(57)【要約】【課題】雰囲気調整、及びワークの昇温・均熱を短時間で行うことが可能となり、酸化スチールの付着なしに、１個ずつのワークをインライン的に処理できることが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供する。【解決手段】非加熱状態の薄板部材を酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気となる上流側室に投入する。その後、常時酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気となっている処理室内で、所定加熱温度に加熱された加熱プレート上に載置して、この薄板部材を加熱する。この処理室内で、所定冷却温度に冷却された冷却プレート上に載置して、この薄板部材を冷却する。次に、大気下にこの薄板部材を置く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板部材に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
酸素濃度が所定値以下の低酸素雰囲気となる上流側室と、酸素濃度が前記所定値以下の低酸素雰囲気に設定されている処理室と、この処理室内に配置された加熱手段としての加熱プレートと、この処理室内に配置された冷却手段としての冷却プレートと、薄板部材を前記所定値以下の低酸素雰囲気から、大気下に置くための下流側室とを備え、上流側室に非加熱状態の薄板部材を投入して、この上流側室の酸素濃度を前記所定値以下の低酸素雰囲気とし、この低酸素雰囲気に設定されている処理室内において、薄板部材を加熱プレートにて均等に加熱するとともに、その均等加熱後に処理室内の冷却プレートにて冷却して、この薄板部材を前記下流側室に置くことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
無酸化焼入れが施された薄板部材に対して、焼戻工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記所定値が０．０１％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
加熱プレートの加熱温度が３００℃であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
冷却プレートの冷却温度が１０〜３０℃であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記薄板部材が、スラスト軸受の構成部品であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
薄板部材に対して熱処理を行う熱処理方法であって、
非加熱状態の薄板部材を上流側室に投入後に酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気に調整し、その後、常時酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気となっている処理室内で、所定加熱温度に加熱された加熱プレート上に載置して、この薄板部材を加熱した後、この処理室内で、所定冷却温度に冷却された冷却プレート上に載置して、この薄板部材を冷却し、次に、酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気の下流側室に投入後に大気下に雰囲気を調整し、この薄板部材を排出することを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
無酸化焼入れを施された薄板部材に対して、前記請求項７に記載の熱処理方法を用いて焼戻工程を行うことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置および熱処理方法に関し、特に、スラスト軸受構成部品に対する熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラスト軸受は、例えば図７に示すように、一対の軌道輪１，２と、この一対の軌道輪１，２間に配設されるころ（針状ころ）３と、隣接する針状ころの間隔を保持する保持器４とを備える。
【０００３】
このようなスラスト軸受では、軌道輪１，２には大きなスラスト荷重が負荷される。そのため、軌道輪に熱硬化処理を施すのが一般的である。例えば、スラスト軸受軌道輪に用いられる低炭素鋼の場合はガス浸炭処理や真空処理にて表面から十数μｍを硬化させる。その後、使用用途に応じた硬さを得るために、組織を均一化する焼戻処理が行われる。
【０００４】
従来には、プレス加工によって鋼板を軌道輪形状に仕上げた後、浸炭窒化処理と高温焼戻しを含む熱処理を施すものがある（特許文献１）。この場合、熱処置によってスラスト軸受構成部品（軌道輪）の表面に生じた酸化被膜（スケール）を除去するものである。
【０００５】
図５はガス浸炭焼入れを行う場合を示し、図６は真空浸炭焼入れを行う場合を示している。すなわち、図５では、ガス浸炭焼入れを行い（ステップＳ１）、その後、テンパー工程（焼戻工程）（ステップＳ２）を行った後、研削工程（スケール除去工程）（ステップＳ３）を行うことになる。なお、研削工程後においては、検査工程（ステップＳ４）を行うことになる。
【０００６】
また、図６では、真空浸炭焼入れを行い（ステップＳ５）、その後、テンパー工程（焼戻工程）（ステップＳ６）を行った後、研削工程（ステップＳ７）を行い、さらに、研削工程後において、検査工程（ステップＳ８）を行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８２３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガス浸炭焼入れでは、焼入・焼戻工程で、製品表面に酸化スケールが付着することから、このスケールを除去する工程を必要としていた。また、真空浸炭を行った場合、酸化スケールの付着はほとんど見られないが、次工程の焼戻工程（テンパー工程）において、テンパーカラーが付着する。そのため、炉内の雰囲気を調整した光輝焼戻しにて酸化スケールの付着を抑制する場合がある。しかしながら、この方法では、大型のバッチ式の炉にて、大量に処理を行う方式のため、雰囲気調整、ワークの昇温、及び均熱に多くの時間が必要となる。
【０００９】
そこで、本発明は、雰囲気調整、及びワークの昇温・均熱を短時間で行うことが可能となり、酸化スケールの付着なしに、１個ずつのワークをインライン的に処理できることが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の熱処理装置は、薄板部材に対して熱処理を行う熱処理装置であって、酸素濃度が所定値以下の低酸素雰囲気となる上流側室と、酸素濃度が前記所定値以下の低酸素雰囲気に設定されている処理室と、この処理室内に配置された加熱手段としての加熱プレートと、この処理室内に配置された冷却手段としての冷却プレートと、薄板部材を前記所定値以下の低酸素雰囲気から、大気下に置くための下流側室とを備え、上流側室に非加熱状態の薄板部材を投入して、この上流側室の酸素濃度を前記所定値以下の低酸素雰囲気とし、この低酸素雰囲気に設定されている処理室内において、薄板部材を加熱プレート上に配置して均等に加熱するとともに、その均等加熱後に処理室内の冷却プレート上に配置して冷却して、この薄板部材を前記所定値以下の低酸素雰囲気の下流側室に配置後、下流側室を大気下に調整して薄板部材を取り出す。
【００１１】
本発明の熱処理装置によれば、ワークである薄板部材を、上流側室へ供給すれば、この薄板部材を低酸素雰囲気下に置くことができ、かつ、加熱工程及び冷却工程を常時所定の低酸素雰囲気に維持されている処理室で行うことができて、雰囲気調整の容易化を図ることができる。また、加熱手段は、所定温度に加熱される加熱プレートにて構成しているので、加熱手段として簡易なものとでき、しかも、ワークに対して、短時間に均熱処理することができる。冷却手段は、所定温度に冷却された冷却プレートにて構成することができ、冷却手段として簡易なものとでき、しかも、加熱されたワークを、短時間に冷却することができる。
【００１２】
前記熱処理装置によって、低酸素雰囲気下の無酸化焼入れが施された薄板部材に対して、焼戻工程を行うことができる。
【００１３】
酸素濃度の所定値としては０．０１％である。酸素濃度が０．０１％以下となれば、ワークが酸化するのを有効に防止できる。また、この加熱プレートの加熱温度としては３００℃とするのが好ましい。このように加熱プレートを３００℃に加熱することによって、ワークの焼戻し時における最適な加熱温度に加熱することができる。前記冷却プレートの冷却温度が１０〜３０℃であるのが好ましい。
【００１４】
薄板部材を、スラスト軸受の構成部品とすることができる。また、構成部品としては、軌道輪とすることができる。
【００１５】
本発明の熱処理方法は、薄板部材に対して熱処理を行う熱処理方法であって、非加熱状態の薄板部材を上流側室に投入後に酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気に調整し、その後、常時酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気となっている処理室内で、所定加熱温度に加熱された加熱プレート上に載置して、この薄板部材を加熱した後、この処理室内で、所定冷却温度に冷却された冷却プレート上に載置して、この薄板部材を冷却し、次に、酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気となっている下流側室にこの薄板部材を載置後に下流側室内の雰囲気を大気下に調整するものである。
【００１６】
本発明の熱処理方法によれば、ワークである薄板部材の酸化を防止できる。また、所定温度に加熱される加熱プレート上にワークを載置することができ、ワークに対して、短時間に均熱処理することができる。所定温度に冷却された冷却プレート上にワークを載置することができ、加熱されたワークを、短時間に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、雰囲気調整の簡素化および短時間にワークに対する均熱化を達成でき、生産性に優れる。しかも、加熱手段及び冷却手段の構成の簡略化を図ることができ、熱処理装置の設備の簡略化及び小型化を図ることができる。しかも、ワークである薄板部材の酸化を防止できるので、酸化スケールの付着を回避することができ、熱処理後において、スケール除去作業の必要がなくなり、酸化スケールの付着無しに短時間でインライン的な処理が可能となる。
【００１８】
酸素濃度の所定値としては０．０１％であり、上流側室、下流側室及び処理室の酸素濃度の０．０１％以下とすることによって、安定した酸化防止が可能となる。また、加熱プレートが３００℃に加熱されるものでは、ワークの焼戻し時における最適な加熱温度に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の熱処理装置の簡略全体図である。
【図２】前記図１に示す熱処理装置にて熱処理が施される軌道輪を備えたスラスト軸受の断面図である。
【図３】本発明の熱処理方法のブロック図である。
【図４】本発明の熱処理方法を示すフローチャート図である。
【図５】ガス浸炭焼入工程を示すブロック図である。
【図６】真空浸炭焼入工程を示すブロック図である。
【図７】スラスト軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図２は、本発明に係る図１に示す熱処理装置にて熱処理が施される軸受構成部品を備えたスラスト軸受である。すなわち、このスラスト軸受は、一対の軌道輪１１，１２と、この一対の軌道輪１１，１２間に配設されるころ（針状ころ）１３と、隣接する針状ころの間隔を保持する保持器１４とを備える。
【００２１】
軌道輪１１は、平板状リング体からなる軌道輪本体１１ａと、この軌道輪本体１１ａの内周縁に連設される内鍔部１１ｂとを有し、他方の軌道輪１１は、平板状リング体からなる軌道輪本体１２ａと、この軌道輪本体１２ａの外周縁に連設される外鍔部１２ｂとを有するものである。
【００２２】
この軌道輪１１，１２が図１に示す熱処理装置にて熱処理が施される軸受構成部品である薄板部材である。このため、軌道輪１１，１２は鋼板等に代表される一般的にスラスト軸受用軌道輪に用いられる素材からなる。
【００２３】
熱処理装置は、図１に示すように、前室としての上流側室１５と、後室としての下流側室１６と、これらの上流側室１５と下流側室１６との間に配置される処理室１７とを備える。上流側室１５、下流側室１６及び処理室１７には図示省略の窒素ガス発生装置にて発生させた窒素ガス（Ｎ２）が供給されて低酸素雰囲気（窒素雰囲気）とされる。この場合、処理室１７は常時所定の酸素濃度（例えば、０．０１％以下）に設定される。なお、下流側室１６は、後述するように、薄板部材を前記所定値以下の低酸素雰囲気から、大気下に置くためのものである。
【００２４】
すなわち、窒素ガスは、PSA（吸着）式窒素ガス発生装置、膜方式窒素ガス発生装置、及び深冷式窒素ガス発生装置等の窒素ガス発生装置を用いて発生させた窒素を使用する。
【００２５】
また、上流側室１５及び下流側室１６には、軸受構成部品である軌道輪１１，１２、つまり、薄板部材であるワークＷが載置される載置面２１，２２が設けられている。上流側室１５及び下流側室１６は、大気下から低酸素雰囲気まで酸素濃度の調整が可能である。
【００２６】
この処理室１７には、加熱手段としての加熱プレート２３と、冷却手段としての冷却プレート２４が配置される。加熱プレート２３としては、加熱コイルが内蔵されたプレートにて構成でき、そのワーク載置面２３ａの温度を所定の高温に高周波加熱することができる。この場合、図示省略の制御手段にて、加熱プレート２３の加熱温度を制御できる。また、冷却プレート２４としては、冷却媒体が循環する冷却パイプが内蔵されたプレートにて構成でき、そのワーク載置面２４ａの温度を所定の低温に冷却することができる。冷却プレート２４においても、図示省略の制御手段にて冷却温度を制御できる。
【００２７】
加熱プレート２３の加熱温度は、加熱コイルへの印加電圧を調整することによって制御でき、冷却プレート２４の冷却温度は、冷却パイプを循環する冷却媒体の温度を調節することによって制御できる。
【００２８】
加熱プレート２３及び冷却プレート２４の冷却手段は、PID制御により温度を一定に保持する。
【００２９】
この熱処理装置においては、ワークＷがまず上流側室１５に投入され、その後、処理室１７の加熱プレート２３の載置面２３ａ上に搬送された後、処理室１７の冷却プレート２４の載置面２４ａ上に配設され、その後、下流側室１６に搬送される。すなわち、本発明に係る熱処置方法は、図３に示すように、ワークＷを上流側室１５に供給する薄板部材供給工程５０と、上流側室１５を低酸素雰囲気とする低酸素雰囲気形成工程５１と、常時低酸素雰囲気になっている処理室１７においてワークＷである薄板部材を加熱する加熱工程５２と、処理室１７においてワークＷである薄板部材を冷却する冷却工程５３と、ワークＷである薄板部材を下流側室１６に供給し、下流側室１６内を低酸素雰囲気から大気下に調整する薄板部材排出工程５４とを備える。
【００３０】
なお、ワークＷは上流側室１５→処理室１７→下流側室１６へと順次搬送していく。この熱処置装置内において、ワークＷを搬送する搬送手段を設けており、搬送手段としては、搬送コンベア等にて構成できる。
【００３１】
ところで、焼入れ後の加工品は、硬く、耐摩耗性に優れるが、脆く、不安定で、内部応力も高いので、Ａ１変態点以下の温度に加熱する焼戻しを施すのが好ましい。この処理により、組織の均一化が起こり、内部応力が軽減、靱性の向上が得られる。加工品の性能は、硬さに影響され、硬さは焼戻温度、時間で調整することになる。
【００３２】
そこで、この熱処理装置としては、予め焼入れ（例えば、真空浸炭焼入れ）したスラスト軸受の構成部品、例えば、軌道輪（内輪）１１の焼戻しに用いるものである。なお、真空浸炭焼入れとは、鋼の表面層に炭素を侵入させ、炭素濃度を高めてから焼入れをすることで表面は硬く、耐摩耗性が得られる。又、内部は硬さが低いため高靱性が得られる。さらに、真空炉内で処理を行うため、表層部の粒界酸化や脱炭が少ない。
【００３３】
次に、軌道輪１１、１２であるワークＷをこの熱処理装置を用いて、焼戻しする方法を図１と図４を用いて説明する。まず、上流側室１５内にワークＷを配置する。そして、この上流側室１５内を低酸素雰囲気とする（ステップＳ１０）。この場合、図示省略の窒素ガス発生装置から窒素ガスを供給して、窒素雰囲気として、酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気とする。なお、軌道輪１１、１２としてのワークＷは、その外径寸法Ｄを１００ｍｍ以下、板厚Ｔを１ｍｍ以下、鍔高さＨを６ｍｍ以下としたものを使用した（図２参照）。
【００３４】
その後、このワークＷを低酸素雰囲気（酸素濃度が０．０１％以下）の処理室１７の加熱プレート２３の載置面２３ａ上に配置する。この処理室１７では、酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気が常時維持されており、このため、ワークＷを加熱プレート２３上に配置することによって、低酸素雰囲気下でこのワークＷは加熱される。この場合、加熱プレート２３の加熱温度としては、３００℃程度とする。
【００３５】
これによって、ワークＷを短時間で均等に３００℃程度に加熱することになる（ステップＳ１１）。この場合、３０秒でワーク全域が３００℃±１０℃以内となる。その後、処理室１７内の、例えば、１０〜３０℃程度に冷却されている冷却プレート２４の載置面２４ａ上に配置される。これによって、低酸素雰囲気下で短時間にワークＷを冷却することになる（ステップＳ１２）。
【００３６】
すなわち、変態点以下の比較的高温に加熱した後、適当な速さで冷却する焼戻しを、低酸素雰囲気下で短時間で行うことができる。その後は、ワークＷを下流側室１６の載置面２２上に配置する。そして、酸素濃度が０．０１％以下の低酸素雰囲気の下流側室１６に投入後に大気下に雰囲気を調整する。これによって、このワークＷを大気下に置くことになる（ステップＳ１３）。これによって、図１に示す熱処理装置を用いた焼戻工程が終了する。
【００３７】
ワークＷである薄板部材を、上流側室１５へ供給すれば、この薄板部材を低酸素雰囲気下に置くことができ、かつ、加熱工程及び冷却工程を常時所定の低酸素雰囲気に常時維持されている処理室１７で行うことができて、雰囲気調整の容易化を図ることができる。また、加熱手段は、所定温度に加熱される加熱プレート２３にて構成しているので、加熱手段として簡易なものとでき、しかも、ワークＷに対して、短時間に均熱処理することができる。冷却手段は、所定温度に冷却された冷却プレート２４にて構成することができ、冷却手段として簡易なものとでき、しかも、加熱されたワークＷを、短時間に冷却することができる。
【００３８】
すなわち、本発明では、雰囲気調整の簡素化および短時間にワークＷに対する均熱化を達成でき、生産性に優れる。しかも、加熱手段及び冷却手段の構成の簡略化を図ることができ、熱処理装置の設備の簡略化及び小型化を図ることができる。特に、ワークＷである薄板部材の酸化を防止できるので、酸化スケールの付着を回避することができ、熱処理後において、スケール除去作業の必要がなくなり、酸化スケールの付着無しに短時間でインライン的な処理が可能となる。
【００３９】
酸素濃度の所定値としては０．０１％であり、上流側室１５及び処理室１７の酸素濃度の０．０１％以下とすることによって、安定した酸化防止が可能となる。また、加熱プレートが３００℃に加熱されるものでは、ワークＷを焼戻し時における最適な加熱温度に加熱することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、低酸素雰囲気としては、前記実施形態では、窒素雰囲気としたが、窒素雰囲気に限るものではなく、窒素以外のアルゴン等の不活性ガスの雰囲気や減圧した雰囲気としてもよい。また、低酸素雰囲気の酸素濃度を０．０１％以下に設定していたが、酸素濃度の範囲としても、０．０１％以下内で種々設定できる。すなわち、使用する窒素ガス発生装置の能力に応じて下限値を設定できる。
【００４１】
また、加熱プレート２３の加熱温度としては、３００℃に限るものではなく、この焼戻し温度が約１５０℃〜２００℃等である低温焼戻しを行う場合、この焼戻し温度に設定でき、焼戻し温度が約５５０℃〜６５０℃である高温焼戻しを行う場合、この焼戻し温度に設定できる。冷却プレート２４の冷却温度として、加熱プレート２３の加熱温度等に応じて種々変更できる。
【００４２】
前記実施形態では、ワークＷを構成する薄板部材としては、スラスト軸受構成部品である軌道輪（内輪）１１としていたが、軌道輪（外輪）１２であってもよい。また、スラスト軸受構成部品以外の部材、例えば、輸送機械、建設機械、及び工作機械等の各種の機械に用いられる種々の薄板部材であってもよい。
【実施例１】
【００４３】
前記図１に示す熱処理装置を用いて、酸素濃度を０．０１％以下の低酸素雰囲気（窒素雰囲気）で焼戻処理を行った場合（本発明方式）と、従来の方式の焼戻処理（大気中の焼戻処理）を行った場合とを比較し、その結果を次の表１に示す。
【００４４】
【表１】
2016216827.tif 000003
【００４５】
すなわち、従来方式では、加熱温度を２００℃とし、その加熱温度を６０分とした。また、本発明方式では、加熱温度を３００℃とし、その加熱温度を０．５分（３０秒）とした。また、冷却温度を１０〜３０℃とし、その冷却温度を１０〜３０秒とした。ワークとしては、スラスト軸受軌道輪、内輪とし、図２に示す軌道輪１１とした。この場合、その外径寸法Ｄを１００ｍｍとし、板厚Ｔを１ｍｍとし、鍔高さＨを６ｍｍとしたものを使用した。また、このワークＷは、予め真空浸炭焼入れを施している。この表１からわかるように、従来方式であれば、スケールが付着したが、本発明方式では、スケールの付着が無かった。
【符号の説明】
【００４６】
Ｗ     薄板部材（ワーク）
１５   上流側室
１６   下流側室
１７   処理室
２３   加熱プレート
２４   冷却プレート
【図１】
2016216827.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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