熱処理が実施される加熱工程や、加熱されたワークの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却処理が実施される冷却工程などを含む。上記の狙い温度とは、通常、Ａ3変態点を超える温度であり、例えばＪＩＳ  Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼の一種であるＳＵＪ２製のワークの場合には９００℃超である。ワークサイズにもよるが、加熱工程は、ワークのみを直接加熱できるために高いエネルギー効率を達成できる、コンパクトな熱処理装置を実現できる、などの利点がある誘導加熱装置を用いて実施されるケースが増加しつつある。
【０００３】
上記の熱処理（高周波焼入）を酸素が存在する酸化性雰囲気下で実施すると、ワークの表面に酸化スケールが生成される。ワーク表面に生成された酸化スケールは、ワークの光輝性を奪って外観品質を低下させる他、コンタミの発生原因にもなり得るため、研磨、研削あるいはショットブラストなどの適宜の手段によって完全に除去するのが好ましい。しかしながら、酸化スケールを完全に除去するのは容易ではなく、特に、微小な穴や凹凸を有する複雑形状のワーク表面に酸化スケールが生成された場合、酸化スケールを完全に除去するには多大な手間を要する。
【０００４】
このため、高周波焼入の実施に伴う酸化スケールの生成が問題となる場合には、例えば下記の特許文献１，２に開示されているように、加熱処理および冷却処理のうち、少なくとも加熱処理を、実質的に酸素が存在しない非酸化性雰囲気で実施するのが一般的である。このような熱処理は無酸化高周波熱処理とも称され、室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性雰囲気に置換することができる密閉室内で加熱処理（および冷却処理）が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５９１１６号公報
【特許文献２】特開２００２−１０５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、軌道輪に対する要求特性上、軌道輪の基材に対する熱処理としては、ずぶ焼入れとも称される全体焼入れが選択されるのが一般的である。ワーク全体を高周波焼入れするには、ワーク全体が狙い温度に到達するまでワークを誘導加熱してから、ワークを上記の狙い温度で所定時間保持する必要があるが、このような加熱処理を非酸化性雰囲気で実施すると、密閉室内の雰囲気温度（密閉室内に充填された不活性ガス等の非酸化性ガスの温度）がワークの熱影響を受けて高まり易い。密閉室内の雰囲気温度（ガス温度）が高まった状態で後続のワークに対して加熱処理を実施すると、当該ワークの初期温度（加熱開始段階の温度）が高まってしまうため、先に加熱されたワークと同一の加熱条件を採用するとワークが過加熱される。ワークが過加熱されると、結晶粒度の粗大化、炭化物の固溶過多、残留オーステナイトの増加等により、ワークに所望の機械的強度等を付与することができなくなる。
【０００７】
また、密閉室内の雰囲気温度が高まった状態が継続されると、密閉室の気密性を保つための部品や密閉室内に配置される加熱装置等の構成部品の劣化速度が速まる。そのため、各種部品の交換頻度を上げる、各種部品に高価な耐熱品を使用する等、コストの嵩む対策を講じる必要もある。
【０００８】
密閉室内の雰囲気温度が高温になることに起因した上記の各種問題発生を防止するには、例えば、熱処理装置の１サイクル動作が完了する毎に密閉室内の非酸化性ガスを入れ替え、ワークの加熱開始段階における密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内に管理することが考えられる。しかしながら、この場合、ガス入れ替え時間が必要になることによるダウンタイムの増加、ガス使用量が増加することによるランニングコストの増大、といった別問題が生じる。
【０００９】
以上の実情に鑑み、本発明は、非酸化性雰囲気でワークに高周波熱処理を施すに当たり、該熱処理を効率良くかつ低コストに、しかも精度良く実施することのできる技術手段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】
【００１０】
上記の目的を達成するために創案された本発明は、ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱部と、加熱部で加熱されたワークの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却部と、加熱部による加熱処理および冷却部による冷却処理のうち、少なくとも加熱処理が実施される密閉室と、密閉室の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換する置換装置とを備えた熱処理装置において、密閉室内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管を流通する冷却流体との熱交換により、非酸化性ガス雰囲気に置換後の密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内に調整する温度調整装置を設けたことを特徴とする。なお、本発明でいう「非酸化性ガス雰囲気」とは、酸素が一切存在しない雰囲気のみならず、ワークの表面に酸化スケールが生成されない程度に酸素が僅かに存在する雰囲気（例えば、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下）も含む概念である。後述する本発明に係る熱処理方法においても同様である。
【００１１】
上記の構成によれば、熱処理装置の１サイクル動作毎に非酸化性ガスを入れ替える等の対策を講じることなく、また、密閉室内に充填された非酸化性ガスの特性変化を生じさせることなく、密閉室内に充填された非酸化性ガスの温度、ひいては非酸化性ガス雰囲気に置換された後の密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内（例えば、室温以上４０℃以下）に維持することができる。そのため、非酸化性ガス雰囲気でワークに高周波熱処理（高周波焼入）を施すにあたり、該熱処理を効率良くかつ低コストに、しかも精度良く実施することが可能となる。
【００１２】
密閉室の内部空間のうち、加熱処理が実施される空間の上方領域は、ワークを誘導加熱するのに伴って雰囲気温度（ガス温度）が特に上昇し易い領域である。そのため、冷却配管の少なくとも一部を、密閉室の内部空間のうち加熱処理が実施される空間の上方領域に配置しておけば、密閉室内の雰囲気温度を効率良く所定範囲内に維持することができる。
【００１３】
本発明は、例えば、ワークとしての環状のワークの送り方向に沿って加熱部および冷却部が順に設けられ、冷却部が、密閉室の出口側開口部を閉口する冷却液を貯留した冷却液貯留槽と、ワーク（環状のワーク）が冷却液に浸漬されるのに伴ってワークの外周面又は内周面を拘束可能な拘束型と備える熱処理装置、に好適に適用し得る。
【００１４】
上記の構成を有する熱処理装置によれば、加熱完了後の環状ワークはその外周面又は内周面が拘束型に拘束された状態で冷却・焼入れされるので、機械的強度のみならず、外周面又は内周面の形状精度（特に真円度）に優れた高品質の焼入完了品を安定的に得ることができる。また、加熱部および冷却部がワークの送り方向に沿って順に設けられるので、加熱処理および冷却処理を並行して実施することも可能となる。このため、複数のワークに対して効率良く熱処理を施すこともできる。
【００１５】
密閉室は、密閉室内に位置する加熱処理の完了位置および冷却処理の開始位置の二位置間に介在して横方向に延び、加熱処理の完了位置に位置したワークが冷却処理の開始位置に向けて搬送される通路をさらに有するものとすることができる。密閉室にこのような通路を設けておけば、通路内に冷却処理待ちのワークを配置することが可能となるので、冷却部の１サイクル動作完了後には、後続のワークに対する冷却処理をスムーズに実施することができる。
【００１６】
冷却部は、ワークおよび拘束型を冷却液中でワークの軸線回りに回転（一体回転）させる回転機構と、冷却液を撹拌させる撹拌機構の少なくとも一方を備えるものとすることができる。このようにすれば、ワーク全体を均一に冷却することが可能となるので、焼入れ完了後のワークの形状精度を高める上で有利となる。
【００１７】
本発明に係る熱処理装置は、例えば、転がり軸受の軌道輪のように、複雑形状を呈し、かつ全体焼入れが必要な環状のワークに高周波焼入を施すための熱処理装置として好適に用い得る。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明では、ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱工程、および加熱工程で加熱されたワークの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却工程のうち、少なくとも加熱工程を、室内雰囲気が酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換された密閉室内で実行するに際し、密閉室内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管を流通する冷却流体との熱交換により、密閉室内の雰囲気温度を所定範囲内に調整することを特徴とする熱処理方法を提供する。
【００１９】
このような熱処理方法によれば、前述した本発明に係る熱処理装置と同様の作用効果を享受することができる。
【００２０】
本発明に係る熱処理方法は、加熱工程でワークの全体を狙い温度に誘導加熱する場合、すなわちワークを全体焼入れする場合に好ましく適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上から、本発明によれば、非酸化性雰囲気でワークに高周波熱処理を施すに当たり、該熱処理を効率良くかつ低コストに、しかも精度良く実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す熱処理装置の概略正面図である。
【図３】熱処理装置の一部を模式的に示すブロック図である。
【図４】熱処理装置の部分概略断面図である。
【図５】加熱装置の斜視図である。
【図６】冷却部の概略断面図である。
【図７】冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。
【図８】加熱室の部分概略横断面図である。
【図９】熱処理装置の特徴的構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】他の実施形態に係る冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。
【図１１】（ａ）図および（ｂ）図は、他の実施形態に係る拘束型を用いた場合における冷却工程の実施状態を示す概略断面図である。
【図１２】他の実施形態に係る冷却部の部分概略断面図である。
【図１３】他の実施形態に係る加熱装置の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す概略斜視図であり、図２は、同熱処理装置の概略正面図である。図１および図２に示す熱処理装置１は、鋼材からなるワーク（環状のワーク）Ｗを横姿勢（ワークＷの一端面を下方に配置した平置き姿勢）のままで所定経路（図２中に示す二点鎖線を参照）に沿って送りながら、ワークＷに熱処理としての焼入硬化処理（高周波焼入）を施すように構成されたいわゆる連続式の熱処理装置１であって、ワークＷの送り方向に沿って、ワークＷの要焼入領域を狙い温度（Ａ3変態点を超える温度）に誘導加熱する加熱処理を実施する加熱部２と、加熱されたワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却処理を実施する冷却部３とが設けられている。さらに、この熱処理装置１は、加熱部２による加熱処理および冷却部３による冷却処理の実施に伴ってワークＷの表面に酸化スケールが生成されるのを可及的に防止するため、少なくともワークＷの加熱開始〜冷却・焼入完了までの間、ワークＷが基本的に酸素に接触しないように構成されている。なお、ワークＷとしては、ＪＩＳ  Ｇ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼の一種であるＳＵＪ２で作製された転がり軸受の外輪の基材を挙げることができる。この場合、上記の狙い温度は９００℃超であり、要焼入領域はワークＷの全域である。
【００２５】
図１および図２に示すように、熱処理装置１は、熱処理装置１の運転中における室内雰囲気が非酸化性ガス雰囲気に保たれる密閉室４を有する。この密閉室４は、ワークＷの送り方向に沿って順に配置された加熱室５、通路室７および焼入れ準備室６からなる。詳細は後述するが、加熱室５の内部空間において加熱処理が実施され、焼入れ準備室６の内部空間および冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６中において冷却処理が実施される。加熱部２による加熱処理の完了位置Ｐ１と、冷却部３による冷却処理の開始位置Ｐ２とは略同一高さに位置しており、上記の二位置Ｐ１，Ｐ２は、加熱室５と焼入れ準備室６との間に介在して横方向に延びた通路室７の内部空間（通路Ｃ）の両側に位置している。係る構成から、加熱室５の内部空間（第１空間Ａ）と焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）とは相互に分離して設けられ、両空間Ａ，Ｂは通路Ｃを介して接続される。
【００２６】
図３に模式的に示すように、熱処理装置１は、密閉室４の室内雰囲気を大気雰囲気（酸化性雰囲気）から非酸化性ガス雰囲気に置換するための置換装置１３を備える。置換装置１３は、密閉室４の内部空間に存在する空気を脱気するための脱気装置１４と、密閉室４の内部空間に非酸化性ガス（不活性ガスあるいは還元性ガス）を供給するためのガス供給装置１５とを備え、密閉室４の内部空間には、脱気装置１４から延びた脱気管１６の一端、およびガス供給装置１５から延びたガス供給管１７の一端がそれぞれ開口している。図示例では、脱気管１６およびガス供給管１７の一端を加熱室５の内部空間に開口させているが、脱気管１６およびガス供給管１７の何れか一方又は双方は、焼入れ準備室６の内部空間、または通路室７の内部空間に開口させても良い。
【００２７】
図４および図６に示すように、密閉室４は、加熱室５の内部空間へのワークＷの投入口となる入口側開口部４ａと、焼入れ準備室６の底壁に設けられた出口側開口部４ｂとを有する。入口側開口部４ａは、図４に示す開閉手段（第２の開閉手段）１２によって開口又は閉口され、出口側開口部４ｂは、図６に示すように、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面によって常に閉口（大気と遮断）されている。
【００２８】
図４に示すように、加熱部２は、ワークＷの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱するの加熱装置２０を備える。本実施形態の加熱装置２０は、段積み状態で支持された複数のワークＷをその軸線方向（ここでは上方）に送りながら誘導加熱するように構成された、いわゆる連続式の加熱装置であって、複数のワークＷを段積み状態で支持可能な支持部材２１と、支持部材２１で支持されたワークＷの径方向外側に配置された加熱コイル２２と、支持部材２１の下方側に配置され、支持部材２１に対してワークＷ（後続のワークＷ）を供給するワーク供給手段２３とを備える。支持部材２１、加熱コイル２２およびワーク供給手段２３は、密閉室４（加熱室５）の内部空間に配置され、加熱コイル２２は、密閉室４外に配置された図示外の高周波電源と電気的に接続されている。
【００２９】
支持部材２１は、支持すべきワークＷの周方向に離間した複数箇所（例えば３箇所）に配設されている。各支持部材２１は、支持すべきワークＷの径方向に沿って進退移動可能に設けられており、ワーク供給手段２３によって下方側からワークＷが供給されるのに伴って支持すべきワークＷの径方向外側に移動してワークＷを受け入れ、ワークＷを受け入れた後には、支持すべきワークＷの径方向内側に移動してワークＷを支持する。
【００３０】
加熱コイル２２は、例えば、導電性金属からなる管状体を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイルからなり、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置されている。加熱コイル２２としては、段積み状態で支持された複数のワークＷを同時に加熱することができるように、ワークＷの軸方向寸法の数倍〜数十倍程度の全長（軸方向）寸法を有するものが使用される。ワーク供給手段２３は、例えば、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置された伸縮自在のシリンダロッド２３ａを有する動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ）で構成される。シリンダロッド２３ａの先端には、ワークＷを載置可能なフランジ部２３ｂが設けられている。
【００３１】
以上の構成を有する加熱装置２０を採用する場合、図４および図５に示すように、加熱室５の内部空間に投入されたワークＷは、ワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上に載置される。フランジ部２３ｂ上に載置されたワークＷは、ワーク供給手段２３のシリンダロッド２３ａが伸長動作することによって支持部材２１の上側に送られ、支持部材２１で支持される。以降、後続のワークＷが支持部材２１と支持部材２１で支持されたワークＷとの間に供給されるのに伴って、支持部材２１で支持されたワークＷに上向きの送り力が付与される。そして、ワークＷは、通電状態の加熱コイル２２の対向領域を上側に送られながら狙い温度に誘導加熱され、加熱コイル２２の上側に排出される。加熱コイル２２の上側に排出された加熱済のワークＷは、加熱部２による加熱処理の完了位置Ｐ１に位置する。加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワークＷは、通路室７の内部空間（通路Ｃ）を介して焼入れ準備室６の内部空間（冷却処理の開始位置Ｐ２）に搬送される。
【００３２】
図２および図４に示すように、熱処理装置１は、熱処理装置１の運転時にワークＷを加熱室５の内部空間に投入するにあたり、密閉室４の室内雰囲気を非酸化性ガス雰囲気に保つための置換室８を有する。そのため、図示は省略しているが、熱処理装置１は、置換室８の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換するための置換装置を備える。この置換装置は、密閉室４に接続された置換装置１３を兼用しても良いし、置換装置１３とは別のものを設置しても良い。
【００３３】
図４に示すように、置換室８には、その内部空間に熱処理対象のワークＷを投入するための開口部８ａが設けられており、この開口部８ａは、開閉手段（第１の開閉手段）１１によって開口又は閉口される。また、置換室８と加熱室５との間には開閉手段（第２の開閉手段）１２が設けられており、第２の開閉手段１２によって密閉室４の入口側開口部４ａが開口又は閉口される。両開閉手段１１，２は、例えば昇降式のシャッターで構成される。
【００３４】
置換室８の内部空間に投入されたワークＷは、図示外の移送手段によって加熱室５の内部空間に移送される。この移送手段としては、例えば、置換室８および加熱室５の底面に跨るように敷設された搬送コンベア、あるいは動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ）などを採用することができる。
【００３５】
図６に示す冷却部３は、加熱部２で狙い温度に加熱されたワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却処理が実施される部位であり、本実施形態の冷却部３は、ワークＷの外周面を拘束型３３で拘束した状態でワークＷを冷却・焼入れ可能に構成されている。図１、図２および図６に示すように、冷却部３は、主な構成として、プレス装置３０、拘束型３３、昇降テーブル３４および冷却液貯留漕３５を備える。
【００３６】
プレス装置３０は、焼入れ準備室６の内部空間（冷却処理の開始位置Ｐ２）に搬送されたワークＷを下方側に加圧する加圧部材３１と、加圧部材３１を昇降可能に保持した昇降ユニット３２（図２参照）とを備える。本実施形態では、加圧部材３１の下端に拘束型３３が取り付け固定されており、拘束型３３は加圧部材３１と一体的に昇降移動する。図１および図２に示すように、昇降ユニット３２は焼入れ準備室６の外側に配置されており、図６に示すように、加圧部材３１、拘束型３３、さらには下端に加圧部材３１を保持した軸部材の一部のみが焼入れ準備室６の内部空間に配置されている。加圧部材３１を保持した軸部材は、焼入れ準備室６の天井壁を貫通する貫通穴に挿通されており、この貫通穴（貫通穴の内壁面と軸部材の外径面との間の隙間）は図示外のシール材で封止されている。
【００３７】
図６に示すように、冷却液貯留漕３５は、焼入れ準備室６の下方に設置され、ワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れするための冷却液３６を貯留した上面開口の漕で構成される。冷却液３６としては、公知の焼入れ油、あるいは水溶性焼入れ液などを使用することができる。本実施形態の冷却液貯留槽３５の上面開口部は、密閉室４の壁部によって第１開口部３５ａと第２開口部３５ｂとに区分されている。密閉室４の出口側開口部４ｂは、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６のうち、第１開口部３５ａ内に存在する冷却液３６の液面で閉口されている。
【００３８】
図６に示すように、昇降テーブル３４は、加圧部材３１の直下に配設されて冷却液３６中で昇降する。昇降テーブル３４の上端面３４ａはワークＷを載置する載置面とされ、昇降テーブル３４が上昇限に位置したときには、昇降テーブル３４の上端面３４ａが冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面よりも上方に位置して、通路室７の内部空間を移送されてきたワークＷを受け取る。従って、本実施形態における「冷却処理の開始位置Ｐ２」とは、昇降テーブル３４によってワークＷが受け取られる位置である。
【００３９】
冷却液貯留槽３５の内部には、拘束型３３から離型された焼入れ済のワークＷを昇降テーブル３４から払い出すための図示外の払い出し手段と、払い出されたワークＷを受け取って冷却液貯留槽３５の外側に排出するための排出手段３７とが設けられている。この排出手段３７としては、例えば、上記の昇降テーブル３４とは別に設けられた昇降テーブルを採用することができる。このワーク排出用昇降テーブルは、冷却液貯留槽３５のうち、上記の第２開口部３５ｂの直下位置で昇降可能に設けられており、焼入れ済のワークＷを第２開口部３５ｂを介して冷却液貯留槽３５の外側に排出する。
【００４０】
熱処理装置１は主に以上の構成を有し、密閉室４の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換する雰囲気置換工程と、ワークＷに加熱処理を施す加熱工程と、ワークＷに冷却処理を施す冷却工程とを自動で実行する。以下、各工程の実施態様を説明する。
【００４１】
［雰囲気置換工程］
この工程では、主に熱処理装置１の運転開始時（熱処理装置１へのワークＷの投入前）に、加熱室５、焼入れ準備室６および通路室７からなる密閉室４の室内雰囲気を大気雰囲気（酸化性雰囲気）から非酸化性ガス雰囲気に置換する、雰囲気置換処理が実施される。この雰囲気置換処理は、密閉室４の入口側開口部４ａおよび出口側開口部４ｂを閉口した状態で図３に模式的に示す置換装置１３を作動させることにより行う。具体的には、例えば、密閉室４に接続された脱気装置１４を作動させて密閉室４の内部空間に存在する大気を脱気しつつ、密閉室４に接続されたガス供給装置１５を作動させて密閉室４の内部空間に不活性ガス（例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの希ガス、あるいは窒素ガス等）あるいは還元性ガス（例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化窒素ガス等）を供給する。これにより、密閉室４の室内雰囲気を迅速に非酸化性ガス雰囲気に置換することができる。
【００４２】
上記の雰囲気置換処理は、加熱工程および冷却工程の実施中、より具体的には、ワークＷが加熱室５の内部空間に投入された後、密閉室４の出口側開口部４ｂを閉口した冷却液３６に浸漬されるまでの間に、ワークＷの表面に酸化スケールが生成されない程度に密閉室４内の酸素濃度が低下するまで行えば良く、必ずしも密閉室４内の酸素濃度がゼロになるまで行う必要はない。ワークＷの表面に酸化スケールが生成されない程度の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下である。
【００４３】
［加熱工程］
以上のようにして、密閉室４の室内雰囲気を非酸化性ガス雰囲気に置換した後、図４に示すように、熱処理対象のワークＷを置換室８の内部空間に投入する。このとき、第２の開閉手段１２は閉状態に維持し、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口しておく。置換室８の内部空間にワークＷを投入した後、置換室８の入口側開口部８ａを閉口する。この状態で、置換室８に接続された置換装置を作動させることにより、置換室８の室内雰囲気を、大気雰囲気（酸化性雰囲気）から非酸化性ガス雰囲気に置換する。
【００４４】
置換室８の室内雰囲気が非酸化性ガス雰囲気に置換された後、置換室８の入口側開口部８ａを閉口したまま密閉室４の入口側開口部４ａを開口させ、ワークＷを加熱室５の内部空間に移送してワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上に載置する。ワークＷが加熱室５の内部空間に移送された後、第２の開閉手段１２を開状態から閉状態に移行させることにより密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する。以上の手順で加熱室５の内部空間にワークＷを投入することにより、密閉室４の室内雰囲気を非酸化性ガス雰囲気に維持したまま、密閉室４を構成する加熱室５の内部空間にワークＷを投入することができる。
【００４５】
ワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上に載置されたワークＷは、ワーク供給手段２３のシリンダロッド２３ａが伸長動作することによって支持部材２１の上側に送られ、支持部材２１で支持される。以降、後続のワークＷが、順次、以上で述べた手順（置換室８の内部空間に投入→置換室８の室内雰囲気を非酸化性ガス雰囲気に置換→置換室８の内部空間から加熱室５の内部空間に移送→ワーク供給手段２３の伸長動作）を踏んで支持部材２１と支持部材２１で支持されたワークＷとの間に供給されるのに伴って、支持部材２１で支持されたワークＷに上向きの送り力が付与される。このようして、ワークＷは、通電状態の加熱コイル２２の対向領域を上側に送られながら狙い温度に誘導加熱され、加熱コイル２２の上側に排出される。
【００４６】
なお、本実施形態では、各ワークＷの全体が狙い温度に誘導加熱されるように、すなわちワークＷを全体焼入れ（ずぶ焼入れ）することができるように、加熱コイル２２に供給される高周波電力量や、加熱装置２０に対するワークＷの供給間隔（ワークＷの送り速度）が調整される。
【００４７】
図４〜図６に示すように、加熱コイル２２の上側に排出され、加熱処理の完了位置Ｐ１に位置した加熱済のワークＷは、図示外の適宜の手段により、通路Ｃを介して冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送される。
【００４８】
［冷却工程］
この工程では、冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送された加熱済のワークＷに対し、該ワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却処理が施される。具体的には、図６に示すように、まず、プレス装置３０の昇降ユニット３２（図２参照）を駆動して加圧部材３１および拘束型３３を一体的に下降させ、冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送された（昇降テーブル３４の上端面３４ａに載置された）ワークＷの外周に拘束型３３を配置し、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にする。この状態において、ワークＷの外周面と拘束型３３の内周面のはめあいはすきまばめ（ＪＩＳ  Ｂ  ０４０１−１を参照）とされ、また、拘束型３３の下端面と昇降テーブル３４の上端面３４ａとは当接状態にある。
【００４９】
次いで、図７に示すように、加圧部材３１、拘束型３３、ワークＷおよび昇降テーブル３４を一体的に下降移動させて、これらを冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６に浸漬させる。冷却液３６に浸漬されたワークＷは、わずかに縮径変形した後、拡径変形するといった変形挙動を示すため、ワークＷは、その外周面が拘束型３３の内周面に拘束された状態で冷却・焼入れされる。これにより、ワークＷの冷却・焼入れに伴うワークＷ外周面の形状精度（特に外周面の真円度）の低下を効果的に防止することができる。
【００５０】
昇降テーブル３４が下降限に到達すると、拘束型３３からワークＷが離型される。ワークＷが離型された拘束型３３は、加圧部材３１とともに上昇移動して原点復帰する。一方、拘束型３３から離型されたワークＷは、図６中に白抜き矢印で示すように、冷却液貯留槽３５の内部に設けられた図示外の払い出し手段によって昇降テーブル３４の外側に払い出されて排出手段３７（ワーク排出用昇降テーブル）に受け取られ、その後、排出手段３７が上昇することによって冷却液貯留槽３５の外側に排出される。以上のようにして、ワークＷに対する全体焼入れが完了する。
【００５１】
以上の構成を有する熱処理装置１によれば、狙い温度に誘導加熱されたワークＷは、その外周面が拘束型３３に拘束された状態で冷却・焼入れされるので、機械的強度や硬度のみならず、外周面の形状精度（特に真円度）に優れた高品質のワークＷ（熱処理完了品）を安定的に得ることができる。また、以上の構成を有する熱処理装置１では、加熱工程および冷却工程を非酸化性ガス雰囲気で並行して実施することができるので、ワークＷの表面に酸化スケールを生成させることなく、複数のワークＷに対して効率良く焼入硬化処理を施すことが可能となる。
【００５２】
また、密閉室４は、加熱室５の内部空間と焼入れ準備室６の内部空間との間、すなわち加熱処理の完了位置Ｐ１と冷却処理の開始位置Ｐ２との間に介在する通路Ｃを有し、加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワークＷは、通路Ｃを介して冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送される。この場合、通路Ｃ内に、冷却処理待ちのワークＷを配置することが可能となるので、冷却部３の１サイクル動作完了後には、後続のワークＷに対する冷却処理にスムーズに移行することができる。従って、複数のワークＷに対する焼入硬化処理を一層効率良く行うことが可能となる。
【００５３】
以上より、本実施形態の熱処理装置１によれば、ワークＷの表面に酸化スケールを生成させたり、ワークＷの形状精度を低下させたりすることなく、複数のワークＷに対する焼入硬化処理を効率良く実施することができる。
【００５４】
本実施形態の熱処理装置１は、さらに、以下に説明するような特徴的構成を有する。具体的には、図４に模式的に示すように、酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換された後の密閉室４内の雰囲気温度（密閉室４内に充填された非酸化性ガスの温度）を所定範囲内に調整する温度調整装置５０を備える。図示例の温度調整装置５０は、密閉室４の内部空間に配置された熱交換器５１と、密閉室４の外側に配置された冷却装置５２と、冷却流体５４（図８参照）が流通する冷却配管５３と、温度調整装置５０内で冷却流体５４を流動循環させる（熱交換器５１と冷却装置５２との間で冷却流体５４を行き来させる）ためのポンプＰと、密閉室４内の温度を検出する温度センサＳとを備える。
【００５５】
熱交換器５１は、加熱処理が実施される加熱室５の内部空間のうち加熱装置２０の上方、すなわち加熱室５の内部空間の上方領域に配置されている。熱交換器５１は、冷却配管５３のみで構成することもできるが、本実施形態では、図８に示すように、冷却流体５４が流通する冷却配管５３を湾曲させたものと、その下方側に配置した送風機（ファン）５５とを備えた熱交換器５１を採用している。
【００５６】
冷却装置５２は、冷却配管５３のうち、熱交換器５１を構成する部分（加熱室５の内部空間に配置された部分）を流通することで温められた冷却流体５４を冷却する。この冷却装置５２は、水冷式または空冷式の何れでも構わない。
【００５７】
以上の構成を有する温度調整装置５０は、例えば、以下の態様で運転される。
【００５８】
熱処理装置１が運転される（特に、加熱装置２０によってワークＷが誘導加熱される）のに伴って、密閉室４内の雰囲気温度が上記所定範囲の上限値以上になったことを温度センサＳが検出すると、温度調整装置５０が起動する。具体的には、ポンプＰおよび熱交換器５１（を構成する送風機５５）が起動し、冷却配管５３を冷却流体５４が流通する。送風機５５が起動すると、密閉室４内の非酸化性ガス（温められた非酸化性ガス）は、熱交換器５１を構成する冷却配管５３に向けて吹き付けられ、冷却配管５３を流通する冷却流体５４との熱交換により冷却される。以降、密閉室４内の雰囲気温度が上記所定範囲内に収まるまで、温度調整装置５０は継続して運転される。なお、非酸化性ガスとの熱交換により温められた冷却流体５４は、冷却配管５３を流通して冷却装置５２に運ばれることで冷却され、冷却装置５２で冷却された冷却流体５４は、再度冷却配管５３を介して熱交換器５１に供給される。
【００５９】
ここで、上記の「所定範囲」は任意に設定することができるが、作業者の安全性、密閉室４内に設置された各種装置の構成部品の耐久性、密閉室４の気密性を保つための部品（シール材やパッキン）の耐久性などを考慮すると、室温（２６℃）以上４０℃以下とするのが好ましい。
【００６０】
以上のように、密閉室４内に充填された非酸化性ガスと、冷却配管５３を流通する冷却流体５４との熱交換により、非酸化性ガス雰囲気に置換後の密閉室４内の雰囲気温度を所定範囲内に調整するようにすれば、頻繁に置換装置１３を作動させて非酸化性ガスを入れ替える等の対策を講じることなく、また、密閉室４内に充填された非酸化性ガスの特性変化を生じさせることなく、密閉室４内に充填された非酸化性ガスの温度、ひいては非酸化性ガス雰囲気に置換された後の密閉室４内の雰囲気温度を所定範囲内に維持することができる。従って、非酸化性ガス雰囲気下でワークＷに対して実施すべき高周波焼入を効率良くかつ低コストに、しかも精度良く実施することができる。特に、本実施形態のように、ワークＷに全体焼入れを施すべく、加熱部２でワークＷの全体を狙い温度（ここでは９００℃超）に誘導加熱する場合には、密閉室４内に充填された非酸化性ガスの温度が上昇し易いため、本発明で採用した構成は極めて有益である。
【００６１】
さらに、本実施形態では、密閉室４の内部空間のうち、雰囲気温度（ガス温度）が特に上昇し易い領域である加熱室５の上方領域に、冷却流体５４が流通する冷却配管５３の少なくとも一部（熱交換器５１）を配置しているので、密閉室４内の雰囲気温度を効率良く所定範囲内に維持することができる。なお、熱交換器５１を密閉室４の内部空間に配置する場合、スペース上の問題がなければ、熱交換器５１は、加熱室５の内部空間に加え、あるいはこれに替えて、通路室７の内部空間や焼入れ準備室６の内部空間に配置しても構わない。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１およびこれを用いた熱処理（無酸化高周波熱処理）の方法について説明したが、熱処理装置１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。
【００６３】
例えば、以上で説明した実施形態では、温度調整装置５０を構成する熱交換器５１を密閉室４の内部空間に配置したが、熱交換器５１は、図９に模式的に示すように、密閉室４の外側に配置しても構わない。この場合、例えば、密閉室４内に充填された非酸化性ガスを、密閉室４の内部空間と密閉室４の外側に設置した熱交換器５１（冷却配管５３）の近傍位置との間で行き来（流動循環）させるためのガス配管５６を設ける。これにより、以上で説明した実施形態と同様にして密閉室４内の雰囲気温度を所定範囲内に維持することができる。
【００６４】
また、冷却部３には、ワークＷおよびワークＷを拘束した拘束型３３を冷却液３６中でワークＷの軸線回りに一体回転させる回転機構を設けることができる。図１０は、その一例であり、昇降テーブル３４に回転機構を設けている。この場合、加圧部材３１をワークＷの軸線回りに空転可能に設けると共に、昇降テーブル３４に加圧部材３１に嵌合されるピン３４ｂを設け、昇降テーブル３４と、昇降テーブル３４に設けたピン３４ｂが嵌合された加圧部材３１とを冷却液３６中に浸漬させた状態で昇降テーブル３４を回転駆動することにより、加圧部材３１と昇降テーブル３４の間に配設されたワークＷおよび拘束型３３をワークＷの軸線回りに一体回転させることができる。このようにすれば、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却することができるので、焼入れ完了後のワークＷの形状精度を一層高めることができる。
【００６５】
また、詳細な図示は省略するが、冷却部３には、上記の回転機構に加え、あるいはこれに替えて、ワークＷが冷却液３６に浸漬されたときに冷却液３６を撹拌させる撹拌機構を設けることもできる。このようにすれば、冷却部３に回転機構を設けた場合と同様に、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却する上で有利となる。
【００６６】
また、拘束型３３は、以上で説明した実施形態のように、プレス装置３０の加圧部材３１に取り付け固定する他、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、冷却液３６中に固定的に配設することも可能である。図１１（ａ）（ｂ）に示す拘束型３３は、その内周面でワークＷの外周面を拘束するものであり、かつ、２つのワークＷの軸方向寸法を合算した軸方向寸法を有する。この場合、焼入れ準備室６の内部空間（冷却処理の開始位置Ｐ２）に搬送されたワークＷは、拘束型３３（拘束型３３の内周に圧入されたワークＷ）の上側に配置される。その後、加圧部材３１が下降移動するのに伴って、冷却液３６へのワークＷの浸漬と、拘束型３３によるワークＷ外周面の拘束とが同時進行する。そして、図１１（ｂ）に示すように、拘束型３３の内周への後続のワークＷの押し込みが完了するのに伴って、拘束型３３の内周に配置されていた２つのワークＷのうち、下側のワークＷが拘束型３３から離型される。このような拘束型３３を採用する場合、「拘束型によるワークの外周面の拘束が開始される直前状態にする処理」とは、冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送されたワークＷの上端面に加圧部材３１の下端面を当接させる処理、となる。また、この場合、以上で説明した実施形態で用いていた昇降テーブル３４は必ずしも必要ではなく、離型されたワークＷを受ける適当な受け部材を加圧部材３１の直下位置に配置しておけば良い。
【００６７】
また、以上では、ワークＷとして転がり軸受の外輪（の基材）を挙げ、拘束型３３でワークＷの外周面を拘束した状態でワークＷを冷却・焼入れする場合に熱処理装置１を使用したが、熱処理装置１は、焼入れに伴う内周面の形状精度（特に真円度）の崩れを防止することが好ましいワークＷ（例えば、転がり軸受の内輪の基材）に焼入れ硬化処理を施す場合にも好ましく用いることができる。図１２はその一例であり、加圧部材３１の下端面にワークＷの内周面を拘束可能な拘束型３３’を取り付け固定している。
【００６８】
この場合、熱処理装置１を構成する冷却部３の動作態様や、冷却液３６への浸漬に伴うワークＷの形状変化の態様は図６および図７を参照して説明した実施形態と基本的に同様である。要するに、ワークＷは、冷却液３６に浸漬されると、まず、縮径変形し、その後拡径変形する。このため、ワークＷの内周面は、冷却液３６に浸漬された初期段階で拘束型３３’に拘束されるが、離型される段階では基本的に拘束型３３’で拘束されていない。従って、ワークＷの内周面の形状精度は、以上で説明したワークＷの外周面を拘束型３３で拘束する場合ほど高めることはできないが、ワークＷの冷却・焼入れの過程でワークＷの内周面が一時的に拘束型３３’の外周面で拘束されるので、本発明で採用しているいわゆる型拘束焼入れを採用しない場合に比べれば、ワークＷの内周面の形状精度を高めることができる。
【００６９】
また、以上で説明した熱処理装置１の加熱部２に設けた加熱装置２０はあくまでも一例であり、他の加熱装置が用いられる場合もある。図１３はその一例であり、他の実施形態に係る加熱装置４０の部分斜視図である。同図に示す加熱装置４０は、ワークＷを一個ずつ誘導加熱するように構成されたものであって、先端にワークＷを載置可能なフランジ部４１ｂが設けられた伸縮自在のシリンダロッド４１ａを有する支持部材４１と、ワークＷの外径側に位置する外径側コイル４２と、ワークＷの内径側に位置する内径側コイル４３とを備え、両コイル４２，４３はシリンダロッド４１ａと同軸に配置されている。外径側コイル４２および内径側コイル４３は、絶縁材料からなるコイル支持部材４４によって支持されている。
【００７０】
図１３に示す加熱装置４０を採用した場合、加熱室５の内部空間に投入されたワークＷは、以下のようにして加熱・冷却される。
【００７１】
まず、以上で説明した実施形態と同様に、ワークＷが投入された置換室８の室内雰囲気が非酸化性ガス雰囲気になった後、ワークＷを加熱室５の内部空間に移送して支持部材４１のフランジ部４１ｂ上に載置する。ワークＷが加熱室５の内部空間に移送された後、密閉室４の入口側開口部４ａを閉口する。支持部材４１のシリンダロッド４１ａが伸長動作することにより、フランジ部４１ｂ上に載置されたワークＷは上昇移動して通電状態の外径側コイル４２と内径側コイル４３の間に導入され、ワークＷの全体が狙い温度に誘導加熱される。ワークＷの加熱完了後、支持部材４１のシリンダロッド４１ａが短縮動作し、フランジ部４１ｂが下降限に到達すると、ワークＷは加熱処理の完了位置Ｐ１に位置する。加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワークＷは、通路Ｃを介して冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送された後、以上で説明した実施形態と同様にして冷却・焼入れされる。
【００７２】
なお、上記の加熱装置４０を採用する場合、図４，５等に示す加熱装置２０を採用する場合に比べて密閉室４の高さ寸法を小さくすることができるので、熱処理装置１をコンパクト化することができる、という利点がある。
【００７３】
以上では、転がり軸受の軌道輪の基材に高周波焼入を施すに際して本発明に係る熱処理装置１を適用したが、本発明に係る熱処理装置１は、その他のワーク（環状のワーク）、例えば、すべり軸受、等速自在継手を構成する外側継手部材や内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器（の基材）に高周波焼入を施す際にも好ましく適用することができる。なお、外側継手部材や内側継手部材は、その要求特性上、転がり軸受の軌道輪のように全体焼入れを施す必要はなく、表面焼入れ（部分焼入れ）を施せば足りる。このように、部分焼入れを施せば足りるワークに高周波焼入を施す際にも本発明に係る熱処理装置１は好適である。
【００７４】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００７５】
１      熱処理装置
２      加熱部
３      冷却部
４      密閉室
５      加熱室
６      焼入れ準備室
７      通路室
８      置換室
１３    置換装置
２０    加熱装置
２２    加熱コイル
３３    拘束型
３５    冷却液貯留槽
３６    冷却液
４０    加熱装置
５０    温度調整装置
５１    熱交換器
５２    冷却装置
５３    冷却配管
５４    冷却流体
Ａ      第１空間
Ｂ      第２空間
Ｃ      通路
Ｐ      ポンプ
Ｐ１    加熱処理の完了位置
Ｐ２    冷却処理の開始位置
Ｗ      ワーク
【図１】
2019112689.tif 000003
【図２】
2019112689.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019112689.tif 000009
【図８】
2019112689.tif 000010
【図９】
2019112689.tif 000011
【図１０】
2019112689.tif 000012
【図１１】
2019112689.tif 000013
【図１２】
2019112689.tif 000014
【図１３】
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