(57)【要約】【課題】  薄板状のワークを、変形を生じることなく焼入処理することができる高周波焼入装置を提供する。ワークは、例えばスラスト転がり軸受の軌道輪である。【解決手段】  薄板状のワークＷを両面から挟み付ける一対の支持部材１２を設ける。これら支持部材１２に支持されたワークＷに誘導加熱を行う加熱コイル１と、支持部材１２に支持されたワークＷに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置４とを備える。支持部材１２のワーク挟付け面１２ａａに焼入冷却流体の通路１６を設ける。ワークＷがリング状である場合、前記一対の支持部材１２は、互いに同心の回転中心Ｏ上で回転自在に支持するものとし、これら支持部材を回転させる回転駆動手段１４を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状のワークを焼入する高周波焼入装置であって、前記ワークを両面から挟み付ける一対の支持部材と、これら支持部材に支持されたワークに誘導加熱を行う加熱コイルと、前記支持部材に支持されたワークに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置とを備え、前記支持部材のワーク挟付け面に焼入冷却流体の通路を設けた高周波焼入装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ワークがリング状であり、前記一対の支持部材が互いに同心の回転中心上で回転自在に支持され前記ワークを回転中心と同心に支持するものであり、これら支持部材を回転させる回転駆動手段を設けた高周波焼入装置。
【請求項３】
請求項２において、前記ワークがスラスト転がり軸受の軌道輪である高周波焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機械部品とされる薄板状のワーク、例えばスラスト転がり軸受の軌道輪等のリング状のワークにつき、高周波誘導加熱して焼入する高周波焼入装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械部品、例えばリング状のワークの焼入に際する加熱方法として、単巻の加熱コイルを用い、その内周に同心にワークを配置し、高周波誘導加熱を行う方法がある（例えば非特許文献１）。
しかし、軸受軌道輪等の量産される機械部品の焼入は、雰囲気炉で全体焼入することが一般的である。軸受における高周波焼入は、車輪用軸受における軌道面のみの焼入等のように、局部的に焼入を施す場合に採用されている。
【非特許文献１】（社）日本熱処理技術協会／日本金属熱処理工業会編集、「熱処理技術入門」大河出版、平成１３年４月２５日発行、第２８５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軸受軌道輪等の機械部品の全体焼入を行う場合の加熱は、上記のように炉内で行うことが一般的であるが、多品種少量生産の場合、炉による熱処理では、炉の処理可能個数に対して半端な個数となることがあり、効率が悪い。また、要求に応じて必要時に必要個数だけ焼入品をラインに供給したり、外部に納品するような場合は、炉による焼入れでは在庫を多く抱えることが必要となる。炉による加熱は、炉内に入れた機械部品の位置によっても、加熱温度がばらつくことがある。
このため、軸受軌道輪の焼入を、１個ずつ高周波焼入で行うことを試みた。高周波焼入によると、必要個数だけを処理することができ、また処理品間でのばらつきの少ない均一な熱処理が可能となる。
【０００４】
しかし、薄板状のワーク、例えばスラスト転がり軸受の軌道輪等のようなリング状で薄板状のワークにつき高周波焼入を行おうとした場合、加熱後の急冷時などに、残留応力によってワークが変形する。そのため、薄板状のワークを高周波焼入することが出来なかった。
特に、スラスト転がり軸受の軌道輪では、性能や転動寿命等の確保のために寸法や形状の精度が厳しく求められ、熱処理に伴う歪みの発生は、できるだけ避ける必要がある。焼入時に歪みが大きく生じると、焼戻に時間がかかったり、焼戻を行っても十分に変形を無くすことができない場合がある。また、焼入後の研削取代を大きくする必要が生じる。
【０００５】
この発明の目的は、薄板状のワークを、変形を生じることなく焼入処理することができる高周波焼入装置を提供することである。
この発明の他の目的は、スラスト軸受の軌道輪等のような高精度が求められるリング状の薄板状ワークであっても、要求精度を満足でき、また均一な焼入品質を得ることができるものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の高周波焼入装置は、薄板状のワークを焼入する装置であって、前記ワークを両面から挟み付ける一対の支持部材と、これら支持部材に支持されたワークに誘導加熱を行う加熱コイルと、前記支持部材に支持されたワークに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置とを備え、前記支持部材のワーク挟付け面に、焼入冷却流体の通路を設けたものである。
【０００７】
この構成によると、ワークを一対の支持部材で挟み付けた状態で、加熱コイルによる誘導加熱を行う。この加熱されたワークに、焼入冷却流体供給装置から焼入冷却流体を浴びせて急冷することにより焼入する。この急冷時に、ワークは一対の支持部材で挟み付けられているため、変形を生じることが防止され、元の形状を維持したまま冷却される。上記支持部材は、ワーク挟付け面に焼入冷却流体の通路を設けられているため、ワークの上記支持部材で挟み付けられる面にも焼入冷却流体が供給され、ワークの全体を均等にかつ効率良く冷却することができる。焼入冷却流体の通路を設けることで、支持部材がワークに接触する面積が減少し、ワークの熱が逃げることの防止効果も得られる。また、この構成によると、ワークの加熱から急冷までを、支持部材で挟み付けたままで行え、途中で持ち替える必要がないため、持ち替えに伴うワークの変形が生じず、また持ち替えの手間が省けて効率良く焼入が行える。
【０００８】
この発明の高周波焼入装置は、前記薄板状のワークがリング状である場合は、次の構成とすることが好ましい。前記一対の支持部材は、互いに同心の回転中心上で回転自在に支持されて前記ワークを回転中心と同心に支持するものとする。これら支持部材を回転させる回転駆動手段を設ける。
リング状のワークの場合、このように回転させながら誘導加熱を行うことにより、全周に渡り均等に加熱することができる。また、ワークの急冷処理も、回転させながら焼入冷却流体を浴びせることで、ワーク全体を均等に急冷することができる。これらのため、ワーク全体の焼入品質を均等なものとできる。
【０００９】
前記ワークがスラスト転がり軸受の軌道輪である場合は、寸法，形状等の精度や、焼入品質等に高度な品質を求められるため、この発明の高周波焼入装置による変形防止の効果、特に上記のように挟み付け状態で回転させながら加熱および急冷を行うことによる均等化の利点が効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の高周波焼入装置は、薄板状のワークを焼入する高周波焼入装置であって、前記ワークを両面から挟み付ける一対の支持部材と、これら支持部材に支持されたワークに誘導加熱を行う加熱コイルと、前記支持部材に支持されたワークに焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置とを備え、前記支持部材のワーク挟付け面に焼入冷却流体の通路を設けたものであるため、薄板状のワークを、変形を生じることなく焼入処理することができるという効果が得られる。
前記一対の支持部材を回転自在に支持し、これら支持部材を回転させる回転駆動手段を設けた場合は、スラスト軸受の軌道輪等のような高精度が求められるリング状の薄板状ワークであっても、要求精度を満足でき、また均一な焼入品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。この高周波焼入装置は、加熱コイル１と、この加熱コイル１に高周波電流を供給する高周波電源２と、被熱処理品であるワークＷを支持するワーク支持手段３と、冷却液等の焼入冷却流体を供給する焼入冷却流体供給装置４とを備える。ワークＷは、薄板状のリング状品である。図示の例ではワークＷは、スラスト転がり軸受の軌道輪である。
【００１２】
ワーク支持手段３は、互いに上下に配置されてワークＷを両面から挟み付ける一対の支持部材１２を有する。これら支持部材１２は、互いに同心の回転中心Ｏ上で回転自在なように、軸受１３を介してフレーム（図示せず）に支持されており、回転駆動手段１４により回転駆動される。回転駆動手段１４は、モータおよびその回転の伝達系により構成される。支持部材１２は、ワークＷを挟む円板部１２ａと、この円板部１２ａの背面中央から突出した軸部１２ｂとを有し、軸部１２ｂで上記軸受１３により支持されている。回転駆動手段１４による支持部材１２の回転駆動は、上下の両方の支持部材１２に伝えるようにしても良く、また上下いずれか片方の支持部材１２のみを回転駆動し、ワークＷを挟み付けた状態で上下の支持部材１２が共に回転するものとしても良い。
【００１３】
上下の支持部材１２は、相対的に昇降自在に設けられており、昇降装置１５により昇降させられる。この昇降により、上下の支持部材１２間へのワークＷの挿脱と、上下の支持部材１２によるワークＷの挟み付け力を得るようになされている。上下の支持部材１２は、いずれか一方を昇降可能とし、他方を高さ位置固定としても良く、また両方が共に昇降可能なものとしても良い。なお、ワークＷの挿脱のために支持部材１２を昇降させる駆動手段と、ワークＷに挟み付け力を与えるための駆動手段とはそれぞれ別に設けても良いが、ここでは昇降装置１５が両機能を兼ねるものとしてある。
【００１４】
支持部材１２の材質は、非磁性体で、かつ耐熱性に優れた材質が好ましく、セラミックス製のものと等とされる。例えば、アルミナやコージライト系の材質等が好ましい。
【００１５】
加熱コイル１は、支持部材１２と共にワークＷが回転することを妨げないように配置される。この例では、加熱コイル１は、上側の支持部材１２の上方と、下側の支持部材１２の下方に位置して、ワークＷにできるだけ近くなるように配置されている。加熱コイル１は、ワークＷの全周に対向するように、単巻きリング状のものとして支持部材１２の回転中心Ｏの回りの配置しても、またワークＷの円周方向複数箇所に位置するように分散して配置しても良い。また、加熱コイル１は、支持部材１２をワークＷの挿脱のために昇降させるときに、支持部材１２と共に昇降するか、または退避動作を行い、支持部材１２の昇降を妨げないように設置されている。
【００１６】
高周波電源２は、交流商用電源等から受電盤を介して得た電流を、所定周波数の高周波に変換して加熱コイル１に供給する手段であり、サイリスタインバータ式やトランジスタインバータ式等のものが使用される。高周波電源２と加熱コイル１との間には電流変成器（図示せず）を介在させる。
【００１７】
支持部材１２のワーク挟付け面１２ａａには冷却液等の焼入冷却流体の通路１６が設けられており、また支持部材１２の中心部に冷却液等の焼入冷却流体の供給路１７が設けられている。これら上下の支持部材１２の供給路１７の入口は、焼入冷却流体供給装置４の吐出口に配管（図示せず）等で接続されている。支持部材１２は回転自在であるため、必要に応じて、ロータリジョイント（図示せず）を介して供給路１７から前記配管に接続される。
【００１８】
支持部材１２のワーク挟付け面１２ａａは、リング状のワークＷの全体を挟み付けるようにリング状に設けられ、支持部材１２のワーク対向面の中央部は円形の凹み部１８とされている。支持部材１２の前記焼入冷却流体の通路１６は、例えば図２に示すように、放射状に延びる線状の凸部１９を形成することで、その隣合う凸部１９の間が上記通路１６として構成されている。凸部１９の断面形状は、半円状、三角形状、台形状、方形状などの任意の断面形状とされる。
【００１９】
上記凸部１９は、例えば図３（Ａ）に示すように円弧状に延びるものであっても、また渦巻き状に延びるものや、網目状に延びるものであっても良い。
また、凸部１９は、線状に延びるものに限らず、例えば図３（Ｂ）に一部を示すようにワーク挟付け面１２ａａの全体に分散したボス状のものであっても良い。このボス状の凸部１９は、半球状のものであっても、三角錐等の角錐状の形状や、角錐台状の形状であっても良い。凸部１９が分散したボス状のものである場合、その凸部１９の間の空間が焼入冷却流体の通路１６となる。
【００２０】
上記構成の高周波焼入装置による熱処理過程を説明する。ワーク支持手段３の上下の支持部材１２でワークＷを挟み込み、支持部材１２と共に駆動源１４でワークＷを回転させながら、加熱コイル１に高周波電源２から高周波電力を供給する。加熱コイル１に高周波電流が流れることにより、交番磁束が発生し、ワークＷが誘導加熱される。すなわち、ワークＷを通る磁束の変化による渦電流損やヒステリシス損等により発熱現象が生じる。ワークＷの温度が目標の加熱最高温度であるオーステナイト化温度まで昇温すると、その温度を一定時間維持した後、焼入冷却流体として、水等の焼入冷却液を供給してワークＷを急冷する。これによりワークＷが焼入される。
【００２１】
この急冷時に、ワークＷは一対の支持部材１２で挟み付けられているため、変形を生じることが防止され、元の形状を維持したまま冷却される。挟み付けておくため、焼入冷却液の供給を圧力付与状態で行っても、ワークＷの位置がずれることがない。支持部材１２は、ワーク挟付け面１２ａａに焼入冷却液の通路１６を設けられているため、ワークＷの上記支持部材１２で挟み付けられる面にも焼入冷却液が供給され、ワークＷの全体を均等に、かつ効率良く冷却することができる。
焼入冷却液の通路１６を設けることで、支持部材１２がワークＷに接触する面積が減少し、ワークＷの熱が逃げることの防止効果も得られる。特に、支持部材１２に上記のような線状またはボス状の凸部１９を設けて焼入冷却液の通路１６を設けた場合、接触面積をできるだけ少なくし、ワークＷから熱が逃げることを防止して効率良くかつ均等に加熱することができる。
【００２２】
また、この構成によると、ワークＷの加熱から急冷までを、支持部材１２で挟み付けたままで行えて、途中で持ち替える必要がないため、持ち替えに伴うワークＷの変形が生じず、また持ち替えの手間が省けて効率良く焼入が行える。
【００２３】
ワークＷはリング状であるが、回転させながら誘導加熱を行うため、全周に渡り均等に加熱することができる。また、ワークＷの急冷処理も、回転させながら焼入冷却液を浴びせるようにするため、ワークＷの全体を均等に急冷することができる。これらのため、ワークＷの全体の焼入品質を均等なものとできる。そのため、ワークＷがスラスト転がり軸受の軌道輪の場合のように、寸法，形状等の精度や、焼入品質等に高度な品質を求められるものであっても、この実施形態における挟み付けながら加熱，急冷を行うによる変形防止の利点や、回転させながら加熱および急冷を行うことによる均等化の利点が効果的に発揮される。
【００２４】
なお、上記実施形態では、ワークＷの両面に対向して加熱コイル１を配置するようにしたが、片面側のみに加熱コイル１を配置するようにしても良い。
また、上記実施形態ではワークＷが転がり軸受の軌道輪である場合につき説明したが、この発明はワークＷが上記軌道輪である場合に限らず、薄板状のリング状品の場合に一般に適用でき、さらにワークＷがリング状品の場合に限らず、鋼製の機械部品等となる薄板状のワーク一般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる高周波焼入装置の破断正面図である。
【図２】その支持部材のワーク挟付け面を示す平面図である。
【図３】支持部材のワーク挟付け面の焼入冷却液通路の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…加熱コイル
２…高周波電源
３…ワーク支持手段
４…焼入冷却流体供給装置
１２…支持部材
１２ａａ…ワーク挟付け面
１４…回転駆動装置
１６…焼入冷却液の通路
Ｗ…ワーク
【図１】
2005330543.tif 000003
【図２】
2005330543.tif 000004
【図３】
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