(57)【要約】【課題】機械部品の形状が複雑であっても、優れた寸法精度を有する焼入れ方法を提供する。【解決手段】外周が略円形であり、内周に肉厚となる凸部１１が不等間隔で形成されたボディ２の外周に外周側治具４を配置する。また、長薄肉部１２ａの内周側の凸部１１間に内周側治具５の大型治具５ａを、長薄肉部１２ａに比べ距離の短い短薄肉部１２ｂの内周側の凸部１１間に内周側治具５の小型治具５ｂを配置する。外周側治具４および内周側治具５がボディ２の所定位置に配置されたら、ボディ２を焼入れする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周が略円筒形であり、内周に、肉厚となる凸部が周方向に不等間隔で形成されるとともに、該凸部間が薄肉となる機械部品を焼入れする方法であって、
前記機械部品の外周および／または前記機械部品の凸部間に、鋼材からなる治具を嵌合させて、焼入れすることを特徴とする機械部品の焼入れ方法。
【請求項２】
前記治具が、前記機械部品のマルテンサイト変態による体積膨張量よりも大きいクリアランスを持って前記機械部品に嵌合されることを特徴とする請求項１に記載の機械部品の焼入れ方法。
【請求項３】
前記機械部品の外周に嵌合される治具の径方向の厚さと、薄肉となる前記凸部間の径方向の厚さの合計が、前記凸部の内周への突出量とほぼ等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械部品の焼入れ方法。
【請求項４】
前記機械部品の内周に嵌合される治具の径方向の厚さは、前記凸部の内周への突出量とほぼ等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械部品の焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械部品の焼入れ方法に係り、特に寸法精度が良好な機械部品を得るための焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スプロケットなどの機械部品は、鋼材に切削などの機械加工を施したり、金属粉末を成形・焼結する粉末冶金法を用いて形成される。このような機械部品のうち、機械的強さや硬さが必要な場合には、鋼をオーステナイト組織状態に加熱した後、水中または油中で急冷することによって、マルテンサイト組織に変態させる焼入れを施す（特許文献１参照）。また、焼入れただけの機械部品は、非常に硬く、耐摩耗性に優れているが、脆く内部応力が高いので、再度２００℃〜６００℃程度に加熱する焼き戻しが行なわれる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７８６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、機構の複雑化にともない、機械部品の形状が複雑になるとともに、要求される寸法精度もより厳しくなってきている。図４の符号１は、このような機械部品の一例の可変バルブタイミング機構に用いられるスプロケットボディである。スプロケットボディ１は、ボディ２と、外周に歯部を有するカムスプロケット３から構成され、ボディ２内には羽根部を有するベーン（図示せず）が収容される。実際のスプロケットボディ１は、ボディ２とカムスプロケット３が一体に形成されたものであるが、説明の便宜上、ボディ２とカムスプロケット３を別個に示す。図５に示すように、このボディ２の外周形状は円筒である。また、ボディ２の内周には、複数の凸部１１が内周方向に突出して形成されている。また、隣接する凸部１１間には、薄肉部が形成されている。この凸部１１の一部は、他のものよりも間隔を大きくとって配置されるため、薄肉部は、隣り合う凸部１１間の距離がＬａである１つの長薄肉部１２ａと、隣り合う凸部１１間の距離がＬａに比べて短いＬｂである複数の短薄肉部１２ｂとから構成される変則的な形状となっている。この凸部１１間の薄肉部において図示せぬベーンの羽根部の先端部と摺動する。
【０００５】
このような形状のボディ２においては、焼入れ時に各部でマルテンサイト変態が完了するタイミングがずれるとともに、各部でマルテンサイト変体による体積膨張量が異なる。すなわち、マスの小さい薄肉部は容易に冷却されるため急激にマルテンサイト変態が起こり、膨張しようとする。このとき、凸部１１間の距離が短い短薄肉部１２ｂでは凸部１１により拘束されるのに対し、凸部１１間の距離が長い長薄肉部１２ａでは凸部１１の拘束を受けにくい。この結果、図５中の矢印方向に膨張して、点線で示したように形状の歪みが生じ易い。また、この長薄肉部１２ａの変形を受けて長薄肉部１２ａ両端の凸部１１も点線で示したような歪みが生じ易い。このように、肉厚となる凸部が不等間隔で形成されるとともに、凸部間が薄肉となる機械部品を焼入れする場合には、寸法精度を良好に保つことが難しい。
【０００６】
このような変形が生じた場合、ベーンの羽根部との摺動において、偏摩耗が生じ易く、騒音が大きくなる等の問題が発生する。また、熱処理体はマルテンサイト組織となっているため、この変形をサイジング等により矯正することは不可能である。このため、変形を矯正するには切削加工等の方法が用いられる。しかしながら、熱処理体の加工は難しく、加工費の増加や、加工による材料ロスから原料費も増加する。
【０００７】
したがって、本発明は機械部品を焼入れする方法であって、複雑な形状の機械部品であっても優れた寸法精度を有する焼入れ方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、外周が略円形であり、内周に、肉厚となる凸部が不等間隔で形成されるとともに、凸部間が薄肉となる機械部品を焼入れする方法であって、機械部品の外周、もしくは機械部品の凸部間に、鋼材からなる治具を嵌合させて、焼入れすることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、機械部品に治具を嵌合させてから機械部品を焼入れする。これによって、機械部品は、マルテンサイト変態の完了時期が制御される。すなわち、薄肉となる凸部間は徐々に冷却され、急激なマルテンサイト変態による凸部間の膨張が抑えられる。このため、本発明の焼入れ方法では急激な膨張によって生じる上述のような機械部品の歪みを抑えることができ、その結果として、焼入れ後の機械部品を良好な寸法精度で得ることができる。
【００１０】
本発明の焼入れ方法では、治具が、機械部品のマルテンサイト変体による体積膨張量よりも大きいクリアランスを持って機械部品に嵌合されることが好ましい。マルテンサイト変体によって機械部品の体積が膨張すると、機械部品が治具を圧迫してしまい、治具が取り外せなくなるおそれがある。しかしながら、本発明の治具は、マルテンサイト変体による体積膨張量よりも大きなクリアランスを持って嵌合されるため、機械部品がマルテンサイト変体によって体積が膨張した時に、機械部品による治具の圧迫を防止することができる。この結果、機械部品の変形を抑えるとともに、焼入れ後の治具の取り外しを円滑に行うことができる。
【００１１】
本発明では、機械部品の外周に嵌合される治具の径方向の厚さと、薄肉となる凸部間の径方向の厚さの合計が、凸部の内周への突出量とほぼ等しいことが好ましい。このように外周に嵌合される治具の径方向の厚さを設定することで、薄肉となる凸部間のマルテンサイト変態の進行速度が、肉厚となる凸部のマルテンサイト変態の進行速度と同等の速度となる。
【００１２】
また、本発明では、機械部品の内周に嵌合される治具の径方向の厚さは、凸部の内周への突出量とほぼ等しいことが好ましい。これにより、上述のように、薄肉となる凸部間のマルテンサイト変態の進行速度が、肉厚となる凸部のマルテンサイト変態の進行速度と同等の速度となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の機械部品の焼入れ方法によれば、焼入れ時に変形が生じ易い薄肉部に治具を配置することにより、マルテンサイト変態の完了時期を制御して、各部のマルテンサイト変形量を制御するので、機械部品の形状が複雑であっても優れた寸法精度で焼入れができる。このため、切削加工等による加工費や原料費の増加を抑制できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の焼入れ方法について、図を参照して説明する。前述のように、実際のスプロケットボディ１は、ボディ２とカムスプロケット３が一体に形成されている。しかしながら、本実施形態では説明の便宜上、ボディ２とカムスプロケット３を別個に示し、ボディ２の焼入れ方法について説明する。
【００１５】
［第一実施形態］
図１は、本発明の焼入れ方法の実施形態の一つである。本実施形態においては、ボディ２の外周に、鋼材からなる略円筒形の外周側治具４を配置する。図１（ａ）は、ボディ２の外周に外周側治具４を配置した上面図、図１（ｂ）は、ボディ２と外周側治具４を分離した状態の斜視図、図１（ｃ）はボディ２に外周側治具４を配置した状態の斜視図である。
【００１６】
このような外周側治具４をボディ２に外周に配置してボディ２を焼入れすると、長薄肉部１２ａおよび短薄肉部１２ｂの外周側は、外周側治具４が冷却された後に冷却されるため、各薄肉部１２ａ、１２ｂの外周側のマルテンサイト変態の完了時期が遅くなる。このため、各薄肉部１２ａ、１２ｂの内周側では冷却と同時に膨張するが、各薄肉部１２ａ、１２ｂの外周側が膨張しないため、従来に比べ各薄肉部１２ａ、１２ｂの膨張が抑制される。その後、各薄肉部１２ａ、１２ｂの外周側が一様にマルテンサイト変態することにより歪み変形を抑制することができる。
【００１７】
外周側治具４の内径は、ボディ２のマルテンサイト変体による膨張量よりも大きく設定される。すなわち、外周側治具４はボディ２と遊嵌する大きさに設定される。ボディ２と外周側治具４のクリアランスｄがボディ２の外周面のマルテンサイト変態による体積膨張量よりも小さいと、外周側治具４がボディ２の外周２ａを拘束してしまう。このため、歪みが予期せぬ方向へ向かってしまい、ボディ２の内周部の変形を招く虞がある。また、外周側治具４とボディ２の分離が難しくなってしまうため、外周側治具４をボディ２から分離させるために余分な工程が必要となるとともに、分離に要する荷重がボディ２の変形を招く虞がある。しかしながら、クリアランスｄが過大であると外周側治具４とボディ２の外周２ａに焼入れ油が過大に進入してしまい、ボディ２の外周２ａのマルテンサイト完了時期を遅らせる効果が薄れてしまう。この観点からボディ２の外周２ａと外周側治具４のクリアランスｄは多くとも３ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ程度までとすることが好ましい。
【００１８】
また、外周側治具４の径方向の厚さｔ１と長薄肉部１２ａおよび短薄肉部１２ｂの径方向の厚さｔ２の合計が、凸部１１の内周への突出量ｔ３と同程度となるよう外周側治具４の径方向の厚さを設定する。これにより、各部でのマルテンサイト変態の進行具合を等しくできるため、各部でのマルテンサイト膨張をより均一にすることができる。
【００１９】
［第二実施形態］
図２は、本発明の焼入れ方法の他の実施形態を示すものである。本実施形態においては、ボディ２の凸部１１間に鋼材からなる内周側治具５を配置する。図２（ａ）は、ボディ２の内周２ｂに内周側治具５を配置した上面図であり、図２（ｂ）は、ボディ２と内周側治具５を分離した状態の斜視図、図２（ｃ）はボディ２に内周側治具５を配置した状態の斜視図である。内周側治具５はリングを円周方向で分断した形状をしており、円周方向の長さが長い大型治具５ａと、円周方向の長さが短い小型治具５ｂとからなっている。
【００２０】
本実施形態においては、距離の長い長薄肉部１２ａの内周側の凸部１１間に大型治具５ａを、距離の短い短薄肉部１２ｂの内周側の凸部１１間に小型治具５ｂを配置する。このような内周側治具５を配置してボディ２とともに加熱して焼入れを行うと、第一実施形態とは逆に、各薄肉部１２ａ、１２ｂの外周側が先に冷却され、一様に外周側のマルテンサイト変態が完了した後、遅れて各薄肉部１２ａ、１２ｂの内周側が外周に倣ってマルテンサイト変態する。このため、ボディ２が得手勝手な方向へマルテンサイト膨張することが防止される。この結果、第一実施形態と同様にボディ２の変形を抑えることができる。また、内周側治具５とボディ２のクリアランスｄについては、第一実施形態と同様である。
【００２１】
この第二実施形態の場合、図２に示したように、内周側治具５の径方向の厚さｔ４は凸部１１の内周への突出量と同程度となるように設定される。このように内周側治具５の径方向の厚さを設定すると、ボディ２の見掛けの厚さが、凸部１１のない単純円筒の場合と同様となり、各部のマルテンサイト変形の挙動が等しくなる。
【００２２】
本実施形態では、内周側治具５として、凸部１１間に、一つの大型治具５ａと四つの小型治具５ｂを個々に配置した。この場合において、一つの大型治具５ａと四つの小型治具５ｂを例えばリングまたは円板で連結して、内周側治具５を一体に形成しても、本実施形態の内周側治具５と同様の効果が得られるため、内周側治具５を一体に形成してボディ２の内周に配置しても良い。
【００２３】
［第三実施形態］
図３は、上記の第一実施形態と第二実施形態を組み合わせた例であり、ボディ２の外周２ａに略円筒形の外周側治具４を配置するとともに、ボディ２の凸部１１間に内周側治具５を配置するものである。図３（ａ）は、ボディ２の外周２ａに外周側治具４を、ボディ２の内周２ｂに内周側治具５を配置した上面図、図３（ｂ）は、ボディ２と外周側治具４および内周側治具５を分離した状態の斜視図、図３（ｃ）はボディ２に外周側治具４および内周側治具５を配置した状態の斜視図である。
【００２４】
本実施形態においては、内外周ともに均一にゆっくりとマルテンサイト変態する結果、ボディ２に蓄積する歪み量がより小さくなる。このため、ボディ２の歪み変形量は、第一実施形態および第二実施形態に比べ小さく抑制される。
【００２５】
上記は、機械部品の一例として可変バルブタイミング機構に用いられるボディ２について説明したが、外周が略円形であり、内周に、不等間隔に肉厚となる凸部が形成されるとともに、凸部間が薄肉となる機械部品であれば同様に焼入れ時の歪み変形を小さくすることができる。
【実施例】
【００２６】
Ｎｉ：０．５質量％、Ｍｏ：０．５質量％、および残部がＦｅと不可避不純物からなる合金粉末に、焼結体の炭素量が０．３質量％となる量の黒鉛粉末を添加、混合し、図４に示す形状（外径が９４ｍｍ）のスプロケットボディ１を密度７．０Ｍｇ／ｍ３で成形し、得られた成形体を分解アンモニアガス雰囲気中において１１３０℃で焼結を行って焼結体を作製した。次いで、表層から０．１ｍｍまでの密度が７．５Ｍｇ／ｍ３以上となるよう、焼結体の歯面を転造した。
【００２７】
［実施例１］
得られた転造体試料について、第一実施形態の治具を用いて浸炭性ガス雰囲気中８５０℃で６０分間保持した後、油中に焼入れを行う浸炭焼入れを行い、大気中１８０℃で６０分間保持して焼戻しを行った。得られた熱処理体試料について、外径の寸法を測定して外径の最大値と最小値の差を寸法差として求めたところ、寸法差は８２μｍであった。
【００２８】
［実施例２］
得られた転造体試料について、第二実施形態の治具を用いて浸炭性ガス雰囲気中８５０℃で６０分間保持した後、油中に焼入れを行う浸炭焼入れを行い、大気中１８０℃で６０分間保持して焼戻しを行った。得られた熱処理体試料について、外径の寸法を測定して外径の最大値と最小値の差を寸法差として求めたところ、寸法差は８４μｍであった。
【００２９】
［実施例３］
得られた転造体試料について、第三実施形態の治具を用いて浸炭性ガス雰囲気中８５０℃で６０分間保持した後、油中に焼入れを行う浸炭焼入れを行い、大気中１８０℃で６０分間保持して焼戻しを行った。得られた熱処理体試料について、外径の寸法を測定して外径の最大値と最小値の差を寸法差として求めたところ、寸法差は７８μｍであった。
【００３０】
［比較例（従来例）］
得られた転造体試料について、治具を用いることなく浸炭性ガス雰囲気中８５０℃で６０分間保持した後、油中に焼入れを行う浸炭焼入れを行い、大気中１８０℃で６０分間保持して焼戻しを行った。得られた熱処理体試料について、外径の寸法を測定して外径の最大値と最小値の差を寸法差として求めたところ、寸法差は１２４μｍであった。
【００３１】
上記のように本発明の焼入れ方法を用いた例は、比較例（従来例）に比して寸法差を小さくできることが確認された。このように本発明の焼入れ方法では、機械部品の変形が生じやすい箇所の周囲に治具を配置して機械部品を焼入れをすることで、焼入れ後の機械部品の寸法精度を容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の焼入れ方法の第一実施形態に係る治具配置の模式図である。
【図２】本発明の焼入れ方法の第二実施形態に係る治具配置の模式図である。
【図３】本発明の焼入れ方法の第三実施形態に係る治具配置の模式図である。
【図４】機械部品の一例である可変バルブタイミング機構に用いられるボディとカムスプロケットの模式図である。
【図５】図４に示すボディの上面模式図および側面模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…スプロケットボディ
２…ボディ
３…カムスプロケット
４…外周側治具
５…内周側治具
１１…凸部
１２ａ…長薄肉部
１２ｂ…短薄肉部
【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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