(57)【要約】【課題】環状部材の外径及び内径のバラつきを抑制することができ、且つ安価に環状部材の硬度を高くすることができる焼き入れ装置を提供する。【解決手段】焼き入れ装置１０は、環状部材１の外周面に当接して環状部材１の径方向外側への変形を規制する外周拘束具２４と、環状部材１の内周面に当接して環状部材１の径方向内側への変形を規制する内周拘束具２７と、外周拘束具２４を環状部材１の外周面に当接させた状態で環状部材１を加熱する加熱装置３０と、加熱装置によって加熱された環状部材１の外周面に外周拘束具２４を当接させるとともに環状部材１の内周面に内周拘束具２７を当接させた状態で環状部材１に冷却剤を吹き付けて環状部材１を冷却する冷却装置４０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状部材の外周面に当接して前記環状部材の径方向外側への変形を規制する外周拘束具と、
前記環状部材の内周面に当接して前記環状部材の径方向内側への変形を規制する内周拘束具と、
前記外周拘束具を前記環状部材の外周面に当接させた状態で前記環状部材を加熱する加熱装置と、
前記加熱装置によって加熱された前記環状部材の外周面に前記外周拘束具を当接させるとともに前記環状部材の内周面に前記内周拘束具を当接させた状態で前記環状部材に冷却剤を吹き付けて前記環状部材を冷却する冷却装置と、を備えた、焼き入れ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焼き入れ装置において、
前記内周拘束具は、前記環状部材の径方向にスライド移動可能に支持されている、焼き入れ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焼き入れ装置において、
前記環状部材の径方向に延びる溝が形成された支持プレートを備え、
前記内周拘束具は、前記溝にガイドされて前記環状部材の径方向にスライド移動可能に前記支持プレートに支持されている、焼き入れ装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の焼き入れ装置において、
前記内周拘束具を前記環状部材の径方向外側へ押圧する押圧子を備え、
前記内周拘束具は、前記押圧子によって押圧されて前記環状部材の径方向外側にスライド移動し、前記環状部材の内周面に当接する、焼き入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状部材を焼き入れする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、環状部材の内周面又は外周面に拘束具を当接させることにより径方向への変形を規制した状態で焼き入れする焼き入れ装置は知られている。この焼き入れ装置は、環状部材を常温から焼き入れ温度まで加熱する加熱部と、焼き入れ温度まで加熱された環状部材をマルテンサイト変態点付近まで冷却する一次冷却部と、マルテンサイト変態点付近まで冷却された環状部材の内周面又は外周面に拘束具を当接させた状態で所定の温度まで冷却する二次冷却部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３８２２３号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の焼き入れ装置によれば、加熱部での加熱工程及び一次冷却部での冷却工程では環状部材の径方向への変形が拘束具で規制されていない。したがって、加熱工程での加熱温度のバラつきや一次冷却工程での冷却温度のバラつきにより、環状部材の外径及び内径にバラつきが生じる。
【０００５】
また、特許文献１では、環状部材を油中に浸漬して冷却している。この場合、環状部材の表面に蒸気膜が形成される。したがって、冷却に時間がかかる。一般に焼き入れ時の冷却時間が長いとワークの硬度を高くすることが困難である。そのため、冷却に時間がかかる場合、環状部材の硬度を高くするためには、環状部材の材料として、焼き入れ性の良い高価な材料を用いる必要がある。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、環状部材の外径及び内径のバラつきを抑制することができ、且つ安価に環状部材の硬度を高くすることができる焼き入れ装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、環状部材（１）の外周面に当接して環状部材の径方向外側への変形を規制する外周拘束具（２４）と、環状部材の内周面に当接して環状部材の径方向内側への変形を規制する内周拘束具（２７）と、外周拘束具を環状部材の外周面に当接させた状態で環状部材を加熱する加熱装置（３０）と、加熱装置によって加熱された環状部材の外周面に外周拘束具を当接させるとともに環状部材の内周面に内周拘束具を当接させた状態で環状部材に冷却剤を吹き付けて環状部材を冷却する冷却装置（４０）とを備えた焼き入れ装置（１０）としたことにある。
【０００８】
これによれば、環状部材は、加熱装置により加熱されると膨張しようとするが、外周拘束具により径方向外側への変形が規制される。また、環状部材が冷却装置により冷却され、その温度が焼き入れ温度からマルテンサイト変態点に達するまでの間は、環状部材は収縮しようとするが、内周拘束具により径方向内側への変形が規制される。また、環状部材の温度がマルテンサイト変態点よりも低くなると、環状部材は再び膨張しようとするが、外周拘束具及び内周拘束具により径方向外側及び径方向内側への変形が規制される。したがって、加熱温度及び冷却温度のバラつきによる環状部材の外径及び内径のバラつきを抑制できる。
【０００９】
また、冷却工程での径方向外側及び径方向内側への変形が規制されるので、水系の冷却剤を用いて急速に環状部材を冷却することができる。したがって、環状部材の材料として、焼き入れ性の良い高価な材料を用いなくても、環状部材の硬度を高めることができる。その結果、環状部材の材料コストを削減できる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、内周拘束具は、環状部材の径方向にスライド移動可能に支持されていることにある。
【００１１】
この場合、環状部材の径方向に延びる溝（２６３，２６４）が形成された支持プレート（２６）を備え、内周拘束具は、前記溝にガイドされて環状部材の径方向にスライド移動可能に支持プレートに支持されているとよい。
【００１２】
また、この場合、内周拘束具を環状部材の径方向外側へ押圧する押圧子（２８）を備え、内周拘束具は、押圧子によって押圧されて環状部材の径方向外側にスライド移動し、環状部材の内周面に当接するとよい。
【００１３】
これによれば、焼き入れにより環状部材が膨張又は収縮して内周拘束具に密着したとしても、焼き入れ終了後に内周拘束具を径方向内側にスライドさせることにより内周側の拘束を簡単に解除できる。したがって、焼き入れ終了後に、環状部材を焼き入れ装置から簡単に取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る焼き入れ装置によって焼き入れされる環状部材を斜め下方から見た斜視図である。
【図２】図１の環状部材及び本発明の一実施形態に係る焼き入れ装置の焼き入れ装置本体部を斜め上方から見た斜視図である。
【図３】図１の環状部材及び図２の焼き入れ装置本体部を斜め下方から見た斜視図である。
【図４】図２の焼き入れ装置を上方から見た平面図である。
【図５】支持台、軸、及び受け具を斜め上方から見た斜視図である。
【図６】テーブル及び外周拘束具を斜め上方から見た斜視図である。
【図７】支持プレートを斜め上方から見た斜視図である。
【図８】内周拘束具を斜め上方から見た斜視図である。
【図９】押圧子及び支持具を斜め上方から見た斜視図である。
【図１０】加熱工程での焼き入れ装置をその軸方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図１１】第１及び第２冷却工程での焼き入れ装置をその軸方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
【図１２】第１及び第２冷却工程での焼き入れ装置本体部を斜め上方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る焼き入れ装置１０について説明する。まず、この焼き入れ装置１０によって焼き入れされる環状部材１について説明する。環状部材１は、図１に示すように、円環状に形成された本体部１ａと、本体部１ａの周縁部に沿って本体部１の下面から下方に延設された周壁部１ｂを有する。
【００１６】
焼き入れ装置１０は、図２乃至図４に示すように、鉛直方向に延設された焼き入れ装置本体部２０を備える。また、焼き入れ装置１０は、焼き入れ装置本体部２０の周囲を取り囲むような環状にそれぞれ形成された加熱装置３０及び冷却装置４０を備える（図４参照）。冷却装置４０は、加熱装置３０の下方に設けられている。なお、図２及び図３では、加熱装置３０及び冷却装置４０は省略されている。
【００１７】
焼き入れ装置本体部２０は、図５に示すように、鉛直方向に延びる円筒状に形成された支持台２１を備える。支持台２１の内部には、鉛直方向に延びる円柱状に形成された軸部材２２が収容されている。支持台２１と軸部材２２は同軸配置されている。軸部材２２の下端部が図示しない昇降装置に接続されており、軸部材２２は、この昇降装置により駆動されて支持台２１に対して鉛直方向に移動する。
【００１８】
軸部材２２の上端部には、環状部材１を載置するテーブル２３が組み付けられている。テーブル２３は、非磁性材又は低磁性材（例えばセラミック）で構成されている。テーブル２３は、図６に示すように、円環状にそれぞれ形成され、同軸配置された内輪部２３１と外輪部２３２を有する。内輪部２３１は、外輪部２３２の内側に配置されている。外輪部２３２の外径は、環状部材１の外径と同一である。内輪部２３１の内径は、軸部材２２の外径と同一である。内輪部２３１と軸部材２２とが同軸配置されるように、内輪部２３１の内側に軸部材２２の上端部が挿入され、内輪部２３１と軸部材２２の上端部とが、溶接、接着などにより接合される。内輪部２３１の外周面と外輪部２３２の内周面とがそれらの径方向に延びる複数の接続部２３３によって接続されている。本実施形態では、テーブル２３は８個の接続部２３３を有しており、これらの接続部２３３は周方向に等間隔に設けられている。周方向に隣り合う２つの接続部２３３と、内輪部２３１及び外輪部２３２とで囲まれた領域には、鉛直方向に貫通する貫通孔２３４が形成されている。本実施形態では、テーブル２３は８個の接続部２３３を有しているので、テーブル２３は８個の貫通孔２３４を有する。
【００１９】
外輪部２３２の外周面には、環状部材１の外周面に当接して、環状部材１の径方向外側への変形を規制する複数の外周拘束具２４が組み付けられている。外周拘束具２４は、非磁性材又は低磁性材（例えばセラミック）で構成されている。外周拘束具２４は、鉛直方向に延びる板状に形成されている。外周拘束具２４は、上方（又は下方）から見て円弧状に湾曲形成されている。外周拘束具２４の内周面は、テーブル２３の外周面に沿うように形成されている。複数の外周拘束具２４は、周方向に等間隔に配置されている。具体的には、各外周拘束具２４をその周方向に２等分する平面と、各貫通孔２３４をその周方向に２等分する平面とが同一平面となるように各外周拘束具２４が配置されている。
【００２０】
また、軸部材２２の上端には、略円柱状に形成され、環状部材１の内側に挿入されて、環状部材１の内周部を支持する受け具２５が組み付けられている（図５参照）。受け具２５の外形は、環状部材１の内径と同一である。受け具２５の下端部には外側に広がるフランジ部２５１が形成されている。テーブル２３に環状部材１が載置された状態では、フランジ２５１の上面が環状部材１の本体部１ａの内周部下面に当接する。
【００２１】
また、支持台２１の上端部には、円板状に形成された支持プレート２６が組み付けられている。支持プレート２６は、図７に示すように、中央部に鉛直方向に貫通する貫通孔２６１を有している。貫通孔２６１に支持台２１の上端部が挿入され、貫通孔２６１と支持台２１とが同軸配置された状態で、支持プレート２６と支持台２１とが、溶接、接着などにより接合される。貫通孔２６１の内周面には、径方向外側に入り込んでいて、且つ周方向に延びる円弧状に切り欠かれた複数の切り欠き部２６２が設けられている。本実施形態では、外周拘束具２４の数と同数（すなわち８個）の切り欠き部２６２が設けられている。複数の切り欠き部２６２は、周方向に等間隔に配置されている。テーブル２３が軸部材２２に組み付けられ、且つ支持プレート２６が支持台２１に組み付けられた状態では、各切り欠き部２６２をその周方向に２等分する平面と、各貫通孔２３４をその周方向に２等分する平面とが同一平面となるように各切り欠き部２６２が配置されている。
【００２２】
また、支持プレート２６の上面には、径方向に延びる複数の溝２６３が形成されている。本実施形態では、外周拘束具２４の数と同数（すなわち８個）の溝２６３が設けられている。各溝２６３は、支持プレート２６の外周縁から内側へ向かって形成され、各切り欠き部２６２に連通している。複数の溝２６３は、周方向に等間隔に配置されている。具体的には、各溝２６３をその周方向に２等分する平面と、各切り欠き部２６２をその周方向に２等分する平面とが同一平面となるように各溝２６３が配置されている。また、溝２６３の側壁２６３ａ，２６３ａにはその下端部に沿って径方向に延びる溝２６４，２６４が形成されている。
【００２３】
支持プレート２６の上面には、環状部材１の内周面に当接して、環状部材１の径方向内側への変形を規制する複数（本実施形態では８個）の内周拘束具２７が載置されている。内周拘束具２７は、図８に示すように、鉛直方向に延びる略直方体状に形成されている。内周拘束具２７の径方向外側面２７ａは、環状部材１の周壁部１ｂの内周面に沿うように円弧面状に形成されている。また、内周拘束具２７の径方向内側面２７ｂの下端部には、径方向内側へ突出した突出部２７１が形成されている。突出部２７１は、上端側の突出量よりも下端側の突出量が小さくなるように形成されている。すなわち、突出部２７１の先端面２７１ａは、その上端部よりも下端部が径方向外側に位置するように傾斜している。さらに、内周拘束具２７の側面２７ｃ，２７ｃには、その下端に沿って径方向に延びる突条部２７２，２７２が形成されている。内周拘束具２７は、その突条部２７２，２７２が支持プレート２６の溝２６４，２６４に嵌合するように、支持プレート２６の外周側から支持プレート２６の溝２６３に挿入される。内周拘束具２７は、溝２６３及び溝２６４，２６４にガイドされて径方向にのみ移動可能に支持プレート２６に支持される。
【００２４】
また、支持台２１の外周部には、複数の内周拘束具２７の先端面２７１ａを径方向外側にそれぞれ押圧して移動させる複数（本実施形態では８個）の押圧子２８が設けられている。押圧子２８は、図９に示すように、鉛直方向に延びる棒状に形成されている。各押圧子２８の下端は、円環状に形成された支持具２９の上面に接続されている。支持具２９の内径は、支持部２１の外径よりも少し大きく形成されており、支持具２９の内側に支持台２１が挿入されている。支持具２９は、支持プレート２６の下方に位置している。押圧子２８は、支持具２９の周方向に等間隔に配置されている。各押圧子２８の上端部は各切り欠き部２６２に挿入される。押圧子２８の上端部は楔状に形成されていて、内周拘束具２７の先端面２７１ａに当接する。支持具２９は、軸部材２２を昇降させる昇降装置とは異なる昇降装置に接続されており、この昇降装置によって駆動されて鉛直方向に移動する。これにより、押圧子２８の上端部が内周拘束具２７の先端面を径方向外側へ押して内周拘束具２７を径方向外側へ移動させる。
【００２５】
加熱装置３０は、図１０及び図１１に示すように、支持台２１の上方に設けられている。加熱装置３０は、コイル３１と、コイル３１に高周波電流を印加する電源３２を有する。コイル３１及び電源３２は図示しない支持部材に支持されている。コイル３１は、軸部材２２と同軸配置されている。コイル３１の内側には、テーブル２３に載置されて外周拘束具２４によって外周部を拘束された環状部材１が挿入され、電源３２からコイル３１に高周波電流が印加されて、環状部材１が誘導加熱される。
【００２６】
冷却装置４０は、加熱装置３０の下方に設けられている。冷却装置４０は、環状に形成された冷却ジャケット４１を有する。冷却ジャケットは図示しない支持部材に支持されている。冷却ジャケット４１は、軸部材２２と同軸配置されている。冷却ジャケット４１は中空状に形成されていて、冷却ジャケット４１内に冷却剤（例えば水）が注入される。冷却ジャケット４１の内周側の壁面には、複数の小さな貫通孔が設けられており、冷却ジャケット４１内に注入された冷却剤が前記貫通孔から径方向内側に向かって噴射される。冷却ジャケット４１の内側には、テーブル２３に載置されて外周拘束具２４及び内周拘束具２７によって外周部及び内周部を拘束された環状部材１が挿入され、前記噴射された冷却剤によって環状部材１が冷却される。
【００２７】
次に、上記のように構成した焼き入れ装置１０を用いて環状部材１を焼き入れする手順を説明する。
【００２８】
（加熱準備工程）
まず、テーブル２３の上方から環状部材１を下降させて環状部材１の内側に受け具２５の上端部を挿入する。そして、環状部材１をさらに下降させて、環状部材１の内周部の下面をフランジ部２５１の上面に当接させるとともに、環状部材１の周壁部１ｂの下面をテーブル２３の上面に当接させる。これにより、環状部材１がテーブル２３に載置される。
【００２９】
（加熱工程）
次に、軸部材２２を上昇又は下降させて、図１０に示すように、環状部材１をコイル３１の内側に位置させる。そして、コイル３１に高周波電流を印加する。これにより、環状部材１の外周部が誘導加熱される。なお、上記のように、テーブル２３及び外周拘束具２４は非磁性材又は低磁性材で構成されているので、ほとんど加熱されない。環状部材１の外周面の温度を図示しない計測装置で計測し、その温度が焼き入れ温度（例えば８５０℃）に達するまで加熱する。
【００３０】
（冷却準備工程）
次に、軸部材２２を下降させて、図１１に示すように、環状部材１を冷却ジャケット４１の内側に位置させる。この状態では、図１１及び図１２に示すように、内周拘束具２７の上端部が貫通孔２３４に挿入されている。次いで、支持具２９を上方へ移動させて、押圧子２８の上端部を内周拘束具２７の先端面２７１ａに当接させるとともに径方向外側へ押すことにより、内周拘束具２７を径方向外側へ移動させる。これにより、内周拘束具２７の径方向外側面２７ａを環状部材１の内周面に当接させる。
【００３１】
（第１冷却工程）
次に、冷却ジャケット４１から冷却剤を環状部材１に向かって噴射し、環状部材１の温度がマルテンサイト変態点（例えば２７０℃）に達するまで冷却する。
【００３２】
（第２冷却工程）
第１冷却工程に引き続き、冷却ジャケット４１から冷却剤を環状部材１に向かって噴射し、環状部材１の温度がマルテンサイト変態点よりも低い所定の温度（例えば１１０℃）に達するまで冷却する。
【００３３】
（終了工程）
環状部材１の温度が前記所定の温度に達すると、環状部材１への冷却剤の噴射を停止する。次に、支持具２９を下方へ移動させ、押圧子２８の上端部を内周拘束具２７の先端面２７１ａから離間させる。これにより、環状部材１の内周部の拘束が解除される。そして、環状部材１をテーブル２３から取り外す。
【００３４】
本実施形態の焼き入れ装置１０によれば、加熱工程では、環状部材１は膨張しようとするが、外周拘束具２４により径方向外側への変形が規制される。また、第１冷却工程では、環状部材１は収縮しようとするが、内周拘束具２７により径方向内側への変形が規制される。また、第２冷却工程では、環状部材１は再び膨張しようとするが、外周拘束具２４及び内周拘束具２７により径方向外側及び径方向内側への変形が規制される。したがって、加熱温度及び冷却温度のバラつきによる環状部材１の外径及び内径のバラつきを抑制できる。
【００３５】
また、第１及び第２冷却工程での径方向外側及び径方向内側への変形が規制されるので、水系の冷却剤を用いて急速に冷却することができる。したがって、環状部材１の材料として、焼き入れ性の良い高価な材料を用いなくても、環状部材１の硬度を高めることができる。したがって、環状部材１の材料コストを削減できる。
【００３６】
また、内周拘束具２７は環状部材１の径方向にスライド可能に構成されている。したがって、焼き入れにより環状部材１が膨張又は収縮して外周拘束具２４又は内周拘束具２７に密着したとしても、焼き入れ終了後に内周拘束具２７を径方向内側にスライドさせることにより内周側の拘束を簡単に解除できる。これにより、焼き入れ終了後に、環状部材１をテーブル２３から簡単に取り外すことができる。
【００３７】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、複数の外周拘束具２４が周方向に間隔をおいて設けられているが、外周拘束具が環状に形成されていてもよい。この場合、外周拘束具の外周面から内周面に貫通する複数の貫通孔を設けておき、第１及び第２冷却工程で冷却ジャケット４１から噴射された冷却剤か前記貫通孔を通って環状部材１の外周面に到達するように構成するとよい。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・環状部材、１０・・・焼き入れ装置、２０・・・焼き入れ装置本体部、２１・・・支持台、２２・・・軸部材、２３・・・テーブル、２４・・・外周拘束具、２６・・・支持プレート、２６３，２６４・・・溝、２７・・・内周拘束具、２８・・・押圧子、２９・・・支持具、３０・・・加熱装置、３１・・・コイル、３２・・・電源、４０・・・冷却装置、４１・・・冷却ジャケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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