JP2016089262A - 焼入れ装置及び焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼割れの発生を抑制することができる段付き軸部材の焼入れ装置及び焼入れ方法を提供する。
【解決手段】焼入れ装置１は、段付き軸部材Ｗを誘導加熱する加熱コイル２と、加熱コイル２によって加熱された段付き軸部材Ｗに冷却液を吹き付ける冷却ジャケット４と、加熱コイル２及び冷却ジャケット４を一体として、加熱コイル２及び冷却ジャケット４と段付き軸部材Ｗとを段付き軸部材Ｗの中心軸に沿って相対移動させる駆動部６２と、を備え、冷却ジャケット４から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を、段付き軸部Ｗの太い部位Ｗａの冷却と細い部位Ｗｂの冷却とで変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、段付き軸部材の焼入れ装置及び焼入れ方法に関する。

特許文献１に記載された焼入れ装置は、段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイル及び加熱コイルによって加熱された段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットを一体として、加熱コイル及び冷却ジャケットと段付き軸部材とを段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させながら、段付き軸部材の各部を連続的に加熱冷却して焼入れするものである。

そして、特許文献１に記載された焼入れ装置では、均一な焼入れ硬さを得るため、径差部（太い部位と細い部位との接合部にあって凹となる隅部）のうち、冷却液がかかり易い径差部では冷却液の噴射量を減少させ、冷却液がかかり難い径差部では冷却液の噴射量を増加させている。

特開２００５−３４４１５９号公報

特許文献１に記載された焼入れ装置は、段付き軸部材において凹となる隅部に着目し、均一な焼入れ硬さを得る目的で隅部での流量を調節しているが、段付き軸部材では、太い部位の端部にあって凸となる角部が過熱される傾向にある。そして、角部の冷却速度が過大であると角部に焼割れが生じる虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、焼割れの発生を抑制することができる段付き軸部材の焼入れ装置及び焼入れ方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様の焼入れ装置は、軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ装置であって、前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットを一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させる駆動部と、を備え、前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更される。
また、本発明の一態様の焼入れ方法は、軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ方法であって、前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、を一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させながら、段付き軸部材の各部を加熱冷却して焼入れし、前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更する。

本発明によれば、焼割れの発生を抑制することができる段付き軸部材の焼入れ装置及び焼入れ方法を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、焼入れ装置の一例の構成を示す図である。 図１の焼入れ装置の冷却ジャケットに冷却液を供給する冷却液供給部の構成を示す図である。 図１の焼入れ装置を用いた段付き軸部材の焼入れ方法の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、焼入れ装置の一例の構成を示す。

焼入れ装置１は、段付き軸部材（以下、ワークと称する）Ｗを焼入れするものである。ワークＷは、図示の例では、全体として略円柱状を呈し、相対的に太い大径軸部Ｗａと、大径軸部Ｗａの軸方向片側に隣設された相対的に細い小径軸部Ｗｂとを有している。なお、ワークＷは、図示のものに限られず、例えば略角柱状のものであってもよいし、大径軸部Ｗａの軸方向両側に小径軸部Ｗｂが設けられていてもよい。

焼入れ装置１は、ワークＷを誘導加熱する加熱コイル２と、加熱コイル２に交流電力を供給する電源部３と、加熱コイル２によって加熱されたワークＷに冷却液を吹き付ける冷却ジャケット４と、冷却ジャケット４に冷却液を供給する冷却液供給部５と、ワークＷを支持するワーク支持部６と、制御部７とを備える。

ワーク支持部６は、ワークＷの両端部をワークＷの軸方向に挟持する第１支持部６０及び第２支持部６１と、第１支持部６０及び第２支持部６１をワークＷの軸方向に進退移動させる駆動部６２とを有している。駆動部６２には、例えばボールネジやシリンダピストンなどを用いた適宜な直動機構が用いられる。なおワークＷを中心軸まわりに回転させる回転機構をワーク支持部６に設け、ワークＷを誘導加熱する際に、必要に応じてワークＷを回転させるようにしてもよい。

加熱コイル２は、ワークＷの外形に対応して円環状を呈し、ワークＷを挿通可能に形成されている。なお、加熱コイル２の形状は、ワークＷの形状などに応じて適宜選択され、例えばワークＷが角柱状である場合には、ワークＷの外形に対応して角環状とされる。

電源部３から加熱コイル２に交流電力が供給されると、加熱コイル２の内側に位置するワークＷの被加熱部位には電磁誘導によって電流が流れ、それにより被加熱部位が加熱される。

冷却ジャケット４は、ワークＷの外形に対応して円環状を呈し、ワークＷを挿通可能に形成されている。冷却ジャケット４の内部には円環状に延びる流路４０が形成されており、また、挿通されるワークＷに向く冷却ジャケット４の内周壁には、流路４０に連通する多数のノズル孔４１が形成されている。

冷却液供給部５から冷却ジャケット４に冷却液が供給されると、流路４０を経てノズル孔４１の各々からワークＷに向けて冷却液が噴射される。冷却液としては、例えば水などが用いられる。

制御部７は、ワーク支持部６によるワークＷの移動や、電源部３から加熱コイル２への交流電力の供給や、冷却液供給部５から冷却ジャケット４への冷却液の供給を統括的に制御する。

焼入れ装置１を用いたワークＷの焼入れにおいて、図示の例では、加熱コイル２及び冷却ジャケット４がワークＷの大径軸部Ｗａに被さる位置に配置される。ワーク支持部６によってワークＷが軸方向に移動され、加熱コイル２及び冷却ジャケット４は、相対的にワークＷの中心軸に沿って小径軸部Ｗｂ側に向けて一体に移動される。

加熱コイル２の相対移動に伴い、ワークＷの被加熱部位が小径軸部Ｗｂ側に向けて逐次移り、ワークＷの各部が連続的に誘導加熱される。冷却ジャケット４は、加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動方向に加熱コイル２の後側に配置されており、加熱コイル２によって加熱されたワークＷには、冷却ジャケット４から噴射された冷却液が吹き付けられる。それにより、ワークＷの各部が加熱冷却され、焼入れされる。

なお、本例では、ワークＷの大径軸部Ｗａ側から小径軸部Ｗｂ側に向けて加熱コイル２及び冷却ジャケット４を相対移動させるものとして説明したが、小径軸部Ｗｂ側から大径軸部Ｗａ側に移動させてもよい。また、本例では、ワークＷを移動させるものとして説明したが、加熱コイル２及び冷却ジャケット４を移動させてもよい。

好ましくは、冷却液は、図示の例のように、加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動方向における後側に向けてワークＷの中心軸に斜交する方向に冷却ジャケット４から噴射される。それにより、加熱コイル２の内側に位置するワークＷの被加熱部位に冷却液が飛散して被加熱部位の加熱が不足することが抑制される。

上記のワークＷに対する焼入れにおいて、大径軸部Ｗａの冷却と小径軸部Ｗｂの冷却とで冷却ジャケット４から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が変更される。

図２は、冷却液供給部５の構成を示す。

冷却液供給部５は、二つの冷却液供給源５０，５１と、冷却液供給源５０と冷却ジャケット４とを接続する配管５２及び冷却液供給源５１と冷却ジャケット４とを接続する配管５３とを有する。そして、配管５２，５３には、開閉可能な制御弁５４がそれぞれ設けられており、制御弁５４の開閉動作は制御部７によって制御される。

以上の構成において、例えば一方の配管５２（５３）の制御弁５４が開かれ、他方の配管５３（５２）の制御弁５４が閉じられた場合と、両配管５２，５３の制御弁５４がいずれも開かれた場合とで、冷却ジャケット４に供給される単位時間当たりの冷却液の流量が異なり、冷却ジャケット４から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が変更される。なお、冷却液供給源５０，５１の単位時間当たりの冷却液の供給量が異なる場合には、配管５２，５３の各々の制御弁５４を択一的に開くことによっても、冷却ジャケット４から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を変えることができる。

図３は、焼入れ装置１を用いたワークＷの焼入れ方法の一例を示す。

上記のとおり、加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動に伴い、ワークＷの大径軸部Ｗａ側からワークＷの各部が逐次加熱冷却される。

加熱コイル２及び冷却ジャケット４が大径軸部Ｗａの一方の端部にあって凸となる角部Ｗｃを越えたタイミングで、冷却ジャケット４から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が変更される。なお、加熱コイル２及び冷却ジャケット４が角部Ｗｃを越えるタイミングは、例えば大径軸部Ｗａの長さ及び加熱コイル２及び冷却ジャケット４の初期位置からの相対移動量に基づいて検出することができる。

大径軸部Ｗａの角部Ｗｃは過熱される傾向にあり、冷却速度が過大であると焼割れが発生し易い。一方、小径軸部Ｗｂでは、ワークＷと冷却ジャケット４との間のギャップが大径軸部Ｗａよりも大きく、冷却ジャケット４から噴射された冷却液が拡散して冷却効率が低下する傾向にある。

そこで、図３（Ｂ）に示すように、大径軸部Ｗａの冷却における噴射量は、小径軸部Ｗｂの冷却における噴射量よりも少なくされている。それにより、大径軸部Ｗａにおいては、冷却速度を抑えて角部Ｗｃの焼割れを抑制し、小径軸部Ｗｂにおいては、ギャップの拡大に起因する冷却効率の低下を補い、十分な焼入れ硬さを得ることが可能となる。

また、加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動方向における後側に向けてワークＷの中心軸に斜交する方向に冷却液が噴射される本例において、冷却ジャケット４からワークＷ上における着水箇所までのワークＷの軸方向に沿う距離Ｌは、ワークＷと冷却ジャケット４との間のギャップが大きい小径軸部Ｗｂで長くなる。

そこで、加熱コイル２及び冷却ジャケット４が角部Ｗｃを越えたタイミングで、加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動速度もまた変更され、相対移動速度は、大径軸部Ｗａの冷却よりも小径軸部Ｗｂの冷却において速められている。それにより、小径軸部Ｗｂにおいて加熱から冷却までの時間間隔を短縮し、小径軸部Ｗｂの焼入れの品質を高めることができる。また、ワークＷの焼入れに要する時間を短縮することもできる。

そして、小径軸部Ｗｂの冷却における噴射量を多くすることにより、小径軸部Ｗｂの冷却において加熱コイル２及び冷却ジャケット４の相対移動速度を速めることに起因する小径軸部Ｗｂの冷却不足を補うことができる。

以上説明したとおり、本明細書に開示された焼入れ装置は、軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ装置であって、前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットを一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させる駆動部と、を備え、前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更される。

また、本明細書に開示された焼入れ装置は、前記太い部位の冷却における前記噴射量が、前記細い部位の冷却における前記噴射量よりも少ない。

また、本明細書に開示された焼入れ装置は、前記細い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度が、前記太い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度よりも速い。

また、本明細書に開示された焼入れ装置は、前記冷却液が、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットの相対移動方向における後側に向けて前記段付き軸部材の中心軸に斜交する方向に噴射される。

また、本明細書に開示された焼入れ方法は、軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ方法であって、前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、を一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させながら、段付き軸部材の各部を加熱冷却して焼入れし、前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更する。

また、本明細書に開示された焼入れ方法は、前記太い部位の冷却における前記噴射量を、前記細い部位の冷却における前記噴射量よりも少なくする。

また、本明細書に開示された焼入れ方法は、前記細い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度を、前記太い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度よりも速くする。

また、本明細書に開示された焼入れ方法は、前記冷却液を、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットの相対移動方向における後側に向けて前記段付き軸部材の中心軸に斜交する方向に噴射する。

１ 焼入れ装置
２ 加熱コイル
３ 電源部
４ 冷却ジャケット
５ 冷却液供給部
６ ワーク支持部
７ 制御部
６２ 駆動部
Ｗ ワーク（段付き軸部材）
Ｗａ 大径軸部（太い部位）
Ｗｂ 小径軸部（細い部位）
Ｗｃ 角部

Claims (8)

1. 軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ装置であって、
   前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、
   前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、
   前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットを一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させる駆動部と、
   を備え、
   前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量が、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更される段付き軸部材の焼入れ装置。
2. 請求項１記載の段付き軸部材の焼入れ装置であって、
   前記太い部位の冷却における前記噴射量は、前記細い部位の冷却における前記噴射量よりも少ない段付き軸部材の焼入れ装置。
3. 請求項２記載の段付き軸部材の焼入れ装置であって、
   前記細い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度は、前記太い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度よりも速い段付き軸部材の焼入れ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項記載の段付き軸部材の焼入れ装置であって、
   前記冷却液は、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットの相対移動方向における後側に向けて前記段付き軸部材の中心軸に斜交する方向に噴射される段付き軸部材の焼入れ装置。
5. 軸方向に隣設された相対的に太い部位と相対的に細い部位とを有する段付き軸部材の焼入れ方法であって、
   前記段付き軸部材を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記段付き軸部材の被加熱部位に冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、を一体として、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットと前記段付き軸部材とを前記段付き軸部材の中心軸に沿って相対移動させながら、段付き軸部材の各部を加熱冷却して焼入れし、
   前記冷却ジャケットから噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を、前記太い部位の冷却と前記細い部位の冷却とで変更する段付き軸部材の焼入れ方法。
6. 請求項５記載の段付き軸部材の焼入れ方法であって、
   前記太い部位の冷却における前記噴射量を、前記細い部位の冷却における前記噴射量よりも少なくする段付き軸部材の焼入れ方法。
7. 請求項６記載の段付き軸部材の焼入れ方法であって、
   前記細い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度を、前記太い部位の冷却における前記冷却ジャケットの相対移動速度よりも速くする段付き軸部材の焼入れ方法。
8. 請求項５から７のいずれか一項記載の段付き軸部材の焼入れ方法であって、
   前記冷却液を、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットの相対移動方向における後側に向けて前記段付き軸部材の中心軸に斜交する方向に噴射する段付き軸部材の焼入れ方法。

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