(57)【要約】【課題】従来の方法では焼入れすることが難しかった小穴の内面を問題なく焼入れすることを可能ならしめる高周波焼入れ用コイルと高周波焼入れ方法を提供することを課題としている。【解決手段】内部に冷媒を流すパイプ導体をコイル線材として用い、そのパイプ導体をＵ字状に曲げ戻した第１コイル部と、第１コイル部と曲げの方向を同じにして第１コイル部と平行に配置にした第２コイル部と、前記第１コイル部の終端から第２コイル部の始端に至る逆Ｕ字曲げ部を形成し、前記第１コイル部と第２コイル部に同一向きに電流が流れるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒を流すパイプ導体をコイル線材として用い、そのパイプ導体をＵ字状に曲げ戻した第１コイル部と、第１コイル部と曲げの方向を同じにして第１コイル部と平行に配置にした第２コイル部と、前記第１コイル部の終端から第２コイル部の始端に至る逆Ｕ字曲げ部を形成し、前記第１コイル部と第２コイル部に同一向きに電流が流れるようにした高周波焼入れ用コイル。
【請求項２】
前記第１コイル部と第２コイル部の始端側の直線部と終端側の直線部間の距離を、共に第１コイル部と第２コイル部間の距離よりも大きくした請求項１に記載の高周波焼入れ用コイル。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入れ用コイルをワークに形成された小穴に挿入し、その高周波焼入れ用コイルに通電して前記ワークの穴の内面を焼入れ温度に加熱し、しかる後、加熱した穴の内面を急冷する小穴内面の高周波焼入れ方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入れ用コイルをワークに形成された小穴に挿入し、ワークを穴の軸心を中心にして回転させながら高周波焼入れ用コイルに通電して前記ワークの穴の内面を焼入れ温度に加熱し、しかる後、加熱した穴の内面を急冷する小穴内面の高周波焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周焼入れ用コイルとそれを使用して機械部品などのワークに設けられた穴の内面を焼入れする高周波焼き入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などの機械部品の中に、要求箇所について部分焼き入れを行って出荷されるものがある。例えば、鉄系材料で作られる動力伝達用の歯車やプーリなどの中にスプライン穴を設けたものがあり、そのスプライン穴を有する部品については、スプライン穴の穴面や外周の歯面などについて焼入れがなされている。
【０００３】
その部分焼入れは高周波焼き入れ法でなされ、穴面の高周波焼入れは、焼入れ用のコイル（高周波誘導加熱コイル）をワーク（部品）の穴に挿入し、穴面を加熱する方法が採られている。
【０００４】
この際の高周波焼入れ用コイルとして、従来は、コイル線材を螺旋状に巻いた下記特許文献１に記載されているような螺旋巻きコイルや、直線のコイル線材を長手途中で曲げ戻した下記特許文献２に記載されているようなＵ字ターンコイルが使用されていた。
【０００５】
なお、螺旋巻きコイルには、コイル線材の他端側を螺旋巻き部の渦の内側に通すものと、渦の外側を通すものの２形態があり、小径穴の穴面の焼入れでは、前者のタイプのコイル、特に、コイル線材の一端側を、他端側を芯にしてその外周に巻きつけたものが用いられていた。図６、図７は、パイプ導体を加工して作られた螺旋巻きコイル２０の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０５４４１号公報
【特許文献２】特開平０９−１５３３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
螺旋巻きコイルによる穴面の焼入れは、焼入れする穴の直径が大きければ問題なく適用できるが、直径が例えばφ１５ｍｍにも満たないような小径穴であると、要求機能を満たす螺旋巻きコイルの製作が難しい。
【０００８】
何故なら、小径穴に挿入して使用するコイルには強制冷却能が要求される。その要求に応えるには、内部に冷却水を通すことのできる銅パイプなどのパイプ導体をコイル線材として使用する必要がある。このときに用いるパイプ導体２は、ワーク１０に設けられた穴１１の直径をＤとした場合、図６、図７からわかるように、外径ｄが（Ｄ／３）以下（これは絶縁被覆の厚みを無視した外径）のパイプでなければならない。
【０００９】
焼入れする穴の直径が、今φ１５ｍｍであると考えると、使用するパイプ導体は、直径が５ｍｍ以下になる。そのパイプの内径はさらに小さく、その小さな内径の穴ではコイルを熱から保護するのに必要な量の冷却水を通すことができる穴径を保ったまま必要形状に曲げ加工するためには高い技術を要する。
【００１０】
螺旋巻きコイルは、曲げ加工量が多く、従って、焼入れする穴の直径が小さいと、焼入れ用コイルとしての要求機能を満足させる螺旋巻きコイルを作るのが難しく、高周波焼入れを断念せざるを得ない場合がある。
【００１１】
また、そのコイル製作を行えたとしても、小径穴の穴面の焼入れでは、外径規制を受ける螺旋巻きコイルと穴面との間に短絡を防ぐためのクリアランスｇを十分に確保するのが難しく、安定した焼入れが望めない。
【００１２】
さらに、巻き径の小さなコイルは、周のある部分とそこから巻き芯を中心とした反対側の電流が逆向きに流れる部分との離間距離が極めて小さい状態に配置される。
【００１３】
そのために、異方向に流れる電流によって形成される磁場が干渉して互いに打ち消し合うことから、加熱効率が低下して量産性に優れた焼入れが望めない。
【００１４】
一方、特許文献２に記載されたＵ字ターンコイルは、製作難度は高くない。コイル線材として使用するパイプ導体２も、図８に示すように螺旋巻きコイルに比べると冷却水を多く流せる直径の大きなものを使用することができる。また、図９に示すように、Ｕ字ターンコイル３０は、焼入れする穴の内面との間のクリアランスｇも螺旋巻きコイルよりも大きく確保することができる。
【００１５】
しかしながら、このＵ字ターンコイルは、図８、図９からわかるように、焼入れする穴面と隣接するコイル長を十分にとれないため、加熱効率が低下し、量産品の焼入れには適さない。また、一時的に加熱される範囲が狭いため焼きムラが生じやすく、焼入れの品質も確保し難い。
【００１６】
このような事情から、小径穴の内面の強化は硬質ブッシュを埋設するなどの方法でなされていたが、そのような方法を採らずに小径穴の内面を強化することができれば、製品のコスト低減や量産性向上が図れる。
【００１７】
この発明は、従来の方法では焼入れすることが難しかった小穴の内面を問題なく焼入れすることを可能ならしめる高周波焼入れ用コイルとそのコイルを用いた高周波焼入れ方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題の解決策として提供するこの発明の高周波焼入れ用コイルは、内部に冷媒を流すパイプ導体をコイル線材として用い、そのパイプ導体をＵ字状に曲げ戻した第１コイル部と、第１コイル部と曲げの方向を同じにして第１コイル部と平行に配置にした第２コイル部と、前記第１コイル部の終端から第２コイル部の始端に至る逆Ｕ字曲げ部を形成し、前記第１コイル部と第２コイル部に同一向きに電流が流れるようにしたものである。
【００１９】
この発明は、上記高周波焼入れ用コイルをワークに形成された小穴に挿入し、高周波焼入れ用コイルに通電して前記ワークの穴の内面を焼入れ温度に加熱し、しかる後、加熱した穴の内面を急冷する高周波焼入れ方法も併せて提供する。
【００２０】
また、上記高周波焼入れ用コイルをワークに形成された小穴に挿入し、ワークを穴の軸心を中心にして回転させながら高周波焼入れ用コイルに通電して前記ワークの穴の内面を焼入れ温度に加熱し、しかる後、加熱した穴の内面を急冷する小穴内面全周を均一に加熱する高周波焼入れ方法も併せて提供する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の高周波焼入れ用コイルは、製作し易く、焼入れする穴の内面との間のクリアランスも従来の螺旋巻きコイルに比べて大きく確保することができる。
【００２２】
さらに、加熱効率に優れ、焼入れを短時間で行うことができる。
【００２３】
また、この発明の焼入れ方法は、ムラの無い安定した焼入れを行って焼入れの品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の高周波焼入れ用コイルの一例を示す斜視図である。
【図２】図１の高周波焼入れ用コイルをワークの穴に挿入した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った横断面図である。
【図４】この発明の方法で焼入れした穴面の組織写真である。
【図５】Ｕ字ターンコイルを用いて焼入れした穴面の組織写真である。
【図６】螺旋巻きコイルをワークの穴に挿入した状態を示す縦断面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った横断面図である。
【図８】Ｕ字ターンコイルをワークの穴に挿入した状態を示す縦断面図である。
【図９】図８のIX−IX線に沿った横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明の高周波焼入れ用コイルの実施の形態を添付図面の図１〜図３に基づいて説明する。
【００２６】
例示の高周波焼入れ用コイル１は、コイル線材としてパイプ導体（図示のそれは銅パイプ）２を使用し、そのパイプ導体２を曲げ加工してＵ字状に曲げ戻した第１コイル部３と、第１コイル部と曲げの方向を同じにして第１コイル部３と平行に配置にした第２コイル部４と、第１コイル部３の終端から第２コイル部４の始端に至る逆Ｕ字曲げ部５を形成したものであって、第１コイル部３と第２コイル部４に同一向きに電流が流れるようになっている。
【００２７】
第１コイル部３と第２コイル部４は、Ｕ字状曲げ戻し部３ｂ、４ｂを境にした始端側の直線部３ａ、４ａと終端側の直線部３ｃ、４ｃの長さを、焼入れするワークの穴の深さよりも長くするのがよく、例示の高周波焼入れ用コイル１は、その要求に応えたものになっている。
【００２８】
この高周波焼入れ用コイル１は、曲げ戻し部３ｂを境にした始端側の直線部３ａと終端側の直線部３ｃ間の距離、及び第２コイル部４の曲げ戻し部４ｂを境にした始端側の直線部４ａと終端側の直線部４ｃ間の距離を第１コイル部と第２コイル部間の距離よりも大きくするのが好ましい。
【００２９】
例示の焼入れ用コイル１は、その要求に応えて第１コイル部３の直線部３ａ、３ｃ間の距離と第２コイル部４の直線部４ａ、４ｃ間の距離（図３のＬ）を共に第１コイル部３と第２コイル部４間の距離ｗよりも大きくしている。
【００３０】
第１コイル部の直線部３ａと第２コイル部の直線部４ａ及び第１コイル部の直線部３ｃと第２コイル部の直線部４ｃには、それぞれ同一向きの電流が流れるので、第１コイル部３と第２コイル部４に流れる電流によって生成される磁場の相互干渉は起こらない。
【００３１】
また、第１コイル部３の直線部３ａ、３ｃには逆向きの電流が流れるが、その直線部３ａと３ｃは離間距離が大きいため、これらの箇所に流れる電流によって生成される磁場の相互干渉は起こり難い。第２コイル部４の直線部４ａ、４ｃについても同じことが言え、このために、コイルの加熱効率が高まる。
【００３２】
次ぎに、この発明の方法の実施例について述べる。
外径φ=１．８ｍｍ、肉厚＝０．２〜０．３ｍｍの銅パイプを曲げ加工して図１に示す形状の高周波焼入れ用コイル１を作成した。そして、その高周波焼入れ用コイル１を用いて穴１１の内面にスプライン溝１２が形成されているワーク１０の穴内面の焼入れを行った。
【００３３】
図２に示すように、ワーク１０は、回転テーブル６上にセットされたトレー７に収容されている。そのワーク１０に設けられた穴１１の直径はφ=７．０ｍｍ、穴面に形成されたスプライン溝１２の長さは８．７５ｍｍである。
【００３４】
このワーク１０に設けられた穴１１に高周波焼入れ用コイル１を挿入し、ワーク１０を穴１１の軸心を中心にして回転させながら高周波焼入れ用コイル１に通電して穴の内面を誘導電流で発熱させ、焼入れ温度に加熱した。
【００３５】
このときの加熱の条件は、定格出力：２０ｋｗの電源からほぼフル出力で電力を供給した。加熱時間は３．２秒とし、さらに、ワーク１０はほぼ１００ｒｐｍの速度で回転させた。
【００３６】
また、高周波焼入れ用コイル１は、コイル線材の内部に冷却水を流して強制冷却を行った。
【００３７】
この後、高周波焼入れ用コイル１を穴から引き抜き、ワーク１０の回転を継続しながらノズル（図示せず）から冷却水を穴の内面に噴射して焼入れ温度に加熱された穴の内面を急冷し、焼入れを完了した。
【００３８】
比較のために、同一外径の螺旋巻きコイルによる焼入れと、Ｕ字ターンコイルによる焼入れも実施した。ワークは同一ワークである。螺旋巻きコイルは、実施例と同じ外径φ=１．８ｍｍの銅パイプで形成したものを、また、Ｕ字ターンコイルは外径φ=２．５ｍｍの銅パイプで形成したものをそれぞれ使用した。
【００３９】
螺旋巻きコイルを用いる方法では、螺旋巻きコイルと焼入れする穴の内面との間のクリアランスが小さ過ぎるためにワークを回転させると螺旋巻きコイルがワークに接触して短絡する虞があり、そのために、ワークは回転させなかった。加熱時間は２５秒を要した。
【００４０】
Ｕ字ターンコイルを使用する方法では、ワークを回転させたが、クリアランスｇが大きい箇所があるために回転数をほぼ３０ｒｐｍ程度に抑えざるを得かった。加熱時間も２０秒を要した。
【００４１】
この比較試験の結果、螺旋巻きコイルによる焼入れは、ワークの回転が無かったために加熱ムラがあり、焼入れ深さも浅く、高品質の焼入れを効率良く行うことができなかった。
【００４２】
また、Ｕ字ターンコイルを用いた焼入れは、焼入れ深さは深かったが、焼入れされた部分の組織にフェライト残りが散見され（図５参照）、加熱温度が不十分であることがわかった。また、加熱時間が長かったことにより、必要以上に深い領域まで不十分な加熱が進行していた。ワーク１個当たりの焼入れの時間も長く、量産品の焼入れには向いていない。
【００４３】
これに対し、この発明の方法による焼入れは、要求深さの範囲が均一に焼入れされ、しかも、焼入れされた部分はマルテンサイト単層の良好な組織（図４参照）となっていた。加熱時間が短いために熱影響が不要箇所に及んだ領域も狭く、必要最小限の範囲が十分に加熱されてムラなく良好に焼入れされていた。
【００４４】
例示の方法での１個当たりの加熱時間はわずか３秒程度と極めて短く、従って、この発明の高周波焼入れ用コイルを用いたこの発明の焼入れ方法によれば、量産品の処理にも問題なく対応することができる。
【００４５】
なお、ここでの説明は、スプライン溝を有する穴面の焼入れを例に挙げて行ったが、この発明の方法で焼入れするワークの穴面は、スプライン溝のあるものに限定されない。また、全周を均一に焼入れするものに限定されない。
【００４６】
例示の方法は、従来の方法では難しかった小径穴の内面を効率的に焼入れすることができるため、硬質ブッシュを埋設するなどして強化していた穴の内面を焼入れ法で安価に効率的に強化することが可能になり、製品の量産性向上やコスト低減に大きく貢献することが可能になる。
【符号の説明】
【００４７】
１          高周波焼入れ用コイル
２          パイプ導体
３          第１コイル部
３ａ        第１コイル部の始端側の直線部
３ｂ        曲げ戻し部
３ｃ        第１コイル部の終端側の直線部
４          第２コイル部
４ａ        第２コイル部の始端側の直線部
４ｂ        曲げ戻し部
４ｃ        第２コイル部の終端側の直線部
５          逆Ｕ字曲げ部
６          回転テーブル
７          トレー
１０        ワーク
１１        穴
１２        スプライン溝
ｇ          クリアランス
ｗ          第１コイル部と第２コイル部間の距離
２０        螺旋巻きコイル
３０        Ｕ字ターンコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2015124430.tif 000009
【図４】
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【図５】
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