JP2010209393A - 高周波焼入れ用コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク挿通孔の端縁に凸部を設けると共にこの凸部の外周側に噴射孔を設けることにより、冷却水の飛散を抑制しつつ残水のワークへの付着を抑制する等して、軸状ワークの軸部端面に高品質な焼入れ状態を安定して得ることが可能な高周波焼入れ用コイル装置を提供する。
【解決手段】中心部にワーク挿通孔を有して平面視略円環状に形成されたコイル部と、該コイル部の両端部を支持すると共に高周波電流発生装置に接続可能なホルダーと、を備えて軸状ワークを焼入れ可能な高周波焼入れ用コイル装置であって、コイル部は、ワーク挿通孔の端縁にコイル部の表面側に突出する円環状の凸部が形成されると共に、該凸部の外側にコイル部に設けた冷却水流路内の冷却水を軸状ワークの焼入れ部分に噴射可能な噴射孔が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えばタービン軸のように軸の端部に鍔部を有する軸状ワークを、高周波誘導加熱によって焼入れする際に使用される高周波焼入れ用コイル装置に関する。

一般的に、ターボチャージャー用のタービン軸は、所定長さの軸部を有し、この軸部の端部にホィールの嵌合孔に嵌合可能で軸部より径大な所定形状の鍔部が一体形成されている。従来、このようなタービン軸の軸部を焼入れする場合、図９に示すようなコイル載置５１が使用されている。このコイル装置５１は、所定厚さで内部に冷却水流路５２ｂが形成されると共に、中心部にタービン軸Ｗの軸部Ｗａが所定の隙間を有して挿通可能なワーク挿通孔５２ａを有する平面視略円環形状のコイル部５２と、このコイル部５２の図において下面側（タービン軸Ｗの鍔部Ｗｂ側）に固着されて磁束を遮断するための珪素合板５３等を備えている。

そして、コイル部５２の両端がホルダー等を介してトランジスタインバータ等の高周波電流発生装置に電気的に接続されて、コイル部５２に所定周波数の高周波電流が供給されることにより、コイル部５２から発生する磁束により軸部Ｗａに渦電流を誘起させて軸部Ｗａが誘導加熱される。また、誘導加熱後に、冷却水供給装置が連結された前記冷却水流路５２ｂからコイル部５２に設けた噴射孔５２ｃを介して冷却水を軸部Ｗａと鍔部Ｗｂに向けて矢印イの如く噴射することにより、軸部Ｗａが急速冷却されて焼入されるようになっている。なお、小径ワークの焼入れ用コイル装置としては、例えば特許文献１がある。

特開平７−２５８７２５号公報

しかしながら、このようなコイル装置５１にあっては、コイル部５２が略円盤状でワーク挿通孔５２ａの内面下端縁に設けた噴射孔５２ｃが軸部Ｗａと鍔部Ｗｂの境界部分（軸部端面Ｗｃという）に向けて設けられているため、誘導加熱後の冷却時に図９の矢印イの如く冷却水を噴射すると、その勢いにより冷却水が軸部Ｗａや鍔部Ｗｂに当接して跳ね返る等冷却水が飛散し易い。そのため、この飛散した冷却水がコイル装置５１に取り付けられる焼入れ装置内に付着し、焼入れ装置を汚してその清掃作業が面倒になると共に、焼入れ装置の飛散防止カバーを例えば大きくする必要がある等、焼入れ装置の構成が複雑化し易い。

また、噴射孔５２ｃの開口縁が鍔部Ｗｂ上に位置した状態となっているため、冷却完了後に冷却水の噴射を停止しても、コイル部５２の冷却水流路５２ｂ内に残っている残水が、図９の矢印ロの如く噴射孔５２ｃから鍔部Ｗｂ上に滴下して付着する等して、軸部端面Ｗｃの焼入れ品質に悪影響等を与える場合がある。また、コイル部５２のワーク挿通孔５２ａの下端縁が噴射孔５２ｃを設ける必要から傾斜面となっているため、コイル部５２を軸部端面Ｗｃに所定距離以上近づけることができず、軸部端面Ｗｃギリギリまで焼入れすることが難しい。これらにより、軸部端面Ｗｃに高品質で安定した焼入れ状態を得ることが困難となる。さらに、軸部端面Ｗｃを焼入れする際に、鍔部Ｗｂの焼入れを阻止するために珪素合板５３を設ける必要があるため、部材数が多くなってコイル装置５１のコストがアップし易い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワーク挿通孔の端縁に凸部を設けると共にこの凸部の外周側に噴射孔を設けることにより、冷却水の飛散を抑制しつつ残水のワークへの付着を抑制する等して、軸状ワークの軸部端面に高品質な焼入れ状態を安定して得ることが可能な高周波焼入れ用コイル装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、中心部にワーク挿通孔を有して平面視略円環状に形成されたコイル部と、該コイル部の両端部を支持すると共に高周波電流発生装置に接続可能なホルダーと、を備えて軸状ワークを焼入れ可能な高周波焼入れ用コイル装置であって、前記コイル部は、前記ワーク挿通孔の端縁にコイル部の表面側に突出する円環状の凸部が形成されると共に、該凸部の外側にコイル部に設けた冷却水流路内の冷却水を軸状ワークの焼入れ部分に噴射可能な噴射孔が設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記噴射孔が、軸部と鍔部を有する前記軸状ワークの鍔部の外周縁より外側に位置して設けられていることを特徴とする。さらに、請求項３に記載の発明は、前記コイル部のワーク挿通孔の内面が前記凸部側が径小となるテーパ面で形成されると共に、前記凸部の外面が突出方向側が径小となるテーパ面で形成されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、コイル部のワーク挿通孔の端縁に該コイル部の表面側に突出する円環状の凸部が形成されると共に、該凸部の外側にコイル部内の冷却水を軸状ワークの焼入れ部分に噴射可能な噴射孔が設けられているため、凸部を軸状ワークの軸部端面のギリギリまで近づけることができ、軸状ワークの軸部端面を効果的に焼入れできると共に凸部で冷却水の飛散を抑制することができて、軸状ワークに高品質な焼入れ状態を安定して得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、噴射孔が軸状ワークの鍔部の外周縁より外側に位置して設けられているため、コイル部内の残水が焼入れ完了後に軸状ワークの鍔部上等に滴下することがなくなり、軸状ワークの軸部端面に一層高品質の焼入れ状態を得ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、コイル部のワーク挿通孔の内面と凸部の外面がテーパ面で形成されているため、ワーク挿通孔内面のテーパ面で該挿通孔への軸状ワークの挿通が容易に行えると共に、凸部のテーパ面で冷却水の噴射状態への悪影響を防止することができる。

本発明に係わる高周波焼入れ用コイル装置の平面図 同その側面図 同その背面図 同コイル部の平面図 同コイル部の底面図 同コイル部の正面図 同その半断面図 同焼入れ状態の説明図 従来の焼入れ状態の説明図

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図８は、本発明に係わる高周波焼入れ用コイル装置の一実施形態を示している。図１〜図３に示すように、コイル装置１は、ホルダー２と、このホルダー２の先端部に取付けられることにより該ホルダー２に支持されたコイル部３とを備えている。

前記ホルダー２は、一対の銅板４を絶縁板５を介して絶縁ブッシュ付のボルト６で固定することにより側面視略短冊状の板状に形成され、その先端側の上部が切欠きされることにより側面視略三角形状に形成されている。また、ホルダー２の後端部には、前記銅板４より板厚な銅板からなる端子板７が外側に直角状態でロウ付け固着されている。さらに、前記一対の銅板４の外面には、その長手方向に沿って銅の角パイプ８がそれぞれロウ付け固着され、この各角パイプ８の先端に前記コイル部３の両端部が接続されている。

また、各角パイプ８の後端は、前記端子板７の表面にロウ付け固着され、端子板７内に設けた図示しない冷却水流路の一端に連通し、該冷却水流路の他端は端子板７の上面に開口し、この開口部分に銅の丸パイプ９の一端がロウ付け固着されている。そして、丸パイプ９の他端にホースコネクタ１０がロウ付け固着されている。これら一対の角パイプ８、端子板７の冷却水流路、丸パイプ９及びホースコネクタ１０によりホルダー２に冷却水の循環路が形成されている。

前記コイル部３は、図４〜図７に示すように、厚さ２ｍｍもしくは２．５ｍｍ程度の所定形状の銅板をロウ付け固定することにより、厚さｔ１（例えば８ｍｍ）を有する平面視で略円環形状に形成されている。また、コイル部３は、その中心位置に上下方向に貫通し、焼入れする軸状ワークであるタービン軸Ｗの軸部Ｗａの外形に対応した内径のワーク挿通孔３ａが形成され、このワーク挿通孔３ａの下端縁、すなわちコイル部３の下面３ｄでワーク挿通孔３ａの周囲には、下方に寸法ｔ２（例えば２ｍｍ）突出した略円環状の凸部１１が形成されている。

このとき、凸部１１は、その外面が突出方向側が径小となる角度θ１＝４５度のテーパ面で形成され、また、前記ワーク挿通孔３ａは、その内面が凸部１１側が径小となる角度θ２＝４５度のテーパ面で形成されている。また、コイル部３の内部には、円環状の冷却水流路３ｃが形成され、この冷却水流路３ｃに連通する状態で、コイル部３の下面３ｄで凸部１１の外側に複数の噴射孔３ｃが凸部１１方向に角度θ３＝３０度で指向し、かつコイル部３の下面３ｄに円周方向に一定間隔で形成されている。そして、コイル部３の円周方向の両端部は所定のスリット１２を有して対向し、この一対の端部が前記ホルダー２の各角パイプ８の先端にそれぞれロウ付け固着されることにより、コイル部３がホルダー２で支持された状態となっている。

このように構成されたコイル装置１は、端子板７が高周波電流発生装置としてのトランジスタインバータの出力端子に例えば一対の可撓性ケーブル（図示せず）により電気的に接続され、トランジスタインバータが作動することにより、所定周波数の高周波電流がコイル装置１の端子板７、銅板４（角パイプ８）を介してコイル部３に供給される。また、トランジスタインバータに例えば一体的に配設した図示しない冷却水供給装置から、冷却水が図示しない一対のホースを介して、ホースコネクタ１０、丸パイプ９、端子板７の冷却水流路、角パイプ８を介してコイル部３の冷却水流路３ｂ内に循環供給され、この冷却水が、噴射孔３ｃから噴射されるようになっている。

次に、前記コイル装置１を使用してタービン軸Ｗを焼入れする際の作用を図８等に基づいて説明する。先ず、前記タービン軸Ｗは、所定外径で所定長さの軸部Ｗａと、この軸部Ｗａの端部等の所定位置に例えば一体形成され軸部Ｗａより径大な鍔部Ｗｂを有している。また、鍔部Ｗｂと軸部Ｗａの接続部分には研磨逃げとしての凹部Ｗｄが形成されている。そして、このタービン軸Ｗは、コイル装置１のコイル部３のワーク挿通孔３ａ内に挿通されて、コイル部３の凸部１１が鍔部Ｗｂの上面側に所定の間隔を有して位置される。また、コイル部３の下面３ｄに形成された噴射孔３ｃは、斜め下方である鍔部Ｗｂ方向に指向すると共に噴射孔３ｃの下方に鍔部Ｗｂが位置しないように設定され、また、凸部１１はその下面が軸部Ｗａの軸部端面Ｗｃである凹部Ｗｄの端面と例えば同一高さ位置に設定される。

この状態で、コイル部３に所定時間高周波電流が供給されると、凸部１１部分等から発生する磁束により軸部Ｗａの端部に渦電流が誘起され、該端部が誘導加熱される。所定時間誘導加熱したら、コイル部３への高周波電流の供給を停止させると共に、冷却水供給装置からコイル部３の冷却水供給流路３ｂ内に冷却水を所定の圧力で供給して、コイル部３の噴射孔３ｃから図８の矢印イの如く冷却水をタービン軸Ｗの鍔部Ｗｂと軸部Ｗａの端部に向けて噴射する。この冷却水の噴射により軸部Ｗａの端部が急速冷却されて、該部分が焼入れされる。このとき、噴射孔３ｃがコイル部３の凸部１１の外側に斜め内側下方に指向して設けられると共に、凸部１１の外面がテーパ面で形成されていることから、噴射孔３ｃから噴射される冷却水が鍔部Ｗｂと軸部Ｗａの段部に向けて良好に噴射される。また、冷却水を所定時間噴射して焼入れが完了すると、冷却水供給装置を非作動として噴射孔３ｃからの冷却水の噴射を停止させる。

そして、この冷却水の停止後に、コイル部３の冷却水流路３ｂ内に残った残水は、図８の矢印ロの如く下方に滴下し、このとき、噴射孔３ｃが鍔部Ｗｂの外側に位置して設けられているため、残水が鍔部Ｗｂ上に滴下することが防止される。これにより、タービン軸Ｗの軸部Ｗａの端部の焼入れが可能となり、このとき、前記軸部端面Ｗｃまで良好に焼入れされる。なお、軸部Ｗａの全体を焼入れする場合は、軸部Ｗａをコイル部３に対して軸方向に移動させつつ、もしくはコイル部３をタービン軸Ｗに対して軸方向に移動させつつ行われる。つまり、前記コイル装置１の場合、コイル部３のワーク挿通孔３ａの下端縁に下方に突出した円環状の凸部１１を設けることにより、軸部端面Ｗｃをギリギリまで焼入れでき、また、噴射孔３ｃを凸部１１の外側で鍔部Ｗｂの外側に設けることで、残水の鍔部Ｗｂ上への滴下も防止されることになる。

このように、前記コイル装置１によれば、コイル部３のワーク挿通孔３ａの下端縁に該コイル部３の下面３ｄ側に突出する円環状の凸部１１が形成されると共に、該凸部１１の外側にコイル部３内の冷却水をタービン軸Ｗの焼入れ部分に噴射可能な噴射孔３ｃが設けられているため、凸部１１をタービン軸Ｗの軸部端面Ｗｃのギリギリまで近づけることができ、タービン軸Ｗの軸部端面Ｗｃを効果的に焼入れできると共に凸部１１で冷却水の飛散を抑制することができて、タービン軸Ｗに高品質な焼入れ状態を安定して得ることが可能となる。

また、コイル部３の噴射孔３ｃがタービン軸Ｗの鍔部ＷＢの外周縁より外側に位置して設けられているため、コイル部３内の残水が焼入れ完了後にタービン軸Ｗの鍔部Ｗｂ上に滴下し、焼入れが不要な鍔部Ｗｂ上等に付着して該部分を焼入れ状態とすること等を防止できて、タービン軸Ｗの軸部端面Ｗｃに一層高品質の焼入れ状態を得ることができる。さらに、コイル部３のワーク挿通孔３ａの内面と凸部１１の外面がテーパ面で形成されているため、ワーク挿通孔３ａ内面のテーパ面で該挿通孔３ａへのタービン軸Ｗの挿通が容易に行えると共に、凸部１１のテーパ面で冷却水の噴射状態への悪影響を防止することができる。また、ワーク挿通孔３ａの内面をテーパ面で形成することにより、噴射により飛散して冷却水をワーク挿通孔３ａ内に回収しつつ下方に流下させることができ、冷却水で焼入れ装置自体が汚れるのを抑制することができる。

また、コイル部３の下面に突出した凸部１１の下面等を、コイル部３の軸部端面Ｗｃに対する位置決め部材として機能させることができ、軸部端面Ｗｃの焼入れ幅等の調整を容易に行うことができて、各種形態のタービン軸Ｗ（軸状ワーク）の焼入れに好適に使用することが可能となる。また、冷却機能と通電機能を有する側面視板状のホルダー２の先端部にコイル部３が固着支持されているため、ホルダー２によって誘導加熱と冷却を略同時に行うことができて、使い勝手に優れたコイル装置１を得ることができる。

なお、前記実施形態においては、コイル部３のワーク挿通孔３ａの内面をテーパ面としたが、本発明はこれに限定されず、ワーク挿通孔３ａが従来と同様に垂直面を有する形態としても良い。また、前記実施形態においては、コイル部３をホルダー２に固定することで、軸状ワークの形態（外径）に応じてコイル装置１自体を交換可能としたが、例えばホルダー２を共通化し、コイル部３のみを軸状ワークの形態に応じて交換可能な構成としても良い。さらに、前記実施形態における、凸部１１の厚さや幅、傾斜角度等の形状、コイル部３の厚さや大きさ等の形状、ホルダー２の形状等は一例であって、本発明の各発明に係わる要旨を逸脱しない範囲において適宜の構成を採用することができる。

本発明は、鍔部を有するタービン軸の焼入れに限定されず、鍔部を有さない軸状ワーク等、全ての軸状ワークの焼入れに利用できる。

１・・・コイル装置、２・・・ホルダー、３・・・コイル部、３ａ・・・ワーク挿通孔、３ｂ・・・冷却水流路、３ｃ・・・噴射孔、３ｄ・・・下面、４・・・銅板、５・・・絶縁板、６・・・ボルト、７・・・端子板、８・・・角パイプ、９・・・丸パイプ、１０・・・ホースコネクタ、１１・・・凸部、１２・・・スリット、Ｗ・・・タービン軸（軸状ワーク）、Ｗａ・・・軸部、Ｗｂ・・・鍔部、Ｗｃ・・・軸部端面。

Claims (3)

1. 中心部にワーク挿通孔を有して平面視略円環状に形成されたコイル部と、該コイル部の両端部を支持すると共に高周波電流発生装置に接続可能なホルダーと、を備えて軸状ワークを焼入れ可能な高周波焼入れ用コイル装置であって、
   前記コイル部は、前記ワーク挿通孔の端縁にコイル部の表面側に突出する円環状の凸部が形成されると共に、該凸部の外側にコイル部に設けた冷却水流路内の冷却水を軸状ワークの焼入れ部分に噴射可能な噴射孔が設けられていることを特徴とする高周波焼入れ用コイル装置。
2. 前記噴射孔は、軸部と鍔部を有する前記軸状ワークの鍔部の外周縁より外側に位置して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入れ用コイル装置。
3. 前記コイル部のワーク挿通孔の内面が前記凸部側が径小となるテーパ面で形成されると共に、前記凸部の外面が突出方向側が径小となるテーパ面で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波焼入れ用コイル装置。

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