(57)【要約】【課題】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、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、加熱部２で加熱されたワークＷの要焼入領域を冷却して焼入れする冷却部３とを備え、加熱部２による加熱処理の完了位置Ｐ１および冷却部３による冷却処理の開始位置Ｐ２が、横方向に延びたワーク通路Ａの一端外側および他端外側にそれぞれ位置した熱処理装置１であって、加熱処理の完了位置Ｐ１で取得したワークＷを、ワーク通路Ａの画成面とは非接触の状態で冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送する搬送装置５０を備える。【選択図】図５
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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を備え、前記加熱部による加熱処理の完了位置および前記冷却部による冷却処理の開始位置が、横方向に延びたワーク通路の一端外側および他端外側にそれぞれ位置した熱処理装置であって、
前記加熱処理の完了位置で取得したワークを、前記ワーク通路の画成面とは非接触の状態で前記冷却処理の開始位置に搬送する搬送装置を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記搬送装置は、相手側と協働してワークを挟持した状態で前記ワーク通路の延在方向に沿って進退移動可能な一対のワーク保持部材を備える請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記ワーク保持部材のうちワークと接触する部分に、ワークの温度低下を抑制するための低温化抑制部が設けられている請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記低温化抑制部は、ワークと線接触する帯状の突状部を有する請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記低温化抑制部が、ワークを下方側から接触支持する支持部を有する請求項３又は４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記低温化抑制部が、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニアまたは石英ガラスで形成されている請求項３〜５の何れか一項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
ワークが環状のワークであり、
前記冷却部は、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１〜６の何れか一項に記載の熱処理装置。
【請求項８】
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７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
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可能な密閉室をさらに備え、
室内雰囲気が前記非酸化性ガス雰囲気に置換された前記密閉室内で前記加熱処理が実施された後、前記冷却処理として、前記密閉室の開口部を閉口する前記冷却液にワークを浸漬させる処理が実施される請求項７又は８に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱処理が実施される加熱工程と、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処理が実施される冷却工程とを備え、横方向に延びたワーク通路の一端外側で前記加熱処理が実施されると共に、前記ワーク通路の他端外側で前記冷却処理が実施される熱処理方法であって、
前記加熱工程と前記冷却工程との間に、前記加熱処理の完了位置で取得したワークを、前記ワーク通路の画成面とは非接触の状態で前記冷却処理の開始位置に搬送する搬送工程を設けたことを特徴とする熱処理方法。
【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し、より詳細には、ワークに熱処理としての高周波焼入れを施す際に適用される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、狙い温度に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。ワークサイズ等にもよるが、加熱処理は、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（高周波誘導加熱装置）を用いて実施するケースが増加しつつある。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、加熱処理を実施する加熱部と、冷却処理を実施する冷却部とが上下に並べて（同軸に）設けられ、適宜の手段で保持されたワークが、加熱部にて狙い温度に誘導加熱された後、冷却部の配設位置まで下降させられることで冷却・焼入れされる熱処理装置（高周波熱処理装置）が開示されている。係る熱処理装置によれば、加熱処理および冷却処理を、時間を空けずに続けて実施することができるため、ワークの要焼入領域の温度低下に起因した焼入不良の発生を可及的に防止し、所望の焼入組織を具備する高品質のワークを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５９１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の熱処理装置では、一のワークに対する焼入硬化処理が完了するまで後続のワークに対して何らの処理も施すことができない。従って、処理効率が低く、転がり軸受の軌道輪のような量産部品の製造過程で使用する熱処理装置としては不適である。
【０００６】
そこで、本発明者らは、加熱部と冷却部との間に、加熱部で狙い温度に加熱されたワークを冷却部による冷却処理の開始位置に向けて搬送（案内搬送）する搬送面を設けることにより、加熱処理と冷却処理とを並行して実施可能な熱処理装置を検討した。しかしながら、この場合、ワークのうち搬送面と面接触する部分（例えばワークの一端面）では多くの熱が奪われてしまうため、冷却後のワークのうち、特に搬送面との面接触によって温度低下が生じた部分に不完全な焼入れ組織が形成される可能性が高くなる。
【０００７】
このような問題は、例えば、（１）搬送面との面接触による温度低下分を見越して加熱部におけるワークの加熱温度を高める、（２）加熱部を構成する誘導加熱装置を含め、搬送面を断熱壁で覆う、などの対策を講じることによって解消できるとも考えられる。しかしながら、上記（１）の場合には、結晶粒度の粗大化によって金属組織が脆くなる可能性があり、上記（２）の場合には、熱処理装置に雰囲気加熱炉（炉体）に近い構造を採用する必要があることから、熱処理装置が大幅に高コスト化する可能性がある。
【０００８】
以上の実情に鑑み、本発明は、ワークに高周波熱処理（高周波焼入れ）を施すに当たり、該熱処理を効率良く、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】
【０００９】
上記の目的を達成するために創案された本発明に係る熱処理装置は、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を備え、加熱部による加熱処理の完了位置および冷却部による冷却処理の開始位置が、横方向に延びたワーク通路の一端外側および他端外側に位置した熱処理装置であって、加熱処理の完了位置で取得したワーク（加熱済ワーク）を、ワーク通路の画成面とは非接触の状態で冷却処理の開始位置に搬送する搬送装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、要焼入領域が狙い温度に加熱されたワークを冷却処理の開始位置に正確に搬送（移送）しつつ、加熱部から冷却部へとワークを搬送するのに伴うワークの温度低下を効果的に抑制することができる。これにより、冷却処理の完了後には、所望の焼入組織を具備するワークを安定的に得ることができる。なお、「所望の焼入組織」とは、例えば、フェライト、パーライトおよびベイナイト等の組織が存在しない均一なマルテンサイト組織であって、ロックウェルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）が６２以上の組織である。
【００１１】
また、本発明に係る熱処理装置では、加熱部による加熱処理の完了位置および冷却部による冷却処理の開始位置が、それぞれ、横方向に延びたワーク通路の一端外側および他端外側に位置することから、加熱処理と冷却処理とを並行して実施することができる。そのため、複数のワークに対する高周波焼入れを効率良く実施することができる。
【００１２】
上記態様でワークを搬送する搬送装置としては、ワークをスムーズに取得（保持）および解放可能なものが好ましく、例えば、相手側と協働してワークを挟持した状態でワーク通路の延在方向に沿って進退移動可能な一対のワーク保持部材を備えるもの、を採用することができる。この場合、一対のワーク保持部材のうちワークと接触する部分に、（ワーク保持部材との接触に伴う）ワークの温度低下を抑制するための低温化抑制部を設けておけば、搬送時におけるワークの温度低下を効果的に抑制することができる。
【００１３】
低温化抑制部には、ワークと線接触する帯状の突状部を設けることができる。このようにすれば、ワークを適切に保持しつつ、ワーク保持部材との接触に伴うワークの温度低下を効果的に抑制することができる。
【００１４】
低温化抑制部には、ワークを下方側から接触支持する支持部を設けても良い。このようにすれば、ワークの保持力をいたずらに高めずとも、ワーク通路に沿って搬送中のワークの姿勢に狂いが生じたり、ワークが脱落する可能性を効果的に減じることができる。これにより、冷却処理の開始位置にワークを搬送する際のワークの変形を可及的に防止しつつ、ワークの安定搬送を実現することができる。
【００１５】
低温化抑制部は、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス、あるいは石英ガラスで形成することができる。例示した材料は、耐熱性に優れると共に、ワークとの間で熱伝達し難い（ワークよりも熱伝導率が低い）材料であることから、ワーク保持部材との接触に伴うワークの温度低下を効果的に抑制することができる。
【００１６】
本発明は、冷却部が、冷却液を貯留した冷却液貯留槽と、ワークとしての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、を備える熱処理装置に適用することができる。この場合において、冷却部に、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設けておけば、ワークを均一に冷却することができるので、ワークに高品質の焼入組織を形成するうえで有利となる。
【００１７】
また、本発明は、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可能な密閉室をさらに備え、室内雰囲気が非酸化性ガス雰囲気に置換された密閉室内で加熱部による加熱処理が実施された後、冷却処理として、密閉室の開口部を閉口する冷却液にワークを浸漬させる処理が実施される熱処理装置に好適に適用することができる。なお、ここでいう「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。このようにすれば、加熱処理や冷却処理の実施中に、ワークの外観品質を低下させたり、コンタミの発生原因となる酸化スケールがワーク表面に生成され難くなるので、高品質の焼入済ワークを得る上で有利となる。
【００１８】
以上で説明した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、全体焼入れ（ずぶ焼入れ）が必要なワークに高周波焼入れを施すための熱処理装置として好適に用い得る。
【００１９】
また、上記の目的を達成するために創案された本発明に係る熱処理方法は、ワークの要焼入領域を狙い温度に誘導加熱する加熱処理が実施される加熱工程と、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処理が実施される冷却工程とを備え、横方向に延びたワーク通路の一端外側で加熱処理が実施されると共に、ワーク通路の他端外側で冷却処理が実施される熱処理方法であって、加熱工程と冷却工程との間に、加熱処理の完了位置で取得したワークを、ワーク通路の画成面とは非接触の状態で冷却処理の開始位置に搬送する搬送工程を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上から、本発明によれば、ワークに熱処理としての高周波焼入れを施すに当たり、該熱処理を効率良く、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】
【００２１】
【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】熱処理装置の部分概略断面図（加熱部の概略断面図）である。
【図４】誘導加熱装置の斜視図である。
【図５】搬送装置の動作態様を示す概略図である。
【図６】搬送装置の斜視図である。
【図７】搬送装置の部分拡大図である。
【図８】冷却部の概略断面図である。
【図９】冷却工程の実施状態を示す部分概略断面図である。
【図１０】他の実施形態に係る搬送装置の部分拡大図である。
【図１１】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１２】（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１３】他の実施形態に係る冷却部の部分概略断面図である。
【図１４】他の実施形態に係る誘導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】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
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（高周波焼入れ）を施すように構成されたいわゆる連続式の高周波熱処理装置であって、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。
【００２４】
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。図２に示すように、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、加熱処理の完了位置Ｐ１および冷却処理の開始位置Ｐ２は、横方向に延びたワーク通路Ａ（通路室７の内部空間）の延在方向の一端外側（図２においては紙面左側）および他端外側（同紙面右側）に位置している。
【００２５】
図示は省略しているが、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を備える。置換装置は、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と、密閉室４の内部空間に、不活性ガスや還元性ガスなどの非酸化性ガスを供給するためのガス供給装置とを備え、密閉室４の内部空間には、脱気装置から延びた脱気管の一端、およびガス供給装置から延びたガス供給管の一端がそれぞれ開口している。
【００２６】
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（図３参照）と、焼入れ準備室６の底壁に設けられた出口側開口部４ｂ（図８参照）とを有する。入口側開口部４ａは、図３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８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。
【００２７】
図３および図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誘導加熱装置２０を備える。本実施形態の誘導加熱装置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を供給するワーク供給部材２３とを備える。支持部材２１、加熱コイル２２およびワーク供給部材２３は、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。
【００２８】
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、ワーク供給部材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。
【００２９】
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。ワーク供給部材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。
【００３０】
以上の構成を有する誘導加熱装置２０において、加熱室５の内部空間に横姿勢で投入されたワークＷは、ワーク供給部材２３のフランジ部２３ｂに載置される。フランジ部２３ｂに載置されたワークＷは、ワーク供給部材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（熱処理対象のワーク）Ｗが、順次、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。
【００３１】
加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワーク（加熱済ワーク）Ｗは、その一端面を下方に配置した横姿勢のまま、図５〜図７に示す搬送装置５０によって焼入れ準備室６の内部空間（冷却処理の開始位置Ｐ２）に搬送される。
【００３２】
図５に模式的に示すように、搬送装置５０は、加熱処理の完了位置Ｐ１と冷却処理の開始位置Ｐ２との間をワーク通路Ａの延在方向Ｘに沿って進退移動（往復動）可能に構成されており、加熱処理の完了位置Ｐ１で取得したワークＷを、図３に示すように、ワーク通路Ａの画成面（通路室７の内壁面）とは非接触の状態で冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送する。図６および図７も参照して具体的に説明すると、搬送装置５０は、ワーク通路Ａの幅方向両側に配置され、相手側と協働してワークＷをその縮径方向に挟持可能な一対のワーク保持部材５１，５１と、一対のワーク保持部材５１，５１をワーク通路Ａの延在方向Ｘに沿って進退移動させる図示外の駆動機構とを備える。なお、一対のワーク保持部材５１，５１によるワークＷの保持力（挟持力）は、ワークＷが縮径変形しない程度に調整される。
【００３３】
ワーク保持部材５１のうち、ワークＷとの接触部には、ワーク保持部材５１との接触に伴うワークＷの温度低下を抑制するための低温化抑制部５２が設けられている。この低温化抑制部５２は、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス（ファインセラミックス）、あるいは石英ガラスで形成される。例示した上記の材料は、数百度の高温に加熱されたワークＷとの接触によっても特性変化が生じないような高い耐熱性を具備することに加え、ワークＷを構成する鋼材よりも熱伝導率が低く、ワークＷとの間で熱伝達し難い（ワークＷの熱を奪い難い）材料である。低温化抑制部５２は、それぞれがワークＷの外周面と線接触する複数の帯状の突状部５３を有し、図示例では、各突状部５３を断面半円形に形成している。そのため、加熱処理の完了位置Ｐ１に位置し、一対のワーク保持部材５１，５１によって縮径方向に挟持されたワークＷは、ワーク保持部材５１に設けられた低温化抑制部５２と線接触した状態で冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送される。また、本実施形態では、ワーク保持部材５１のワークＷの外周面との対向面をＶ字形状に形成し、Ｖ字状の対向面を構成する一方の面および他方の面のそれぞれに低温化抑制部５２を設けると共に、各低温化抑制部５２に、それぞれがワークＷの外周面と線接触する帯状の突状部５３を複数設けている。このため、ワークＷをしっかりと保持することができる。
【００３４】
図１〜図３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、非酸化性ガス雰囲気に置換された密閉室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を兼用しても良いし、これとは別のものを設置しても良い。
【００３５】
図３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１１，１２は、例えば昇降式のシャッターで構成される。
【００３６】
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。
【００３７】
図８に示す冷却部３は、加熱部２で加熱されたワーク（加熱済ワーク）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、横姿勢のワーク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８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。
【００３８】
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１および図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、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。
【００３９】
図８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、公知の水溶性焼入れ液や焼入れ油などが使用される。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。
【００４０】
図８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３６の液面よりも上方に位置して焼入れ準備室６の内部空間に搬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。
【００４１】
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払い出し手段（図示せず）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。
【００４２】
熱処理装置１は以上の構成を有し、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、加熱処理の完了位置Ｐ１で取得した加熱済ワークＷを冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送する搬送工程と、冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送されたワークＷに冷却処理を施す冷却工程とを実行する。以下、各工程の実施態様を説明する。
【００４３】
［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（熱処理対象のワークＷを熱処理装置１に投入する前）に、密閉室４の室内雰囲気を大気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示外の置換装置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を作動させて密閉室４の内部空間に不活性ガスあるいは還元性ガスなどの非酸化性ガスを充填する。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。
【００４４】
この雰囲気置換処理は、ワークＷが密閉室４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。
【００４５】
［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３に示すように、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の室内雰囲気を酸化性雰囲気から非酸化性ガス雰囲気に置換する。
【００４６】
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部材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（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。
【００４７】
ワーク供給部材２３のフランジ部２３ｂ上に載置されたワークＷは、ワーク供給部材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（熱処理対象のワーク）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→ワーク供給部材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（以上、図３および図４を参照）。
【００４８】
なお、ワークＷに全体焼入れが施される本実施形態では、ワークＷの全域が狙い温度に誘導加熱されるように、加熱コイル２２に供給すべき高周波電力量や、誘導加熱装置２０に対するワークＷの供給間隔などが調整される。
【００４９】
［搬送工程］
この工程では、加熱コイル２２の上側に排出され、加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワークＷが、横姿勢のままで焼入れ準備室６の内部空間（冷却部３による冷却処理の開始位置Ｐ２）に搬送される。具体的には、まず、加熱処理の完了位置Ｐ１に位置したワークＷの外周面に対してワーク保持部材５１が接近移動することにより、ワークＷの縮径方向にワークＷを挟持してワークＷを取得する。ワーク保持部材５１によってワークＷが取得された後、搬送装置５０を構成する図示外の駆動手段が作動することにより、両ワーク保持部材５１がワーク通路Ａの延在方向Ｘに沿って前進移動（焼入れ準備室６側に移動）する。ワークＷが冷却処理の開始位置Ｐ２の直上に到達すると、ワーク保持部材５１はワークＷに対して離反移動することによってワークＷを放す。これにより、ワークＷは、冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送（昇降テーブル３４の上端面３４ａに載置）される。一方、ワークＷを冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送したワーク保持部材５１は原点復帰する（加熱処理の完了位置Ｐ１近傍の待機位置に戻る）。
【００５０】
［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を施す。具体的には、図８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に搬送されたワークＷ（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。
【００５１】
その後、図９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。
【００５２】
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８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に対する熱処理としての全体焼入れが完了する。
【００５３】
以上で説明したように、本実施形態の熱処理装置１には、加熱部２による加熱処理の完了位置Ｐ１に位置するワーク（加熱済ワーク）Ｗを取得し、このワークＷを、ワーク通路Ａの画成面とは非接触の状態で冷却部３による冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送する搬送装置５０が設けられる。このようにすれば、加熱済ワークＷを冷却処理の開始位置Ｐ２に正確に搬送しつつ、加熱部２から冷却部３へとワークＷを搬送するのに伴うワークＷの温度低下を効果的に抑制することができる。
【００５４】
特に、本実施形態では、搬送装置５０として、相手側と協働してワークＷを縮径方向に挟持した状態でワーク通路Ａの延在方向Ｘに沿って進退移動可能な一対のワーク保持部材５１，５１を備えるものを採用し、各ワーク保持部材５１のうちワークＷと接触する部分には、ワーク保持部材５１との接触によるワークＷの温度低下を抑制するためにアルミナ等で形成した低温化抑制部５２を設けたので、ワークＷが加熱処理の完了位置Ｐ１から冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送されるまでの間におけるワークＷの温度低下を一層効果的に抑制することができる。さらに、低温化抑制部５２は、それぞれがワークＷと線接触する複数の突状部５３を有するので、搬送中のワークＷを適切に保持してワークＷの安定搬送を実現しつつ、ワークＷの温度低下を効果的に抑制することができる。
【００５５】
以上の構成により、冷却処理の完了後には、ワークＷの要焼入領域に所望の焼入組織、すなわち、フェライト、パーライトおよびベイナイト等の組織が存在しない均一なマルテンサイト組織であって、所望の機械的強度や硬度（ＨＲＣ６２以上）が確保された組織を形成することができる。
【００５６】
また、本実施形態の熱処理装置１によれば、加熱処理の完了位置Ｐ１および冷却処理の開始位置Ｐ２が、それぞれ、横方向に延びたワーク通路Ａの一端外側および他端外側に位置することから、加熱処理と冷却処理とを並行して実施することができるので、複数のワークＷに対する高周波焼入れを効率良く実施することができる。
【００５７】
さらに、本実施形態の熱処理装置１によれば、加熱済ワーク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、ワークＷに高周波焼入れを施すにあたって必要不可欠な加熱処理および冷却処理を非酸化性ガス雰囲気で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れるのを可及的に防止することができる。従って、本実施形態の熱処理装置１は、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に対する高周波焼入れを効率良くかつ精度良く実施することができる、という利点も有する。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１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。
【００５９】
例えば、搬送装置５０を構成するワーク保持部材５１，５１に設けた低温化抑制部５２には、図１０に示すように、ワークＷを下方側から接触支持する支持部５３を一体的に設けることもできる。このような支持部５３を設けておけば、ワーク保持部材５１の保持力（挟持力）をいたずらに高めずとも、ワーク通路Ａを搬送中のワークＷの姿勢に狂いが生じたり、ワークＷが脱落したりする可能性を効果的に減じることができる。これにより、冷却処理の開始位置Ｐ２にワークＷを搬送する際のワークＷの変形（縮径方向の変形）を可及的に防止しつつ、ワークＷの安定搬送を実現することができる。
【００６０】
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１１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。
【００６１】
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。
【００６２】
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１２（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１２（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、図５等に示す搬送装置５０によって焼入れ準備室６の内部空間に搬送されてきたワーク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、すなわち冷却部３による冷却処理の開始位置Ｐ２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１２（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。
【００６３】
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）に高周波焼入れを施す場合にも好ましく用いることができる。図１３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。
【００６４】
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８および図９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。
【００６５】
また、以上で説明した加熱部２の誘導加熱装置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１４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。
【００６６】
図１４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、以下のようにして焼入れ準備室６の内部空間（冷却処理の開始位置Ｐ２：図８参照）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。
【００６７】
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に位置した加熱済ワークＷは、図５〜図７等に示すものと同様の構成を有する搬送装置５０によって冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送される。冷却処理の開始位置Ｐ２に搬送されたワークＷは、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。
【００６８】
上記の加熱装置４０を採用する場合、図３，４等に示す誘導加熱装置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。
【００６９】
以上では、転がり軸受の軌道輪の基材に高周波焼入れ（全体焼入れ）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、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）に高周波焼入れ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れを施す際にも本発明に係る熱処理装置１は好適に用い得る。
【００７０】
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】
【００７１】
１      熱処理装置
２      加熱部
３      冷却部
４      密閉室
２０    誘導加熱装置
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    搬送装置
５１    ワーク保持部材
５２    低温化抑制部
５３    突状部
５４    支持部
Ａ      ワーク通路
Ｐ１    加熱処理の完了位置
Ｐ２    冷却処理の開始位置
Ｘ      ワーク通路の延在方向
Ｗ      ワーク
【図１】
2019112691.tif 000003
【図２】
2019112691.tif 000004
【図３】
2019112691.tif 000005
【図４】
2019112691.tif 000006
【図５】
2019112691.tif 000007
【図６】
2019112691.tif 000008
【図７】
2019112691.tif 000009
【図８】
2019112691.tif 000010
【図９】
2019112691.tif 000011
【図１０】
2019112691.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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