(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部にコイル冷却液を貫流させて自己冷却する中空管から形成された誘導子を有する誘導加熱コイルにおいて、被焼入部に焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを噴射する噴射管が前記誘導子の中空部を貫通して設けられたことを特徴とする誘導加熱焼入用コイル。
【請求項２】
被焼入リング体の内周面または外周面を焼入れする誘導加熱焼入装置において、中空部にコイル冷却液を貫流させて自己冷却する中空管がリング形に成形された誘導子と、焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを被焼入部に噴射するように該誘導子の中空部を貫通して該誘導子リングの放射方向に設けられた噴射管とを備えた誘導加熱焼入用コイルと、焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを前記噴射管に供給する供給部とが設けられたことを特徴とする誘導加熱焼入装置。
【請求項３】
前記供給部が前記誘導加熱焼入用コイルに一体に組み立てられて構成されることを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項４】
焼入れ急冷時に、被焼入リング体の内周面焼入れの場合には外周面を、外周面焼入れの場合には内周面を噴射冷却する補助冷却手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の誘導加熱焼入装置。
【請求項５】
前記被焼入リング体は内歯車または外歯車のリングギヤであることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の誘導加熱焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内歯車あるいは外歯車を有するリングギヤなどの歯形の焼入れや、リング体部材の内周面または外周面を焼入れする誘導加熱コイルと誘導加熱焼入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば内歯車のリングギヤの歯形焼入れをする場合に、加熱コイルにより歯形を誘導加熱した後、被焼入体を移動して加熱面に焼入冷却液を噴射して冷却する方法が行われた。しかし、この方法では被焼入体を移動する機構が必要で装置が複雑になり、また加熱から冷却までの時間がかかって焼入れむらが生じたりする場合があった。また、被加熱部の加熱中の酸化防止のために被加熱部に不活性ガスなどを吹き付けるには、誘導子と被加熱体の隙間から不活性ガスを噴射する手段などを別個に設ける必要があった。
【０００３】
そこで、図５の断面図に示すような中空管の誘導子１１の加熱コイルを使用して被焼入ギヤＷの歯形を誘導加熱後した後、この中空管の中空部から外壁に設けられた噴出口３を通して焼入冷却液（以下焼入液という）を被焼入歯面に噴射し急冷して焼入れする方法が採られた。また、この加熱コイルでは、誘導加熱時に中空部から窒素などの不活性ガスを被焼入歯面に噴射して、加熱部に不活性雰囲気を作り酸化スケールの発生を減少させることが行われる。しかし、このような加熱コイルでは誘導子自体の冷却手段が必要であり、例えば図５に示す内歯車Ｗを加熱焼入れするコイルでは、図５（ａ），（ｂ）に示すように誘導子の両端面、あるいは内周面に接触させて冷却管４あるいは５を設けることが行われた。即ち、この冷却管４あるいは５に誘導子冷却用の冷却液（以下コイル冷却液という）を貫流させて外部から冷却した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ａ）にを示すような誘導子２の両端面にコイル冷却管４を設けたコイルでは、誘導子１１と冷却管４を合わせたコイル厚さＴが被焼入歯形の厚さｔより大きくなるために不要の部分まで加熱され加熱パターンが設定し難いという問題点がある。また、図５（ｂ）のように誘導子１１の内周に冷却管５を設けた場合には、パワー効率が悪くなるという問題点がある。さらに、上記（ａ），（ｂ）いずれの方法においても、冷却の熱伝導を誘導子１１と冷却管４，５の接触面により行うために熱伝導が悪くなり、誘導子１１の被加熱面側とその反対側とに温度差が生じたり、冷却不足のためにコイルにダメージを与えるなどの問題点があった。また、被焼入面のみを急冷して焼入れを行うと焼入面の裏側との冷却速度の差で焼入れ歪みが生ずる場合があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点を解消し上記欠陥がない誘導加熱焼入用コイル及び誘導加熱焼入装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の誘導加熱焼入用コイルは、中空部にコイル冷却液を貫流させて自己冷却する中空管から形成された誘導子を有する誘導加熱コイルにおいて、被焼入部に焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを噴射する噴射管が前記誘導子の中空部を貫通して設けられたことを特徴とするものである。
【０００７】
即ち、本発明の誘導加熱焼入用コイルは、誘導子自体の自己冷却は誘導子の中空部を貫流するコイル冷却液によって行われるので、誘導子の全周が均一かつ十分に冷却され、冷却不良によりコイルにダメージが生ずるようなことがない。また、加熱中の被加熱面の酸化防止のための不活性ガスの噴射や、焼入れ時の焼入液の噴射は、誘導子の中空部を貫通させて設けられた噴射管により行われるので加熱面の雰囲気調整が自由にできる。これにより、加熱中の被加熱面の酸化防止が十分に行われる。また、焼入液を被焼入面に自由な角度で噴射することができるので、焼入れ時の急冷が完全に行われ均一な焼入れ硬さが得られる。
【０００８】
また、本発明の誘導加熱焼入装置は、被焼入リング体の内周面または外周面を焼入れする誘導加熱焼入装置において、中空部にコイル冷却液を貫流させて自己冷却する中空管がリング形に成形された誘導子と、焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを被焼入部に噴射するように該誘導子の中空部を貫通して該誘導子リングの放射方向に設けられた噴射管とを備えた誘導加熱焼入用コイルと、焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを前記噴射管に供給する供給部とが設けられたことを特徴とするものである。この供給部は、誘導加熱焼入用コイルに一体に組み立てて構成されることが簡易な構造で目的を達成するために望ましい。
【０００９】
即ち、リング体の内周あるいは外周を焼入れする場合には、リング形の誘導子に放射方向に貫通して噴射管を設けることにより、焼入面に任意の角度・範囲で雰囲気ガスや焼入液を噴射することができるので、十分な雰囲気保護と急冷焼入れができて均一な焼入れ硬さが得られる。また供給部を設けて、この供給部に導入した焼入冷却液及び／または雰囲気ガスを噴射管に供給するようにすれば、容易にガスまたは液の供給ができ、さらにこの供給部を加熱コイルと一体に組み立てることにより配管などを省略し供給路の短縮による圧力低下などを防止できる。
【００１０】
上記本発明の誘導加熱焼入用コイル及び焼入装置は、リング体の内周または外周の焼入れに適するのみでなく、直線体の表面を焼入れする場合などにも使用できる。また、ここで使用する雰囲気ガスは窒素などの不活性ガスのみでなく、アンモニアガスや炭酸ガスなどの他のガスも使用できる。
【００１１】
また、焼入れ急冷時に、被焼入リング体の内周面焼入れの場合には外周面を、リング体の外周面焼入れの場合には内周面を噴射冷却する補助冷却手段を設けることにより、一層歪みの少ない誘導加熱焼入れをすることができる。本発明の誘導加熱焼入装置は内歯車または外歯車のリングギヤの歯形焼入れに適する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明第１実施形態の誘導加熱焼入用コイル及び誘導加熱焼入装置の構成を示す断面図、図２はその上面図、図３は主要部分の詳細拡大図である。
【００１３】
これらの図おいて、誘導加熱コイル１０の誘導子１１は、中空部１１ａを有する中空平角管が１部切欠きリング形に成型され、この中空部１１ａにコイル冷却液が貫流されて誘導子１１を自己冷却する。また、リング形の切欠部の両端に接続されたリード部１３ａ，１３ｂを介してターミナル１４ａ，１４ｂが設けられ、ターミナル１４ａ，１４ｂが図示しない高周波誘導電源に接続される。誘導子１１には、フェライトなどのコ字型断面の複数のコアブロック１５が誘導子１１を内周側から抱くようにして取り付けられている。
【００１４】
誘導子１１の中空部１１ａを放射方向に貫通して複数の噴射管１２が設けられる。誘導子１１の内周側にコアブロック１５を介在させて円筒箱型の供給箱（供給部）２１が挿入される。供給箱２１はエポキシ樹脂などの絶縁体で作られフレーム１に固定される。供給箱２１の外周フランジ２１ａと底蓋２２のフランジによりコアブロック１５の両端部が挟まれて誘導加熱コイル１０がフレーム１に絶縁されて支持されている。
【００１５】
供給箱２１の上底２１ｂには焼入液供給管２４とガス供給管２５が設けられ、図示しない切り換え手段により切り換えられて、供給箱２１の箱内に焼入液や雰囲気ガスを供給するようになっている。供給箱２１の円筒壁には放射方向に複数の貫通孔２１ｃが設けられ、コアブロック１５を貫通して設けられた貫通孔１５ａと噴射管１２の中心孔を貫通して焼入液あるいは雰囲気ガスを噴射するようになっている。供給箱２１の円筒部外周とコアブロック１５の内周面、及びコアブロック１５の外周面と誘導子１１の内周との間はエポキシ系接着剤で気密に接着されて、噴射管１２に供給される焼入液や雰囲気ガスが漏洩しないようになっている。底蓋２２の箱内側にはガス・液流を整流化するように突起部２２ａが設けられている。
【００１６】
被焼入体（以下ワークという）Ｗは内歯車のリングギアで、内歯車と誘導子の外周との間に所定の隙間を設けて載置されて加熱焼入れされる。ワークＷは加熱時に回転するようにすることが望ましいが、回転させなくてもよい。
【００１７】
ワークＷの外周を囲んで補助冷却手段３０がボルト３３によりフレーム１に懸垂支持されて設けられている。補助冷却手段３０はリング形の中空管３１からなり、中空管内周壁に噴射口３２が設けられている。ワークＷの内面の焼入れ冷却時に噴射口３２から補助冷却液が噴射されて、その外周側を冷却するようになっている。
【００１８】
上記構成の本発明の焼入装置の動作について説明する。誘導子１１の外周側に所定の隙間をおいてワークＷを置き、誘導子１１に通電してワークＷの内周歯形を誘導加熱する。このとき誘導子１１は、中空部１１ａに貫流されているコイル冷却液により自己冷却されるので完全均一な冷却が行われる。誘導加熱中、ガス供給管２５から、例えば低圧に減圧された窒素ガスが供給箱内に送気され、貫通孔２１ｃ，１５ａを介して複数の噴射管１２から被焼入部に排気され被加熱部を不活性雰囲気に保持する。これによって加熱中の酸化スケールの発生を減少できる。本実施形態の誘導加熱焼入用コイルは、誘導子１１をコアブロック１５により囲んでいるので漏洩磁束が少なく加熱効率がよいが、必ずしもコアブロックを使用するものに限らない。
【００１９】
ワークＷが所定焼入温度に加熱されると、加熱コイルの電源が遮断され、雰囲気ガス供給管４５から供給されていた窒素ガスが停止されて、図示しない切替えバルブによりガスから焼入液に切り換えられて、焼入液が焼入液供給管４４から供給箱２１内に注入され、貫通孔２１ｃ，１５ａを介して噴射管１２からワークＷの内周焼入面に噴射され、被焼入面が急冷されて焼入れされる。同時に補助冷却手段３０の噴射口３２から補助冷却液が噴射されてワークＷの外周を冷却する。これによりワークＷは内外周が均等かつ急速に冷却されるので冷却歪みの変動が減少し焼き割れが防止される。
【００２０】
図４は本発明第２実施形態の誘導加熱焼入装置の構成断面を示す図である。第１実施形態はリング体の内周を焼入れするものであるが、本第２実施形態は外歯車リングギア歯形などのリング体の外周を焼入れするものである。第２実施形態も主要構成は第１実施形態と同様であるので、共通部は共通記号を使用する。
【００２１】
図４において、誘導子１１は第１実施形態と同様に一部切欠リング形の中空部１１ａを有するの平角管からなり、中空部１１ａにコイル冷却液が貫流されて誘導子１１を冷却する。図示を省略するがリード部、ターミナルが接続されて誘導加熱コイル１０が構成されることも同様である。コアブロック１５は誘導子１１の外側から抱くようにして取り付けられる。
【００２２】
誘導子１１の中空部１１ａを貫通して放射状に複数の噴射管１２が設けられるが、供給箱（供給部）２１´はコアブロック１５を外側から取り巻く中空リング形の箱からなる。図示しない焼入液供給管とガス供給管から中空部に焼入液や雰囲気ガスが供給され、供給箱２１´の内周壁に設けられた貫通孔２１ｃ´、コアブロック１５を貫通して設けられた貫通孔１５ａを通じて噴射管１２に供給される。
【００２３】
補助冷却手段３０はリング形の中空管３１´からなり、ワークＷ´の内周側に設けられて、焼入れ冷却時に噴射口３２´から補助冷却液が噴射され、ワークＷの内周側を冷却するようになっている。
【００２４】
第２実施形態の焼入装置の動作については第１実施形態と同様であるので省略する。
【００２５】
なお、本発明の焼入装置は、前記第１、第２実施形態に述べたリング体だけでなく直線体、曲面体の平面などの焼入れにも応用できる。
【００２６】
以上述べたように、本発明実施形態の誘導加熱焼入装置は、誘導子が中空管中を貫流するコイル冷却液により自己冷却されるので、冷却管を誘導子の外側に接触して設けた従来方法に比し完全に冷却が行われ、冷却不足によりコイルにダメージを生ずることがない。一方、加熱中の加熱部の雰囲気制御と、焼入れ時の急冷は誘導子を貫通して設けられた噴射管により、雰囲気ガスの噴射と焼入液の噴射によって行われるので、完全な雰囲気制御と十分な急冷が行われて均一な焼入れ硬さが得られる。
【００２７】
また、補助冷却手段を設け、焼入れ冷却時に被焼入部材の焼入面の裏側を同時冷却するので、焼入れ歪みが減少し焼き割れを生ずるようなことがない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱焼入装置によれば、誘導子が完全に自己冷却されるのでコイルのダメージがない。また、誘導加熱時に加熱部の雰囲気制御が容易にできるので、加熱面のスケールの発生を減少し光輝焼入れができる。また、焼入れ冷却時に噴射管から焼入液が焼入面に適切かつ均等に噴射されるので均一に急冷され均一な焼入れ硬さが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の上面図である。
【図３】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の誘導加熱コイルの詳細を示す拡大図である。
【図４】本発明第２実施形態の誘導加熱焼入装置の構成を示す断面図である。
【図５】従来の誘導加熱コイルを説明する断面図である。
【符号の説明】
Ｗ，Ｗ´  被焼入部材（ワーク）
１  フレーム
２  誘導子
３  噴射口
４，５  冷却管
１０  誘導加熱コイル
１１  誘導子
１２  噴射管
１３ａ，ｂ  リード部
１４ａ，ｂ  ターミナル
１５  コアーブロック
１５ａ  貫通孔
２１，２１´  供給箱（供給部）
２１ａ  フランジ
２１ｂ  上底
２１ｃ，２１ｃ´  貫通孔
２２  上底
２３  下底
２４  焼入液供給管
２５  ガス供給管
３０  補助冷却手段
３１，３１´  中空管
３２，３２´  噴射口
３３  ボルト
【図１】
0003715451.tif 000002
【図２】
0003715451.tif 000003
【図３】
0003715451.tif 000004
【図４】
0003715451.tif 000005
【図５】
0003715451.tif 000006