(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒体の内径面を焼入れする焼入装置において、被焼入中空円筒体の焼入面を加熱する誘導加熱コイルと、被焼入中空円筒体の内径に配設されたとき該内径焼入面との間に冷却液が充満して流れる隙間が形成される外径を有し該外径円周面に下部が行き止まりになった複数の縦溝が軸方向に設けられた円柱状の液流制御部材と、焼入れの際に冷却液を噴射する冷却液噴射手段と、誘導加熱および冷却中に前記被焼入中空円筒体を回転させる回転駆動手段とを備え、前記液流制御部材は前記縦溝の上部が前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗き、前記縦溝の下部行き止まり点が該被焼入中空円筒体の内径焼入面の下端より上に位置するように該被焼入中空円筒体の内径に配設され、前記冷却液噴射手段は前記液流制御部材が前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗く部分に冷却液を噴射するように配設されたことを特徴とする中空円筒体の内面焼入装置。
【請求項２】
前記冷却液噴射手段は、前記液流制御部材の前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗く部分にその円周方向斜め上方から冷却液を噴射する複数の噴射ノズルを内径部に備えた中空リング状箱体からなり、該中空リング状箱体と前記誘導加熱コイルと前記液流制御部材とが同軸に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒体の内面焼入装置。
【請求項３】
前記液流制御部材の縦溝は、下部行き止まり点の位置を変えた複数の溝が円周に間隔を置いて配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の中空円筒体の内面焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハブ部品など中空円筒体の内面の誘導加熱焼入れにおいて、内径面を均等に冷却して焼きむらのない焼入れ層が得られる中空円筒体の内面焼入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空円筒体の内面を焼入れする焼入装置の焼入れ冷却の方法としては、その内径面に冷却液噴射管を設けて面全長に冷却液を噴射して冷却することが望ましいが、連続誘導焼入装置では小径中空円筒の内径に噴射管を設けることは構造上難しいため、通常被焼入中空円筒体の斜め上方から内径焼入面に向かって冷却液を噴射する方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の冷却方法では、焼入れ冷却する中空円筒体の孔径が小さかったり、孔長さが長い場合は、噴射された冷却液が内径下部に届かないために内径下部側の急冷が不十分で、この部の焼入硬さが得られず焼きむらが生ずるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記欠点がなく均一に内径面を冷却できる中空円筒体の内面焼入装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の中空円筒体の内面焼入装置は、中空円筒体の内径面を焼入れする焼入装置において、被焼入中空円筒体の焼入面を加熱する誘導加熱コイルと、被焼入中空円筒体の内径に配設されたとき該内径焼入面との間に冷却液が充満して流れる隙間が形成される外径を有し該外径円周面に下部が行き止まりになった複数の縦溝が軸方向に設けられた円柱状の液流制御部材と、焼入れの際に冷却液を噴射する冷却液噴射手段と、誘導加熱および冷却中に前記被焼入中空円筒体を回転させる回転駆動手段とを備え、前記液流制御部材は前記縦溝の上部が前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗き、前記縦溝の下部行き止まり点が該被焼入中空円筒体の内径焼入面の下端より上に位置するように該被焼入中空円筒体の内径に配設され、前記冷却液噴射手段は前記液流制御部材が前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗く部分に冷却液を噴射するように配設されたことを特徴とするものである。
【０００６】
即ち、本発明の中空円筒体の内面焼入装置は、従来の噴射冷却のように直接被焼入体の内径に冷却液を噴射するのでなく、外径に複数の縦溝を設けた液流制御部材を被焼入中空円筒体の内径に挿入することにより、内径の焼入面を均等に冷却しようとするものである。本発明の液流制御部材が被焼入中空円筒体の内径に装入されると、液流制御部材の外径と被焼入中空円筒体の内径との間には所定の隙間が形成され、液流制御部材の外径に設けられた複数の縦溝は上方が被焼入中空円筒体の上に覗いているので、この部分に冷却液噴射手段により冷却液を噴射すると冷却液は縦溝を伝って下方に流れ、被焼入中空円筒体の内径と液流制御部材の外径との隙間を充満して流れ落ちる。この縦溝の下方の行き止まり部が被焼入中空円筒体の内径焼入面の下部より上にあるので、冷却液は縦溝を下方に突き抜けて流れてしまわないで前記隙間に充満されて円周全長から流出する。これによって、中空円筒体の内径の下の方まで焼入面が上下均等に冷却される。従来の噴射冷却の方法では、内径が小さかったり内径焼入れ部長さが長い場合には、冷却液が内径の下部に当たらないで流れてしまうため内径下方の焼入硬さが得られないという問題点があったが、本発明の装置ではこれが解消される。また被焼入中空円筒体は、回転駆動手段により回転されながら加熱コイルにより誘導加熱され、前記冷却液噴射により冷却されるので円周方向も均等に加熱冷却される。
【０００７】
また、前記冷却液噴射手段は、前記液流制御部材の前記被焼入中空円筒体の焼入面より上に覗く部分にその円周方向斜め上方から冷却液を噴射する複数の噴射ノズルを内径部に備えた中空リング状箱体からなり、該中空リング状箱体と前記誘導加熱コイルと、前記液流制御部材とが同軸に配設されることが望ましい。このようにすれば、誘導加熱コイルで内面が加熱された被焼入中空円筒体を回転したまま軸方向に移動するだけで、液流制御部材の縦溝の上部が被焼入中空円筒体の上面に覗き下部行き止まり点が被焼入中空円筒体の内径焼入面の下端より上になる位置に簡易に移動することができる。そして被焼入中空円筒体を移動した後、同軸に配設された中空リング状箱体の噴射ノズルにより前記液流制御部材の所定位置に斜め上方から内径円周方向に向かって冷却液が噴射することにより前記のように冷却される。これにより加熱後の冷却を迅速に行うことができる。
【０００８】
また、前記液流制御部材の縦溝は、下部行き止まり点の位置を変えた複数の溝が円周に間隔を置いて配設されることにより、被焼入中空円筒体の内径面上下が一層均一に冷却される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の一実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態の中空円筒体の内面焼入装置の構成を示す断面図、図２はその液流制御部材の詳細を示す図である。図２のうち（ａ）は側面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。
【００１０】
これらの図において、本実施形態の被焼入中空円筒体１（以下単にワーク１という）は、鍔部２と中空胴部３を有し、鍔部端面２ａと中空胴部３の内径面３ａとが焼入れされる。
【００１１】
焼入装置１０の上部側に、ワーク１の鍔部端面２ａを誘導加熱する加熱コイル１２と、ワーク１の内径に挿入されて内径面３ａを誘導加熱する加熱コイル１３が設けられている。
【００１２】
加熱コイル１３の下方にコイルと同心軸に円柱状の液流制御部材２１が設けられている。液流制御部材２１は、詳細を図２に示すようにワーク１の長さより長く、ワーク１の内径に挿入したとき、内径との間に冷却液が充満して流れるように所定の隙間Ｓが形成される外径を有する円柱部２２を有し、円柱部２２の外径円周に図２の断面図（ｂ）に示すように等間隔に８本の長短の縦溝２３、２４が設けられている。縦溝２３、２４の下端２３ａ，２４ａは図２（ａ）に示すように段差を設けて行き止まりになっており、この長短の縦溝２３、２４が長短交互に円周上に配設されている。この縦溝の行き止まり端２３ａ，２４ａの位置は、後述するように液流制御部材２１をワーク１の内径に挿入したとき長溝の行き止まり端２３ａがワーク１の下端よりやや上に、短溝の行き止まり端２３ｂがワーク１のほぼ中央になるように実験的に定められる。縦溝２３，２４の上端２３ｂ，２４ｂは図のように切り上がりにされている。この切り上がり部をなくし縦溝２３，２４の上部を端面まで貫通していてもよいが、冷却液の流れをガイドするために緩やかな切り上がりにすることが望ましい。
【００１３】
液流制御部材２１は、長い縦溝２３の行き止まり端２３ａがワーク１の下端よりやや上に、短い縦溝２４の行き止まり端２４ａがワーク１のほぼ中央になり、縦溝２３，２４の上側２３ｃ，２４ｃがワーク１の上から覗くようにして、ワーク１の内径に同軸に配設される。液流制御部材２１は、加熱コイル１３の内径部を貫通して挿通された支持部材２５とねじ２２ａにより上方から吊り下げられて図示しないフレームに固定されている。
【００１４】
本実施形態では液流制御部材２１の縦溝は長短２種にしたが、さらに縦溝の行き止まりの位置を変えて、長中短３種あるいはそれ以上の異なる縦溝を配置してもよい。
【００１５】
液流制御部材２１の下側にはワーク１を載置する回転盤１１が図示しないフレームに設けられる。回転盤１１は液流制御部材２１の外径が通過できる内径の中空部を有する回転円盤からなり、図示しない駆動手段により加熱コイル１３、液流制御部材２１と同心に回転駆動される。また、回転盤１１は、回転しながら図１のＡ，Ｂ，Ｃ位置に上下移動されるようになっている。これにより、Ａ位置で回転盤１１に積載されたワーク１はＣ位置まで上昇されて、Ｃ位置で回転しながら加熱コイル１２と１３により誘導加熱され、加熱されたワーク１はＢ位置に下降してＢ位置で冷却されるようになっている。
【００１６】
冷却手段３０は、リング状の中空箱体３１からなり、液流制御部材２１と同心軸にその上方に設けられている。中空箱体３１の内径側の壁面は下方に開くラッパ型の勾配面３１ａをなしており、給液管３２から流入される冷却液がこの勾配面３１ａに設けられた複数の噴射ノズル３１ｂから噴射される。噴射の角度は、ワーク１が図１のＢ位置にあるとき、噴射ノズル３１ｂから噴射される冷却液が液流制御部材２１の縦溝２３，２４のワーク１の上に覗いた部２３ｃ，２４ｃに向かって円周方向斜め上方から噴射されようになっている。従来の焼入装置では中空円筒体の内径の下部まで冷却するためにこの噴射角度を垂直に近くする必要があり、構造上制限されて実施が困難であったが、本発明の焼入装置では液流制御部材２１により液流が調整されるので、この冷却液の噴射角度が大きくなってもよく、構造上の制限が少なくなるという特徴がある。
【００１７】
本実施形態では上記構成によりワーク１の鍔部端面２ａと内径面３ａとが同時に焼入れ冷却されるが加熱コイル１２を設けなければ内径面３ａのみを焼入れすることができる。
【００１８】
以下、上記構成の本発明の中空円筒体の内面焼入装置の作用について説明する。まず、回転盤１１を図１のＡ位置におきその上にワーク１を載置する。次に回転盤１１をＣ位置まで上昇させて、この位置でワーク１を回転させながら加熱コイル１２と１３により誘導加熱する。所定温度に加熱されると回転盤１１をＢ位置まで下降させ、Ｂ位置でワーク１は回転されながら冷却手段３０から冷却液が噴射されて冷却される。
【００１９】
このとき前述のように、噴射される冷却液はワーク１の内径に配設された液流制御部材２１のワーク１の上から覗いた縦溝の上部２３ｃ，２４ｃに噴射される。また縦溝の下部の行き止まりはワーク１の内径下部より上にある。そこで、冷却手段３０の噴射ノズル３１ｂから噴射された冷却液は、縦溝２３，２４を伝って流れ落ちワーク１と液流制御部材２１の隙間Ｓに充満した状態で下方に流れる。この際に縦溝２３，２４の行き止まり部２３ａ，２４ａはワーク１の内径下部より上にあるので、冷却液は縦溝を下方に突き通って流れないで行き止まり部２３ａ，２４ａで遮断されて隙間Ｓを充満して流れるのでワーク内面の下部まで冷却液に当たることになり、上下均等に冷却が行われる。また、行き止まり部２３ａ，２４ａは段違いになっており、ワーク１は回転盤１１により回転されながら冷却されるので、円周方向も上下も一層均一に冷却される。
【００２０】
ワーク１が冷却されると、回転盤１１をＡ位置まで下げて、この位置でワーク１をとり下ろし、次のワークを載置して焼入れを連続的に行う。
【００２１】
【実施例】
上記構成の焼入装置により焼入実験を行った実施例について以下に説明する。実験条件は以下の条件でに行った。
0003838746.tif 000002
上記ワークを従来の冷却方法による焼入装置と本発明の焼入装置により焼入れし、それぞれのワークの図３に示す内径位置における硬さの測定結果を図４に示す。
【００２２】
図４の結果から分かるように、従来の焼入装置の冷却による場合は内径上部から３分の１の位置１，２ではほぼＨＲｃ５５の均一な硬さが得られるが、それより下部の位置３，４，５では硬さが低くなり下部位置５の硬さはＨＲｃ５０にしか達しなかった。これに対し本発明の焼入装置では、上下１から５までの位置でほとんど焼入硬さが変わらず均一にＨＲｃ５５±０．３の硬さが得られた。
【００２３】
以上述べたように、本発明の実施形態の焼入装置によれば、被焼入中空円筒体の内径に複数の縦溝を設けた液流制御部材を挿入して、この液流制御部材の外径に設けられた縦溝の被焼入中空円筒体の上に覗いている部分に冷却液噴射手段により冷却液を噴射することにより、冷却液が縦溝を伝って下方に流し、被焼入中空円筒体と液流制御部材との隙間に充満して流れる。この縦溝の下方は被焼入中空円筒体の内径焼入面の下部より上にあるので、冷却液は縦溝を下方に突き抜けて流れてしまわないで隙間に充満されるので、中空円筒体の内径の下の方まで焼入面が上下均等に冷却される。また、被焼入中空円筒体は、回転駆動手段により回転されながら誘導加熱され、冷却液噴射により冷却されるので円周方向も均等に加熱冷却される。
【００２４】
また、本発明の実施形態の焼入装置は、被焼入中空円筒体の斜め上方から円周方向内側に向かって冷却液を噴射する中空リング状箱体の冷却液噴射手段と、誘導加熱コイルと、液流制御部材とを同軸に配設しているので、回転している被焼入中空円筒体を軸方向に移動するだけで簡易かつ迅速に冷却位置に移動でき急速冷却ができる。また、中空リング状箱体からなる冷却手段は、その噴射ノズルにより被焼入中空円筒体の斜め上方から内径円周方向に向かって冷却液が噴射されるので円周方向に均一に冷却できる。
【００２５】
また、下部側の行き止まり点までの溝長さが異なる複数の縦溝が円周に配設された液流制御部材を用いることにより、内径焼入面の上下が一層均一に冷却される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空円筒体の内面焼入装置によれば、液流制御部材を用いることにより、従来の焼入れ装置では均一な冷却が困難であった中空円筒体でも内面全面が均一な冷却が行われる。即ち、従来の噴射冷却の方法では、小径あるいは内径焼入部の長さが長い被焼入中空円筒体は、内径の下部の方に冷却液が当たらないため冷却が不十分になり内径下方の焼入れ硬さが得られ難かったが、本発明の中空円筒体の内面焼入装置によれば、このような均一な冷却が困難な中空円筒体でも内面全面に均一な冷却ができ所定の焼入硬さが得られる。これにより、簡易な装置で噴射焼入冷却が可能となり、焼入れの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の中空円筒体の内面焼入装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明実施形態の中空円筒体の内面焼入装置の液流制御部材の詳細を示す図である。
【図３】本発明実施例の焼入後の中空円筒体の硬さ測定位置を示す図である。
【図４】本発明実施例の焼入装置と従来の焼入装置とによる焼入後の硬さの測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１  ワーク（被焼入中空円筒体）
２  鍔部
２ａ  鍔部端面
３  中空胴部
３ａ  内径焼入面
１０  内面焼入装置
１１  回転盤
１２  加熱コイル
１３  加熱コイル
２１  液流制御部材
２２  円柱部
２２ａ  ねじ
２３  縦溝
２３ａ  縦溝下部（行き止まり部）
２３ｂ  縦溝上部（切り上がり部）
２３ｃ  縦溝覗き部
２４  縦溝
２４ａ  縦溝下部（行き止まり部）
２４ｂ  縦溝上部（切り上がり部）
２４ｃ  縦溝覗き部
３０  冷却手段
３１  中空箱体
３１ａ  勾配面（内径面）
３１ｂ  噴射ノズル
３２  給液管
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【図１】
0003838746.tif 000003
【図２】
0003838746.tif 000004
【図３】
0003838746.tif 000005
【図４】
0003838746.tif 000006