JP2006265589A - 誘導焼入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導焼入法でありながら、軸状ワークの大径本体部の外周面のみを焼入れすることを可能にする。
【構成】 大径本体部１１と小径軸部１２とを有したワーク１０の大径本体部１１の外周面を誘導焼入する装置である。ワーク１０の大径本体部１１の外側に同心状に配置された焼入ユニット２０と、焼入ユニット２０をワーク１０の軸方向に移動させる移動機構３０と、ワーク１０の小径軸部１２が挿入されるカバー側軸支穴４２１等が形成された軸状の受け部４０とを備えている。受け部４０は、ワーク１０の大径本体部１１の端面と小径軸部１２との間に位置する環状隅部１３に焼入硬化層が形成されないように全体が高透磁率材料から構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はピニオンギア等のワークの外周面を誘導焼入れする誘導焼入装置に関する。

自動車のステアリング用のピニオンギア等については、大径本体部の外周面に歯が形成され、大径本体部の端面に小径軸部が形成された構造となっており、その機械的強度を高めるために歯部分にのみ焼入れが行われている。焼入れに当たっては、その全体を浸炭焼入し（例えば、特許文献１等）、その後に小径軸部のみを部分的に焼き戻すという方法が一般的に採られている。

特開平１１−３００５２８号公報

しかしながら、上記従来例による場合、ステアリング用のピニオンギア等の小径軸部の焼き戻し時に大径本体部の端面まで焼き戻され、この部分の機械的強度が低下するという欠点がある。また、浸炭焼入と部分焼戻しの２段階の処理を行うことが必要不可欠であり、この点でコスト高になるという別の欠点もある。

だからと言って、浸炭焼入法ではなく誘導焼入法を採用することも非常に困難である。即ち、ステアリング用のピニオンギア等の歯先部分を軸芯方向に均一に焼入れしようとすると、小径軸部にまで焼入れされる傾向になり、大径本体部と小径軸部との間の環状隅部に割れが生じるおそれがある。また、小径軸部にまで焼入れが行われないようにすると、大径本体部の端面付近の歯先部分が十分に加熱されない傾向になり、焼き逃げが生じたときには、この部分の機械的強度が極端に低下する。

本発明は上記背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、割れが生じたり焼き逃げが生じることなく、ワークの大径本体部の外周面を均一に焼入れすることが可能な誘導焼入装置を提供することにある。

本発明の誘導焼入装置は、大径本体部と小径軸部とを有したワークの大径本体部の外周面を誘導焼入するワークの誘導焼入装置であって、ワークの大径本体部の外側に同心状に配置された加熱コイルと、ワークの小径軸部が挿入される軸支穴が形成された軸状の受け部とを備え、受け部は、ワークの大径本体部の端面と小径軸部との間に位置する環状隅部に加熱コイルによる焼入硬化層が形成されないように全体又はその一部が高透磁率材料から構成されている。ワークの例としては、大径本体部の外周面に歯が形成されており且つ大径本体部の端面に歯底径より小さい外径を有した小径軸部が形成されたピニオンギアがある。

好ましくは、受け部がワークに対して軸方向に相対的に位置調整可能である構成であることが望ましい。具体的には、軸状本体部と、軸状本体部のワーク側に装着される軸状カバー部とを有し、軸状カバー部の上面にはワークの小径軸部が通される貫通穴である本体側軸支穴が形成される一方、軸状本体部の上面にはワークの小径軸部を底面で受け止めるカバー側軸支穴が形成され、軸状本体部に装着される軸状本体部の外周面及び軸状カバー部の内周面にはネジが切られており、これにより軸状カバー部が軸状本体部に螺着された構成のものがある。

本発明の請求項１又は４に係る誘導焼入装置による場合、受け部の全体又はその一部が高透磁率材料から構成されていることから、加熱コイルにより生じる電磁界がワークの大径本体部の端面と小径軸部との間に位置する環状隅部に集中しないようにすることが可能になる。よって、ワークの大径本体部の外周面を十分に誘導加熱しても、大径本体部と小径軸部との間の環状隅部が過度に誘導加熱されることがなく、従来例による場合とは異なり、割れが生じたり焼き逃げが生じたりすることなく、ワークの大径本体部の外周面を均一に焼入れすることができ、良好な焼入れを容易に実現することが可能になる。また、浸炭焼入法に比べて処理が簡単であることから低コスト化を図ることも可能である。

本発明の請求項２、３又は４に係る誘導焼入装置による場合、受け部がワークに対して軸方向に相対的に位置調整可能である構成になっているので、ワークの大径本体部の端面近くの焼入硬化層のパターンを容易に最適なものとすることが可能になり、良好な焼入れを行う上でメリットがある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は誘導焼入装置の一部省略側面図、図２は同装置の受け部等の断面図であり、受け部とワークの大径本体部の端面との間のギャップを変化させた場合のワークの大径本体部の外周面に形成される焼入硬化層のパターンも併せて示す図である。

ここに掲げる誘導焼入装置は、図１に示すように大径本体部１１と小径軸部１２とを有した軸状のワーク１０の大径本体部１１の外周面を移動焼入する装置であって、ワーク１０の大径本体部１１の外側に同心状に配置された焼入ユニット２０と、焼入ユニット２０をワーク１０の軸方向に移動させる移動機構３０と、ワーク１０の小径軸部１２が挿入される軸支穴（後述するケース側軸支穴４２１及び本体側軸支穴４１１）が形成された軸状の受け部４０とを備えた基本構成となっている。

ワーク１０については、ここでは自動車のステアリング用のピニオンギアを例としており、その歯部分が大径本体部１１である一方、軸部分が小径軸部１２となっている。即ち、大径本体部１１の外周面に歯がヘリカル状に形成され、大径本体部１１の端面１１１に歯底径（図２中破線は歯底を示している）より小さい外径を有した小径軸部１２が形成されている。このようなワーク１０が鉛直方向に立てた状態で同装置に装着可能になっている。即ち、ワーク１０の上端部（図示省略）が図外の支持機構により回転自在に支持される一方、下端部に位置する小径軸部１２が受け部４０により軸支されるようになっている。

受け部４０は黄銅等の高透磁率材料から構成された円柱状部材であって、図外の筐体の底面に取り付けられた螺子５０の先端部に取り付けられている。ここでは、螺子５０の先端部に取り付けられた状態で、ワーク１０に対して軸方向に位置調整可能になっている。具体的には図２に示すような構成となっている。

受け部４０は、軸状本体部４１と、軸状本体部４１のワーク側に装着される軸状カバー部４２とを有し、軸状カバー部４２の上面にはワーク１０の小径軸部１２が通される貫通穴である本体側軸支穴４２１が形成される一方、軸状本体部４１の上面にはワーク１０の小径軸部１２を底面で受け止めるカバー側軸支穴４１１が形成され、軸状本体部４１の外周面及び軸状カバー部４２の内周面にはネジが切られており、これにより軸状カバー部４２が軸状本体部４１に螺着された構成となっている。

即ち、軸状カバー部４２を交互に回転させると、軸状カバー部４２が軸方向に交互に移動し、この結果、軸状カバー部４２の上面とワーク１０の大径本体部１１の端面との間のギャップＡを任意に微調整することが可能になっている。

焼入ユニット２０は、ワーク１０の大径本体部１１に比べて大径のリング状の加熱コイル２１及び冷却ジャケット２２とを有し、これらが上下に連結された構造となっている。加熱コイル２１には図外の高周波電源が電気接続され、ワーク１０の外周面を誘導加熱する一方、冷却ジャケット２２には図外の冷却液供給管が接続され、ワーク１０の誘導加熱部分に対して冷却液を噴射するようになっている。このような焼入ユニット２０が移動機構３０に連結されている。

移動機構３０はボールネジ機構とモータとを組み合わせた機構であって、ワーク１０の大径本体部１１の歯先部分を軸方向に移動焼入するために、焼入ユニット２０を同方向に移動させる構成となっている。

以下、上記構成の誘導焼入装置の動作について説明する。まず、ワーク１０を同装置にセットする。即ち、ワーク１０の小径軸部１２を受け部４０のケース側軸支穴４２１及び本体側軸支穴４１１に挿入した後、ワーク１０の上端部を図外の支持機構に保持し、同機構によりワーク１０を上から吊るす。

このようにワーク１０を同装置にセットすると、以後は同装置が図外の制御盤により予め定められたシーケンスパターンの通りに動作し、ワーク１０に対して自動的に焼入れが行われるようになっている。

即ち、移動機構３０が動作して、下方位置に退避していた焼入ユニット２０が上方向に移動し、加熱コイル２１がワーク２０の大径本体部１１の下端付近まで上昇すれば、加熱コイル２１が通電されるとともに冷却ジャケット２２に冷却液が供給される。そしてこの状態のまま焼入ユニット２０が一定速度で上方向に移動し、冷却ジャケット２１が大径本体部１１の上端付近まで上昇すれば、加熱コイル２１への通電と冷却ジャケット２２への冷却液の供給を停止する。その後、移動機構３０が逆動作し、焼入ユニット２０が退避位置まで降下する。

このような過程を経てワーク１０の大径本体部１１の外周面が移動焼入れされ、図２に示すように焼入硬化層が形成される。同装置においては、受け部４０がシールドリングの役割を果たし、その結果、大径本体部１１の端面付近の歯先部分に焼入硬化層が十分に形成されるが、大径本体部１１の端面と小径軸部１２との間に位置する環状隅部１３には焼入硬化層が形成されない。

ワーク１０の大径本体部１１に形成される焼入硬化層のパターンについては、軸状カバー部４２を回転させてギャップＡを３段階に大きくした場合、加熱コイル２１により生じる電磁界の強度分布が変化し、これに伴って図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す通りに変化する。ワーク１０の大径本体部１１の端面付近の強度等の点で最も望ましいのは図３（ｂ）に示す焼入硬化層のパターンである。実際には、ワーク１０を試験的に焼入れし、そのときの焼入硬化層のパターンを見ながら、ギャップＡを最適に調整するようにしている。

このようにギャップＡを最適に調整した状態で同装置を用いてワーク１０を焼入れを行った場合、ワーク１０の大径本体部１１の歯先部分が十分に焼入れされることから、焼き逃げが生じず、機械的強度が部分的に低下するということがない。しかもワーク１０の環状隅部１３に焼入れがされないことから、この部分が割れるというおそれもなくなり、高品位な焼入れを行うことが可能になる。

なお、本発明に係る誘導焼入装置は、自動車のステアリング用のピニオンギアだけの適用に限定されず、大径本体部と小径軸部とを有した構造のワークであって、大径本体部の外周面を焼入れするのであれば、どのようなものにも適用可能であるのは当然である。また、ワークの支持方法等についても問われることがなく、受け部でワークを軸支する形態であってもかまわない。特に、受け部については、加熱コイルによる誘導加熱に伴ってワークの大径本体部の外周面に焼入硬化層が形成されるものの、大径本体部の端面と小径軸部との間に位置する環状隅部に焼入硬化層が形成されないのであれば、一部が高透磁率材料となっているものを用いても良い。さらに、焼入方式についても移動焼入方式に限定されず、一発焼入方式であったり、加熱コイルを相対的に回転させながらワークの焼入する方式でもかまわない。加熱コイルや冷却ジャケットについては焼入方式等に応じて適切なものを使用すれば良い。

本発明の実施の形態に係る誘導焼入装置の一部省略側面図である。 同装置の受け部等の断面図であり、受け部とワークの大径本体部の端面との間のギャップを変化させた場合のワークの大径本体部の外周面に形成される焼入硬化層のパターンも併せて示す図である。

符号の説明

１０ ワーク
１１ 大径本体部
１２ 小径軸部
１３ 環状隅部
２０ 焼入ユニット
２１ 加熱コイル
２２ 冷却ジャケット
３０ 移動機構
４０ 受け部
４１ 軸状本体部
４２ 軸状カバー部

Claims (4)

1. 大径本体部と小径軸部とを有したワークの大径本体部の外周面を誘導焼入する誘導焼入装置において、ワークの大径本体部の外側に同心状に配置された加熱コイルと、ワークの小径軸部が挿入される軸支穴が形成された軸状の受け部とを備え、受け部は、ワークの大径本体部の端面と小径軸部との間に位置する環状隅部に加熱コイルによる焼入硬化層が形成されないように全体又はその一部が高透磁率材料から構成されていることを特徴とする誘導焼入装置。
2. 請求項１記載の誘導焼入装置において、前記受け部がワークに対して軸方向に相対的に位置調整可能であることを特徴とする誘導焼入装置。
3. 請求項２記載の誘導焼入装置において、前記受け部は、軸状本体部と、軸状本体部のワーク側に装着される軸状カバー部とを有し、軸状カバー部の上面にはワークの小径軸部が通される貫通穴である本体側軸支穴が形成される一方、軸状本体部の上面にはワークの小径軸部を底面で受け止めるカバー側軸支穴が形成され、軸状本体部に装着される軸状本体部の外周面及び軸状カバー部の内周面にはネジが切られており、これにより軸状カバー部が軸状本体部に螺着された構成となっていることを特徴とする誘導焼入装置。
4. 請求項１、２又は３記載の誘導焼入装置において、前記ワークは、大径本体部の外周面に歯が形成されており且つ大径本体部の端面に歯底径より小さい外径を有した小径軸部が形成されたピニオンギアであることを特徴とする誘導焼入装置。

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