(57)【要約】【課題】円筒部を有し、その円筒部の一端側と他端側の肉厚が異なる機械部品の前記円筒部の肉厚大側の端面を、円筒部の一端側の内径と他端側の内径の縮み量に大きな差を発生させずに熱処理できるようにすることを課題としている。【解決手段】機械部品１に設けられた円筒部２の肉厚小側の端面Ｂを、その面Ｂの熱処理が要求されないときにも加熱し、その後、焼き入れなどが要求される円筒部２の肉厚大側の端面Ａを加熱する。この方法を採ると、円筒部２の一端側と他端側の穴寸法精度の悪化が抑えられ、機械加工なしで要求される穴寸法精度を確保することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系機械部品が一端側と他端側で肉厚の異なる中空の円筒部を有し、その円筒部の端面を加熱する熱処理方法であって、前記円筒部の肉厚小側の端面を先に加熱し、その後、円筒部の肉厚大側の端面を加熱することを特徴とする機械部品の円筒部端面の熱処理方法。
【請求項２】
前記機械部品が鉄系焼結部品、炭素鋼で形成された鍛造部品又は炭素鋼で形成された鋳造部品であり、その部品の円筒部の端面を加熱して焼き入れを行う請求項１に記載の機械部品の円筒部端面の熱処理方法。
【請求項３】
前記焼き入れを、火炎焼き入れ、高周波焼き入れのいずれかで行う請求項２に記載の機械部品の円筒部端面の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄系機械部品の中空円筒部の端面を、焼き入れなどを目的として加熱する熱処理方法に関する。詳しくは、熱処理に伴う部品の精度低下を抑制できる熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の動力系部品などとして使用される機械部品の中に、中空の円筒部を有するものがある。例えば、変速機用のクラッチハブ、プーリ、スプロケットなどは、軸穴を設けた円筒部(ボス部)を有している。図３に、そのような機械部品の一例を示す。この機械部品１は、変速機用のクラッチハブであり、中心部に貫通穴(軸穴)３を有する円筒部２を備えている。
【０００３】
自動車の動力系などに使用される機械部品は、材料として炭素鋼や鉄系焼結合金などを使用し、鍛造、鋳造、或いは焼結後に必要箇所を焼き入れして強化する方法が採られる。例えば、図３の機械部品１は、この部品を用いる機構、構造から焼き入れが必要な円筒部２の片側の端面(Ａ面)を部分焼き入れしており、このときの焼き入れは、部品の一部分のみの焼き入れとなるので、高周波焼き入れ装置や火炎焼き入れ装置を用いて行われている。
【０００４】
ところで、図３の機械部品１が、粉末冶金法によって製造される焼結部品であると、焼結によって貫通穴３に自然にテーパがつくことがある。そのテーパは、意図的に付与されることもあり、このような部品は円筒部２の一端側と他端側に肉厚差が生じる。
【０００５】
図３の機械部品１は、貫通穴３にテーパがついたことによって円筒部２のＡ面側の肉厚ｔ２がＢ面側の肉厚ｔ１よりも大きくなっている。なお、機能上の観点から円筒部２の一端側の肉厚を他端側の肉厚よりも厚くすることもある。
【０００６】
その肉厚が大きい側の端面、図においてはＡ面に焼き入れなどの熱処理を施すと、円筒部２がＡ面側で縮んでストレートの軸穴にテーパが付き、また、元々テーパがついている軸穴の場合には穴のテーパがさらに大きくなって部品の精度が悪化し、熱処理後に寸法矯正のための機械加工が必要になることがある。
【０００７】
例えば、内径：約５０ｍｍ、外径：約６５ｍｍ、全長：約２０ｍｍの円筒部（ボス部）を有する鉄系焼結部品を例に採ると、円筒部２のＡ面側の内径とＢ面側の内径に、半径で０．０７０ｍｍ程度（平均値）の縮み差が発生することがある。なお、溶製鋼で形成される部品は、マルテンサイト変態量が焼結金属よりも多くなるので、熱処理で発生する内径差は上記の数値よりもさらに大きくなると考えられる。
【０００８】
円筒部の内径に許容範囲を超えるテーパがつくと、内径の矯正が必要になる。また、部品の形状によっては矯正が行えないことがあり、そのときには製品の不良率が高まる。この不具合をなくすために、円筒部を有する図３に示すような機械部品の端面の熱処理を円筒部の一端と他端の縮み差を抑えて実施することが望まれている。しかしながら、その要求に応えられる従来技術は見当たらない。
【０００９】
例えば、円筒部を有する部品の高周波焼き入れについて述べた文献として、下記特許文献１があるが、この特許文献１が開示している方法では、円筒部の片方の端面を焼き入れしたときに起こる前述の寸法精度の悪化を防止することができない。
【特許文献１】特許第３２５７４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、部品の精度低下を抑えるために、円筒部の一端側と他端側に大きな縮み量差を生じさせずに円筒部端面の熱処理を行えるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明においては、機械部品の一端側と他端側の肉厚に差がある円筒部の肉厚小側の端面を先に加熱し、その後、円筒部の肉厚大側の端面を加熱する方法を採る。
【００１２】
この方法を適用する機械部品は、鉄系焼結部品、炭素鋼で形成された鍛造部品又は炭素鋼で形成された鋳造部品のいずれであってもよい。また、熱処理に伴う円筒部の穴精度の低下の問題は、円筒部の端面を焼き入れするときに顕著であるので、その焼き入れのための加熱をこの発明の方法で行うと特に大きな効果を期待できる。熱処理が焼き入れの場合、その焼入れは火炎焼き入れ、高周波焼き入れのどちらで行ってもよい。なお、この発明の方法は、焼き入れ以外の熱処理にも利用できる。
【発明の効果】
【００１３】
２つの端面のうち、いずれか一方の端面の熱処理が必要な場合、従来は、要求される側の端面のみを加熱していた。これに対し、この発明では、熱処理が要求されない側の端面も熱処理し、その熱処理は肉厚小側の端面を先に行い、その後に肉厚大側の端面を熱処理する。
例えば、円筒部の肉厚大側の端面のみを熱処理することが要求される場合、この発明では熱処理が要求されない肉厚小側の端面も加熱する。この肉厚小側の端面を先に加熱すると、肉厚小側でも円筒部の縮みが発生する。また、肉厚小側の端面を先に加熱したときに部品の内部に応力が発生して残留し、その残留応力により、肉厚大側の端面を加熱したときの円筒部の肉厚大側の縮み量が肉厚小側を加熱しなかった場合に比べて小さく抑えられる。これらの作用によって円筒部の貫通穴のテーパが従来よりも小さくなる。
【００１４】
なお、肉厚大側の端面を先に加熱し、その後、肉厚小側の端面を加熱すると、肉厚小側の縮み量が肉厚大側の端面を加熱しなかった場合に比べて小さくなり、部品の精度低下抑制の効果が十分に発揮されない。従って、端面の加熱は、肉厚小側を先行させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の端面焼き入れ方法の実施の形態を添付図面の図１乃至図３に基づいて説明する。図１の機械部品１は、筒状部品であり、円筒部２の中心にテーパの貫通穴３を設けている。また、図２の機械部品１は、円筒部２の一端側の外径を他端側の外径よりも大となし、この円筒部２にストレートな貫通穴３を設けている。図３の機械部品１は、既に説明したので、再説明を省く。
【００１６】
金属で形成されたこれらの機械部品１の大径側端面、即ち、円筒部２のＡ面を熱処理するときに、この発明では円筒部２の小径側の端面、即ち、Ｂ面を先に加熱し、その後Ａ面を加熱する。
【００１７】
Ａ面の加熱は、Ｂ面の温度が常温あるいは常温近くまで低下した後に行うと、作業の安全性を確保し易い。熱処理は、鉄系焼結部品、炭素鋼で形成された鍛造部品や鋳造部品については焼き入れが多いと考えられるが、円筒部の収縮が起こる温度に加熱される場合には、焼き入れでなくてもこの発明の効果が得られる。
【００１８】
−実施例−
以下に、より詳細な実施例について述べる。図３に示す構造の機械部品１を製造し、この機械部品１をサイジング処理した後、円筒部端面の焼き入れを行った。この実施例に採用した機械部品１は、Ｆｅ−４．０Ｎｉ−２．０Ｃｕ−１．５Ｍｏ−０．５Ｃ(単位は重量比)の組成の原料粉末を、平均密度４０％に圧縮成形して焼結した焼結部品であり、円筒部２の中心の貫通穴３はＡ面側が小径のテーパ穴になっている。
【００１９】
この図３の焼結部品１の寸法諸元は、貫通穴２のＡ面側内径D１：φ３４ｍｍ、Ｂ面側内径D２：φ３４．５０ｍｍ、円筒部２の外径Ｄ３：φ５９ｍｍ、外輪４の内径D４：φ８８ｍｍ、外輪４の外径D５：φ９７ｍｍ、円筒部２の長さＬ１：１９ｍｍである。これらの数値は、部品数１０個の平均値を表している。
【００２０】
焼き入れは火炎焼き入れでもよいが、ここでは、高周波焼き入れ装置を使用した。高周波焼き入れの手順は、図４に示すように、焼き入れする面を上にしてワークテーブル５上に機械部品１を載せる。ワークテーブル５は回転機構と昇降機構(いずれも図示せず)を有しており、受け渡し点で受け取った機械部品１を高周波コイル６が配置されている焼き入れ部に上昇させる。
【００２１】
この後、均一加熱のためにワークテーブル５と一緒に機械部品１を適当な速度で回転させながら高周波コイル６に通電して先ずＢ面を加熱する。このときの加熱温度は、Ｂ面の焼き入れが要求されない場合には焼き入れ温度よりも低くてもよい。
【００２２】
この焼き入れは、第１焼き入れ部と第２焼き入れ部を用意して第１焼き入れ部でＢ面を、第２焼き入れ部でＡ面をそれぞれ焼き入れすると連続作業による処理が可能になり量産性を高められるが、Ｂ面を処理した後に同じワークテーブル上で機械部品１を反転させてＢ面を加熱した高周波コイルでＡ面を加熱することも可能である。
【００２３】
次に、機械部品１のＡ面を上にしてこのＡ面を高周波コイル６で１，０００℃を超える温度に加熱し、加熱後にノズル７から冷却用の油を部品に吹き付けてＡ面の焼き入れを行った。
【００２４】
高周波コイル６による加熱の条件は、Ｂ面側、Ａ面側ともコイル出力４０ＫＷ、周波数１３０ＫＨＺ、加熱時間１．３秒、ワーク回転数１３００ｒｐｍ、冷却時間１０秒、冷却油の油温２０〜４０℃とした。
【００２５】
このようにして焼き入れした機械部品１の内径変化（部品数１０個の平均値）を図５に示す。同図のＩは熱処理する前の内径を、IIはＡ面のみを焼き入れした比較例１の内径を、IIIはこの発明の方法で処理した場合の内径をそれぞれ示している。また、ラインＬ１は許容寸法の上限を、ラインＬ２は許容寸法の下限を示している。図５の「上」は円筒部のＡ面側端部の内径、「中」は円筒部の長手中間部の内径、「下」は、円筒部のＢ面側端部の内径である。
【００２６】
図５からわかるように、この発明の方法によれば、サイジング処理を行っても十分でなかった機械部品の穴寸法精度を、機械加工を行わずに加熱処理によって要求値内に納めることができ、生産性やコスト面で有利になる。
【００２７】
図６は、比較のためにＡ面を先に加熱し、その後にＢ面を加熱した同一仕様の機械部品１の内径Ｖ（部品数１０個の平均値）を調査し、Ｂ面を先に加熱した図５のこの発明の方法による内径IIIと比較して示している。Ａ面を先に加熱した部品の内径Ｖは、焼き入れ後の内径寸法が要求値外になっており機械加工による内径寸法の仕上げが必要である。これからＢ面を先に加熱することの有効性がわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の方法で熱処理する機械部品の一例を示す断面図
【図２】この発明の方法で熱処理する機械部品の他の例を示す断面図
【図３】この発明の方法で熱処理する機械部品のさらに他の例を示す断面図
【図４】焼き入れの概要を示す断面図
【図５】この発明の方法で焼き入れを行った焼結機械部品の穴精度を片面のみの加熱を行ったものと比較して示す図
【図６】この発明の方法で焼き入れを行った焼結機械部品と端面の加熱順序をこの発明とは逆にした部品の穴精度を比較して示す図
【符号の説明】
【００２９】
１          機械部品
２          円筒部
３          貫通穴
４          外輪
５          ワークテーブル
６          高周波コイル
７          ノズル
【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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