(57)【要約】【課題】ワークの質量アンバランスに伴う精度悪化を、ワーク側に形状的、構造的な変更を加えることなく治具側の工夫によって抑制可能とする焼入治具を提供する。【解決手段】厚肉で高質量の環状本体部２と薄肉で低質量部の筒状ボス部３を備えた歯車部品４の焼入れに用いる焼入治具１０を、前記筒状ボス部３を囲んで環状本体部２の端面を支承する筒状のワーク受け部１１を備えた構成とする。前記ワーク受け部１１によって歯車部品４の筒状ボス部３の質量を実質的に増大させて環状本体部２との質量差を緩和し、焼入温度への昇温中に発生する熱応力および焼入液に浸漬中に発生する変態応力の発生タイミングを部位によらずほぼ一様として、筒状ボス部２の熱処理変形を抑える。【選択図】図１
2009041068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持し該ワークと共に焼入温度に加熱されかつ焼入液中に浸漬される焼入治具であって、前記ワークの質量が小さい側に近接して配置され、該質量が小さい側の質量を実質的に増加させる質量補完部を備えていることを特徴とする焼入治具。
【請求項２】
ワークが、環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有しており、前記質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼入治具。
【請求項３】
ワークが、環状本体部の外周に歯を有する歯車部品であることを特徴とする請求項２に記載の焼入治具。
【請求項４】
ワークを焼入治具に支持させ、該焼入治具と共にワークを焼入温度に加熱しかつ焼入液中に浸漬する焼入方法であって、前記焼入治具に、前記ワークの質量が小さい側に近接して配置される質量補完部を設けて、該質量補完部により前記ワークの質量が小さい側の質量を実質的に増加させることを特徴とする焼入方法。
【請求項５】
ワークが、環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有しており、前記焼入治具の質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部となっていることを特徴とする請求項４に記載の焼入方法。
【請求項６】
ワークが、環状本体部の外周に歯を有する歯車部品であることを特徴とする請求項５に記載の焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの焼入れに用いられる焼入治具および該焼入治具を用いて行う焼入方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば図８に示すように、外周に歯１を有する厚肉の環状本体部２の一端側に薄肉の筒状ボス部３を有する異形の歯車部品（ワーク）４を焼入れ（浸炭焼入れ）するには、棒状の焼入治具５を歯車部品４の軸孔４ａに通して、歯車部品４を内径側から横置きの状態で支持し、この状態で焼入治具５と共に歯車部品４を浸炭炉に装入して焼入温度に加熱し、その後、焼入槽内の焼入液中に浸漬するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、上記した焼入方式では、厚肉の本体部２と薄肉のボス部３との質量アンバランスにより、焼入温度への加熱中（昇温中）に発生する熱応力および焼入液への浸漬中（冷却中）に発生する変態応力の発生タイミングに本体部２とボス部３とで差が生じ、その影響で剛性の小さい側のボス部３の変形が大きくなって、特にボス部３の円筒度が悪化する、という問題があった。
【０００４】
なお、上記した質量アンバランスに伴う精度悪化に対処するため、例えば特許文献１には、内周に歯を有する環状の歯車部品の質量が大きい側に、変態応力のバランスをとる質量減少部（環状の凹溝）を設けることが記載されている。しかし、歯車部品に限らず多くの部品は、余肉を付けないで形成されているため、前記質量減少部を設けた場合は部品の強度や機能が損なわれる危険があり、その適用は著しく制限されたものとなる。
【特許文献１】特開平１１−１５８５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、ワークの質量アンバランスに伴う精度悪化を、ワーク側に形状的、構造的な変更を加えることなく治具側の工夫によって抑制可能とする焼入治具と焼入方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る焼入治具は、ワークを支持し該ワークと共に焼入温度に加熱されかつ焼入液中に浸漬される焼入治具であって、前記ワークの質量アンバランスを解消する質量補完部を備えていることを特徴とする。
また、本発明に係る焼入方法は、上記した焼入治具にワークを支持させ、該焼入治具と共にワークを焼入温度に加熱しかつ焼入液中に浸漬することを特徴とする。
【０００７】
上記のように構成した焼入治具および焼入方法においては、治具側にワークの質量アンバランスを解消する質量補完部を設けたので、ワークがほぼ一様に加熱および冷却され、昇温中に発生する熱応力および焼入中に発生する変態応力の発生タイミングが部位によらず一様となって質量が小さい側の変形が抑えられる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。
【０００８】
（１）ワークを支持し該ワークと共に焼入温度に加熱されかつ焼入液中に浸漬される焼入治具であって、前記ワークの質量が小さい側に近接して配置され、該質量が小さい側の質量を実質的に増加させる質量補完部を備えていることを特徴とする焼入治具。
【０００９】
本（１）項記載の焼入治具においては、治具側に、ワークの質量が小さい側に近接して配置される質量補完部を設けたので、ワークがほぼ一様に加熱および冷却され、昇温中に発生する熱応力および冷却中に発生する変態応力の発生タイミングが部位によらずほぼ一様となり、結果として質量が小さい側の変形が抑えられる。
【００１０】
（２）ワークが、環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有しており、前記質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部として構成されていることを特徴とする（１）項に記載の焼入治具。
【００１１】
（３）ワークが、環状本体部の外周に歯を有する歯車部品であることを特徴とする（２）項に記載の焼入治具。
【００１２】
本発明で対象とするワークは、特にその種類を問うものではないが、本（２）項記載のように環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有するワークを対象とする場合は、前記質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部として構成することで、ワーク支持と質量補完とにワーク受け部を共用することができて合理的となる。この場合、（３）項記載のように、環状本体部の外周に歯を有する歯車部品を対象にして有用となる。
【００１３】
（４）ワークを焼入治具に支持させ、該焼入治具と共にワークを焼入温度に加熱しかつ焼入液中に浸漬する焼入方法であって、前記焼入治具に、前記ワークの質量が小さい側に近接して配置される質量補完部を設けて、該質量補完部により前記ワークの質量が小さい側の質量を実質的に増加させることを特徴とする焼入方法。
【００１４】
（４）項記載の焼入方法においては、治具側にワークの質量が小さい側に近接して配置される質量補完部を設けたので、（１）項記載と同様にワークがほぼ一様に加熱および冷却され、質量が低い側の変形が抑えられる。
【００１５】
（５）ワークが、環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有しており、前記焼入治具の質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部となっていることを特徴とする（４）項に記載の焼入方法。
【００１６】
（６）ワークが、環状本体部の外周に歯を有する歯車部品であることを特徴とする（５）項に記載の焼入方法。
【００１７】
本発明で対象とするワークは、特にその種類を問うものではないが、本（５）項記載のようにワークが環状の本体部の一端側に該本体部より質量が小さい筒状のボス部を有する場合は、前記質量補完部が、前記ワークのボス部を囲んで前記本体部の端面を支承する筒状のワーク受け部として構成される構成とすることができ、ワーク支持と質量補完とにワーク受け部を共用することができて合理的となる。この場合、（６）項記載のように、本体部の外周に歯を有する歯車部品を対象にして有用となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る焼入治具および焼入方法によれば、ワーク側に形状的、構造的な変更を加えることなく治具側の工夫によって、ワークの質量アンバランスに伴う精度悪化を抑えることができるので、適用可能なワーク種類が拡大し、利用価値が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明に係る焼入治具の一つの実施形態を示したものである。本焼入治具１０は、前出図８に示した異形の歯車部品４の焼入れ（浸炭焼入れ）に用いるもので、ワークとしての歯車部品４については、形状および構造的な変更がないので、同一部分に同一符号を付している。本焼入治具１０は、前記歯車部品４の筒状ボス部３を囲んで環状本体部２の端面を支承する筒状のワーク受け部１１と、歯車部品４の軸孔中心に配置される柱状部１２と、ワーク受け部１１と柱状部１２とを連接する放射配列の連接部１３とからなっている。
【００２０】
図８に関連して説明したように、歯車部品４は、その環状本体部２が厚肉の高質量部、その筒状ボス部３が薄肉の低質量部とそれぞれなっている。本焼入治具１０のワーク受け部１１は、前記環状本体２の肉厚ｔ１から筒状ボス部３の肉厚ｔ２を減じた値と同程度となるようにその肉厚ｔ０が設定されると共に、筒状ボス部３の外径Ｄよりわずか大きくなるようにその内径ｄが設定されている。これにより歯車部品４の筒状ボス部３は、焼入治具１０のワーク受け部１１によって実質的に質量が増大した状態となり、環状本体部２との質量差が緩和される。したがって、焼入治具１０のワーク受け部１１は、歯車部品４の質量が小さい側の質量を実質的に増加させる質量補完部として機能している。
【００２１】
上記した焼入治具１０を用いて歯車部品４を焼入れする場合は、焼入治具１０のワーク受け部１１が歯車部品４の筒状ボス部３の質量を実質的に増大させて、環状本体部２との質量差を緩和するので、焼入温度への加熱中（昇温中）、歯車部品４がほぼ一様に加熱される。これによって筒状ボス部３と環状本体部２とに発生する熱応力がバランスし、この結果、質量が小さい側の筒状ボス部３の変形が抑えられる。また、焼入温度から焼入液に浸漬中（冷却中）は、歯車部品４がほぼ一様に冷却されるので、筒状ボス部３と環状本体部２とでほぼ同じタイミングで焼入変態が起こる。これによって筒状ボス部３と環状本体部２とに発生する変態応力がバランスし、この結果、質量が小さい側の筒状ボス部３の変形が抑えられる。
【００２２】
ここで、実際の生産ラインにおいては、一度に多数の歯車部品４を処理する必要があるので、例えば図３〜５に示すように、本焼入治具１０を多数備えた治具ユニット１５を用意する。治具ユニット１５は、ここではハニカム形状のホルダ部１６の交点部を中心に本焼入治具１０を配した一体構造となっており、その全体が耐熱鋳鋼を用いた鋳造品により形成されている。この治具ユニット１５において、そのハニカム形状のホルダ部１６を構成するフレーム１７が本焼入治具１０の連接部１３（図１）として提供されており、また、本焼入治具１０の柱状部１２がホルダ部１６の交点部から立ち上げられている。
【００２３】
本焼入治具１０とホルダ部１６とを備えた治具ユニット１５は、図３に示すように、トレイ２０上に段積み状態で載置され、熱処理に供される。この場合、治具ユニット１５の段積みは、焼入治具１０内の柱状部１２を介して行われる。より詳しくは、下段側の治具ユニット１５から延ばされた柱状部１２の上端に上段側の治具ユニット１５のホルダ部１６を載置させる形態で行われる。このとき、上・下段の治具ユニット１５を相互に横方向に位置決めする必要があることから、ホルダ部１６内の複数の交点部から選択された複数箇所に、下面に凹穴１８を有するメス型部１９を配設し（図４）、一方、焼入治具１０から選択された一部の柱状部１２を長めに形成して、その延長端部を前記メス型部１９の凹穴１８に嵌合させるようにする（図５）。
【００２４】
焼処理に際しては、予め各焼入治具１０に歯車部品４をセットした治具ユニット１５の必要数を図３に示す態様でトレイ２０上に段積みし、これを焼入炉（浸炭炉）に装入して焼入温度に加熱保持し、その後、焼入炉から取出してそのまま焼入槽内の焼入液中に浸漬する。この場合、各治具ユニット１５内の焼入治具１０には、前記したように歯車部品４の環状本体部２と筒状ボス部３との質量アンバランスを解消する質量補完部としてのワーク受け部１１が設けられているので、歯車部品４はほぼ一様に加熱および冷却される。これによって質量が小さい筒状ボス部３の変形が抑えられ、結果として精度的に優れた歯車部品４の大量生産が可能になる。
【実施例１】
【００２５】
図１に示した焼入治具１０において、ワーク受け部１１の肉厚ｔ０を１０ｍｍ、その内径ｄを７３ｍｍにそれぞれ設定し、この焼入治具１０を、図３および４に示した態様で複数備えた治具ユニット１５を用いて、環状本体部２の肉厚ｔ１が３０ｍｍ、筒状ボス部３の肉厚ｔ２が５ｍｍ、筒状ボス部３の外径Ｄが７０ｍｍのサイズの歯車部品４を対象に、１つの治具ユニット１５に１５個の歯車部品４をセットして、２回に分けて焼入れ焼戻しの熱処理を行った。熱処理は、ガス浸炭炉中で９５０℃に加熱保持後、油中冷却（焼入れ）を行い、その後、焼戻炉中で１５０℃に加熱保持する焼戻しを行った。
【００２６】
そして、上記した熱処理後、各歯車部品４の筒状ボス部３の基部側部位（上）、中央部位（中）、先端側部位（下）の３箇所の外径を、図６に示すようにＸ，Ｙ，Ｚの３方向から測定し、その最大値から最小値を減じた値をバラツキとして、各部位におけるバラツキを求めた。なお、比較のため、図８に示した従来の焼入方式、すなわち焼入治具５を歯車部品４の軸孔４ａに通して内径側から横置きの状態で支持する方式で上記同様の熱処理を行い、同様に各部位におけるバラツキを求めた。
【００２７】
図７は、上記した試験結果を示したもので、計３０個についてのバラツキの平均値を指数化して示している。図７に示す結果より、筒状ボス部３の基部側部位（上）および中央部位（中）では、本発明治具による場合と比較治具による場合とでバラツキにほとんど差がないものの、先端側（下）では、両者の間に大きな差が認められる。これは、熱応力および変態応力の発生に伴う熱処理ひずみが剛性の低い先端側に現れ易いことによるもので、本発明治具が熱処理ひずみの低減に大きな効果を有することが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施形態である焼入治具の構造とその使用態様とを示す断面図である。
【図２】本焼入治具の構造を示す平面図である。
【図３】本焼入治具を複数備えた治具ユニットとその段積み状態とを示す断面図である。
【図４】治具ユニットのホルダ部の構造を示す平面図である。
【図５】本治具ユニットにおける治具ユニットの段済みに利用する位置決め部の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例における寸法バラツキの測定方式を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例における寸法バラツキの測定結果を示すグラフである。
【図８】歯車部品を対象にした従来の熱処理方式を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
２    環状本体部
３    筒状ボス部
４    歯車部品
１０  焼入治具
１１  ワーク保持部
１２  柱状部
１３  連接部
１５  治具ユニット
１６  ホルダ部
【図１】
2009041068.tif 000003
【図２】
2009041068.tif 000004
【図３】
2009041068.tif 000005
【図４】
2009041068.tif 000006
【図５】
2009041068.tif 000007
【図６】
2009041068.tif 000008
【図７】
2009041068.tif 000009
【図８】
2009041068.tif 000010