(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液を排出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に接して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させ、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とする誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具。
【請求項２】
被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔と該液を排出する排出孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空円筒部材の他端側を保持して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させて、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とする誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱焼入れにより、主として薄肉中空円筒部材の外面に焼入層を形成させる中空円筒部材の外面焼入治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空円筒部材の外面を誘導加熱により焼入れする場合に、特に円筒部が薄肉であると内部まで加熱されて肉厚全体が焼入れされるため、いわゆるずぶ焼入れになり、表面のみに焼入層を形成させる表面焼入れが困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これを防止して表面のみに焼入層を形成させるためには、円筒内部を冷却しながら、外面を誘導加熱して焼入れする方法が採られる。
【０００４】
この内部冷却方法として、図７に示すように、円筒１の中空部にＣｕ製のシールド材２を挿入して、円筒内面の熱を奪って内面を冷却しながら外面を誘導加熱焼入れすることにより、図に１ｂで示すような表面焼入層を形成させる方法が採られている。このシールド材を使用する加熱焼入方法では、円筒内面からシールド材に熱が良く伝達するように円筒内面とシールド材が密着する必要がある。
【０００５】
しかし、大量生産の場合、使用によりＣｕ製シールド材の外周が摩耗して、円筒内面との接触に変動が生じ焼入層が不安定になる。この精度管理が困難かつ煩雑である。また、加熱すると円筒が膨張するので、円筒内面とシールド材面との間に隙間が生じて接触面が不安定になり、熱伝達が不均一になって外面の焼入層の硬さや深さに変動が生じやすいという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、この内部冷却方法として、水冷することを考慮した。しかし、冷却水が焼入面にかかると焼入れむらを生ずるので、円筒を回転しながら加熱する場合に、外側に水が漏れないようにして円筒内面のみを冷却することが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、この困難性を解決し、簡易な構造で内部冷却する誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液を排出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に接して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させ、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とするものである。
【０００９】
本第１発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、貫通中空部を持つ中空円筒部材の外面焼入れに適するものである。
【００１０】
すなわち、本発明の中空円筒部材の外面焼入治具は、加熱の際に中空円筒部材（以下ワークという）の中空部に冷却液を充満しながら流通させて、円筒内面を冷却した状態で外面を誘導加熱するので、外面表面の薄層だけを加熱して焼入れすることができる。これにより、円筒外面に適切な焼入層を形成させることができ、薄肉円筒であっても全体に焼きが入って、いわゆるずぶ焼きになることがない。
【００１１】
この冷却液を流通させる方法として本発明の治具は、ワークの両端を冷却ノズルに設けられたシール部材と駆動側の駆動部材とで挟んで保持し、冷却ノズルに設けられた導入孔と駆動部材に設けられた排出孔を通して、ワークの中空部に冷却液を循環させて中空部内面を冷却する。そして、この状態で、駆動部材を回転駆動することにより、中空円筒部材を回転させながら、円筒外面を誘導加熱して急冷焼入れする。
【００１２】
このとき、冷却ノズルは静止しているが、シール部材は冷却ノズルに回転自在に支持されているのでワークは回転可能である。また、シール部材はワークの中空部の一端に水密に接しており、かつ冷却ノズルに水密に支持されているので、ワークが回転しても冷却液は外部に漏れることがない。また、ワークの中空部の他端は駆動部材が水密に接してワークを保持しているので、保持部分から冷却液が漏れることがない。駆動部材の排出孔を通して排出される冷却液は、適宜の手段により冷却液槽に排出される。
【００１３】
このようにして、中空部内壁を冷却しながら、駆動部材によりワークを回転させて外面を誘導加熱焼入れすれば、薄肉円筒でも外面に均一な薄い焼入層を形成させることができる。
【００１４】
また、本第２発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔と該液を排出する排出孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空円筒部材の他端側を保持して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させて、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とするものである。
【００１５】
本第２発明は、底付中空部を有するワーク、あるいは貫通中空部を有するワークの一端を塞いで焼入れする場合に適するものである。
【００１６】
すなわち、本第２発明のワークの外面焼入治具も、加熱の際に中空部に冷却液を流通させて円筒内面が冷却された状態で外面を誘導加熱して焼入れする点は第１発明と同一であるが、第２発明はこの冷却液を流通させる方法として、冷却液を流通させる導入孔と排出孔とを静止している冷却ノズルに設けて中空部に循環させる点で異なる。したがって、底付中空部を有するワークなど中空部が貫通していない円筒部材の外面焼入れに適する。
【００１７】
その他の、冷却ノズルとシール部材の機能は前述の第１発明と同様であり、中空部に冷却液を流通させながら、駆動部材によりワークを回転させて誘導加熱焼入れして、円筒外面に均一な薄い焼入層を形成させる点も同様である。
【００１８】
また、前記第１、第２発明ともに、前記導入孔の前記中空部側の先端に噴射ノズルが設けられ、該噴射ノズルから冷却液を噴射して前記中空部内面を冷却しながら外面を誘導加熱して焼入れすること、あるいは、前記導入孔の前記中空部側の先端に円錐状傘部材を設け、該導入孔から流出する冷却液を前記傘部材の傘面から流出させて前記中空部内面を冷却しながら外面を誘導加熱して焼入れすることもできる。
【００１９】
すなわち、ワークの中空部に冷却液を充満させなくても、上記のように中空部内壁に冷却液を噴射したり、流出させたりして冷却しても、前記同様の効果が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態について具体的に説明する。
［実施例１］
実施例１は本第１発明の実施例で、図１はその焼入治具の断面図、図２は図１のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【００２１】
図１において、ワーク１を挟んで図の下側に駆動部材２１が、上側に先端にシール部材１２が設けられた冷却ノズル１１が配設され、ワーク１の焼入部外周を囲むように加熱コイル３が配設される。
【００２２】
駆動部材２１は、上端にテーパ部２１ａを有する軸状体をなし、駆動ギヤ２２により図示しないモータなどによって回転駆動されるようになっている。そして、上部のテーパ部２１ａがワーク１の中空部１ａの下端に接して水密に塞ぐとともに、摩擦によりワーク１を回転駆動するようになっている。また、駆動部材２１には中心軸方向に排出孔２１ｂが設けられ、排出孔２１ｂは一端がワーク１の中空部１ａに導通し、他端下部側は直交して設けられた貫通孔２１ｃに導通している。なお、図１に示すように、排出孔２１ｂの中空部１ａに導通する面は漏斗状にし、貫通孔２１ｃは開口部が下向きになるように勾配を付けて設けることが望ましい。これにより、冷却液の排出が円滑に行われる。下部側の貫通孔２１ｃの外側は、駆動部材２１の軸部を遊動可能に貫通させたカバー２３により覆われている。
【００２３】
冷却ノズル１１は、詳細を図２に示すように、下部側が縮径された段付き軸状をなし、小径軸部外周にベアリング１３を介してシール部材１２を回転自在に支持している。冷却ノズル１１には中心軸方向に導入孔１１ａが設けられ、導入孔１１ａの下端はワーク１の中空部１ａに開口し、上端は直交してねじ口１１ｂに導通している。ねじ口１１ｂには冷却液を供給するホースが接続されている（図示しない）。
【００２４】
シール部材１２は中心孔とテーパ部１２ａを有するコーン形をなし、中心孔に貫通された冷却ノズル１１の小径軸部にベアリング１３を介して回転自在に支持されている。そして、テーパ部１２ａがワーク１の中空部１ａの上端に圧接して、中空部１ａの上端を水密にかつ回転可能に支持するようになっている。
【００２５】
冷却ノズル１１の小径軸部外周とシール部材１２の中心孔の内周との間には、シールリング１４が装着されている。シールリングとしてはＯリングやベロー付シールリングなどが使用される。また、ベアリング１３にはゴムシール１３ａが装着されたシールベアリングが使用される。
【００２６】
冷却ノズル１１と加熱コイル３は、図示しない移動手段により上下移動可能に支持されており、両者が上方に移動された位置でワーク１を駆動部材２１の上に載置した後、冷却ノズル１１を下方に移動して、ワーク１をシール部材１２のテーパ部１２ａと駆動部材２１のテーパ部２１ａとの間で挟んで保持するようになっている。また、加熱コイル３も下降して、所定の焼入れ加熱位置に位置されるようになっている。
【００２７】
以下、上記構成の第１発明の焼入治具の作用について説明する。まず、冷却ノズル１１と加熱コイル３を、図示しない移動手段により上方に移動させて、中空部１ａの下端を駆動部材２１のテーパ部２１ａに合わせてワーク１を載置する。そして、加熱コイル３を下方に移動して焼入れする円筒外周の所定位置に設定するとともに、冷却ノズル１１も下方に移動して、シール部材１２のテーパ部１２ａをワーク１の中空部１ａ上端の内周に挿入し、圧力を掛けてワーク１の両端を挟む。すると、ワーク１の中空部１ａの両端は上下のテーパ部２１ａと１２ａとで水密に保持されることになる。
【００２８】
ここで、ねじ口１１ｂに接続された図示しないホースから冷却液を供給し、導入孔１１ａと排出孔２１ｂを介してワーク１の中空部１ａに冷却液を充満しながら、図示しない駆動手段により駆動ギヤ２２を回転駆動してワーク１を回転させ、この状態で加熱コイル３に電力を負荷してワーク外面を加熱する。そして、所定の焼入温度に加熱されると、図示しない冷却手段により急冷して外面が焼入れされる。
【００２９】
このように、ワーク１は円筒部内面が冷却水により冷却された状態で外面が加熱されるために、外面表面部のみの温度が上がり、内部は加熱されないので、薄肉円筒であっても外面表面のみに焼入層を形成させることができる。
【００３０】
［実施例２］
実施例２は第２発明の実施例で、図３はその焼入治具の断面図、図４は図３のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。ここで、実施例１と同一部材については同一記号を使用し、主として実施例１と異なる点について説明する。
【００３１】
図３において、ワーク１を挟んで図の下側に駆動部材２１´が、上側に冷却ノズル１１が配設され、ワーク１の焼入部外周を囲むように加熱コイル３が配設されることは、実施例１と同様である。
【００３２】
また、駆動部材２１´は、駆動ギヤ２２によりモータなどの駆動手段により回転駆動され、その上部のテーパ部２１´ａがワーク１の中空部１ａの下端に接し、中空部１ａの下端を水密に塞ぐことは実施例１と同様である。しかし、実施例１と異なり、駆動部材２１´には冷却液の排出孔を有しない。
【００３３】
また、冷却ノズル１１´がベアリング１３を介してシール部材１２を回転自在に支持していることも実施例１と同様である。
【００３４】
しかし、実施例２の冷却ノズル１１´には、中心軸方向に設けられ導入孔１１´ａの内部に、図に示すように先端１５ａがワーク１の中空部１ａの下部近傍まで延長された導入管１５が挿入されている点で異なる。また、冷却ノズル１１´の軸部内で直交して設けられたねじ口１１ｂと導入管１５の他端１５ｂに冷却液を供給するホースが接続されている（図示しない）。
【００３５】
その他のシール部材１２の構造・作用、ワーク１を駆動部材２１´のテーパ部２１´ａとシール部材１２のテーパ部１２ａとの間で圧力を掛けて挟んで、中空部１ａとの間を水密に保持することも実施例１と同様である。
【００３６】
上記第２発明の焼入治具の作用について説明する。まず、冷却ノズル１１と加熱コイル３を上方に移動させて、ワーク１を駆動部材２１´に載置し、加熱コイル３を移動して所定位置に設定するとともに、冷却ノズル１１も下方に移動し、駆動部材２１´とシール部材１２の間でワーク１の両端に圧力を掛けて挟むことは実施例１同じである。
【００３７】
ここで、冷却液を導入管１５の他端１５ｂに接続された図示しないホースからワーク１の中空部１ａに供給し、導入孔１１ａのねじ口１１ｂ側から排出する。こうしてワーク１の中空部１ａに冷却液を流通しながら、駆動ギヤ２２を回転駆動してワーク１を回転させ、この状態で加熱コイル３に電力を負荷してワーク外周を加熱する。
【００３８】
これにより、実施例１と同様に薄肉円筒であっても外周表面のみに焼入層を形成させることができる。
【００３９】
このように実施例２は冷却液の排出を駆動部材側でなく、冷却液の導入と排出の両者を冷却ノズルの一方のみで行うものである。本実施例２では貫通中空部を有するワークの外面焼入れについて説明したが、本実施例は底付中空部を有するワークの外面焼入れにも適用できる。
【００４０】
［実施例３］
前記実施例１と２は、ワーク１の中空部１ａに冷却液をほぼ充満させながら中空部内壁を冷却するものであるが、実施例３は図５に示すように、導入孔１１ａの先端に噴射ノズル１６を設け、この噴射ノズル１６から中空部１ａの内壁に冷却液を噴射して冷却するものである。
【００４１】
［実施例４］
また、実施例４は図６に示すように、導入孔１１ａの先端に円錐状の傘部材１７を設け、導入孔１１ａから流出する冷却液を傘部材１７の傘面に案内させて中空部１ａの内壁に流出させて冷却するものである。
【００４２】
以上説明したように本発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具によれば、中空円筒の内面を冷却液により冷却しながら、外面を誘導加熱して焼入れするので、円筒部が薄肉であっても、ずぶ焼きになることなく外面に所定の焼入層を形成させることができる。
【００４３】
本発明の治具は、この冷却方法として、ワークの両端を冷却ノズルと駆動部材とで挟んで、冷却ノズルと駆動部材に設けられた導入孔と排出孔、あるいは冷却ノズルに設けられた導入管と導入孔を通して、冷却液をワークの中空部１ａに導入して行う。このとき、冷却ノズルの回転自在に支持したシール部材と駆動部材のテーパでワークの中空部の両端を水密に挟むので、液漏れが生じない。また、冷却ノズルのワークに接するシール部材は、静止した冷却ノズルに回転自在に支持されて、かつシール部材と冷却ノズルの間も水密にされているので、この部分からも液漏れもない。
【００４４】
このように本発明の焼入治具によれば、液漏れしないようにして液冷によって円筒部の内部冷却を行うので、内面が均一に冷却され、均一な深さの焼入層と均一な焼入れ硬さが得られる。すなわち、従来のＣｕシールド材のように、接触不良による冷却の不均一により焼入層や焼入れ硬さのむらを生ずることがない。また、Ｃｕシールド材の保守を要しないので、焼入れコストの低減ができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の誘導加熱による中空円筒外面の焼入治具によれば、薄肉円筒の場合でもずぶ焼きになることなく外面に所定の均一硬さの焼入層が形成できる。また、従来のようにＣｕシールド材を使用しないので、シールド材の保守の必要もなく、焼入れコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例１の焼入治具の断面である。
【図２】  図１のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【図３】  本発明実施例２の焼入治具の断面である。
【図４】  図３のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【図５】  本発明実施例３の導入孔の説明図である。
【図６】  本発明実施例４の導入孔の説明図である。
【図７】  従来のＣｕシールド材を使用した場合の図である。
【符号の説明】
１  ワーク（被焼入中空円筒部材）、１ａ  中空部、１ｂ  焼入層、２  Ｃｕシールド材、３  加熱コイル、１１、１１´  冷却ノズル、１１ａ、１１´ａ  導入孔、１１ｂ  ねじ口、１２  シール部材、１２ａ  テーパ部、１３  ベアリング、１３ａ  ゴムシール、１４  シールリング、１５  導入管、１６  噴射ノズル、１７  傘部材、２１  駆動部材、２１ａ  テーパ部、２１ｂ  排出孔、２１ｃ  貫通孔、２２  駆動ギヤ、２３  カバー
【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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