JP3844883B2

JP3844883B2 - 高周波焼入用治具

Info

Publication number: JP3844883B2
Application number: JP17883798A
Authority: JP
Inventors: 純一合屋; 敏弘相羽
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: JP2000008122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の被加熱物の内壁面を高周波焼入れする際にこの被加熱物の外壁面を外側から拘束する高周波焼入用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱を利用して鋼製部材などの被加熱物を加熱した後、この加熱した部分を急冷して硬化させる高周波焼入れが従来から広く行われている。この高周波焼入れの対象となる被加熱物の一つに筒状の鋼製部材がある。
【０００３】
筒状の鋼製部材のなかには、高さ方向に延びる複数の溝が内周方向に並んで内壁面に形成されたものがある。これら複数の溝は、例えば、筒状の鋼製部材の一方の開口もしくはその近傍から他方の開口もしくはその近傍まで延びている。さらに、外壁面のうち、上記した複数の溝のなかの所定の溝の裏側に相当する部分の端部などにフランジが形成されている場合がある。このような筒状の鋼製部材の内壁面を高周波焼入れした場合、複数の溝のうち、裏側に相当する外壁面部分にフランジが形成されていない溝の位置において、筒状の鋼製部材がその直径方向に縮むことにより鋼製部材の開口が楕円になるおそれがあることが本発明者によって判明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
筒状の鋼製部材がその直径方向に縮んでその開口が楕円になった場合、筒の内部に挿入されるべき相手部品を挿入しにくいなどの問題がおこる。また、開口が楕円になった場合は、内壁面を切削加工して開口を真円に近付けるなどの余分な手間がかかり、コストアップの一因となる。さらに、場合によっては切削加工によって内壁面の硬化層が削り取られてしまい、高周波焼入れが無駄になることがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、筒状の被加熱物を高周波焼入れした際に直径方向の縮みを減少して開口の変形を低減できる高周波焼入用治具を提供することを目的とする。
【０００６】
【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第１の高周波焼入用治具は、筒状の被加熱物の内壁面を高周波焼入れする際に上記被加熱物の外壁面を外側から拘束する高周波焼入用治具において、
（１）上記外壁面に対向する部分に、この外壁面に接触する接触部分とこの外壁面に接触しない非接触部分とが形成された、この外壁面を外側から拘束するリング状の拘束部を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明の第２の高周波焼入用治具は、一方の開口もしくはその近傍から他方の開口もしくはその近傍まで高さ方向に延びる複数の溝が内周方向に並んで内壁面に形成された筒と、この筒の外壁面のうち、上記他方の開口の周縁部に位置する部分であって、かつ、上記複数の溝のうちの所定の溝の裏側に相当する部分に形成されたフランジとを備えた被加熱物の上記内壁面を高周波焼入れする際にこの被加熱物を拘束する高周波焼入用治具において、
（２）上記筒の外壁面のうち、上記一方の開口の周縁部に位置する部分に外側から嵌め込まれてこの部分を拘束すると共に、この部分に嵌め込まれた際に上記複数の溝のうちの上記所定の溝を除いた溝の裏側に相当する部分に凹部が形成された拘束部を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
図１を参照して高周波焼入用治具の一実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明の高周波焼入用治具の一実施形態を示す斜視図である。
【００１１】
高周波焼入用治具１０は、中央部に円形の孔２２が形成されたリング状の拘束部２０と、位置決め用の４本の棒５０とを備えている。拘束部２０の下面（裏面）には、４つのねじ穴２４が円周方向に等間隔で形成されている。４つのねじ穴２４それぞれには棒５０がねじ込まれて固定されている。各棒５０の長さは、後述する被加熱物（鋼製部材６０）の高さに対応している。また、棒５０の本数と固定位置も、後述する被加熱物（鋼製部材６０）のフランジ９０に対応させており、位置決めを行い易い。なお、棒５０を拘束部２０に溶接して固定してもよい。また、棒５０が無くてもよい。
【００１２】
拘束部２０の上面（表面）は平らな面になっている。一方、拘束部２０の下面（裏面）の内側部分は外側部分よりも引っ込んでいる。即ち、拘束部２０は、肉厚の薄い内側の内側リング２６と、肉厚の厚い外側の外側リング２８とから構成されている。これら内側リング２６と外側リング２８とは一体で形成されているものの、両者の境界には段差が生じている。この段差の段差面（本発明にいう接触部分の一例である）３０が鋼製部材６０（図２参照）の外壁面６２の上部に接触する。また、内側リング２６の下面が鋼製部材６０の上端面６４（図２参照）に接触する。内側リング２６の内径は鋼製部材６０の内径よりも小さい。一方、外側リング２８の内径、即ち、段差面３０における内径は、鋼製部材６０の筒の外径にほぼ一致する。
【００１３】
外側リング２８の特徴は、その下面の互いに対称な位置（中心角で１８０°離れた位置）に凹部３２が形成されている点にある。この凹部３２では段差面３０が切断されていることとなり、この部分では、段差面３０が鋼製部材６０の外壁面６２に接触しない。ここでは、凹部３２が、本発明にいう非接触部分の一例である。また、図１では、外側リング２８の内周面（段差面３０）から外周面までを貫いた溝状の凹部３２が形成されているが、外側リング２８の内周面から半径方向の途中までの凹部を形成してもよい。要は、鋼製部材６０の外壁面６２に接触しない部分を、鋼製部材６０によって決まる所定位置に形成すればよい。このような凹部３２を形成した理由については後述する。
【００１４】
図２を参照して、高周波焼入用治具１０を用いて高周波焼入れされる鋼製部材について説明する。
【００１５】
図２（ａ）は、鋼製部材を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
鋼製部材６０は全体として筒状であり、１つの筒７０と４つのフランジ９０を有している。筒７０には、上下に開口が形成されている。上に形成された開口７２が、本発明にいう一方の開口の一例であり、下に形成された開口７４が、本発明のいう他方の開口の一例である。
【００１７】
筒７０の内壁面７６には、開口７２から開口７４まで高さ方向（矢印Ｂ方向）に延びる、横断面が略半円形状の６つの溝７８，８０，８２，８４，８６，８８が内周方向に等間隔に並んで形成されている。これら６つの溝７８，８０，８２，８４，８６，８８のうち、４つの溝７８，８２，８４，８８（本発明にいう所定の溝の一例である）の開口７４側の裏側に相当する部分それぞれに、外壁面６２から外方向に突出したフランジ９０が形成されている。
【００１８】
従って、外壁面６２のうち、開口７４の周縁部に位置する部分であって、かつ、４つの溝７８，８２，８４，８８の裏側に相当する部分それぞれフランジ９０が形成されていることとなる。また、２つの溝８０，８６のうち、開口７４側の裏側に相当する部分にはフランジ９０が形成されていない。
【００１９】
図３、図４を参照して、上記した高周波焼入用治具１０を使った鋼製部材６０の高周波焼入れについて説明する。
【００２０】
図３は、高周波焼入用治具１０を使って鋼製部材６０を高周波焼入れしている様子を模式的に示す断面図である。図４は、拘束部２０と鋼製部材６０との位置関係を示す説明図である。
【００２１】
高周波焼入装置１００は高周波焼入用治具１０の他、この高周波焼入用治具１０と共に鋼製部材６０を回転させる回転台（図示せず）や、鋼製部材６０の開口７４から挿入される誘導加熱コイル１０４も備えている。誘導加熱コイル１０４には、多数の冷却液噴出孔１０６を有する冷却ジャケットが一体的に固定されている。。また、高周波焼入装置１００は、鋼製部材６０を外側から冷却する冷却器１０８も備えており、冷却器１０８には冷却液が噴出する多数の噴出孔１１０が形成されている。
【００２２】
高周波焼入用治具１０は鋼製部材６０を外側から拘束して、鋼製部材６０の変形を低減するためのものである。拘束部２０は、鋼製部材６０の筒７０の外壁面６２のうち、開口７２の周縁部に位置する部分に、外側から嵌め込まれてこの部分を拘束する。拘束部２０を嵌め込むに当っては、図４に示すように、拘束部２０の凹部３２が、外壁面６２のうち、溝８０，８６の上部の裏側に相当する部分に位置するように嵌め込む。これにより、外壁面６２の上部うち、溝８０，８６の上部に相当する部分（非接触の部分）６２ａには何も接触しておらず、拘束部２０で拘束されないこととなる。一方、この部分以外の外壁面６２の上部には段差面３０が接触しており、拘束部２０で拘束されていることとなる。
【００２３】
なお、図３に示すように鋼製部材６０の外壁面６２の下部に例えば凸部９２が形成されている場合、高周波焼入れ後にこの部分が直径方向に縮んで開口７４が楕円状に変形することがある。この場合、外壁面６２の下部を補助治具４０に接触させて載置すると、このような変形を低減できる。補助治具４０の形状は、拘束部２０の形状と同様のものである。
【００２４】
高周波焼入装置１００を用いて鋼製部材６０を高周波焼入れするに当っては、拘束部２０で鋼製部材６０の外壁面６２の上部を外側から拘束しながら、誘導加熱コイル１０４で内壁面７６をオーステナイト変態点以上の焼入温度にまで加熱し、その後、冷却液噴出孔１０６，１１０から冷却液を噴出して内側と外側から鋼製部材６０を急冷する。この急冷によって、内壁面７６の組織がマルテンサイトに変態する。この後は、所定温度で焼戻しをする。
【００２５】
従来技術の欄で説明したように、複数の溝（ここでは溝７８，８０，８２，８４，８６，８８）のうち、溝の裏側に相当する外壁面部分にフランジ９０が形成されていない溝（ここでは溝８０，８６）の位置において、筒状の鋼製部材６０がその直径方向に縮んで開口７２が楕円になるおそれがある。しかし、上述した高周波焼入用治具１０を用いて高周波焼入れした結果、後述する実験結果から明らかなように、溝８０，８６の裏側に相当する外壁面部分では、直径方向の縮みが減少して開口７２の変形が低減する。
【００２６】
この理由は、鋼製部材６０の両端部のうち、フランジ９０が形成されている下端部は熱処理の際にフランジ９０及び肉厚部で拘束されることとなるので、フランジ９０が形成されていない上端部も、フランジ９０及び肉厚部が形成されているようにするために、高周波焼入用治具１０で拘束したからであり、さらに、溝７８，８２，８４，８８と溝８０，８６とでは熱処理時にフランジ９０から受ける影響が異なるので、この点を考慮して高周波焼入用治具１０に凹部３２を形成したからであると考えられる。
【００２７】
図５と表１を参照して、上述した高周波焼入装置１００を使用して筒状の鋼製部材６０を高周波焼入れした際の内径の変化について説明する。
【００２８】
図５は内径の測定位置を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は横から視た断面図である。また、表１には、内径の測定結果を示す。
【００２９】
実験に用いた鋼製部材６０の材質はＳ５３Ｃ（ＪＩＳ規格）であり、外形寸法は高さ６２．６ｍｍ、内径７７．３ｍｍ、肉厚５〜１０ｍｍである。鋼製部材６０の内壁７６を誘導加熱する際の高周波電源の周波数を３０ｋＨｚ、出力を３５０ｋＷとして２．５秒間加熱した。また、加熱後に冷却するときは、冷却液噴出孔１０６，１１０（図３参照）から冷却液を１０秒間噴出して急冷した。
【００３０】
測定した内径は、溝８０と溝８６との間の内径Ｒ１、溝８２と溝８８との間の内径Ｒ２、及び溝７８と溝８４との間の内径Ｒ３である。また、鋼製部材６０の高さ方向の測定位置は、上端面６４から１５ｍｍの位置（ａ）、高さ方向の中央（ｂ）、及び、上端面から４５ｍｍの位置（ｃ）である。この測定結果を表１に示す。表１に示す測定結果は、高周波焼入れ前の内径（基準内径）との差を示している。
【００３１】
【表１】

表１に示すように、高周波焼入れした後でも、どの位置でもほぼ同じ内径となり、溝８０，８６の裏側に相当する外壁面部分での直径方向の縮みが低減したことが判明した。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の高周波焼入用治具を用いて、リング状の拘束部の非接触部分が、直径方向に縮み易い外壁面に位置するように、外壁面の外側を拘束部で拘束することにより、この縮み易い外壁面の部分が加熱によって自由に膨張でき、この自由に膨張した量と焼入れ後の縮み量とが釣り合って、結果として、縮み量が低減する。
【００３３】
また、本発明の第２の高周波焼入用治具によれば、拘束部では、複数の溝のうちの所定の溝を除いた溝の裏側に相当する部分に凹部が形成されているので、この所定の溝を除いた溝の裏側に相当する部分が加熱によって自由に膨張でき、この自由に膨張した量と焼入れ後の縮み量とが釣り合って、結果として、縮み量が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波焼入用治具の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、鋼製部材を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】高周波焼入用治具を使って鋼製部材を高周波焼入れしている様子を模式的に示す断面図である。
【図４】拘束部と鋼製部材との位置関係を示す説明図である。
【図５】鋼製部材の内径の測定位置を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は横から視た断面図である。
【符号の説明】
１０高周波焼入用治具
２０拘束部
３０段差面
３２凹部
５０棒
６０鋼製部材
６２外壁面
７８，８０，８２，８４，８６，８８溝
９０フランジ

Claims

一方の開口から他方の開口まで高さ方向に延びる複数の溝が内周方向に並んで内壁面に形成された筒と、該筒の外壁面のうち、前記他方の開口の周縁部に位置する部分であって、かつ、前記複数の溝のうちのいずれかの溝の裏側に相当する部分に形成されたフランジとを備えた被加熱物の前記内壁面を高周波焼入れする際に該被加熱物の外壁面を外側から拘束する高周波焼入用治具において、
前記外壁面のうち、その裏側に相当する部分に前記フランジが形成された溝の該裏側に相当する部分に接触する接触部分と、前記外壁面のうち、その裏側に相当する部分に前記フランジが形成されていない溝の該裏側に相当する部分に接触しない非接触部分とが形成された、前記外壁面のうち前記一方の開口の周縁部を外側から拘束する拘束部を備えたことを特徴とする高周波焼入用治具。
一方の開口から他方の開口まで高さ方向に延びる複数の溝が内周方向に並んで内壁面に形成された筒と、該筒の外壁面のうち、前記他方の開口の周縁部に位置する部分であって、かつ、前記複数の溝のうちのいずれかの溝の裏側に相当する部分に形成されたフランジとを備えた被加熱物の前記内壁面を高周波焼入れする際に該被加熱物を拘束する高周波焼入用治具において、
前記筒の外壁面のうち前記一方の開口の周縁部に位置する部分に外側から嵌め込まれてこの部分を拘束すると共に、この部分に嵌め込まれた際に、その裏側に相当する部分に前記フランジが形成されていない溝の該裏側に相当する部分に非接触の凹部が形成された拘束部を備えたことを特徴とする高周波焼入用治具。