(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状ワーク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、該環状ワークの内周面を該各分割片により支持固定し、該環状ワークの外周に設けられた誘導加熱コイルにより該環状ワークの外周面を誘導加熱した後、冷媒により冷却して前記環状ワークを焼入れし、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、冷媒により冷却して焼戻す環状ワークの高周波焼戻し方法において、
前記環状ワーク上方から降下させた支持部材により該環状ワーク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持つ金属製環状部材を嵌合し、該金属製環状部材の上面に前記環状ワークを載置することを特徴とする環状ワークの高周波焼戻し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状ワーク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環状ワークの高周波焼戻し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、環状ワーク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、冷媒で冷却する環状ワークの高周波焼戻し方法では、誘導加熱前に環状ワークの孔内に、芯金をシリンダーなどで昇降させることで挿通させて環状ワーク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環状ワークを冷却した後、芯金を降下させて引き抜くようにしている。
【０００３】
この時、焼入れ焼戻しされた環状ワークは、熱膨張により、孔径が誘導加熱前に比べ、小さくなる。このため、芯金を引き抜く時に、芯金を引抜き難かったり、環状ワーク内周面に芯金引抜きによる傷が付くことがある。このため、環状ワーク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、環状ワークの挿通・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分割片間の間隙を拡げることにより、芯金の外径を拡大し、環状ワーク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、このような従来の環状ワークの高周波焼戻し方法では、誘導加熱及び冷却時に、芯金分割片間の間隙に対向する環状ワークの内周面と、分割片に当接する環状ワーク内周面とでは、焼戻し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環状ワークの部分においては、芯金分割片に接触する環状ワーク内周面より焼戻し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固定支持された環状ワークの外周面を誘導加熱した場合、環状ワーク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、環状ワーク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が多くなるためである。
【０００６】
また、芯金分割片に接触する環状ワークの部分では、誘導加熱時に環状ワーク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、芯金分割片間の間隙に対向する環状ワークの部分では、この現象が発生しないため、誘導加熱後の冷却時に焼戻し層の深さにばらつきが生じるためである。
【０００７】
〔目的〕
本発明の課題は、環状ワークの高周波焼戻しにおいて、環状ワークの変形を防止しつつ、芯金の引き抜きを容易にし、更に環状ワークの全外周面において、均一な深さの焼戻し層を得る環状ワークの高周波焼戻し方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の環状ワークの高周波焼戻し方法は、環状ワーク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持つ金属製環状部材を嵌合し、該金属製環状部材の上面に環状ワークを載置し、環状ワーク外周に設けられた誘導加熱コイルによって環状ワークを誘導加熱し、その直後に、該環状ワークを冷却することによって焼戻しを行う。
【０００９】
前記芯金は、該外周面に凹部を有し、かつ放射方向に複数分割され、前記環状ワーク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環状ワークの孔内径より小さくし、環状ワーク孔内への芯金の挿通を容易にする。また、環状ワーク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外径を小さくし、環状ワーク孔内からの芯金の引抜きを容易にする。
【００１０】
また、前記金属製環状部材は、環状ワーク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環状ワークを載置して、誘導加熱した場合、環状ワーク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、その上面に環状ワークを載置した場合において、環状ワークの所望の焼戻し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、環状ワークの下面全面が該金属製環状部材に接触すると、金属製環状部材に環状ワークの内部保有熱が吸収発散されるため、環状ワークの外周に所望の焼戻し層が得られないからである。
【００１１】
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。
【００１２】
また、前記誘導加熱コイルは、環状ワークの外周に配設され、環状ワークの外周を誘導加熱する。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１〜図５は、本発明を適用した高周波焼戻装置の一実施の形態を示す図である。
【００１５】
まず、構成を説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態の高周波焼戻装置１の要部構成を示す断面図である。この図１において、高周波焼戻装置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環状ワークＷ（図示せず）を誘導加熱する誘導加熱コイル４と、環状ワークの図中上方への変形を押える押え機構５と、芯金２の分割片２ｂ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。
【００１７】
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分割して芯金分割片２ｂと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た場合、その外周にセットされる被焼入部材である環状ワークＷ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環状ワークＷの変形を防止する。また、芯金分割片２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、その外周面と環状ワークＷの内周面との間に充分な隙間を形成して、環状ワークＷからの芯金２の引抜きを容易にしている。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
移動部材３ｂは、図１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
誘導加熱コイル４は、被焼入部材である環状ワーク（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、環状ワークＷの外周面に誘導電流を発生させて誘導加熱し、その後、環状ワークＷを冷却して焼戻しすることにより、環状ワークＷの外周面に焼戻し層を形成させる。
【００２５】
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に支持固定される環状ワークＷの上面を全周に亘って上方から押えて、誘導加熱及び冷却時の環状ワークＷの上方への変形を押える。
【００２６】
金属製環状部材６は、芯金２の凹部２ａ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の上面には環状ワークＷが載置される。この環状ワークＷの誘導加熱時には、環状ワーク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、環状ワークＷに発生する誘導電流量を全周にわたって平均化する。
【００２７】
また、環状ワークＷの冷却後には、芯金分割片２ｂ間の間隙の有無に拘らず、環状ワークＷの外周面に均一な焼戻し層を形成する。従って、環状ワークＷの所望の焼戻し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に接触する環状ワークＷの部分は、前述のように脱熱されるため、焼戻し層が形成されない恐れがあるためである。
【００２８】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００２９】
図１の高周波焼戻装置１による環状ワーク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。
【００３０】
まず、図３は、高周波焼戻装置１に環状ワーク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、環状ワークＷの焼戻し層を所望する部分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の外径は環状ワークＷの内径より小さくなっている。
【００３１】
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の縮径状態で環状ワークＷは、誘導加熱コイル４と芯金２の間の所定位置にセットされる。
【００３２】
次いで、図４は、高周波焼戻装置１にセットされた環状ワーク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、環状ワーク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。
【００３３】
そして、押え機構５は、芯金２の移動とほぼ同時に、環状ワークＷの上方から下降し、環状ワークＷの上面を全周に亘って押圧しつつ支持固定し、環状ワーク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。
【００３４】
誘導加熱コイル４は、環状ワークＷの外周に所定の間隔を隔てて配置され、環状ワーク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環状ワークＷの被加熱部を冷却して焼戻し、焼戻し層を形成する。高周波焼戻終了後は、図５に示す状態になる。すなわち、芯金２の分割片２ｂを再び中心方向に移動させることにより、芯金２の外径を環状ワークＷの内径より小さくし、芯金２の引抜きを容易にする。
【００３５】
芯金分割片２ｂの移動は移動軸３ｅを下降させるとにより、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。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の高周波焼戻装置１では、冷却処理時の環状ワーク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、環状ワーク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、被加熱部材である環状ワークＷのセット及び環状ワークＷからの芯金２の抜き取りを容易にしている。
【００３７】
このため、高周波焼戻装置１においては、環状ワークＷの誘導加熱及び冷却後に環状ワークＷから芯金２が抜けにくくなったり、芯金２を抜き取る時に環状ワーク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、環状ワークＷを誘導加熱する高周波焼戻装置１の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
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の上面には環状ワークＷが載置される。この環状ワークＷの誘導加熱時には、環状ワーク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、環状ワーク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、環状ワーク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、環状ワークＷの外周面に均一な焼戻し層を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
次いで、図５は、高周波焼戻装置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。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の高周波焼戻装置１では、誘導加熱及び冷却時の環状ワークＷの変形を防止する芯金２を３分割して分割片２ｂとして構成して円周上に隙間を形成して配置し、この３分割した芯金２を芯金移動機構３により縮径方向及び拡径方向に均等に移動可能としたため、誘導加熱処理及び冷却処理中には、芯金２を拡径方向に移動させることにより、環状ワークの変形を防止することができ、誘導加熱処理及び冷却処理の前後には、芯金２を縮径方向に移動させることにより、被加熱部材である環状ワークのセット及び環状ワークからの芯金の抜き取りを容易にすることができる。
【００４２】
したがって、高周波焼戻装置１において、環状ワークの誘導加熱処理及び冷却処理後に環状ワークから芯金が抜けにくくなったり、芯金を抜き取る時に環状ワーク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る。
【００４３】
その結果、環状ワークＷを誘導加熱する高周波焼戻装置１の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施の形態の高周波焼戻装置１では、焼戻し前の環状ワーク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、誘導加熱及び冷却を実行することにより環状ワークＷを焼入れすることも可能である。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の環状ワークの高周波焼戻し方法は、誘導加熱及び冷却後の環状ワーク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環状ワーク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、環状ワーク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、環状ワークの外周面に均一な焼戻し層を得ることができる。
【００４８】
また、本発明の環状ワークの高周波焼戻し方法は、焼戻し前の環状ワーク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、誘導加熱及び冷却を実行することにより環状ワークを焼入れすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した高周波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の高周波焼戻装置への環状ワーク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の高周波焼戻装置において環状ワークを誘導加熱処理中の芯金及び芯金移動機構の状態を示す図。
【図５】図１の高周波焼戻装置において環状ワークを誘導加熱処理後の芯金及び芯金移動機構の状態を示す図。
【符号の説明】
１ 高周波焼戻装置
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 誘導加熱コイル
５ 押え機構
６ 金属製環状部材
Ｗ 環状ワーク
【図１】
0003827172.tif 000002
【図２】
0003827172.tif 000003
【図３】
0003827172.tif 000004
【図４】
0003827172.tif 000005
【図５】
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