(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リングギアの孔内に放射方向に複数分割された芯金を挿通し、該芯金の分割片間の間隙を拡げることにより該芯金の外径を拡径し、該リングギアの内周面を該各分割片により支持固定し、該リングギアの外周に設けられた誘導加熱コイルにより該リングギアの外周面を誘導加熱を行った後、冷媒により冷却して前記リングギアを焼入れし、その後直ちに、焼入れ時より低い周波数で誘導加熱を行った後、冷媒により冷却するリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置において、
前記リングギアの上方から降下させる支持部材により該リングギアの上面を押圧しつつ支持固定し、前記複数分割された芯金の外周面に凹部を設け、該凹部に導電性かつ熱伝導性を有する金属製環状部材を嵌合させ、該金属製環状部材上に被焼入部材である前記リングギアを載置することを特徴とするリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リングギアの孔内に芯金を挿通して、その変形を防止しつつ誘導加熱及び冷却するリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リングギアの孔内に芯金を挿通して、その変形を防止しつつ、誘導加熱した後、冷媒で冷却するリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置では、誘導加熱前にリングギアの孔内に、芯金をシリンダーなどで昇降させることで挿通させてリングギアの内周面側から支持して変形を防止して誘導加熱処理し、冷媒を導入して誘導加熱したリングギアを冷却した後、芯金を降下させて引き抜くようにしている。
【０００３】
この時、焼入れ及び焼戻しされたリングギアは、熱膨張により、孔径が焼入れ及び焼戻し前に比べて、小さくなることがある。このため、芯金を引き抜くとき抜く難かったり、リングギアの内周面に芯金引き抜きによる傷が付くことがある。このため、リングギア内径より小さい外径をもつ芯金を放射方向に複数分割させて、リングギアへの挿通及び引き抜き時には芯金の分割片間の間隙を狭くすることにより、芯金外径を小さくし、また、誘導加熱開始時から冷却終了時には芯金の外径を拡大し、リングギアの内周面を支持固定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置では、誘導加熱及び冷却時に、芯金分割片間の間隙に対向するリングギアの内周面と、分割片に当接するリングギア内周面とでは、焼入硬化層深さにばらつきが発生する。すなわち、芯金分割片間の間隙に対向するリングギア内周部分においては、芯金分割片に接触するリングギア内周面より焼入硬化層が深くなるといった問題が発生していた。
【０００５】
これは、芯金分割片間に間隙がある芯金に内周面を支持固定されたリングギアの外周面を誘導加熱した場合、リングギアに発生する誘導電流が不均一になるためである。すなわち、リングギアの内周面に芯金が接触している部分と接触していない部分があり、接触していない部分では誘導電流量か多くなるためである。また、芯金分割片に接触するリングギアの部分では、誘導加熱時にリングギアの内部保有熱が芯金分割片に熱伝導により吸収発散されるが、芯金分割片の間隙に対向するリングギアの部分では、この現象が発生しないため、焼入れのための誘導加熱後の冷却時に焼入硬化層の深さにばらつきが生じるためである。
【０００６】
〔目的〕
本発明の目的は、リングギアの誘導加熱による焼入れ及び焼戻しにおいて、リングギアの変形を防止しつつ、芯金の引き抜きを容易にし、更にリングギアの全外周面において、均一な焼入硬化層を得るリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置は、リングギアの孔内に挿通する複数分割された芯金の外周面に設けられた凹部に導電性かつ熱伝導性を有する金属製環状部材を嵌合し、該金属製環状部材の上面にリングギアを載置し、該リングギアの外周に設けられた誘導加熱コイルによってリングギアを誘導加熱し、その直後に、該リングギアを冷却することによって焼入れを行い、さらに、該冷却の直後に焼入れ時と同じ誘導加熱コイルを用いて、焼入れ時より低い周波数を適宜選定して誘導加熱を行い再び冷却することによって焼戻しを行う。
【０００８】
前記芯金は、外周面に凹部を有し、かつ放射方向に複数分割され、前記リングギアの孔内に挿通する時は、芯金の分割片間を中心方向に移動させて芯金外径をリングギアの孔内径より小さくし、リングギア孔内への芯金の挿通を容易にする。また、リングギアの誘導加熱及び冷却時には、該分割片を放射方向に移動させることにより芯金の径を拡大してリングギア内周面を支持固定する。この時、各芯金分割片間には一定の間隙が形成される。そして、冷却終了後の該芯金の引き抜き時には、再び分割片を中心方向に移動させることにより芯金の外径を小さくし、リングギア内からの芯金の引き抜きを容易にする。
【０００９】
前記導電性かつ熱伝導性を有する金属製環状部材は、リングギアを誘導加熱コイルにより誘導加熱した場合、一体の電流路を形成する。また、該金属製環状部材の上面にリングギアを載置して、誘導加熱した場合、リングギアの内部保有熱を熱伝導により吸収する。したがって、該金属製環状部材の材質は、導電性で、かつ、熱伝導性が良好な銅等の材質が好ましい。該金属製環状部材の幅は、その上面にリングギアを載置した場合において、リングギアの所望の焼入硬化層の深さが該金属製環状部材に接触しないように設定する。すなわち、リングギアの下面全面が該金属製環状部材に接触すると、金属製環状部材にリングギアの内部保有熱が吸収発散されるため、リングギアの外周に所望の焼入硬化層が得られないからである。
【００１０】
また、前記芯金分割片の移動が可能なように、芯金の芯金分割片が中心方向に移動して芯金の外径を小さくした場合において、芯金と前記金属製環状部材の間には所定の隙間を形成する。
【００１１】
また、前記誘導加熱コイルは、リングギアの外周に配設され、リングギアの外周を誘導加熱する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図５は、本発明を適用した誘導加熱焼入焼戻装置の一実施の形態を示す図である。
【００１４】
まず、構成を説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態の誘導加熱焼入焼戻装置１の要部構成を示す断面図である。この図１において、誘導加熱焼入焼戻装置１は、分割された芯金２と、この芯金２を図中の矢印方向に移動させる芯金移動機構３と、芯金２により固定される被焼入部材であるリングギアＷを誘導加熱する加熱コイル４と、被加熱部材の図中上方への変形を押える押え機構５と、芯金の分割片２の拡径方向移動時に芯金２の凹部に嵌合する金属製環状部材６と、から構成されている。
【００１６】
図１の芯金２は、図２に示す平面図のように放射方向に３分割して構成されるとともに、各芯金分割片２ｂは同心円上に所定間隔を隔てて配置されており、図１の芯金移動機構３により図１及び図２中に示す矢印方向に移動され、芯金２の外径を大きくする方向に移動された場合に、その外周にセットされる後述する被焼入部材であるリングギアＷ（図示せず）の内周面を各芯金分割片２ｂが支持固定して、誘導加熱及び冷却時のリングギアＷの変形を防止する。また、各芯金分割片２ｂは、芯金移動機構３により芯金２の外径を小さくする方向に移動された場合には、その外周面とリングギアＷ内周面との間に充分な隙間を形成して、リングギアＷからの芯金２の取り出しを容易にしている。また、各芯金分割片２ｂの外周には金属製環状部材６が嵌合するように凹部２ａが形成されている。
【００１７】
芯金移動機構３は、図１に示すように、ケース３ａと、このケース３ａ内に収納される移動部材３ｂ、この移動部材３ｂに芯金２を固定する固定部材３ｃ、移動部材３ｂを図中の中心軸方向に付勢して縮径方向に移動させるスプリング３ｄと、図中の上方に上昇移動されて、その先端部の円錐形状により移動部材３ｂを図中の左右方向に押し拡げて拡径方向に移動させる移動棒３ｅと、から構成されている。
【００１８】
移動部材３ｂは、図２の平面図に示すように、固定部材３ｃとともに３分割された芯金２毎に固定され、各移動部材３ｂの中心軸方向端部の形状は、移動棒３ｅの先端部の円錐形状に沿って接するようにテーパー状に形成されている。したがって、移動部材３ｂは、移動棒３ｅの上昇移動により、その先端部円錐形状によりスプリング３ｄの付勢力に抗して押し拡げられて拡径方向に均等に移動される。
【００１９】
スプリング３ｄは、ケース３ａ内で３つの移動部材３ｂ毎に設けられ、その一端部がケース内壁に固定され、他端部が移動部材３ｂに当接して移動部材３ｂを付勢する。スプリング３ｄは、移動棒３ｅが下降された場合は、伸張時には図中の中心軸方向に移動部材３ｂを付勢して縮径方向に移動させ、移動棒３ｅが上昇移動された場合は、移動部材３ｂの拡径方向への移動に伴って収縮される。
【００２０】
固定部材３ｃは、３分割された芯金２毎に、その芯金２と移動部材３ｂとの間に介在して図示しない固定ボルト等により芯金２と移動部材３ｂとを固定し、移動部材３ｂの移動に伴って芯金２を移動させる。
【００２１】
移動棒３ｅは、その先端部が円錐状に形成され、図示しない駆動機構により上昇及び下降駆動され、上昇時に先端部テーパー形状によりスプリング３ｄの付勢力に抗した移動部材３ｂを図中左右方向に押し拡げて、拡径方向に移動させる。
【００２２】
誘導加熱コイル４は、被焼入部材であるリングギアＷ（例えば、歯車）の外周面を誘導加熱するためのものであり、図示しない高周波電源装置から供給される所定の高周波電流により交番磁束を発生して、リングギアＷの外周面に誘導電流を発生させて誘導加熱し、その後、リングギアＷを冷却することにより、リングギアＷの外周面に焼入硬化層を形成させる。
【００２３】
押え機構５は、図示しない駆動機構により上昇及び下降駆動され、その下降移動により芯金２により支持固定されるリングギアＷの上面を全周にわたって上方から押えて、誘導加熱及び冷却時のリングギアＷの上方への変形を押える。
【００２４】
金属製環状部材６は、芯金２の凹部２ａに嵌合され、かつ、芯金分割片２ｂの放射方向への移動が可能なように、芯金２の外径が小さくなっている時、すなわち、芯金分割片２ｂが中心方向に移動し終えた後では、芯金２との間に所定の間隙を形成する。金属製環状部材６の上面にはリングギアＷが載置される。このリングギアＷの誘導加熱時には、リングギアＷに誘導加熱電流が発生すると同時に、各芯金分割片２ｂの外周部及び各芯金２間の間隙部においても金属製環状部材６により一体の電流路が形成される。すなわち、この金属製環状部材６が補助的な電流路として作用し、リングギアＷに発生する誘導電流量を全周にわたって平均化する。
【００２５】
また、リングギアＷの冷却後には、芯金分割片２ｂ間の間隙の有無に拘らず、リングギアＷの外周面に均一な焼入硬化層を形成する。従って、リングギアＷの所望の焼入硬化層の幅には金属製環状部材６を接触させることは好ましくない。すなわち、金属製環状部材６に接触するリングギアＷの部分は、前述のように脱熱されるため、焼入硬化層が形成されない恐れがあるためである。
【００２６】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００２７】
図１の誘導加熱焼入焼戻装置１によるリングギアＷの誘導加熱処理の際の芯金２及び芯金移動機構３の動作について図３〜図５を参照して説明する。
【００２８】
まず、図３は、誘導加熱焼入焼戻装置１に被焼入部材であるリングギアＷが３分割された芯金２に挿通され、かつ金属製環状部材６上に載置されセットされた状態を示しており、この時、リングギアＷの焼入硬化層を所望する部分Ｗａには金属製環状部材６が接触しないようにする。また、芯金２の分割片２ｂは図中の矢印方向に移動しているため芯金２の外径はリングギアＷの内径より小さくなっている。
【００２９】
また、この時、芯金移動機構３の移動棒３ｅは図中の下方に固定され、移動部材３ｂはスプリング３ｄの付勢力により図中の中心軸方向に付勢されて外径が小さい状態にされている。この芯金２の縮径状態でリングギアＷは、加熱コイル４と芯金２の間の所定位置にセットされる。
【００３０】
次いで、図４は、誘導加熱焼入焼戻装置１にセットされたリングギアＷの誘導加熱及び冷却中の状態を示している。この時、予め、芯金２の分割片２ｂは図中の矢印方向に移動することにより芯金２の外径が拡大され、リングギアＷの内周面を支持固定して誘導加熱及び冷却による変形を防止している。芯金２の移動は、先端がテーパ状の移動軸３ｅの上昇により移動部材３ｂが図中の矢印方向に移動し、これに伴い移動部材３ｂ上にボルト等で固定されている固定部材３ｃを介して移動部材３ｂと移動部材３ｂにボルト止めされた芯金２が矢印方向に移動する。
【００３１】
そして、押え機構５は、芯金２の移動とほぼ同時に、リングギアＷの上方から下降し、リングギアＷの上面を全周に亘って押圧しつつ支持固定し、リングギアＷの誘導加熱及び冷却時における上方への変形を防止する。金属製環状部材６は、芯金２の外周面に設けられた凹部２ａに嵌合される。また、図２に示すように芯金分割片２ｂ間には間隙２ｃが形成される。
【００３２】
誘導加熱コイル４は、リングギアＷの外周に所定の間隔を隔てて配置され、リングギアＷの外周面を誘導加熱し、その直後に図示しない冷却液噴射ジャケットから噴射される冷却液によりリングギアＷの被加熱部を冷却し、焼入硬化層を形成する。焼入れ終了後は、芯金２及び押え機構５を移動させることなく再び焼入れ時と同じ誘導加熱コイル４により誘導加熱を行う。この時、誘導加熱を行う誘導電流をリングギアＷに発生させる図示しない高周波電源装置から供給される所定の高周波電流の周波数は、上記焼入れ時より低い周波数を適宜設定する。
【００３３】
そして、この誘導加熱終了後は、再び焼入れ時と同じ方法により冷却を行い、リングギアＷを焼戻しする。この焼戻し終了後は図５に示す状態になる。
【００３４】
すなわち、芯金分割片２ｂを再び中心方向に移動させることにより、芯金２の外径をリングギアＷの内径より小さくし、芯金２の引き抜きを容易にする。芯金分割片２ｂの移動は、移動軸３ｅを下降させることにより、移動部材３ｂが固定部材３ｃ及び芯金２を伴って図中の矢印方向に移動する。この時、移動部材３ｂは圧縮コイルばね３ｄの伸張により付勢されているため、移動軸３ｅの下降のみで芯金２の移動は可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態の誘導加熱焼入焼戻装置１では、冷却処理時のリングギアＷの変形を防止する芯金２を３分割して分割片２ｂを構成して、この芯金分割片２ｂ間に隙間２ｃを形成し、この３分割した芯金２を芯金移動機構３により外径が小さくなる方向及び外径が拡大する方向に均等に移動可能としたため、誘導加熱時及び冷却処時には、芯金２の外径を拡大する方向に移動させることにより、リングギアＷの変形を防止することができ、この誘導加熱及び冷却時の前後には、芯金２の外径を小さくする方向に移動させることにより、被加熱部材であるリングギアＷのセット及びリングギアＷからの芯金２の抜き取りを容易にしている。
【００３６】
このため、誘導加熱焼入焼戻装置１においては、リングギアＷの誘導加熱及び冷却後にリングギアＷから芯金２が抜けにくくなったり、芯金２を抜き取る時にリングギアＷの内周面に傷を付けてしまうといった事態の発生を防止することができ、リングギアＷを誘導加熱する誘導加熱焼入焼戻装置１の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、各芯金分割片２ｂに設けた凹部２ａに嵌合する金属製環状部材６を設置し、この金属製環状部材６は、芯金２の凹部２ａに嵌合され、かつ、芯金分割片２ｂの放射方向への移動が可能なように、芯金２の外径が小さくなっている時、すなわち、芯金分割片２ｂが中心方向に移動し終えた後では、芯金２との間に所定の間隙を形成する。金属製環状部材６の上面にはリングギアＷが載置される。このリングギアＷの誘導加熱時には、リングギアＷに誘導加熱電流が発生すると同時に、各芯金分割片２ｂの外周部及び各芯金２間の間隙部においても金属製環状部材６により一体の電流路が形成される。すなわち、この金属製環状部材６が補助的な電流路として作用し、リングギアＷに発生する誘導電流量を全周にわたって平均化するとともに、リングギアＷの誘導加熱による内部保有熱を吸収発散せさることができ、リングギアＷの外周面に均一な焼入硬化層を得ることができる。
【００３８】
ここで、加熱処理時に、上記各芯金２に金属製環状部材６を適用しない場合と、上記各芯金分割片２ｂに金属製環状部材６を適用した場合とで、リングギアＷに形成される焼入層の一例を、図６及び図７に示す。この図６及び図７では、リングギアＷとして歯車を誘導加熱した例を示す。
【００３９】
図６は、上記各芯金分割片２ｂに金属製環状部材６を適用しないで誘導加熱した場合に、リングギアＷとしての歯車の一部に形成された焼入硬化層の一例を示している。この場合、その歯車の芯金分割片２ｂ間との間隙部に対向する部分の焼入硬化層が深くなって"焼き抜け"状態が発生している。これは、金属製環状部材６による補助電流路が形成されないため、リングギアＷの芯金分割片２ｂの間隙２ｃに対向する部分に、誘導加熱コイル４により発生される誘導電流量が多くなることにより発生するものである。
【００４０】
そして、図７は、上記各芯金分割片２ｂに金属製環状部材６を適用して誘導加熱した場合に、リングギアＷとしての歯車の一部に形成された焼入硬化層の一例を示している。この場合、その歯車の芯金分割片２ｂ間の間隙２ｃに対向する部分の焼入硬化層の深さは、他の間隙２ｃに対向しない部分に形成された焼入硬化層の深さと同様である。これは、金属製環状部材６による補助電流路が形成されため、リングギアＷの芯金分割片２ｂ間の間隙２ｃに対向する部分と、他の間隙２ｃに対向しない部分でも、誘導加熱コイル４により発生される誘導電流量が平均化されて、図６に示した様な"焼き抜け"状態の発生が防止されているからである。
【００４１】
また、この誘導加熱及び冷却に際して、環状ワークＷは、その内周壁側を芯金分割片２ｂにより支持固定されることにより、その放射方向への変形が防止されるとともに、押え機構５により上方から押えられることにより、その上方への変形が防止される。
【００４２】
次いで、図５は、誘導加熱焼入焼戻装置１にセットされた環状ワークＷの誘導加熱後の芯金２及び芯金移動機構３の状態を示しており、この時、芯金移動機構３の移動棒３ｅは駆動機構により図中の下方に下降移動され、移動部材３ｂはスプリング３ｄの付勢力により図中の中心軸方向に付勢されて縮径状態にされる。この芯金２の縮径状態で、芯金２と環状ワークＷの間には充分な隙間が形成され、環状ワークＷの取り出し、あるいは芯金２の環状ワークＷからの抜き取りが容易に行われる。
【００４３】
また、本実施の形態の誘導加熱焼入焼戻装置１では、焼入れ後のリングギアＷを芯金２及び押え機構５により支持固定したままの状態で、誘導加熱時の周波数を適宜設定し、再び誘導加熱及び冷却を実行することによりリングギアＷを焼戻しすることも可能である。
【００４４】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施の形態では、芯金２を３分割で構成した場合を示したが、その分割数は限定されるものではなく、芯金移動機構３の構造がより複雑にならない程度に分割数を増やしてもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態の芯金移動機構３の構成は限定されるものではなく、上記芯金２を移動させる目的が達成可能なものであれば、種々の構成に変更可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置は、誘導加熱及び冷却後のリングギアの抜き取りを容易にするために芯金を分割し、芯金外周面に嵌合した金属製環状部材によりリングギアに発生する誘導電流量を全周に亘って平均化することができ、リングギアの誘導加熱による内部保有熱を金属製環状部材に吸収発散させることにより、リングギアの外周面に均一な焼入硬化層を得ることができる。
【００４７】
また、本発明のリングギアの誘導加熱焼入焼戻装置は、焼入れ後のリングギアを芯金及び押え機構により支持固定したままの状態で、誘導加熱時の周波数を適宜設定し、再び誘導加熱及び冷却を実行することによりリングギアを焼戻しすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した誘導加熱焼入焼戻装置の要部構成を示す断面図。
【図２】図１の芯金を上方から見た平面図。
【図３】図１の誘導加熱焼入焼戻装置へのリングギアのセット時の芯金及び芯金移動機構の状態を示す図。
【図４】図１の誘導加熱焼入焼戻装置においてリングギアを誘導加熱中の芯金及び芯金移動機構の状態を示す図。
【図５】図１の誘導加熱焼入焼戻装置においてリングギアを誘導加熱後の芯金及び芯金移動機構の状態を示す図。
【図６】図１の芯金に嵌合部材を適用しないで加熱処理された環状ワークの焼入層の一例を示す図。
【図７】図１の芯金に嵌合部材を適用して加熱処理された環状ワークの焼入層の一例を示す図。
【符号の説明】
１ 誘導加熱焼入焼戻装置
２ 芯金
２ａ 凹部
２ｂ 芯金分割片
２ｃ 間隙
３ 芯金移動機構
３ａ ケース
３ｂ 移動部材
３ｃ 固定部材
３ｄ スプリング
３ｅ 移動棒
４ 加熱コイル
５ 押え機構
６ 金属製環状部材
Ｗ リングギア
【図１】
0003836188.tif 000002
【図２】
0003836188.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003836188.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003836188.tif 000008