(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング材の外周面、内周面又は端面に溶射法等を用いて形成した金属材料の一次被覆層に対して高周波誘導加熱を施して溶融処理を行う方法であって、前記リング材を複数のローラで、前記リング材の熱膨張に伴う拡径、冷却時の熱収縮に伴う縮径を許容する形で且つ定位置で回転させることができるように支持すると共に、前記リング材の周方向の一部区間を誘導加熱することができるよう該一部区間を環状に取り囲む誘導子を配置し、前記リング材を回転させながら、該リング材の周方向の一部区間を前記誘導子で誘導加熱することで、その一部区間内にある前記一次被覆層を溶融させながらその溶融する部分を前記一次被覆層の周方向に相対的に移動させ、前記一次被覆層を全周に亘って溶融させ、該一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることを特徴とする一次被覆層の溶融処理方法。
【請求項２】
前記リング材を４００〜８００℃に予熱したのち、前記一次被覆層の溶融温度に昇温して溶融させることを特徴とする請求項１記載の一次被覆層の溶融処理方法。
【請求項３】
前記リング材の外径又は内径寸法を、一次被覆層の溶融処理を施すことによって生じる前記リング材の外径又は内径の縮径分を見込んであらかじめ大きく設定しておくことを特徴とする請求項１又は２記載の一次被覆層の溶融処理方法。
【請求項４】
前記一次被覆層をリング材の一方の端面に形成する場合において、前記リング材の断面形状を、一次被覆層の溶融処理を施すことによって前記リング材の断面形状に生じるそりを見込んであらかじめ逆そりを与えた形状に設定しておくことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の一次被覆層の溶融処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空の円筒状の部材（以下リング材という）の外周面、内周面或いは端面に、耐摩耗性、耐熱性、耐食性等を付与するために溶射法等で形成した金属被覆層（一次被覆層という）を緻密化するための高周波誘導加熱による溶融処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属管或いは金属ローラ等の外周面に、物性を向上させるために、溶射等によって金属被覆層を形成することが行われている。また、溶射等によって金属被覆層を形成した後、その金属被覆層（一次被覆層）を誘導加熱して溶融させ、その一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にするといった溶融処理を施すことも知られている。通常、金属管或いは金属ローラの外周面に形成した一次被覆層に高周波誘導加熱による溶融処理を施すには、金属管或いは金属ローラの軸線方向の一部区間を取り囲む環状の誘導コイルを用い、その誘導コイルで一次被覆層を環状に加熱、溶融させると共にその誘導コイルを金属管或いは金属ローラの軸線方向に相対的に移動させ、一次被覆層の全長に溶融処理を施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、直径が１〜３ｍに及ぶ大径のリング材の外周面、内周面或いは端面の物性向上のために、緻密な組織を持った金属被覆層を形成するという要求が生じた。これに対処するには、例えば、リング材の外周面に金属被覆層を形成する場合には、従来の金属管や金属ローラに対する場合と同様に、リング材の外周面に金属材料の一次被覆層を溶射法等を用いて形成し、次いで、そのリング材を取り囲むように環状の誘導コイルを配置し、リング材外周面の一次被覆層に高周波誘導加熱による溶融処理を施して一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層とすれば良いと考えられる。ところが、大径のリング材の外周面に形成した一次被覆層を取り囲む構成の誘導コイルは、きわめて大型となるので、溶融処理装置全体がきわめて大型化し、設備費が大きくなるという問題を生じる。また、誘導コイルに代えて炉加熱を利用することも考えられるが、その場合には大きいリング材を入れるための大型の炉を必要とするばかりでなく、加熱に時間がかかり生産性が悪いという問題があり、また炉内にリング材を置いた時の支持手段を適切にしないとリング材に温度むらが生じて被覆層の処理むらが生じるとかリング材に不規則な変形が生じるという問題がある。これらの問題は、リング材の内周面や端面に一次被覆層を形成した場合にも同様に生じる。
【０００４】
そこで、本発明者等はこれらの問題点を解決する方法として、リング材の外周面又は内周面に形成した一次被覆層の周方向の一部区間を誘導加熱しうる誘導子を前記リング材外周面又は内周面に対向して配置し、その誘導子に通電した状態で、前記リング材を外径の拡大を妨げない形で支持して定位置で回転させ、これによって、一次被覆層の周方向の一部区間を加熱、溶融しながらその溶融処理部分を前記一次被覆層の全周にわたって移動させ、一次被覆層の全周を溶融して気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層とする方法を開発し、特許出願した〔特願平１０−２６２９２６号（特許第３７２９６５７号）〕。この方法は、大径のリング材に形成した一次被覆層に対して、小型の誘導子を用いて効率良く高周波誘導加熱による溶融処理を行うことができ、且つリング材に不安定な変形を生じさせることがない等の効果を有している。
【０００５】
ところが、この方法の実施に当たって一次被覆層を加熱するための誘導子として、一次被覆層にほぼ平行な面内でループ状に形成した、いわゆる面焼きコイルを用いたところ、更に改良すべき点のあることが判明した。すなわち、面焼きコイルで一次被覆層の周方向の一部区間を誘導加熱すると、温度むらが生じ易く、特に角部の温度が高くなる傾向がある。更に、面焼きコイルと一次被覆層との間隔が発生熱量及び電磁力に大きい影響を与えており、この間隔が変動することでも温度むらが生じ、また電磁力による攪拌効果にむらが生じる。この結果、溶融処理後の被覆層に割れ、しわ、くぼみ、くびれ等が生じやすい。これを防ぐには、面焼きコイルでの加熱条件（一次被覆層との間隔、印加周波数、供給電力、リング材に対する相対的な移動速度等）を、処理対象に応じた狭い最適条件に設定して保持すると共に、面焼きコイルと一次被覆層との間隔も精密に制御しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、リング材に形成した一次被覆層を誘導加熱により溶融処理するに際し、誘導子と一次被覆層との間隔を精密に制御する必要をなくし、且つ加熱条件も比較的ラフに設定することで、良好に一次被覆層の溶融処理を行うことを可能とする溶融処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リング材の外周面、内周面又は端面に形成した一次被覆層を高周波誘導加熱によって溶融処理するために、前記リング材を複数のローラで、前記リング材の熱膨張に伴う拡径、冷却時の熱収縮に伴う縮径を許容する形で且つ定位置で回転させることができるように支持すると共に、前記リング材の周方向の一部区間を誘導加熱することができるよう、その一部区間を環状に取り囲む誘導子を配置し、前記リング材を回転させながら、該リング材の周方向の一部区間を前記誘導子で誘導加熱するという構成としたものである。ここで、「リング材の熱膨張に伴う拡径、冷却時の熱収縮に伴う縮径を許容する形で」とは、リング材の外周面或いは内周面が全く拘束されていない場合のみならず、リング材の外周面又は内周面の１箇所若しくは複数箇所が移動しないように拘束されていてもリング材が全体として拡径可能、縮径可能な場合を含むものである。
【０００８】
本発明は、この構成により、誘導子が前記リング材の周方向の一部区間を誘導加熱してその部分にある一次被覆層を溶融させ、リング材の回転によってその溶融部分が前記一次被覆層に沿って全周に亘って移動し、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にすることができる。ここで使用する誘導子は、リング材の周方向の一部区間を取り囲む形状のものであるので、リング材の外径に関係なく小型のものとすることができる。また、その誘導子はリング材の周方向の一部区間を取り囲んでいるので、その誘導子で取り囲んだリング材の断面内に、誘導子を流れる電流とは反対方向に循環する誘導電流が発生してリング材及び一次被覆層を誘導加熱することができ、且つその時の誘導電流量は誘導子とリング材との間隔の影響をあまり受けないので、間隔が多少変動しても発熱量は変化しない。更に、誘導子は一次被覆層のみならずリング材も加熱しているので、被加熱部分の熱容量が大きく、このため、面焼きコイルによって主として一次被覆層を加熱する場合に比べて、一次被覆層の温度むらが生じにくい。かくして、誘導子とリング材との間隔を精密に制御しなくても、また、面焼きコイルを使用する場合に比べて広い加熱条件でも、一次被覆層を均一に加熱して良好に溶融処理することができる。また、この誘導子はリング材を局部的に加熱するため、リング材の加熱された部分には熱膨張による伸びが生じるが、リング材は、拡径、縮径を許容する形で支持されているため比較的自由に伸びたり、縮んだりすることができ、従って、拘束による異常変形が生じるということがなく、大径のリング材に対しても小さい誘導子を用いて良好に高周波誘導加熱による溶融処理を施すことができる。
【０００９】
本発明の高周波誘導加熱による溶融処理に当たっては、リング材を４００〜８００℃に予熱しておくことが好ましい。このように予熱を行っておくと、一次被覆層の溶融処理に当たっての昇温温度を小さくでき、一次被覆層に生じる恐れのある亀裂や割れを防止できる。もし、予熱を行っていない場合には、リング材の一部区間を急速に且つ大きい昇温範囲で昇温させることが必要となり、その場合、リング材と一次被覆層の熱膨張率差に起因して一次被覆層に過大な引っ張り力が作用し、亀裂や割れが生じる恐れがあるが、予熱によりこれを防止でき、安定した溶融処理が可能となる。なお、予熱を行う方法は、特に限定されず、炉で加熱する方法、バーナー等で加熱する方法等を用いることができるが、溶融処理を行うための誘導子を用いることが好ましい。すなわち、リング材を誘導子で誘導加熱しながら、リング材を溶融処理時に比べて高速で回転させることで、リング材を全周に亘って予熱することができ、これにより、予熱専用の装置が不要となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、溶融処理の対象とするリング材の形状及び一次被覆層の位置の代表例としては、図１１（ａ）に示すように、単純なリング状のリング材１の外周面に一次被覆層２を形成したもの、図１１（ｂ）に示すように、単純なリング状のリング材１の内周面に一次被覆層３を形成したもの、図１１（ｃ）に示すように、扁平なリング材４の端面に一次被覆層５を形成したものを挙げることができるが、これに限らず、適宜変更可能である。例えば、一次被覆層をリング材の外周面に形成する場合において、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すリング材１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示すように、内外面に段差を設けるとか、溝を形成する等の変更を行い、また、一次被覆層２Ａ、２Ｂ、２Ｃのように形成位置を変更してもよい。一次被覆層を内周面に形成する場合、端面に形成する場合においても同様に変更を加えても良い。
【００１１】
リング材（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、４等）の寸法も特に限定されるものではないが、径の大きいもの、例えば外径が１〜３ｍといった大径のものが、本発明適用の効果が特に大きい。また、リング材の材質も限定されるものではないが、具体例としては、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鋼、鋳鉄、Ｎｉ基合金、Ｃｕ基合金等を挙げることができる。
【００１２】
リング材に形成する一次被覆層（２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、５等）の材料としては、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、或いはこれらにＷＣ、Ｃｒ3 Ｃ2 、ＴｉＢ2 等の硬質材微粒子を配合したもの等を挙げることができる。また、一次被覆層の材料には、溶融が円滑に行えるよう、Ｂ、Ｓｉなどのフラックス生成成分を配合して自溶性を具備させておくことが望ましい。リング材に対して金属材料の一次被覆層を形成する方法は、溶射法が一般的であるが、それ以外にも圧密法、スラリー塗布法、遠心堆積法（リング材内周面に形成する場合）等を採用しうる。一次被覆層の厚さは、所期の厚さの金属被覆層（二次被覆層）が最終的に得られるように定めるものであり、通常、０．５〜５ｍｍ程度に選定される。
【００１３】
以下、一次被覆層をリング材の外周面に形成した場合、内周面に形成した場合、及び端面に形成した場合に分けて、実施形態を説明する。
【００１４】
図１、図２は、リング材１の外周面に形成した一次被覆層２を高周波誘導加熱により溶融処理する場合の一実施形態を示すものであり、ここでは、リング材１を、その中心軸線が垂直になるように保持して回転させる構成となっている。この実施形態で用いる装置（溶融処理装置）は、リング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が垂直になるように且つ回転可能に設けられた３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、水平に設けられた受けローラ１２を設けている。ここで、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち、２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ１１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ａで示す方向に）移動可能に設けられている。更に、その支持ローラ１１Ｃには、その支持ローラ１１Ｃを適当な圧力でリング材１の内面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）が連結されている。かくして、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを取り囲むようにリング材１を配置し、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａ方向に押してリング材１の内周面に押し付けることにより、リング材１の内周面を定位置に配置された２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できる。
【００１５】
このように、移動可能な支持ローラ１１Ｃを含む３本の支持ローラ方式を採用すると、リング材１をセットする際に、支持ローラ１１Ｃを矢印Ａとは反対方向に引っ込めておくことにより、リング材１のセットをきわめて容易に行うことができ、またリング材１の内径の大小に関係なく、リング材１を２個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持できるという効果が得られる。なお、支持ローラ１１Ａ、１１Ｂの配置間隔は簡単に変更できるようにしておくことが好ましい。ここで使用する支持ローラの個数は、図示した３個に限らず、２個或いは４個以上とすることも可能である。例えば、２個使用する場合には、一方を定位置に設け、他方を移動可能とすることにより、リング材２をその２個の支持ローラがリング材２の直径上に位置するように位置決めすることができる。また、４個を使用する場合には２個を定位置に設け、残り２個を移動可能とすることで、リング材を定位置の２個で定まる位置に位置決めすることができる。
【００１６】
図１、図２の実施の形態において、更に、１個の支持ローラ１１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ１１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。前記した支持ローラ１１Ｃをリング材１の内周面に押し付ける押圧力としては、リング材１が半径方向に移動しないように拘束すると共に支持ローラ１１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保しうるが、リング材１を変形させることがないように低く定めている。なお、駆動手段で回転させる支持ローラは、１個に限らず、２個或いは全部としてもよい。回転駆動する支持ローラの個数を多くすると、リング材１を回転させるのに必要な摩擦力が小さくて済むので、リング材１を回転させるために要する支持ローラのリング材１に対する押圧力を小さくすることが可能となる。
【００１７】
リング材１を支持する受けローラ１２は、単にリング材１の重量を受けるためのものであり、リング材１の回転に支障を生じないよう、受けローラ１２も回転自在に設けられている。なお、リング材１を回転自在に保持する手段としては受けローラ１２に限らず、適宜変更可能である。
【００１８】
図１、図２に示す溶融処理装置は更に、一次被覆層２を加熱、溶融させるための誘導子１４を備えている。この誘導子１４は、リング材１の周方向の一部区間を誘導加熱することができるよう該一部区間を環状に取り囲む構成のものであり、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。なお、誘導子１４は、リング材１を取り囲むように取り付けるのを容易とするため二つ割り構造とするとか、ヒンジ開閉構造とすることが好ましい。誘導子１４による加熱領域１５（図３にハッチングで示す領域）の周方向の寸法ｄは、誘導子１４による投入電力、リング材１の回転速度等によっても異なるが、通常は２０〜７０ｍｍ程度に設定される。この寸法ｄが２０ｍｍよりも小さいと、加熱領域が小さすぎて、良好な誘導加熱が困難となると共にリング材１の回転速度を小さくせざるを得ず、このため処理速度が遅くなり、一方７０ｍｍよりも大きいと、誘導子１４が大型化してしまう。これらを考慮すると上記した寸法範囲が好ましい。誘導子１４は通常、リング材１の回転中心軸線に平行に配置され、従って、加熱領域１５もリング材１の中心軸線に平行となっている。なお、必要に応じ、誘導子１４をリング材１の軸線に対して傾斜させることも可能であり、その場合には、図４に示すように加熱領域１５Ａは、リング材１の軸線に対して傾斜した状態に形成される。
【００１９】
次に、上記構成の溶融処理装置による溶融処理動作を説明する。外周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層２を備えたリング材１を図１、図２のようにセットし、３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、そのリング材１の周方向の一部区間を取り囲むように誘導子１４をセットする。次いで、誘導子１４によるリング材１の予熱を行う。すなわち、誘導子１４に通電を開始し、それに囲まれたリング材１の一部区間を誘導加熱すると共に支持ローラ１１Ａの回転を開始し、リング材１を連続的に回転させる。この時、リング材１の回転速度は、一次被覆層２が直ちに溶融温度まで昇温することがないように大きく設定しており、このためリング材１及び一次被覆層２が徐々に昇温してゆく。
【００２０】
リング材１及び一次被覆層２が所望の予熱温度（例えば、４００〜８００℃程度）に達すると、リング材１の一部が誘導子１４を通り抜ける間に一次被覆層２が溶融温度以上に昇温し、溶融処理が行われるように、リング材１の回転速度を低下させ且つ／又は誘導子１４の加熱電力を上昇させ、その状態で回転を継続する。これにより、リング材１の誘導子１４による加熱領域１５において一次被覆層２が溶融して、その一次被覆層２に存在していた気孔及び酸化物を除去され、この加熱領域１５が一次被覆層２の周方向に連続的に移動してゆくことで一次被覆層１５の新たな部分を次々と溶融させ、気孔及び酸化物を除去してゆく。そして、加熱領域１５がリング材１の外周面を１周することにより、一次被覆層２の全面が溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。
【００２１】
以上の溶融処理動作において、図２（ｂ）から良く分かるように、誘導子１４がリング材１を取り囲んでいるため、リング材１及び一次被覆層２には矢印で示すようにその断面を循環する誘導電流が発生してリング材１及び一次被覆層２を発熱させる。このように誘導子１４で取り囲まれた断面内に生じる誘導電流は、誘導子１４とリング材１との間隔の影響をあまり受けないので、誘導子１４をセットする際に誘導子１４とリング材１との間隔が多少設定値とは異なっても、また、リング材１の回転中にリング材１の偏心等によって誘導子１４とリング材１との間隔が変動しても、発生する誘導電流量はあまり変化しない。これにより、一次被覆層２に周方向の温度むらがほとんど発生しない。更に、誘導子１４はそれに囲まれているリング材１の一部区間の全周を加熱するので、主として一次被覆層２を加熱する場合に比べて熱容量が大きく、このため、図２に示す断面内において一次被覆層２の温度むらが生じにくい。これにより、一次被覆層が幅方向にも、周方向にも均一に加熱されて溶融処理されることとなり、溶融処理後の被覆層に割れ、しわ、くぼみ、くびれ等が生じることがなく、表面が平滑な且つ緻密な二次被覆層を形成できる。
【００２２】
また、一次被覆層２を誘導子１４により溶融処理する前に、リング材１及び一次被覆層２を予熱しているので、一次被覆層２の溶融処理の際の上昇温度幅が小さくなる。これにより、溶融処理のための昇温時にリング材１及び一次被覆層２に生じる熱膨張量が小さくなり、両者の熱膨張率差に基づく熱膨張量の差も小さくなり、加熱、昇温時に一次被覆層２に生じるひび、割れを防止できる。もし、リング材１及び一次被覆層２を常温から急速に一次被覆層２の溶融温度まで昇温させると、熱膨張が急激に生じ、その際一次被覆層２はリング材１に比べて熱膨張率がきわめて小さいため、一次被覆層２には過大な引っ張り力が作用してひび、割れを発生する恐れがあるが、予熱を行うことにより、これを防止できる。なお、リング材１及び一次被覆層２の予熱の際にも、昇温を急激に行うと一次被覆層２にひびや割れが生じる恐れがあるので、ひびや割れが生じないようにゆっくりと昇温させる。入熱時の昇温速度（リング材が誘導子を通過する間の昇温速度）は、予熱対象によっても異なるが、通常は５〜５０℃／ｓ程度に設定することが好ましい。予熱温度はあまり低いと予熱の意味がなく、一方、高過ぎると一次被覆層の溶融が始まるとか、予熱に時間がかかる等の問題が生じるので、これらを考慮して定めるものであり、通常、上記したように、４００〜８００℃とすることが好ましい。
【００２３】
上記した予熱時及び溶融処理時において、リング材１は誘導子１４により局部的に加熱され、その部分が熱膨張しようとし、リング材１を拡径させようとし、またその後冷却時には熱収縮して縮径しようとする。この時、リング材１は半径方向には、その内周面を３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで支えられるのみであり、かつその内の１個の支持ローラ１１Ａは移動可能であるので、拡径、縮径方向には自由である。このため、リング材１の加熱部は支障なく熱膨張でき、また、冷却時に縮径することもでき、拘束による異常変形が生じるということがなく、良好な溶融処理を行うことができる。
【００２４】
以上の溶融処理を行うと、リング材１は幾分縮径し且つその縮径量は十分な再現性を持っていることが判明した。そこで、所望外径又は内径の、二次被覆層を備えたリング材を製造するには、一次被覆層２を形成するリング材１の外径又は内径寸法を、高周波誘導加熱による溶融処理を施すことによって生じる前記リング材の外径又は内径の縮径分を見込んであらかじめ大きく設定しておく。これにより、溶融処理後には、所望の外径又は内径を持った、二次被覆層を備えたリング材を得ることができる。
【００２５】
なお、以上の説明は、誘導子１４による加熱領域１５が図３に示すようにリング材１の中心軸線に対して平行に形成される場合のものであるが、図４に示すように加熱領域１５Ａを傾斜させた場合も、同様にして一次被覆層２の全周に対して溶融処理を行うことができる。そしてこの場合には、一次被覆層２のリング材中心軸線に平行な部分、例えば、図４の線Ｂ−Ｂ上の部分の溶融処理処理が時間差をおいて実施されるので、一次被覆層２に対して周方向の品質むらがきわめて小さい溶融処理を行うことができる。
【００２６】
図５は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による溶融処理装置を示すものである。この溶融処理装置は、外周面に一次被覆層２を形成したリング材１を回転可能に保持するための手段として、軸線が水平になるように且つ同じ高さに間隔をあけて設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂを用いている。この実施の形態では、単に定位置に設けられた２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの上にリング材１の内周面を載せることで、種々な内径のリング材１を所定位置に回転可能に保持することができ、構造を簡単化できる利点が得られる。なお、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの配置間隔も簡単に変更できるようにしておくことが望ましい。また、必要に応じ、支持ローラ２１Ａ、２１Ｂに保持されたリング材１が軸線方向に動くのを阻止するための適当な手段を設けてもよい。更には図１記載例と同様に第三の支持ローラをリング材周方向の適宜個所に設けてリング材が踊りにくいようにしてもよい。
【００２７】
更に、この実施の形態においても、少なくとも１個の支持ローラ２１Ａに、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されており、その支持ローラ２１Ａを回転させることで、リング材１を回転させることができる。なお、リング材１の自重のみでは、支持ローラ２１Ａに対する摩擦力が不足し、支持ローラ２１Ａで回転させられることが困難な場合には、２個の支持ローラ２１Ａ、２１Ｂの下方に、図１に示す装置の支持ローラ１１Ｃと同様に移動可能な支持ローラを設け、それを押圧手段によってリング材１の内周面に押し付ける構成とすればよい。
【００２８】
この実施形態でも、リング材１の周方向の一部区間を取り囲むように誘導子２４が設けられ、高周波電源装置（図示せず）に接続されている。誘導子２４の取り付け位置は、特に限定されるものではないが、この実施の形態では、リング材１の回転中心軸線Ｏ−Ｏから水平に引いた水平線Ｈ−Ｈよりも上方の位置でリング材１を加熱するように誘導子２４を位置させている。
【００２９】
図５に示す実施の形態でも、誘導子２４に通電した状態で、リング材１を高速で回転させることにより、リング材１及び一次被覆層２を予熱し、所望温度に予熱した時点で、リング材１の回転速度を低下させ且つ／又は誘導子２４の加熱電力を上昇させ、誘導子２４で一次被覆層２を加熱、溶融させ、その溶融部分を一次被覆層２の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層２に対して高周波誘導加熱による溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この溶融処理の際、リング材１は外径方向に拘束されていないため、加熱部分が熱膨張する際或いは冷却時の熱収縮する際に、拘束による異常変形を生じることがない。かくして、リング材に異常変形を残すことなく、溶融処理を行うことができる。更に、上記の実施の形態では、誘導子２４をリング材１の上半分に対向する位置に配置したため、一次被覆層２の溶融した部分が上向きとなっており、気泡が抜けやすいという利点が得られる。また、リング材１の回転中心軸線を水平としているので、一次被覆層２の溶融した部分が水平となっており、このため溶融金属が重量で下方に流れることがあるとしても、水平方向には流れず、一次被覆層２の幅方向の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点も得られる。なお、溶融処理時におけるリング材１の回転方向としては、図５に示すように、誘導子２４に対向する一次被覆層２が上向きに移動するように選定することが好ましい。この構成とすると、溶融した金属が下方に流れるのを阻止しうる利点が得られる。
【００３０】
以上の説明では、図１、図２、図５等に示す溶融処理装置で、リング材１の外周面の一次被覆層２に高周波誘導加熱による溶融処理を施す場合のみを説明したが、この装置は高周波誘導加熱による溶融処理のみならず、一次被覆層２を形成するための溶射時にも使用可能である。例えば、図１、図２に示す溶融処理装置においては、３本の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃにリング材１を保持させ、そのリング材１に対向して溶射ガンを配置しておき、リング材１を回転させながらリング材１の外周面に対して溶射を行うことで、一次被覆層２を形成することが可能である。更には、上記溶射に続く一連動作で溶融処理を行うことも可能であり、これによって生産性を向上させることができる。
【００３１】
次に、リング材１の内周面に形成した一次被覆層３を高周波誘導加熱によって溶融処理する場合の実施形態を説明する。図６は、リング材１の回転中心軸線を垂直に配置して処理を行うための溶融処理装置を示すものである。この溶融処理装置は、図１、図２に示した溶融処理装置に比べて、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをリング材１の外周面に接触するように配置した点において異なっているが、その他の構成は同様である。図７の実施の形態においても、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのうち、２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂは、一定位置で回転するように設けられているが、残りの支持ローラ３１Ｃはその軸線に直角方向に（矢印Ｃで示す方向に）移動可能に設けられ、且つ適当な圧力でリング材１の外周面に押し付けるようエアシリンダ等の押圧手段（図示せず）に連結されている。また、１個の支持ローラ３１Ａには、その支持ローラを回転駆動するための駆動手段（図示せず）が連結されている。
【００３２】
この構成により、３個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの内側に位置するようにリング材１を配置し、支持ローラ３１Ｃを矢印Ｃ方向に押してリング材１の外周面に押し付けることにより、リング材１の外周面を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付け、リング材１をその２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂで定まる所定位置に位置決めして保持でき、支持ローラ３１Ａを回転させることでリング材１を回転させることができる。ここで、前記した支持ローラ３１Ｃをリング材１の外周面に押し付ける押圧力としては、リング材１を定位置に配置された２個の支持ローラ３１Ａ、３１Ｂに押し付けて位置決めすると共に支持ローラ３１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子３４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ３１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃによって外径の拡大、縮小を許容する形で回転可能に保持されることとなる。
【００３３】
リング材１及び一次被覆層３の加熱のための誘導子３４は、図１の実施形態における誘導子１４と同様なものであり、リング材１の周方向の一部区間を取り囲んで誘導加熱するものである。
【００３４】
上記構成の溶融処理装置においても、図１、２に示す装置で説明したのと同様な溶融処理動作が行われる。すなわち、内周面に溶射等で形成した金属材料の一次被覆層３を備えたリング材１を図６に示すようにセットし、３個の支持ローラ３１Ａ〜３１Ｃで所定位置に位置決めすると共に、そのリング材１を取り囲むように誘導子３４をセットし、誘導子３４への通電を開始すると共にリング材１を高速で回転させてリング材１及び一次被覆層３を予熱し、予熱終了後は、リング材１の回転速度を低下させ且つ／又は誘導子３４の加熱電力を上昇させて、誘導子３４で囲まれた一部区間を高温に加熱し、一次被覆層３を溶融処理する。これにより、加熱領域で一次被覆層３が溶融して、その一次被覆層３に存在していた気孔及び酸化物が除去され、その加熱領域がリング材１を１周することにより、一次被覆層３の全面が溶融処理され、緻密な二次被覆層が形成される。この動作の際、リング材１は拡径、縮径方向には拘束されていないので、誘導子３４による局部的な加熱による熱膨張或いは冷却時の収縮によって、異常変形が生じるということがなく、良好な溶融処理を行うことができる。
【００３５】
図７は、リング材１の回転中心軸線を水平に配置した実施の形態による溶融処理装置を示すものである。この溶融処理装置は、図６に示した溶融処理装置に比べて、２個の支持ローラ４１Ａ、４１Ｂをリング材１の外周面を乗せて支持するように配置すると共に上面を押さえるように押圧機構（図示せず）を備えた支持ローラ４１Ｃを設けた点において異なっているが、その他の構成は同様である。この実施の形態においても、支持ローラ４１Ｃの押圧力は、支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力は確保できるが、リング材１が誘導子４４によって加熱され拡径しようとした時には、支持ローラ４１Ｃがその拡径を拘束することなく後退させられるように低く定めている。従って、リング材１は３個の支持ローラ４１Ａ〜４１Ｃによって外径の拡大、縮小を許容する形で回転可能に保持されることとなる。なお、リング材１の自重のみで支持ローラ４１Ａの回転をリング材１に伝達可能な摩擦力を確保できる場合には、支持ローラ４１Ｃは省略してよい。
【００３６】
図７に示す実施の形態でも、誘導子４４に通電した状態で、リング材１を高速で回転させてリング材１及び一次被覆層３を予熱し、次いで、回転速度を低下させ且つ／又は誘導子４４の加熱電力を上昇させることにより、誘導子４４で一次被覆層３を溶融させ、その溶融部分を一次被覆層３の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層３に対して高周波誘導加熱による溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この溶融処理の際、リング材１は拡径方向、縮径方向に拘束されていないため、拘束による異常変形を生じることがなく、良好な溶融処理を行うことができる。なお、図示したように、誘導子４４をリング材１の最下部を取り囲むように配置すると、一次被覆層３の溶融した部分が上向きとなって、気泡が抜けやすく、また、一次被覆層３の溶融した部分が水平であるので溶融金属が自重で流れるということがなく、一次被覆層３の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点が得られる。
【００３７】
なお、図６、図７に示す実施の形態においても、溶融処理によりリング材１は縮径するので、所望外径又は内径の、二次被覆層を備えたリング材を製造するには、一次被覆層２を形成するリング材１の外径又は内径寸法を、高周波誘導加熱による溶融処理を施すことによって生じる前記リング材の外径又は内径の縮径分を見込んであらかじめ大きく設定しておけばよい。
【００３８】
次に、リング材４の端面に形成した一次被覆層５を高周波誘導加熱により溶融処理する場合の実施形態を説明する。図８は、リング材４の回転中心軸線を垂直に配置して処理を行うための溶融処理装置を示すものである。この溶融処理装置は、図１、図２に示した溶融処理装置と実質的に同様なものであり、リング材４の内周面に接触するように設けた３個の支持ローラ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃと、リング材４を支持する受けローラ５２と、リング材４の周方向の一部区間を取り囲む構成の誘導子５４等を備えている。この実施形態では、リング材４を一次被覆層５が上向きとなるようにセットし、誘導子５４に通電した状態で、リング材４を高速で回転させてリング材４及び一次被覆層５を予熱し、次いで、回転速度を低下させ且つ／又は誘導子５４の加熱電力を上昇させることにより、誘導子５４で一次被覆層５を溶融させ、その溶融部分を一次被覆層５の周方向に連続的に移動させて行くことができ、一次被覆層５に対して溶融処理を行って緻密な二次被覆層を形成することができる。また、この溶融処理の際、リング材４は拡径方向、縮径方向に拘束されていないため、拘束による異常変形を生じることがなく、良好な溶融処理を行うことができる。この実施形態では、溶融処理すべき一次被覆層５が上向きとなっているので、気泡が抜けやすく、また、一次被覆層５の溶融した部分が水平であるので溶融金属が自重で流れるということがなく、一次被覆層５の皮膜厚さの変化を抑制できるという利点が得られる。なお、リング材４の端面の一次被覆層５の溶融処理を行う装置としては、これに限らず、図５、図６、図７に示す装置を用いても良い。
【００３９】
扁平な断面形状のリング材４の端面に形成した一次被覆層５を誘導子５４により溶融処理を行うと、リング材４と被覆層との熱膨張率の差によるためか、冷却後には図９に示すように、リング材４の断面に二次被覆層５Ａが凹面となるそりが生じることが判明した。そして、このそりの量は、十分再現性を持っていた。そこで、平坦の二次被覆層５Ａを備えたリング材４を製造するには、図１０（ａ）に示すように、あらかじめリング材４の断面形状として、溶融処理を施すことによって前記リング材の断面形状に生じるそりを見込んであらかじめ逆そりを与えた形状に設定しておき、その端面に一次被覆層５を形成する。そしてこのリング材４及び一次被覆層５に対して溶融処理を施すことによって、図１０（ｂ）に示すように、二次被覆層５Ａを形成すると共にリング材４にそりを生じさせ、平坦な二次被覆層５Ａを持ったリング材４を得ることができる。
【００４０】
【実施例】
〔実施例１〕
図１１（ａ）に示す単純なリング状のリング材１であって、外径２０００ｍｍ×内径１９００ｍｍ×厚さ（軸線方向の寸法）８０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材１を用意し、その外周に溶射により厚さ２．５ｍｍの一次被覆層２（ＪＩＳ１６Ｃ相当）を形成した。
【００４１】
このリング材１を図１、図２に示す溶融処理装置の３個の支持ローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの周囲にセットし、そのリング材１の周方向の一部区間を取り囲むように誘導子１４を取り付けた。ここで使用した誘導子１４は、図２（ｂ）に示す寸法ｆが１００ｍｍ、寸法ｇが７０ｍｍ、リング材の周方向の幅が５０ｍｍのものを用いた。まず、誘導子１４に通電し（周波数２ｋＨｚ、電力４０ｋＷ）、リング材１を周速２０ｍｍ／ｓで回転させ、予熱を行った。約３５分間予熱を行って、リング材１を約６５０℃に昇温させた後、リング材１の回転数を５ｍｍ／ｓに低下させ、且つ誘導子１４への電力を１００ｋＷに上昇させた。これにより、リング材１の誘導子１４内を通過する部分で一次被覆層２が直ちに溶融し、溶融処理が行われた。この時の温度は、１０５０±２０℃であった。この溶融処理をリング材１の全周に亘って行った後、リング材１の加熱及び回転を停止し、放冷した。
【００４２】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、リング材１に溶融処理による異常変形は生じていなかった。処理後のリング材１の内径を測定したところ、１８９１．８ｍｍであり、縮径量（内径）は８．２ｍｍ、縮径率は０．４３％であった。
【００４３】
〔実施例２〕
溶融処理後のリング材１のサイズとして、外径２０００ｍｍ×内径１９００ｍｍ×厚さ８０ｍｍのものを得るために、実施例１で求めた縮径分を見込んで、外径２００８ｍｍ×内径１９０８ｍｍ×厚さ７０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材１を用意し、その外周に溶射により厚さ２．５ｍｍの一次被覆層２（ＪＩＳ１６Ｃ相当）を形成した。このリング材１を実施例１と同一条件で溶融処理を行ったところ、表面が平滑で良好な外観を呈した二次被覆層を得ることができた。また、処理後のリング材１の内径を測定したところ、１８９９．５ｍｍであり、縮径量（内径）は８．５ｍｍ、縮径率は０．４５％であり、ほぼ希望サイズのリング材を得ることができた。
【００４４】
〔実施例３〕
実施例１と同一仕様のリング材１（外径２０００ｍｍ×内径１９００ｍｍ×厚さ８０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃ）の内周面に溶射により厚さ２．５ｍｍの一次被覆層３（ＪＩＳ１６Ｃ相当）を形成し、これを図６に示す装置にセットし、実施例１で用いた誘導子１４と同一寸法の誘導子３４（１００×７０×５０ｍｍ）を用いて、実施例１と同一条件で溶融処理を行った。その結果、表面が平滑で良好な外観を呈した二次被覆層を得ることができ、且つリング材１には異常変形は見られなかった。処理後のリング材１の外径を測定したところ、１９９４．４ｍｍであり、縮径量（外径）は５．６ｍｍ、縮径率は０．２８％であった。なお、実施例１に比べて縮径率が異なっているのは、一次被覆層がリング材の外周面にある場合と内周面にある場合の差によるものと思われる。
【００４５】
〔実施例４〕
溶融処理後のリング材１のサイズとして、外径２０００ｍｍ×内径１９００ｍｍ×厚さ７０ｍｍのものを得るために、実施例３で求めた縮径分を見込んで、外径２００６ｍｍ×内径１９０６ｍｍ×厚さ８０ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材１を用意し、その内周に溶射により厚さ２．５ｍｍの一次被覆層３（ＪＩＳ１６Ｃ相当）を形成した。このリング材１を実施例３と同一条件で溶融処理を行ったところ、表面が平滑で良好な外観を呈した二次被覆層を得ることができた。また、処理後のリング材１の外径を測定したところ、２０００ｍｍであり、縮径量（外径）は６ｍｍ、縮径率は０．３％であり、希望サイズのリング材を得ることができた。
【００４６】
〔実施例５〕
図１１（ｃ）に示す単純なリング状のリング材４であって、外径２５００ｍｍ×内径１９００ｍｍ×厚さ（軸線方向の寸法）３５ｍｍ、材質Ｓ２５Ｃのリング材１を用意し、その一方の端面に溶射により厚さ２．５ｍｍの一次被覆層５（ＪＩＳ１６Ｃ相当）を形成した。
【００４７】
このリング材１を図８に示す溶融処理装置にセットし、そのリング材１の周方向の一部区間を取り囲むように誘導子５４を取り付けた。ここで使用した誘導子５４は、リング材４の半径方向及び軸線方向の内法寸法がそれぞれ、３３０ｍｍ、６５ｍｍ、リング材周方向の幅が５０ｍｍのものを用いた。まず、誘導子５４に通電し（周波数２ｋＨｚ、電力４０ｋＷ）、リング材４を周速２０ｍｍ／ｓで回転させ、予熱を行った。約５０分間予熱を行って、リング材４を約６３０℃に昇温させた後、リング材４の回転数を３ｍｍ／ｓに低下させ、且つ誘導子５４への電力を１１０ｋＷに上昇させた。これにより、リング材４の誘導子５４内を通過する部分で一次被覆層５が直ちに溶融し、溶融処理が行われた。この時の温度は、１０５０±２０℃であった。この溶融処理をリング材４の全周に亘って行った後、リング材４の加熱及び回転を停止し、放冷した。
【００４８】
得られた二次被覆層の外観を目視検査したところ、表面が平滑で良好な外観を呈していた。また、リング材４に溶融処理による異常変形は生じていなかった。ただし、そのリング材４には、図９に示すように反りが生じており、その大きさｈは２ｍｍであった。
【００４９】
〔実施例６〕
溶融処理後に反りのないリング材４を得るために、実施例５で求めた反りを見込んで、リング材４として図１０（ａ）に示すようにｊ＝２ｍｍの逆反りを与えたリング材４を用意し、その他は実施例５と同一として溶融処理を行った。その結果、反りが０．３ｍｍ程度の、従って反りの小さいリング材４を得ることができた。なお、この場合にも、リング材４の外径は２ｍｍ縮径していた。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明方法は、リング材を、拡径、縮径を許容する形で支持して定位置で回転させると共に、そのリング材の周方向の一部区間を取り囲むように誘導子を配置し、該誘導子に通電して誘導加熱を行うことにより、リング材の外周面、内周面又は端面に形成している一次被覆層を誘導加熱して溶融させ、一次被覆層に存在していた気孔及び酸化物を除去し、緻密な二次被覆層にするという溶融処理を、リング材の径の大小に関係なく且つ一次被覆層の全周に亘って行うことができ、また、この際、温度むらが発生しにくいので、一次被覆層を均一に且つ割れ、しわ、くぼみ、くびれ等を生じることなく溶融処理することができ、このため、小型の誘導子を用いて種々な径のリング材に対して良好な溶融処理を行うことができるという効果を有している。
【００５１】
ここで、一次被覆層の溶融処理に際して、リング材及び一次被覆層を予熱しておくと、溶融のための昇温温度を低くでき、被覆層に亀裂や割れが発生することを防止でき、一層良好な溶融処理を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の高周波誘導加熱による溶融処理を行う装置を示す概略斜視図
【図２】  （ａ）は図１に示す装置の概略断面図
（ｂ）は誘導子を配置した部分を拡大して示す概略断面図
【図３】  図１の装置において誘導子が加熱する一次被覆層の領域を示す概略側面図
【図４】  誘導子が加熱する領域の変形例を示す図３と同様な概略側面図
【図５】  本発明の他の実施形態の高周波誘導加熱による溶融処理を行う装置を示す概略斜視図
【図６】  本発明の更に他の実施形態の高周波誘導加熱による溶融処理を行う装置を示す概略斜視図
【図７】  本発明の更に他の実施形態の高周波誘導加熱による溶融処理を行う装置を示す概略斜視図
【図８】  本発明の更に他の実施形態の高周波誘導加熱による溶融処理を行う装置を示す概略斜視図
【図９】  図８に示す装置で溶融処理を行った後のリング材の概略断面図
【図１０】  （ａ）は溶融処理前のリング材の概略断面図
（ｂ）は溶融処理後のリング材の概略断面図
【図１１】  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明で溶融処理を行う対象のリング材の代表例を示す概略断面図
【図１２】  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、リング材の変形例を示す概略断面図
【符号の説明】
１、４  リング材
２、３、５  一次被覆層
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  支持ローラ
１２  受けローラ
１４  誘導子
１５  加熱領域
２１Ａ、２１Ｂ  支持ローラ
２４  誘導子
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ  支持ローラ
３４  誘導子
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ  支持ローラ
４４  誘導子
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ  支持ローラ
５４  誘導子
【図１】
0003929205.tif 000002
【図２】
0003929205.tif 000003
【図３】
0003929205.tif 000004
【図４】
0003929205.tif 000005
【図５】
0003929205.tif 000006
【図６】
0003929205.tif 000007
【図７】
0003929205.tif 000008
【図８】
0003929205.tif 000009
【図９】
0003929205.tif 000010
【図１０】
0003929205.tif 000011
【図１１】
0003929205.tif 000012
【図１２】
0003929205.tif 000013