JP2009024243A - 焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環状部材の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることができる焼入れ方法を提供する。
【解決手段】焼入れ温度に加熱されている複数個の環状部材６を、両端面６ａ，６ｂを上下方向に向けた横置き姿勢で下降させて、冷却槽９内の冷却液８に浸漬し急冷することにより硬化させる。この際、各環状部材６の下側の端面６ａを治具７によって個別に覆った状態で各環状部材６を前記冷却液８に浸漬させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸受の軌道輪等に代表される環状部材の焼入れ方法に関する。

従来から、鋼材を硬化するために種々の形態で熱処理が施されているが、一般には、対象となる鋼材からなるワーク（被処理物）を変態点以上の温度（焼入れ温度）で所要時間加熱した後、油、水、水溶性冷却剤等の適当な冷却液中に浸漬し急冷する焼入れが行われている。そして、軸受の軌道輪（内輪、外輪）等の環状部材としてのワーク１０６をバッチ処理により焼入れする場合には、図４に示すように、多段に仕切られたバスケット１０５内に複数のワーク１０６の両端面を上下方向に向けた横置き姿勢で載置し、このバスケット１０５とともにワーク１０６の加熱及び急冷が行われる。

この場合、バスケット１０５内のワーク１０６は、エレベータ等の昇降手段で下降させることで冷却液中に浸漬されるため、ワーク１０６の上側の端面１０６ｂと下側の端面１０６ａとの熱伝導境界が不均一となることで、図５のようにワーク１０６の上側の端面１０６ｂの外径と下側の端面１０６ａの外径に比べて大きくなるいわゆるラッパ形状になり、円筒度が悪化する問題が発生していた。
そこで、従来は、急冷時に発生する変形、歪み等を抑制するため、冷却液の流速を適正化したり、冷却液中でワーク１０６を揺動させることが行われてきた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３５０７５６号公報

上記のような方法で環状部材であるワーク１０６の半径方向歪（真円度）は改善されるが、上記のラッパ形状（軸方向歪）は改善されなかった。この軸方向歪（円筒度）は、真円度と同様、例えば後工程の研磨取しろ量に大きな影響を及ぼすものであるため、真円度が改善されたとしても円筒度が改善されなければ研磨取しろ量を多く必要とし、必然的に研磨時間が長くなるという問題があった。さらに、変形が過大なものについては、歪抑制のためにさらにサイジング、クエンチプレス等の工程を実施する必要が生じ、製造コストが増大する要因となるため、急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることが求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、環状部材の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることができる焼入れ方法を提供することを目的としている。

本発明の焼入れ方法は、焼入れ温度に加熱されている複数個の環状部材を、両端面を上下方向に向けた横置き姿勢で下降させて、冷却槽内の冷却液に浸漬し急冷することにより硬化させる焼入れ方法であって、各環状部材の下側の端面を治具によって個別に覆った状態で各環状部材を前記冷却液に浸漬させることを特徴としている。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、複数個の環状部材を冷却液に対して下降させつつ浸漬する際に、蒸気膜段階のバラツキが起因してワークの熱伝達境界の冷却度合が上側の端面に比べて下側の端面の方が速くなり、このことが原因で環状部材に軸方向歪が発生することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

本発明の焼入れ方法によれば、各環状部材の下側の端面を治具によって個別に覆った状態で各環状部材を前記冷却液に浸漬させるので、環状部材の下側の端面に冷却液が接触しにくくなることで下側の端面の冷却度合が遅くなり、両端面の冷却度合の差を小さくすることができる。これにより、環状部材の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることができる。

上記焼入れ方法において、前記治具の熱容量が、各環状部材の下側と上側との冷却度合をほぼ等しくする値に設定されていることが好ましい。この場合、環状部材の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）がさらに小さくなる。

本発明の焼入れ方法によれば、環状部材の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることができる。この結果、後工程（例えば研磨処理）の加工時間が短縮されるとともに、サイジング及びクエンチプレス工程を行う必要がなくなるので、製造コストの低減につながる。

以下、本発明の実施形態を、添付した図面に基づいて説明する。
図１は、本発明において使用される焼入れ装置全体の構成を模式的に示す縦断側面図である。図１における焼入れ装置１は、いわゆるバッチ炉と呼ばれるもので、隣り合わせに配設された加熱室２と冷却室３と、これら両室２，３の間にまたがって配設された搬送レール４とを備えており、この搬送レール４によりワーク６を収容したバスケット５が搬送されるようになっている。

図２は、バスケット５におけるワーク６の収容状態を説明する模式図である。バスケット５は、複数個のワーク６を三次元的に収容することができるタイプのものであり、ワーク６は、鋼製の環状部材である。詳しくはＪＩＳ ＳＵＪ２からなる円筒部材であるワーク６は、その両端面を上下方向に向けて互いが接触しないように網目状のトレイ５ａに複数個載置されており、このように複数個のワーク６が載置されたトレイ５ａがバスケット５の内部に所定の間隔をあけて上下方向に多段に重ねられている。そして、治具７は、図２に示すように、１個のワーク６に対して１個ずつ用いられる。

図３は、図２におけるワーク６及び治具７の縦断面図である。治具７は、焼入れを施しても酸化せず、また焼きが入らない素材（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）で断面略凹字形状に形成されており、ワーク６の下側の端面６ａと接触する環状部７ａとこの環状部７ａの外周部から鉛直方向に延びる周壁部７ｂとを有している。そして、開放側が上方を向くようにトレイ５ａの上に並べられ、その上にワーク６が両端面６ａ，６ｂを上下方向に向けた横置き姿勢で置かれることにより、環状部７ａとワーク６の下側の端面６ａとが接触することになる。これによって、ワーク６の下側の端面６ａが治具７によって個別に覆われた状態となる。ここで、治具７の熱容量は、各ワーク６の下側と上側との冷却度合をほぼ等しくする値に設定されるが、ワーク６の熱伝導度等を考慮して治具７の厚みｔで制御することになる。治具７の内径ｄ１は、ワーク６の外壁面６ｃと治具７の周壁部７ｂの内壁面７ｃとの間に半径方向のルーズな隙間ｈを形成すべくワーク６の外径ｄ２よりも大きく設定されている。

加熱室２には、図１中に図示しないが加熱ヒータ、ファン等の加熱手段が設けられており、必要に応じた温度でバスケット５に収容されたワーク６を加熱するようになっている。
冷却室３は、油等の冷却液８が貯溜された冷却槽９と、この冷却槽９に対してワーク６を上下昇降させる昇降機構１０とを備えている。昇降機構１０は、冷却槽９においてワーク６を収容するバスケット５を搭載した状態で上下昇降させられる昇降台１１と、冷却槽９の上方に設けられて昇降台１０を上下に昇降させる油圧シリンダ１２とから構成されており、バスケット５内のワーク６を、両端面６ａ，６ｂを上下方向に向けた横置き姿勢で下降させて、冷却槽９内の冷却液８に浸漬し、ワーク６を強制的に冷却するようになっている。
また、冷却室３には、ワーク６を収容したバスケット５を搬入及び搬出するための挿抜扉１３が設けられているとともに、加熱室２と冷却室３との連通路に両室２，３を分離するための通路扉１４，１５が設けられている。

以上説明した加熱室２の加熱手段、搬送レール４、油圧シリンダ１２、挿抜扉１３及び通路扉１４，１５の動作は、図示しない制御装置によって制御される。この制御装置は、運転スイッチ（図示せず）が投入されることによって、下記する一連の熱処理動作を自動制御する。

次に、上記焼入れ装置１を用いた焼入れ方法について説明する。
まず、図１中の矢印ａで示すように、冷却室３の挿抜扉１３を開放してワーク６を収容したバスケット５を挿入して昇降台１１上に搭載し、同矢印ｂで示すように、バスケット５を油圧シリンダ１２により搬送レール４の高さ位置まで下降させる。
この後、通路扉１４，１５を開放して、同矢印ｃで示すように、バスケット５を搬送レール４により加熱室２へ搬入し、加熱室２の雰囲気温度を所要温度、例えば８２０〜８７０℃に加熱して所要時間、例えば３０分間〜２時間放置する。

加熱が終了すると、同矢印ｄで示すように、バスケット５を搬送レール４で冷却室３に向けて搬送し、昇降台１１上に搭載する。その後、同矢印ｅで示すように、この昇降台１１を油圧シリンダ１２により下降させて冷却槽９内の冷却液８（６０〜１５０℃）にバスケット５を浸漬して所要時間、例えば５〜２０分間放置することにより、バスケット５内のワーク６を急冷する。ここで、各ワーク６の下側の端面６ａを治具７によって個別に覆っているために、ワーク６を、両端面６ａ，６ｂを上下方向に向けた横置き姿勢で下降させて冷却液８に浸漬していくときに、ワーク６の下側の端面６ａに冷却液８が接触しにくくなることでワーク６の下側の端面６ａの冷却度合が遅くなる。これにより、両端面６ａ，６ｂの冷却度合の差を小さくすることができ、その結果軸方向歪（円筒度）が小さくなる。また、治具７の熱容量が、各ワーク６の下側と上側との冷却度合をほぼ等しくする値に設定されており、上側の端面６ｂの外径と下側の端面６ａの外径との差がより小さくなるので、ワーク６の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）がさらに小さくなる。すなわち、上記の治具７を用いて焼入れすることで、軸方向歪（円筒度）を例えば５０％程度小さくすることが可能になり、ワーク６である環状部材が図５のようなラッパ形状になるのを防ぐことができる。

急冷が終了すると、同矢印ｆで示すように、油圧シリンダ１２により冷却槽９からバスケット５を引き上げて、挿抜扉１３を開放して外部に搬出した後、比較的低温で加熱する焼き戻し処理が行われる。その後、後工程として研磨処理が行われるが、軸方向歪（円筒度）が小さいので研磨時間を短くすることができ、さらに、変形が過大なものに施されるサイジング及びクエンチプレスのような追加工程を行う必要がない。

このように、本発明の焼入れ方法では、各ワーク６の下側の端面６ａを治具７によって個別に覆った状態で各ワーク６を冷却液８に浸漬させるので、ワーク６の下側の端面６ａの冷却度合が遅くなり、両端面６ａ，６ｂの冷却度合の差を小さくすることができる、これによりワーク（環状部材）６の急冷時に発生する軸方向歪（円筒度）を小さくすることができる。この結果、後工程（研磨処理）の時間が短縮されるとともに、変形が過大な場合に施されるサイジング及びクエンチプレス工程を行う必要がなくなるので、製造コストの低減につながる。

なお、焼入れ装置１は、前述の実施形態に限らず、本発明の範囲内で適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では、冷却過程において、冷却液８を攪拌していないが、攪拌するようにしてもよい。また、図２には、トレイ５ａにワーク６を６個並べ、上下方向に２段重ねたバスケット５を記載しているが、トレイ５ａに並べるワーク６の数及びトレイ５ａの段数はこれらに限定されるものではない。

本発明における焼入れ装置全体の構成を模式的に示す縦断側面図である。 図１に示される焼入れ装置のバスケットにおけるワークの収容状態を説明する模式図である。 図２におけるワーク及び治具の縦断面図である。 従来の焼入れ方法に用いられるバスケットにおけるワークの収容状態を説明する模式図である。 従来の焼入れ方法によって得られた環状部材の形状を説明する断面図である。

符号の説明

１ 焼入れ装置
２ 加熱室
３ 冷却室
４ 搬送レール
５ バスケット
６ ワーク（環状部材）
６ａ 下側の端面
７ 治具
８ 冷却液
９ 冷却槽
１０ 昇降機構
１１ 昇降台
１２ 油圧シリンダ

Claims (2)

1. 焼入れ温度に加熱されている複数個の環状部材を、両端面を上下方向に向けた横置き姿勢で下降させて、冷却槽内の冷却液に浸漬し急冷することにより硬化させる焼入れ方法であって、
   各環状部材の下側の端面を治具によって個別に覆った状態で各環状部材を前記冷却液に浸漬させることを特徴とする焼入れ方法。
2. 前記治具の熱容量が、各環状部材の下側と上側との冷却度合をほぼ等しくする値に設定されている請求項１記載の焼入れ方法。

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