(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板部品が、少なくとも浸炭室と冷却室とを連続的に移動可能な連続炉において、前記浸炭室にて浸炭された後、速やかに前記冷却室にて焼入れされる薄板部品の焼入れ方法であって、
前記薄板部品はスラスト軸受軌道輪であり、
前記焼入れは、ガス圧力が２〜５ｋｇｆ／ｃｍ2の窒素ガスで前記薄板部品を冷却することにより行なわれる、薄板部品の焼入れ方法。
【請求項２】
前記冷却室内の前記気体の圧力を調整し、加圧下で前記薄板部品を冷却する、請求項１に記載の薄板部品の焼入れ方法。
【請求項３】
前記焼入れの際に、前記冷却室内の前記気体を攪拌し、その攪拌の速度および時間を調節する、請求項１に記載の薄板部品の焼入れ方法。
【請求項４】
前記薄板部品の主面に対して前記気体は平行に整流で衝てられる、請求項１に記載の薄板部品の焼入れ方法。
【請求項５】
前記薄板部品はリング形状である、請求項１に記載の薄板部品の焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板部品の焼入れ方法に関し、より特定的には、薄板部品が少なくとも浸炭室と冷却室とを連続的に移動可能な連続炉において薄板部品を焼入れする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ニードル軸受（針状ころ軸受）の外輪やスラスト軸受軌道輪には、１ｍｍ程度もしくはそれ以下の厚みの薄板が用いられる場合がある。このような薄板部品には、たとえば軸受などの各用途に応じた機能を果たすため、ある程度の硬さが必要とされる。この機能に応じた硬さを得るためには、薄板部品に浸炭直後に焼入れを行なう必要があり、このような処理は、薄板部品が炉内で連続または断続的に移動できる搬送機構を装置した加熱炉、いわゆる連続炉等で行なう必要があった。
【０００３】
そして従来では、このような連続炉等で、薄板部品に浸炭処理を施した直後に油などの液体を用いて焼入れを行なうことで、各用途に応じた硬さを得ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、油などの液体を用いて焼入れを行なった場合、薄板部品の冷却速度が過大となってしまう。冷却速度が過大となると、薄板部品が非常に薄い厚みを有していることもあって、薄板部品に熱処理歪み（反り歪み）が生じてしまう。特にニードル軸受（針状ころ軸受）の外輪やスラスト軸受軌道輪などに熱処理歪みが生じた場合には、転動体が正常に動作し難くなり、軸受の性能劣化につながる。したがって、この歪みを取るために歪み取りを行なう必要があるという問題点があった。
【０００５】
また、従来では、薄板部品をたとえば油などの液体中に浸漬することにより冷却するため、薄板部品の表面に油などの液体が付着してしまう。このため、薄板部品から液体を除去するための洗浄工程が必要になるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、たとえば軸受などの機能に応じた硬さを容易に得るとともに、歪み取りや洗浄などの工程が不要な薄板部品の焼入れ方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄板部品の焼入れ方法は、薄板部品が少なくとも浸炭室と冷却室とを連続的に移動可能な連続炉において、浸炭室にて浸炭された後、速やかに冷却室にて焼入れされる薄板部品の焼入れ方法であって、薄板部品はスラスト軸受軌道輪であり、焼入れは、ガス圧力が２〜５ｋｇｆ／ｃｍ2の窒素ガスで薄板部品を冷却することにより行なわれる。
【０００８】
本発明の薄板部品の焼入れ方法では、窒素ガスにより薄板部品が焼入れされる。窒素ガスは、液体よりも薄板部品の冷却速度が遅く、また窒素ガスの圧力や種類の調整により容易に薄板部品の冷却速度を制御できる。このため、薄板部品に、機能、用途に応じた硬さを与えるとともに熱処理歪みの発生を抑制することができる。したがって、歪み取りが不要となり、薄板部品の処理工程の削減が可能となる。
【０００９】
また、窒素ガスによる焼入れでは、液体による焼入れのように薄板部品に付着した液体を洗浄する工程が不要となる。したがって、薄板部品の洗浄工程も不要となる。
また、薄板部品がスラスト軸受軌道輪であるため、容易な方法で歪みが少なく、かつ液体の付着のない精度の高いスラスト軸受軌道輪を得ることができる。
また、窒素のガス圧力が２ｋｇｆ／ｃｍ2未満の場合には、反り量は小さくなるが、十分な焼入れの効果が得られない。また、窒素のガス圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ2を超えると、反り量が大きくなり過ぎ、軸受特性の劣化を招く。
【００１０】
上記局面において好ましくは、冷却室内の気体の圧力を調整し、加圧下で薄板部品が冷却される。これにより、薄板部品に機能、用途に応じた硬さを与えるとともに熱処理歪みを効果的に防止することができる。
【００１１】
上記局面において好ましくは、焼入れの際に、冷却室内の気体を攪拌し、その攪拌の速度および時間が調整される。これにより、薄板部品に機能、用途に応じた硬さを与えるとともに熱処理歪みを効果的に防止することができる。
【００１２】
上記局面において好ましくは、薄板部品の主面に対して気体は平行に整流で衝てられる。
【００１３】
上記局面において好ましくは、薄板部品はリング形状である。これにより、容易な方法で歪みが少なく、かつ液体の付着のない精度の高いリング形状の薄板部品を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態における薄板部品の焼入れ方法を説明するためのブロック図である。図１を参照して、まず連続炉を構成する各室が、一旦真空ポンプと不活性ガスとにより置換される。この後、浸炭室３に浸炭性のガスを入れ、連続炉の入口よりトレイに載せたワーク（薄板部品）が投入される。このワークは、ベスチブル１を通って加熱室２へ移動し、この加熱室２で所望温度に加熱される。この後、浸炭室３へ移動され、ここでワークに浸炭処理が施される。この浸炭が完了した後、速やかに加圧冷却室４にトレイが移動され、同時に加圧冷却室４にたとえば窒素ガスなどの不活性ガスが入れられて加圧される。この加圧冷却室４では、プロペラにより不活性ガスを攪拌しながら、トレイごとにワークが冷却（焼入れ）される。
【００１７】
次に、ワークがスラスト軸受軌道輪の場合の加圧冷却による焼入れについて詳細に説明する。
【００１８】
図２（ａ）は、スラスト軸受軌道輪の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。図２（ａ）、（ｂ）を参照して、ワークがたとえばスラスト軸受軌道輪の場合には、ワーク１０は、軸を挿通するための孔を有するリング状に形成されている。
【００１９】
そして、このワーク１０は、図３に示すように一定間隔をおいて治具１５に複数枚吊り下げられた状態で、図４に示すようにバスケット１６およびトレー１７にセットされる。この状態で浸炭が終了した後、ローラハース、クランクなどで移動してきたバスケット１６およびトレー１７は、図５に示す密閉された冷却室２０へ投入される。投入と同時に弁２２が開けられて、予め圧力が調整された不活性ガスが冷却室２０へ封入された後、弁２２が閉じられる。この不活性ガスの封入後、加圧冷却室２０内に設けた攪拌扇（プロペラ）２３が回転されることにより、図６に示すようにガス流がワーク１０の主面１０ａに対して略平行に衝て続けられてワーク１０が急冷される。
【００２０】
なお、図６に示すようにワーク１０の主面１０ａに対して平行となるように冷却用気体ガスを衝てることで、乱流を生じることなく整流のままで気体ガス流をワーク１０に衝てることができる。仮に気体ガス流に乱流が生じた場合、ワーク１０に冷却むらが生じ、反り歪みが起こりやすくなる。しかし、図６に示すように整流で気体ガス流をワーク１０に衝てる場合には、冷却むらが生じにくく、均一にワーク１０を冷却でき、反り歪みが生じにくくなる。
【００２１】
また、攪拌扇２３の回転数および回転時間は、外部のインバータおよびタイマーにより制御され、これによりワーク１０の冷却速度がコントロールされる。これにより、たとえばワーク１０のＭｓ点直上温度までは比較的早く、そしてＭｓ点直上温度以降は比較的ゆっくりと冷却させることによりワーク１０が歪まないようにコントロールすることもできる。
【００２２】
このようにしてワーク１０が外気温まで冷却された後、排気弁２１が開けられ加圧冷却室２０内の不活性ガスが外部へ放出されて焼入れが完了する。
【００２３】
なお上記の実施の形態および実施例では、不活性ガスとしてたとえば窒素ガスを用いた場合について説明したが、これに限られず他のガスであってもよい。
【００２４】
また、浸炭直後に焼入れされるワークとして、スラスト軸受軌道輪について説明したが、これに限られず、たとえば厚みが１ｍｍ程度もしくはそれ以下の薄板部品であれば本発明の焼入れ方法を適用することが可能である。
【００２５】
本実施の形態の薄板部品の焼入れ方法では、不活性ガスなどの気体によってワークが加圧冷却されることにより、液体により焼入れする場合よりも冷却速度が遅く、またガス圧力やガス種の調整により容易に薄板部品の冷却速度を制御できる。このため、ワークに、機能、用途に応じた硬さを与えるとともに熱処理歪みの発生を抑制することができる。したがって、歪み取りの工程が不要となり、ワークの処理工程の削減が可能となる。
【００２６】
また、ガスによる焼入れでは、液体による焼入れのように薄板部品に付着した液体を洗浄する工程が不要となり、洗浄工程を削減することもできる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２８】
本願発明者は、連続炉において浸炭直後に気体を用いて焼入れした場合と液体を用いて焼入れした場合との双方でワークに生ずる熱処理歪みの程度を調べた。その実験の方法および結果について以下に説明する。
【００２９】
まず、板厚０．７８ｍｍのＳＣＭ４１５材を準備し、その試料に浸炭直後に塩浴焼入れしたものを従来例とし、加圧ガスによる焼入れを行なったものを本発明例とした。本発明例での加圧ガスによる焼入れは、ガス圧力を５．５ｋｇｆ／ｃｍ2 （絶対圧力）とした窒素ガスを用いて行なった。そして従来例と本発明例との各試料（ワーク）の反り量（熱処理歪み量）を測定した。
【００３０】
ここで試料の反り量は、平行平板の間に試料を挟み、その平板の間に３００ｋｇｆの荷重をかけたときの平行平板の間隔Ｈを１／１００ダイヤルゲージで測定し、その間隔Ｈから試料の板厚を引いた値とした。このようにして複数の試料について反り量を測定した結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003926431.tif 000002
【００３２】
表１において試料の反り量の右側に示された数値は、その反り量となった試料の個数を比で表わしたものである。
【００３３】
以上の結果より、浸炭直後に加圧ガスにより焼入れを行なった本発明例は、塩浴焼入れを行なった比較例よりも、ワークに生ずる熱処理歪みを大幅に少なくできることがわかった。
【００３４】
また、焼入れに用いるガスの圧力および種類などを変えることにより、液体の場合よりも容易にワークの硬さおよび熱処理歪みを制御できることも判明した。
【００３５】
また本願発明者は、浸炭直後のガスによる焼入れにおける加圧冷却室内の圧力と熱処理歪みとの関係についても調べた。その実験の結果および方法について説明する。
【００３６】
板厚０．７８ｍｍのＳＣＭ４１５材を準備し、この試料に冷却用ガスとして窒素ガスを用いて焼入れを行なった。この際、窒素ガスの圧力を各試料ごとに変化させ、その各試料ごとの反り量を測定した。この反り量の測定は、上述した平行平板を用いた反り量の測定と同様に行なった。その結果を図７に示す。
【００３７】
図７を参照して、上記の実験の結果、窒素ガスの圧力を高くするほど、反り量が大きくなることが判明した。また、窒素のガス圧力が２ｋｇｆ／ｃｍ2 未満の場合には、反り量は小さくなるが、十分な焼入れの効果が得られないことが判明した。また、窒素のガス圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えると、反り量が大きくなり過ぎ、軸受特性の劣化を招くことが判明した。
【００３８】
上記の結果より、浸炭直後にガスを用いてたとえばニードル軸受部品を焼入れする場合には、加圧冷却室のガス圧は２〜５ｋｇｆ／ｃｍ2 が好ましいことが判明した。
【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の薄板部品の焼入れ方法では、気体により薄板部品が焼入れされる。気体は液体よりも薄板部品の冷却速度が遅く、また気体の圧力や種類の調整により液体よりも容易に薄板部品の冷却速度を制御できるため、薄板部品に機能、用途に応じた硬さを与えるとともに熱処理歪みの発生を抑制することができる。このため、歪み取りが不要となり、薄板部品の処理工程の削減が可能となる。
【００４１】
また、気体による焼入れは、液体による焼入れのように薄板部品に付着した液体を洗浄する工程は不要であり、薄板部品の洗浄工程を削減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における連続炉における薄板部品の処理工程を示すブロック図である。
【図２】薄板部品の一例としてスラスト軸受軌道輪の構成を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図３】連続炉において各処理が施されるワークの状態を示す概略斜視図である。
【図４】連続炉において各処理が施されるワークの状態をバスケットおよびトレイと合わせて示す概略斜視図である。
【図５】冷却室内でワークが冷却される様子を説明するための概略断面図である。
【図６】ワークに気体ガス流を当てる様子を説明するための図である。
【図７】窒素ガスを用いて焼入れを行なった場合の窒素ガス圧力とワークの反り量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ワーク
１５  治具
【図１】
0003926431.tif 000003
【図２】
0003926431.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003926431.tif 000008
【図７】
0003926431.tif 000009