JP2024002466A - 焼入れ方法及び拘束焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の焼入れ対象物をプレスクエンチする。【解決手段】焼入れ方法は、レース６０１を含みワーク貫通穴６００ｈが設けられたワーク６００のためのものである。焼入れ方法は、ワーク６００を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切替可能なプレスクエンチ装置１を準備する工程と、加熱された複数のワーク６００を非拘束状態であるプレスクエンチ装置１に配置する工程と、プレスクエンチ装置１を非拘束状態から拘束状態に切り替えることにより、ワーク６００の拘束対象部位をプレスクエンチ装置１によって拘束する工程と、拘束されたワーク６００を冷却する工程と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、焼入れ方法及び拘束焼入れ装置に関する。

熱処理の実施によって、対象物が意図しない変形を生じることがある。そこで、対象物の熱処理の実施と変形の抑制とを両立させる、いわゆるプレスクエンチが知られている。特許文献１は、プレスクエンチのための装置を開示する。

特許第５７４０９４６号

特許文献１に示されたようなプレスクエンチ装置は、１個の対象物を対象としている。つまり、複数の対象物を一度にプレスクエンチすることができなかった。その一方で、熱処理工程は、複数の対象物を一度に処理するいわゆるバッチ処理を採用することもある。そのため、当該技術分野では、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることが可能な焼入れ方法及び拘束焼入れ装置が望まれていた。

本発明は、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることが可能な焼入れ方法及び拘束焼入れ装置を提供する。

本発明の一形態は、円板状の部位を含み貫通穴が設けられた焼入れ対象物のための焼入れ方法である。一形態の焼入れ方法は、焼入れ対象物を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切替可能な拘束焼入れ装置を準備する工程と、加熱された複数の焼入れ対象物を非拘束状態である拘束焼入れ装置に配置する工程と、拘束焼入れ装置を非拘束状態から拘束状態に切り替えることにより、焼入れ対象物の拘束対象部位を拘束焼入れ装置によって拘束する工程と、拘束された焼入れ対象物を冷却する工程と、を有する。

この方法は、所定の態様に配置された複数の焼入れ対象物を拘束した後に、拘束状態の焼入れ対象物を冷却する。したがって、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることができる。

上記の焼入れ方法は、拘束する工程の前に、加熱された複数の焼入れ対象物を冷却液に浸す工程をさらに有してもよい。拘束する工程及び冷却する工程は、焼入れ対象物が冷却液に浸された状態で実施されてもよい。この工程によれば、高温の焼入れ対象物を冷却液によって速やかに冷却することができる。

上記の焼入れ方法の配置する工程は、複数の焼入れ対象物を、拘束焼入れ装置の位置決め部材に配置する工程と、複数の焼入れ対象物の間に、拘束焼入れ装置の複数の拘束部材をそれぞれ配置する工程と、を含んでもよい。この工程によれば、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることができる。

上記の焼入れ方法の配置する工程では、焼入れ対象物の貫通穴の軸線に沿うように、複数の焼入れ対象物を位置決め部材に配置してもよい。この工程によれば、複数の焼入れ対象物を簡易な動作で拘束することができる。

上記の焼入れ方法の拘束する工程では、拘束対象部位として焼入れ対象物の円板状の部位における主面に第１の拘束部材を押し当てると共に、円板状の部位における裏面に第２の拘束部材を押し当ててもよい。この工程によれば、焼入れ対象物の円板状の部位の変形を抑制することができる。

上記の焼入れ方法は、拘束する工程の後に、拘束焼入れ装置に配置された焼入れ対象物を冷却液に浸す工程をさらに有してもよい。拘束する工程は、焼入れ対象物が冷却液に浸されない状態で実施されてもよい。冷却する工程の第１期間は、焼入れ対象物が冷却液に浸されない状態で実施されてもよい。第１期間に続く冷却する工程の第２期間は、焼入れ対象物が冷却液に浸された状態で実施されてもよい。この工程によれば、配置から拘束までの時間を確保することができる。

上記の焼入れ方法の拘束する工程及び冷却する工程は、焼入れ対象物が冷却液に浸されない状態で実施されてもよい。この工程によっても、配置から拘束までの時間を確保することができる。

本発明の別の形態は、円板状の部位を含み貫通穴が設けられた焼入れ対象物のための拘束焼入れ装置である。別の形態である拘束焼入れ装置は、複数の焼入れ対象物の位置及び姿勢を保持する位置決め部材と、焼入れ対象物の拘束対象部位に接触可能な複数の拘束部材と、拘束部材を拘束対象部位に向けて押圧する押圧機構と、を備える。拘束部材及び押圧機構は、焼入れ対象物を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切り替える。この装置によっても、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることができる。

本発明の焼入れ方法及び拘束焼入れ装置によれば、複数の焼入れ対象物をプレスクエンチすることができる。

図１は、実施形態の焼入れ方法及びプレスクエンチ装置が適用される焼入れ設備を示す概要図である。 図２は、ワークの断面図である。 図３は、ワークの正面図である。 図４（ａ）は、ワークの温度変化を示すグラフである。図４（ｂ）は、ワークを冷却液に浸した直後の様子を示す図である。図４（ｃ）は、ワークから蒸気膜が離間する急冷期間の様子を模式的に示す図である。図４（ｄ）は、ワークが冷却液に接する徐冷期間の様子を模式的に示す図である。 図５は、プレスクエンチ装置の構造を分解して示す断面図である。 図６は、プレスクエンチ装置の位置決め治具を示す断面図である。 図７（ａ）は、プレスクエンチ装置の非拘束状態を示す断面図である。図７（ｂ）は、プレスクエンチ装置の拘束状態を示す断面図である。 図８は、実施形態の焼入れ方法のフローチャートである。 図９は、焼入れ方法の主要な工程を示す概要図である。 図１０（ａ）は、搬送治具ごと複数のワークを加熱炉に入れる工程の様子を示す図である。図１０（ｂ）は、位置決め治具を冷却槽に満たされている冷却液の中に配置する工程の様子を示す図である。 図１１は、複数のワークが配置された搬送治具を加熱炉から取り出した後に、冷却液の上に移動させる工程の様子を示す図である。 図１２は、位置決め治具に複数のワークを配置する工程の様子を示す図である。 図１３は、搬送治具をワークから抜き取った後の様子を示す図である。 図１４は、拘束治具を冷却液の上に移動させる工程の様子を示す図である。 図１５は、拘束治具をワークの周囲に配置する工程の様子を示す図である。 図１６は、第２の位置決め治具を冷却槽に満たされている冷却液の中に配置する工程の様子を示す図である。 図１７は、複数のワークを第２の位置決め治具に着座させる工程の様子を示す図である。 図１８は、第２の搬送治具をワークから抜き取った後の様子を示す図である。 図１９は、第２の拘束治具を冷却液の上に移動させる工程の様子を示す図である。 図２０は、押圧ユニットを配置する工程の様子を示す図である。 図２１は、プレスクエンチを行う工程の様子を示す図である。 図２２は、変形例１の焼入れ方法のフローチャートである。 図２３は、変形例２の焼入れ方法のフローチャートである。 図２４は、位置決め治具の変形例を示す図である。 図２５（ａ）、図２５（ｂ）及び図２５（ｃ）は、焼入れ方法及びプレスクエンチ装置によって焼入れが可能なワークの例示である。

以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、プレスクエンチ装置１（拘束焼入れ装置）が適用される焼入れ設備を示す概要図である。ワーク６００は、軸受の部品である。例えば、ワーク６００は、ニードルスラスト軸受、ニードルシェル軸受、薄肉の軸受及び大径の軸受などに用いられる。プレスクエンチ装置１は、冷却液５０４ｓ中において、複数のワーク６００を拘束する。

複数のワーク６００は、搬送治具５０１によって搬送される。搬送治具５０１は、移動機構５０２に連結されている。移動機構５０２は、搬送治具５０１を加熱炉５０３から冷却槽５０４に移動させる。つまり、焼入れ設備は、まとまった数のワーク６００をバッチ処理する。

＜焼入れ対象物＞
図２及び図３に示すように、ワーク６００は、円板状のレース６０１（円板状の部位）と、円筒状のリップ６０２と、を有する。なお、ワーク６００の形状は、図２及び図３に示すものに限定されない。そのほかのワーク６００の形状は、後述する変形例の欄にていくつか例示する。

レース６０１は、外径に比べて厚みが薄い薄板である。７５０℃～９００℃に加熱した後、ワーク６００を冷却液５０４ｓに浸したとき、冷却液５０４ｓに接するワーク６００の表面が急冷される。そして、ワーク６００の内部から熱量が順次ワーク６００の表面に移動する。ワーク６００の表面側と内部側とでは、厳密には、冷却の様子に相違がある。しかし、本実施形態で例示するワーク６００は、その厚みが薄い。したがって、ワーク６００は、表面と内部とで冷却の態様には実質的に相違がないとみなせる。つまり、本実施形態でいう「薄板」とは、冷却時において、表面と内部とで冷却の態様には実質的に相違がないとみなせるものを意味する。

レース６０１は、レース主面６０１ａと、レース裏面６０１ｂと、レース貫通穴６０１ｈと、を有する。レース主面６０１ａは、実質的な凹凸を有さない平坦面である。レース裏面６０１ｂには、リップ６０２が設けられている。つまり、レース裏面６０１ｂから、レース裏面６０１ｂの法線方向に沿ってリップ６０２が延びている。レース６０１とリップ６０２とは、一枚の板材からプレス成型されたものであるから、レース６０１とリップ６０２とを分ける物理的な境界線のようなものは存在しない。

リップ６０２の中心軸は、レース６０１の中心軸と一致する。換言すると、リップ６０２は、レース６０１に対して同軸である。リップ６０２は、リップ基端６０２ａと、リップ先端６０２ｂと、リップ貫通穴６０２ｈと、を有する。リップ基端６０２ａは、レース裏面６０１ｂにつながっている。リップ先端６０２ｂは、自由端である。リップ６０２の高さは、リップ６０２の外形よりも小さくてもよい。リップ貫通穴６０２ｈは、レース貫通穴６０１ｈとともにワーク貫通穴６００ｈを形成する。リップ貫通穴６０２ｈの内径は、レース貫通穴６０１ｈの内径と同じである。

焼入れの結果は、例えば、レース６０１の反りと、リップ６０２の真円度と、によって評価できる。焼入れの状態が不均一であると、レース６０１の反りが発生することがある。また、リップ６０２の真円度が低下することもある。

＜焼入れのメカニズム＞
図４を参照しながら、ワーク６００の冷却についてより詳しく述べる。ワーク６００にマルテンサイトといった所望の組織を生じさせるためには、冷却速度が重要である。具体的には、ワーク６００を冷却液５０４ｓに浸したときの冷却速度が、実験結果などを元に定められた基準となる冷却速度よりも遅い場合には、マルテンサイトに加えてパーライトといった別の組織も生じてしまう。したがって、ワーク６００の冷却速度は、基準となる冷却速度よりも遅くならないようにしなければならない。

図４（ａ）は、ワーク６００を冷却液５０４ｓに浸したときに生じる、ワーク６００の温度変化を示すグラフである。グラフＧ４ａは、図４（ｂ）に示すワーク６００において、レース６０１の下部（位置Ｂ１）の温度変化を示す。グラフＧ４ｄは、第１冷却基準線である。ワーク６００を冷却したときの温度履歴が、グラフＧ４ｄより左側の範囲に存在する場合には、マルテンサイトが形成される。

グラフＧ４ａに注目する。ワーク６００を冷却液５０４ｓに浸した直後には、ワーク６００の表面に蒸気膜Ｖ１が発生する（図４（ｂ）参照）。この蒸気膜Ｖ１は、断熱効果を有するので、ワーク６００から冷却液５０４ｓへの熱の移動を妨げる。したがって、ワーク６００の温度は緩やかに下がる（期間Ｔ４ａ：蒸気膜が存在する期間）。その後、なんらかの事象をきっかけとして、ワーク６００の表面から蒸気膜Ｖ１の剥離が開始される（図４（ｃ）参照）。その瞬間にワーク６００の表面は、冷却液５０４ｓに直接に接する。このワーク６００の表面から蒸気膜Ｖ１が離れる現象を、沸騰と称してもよい。また、ワーク６００から離間した蒸気膜Ｖ１は、泡Ｖ２と称してもよい。ワーク６００が冷却液５０４ｓに直接に接したことをきっかけとして、ワーク６００の温度が急激に下がる（期間Ｔ４ｂ：急冷期間）。なお、このワーク６００の温度が急激に下がる期間は、沸騰期間と称してもよい。そして、ワーク６００の温度が所定の値まで下がった後は、ワーク６００の温度はゆっくりと下がる（期間Ｔ４ｃ：徐冷期間）。例えば、徐冷期間では、ワーク６００の表面には蒸気膜Ｖ１が存在せず、ワーク６００は直接に冷却液５０４ｓに接している。

＜プレスクエンチ装置＞
以下、プレスクエンチ装置１について説明する。図５に示すように、プレスクエンチ装置１は、第１の拘束ユニット２Ａと、第２の拘束ユニット２Ｂと、押圧ユニット３（押圧機構）と、を有する。第１の拘束ユニット２Ａ、第２の拘束ユニット２Ｂ及び押圧ユニット３は、ワーク６００を拘束する際には一体化して用いられるが、機械的に連結されていない。例えば、ワーク６００をプレスクエンチ装置１に設置する際には、第１の拘束ユニット２Ａ、第２の拘束ユニット２Ｂ及び押圧ユニット３は、それぞれ独立の部品であるように、分解された状態である。

第１の拘束ユニット２Ａについて説明する。なお、第２の拘束ユニット２Ｂの構成及び動作は、第１の拘束ユニット２Ａの構成及び動作と同じである。したがって、第１の拘束ユニット２Ａについて詳細に説明し、第２の拘束ユニット２Ｂの詳細な説明を省略する。また、第１の拘束ユニット２Ａ及び第２の拘束ユニット２Ｂを区別する必要がない場合には、単に「拘束ユニット２」と称する。

拘束ユニット２は、ワーク６００の変形を抑制する。拘束ユニット２は、焼入れ時に発生する可能性があるワーク６００の意図しない変形の発生を抑制する。このように、ワーク６００の意図しない変形の発生を抑制するための動作を、本実施形態では「拘束する」と称する。つまり、後述するように、単にワーク６００の位置を保持するための機能は、「拘束する」に含まない。

拘束ユニット２は、位置決め治具２１（位置決め部材）と、拘束治具２２と、を有する。

位置決め治具２１は、ワーク６００の位置を決める。具体的には、位置決め治具２１は、複数のワーク６００を所定の間隔を設けて保持する。つまり、位置決め治具２１は、ワーク６００の位置を保持する機能を有するが、ワーク６００の変形を拘束する機能を有していない。位置決め治具２１は、例えば、平面視して矩形の板部材である。

図６に示すように、位置決め治具２１は、ワーク６００が配置されるワーク配置面２１１を有する。ワーク配置面２１１には、複数の位置決めスリット２１２が設けられている。つまり、位置決めスリット２１２の配置間隔は、ワーク６００の配置間隔である。１個の位置決めスリット２１２には、１個のワーク６００が差し込まれる。具体的には、位置決めスリット２１２には、ワーク６００のレース６０１が差し込まれる。位置決めスリット２１２のスリット幅２１２ｔと深さ２１２ｄは、差し込まれたワーク６００が倒れない程度であればよい。

再び図５に示すように、拘束治具２２は、ワーク６００を拘束する。つまり、拘束治具２２がワーク６００の変形の発生を抑制する機能を発揮する。拘束治具２２は、複数のプレスブロック２２１（複数の拘束部材）と、ブロック連結部２２２と、複数のバネ２２３と、を有する。

複数のプレスブロック２２１は、ブロック連結部２２２に連結されている。複数のプレスブロック２２１のそれぞれは、所定の軸線（Ｘ軸）に沿って互いに間隔を設けて配置されている。Ｘ軸は、ワーク貫通穴６００ｈの中心軸線Ａの向きと一致する。複数のプレスブロック２２１のそれぞれは、Ｘ軸に沿ってブロック連結部２２２に対して往復移動できる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、プレスブロック２２１は、ブロック主面２２１ｓと、ブロック裏面２２１ｂと、ブロック連結面２２１ｃと、ブロック自由面２２１ｆと、を有する。

ブロック主面２２１ｓは、ワーク６００のワーク主面に接する。ブロック主面２２１ｓは、ワーク主面に倣う形状を有する。本実施形態の例示では、ワーク主面は、平坦なレース主面６０１ａである。したがって、ブロック主面２２１ｓも平坦面である。ブロック裏面２２１ｂは、ワーク６００のワーク裏面に接する。ブロック裏面２２１ｂは、ワーク裏面に倣う形状を有する。本実施形態の例示では、ワーク裏面は、平坦なレース裏面６０１ｂと、レース裏面６０１ｂから突出するリップ６０２と、を含む。したがって、ブロック裏面２２１ｂは、レース裏面６０１ｂに接する平坦面部２２１ｐと、リップ６０２を受け入れる穴部２２１ｈと、を含む。なお、ブロック主面２２１ｓ及びブロック裏面２２１ｂの形状は、ワーク６００の形状に応じて適宜変更してよい。

ブロック連結面２２１ｃは、ブロック連結部２２２に連結される。ブロック自由面２２１ｆは、位置決め治具２１に接する部分である。ブロック自由面２２１ｆは、位置決め治具２１に対して固定されていない。つまり、拘束治具２２は、位置決め治具２１に対して固定されていない。

互いに隣り合うプレスブロック２２１の間には、１または複数のバネ２２３が配置されている。図５及び図７には、互いに隣り合うプレスブロック２２１の間には、２個のバネ２２３が配置されている構造を例示するが、バネ２２３の数は２個に限定されない。バネ２２３の第１の端部は、プレスブロック２２１のブロック主面２２１ｓに設けられたバネ穴２２１ｅに差し込まれている。バネ２２３の第２の端部は、プレスブロック２２１のブロック裏面２２１ｂに設けられたバネ穴２２１ｅに差し込まれている。

バネ２２３の自然長は、互いに隣り合うプレスブロック２２１の間隔を規定する。バネ２２３の自然長は、少なくとも位置決め治具２１に配置されたワーク６００の幅よりも長い。具体的には、バネ２２３の自然長は、ワーク６００のリップ６０２の高さよりも長い。

バネ２２３は、第１のプレスブロック２２１のバネ穴２２１ｅの底面から、第１のプレスブロック２２１に隣接する第２のプレスブロック２２１のバネ穴２２１ｅの底面までの距離よりも短い長さまで縮むことができる。つまり、プレスブロック２２１は、隣り合うプレスブロック２２１に接することができる。

バネ２２３は、圧縮バネである。バネ２２３は、拘束ユニット２が押圧ユニット３から受ける力によって縮む。そして、バネ２２３は、拘束ユニット２が押圧ユニット３から受ける力が解放されたとき、復元力によって自然長に復帰する。つまり、バネ２２３は、図７（ｂ）に示す拘束状態から図７（ａ）に示す非拘束状態への切り替えに寄与する。

再び図５に示すように、押圧ユニット３は、第１の押圧ブロック対３１Ａと、第２の押圧ブロック対３１Ｂと、第１の押圧板３２と、第２の押圧板３３と、を有する。

第１の押圧ブロック対３１Ａは、第１の拘束ユニット２Ａに対応する。第１の押圧ブロック対３１Ａは、２個の押圧ブロック３１１、３１２を有する。押圧ブロック３１１は、第１の拘束ユニット２Ａの最右端に配置されているプレスブロック２２１を押圧する。押圧ブロック３１１は、プレスブロック２２１に押し当てられる押し当て面３１１ｓを有する。押し当て面３１１ｓは、プレスブロック２２１に対して固定されていない。押し当て面３１１ｓに対して逆側の面は、第１の押圧板３２に固定されている。

押圧ブロック３１２は、第１の拘束ユニット２Ａの最左端に配置されているプレスブロック２２１を押圧する。押圧ブロック３１２も、プレスブロック２２１に押し当てられる押し当て面３１２ｓを有する。押し当て面３１２ｓも、プレスブロック２２１に対して固定されていない。押し当て面３１２ｓに対して逆側の面は、第２の押圧板３３に固定されている。

第２の押圧ブロック対３１Ｂは、第２の拘束ユニット２Ｂに対応する。第２の押圧ブロック対３１Ｂの具体的な構成は、第１の押圧ブロック対３１Ａと同じであるから、詳細な説明は省略する。

第１の押圧板３２には、２個の押圧ブロック３１１が取り付けられている。第２の押圧板３３には、２個の押圧ブロック３１２が取り付けられている。第１の押圧板３２及び第２の押圧板３３は、それぞれ油圧又は空気圧等によって駆動するアクチュエータ４から力を受けて、当該力を押圧ブロック３１１、３１２に伝える。

ここで、拘束ユニット２が実現する非拘束形態と、拘束形態と、について説明する。拘束ユニット２は、非拘束形態と、拘束形態と、を相互に切替可能である。図７（ａ）は、非拘束形態を示す。非拘束状態であるとき、拘束ユニット２は、押圧ユニット３から力を受けていない。したがって、バネ２２３は、自然長２２３Ｌである。そして、互いに隣り合うプレスブロック２２１の間隔は、バネ２２３の自然長２２３Ｌによって決まっている。互いに隣り合うプレスブロック２２１の間隔２２１Ｌは、ワーク６００の高さ６００Ｌよりも長い。

図７（ｂ）は、拘束形態を示す。拘束状態であるとき、拘束ユニット２は、アクチュエータ４が発生する力を受けている。まず、ブロック主面２２１ｓは、レース主面６０１ａに押し当てられている。そして、ブロック裏面２２１ｂの平坦面部２２１ｐは、レース裏面６０１ｂに押し当てられている。つまり、レース６０１は、その両面から力を受けており、拘束された状態である。この状態では、レース６０１は、その厚みが増すような変形は許されない。また、この状態では、レース６０１は、厚み方向（Ｘ軸方向）にゆがむような変形も許されない。さらに、ブロック裏面２２１ｂの穴部２２１ｈの内周面２２１ｑには、リップ６０２の外周面６０２ｓが接している。この状態では、リップ６０２の膨張変形が抑制される。つまり、ブロック裏面２２１ｂの穴部２２１ｈは、リップ６０２の外径が所定の値よりも大きくならないように、拘束している。

したがって、拘束状態であるときは、レース６０１の変形が規制されており、その結果、レース６０１の平面度の悪化が抑制された状態である。さらに、拘束状態であるときは、リップ６０２の変形が規制されており、その結果、リップ６０２の真円度の悪化が抑制された状態である。

さらに、プレスクエンチ装置１は、一度の押圧動作によって複数のワーク６００を拘束することができる。つまり、プレスクエンチ装置１によれば、複数のワーク６００をまとめて処理するいわゆるバッチ処理を可能とする。

＜焼入れ方法＞
次に、図８に示すフローチャート及び図９～図２１を参照しながら、プレスクエンチ装置１を用いた焼入れ方法について説明する。

図９に示すように、焼入れ方法は、加熱炉５０３によってワーク６００を加熱する工程（ステップＳ１３）と、ワーク６００を搬送する工程（ステップＳ２２）と、冷却槽５０４によってワーク６００を冷却する工程（ステップＳ２３～Ｓ３１）と、次のワーク６００を準備する工程と、を含む。

まず、第１～第Ｎの搬送治具５０１にワーク６００を配置する（ステップＳ１１）。ここで、Ｎは、複数の整数である。搬送治具５０１は、丸棒である。搬送治具５０１の直径は、ワーク貫通穴６００ｈの内径とほぼ同じであるか、わずかに小さい。搬送治具５０１の外周面には、段差が設けられており、この段差によってワーク６００の位置が決まっている。ワーク６００の位置を決めるとは、互いに隣り合うワーク６００の間隔を規定することであるともいえる。搬送治具５０１は、例えば、炭素含有量が０．７パーセントから１．２パーセント程度である鋼材を採用してよい。

次に、第１～第Ｎの搬送治具５０１ごと複数のワーク６００を加熱炉５０３に入れる（ステップＳ１２、図１０（ａ）参照）。続いて、第１～第Ｎの搬送治具５０１ごと複数のワーク６００を加熱する（ステップＳ１３、図１０（ａ）参照）。加熱炉５０３は、加熱室の室内を真空に設定できる。したがって、ワーク６００は、真空環境下において所定の温度に所定時間だけ維持する。一例として、ワーク６００は、セ氏７５０度からセ氏９００度の間の温度になるように加熱する。また、当該温度には、５分から３０分程度維持する。

次に、第１の位置決め治具２１を冷却槽５０４に満たされている冷却液５０４ｓの中に配置する（ステップＳ２１、図１０（ｂ）参照）。続いて、複数のワーク６００が配置された第１の搬送治具５０１を加熱炉５０３から取り出した後に、冷却液５０４ｓの上に移動させる（ステップＳ２２、図１１参照）。続いて、複数のワーク６００を第１の搬送治具５０１ごとに冷却液５０４ｓへ沈める（ステップＳ２３）。高温状態のワーク６００が冷却液５０４ｓに触れると、ワーク６００の表面に蒸気膜Ｖ１が発生する。続いて、さらに複数のワーク６００が配置された第１の搬送治具５０１を沈めることによって、第１の位置決め治具２１に複数のワーク６００を配置する（ステップＳ２４、図１２参照）。複数のワーク６００のそれぞれは、複数の位置決めスリット２１２にそれぞれ差し込まれる。複数のワーク６００が第１の位置決め治具２１に配置された状態を、「着座」と呼ぶ。

次に、第１の搬送治具５０１をワーク６００から抜き取る（ステップＳ２５、図１３参照）。第１の搬送治具５０１を抜き取る機構には特に制限はない。複数のワーク６００は、第１の位置決め治具２１に着座しているので、第１の搬送治具５０１を抜き取っても起立した状態を維持する。このステップＳ２５が完了した後も、ワーク６００の表面には蒸気膜Ｖ１が存在している。

次に、第１の拘束治具２２を冷却液５０４ｓの上に移動させる（ステップＳ２６、図１４参照）。第１の拘束治具２２を移動させる機構５０５（図１参照）には、特に制限はない。このステップＳ２６が完了した後も、ワーク６００の表面には蒸気膜Ｖ１が存在している。

次に、第１の拘束治具２２をワーク６００の周囲に配置する（ステップＳ２７、図１５参照）。具体的には、第１の拘束治具２２におけるブロック自由面２２１ｆが第１の位置決め治具２１のワーク配置面２１１に接するまで、第１の拘束治具２２を冷却液５０４ｓに沈める。その結果、互いに隣り合うプレスブロック２２１の間に、１個のワーク６００が配置された状態となる。このステップＳ２７が完了した後も、ワーク６００の表面には蒸気膜Ｖ１が存在している。

以上のステップＳ２１～Ｓ２７を搬送治具５０１の数だけ繰り返す。例えば、第２の位置決め治具２１を冷却槽５０４に満たされている冷却液５０４ｓの中に配置する（ステップＳ２１、図１６参照）。続いて、複数のワーク６００が配置された第２の搬送治具５０１を加熱炉５０３から取り出した後に、冷却液５０４ｓの上に移動させる（ステップＳ２２）。続いて、複数のワーク６００を第２の搬送治具５０１ごとに冷却液５０４ｓへ沈めることによって、複数のワーク６００を第２の位置決め治具２１に着座させる（ステップＳ２４、図１７参照）。次に、第２の搬送治具５０１をワーク６００から抜き取る（ステップＳ２５、図１８参照）。次に、第２の拘束治具２２を冷却液５０４ｓの上に移動させる（ステップＳ２６、図１９参照）。そして、第２の拘束治具２２をワーク６００の周囲に配置する（ステップＳ２７）。

これらのステップＳ２１～Ｓ２７を繰り返すたびに、すべてのワーク６００を配置したか否かの判定を実施してもよい（ステップＳ２８）。そして、未だ加熱炉５０３にワーク６００が残っている場合（ステップＳ２８：ＮＯ）には、再びステップＳ２１～Ｓ２７を実施する。加熱炉５０３にワーク６００が残っていない場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）には、すべてのワーク６００を配置し終えたと判断できる。

次に、押圧ユニット３を配置する（ステップＳ３１、図２０参照）。続いて、プレスクエンチを行う（ステップＳ３２、図２１参照）。つまり、プレスクエンチ装置１を、非拘束状態から拘束状態に切り替える。具体的には、押圧ユニット３が第１の拘束ユニット２Ａ及び第２の拘束ユニット２Ｂに力を加える。互いに隣り合うプレスブロック２２１の間隔が次第に狭くなる。この間に、リップ６０２は、穴部２２１ｈに差し込まれる。この状態では、リップ６０２が穴部２２１ｈによって支持される状態になるので、ワーク６００の下端を位置決め治具２１で支持する必要がなくなる。したがって、レース６０１の下端から位置決め治具２１が取り外される。その結果、ワーク６００は、押圧の方向に対して拘束されない状態となるので、プレスブロック２２１同士の間隔が狭くなるにしたがって、ワーク６００同士の間隔も狭くなっていく。そして、ブロック主面２２１ｓがレース主面６０１ａに接する。さらに、ブロック裏面２２１ｂがレース裏面６０１ｂに接する。より詳細には、ブロック主面２２１ｓ及びブロック裏面２２１ｂは、レース６０１の変形に伴う力に対抗し得る程度の力をもって、レース主面６０１ａ及びレース裏面６０１ｂに押し当てられている（図７（ｂ）参照）。

さらに、非拘束状態であるとき、ワーク６００の表面には、蒸気膜Ｖ１が存在していた（図２０参照）。拘束状態では、ワーク６００にはプレスブロック２２１が直接に接触している。非拘束状態は、図４のグラフＧ４ａに示すように温度が緩やかに低下する第１の期間（Ｔ４ａ）である。そして、非拘束状態から拘束状態に切り替える間に、ワーク６００の表面から蒸気膜Ｖ１が離脱する。換言すると、ワーク６００の急冷が開始される。拘束状態は、図４のグラフＧ４ａに示すように温度が急激に低下する第２の期間（Ｔ４ｂ）である。つまり、本実施形態ではワーク６００を冷却液５０４ｓに浸したタイミングからワーク６００の表面からの蒸気膜Ｖ１の剥離が開始されるタイミングまでは、焼入れのための急冷期間とはみなさない。本実施形態では、蒸気膜Ｖ１の剥離が始まったタイミングを、急冷が開始されたとき（焼入れ処理が開始されたとき）と捉える。ワーク６００の熱は、ワーク６００と冷却液５０４ｓとの直接の接触によって冷却液５０４ｓに移動する態様と、ワーク６００とプレスブロック２２１との直接の接触によってプレスブロック２２１に移動する態様と、があり得る。

なお、蒸気膜Ｖ１は、不安定な存在であるから、プレスブロック２２１の近接によらず、時間の経過とともに離脱することもある。蒸気膜Ｖ１が離脱すると急冷が開始される。プレスクエンチ装置１は、急冷時に生じるワーク６００の変形を抑制するものであるから、非拘束状態から拘束状態への切り替えは、この急冷が開始される前に完了している必要がある。例えば、ワーク６００を冷却液５０４ｓに沈めたときから蒸気膜Ｖ１が自然に剥離を開始し始めるまでの期間は、おおよそ数秒程度（３秒から７秒程度）である。したがって、ステップＳ２１からステップＳ３２までの工程は、この数秒の期間内にすべて完了させる。

次に、除荷する（ステップＳ３３）。つまり、プレスクエンチ装置１を、拘束状態から非拘束状態に切り替える。続いて、ワーク６００を位置決め治具２１ごとに冷却液５０４ｓから順次取り出す（ステップＳ３４）。そして、位置決め治具２１からワーク６００を取り出す（ステップＳ３５）。以上のステップを経て、複数のワーク６００の焼入れが完了する。

以下、実施形態のプレスクエンチ装置１及び焼入れ方法の作用効果について説明する。

実施形態の焼入れ方法は、レース６０１を含みワーク貫通穴６００ｈが設けられたワーク６００のためのものである。焼入れ方法は、ワーク６００を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切替可能なプレスクエンチ装置１を準備する工程と、加熱された複数のワーク６００を非拘束状態であるプレスクエンチ装置１に配置する工程と、プレスクエンチ装置１を非拘束状態から拘束状態に切り替えることにより、ワーク６００の拘束対象部位をプレスクエンチ装置１によって拘束する工程と、拘束されたワーク６００を冷却する工程と、を有する。

実施形態の焼入れ方法は、所定の態様に配置された複数のワーク６００を拘束した後に、拘束状態のワーク６００を冷却を開始する。ここでいう「冷却の開始」とは、蒸気膜Ｖ１の剥離が開始されたときを意味する。したがって、複数のワーク６００をプレスクエンチすることができる。さらに、プレスクエンチによって得たワーク６００は、熱処理に起因する変形が抑制されているので、形状精度に課される条件を満たさない不良品の発生を抑制することができる。実施形態の焼入れ方法は、熱処理に起因するワーク６００の変形を抑制することが可能であるから、不良品の発生を抑制することができる。つまり、複数のワーク６００を一度に熱処理する場合における歩留まりを向上させることが可能である。

上記の焼入れ方法は、拘束する工程の前に、複数のワーク６００を冷却液５０４ｓに浸す工程をさらに有する。拘束する工程及び冷却する工程は、ワーク６００が冷却液５０４ｓに浸された状態で実施される。この工程によれば、高温のワーク６００を冷却液５０４ｓによって速やかに冷却することができる。

上記の焼入れ方法の配置する工程は、複数のワーク６００を、プレスクエンチ装置１の位置決め治具２１に配置する工程と、複数のワーク６００の間に、プレスクエンチ装置１の複数の拘束治具２２をそれぞれ配置する工程と、を含む。この工程によれば、複数のワーク６００をプレスクエンチすることができる。

上記の焼入れ方法の配置する工程では、ワーク６００の貫通穴の軸線に沿うように、複数のワーク６００を位置決め治具２１に配置する。この工程によれば、複数のワーク６００を簡易な動作で拘束することができる。

上記の焼入れ方法の拘束する工程では、拘束対象部位としてワーク６００のレース６０１におけるレース主面６０１ａに第１の拘束治具２２を押し当てると共に、レース６０１におけるレース裏面６０１ｂに第２の拘束治具２２を押し当てる。この工程によれば、ワーク６００が含むレース６０１の変形を抑制することができる。

プレスクエンチ装置１は、レース６０１を含みワーク貫通穴６００ｈが設けられたワーク６００のためのものである。プレスクエンチ装置１は、複数のワーク６００の位置及び姿勢を保持する位置決め治具２１と、ワーク６００の拘束対象部位に接する複数のプレスブロック２２１と、プレスブロック２２１を拘束対象部位に向けて押圧する押圧ユニット３と、を備える。プレスブロック２２１及び押圧ユニット３は、ワーク６００を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切り替える。この装置によっても、複数のワーク６００をプレスクエンチすることができる。

本発明の焼入れ方法及び拘束焼入れ装置は、上述した実施形態に限定されない。

＜変形例１＞
実施形態の焼入れ方法では、ワーク６００の急冷は、冷却液５０４ｓ中で実施した。焼入れ処理は、ワーク６００を所定の冷却速度をもって冷却できればよいので、必ずしも冷却液５０４ｓに沈める必要はない。例えば、プレスブロック２２１が十分に大きい熱容量を有している場合には、冷却液５０４ｓに沈めることなく焼入れを行うことが可能である。

図２２は、変形例１の焼入れ方法のフローチャートを示す。変形例１の焼入れ方法では、冷却液５０４ｓを用いることなく焼入れ処理を実施する。なお、変形例１の焼入れ方法で用いるプレスクエンチ装置１は、実施形態の焼入れ方法で用いるプレスクエンチ装置１と同じである。

まず、複数のワーク６００を加熱処理する。この加熱処理のためのステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は、実施形態と同じである。

次に、第ｎの位置決め治具２１を配置する（ステップＳ２１Ａ）。実施形態の焼入れ方法では、第ｎの位置決め治具２１は、冷却液５０４ｓの中に配置した。しかし、変形例１の焼入れ方法では、第ｎの位置決め治具２１は、大気中に配置する。つまり、第ｎの位置決め治具２１は、冷却液５０４ｓに沈めない。続いて、第ｎの位置決め治具２１に複数のワーク６００を配置する（ステップＳ２４Ａ）。ワーク６００は、大気中において第ｎの位置決め治具２１に配置する。つまり、変形例１の焼入れ方法では、実施形態で行った複数のワーク６００を冷却液５０４ｓの上に移動させること（ステップＳ２２）と、複数のワーク６００を冷却液５０４ｓに沈めること（ステップＳ２３）と、を行わない。

次に、複数のワーク６００から第ｎの搬送治具５０１を抜き取る（ステップＳ２５Ａ）。続いて、第ｎの拘束治具２２を移動させると共にワーク６００の周囲に配置する（ステップＳ２６Ａ、Ｓ２７Ａ）。そして、すべてのワーク６００の配置が完了した（ステップＳ２８：ＹＥＳ）後に、押圧ユニット３を配置する（ステップＳ３１Ａ）。そして、プレスクエンチを行う（ステップＳ３２Ａ）。その後、除荷した（ステップＳ３３Ａ）後に、位置決め治具２１からワーク６００を取り出す（ステップＳ３５Ａ）。

要するに、変形例１の焼入れ方法の拘束する工程（ステップＳ２１Ａ～Ｓ２８）及び冷却する工程（ステップＳ３２Ａ）は、ワーク６００が冷却液５０４ｓに浸されない状態で実施される。この工程によれば、配置から拘束までの時間を確保することができる。また、変形例１の焼入れ方法によっても、複数のワーク６００を一度にプレスクエンチすることが可能である。

＜変形例２＞
変形例１の焼入れ方法では、ワーク６００の急冷を大気中で実施した。例えば、ワーク６００の急冷は、大気中と冷却液５０４ｓ中とで実施してもよい。図２３は、変形例２の焼入れ方法のフローチャートを示す。変形例２の焼入れ方法では、まず、大気中で非拘束状態から拘束状態に切り替える。次に、所定時間が経過した後に、拘束状態であるプレスクエンチ装置１を冷却液５０４ｓに沈める。

図２３に示すように、加熱処理のためのステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３を実施する。そして、大気中でのプレスクエンチの準備のためのステップＳ２１Ｂ～Ｓ２７Ｂを実施する。ステップＳ２１Ｂ～Ｓ２７Ｂは、変形例１のステップＳ２１Ａ～Ｓ２７Ａと同じである。

次に、押圧ユニット３を配置した（ステップＳ３１Ｂ）後に、プレスクエンチを行う（ステップＳ３２Ｂ１）。つまり、プレスクエンチ装置１を非拘束状態から拘束状態に切り替える。そして、拘束状態となってから所定時間が経過した後に、拘束状態であるプレスクエンチ装置１を冷却液５０４ｓに沈める（ステップＳ３２Ｂ２）。続いて、除荷した（ステップＳ３３Ｂ）後に、ワーク６００を冷却液５０４ｓから取り出す（ステップＳ３４Ｂ）。そして、プレスクエンチ装置１からワーク６００を取り出す（ステップＳ３５Ｂ）。

要するに、変形例２の焼入れ方法は、拘束する工程（ステップＳ３２Ｂ１）の後に、プレスクエンチ装置１に配置されたワーク６００を冷却液５０４ｓに浸す工程（ステップＳ３２Ｂ２）をさらに有する。拘束する工程（ステップＳ３２Ｂ１）は、ワーク６００が冷却液５０４ｓに浸されない状態で実施される。冷却する工程の第１期間（ステップＳ３２Ｂ１）は、ワーク６００が冷却液５０４ｓに浸されない状態で実施される。第１期間に続く冷却する工程の第２期間（ステップＳ３２Ｂ２）は、ワーク６００が冷却液５０４ｓに浸された状態で実施される。この工程によれば、配置から拘束までの時間を確保することができる。また、変形例２の焼入れ方法によっても、複数のワーク６００を一度にプレスクエンチすることが可能である。

変形例２の焼入れ方法によれば、プレスブロック２２１の熱容量が十分に大きくない場合であっても、冷却液５０４ｓに沈める（ステップＳ３２Ｂ２）ので、ワーク６００を十分に冷却することができる。つまり、熱量量が比較的小さい小型のプレスブロック２２１であっても、複数のワーク６００を一度にプレスクエンチすることができる。

＜位置決め治具の変形例＞
位置決め治具は、図２４に示すような構成を採用することもできる。図２４には、一対の角柱部材２１Ａによって構成される位置決め治具を示す。角柱部材２１Ａには、長手方向に沿って互いに離間するように配置された複数の位置決めスリットが設けられている。このような構成によっても、複数のワーク６００を保持することができる。

＜焼入れ対象物の例示＞
図２５（ａ）に示すワーク６００Ａは、レース６０１Ａと、リップ６０２Ａと、を含む。レース６０１Ａにはレース貫通穴６０１ｈが形成されている。リップ６０２Ａは、レース６０１Ａの外周縁から起立する。リップ６０２Ａは、レース６０１Ａから直線状に延びる。つまり、リップ６０２Ａは、レース６０１Ａとつながっている部分から先端までの間に折り曲げられた部分を含まない。

図２５（ｂ）に示すワーク６００Ｂは、レース６０１Ｂと、リップ６０２Ｂと、を含む。レース６０１Ｂにはレース貫通穴６０１ｈが形成されている。リップ６０２Ｂは、レース６０１Ｂの外周縁から起立する。リップ６０２Ｂは、レース６０１Ｂとつながっている部分から先端までの間にカール部６０３を含む。リップ６０２Ｂは、カール部６０３を起点として内側に曲がっている。つまり、リップ６０２Ｂの先端部分の内径は、レース６０１Ｂの外径よりも小さい。

図２５（ｃ）に示すワーク６００Ｃは、レース６０１Ｃと、内リップ６０４Ｃと、外リップ６０２Ｃと、を有する。内リップ６０４Ｃは、レース６０１Ｃに設けられたレース貫通穴６０１ｈとともにワーク貫通穴６００ｈを形成する。外リップ６０２Ｃは、レース６０１Ｃの外周縁から起立する。外リップ６０２Ｃが起立する方向は、内リップ６０４Ｃが起立する方向と同じである。外リップ６０２Ｃの高さは、内リップ６０４Ｃよりも高くてもよい。

１…プレスクエンチ装置（拘束焼入れ装置）、２，２Ａ，２Ｂ…拘束ユニット、２１…位置決め治具（位置決め部材）、２２…拘束治具（拘束部材）、２１１…ワーク配置面、２１２…位置決めスリット、２１２ｔ…スリット幅、２２１…プレスブロック、２２１ｂ…ブロック裏面、２２１ｃ…ブロック連結面、２２１ｅ…バネ穴、２２１ｆ…ブロック自由面、２２１ｈ…穴部、２２１Ｌ…間隔、２２１ｐ…平坦面部、２２１ｑ…内周面、２２１ｓ…ブロック主面、２２２…ブロック連結部、２２３…バネ、２２３Ｌ…自然長、３…押圧ユニット（押圧機構）、３１Ａ，３１Ｂ…押圧ブロック対、３２，３３…押圧板、３１１，３１２…押圧ブロック、３１１ｓ，３１２ｓ…押し当て面、４…アクチュエータ、５０１…搬送治具、５０２…移動機構、５０３…加熱炉、５０４…冷却槽、５０４ｓ…冷却液、６００，６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ…ワーク（焼入れ対象物）、６００ｈ…ワーク貫通穴、６０１，６０１Ａ，６０１Ｂ，６０１Ｃ…レース（円板状の部位）、６０１ａ…レース主面、６０１ｂ…レース裏面、６０１ｈ…レース貫通穴、６０２，６０２Ａ，６０２Ｂ…リップ、６０２ａ…リップ基端、６０２ｂ…リップ先端、６０２Ｃ…外リップ、６０２ｈ…リップ貫通穴、６０２ｓ…外周面、６０３…カール部、６０４Ｃ…内リップ、Ａ…中心軸線、Ｖ１…蒸気膜、Ｖ２…泡。

Claims (8)

1. 円板状の部位を含み貫通穴が設けられた焼入れ対象物のための焼入れ方法であって、
   前記焼入れ対象物を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切替可能な拘束焼入れ装置を準備する工程と、
   加熱された複数の前記焼入れ対象物を非拘束状態である拘束焼入れ装置に配置する工程と、
   前記拘束焼入れ装置を前記非拘束状態から前記拘束状態に切り替えることにより、前記焼入れ対象物の拘束対象部位を前記拘束焼入れ装置によって拘束する工程と、
   拘束された前記焼入れ対象物を冷却する工程と、を有する、焼入れ方法。
2. 前記拘束する工程の前に、加熱された複数の前記焼入れ対象物を冷却液に浸す工程をさらに有し、
   前記拘束する工程及び前記冷却する工程は、前記焼入れ対象物が前記冷却液に浸された状態で実施される、請求項１に記載の焼入れ方法。
3. 前記配置する工程は、
   複数の前記焼入れ対象物を、前記拘束焼入れ装置の位置決め部材に配置する工程と、
   複数の前記焼入れ対象物の間に、前記拘束焼入れ装置の複数の拘束部材をそれぞれ配置する工程と、
   を含む、請求項２に記載の焼入れ方法。
4. 前記配置する工程では、前記焼入れ対象物の前記貫通穴の軸線に沿うように、複数の前記焼入れ対象物を前記位置決め部材に配置する、請求項３に記載の焼入れ方法。
5. 前記拘束する工程では、前記拘束対象部位として前記焼入れ対象物の前記円板状の部位における主面に第１の前記拘束部材を押し当てると共に、前記円板状の部位における裏面に第２の前記拘束部材を押し当てる、請求項４に記載の焼入れ方法。
6. 前記拘束する工程の後に、前記拘束焼入れ装置に配置された前記焼入れ対象物を冷却液に浸す工程をさらに有し、
   前記拘束する工程は、前記焼入れ対象物が前記冷却液に浸されない状態で実施され、
   前記冷却する工程の第１期間は、前記焼入れ対象物が前記冷却液に浸されない状態で実施され、
   前記第１期間に続く前記冷却する工程の第２期間は、前記焼入れ対象物が前記冷却液に浸された状態で実施される、請求項１に記載の焼入れ方法。
7. 前記拘束する工程及び前記冷却する工程は、前記焼入れ対象物が冷却液に浸されない状態で実施される、請求項１に記載の焼入れ方法。
8. 円板状の部位を含み貫通穴が設けられた焼入れ対象物のための拘束焼入れ装置であって、
   複数の前記焼入れ対象物の位置及び姿勢を保持する位置決め部材と、
   前記焼入れ対象物の拘束対象部位に接触可能な複数の拘束部材と、
   前記拘束部材を前記拘束対象部位に向けて押圧する押圧機構と、
   を備え、
   前記拘束部材及び押圧機構は、前記焼入れ対象物を拘束する拘束状態と拘束しない非拘束状態とを相互に切り替える、拘束焼入れ装置。

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