(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入において、内周加熱コイルまたは軸加熱コイル位置において被焼入円筒部材の円筒内周面または軸外周面を加熱し、該被焼入円筒部材の加熱部を冷却しながら軸加熱コイルまたは内周加熱コイル位置に移動して、軸外周面または円筒内周面を加熱して焼入れすることを特徴とする円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法。
【請求項２】
円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置において、フレームに固定された円筒内周面を加熱する内周加熱コイル及び軸外周面を加熱する軸加熱コイルと、被焼入円筒部材を保持してその円筒内周面焼入部および軸外周面焼入部を前記それぞれの加熱コイル位置に移動させる移動テーブルと、該移動テーブルの移動中に前記円筒内周面焼入部と軸外周面焼入部の少なくも一方が冷却されるように前記移動テーブルと一体に移動する内周面冷却手段と軸冷却手段の少なくも一方を備えたことを特徴とする円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。
【請求項３】
前記移動テーブルは保持する被焼入軸付円筒部材を加熱、冷却中回転させる回転手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。
【請求項４】
前記内周加熱コイルに円筒内周面を冷却する断面Ｙ字型ノズルを有する冷却管が設けられ、前記移動テーブルと一体に移動する内周面冷却手段と軸冷却手段には、円筒内周面に冷却液を噴射する内周面冷却ノズルと、前記軸部外周面に冷却液を噴射する軸冷却ノズルと、軸付け根と円筒肩部外周面に冷却液を噴射する肩冷却ノズルと、前記円筒部外周面に冷却液を噴射する円筒外周面冷却ノズルとを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車部品の等速ジョイントなどのように軸部の一端にボールベアリングのアウターレースをなす円筒部を有する軸付円筒部材の円筒内周面と軸外周面を焼入れする焼入方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のような円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入れの際には、円筒内周面を加熱、冷却して焼入れした後、さらに軸外周面を加熱、冷却して焼入れすることが行われていた。
【０００３】
即ち、被焼入円筒部材（以下ワークという）の円筒内周面または軸外周面をそれぞれの加熱コイルの位置で加熱して冷却位置に移動した後、この冷却位置で停止して冷却液噴射などの方法で冷却されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に誘導加熱による焼入れの場合には加熱時間より冷却時間が長いので、焼入作業時間の短縮のためには冷却時間の短縮を図る必要がある。また、上記軸と内周面との焼入れを別々のユニットにより行うと、ユニットの数が多くなるため場所を要し、かつ工数が多くコストがかかるという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、設置面積を取らず、処理時間を短縮してコストを低減する円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法は、内周加熱コイルまたは軸加熱コイル位置において被焼入円筒部材の円筒内周面または軸外周面を加熱し、該被焼入円筒部材の加熱部を冷却しながら軸加熱コイルまたは内周加熱コイル位置に移動して、軸外周面または円筒内周面を加熱して焼入れすることを特徴とするものである。
【０００７】
即ち従来は、被焼入円筒部材（以下ワークという）の円筒内周面または軸外周面をそれぞれの加熱コイルの位置で加熱した後、ワークを冷却位置に移動し、この位置で移動を停止して、冷却液噴射などの方法で冷却焼入れし、次に反対の軸外周面または円筒内周面を加熱する位置にワークを移動して加熱冷却焼入れしていた。これに対し本発明は、円筒内周面または軸外周面を加熱後、反対の軸外周面または円筒内周面を加熱する位置に移動する際に、移動しながら冷却することにより、冷却時間を他の動作の中に組み入れることができ全体の作業時間を短縮するものである。なお、ここでいう軸外周面とは、軸の直線部のみをいうのでなく、例えば図３に示すように軸の円筒部との付け根のＲ部や円筒部の肩部まで含むことができる。
【０００８】
このため、本発明の円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置は、フレームに固定された円筒内周面を加熱する内周加熱コイル及び軸外周面を加熱する軸加熱コイルと、被焼入円筒部材を保持してその円筒内周面焼入部および軸外周面焼入部を前記それぞれの加熱コイル位置に移動させる移動テーブルと、該移動テーブルの移動中に前記円筒内周面焼入部と軸外周面焼入部の少なくも一方が冷却されるように前記移動テーブルと一体に移動する内周面冷却手段と軸冷却手段の少なくも一方を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
すなわち、本発明の焼入装置は一つのユニットに円筒内周面を加熱する内周加熱コイルと軸外周面を加熱する軸加熱コイルとを備えて、テーブル上の被焼入円筒部材（以下ワークという）を両コイルの間に移動させて加熱焼入れするので、従来の円筒部と軸部の焼入れを別個で行っていた焼入装置より面積が少なくて済む。
【００１０】
また、冷却手段がテーブルと一体に移動し、ワークが内周面加熱と軸加熱の間を移動中に冷却されるので、全体としての作業時間が減少して焼入時間を短縮できる。内周面と軸の冷却手段のいずれか一つの冷却手段をテーブルと一体に移動するようにしても、従来より時間短縮できるが両者ともに一体に移動すれば一層効果があげられる。
【００１１】
前記移動テーブルは、保持する被焼入軸付円筒部材を加熱、冷却中回転させる回転手段を備えることにより、ワークは回転しながら誘導加熱冷却されるので均等に加熱冷却されて焼入れ歪みを減少できる。
【００１２】
また、本発明の焼入装置は、前記内周加熱コイルに円筒内周面を冷却する断面Ｙ字型ノズルを有する冷却管が設けられ、前記移動テーブルと一体に移動する内周面冷却手段と軸冷却手段には、円筒内周面に冷却液を噴射する内周面冷却ノズルと、前記軸部外周面に冷却液を噴射する軸冷却ノズルと、軸付け根と円筒肩部外周面に冷却液を噴射する肩冷却ノズルと、前記円筒部外周面に冷却液を噴射する円筒外周面冷却ノズルとを備えることが望ましい。
【００１３】
このようにすれば、内周面冷却手段として内周加熱コイルに設けられた断面Ｙ字型ノズルにより通常冷却が困難な円筒内周面が完全に冷却される。また、断面Ｙ字型ノズルと別個に移動テーブルに固定された円筒内周面に冷却液を噴射する内周面冷却ノズルを備えることにより、内周面加熱後にワークが移動して内周加熱コイルから離れて断面Ｙ字型ノズルによる冷却効果が少なくなったときに、ワークと共に移動する内周面冷却ノズルが移動しながらワークの内周面をさらに冷却する。なお、断面Ｙ字型ノズルは発明者らが先に提案したものである（特許第１６０７８６２号）。
【００１４】
また、軸冷却手段としてテーブルに固定された軸冷却ノズルと肩冷却ノズルを備えることにより、ワークは移動しながら軸部外周面と軸付け根と円筒肩部外周面とを冷却できる。これにより、軸の冷却速度が速くなると共に均一に冷却され焼入れ歪みを軽減できる。さらに移動テーブルに固定された円筒外周面冷却ノズルを備えることにより、前記内周面冷却手段により内周面を冷却するとき同時に円筒外周面も冷却されるので、円筒内周面の冷却速度が速くなると円筒部の焼入れ歪みを軽減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の焼入装置の断面図、図２は冷却手段の冷却液噴射箱の配列の一例を示す図、図３は本実施形態の被焼入軸付円筒部材（以下ワークという）の形状の一例を示す図である。
【００１６】
図３のワークＷは円筒部１の端部に軸２を有する軸付円筒部材をなし、円筒部１の内周面１ａと軸２の外周面２ａが焼入れされる。
【００１７】
内周加熱コイル３は、図３の断面形状のリング状導体４が使用され、高周波電流が付加されて筒体内周面１ａを加熱する。リング状導体４の内側にコア５が取り付けられている。コイルの内部に断面Ｙ字形状のノズル６ａと端部ノズル６ｂが設けられた冷却管６が配設され、加熱コイル３により加熱された筒体内周面１ａを奥まで完全に冷却するようになっている（特許１６０７８６２号）。
【００１８】
軸外周面２ａを加熱する軸加熱コイル８は、軸付け根の首部を焼入れする断面形状を有するリング部８ｂ，８ｃと、軸外周面２ａを加熱する直線の立上り部８ａとを有し立上り部８ａがターミナルを介して高周波電源に接続されている。
【００１９】
次に、本発明の焼入装置の構成について図１を用いて説明する。ベースフレーム１１とその上に立設されたコラム１２とでフレームを構成し、コラム１２に設けられたレール１３にサドル２１がスライドして上下移動できるようになっている。コラム１２には、一端が軸受１８に軸支され他端がサーボモータ１５により駆動される、ねじ軸１６が付設されている。そして、サドル２１に設けられためねじ１７がねじ軸１６に螺合して、サーボモータ１５の回転によりサドル２１がレール１３を上下スライド駆動されるようになっている。
【００２０】
コラム１２の上部側にはスライド面に直角に上部アーム２２が固設され、上部アーム２２にエアシリンダ２３が設けられている。エアシリンダ２３により上下駆動されるセンタ２４は、回転テーブル３４上に載置されたワークＷのセンタ孔に係合してワークＷを保持するするようになっている。
【００２１】
サドル２１の下部側に、スライド面に垂直に下部アーム３１が固設されている。下部アーム３１には平面軸受３２が載設され、回転テーブル３４がベアリング３３により平面軸受３２に回転自在に支持されている。この下部アーム３１と回転テーブル３４が前記サドル２１により上下駆動されてワークＷを上下移動する移動テーブルを構成する。回転テーブル３４の外周面にはギヤ歯３４ａが設けられ、ギヤ歯３４ａがモーター３６に固着されたピニオン３５に噛み合ってモーター３６により回転駆動される。平面軸受３２、および回転テーブル３４の中心には、内周加熱コイル３が挿入される空間が設けられている。
【００２２】
回転テーブル３４の上面には、ワークＷの円筒部１の外径に嵌合する凹部３４ｂが設けられ、ワークＷがその下部平面を同心に載置され、その上部センタ孔がセンタ２４に支持されて、ワークＷはモータ３６により回転駆動される回転テーブル３４と共に回転するようになっている。
【００２３】
回転テーブル３４の上方の位置に、中空リング状の円筒外周面冷却ノズル３７が冷却液供給管３７ａにより支持されて、下部アーム３１に固設されている。回転テーブル３４の下面の内部に、中空リング状の円筒内面冷却ノズル３８が冷却液供給管３８ａにより支持されて、下部アーム３１に固設されている。
【００２４】
円筒外周面冷却ノズル３７には、回転テーブル３４に載置されたワークＷの円筒外周面に冷却液を噴射するノズルが設けられ、円筒内周面を焼入冷却するとき同時に円筒外周面を冷却するようになっている。内周面冷却ノズル３８には、回転テーブル３４に載置されたワークＷの円筒内周面に冷却液を噴射するノズルが設けられている。内周加熱コイル３により円筒内周面が加熱され断面Ｙ字形ノズルにより冷却されるが、ワークＷが上昇して断面Ｙ字形ノズルから離れたときに、内周面冷却ノズル３８が内周面に冷却液を噴射してワークが上昇中も内周面を冷却するようになっている。
【００２５】
コラム１２に固定された上部アーム２２の下方側で下部アーム３１の上方に中部アーム４１がサドル２１に固設されている。中部アーム４１に回転テーブル３４に載置されたワークＷを跨ぐようにして軸冷却ノズル４２と肩冷却ノズル４３が固設され、軸冷却ノズル４２はワークＷのほぼ軸外周面２ａに、肩冷却ノズル４３は軸付け根、肩部に冷却液を噴射するノズルが設けられている。また、２個の軸冷却ノズル４２と１個の肩冷却ノズル４３は、図２に示すように３方から噴射するように配設され、２個の軸冷却ノズル４２、４２の間からワークＷが回転テーブル３４に積載できるようになっている。
【００２６】
軸加熱コイル８は、上支持部材２５により支持されて、サドル２１の上部アーム２２と中部アーム４１の間の位置になるようにしてコラム１２に固定され、図示しない誘導電源から高周波電流が付加され軸外周面を加熱する。
【００２７】
下部アーム３１の下側に下支持部材１４が設けられている。下支持部材１４は、一端がレール１３にスライドして上下動可能に支持され、図示しないクランプ手段により任意の位置でコラム１２に固定できるようになっている。下支持部材１４の他端には内周面冷却管６が立設され、内周面冷却管６の先端には断面Ｙ字型ノズル６ａと端面ノズル６ｂが設けられ、供給口６ｃから圧送される冷却液を内周加熱コイル３により加熱された円筒内周面に噴射するようになっている。また、内周面冷却管６の先端を取り巻いて内周加熱コイル３が設けられている。内周加熱コイル３は前述した図３の形状をなしている。
【００２８】
上記センタ２４、軸加熱コイル８、各冷却ノズル４２、４３、３７、３８および内周加熱コイル３と内周面冷却管６は、それらの軸心がワークＷの軸心と一致するようにして各アーム２２、４１、３１、支持部材２５、１４に設けられている。
【００２９】
以下、上記本発明実施形態の焼入装置の操作について図１と図４を用いて説明する。図４は装置の動作順序を示すフローチャートである。まず、図１の位置において、ワークＷは図示しないチャージ手段のクランプ４５により把持され、図の矢印方向に移動されて回転テーブル３４に凹部３４ｂに嵌合するようにして載置される（ＳＴＥＰ１）。
【００３０】
サドル２１がモータ１５の駆動により上昇し、ワークＷは回転テーブル３４に保持された状態で上昇する（ＳＴＥＰ２）。ワークＷの軸焼入部２ａが軸加熱コイル８の加熱位置に来ると（ＳＴＥＰ３）、サドル２１の上昇が停止する（ＳＴＥＰ４）。次にエアシリンダ２３によりセンタ２４が下降し、ワークＷは回転テーブル３４とセンタ２４により把持される（ＳＴＥＰ５）。そしてモータ３６により回転テーブル３４上のワークＷが回転される（ＳＴＥＰ６）。軸加熱コイル８に電流がＯＮされてワークＷは回転しながら軸外周面２ａが加熱される（ＳＴＥＰ７）。
【００３１】
ワークが焼入温度に達し所定時間保持されると、電流がＯＦＦされて軸外周面２ａの加熱が終了し（ＳＴＥＰ８）、軸冷却ノズル４２と肩冷却ノズル４３から冷却液が噴射される（ＳＴＥＰ８´）。そして、ただちにサドル２１が下降するので（ＳＴＥＰ９）、ワークＷは冷却液噴射により冷却されながら下降する。サドル２１が下降してワークＷの円筒内周面１ａが内周加熱コイル３の位置に来ると（ＳＴＥＰ１０）、サドル２１の下降が停止される（ＳＴＥＰ１１）。
【００３２】
ここで、内周加熱コイル３の電流がＯＮされて円筒内周面１ａの加熱が開始される（ＳＴＥＰ１２）。しかし内周面加熱が開始されても、まだ軸冷却ノズル４２と肩冷却ノズル４３の冷却液噴射は継続され、軸外周面２ａが所定温度まで低下した後、冷却液噴射が停止される（ＳＴＥＰ１３）。
【００３３】
ワーク内周面１ａが焼入温度に達し定時間保持されると、電流がＯＦＦにされて加熱が終了する（ＳＴＥＰ１４）。電流がＯＦＦにされると、同時に内周加熱コイル３の内部に配設された内周面冷却管６の断面Ｙ字型ノズル６ａ、端面ノズル６ｂから冷却液が噴射されて内周面１ａを急冷する（ＳＴＥＰ１４´）。同時に円筒外周面冷却ノズル３７、内周面冷却ノズル３８から冷却液が噴射される（ＳＴＥＰ１４´）。これにより筒部１は内外から均等に冷却されるので、焼入れ歪みを減少することができる。
【００３４】
内周面１ａが所定温度に達する時間、断面Ｙ字型ノズル６ａなどにより冷却された後、サドル２１が上昇する（ＳＴＥＰ１５）。ワークＷが上昇して内周面冷却管６の断面Ｙ字型ノズル６ａなどから離れると、図１に示すように内周面冷却ノズル３８から噴射される冷却液が円筒内周面に達するので、ワークＷは上昇しながらさらに内周面が冷却される。
【００３５】
サドル２１が上昇して図１に示すサドル待機位置に来ると（ＳＴＥＰ１６）、上昇は停止される（ＳＴＥＰ１７）。そして、回転テーブル３４が停止され（ＳＴＥＰ１８）、内周面冷却管６、円筒外周面冷却ノズル３７、内周面冷却ノズル３８の冷却液噴射も停止される（ＳＴＥＰ１８´）。
【００３６】
上記の作業が終了すると、図示しないチャージ手段のクランプ４５により軸２が把持されてワークＷが抽出される（ＳＴＥＰ１９）。これにより焼入作業が完了する（ＳＴＥＰ２０）。
【００３７】
【実施例】
上記構成の本発明の焼入装置と従来の焼入装置による焼入の作業時間について、図３に示す形状の下記寸法の軸付円筒部材のワークを焼入れして比較した。
ワーク軸径：２５ｍｍφ×焼入部長さ５５ｍｍ
ワーク円筒内径：６０ｍｍφ×焼入部長さ３８ｍｍ
【００３８】
その結果を図５に示す。図５は作業時間の比較のため図４の工程を簡易化して示してある。図に示すように、従来の装置では３９ｓｅｃ要した工程時間が、本発明の装置では２５ｓｅｃに３５％短縮された。従来の装置では、軸加熱後にワークを冷却位置に移動し軸冷却した後内周面加熱したので、軸冷却時間が全行程時間の約４０％を占めた。これに対して、本発明の装置では前述のようにワークを移動しながら冷却するので、軸冷却時間が別に要しないことになったためである。
【００３９】
以上述べたように本発明実施形態の焼入方法、装置によれば、円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入において、従来の方法、装置のようにワークの軸加熱後の冷却を停止位置で行った後、円筒内周面加熱を行うのでなく、ワークの軸加熱後の内周面加熱位置に移動中に冷却を行うので、ワークの停止時間が大幅に短縮されコストが低減された。
【００４０】
また、一つのユニットで円筒内周面焼入れと軸外周面焼入れを行うので、それぞれの焼入れを別のユニットで行っていた従来の装置に比し、設置面積、設備費を低減できた。
【００４１】
なお、上記実施形態ではワークの軸を最初に焼入れした後円筒内周面を焼入れしたが、その逆に円筒内周面を焼入れした後、軸を焼入れすることも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱焼入装置によれば、円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の焼入時間が大幅に短縮されるので、自動車部品などの熱処理に広く利用でき、部材の原価低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の構成を示す図である。
【図２】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の冷却手段の配置を説明する図である。
【図３】本発明実施形態のワークの一例を示す図である。
【図４】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の操作の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明実施例の誘導加熱焼入装置と従来の焼入装置との工程時間の比較を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｗ  ワーク（軸付円筒部材）、１  円筒部、１ａ  円筒内周面、２  軸、２ａ軸外周面、３  内周加熱コイル、４  リング状導体、５  コア、６  内周面冷却管、６ａ  断面Ｙ字形ノズル、６ｂ  端面ノズル、６ｃ  供給管、８  軸加熱コイル、８ａ、立上り部  ８ｂ、８ｃ  リング部、１１  ベースフレーム、１２コラム、１３  レール、１４  下支持部材、１５  パルスモーター、１６  ねじ軸、１７  めねじ、１８  ねじ軸受、２１  サドル、２２  上部アーム、２３エアシリンダ、２４  センタ、２５  上支持部材、３１  下部アーム、３２  平面軸受、３３  ベアリング、３４  回転テーブル、３４ａ  ギヤ歯、３４ｂ  凹部、３５  ピニオン、３６  モーター、３７  円筒外周面冷却ノズル、３７ａ冷却液供給管、３８  円筒内周面冷却ノズル、３８ａ  冷却液供給管、４１  中部アーム、４２  軸冷却ノズル、４３  肩冷却ノズル、４５  クランプ
【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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