JP7266426B2 - ワークの焼き戻し方法、及びこの方法で得られた機械部品 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの焼き戻し方法、及びこの方法で得られた機械部品に関し、特に高温環境下で使用される機械部品に適した焼き戻し技術に関する。

例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる機械部品の製造過程においては、機械部品に必要とされる機械的強度等を付与するための熱処理（焼入硬化処理）を実施した後、例えば残留応力の緩和や残留オーステナイトの低減化を目的として、焼き戻し処理を実施するのが一般的である。

ここで、焼き戻し処理には、例えば電気炉等による雰囲気加熱で、炉内に配置されたワークを加熱する方法の他、短時間での加熱を目的として、誘導加熱によりワークを加熱する方法（例えば、特許文献１を参照）などが知られている。

特開２０１１－１４４４４８号公報

ところで、高温環境下で使用される軸受においては、使用時、高温に晒されることで、軸受に含まれる残留オーステナイトが変態して、過大な寸法変化が生じる傾向にある。そのため、この種の用途に用いられる製品（軸受）については、残留オーステナイト量を通常の製品よりも更に低減化する必要が生じる。具体的には、焼き戻し処理時の温度（例えば最高温度）を、通常の焼き戻し処理の場合よりも高温域に設定する必要が生じる。

電気炉などの雰囲気加熱装置は、温度制御が比較的容易である一方で、昇温速度に限界があるため、どうしても昇温に多大な時間を要する。そのため、上述の理由で、高温域に焼き戻し条件（加熱条件）を設定すると、処理時間が今まで以上に長くなり、生産性の悪化が避けられない。

誘導加熱は、金属部品の温度を上げる際のエネルギー効率が高いため、雰囲気加熱と比べて短時間で高温域までワークを加熱することができる。しかしながら、従来よりも高温域（例えば２５０℃以上）にまでワークを加熱した場合、残留オーステナイト量が低減化するだけでなく、ワークの硬さも大きく低下するおそれが生じる。そのため、単に、誘導加熱でワークを高温域まで加熱し、冷却しただけでは、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることは難しい。

また、等速自在継手の外側継手部材のように、軸方向の厚み寸法分布が偏った機械部品に対して誘導加熱を適用する場合、磁束が相対的に密となって加熱され易い部分と、磁束が相対的に疎となって加熱され難い部分とが生じる。そのため、一つのワーク内での温度差が大きくなり、均熱加熱が難しい。誘導加熱のみで焼き戻しに必要な均熱加熱を達成するためには、ワークのサイズや形状に適した形態の誘導加熱装置（例えば誘導加熱用コイル）を準備する必要があるが、これだと型番（処理すべきワークの種類）の増加に伴い準備すべき上記コイルの種類が増えるため、生産性の低下は免れ得ない。

以上の実情に鑑み、本明細書では、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れた焼き戻し方法を提供することを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るワークの焼き戻し方法によって達成される。すなわち、この方法は、ワークを加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱されたワークを冷却する冷却工程とを備え、加熱工程及び冷却工程における温度履歴を制御することで、ワークに焼き戻し処理を施す、ワークの焼き戻し方法において、加熱工程は、誘導加熱によりワークを狙い温度まで加熱する昇温工程と、所定幅の温度域の範囲内で昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、雰囲気加熱によるワークの加熱を制御する保温工程とを有する点をもって特徴付けられる。

本発明者らは、所定幅の温度域内で昇温後のワークを所定時間の間保温することにより、焼き戻し処理後のワークに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化し、かつワークの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる場合があることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたもので、誘導加熱によりワークを狙い温度まで加熱することにより（昇温工程）、従来よりも短時間でワークを所定の高温域にまで加熱することができる。また、昇温後のワークを上述のように所定幅の温度域の範囲内で所定時間の間保温することにより、焼き戻し処理後の残留オーステナイト量と硬さを共に許容範囲内に収めることができる。また、ワークを上記温度域内で保温するための加熱制御を、雰囲気加熱により実施するようにしたので、ワークを均等に加熱しながらワークを保温することができる。よって、ワーク内部の温度のばらつきを抑えて、均質な焼き戻し処理を施すことができる。また、等速自在継手の外側継手部材のように軸方向で厚み寸法分布に偏りがある機械部品であっても、誘導加熱時に生じたワーク内での温度のばらつきを雰囲気加熱で均すことができる。よって、複数のコイル等を準備せずとも、均質な焼き戻し処理を施すことができる。また、雰囲気加熱であれば、誘導加熱等と比べてワークの温度が下がりにくい。そのため、保温工程時の加熱制御も比較的容易に行うことができる。もちろん、雰囲気加熱であれば、一度に大量のワークを処理することができる。以上より、本発明によれば、ワークに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化できると共に、ワークの硬さを所定範囲内に収めることができるので、高温環境下での使用にも適した機械部品を得ることができる。また、昇温に要する時間が短くて済み、比較的短時間で多くのワークに均質な処理を施すことができるので、生産性にも優れている。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、昇温工程の後でかつ保温工程の前に、昇温後のワークを雰囲気加熱して、昇温時の狙い温度までワークの温度を回復させる復温工程をさらに設けてもよい。

誘導加熱によりワークを昇温すると、当該誘導加熱を図るための装置から取り出された直後から、ワークの温度は少なからず低下する。この温度低下を見越して予め狙い温度を高めに設定すると、上述のようにワークの硬さが必要以上に低下してしまう。そこで、昇温工程の後に昇温時の狙い温度までワークの温度を回復させる復温工程を設けることで、ワークの温度を狙い温度にまで戻した状態で保温工程に移行させることができる。また、復温工程と保温工程ともに雰囲気加熱でワークを加熱することで、復温工程から保温工程に移行する際の温度低下を抑制できる。以上より、復温工程を設けることで、ワークを効率よく保温工程に移行することができる。

また、この場合、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、復温工程で、雰囲気加熱の設定温度は、昇温時の狙い温度よりも高く設定されてもよい。

保温工程の前に復温工程を設けるのであれば、復温工程に使用する装置（雰囲気加熱炉）内の雰囲気温度を保温工程に使用する装置（雰囲気加熱炉）内の雰囲気温度よりも容易に高くすることができる。これにより、復温に要する時間を短くできるので、さらに効率よく狙い温度のワークを保温工程に導入することが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、保温工程で、雰囲気加熱の設定温度は、昇温時の狙い温度と同じ温度に設定されてもよい。

雰囲気加熱であれば、誘導加熱装置よりも温度を一定に保ちやすい。よって、保温工程における雰囲気加熱の設定温度を昇温時の狙い温度と同じ温度にすることで、より狙い通りの焼き戻し品質（残留オーステナイト量、硬さ）を得ることが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて所定幅の温度域としての許容温度域を設定し、この許容温度域の範囲内でワークが所定時間の間保温されるように、誘導加熱によるワークの加熱を制御してもよい。

このように、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて許容温度域を設定することにより、より短い保温時間でもって、残留オーステナイト量と硬さを共に許容範囲内に収めることが可能となる。従って、更なる生産性の向上が可能となる。

また、この場合、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークの昇温時の狙い温度と残留オーステナイト量との関係に基づき、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定すると共に、ワークの昇温時の狙い温度と硬さとの関係に基づき、硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定し、これら第一温度下限値よりも大きな領域と、第二温度上限値と第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、許容温度域を設定してもよい。

残留オーステナイト量は、加熱温度（正確には昇温工程時の狙い温度）が上昇するにつれて低下し、硬さもまた加熱温度が上昇するにつれて低下する。そのため、これらの傾向に基づき、ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて、上述のように、第一温度下限値を設定し、かつ第二温度上限値及び第二温度下限値を設定する。そして、これら第一温度下限値よりも大きな領域と、第二温度上限値と第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、許容温度域を設定することにより、ワークの種類（特に材質）ごとに最適な許容温度域を的確に設定することが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、許容温度域が２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定されてもよい。

また、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、ワークの保温時間が３分以上でかつ７分以下に設定されてもよい。

このように、ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合には、例えば上述した設定手法を用いることで、適切な許容温度域が具体的に導出される。よって、適正な許容温度域内でワークを保温することができ、これにより焼き戻し処理後のワークに適切な残留オーステナイト量と硬さとを安定的に付与することが可能となる。

あるいは、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、ワークの材質が機械構造用炭素鋼である場合、許容温度域が１３０℃以上でかつ２２０℃以下の範囲内で設定されてもよい。

また、ワークの材質が機械構造用炭素鋼である場合、ワークの保温時間が１０秒以上でかつ７０分以下に設定されてもよい。

このように、ワークの材質が機械構造用炭素鋼である場合においても、上述した設定手法を用いることで、適切な許容温度域が具体的に導出される。よって、適正な許容温度域内でワークを保温することができ、これにより焼き戻し処理後のワークに適切な残留オーステナイト量と硬さとを安定的に付与することが可能となる。

また、本発明に係るワークの焼き戻し方法においては、電気ヒーターを有する雰囲気加熱炉を用いて、保温工程におけるワークの加熱を行ってもよい。

例えば赤外線ヒーターだと、金属製のワーク表面の色（光沢）によって温度の上昇度合いが変化する可能性があるが、電気ヒーターによる雰囲気加熱であれば、ワークではなくその周囲の雰囲気（気体）を加熱するため、上述のような問題は生じない。よって、ワークの個体差の影響を受けることなく安定した加熱が可能となる。

また、以上述べたように、本発明に係るワークの焼き戻し方法は、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れているため、例えば転がり軸受の軌道輪（外輪、内輪）や、等速自在継手の外側継手部材のような機械部品の量産品に熱処理を施すための方法として好適である。

以上述べたように、本発明によれば、高温環境下での使用に適した機械部品を得ることができ、かつ生産性に優れた焼き戻し方法を提供することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る熱処理工程の全体の流れを示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）ともに、図１に示す焼き戻し工程の流れを示すフローチャートである。 本発明の第一実施形態に係る焼き戻し装置の全体概要を示す断面図である。 加熱装置の断面図である。 誘導加熱装置の断面図である。 図２に示す焼き戻し工程の間の温度履歴を示すグラフである。 焼き戻し処理時における（ａ）加熱温度と残留オーステナイト量との関係を概念的に示すグラフと、（ｂ）加熱温度と硬さとの関係を概念的に示すグラフ、及び（ｃ）許容温度域の範囲を概念的に示すグラフである。 ワークが転がり軸受の軌道輪である場合、ワークの表面に設けた複数の温度測定点の位置を示す断面図の一例である。 本発明の第二実施形態に係る昇温装置の断面図である。 ワークが等速自在継手の外側継手部材である場合、ワークの表面に設けた複数の硬度測定点の位置を示す断面図の一例である。

以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る熱処理工程の全体の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る熱処理工程は、対象となるワークＷ（図３を参照）に焼入れ処理を施す焼入れ工程Ｓ１と、焼入れ後のワークＷに焼き戻し処理を施す焼き戻し工程Ｓ２とを備える。また、焼入れ工程Ｓ１と焼き戻し工程Ｓ２の後にはそれぞれ、洗浄工程Ｓ３，Ｓ５と、検査工程Ｓ４，Ｓ６とを備える。なお、これら洗浄工程Ｓ３，Ｓ５や検査工程Ｓ４，Ｓ６は、必要に応じてその一部又は全部を省略可能である。もしくは図示は省略するが、必要に応じて、焼入れ工程Ｓ１又は焼き戻し工程Ｓ２の後に、研磨工程などを追加してもよい。

ここで、焼き戻し工程Ｓ２は、図２（ａ）に示すように、焼入れ後のワークＷを加熱する加熱工程Ｓ２１と、加熱したワークＷを冷却する冷却工程Ｓ２２とを備える。また、加熱工程Ｓ２１は、図２（ｂ）に示すように、ワークＷを誘導加熱により狙い温度ｒ１にまで加熱する昇温工程Ｓ２１１と、昇温後のワークＷを雰囲気加熱して、ワークＷの温度を狙い温度ｒ１にまで回復させる復温工程Ｓ２１２と、狙い温度ｒ１にまで回復させたワークＷを同じく雰囲気加熱により保温する保温工程Ｓ２１３とを有する。

図３は、図２に示す焼き戻し工程Ｓ２に使用する熱処理装置（焼き戻し装置１０）の正面図である。この焼き戻し装置１０は、搬送路１１上を所定の方向に搬送される複数のワークＷに対して連続的に焼き戻し処理を施すように構成されたもので、搬送路１１の上流側に配設される加熱装置１２と、加熱装置１２よりも搬送路１１の下流側に配設される冷却装置１３とを備える。以下、まず焼き戻し装置１０の構成について加熱装置１２を中心に説明し、次いで、この焼き戻し装置１０を用いた焼き戻し方法（焼き戻し工程Ｓ２）の一例を説明する。

ここで、対象となるワークＷの形状は原則として任意であり、例えば環状をなすものであってもよい。また、ワークＷの材質についても原則任意であり、例えばＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼を挙げることができる。また、用途の面から見たワークＷの種類についても任意であり、例えば転がり軸受の外輪、内輪をはじめとして、滑り軸受、等速自在継手を構成する外側継手部材や内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器（の基材）などが対象となり得る。本実施形態では、例えば転がり軸受の軌道輪（外輪又は内輪）が焼き戻し工程Ｓ２の対象となる。

加熱装置１２は、搬送路１１の上流側から順に、昇温装置１４、復温装置１５、及び保温装置１６を有する。ここで、昇温装置１４は、例えばワークＷを一個ずつ加熱するためのもので、本実施形態では、図４に示すように、昇温装置１４は、搬送路１１上を所定の方向に搬送される複数のワークＷを一個ずつ支持可能な支持部１７と、支持部１７を昇降駆動する昇降部１８と、支持部１７の上方に位置する誘導加熱装置１９とを主に備える。誘導加熱装置１９は、例えば銅管等の導電性金属で環状に形成された加熱コイル２０（図５では二巻状の加熱コイル２０，２０を例示している）と、加熱コイル２０に電力を供給する電源２１とを有しており、昇降部１８により支持部１７を上昇させることで、支持部１７上に載置された状態のワークＷを加熱コイル２０の内周に導入可能としている。この場合、昇降部１８の中心線と、加熱コイル２０の中心線とが一致していることが望ましい。また、図示は省略するが、支持部１７と、支持部１７と連結される昇降部１８の一部が上記中心線まわりに回転できるように構成してもよい。また、同様に図示は省略するが、搬送路１１上を搬送されるワークＷを支持部１７上の所定位置で停止可能なように、搬送路１１又はその周囲の上面に対して出没可能なピンなどの位置決め部を設けてもよい。

上記構成の昇温装置１４は、例えば図４に示すように、誘導加熱装置１９等の周囲を囲む壁部２２をさらに有するものであってもよい。この場合、昇温装置１４内部の雰囲気温度を、図示しない所定の温度調整装置により調整することも可能となる。図４中、符号２３で示す部材は、搬送路１１の上流側で昇温装置１４の入口側開口部１４ａを開閉する第一開閉手段、符号２４で示す部材は、搬送路１１の下流側で昇温装置１４の出口側開口部１４ｂを開閉する第二開閉手段である。もちろん、特段の雰囲気温度制御が必要ない場合（例えば本実施形態のように、昇温工程Ｓ２１１の後に復温工程Ｓ２１２が設けられており、スムーズに保温工程Ｓ２１３に移行できる場合）には、壁部２２は不要である。

上記構成の昇温装置１４は、搬送路１１上で、復温装置１５と第一通路室２５を介してつながっている（図３を参照）。これにより、昇温装置１４内で昇温処理が施されたワークＷが第一通路室２５内を通って復温装置１５内に搬入されるようになっている。

復温装置１５は、昇温後のワークＷを雰囲気加熱するためのもので、第一炉室２６と、第一炉室２６内に配設される第一ヒーター２７とを有する。第一ヒーター２７は、例えば電気ヒーターであり、第一炉室２６内の雰囲気（気体）を加熱する。これにより第一炉室２６内のワークＷに対する雰囲気加熱を可能としている。

保温装置１６は、復温装置１５により加熱されたワークＷを雰囲気加熱するためのもので、第二炉室２８と、第二炉室２８内に配設される第二ヒーター２９とを有する。第二ヒーター２９は、例えば電気ヒーターであり、第二炉室２８内の雰囲気（気体）を加熱する。これにより第二炉室２８内のワークＷに対する雰囲気加熱を可能としている。

また、復温装置１５の入口側開口部１５ａには、入口側開口部１５ａを開閉するための手段（第三開閉手段３０）が設けられると共に、復温装置１５の出口側開口部１５ｂには、出口側開口部１５ｂを開閉するための手段（第四開閉手段３１）が設けられている。これにより復温装置１５内の密閉性が担保される。もちろん、図示は省略するが、保温装置１６の入口側開口部（すなわち復温装置１５の出口側開口部１５ｂ）と出口側開口部にも開閉手段が設けられている。また、保温装置１６の入口側開口部は復温装置１５の出口側開口部１５ｂとなっているので（図４を参照）、保温装置１６内の密閉性が担保される。

以上の構成を有する加熱装置１２は、搬送路１１上で、冷却装置１３と第二通路室３２を介してつながっている（図３を参照）。これにより、加熱装置１２内で所定の加熱処理が施されたワークＷが第二通路室３２を通って冷却装置１３内に搬入されるようになっている。

また、ワークＷを搬送路１１に沿って搬送するための手段としては任意であり、例えば図示は省略するが、加熱装置１２及び冷却装置１３の底部に跨るようにして配設された搬送コンベア、あるいは動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ）などを採用することができる。

冷却装置１３は、加熱装置１２により所定の温度履歴を伴って加熱されたワークＷを冷却する冷却工程を実施するための装置であり、冷却の方式に応じた装置構成をとる。例えば空冷であれば冷却装置１３の内部空間は図示しない温度調整装置により所定の雰囲気温度に管理されており、冷却装置１３内に搬入されたワークＷが所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。あるいは、水冷であれば冷却装置１３は図示しない冷却液の液槽を有しており、冷却装置１３内に搬入されたワークＷを冷却液中に浸漬することで所定の冷却速度で所定の温度まで冷却される。

次に、焼き戻し処理の温度条件（温度履歴）について、図４を参照しながら図６にて説明する。

本発明に係る焼き戻し方法（焼き戻し工程Ｓ２）では、図６に示すように、昇温開始時温度ｒ０から狙い温度ｒ１まで誘導加熱によりワークＷを昇温する（昇温工程Ｓ２１１）。この際、昇温速度は例えば一定とし、加熱開始時から時間が経過するにつれて温度が上昇するようにワークＷを連続的に加熱する。このような温度履歴は、例えばワークＷが狙い温度ｒ１に到達するまでの間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）、誘導加熱装置１９の昇温工程Ｓ２１１時の出力（昇温時出力）を一定の値に維持することで実現できる。

次に、狙い温度ｒ１まで加熱（昇温）した後のワークＷに対して雰囲気加熱を施し、当該ワークＷの温度を復温開始時温度ｒ２から狙い温度ｒ１にまで回復させる（復温工程Ｓ２１２）。昇温工程Ｓ２１１と保温工程Ｓ２１３とは互いに異なる加熱方式の装置（誘導加熱装置１９と雰囲気加熱装置としての第二炉室２８及び第二ヒーター２９）により行われるため、昇温工程Ｓ２１１から保温工程Ｓ２１３に移行するまでの間に、ワークＷの温度が狙い温度ｒ１から時間の経過と共に低下する。そこで、昇温工程Ｓ２１１を終えたワークＷを復温装置１５内（図４を参照）に搬入し、雰囲気加熱によりワークＷの温度を狙い温度ｒ１にまで回復させる。このような温度履歴は、例えばワークＷが復温開始時温度ｒ２から狙い温度ｒ１に到達するまでの間（復温開始時ｔ２から復温終了時ｔ３までの間）、復温装置１５の第一ヒーター２７（図４を参照）で第一炉室２６内の雰囲気温度が狙い温度ｒ１よりも少し高い温度（例えば狙い温度ｒ１＋２０～狙い温度ｒ１＋３０℃）となるよう雰囲気加熱することによって実現できる。

このようにしてワークＷの温度を狙い温度ｒ１にまで回復させた後、当該ワークＷに雰囲気加熱を施し、狙い温度ｒ１を含む所定幅の温度域、具体的にはワークＷに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて設定される許容温度域Ｒの範囲内で復温後のワークＷを所定時間の間保温する（保温工程Ｓ２１３）。本実施形態では、保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間、ワークＷがほぼ狙い温度ｒ１に等しい温度を保つよう、ワークＷの雰囲気加熱を制御する。このような温度履歴は、例えば保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間、保温装置１６の第二ヒーター２９（図４を参照）で第二炉室２８内の雰囲気温度が狙い温度ｒ１にほぼ等しい状態を維持できるよう雰囲気加熱することによって実現できる。

ここで、許容温度域Ｒは、例えば以下のようにして設定される。まず、ワークＷの昇温時の狙い温度ｒ１を変化させたときのワークＷの熱処理後（焼き戻し後）の残留オーステナイト量を測定する。そして、測定した残留オーステナイト量と狙い温度ｒ１との関係に基づき、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定する。本実施形態では、図７（ａ）に示すように、測定した複数の残留オーステナイト量の値に基づいて、狙い温度ｒ１と残留オーステナイト量との関係を示す近似曲線Ｃ１，Ｃ２を導出する。図７（ａ）において、Ｃ１は、残留オーステナイト量の測定値のばらつきを考慮した場合のばらつきの上限側の近似曲線を示しており、Ｃ２は、残留オーステナイト量の測定値のばらつきの下限側の近似曲線を示している。ここで、例えば残留オーステナイト量の許容上限値をＱ１とした場合、上限側近似曲線Ｃ１に基づき、許容上限値Ｑ１に対応する狙い温度ｒａ１を算出する。この狙い温度ｒａ１よりも高い温度域Ｒ１が、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる温度域（第一許容温度域）であり、その際の狙い温度ｒａ１が本発明でいう第一温度下限値となる。

次に、ワークＷの昇温時の狙い温度ｒ１を変化させたときのワークＷの熱処理後（焼き戻し後）の硬さを測定する。硬さの種類は特に問わないが、例えばロックウェル硬さを測定する。そして、測定した硬さと狙い温度ｒ１との関係に基づき、硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定する。本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、測定した複数の硬さの値に基づいて、狙い温度ｒ１と硬さとの関係を示す近似曲線Ｃ３，Ｃ４を導出する。図７（ｂ）において、Ｃ３は、硬さの測定値のばらつきを考慮した場合のばらつきの上限側の近似曲線を示しており、Ｃ４は、硬さの測定値のばらつきの下限側の近似曲線を示している。ここで、例えば硬さの許容上限値をＨ１、許容下限値をＨ２とした場合、上限側近似曲線Ｃ３に基づき、許容上限値Ｈ１に対応する狙い温度ｒｂ１を算出する。また、下限側近似曲線Ｃ４に基づき、許容下限値Ｈ２に対応する狙い温度ｒｂ２を算出する。これら狙い温度ｒｂ１，ｒｂ２の間の温度域Ｒ２が、硬さが許容範囲内に収まる温度域（第二許容温度域）であり、またその際の狙い温度ｒｂ１，ｒｂ２がそれぞれ本発明でいう第二温度上限値と第二温度下限値となる。

このように、残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一許容温度域Ｒ１と、硬さが許容範囲内に収まる第二許容温度域Ｒ２とを求めた後、第一許容温度域Ｒ１と第二許容温度域Ｒ２とが重複する範囲内で、許容温度域Ｒ（図６を参照）を設定する。本実施形態の場合、図７（ｃ）に示すように、第一許容温度域Ｒ１と第二許容温度域Ｒ２とが重複する範囲全体を許容温度域Ｒとしている。このようにして、保温時の許容温度域Ｒが設定され得る。この場合、狙い温度ｒ１は、許容温度域Ｒの範囲内で設定される。

そして、最後に、許容温度域Ｒの範囲内で所定時間の間保温されたワークＷを冷却する。本実施形態では、雰囲気加熱装置（保温装置１６）の第二炉室２８からワークＷを搬出し、第二通路室３２を通って冷却装置１３に搬送する（図３を参照）。これにより、ワークＷを所定の冷却速度で所定の温度ｒ５まで冷却し、ワークＷに焼き戻し処理を施す（冷却工程Ｓ２２）。

本実施形態では、例えば上述した温度履歴を辿るように、誘導加熱装置１９の出力パターンと第一及び第二ヒーター２７，２９の出力パターンをそれぞれ制御部３３（図４を参照）に記憶させておき、加熱工程Ｓ２１（昇温工程Ｓ２１１、復温工程Ｓ２１２、保温工程Ｓ２１３）及び冷却工程Ｓ２２において、上記記憶させておいた出力パターンに基づいて制御部３３が電源２１に指令を送る。これにより、電源２１に接続された誘導加熱装置１９の加熱コイル２０（図４及び図５を参照）と、同じく電源２１に接続された第一及び第二ヒーター２７，２９に所定パターンの電力が供給され、図６に示す温度履歴をワークＷに付与し得る。

次に、上記構成の焼き戻し装置１０を用いたワークＷの焼き戻し工程Ｓ２の一例を説明する。

（Ｓ２１）加熱工程
（Ｓ２１１）昇温工程
この工程では、まず図４に示す第一開閉手段２３により昇温装置１４の入口側開口部１４ａを開口した状態で、搬送路１１上を所定の方向に搬送されるワークＷを昇温装置１４の内部に搬入する。この時点では、支持部１７の上面は、搬送路１１と同一平面レベルにある。また、誘導加熱装置１９の出力は零もしくは零に近いレベルにある。そして、ワークＷが支持部１７上に到達すると、必要に応じてワークＷの支持部１７に対する水平方向の位置決めを伴って、昇降部１８により支持部１７を上昇させる。これにより、支持部１７上に載置された状態のワークＷが誘導加熱装置１９の所定位置、本実施形態では誘導加熱装置１９の加熱コイル２０の内周所定位置に導入され、保持される（図４を参照）。この状態で、制御部３３は電源２１に指令を送り、加熱コイル２０に所定パターンの電力を供給することにより、ワークＷの加熱を開始し、ワークＷを狙い温度ｒ１にまで一定の勾配で加熱する（図６を参照）。上述した誘導加熱は、いわゆる低周波域（～数ｋＨｚ）で実施するのがよい。これによりワークＷの表層部だけでなく芯部まで高温に加熱することができる。なお、この間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）、ワークＷの温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ３）を超えないように、制御部３３によりワークＷの加熱を制御するのがよい。この場合、狙い温度ｒ１は、許容温度域Ｒの範囲内（許容温度下限値ｒ４以上でかつ許容温度上限値ｒ３以下）に設定される。また、加熱している間、支持部１７を制御部３３により軸回転させて昇温させてもよい。支持部１７を軸回転させることによって支持部１７上のワークＷ全体が均等に昇温される。

（Ｓ２１２）復温工程
このようにしてワークＷを狙い温度ｒ１まで昇温した後、ワークＷを誘導加熱装置１９の加熱処理位置（加熱コイル２０の内周所定位置）から離脱させ、開口状態にある出口側開口部１４ｂを通って昇温装置１４外に搬出する。具体的には、制御部３３が電源２１に指令を送り、誘導加熱装置１９によるワークＷの加熱を停止すると共に、昇降部１８により支持部１７を降下させて、支持部１７上のワークＷを搬送路１１上に復帰させる。そして、第二開閉手段２４により昇温装置１４の出口側開口部１４ｂを開口した状態で、図示しない適当な手段で搬送路１１上を所定の方向に搬送し、昇温装置１４内からワークＷを搬出する。そして、搬出したワークＷを、第一通路室２５を介して、復温装置１５の第一炉室２６内へ搬入し、ワークＷに対して所定の雰囲気加熱を施す。これにより、昇温後、昇温終了時ｔ１から復温開始時ｔ２までの間に温度ｒ２まで温度低下を生じていたワークＷ（図６を参照）の温度を狙い温度ｒ１にまで回復させる。この際、復温装置１５の入口側開口部１５ａは一旦開き、ワークＷが復温装置１５内に搬入された後、閉じる。なお、この間（復温開始時ｔ２から復温終了時ｔ３までの間）も、ワークＷの温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ３）を超えないように、制御部３３によりワークＷの加熱を制御するのがよい。

（Ｓ２１３）保温工程
このようにしてワークＷを再び狙い温度ｒ１にまで加熱した後、出口側開口部１５ｂを開けてワークＷを復温装置１５外に搬出し、隣接する保温装置１６内に搬入する。この際、保温装置１６の入口側開口部（すなわち復温装置１５の出口側開口部１５ｂ）は一旦開き、ワークＷが保温装置１６内に搬入された後、閉じる。そして、ワークＷに雰囲気加熱を施して、許容温度域Ｒの範囲内で当該ワークＷを所定時間の間、保温する。なお、この間（保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間）、ワークＷの温度が許容温度域Ｒの範囲内に維持されるように（許容温度上限値ｒ３以下でかつ許容温度下限値ｒ４以上であるように）、制御部３３によりワークＷの加熱を制御するのがよいが、この間の加熱は電気ヒーター（第二ヒーター２９）による雰囲気加熱で行われるため、上述の温度制御は比較的容易である。なお、一例として、ワークＷの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、許容温度域Ｒは２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定され、好ましくは３０３℃以上でかつ３１５℃以下の範囲内で設定される。また、ワークＷの保温時間（保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間）は３分以上でかつ７分以下の範囲内で設定され、好ましくは４分以上でかつ６分以下の範囲内で設定される。

（Ｓ２２）冷却工程
このようにして所定時間の間ワークＷの保温を行った後、図示しない出口側開口部を開けてワークＷを保温装置１６外に搬出する。搬出されたワークＷは、第二通路室３２を通って冷却装置１３内に搬入され（図３を参照）、所定の冷却速度で所定の温度ｒ５、例えば昇温開始時温度ｒ０よりも低い温度にまで冷却される（冷却終了時ｔ５）。これにより、ワークＷに対する焼き戻し処理が完了する。後続のワークＷについても同様の経路を辿って、焼き戻し処理が施され、焼き戻し装置１０の外側に排出される。排出されたワークＷは例えば洗浄工程Ｓ５あるいは研磨工程（図示は省略）など次の工程へ搬送される。以上のようにして、複数のワークＷに対して連続的にかつ自動的に焼き戻し処理が施される。

以上述べたように、本発明に係る焼き戻し方法によれば、誘導加熱でワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱するようにしたので（昇温工程Ｓ２１１）、従来よりも短時間でワークＷを必要な温度域（例えば２５０℃以上）にまで加熱することができる。また、本発明では、ワークＷに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて許容温度域Ｒを設定し、この許容温度域Ｒ内で昇温後のワークＷを保温するようにしたので、短時間で昇温しつつも、焼き戻し処理後のワークＷに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化し、かつワークＷの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる。また、ワークＷを上記温度域Ｒ内で保温するための加熱制御を、雰囲気加熱により実施するようにしたので、ワークＷを均等に加熱しながらワークＷを保温することができる。よって、ワークＷ内部の温度のばらつきを抑えて、均質な焼き戻し処理を施すことができる。また、雰囲気加熱であれば、誘導加熱等と比べてワークＷの温度が下がりにくい。そのため、保温工程Ｓ２１３時の加熱制御も比較的容易に行うことができる。もちろん、雰囲気加熱であれば、一度に大量のワークＷを処理することができる。以上より、本発明によれば、ワークＷに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化できると共に、ワークＷの硬さを所定範囲内に収めることができるので、高温環境下での使用にも適した機械部品を得ることができる。また、昇温に要する時間が短くて済み、比較的短時間で多くのワークＷに均質な処理を施すことができるので、生産性にも優れている。もちろん、昇温工程Ｓ２１１から保温工程Ｓ２１３までの熱処理を全て雰囲気加熱炉で行う場合と比べて、設備も小型化できる。

また、本実施形態では、昇温工程Ｓ２１１の後でかつ保温工程Ｓ２１３の前に、昇温後のワークＷを雰囲気加熱して、昇温時の狙い温度ｒ１までワークＷの温度を回復させる復温工程Ｓ２１２をさらに設けるようにしたので、ワークＷの温度を復温装置１５搬入時の温度ｒ２から狙い温度ｒ１にまで戻した状態で保温工程Ｓ２１３に移行させることができる（図６を参照）。また、復温工程Ｓ２１２と保温工程Ｓ２１３ともに雰囲気加熱でワークＷを加熱することで、復温工程Ｓ２１２から保温工程Ｓ２１３に移行する際の温度低下を抑制できる。そのため、復温工程Ｓ２１２を設けることで、ワークＷを効率よく保温工程Ｓ２１３に移行することができる。

また、この場合、復温工程Ｓ２１２で、雰囲気加熱の設定温度を、昇温時の狙い温度ｒ１よりも少し高く設定しておくことで（例えば狙い温度＋２０～狙い温度＋３０℃）、復温に要する時間を短くできる。また、復温装置１５と保温装置１６とは内部空間が別個に密閉された状態にあるため、個々の雰囲気温度を異ならせることも容易である。

以上、本発明の第一実施形態に係る焼き戻し方法及び焼き戻し装置１０について説明したが、焼き戻し装置１０には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。

例えば、図８に示すように、ワークＷの表面に複数の温度測定点ｗ１～ｗ６を設けて、誘導加熱によりこれら複数の温度測定点ｗ１～ｗ６のうち最も昇温し易い易昇温点を予め求めておき、特に昇温工程Ｓ２１１で、易昇温点の温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ３）を超えないように、ワークＷの加熱を制御してもよい。これにより、ワークＷが部分的に過剰に加熱される事態を回避することができるので、ワークＷの熱処理後の硬さをその全域にわたって均質化しつつ許容範囲内に収めて、より高精度な焼き戻し処理を行うことが可能となる。

また、上記実施形態では、昇温工程Ｓ２１１でワークＷが許容温度域Ｒの上限を超えることなく当該ワークＷを狙い温度ｒ１にまで加熱し得る誘導加熱の出力パターンを予め制御部３３に記憶させておき、昇温工程Ｓ２１１で、記憶させておいた上記出力パターンに基づいてワークＷの加熱を制御する場合を例示したが、これとは異なる制御方式をとることも可能である。例えば図示は省略するが、加熱装置１２内に設けた温度測定装置（熱電対など）でワークＷの表面温度を測定しながらワークＷを昇温し、かつ測定した温度に基づいてその都度制御部３３が適切な出力の指令を電源２１に送ることで、ワークＷの昇温を制御してもよい。これによれば、ワークＷごとのばらつきを反映したより精密な加熱制御が可能となる。この際、上述したワークＷの易昇温点の温度を測定しながらワークＷの昇温を制御してもよい。

もちろん、上述の制御方式は復温工程Ｓ２１２及び保温工程Ｓ２１３にも適用し得る。すなわち、同様に図示は省略するが、加熱装置１２内に設けた温度測定装置でワークＷの表面温度を測定しながらワークＷを加熱保温し、かつ測定した温度に基づいてその都度制御部３３が適切な出力の指令を電源２１に送ることで、ワークＷの加熱保温を制御してもよい。

また、上記実施形態では、誘導加熱装置１９によりワークＷを一個ずつ加熱（昇温及び保温）する場合を例示したが、これ以外の方式を採ることも可能である。例えば図示は省略するが、縦積みした状態の二個以上のワークＷを一度に上昇させて、例えば三巻以上の加熱コイルを有する誘導加熱装置の所定位置（三巻以上の加熱コイルの内周）に二個以上のワークをまとめて導入する。そして、上記構成の誘導加熱装置を起動することにより、二個以上のワークＷに対して一度に昇温工程Ｓ２１１を実施する。このように加熱処理を施すことで、更なる生産性の向上を図ることが可能となる。なお、ワークＷの縦積み方向位置によって異なる出力パターンが必要となる場合には、複数ある加熱コイルのうち一部の加熱コイルを残りの加熱コイルと別個独立して加熱制御してもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る焼き戻し方法の対象として、ワークＷが転がり軸受の軌道輪（外輪又は内輪）である場合を例示したが、もちろん本発明は他の機械部品となるワークに対しても適用可能である。図９は、その一例（本発明の第二実施形態）に係る焼き戻し装置を構成する昇温装置１０１の縦断面図を示している。この昇温装置１０１は、図９に示すように、ワークＷａとしての等速自在継手の外側継手部材に対して誘導加熱により所定の加熱処理を施すためのもので、搬送路１１上を所定の方向に搬送される複数のワークＷａを一個ずつ支持可能な支持部１０２と、支持部１０２を昇降駆動する昇降部１０３と、支持部１０２の上方に位置する誘導加熱装置１０４とを主に備える。誘導加熱装置１０４は、例えば銅管等の導電性金属で環状に形成された加熱コイル１０５と、加熱コイル１０５に電力を供給する電源２１とを有する。本実施形態では、加熱コイル１０５は例えばソレノイドコイルなどの汎用の多巻状加熱コイルであって、かつ昇降部１０３により支持部１０２を上昇させて、支持部１０２上に載置された状態のワークＷを加熱コイル１０５の内周に導入した際、図９に示すように、ワークＷａの軸方向全域が加熱コイル１０５で覆われるよう、加熱コイル１０５の巻き数（軸方向寸法）が設定される。

また、ワークＷａが外側継手部材である場合、外側継手部材のカップ部Ｗｂを下向きに、外側継手部材のステム部Ｗｃを上向きにして支持部１０２の上に載置することが望ましく、かつワークＷａ（外側継手部材）の中心線を加熱コイル１０５の中心線に一致させることが望ましい。よって、この場合、上述の関係を満たす位置にワークＷａが支持部１０２上に位置決め固定されるよう、搬送路１１又はその周囲に位置決め装置を設けることが望ましい。また、図示は省略するが、第一実施形態と同様、支持部１０２と、支持部１０２と連結される昇降部１０３の一部が上記中心線まわりに回転できるように構成することが望ましい。

なお、焼き戻し装置のうち上述した昇温装置１０１以外の構成については、第一実施形態と同様に構成してもかまわない。すなわち、昇温装置１０１と共に加熱装置１２を構成する復温装置、保温装置、及び冷却装置については、図３及び図４に示す復温装置１５、保温装置１６、及び冷却装置１３を用いることが可能である。

また、焼き戻し処理の温度条件（温度履歴）について、第一実施形態と同様の考えに基づいて設定することが可能である。すなわち、焼き戻し工程Ｓ２の昇温工程Ｓ２１１では、図６に示すように、昇温速度一定で狙い温度ｒ１までワークＷａを加熱する。ここで図９に示す形態の加熱コイル１０５を用いた場合、外側継手部材のカップ部Ｗｂとステム部Ｗｃとでは昇温のし易さが異なるため、例えば相対的に昇温し易いカップ部Ｗｂが狙い温度ｒ１を超えないように制御することが望ましい。復温工程Ｓ２１２、保温工程Ｓ２１３における温度履歴については、第一実施形態と同様、図６に示すように制御してもかまわない。また、保温工程Ｓ２１３時における許容温度域Ｒについても、第一実施形態と同様に設定してもよい。この場合、狙い温度ｒ１は、許容温度域Ｒの範囲内で設定される。

本実施形態では、例えば上述した温度履歴を辿るように、誘導加熱装置１０４の出力パターンと第一及び第二ヒーター２７，２９の出力パターンをそれぞれ制御部３３（図４を参照）に記憶させておき、加熱工程Ｓ２１（昇温工程Ｓ２１１、復温工程Ｓ２１２、保温工程Ｓ２１３）及び冷却工程Ｓ２２において、上記記憶させておいた出力パターンに基づいて制御部３３が電源２１に指令を送る。これにより、電源２１に接続された誘導加熱装置１０４の加熱コイル１０５（図９を参照）と、同じく電源２１に接続された第一及び第二ヒーター２７，２９に所定パターンの電力が供給され、図６に示す温度履歴をワークＷａに付与し得る。

次に、上記構成の焼き戻し装置を用いたワークＷａの焼き戻し工程Ｓ２の一例を説明する。

（Ｓ２１）加熱工程
（Ｓ２１１）昇温工程
この工程では、まず図４に示す第一開閉手段２３により昇温装置１０１（図９）の入口側開口部１４ａを開口した状態で、搬送路１１上を所定の方向に搬送されるワークＷａを昇温装置１４の内部に搬入する。そして、ワークＷが支持部１０２（図９）上に到達すると、必要に応じてワークＷａの支持部１０２に対する水平方向の位置決めを伴って、昇降部１０３により支持部１０４を上昇させる。これにより、支持部１０２上に載置された状態のワークＷａの軸方向全域が誘導加熱装置１０４の所定位置、本実施形態では誘導加熱装置１０４の加熱コイル１０５の内周所定位置に導入され、保持される（図９を参照）。この状態で、制御部３３は電源２１に指令を送り、加熱コイル１０５に所定パターンの電力を供給することにより、ワークＷａの加熱を開始し、ワークＷａを狙い温度ｒ１にまで一定の勾配で加熱する（図６を参照）。上述した誘導加熱は、ワークＷａの材質、形状、サイズ等に合わせて適切な周波数域で実施するのがよく、例えば本実施形態では低周波域（～数ｋＨｚ）で実施するのがよい。これによりワークＷａの表層部だけでなく芯部まで高温に加熱することができる。なお、この間（昇温開始時ｔ０から昇温終了時ｔ１までの間）、ワークＷａのうち相対的に昇温し易いカップ部Ｗｂの温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ３）を超えないように、制御部３３によりワークＷａの加熱を制御するのがよい。この場合、狙い温度ｒ１は、許容温度域Ｒの範囲内（許容温度下限値ｒ４以上でかつ許容温度上限値ｒ３以下）に設定される。また、加熱している間、支持部１０２を制御部３３により軸回転させながら昇温させることで、支持部１０２上のワークＷａ全体が均等に昇温される。

（Ｓ２１２）復温工程
このようにしてワークＷａを狙い温度ｒ１まで昇温した後、ワークＷａを誘導加熱装置１０４の加熱処理位置（加熱コイル１０５の内周所定位置）から離脱させ、開口状態にある出口側開口部１４ｂを通って昇温装置１０１外に搬出する。具体的には、制御部３３が電源２１に指令を送り、誘導加熱装置１０４によるワークＷａの加熱を停止すると共に、昇降部１０３により支持部１０２を降下させて、支持部１０２上のワークＷａを搬送路１１上に復帰させる。そして、第二開閉手段２４により昇温装置１０１の出口側開口部１４ｂを開口した状態で、図示しない適当な手段で搬送路１１上を所定の方向に搬送し、昇温装置１０１内からワークＷａを搬出する。そして、搬出したワークＷａを、第一通路室２５を介して、復温装置１５の第一炉室２６内へ搬入し、ワークＷａに対して所定の雰囲気加熱を施す。これにより、昇温後、昇温終了時ｔ１から復温開始時ｔ２までの間に温度ｒ２まで温度低下を生じていたワークＷａ（図６を参照）の温度を狙い温度ｒ１にまで回復させる。なお、この間（復温開始時ｔ２から復温終了時ｔ３までの間）も、ワークＷａのカップ部Ｗｂの温度が許容温度域Ｒの上限（許容温度上限値ｒ３）を超えないように、制御部３３によりワークＷａの加熱を制御するのがよい。

（Ｓ２１３）保温工程
このようにしてワークＷａを再び狙い温度ｒ１にまで加熱した後、出口側開口部１５ｂを開けてワークＷａを復温装置１５外に搬出し、隣接する保温装置１６内に搬入する。そして、ワークＷａに雰囲気加熱を施して、許容温度域Ｒの範囲内で当該ワークＷａを所定時間の間、保温する。なお、この間（保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間）、ワークＷａのカップ部Ｗｂの温度が許容温度域Ｒの範囲内に維持されるように（許容温度上限値ｒ３以下でかつ許容温度下限値ｒ４以上であるように）、制御部３３によりワークＷａの加熱を制御するのがよい。なお、一例として、ワークＷａの材質が機械構造用炭素鋼である場合、許容温度域Ｒは１３０℃以上でかつ２２０℃以下の範囲内で設定され、好ましくは１５０℃以上でかつ２００℃以下の範囲内で設定される。また、ワークＷａの保温時間（保温開始時ｔ３から保温終了時ｔ４までの間）は１０秒以上でかつ７０分以下の範囲内で設定され、好ましくは３０秒以上でかつ６０分以下の範囲内で設定される。

（Ｓ２２）冷却工程
このようにして所定時間の間ワークＷａの保温を行った後、図示しない出口側開口部を開けてワークＷａを保温装置１６外に搬出する。搬出されたワークＷａは、第二通路室３２を通って冷却装置１３内に搬入され（図３を参照）、所定の冷却速度で所定の温度ｒ５、例えば昇温開始時温度ｒ０よりも低い温度にまで冷却される（冷却終了時ｔ５）。これにより、ワークＷａに対する焼き戻し処理が完了する。後続のワークＷａについても同様の経路を辿って、焼き戻し処理が施され、焼き戻し装置の外側に排出される。排出されたワークＷａは例えば洗浄工程Ｓ５あるいは研磨工程（図示は省略）など次の工程へ搬送される。以上のようにして、複数のワークＷａに対して連続的にかつ自動的に焼き戻し処理が施される。

以上述べたように、本実施形態に係る焼き戻し方法によれば、誘導加熱でワークＷａを狙い温度ｒ１にまで加熱するようにしたので（昇温工程Ｓ２１１）、従来よりも短時間でワークＷａを必要な温度域にまで加熱することができる。また、本実施形態では、ワークＷａに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて許容温度域Ｒを設定し、この許容温度域Ｒ内で昇温後のワークＷａを保温するようにしたので、短時間で昇温しつつも、焼き戻し処理後のワークＷａに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化し、かつワークＷａの硬さを所定範囲内に収めることが可能となる。また、ワークＷａを上記温度域Ｒ内で保温するための加熱制御を、雰囲気加熱により実施するようにしたので、ワークＷａを均等に加熱しながらワークＷａを保温することができる。よって、ワークＷａ内部の温度のばらつきを抑えて、均質な焼き戻し処理を施すことができる。特に、本実施形態のようにワークＷａが等速自在継手の外側継手部材のように軸方向で厚み寸法分布に偏りがある機械部品であっても、誘導加熱時に生じたワークＷａ内での温度のばらつきを雰囲気加熱で均すことができる。よって、ワークＷａの種類に応じて複数の加熱コイル等を準備せずとも、あるいはワークＷａに応じた専用形態の加熱コイルを準備せずとも、均質な焼き戻し処理を施すことができる。これにより、加熱コイルの交換コストや交換作業に伴う段取り時間の増加を回避して、低コスト、短時間で均質な焼き戻し処理を施すことが可能となる。

もちろん、ワークＷａの保温を雰囲気加熱により行うことで、誘導加熱等と比べてワークＷａの温度を下げにくくすることができる。そのため、保温工程Ｓ２１３時の加熱制御も比較的容易に行うことができる。もちろん、雰囲気加熱であれば、一度に大量のワークＷａを処理することができる。以上より、本実施形態に係る焼き戻し方法によれば、ワークＷａに含まれる残留オーステナイト量を所要レベル以下にまで低減化できると共に、ワークＷａの硬さを所定範囲内に収めることができるので、高温環境下での使用にも適した機械部品を得ることができる。また、昇温に要する時間が短くて済み、比較的短時間で多くのワークＷａに均質な処理を施すことができるので、生産性にも優れている。具体的には、加工リードタイムが短くなるため、生産性の向上と仕掛在庫の削減につながる。もちろん、昇温工程Ｓ２１１から保温工程Ｓ２１３までの熱処理を全て雰囲気加熱炉で行う場合と比べて、設備も小型化できる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

以下、本発明に係る焼き戻し方法の有用性を実証する実験の詳細について説明する。

本実験では、等速自在継手の外側継手部材をワークとして所定の焼き戻し処理を施した。ここで外側継手部材には、機械構造用炭素鋼であるＳ５３Ｃで、カップ部Ｗｂ（図１０を参照）の外径寸法が６０．８５ｍｍ、ステム部Ｗｃの大径側領域の外径寸法が３０ｍｍ、小径側領域の外径寸法が２４ｍｍとなるように形成され、高周波加熱による焼入れ処理が施されたものを使用した。

また、焼き戻し処理は、例えば図３、図４、及び図９に示す焼き戻し装置を用いると共に、表１に示す条件下で行った。

そして、焼き戻し処理後のワークに対して、図１０に示すように、複数の硬度測定点Ｗ７～Ｗ１１を設けて、各測定点Ｗ７～Ｗ１１におけるワークの硬度［ＨＶ］を測定した。正確には、ワークＷａの表面に設定した各測定点Ｗ７～Ｗ１１から０．２５ｍｍ深部の位置における硬度［ＨＶ］を測定した。測定結果を表２に示す。表２より、従来の雰囲気加熱のみによる焼き戻し処理と同レベルの硬度を得られることがわかった。また、硬度のばらつき（例えばカップ部Ｗｂとステム部Ｗｃ間の硬度のばらつき）も小さく抑えられることがわかった。

１０ 焼き戻し装置
１１ 搬送路
１２ 加熱装置
１３ 冷却装置
１４，１０１ 昇温装置
１５ 復温装置
１６ 保温装置
１７，１０２ 支持部
１８，１０３ 昇降部
１９，１０４ 誘導加熱装置
２０，１０５ 加熱コイル
２１ 電源
２２ 壁部
２３，２４，３０，３１ 開閉手段
２５，３２ 通路室
２６，２８ 炉室
２７，２９ ヒーター
３３ 制御部
Ｈ１ 許容上限値（硬さ）
Ｈ２ 許容下限値（硬さ）
Ｑ１ 許容上限値（残留オーステナイト量）
Ｒ 許容温度域
Ｒ１ 第一許容温度域（残留オーステナイト量）
Ｒ２ 第二許容温度域（硬さ）
ｒ０ 昇温開始時温度
ｒ１ 狙い温度
ｒ２ 復温開始時温度
ｒ３ 許容温度上限値
ｒ４ 許容温度下限値
ｒ５ 冷却終了時温度
Ｓ２１ 加熱工程
Ｓ２１１ 昇温工程
Ｓ２１２ 復温工程
Ｓ２１３ 保温工程
Ｓ２２ 冷却工程
ｔ０ 昇温開始時
ｔ１ 昇温終了時
ｔ２ 復温開始時
ｔ３ 復温終了時（保温開始時）
ｔ４ 保温終了時
ｔ５ 冷却終了時
Ｗ，Ｗａ ワーク

Claims (9)

1. ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された前記ワークを冷却する冷却工程とを備え、前記加熱工程及び前記冷却工程での前記ワークの温度履歴を制御することで、前記ワークに焼き戻し処理を施す、ワークの焼き戻し方法において、
   前記加熱工程は、誘導加熱により前記ワークを狙い温度まで加熱する昇温工程と、
   所定幅の温度域の範囲内で前記昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、雰囲気加熱による前記ワークの加熱を制御する保温工程とを有し、
   前記保温工程で、前記ワークに要求される残留オーステナイト量及び硬さに応じて前記所定幅の温度域としての許容温度域を設定し、この許容温度域の範囲内で前記昇温後のワークが所定時間の間保温されるように、雰囲気加熱による前記ワークの加熱を制御し、かつ
   前記ワークの昇温時の狙い温度と残留オーステナイト量との関係に基づき、前記残留オーステナイト量が許容範囲内に収まる第一温度下限値を設定すると共に、前記ワークの昇温時の狙い温度と硬さとの関係に基づき、前記硬さが許容範囲内に収まる第二温度上限値及び第二温度下限値を設定し、
   これら前記第一温度下限値よりも大きな領域と、前記第二温度上限値と前記第二温度下限値との間の領域とが重複する範囲内で、前記許容温度域を設定することを特徴とするワークの焼き戻し方法。
2. 前記昇温工程の後でかつ前記保温工程の前に設けられ、前記昇温後のワークを雰囲気加熱して、前記昇温時の狙い温度まで前記ワークの温度を回復させる復温工程をさらに有する請求項１に記載のワークの焼き戻し方法。
3. 前記復温工程で、前記雰囲気加熱の設定温度は、前記昇温時の狙い温度よりも高く設定される請求項２に記載のワークの焼き戻し方法。
4. 前記保温工程で、前記雰囲気加熱の設定温度は、前記昇温時の狙い温度と同じ温度に設定される請求項１～３の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。
5. 前記ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、前記許容温度域が２９０℃以上でかつ３４０℃以下の範囲内で設定される請求項１に記載のワークの焼き戻し方法。
6. 前記ワークの材質が高炭素クロム軸受鋼である場合、前記保温工程における前記ワークの保温時間が３分以上でかつ７分以下に設定される請求項１又は５に記載のワークの焼き戻し方法。
7. 前記ワークの材質が機械構造用炭素鋼である場合、前記許容温度域が１３０℃以上でかつ２２０℃以下の範囲内で設定される請求項１に記載のワークの焼き戻し方法。
8. 前記ワークの材質が機械構造用炭素鋼である場合、前記保温工程における前記ワークの保温時間が１０秒以上でかつ７０分以下に設定される請求項１又は７に記載のワークの焼き戻し方法。
9. 電気ヒーターを有する雰囲気加熱炉を用いて、前記保温工程における前記ワークの加熱を行う請求項１～８の何れか一項に記載のワークの焼き戻し方法。

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