(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と該基部から突出した突出部とを備えた環形状のワークの前記突出部に、それぞれ環形状に沿って無端状に設けられた第１被熱処理領域と第２被熱処理領域とを有し、前記第１被熱処理領域及び前記第２被熱処理領域を誘導加熱したときに幅方向における一方の縁側と他方の縁側とで熱膨張による変形量が異なる前記ワークに熱処理を施す方法であって、
第１被熱処理領域を加熱する第１加熱工程と、
加熱された該第１被熱処理領域を急冷して焼入れする第１冷却工程と、
該第１冷却工程後に前記第１被熱処理領域を加熱して冷却する第１焼戻工程と、
該第１焼戻工程後に第２被熱処理領域を加熱する第２加熱工程と、
加熱された該第２被熱処理領域を急冷して焼入れする第２冷却工程と、
該第２冷却工程後に前記第２被熱処理領域を加熱して冷却する第２焼戻工程と、
を備える、熱処理方法。
【請求項２】
前記第１加熱工程では前記第２被熱処理領域を冷却しつつ前記第１被熱処理領域を加熱し、前記第２加熱工程では前記第１被熱処理領域を冷却しつつ前記第２被熱処理領域を加熱する、請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記第１加熱工程及び前記第１焼戻工程では、前記第１被熱処理領域を同じ加熱コイルで誘導加熱する、請求項１又は２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記第１加熱工程及び前記第２加熱工程では、前記第１被熱処理領域と前記第２被熱処理領域とを同じ加熱コイルで誘導加熱する、請求項１乃至３の何れかに記載の熱処理方法。
【請求項５】
前記第１被熱処理領域と前記第２被熱処理領域とが面対称形状を有し、前記第１焼戻工程後に前記ワークを反転させる、請求項４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、ワークに環状の被熱処理領域を複数設けて被熱処理領域毎に順次熱処理を施す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環形状のワークを熱処理するために、加熱コイルにより誘導加熱し、冷却することが行われている。例えば環形状を有する大きなワークを加熱する場合、環状の被熱処理領域の一部に加熱コイルを対向させてワークを回転させることで、環状のワークの被熱処理領域の全長を加熱して冷却する熱処理装置が提案されている。
【０００３】
下記特許文献１では、大きな軸受軌道輪のようなリング状ワークを加熱可能な高周波熱処理装置が開示されている。この高周波熱処理装置を用いてワークを焼入れ処理するには、複数の馬蹄形の加熱コイルをリング状ワークの円周方向の複数箇所に配置し、リング状ワークを回転させながら複数の加熱コイルにより誘導加熱し、加熱後に各馬蹄形の加熱コイルから冷却液を吐出して急冷する。
【０００４】
下記特許文献２では、環状部品全体に高周波熱処理を行う装置が開示されている。この装置を用いて焼入れ処理するには、環状部品の外径面又は内径面を位置決めローラで位置決めし、環状部品の内周面、外周面、側面等の一部にそれぞれ加熱コイルを配置し、環状部品を回転させつつ誘導加熱し、その後急冷する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２５４０９号公報
【特許文献２】特開２００９−２８７０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の熱処理装置を用いて環状に設けられた被熱処理領域を熱処理するには、ワークの全面やワークの被熱処理領域の全てを纏めて加熱し、全体を急冷することで熱処理していた。
このような熱処理方法では、例えば環状の被熱処理領域を複数有するワークを熱処理する場合、複数の被熱処理領域を一度に加熱して冷却しているため、ワークの形状や大きさに応じた加熱コイルが多数種類必要となり、また加熱コイルの形状や構造、ワークの支持構造などが複雑になって、装置構成が複雑であった。
しかも、複数の被熱処理領域を一度に加熱して冷却する構造では、加熱コイルにより加熱する面積が広いため、その分大きな電力が必要となる。大きなワークの場合、十分な電力を給電しなければ、所望の温度まで被加熱領域を昇温することができない。十分な電力を給電するとすれば、ワークの大きさに応じた大電力が必要になり、電源設備が大型化していた。
【０００７】
一方、環状の被熱処理領域を複数有するワークに対して、被熱処理領域毎に加熱するとすれば、一部の被加熱領域に熱処理を施すことで、他の部位と異なる組織がワークに無端環状に形成される。そのため歪みが生じ易く、熱処理後に焼割れや変形などの熱処理欠陥が生じる。特に、大型のワークの場合には、局部的な環状の領域にそのような変態組織が生じると変形や応力もワークの大きさに応じて大きくなるため、熱処理欠陥が生じ易いことが明らかになった。
【０００８】
そこで、本発明は、ワークに設けた環状の複数の被熱処理領域を簡素な構成で熱処理することが可能な熱処理方法を提供することを目的とし、ワークに環状の被熱処理領域を設けて熱処理領域毎に熱処理を施す際、熱処理欠陥の発生を防止できる熱処理方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明熱処理方法は、基部と基部から突出した突出部とを備えた環形状のワークの突出部にそれぞれ環形状に沿って無端状に設けられた第１被熱処理領域と第２被熱処理領域とを有し、第１被熱処理領域及び第２被熱処理領域を誘導加熱したときに幅方向における一方の縁側と他方の縁側とで熱膨張による変形量が異なるワークに熱処理を施す方法であって、第１被熱処理領域を加熱する第１加熱工程と、加熱された第１被熱処理領域を急冷して焼入れする第１冷却工程と、第１冷却工程後に第１被熱処理領域を加熱して冷却する第１焼戻工程と、第１焼戻工程後に第２被熱処理領域を加熱する第２加熱工程と、加熱された第２被熱処理領域を急冷して焼入れする第２冷却工程と、第２冷却工程後に第２被熱処理領域を加熱して冷却する第２焼戻工程と、を備えている。
第１加熱工程では第２被熱処理領域を冷却しつつ第１被熱処理領域を加熱し、第２加熱工程では第１被熱処理領域を冷却しつつ第２被熱処理領域を加熱してもよい。
【００１０】
好ましくは第１加熱工程及び第１焼戻工程では、第１被熱処理領域を同じ加熱コイルにより誘導加熱する。
また好ましくは第１加熱工程及び第２加熱工程では、第１被熱処理領域と第２被熱処理領域とを同じ加熱コイルで誘導加熱する。その場合、第１被熱処理領域と第２被熱処理領域とが面対称形状を有し、第１焼戻工程後にワークを反転させるのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱処理方法によれば、環形状のワークの複数箇所にワーク形状に沿う環状の被熱処理領域を設けて複数の被熱処理領域を順次熱処理するので、ワークの大きさや形状にかかわりなく、被熱処理領域の形状に応じた構成を有する加熱部により加熱することができる。そのためワークの大きさや形状に依存しない簡素な加熱部を用いて被熱処理領域を加熱でき、簡素な構成の熱処理装置により熱処理できる熱処理方法を提供することができる。
しかもこの熱処理方法によれば、環形状のワークの複数箇所にワーク形状に沿って局部的に設けた環状の被熱処理領域を順次熱処理する際、第１被熱処理領域を第１加熱工程及び第１冷却工程により熱処理した後、第１焼戻工程により第１被熱処理領域を加熱及び冷却してから第２被熱処理領域を加熱している。そのため第２被熱処理領域を加熱するまでの間や加熱中などに、例えば変形や焼割れのような熱処理欠陥の発生を低減又は防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の加熱対象のワークを示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱処理装置の側面図であり、手前側に設けられた加熱部を省略して示している。
【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置の治具を搬送ローダに連結した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱処理装置の加熱セクションを示す概略平面図である。
【図６】本発明の実施形態の加熱セクションにおける加熱部及び変位手段の側面図である。
【図７】本発明の実施形態の加熱セクションにおける位置検出部の部分側面図である。
【図８】（ａ）は実施形態の熱処理装置における加熱コイルを示す正面図、（ｂ）は変形例の加熱コイルにおけるワークとの対向部分の形状を示す部分正面図、（ｃ）は変形例の加熱コイルにおけるワークとの対向部分の形状を示す部分正面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る冷却セクションの部分断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る第１被熱処理領域及び第２被熱処理領域を熱処理する工程を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に係る第１被熱処理領域の熱処理手順を説明する図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に係る第２被熱処理領域の熱処理手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
本実施形態では、旋回型熱処理装置を用いて熱処理対象のワークＷを熱処理する例について説明する。ここで熱処理とは、ワークＷに加熱と冷却とを組み合わせて各種の条件で施すことで、ワークＷの組織を変化させて硬度や靱性のような性質を変化させる処理であり、例えば焼入処理が含まれる。ここでは、大型の円環形状を有するワークＷを焼入れして焼戻し又は焼鈍する。
【００１４】
［ワーク］
まず、本発明の熱処理対象であるワークについて説明する。
熱処理対象のワークＷは鋼材のように熱処理可能な材料からなり、図１に示すように、環形状を有して表面に被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２が局部的に２カ所以上に設けられている。各被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２はそれぞれワークＷの環形状に沿って環状に設けられている。
本実施形態のワークＷは円環形状を有し、断面形状では基部Ｗ１と基部Ｗ１から内側に突出する突出部Ｗ２とを備え、突出部Ｗ２に内側に向けて逆方向に傾斜する傾斜面Ｗ３を有している。一方の傾斜面Ｗ３には第１被熱処理領域Ｈ１が、他方の傾斜面Ｗ３には第２被熱処理領域Ｈ２が、それぞれ環形状に沿って無端状に設けられている。第１及び第２被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２は、表面側のみが加熱される領域であっても、内部まで加熱される領域であってもよいが、ここでは表面側のみが加熱される領域となっている。
このワークＷは直径が１ｍ以上、ここでは３ｍ以上の円環形状を有した大型の旋回輪や大型の軸受などを構成する外輪の例である。
【００１５】
このワークＷでは、第１及び第２被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２はそれぞれ互いに略平行に略一定形状で延びており、第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とが面対称形状を有し、ワークＷの一方の端面と他方の端面を反転させることで、第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とが同じ位置に配置される形状となっている。
また被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２が誘導加熱されると、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の幅方向における一方の縁側と他方の縁側とで熱膨張による変形量が異なる形状となっている。被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と直交する断面形状において、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の一方の縁側と他方の縁側とで大きく形状が異なるため、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の両縁側で誘導加熱されたときの熱膨張による変形量が異なるからである。
【００１６】
［熱処理装置］
次に、本実施形態で使用する熱処理装置について説明する。
熱処理装置１０は、図２乃至図４に示すように、ワークＷを支持する治具１００と、ワークＷを搬入及び搬出する搬入搬出セクション３００と、治具１００を吊り下げて搬送する搬送機構２００と、治具１００に載置されたワークＷを回転させつつ加熱する加熱セクション４００と、加熱セクション４００の下方に設けられた冷却セクション５００と、搬入搬出セクション３００とは反対側に設けられた部品交換セクション６００と、を備える。
【００１７】
治具１００は、図４に示すように、ワークＷを載置するワーク支持部１１０と、ワーク支持部１１０の中央に設けられた中央構造部１３０とを備える。ワーク支持部１１０は、放射方向に延びる複数の放射架台１１１の先端側に、放射方向に沿って配置された相対移動手段としての回転ローラ１１２を備える。回転ローラ１１２は中央構造部１３０へ入力される駆動力で回転駆動可能である。ワークＷは、各回転ローラ１１２を回転させることで環形状に沿って移動可能である。
【００１８】
搬入搬出セクション３００は、図２及び図３に示すように、搬入搬出位置Ｐ１でワークＷを治具１００のワーク支持部１１０に載置し、吊り下げ位置Ｐ２へ移動させて治具１００を吊り下げ位置Ｐ２に精度よく配置できる構造となっている。
【００１９】
搬送機構２００は、図２及び図３に示すように、各セクションの上方に配設された搬送レール２１０と、搬送レール２１０に沿って移動する搬送ローダ部２２０とを有する。搬送ローダ２２０は、図４に示すように、治具１００の中央構造部１３０に連結可能で、連結した状態で治具１００を吊り下げて搬送する構造を有する。搬送ローダ２２０には回転駆動手段２４６が設けられており、搬送ローダ２２０が治具１００の中央構造部１３０に連結することで、回転駆動手段２４６により治具１００の各回転ローラ１１２が回転駆動可能となる。
【００２０】
加熱セクション４００は、図２及び図３に示すように、治具１００を所定位置に配置した状態で、治具１００に載置されたワークＷを回転させつつ均一に加熱する構造となっている。
【００２１】
冷却セクション５００は、図３に示すように、加熱セクション４００の下方に設けられ、治具１００を下降して配置した状態で、ワークＷを回転させつつ冷却ジャケット５２０から冷却液を供給して冷却する機構を有する。
【００２２】
部品交換セクション６００は、図２及び図３に示すように、部品交換治具６２０に加熱セクション４００や冷却セクション５００の部品を支持させて搬送し、各セクションの部品を交換できる機構を有している。
【００２３】
［加熱セクション］
加熱セクション４００は、図５に示すように、治具１００の放射架台１１１を下から支持し周方向の移動を規制する治具保持機構４１０と、治具１００に載置されたワークＷを加熱する複数の加熱部４５０と、を備える。治具保持機構４１０及び加熱部４５０は、治具１００の中心であるワークＷの回転中心Ｃに対して周囲に複数設けられている。ここでは治具１００の互いに隣接する放射架台１１１間に、ワークＷの加熱位置Ｐ３が設けられており、各加熱部４５０は加熱位置Ｐ３に対応するように配設されている。
【００２４】
［加熱部］
各加熱部４５０は、図５及び図６に示すように、ワークＷの表面位置を検出する位置検出手段４８０と、各加熱位置Ｐ３で治具１００上に載置されたワークＷの被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２に対向配置される加熱コイル４５１と、加熱コイル４５１を支持する支持ボックス４５２と、位置検出手段４８０の検出結果に基づいて支持ボックス４５２を変位及び変向させることでワークＷに対する加熱コイル４５１の相対位置を変位させると共に、相対角度を変向させる変位手段４６０と、一方の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を加熱時に他の部位、特に他方の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を冷却するように該部位に冷却液を吹き付ける補助冷却部４４０と、を備えている。
【００２５】
［位置検出手段］
位置検出手段４８０は、加熱時にワーク表面の位置を検出するものであり、図５に示すように、各加熱位置Ｐ３の上流側に配置されている。本実施形態では、２つの加熱位置Ｐ３毎に、その上流側に配置される治具１００の放射架台１１１と対応する位置に配置されている。
【００２６】
具体的には、各位置検出手段４８０は、図７に示すように、加熱冷却架台４０の位置検出支柱４３上に設けられた位置検出台４４に装着されている。各位置検出手段４８０は、位置検出支柱４３に第１進退機構４８１を介して装着された径方向位置検出具４８３と、第２進退機構４８２を介して装着された軸方向位置検出具４８４とを備える。径方向位置検出具４８３と軸方向位置検出具４８４とは互いに直交方向に配設されている。
【００２７】
第１及び第２進退機構４８１，４８２は、エアーシリンダ等からなる進退用駆動手段４８５と、進退用駆動手段４８５のロッド４８６と平行な複数のガイドロッド４８７と、を備える。各進退機構４８１，４８２は、ロッド４８６及びガイドロッド４８７により、各位置検出具４８３，４８４の検出方向に沿う倒れが防止されている。
【００２８】
径方向位置検出具４８３及び軸方向位置検出具４８４は、それぞれワークＷの表面に当接して転動可能な耐熱性の接触子４８８と、接触子４８８をワークＷ側に付勢しつつ接触子４８８の進退量を検出する変化量検出部４８９とを備える。各変化量検出部４８９としては、例えばリニアセンサ付エアーシリンダを使用できる。
【００２９】
加熱時に被加熱領域Ｈの温度が高温となるため、被加熱領域Ｈ以外の位置に接触子４８８を当接させて検出する。径方向位置検出具４８３では、接触子４８８をワークＷの外周面の中間部位に当接させ、ワークＷの回転中心Ｃから放射方向に沿うワークＷの表面位置を検出する。軸方向位置検出具４８４では、接触子を治具１００に載置されたワークＷの上面の外側部位に当接させ、ワークＷの回転中心Ｃの軸線に沿うワークの表面位置を検出する。
【００３０】
加熱時には、各位置検出手段４８０では、径方向位置検出具４８３及び軸方向位置検出具４８４の接触子４８８をワークＷに当接させる。ワークＷが回転すると、表面に接した接触子４８８が転動しつつワークＷ表面の変位に応じて進退する。例えばワークＷの周方向における任意の位置を基準位置とし、接触子４８８の進退量を測定することで、ワークＷの周方向の各位置における基準位置からの変位量が検出される。ワークＷが環状体であるため、ワークＷが１回転することで元の位置にもどる。
このように、接触子４８８の変位量を変化量検出部４８９において検出することで、ワークＷ表面の上下方向の変位及び水平方向の変位が検出され、測定位置を示す信号が出力される。
【００３１】
［加熱コイル］
加熱コイル４５１は、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の一方向に沿う全長のうちの一部に対向する大きさに形成され、ワークＷの全周のうちの加熱位置Ｐ３に配置される部位に対向配置される。各加熱部４５０の加熱コイル４５１は互いに所定間隔を開けて、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の全長において均等に配置されている。
加熱コイル４５１の形状は適宜選択可能であり、平面視においてワークＷの加熱部位の弧形状に対応した形状であって、ワークＷの縦断面形状に対応した縦断面形状となっている。ここでは複数の加熱コイル４５１、好ましくは全ての加熱コイル４５１が同じ形状を有する。
【００３２】
例えば、各加熱コイル４５１は、ワークＷの周方向の所定領域において、略一定断面のパイプ状、棒状或いは板状のコイル材料を上下に繰り返し蛇行させた形状としてもよい。具体的には、図８（ａ）に示すように、全長で中空部が連続するように角パイプを接合し、両端に冷却液の入口４５１ｂ及び出口４５１ｃを設け、ワークＷと対向する部位が複数の屈曲部４５１ｄで屈曲したジグザク形状であってもよい。図８（ｂ）に示すように、ワークＷに対向する部位が、断面丸形のパイプ状のコイル材料を複数の湾曲部４５１ｅで湾曲させたジグザグ形状であってもよい。
【００３３】
被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の内側と外側とで周長が異なるような場合には、加熱コイル４５１としては、図８（ｃ）に示すようなものを使用してもよい。この加熱コイル４５１は、ワークＷに対向する部位が角パイプからなり、角パイプをワーク内側及び外側の複数の屈曲部４５１ｆと、屈曲部４５１ｆ間に設けられた屈曲部４５１ｇとで屈曲させてジグザク形状に形成したものであってもよい。この加熱コイル４５１では、回転中心Ｃから遠い部位における周方向の長さが回転中心Ｗから近い部位における周方向の長さに比べて長く構成されていてもよい。
【００３４】
このような加熱コイル４５１では、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２をより均一に加熱するためには、加熱コイル４５１と被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２との間のギャップが全体でなるべく均一となるのが望ましい。
そのために被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の形状と加熱コイル４５１の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と対向する面の形状とが、なるべく広い範囲で一致するのがよい。また加熱コイル４５１の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と対向する面の面積である対向面積が、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の幅方向においてなるべく均一になるのがよい。さらに被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と直交する断面において、加熱コイル４５１の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と対向する面と被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２との間の角度はなるべく小さくするのがよく、好ましくは０度にする。
【００３５】
加熱コイル４５１の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と直交する方向の幅は被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の幅と同等にするのがよい。加熱コイル４５１の幅が狭い場合、複数の加熱コイル４５１の配置を幅方向にずらすことで被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の全幅により均一に加熱できる。
この実施形態の加熱コイル４５１は、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と対向する面が被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２に対応した形状を有し、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２と直交する幅が被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の幅より若干狭く形成されている。
【００３６】
［冷却セクション］
冷却セクション５００は、図９に示すように、加熱セクション４００の下方に設けられた水槽５１０と、水槽５１０内に配置された冷却部としての複数の冷却ジャケット５２０とを備え、治具１００の放射架台１１１を安定して支持可能となっている。
水槽５１０は、冷却液の飛散を防止するように治具１００及びワークＷを囲んで設けられている。複数の冷却ジャケット５２０は、ワークＷに対して大量の冷却液を吐出してワークＷに接触させるようにワークＷに対向してワークＷの周方向の複数位置に略均等に配設されている。
【００３７】
［変位手段］
変位手段４６０は、ワークＷと加熱コイル４５１との相対位置を変位させ、且つ、相対角度を変向するものである。
変位手段４６０は、図６に示すように、支持ボックス４５２を上下に変位させる上下変位部４６２と、支持ボックス４５２をワークＷの回転中心Ｃからの放射方向に沿って水平方向に変位させる水平変位部４６３と、支持ボックス４５２の傾斜を調整する角度変向部４９２と、を備える。
【００３８】
上下変位部４６２は、加熱冷却架台４０上に固定された変位架台４２と、変位架台４２上に配置された下架台４６４と、変位架台４２に対して下架台４６４を上下動させる上下駆動機構４６５とを備える。
上下駆動機構４６５は、下架台４６４に固定されて上下方向に配置された変位ガイドロッド４６６及び縦変位ネジ軸４６７と、変位架台４２に固定されて変位ガイドロッド４６６を上下動可能に支持する変位軸受４６８と、変位架台４２に固定されたサーボモータ等からなる上下駆動モータ４６９と、変位架台４２に設けられて上下駆動モータ４６９の回転により縦変位ネジ軸４６７を上下動させる連結体４７１とを備える。
【００３９】
水平変位部４６３は、下架台４６４上にワークＷの放射方向に対して略直交方向に配設された第１変位レール４７２と、第１変位レール４７２上を移動可能な上架台４７３と、上架台４７３を第１変位レール４７２に沿って移動させる第１変位駆動機構４７４と、上架台４７３上にワークＷの放射方向に沿って配設された第２変位レール４７５とを備え、第２変位レール４７５上に移動可能に支持された支持ボックス４５２を第２変位レール４７５に沿って移動させる第２変位駆動機構４７６とを備える。
【００４０】
第１及び第２変位駆動機構４７４，４７６は、それぞれサーボモータ等からなる変位駆動モータ４７７と、変位駆動モータ４７７と連結されて第１又は第２変位レール４７２，４７５に沿って配設され回転駆動される横変位ネジ軸４７８と、上架台４７３又は支持ボックス４５２に設けられて横変位ネジ軸４７８と螺合した変位突部４７９とを備える。ワークＷの放射方向に対して略直交方向に加熱コイル４５１を予め位置合わせ可能であれば、第１変位駆動機構４７４を設けなくてもよい。
【００４１】
角度変向部４９２は、支持ボックス４５２に設けられており、例えば第１又は第２変位レール４７２，４７５に支持された支持ボックス４５２の下部に対し、支持ボックス４５２の上部を前側と後側とで異なる高さに上昇又は下降させることで、支持ボックス４５２の傾斜を変化するようになっている。詳細な図示は省略しているが、支持ボックス４５２の各位置を上昇又は下降するために、上部及び下部にステップモータにより回動する雄ネジ部を設け、他方に雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を設けている。
【００４２】
角度変向部４９２により、支持ボックス４５２のワークＷ側とその反対側とで高さを異ならせることで、加熱コイル４５１を被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の長手方向に沿う軸周りに変向させることができる。
【００４３】
［熱処理方法］
次に、このような熱処理装置１０を用いてワークＷを熱処理する方法について説明する。
本実施形態の熱処理方法では、ワークＷに応じて各部を設定する準備工程と、ワークＷを搬入して治具１００に載置する搬入工程と、ワークＷを載置した治具１００を搬送する搬送工程とを行った後、各被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の熱処理を行う。その後、ワークＷを搬出する搬出工程を行う。
【００４４】
準備工程では、加熱処理対象のワークＷの大きさや形状に応じて各部の設定を行う。加熱コイル４５１のような加熱部４５０の構成部品を加熱部４５０に装着するには、図２及び図３に示す部品交換セクション６００及び部品交換治具６２０を利用して行うことができる。
【００４５】
搬入工程では、図２及び図３に示す搬入搬出セクション３００で加熱処理対象のワークＷを搬入し、治具１００に載置して搬送可能な状態にする。
搬入搬出セクション３００の搬入搬出位置Ｐ１において、治具１００にワークＷを支持させる。図４に示すように、ワークＷは治具１００の複数の回転ローラ１１２上に、中央構造部１３０を囲むと共に、一方の端面を下向きにして載置する。その後、ワークＷが載置された治具１００を吊り下げ位置Ｐ２に移動して停止させる。
搬送工程では、図３及び図４に示すように、ワークＷが載置された治具１００を搬送機構２００の搬送ローダ部２２０に接続し、吊り下げて加熱セクション４００に搬送する。
【００４６】
そしてワークＷが加熱セクション４００に搬送された後、各被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の熱処理を行う。この熱処理では被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２毎に順次熱処理を施す。
具体的には図１０に示すように、治具１００上に載置されたワークＷの第１被熱処理領域Ｈ１を加熱する第１加熱工程Ｓ１１と、加熱された第１被熱処理領域Ｈ１を急冷する第１冷却工程Ｓ１２と、第１冷却工程Ｓ１２の後に第１被熱処理領域Ｈ１を加熱して徐冷する第１焼戻工程Ｓ１３とを行い、次いで、第１焼戻工程Ｓ１３の後でワークＷを反転させて治具１００上に載置する反転工程Ｓ１４を行う。その後、反転されたワークＷの第２被熱処理領域Ｈ２を加熱する第２加熱工程Ｓ１５と、加熱された第２被熱処理領域Ｈ２を急冷する第２冷却工程Ｓ１６と、第２冷却工程Ｓ１６の後に第２被熱処理領域Ｈ２を加熱して徐冷する第２焼戻工程Ｓ１７とを行う。
【００４７】
第１加熱工程Ｓ１１では、図６及び図１１（ａ）に示すように、加熱セクション４００で治具１００を所定位置に配置し、治具１００を上下方向及び周方向の移動を規制して配置することで、治具１００上に載置されたワークＷの第１被熱処理領域Ｈ１を各加熱位置Ｐ３に配置し加熱する。
【００４８】
ワークＷの回転及び冷却を継続して行うと共に、加熱コイル４５１をワークＷの表面に追従させ、加熱コイル４５１に高周波電力を給電し、第１被熱処理領域Ｈ１を誘導加熱する。
各位置検出手段４８０によりワークＷの径方向位置及び軸方向位置を検出することで、各加熱位置Ｐ３における第１被熱処理領域Ｈ１の位置が算出される。そのため変位手段４６０を動作させ、各加熱コイル４５１をワークＷに追従させつつ加熱する。例えばワークＷが治具１００の中心から偏心した状態で配置されるなどにより、ワークＷが回動する際に径方向に変位しながら旋回するような場合であっても、加熱コイル４５１をワークＷに追従させて加熱することができる。
【００４９】
誘導加熱を継続することで、第１被熱処理領域Ｈ１が昇温される。加熱中には補助冷却部４４０からワークＷに冷却液を継続的に吹き付け、第１被熱処理領域Ｈ１以外の部位、特に第２被熱処理領域Ｈ２が熱処理温度に昇温することを防止する。
所定の加熱完了状態まで加熱を継続し、被熱処理領域Ｈ１の全体を均一に加熱する。例えば第１被熱処理領域Ｈ１の温度が所望の温度、例えばＡ３変態点やＡ１変態点以上の温度に到達して所定の加熱時間が終了したとき、第１加熱工程Ｓ１１を終了する。
【００５０】
第１冷却工程Ｓ１２では、図９及び図１１（ｂ）に示すように、第１加熱工程Ｓ１１が終了した後、搬送ローダ部２２０により治具１００を下降させ、冷却セクション５００に治具１００上のワークＷを配置し、ワークＷを回転させながら、複数位置に設けられた冷却ジャケット５２０からワークＷに多量の冷却液を噴射し、ワークＷの第１被熱処理領域Ｈ１全体を急冷する。これにより第１被熱処理領域Ｈ１に焼入処理を施す。ここでは、加熱セクション４００の下方に冷却セクション５００が設けられているため、加熱後短時間の間に冷却が開始される。これによりワークＷの所望の焼入処理が行われる。
ワークＷの第１被熱処理領域Ｈ１の温度が十分に低下した段階で冷却工程を終了する。
【００５１】
第１冷却工程Ｓ１２の後、図６及び図１１（ｃ）に示すように、第１被熱処理領域Ｈ１を加熱して徐冷する第１焼戻工程Ｓ１３を行う。
【００５２】
この第１焼戻工程Ｓ１３では、搬送ローダ部２２０により図６に示す治具１００を上昇させて、加熱セクション４００で治具１００の上下方向及び周方向の移動を規制して配置することで、治具１００上に載置されたワークＷの第１被熱処理領域Ｈ１を各加熱位置Ｐ３に配置し加熱する。加熱時には、第１加熱工程Ｓ１１で使用したものと同じ加熱コイル４５１の全部又は一部を用いる。ワークＷの回転及び冷却を行うと共に加熱コイル４５１をワークＷの表面に追従させつつ、加熱コイル４５１に電力を給電して誘導加熱を行い、第１被熱処理領域の表面温度を例えば１７０℃〜２００℃に加熱する。所定時間経過後、例えば大気中で冷却する。これによりワークＷに低温焼戻処理を施し、第１加熱工程Ｓ１１及び第１冷却工程Ｓ１２により形成された硬く脆い組織を焼戻組織にすることで、例えば靱性が向上する。
【００５３】
次いで、図９及び図１１（ｄ）に示すように、搬送ローダ部２２０により図６に示す治具１００を再び下降させ、冷却セクション５００に治具１００上のワークＷを配置し、ワークＷを回転させながら、複数位置に設けられた冷却ジャケット５２０からワークＷに多量の冷却液を噴射し、ワークＷ全体を冷却して十分に低温にする。
【００５４】
第１焼戻工程Ｓ１３が終了した後、ワークＷの上下を反転させて、図６に示す治具１００上に載置する反転工程Ｓ１４を行う。反転工程Ｓ１４ではワークＷの両端面の向きを反転させる。これにより第１被熱処理領域Ｈ１が下方に配置され、第２被熱処理領域Ｈ２が上方に配置される。
次いで、ワークＷが載置された図６に示す治具１００を移動して、ワークＷの第２被熱処理領域Ｈ２を各加熱位置Ｐ３に配置する。
【００５５】
反転工程Ｓ１４の終了後、ワークＷの第２被熱処理領域Ｈ２を加熱する第２加熱工程Ｓ１５を行う。本実施形態のワークＷでは、第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とが面対称形状で、ワークＷを反転させることで第２被熱処理領域Ｈ２を反転前の第１被熱処理領域Ｈ１と同等に配置できるため、第２加熱工程Ｓ１５では、第１加熱工程Ｓ１１で用いたものと同じ加熱コイル４５１を用いる。
【００５６】
第２加熱工程Ｓ１５では、図６及び図１２（ａ）に示すように、第１加熱工程Ｓ１１と同様にして治具１００上に載置されたワークＷの第２被熱処理領域Ｈ２を加熱する。第２被熱処理領域Ｈ２の加熱中には、補助冷却部４４０から第２被熱処理領域Ｈ２に冷却液を継続的に吹き付け、第２被熱処理領域Ｈ２が例えばＡ１、Ａ３変態点以上のような熱処理温度まで昇温することを確実に防止する。
【００５７】
第２加熱工程Ｓ１５が終了した後で第２冷却工程Ｓ１６を行う。第２冷却工程Ｓ１６では、図９及び図１２（ｂ）に示すように加熱された第２被熱処理領域Ｈ２を第１冷却工程Ｓ１２と同様にして冷却セクション５００に直ちに移動させて急冷する。これにより第２被熱処理領域Ｈ２に焼入処理を施す。
【００５８】
本実施形態では、第２冷却工程Ｓ１６後に第２焼戻工程Ｓ１７を行う。第２焼戻工程Ｓ１７では、図６及び図１２（ｃ）に示すように、第１焼戻工程Ｓ１３と同様に行う。即ち、治具１００を上昇させて、治具１００上に載置されたワークＷの第２被熱処理領域Ｈ２を各加熱位置Ｐ３に配置し、第２加熱工程Ｓ１５で使用した加熱コイル４５１の全部又は一部を用いて例えば１７０℃〜２００℃に加熱し、大気中で冷却する。これによりワークＷに低温焼戻処理を施し、第２加熱工程Ｓ１５及び第２冷却工程Ｓ１６により形成された硬く脆い組織を焼戻組織にすることで、例えば靱性を向上する。
次いで、図９及び図１２（ｄ）に示すように、搬送ローダ部２２０により図６に示す治具１００を再び下降させ、冷却セクション５００に治具１００上のワークＷを配置し、ワークＷを回転させながら、複数位置に設けられた冷却ジャケット５２０からワークＷに多量の冷却液を噴射し、ワークＷ全体を冷却する。
【００５９】
その後、焼入されたワークＷは治具１００と共に搬送ローダ部２２０に吊り下げられ、図３に示す搬入搬出セクション３００に搬送されて、ワークＷの全被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の熱処理が完了する。
【００６０】
以上のような熱処理方法によれば、環形状のワークＷの複数箇所にワーク形状に沿う環状の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を設け、複数の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を順次熱処理するので、ワークＷの大きさや形状にかかわりなく、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２の形状だけに応じた加熱部４５０により加熱することができる。そのため、加熱部４５０をワークＷの大きさやワークＷ自体の形状に依存しない簡素な構成にできる。
また、ワークＷの全ての被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を同時に加熱する場合に比べて、加熱時に同時に必要な電力を抑えられる。そのため給電設備を簡素に構成できる。
【００６１】
しかもこの熱処理方法によれば、環形状のワークＷの複数箇所にワーク形状に沿って局部的に設けた環状の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を順次熱処理する際、第１被熱処理領域Ｈ１を第１加熱工程Ｓ１１及び第１冷却工程Ｓ１２により熱処理した後、第１焼戻工程Ｓ１３により第１被熱処理領域Ｈ１を加熱及び冷却することで焼戻しを施してから、第２被熱処理領域Ｈ２を加熱している。そのため第２被熱処理領域Ｈ２を加熱するまでの間や加熱中などに、例えば変形や焼割れのような熱処理欠陥の発生を低減又は防止できる。
【００６２】
ここではワークＷが第２被熱処理領域Ｈ２を加熱したときに第２被熱処理領域Ｈ２の一方の縁側と他方の縁側とで変形量が異なるものとなっている。このようなワークＷでは、被熱処理領域Ｈ２が加熱されるとワークＷが不均一に変形するため、第１被熱処理領域Ｈ１には変形や焼割れのような熱処理欠陥が生じ易くなるが、この実施形態では焼戻しを施すことで熱処理欠陥を有効に防止できる。
【００６３】
この実施形態の熱処理方法では、第１加熱工程Ｓ１１と第１焼戻工程Ｓ１３とで同じ加熱コイル４５１により誘導加熱している。そのため加熱コイル４５１を別々に設ける必要がなく、熱処理装置１０の構成を簡素化できる。
【００６４】
また第１加熱工程Ｓ１１と第２加熱工程Ｓ１５とで、第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とを同じ加熱コイル４５１で誘導加熱している。そのため加熱コイル４５１を別々に設ける必要がなく、熱処理装置１０の構成をより簡素化できる。
する、
しかも第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とが面対称形状を有しており、第１焼戻工程Ｓ１３後にワークＷを反転させて誘導加熱している。そのため、加熱コイル４５１を共通に使用できることに加え、加熱コイル４５１の位置調整等を簡略化でき、被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２を複数有するワークＷであっても容易に熱処理を行える。
【００６５】
上記実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば上記では第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２との２箇所の被熱処理領域を有するワークＷを熱処理する例について説明したが、被熱処理領域の数は複数であれば何ら限定されるものではない。３箇所以上に環状の被熱処理領域が設けられている場合には、被熱処理領域毎に順次加熱する際、各被熱処理領域の焼入処理が終了する毎に焼戻工程を実施すれば、次の被熱処理領域を熱処理する際に焼割れや変形のような熱処理欠陥の発生を抑制できる。
【００６６】
上記では第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２とが面対称形状の場合について説明したが、ワークＷを反転させた際、第２被熱処理領域Ｈ２が第１被熱処理領域Ｈ１と傾斜や幅等が異なる場合であっても、複数の加熱コイル４５１の配置や向きを調整することで、同じ加熱コイル４５１を用いて第２加熱工程Ｓ１５を行うことができる。
また第１被熱処理領域Ｈ１と第２被熱処理領域Ｈ２との形状が全く異なるような場合には、第１加熱工程Ｓ１１と第２加熱工程Ｓ１５とで加熱コイル４５１を交換して加熱することで、本発明を同様に適用することが可能である。
【００６７】
上記では、円環形状のワークＷの例について説明したが、ワークＷは、例えば板状、棒状、塊状等、他の形状であってもよく、複数の被熱処理領域Ｈ１，Ｈ２が環状に設けるものであれば適用可能である。
上記では、第１焼戻工程Ｓ１３及び第２焼戻工程Ｓ１７では１７０℃〜２００℃に加熱して大気中で冷却したが、他の方法により行うことも可能である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｗ  ワーク
Ｗ１  基部
Ｗ２  突出部
Ｗ３  傾斜面
Ｈ  被加熱領域
Ｃ  回転中心
Ｐ１  搬入搬出位置
Ｐ２  吊り下げ位置
Ｐ３  加熱位置
Ｓ１１  第１加熱工程
Ｓ１２  第１冷却工程
Ｓ１３  第１焼戻工程
Ｓ１４  反転工程
Ｓ１５  第２加熱工程
Ｓ１６  第２冷却工程
Ｓ１７  第２焼戻工程
１０  熱処理装置
４０  加熱冷却架台
４２  変位架台
４３  位置検出支柱
４４  位置検出台
１００  治具
１１０  ワーク支持部
１１１  放射架台
１１２  回転ローラ
１３０  中央構造部
２００  搬送機構
２１０  搬送レール
２２０  搬送ローダ部
２４６  回転駆動手段
２５５  回転駆動モータ
３００  搬入搬出セクション
４００  加熱セクション
４１０  治具保持機構
４４０  加熱冷却部
４５０  加熱部
４５１  加熱コイル
４５２  支持ボックス
４６０  変位手段
４６１  位置調整ハンドル
４６２  上下変位部
４６３  水平変位部
４６４  下架台
４６５  上下駆動機構
４６６  変位ガイドロッド
４６７  縦変位ネジ軸
４６８  変位軸受
４６９  上下駆動モータ
４７１  連結体
４７２  第１変位レール
４７３  上架台
４７４  第１変位駆動機構
４７５  第２変位レール
４７６  第２変位駆動機構
４７７  変位駆動モータ
４７８  横変位ネジ軸
４７９  変位突部
４８０  位置検出手段
４８１  第１進退機構
４８２  第２進退機構
４８３  径方向位置検出具
４８４  軸方向位置検出具
４８５  進退用駆動手段
４８６  ロッド
４８７  ガイドロッド
４８８  接触子
５００  冷却セクション
５２０  冷却ジャケット
６００  部品交換セクション
【図１】
0005765684.tif 000002
【図２】
0005765684.tif 000003
【図３】
0005765684.tif 000004
【図４】
0005765684.tif 000005
【図５】
0005765684.tif 000006
【図６】
0005765684.tif 000007
【図７】
0005765684.tif 000008
【図８】
0005765684.tif 000009
【図９】
0005765684.tif 000010
【図１０】
0005765684.tif 000011
【図１１】
0005765684.tif 000012
【図１２】
0005765684.tif 000013