(57)【要約】      （修正有）【課題】  リング状品の芯出しを正確に行えて、熱変形が少なく、かつ真円度等につき精度の良い型焼入れを行うことのでき、しかもサイズの異なる複数種のリング状品に適用できるリング状品の型焼入れ方法および装置を提供する。【解決手段】  リング状品の型焼入れ方法は、リング状品１０を焼入れ温度まで加熱する加熱過程と、リング状品１０との接触面１１ｃがリング状品１０の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品１０から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面１１ｃが周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型１１Ｕ，１１Ｌを押し当てた状態で冷却する冷却過程とを含む。リング状品の型焼入れ装置は、加熱部と冷却部とを備える。冷却部は、両面が上下を向いたリング状品１０の上・下側面の周縁に押し当てるように拘束型１１Ｕ，１１Lを保持することのできる上・下型保持手段を有する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱過程と、リング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却過程とを含むリング状品の型焼入れ方法。
【請求項２】
請求項１において、前記拘束型は一体のリング状のものとしたリング状品の型焼入れ方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記リング状品は軸受の軌道輪であるリング状品の型焼入れ方法。
【請求項４】
焼入れ温度まで加熱されたリング状品を冷却して焼入れする際に、リング状品の両面における外周縁に押し当てられる拘束型であって、リング状品との接触面が、リング状品から軸方向に離れるに従ってリング状品の内周縁側に近づくように傾き、かつ周方向に複数の接触箇所に分割されている拘束型。
【請求項５】
焼入れ温度まで加熱されたリング状品を冷却して焼入れする際に、リング状品の両面における内周縁に押し当てられる拘束型であって、リング状品との接触面が、リング状品から軸方向に離れるに従ってリング状品の外周縁側に近づくように傾き、かつ周方向に複数の接触箇所に分割されている拘束型。
【請求項６】
リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱部と、この加熱部によって加熱されたリング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却部とを備え、
前記冷却部は、両面が上下を向いたリング状品の上側面の前記周縁に前記接触面を押し当てるように前記拘束型を保持することのできる上型保持手段と、同リング状品の下側面の前記周縁に前記接触面を押し当てるように前記拘束型を保持することのできる下型保持手段と、上型・下型両保持手段の中心を同心に維持する同心維持手段とを有するリング状品の型焼入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、拘束型を用いて軸受軌道輪等のリング状品を焼入れするリング状品の型焼入れ方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の軌道輪等のようなリング状品を焼入れする際、熱変形の防止や真円度の調整のために、図７に示すように、リング状品１０を円筒状の拘束型１３に入れて冷却することが行われている。詳しくは、リング状品１０を焼入れ温度（８５０℃程度）まで加熱した後、マルテンサイト変態点（２３０℃）付近の温度までは型拘束しない状態で冷却し、同温度まで低下した時点でリング状品１０を拘束型１３に入れ、その状態のまま一定温度（１１０℃程度）まで冷却し、同温度まで冷却したなら拘束型１３からリング状品１０を取り出し、その後は常温まで自然冷却させる。
このような冷却の仕方をする理由は、図８のグラフによって説明することができる。すなわち、ＳＵＪ材等の軸受鋼は、焼入れ温度まで加熱した後、急速冷却した場合、マルテンサイト変態点Ｍｓまでは収縮するが、マルテンサイト変態点Ｍｓ以下になると膨張するという特徴がある。したがって、マルテンサイト変態点Ｍｓ付近でリング状品を型拘束することにより、それ以下に冷却されるのに伴ってリング状品が膨張して拘束型に押し付けられて、拘束型の形状と同一になるよう塑性変形する。このため、熱変形の少ない所定の形状および寸法が得られるのである。
【０００３】
しかし、上記方法で焼入れした場合、リング状品は膨張して拘束型にぴったりと嵌っているため、焼入れ終了後に拘束型からリング状品を分離して取り出すのが容易ではない。実際には、リング状品をパンチで軸方向の打撃を加えて拘束型から取り出すようにしているが、この作業は手間のかかるものである。また、径方向に完全に拘束されているため、型焼入れ時にリング状品に内部歪みが生じ、それが端面部の反り（図７にＡで示す）となって現れやすい。
【０００４】
そこで、拘束型として軸方向に長い縦型円筒状のものを用い、この縦型円筒状の拘束型に対して上側から順にリング状品を押し込み、それによって型内のリング状品が下側から順に押し出されるようにし、型内に滞留している間にリング状品が冷却される構成とする提案が特許文献１に記載されている。この構成とすれば、拘束型からリング状品を取り出す作業が不要で、リング状品の焼入れと取り出しを連続して行うことができる。また、径方向の拘束が緩やかであるので、端面部の反りも現れにくい。
【０００５】
また、他の試案として、拘束型の有効径を変更可能とし、型拘束して焼入れした後に拘束型の有効径を広げることにより、リング状品を拘束型から容易に取り出せるようにすることが考えられている。
【特許文献１】特開平０９−１７６７４０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、特許文献１の提案例は、拘束型とリング状品との摩擦力によってリング状品が型内に保持されるようになっているため、大きなリング状品の場合は自重で拘束型から落下してしまう可能性がある。また、拘束型へのリング状品の押し込みと取り出しが連続して行われるため、少量生産のリング状品の製造には不向きである。したがって、この提案例は、大量に生産する比較的小さなリング状品という特殊な条件の場合にだけ適用することができ、リング状品全般の焼入れに適用できるものではない。
【０００７】
一方、前記試案の場合は、拘束型の有効径を変更するための機構を必要とし、また型焼入れ中に拘束型の有効径が変更してしまわないように圧力をかけておく必要があり、この圧力として数１０トンないし１００トンを超える荷重負荷が必要なため、装置が大型化するとともに、運転コストが高くなることが考えられる。
【０００８】
この発明の目的は、比較的簡単な作業手順および構成でありながら、リング状品の芯出しを正確に行えて、熱変形が少なく、かつ真円度等につき精度の良い型焼入れを行うことができ、しかもサイズの異なる複数種のリング状品に適用できるリング状品の型焼入れ方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のリング状品の型焼入れ方法は、リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱過程と、リング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却過程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
この方法によると、焼入れ温度まで加熱されたリング状品を冷却する際に、リング状品の周縁に上記のように接触面が傾いた拘束型が押し当てられるため、リング状品は、軸方向への伸びおよび径方向への拡張を拘束された状態で冷却されることとなり、両方向への熱変形が抑えられて、真円度および平坦度につき精度良く焼入れが行われる。ただし、両方向への変形を完全に拘束しているのではなく、若干の変形は許容しているため、内部歪み等が生じにくく、端面部の反りも少ない。また、リング状品との接触面が周方向に複数の接触箇所に分割されているという拘束型の形状を利用し、拘束型の内周側にリング状品の芯出し用の部材を設置することができる。これにより、リング状品の芯出しが確実なものとなり、より一層真円度の精度が良い焼入れを行うことができる。焼入れ終了後、上下の拘束型を互いに離間させるだけで、拘束型からリング状品を簡単に取り出すことができる。
この型焼入れ方法は、リング状品の周縁を拘束型の接触面により線で拘束するものであるため、拘束型の接触面のいずれかの部分をリング状品の周縁に押し当てることができれば良い。したがって、拘束型の接触面の範囲内であれば、サイズの異なる複数種のリング状品に使用することができる。また、拘束型とリング状品とが線で接触するため、拘束型がリング状品からの熱の影響を受けにくく、拘束型の耐久性が良い。
拘束型をリング状品に押し当てる圧力は、拘束状態を維持できる程度あればよく、さほど大きくする必要がない。このため、拘束型および拘束型を支持する部材の自重を前記圧力として利用することができ、拘束型をリング状品に押し当てる機構を簡略なものとすることができる。
【００１１】
前記拘束型は一体のリング状のものとすることができる。拘束型が一体のリング状であると、拘束型の取扱が容易である。
また、前記リング状品は軸受の軌道輪とすることができる。
【００１２】
この発明のリング状品の型焼入れ方法において、リング状品の両面における外周縁に拘束型を押し当てる場合に用いる拘束型は、リング状品との接触面が、リング状品から軸方向に離れるに従ってリング状品の内周縁側に近づくように傾き、かつ周方向に複数の接触箇所に分割されているものとする。また、リング状品の両面における内周縁に拘束型を押し当てる場合に用いる拘束型は、リング状品との接触面が、リング状品から軸方向に離れるに従ってリング状品の外周縁側に近づくように傾き、かつ周方向に複数の接触箇所に分割されているものとする。
【００１３】
また、この発明のリング状品の型焼入れ装置は、リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱部と、この加熱部によって加熱されたリング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却部とを備え、前記冷却部は、両面が上下を向いたリング状品の上側面の前記周縁に前記接触面を押し当てるように前記拘束型を保持することのできる上型保持手段と、同リング状品の下側面の前記周縁に前記接触面を押し当てるように前記拘束型を保持することのできる下型保持手段と、上型・下型両保持手段の中心を同心に維持する同心維持手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
この発明のリング状品の型焼入れ装置によれば、加熱部によってリング状品を焼入れ温度まで加熱し、その加熱されたリング状品を、冷却部によって、両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくようにリング状品との接触面が傾く拘束型を押し当てた状態で冷却する。冷却部でリング状品を冷却する際には、両面が上下を向いたリング状品の上側面の周縁に、上型保持手段に保持された上型を押し当てるとともに、同リング状品の下側面の周縁に、下型保持手段に保持された下型を押し当てる。このとき、同心維持手段により上型・下型両保持手段の中心を同心に維持すると同時に、拘束型の内周側に設置された芯出し用の部材でリング状品の芯出しを行うことにより、リング状品の芯出しを確実なものとして、リング状品の真円度を高めることができる。冷却部を上記構成とすることにより、冷却部による冷却過程の作業能率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のリング状品の型焼入れ方法は、リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱過程と、リング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却過程とを含むものとしたため、比較的簡単な作業手順でありながら、リング状品の芯出しを正確に行えて、熱変形が少なく、真円度等の精度の良い型焼入れを行うことができ、しかもサイズの異なる複数種のリング状品に適用できる優れた方法となった。
また、この発明のリング状品の型焼入れ装置は、リング状品を焼入れ温度まで加熱する加熱部と、この加熱部によって加熱されたリング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割されたく拘束型を押し当てた状態で冷却する冷却部とを備え、前記冷却部は、両面が上下を向いたリング状品の上側面の前記周縁に押し当てるように前記拘束型を保持することのできる上型保持手段と、同リング状品の下側面の前記周縁に前記接触面を押し当てるように前記拘束型を保持することのできる下型保持手段と、上型・下型両保持手段の中心を同心に維持する同心維持手段とを有するものとしたため、比較的簡単な構成でありながら、リング状品の芯出しを正確に行えて、熱変形が少なく、真円度等の精度の良い型焼入れを行うことができ、しかもサイズの異なる複数種のリング状品に適用できる優れた装置となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施形態を図と共に説明する。このリング状品の型焼入れ装置１は、図１に示すように、加熱部２、一次冷却部３、二次冷却部４、空冷部５、洗浄部６および焼戻し部７よりなる。
加熱部２は、加熱炉を用いてリング状品を所定の焼入れ温度（例えば８５０℃）まで加熱する。この過程を加熱過程という。
一次冷却部３は、焼入れ温度まで加熱されたリング状品を、型拘束しない状態のまま油中に浸漬して、マルテンサイト変態点付近（例えば２７０℃）まで一次冷却する。二次冷却部４は、一次冷却されたリング状品を、拘束型に型入れした状態で油中に浸漬して、一定温度（例えば１１０℃）まで二次冷却する。一次冷却と二次冷却を合わせて冷却過程という。
冷却過程終了後、リング状品は、空冷部５で常温まで自然冷却され、洗浄部６で洗浄され、焼戻し部７で焼戻し処理される。
【００１７】
この型焼入れ装置１の特徴は、二次冷却部４での型焼入れ方法に有る。その型焼入れ方法とは、リング状品の両面における外周縁および内周縁のうちの一方の周縁に、リング状品との接触面がリング状品から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾き、かつ前記接触面が周方向に複数の接触箇所に分割された拘束型を押し当てた状態で冷却するというものである。ここで、「傾く」というのは、リング状品との接触面のことであり、拘束型全体の形状や拘束型をリング状品に押し当てるために加圧する方向のことではない。
【００１８】
図２は二次冷却部４で使用される拘束型を示す。この拘束型１１は、リング状部１１ａの内周に複数の接触部１１ｂが互いに等間隔で形成されたものであり、接触部１１ｂの上下一方の面は拘束型１１の上下端面に対して傾いた接触面１１ｃとなっている。各接触部１１ｂの接触面１１ｃは、共通の円すい面上に位置している。接触面１１ｃの角度θは、通常は４５°とされるが、これに限らない。接触面１１ｃの角度θの違いにより、型焼入れ時の変形防止効果に若干の違いがある。つまり、角度θが大きい場合は、径方向への変形を防止して真円度を高める効果が大きく、角度θが小さい場合は、反りを抑えて平坦度を高める効果が大きいという傾向がある。
【００１９】
型焼入れ時におけるリング状品および拘束型の状態を図３に示す。図で符合１０はリング状品であり、この例では軸受の外輪とされている。このリング状品１０の上下両側に、前記拘束型１１が上型１１Ｕおよび下型１１Ｌとして設けられ、その接触面１１ｃがリング状品１０の上下両端面の外周縁に押し当てられている。接触面１１ｃはリング状品１０の外周面１０ａに対して傾いているため、上型１１Ｕおよび下型１１Ｌとリング状品１０とは線で接触する。
【００２０】
図４はリング状品が軸受の内輪である例を示している。この場合、このリング状品１０の上下両側に設けられた上型１２Ｕおよび下型１２Ｌの接触面１２ｃが、リング状品１０の上下両端面の内周縁に押し当てられる。この拘束型１２も、上記同様に、リング状部１１ａの内周に複数の接触部１１ｂが互いに等間隔で形成されたものである。拘束型１２の接触面１２ｃはリング状品１０の内周面１０ａに対して傾いていて、上型１２Ｕおよび下型１２Ｌとリング状品１０とは線で接触する。
【００２１】
上記のように拘束型をリング状品に押し当てるために、図５に示す型押し当て機構が用いられる。図はリング状品１０が軸受の外輪である場合を示している。この型押し当て機構２０は、下型取付ベース２１に複数本の昇降ガイド２２が鉛直方向に立設され、この昇降ガイド２２に沿って上型取付ベース２３が摺動自在に設けられている。なお、各昇降ガイド２２の上端は連結板２４により互いに連結されている。上型取付ベース２３は、その下面に上型１１Ｕがボルト等により取付けられるものであって、上型保持手段となっている。また、下型取付ベース２１は、その上面に下型１１Ｌがボルト等により取付けられるものであって、下型保持手段となっている。上型取付ベース２３には昇降ロッド２６が連結されており、この昇降ロッド２６を図示しない昇降駆動源により上下動させることにより、上型取付ベース２３を昇降ガイド２２に沿って昇降させるようになっている。昇降ガイド２２は、上型・下型両保持手段２３，２１の中心を同心に維持する同心維持手段となっている。
【００２２】
一次冷却部３で一次冷却されたリング状品１０が上型１１Ｕと下型１１Ｌの間に供給されると、下型１１Ｌに対して上型１１Ｕが下降してきて、両拘束型１１Ｕ，１１Ｌによりリング状品１０を拘束する。このとき、上型１１Ｕの一度の下降動作でリング状品１０を拘束するのではなく、上型１１Ｕは、下降してきてリング状品１０に当ると一旦浮上するという動作を数回（例えば3回）繰り返してから、正規にリング状品１０を拘束する。このような動作を行うことにより、リング状品１０が供給された段階では拘束型１１Ｕ，１１Ｌとリング状品１０との間に位置関係のわずかなズレがあった場合でも、そのズレを無くして拘束型１１Ｕ，１１Ｌとリング状品１０とが緊密に接触する状態、いわゆる馴染んだ状態とすることができる。これにより、リング状品１０芯出しが行われる。
また、図５において２点鎖線で示すように、リング状品１０の内周縁にテーパ面が当接するように芯出し部材２８を設けておくと、リング状品１０の芯出しをより一層精度良く行うことができる。芯出し部材２８の平面形状は、例えば図２（Ａ）において２点鎖線で示すような形状とすることができる。放射状に延びる板状部２８ａの上面が、テーパ面とされている。芯出し部材２８をこの形状とした場合、上記板状部２８ａを下型１１Ｌの接触部１１ｂ間の空間に位置させることにより、下型１１Ｌの内側に芯出し部材２８を配置することが可能となる。
拘束型１１Ｕ，１１Ｌに拘束されたリング状品１０は、上型１１Ｕおよび上型取付ベース２３の自重で拘束型１１Ｕ，１１Ｌをリング状品１０の上下の外周縁に押し当てる状態で油中に浸漬され、２６０℃程度から１１０℃程度にまで冷却される。
【００２３】
上記方法で型焼入れを行うと、リング状品１０の周縁に、リング状品１０から軸方向に離れるに従って他方の周縁側に近づくように傾く拘束型１１Ｕ，１１Ｌが押し当てられるため、リング状品１０は、軸方向への伸びおよび径方向への拡張を拘束された状態で冷却されることとなり、両方向への熱変形が抑えられて、真円度および平坦度につき精度良く焼入れが行われる。ただし、両方向への変形を完全に拘束しているのではなく、若干の変形は許容しているため、残留歪み等が生じない。焼入れ終了後、上型１１Ｕを上昇させて上下両型１１Ｕ，１１Ｌを互いに離間させるだけで、拘束型１１Ｕ，１１Ｌからリング状品１０を簡単に取り出すことができる。
【００２４】
この型焼入れ方法は、リング状品１０の周縁を拘束型１１の接触面により線で拘束するものであるため、拘束型１１の接触面１１ｃのいずれかの部分をリング状品の周縁に押し当てることができれば良い。したがって、拘束型１１の接触面１１ｃの範囲内であれば、サイズの異なる複数種のリング状品に使用することができる。また、拘束型１１とリング状品１０とが線で接触するため、拘束型１１がリング状品１０からの熱の影響を受けにくく、拘束型１１の耐久性が良い。
拘束型１１をリング状品１０の上下の外周縁に押し当てる圧力は、拘束状態を維持できる程度あればよく、さほど大きな圧力は必要としない。このため、上型１１Ｕおよび上型取付ベース２３の自重を上記圧力として利用することができ、機構が簡略なものとなっている。
【００２５】
この実施の形態では、リング状品と外周縁を拘束型により拘束して型焼入れを行う例を示したが、図４に示す拘束型１２Ｕ，１２Ｌを用いて、リング状品と内周縁を拘束型により拘束して型焼入れを行うこともできる。
また、この実施の形態では、二次冷却において、リング状品を油中に浸漬して冷却するようにしたが、図６に示すように、リング状品１０の外径側および内径側から、リング状品１０に向けて冷却油を噴射して冷却するようにしてもよい。また、外径側および内径側のいずれかだけから冷却油を噴射してもよい。一次冷却についても同様のことが言える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の型焼入れ装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は拘束型の平面図、（Ｂ）はそのIIb−IIb断面図である。
【図３】拘束型でリング状品の外周縁を拘束した状態を示す断面図である。
【図４】拘束型でリング状品の内周縁を拘束した状態を示す断面図である。
【図５】型押し当て機構を示す図である。
【図６】二次冷却の方法を示す図である。
【図７】従来の型焼入れ方法を示す断面図である。
【図８】焼入れ時の温度と製品長さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１…型焼入れ装置
２…加熱部
３…一次冷却部
４…二次冷却部
５…空冷部
６…洗浄部
７…焼戻し部
１０…リング状品
１１…拘束型
１１ｃ…接触面
１１Ｕ…上型
１１Ｌ…下型
２０…型押し当て機構
２１…下型取付ベース（下型保持手段）
２２…昇降ガイド（同心維持手段）
２３…上型取付ベース（上型保持手段）
２８…芯出し部材
【図１】
2007138223.tif 000003
【図２】
2007138223.tif 000004
【図３】
2007138223.tif 000005
【図４】
2007138223.tif 000006
【図５】
2007138223.tif 000007
【図６】
2007138223.tif 000008
【図７】
2007138223.tif 000009
【図８】
2007138223.tif 000010