JPH09256058A - リング状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理後の仕上げ研削のみでリング状部材の
十分な精度を確保できるようにして研削コストの大幅な
削減を可能にする。 【解決手段】 内外径の偏心率が０．０１５％以下で且
つ寸法公差率が低温焼戻し矯正時は０．０４％以下、高
温焼戻し矯正時は０．０８％以下の旋削リング状部材を
焼入れ後、矯正焼戻し加工率が０．２％〜次式で定まる
δ_max ％の範囲内で矯正焼戻しをする。 δ_max ＝Ｋ₁₀＋Ｋ₂₀Ｔ（但し、Ｋ₁₀＝0.43±0.03, Ｋ₂₀
＝(100.4±0.2)α，Ｔはリング状部材の最高到達温度
（°Ｃ）、αは線膨張係数）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理を必要とす
る薄肉のリング状部材の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、強度及び寸法精度を必要とする薄
肉のリング状部材の製造方法では、必要な熱処理を行っ
た後に研削を行うことが一般的であった。熱処理後に研
削を行う理由は、熱処理前の旋削品の寸法精度を向上さ
せても熱処理後は変形及び寸法変化が生じるからであ
る。したがって、熱処理後に研削を行い寸法精度を向上
させることが必須であった。

【０００３】また、寸法精度向上のため、特開平５−３
３０５９号公報に示すような外径拘束焼入れ装置による
矯正焼入れの提案がなされている。ここでは、外径不動
１５〜５０μｍの旋削品に対して焼入れ時に外径矯正を
行い、外径不動１０〜６０μｍの寸法精度の焼入れ完了
品を完成させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
リング状部材の製造方法においては、熱処理変形量が大
きく、従って、熱処理後の研削取り代を過大に必要とす
るため、研削コストを増加させるという問題点があっ
た。

【０００５】また、後者の矯正焼入れを行う方法は、強
加工による面荒れや旋削品の寸法精度が完成品の寸法精
度より悪いため、矯正後は自然に焼入れを行ったものよ
り高精度であるが、製品精度は良くない。即ち、これら
の矯正方法も熱処理後に研削工程を必要とすることを前
提としたものである。

【０００６】本発明はかかる不都合を解消するためにな
されたものであり、熱処理後の研削工程の削除若しくは
必要ならば仕上げバレル加工又は仕上げ研削のみで製品
化することができるリング状部材の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、寸法公差率が低温焼戻し矯正時は０．０４％以
下、高温焼戻し矯正時は０．０８％以下の旋削リング状
部材を焼入れ後、矯正焼戻し加工率が０．２％〜次式で
定まるδ_max ％の範囲内で矯正焼戻しをすることを特徴
とする。

【０００８】δ_max ＝Ｋ₁₀＋Ｋ₂₀Ｔ（但し、Ｋ₁₀＝0.43
±0.03, Ｋ₂₀＝(100.4±0.2)α，Ｔはリング状部材の最
高到達温度（°Ｃ）、αは線膨張係数） 旋削リング状部材の寸法公差率を低温焼戻し矯正時は
０．０４％以下、高温焼戻し矯正時は０．０８％以下に
する理由は、低温焼戻し矯正より高温焼戻し矯正の方が
応力除去が十分にでき、そのため、同一加工率に対して
も高温焼戻し矯正の方が矯正効果が高くなるからであ
り、従って、高温の方が旋削完了品での寸法公差率の上
限を上げることが可能となる。

【０００９】しかし、旋削完了品での寸法公差率の上限
を越えると、矯正焼戻し加工率が上述した範囲内であっ
ても自由焼戻しに近くなって熱処理完了品での外・内径
寸法公差率を良品範囲である０．０６％以下とできな
い。

【００１０】また、旋削完了品での内外径の偏心率が
０．０１５％を越えると、旋削完了品での外径の寸法公
差率を満たしても、熱処理後の内径寸法公差率に偏心が
しわ寄せされて悪くなるので、偏心率は０．０１５％以
下が好ましい。

【００１１】更に、矯正焼戻しの前にオーステナイト域
での矯正焼入れ処理を施すと、焼入れ後の寸法公差率を
旋削完了品相当にすることが可能になり、矯正効果の低
い低温矯正焼戻しでも熱処理完了品での内外径の寸法公
差率がよくなる。そして、熱処理完成品での内外径の寸
法公差率を０．０２％以下とできれば、研削工程の削
除、あるいは熱処理後に仕上げバレル加工で表面粗さを
向上させるだけで、仕上げ研削をも省くことができる。

【００１２】ここで、本発明では、熱処理完了品での内
外径の寸法公差率は０．０６％以下、内外径の偏心率は
０．０１５％以下を良品範囲とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態で
あるリング状部材の製造方法に使用する矯正焼戻し装置
を説明するための説明的断面図、図２はワーク最高到達
温度と矯正焼戻し加工率との関係を示すグラフ図、図３
は最高到達温度が２５０°Ｃの時の旋削完了品寸法公差
率と熱処理完了品寸法公差率と矯正焼戻し加工率との関
係を示すグラフ図、図４は最高到達温度が５００°Ｃの
時の旋削完了品寸法公差率と熱処理完了品寸法公差率と
矯正焼戻し加工率との関係を示すグラフ図、図５は試験
片外径に対する内外径の偏心率と内外径の寸法公差率の
差との関係を示すグラフ図である。

【００１４】まず、説明の便宜上、図１を参照して矯正
焼戻し装置から説明すると、該矯正焼戻し装置２０は、
装置本体２１の内部に透磁率１．５以下の円筒状のセラ
ミック型２２が装着されている。この型２２の内径面
に、リング状部材であるワークＷが外径面を拘束した状
態で挿入される。

【００１５】型２２の上下には、ワークＷを加熱する高
周波誘導加熱コイル２３が型端面に接近させて配設して
ある。この場合、高周波誘導加熱コイル２３をできるだ
け被加熱物であるワークＷに近づけるために、型２２を
できるだけ薄型にし、かつワークＷの両端から均等に誘
導加熱できるようにコイル形状を二巻きにしてある。各
コイル２３の内径は、型２２の内径より若干大きくして
いる。

【００１６】そして、セラミック型２２の上端面に密着
させて、当該型２２を温度調整する型温度調整器２４が
高周波誘導加熱コイル２３の半径方向の外方に配設され
ている。この実施の形態の型温度調整器２４は良く熱を
伝導させる伝熱材として鋼材（ＳＣ材）板２５が使用さ
れ、これに電熱ヒータ又は熱媒体液等の温度調節源２６
と図示しない熱電対のような温度センサ２７とが内蔵さ
れて上面が断熱材２８で覆われたドーナツ板形状に形成
されており、その鋼材板２５の平面を型２２の平坦面に
密着させるようになっている。

【００１７】前記型温度調整器２４は、型温度が３００
°Ｃ位迄は、調整器２４の内部に形成されたコイル状溝
に熱媒体油を循環させるか又は型温度調整器２４内に埋
設された電熱ヒータによる加熱方式とし、型温度が３０
０°Ｃを越えるような高温の場合には、熱媒体油の熱劣
化の問題が生じるので埋設電熱ヒータによる加熱方式と
するのが良い。また、型温度を一定に維持するために冷
却を要する時は、型温度調整器２４内に形成したコイル
状溝に水または油を循環させて冷却を行うようにする。
また、温度の制御は、型温度調整器２４に埋設した温度
センサ２７の検出信号に基づいて、上記加熱源、冷却源
を切り換えることにより行われる。

【００１８】型２２は高周波誘導加熱コイル２３に接近
しているが、透磁率１．５以下のセラミック製であるか
ら高周波誘導加熱コイル２３の磁力線により加熱されて
温度上昇をきたすことはない。したがって、型２２の温
度は型温度調整器２４で単独に調整可能である。

【００１９】装置本体２１の中心軸上には、上方にワー
ク圧入治具３０とその昇降駆動用のメインシリンダ３１
とが配設されると共に、下方にワーク支え治具３２とそ
の昇降駆動用のサブシリンダ３３とが配設されている。

【００２０】また、装置本体２１の上方側面にはワーク
Ｗの挿入口３６と挿入用シュート３７が設けられ、装置
本体２１の下方側面にはワーク取出しシリンダ３８及び
処理完了ワーク取出し口３９と取出し用シュート４０が
設けられている。

【００２１】次に、上記矯正焼戻し装置２０の作動につ
いて説明する。初め、ワーク圧入治具３０及びワーク支
え治具３２はいずれも上下の後退位置にある。

【００２２】先ず、装置下方のサブシリンダ３３の作動
で、ワーク支え治具３２を装置上方のワーク挿入口３６
まで上昇させる。次に、挿入用シュート３７からワーク
挿入口３６を経てワーク支え治具３２上に投入される。
投入されたワークＷは自動的に型２２との芯が決まるよ
うにしている ワークＷがワーク支え治具３２上に投入されたら、メイ
ンシリンダ３１の作動でワーク圧入治具３０を下降さ
せ、両治具３０，３２でワークＷを挟み込む。こうして
ワークＷを水平に挟持した状態のまま下降させ、上方の
高周波誘導加熱コイル２３を通り抜けて、セラミック型
２２の内径面の上部テーパ部から型２２の中心部に圧入
する。圧入後、ワーク圧入治具３０は上昇し、一方ワー
ク支え治具３２は下降してワークＷから離れる。この状
態で、高周波誘導加熱コイル２３を作動させてワークＷ
の高周波誘導加熱を行う。ワークＷの最高到達温度は２
５０〜５００°Ｃ、この最高到達温度にワークＷを保持
する誘導加熱時間は３０秒以下が好ましい。３０秒を越
えて加熱しても焼戻し効果及び変形矯正能力は向上しな
いから無駄になる。

【００２３】ここで、この実施の形態では、ワーク最高
到達温度が２５０〜３５０°Ｃの範囲を低温矯正焼戻し
の温度範囲とし、４００〜５００°Ｃの範囲を高温矯正
焼戻しの温度範囲とする。

【００２４】加熱が終了したら、メインシリンダ３１を
作動させてワーク圧入治具３０を大きく下降させること
によりワークＷを型２２の下方へ押し出し、これを上昇
させたワーク支え治具３２で受けて下方のワーク取出し
口３９の位置へ下降させる。そして、ワーク取出しシリ
ンダ３８を作動させてワーク支え治具３２上のワークＷ
をワーク取出し口３９へ突き出して取出し用シュート４
０へ送り出して、動作のワンサイクルが完了する。

【００２５】なお、高周波誘導加熱の効率をより上昇さ
せたい場合、或いはワークに対して小容量の高周波電源
を使用する場合には、ワーク圧入治具３０及びワーク支
え治具３２の両治具とワークＷとの接触面の間にそれぞ
れ高透磁率部材を介挿して、ワークを挟持したままの状
態で高周波誘導加熱を行うと良い。これは、高透磁率部
材が先ず高温に誘導加熱され、その伝熱効果を利用して
ワークＷを効率良く加熱するものである。

【００２６】また、この矯正焼戻し装置２０によれば、
ワークＷの外径面の面粗さ向上のために加熱時にワーク
Ｗにセラミック型２２内でしごき加工を施すことも可能
である。

【００２７】次に、矯正焼戻し装置２０を使用して行っ
た矯正焼戻しの比較実験について説明する。ワークＷと
して鋼製の旋削リング状部材を用い、鋼種はＳＵＪ２を
採り上げた。このワークＷを、８４０°Ｃに昇温して３
０分間その温度に保持した後、６０°Ｃの焼入れ油にて
焼入れ処理を施し焼入れ硬化させて試験片とした。ま
た、矯正焼戻し用のセラミック型２２は内径が４７．０
００ｍｍのもの使用し、高周波誘導加熱コイル２３によ
るワークの最高到達温度は、２５０°Ｃ（低温矯正焼戻
しの加熱温度），５００°Ｃ（高温矯正焼戻しの加熱温
度）の２種類とした。更に、内径４７．０００ｍｍの一
定型に対して、数種の加工率（％）を得るため、ワーク
寸法を意図的に設定した。但し、高さはすべてｈ＝７ｍ
ｍ、また、肉厚は１．７５ｍｍで一定とした。このよう
に設定した試験片の外径寸法、及び内径寸法を表１に示
す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表２は各試験条件及び試験結果の一覧表で
ある。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２中の寸法公差率（％）の欄は、旋削完
了品でのワークの内外径の寸法公差率及び熱処理完了品
でのワークの内外径の寸法公差率の二通りを示し、いず
れも次式で算出される。 ここで、この実施の形態では、旋削完了品でのワークの
内外径の寸法公差率（％）を２５０°Ｃの低温焼戻し矯
正時は０．０４％以下、５００°Ｃの高温焼戻し矯正時
は０．０８％以下とする。

【００３２】表２中の加工率（％）の欄は、矯正焼戻し
加工率δを示し、次式で算出される。 δ＝｛Ｄ／ｄ（１＋α・Ｔ）−１｝×１００ ……………（１） 但し、 Ｄ：矯正焼戻し前のワーク外径（ｍｍ） ｄ：矯正型の内径（ｍｍ） α：鋼種別の線膨張係数（例えばＳＵＪ２では０．００
００１２） Ｔ：ワーク最高到達温度（°Ｃ） ちなみに、本実験における型矯正のワーク矯正焼戻し加
工率は で求められる。その加工率の下限はワーク変形の矯正が
可能な最小加工率であり、これを下回る型寸法では矯正
不能となる。これに対して、上記の加工率の上限は型へ
のワーク圧入が可能な最大加工率である。これを上回る
型寸法の場合には、型の内径寸法に対しワーク（常温）
の外径寸法が大きすぎるため圧入不能となる。

【００３３】この矯正焼戻し加工率δの上限は次のよう
にして定まる。今、矯正型の内径ｄを一定とした場合
に、矯正焼戻し前のワークの圧入可能な最大の外径をＤ
₀ とする。一方、上記矯正焼戻し加工率δを表す（１）
式は、 δ＝｛（Ｄ−ｄ）／ｄ＋ＤαＴ／ｄ｝×１００ ＝Ｋ₁ ＋Ｋ₂ Ｔ ………（２） （但し、Ｋ₁ ＝１００×（Ｄ−ｄ）／ｄ，Ｋ₂ ＝１００
Ｄα／ｄ）と変形できるので、上記Ｋ₁ ，Ｋ₂ にＤ＝Ｄ
₀ を代入して得られるＫ₁ ＝Ｋ₁₀，Ｋ₂ ＝Ｋ₂₀により定
まる曲線が圧入可能なδ_max （％）を表すことになる。

【００３４】すなわち、 δ_max ＝Ｋ₁₀＋Ｋ₂₀Ｔ ………（３） により、矯正焼戻し加工率δの上限が規制される。

【００３５】この実施の形態の場合では、ワークＷの外
径寸法が４７．２０ｍｍで圧入可能な限界であったの
で、表２よりワーク加熱温度２５０°Ｃ及び５００°Ｃ
の場合の矯正焼戻し加工率の上限δ即ち（３式）のδ
_max （％）を試算すると、鋼種ＳＵＪ２の線膨張係数α
は０．００００１２であるから、２５０°Ｃでは、 δ_max ＝｛４７．２０／４７．０００（1 ＋0.000012×250 ）−1 ｝×100 ＝0.73％ ５００°Ｃでは、 δ_max ＝｛４７．２０／４７．０００（1 ＋0.000012×500 ）−1 ｝×100 ＝1.03％ となる。

【００３６】また、上記Ｋ₁₀，Ｋ₂₀はそれぞれ Ｋ₁₀＝100 ×（４７．２０−４７．００）／４７．００
≒0.43 Ｋ₂₀＝100 ×４７．２０×α／４７．００≒100.4 α となる。なお、Ｋ₂₀はα＝0.000012を代入すると、1.21
×10^-3となる。

【００３７】上記Ｋ₁₀，Ｋ₂₀は上記のようにｄ＝４７．
０００ｍｍ等の場合に実験的に得られた結果であるが、
焼入後のワークの真円度のバラツキや、ワーク及び矯正
型のサイズを変えた場合等を考慮しても、 Ｋ₁₀＝0.43±0.03 Ｋ₂₀＝（100.4 ±0.2 ）α と定めることができる。

【００３８】なお、上記（１）式〜（３）式等では、室
温と０°Ｃでの相違、矯正型のαの温度による変動を無
視しているが、いずれも微小な値であり、ワークの弾性
変形能等を考慮すれば、上記各式で近似して実質上全く
問題ない。

【００３９】図２は、表２の本発明例の欄の試験片Ａ１
〜Ａ３、Ｄ１〜Ｄ３及び比較例の欄の試験片Ｇ１、Ｋ１
の試験結果から、ワーク最高到達温度（横軸）と矯正焼
戻し加工率との関係を採り上げてプロットしたものであ
る。図において、矯正焼戻し加工率が０．２％の水平の
線は該加工率の下限即ちワークの矯正可能な最小加工率
を表している。また、本発明例の試験片Ａ１〜Ａ３、Ｄ
１〜Ｄ３及び比較例の試験片Ｇ１、Ｋ１の各試験片別に
プロットされた加工率線を示したが加工率の上限即ちワ
ークＷを型に圧入することが可能な矯正焼戻し加工率の
限度は上述のようにこの実施の形態では試験片Ａ３、Ｄ
３（図２のプロット以外も含めれば、その他Ｂ３，Ｃ
３，Ｇ４，Ｅ３，Ｆ３，Ｋ４もこの場合に相当する。）
の場合の加工率線で規定されることがわかった。すなわ
ち、前記（３）式で Ｋ₁₀＝0.43±0.03，Ｋ₂₀＝（100.
4 ±0.2 ）αの範囲内として得られる曲線で決まる。

【００４０】即ちワーク最高到達温度２５０〜５００°
Ｃの範囲で、加工率を最低限０．２０％，最高限で上記
のように定まる加工率上限δまで上げることが可能であ
る。この図２で中央部の斜線を施した範囲が、ワークＷ
の型への圧入が可能であって、しかも後述する本発明の
効果を満たし得るワーク最高到達温度及び矯正焼戻し加
工率の範囲である。なお、表３に本発明における矯正焼
戻し加工率δの上限の最大値（ｍａｘ）、平均値（ｍｅ
ａｎ）及び最小値（ｍｉｎ）を矯正焼戻し温度が２５０
°Ｃの場合と５００°Ｃの場合とで分けて示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】表２中の偏心率（％）の欄は、旋削完了品
でのワークの内外径の偏心率及び熱処理完了品でのワー
クの内外径の偏心率の二通りを示し、いずれも次式で算
出される。 ここで、この実施の形態では、旋削完了品での内外径の
偏心率（％）を０．０１５％以下とすることで、旋削完
了品での外径の寸法公差率を満たす場合において熱処理
後の内径寸法公差率に偏心がしわ寄せされて悪くなるの
を防止している。図５に表２の試験片Ａ２，Ｂ２，Ｄ
２，Ｅ２，Ｏ１，Ｏ２について、試験片外径に対する内
外径の偏心率と熱処理後の内外径の寸法公差率の差との
関係を示す。図から明らかなように偏心率が０．０１５
％以下のＡ２，Ｂ２，Ｄ２，Ｅ２は熱処理完了後の内外
径の寸法公差率の差が“０”であるのに対し、偏心率が
０．０１５％を越えるＯ１，Ｏ２は熱処理完了後の内外
径の寸法公差率の差がそれぞれ０．１、０．２と大きく
なることが分かる。

【００４３】そして、表２及び図３を参照して、２５０
°Ｃの低温矯正焼戻しに際して、上述した旋削完了品で
の内外径の寸法公差率（０．０４％以下）、矯正焼戻し
加工率（０．２〜０．７３％）及び旋削完了品での偏心
率（０．０１５％以下）が全て上述した範囲内であるＡ
１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３については、熱処理完了品での寸
法公差率が内外径共に０．０６％以下で偏心率も“０”
となり、したがって、熱処理後の仕上げ研削のみで製品
化が可能になる。

【００４４】これに対し、旋削完了品での内外径の寸法
公差率（０．０４％以下）、矯正焼戻し加工率（０．２
〜０．７３％）及び旋削完了品での偏心率（０．０１５
％以下）の一つでも満たさないＧ１（旋削完了品での寸
法公差率及び矯正焼戻し加工率が範囲外），Ｇ２，Ｇ
３，Ｇ４（いずれも旋削完了品での寸法公差率が範囲
外），Ｇ５（旋削完了品での寸法公差率及び矯正焼戻し
加工率が範囲外）、Ｈ１，Ｈ２、Ｉ１，Ｉ２（いずれも
矯正焼戻し加工率が範囲外）については、熱処理完了品
での寸法公差率が内外径共に０．０８％以上となって悪
くなる。

【００４５】一方、表２及び図４を参照して、５００°
Ｃの高温矯正焼戻しに際しては、旋削完了品での内外径
の寸法公差率（０．０８％以下）、矯正焼戻し加工率
（０．２〜１．０３％）及び旋削完了品での偏心率
（０．０１５％以下）が全て上述した範囲内であるＤ１
〜Ｄ３、Ｅ１〜Ｅ３、Ｆ１〜Ｆ３については、熱処理完
了品での寸法公差率が内外径共に０．０６％以下で偏心
率も“０”となり、したがって、熱処理後の仕上げ研削
のみで製品化が可能になり、特に旋削完了品での寸法公
差率が０．０２％のＦ１〜Ｆ３はついては、熱処理完了
品での寸法公差率が内外径共に０．０２％で偏心率も
“０”となり、したがって、熱処理後の研削工程の削除
若しくは必要ならば仕上げバレルのみで製品化が可能に
なる。

【００４６】これに対し、旋削完了品での内外径の寸法
公差率（０．０８％以下）、矯正焼戻し加工率（０．２
〜１．０３％）及び旋削完了品での偏心率（０．０１５
％以下）の一つでも満たさないＫ１、Ｋ５（いずれも旋
削完了品での寸法公差率及び矯正焼戻し加工率が範囲
外）、Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４（いずれも旋削完了品での寸法
公差率が範囲外）、Ｌ１，Ｌ２、Ｍ１，Ｍ２、Ｎ１，Ｎ
２（いずれも矯正焼戻し加工率が範囲外）については、
熱処理完了品での寸法公差率が内外径共に０．１％を越
えて悪くなる。また、旋削完了品での偏心率のみを満た
さないＯ１，Ｏ２については、外径から矯正するので熱
処理完了品での外径の寸法公差率は見かけ上修正される
が、内径に偏心のしわ寄せがきて偏心率が悪くなってい
る。

【００４７】次に、図６及び図７を参照して本発明の第
２の実施の形態であるリング状部材の製造方法を説明す
る。図６はこの実施の形態のリング状部材の製造方法に
使用する矯正焼入れ装置を説明するための説明的断面
図、図７は矯正焼入れ加工率と焼入れ後の寸法公差率と
の関係を示すグラフ図である。

【００４８】この実施の形態は、旋削完了後のワークＷ
に上述した第１の実施の形態の焼入れ処理に代えて後述
するオーステナイト域での矯正焼入れ処理を施すことに
より、焼入れ後に旋削完了品相当の外径寸法公差率を達
成し、これにより矯正効果の低い２５０°Ｃの低温矯正
焼戻し品においても熱処理完了品での寸法公差率を内外
径共に０．０２％以下にすることを可能にしたものであ
る。なお、かかる矯正焼入れ後は上述した第１の実施の
形態と同一の低温矯正焼戻し処理を施す。

【００４９】まず、説明の便宜上、図６を参照して矯正
焼入れ装置５０から説明すると、矯正焼入れ装置５０
は、装置本体５１の内部に円筒状の外径矯正型５２が装
着されている。この型５２の内径面にワークＷが配置さ
れる。型５２の上下には、高周波加熱コイル５３が型端
面に接近させて配設されている。装置本体５１の中心軸
上には、上方に冷却液噴射ノズル５４が図示しないシリ
ンダ等の昇降駆動手段によって昇降可能に配設され、下
方にワーク支え治具５６が図示しないシリンダ等の昇降
駆動手段によって昇降可能に配置されている。冷却液噴
射ノズル５４の先端外周部には下降時にワークＷの内径
面に冷却液を噴射して焼入れを完了する噴射口５５が周
方向に複数形成されている。

【００５０】次に、上記矯正焼入れ装置５０の作動につ
いて説明する。初め、冷却液噴射ノズル５４及びワーク
支え治具５６はいずれも上下の後退位置にある。

【００５１】先ず、装置下方の昇降駆動手段の作動でワ
ーク支え治具５６を上昇させ、該ワーク支え治具５６上
にワークＷを投入する。次いで、ワーク支え治具５６を
下降させてワークＷを外径矯正型５２の内径面に配置
し、この状態で、高周波誘導加熱コイル５３を作動させ
てワークＷの高周波誘導加熱を行い、焼入れ変形矯正を
行う。ワークＷの最高到達温度は８２０〜１２００°Ｃ
であり、材質に応じて温度設定を行う。加熱開始からワ
ークＷは熱膨張を生じてその外径面が外径矯正型５２の
内径面に密着し、規定温度到達後に高周波誘導加熱を終
了する。誘導加熱終了後、直ちに装置上方の昇降駆動手
段の作動で冷却液噴射ノズル５４が下降して噴射口５５
がワークＷ位置に達し、該噴射口５５から冷却液をワー
クＷ内径面に吹きかけ矯正焼入れを完了する。ワークＷ
はオーステナイト状態で外径が拘束されるため、焼入れ
変形を最小限に抑えることができ、０．０５〜１．０％
の矯正焼入れ加工率（後述する。）で焼入れ後の外径寸
法公差率を０．１０％以下にすることが可能になる。因
みに、処理後のワークＷは、旋削時の外径寸法に対し、
０．１〜０．３％程度膨張を生じる。

【００５２】このように、この実施の形態では、鋼の組
織がオーステナイト状態においてワークＷに塑性加工に
よる変形矯正を行い、歪みや変形のない真円のワークＷ
を作り出す。これは、鋼はオーステナイト状態では、熱
間鍛造などで知られるように硬さや引張り強さが低下
し、一方、伸びや絞りは上昇するので、塑性加工が容易
になるためである。

【００５３】塑性加工による変形矯正では、その矯正焼
入れ加工率によって矯正能力が変わってくる。この矯正
焼入れ加工率は、ワークＷの外径寸法Ｄと金型内径寸法
ｄとの差をワークＷの外径寸法Ｄで割った値であり、次
の式（４）で表される。

【００５４】 矯正焼入れ加工率＝〔（Ｄ−ｄ）／Ｄ〕×１００％…………（４） ここで、矯正焼入れ加工率の測定における各寸法は、常
温（２０〜３０°Ｃ）で測定するものとする。ワークＷ
の加工矯正時の実寸法は熱膨張で大きくなり、オーステ
ナイト状態における矯正焼入れ加工率は、上記計算値よ
り高くなる。したがって、常温で測定された外径寸法を
（４）式に代入して求められる加工率の値に、次式
（５）で表される補正値を加えたものを外径拘束率とし
て用いた。但し、Ｔ（単位：°Ｃ）は矯正温度である。

【００５５】 補正値＝（Ｔ−３００）／５００％ …………（５） 図７に矯正焼入れ加工率と焼入れ後の寸法公差率との関
係を示す。図から明らかなように０．０２％以上の矯正
焼入れ加工率で矯正効果（焼入れ後の外径寸法公差率が
０．１０％以下）が得られるのが分かる。ここで、この
実施の形態では矯正焼入れ加工率の範囲を０．０５〜
１．０％とする。

【００５６】矯正焼入れ加工率が０．０５％未満だと、
焼入れ後の寸法公差率が高くなって加工矯正効果が期待
出来ない場合があり、０．０２％未満だと焼入れ後の寸
法公差率が急激に高くなって加工矯正効果が全く期待出
来ない。また、矯正焼入れ加工率を大きくすることは一
種のエネルギーを被加工物であるワークＷに与えること
になり、加工誘起によるマルテンサイト変態が促進され
て剛性が出てくる結果、次第に変形矯正能力が低下して
焼入れ後の寸法公差率が不安定になり、しかも、より大
きな加圧力が必要となるのでワークＷの大きさや肉厚に
よっては通常のプレスクエンチ設備では矯正作業が困難
になってくる。このため、矯正焼入れ加工率の上限は
１．０％とする。但し、高い矯正焼入れ加工率で加工す
ると加工矯正される面が荒れてその後の加工に影響する
場合があるので、望ましくは０．７％とする。

【００５７】次に、焼入れ後の寸法公差率の測定方法に
ついて述べると、ワークＷの外径寸法Ｄに対してその最
大径Ｄ_max と最小径Ｄ_min とを測定し、その差（Ｄ_max
−Ｄ _min ）を真円度とする。そして、この真円度（ｍ
ｍ）を平均径Ｄ_meanで割った値を％で表したものを焼入
れ後の寸法公差率とした。

【００５８】ここで、この実施の形態では、マルテンサ
イト変態が始まる前に加工矯正を完了させることを原則
とする。通常の焼入れ方法、すなわち、マルテンサイト
変態により膨張に転ずる現象のみを利用して変形を矯正
した場合は、矯正後に歪みが残り、その後の冷却過程や
洗浄工程、焼戻し工程及びその後の仕上げ加工などで歪
みが開放されると変形が再発することがある。

【００５９】これは、矯正過程で変態によって強度が著
しく向上し、マルテンサイト変態中に起こる超塑性現象
（トリップ現象）だけでは塑性変形しきれず、塑性変形
せずに弾性変形する部分と、その他の塑性変形する部分
とが混在した状態になり、矯正後に内部歪みが残留する
からである。

【００６０】そして、表２を参照して、旋削完了品の内
外径の寸法公差率が０．０２％の試験片Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３（本発明例）及びＪ１，Ｊ２（比較例）についてそれ
ぞれ上述した矯正焼入れ装置５０を使用して矯正焼入れ
加工率０．３％で矯正焼入れを行い、焼入れ後の外径寸
法公差率を予め０．１０％以内に向上させ、その後、表
２に示す各試験条件で上記第１の実施の形態で使用した
矯正焼戻し装置２０によって２５０°Ｃの低温矯正焼戻
し処理を行った。

【００６１】表２及び図３を参照して、旋削完了品での
内外径の寸法公差率（０．０４％以下）、矯正焼戻し加
工率（０．２〜０．７３％）及び旋削完了品での偏心率
（０．０１５％以下）が全て本発明の範囲内であるＣ
１，Ｃ２，Ｃ３については、熱処理完了品での寸法公差
率が内外径共に０．０２％以下で偏心率も“０”とな
り、したがって、矯正効果の低い低温焼戻し品でも熱処
理後の研削工程の削除若しくは必要ならば仕上げバレル
のみで製品化が可能になる。

【００６２】これに対し、矯正焼戻し加工率が本発明の
範囲外であるＪ１，Ｊ２については、熱処理完了品での
寸法公差率が内外径共に０．０８％で悪い。なお、この
実施の形態では、マルテンサイト変態する前のオーステ
ナイト状態で変形矯正を行うが、必ずしもマルテンサイ
ト変態する前に変形矯正を完了させなくてもよい。例え
ば、変形矯正開始から３秒後に矯正を完了することが多
く（特に小物のワークでは）、マルテンサイト変態前に
変形矯正を完了するという意味ではなく、原理的にオー
ステナイト域で変形矯正を行うものである。そして望ま
しくは、マルテンサイト変態前に変形矯正を完了すると
いう意味である。

【００６３】したがって、マルテンサイト変態が始まる
前に加工矯正を必ずしも完了させなくてもよく、オース
テナイト状態で一度加工矯正してしまえば、その後にマ
ルテンサイト変態が始まっても大きな加工矯正は行われ
ず、マルテンサイト変態中に起こる超塑性現象（トリッ
プ現象）を利用して微細な矯正を行うこともでき、残留
歪みが少なく、変形の少ない真円のワークが得られるの
でこれを利用してもよい。

【００６４】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、最終製品の寸法精度とほぼ同等かやや劣る程
度のリング状部材を焼入れ後に矯正焼戻しすることで、
熱処理完了後に高寸法精度のリング状部材の作製が可能
になり、したがって、熱処理後の研削工程の削除若しく
は必要ならば仕上げバレル加工又は仕上げ研削のみで十
分な精度を確保でき、研削コストの大幅な削減が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるリング状部材
の製造方法に使用する矯正焼戻し装置を説明するための
説明的断面図である。

【図２】ワーク最高到達温度と矯正焼戻し加工率との関
係を示すグラフ図である。

【図３】最高到達温度が２５０°Ｃの時の旋削完了品寸
法公差率と熱処理完了品寸法公差率と矯正焼戻し加工率
との関係を示すグラフ図である。

【図４】最高到達温度が５００°Ｃの時の旋削完了品寸
法公差率と熱処理完了品寸法公差率と矯正焼戻し加工率
との関係を示すグラフ図である。

【図５】試験片外径に対する内外径の偏心率と内外径の
寸法公差率の差との関係を示すグラフ図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態であるリング状部材
の製造方法に使用する矯正焼入れ装置を説明するための
説明的断面図である。

【図７】矯正焼入れ加工率と焼入れ後の寸法公差率との
関係を示すグラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 寸法公差率が低温焼戻し矯正時は０．０
   ４％以下、高温焼戻し矯正時は０．０８％以下の旋削リ
   ング状部材を焼入れ後、矯正焼戻し加工率が０．２％〜
   次式で定まるδ_max ％の範囲内で矯正焼戻しをすること
   を特徴とするリング状部材の製造方法。 δ_max ＝Ｋ₁₀＋Ｋ₂₀Ｔ（但し、Ｋ₁₀＝0.43±0.03, Ｋ₂₀
   ＝(100.4±0.2)α，Ｔはリング状部材の最高到達温度
   （°Ｃ）、αは線膨張係数）