(57)【要約】【課題】シャフト状のワークＷなど長軸部材を加熱する加熱部（例えば高周波加熱コイル１）と、加熱後の長軸部材に焼入液（例えば高周波加熱コイル１の冷却液Ｌ）を噴射して焼入れする冷却部（冷却ジャケット２）と、を備えた焼入装置において、ワークＷの焼入が終了した部位に残熱による意図しない焼き戻しが発生することを抑制する。【解決手段】冷却部からワークＷに向かって噴射され、跳ね返って周囲に飛散する焼入液（冷却液Ｌ）を回収して、ワークＷの焼入れされた部位に再度、接触させる回収部（冷却液回収部３）を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸部材を加熱する加熱部と、加熱後の長軸部材に焼入液を噴射して焼入れする冷却部と、を備えた長軸部材の焼入装置であって、
前記冷却部において長軸部材に向かって噴射され、その周囲に飛散した焼入液を回収して、前記長軸部材の焼入れされた部位に再度、接触させる回収部を備えることを特徴とする長軸部材の焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の駆動系などに用いられるシャフトのような長軸部材の焼入れをする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の駆動系などに用いられるシャフトには鉄鋼材料で形成され、その内部の粘さを保ちつつ表面の硬度を高めるために、いわゆる高周波焼入が行われたものがある。そして、このシャフトのような長軸部材の焼入装置として、例えば特許文献１には、シャフト状ワークを取り囲むリング状の高周波加熱コイル（加熱部）と、その加熱導体部に一体に設けられた冷却ジャケット（冷却部）とを備えたものが記載されている。
【０００３】
この冷却ジャケットは、加熱後の長軸部材を急却するためのものであり、冷却液を複数の開口から加熱後のワークに向かって噴射するようになっている。そして、前記の焼入装置では、シャフト状ワークの基端側から先端側に向かって高周波加熱コイルを移動させ、ワークを加熱するとともに、その加熱後の部位に冷却ジャケットから冷却液を噴射して急冷することにより、焼入れを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６４７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記のように長軸部材の外周面に向かって噴射された冷却液は、どうしても跳ね返って周囲に飛散するようになるので、長軸部材の残熱を取りきれないことがある。すなわち、前記従来例のように長軸部材の長手方向に高周波加熱コイルおよび冷却ジャケットを移動させながら、順に焼入れするようにした場合、その焼入後の表面に長軸部材の内部の残熱が伝わって、温度が上昇するようになる。
【０００６】
このように長軸部材の焼入れ後の表面に内部の残熱が伝わって温度が上昇すると、意図しない焼き戻しが発生してしまい、所用の硬度が得られないおそれがある。つまり、焼入れによる長軸部材の表面処理の効果が減退して、その強度や耐摩耗性などを十分に高めることができないおそれがあった。
【０００７】
かかる点に鑑みて本発明の目的は、加熱後に冷却液の噴き付けが終了した部位（焼入部位）をさらに適度に冷却することによって、内部の残熱による焼き戻しの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために本発明は、長軸部材を加熱する加熱部と、加熱後の長軸部材に焼入液を噴射して焼入れする冷却部と、を備えた長軸部材の焼入装置が対象であって、前記冷却部において長軸部材に向かって噴射され、その周囲に飛散した焼入液を回収して、前記長軸部材の焼入れされた部位に再度、接触させる回収部を備えたものである。
【０００９】
前記のように構成された焼入装置では、加熱部によって加熱された長軸部材に、冷却部において焼入液（通常は水または、水にポリアルキレングリコールを数％混ぜたクーラントなどの冷却液）が噴射され、焼入れが行われるとともに、その後、周囲に飛散した焼入液が回収部によって回収されて、長軸部材の焼入れされた部位に再度、接触させられる。これにより、焼入れされた部位が適度に冷却されることになり、その内部の残熱による意図しない焼き戻しの発生を抑制できる。
【００１０】
すなわち、好ましくは長軸部材を上下方向に向けて配置し、その所定部位を加熱しながら、加熱後の部位に焼入液を噴射して急冷するとともに、そこから跳ね返って周囲に飛散する焼入液を皿状の容器で受け止めて再度、長軸部材に接触させるようにすればよい。この場合、長軸部材を下方に向かって移動させ、その所定部位を下側から上側に順に加熱および冷却するようにしてもよく、また、長軸部材は固定しておいて、加熱部および冷却部を上方に向かって移動させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上、説明したように本発明に係る長軸部材の焼入装置は、加熱した長軸部材に焼入液を噴射して急冷するだけでなく、その周囲に飛散した焼入液を回収して再度、長軸部材に接触させるようにしたので、焼入れした後の部位を適度に冷却し、内部の残熱による意図しない焼き戻しの発生を抑制することができる。よって、焼入れによる長軸部材の表面処理の効果を確保し、その強度や耐摩耗性などを十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る焼入装置の要部を示す概略構成図であり、ワークの下端部を加熱している状態を示す。
【図２】ワークの中間部を加熱しながら、その下端部を急冷（焼入れ）している状態を示す図１相当図である。
【図３】加熱したワークの中間部を急冷している状態を示す図１相当図である。
【図４】飛散した冷却液を冷却液回収部に溜めて、ワークに接触させるようにした他の実施形態に係る図３相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、車両の駆動系に備わるシャフトの高周波焼入に本発明を適用した場合について説明する。なお、このシャフトになるワークＷは、例えば機械構造用炭素鋼などの金属材料からなり、中実または中空の長軸部材であって、その一端側の所定範囲に表面の硬度を高めるための高周波焼入が施される。
【００１４】
−焼入装置の主要部−
図１には概略的に示すように本実施の形態の焼入装置は、上下方向に向けて保持したワークＷを下方に向かって移動させ、高周波加熱コイル１（加熱部）の中を通過させて誘導電流により表面を加熱するものである。高周波加熱コイル１は従来から公知のもので、ワークＷよりも大径のリング状またはコイル状に形成された加熱導体部１１を有しており、その端部が一対の給電導体部１２によって高周波電源１３に接続されている。
【００１５】
図示の例では高周波加熱コイル１の外周を取り囲むように冷却ジャケット２が設けられており、その内部を流れる冷却液Ｌを利用して、前記のように加熱されて所定温度以上になったワークＷを急冷、即ち焼入れするようになっている。詳細は図示しないが、冷却ジャケット２は、高周波加熱コイル１よりも大径のリング状であり、その内部には周方向全体に冷却液Ｌの流路２１が形成されて、給水路２２によりポンプ２３から冷却液Ｌが供給されるようになっている。
【００１６】
また、冷却ジャケット２の下部の内周側には、下方に向かって拡径するようなテーパ面２ａが全周に亘って形成され、ここには周方向に所定の間隔を空けて複数の開口２４が設けられている。これらの開口２４は、それぞれ冷却ジャケット２の内部の流路２１に連通しており、流通する冷却液ＬをワークＷの外周面に向かって噴射する。つまり、ワークＷの外周を取り囲む冷却ジャケット２の複数の開口２４から、それぞれワークＷの移動方向（図示の例では下方）に向かって、即ち斜め下向きに冷却液Ｌが噴射される。
【００１７】
なお、ワークＷは、その上下両端部あるいは上下いずれかの端部を図示しないチャックやセンターピンなどによって把持されており、これも図示しない移動機構によって一定の速度で下方に移動させられる。この移動機構としては、例えば送りネジと、これによってスライドさせられるスライダと、送りネジを回転駆動するモータとを有するものが挙げられる。スライダに前記のチャックが取り付けられていて、モータによって送りネジが回転駆動されると、ワークＷが制御された速度で移動するようになる。
【００１８】
そうして下方に移動させられるワークＷに対して、図２および図３に示すように高周波加熱コイル１の外周の冷却ジャケット２から前記のように斜め下向きに冷却液Ｌが噴射されることで、高周波加熱コイル１によって所定温度以上に加熱された部位に冷却液Ｌを直接、噴き付けて急冷することができる。すなわち、いわゆるＡ３変態点を超えた鉄鋼材料を急冷、即ち焼入れすることで、その硬度を高めるものである。
【００１９】
但し、そのようにしてワークＷの外周面に噴き付けられる冷却液Ｌは、図２、３に模式的に示すように跳ね返って、周囲に飛散するようになるので、前記のように下方に移動させながらワークＷを加熱および急冷するようにした場合、焼入れが終了した表面にワークＷの内部の残熱が伝わることにより、その温度が上昇して意図しない焼き戻しが発生するおそれがあった。
【００２０】
すなわち、図２に示すように冷却液Ｌが噴き付けられている部位（同図では下端部）は急冷されて、その表面の硬度が高くなるものの、その後、図３に示すように下方に移動したワークＷの下端側の部分においては、内部の残熱が表面に伝わることによって、その温度が上昇するからである。
この点に着目して本実施の形態では、前記のようにワークＷの周囲に飛散する冷却液Ｌを回収し、これを焼入れの終了したワークＷの下側の部位に接触させて、残熱による温度上昇を抑制するようにした。すなわち、前記の図１〜３にそれぞれ表れているように本実施の形態では、高周波加熱コイル１や冷却ジャケット２の下方に所定の間隔を空けて、リング状の冷却液回収部３（回収部）を設けている。
【００２１】
この冷却液回収部３は、外径が前記冷却ジャケット２と同じくらいの大きさで、内径は前記高周波加熱コイル１と同じくらいであり、その内周縁部はワークＷの外周面に近接しつつ、冷却液Ｌの流通する所定の隙間が形成されている。そして、冷却液回収部３の上面には内周側ほど低くなるように傾斜するテーパ面３ａが形成され、冷却液Ｌを内周側に流下させるようになっている。
【００２２】
そして、図２、３に表れているように冷却ジャケット２からその下方の冷却液回収部３までの間隔Ｈは、その冷却ジャケット２から斜め下向きに噴射された冷却液ＬがワークＷの外周面に衝突するまでの高さの変化ｈの２倍よりも小さく設定されている。これにより、ワークＷの外周面に衝突して跳ね返った冷却液Ｌが冷却液回収部３のテーパ面３ａに受け止められて、その内周側に流れるようになる。
【００２３】
こうしてワークＷの周囲に飛散した冷却液Ｌが冷却液回収部３（特にそのテーパ面３ａ）によって回収され、その上面のテーパ面３ａを内周側に流れて、内周縁部から近接するワークＷの外周面との隙間を通過し、下方に流れるようになる。このとき冷却液Ｌの多くがワークＷの外周面に沿って流下するので、その内部から伝わってきた残熱を適度に取り除く、即ちワークＷを適度に冷却することができる。
【００２４】
なお、そうしてワークＷの外周面に沿って流下した冷却液Ｌは、ワークＷの下端部から下方の冷却液受け皿４にまで流下した後に、排水路４１によってポンプ２３へと還流される。また、前記の冷却液回収部３は、本実施の形態では図１〜３の左右に２分割されており、可動ステージ３１，３２に載置されている。図示の例では右側の可動ステージ３２が前記ワークＷの移動機構と同様の機構によって移動されるようになっている。
【００２５】
−高周波焼入−
上述した構成の焼入装置によるワークＷの高周波焼入れについて簡単に説明すると、まず、ワークＷの上下両端部（あるいはいずれか一方の端部）を図示しないチャックやセンターピンにより把持して、その下端部が高周波加熱コイル１の内周側に位置するように配置する。すなわち、図１に表れているように、ワークＷの下端部を高周波加熱コイル１の近傍に位置づけて、この下端部から高周波焼入を開始する。
【００２６】
すなわち、高周波電源１３をオンにすることで、高周波加熱コイル１に高周波電流が流れて、誘導電流によりワークＷの下端部近傍の外周側（表面付近）が加熱されるようになる。この際、初めはワークＷを移動させない停止加熱を行い、所定の時間が経過すればワークＷの下方への移動を開始するのが好ましい。そして、ワークＷが所定距離だけ移動すると、図２に表れているようにその下端部に冷却ジャケット２から噴射された冷却液Ｌが噴き付けられるようになる。
【００２７】
そうして冷却ジャケット２から噴射された冷却液ＬがワークＷの下端部、即ち所定温度以上に加熱された部分に衝突して、これを急冷（即ち焼入れ）した後に跳ね返るようになるが、図２、３を参照して上述したように飛散する冷却液Ｌは冷却液回収部３の上面のテーパ面３ａに受け止められ、内周側に流れて内周縁部から近接するワークＷの外周面に供給されるようになる。
【００２８】
つまり、ワークＷの外周面を急冷してその周囲に飛散した冷却液Ｌが、冷却液回収部３によって回収され、既に焼入れされた部位に再度、接触させられることになり、これにより、焼入れされた表面に内部から伝わってきた残熱を適度に取り除くことができる。このようにしてワークＷの移動が完了すれば、即ちワークＷの高周波焼入が完了すれば、その端部のチャックまたはセンターピンによる把持を解除し、新たなワークＷへの交換を行う。
【００２９】
したがって、本実施の形態の焼入装置によると、シャフト状のワークＷを高周波加熱コイル１によって加熱した後に、冷却液Ｌを噴射して焼入れするとともに、跳ね返って周囲に飛散する冷却液Ｌを回収して再度、焼入れした部位に接触させるようにしたから、この部位を適度に冷却し、内部の残熱による意図しない焼き戻しの発生を抑制することができる。これにより、焼入れによるワークＷの表面処理の効果を確保し、その強度や耐摩耗性などを十分に高めることができる。
【００３０】
−他の実施形態−
上述した実施の形態の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態では、高周波加熱コイル１の冷却液Ｌを利用して、ワークＷの焼入れを行うようにしているが、これに限らず、ワークＷに噴射する冷却液Ｌは高周波加熱コイル１の冷却液とは別系統にしてもよい。
【００３１】
また、前記実施の形態では、冷却液回収部３の上面にテーパ面３ａを形成し、その内周側に冷却液Ｌを流してワークＷに接触させるようにしているが、これにも限定されない。例えば図４に示すように、冷却液回収部５には上方に開放された冷却液溜まり５ａを形成し、ワークＷの周囲に飛散した冷却液Ｌを一時的に貯留しながら再度、ワークＷに接触させるようにしてもよい。
【００３２】
さらに、前記実施の形態ではシャフト状のワークＷを上下方向に向けて配置し、これを下方に移動させながら高周波加熱コイル１によって加熱し、冷却ジャケット２から噴射する冷却液Ｌによって急冷するようにしているが、これにも限定されず、ワークＷを固定して高周波加熱コイル１および冷却ジャケット２を移動させるようにしてもよく、この場合に冷却液回収部３は固定してもよいし、高周波加熱コイル１などと共に移動させるようにしてもよい。また、ワークＷは横向きに配置してもよい。
【００３３】
さらにまた前記実施の形態ではワークＷを高周波加熱コイル１によって加熱するようにしているが、これにも限定されず、例えば加熱炉などによってワークＷを加熱するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、例えば車両の駆動系などに用いられるシャフトなど、長軸部材の焼入れに関連し、その内部の残熱による意図しない焼き戻しの発生を抑制して、熱処理による効果を確保する上で有利なものなので、産業状の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００３５】
１        高周波加熱コイル（加熱部）
２        冷却ジャケット（冷却部）
３，５    冷却液回収部（回収部）
Ｗ        シャフト状のワーク（長軸部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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