JP3810596B2

JP3810596B2 - 熱処理用治具

Info

Publication number: JP3810596B2
Application number: JP30034099A
Authority: JP
Inventors: 裕清澤
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: JP2001123218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リング状部材（環状部材）の中心孔の内壁面を誘導加熱して急冷する際に使われる熱処理用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば外歯歯車などのようなリング状部材が様々な産業分野で広く使用されている。このようなリング状部材には、その中心孔の内壁面を硬化する熱処理が施されることがある。この熱処理の一つとして、中心孔の内壁面を誘導加熱して急冷する高周波熱処理が知られている。
【０００３】
高周波熱処理では、リング状部材の中心孔の直径よりもやや小さい外径をもつ誘導加熱コイルを中心孔に差し込んで、この中心孔の内壁面を焼入温度にまで誘導加熱し、その後に急冷する。急冷する際は、誘導加熱コイルと一体的に作製された冷却ジャケットから内壁面に冷却液を噴射する。
【０００４】
ところで、上記のように高周波熱処理が施されるリング状部材は、通常、セラミック製もしくは石綿製の載置台に載置され、この状態で誘導加熱されて急冷される。この場合、載置されたリング状部材の底面のほぼ全面が載置台に接触している。このため、冷却ジャケットから噴射された冷却液がリング状部材の底面にはほとんど当らない。
【０００５】
リング状部材の内壁面に冷却液を噴射してこのリング状部材を冷却する場合、内壁面に連続する部分（ここでは底面）の一部に冷却液が当りにくいときは、リング状部材の全体が不均一に冷却されることとなる。従って、この不均一な冷却に起因してリング状部材が変形し易い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、リング状部材を均一に冷却してその変形を低減できる熱処理用治具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の熱処理用治具は、リング状部材の中心孔の内壁面を誘導加熱して急冷する際にこのリング状部材が載置される熱処理用治具において、
（１）載置されたリング状部材の底面を下から支える第１突起を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、
（２）上記第１突起は、互いに所定間隔離れた複数個のものからなるものであってもよい。
【０００９】
また、熱処理用治具は、
（３）載置されたリング状部材の上面に向かって突出してその先端がこの上面の近傍に位置する第２突起を備えてもよい。
【００１０】
さらに、
（４）上記第１突起及び上記第２突起は、上記リング状部材に点接触するものであってもよい。
【００１１】
さらにまた、熱処理用治具は、
（５）載置されたリング状部材の上面を覆う、上記第２突起が固定された蓋を備えてもよい。
【００１２】
さらにまた、
（６）上記第１突起及び上記第２突起は、電気的絶縁材からなるものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の熱処理用治具の一実施形態を説明する。
【００１４】
図１から図３までを参照して、熱処理用治具の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、熱処理用治具の外観を示す斜視図であり、図２は、基台を上から視た平面図である。図３は、リング状部材が載置された熱処理用治具を中心線に沿って切断してその半分だけを示す断面図である。
【００１６】
熱処理用治具１０は、リング状部材１２が嵌め込まれる凹部２２が形成された円柱状の基台２０と、凹部２２に嵌め込まれたリング状部材１２の外壁面を拘束する拘束リング４０と、凹部に嵌め込まれたリング状部材１２の上面を覆う円板状の蓋５０とを備えている。
【００１７】
基台２０の最上部にはリング状の外壁２３が形成されている。この外壁２３の外周面２３ａは基台２０の外周面２０ａの一部である。外壁２３のすぐ内側にはリング状の第１平面２４が形成されている。外壁２３の内径と第１平面２４の外径は一致する。第１平面２４の内側のやや低い位置には、リング状の第２平面２６が形成されている。第１平面２４の内径と第２平面２６の外径は一致する。
【００１８】
拘束リング４０は、外壁２３の内側に嵌め込まれて第１平面２４に載置される。リング状の第１平面２４の外径と拘束リング４０の外径は一致し、これらの内径もほぼ一致する。また、拘束リング４０の内径はリング状部材１２の外径にほぼ等しい。
【００１９】
リング状の第２平面２６には、その外周にそって等間隔で６本の棒２８（本発明にいう第１突起の一例である）が埋め込まれている。これらの棒２８はセラミック（本発明にいう電気的絶縁材の一例である）製であり、それらの先端部２８ａは第２平面２６から飛び出して尖っている。棒２８の材質としては、Ａｌ₂O ₃（アルミナ）やＺｒＯ₂ （ジルコニア）、キャスタブルセメントなどが挙げられる。
【００２０】
リング状部材１２は拘束リング４０の内側に嵌め込まれると共に、６本の棒２８の先端で下から支えられる。このため、６本の棒２８は、載置されたリング状部材１２の底面１２ａに点接触してこの底面１２ａを下から支えていることとなる。従って、リング状部材１２は第２平面２６とは接触しておらず、その底面１２ａの大部分は第２平面２６から離れて露出している。なお、熱処理用治具１０の中心孔３０の直径はリング状部材１２の中心孔１２ｂの直径とほぼ同じ値である。
【００２１】
蓋５０は外壁２３の上に置かれるものであり、その外径は外壁２３の外径とほぼ同じ値である。蓋５０の中央部には、熱処理用治具１０の中心孔３０の直径とほぼ同じ直径の孔５０ａが形成されている。また、蓋５０には、その外周にそって等間隔で６本の棒５２（本発明にいう第２突起の一例である）が埋め込まれている。
【００２２】
図３に示すように、リング状部材１２を熱処理用治具１０に載置し、蓋５０を外壁２３に載置すると、リング状部材１２の上面１２ｃが蓋５０に覆われる。また、この状態では、６本の棒５２はリング状部材１２の上面１２ｃに向かって突出している。棒５２の先端部５２ａは尖っている。また、この状態では、棒５２の先端部５２ａはリング状部材１２の上面１２ｃの近傍に位置するがこの上面１２ｃに接触していない。
【００２３】
リング状部材１２の中心孔１２ｂの内壁面１２ｄを硬化するに当っては、図３に示すように、拘束リング４０を第１平面２４に載置すると共にリング状部材１２を熱処理用治具１０に載置し、蓋５０を外壁２３に載置しておき、蓋５０の中心孔５０ａを通してリング状部材１２の中心孔１２ｂに誘導加熱コイル６０を位置させる。この状態でリング状部材１２の内壁面１２ｄを焼入温度まで加熱する。この加熱が終了した後、直ちに誘導加熱コイル６０を上昇させて冷却ジャケット７０をリング状部材１２の中心孔１２ｂに位置させ、冷却ジャケット７０から冷却液７２を噴射する。
【００２４】
上述したようにリング状部材１２の底面１２ａには棒２８が点接触しているので、底面１２ａの大部分が露出している。このため、底面１２ａにも冷却液７２が充分に噴射されて当り、底面１２ａが十分に冷却される。また、リング状部材１２の上面１２ｃは、棒５２に点接触することがあるものの、ほとんど完全に露出しているので、冷却液７２が充分に当って十分に冷却される。この結果、リング状部材１２の全体が均一に冷却されるので、不均一な冷却に起因するリング状部材１２の変形を低減できる。なお、冷却液７２の勢いでリング状部材１２が上に動こうとしても、リング状部材１２の上面１２ｃが棒５２の先端部５２ａに点接触するのでリング状部材１２はほとんど動けず、リング状部材１２はほぼ静止したままの状態で冷却される。このため、リング状部材１２の変形がいっそう低減されることとなる。なお、リング状部材１２の膨張に追随して棒２８，５２が上下動するように構成してもよい。
【００２５】
上記した熱処理用治具１０を用いてリング状部材１２の中心孔１２ｂの内壁面１２ｄに焼入れ・焼戻しを施した実験結果を、図４から図８までを参照して説明する。
【００２６】
図４は、焼入れ・焼戻しの熱サイクルを示すグラフである。図５は、リング状部材の内径寸法を測定した結果を示すグラフである。図６（ａ）は、リング状部材の内径寸法を測定したときの測定方向を示す模式図であり、（ｂ）は、内径寸法を測定したときの測定位置を示す模式図である。図７は、リング状部材の硬さを測定したときの測定位置を示す模式図である。図８は、リング状部材の硬さを測定した測定結果を示すグラフである。
【００２７】
この実験で用いたリング状部材１２（図３参照）の材質はＳ４５Ｃ（ＪＩＳ）であり、外径９０．０ｍｍ、内径７０．０ｍｍである。この内径は、リング状部材１２の中心孔１２ｂの直径に相当する。また、リング状部材１２の肉厚（幅）は１４．０ｍｍである。
【００２８】
リング状部材１２の中心孔１２ｂの内壁面１２ｄを硬化するに際しては、図３に示すように、内壁面１２ｄを誘導加熱して急冷した。内壁面１２ｄを誘導加熱するときは、図４に示すように、高周波電源の出力を２０ｋＷ、周波数を１０ｋＨｚとし、加熱時間を１６．５秒間とした。このようにして内壁面１２ｄを１０５０℃まで加熱し、その直後に急冷した。この急冷に当っては、冷却ジャケット７０（図３参照）から１分間に６０リットルの冷却液を内壁面１２ｄに向けて７秒間噴射した。その後、この内壁面１２ｄを焼戻しした。この焼戻しに当っては、高周波電源の出力を２０ｋＷ、周波数を３ｋＨｚとし、加熱時間を１３．０秒間として２００℃にした。その後、５秒間だけ放冷して水冷した。なお、焼戻しの際に高周波電源の周波数を１０ｋＨｚにしてもよい。
【００２９】
上記した条件で内壁面１２ｄを硬化した結果、図５に示すような、中心孔１２ｂの内径寸法が得られた。内径寸法の測定位置は、図６（ｂ）に示すように、リング状部材１２を置いたときに、上面１２ｃから下に３ｍｍの位置を「上」の位置とし、底面１２ａから上に７ミリの位置を「中」の位置とし、底面１２ａから上に３ミリの位置を「下」の位置とした。また、内径寸法の測定方向は、図６（ａ）に示すように、互いに４５°ずつずれた矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向である。
【００３０】
リング状部材１２の実験前（熱処理前）の内径寸法は、図５に示すように、約６９．９９８ｍｍから７０．０１８ｍｍまでの範囲内の寸法である。このような内径寸法をもつ内壁面１２ｄに、従来の熱処理用治具（棒２８，５２の無い熱処理用治具）と本発明の熱処理用治具１０（図１参照）とを用いて高周波焼入れ・焼戻しを施して、内径寸法を比較した。
【００３１】
従来の熱処理用治具を用いた熱処理では、３個のリング状部材１２で実験して矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向で「上」「中」「下」の位置における内径寸法を測定した。この結果、図５に示すように、内径寸法は７０．０８４ｍｍから６９．９４０ｍｍの範囲内にばらつき、最大値と最小値には０．１４４ｍｍもの差が生じた。
【００３２】
これに対し、本発明の熱処理治具１０を用いた熱処理では、５個のリング状部材１２で実験して矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向で「上」「中」「下」の位置における内径寸法を測定した。この結果、図５に示すように、焼入れ後の内径寸法は約７０．０２２ｍｍから約６９．９６１ｍｍの範囲内に収まり、最大値と最小値には０．０６１ｍｍの差しか生じなかった。また、焼戻し後の内径寸法は約７０．０２２ｍｍから約６９．９７５ｍｍの範囲に収まり、最大値と最小値には０．０４７ｍｍの差しか生じなかった。
【００３３】
このように従来の熱処理用治具を用いた場合は内径寸法に０．１４４ｍｍもの差が生じるが、本発明の熱処理治具１０を用いた場合は内径寸法に０．０４７ｍｍの差しか生じなかった。従って、本発明の熱処理用治具１０を用いると、リング状部材１２の変形を低減できる。この理由は、リング状部材１２の底面１２ａの大部分に冷却液が直接に噴射されて当るからであると考えられる。
【００３４】
また、図７に示すように、リング状部材１２の内壁面１２ｄの中央部（底面１２ａと上面１２ｃの中間部分）の硬さを測定した。この結果、図８に示すように、表面硬さＨＶ６８０となり、ＨＶ４８０までの硬化層深さ５．８ｍｍを得られた。これらの値は規格値を充分に満たす。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理用治具を用いた場合、リング状部材の底面が第１突起で支えられるので、この底面の大部分は露出している。このため、リング状部材の上面や内壁面に冷却液を噴射してリング状部材を冷却する際に、底面にも冷却液が充分に噴射されてこの底面を十分に冷却できる。この結果、リング状部材の全体が均一に冷却されるので、不均一な冷却に起因するリング状部材の変形を低減できる。
【００３６】
ここで、上記第１突起は、互いに所定間隔離れた複数個のものからなるものである場合は、リング状部材をいっそう安定して支えられる。
【００３７】
また、載置されたリング状部材の上面に向かって突出してその先端がこの上面の近傍に位置する第２突起を熱処理用治具が備えた場合は、リング状部材に冷却水を噴射する際にリング状部材が上に動こうとしても、上面が第２突起に当接してリング状部材が上にはほとんど移動できない。このため、リング状部材のがたつき（踊り）を防止でき、その変形をいっそう低減できる。
【００３８】
さらに、上記第１突起及び上記第２突起は、上記リング状部材に点接触するものである場合は、リング状部材の下面及び上面双方の露出面積が増えるので、リング状部材の全体がいっそう均一に冷却され、不均一な冷却に起因するリング状部材の変形をいっそう低減できる。
【００３９】
さらにまた、載置されたリング状部材の上面を覆う、上記第２突起が固定された蓋を熱処理用治具が備えた場合は、リング状部材に噴射された冷却液の一部が蓋で跳ね返されて、この一部がリング状部材に再び当る。このため、リング状部材を効率良く冷却できることとなる。また、第２突起が蓋に固定されているので、簡易な構造の熱処理用治具となる。
【００４０】
さらにまた、上記第１突起及び上記第２突起は、電気的絶縁材からなるものである場合は、リング状部材の中心孔の内壁面を誘導加熱する際に第１及び第２突起が誘導加熱されないので、これらの寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理用治具の一実施形態の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の熱処理用治具の基台を上から視た平面図である。
【図３】リング状部材が載置された熱処理用治具を中心線に沿って切断してその半分だけを示す断面図である。
【図４】焼入れ・焼戻しの熱サイクルを示すグラフである。
【図５】リング状部材の内径寸法を測定した結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、リング状部材の内径寸法を測定したときの測定方向を示す模式図であり、（ｂ）は、内径寸法を測定したときの測定位置を示す模式図である。
【図７】リング状部材の硬さを測定したときの測定位置を示す模式図である。
【図８】リング状部材の硬さを測定した測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０熱処理用治具
１２リング状部材
１２ａリング状部材の底面
１２ｂリング状部材の中心孔
１２ｃリング状部材の上面
１２ｄリング状部材の中心孔の内壁面
２０基台
２８，５２棒
４０拘束リング
５０蓋

Claims

リング状部材の中心孔の内壁面を誘導加熱して急冷する際に該リング状部材が載置される熱処理用治具において、
載置されたリング状部材の底面を下から支える、互いに所定間隔離れた複数個の第１突起と、
載置されたリング状部材の上面に向かって突出してその先端が該上面に点接触する第２突起と、
載置されたリング状部材の上面を覆う、前記第２突起が固定された蓋とを備え、
前記第２突起は、リング状部材に噴射された冷却液の勢いによって該リング状部材が上に動くことを防止するものであることを特徴とする熱処理用治具。
前記蓋は、リング状部材に噴射された冷却液の一部を跳ね返して該リング状部材に再び当てるものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理用治具。
前記第１突起は、前記リング状部材に点接触するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理用治具。
前記第１突起及び前記第２突起は、電気的絶縁材からなるものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の熱処理用治具。