(57)【要約】【課題】  肉厚に変動のある筒状部材の厚肉部と薄肉部を均一温度に加熱する誘導加熱方法と治具。【解決手段】  肉厚に変動のある筒状部２に軸部１が接続された形状部材の、軸部１表面と筒状部２の内面が表面焼入れた筒状部材Ｗの焼戻しにおいて、筒状部２の薄肉部４の外側の面にシールド部材１２を置き、その内側の面に熱吸収部材１３を置いて、外側から加熱コイル５により誘導加熱して軸表面と筒状部内面とを同時に加熱して焼戻しする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱において、被加熱筒状部材の薄肉部の加熱コイル側の面にシールド部材を置いて誘導加熱することを特徴とする肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項２】
肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱において、被加熱筒状部材の薄肉部の外面にシールド部材を置き、該薄肉部の内面に熱吸収部材を置いて外側から誘導加熱することを特徴とする肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項３】
前記シールド部材は前記薄肉部の幅の１５〜５０％の幅を覆う板材からなり、前記熱吸収部材は前記薄肉部の幅の７０〜９０％の幅を覆う板材からなることを特徴とする請求項１及び２に記載の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項４】
前記誘導加熱は鋼の焼戻し加熱であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項５】
肉厚に変動がある筒状部の端部に軸部が設けられた形状の筒状部材であって、筒状部の内面と軸部の表面とがそれぞれ表面焼入れされた軸部材の焼戻しにおいて、前記筒状部の薄肉部の外側の面にシールド部材を置き、該薄肉部の内側の面に熱吸収部材を置いて、外側から誘導加熱して軸表面と筒状部内面とを同時に加熱して焼戻しすることを特徴とする肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項６】
前記肉厚に変動のある筒状部を有する軸部材は、等速ジョイントカップリングであることを特徴とする請求項５に記載の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法。
【請求項７】
肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具において、被加熱筒状部材を回転中心に載置する台座と、該台座上の該被加熱筒状部材の薄肉部の外面に間隔をおいて設けられたシールド部材と、該薄肉部の内面に間隔をおいて設けられた熱吸収部材とを備え、該台座を回転しながら該被加熱筒状部材を外面から誘導加熱することを特徴とする肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具。
【請求項８】
前記シールド部材は前記薄肉部の幅の１５〜５０％の幅を覆う板材からなり、前記熱吸収部材は前記薄肉部の幅の７０〜９０％の幅を覆う板材からなることを特徴とする請求項７に記載の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば等速ジョイントカップリングの筒状部のように、周の部分によって厚肉部と薄肉部の肉厚に変動があったり、あるいは周壁に凸部と凹部を有する異形断面などの筒状部材の誘導加熱方法に関するものである。とくに鋼の焼戻しのように低温で均一に加熱する誘導加熱方法及び治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から段付軸材や筒状部材の外面からの誘導加熱には、軸段に沿って軸方向に延びた導体を使用する加熱コイルが使用されている（例えば特許文献１）。
しかし、このような加熱コイルで肉厚に変動のある筒状部材を誘導加熱すると、厚肉部と薄肉部の温度上昇に差が生ずるために全周を均一温度に加熱することが困難であった。また、筒の周壁に凸部と凹部を有する異形断面の筒状部材を外周から誘導加熱すると、凹部が加熱され難いために、凹部を適正温度にすると凸部の温度が上がり過ぎるという問題点がある。例えば等速ジョイントカップリングの筒状部のように、壁周に凹凸がありかつ凸部が薄肉で凹部が厚肉の場合には誘導加熱により均一温度に加熱することはほとんど不可能であった。とくに、焼戻しなどの低温の加熱の場合には温度差が大きく誘導加熱では均一な焼戻し硬さが得られなかった。そのために、従来このような部材の焼戻しは炉加熱によって行われてきた。
【特許文献１】特開平１１−１６２６２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これを誘導加熱により行うことができれば、設備費が低減され、環境が改善されるので、誘導加熱による焼戻しが要求された。
そこで、誘導加熱の負荷電力を小さくして長時間かけて温度上昇させることにより、均一温度加熱を図ったが、時間が掛かり過ぎて作業能力が落ち、またこうしても誘導加熱では温度幅を所定温度以下にすることができなかった。
そこで、本発明は、これを解決した肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法と誘導加熱用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法は、被加熱筒状部材の薄肉部の加熱コイル側の面にシールド部材を置いて誘導加熱することを特徴とするものである。すなわち、薄肉部をシールド部材によって覆うことにより、薄肉部の温度上昇を抑えて筒の周を均一温度に加熱するものである。このシールド部材は軟鋼板やオーステナイト系ステンレスなどにより作られる。
【０００５】
また本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法は、被加熱筒状部材の薄肉部の外面にシールド部材を置き、該薄肉部の内面に熱吸収部材を置いて外側から誘導加熱することを特徴とするものである。前記外面のシールド部材の他に内面に熱吸収部材を置くことにより、一層温度の均一化が容易になる。この熱吸収部材は軟鋼板、アルミニウム、銅などにより作られる。
【０００６】
前記シールド部材は前記薄肉部の幅の１５〜５０％の幅を覆う板材からなり、前記熱吸収部材は前記薄肉部の幅の７０〜９０％の幅を覆う板材からなることが望ましい。
このシールド部材の幅は薄肉部の幅の１５％以下であると効果が少なく、５０％を超えると温度が低すぎるので、１５〜５０％の幅が良い。また、この熱吸収部材の幅は薄肉部の幅の７０％以下であると効果が少なく、９０％を超えても差がないので、７０〜９０％の幅が良い。
【０００７】
前記誘導加熱は鋼の焼戻し加熱のような低温の誘導加熱に有効である。本発明は誘導加熱焼き入れなどの高温加熱にも適用できるが、とくに低温加熱の場合には通常の誘導加熱では均一温度にすることが困難であるので、本発明の適用が有効である。
【０００８】
また、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法は、肉厚に変動がある筒状部の端部に軸部が設けられた形状の筒状部材であって、筒状部の内面と軸部の表面とがそれぞれ表面焼入れされた軸部材の焼戻しにおいて、前記筒状部の薄肉部の外側の面にシールド部材を置き、該薄肉部の内側の面に熱吸収部材を置いて、外側から誘導加熱して軸表面と筒状部内面とを同時に加熱して焼戻しすることを特徴とするものである。
【０００９】
このような形状の表面焼入れされた筒状部内面と軸外周面とを焼戻しする場合には、従来は軸外周と筒内面とを別々に焼戻しされた。一方全体を誘導加熱すると、前述したように筒状部が均一温度に加熱されないために均一な焼戻しができないという問題点があった。本発明はこれを解決して、一度の誘導加熱により、軸外周面と筒状部内面を均一に焼戻し加熱するものである。
【００１０】
本発明の誘導加熱方法は、前記の肉厚に変動のある筒状部を有する軸部材が等速ジョイントカップリングである場合に有効である。前述のように等速ジョイントカップリングは焼入れした軸部と内面焼入れした筒状部を備え、その筒状部が凹凸を有し、かつ凸部が薄肉で凹部が厚肉のために従来の方法では均一温度に誘導加熱することは不可能であった。本発明はこれを解決し、一度で軸外周面と筒状部内面が均一に焼戻しできるので、作業効率が改善されコストが低減できる。
【００１１】
また、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具は、被加熱筒状部材を回転中心に載置する台座と、該台座上の該被加熱筒状部材の薄肉部の外面に間隔をおいて設けられたシールド部材と、該薄肉部の内面に間隔をおいて設けられた熱吸収部材とを備え、該台座を回転しながら該被加熱筒状部材を外面から誘導加熱することを特徴とするものである。
すなわち、このように、シールド部材と熱吸収部材と台座とを一体にして、台座を回転テーブルなどで回転しながら加熱することにより、上記の効果が簡易に得られる。
【００１２】
前記シールド部材は前記薄肉部の幅の１５〜５０％の幅を覆う板材からなり、前記熱吸収部材は前記薄肉部の幅の７０〜９０％の幅を覆う板材からなることが望ましい。このシールド部材は、軟鋼板、オーステナイト系ステンレスなどで作られ、熱吸収部材は軟鋼板、アルミニウム、銅材などで作られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法と誘導加熱用治具は、筒状部の肉厚の厚い部分も薄い部分も均一温度に加熱でき、また筒部に凹凸のある場合も均一温度に加熱できる。とくにこのような部材の焼戻しなど誘導加熱による低温加熱に効果があり、焼戻しに利用すると均一な焼戻し硬さが得られる。このために従来炉加熱によらなければできなかったこのような部材の焼戻しが誘導加熱により可能になるので、設備費と熱処理コストを低減し、環境を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法と加熱治具について、図示の１実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具の使用状態の斜視図、図２は誘導加熱用治具の斜視図、図３は誘導加熱用治具と被加熱筒状部材の断面図、図４は図３のＸ−Ｘ視断面図である。
【００１５】
以下、これらの図を用いて説明する。本実施形態の被加熱筒状部材（以下ワークＷという）は、図２に示すように段付き軸部１にマウスと称する筒状部２が設けられた形状の等速ジョイントカップリングである。そして、筒状部２の断面は、円周に凹部３と凸部４が交互に３か所づつ設けられた異形断面をなしている。そして、凹部３が肉厚が厚い厚肉部をなし、凸部４が肉厚が薄い薄肉部をなしている。このために、通常の誘導加熱では均一温度の加熱が不可能に近い。
【００１６】
ワークＷの軸部１の表面と筒状部２の内面は誘導加熱焼入れされている。本発明は、この焼入れ層を２１０−２８０℃の焼戻し温度に均一加熱して、軸部１の表面と筒状部２の内面を同時に焼戻ししようとするものである。なお、焼戻し処理前のワークＷの焼入れについては説明を省略し、ワークＷの焼入れ層の図示も省略する。
【００１７】
次に本発明の誘導加熱用治具について説明する。加熱用治具１０は、ワークＷを回転中心に載置する台座１１と、台座１１上に直立したシールド部材１２と熱吸収部材１３とからなる。そして、ワークＷが台座１１上に回転中心になるように載置され、台座１１が回転テーブル１４上に載設される。回転テーブル１４は図示しない駆動手段により駆動軸１４ａが回転駆動され、ワークＷを回転させるようになっている。ワークＷの軸部１の先端をセンターによって支持する場合もある。
【００１８】
３個のシールド部材１２は、長形の軟鋼板からなり、ワークＷの３か所の薄肉部４の外側面に対応させて薄肉部４の幅のほぼ中央に、外側面と所定の隙間をおいて台座１１の上に直立して配設される。シールド部材１２の幅Ｃは、薄肉部４の幅Ａのほぼ１５−５０％にされる。シールド部材１２の高さはほぼ薄肉部の高さにされる。シールド部材１２の幅Ｃが広すぎると薄肉部４の温度が上がらず、狭すぎると遮蔽効果が減少するので、シールド部材１２の幅と高さは実験的に定められる。シールド部材１２の断面形状は図では円弧状になっているが直線状でも差し支えない。
【００１９】
３個の熱吸収部材１３は、軟鋼板からなり、ワークＷの３か所の薄肉部４の内側面に対応させて薄肉部４の幅のほぼ中央に、内側面と所定の隙間をおいて台座１１の上に直立して配設される。熱吸収部材１３の幅Ｂは、薄肉部４の幅Ａのほぼ７０−９０％にされる。熱吸収部材１３の高さはほぼ薄肉部の高さにされる。熱吸収部材１３の幅Ｂは広すぎても効果はなく、７０％より狭すぎると熱吸収効果が減少するので、熱吸収部材１３の幅と高さも実験的に定められる。熱吸収部材１３の断面形状も図では円弧状になっているが直線状でも差し支えない。
【００２０】
上記の誘導加熱用治具１０にワークＷを載置し、誘導加熱用治具１０を回転テーブル１４によりワークＷを回転しながら誘導加熱して焼戻しした。誘導加熱コイルは、図１に示すような形状の軸方向直線導体を有する加熱コイル５を使用したが、マルチターンのコイルを使用しても良い。
【実施例】
【００２１】
前記形状のワークＷを使用して誘導加熱実験を行った。
図５はワークの寸法と温度測定位置を示す図で、図５（ａ）はワーク内壁の高さ方向の測定位置、図５（ｂ）はその位置の寸法を表す図、図５（ｃ）はワーク内壁の周方向の測定位置を示す図である。
【００２２】
実験は、本発明の誘導加熱用治具にシールド部材１２のみを配設した場合と、シールド部材１２と熱吸収部材１３との両者を配設した場合について誘導加熱実験を行った。また比較方法として、いずれも使用しない従来方法について誘導加熱実験を行った。
加熱周波数は３ｋＨｚを使用し２０秒加熱とした。目標加熱温度は２１０−２８０℃である。
【００２３】
シールド部材の幅は１２．０ｍｍ（薄肉部幅３５ｍｍの３４％）とし、熱吸収部材の幅は３０．０ｍｍ（薄肉部幅３５ｍｍの８６％）とした。
図５に示す各位置の測定点に熱電対を設置して、加熱中の各位置の温度を測定した。ワークＷの加熱温度の測定結果を図６及び図７に示す。図６は温度の測定値の表、図７はそれを図示したグラフである。
【００２４】
図６及び図７の測定結果から、以下のことが判った。
１．軸部ｉ，ｊの温度は、軸端部ｉの温度より軸付根側ｊの温度がやや低いが、いずれの方法でも２３０−２４０℃の所定温度に加熱された。
２．シールド部材も熱吸収部材も使用しないで誘導加熱した比較方法では、軸部ｉ，ｊを焼戻し温度に加熱すると、厚肉部ａ，ｂ，ｃは軸部温度に近い２１５−２２５℃で均一であるが、薄肉部ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈでは、２８０−４１７℃と厚肉部の温度より非常に高くなり、全体として温度幅２０２℃の温度ばらつきを生じた。
３．これに対して、本発明１のシールド部材のみを使用した場合は、厚肉部ａ，ｂ，ｃでは２０５−２１７℃と比較方法と同様均一である。しかし、薄肉部ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの温度は、厚肉部より高いが、２５３−３１０℃で全体として温度幅は１０５℃となり、比較方法に対して均一温度化された。これにより、用途によっては、シールド部材を用いるのみで軸部と筒状部の同時焼戻しが可能であることが判った。しかし、本実施形態では、まだ目標とする焼戻し温度２１０−２８０℃に対しては不十分であった。
４．そこで、前記シールド部材に加えて熱吸収部材をおいて試験した。その結果、温度幅のばらつきがさらに改善されることが判った。すなわち、厚肉部ａ，ｂ，ｃでは２１０℃と比較材と同様均一である。薄肉部ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ温度は、まだ厚肉部より高いが、２５０−２８０℃で全体として温度幅は７０℃となった。この温度は許容範囲であり、これにより、本発明方法により本形状のワークＷの軸部と筒状部の同時焼戻しを達成できることが判った。
【００２５】
以上説明したように、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法によれば、被加熱筒状部材の薄肉部の加熱コイル側の面にシールド部材を置いて誘導加熱することにより、筒状部材の薄肉部の温度上昇を抑えて筒の周を均一温度に加熱することができる。
また、被加熱材の薄肉部の加熱コイル側の面にシールド部材を置き、該薄肉部の前記シールド部材の反対面に熱吸収部材を置いて誘導加熱することにより、筒状部材の薄肉部の温度の均一化が一層容易になる。
前記シールド部材は前記薄肉部の幅の１５〜５０％の幅を覆う板材からなり、前記熱吸収部材は前記薄肉部の幅の７０〜９０％の幅を覆う板材からなることが望ましい。
【００２６】
本発明の誘導加熱方法は、通常の誘導加熱によっては均一温度にすることが困難な、鋼の焼戻し加熱のような低温の誘導加熱に有効である。
【００２７】
肉厚の変動がある筒状部の端部に軸部を有する形状の筒状部材であって、軸部の表面と筒状部の内面がそれぞれ表面焼入れた筒状部材の焼戻しにおいては、従来は軸外周と筒内面とを別々に焼戻しされた。本発明の誘導加熱方法によれば、筒状部の薄肉部の外側の面にシールド部材を置き、該薄肉部の内側の面に熱吸収部材を置いて、外側から誘導加熱して軸表面と筒状部内面とを同時に加熱することにより、一度の誘導加熱により、軸外周面と筒状部内面を均一に焼戻し加熱することができる。
【００２８】
本発明の誘導加熱方法は、等速ジョイントカップリングの焼戻しに有効である。等速ジョイントカップリングは焼入れした軸部と内面焼入れした筒状部を備え、その筒状部が凹凸を有し、かつ凸部が薄肉で凹部が厚肉のために従来の方法では均一温度に誘導加熱することは不可能であったが、本発明はこれを解決し、一度で軸外周面と筒状部内面が均一に焼戻しできるので、作業効率が改善されコストが低減できる。
【００２９】
また、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具によれば、被加熱筒状部材を回転中心に載置する台座と、シールド部材と、熱吸収部材とが一体にされており、台座を回転しながら加熱することにより、上記の効果が簡易に得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上述べたように、本発明の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱方法と誘導加熱治具によれば、筒状部の厚肉部と薄肉部の温度を均一に加熱できるので、炉加熱より環境が改善され、熱処理コストを低減できる。本発明の誘導加熱方法はとくに焼戻しのような低温加熱に効果が大きいので、焼戻し時間を短縮して作業効率を向上する。とくに等速ジョイントカップリングのように、軸部と筒状部を備え、その筒状部の肉厚が変動し、かつ凹凸を有するような形状においても、軸表面と筒状部内面を一度に焼戻しができるので、熱処理コストを低減して産業の発展に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明実施形態の肉厚に変動のある筒状部材の誘導加熱用治具の使用状態の斜視図である。
【図２】本発明実施形態の誘導加熱用治具の斜視図である。
【図３】本発明実施形態の誘導加熱用治具と被加熱筒状部材の断面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ視断面図である。
【図５】本発明実施例のワークＷの寸法と温度測定箇所を示す図である。
【図６】本発明実施例の温度測定結果を示す表である。
【図７】本発明実施例の温度測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  軸部、２  筒状部、３  凹部（厚肉部）、４  凸部（薄肉部）、５  誘導加熱コイル、１０  誘導加熱治具、１１  台座  １２  シールド部材、１３  熱吸収部材、１４  回転テーブル、Ｗ  ワークＷ（被加熱筒状部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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