(57)【要約】【課題】偏熱の発生を伴うことなく、静止した状態で保持された鋼球を誘導加熱できるようにする。【解決手段】誘導加熱コイル２ａ、２ｂにて発生される磁束の方向と、誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて発生される磁束の方向とは直交するように誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを配置し、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替えることにより、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて互いに異なる方向にそれぞれ磁束を発生させながら、鋼球１を誘導加熱する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる方向にそれぞれ磁束を発生させながら鋼球の誘導加熱を行う複数の誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルにて発生される磁束の方向が切り替わるように前記誘導加熱コイルを駆動する駆動電流切替手段とを備えることを特徴とする鋼球の熱処理装置。
【請求項２】
互いに直交する方向にそれぞれ磁束を発生させながら鋼球の誘導加熱を行う第１および第２の誘導加熱コイルと、
前記第１および第２の誘導加熱コイルを交互に切り替えながら前記第１および第２の誘導加熱コイルを駆動する駆動電流切替手段とを備えることを特徴とする鋼球の熱処理装置。
【請求項３】
前記磁束中に前記鋼球を連続的に順次送り出す案内路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の鋼球の熱処理装置。
【請求項４】
誘導加熱コイルにて発生される磁束の方向を変化させながら鋼球の誘導加熱を行うことを特徴とする鋼球の熱処理方法。
【請求項５】
発生させる磁束の方向が異なる複数の誘導加熱コイルにて交互に磁束を発生させることで、磁束の方向を変化させることを特徴とする請求項４記載の鋼球の熱処理方法。
【請求項６】
前記磁束中に前記鋼球を連続的に順次送り出しながら鋼球の誘導加熱を行うことを特徴とする請求項４または５記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼球の熱処理装置および鋼球の熱処理方法に関し、特に、誘導加熱による鋼球の熱処理方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
軸受鋼は、軸受外輪や鋼球などの軸受を構成する部品に加工された後、焼き入れや焼き戻しが施されることにより硬さが調整され、軸受に重要な特性である転動疲労寿命について所望の性能が得られるようにされている。
例えば、特許文献１には、転動疲労寿命を向上させるために、軸受鋼の焼き入れの際に急速加熱を行うことにより、旧オーステナイト粒径を４μｍ以下にまで微細化させる方法が開示されている。
【０００３】
また、軸受を構成する部品のうち鋼球についても、転動疲労寿命は重要な特性であることから、旧オーステナイト粒径を微細化させるために、急速加熱を行う方法は有用であると考えられる。
ここで、鋼球の急速加熱を行う代表的な方法としては、誘導加熱コイルを用いた誘導加熱を挙げることができる。
【０００４】
例えば、特許文献２には、半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリットが形成された金属製の円筒体の外周に配設される螺旋状の高周波誘導加熱コイルの中央部で、鋼球の表面を磁気変態点以上の温度に予備加熱し、次いでこの鋼球を上方に移動させて電磁力にて浮揚状態として水平軸を中心に自転を生ぜしめた状態の下で高周波誘導加熱することにより、鋼球の表面を均一加熱する方法が開示されている。
【０００５】
図４（ａ）は、従来の鋼球の熱処理方法を示す斜視図、図４（ｂ）は、従来の鋼球の熱処理方法による磁束の方向と発熱領域との関係を示す断面図である。
図４（ａ）において、鋼球１０１の周囲には誘導加熱コイル１０２が配置されている。そして、誘導加熱コイル１０２に電流１０５を流すことにより、誘導加熱コイル１０２の周回面と直交する方向に磁束１０３が発生する。そして、磁束１０３が鋼球１０１を貫通すると、鋼球１０１には、磁束１０３と直交する周回面を流れる誘導電流１０６が発生する。そして、鋼球１０１に誘導電流１０３が発生すると、鋼球１０１の誘導電流１０６が流れる領域が発熱し、鋼球１０１の急速加熱が行われる。
【特許文献１】特開２００６−１５２４０７号公報
【特許文献２】特開平６−１１６６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示された方法では、鋼球の急速加熱が１個づつ個別に行われ、複数の鋼球を一度に熱処理することができないことから、生産効率が悪いという問題があった。
また、図４（ｂ）に示すように、鋼球１０１を誘導加熱する時に鋼球１０１が静止している場合には、鋼球１０１の特定の領域１０７しか発熱せず、偏熱を生じることから、転動疲労寿命について所望の性能が得られないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、偏熱の発生を伴うことなく、静止した状態で保持された鋼球を誘導加熱することが可能な鋼球の熱処理装置および鋼球の熱処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の鋼球の熱処理装置によれば、互いに異なる方向にそれぞれ磁束を発生させながら鋼球の誘導加熱を行う複数の誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルにて発生される磁束の方向が切り替わるように前記誘導加熱コイルを駆動する駆動電流切替手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の鋼球の熱処理装置によれば、互いに直交する方向にそれぞれ磁束を発生させながら鋼球の誘導加熱を行う第１および第２の誘導加熱コイルと、前記第１および第２の誘導加熱コイルを交互に切り替えながら前記第１および第２の誘導加熱コイルを駆動する駆動電流切替手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３記載の鋼球の熱処理装置によれば、前記磁束中に前記鋼球を連続的に順次送り出す案内路をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項４記載の鋼球の熱処理方法によれば、誘導加熱コイルにて発生される磁束の方向を変化させながら鋼球の誘導加熱を行うことを特徴とする。
また、請求項５記載の鋼球の熱処理方法によれば、発生させる磁束の方向が異なる複数の誘導加熱コイルにて交互に磁束を発生させることで、磁束の方向を変化させることを特徴とする。
また、請求項６記載の鋼球の熱処理方法によれば、前記磁束中に前記鋼球を連続的に順次送り出しながら鋼球の誘導加熱を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、誘導加熱コイルにて発生される磁束の方向を変化させながら鋼球を誘導加熱することができ、鋼球に流れる誘導電流を全表面に分散させることが可能となる。このため、偏熱の発生を伴うことなく、静止した状態で保持された鋼球を誘導加熱することが可能となり、製造効率を劣化させることなく、鋼球の転動疲労寿命について所望の性能を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る鋼球の熱処理装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る鋼球の熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。
図１において、鋼球１の熱処理装置には、鋼球１の誘導加熱を行う誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替える駆動電流切替部４、誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂにて発生された磁束中に鋼球１を保持する鋼球ホルダ９および誘導加熱された鋼球１を冷却して焼き入れを行う水焼き入れ装置８が設けられている。
【００１１】
ここで、誘導加熱コイル２ａ、２ｂは誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて発生される磁束の方向と異なる方向に磁束を発生させることができる。例えば、誘導加熱コイル２ａ、２ｂにて発生される磁束の方向と、誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて発生される磁束の方向とは直交するように誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを配置することができ、誘導加熱コイル２ａ、２ｂは、略水平面内でコイル電流が周回するように構成し、誘導加熱コイル２ａ、２ｂ内の上下方向に磁束を発生させるとともに、誘導加熱コイル３ａ、３ｂは、略垂直面内でコイル電流が周回するように構成し、誘導加熱コイル３ａ、３ｂ内の左右方向に磁束を発生させることができる。また、鋼球ホルダ９は、セラミックなどの絶縁性材料にて構成することができ、レール状の形状とすることができる。そして、鋼球ホルダ９を構成するレールの間隔を調整することにより、鋼球ホルダ９上に鋼球１を保持したり、鋼球ホルダ９上に保持された鋼球１を水焼き入れ装置８に落下させたりすることができる。
【００１２】
そして、鋼球１の誘導加熱を行う場合、鋼球１を鋼球ホルダ９上に移動させ、誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂにて発生される磁束中に鋼球１を保持させる。
そして、駆動電流切替部４は、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替えることにより、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて互いに異なる方向にそれぞれ磁束を発生させる。そして、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて互いに異なる方向にそれぞれ磁束が発生されると、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにてそれぞれ発生された磁束が鋼球１の異なる方向から貫通し、それらの磁束と直交する周回面を流れる誘導電流が鋼球１にそれぞれ発生して、鋼球１が異なる方向から誘導加熱される。そして、鋼球１が所定の温度になるまで誘導加熱されると、鋼球ホルダ９は水焼き入れ装置８に鋼球１を落下させ、鋼球１が水焼き入れ装置８にて冷却されることにより、鋼球１の焼き入れを行うことができる。
【００１３】
図２は、図１の誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにそれぞれ流すコイル電流Ｉ１、Ｉ２の切り替えタイミングを示す図である。
図２において、誘導加熱コイル２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂをそれぞれ駆動する場合、駆動電流切替部４は、誘導加熱コイル２ａ、２ｂを駆動するコイル電流Ｔ１と誘導加熱コイル３ａ、３ｂを駆動するコイル電流Ｔ２とを交互に切り替えることができる。
【００１４】
これにより、鋼球１が鋼球ホルダ９上に静止した状態で保持されている場合においても、鋼球１に貫通する磁束の方向を変化させながら鋼球１を誘導加熱することができ、鋼球１に流れる誘導電流を全表面に分散させることが可能となる。このため、偏熱の発生を伴うことなく、静止した状態で保持された鋼球１を急速加熱することが可能となり、製造効率を劣化させることなく、鋼球１の転動疲労寿命について所望の性能を得ることが可能となる。
【００１５】
なお、上述した実施形態では、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにそれぞれ流すコイル電流Ｉ１、Ｉ２を交互に切り替えながら、鋼球１を誘導加熱する方法について説明したが、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂによる合成磁場が回転するように、コイル電流Ｉ１、Ｉ２の位相、周波数をずらしてそれぞれ同時に流し、誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにて磁束の方向を変化させながら、鋼球１を誘導加熱するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、互いに直交する２方向に磁束を発生させる方法について説明したが、互いに異なる３方向以上に磁束を発生させ、これら３方向以上の磁束の方向を順次切り替えながら、鋼球１を誘導加熱するようにしてもよい。
【００１６】
図３は、本発明の第２実施形態に係る鋼球の熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。
図３において、鋼球１１の熱処理装置には、鋼球１１の誘導加熱を行う誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替える駆動電流切替部１４、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂにて発生された磁束内に鋼球１１を案内する直線状の鋼球案内路１９、鋼球案内路１９に鋼球１１を送り出す送り装置１０および誘導加熱された鋼球１１を冷却して焼き入れを行う水焼き入れ装置１８が設けられている。
【００１７】
ここで、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂは誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂにて発生される磁束の方向と異なる方向に磁束を発生させることができる。例えば、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂにて発生される磁束の方向と、誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂにて発生される磁束の方向とは直交するように誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを配置することができ、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂは、略水平面内でコイル電流が周回するように構成し、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂ内の上下方向に磁束を発生させるとともに、誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂは、略垂直面内でコイル電流が周回するように構成し、誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂ内の左右方向に磁束を発生させることができる。
【００１８】
また、鋼球案内路１９は、セラミックなどの絶縁性材料にて構成することができ、レール状や溝状あるいはパイプ状の形状であってもよい。また、送り装置１０は、鋼球案内路１９に沿って前後に往復移動できるように構成することができる。
そして、鋼球１１の誘導加熱を行う場合、送り装置１０は、鋼球１１を鋼球案内路１９に連続的に送り出すことにより、複数の鋼球１１を鋼球案内路１９上に移動させ、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂにて発生される磁束中に複数の鋼球１１を保持させることができる。
【００１９】
そして、駆動電流切替部１４は、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替えることにより、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂにて互いに異なる方向にそれぞれ磁束を発生させる。そして、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂにて互いに異なる方向にそれぞれ磁束が発生されると、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂにてそれぞれ発生された磁束が鋼球１１の異なる方向から貫通し、それらの磁束と直交する周回面を流れる誘導電流が鋼球１１にそれぞれ発生して、鋼球１１が異なる方向から誘導加熱される。そして、鋼球１１が所定の温度になるまで誘導加熱されると、送り装置１０は、鋼球案内路１９上に保持された鋼球１１を鋼球案内路１９から押し出すことにより、水焼き入れ装置１８に鋼球１１を落下させ、鋼球１１が水焼き入れ装置１８にて冷却されることにより、鋼球１１の焼き入れを行うことができる。
【００２０】
ここで、誘導加熱コイル１２ａ、１２ｂおよび誘導加熱コイル１３ａ、１３ｂをそれぞれ駆動するコイル電流を交互に切り替えることにより、鋼球１１に貫通する磁束の方向を変化させながら複数の鋼球１１を一括して誘導加熱することができ、鋼球１１に流れる誘導電流を全表面に分散させることが可能となる。このため、偏熱の発生を伴うことなく、複数の鋼球１１を一括して急速加熱することが可能となり、製造効率を劣化させることなく、鋼球１１の転動疲労寿命について所望の性能を得ることが可能となる。
【００２１】
なお、鋼球案内路１９は、互いに並行に配置された複数の鋼球案内路であってもよく、これら複数の鋼球案内路上で鋼球１１をそれぞれ保持しながら、複数の鋼球１１を一括して誘導加熱するようにしてもよい。
そして、このような方法にて誘導加熱が行われた後、水冷して焼き入れが行われた鋼球１１では、鋼球断面で４５°ごとの深さ方向において硬度分布に違いは認められることはなく、全ての方向において鋼球１１の表層の１ｍｍ程度の部分に均一な焼き入れが施されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋼球の熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の誘導加熱コイル２ａ、２ｂおよび誘導加熱コイル３ａ、３ｂにそれぞれ流すコイル電流Ｉ１、Ｉ２の切り替えタイミングを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る鋼球の熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、従来の鋼球の熱処理方法を示す斜視図、図４（ｂ）は、従来の鋼球の熱処理方法による磁束の方向と発熱領域との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１  鋼球
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ  誘導加熱コイル
４、１４  駆動電流切替部
８、１８  水焼き入れ装置
９、１９  鋼球ホルダ
１０  鋼球送り出し部
１９  鋼球案内路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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