JP2007239039A - 高周波焼入方法、高周波焼入設備および高周波焼入品 - Google Patents

Abstract

【課題】温度制御を可能にし、容易にかつ効率よく焼入を実施することができるとともに、被処理物の広い範囲に所望の熱処理品質を付与することが可能な高周波焼入方法、および高周波焼入設備を提供する。
【解決手段】高周波焼入方法１０は、温度制御工程２０と、焼入制御工程３０とを備えている。温度制御工程２０は、温度制御用測温工程２３と、温度調節工程２４と、加熱工程２２とを含んでいる。焼入制御工程３０は、被処理物の高温部と低温部との温度が測定される焼入用測温工程３５と、冷却タイミング調節工程３６と、冷却工程３７とを含んでいる。そして、冷却タイミング調節工程３６では、高温部における温度履歴が、所望の残留オーステナイト量の上限値以下となる温度履歴の条件を満たし、低温部における温度履歴が、所望の硬度の下限値以上の条件を満たすように加熱時間が調節されて、冷却開始信号が出力される。
【選択図】図３

Description

本発明は高周波焼入方法、高周波焼入設備および高周波焼入品に関し、より特定的には、高周波加熱により被処理物を加熱して焼入を行なう高周波焼入方法および高周波焼入設備、高周波加熱により加熱されて焼入れられた高周波焼入品に関するものである。

高周波焼入は、誘導コイルに高周波電流を流すことにより、誘導コイルに隣接してセットされた被処理物を誘導加熱し、被処理物の焼入を行なう熱処理方法である。この高周波焼入は、一般的に鋼の熱処理方法として採用されている浸炭焼入や光輝熱処理などに比べて、作業環境がクリーンであり、少量ロットの製品を短時間で効率よく処理できるといった点で有利である。そのため、高周波焼入方法や高周波焼入設備に関しては、被処理物の硬度の制御や、熱処理の効率向上を目的として多くの検討がなされ、種々の提案がなされている（たとえば特許文献１および２参照）。
特開２００４−３１５８５１号公報 特開２００４−２２５０８１号公報

高周波焼入においては、一般的な雰囲気炉のように炉内の雰囲気を介して被処理物が加熱される焼入方法とは異なり、被処理物が誘導加熱により直接加熱される。そのため、被処理物の温度を測定するためには、被処理物を直接測温する必要がある。しかし、高周波焼入設備には、被処理物を均一に加熱するため、被処理物を回転等させるための駆動機構が設けられている場合が多く、接触式の温度計の設置が困難である場合が多い。

このように、高周波焼入においては被処理物の測温が容易ではなく、温度と時間との熱処理条件による熱処理の制御（温度制御）が難しい。そのため、一般に、高周波焼入においては、電力と時間との熱処理条件による熱処理の制御（電力制御）が採用される場合が多い。この電力制御による高周波焼入においては、被処理物に付与される加熱履歴が明確ではない。そのため、過去の生産実績や作業者の経験に基づいて仮の熱処理条件が設定され、被処理物のサンプルが実際に焼入されて当該サンプルの硬度、残留オーステナイト量などの熱処理品質が確認されることを繰返しつつ、試行錯誤により熱処理条件が設定されている。その結果、所望の熱処理品質を被処理物に付与するためには、被処理物の形状や大きさが変更されるたびに、熱処理品質を確認しながらの熱処理の試行錯誤を繰返して熱処理条件を設定する必要がある。このように、熱処理の条件出しに手間がかかるだけでなく、過去の生産実績の十分な蓄積や作業者の高周波焼入に関する十分な経験が必要となる点が高周波焼入の問題点となっている。

また、高周波加熱においては、被処理物は、その全体が完全には均一に加熱されないため、被処理物の内部において温度分布が生じ、被処理物の広い範囲に所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することが難しいという問題点もあった。

そこで、本発明の目的は、温度制御を可能にし、熱処理の条件出しを容易に行なうことを可能にすることにより、過去の生産実績の蓄積が少ない場合や、経験の浅い作業者が熱処理の作業を行なう場合でも、容易にかつ効率よく実施することができるとともに、被処理物の広い範囲に所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することが可能な高周波焼入方法、および当該高周波焼入方法を実施するための高周波焼入設備を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造コストが抑制され、品質の安定した高周波焼入品を提供することである。

本発明に従った高周波焼入方法は、高周波加熱により被処理物の全体を加熱して焼入硬化する高周波焼入方法であって、被処理物の温度が調節される温度制御工程と、加熱された被処理物が冷却されるべきタイミングが決定されて、被処理物が冷却される焼入制御工程とを備えている。温度制御工程は、被処理物の温度が測定される温度制御用測温工程と、温度制御用測温工程において測定された温度の情報に基づき、被処理物の加熱状態を制御するための温度制御信号が出力される温度調節工程と、温度制御信号に基づいて、高周波加熱により被処理物が加熱される加熱工程とを含んでいる。

焼入制御工程は、被処理物において、高周波加熱による温度の上昇が被処理物の内部よりも大きい表面の部位である高温部と、高周波加熱による温度の上昇が被処理物の内部よりも小さい表面の部位である低温部との温度が測定される焼入用測温工程と、焼入用測温工程において測定された温度の情報に基づき加熱時間が調節され、被処理物が冷却されるべきタイミングが決定されて冷却開始信号が出力される冷却タイミング調節工程と、冷却開始信号に基づいて、被処理物が冷却されることにより被処理物が焼入硬化される冷却工程とを含んでいる。

そして、冷却タイミング調節工程においては、高温部における温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の残留オーステナイト量の上限値以下の残留オーステナイト量が得られる温度履歴の条件を満たし、低温部における温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の硬度の下限値以上の硬度が得られる温度履歴の条件を満たすように加熱時間が調節されて、冷却開始信号が出力される。

一般に、高周波焼入においては、まず熱処理条件として電力と時間とのパラメータからなる電源出力の推移（電源出力パターン）が、過去の熱処理の実績や作業者の経験に基づいて決定される（電力制御）。そして、熱処理条件は、被処理物の形状、大きさ、材質等を考慮しつつ電力と時間とを変化させて被処理物のサンプルを実際に熱処理して決定される。そのため、熱処理条件の決定に経験と手間が必要となる。また、鋼製品の焼入においては、被処理物を所定温度に所定時間以上保持した後、急冷する必要がある。しかし、上記方法（電力制御）では被処理物の加熱履歴を正確に把握することは困難である。そのため、熱処理条件を決定するためには、実際に熱処理を実施して得られた被処理物の硬度、残留オーステナイト量等の品質を調査する必要がある。

これに対し、本発明の高周波焼入方法では、温度制御工程および焼入タイミング制御工程により、温度と時間とをパラメータとして被処理物の加熱が制御される（温度制御）。そのため、被処理物の加熱履歴を正確に把握することが可能であり、被処理物に必要な加熱履歴を与えた後、急冷することで焼入を行なうことができる。

ここで、被処理物を構成する鋼の組成が決まれば、被処理物の硬度、被処理物を構成する鋼の残留オーステナイト量およびミクロ組織などの熱処理品質は、加熱温度および時間により決定される。そのため、熱処理を行なう作業者が、所望の熱処理品質を被処理物に付与するために必要な、およその加熱時間および温度の条件を仮の熱処理条件として決定することは、比較的容易である。

さらに、本発明の高周波焼入方法では、冷却タイミング調節工程において、高温部における温度履歴が、予め求められた所望の残留オーステナイト量の上限値以下の残留オーステナイト量が得られる温度履歴の条件を満たし、低温部における温度履歴が、予め求められた所望の硬度の下限値以上の硬度が得られる温度履歴の条件を満たすように加熱時間が調節されて、冷却開始信号が出力される。

高周波加熱においては、被処理物は全体が完全に均一に加熱されるのではなく、誘導コイルに近く、磁束の侵入量が多い部位では温度が高く、逆に誘導コイルから遠く、磁束の侵入量が少ない部位では温度が低くなる。ここで、被処理物の用途を考慮すると、被処理物に求められる強度や剛性を確保するために必要な硬度の下限値が決定される。一方、同様に被処理物の用途を考慮すると、被処理物に求められる寸法安定性（形状の経時的変化の小ささ）を確保するために必要な残留オーステナイト量の上限値が決定される。

被処理物の硬度は、焼入の際に鋼の素地中に固溶している炭素量に影響を受けるため、基本的には焼入における冷却前の加熱温度が高く加熱時間が長いほど炭素の固溶量が大きくなり、硬度は高くなる。一方、残留オーステナイト量も焼入の際に鋼の素地中に固溶している炭素量に影響を受け、焼入における冷却前の加熱温度が高く加熱時間が長いほど炭素の固溶量が大きくなり、Ｍ_Ｓ点の温度が低下するため、残留オーステナイト量が多くなる。そのため、磁束の侵入量が少なく温度の低い部位（低温部）が、下限値以上の硬度を得るために必要な温度および時間以上に加熱されており、かつ磁束の侵入量が多く温度の高い部位（高温部）が、上限値以下の残留オーステナイト量を得るために必要な温度および時間以下に加熱されて焼入が実施されることにより、高温部と低温部との間の温度に加熱された部位においては、硬度の下限値および残留オーステナイト量の上限値の双方の条件が満たされる。

したがって、本発明の高周波焼入方法によれば、上記仮の条件で熱処理が開始された後、詳細な熱処理条件は、所望の硬度および残留オーステナイト量の条件に基づいて決定されて焼入が実施されるため、所望の硬度および残留オーステナイト量を容易に被処理物に付与することができる。なお、被処理物における広い範囲に所望の硬度および残留オーステナイト量を付与するためには、上記の高温部および低温部は、磁束の侵入が最も多い部位および最も少ない部位であることが好ましく、さらに被処理物と誘導コイルとの距離だけでなく、被処理物の形状をも考慮して最も温度の高い部位および最も温度の低い部位であることがより好ましい。なお、被処理物の形状において、たとえば突起部や角部は温度の上昇が大きくなる。

以上のように、本発明の高周波焼入方法によれば、温度制御を可能にし、熱処理の条件出しを容易に行なうことを可能にすることにより、過去の生産実績の蓄積が少ない場合や、経験の浅い作業者が熱処理の作業を行なう場合でも、容易にかつ効率よく実施することができるとともに、被処理物の広い範囲に所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することが可能な高周波焼入方法を提供することができる。

本発明に従った高周波焼入設備は、高周波加熱により被処理物の全体を加熱して焼入硬化する上記の高周波焼入方法に使用される高周波焼入設備であって、被処理物の温度を調節するための温度制御装置と、加熱された前記被処理物が冷却されるべきタイミングを調節するための焼入制御装置とを備えている。

温度制御装置は、被処理物の温度データを取得し、被処理物の温度データに基づく温度の情報を出力する温度制御用測温装置と、温度制御用測温装置に接続され、温度制御用測温装置からの温度の情報に基づき被処理物の加熱状態を制御するための温度制御信号を出力する温度調節装置と、温度調節装置に接続され、温度調節装置からの温度制御信号に基づき、高周波加熱により被処理物を加熱する加熱装置とを含んでいる。

焼入制御装置は、被処理物の高温部および低温部の温度データを取得し、被処理物の温度データに基づく温度の情報を出力する焼入用測温装置と、焼入用測温装置に接続され、焼入用測温装置からの温度の情報に基づき加熱時間を調節し、被処理物が冷却されるべきタイミングを決定して冷却開始信号を出力する冷却タイミング調節装置と、冷却タイミング調節装置に接続され、冷却開始信号に基づいて、被処理物を冷却することにより被処理物を焼入硬化する冷却装置とを含んでいる。

上述の本発明の高周波焼入方法により被処理物を熱処理することが可能な本発明の高周波焼入設備によれば、温度制御を可能にし、熱処理の条件出しを容易に行なうことを可能にすることにより、過去の生産実績の蓄積が少ない場合や、経験の浅い作業者が熱処理の作業を行なう場合でも、容易にかつ効率よく焼入を実施することができるとともに、被処理物の広い範囲に、所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することが可能な高周波焼入設備を提供することができる。

本発明に従った高周波焼入品は、上述の高周波焼入方法で熱処理されて作製されたことを特徴とする。本発明の高周波焼入品によれば、温度制御を可能で、熱処理の条件出しを容易に行なうことが可能であることにより、容易にかつ効率よく焼入が実施されているとともに、被処理物の広い範囲に所望の熱処理品質を付与することが可能な本発明の高周波焼入方法により焼入が実施されているため、製造コストが抑制されているとともに、品質の安定した高周波焼入品を提供することができる。

なお、本発明の高周波焼入品は、たとえば、転がり軸受の軌道輪、転動体などの鋼からなる機械部品に適用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の高周波焼入方法および高周波焼入設備によれば、温度制御を可能にし、熱処理の条件出しを容易に行なうことを可能にすることにより、過去の生産実績の蓄積が少ない場合や、経験の浅い作業者が熱処理の作業を行なう場合でも、容易にかつ効率よく実施することができるとともに、被処理物の広い範囲に所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することが可能な高周波焼入方法、および当該高周波焼入方法を実施するための高周波焼入設備を提供することができる。また、本発明の高周波焼入品によれば、製造コストが抑制され、品質の安定した高周波焼入品を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施の形態における高周波焼入設備により熱処理されて作製される、高周波焼入品としての転がり軸受外輪の構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態における転がり軸受外輪の構成を説明する。

図１を参照して、本実施の形態における高周波焼入品としての転がり軸受外輪１は、円環状の形状を有している。そして、転がり軸受外輪１は、内周面１Ｂに転動体としての玉、ころなどが接触しつつ転走するための転走面１Ｃが形成されているとともに、他の部材と接触して転がり軸受外輪を当該他の部材に対して保持する外周面１Ａを有している。ここで、転がり軸受外輪１は転動疲労寿命および剛性の観点から、５８ＨＲＣ以上の硬度を有していることが好ましい。また、寸法安定性の観点から、残留オーステナイト量は１２体積％以下に抑制されていることが好ましい。

そして、転がり軸受外輪１は、以下に説明する本発明の一実施の形態における高周波焼入設備を用い、本発明の一実施の形態における高周波焼入方法で熱処理されて作製されているため、製造コストが抑制され、かつ品質の安定した高周波焼入品となっている。

次に、本発明の一実施の形態における高周波焼入設備について説明する。図２は、本発明の一実施の形態における高周波焼入設備の構成を示す概略図である。図２を参照して、本発明の一実施の形態における高周波焼入設備の構成を説明する。

図２を参照して、本実施の形態における高周波焼入設備９０は、高周波加熱により被処理物としての転がり軸受外輪１の全体を加熱して焼入硬化する高周波焼入方法に使用される高周波焼入設備であって、転がり軸受外輪１の温度を調節するための温度制御装置５０と、加熱された転がり軸受外輪１が冷却されるべきタイミングを調節するための焼入制御装置６０とを備えている。

温度制御装置５０は、転がり軸受外輪１の温度データを取得し、転がり軸受外輪１の温度データに基づく温度の情報を出力する温度制御用測温装置としての第１放射温度計３と、第１放射温度計３に接続され、第１放射温度計３からの温度の情報に基づき転がり軸受外輪１の加熱状態を制御するための温度制御信号を出力する温度調節装置４と、温度調節装置４に接続され、温度調節装置４からの温度制御信号に基づき、高周波加熱により転がり軸受外輪１を加熱する加熱装置２とを含んでいる。

焼入制御装置６０は、転がり軸受外輪１の高温部である外周面１Ａ（誘導コイルに対向する面）および低温部である外周面１Ｂ（誘導コイルに対向する面の裏側）のそれぞれの温度データを取得し、転がり軸受外輪１の温度データに基づく温度の情報を出力する焼入用測温装置としての第１放射温度計３および第２放射温度計５と、第１放射温度計３および第２放射温度計５に接続され、第１放射温度計３および第２放射温度計５からの温度の情報に基づき加熱時間を調節し、転がり軸受外輪１が冷却されるべきタイミングを決定して冷却開始信号を出力する冷却タイミング調節装置６と、冷却タイミング調節装置６に接続され、冷却開始信号に基づいて、転がり軸受外輪１を冷却することにより転がり軸受外輪１を焼入硬化する冷却装置７とを含んでいる。冷却装置７は、たとえば冷却液を転がり軸受外輪１に噴射することにより冷却する、焼入液噴出装置である。

ここで、第１放射温度計３は、温度制御用測温装置と焼入制御用測温装置とを兼ねて設置されている。また、温度調節装置４および冷却タイミング調節装置６は、たとえばそれぞれパーソナルコンピュータであり、１台のパーソナルコンピュータで温度調節装置４と冷却タイミング調節装置６とを兼ねる構成であってもよい。

なお、温度制御用測温装置および焼入用測温装置に用いる測温装置の種類は、上述のように放射温度計でもよいが、装置のレイアウト上可能であるならば熱電対などの接触式温度計でもよい。

次に、上述の高周波焼入設備を用いた本発明の一実施の形態における高周波焼入方法について説明する。図３は、本発明の一実施の形態における高周波焼入方法の概略を示す図である。

図２および図３を参照して、本実施の形態における高周波焼入方法１０は、高周波加熱により被処理物（転がり軸受外輪１）の全体を加熱して焼入硬化する高周波焼入方法であって、転がり軸受外輪１の温度が温度制御装置５０により調節される温度制御工程２０と、焼入制御装置６０により、加熱された転がり軸受外輪１が冷却されるべきタイミングが決定されて、転がり軸受外輪１が冷却される焼入制御工程３０とを備えている。

温度制御工程２０は、転がり軸受外輪１の温度が、第１放射温度計３により測定される温度制御用測温工程２３と、温度調節装置４により、温度制御用測温工程２３において測定された温度の情報に基づき、転がり軸受外輪１の加熱状態を制御するための温度制御信号が出力される温度調節工程２４と、加熱装置２を用いて、温度制御信号に基づいて、高周波加熱により転がり軸受外輪１が加熱される加熱工程２２とを含んでいる。

焼入制御工程３０は、焼入用測温工程３５と、冷却タイミング調節工程３６と、冷却工程３７とを含んでいる。焼入用測温工程３５においては、転がり軸受外輪１において、高周波加熱による温度の上昇が転がり軸受外輪１において最も大きい表面の部位である高温部としての外周面１Ａと、高周波加熱による温度の上昇が転がり軸受外輪１において最も小さい表面の部位である低温部としての内周面１Ｂとの温度が、それぞれ第１放射温度計３と第２放射温度計５とにより測定される。冷却タイミング調節工程３６においては、冷却タイミング調節装置６により、焼入用測温工程３５において測定された温度の情報に基づき加熱時間が調節され、転がり軸受外輪１が冷却されるべきタイミングが決定されて冷却開始信号が出力される。冷却工程３７においては、冷却装置７により、冷却開始信号に基づいて、転がり軸受外輪１がＡ_１点以上の温度域からＭ_Ｓ点以下の温度域に冷却されることにより、転がり軸受外輪１が焼入硬化される。

そして、冷却タイミング調節工程３６においては、外周面１Ａにおける温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の残留オーステナイト量の上限値以下の残留オーステナイト量が得られる温度履歴（加熱開始後の各時間における温度の実績）の条件を満たし、内周面１Ｂにおける温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の硬度の下限値以上の硬度が得られる温度履歴の条件を満たすように加熱時間が調節されて、冷却開始信号が出力される。具体的には、加熱時間の調節は、予め求められた所望の硬度を得るための加熱時間と加熱温度との関係を示す条件式、および所望の残留オーステナイト量を得るための加熱時間と加熱温度との関係を示す条件式に基づいて、実施される。

本実施の形態における高周波焼入設備を用いて、本実施の形態における高周波焼入方法を実施することにより、温度制御が可能となり、熱処理の条件出しを容易に行なうことができるため、過去の生産実績の蓄積が少ない場合や、経験の浅い作業者が熱処理の作業を行なう場合でも、容易にかつ効率よく焼入硬化処理を実施することができるとともに、被処理物としての転がり軸受外輪１の広い範囲に所望の硬度や残留オ−ステナイト量などの熱処理品質を付与することができる。

なお、Ａ_１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍ_Ｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。

次に、本実施の形態における高周波焼入設備９０を用いた本実施の形態における高周波焼入方法１０、特に冷却タイミング調節工程３６の具体的手順について、素材としてＪＩＳ ＳＵＪ２を採用した場合を例に詳細に説明する。

冷却タイミング調節工程３６は、たとえば以下のようにＴＴＡ（Ｔｉｍｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｕｓｔｉｎｉｔｉｚａｔｉｏｎ）線図を作成し、当該ＴＴＡ線図における条件式に基づいて加熱時間を調節することにより実施することができる。

図４は、本実施の形態におけるＴＴＡ線図の作製方法を説明するための図である。図４において、横軸は加熱開始からの経過時間、縦軸は温度を示している。図４を参照して、ＴＴＡ線図の作製方法を説明する。

図４を参照して、たとえば、均一な加熱および冷却が可能なＳＵＪ２製の小型の試験片（６２０６型番玉軸受外輪、外径φ６２ｍｍ、内径φ５２ｍｍ、厚みｔ１６ｍｍのリング状）に対して、種々の昇温速度で加熱し、種々の時間経過後に急冷することにより、焼入を実施し、さらに、１８０℃で１２０分間保持することにより、当該試験片に焼戻を実施する。そして、各試験片の残留オーステナイト量および硬度を測定する。試験片の硬度は、たとえば熱処理後の被処理物の一部を研磨し、当該研磨面の硬度をロックウェル硬度計、ビッカース硬度計などの硬度計により測定して得ることができる。また、残留オーステナイト量は、たとえば熱処理後の試験片を電解研磨し、Ｘ線回折計（ＸＲＤ）を用いて、当該研磨面のマルテンサイトα（２１１）面とオーステナイトγ（２２０）面との回折強度とを測定することにより、算出することができる。

図４には、昇温速度約３１１℃／秒（一点鎖線）、約６５℃／秒（破線）および約２０℃／秒（実線）の場合の試験片の加熱履歴が示されている。そして、昇温速度３１１℃／秒の場合、硬度が５８ＨＲＣとなった点がα_１、残留オーステナイト量が１２体積％となった点がα_２で示されている。同様に、約６５℃／秒の場合の硬度が５８ＨＲＣとなった点、および残留オーステナイト量が１２体積％となった点がそれぞれβ_１およびβ_２、約２０℃／秒の場合の硬度が５８ＨＲＣとなった点、および残留オーステナイト量が１２体積％となった点がそれぞれγ_１およびγ_２として、記載されている。このような実験を種々の昇温速度で実施し、５８ＨＲＣとなった点、および残留オーステナイト量が１２体積％となった点を、それぞれたとえば指数関数でフィッティングして硬度：５８ＨＲＣを示す曲線、および残留オーステナイト量１２体積％を示す曲線を算出する。そして、当該曲線を作図することにより、ＴＴＡ線図が完成する。このＴＴＡ線図は、形状に関係なく素材により決定されるため、被処理物の形状が変更されても、素材が同種である限り、使用することができる。

次に、当該ＴＴＡ線図を用いた冷却タイミング調節工程３６の実施方法について説明する。図５は、ＴＴＡ線図を用いた冷却タイミング調節工程の実施方法を説明するための図である。図５において、横軸は加熱開始からの経過時間、縦軸は温度を示している。また、図５には、高周波加熱中の転がり軸受外輪１の高温部（外周面１Ａ）および低温部（内周面１Ｂ）の測温結果が合わせて示されている。

図５を参照して、硬度：５８ＨＲＣの曲線は、当該曲線よりも高温側では５８ＨＲＣ以上の硬度となっていることを示しており、算出された曲線の式は
温度Ｔ_Ｈ＝０．０２ｅｘｐ（９．２８２３ｔ^{−０．０５}）＋７９０・・・（１）
である。また、残留オーステナイト量：１２体積％の曲線は、当該曲線よりも低温側では１２体積％以下の残留オーステナイト量となっていることを示しており、算出された曲線の式は
温度Ｔ_γ＝８．０６×１０^−１８ｅｘｐ（４５ｔ^{−０．０１}）＋８６０・・・（２）
である。

冷却タイミング調節工程３６においては、加熱が開始されると各時間においてリアルタイムに高温部（外周面１Ａ）の温度が式（２）のＴ_γと比較され、高温部の温度がＴ_γよりも低いことが確認される。一方、同時に低温部（内周面１Ｂ）の温度が式（１）のＴ_Ｈと比較され、Ｔ_Ｈよりも大きくなった時間帯に冷却開始信号が出力され、被処理物（転がり軸受外輪１）が冷却されることにより、焼入硬化される。

すなわち、図５を参照して、時間ｔ_１においては、低温部（内周面１Ｂ）の温度が硬度：５８ＨＲＣの曲線よりも低温側にあるため、加熱が不足している。また、時間ｔ_３においては、高温部（外周面１Ａ）の温度が残留オーステナイト量：１２体積％の曲線よりも高温側となっているため、加熱が過剰となっている。一方、時間ｔ_２においては、低温部（内周面１Ｂ）の温度が硬度：５８ＨＲＣの曲線よりも高温側にあり、かつ高温部（外周面１Ａ）の温度が残留オーステナイト量：１２体積％の曲線よりも低温側となっているため、この時点で冷却開始信号を出力し、冷却を開始することで、被処理物全体が硬度５８ＨＲＣかつ残留オーステナイト量１２体積％以下の条件を満たす焼入を実施することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明の高周波焼入設備を用い、本発明の高周波焼入方法による高周波焼入を実施し、その有効性を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。

転がり軸受の軌道輪を想定したＳＵＪ２製のリング状試験片（外径φ６２ｍｍ×内径φ５２ｍｍ×幅ｔ１６ｍｍのリング状試験片）を準備し、図２に基づいて説明した上記実施の形態の高周波焼入設備を用い、図３に基づいて説明した上記実施の形態の高周波焼入方法により焼入を実施した。焼入の条件としては、温度制御工程における保持温度を９００℃、９５０℃、１０００℃の３水準とし、昇温速度は２１０℃／秒で一定とする条件を採用した。そして、焼入後、１８０℃で１２０分間保持することにより焼戻を行なった。その後、試験片の外周面（高温部）および内周面（低温部）の硬度および残留オーステナイト量を測定した。なお、硬度および残留オーステナイト量の目標値はそれぞれ５８ＨＲＣ（６５３ＨＶ）以上、１２体積％以下とした。表１に試験の結果を示す。

表１を参照して、温度制御工程の保持温度の条件にかかわらず、測定された硬度および残留オーステナイト量はいずれも目標値をクリアしていた。このことから、本発明の高周波焼入方法および高周波焼入設備によれば、１０００℃という高温での焼入処理が可能であるため、焼入の際の加熱時間の短縮を可能とし、焼入硬化処理の効率化に寄与しうることが確認された。

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。

本発明の高周波焼入方法および高周波焼入設備は、高周波加熱により被処理物を加熱して焼入を行なう高周波焼入方法および高周波焼入設備に特に有利に適用され得る。また、本発明の高周波焼入品は、高周波加熱により加熱されて焼入硬化される高周波焼入品に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における高周波焼入設備により熱処理されて作製される、高周波焼入品としての転がり軸受外輪の構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態における高周波焼入設備の構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態における高周波焼入方法の概略を示す図である。 ＴＴＡ線図の作製方法を説明するための図である。 ＴＴＡ線図を用いた冷却タイミング調節工程の実施方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 転がり軸受外輪、１Ａ 外周面、１Ｂ 内周面、１Ｃ 転走面、２ 加熱装置、３ 第１放射温度計、４ 温度調節装置、５ 第２放射温度計、６ 冷却タイミング調節装置、７ 冷却装置、１０ 高周波焼入方法、２０ 温度制御工程、２２ 加熱工程、２３ 温度制御用測温工程、２４ 温度調節工程、３０ 焼入制御工程、３５ 焼入用測温工程、３６ 冷却タイミング調節工程、３７ 冷却工程、５０ 温度制御装置、６０ 焼入制御装置、９０ 高周波焼入設備。

Claims (3)

1. 高周波加熱により被処理物の全体を加熱して焼入硬化する高周波焼入方法であって、
   前記被処理物の温度が調節される温度制御工程と、
   加熱された前記被処理物が冷却されるべきタイミングが決定されて、前記被処理物が冷却される焼入制御工程とを備え、
   前記温度制御工程は、
   前記被処理物の温度が測定される温度制御用測温工程と、
   前記温度制御用測温工程において測定された温度の情報に基づき、前記被処理物の加熱状態を制御するための温度制御信号が出力される温度調節工程と、
   前記温度制御信号に基づいて、前記高周波加熱により前記被処理物が加熱される加熱工程とを含み、
   前記焼入制御工程は、
   前記被処理物において、前記高周波加熱による温度の上昇が前記被処理物の内部よりも大きい表面の部位である高温部と、前記高周波加熱による温度の上昇が前記被処理物の内部よりも小さい表面の部位である低温部との温度が測定される焼入用測温工程と、
   前記焼入用測温工程において測定された温度の情報に基づき加熱時間が調節され、前記被処理物が冷却されるべきタイミングが決定されて冷却開始信号が出力される冷却タイミング調節工程と、
   前記冷却開始信号に基づいて、前記被処理物が冷却されることにより前記被処理物が焼入硬化される冷却工程とを含み、
   前記冷却タイミング調節工程においては、
   前記高温部における温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の残留オーステナイト量の上限値以下の残留オーステナイト量が得られる温度履歴の条件を満たし、
   前記低温部における温度および加熱時間を含む温度履歴が、予め求められた所望の硬度の下限値以上の硬度が得られる温度履歴の条件を満たすように前記加熱時間が調節されて、前記冷却開始信号が出力される、高周波焼入方法。
2. 高周波加熱により被処理物の全体を加熱して焼入硬化する請求項１に記載の高周波焼入方法に使用される高周波焼入設備であって、
   前記被処理物の温度を調節するための温度制御装置と、
   加熱された前記被処理物が冷却されるべきタイミングを調節するための焼入制御装置とを備え、
   前記温度制御装置は、
   前記被処理物の温度データを取得し、前記被処理物の温度データに基づく温度の情報を出力する温度制御用測温装置と、
   前記温度制御用測温装置に接続され、前記温度制御用測温装置からの温度の情報に基づき前記被処理物の加熱状態を制御するための温度制御信号を出力する温度調節装置と、
   前記温度調節装置に接続され、前記温度調節装置からの前記温度制御信号に基づき、高周波加熱により前記被処理物を加熱する加熱装置とを含み、
   前記焼入制御装置は、
   前記被処理物の前記高温部および前記低温部の温度データを取得し、前記被処理物の温度データに基づく温度の情報を出力する焼入用測温装置と、
   前記焼入用測温装置に接続され、前記焼入用測温装置からの温度の情報に基づき加熱時間を調節し、前記被処理物が冷却されるべきタイミングを決定して冷却開始信号を出力する冷却タイミング調節装置と、
   前記冷却タイミング調節装置に接続され、前記冷却開始信号に基づいて、前記被処理物を冷却することにより前記被処理物を焼入硬化する冷却装置とを含む、高周波焼入設備。
3. 請求項１に記載の高周波焼入方法で熱処理されて作製されたことを特徴とする、高周波焼入品。

Images