JP2001303125A - 誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空円筒部材の外面を誘導加熱焼入れする焼
入治具。 【解決手段】 冷却ノズル１１に水密かつ回転自在に支
持されたシール部材１２を中空円筒部材１の中空部１ａ
の一端側に水密に接し、駆動部材２１を中空部１ａの他
端側に水密に接し、冷却ノズル１１の導入孔１１ａと駆
動部材２１の排出孔２１ｂを通して中空部１ａに冷却液
を流通させながら駆動ギヤ２２により中空円筒部材１を
回転させて、外面を加熱コイル３により誘導加熱して焼
入れする。これにより、円筒部内面が冷却され外面のみ
加熱されるので、薄肉円筒の場合も均一な焼入層が形成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導加熱焼入れに
より、主として薄肉中空円筒部材の外面に焼入層を形成
させる中空円筒部材の外面焼入治具に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】中空円筒部材の外面を誘導加熱により焼
入れする場合に、特に円筒部が薄肉であると内部まで加
熱されて肉厚全体が焼入れされるため、いわゆるずぶ焼
入れになり、表面のみに焼入層を形成させる表面焼入れ
が困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これを防止して表面の
みに焼入層を形成させるためには、円筒内部を冷却しな
がら、外面を誘導加熱して焼入れする方法が採られる。

【０００４】この内部冷却方法として、図７に示すよう
に、円筒１の中空部にＣｕ製のシールド材２を挿入し
て、円筒内面の熱を奪って内面を冷却しながら外面を誘
導加熱焼入れすることにより、図に１ｂで示すような表
面焼入層を形成させる方法が採られている。このシール
ド材を使用する加熱焼入方法では、円筒内面からシール
ド材に熱が良く伝達するように円筒内面とシールド材が
密着する必要がある。

【０００５】しかし、大量生産の場合、使用によりＣｕ
製シールド材の外周が摩耗して、円筒内面との接触に変
動が生じ焼入層が不安定になる。この精度管理が困難か
つ煩雑である。また、加熱すると円筒が膨張するので、
円筒内面とシールド材面との間に隙間が生じて接触面が
不安定になり、熱伝達が不均一になって外面の焼入層の
硬さや深さに変動が生じやすいという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明者らは、この内部冷却方法
として、水冷することを考慮した。しかし、冷却水が焼
入面にかかると焼入れむらを生ずるので、円筒を回転し
ながら加熱する場合に、外側に水が漏れないようにして
円筒内面のみを冷却することが困難であった。

【０００７】そこで本発明は、この困難性を解決し、簡
易な構造で内部冷却する誘導加熱による中空円筒部材の
外面焼入治具を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本第１発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼
入治具は、被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導
入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズル
に水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側
に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液を排
出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に接し
て該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前
記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通して前
記中空部に冷却液を流通させながら該中空円筒部材を回
転させて、その外面を誘導加熱して焼入れすることを特
徴とするものである。

【０００９】本第１発明の誘導加熱による中空円筒部材
の外面焼入治具は、貫通中空部を持つ中空円筒部材の外
面焼入れに適するものである。

【００１０】すなわち、本発明の中空円筒部材の外面焼
入治具は、加熱の際に中空円筒部材（以下ワークとい
う）の中空部に冷却液を流通させて、円筒内面を冷却し
た状態で外面を誘導加熱して焼入れするので、内面は冷
却された状態で外面のみが加熱されて焼入れされる。こ
れにより、円筒外面に適切な焼入層を形成させることが
でき、薄肉円筒であっても全体に焼きが入って、いわゆ
るずぶ焼きになることがない。

【００１１】この冷却液を流通させる方法として本発明
の治具は、ワークの両端を冷却ノズルに設けられたシー
ル部材と駆動側の駆動部材とで挟んで保持し、冷却ノズ
ルに設けられた導入孔と駆動部材に設けられた排出孔を
通して、ワークの中空部に冷却液を循環させて中空部内
面を冷却する。そして、この状態で、駆動部材を回転駆
動することにより、中空円筒部材を回転させながら、円
筒外面を誘導加熱して急冷焼入れする。

【００１２】このとき、冷却ノズルは静止しているが、
シール部材は冷却ノズルに回転自在に支持されているの
でワークは回転可能である。また、シール部材はワーク
の中空部の一端に水密に接しており、かつ冷却ノズルに
水密に支持されているので、ワークが回転しても冷却液
は外部に漏れることがない。また、ワークの中空部の他
端は駆動部材が水密に接してワークを保持しているの
で、保持部分から冷却液が漏れることがない。駆動部材
の排出孔を通して排出される冷却液は、適宜の手段によ
り冷却液槽に排出される。

【００１３】このようにして、中空部内壁を冷却しなが
ら、駆動部材によりワークを回転させて外面を誘導加熱
焼入れすれば、薄肉円筒でも外面に均一な薄い焼入層を
形成させることができる。

【００１４】また、本第２発明の誘導加熱による中空円
筒部材の外面焼入治具は、被焼入れ中空円筒部材（ワー
ク）の中空部に冷却液を導入する導入孔と該液を排出す
る排出孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水
密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水
密に接するシール部材と、前記中空円筒部材（ワーク）
の他端側を保持して該中空円筒部材を回転駆動する駆動
部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と排出孔とを通
して前記中空部に冷却液を流通させながら該中空円筒部
材を回転させて、その外面を誘導加熱して焼入れするこ
とを特徴とするものである。

【００１５】本第２発明は、底付中空部を有するワー
ク、あるいは貫通中空部を有するワークの一端を塞いで
焼入れする場合に適するものである。

【００１６】すなわち、本第２発明のワークの外面焼入
治具も、加熱の際に中空部に冷却液を流通させて円筒内
面が冷却された状態で外面を誘導加熱して焼入れする点
は第１発明と同一であるが、第２発明はこの冷却液を流
通させる方法として、冷却液を流通させる導入孔と排出
孔とを静止している冷却ノズルに設けて中空部に循環さ
せる点で異なる。したがって、底付中空部を有するワー
クなど中空部が貫通していない円筒部材の外面焼入れに
適する。

【００１７】その他の、冷却ノズルとシール部材の機能
は前述の第１発明と同様であり、中空部に冷却液を流通
させながら、駆動部材によりワークを回転させて誘導加
熱焼入れして、円筒外面に均一な薄い焼入層を形成させ
る点も同様である。

【００１８】また、前記第１、第２発明ともに、前記導
入孔の前記中空部側の先端に噴射ノズルが設けられ、該
噴射ノズルから冷却液を噴射して前記中空部内面を冷却
しながら外面を誘導加熱して焼入れすること、あるい
は、前記導入孔の前記中空部側の先端に円錐状傘部材を
設け、該導入孔から流出する冷却液を前記傘部材の傘面
から流出させて前記中空部内面を冷却しながら外面を誘
導加熱して焼入れすることもできる。

【００１９】すなわち、ワークの中空部に冷却液を充満
させなくても、上記のように中空部内壁に冷却液を噴射
したり、流出させたりして冷却しても、前記同様の効果
が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
ついて具体的に説明する。 ［実施例１］実施例１は本第１発明の実施例で、図１は
その焼入治具の断面図、図２は図１のノズル部材とシー
ル部材の詳細断面図である。

【００２１】図１において、ワーク１を挟んで図の下側
に駆動部材２１が、上側に先端にシール部材１２が設け
られた冷却ノズル１１が配設され、ワーク１の焼入部外
周を囲むように加熱コイル３が配設される。

【００２２】駆動部材２１は、上端にテーパ部２１ａを
有する軸状体をなし、駆動ギヤ２２により図示しないモ
ータなどによって回転駆動されるようになっている。そ
して、上部のテーパ部２１ａがワーク１の中空部１ａの
下端に接して水密に塞ぐとともに、摩擦によりワーク１
を回転駆動するようになっている。また、駆動部材２１
には中心軸方向に排出孔２１ｂが設けられ、排出孔２１
ｂは一端がワーク１の中空部１ａに導通し、他端下部側
は直交して設けられた貫通孔２１ｃに導通している。な
お、図１に示すように、排出孔２１ｂの中空部１ａに導
通する面は漏斗状にし、貫通孔２１ｃは開口部が下向き
になるように勾配を付けて設けることが望ましい。これ
により、冷却液の排出が円滑に行われる。下部側の貫通
孔２１ｃの外側は、駆動部材２１の軸部を遊動可能に貫
通させたカバー２３により覆われている。

【００２３】冷却ノズル１１は、詳細を図２に示すよう
に、下部側が縮径された段付き軸状をなし、小径軸部外
周にベアリング１３を介してシール部材１２を回転自在
に支持している。冷却ノズル１１には中心軸方向に導入
孔１１ａが設けられ、導入孔１１ａの下端はワーク１の
中空部１ａに開口し、上端は直交してねじ口１１ｂに導
通している。ねじ口１１ｂには冷却液を供給するホース
が接続されている（図示しない）。

【００２４】シール部材１２は中心孔とテーパ部１２ａ
を有するコーン形をなし、中心孔に貫通された冷却ノズ
ル１１の小径軸部にベアリング１３を介して回転自在に
支持されている。そして、テーパ部１２ａがワーク１の
中空部１ａの上端に圧接して、中空部１ａの上端を水密
にかつ回転可能に支持するようになっている。

【００２５】冷却ノズル１１の小径軸部外周とシール部
材１２の中心孔の内周との間には、シールリング１４が
装着されている。シールリングとしてはＯリングやベロ
ー付シールリングなどが使用される。また、ベアリング
１３にはゴムシール１３ａが装着されたシールベアリン
グが使用される。

【００２６】冷却ノズル１１と加熱コイル３は、図示し
ない移動手段により上下移動可能に支持されており、両
者が上方に移動された位置でワーク１を駆動部材２１の
上に載置した後、冷却ノズル１１を下方に移動して、ワ
ーク１をシール部材１２のテーパ部１２ａと駆動部材２
１のテーパ部２１ａとの間で挟んで保持するようになっ
ている。また、加熱コイル３も下降して、所定の焼入れ
加熱位置に位置されるようになっている。

【００２７】以下、上記構成の第１発明の焼入治具の作
用について説明する。まず、冷却ノズル１１と加熱コイ
ル３を、図示しない移動手段により上方に移動させて、
中空部１ａの下端を駆動部材２１のテーパ部２１ａに合
わせてワーク１を載置する。そして、加熱コイル３を下
方に移動して焼入れする円筒外周の所定位置に設定する
とともに、冷却ノズル１１も下方に移動して、シール部
材１２のテーパ部１２ａをワーク１の中空部１ａ上端の
内周に挿入し、圧力を掛けてワーク１の両端を挟む。す
ると、ワーク１の中空部１ａの両端は上下のテーパ部２
１ａと１２ａとで水密に保持されることになる。

【００２８】ここで、ねじ口１１ｂに接続された図示し
ないホースから冷却液を供給し、導入孔１１ａと排出孔
２１ｂを介してワーク１の中空部１ａに冷却液を充満し
ながら、図示しない駆動手段により駆動ギヤ２２を回転
駆動してワーク１を回転させ、この状態で加熱コイル３
に電力を負荷してワーク外面を加熱する。そして、所定
の焼入温度に加熱されると、図示しない冷却手段により
急冷して外面が焼入れされる。

【００２９】このように、ワーク１は円筒部内面が冷却
水により冷却された状態で外面が加熱されるために、外
面表面部のみの温度が上がり、内部は加熱されないの
で、薄肉円筒であっても外面表面のみに焼入層を形成さ
せることができる。

【００３０】［実施例２］実施例２は第２発明の実施例
で、図３はその焼入治具の断面図、図４は図３のノズル
部材とシール部材の詳細断面図である。ここで、実施例
１と同一部材については同一記号を使用し、主として実
施例１と異なる点について説明する。

【００３１】図３において、ワーク１を挟んで図の下側
に駆動部材２１´が、上側に冷却ノズル１１が配設さ
れ、ワーク１の焼入部外周を囲むように加熱コイル３が
配設されることは、実施例１と同様である。

【００３２】また、駆動部材２１´は、駆動ギヤ２２に
よりモータなどの駆動手段により回転駆動され、その上
部のテーパ部２１´ａがワーク１の中空部１ａの下端に
接し、中空部１ａの下端を水密に塞ぐことは実施例１と
同様である。しかし、実施例１と異なり、駆動部材２１
´には冷却液の排出孔を有しない。

【００３３】また、冷却ノズル１１´がベアリング１３
を介してシール部材１２を回転自在に支持していること
も実施例１と同様である。

【００３４】しかし、実施例２の冷却ノズル１１´に
は、中心軸方向に設けられ導入孔１１´ａの内部に、図
に示すように先端１５ａがワーク１の中空部１ａの下部
近傍まで延長された導入管１５が挿入されている点で異
なる。また、冷却ノズル１１´の軸部内で直交して設け
られたねじ口１１ｂと導入管１５の他端１５ｂに冷却液
を供給するホースが接続されている（図示しない）。

【００３５】その他のシール部材１２の構造・作用、ワ
ーク１を駆動部材２１´のテーパ部２１´ａとシール部
材１２のテーパ部１２ａとの間で圧力を掛けて挟んで、
中空部１ａとの間を水密に保持することも実施例１と同
様である。

【００３６】上記第２発明の焼入治具の作用について説
明する。まず、冷却ノズル１１と加熱コイル３を上方に
移動させて、ワーク１を駆動部材２１´に載置し、加熱
コイル３を移動して所定位置に設定するとともに、冷却
ノズル１１も下方に移動し、駆動部材２１´とシール部
材１２の間でワーク１の両端に圧力を掛けて挟むことは
実施例１同じである。

【００３７】ここで、冷却液を導入管１５の他端１５ｂ
に接続された図示しないホースからワーク１の中空部１
ａに供給し、導入孔１１ａのねじ口１１ｂ側から排出す
る。こうしてワーク１の中空部１ａに冷却液を流通しな
がら、駆動ギヤ２２を回転駆動してワーク１を回転さ
せ、この状態で加熱コイル３に電力を負荷してワーク外
周を加熱する。

【００３８】これにより、実施例１と同様に薄肉円筒で
あっても外周表面のみに焼入層を形成させることができ
る。

【００３９】このように実施例２は冷却液の排出を駆動
部材側でなく、冷却液の導入と排出の両者を冷却ノズル
の一方のみで行うものである。本実施例２では貫通中空
部を有するワークの外面焼入れについて説明したが、本
実施例は底付中空部を有するワークの外面焼入れにも適
用できる。

【００４０】［実施例３］前記実施例１と２は、ワーク
１の中空部１ａに冷却液をほぼ充満させながら中空部内
壁を冷却するものであるが、実施例３は図５に示すよう
に、導入孔１１ａの先端に噴射ノズル１６を設け、この
噴射ノズル１６から中空部１ａの内壁に冷却液を噴射し
て冷却するものである。

【００４１】［実施例４］また、実施例４は図６に示す
ように、導入孔１１ａの先端に円錐状の傘部材１７を設
け、導入孔１１ａから流出する冷却液を傘部材１７の傘
面に案内させて中空部１ａの内壁に流出させて冷却する
ものである。

【００４２】以上説明したように本発明の誘導加熱によ
る中空円筒部材の外面焼入治具によれば、中空円筒の内
面を冷却液により冷却しながら、外面を誘導加熱して焼
入れするので、円筒部が薄肉であっても、ずぶ焼きにな
ることなく外面に所定の焼入層を形成させることができ
る。

【００４３】本発明の治具は、この冷却方法として、ワ
ークの両端を冷却ノズルと駆動部材とで挟んで、冷却ノ
ズルと駆動部材に設けられた導入孔と排出孔、あるいは
冷却ノズルに設けられた導入管と導入孔を通して、冷却
液をワークの中空部１ａに導入して行う。このとき、冷
却ノズルの回転自在に支持したシール部材と駆動部材の
テーパでワークの中空部の両端を水密に挟むので、液漏
れが生じない。また、冷却ノズルのワークに接するシー
ル部材は、静止した冷却ノズルに回転自在に支持され
て、かつシール部材と冷却ノズルの間も水密にされてい
るので、この部分からも液漏れもない。

【００４４】このように本発明の焼入治具によれば、液
漏れしないようにして液冷によって円筒部の内部冷却を
行うので、内面が均一に冷却され、均一な深さの焼入層
と均一な焼入れ硬さが得られる。すなわち、従来のＣｕ
シールド材のように、接触不良による冷却の不均一によ
り焼入層や焼入れ硬さのむらを生ずることがない。ま
た、Ｃｕシールド材の保守を要しないので、焼入れコス
トの低減ができる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の誘導加熱に
よる中空円筒外面の焼入治具によれば、薄肉円筒の場合
でもずぶ焼きになることなく外面に所定の均一硬さの焼
入層が形成できる。また、従来のようにＣｕシールド材
を使用しないので、シールド材の保守の必要もなく、焼
入れコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例１の焼入治具の断面である。

【図２】 図１のノズル部材とシール部材の詳細断面図
である。

【図３】 本発明実施例２の焼入治具の断面である。

【図４】 図３のノズル部材とシール部材の詳細断面図
である。

【図５】 本発明実施例３の導入孔の説明図である。

【図６】 本発明実施例４の導入孔の説明図である。

【図７】 従来のＣｕシールド材を使用した場合の図で
ある。

【符号の説明】

１ ワーク（被焼入中空円筒部材）、１ａ 中空部、１
ｂ 焼入層、２ Ｃｕシールド材、３ 加熱コイル、１
１、１１´ 冷却ノズル、１１ａ、１１´ａ導入孔、１
１ｂ ねじ口、１２ シール部材、１２ａ テーパ部、
１３ ベアリング、１３ａ ゴムシール、１４ シール
リング、１５ 導入管、１６ 噴射ノズル、１７ 傘部
材、２１ 駆動部材、２１ａ テーパ部、２１ｂ 排出
孔、２１ｃ 貫通孔、２２ 駆動ギヤ、２３ カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 滋 大阪府大阪市西淀川区千舟２丁目11番24号 高周波熱錬株式会社内 (72)発明者 山崎 隆雄 東京都品川区北品川５丁目５番27号 高周 波熱錬株式会社内 Ｆターム(参考） 3K059 AA09 AA10 AB20 AB23 AC72 AD05 AD35 CD48 CD73 CD77 4K042 AA06 BA10 DA01 DB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液
   を導入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノ
   ズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一
   端側に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液
   を排出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に
   接して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備
   え、前記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通
   して前記中空部に冷却液を流通させながら該中空円筒部
   材を回転させて、その外面を誘導加熱して焼入れするこ
   とを特徴とする誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入
   治具。
2. 【請求項２】 被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液
   を導入する導入孔と該液を排出する排出孔が設けられた
   冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持
   されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材
   と、前記中空円筒部材の他端側を保持して該中空円筒部
   材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの
   導入孔と排出孔とを通して前記中空部に冷却液を流通さ
   せながら該中空円筒部材を回転させて、その外面を誘導
   加熱して焼入れすることを特徴とする誘導加熱による中
   空円筒部材の外面焼入治具。
3. 【請求項３】 前記導入孔の前記中空部側の先端に噴射
   ノズルが設けられ、該噴射ノズルから冷却液を噴射して
   前記中空部内面を冷却しながら外面を誘導加熱して焼入
   れすることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導
   加熱による中空円筒部材の外面焼入治具。
4. 【請求項４】 前記導入孔の前記中空部側の先端に円錐
   状傘部材を設け、該導入孔から流出する冷却液を前記傘
   部材の傘面から流出させて前記中空部内面を冷却しなが
   ら外面を誘導加熱して焼入れすることを特徴とする請求
   項１または２に記載の誘導加熱による中空円筒部材の外
   面焼入治具。