JP2000226615A - 小内径の中空部品内面高周波焼入方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内径が１５ｍｍ以下の孔を有する
中空部品などの孔の内面のみを高周波焼入れすることが
でき、かつ加熱効率の高い小内径の中空部品内面高周波
焼入方法および装置を提供すること。 【解決手段】 孔の内面が高周波焼入れされる中空部品
35の孔36の中に間隔を保って水冷管２を入れ、この水冷
管２の他端部と該中空部品35の他端部とを上中空部品押
さえ部材６などにより電気的に接続し、高周波電流を支
持部材３、下中空部品押さえ部材５などを介して該水冷
管の一端部と該中空部品の一端部との間に流して該中空
部品35の孔36の内面37を加熱し、その後冷却して焼入れ
をすることを特徴とする小内径の中空部品内面高周波焼
入方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小内径の中空部品
内面高周波焼入方法および装置、詳細には内径が１５ｍ
ｍ以下の中空部品の内面に高周波焼入れをするのに適し
た小内径の中空部品内面高周波焼入方法および装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、精密機械のシリンダーなどの内径
が小さい中空部品の孔の内面のみを焼入れする装置とし
て、図10に示すように高周波電源（図示してない）の両
端子に接続されＵ字状の水冷往復加熱コイル（ヘアピン
状コイル）42が該中空部品35の孔36の中に入るように中
空部品35を設置し、該中空部品35を水冷往復加熱コイル
42を中心にして回転しながら該中空部品35の孔36の内面
37に渦電流を発生させて高周波誘導加熱し、該中空部品
35の孔36に環状の焼入れ液供給管43から焼入れ液を注入
して高周波焼入れをするものが知られていた。

【０００３】しかし、この装置は、往復加熱コイルを用
いているため孔の径が１５ｍｍ（往復加熱コイルの管の
外径４ｍｍ×２、管と管の間が４ｍｍ、管と中空部品35
の孔36の内面37との間が１．５ｍｍ×２の計１５ｍｍ）
以下の中空部品35の孔36の内面37のみに焼入れをするこ
とができなかった。そのため、孔の径が１５ｍｍの中空
部品35は、全体を焼入れしているが、全体を焼入れする
と焼戻し工程などの余計な工程を必要とするという欠点
があった。また、Ｕ字状の往復加熱コイルを使用してい
るため、互いに加熱コイルが反対側の加熱コイルに邪魔
され、また往復加熱コイル42と中空部品35との間隔が近
いところ（真横の部分）もあるが、大部分は離れており
加熱効率が低いという欠点もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内径が１５
ｍｍ以下の孔を有する中空部品でも内面のみを高周波焼
入れすることができ、かつ加熱効率の高い小内径の中空
部品内面高周波焼入方法および装置を提供することを課
題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の小内径の中空部品内面高周波焼入方法にお
いては、孔の内面が高周波焼入れされる小内径の中空部
品（以下、単に「中空部品」という。）の孔の中に間隔
を保ってコイルの一部を構成する銅製などの水冷管を入
れ、この水冷管の他端部と該中空部品の他端部とを電気
的に接続し、高周波電流を該水冷管の一端部と該中空部
品の一端部との間に流して該中空部品の孔の内面を加熱
し、加熱後水冷、空冷などより冷却して焼入れをするこ
とである。

【０００６】また、本発明の小内径の中空部品内面高周
波焼入装置においては、コイルの一部を構成し、孔の内
面が高周波焼入れされる中空部品の孔の中に間隔を保っ
て入る水冷管と、高周波電源の一方の端子に接続される
とともにコイルの一部を構成し、該水冷管を固定して取
り付けた支持部材と、高周波電源の他方の端子に接続さ
れるとともにコイルの一部を構成し、該支持部材に絶縁
板を介して固定され、該水冷管が間隔を保って通る孔を
有するとともに、焼入れ液排出用通路を有する下中空部
品押さえ部材と、コイルの一部を構成し、容易に取り外
すことができるとともに上記下中空部品押さえ部材との
間に上記中空部品を挟んで固定することができ、かつ上
記水冷管の上端部が下側に密着して入る水冷管用孔およ
びこの水冷管用孔に連通し、水冷管冷却水が通る水冷管
冷却水用孔が設けられ、さらに焼入れ液を加熱面に流す
環状溝およびこの環状溝に焼入れ液を供給する焼入れ液
供給用通路を有する上中空部品押さえ部材と、この上中
空部品押さえ部材を押して固定する上中空部品押さえ部
材固定具などとからなり、使用状態において支持部材
３、水冷管２、処理される中空部品35、上中空部品押さ
え部材６および下中空部品押さえ部材５を通って高周波
電流が流れるようにした、すなわち全体を一巻きのコイ
ルになるようにするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の小内径の中空部品内面高
周波焼入方法および装置について、図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の小内径の中空部品内
面高周波焼入装置の高周波焼入れ処理される中空部品を
装着した状態の平面図、図２は、図１のものの正面図、
図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図２のＢ−Ｂ矢視
図、図５は、図１に示したものの上中空部品押え部材の
平面図、図６は、図５のもののＣ−Ｃ断面図、図７は図
１に示した本発明の一実施例の小内径の中空部品内面高
周波焼入装置によって高周波焼入れ処理される中空部品
の平面図および図８は、図７のもののＤ−Ｄの断面図で
ある。

【０００８】先ず、本発明の小内径の中空部品内面高周
波焼入方法について説明する。本発明の小内径の中空部
品内面高周波焼入方法は、孔の内面が高周波焼入れされ
る中空部品35の孔36の中に間隔を保って水冷管２を入
れ、この水冷管２の他端部と該中空部品35の他端部とを
電気的に接続し、該水冷管の一端部と該中空部品の一端
部との間に高周波電流を流して該中空部品35の孔36の内
面37を加熱し、その後加熱面を冷却して焼入れすること
であるが、中空部品35は、小内径、好ましくは７ｍｍ以
上の貫通する孔36があるもので、焼入れをすることがで
きる材料のものであれば孔36の形状および外形が如何な
るものでもよい。

【０００９】本発明の方法に用いる水冷管２は、高周波
電流を流して加熱するためのものであるので、高周波電
流を流すこができ、内部に冷却水を流すことがてきるも
のであり、径が処理され中空部品35の孔36の内面37より
やや小さい、例えば２ｍｍ以上小さいものであれば、従
来から高周波誘導加熱用コイルに用いられている銅製の
水冷管でもよいし、他のものでもよい。また、水冷管２
の他端部と処理される中空部品35の他端部とを電気的に
接続する方法は、図１〜図３などに示すように上中空部
品押さえ部材６を用いて水冷管２を内部に取り外しでき
るように固定し、この上中空部品押さえ部材６を該中空
部品35の上に押しつけるようにしてもよいし、電気的に
接続されれば他の方法でもよい。

【００１０】本発明の方法における高周波電流を水冷管
２の一端部に流す方法は、図１〜３などに示すように該
水冷管２の一端部を固定した支持部材３から流すように
してもよいし、水冷管２の一端部に高周波電源の一方の
端子を直接接続してもよいし、他の方法でもよい。高周
波電流を該中空部品35の一端部から流すようにするに
は、図１〜３などに示すように中空部品を下側から支持
している下中空部品押さえ部材５を通して流すようにし
てもよいし、該中空部品35の一端部から直接流すように
してもよいし、他の方法でもよい。

【００１１】本発明の方法の上記中空部品35を加熱後加
熱面を冷却する方法は、水冷または油冷の場合には図１
〜３などに示すように上中空部品押さえ部材６を介して
焼入れ液を水冷管２と中空部品35の間に流すようにして
よいし、他の方法で焼入れ液を流入させてもよい。また
衝風冷却の場合には、上記図に記載されている焼入れ液
供給通路から空気を流入させてもよいし、他の方法で衝
風を送って冷却してもよい。また空冷しても焼入れをす
ることができるものであれば、加熱後そのままにしても
よいし、そのまま取り出してもよい。本発明の方法に使
用する高周波電流の周波数は、上記中空部品35の孔36の
内面37が必要の温度に加熱できれは如何なる周波数でも
よいが、８０〜２００ＫＨｚが適当である。

【００１２】次に、本発明の小内径の中空部品内面高周
波焼入装置１について説明する。本発明の装置は、水冷
管２、支持部材３、絶縁板４、下中空部品押さえ部材
５、上中空部品押さえ部材６、上中空部品押さえ部材固
定具８などからなり、使用状態において支持部材３、水
冷管２、処理される中空部品35、上中空部品押さえ部材
６および下中空部品押さえ部材５を通って高周波電流が
流れるようにした、すなわち全体を一巻きのコイルにな
るようにするものである。これらのうちの水冷管２は、
上記本発明の方法で説明したとおりのものであるので、
ここでは説明を省略する。

【００１３】本発明の装置の支持部材３は、高周波電源
の一方の端子に接続されるとともにコイルの一部を構成
し、上記水冷管２を固定するものである。その形状は、
図１〜図４などに記載したものでもよいし、高周波電源
の一方の端子に接続することができるとともにコイルの
１部を構成することができ、かつ上記水冷管２を固定す
ることができるものであれば如何なる形状でもよい。ま
た固定方法も、上記図に示したように絶縁体からなる支
持台の床７にボルトで吊るすようにしてもよいし、支持
台のようなものの上に載せて固定してもよいし、他の方
法で固定してもよい。

【００１４】本発明の装置の上記絶縁板４は、支持部材
３と下中空部品押え部材５とを電気的に絶縁するための
もので、ゴム、耐火物などからなるものであるが、温度
が高くなるので、耐火物製のものが好ましい。さらに、
本発明の装置の上記下中空部品押さえ部材５は、高周波
電源の一方の端子に接続することができるとともにコイ
ルの一部を構成し、処理される中空部品35を上中空部品
押さえ部材６との間に挟んで固定することができ、さら
に上記水冷管２を間隔を空けて通すことがきるとともに
焼入れ液を排出することができるようにするものであ
る。その上部の形状は、上記中空部品35の形状に対応し
て該中空部品35が前後左右に移動しないように凸部また
は凹部を形成するのが好ましい。他の部分の形状は、図
１〜図３などに示したような形状でもよいし、上記機能
を有するものであれば他の形状でもよい。固定方法は、
上記図に示したように支持台の床７と絶縁体４とに挟ま
れて固定されてもよいし、支持部材３に絶縁したボルト
で固定するなどの他の方法で固定されてもよい。

【００１５】本発明の装置の上記上中空部品押さえ部材
６は、水冷管２の他端部を固定するとともに水冷管２と
処理される中空部品35を電気的に接続してコイルの一部
を構成するものであり、また容易に取り外すことができ
るとともに上記下中空部品押さえ部材５との間に処理さ
れる中空部品35を挟んで固定することができ、かつ水冷
管冷却水を通すことができ、さらに焼入れ液を該中空部
品35の加熱面に流すことができるようにするものであ
る。その下部の形状は該中空部品35の形状に対応して該
中空部品35が前後左右に移動しないように凸部または凹
部を形成するのが好ましい。他の部分の形状は、図１〜
図３などに示したような形状でもよいし、上記機能を有
するものであれば他の形状でもよい。

【００１６】本発明の装置の上記上中空部品押え部材固
定具８は、上記上中空部品押さえ部材６を簡単に取り外
しできるようにして固定するとともに、これを介して処
理される中空部品35を固定するものである。これは、図
１〜図３などに示しているようにナット31を外して押さ
え部材11をボルト29を軸にして回転し、上中空部品押さ
え部材６を持ち上げることができるようにした構造のも
のでもよいし、油圧シリンダーなどを用いて上記上中空
部品押さえ部材６を持ち上げたり、固定したりするよう
にしたものでもよいし、他の方法で固定できるようにし
てもよい。

【００１７】

【作用】本発明の作用を図９を参照して説明する。本発
明の方法および装置は、図９に示すように高周波焼入れ
処理される中空部品35を上中空部品押え部材６の下に置
き、図示しない高周波電源の一方の端子を支持部材３に
接続し、他方の端子を下中空部品押さえ部材５に接続
し、水冷管冷却水を33の方向に流しながら、高周波電流
を流すと、高周波電流が32の方向またはこの反対方向に
流れることにより該中空部品35の孔36の内面37に渦電流
が発生してそれにより高周波誘導加熱されるとともに、
高周波電流が該中空部品35を流れることにより高周波通
電加熱され、加熱面に焼入れ液を34の方向に流すなどに
よって冷却することにより高周波焼入れをすることがで
きるので、被処理物の中空部品35の孔36の内面37は、高
周波誘導加熱されるとともに、高周波通電加熱されるの
で、加熱効率が高くなる。また、被処理物の中空部品35
の孔36の中に１本の水冷管２を入れるだけであるので、
小径の孔の内面を焼入れすることができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の小内径の中空部品内面高周波
焼入装置の一例について説明する。本発明の小内径の中
空部品内面高周波焼入装置１は、図１〜６に示すように
コイルの一部を構成し、孔の内面が高周波焼入れされる
中空部品35の孔36の中に間隔を保って入れる水冷管２
と、この水冷管２を取り付けたコイルの一部を構成する
支持部材３と、コイルの一部を構成する下中空部品押さ
え部材５と、取り外すことができるとともにコイルの一
部を構成する上中空部品押さえ部材６と、上中空部品押
さえ部材固定具８などとからなるものである。

【００１９】本発明の小内径の中空部品内面高周波焼入
装置１は、中空部品35の孔36の内面37に高周波焼入れを
するための装置であり、如何なる外形および孔の形状の
中空部品の孔36の内面37に高周波焼入れをすることがで
きるものであるが、本実施例においては、外形および孔
の形状に下中空部品押さえ部材５および上中空部品押さ
え部材６の形状が影響されるので、ここでその形状を説
明する。本実施例により高周波焼入れ処理される中空部
品は、図７、図８、図２などで示したように中央の下端
側と上端側に大きな径の孔38、41があり、中央に焼入れ
処理される孔39の内面37があり、この孔39と上端側の大
きな径の孔41との間に中間の径の孔40があり、外形が図
のようなものである。なお、符号36は孔全体を示す。

【００２０】上記水冷管２は、コイルの一部を構成し、
これを高周波電流が流れることにより処理される中空部
品35の孔36(39)の内面37に渦電流を発生させて加熱する
ためのもので、その外径が処理される中空部品35の孔39
の内径より小さい（３．０ｍｍ程度小さい）銅製のもの
で、内部に冷却水が流れるようになっており、支持部材
３の中央部に一端部側が固定されるとともに端部にシー
ル24されてホース25が取り付けられているものである。

【００２１】上記水冷管２を固定している支持部材３
は、コイルの一部を構成し、これを介して水冷管２に高
周波電流を流すようにしたもので、中央部に水冷管２を
固定し、外周に通電端子取付け部12が設けられており、
上に耐火物製の絶縁板４が載せられ、更にその上に下中
空処理部品押さえ部材５が載せられており、周囲が支持
台の床７に５本のボルト28により取付けられている銅製
のものである。この支持部材３の通電端子取付け部12に
は図示してないが、高周波電源の端子の一方が接続され
る。

【００２２】上記絶縁板４は耐火物製の図に示したよう
な孔の明いた円盤状のものである。この絶縁板４の上に
載せられている下中空部品押さえ部材５は、処理される
中空部品35を図４、図３などに示すように上面に支持す
るとともに、コイルの一部を構成するもので、中央に上
記中空部品35の孔36とほぼ同じ径の孔14が設けられ、こ
の中に水冷管２が通るようになっており、さらに下部に
孔14に通じる焼入れ液排出通路15が設けられ、この孔14
の周囲の上側に該中空部品35の孔36の一部の孔38と係合
する環状の突起16が設けられ、外周に通電端子取付け部
13が設けられているものである。この下中空部品押え部
材５の通電端子取付け部13には図示してないが、高周波
電源の端子の一方が接続される。

【００２３】上中空部品押さえ部材６は、図５、図６、
図２などに示すように処理される中空部品35を間に挟ん
で固定するとともにコイルの一部を構成するもので、中
央の下部に該中空部品35の孔36の一部の孔39とほぼ同じ
径の孔17が設けられ、この中に水冷管２が間隔を空けて
通るようになっており、該孔17に続いて水冷管２が入っ
て密着する孔18が設けられ、この孔18より小さい径で、
この孔19に続くとともに上に開いている水冷管冷却水用
孔19が設けられ、孔17の周囲に該中空部品35の孔36の一
部の孔41に係合する下側に突出する突起20が設けられ、
孔17の上側に開口部が開いた焼入れ液用環状溝21が設け
られ、この焼入れ液用環状溝21に焼入れ液を供給する焼
入れ液供給通路22が設けられ、さらに水冷管冷却水用孔
18にホース27を接続するためのシール用の環状の突起23
が設けられ、この突起23にシール26されてホース27が取
り付けられているものである。

【００２４】上記上中空部品押さえ部材固定具８は、図
１〜図３などに示すように支持台の床７に建てた第一支
柱９および第二支柱10、第一支柱９に２本のボルト29で
回動自在に取り付けられた押さえ部材11などからなるも
のである。この第二支柱10には、上部に押さえ部材11に
設けた２個の孔に係合する２本のボルト30が埋め込まれ
ており、ナット31を締めつけることにより押さえ部材11
を上中空部品押さえ部材６に押しつけることができるよ
うになっているものである。また押さえ部材11は、中央
にシール用の環状の突起23、ホース27などが通る孔を有
するとともに第二支柱10に固定したボルト30に係合する
孔を設けたものである。

【００２５】次に、本発明の使用方法の一例を図９を参
考にして説明する。図示されてない高周波電源の一方の
端子を支持部材３の通電端子取付け部12に接続し、他方
の端子を下中空部品押さえ部材５の通電端子取付け部13
に接続し、スイッチをオフにした状態において、ナット
31を外して上中空部品押さえ部材固定具８の押さえ部材
11を矢印のように回転して持ち上げ、次に上中空部品押
え部材６を持ち上げ、処理される中空部品35を所定の場
所に装入し、この中空部品35の上に上中空部品押さえ部
材６を下ろし、その上に上記押さえ部材11を下ろし、第
二支柱10に固定したボルト30にナット31を回して締めつ
けて上中空部品押さえ部材６および該中空部品35を固定
する。次に、水冷管２に水冷管冷却水を流しながらスイ
ッチをオンにして高周波電流を流して、中空部品35の孔
36の内面37を加熱し、所定の時間（前もって必要な加熱
時間を測定してある）が経過した後スイッチをオフと
し、焼入れ液を供給通路21に入れて冷却して焼入れをす
る。所定の時間（前もって必要な冷却時間を測定してあ
る）冷却した後焼入れ液の供給を停止する。その後水冷
管冷却水の供給を停止、ナット31を外して押さえ部材11
を矢印のように回転して持ち上げ、焼入れ処理される中
空部品35を取り出す。再度処理する場合にはこれらの工
程を繰り返すことによって行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の小内径の中空部品内面高周波焼
入方法および装置は、上記構成にしたことにより、次の
ような優れた効果を奏する。 （１）処理される中空部品35の孔36の中に１本の水冷管
を入れるだけであるので、従来の方法および装置ではで
きなかった小内径の孔の内面のみを焼入れすることがで
きる。 （２）処理される中空部品35の孔36の内面37を高周波誘
電加熱と高周波通電加熱の両方で加熱することができる
ので、加熱効率を非常に高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の小内径の中空部品内面高周
波焼入装置の処理される中空部品を装着した状態の平面
図である。

【図２】図１のものの正面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ矢視図である。

【図５】図１に示したものの上中空部品押え部材６の平
面図である。

【図６】図５のもののＣ−Ｃ断面図である。

【図７】図１に示した本発明の一実施例の小内径の中空
部品内面高周波焼入装置によって高周波焼入れされる中
空部品の平面図である。

【図８】図７のもののＤ−Ｄの断面図である。

【図９】本発明の作用および効果を説明するための説明
図である。

【図10】従来の小内径の中空部品内面高周波焼入装置の
概念断面図である。

【符号の簡単な説明】

１ （小内径の）中空部品内面高周波焼入装置 ２ 水冷管 ３ 支持部材 ４ 絶縁板 ５ 下中空部品押さえ部材 ６ 上中空部品押さえ部材 ７ 支持台の床 ８ 上中空部品押え部材固定具 ９ 第一支柱 10 第二支柱 11 押さえ部材 12、13 通電端子取付け部 14 下中空部品押さえ部材の孔 15 焼入れ液排出通路 16 下中空部品押さえ部材の突起 17 上中空部品押さえ部材の孔 18 水冷管用孔 19 水冷管冷却水用孔 20 上中空部品押さえ部材の突起 21 焼入れ液用環状溝 22 焼入れ液供給通路 23 シール用の環状の突起 24,26 シール 25,27 ホース 28,29,30 ボルト 31 ナット 32 高周波電流の流れ 33 水冷管冷却水の流れ 34 焼入れ液の流れ 35 （処理される）中空部品 36,38 〜41 中空部品の孔 37 焼入れされる孔の内面 42 往復加熱コイル 43 環状の焼入れ液供給管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 孔の内面が高周波焼入れされる中空部品
   （35）の孔（36）の中に間隔を保って水冷管（２）を入
   れ、この水冷管（２）の他端部と該中空部品（35）の他
   端部とを電気的に接続し、高周波電流を該水冷管の一端
   部と該中空部品の一端部との間に流して該中空部品（3
   5) の孔(36)の内面(37)を加熱し、その後加熱面を冷却
   して高周波焼入れすることを特徴とする小内径の中空部
   品内面高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 上記冷却が中空部品（35）の孔（36）の
   内面（37）と水冷管（２）との間に冷却水を流して行う
   ことであることを特徴とする請求項１に記載の小内径の
   中空部品内面高周波焼入方法。
3. 【請求項３】 孔の内面が高周波焼入れされる中空部品
   （35）の孔（36）の中に間隔を保って入る水冷管（２）
   と、高周波電源の一方の端子に接続され、該水冷管
   （２）を取り付けた支持部材（３）と、高周波電源の他
   方の端子に接続され、該支持部材（３）に絶縁板（４）
   を介して固定され、該水冷管（２）が間隔を保って通る
   孔（15）を有するとともに、焼入れ液排出用通路（16）
   を有する下中空部品押さえ部材（５）と、この下中空部
   品押さえ部材（５）との間に該中空部品（35）を挟んで
   固定することができ、かつ該水冷管（２）の上端部が下
   側に密着して入る水冷管用孔（18）およびこの水冷管用
   孔（18）に連通し、水冷管冷却水が通る水冷管冷却水用
   孔（19）が設けられ、さらに焼入れ液を加熱面に流す環
   状溝（21）およびこの環状溝（21）に焼入れ液を供給す
   る焼入れ液供給用通路（22）を有する上中空部品押さえ
   部材（６）と、上中空部品押さえ部材６を押さえて固定
   す上中空部品押さえ部材固定具（８）とからなることを
   特徴とする小内径の中空部品内面高周波焼入装置。