JP2001123228A - 軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置面積が減少し、処理時間が短縮される円
筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加
熱焼入。 【解決手段】 円筒部１の内周面１ａと軸部２の外周面
２ａを焼入れする軸付円筒部材Ｗの誘導加熱焼入におい
て、内周面１ａを加熱する内周加熱コイル３と、外周面
２ａを加熱する軸加熱コイル８と、円筒部材Ｗを保持し
てその焼入面１ａおよび２ａをそれぞれの加熱コイル
３、８の位置に移動させる移動テーブル３４と、該移動
テーブル３４と一体に移動する内周面冷却手段６，３７
と軸冷却手段４２，４３とを備え、移動テーブル３４上
の円筒部材Ｗが移動しながらその焼入面１ａ、２ａが冷
却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車部品
の等速ジョイントなどのように軸部の一端にボールベア
リングのアウターレースをなす円筒部を有する軸付円筒
部材の円筒内周面と軸外周面を焼入れする焼入方法およ
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような円筒内周面と軸外周
面を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入れの際に
は、円筒内周面を加熱、冷却して焼入れした後、さらに
軸外周面を加熱、冷却して焼入れすることが行われてい
た。

【０００３】即ち、被焼入円筒部材（以下ワークとい
う）の円筒内周面または軸外周面をそれぞれの加熱コイ
ルの位置で加熱して冷却位置に移動した後、この冷却位
置で停止して冷却液噴射などの方法で冷却されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
誘導加熱による焼入れの場合には加熱時間より冷却時間
が長いので、焼入作業時間の短縮のためには冷却時間の
短縮を図る必要がある。また、上記軸と内周面との焼入
れを別々のユニットにより行うと、ユニットの数が多く
なるため場所を要し、かつ工数が多くコストがかかると
いう問題点があった。

【０００５】そこで本発明は、設置面積を取らず、処理
時間を短縮してコストを低減する円筒内周面と軸外周面
を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法及び装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付円
筒部材の誘導加熱焼入方法は、内周加熱コイルまたは軸
加熱コイル位置において被焼入円筒部材の円筒内周面ま
たは軸外周面を加熱し、該被焼入円筒部材の加熱部を冷
却しながら軸加熱コイルまたは内周加熱コイル位置に移
動して、軸外周面または円筒内周面を加熱して焼入れす
ることを特徴とするものである。

【０００７】即ち従来は、被焼入円筒部材（以下ワーク
という）の円筒内周面または軸外周面をそれぞれの加熱
コイルの位置で加熱した後、ワークを冷却位置に移動
し、この位置で移動を停止して、冷却液噴射などの方法
で冷却焼入れし、次に反対の軸外周面または円筒内周面
を加熱する位置にワークを移動して加熱冷却焼入れして
いた。これに対し本発明は、円筒内周面または軸外周面
を加熱後、反対の軸外周面または円筒内周面を加熱する
位置に移動する際に、移動しながら冷却することによ
り、冷却時間を他の動作の中に組み入れることができ全
体の作業時間を短縮するものである。なお、ここでいう
軸外周面とは、軸の直線部のみをいうのでなく、例えば
図３に示すように軸の円筒部との付け根のＲ部や円筒部
の肩部まで含むことができる。

【０００８】このため、本発明の円筒内周面と軸外周面
を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置は、円筒
内周面を加熱する内周加熱コイルと、軸外周面を加熱す
る軸加熱コイルと、被焼入円筒部材を保持してその円筒
内周面焼入部および軸外周面焼入部を前記それぞれの加
熱コイル位置に移動させる移動テーブルと、該移動テー
ブルの移動中に前記円筒内周面焼入部と軸外周面焼入部
の少なくも一方が冷却されるように前記移動テーブルと
一体に移動する内周面冷却手段と軸冷却手段の少なくも
一方を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】すなわち、本発明の焼入装置は一つのユニ
ットに円筒内周面を加熱する内周加熱コイルと軸外周面
を加熱する軸加熱コイルとを備えて、テーブル上の被焼
入円筒部材（以下ワークという）を両コイルの間に移動
させて加熱焼入れするので、従来の円筒部と軸部の焼入
れを別個で行っていた焼入装置より面積が少なくて済
む。

【００１０】また、冷却手段がテーブルと一体に移動
し、ワークが内周面加熱と軸加熱の間を移動中に冷却さ
れるので、全体としての作業時間が減少して焼入時間を
短縮できる。内周面と軸の冷却手段のいずれか一つの冷
却手段をテーブルと一体に移動するようにしても、従来
より時間短縮できるが両者ともに一体に移動すれば一層
効果があげられる。

【００１１】前記移動テーブルは、保持する被焼入軸付
円筒部材を加熱、冷却中回転させる回転手段を備えるこ
とにより、ワークは回転しながら誘導加熱冷却されるの
で均等に加熱冷却されて焼入れ歪みを減少できる。

【００１２】また、前記内周面冷却手段は、前記内周加
熱コイルに設けられた断面Ｙ字型ノズルを有する冷却管
と前記移動テーブルに固定され円筒内周面に冷却液を噴
射する内周面冷却ノズルとを備え、前記軸冷却手段は前
記移動テーブルに固定されて軸部外周面に冷却液を噴射
する軸冷却ノズルと、軸付け根と円筒肩部外周面に冷却
液を噴射する肩冷却ノズルと円筒部外周面に冷却液を噴
射する円筒外周面冷却ノズルとを備えることが望まし
い。

【００１３】このようにすれば、内周面冷却手段として
内周加熱コイルに設けられた断面Ｙ字型ノズルにより通
常冷却が困難な円筒内周面が完全に冷却される。また、
断面Ｙ字型ノズルと別個に移動テーブルに固定された円
筒内周面に冷却液を噴射する内周面冷却ノズルを備える
ことにより、内周面加熱後にワークが移動して内周加熱
コイルから離れて断面Ｙ字型ノズルによる冷却効果が少
なくなったときに、ワークと共に移動する内周面冷却ノ
ズルが移動しながらワークの内周面をさらに冷却する。
なお、断面Ｙ字型ノズルは発明者らが先に提案したもの
である（特許第１６０７８６２号）。

【００１４】また、軸冷却手段移動としてテーブルに固
定された軸冷却ノズルと肩冷却ノズルを備えることによ
り、ワークは移動しながら軸部外周面と軸付け根と円筒
肩部外周面とを冷却できる。これにより、軸の冷却速度
が速くなると共に均一に冷却され焼入れ歪みを軽減でき
る。さらに移動テーブルに固定された円筒外周面冷却ノ
ズルを備えることにより、前記内周面冷却手段により内
周面を冷却するとき同時に円筒外周面も冷却されるの
で、円筒内周面の冷却速度が速くなると円筒部の焼入れ
歪みを軽減できる。

【００１５】

【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焼
入装置の断面図、図２は冷却手段の冷却液噴射箱の配列
の一例を示す図、図３は本実施形態の被焼入軸付円筒部
材（以下ワークという）の形状の一例を示す図である。

【００１６】図３のワークＷは円筒部１の端部に軸２を
有する軸付円筒部材をなし、円筒部１の内周面１ａと軸
２の外周面２ａが焼入れされる。

【００１７】内周加熱コイル３は、図３の断面形状のリ
ング状導体４が使用され、高周波電流が付加されて筒体
内周面１ａを加熱する。リング状導体４の内側にコア５
が取り付けられている。コイルの内部に断面Ｙ字形状の
ノズル６ａと端部ノズル６ｂが設けられた冷却管６が配
設され、加熱コイル３により加熱された筒体内周面１ａ
を奥まで完全に冷却するようになっている（特許１６０
７８６２号）。

【００１８】軸外周面２ａを加熱する軸加熱コイル８
は、軸付け根の首部を焼入れする断面形状を有するリン
グ部８ｂ，８ｃと、軸外周面２ａを加熱する直線の立上
り部８ａとを有し立上り部８ａがターミナルを介して高
周波電源に接続されている。

【００１９】次に、本発明の焼入装置の構成について図
１を用いて説明する。ベースフレーム１１上にコラム１
２が立設され、コラム１２に設けられたレール１３にサ
ドル２１がスライドして上下移動できるようになってい
る。コラム１２には、一端が軸受１８に軸支され他端が
サーボモータ１５により駆動される、ねじ軸１６が付設
されている。そして、サドル２１に設けられためねじ１
７がねじ軸１６に螺合して、サーボモータ１５の回転に
よりサドル２１がレール１３を上下スライド駆動される
ようになっている。

【００２０】サドル２１の上部側にはスライド面に直角
に上部アーム２２が固設され、上部アーム２２にエアシ
リンダ２３が設けられている。エアシリンダ２３により
上下駆動されるセンタ２４は、回転テーブル３４上に載
置されたワークＷのセンタ孔に係合してワークＷを保持
するするようになっている。

【００２１】サドル２１の下部側に、スライド面に垂直
に下部アーム３１が固設されている。下部アーム３１に
は平面軸受３２が載設され、回転テーブル３４がベアリ
ング３３により平面軸受３２に回転自在に支持されてい
る。回転テーブル３４の外周面にはギヤ歯３４ａが設け
られ、ギヤ歯３４ａがモーター３６に固着されたピニオ
ン３５に噛み合ってモーター３６により回転駆動され
る。平面軸受３２、および回転テーブル３４の中心に
は、内周加熱コイル３が挿入される空間が設けられてい
る。

【００２２】回転テーブル３４の上面には、ワークＷの
円筒部１の外径に嵌合する凹部３４ｂが設けられ、ワー
クＷがその下部平面を同心に載置され、その上部センタ
孔がセンタ２４に支持されて、ワークＷはモータ３６に
より回転駆動される回転テーブル３４と共に回転するよ
うになっている。

【００２３】回転テーブル３４の上方の位置に、中空リ
ング状の円筒外周面冷却ノズル３７が冷却液供給管３７
ａにより支持されて、下部アーム３１に固設されてい
る。回転テーブル３４の下面の内部に、中空リング状の
円筒内面冷却ノズル３８が冷却液供給管３８ａにより支
持されて、下部アーム３１に固設されている。

【００２４】円筒外周面冷却ノズル３７には、回転テー
ブル３４に載置されたワークＷの円筒外周面に冷却液を
噴射するノズルが設けられ、円筒内周面を焼入冷却する
とき同時に円筒外周面を冷却するようになっている。内
周面冷却ノズル３８には、回転テーブル３４に載置され
たワークＷの円筒内周面に冷却液を噴射するノズルが設
けられている。内周加熱コイル３により円筒内周面が加
熱され断面Ｙ字形ノズルにより冷却されるが、ワークＷ
が上昇して断面Ｙ字形ノズルから離れたときに、内周面
冷却ノズル３８が内周面に冷却液を噴射してワークが上
昇中も内周面を冷却するようになっている。

【００２５】サドル２１の上部アーム２２と下部アーム
３１の中間位置に中部アーム４１が固設されている。中
部アーム４１に回転テーブル３４に載置されたワークＷ
を跨ぐようにして軸冷却ノズル４２と肩冷却ノズル４３
が固設され、軸冷却ノズル４２はワークＷのほぼ軸外周
面２ａに、肩冷却ノズル４３は軸付け根、肩部に冷却液
を噴射するノズルが設けられている。また、２個の軸冷
却ノズル４２と１個の肩冷却ノズル４３は、図２に示す
ように３方から噴射するように配設され、２個の軸冷却
ノズル４２、４２の間からワークＷが回転テーブル３４
に積載できるようになっている。

【００２６】軸加熱コイル８は、上支持部材２５により
支持されて、サドル２１の上部アーム２２と中部アーム
４１の間の位置になるようにしてコラム１２に固定さ
れ、図示しない誘導電源から高周波電流が付加され軸外
周面を加熱する。

【００２７】下部アーム３１の下側に下支持部材１４が
設けられている。下支持部材１４は、一端がレール１３
にスライドして上下動可能に支持され、図示しないクラ
ンプ手段により任意の位置でコラム１２に固定できるよ
うになっている。下支持部材１４の他端には内周面冷却
管６が立設され、内周面冷却管６の先端には断面Ｙ字型
ノズル６ａと端面ノズル６ｂが設けられ、供給口６ｃか
ら圧送される冷却液を内周加熱コイル３により加熱され
た円筒内周面に噴射するようになっている。また、内周
面冷却管６の先端を取り巻いて内周加熱コイル３が設け
られている。内周加熱コイル３は前述した図３の形状を
なしている。

【００２８】上記センタ２４、軸加熱コイル８、各冷却
ノズル４２、４３、３７、３８および内周加熱コイル３
と内周面冷却管６は、それらの軸心がワークＷの軸心と
一致するようにして各アーム２２、４１、３１、支持部
材２５、１４に設けられている。

【００２９】以下、上記本発明実施形態の焼入装置の操
作について図１と図４を用いて説明する。図４は装置の
動作順序を示すフローチャートである。まず、図１の位
置において、ワークＷは図示しないチャージ手段のクラ
ンプ４５により把持され、図の矢印方向に移動されて回
転テーブル３４に凹部３４ｂに嵌合するようにして載置
される（ＳＴＥＰ１）。次にエアシリンダ２３によりセ
ンタ２４が下降し、ワークＷは回転テーブル３４とセン
タ２４により把持される（ＳＴＥＰ２）。

【００３０】サドル２１がモータ１５の駆動により上昇
し、ワークＷは回転テーブル３４に保持された状態で上
昇する（ＳＴＥＰ３）。ワークＷの軸焼入部２ａが軸加
熱コイル８の加熱位置に来ると（ＳＴＥＰ４）、サドル
２１の上昇が停止し（ＳＴＥＰ５）、モータ３６により
回転テーブル３４上のワークＷが回転される（ＳＴＥＰ
６）。軸加熱コイル８に電流がＯＮされてワークＷは回
転しながら軸外周面２ａが加熱される（ＳＴＥＰ７）。

【００３１】ワークが焼入温度に達し所定時間保持され
ると、電流がＯＦＦされて軸外周面２ａの加熱が終了し
（ＳＴＥＰ８）、軸冷却ノズル４２と肩冷却ノズル４３
から冷却液が噴射される（ＳＴＥＰ８´）。そして、た
だちにサドル２１が下降するので（ＳＴＥＰ９）、ワー
クＷは冷却液噴射により冷却されながら下降する。サド
ル２１が下降してワークＷの円筒内周面１ａが内周加熱
コイル３の位置に来ると（ＳＴＥＰ１０）、サドル２１
の下降が停止される（ＳＴＥＰ１１）。

【００３２】ここで、内周加熱コイル３の電流がＯＮさ
れて円筒内周面１ａの加熱が開始される（ＳＴＥＰ１
２）。しかし内周面加熱が開始されても、まだ軸冷却ノ
ズル４２と肩冷却ノズル４３の冷却液噴射は継続され、
軸外周面２ａが所定温度まで低下した後、冷却液噴射が
停止される（ＳＴＥＰ１３）。

【００３３】ワーク内周面１ａが焼入温度に達し定時間
保持されると、電流がＯＦＦにされて加熱が終了する
（ＳＴＥＰ１４）。電流がＯＦＦにされると、同時に内
周加熱コイル３の内部に配設された内周面冷却管６の断
面Ｙ字型ノズル６ａ、端面ノズル６ｂから冷却液が噴射
されて内周面１ａを急冷する（ＳＴＥＰ１４´）。同時
に円筒外周面冷却ノズル３７、内周面冷却ノズル３８か
ら冷却液が噴射される（ＳＴＥＰ１４´）。これにより
筒部１は内外から均等に冷却されるので、焼入れ歪みを
減少することができる。

【００３４】内周面１ａが所定温度に達する時間、断面
Ｙ字型ノズル６ａなどにより冷却された後、サドル２１
が上昇する（ＳＴＥＰ１５）。ワークＷが上昇して内周
面冷却管６の断面Ｙ字型ノズル６ａなどから離れると、
図１に示すように内周面冷却ノズル３８から噴射される
冷却液が円筒内周面に達するので、ワークＷは上昇しな
がらさらに内周面が冷却される。

【００３５】サドル２１が上昇して図１に示すサドル待
機位置に来ると（ＳＴＥＰ１６）、上昇は停止される
（ＳＴＥＰ１７）。そして、回転テーブル３４が停止さ
れ（ＳＴＥＰ１８）、内周面冷却管６、円筒外周面冷却
ノズル３７、内周面冷却ノズル３８の冷却液噴射も停止
される（ＳＴＥＰ１８´）。

【００３６】上記の作業が終了すると、図示しないチャ
ージ手段のクランプ４５により軸２が把持されてワーク
Ｗが抽出される（ＳＴＥＰ１９）。これにより焼入作業
が完了する（ＳＴＥＰ２０）。

【００３７】

【実施例】上記構成の本発明の焼入装置と従来の焼入装
置による焼入の作業時間について、図３に示す形状の下
記寸法の軸付円筒部材のワークを焼入れして比較した。 ワーク軸径：２５ｍｍφ×焼入部長さ５５ｍｍ ワーク円筒内径：６０ｍｍφ×焼入部長さ３８ｍｍ

【００３８】その結果を図５に示す。図５は作業時間の
比較のため図４の工程を簡易化して示してある。図に示
すように、従来の装置では３９ｓｅｃ要した工程時間
が、本発明の装置では２５ｓｅｃに３５％短縮された。
従来の装置では、軸加熱後にワークを冷却位置に移動し
軸冷却した後内周面加熱したので、軸冷却時間が全行程
時間の約４０％を占めた。これに対して、本発明の装置
では前述のようにワークを移動しながら冷却するので、
軸冷却時間が別に要しないことになったためである。

【００３９】以上述べたように本発明実施形態の焼入方
法、装置によれば、円筒内周面と軸外周面を焼入れする
軸付円筒部材の誘導加熱焼入において、従来の方法、装
置のようにワークの軸加熱後の冷却を停止位置で行った
後、円筒内周面加熱を行うのでなく、ワークの軸加熱後
の内周面加熱位置に移動中に冷却を行うので、ワークの
停止時間が大幅に短縮されコストが低減された。

【００４０】また、一つのユニットで円筒内周面焼入れ
と軸外周面焼入れを行うので、それぞれの焼入れを別の
ユニットで行っていた従来の装置に比し、設置面積、設
備費を低減できた。

【００４１】なお、上記実施形態ではワークの軸を最初
に焼入れした後円筒内周面を焼入れしたが、その逆に円
筒内周面を焼入れした後、軸を焼入れすることも可能で
ある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘導加熱
焼入装置によれば、円筒内周面と軸外周面を焼入れする
軸付円筒部材の焼入時間が大幅に短縮されるので、自動
車部品などの熱処理に広く利用でき、部材の原価低減に
寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の構成を示
す図である。

【図２】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の冷却手段
の配置を説明する図である。

【図３】本発明実施形態のワークの一例を示す図であ
る。

【図４】本発明実施形態の誘導加熱焼入装置の操作の手
順を示すフローチャートである。

【図５】本発明実施例の誘導加熱焼入装置と従来の焼入
装置との工程時間の比較を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ｗ ワーク（軸付円筒部材）、１ 円筒部、１ａ 円筒
内周面、２ 軸、２ａ軸外周面、３ 内周加熱コイル、
４ リング状導体、５ コア、６ 内周面冷却管、６ａ
断面Ｙ字形ノズル、６ｂ 端面ノズル、６ｃ 供給
管、８ 軸加熱コイル、８ａ、立上り部 ８ｂ、８ｃ
リング部、１１ ベースフレーム、１２コラム、１３
レール、１４ 下支持部材、１５ パルスモーター、１
６ ねじ軸、１７ めねじ、１８ ねじ軸受、２１ サ
ドル、２２ 上部アーム、２３エアシリンダ、２４ セ
ンタ、２５ 上支持部材、３１ 下部アーム、３２平面
軸受、３３ ベアリング、３４ 回転テーブル、３４ａ
ギヤ歯、３４ｂ凹部、３５ ピニオン、３６ モータ
ー、３７ 円筒外周面冷却ノズル、３７ａ冷却液供給
管、３８ 円筒内周面冷却ノズル、３８ａ 冷却液供給
管、４１中部アーム、４２ 軸冷却ノズル、４３ 肩冷
却ノズル、４５ クランプ

フロントページの続き (72)発明者 宮崎 華陽 神奈川県平塚市田村5893高周波熱錬株式会 社内 Ｆターム(参考） 4K042 AA06 BA13 DA01 DB01 DD04 DF01 EA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付
   円筒部材の誘導加熱焼入において、内周加熱コイルまた
   は軸加熱コイル位置において被焼入円筒部材の円筒内周
   面または軸外周面を加熱し、該被焼入円筒部材の加熱部
   を冷却しながら軸加熱コイルまたは内周加熱コイル位置
   に移動して、軸外周面または円筒内周面を加熱して焼入
   れすることを特徴とする円筒内周面と軸外周面を焼入れ
   する軸付円筒部材の誘導加熱焼入方法。
2. 【請求項２】 円筒内周面と軸外周面を焼入れする軸付
   円筒部材の誘導加熱焼入装置において、円筒内周面を加
   熱する内周加熱コイルと、軸外周面を加熱する軸加熱コ
   イルと、被焼入円筒部材を保持してその円筒内周面焼入
   部および軸外周面焼入部を前記それぞれの加熱コイル位
   置に移動させる移動テーブルと、該移動テーブルの移動
   中に前記円筒内周面焼入部と軸外周面焼入部の少なくも
   一方が冷却されるように前記移動テーブルと一体に移動
   する内周面冷却手段と軸冷却手段の少なくも一方を備え
   たことを特徴とする円筒内周面と軸外周面を焼入れする
   軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。
3. 【請求項３】 前記移動テーブルは保持する被焼入軸付
   円筒部材を加熱、冷却中回転させる回転手段を備えるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の円筒内周面と軸外周面
   を焼入れする軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。
4. 【請求項４】 前記内周面冷却手段は、前記内周加熱コ
   イルに設けられた断面Ｙ字型ノズルを有する冷却管と前
   記移動テーブルに固定され円筒内周面に冷却液を噴射す
   る内周面冷却ノズルとを備え、前記軸冷却手段は前記移
   動テーブルに固定されて軸部外周面に冷却液を噴射する
   軸冷却ノズルと、軸付け根と円筒肩部外周面に冷却液を
   噴射する肩冷却ノズルと円筒部外周面に冷却液を噴射す
   る円筒外周面冷却ノズルとを備えることを特徴とする請
   求項２または３に記載の円筒内周面と軸外周面を焼入れ
   する軸付円筒部材の誘導加熱焼入装置。