(57)【要約】【課題】中空のボス部とそのボス部から外径方向に突出するリム部を有するボス付きワークを焼き入れの対象にし、そのワークのボスの両端の内径に大きな差を生じさせずにボスの付け根（リム部の一面)とリム部の他面を焼き入れ可能となすことを課題としている。【解決手段】ワーク１のリム部５の片面に設けられたボス３の付け根を部分的に焼き入れするとき、すなわち、リム部５の一面Ａとリム部５の他面Ｂを焼き入れ温度に加熱するときに、ボス３の焼き入れ部分から離れた端面Ｅを加熱するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のボス部とそのボス部から外径方向に突出するリム部を有するワークの、リム部のボスの付け根を部分的に焼き入れする方法において、前記ボスの付け根を部分的に焼き入れ温度に加熱するときに前記ボスの焼き入れ部分から離れた端面を加熱することを特徴とするボス付きワークの部分焼き入れ方法。
【請求項２】
ボスの端面の加熱温度をボスの付け根の加熱温度よりも低くする請求項１に記載のボス付きワークの部分焼き入れ方法。
【請求項３】
ボスの付け根を焼き入れした後、前記リム部の他面の焼き入れを行う請求項１又は２に記載のボス付きワークの部分焼き入れ方法。
【請求項４】
ボス付き鋼製ワークに請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で部分焼き入れを行って製造されるボス付き部品であって、ボスの付け根とリム部の他面が焼き入れされて他部よりも高硬度になっており、さらに、ボスの端面に加熱の痕跡が残されているボス付き部品。
【請求項５】
前記加熱の痕跡として、ボスの端面に、加熱によって生じた酸化膜を有する請求項４に記載のボス付き部品。
【請求項６】
ボス付き部品が鉄系焼結合金で形成された焼結部品である請求項４又は５に記載のボス付き部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リム部の片面にボスを有するワークの、前記ボスの付け根を、部品の精度低下を抑えて部分焼き入れするための方法と、その方法で部分焼き入れして製造されたボス付き部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
首記のボス付き部品は、自動車の動力系部品などとして使用されている。例えば、リム部の片面にボスを突出して設けた変速機用のクラッチハブは、この発明で言うボス付き部品である。また、片ハブ形スプロケットは歯を設けた本体部(リム部に相当する)の片面に突出したハブ(ボス)を備えており、この片ハブ形スプロケットもこの発明で言うボス付き部品に該当する。
【０００３】
上記のクラッチハブや片ハブ形スプロケットなどは、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、クラッチハブは、ボスの付け根とリム部の他面を、また、片ハブ形スプロケットは、本体部外周の歯部をそれぞれ焼き入れしており、このときの焼き入れは、部品の一部分のみの焼き入れとされる場合がある。一部分のみの焼き入れは、例えば、高周波焼き入れ装置を用いてなされている。
【０００４】
図１（ａ）、（ｂ）に、高周波焼き入れを行うボス付きワークの一例の概要を示す。このワーク１は、中心に軸穴２を設けたボス３と、そのボス３を取り巻く外輪４と、ボス３と外輪４を連結する板状のリム部５を一体に形成したものである。
【０００５】
このようなボス付きワークの中に、ボス３の付け根、すなわち、リム部５の一面Ａと、リム部５の他面Ｂを高周波焼き入れするものがある。なお、Ａ面とＢ面の焼き入れは、一般的には、片面を先行して焼き入れし、その後、他面を焼き入れする方法で行われる。
【０００６】
図１に示すようなボス付きワーク１は、リム部のＡ面とB面の焼き入れを行うと、局部加熱によってボス３の両端の熱歪量に差が生じ、ボス３の中心に設けられた軸穴２内径が、テーパがつくように変化する。例えば、内径：約５０ｍｍ、外径：約６０ｍｍ、全長：約２０ｍｍの仕様のボスを有する鉄系焼結ワークを例に採ると、ボス３のリム部を有する一端の内径(軸穴２の直径)と他端の内径に、半径で０．０７０ｍｍ程度（これは平均値、最大値は０．１００ｍｍ程度）の差が発生し、ボスの付け根側の内径が先端側の内径よりも小さくなる。即ち、部分的に加熱されるボス部分(ボスの付け根部分)と、加熱されるボス部分（ボスの付け根部分）から離れたボスの部分では内径に差が生じる。なお、溶製された一般鋼材で形成されるワークは、マルテンサイト変態量が焼結金属よりも多くなるので、内径の差は上記の数値よりもさらに大きくなると考えられる。
【０００７】
ボスの内径に許容範囲を超えるテーパがつくと、変形したボスの内径の矯正が必要になる。また、ワークの形状など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、図１に示すようなボス付きワークのＡ面、Ｂ面の焼き入れを、ボスの一端と他端に大きな内径差を生じさせずに行えるように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。
【０００８】
例えば、ボス付き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、ボスの付け根を焼き入れしたときに起こる内径穴の形状変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】
【０００９】
この発明は、図１に示すようなボス付きワークのＡ面、B面の焼き入れを、ボスの両端の内径に大きな差を生じさせずに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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ワークのボスの付け根を部分的に焼き入れ温度に加熱するときに前記ボスの加熱される部分から離れた端面を加熱する方法を採る。
【００１１】
ボスの端面の加熱温度は、ボスの付け根の加熱温度よりも低くするのがよい。また、ボスの付け根の焼き入れとリム部の他面の焼き入れを別々に行う場合には、ボスの付け根を焼き入れした後にリム部の他面の焼き入れを行うのがよい。
【００１２】
この発明の方法でボス付きワークに部分焼き入れを行って製造されるボス付き部品は、ボスの付け根とリム部の他面が焼き入れされて他部よりも高硬度になっており、さらに、ボスの端面に加熱の痕跡が残されているものになる。この発明は、そのボス付き部品も提供する。
【００１３】
ボスの端面の加熱の痕跡は、加熱によって生じる酸化膜などが考えられる。ボスの端面が焼き入れされて非焼き入れ領域よりも高硬度になっていれば硬度差の有無をもって加熱されたことを知ることもできる。ただし、ボスの端面を加熱しても、加熱、冷却の条件によっては端面には焼きが入らないことがあり、そのときには、酸化膜の有無などでボスの端面が加熱されたか否かを判断することになる。
【００１４】
なお、この発明の方法は、生産性やコスト面で有利な鉄系焼結合金で形成された焼結部品の焼き入れに利用するケースが多くなると思われるが、この発明の方法で焼き入れを行って製造する部品は焼結部品に限定されない。鋳造品や鍛造品も、この発明の方法の効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１５】
部分的に加熱が必要な部分（ボスの付け根）を加熱するときに部分的に加熱が不要な部分（ボスの端面）を一緒に加熱する。これにより、ボスの付け根とボスの端面の熱歪量が平均化される。そのために、両端の内径変化の差が小さく抑えられ、穴の形状精度、寸法精度が良くなる。
【００１６】
なお、部品のリム部が連なっているボスの付け根と、何も連なっていないボスの端面側を同一条件で加熱すると、端面側の加熱が過剰になって端面側の熱歪量が付け根側の熱歪量よりも大きくなることが考えられ、そうなると発明の効果が薄れるので、端面の加熱は、付け根部の加熱温度よりも温度を下げて行うのがよい。
【００１７】
また、ボスの付け根の焼き入れとリム部の他面の焼き入れを別々に行う場合には、ボスの付け根の焼き入れを行った後にリム部の他面を焼き入れするのがよい。この手順で焼き入れを行うと、リム部の他面を焼き入れした後にボスの付け根を焼き入れする場合に比べて、部品の歪が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、この発明の部分焼き入れ方法の実施形態を説明する。図１は、焼き入れするボス付きワークの一例を示している。このボス付きワーク１の構造は既に説明したので、再説明は省く。このボス付きワーク１は全体が一体に形成されており、ボス３の付け根とリム部５の他面、すなわち、Ａ面とＢ面を高周波焼き入れすると軸穴２の一端側と他端側の内径変化に差が生じてストレートに仕上げようとしている内径にテーパがつく。
【００１９】
その現象を回避するために、この発明においては、Ａ面を焼き入れ温度に加熱するときに高周波コイルを使用してボス３の端面、すなわち、Ｅ面を同時に加熱する。そのときの加熱の概要を図２に示す。図２の６はワークテーブルであり、このワークテーブル６上にボス付きワーク１がセットされる。ワークテーブル６は回転機構と昇降機構(いずれも図示せず)を有しており、降下した位置で受け取ったボス付きワーク１を焼き入れ点に上昇させる。
【００２０】
焼き入れ部は、第１焼き入れ部と第２焼き入れ部が用意されている。図２に示す第１焼き入れ部には、高周波コイル７、８を配置してあり、それらのコイルに近接した位置までボス付きワーク１が上昇し、そのワークのＡ面が高周波コイル７に、Ｅ面が高周波コイル８にそれぞれ対面する。そこで、均一加熱のためにワークテーブル６と一緒にワーク１を適当な速度で回転させながら高周波コイル７に通電してＡ面を焼き入れ温度に加熱する。また、このとき同時に高周波コイル８にも通電してＥ面も加熱する。そのＥ面の加熱は、Ｅ面から高周波コイル８までの距離をＡ面から高周波コイル７までの距離よりも大きくするなどして、加熱温度がＡ面の加熱温度よりも低くなるように制御すると好ましい。例えば、Ａ面の加熱温度を９００℃〜１０００℃にした場合、Ｅ面の加熱温度を３００℃〜５００℃下げて行うと好ましい。
【００２１】
次に、所定時間を経過したら加熱を停止し、Ａ面に油などの冷却液（気体でもよい）１０を吹き付けてＡ面の焼き入れを完了する。このとき、Ｅ面も焼き入れ温度まで加熱し、加熱後に冷却液で冷却して焼き入れすることができるが、焼き入れが不要なＥ面にはあえて焼き入れを行なわなくてもよい。
【００２２】
次に、Ａ面の焼き入れを済ませたボス付きワーク１を、図３に示す第２焼き入れ部に移動させる。第２焼き入れ部には、Ｂ面を焼き入れ温度に加熱する高周波コイル９を設けてある。ボス付きワーク１を図２の姿勢から反転させ、それを回転機構と昇降機構を有するワークテーブル６で支持して第２焼き入れ部の焼き入れ点に上昇させ、高周波コイル９に通電して第１焼き入れ部で行ったのと同様の方法でＢ面の加熱、冷却による焼き入れを行う。
【００２３】
第２焼き入れ部で使用するワークテーブル６は、第１焼き入れ部で使用したものを第２焼き入れ部に移動させて使用してもよく、また、第１焼き入れ部で使用したものとは別のワークテーブルを第２焼き入れ部に設けてワークを移し変えるようにしても差し支えない。
【００２４】
以下に、より詳細な実施例を挙げる。図４に示すボス付きワーク１のＡ面、Ｂ面の高周波焼き入れを行った。試験に供したボス付きワーク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８９％に圧縮成形して焼結した焼結部品である。
【００２５】
この焼結部品の寸法諸元は、内径Ｄ1：φ４８ｍｍ、ボス３の外径Ｄ2：φ６０ｍｍ、Ａ面とＢ面の外径Ｄ3：φ６８ｍｍ、外輪４の内径Ｄ4：φ９３ｍｍ、外輪４の外径Ｄ5：φ９７ｍｍ、ボス３の長さＬ1：２１ｍｍ、リム部５の厚肉部寸法Ｔ1：１１ｍｍ、リム部５の薄肉部寸法Ｔ2：６ｍｍである。
【００２６】
また、第１焼き入れ部に設けた高周波コイル７、８の寸法諸元(図５参照)と、第２焼き入れ部に設けた高周波コイル９の寸法諸元(図６参照)及びそれらのコイルとワークとの間の設定ギャップは以下の通りである。
【００２７】
高周波コイル７（内径ｄ1：φ６１ｍｍ、外径ｄ2：φ７０ｍｍ、厚みｔ1：２ｍｍ）
高周波コイル８（内径ｄ3：φ５０ｍｍ、外径ｄ4：φ５８ｍｍ、厚みｔ2：４ｍｍ）
高周波コイル９（内径ｄ5：φ５７ｍｍ、外径ｄ6：φ７０ｍｍ、厚みｔ3：３ｍｍ）
高周波コイル７とＡ面との間のギャップｇ1：０．４ｍｍ
高周波コイル８とＥ面との間のギャップｇ2：５．７５ｍｍ
高周波コイル９とＢ面との間のギャップｇ3：０．８ｍｍ
【００２８】
Ａ面、Ｅ面の加熱の条件は、いずれもコイル出力３８ｋＷ、周波数１３０ｋＨＺ、加熱時間２．４秒、ワーク回転数１３００ｒｐｍ、Ａ面の冷却時間１０秒、冷却油の油温２０〜４０℃とした。
また、Ｂ面の加熱の条件は、コイル出力４３ｋＷ、周波数１３０ｋＨＺ、加熱時間１．２秒、ワーク回転数１３００ｒｐｍ、冷却時間１２秒、冷却油の油温２０〜４０℃とした。
【００２９】
以上の条件でＥ面を同時加熱しながらＡ面を高周波焼き入れし、その後、Ｂ面を高周波焼き入れしたこの発明の方法による焼結部品の焼き入れ前後の内径を図７（ａ）に示す。また、Ｅ面の加熱を行わずにＡ面を高周波焼き入れし、その後、Ｂ面を高周波焼き入れした従来法による焼結部品の焼き入れ前後の内径を図７（ｂ）に示す。内径の測定は、Ｅ面を下にしたときにＢ面から２ｍｍ下がった位置（上）と、Ｂ面から１２ｍｍ下がった位置（中）と、Ｂ面から２０ｍｍ下がった位置（下）の３点で行った。図７の点線は焼き入れ前の内径を、実線は焼き入れ後の内径を各々示している。
【００３０】
この図７からわかるように、従来法で焼き入れした部品は、焼き入れ後の上下の内径寸法差が半径で０．０７ｍｍ近くあるが、この発明の方法で焼き入れした部品は、その内径寸法差が半径で０．０１５ｍｍ以下(約１／５)に減少している。
【００３１】
図８に、Ａ、Ｂ、Ｅの各面の表層部の硬度を示す。焼き入れ前の表面硬さは約２６０〜３００ＨＶ（０．２）であり、それと比較してＥ面の硬さはほとんど増加していない。これからわかるように、この発明の方法によれば、Ｅ面の元の硬さをほぼ維持しながらボスの両端における内径寸法の差を小さく抑えてＡ面とＢ面を焼き入れすることができる。これにより、ボス付き部品の製造の簡略化や製造規制の緩和などが図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）この発明の方法で焼き入れを行うボス付きワークの一例の平面図、（ｂ）同上のワークの断面図
【図２】高周波焼き入れの前段の工程を示す図
【図３】高周波焼き入れの後段の工程を示す図
【図４】比較試験に利用したワークの寸法諸元を表す断面図
【図５】第１焼き入れ部のコイル配置とワークの関係を示す図
【図６】第２焼き入れ部のコイル配置とワークの関係を示す図
【図７】（ａ）この発明の方法で焼き入れした部品の内径変化を示す図、（ｂ)従来法で焼き入れした部品の内径変化を示す図
【図８】焼き入れ後の部品のＡ、Ｂ、Ｅの各面の硬度を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１          ボス付きワーク
２          軸穴
３          ボス
４          外輪
５          リム部
６          ワークテーブル
７、８、９  高周波コイル
１０        冷却液
Ａ          リム部の一面（ボスの付け根）
Ｂ          リム部の他面
Ｅ          ボスの端面
【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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