JP3851488B2 - 誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱焼入れにより、主として薄肉中空円筒部材の外面に焼入層を形成させる中空円筒部材の外面焼入治具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
中空円筒部材の外面を誘導加熱により焼入れする場合に、特に円筒部が薄肉であると内部まで加熱されて肉厚全体が焼入れされるため、いわゆるずぶ焼入れになり、表面のみに焼入層を形成させる表面焼入れが困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これを防止して表面のみに焼入層を形成させるためには、円筒内部を冷却しながら、外面を誘導加熱して焼入れする方法が採られる。
【0004】
この内部冷却方法として、図7に示すように、円筒1の中空部にCu製のシールド材2を挿入して、円筒内面の熱を奪って内面を冷却しながら外面を誘導加熱焼入れすることにより、図に1bで示すような表面焼入層を形成させる方法が採られている。このシールド材を使用する加熱焼入方法では、円筒内面からシールド材に熱が良く伝達するように円筒内面とシールド材が密着する必要がある。
【0005】
しかし、大量生産の場合、使用によりCu製シールド材の外周が摩耗して、円筒内面との接触に変動が生じ焼入層が不安定になる。この精度管理が困難かつ煩雑である。また、加熱すると円筒が膨張するので、円筒内面とシールド材面との間に隙間が生じて接触面が不安定になり、熱伝達が不均一になって外面の焼入層の硬さや深さに変動が生じやすいという問題点があった。
【0006】
そこで、本発明者らは、この内部冷却方法として、水冷することを考慮した。しかし、冷却水が焼入面にかかると焼入れむらを生ずるので、円筒を回転しながら加熱する場合に、外側に水が漏れないようにして円筒内面のみを冷却することが困難であった。
【0007】
そこで本発明は、この困難性を解決し、簡易な構造で内部冷却する誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第1発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液を排出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に接して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させ、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とするものである。
【0009】
本第1発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、貫通中空部を持つ中空円筒部材の外面焼入れに適するものである。
【0010】
すなわち、本発明の中空円筒部材の外面焼入治具は、加熱の際に中空円筒部材(以下ワークという)の中空部に冷却液を充満しながら流通させて、円筒内面を冷却した状態で外面を誘導加熱するので、外面表面の薄層だけを加熱して焼入れすることができる。これにより、円筒外面に適切な焼入層を形成させることができ、薄肉円筒であっても全体に焼きが入って、いわゆるずぶ焼きになることがない。
【0011】
この冷却液を流通させる方法として本発明の治具は、ワークの両端を冷却ノズルに設けられたシール部材と駆動側の駆動部材とで挟んで保持し、冷却ノズルに設けられた導入孔と駆動部材に設けられた排出孔を通して、ワークの中空部に冷却液を循環させて中空部内面を冷却する。そして、この状態で、駆動部材を回転駆動することにより、中空円筒部材を回転させながら、円筒外面を誘導加熱して急冷焼入れする。
【0012】
このとき、冷却ノズルは静止しているが、シール部材は冷却ノズルに回転自在に支持されているのでワークは回転可能である。また、シール部材はワークの中空部の一端に水密に接しており、かつ冷却ノズルに水密に支持されているので、ワークが回転しても冷却液は外部に漏れることがない。また、ワークの中空部の他端は駆動部材が水密に接してワークを保持しているので、保持部分から冷却液が漏れることがない。駆動部材の排出孔を通して排出される冷却液は、適宜の手段により冷却液槽に排出される。
【0013】
このようにして、中空部内壁を冷却しながら、駆動部材によりワークを回転させて外面を誘導加熱焼入れすれば、薄肉円筒でも外面に均一な薄い焼入層を形成させることができる。
【0014】
また、本第2発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具は、被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔と該液を排出する排出孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空円筒部材の他端側を保持して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させて、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とするものである。
【0015】
本第2発明は、底付中空部を有するワーク、あるいは貫通中空部を有するワークの一端を塞いで焼入れする場合に適するものである。
【0016】
すなわち、本第2発明のワークの外面焼入治具も、加熱の際に中空部に冷却液を流通させて円筒内面が冷却された状態で外面を誘導加熱して焼入れする点は第1発明と同一であるが、第2発明はこの冷却液を流通させる方法として、冷却液を流通させる導入孔と排出孔とを静止している冷却ノズルに設けて中空部に循環させる点で異なる。したがって、底付中空部を有するワークなど中空部が貫通していない円筒部材の外面焼入れに適する。
【0017】
その他の、冷却ノズルとシール部材の機能は前述の第1発明と同様であり、中空部に冷却液を流通させながら、駆動部材によりワークを回転させて誘導加熱焼入れして、円筒外面に均一な薄い焼入層を形成させる点も同様である。
【0018】
また、前記第1、第2発明ともに、前記導入孔の前記中空部側の先端に噴射ノズルが設けられ、該噴射ノズルから冷却液を噴射して前記中空部内面を冷却しながら外面を誘導加熱して焼入れすること、あるいは、前記導入孔の前記中空部側の先端に円錐状傘部材を設け、該導入孔から流出する冷却液を前記傘部材の傘面から流出させて前記中空部内面を冷却しながら外面を誘導加熱して焼入れすることもできる。
【0019】
すなわち、ワークの中空部に冷却液を充満させなくても、上記のように中空部内壁に冷却液を噴射したり、流出させたりして冷却しても、前記同様の効果が得られる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態について具体的に説明する。
[実施例1]
実施例1は本第1発明の実施例で、図1はその焼入治具の断面図、図2は図1のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【0021】
図1において、ワーク1を挟んで図の下側に駆動部材21が、上側に先端にシール部材12が設けられた冷却ノズル11が配設され、ワーク1の焼入部外周を囲むように加熱コイル3が配設される。
【0022】
駆動部材21は、上端にテーパ部21aを有する軸状体をなし、駆動ギヤ22により図示しないモータなどによって回転駆動されるようになっている。そして、上部のテーパ部21aがワーク1の中空部1aの下端に接して水密に塞ぐとともに、摩擦によりワーク1を回転駆動するようになっている。また、駆動部材21には中心軸方向に排出孔21bが設けられ、排出孔21bは一端がワーク1の中空部1aに導通し、他端下部側は直交して設けられた貫通孔21cに導通している。なお、図1に示すように、排出孔21bの中空部1aに導通する面は漏斗状にし、貫通孔21cは開口部が下向きになるように勾配を付けて設けることが望ましい。これにより、冷却液の排出が円滑に行われる。下部側の貫通孔21cの外側は、駆動部材21の軸部を遊動可能に貫通させたカバー23により覆われている。
【0023】
冷却ノズル11は、詳細を図2に示すように、下部側が縮径された段付き軸状をなし、小径軸部外周にベアリング13を介してシール部材12を回転自在に支持している。冷却ノズル11には中心軸方向に導入孔11aが設けられ、導入孔11aの下端はワーク1の中空部1aに開口し、上端は直交してねじ口11bに導通している。ねじ口11bには冷却液を供給するホースが接続されている(図示しない)。
【0024】
シール部材12は中心孔とテーパ部12aを有するコーン形をなし、中心孔に貫通された冷却ノズル11の小径軸部にベアリング13を介して回転自在に支持されている。そして、テーパ部12aがワーク1の中空部1aの上端に圧接して、中空部1aの上端を水密にかつ回転可能に支持するようになっている。
【0025】
冷却ノズル11の小径軸部外周とシール部材12の中心孔の内周との間には、シールリング14が装着されている。シールリングとしてはOリングやベロー付シールリングなどが使用される。また、ベアリング13にはゴムシール13aが装着されたシールベアリングが使用される。
【0026】
冷却ノズル11と加熱コイル3は、図示しない移動手段により上下移動可能に支持されており、両者が上方に移動された位置でワーク1を駆動部材21の上に載置した後、冷却ノズル11を下方に移動して、ワーク1をシール部材12のテーパ部12aと駆動部材21のテーパ部21aとの間で挟んで保持するようになっている。また、加熱コイル3も下降して、所定の焼入れ加熱位置に位置されるようになっている。
【0027】
以下、上記構成の第1発明の焼入治具の作用について説明する。まず、冷却ノズル11と加熱コイル3を、図示しない移動手段により上方に移動させて、中空部1aの下端を駆動部材21のテーパ部21aに合わせてワーク1を載置する。そして、加熱コイル3を下方に移動して焼入れする円筒外周の所定位置に設定するとともに、冷却ノズル11も下方に移動して、シール部材12のテーパ部12aをワーク1の中空部1a上端の内周に挿入し、圧力を掛けてワーク1の両端を挟む。すると、ワーク1の中空部1aの両端は上下のテーパ部21aと12aとで水密に保持されることになる。
【0028】
ここで、ねじ口11bに接続された図示しないホースから冷却液を供給し、導入孔11aと排出孔21bを介してワーク1の中空部1aに冷却液を充満しながら、図示しない駆動手段により駆動ギヤ22を回転駆動してワーク1を回転させ、この状態で加熱コイル3に電力を負荷してワーク外面を加熱する。そして、所定の焼入温度に加熱されると、図示しない冷却手段により急冷して外面が焼入れされる。
【0029】
このように、ワーク1は円筒部内面が冷却水により冷却された状態で外面が加熱されるために、外面表面部のみの温度が上がり、内部は加熱されないので、薄肉円筒であっても外面表面のみに焼入層を形成させることができる。
【0030】
[実施例2]
実施例2は第2発明の実施例で、図3はその焼入治具の断面図、図4は図3のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。ここで、実施例1と同一部材については同一記号を使用し、主として実施例1と異なる点について説明する。
【0031】
図3において、ワーク1を挟んで図の下側に駆動部材21´が、上側に冷却ノズル11が配設され、ワーク1の焼入部外周を囲むように加熱コイル3が配設されることは、実施例1と同様である。
【0032】
また、駆動部材21´は、駆動ギヤ22によりモータなどの駆動手段により回転駆動され、その上部のテーパ部21´aがワーク1の中空部1aの下端に接し、中空部1aの下端を水密に塞ぐことは実施例1と同様である。しかし、実施例1と異なり、駆動部材21´には冷却液の排出孔を有しない。
【0033】
また、冷却ノズル11´がベアリング13を介してシール部材12を回転自在に支持していることも実施例1と同様である。
【0034】
しかし、実施例2の冷却ノズル11´には、中心軸方向に設けられ導入孔11´aの内部に、図に示すように先端15aがワーク1の中空部1aの下部近傍まで延長された導入管15が挿入されている点で異なる。また、冷却ノズル11´の軸部内で直交して設けられたねじ口11bと導入管15の他端15bに冷却液を供給するホースが接続されている(図示しない)。
【0035】
その他のシール部材12の構造・作用、ワーク1を駆動部材21´のテーパ部21´aとシール部材12のテーパ部12aとの間で圧力を掛けて挟んで、中空部1aとの間を水密に保持することも実施例1と同様である。
【0036】
上記第2発明の焼入治具の作用について説明する。まず、冷却ノズル11と加熱コイル3を上方に移動させて、ワーク1を駆動部材21´に載置し、加熱コイル3を移動して所定位置に設定するとともに、冷却ノズル11も下方に移動し、駆動部材21´とシール部材12の間でワーク1の両端に圧力を掛けて挟むことは実施例1同じである。
【0037】
ここで、冷却液を導入管15の他端15bに接続された図示しないホースからワーク1の中空部1aに供給し、導入孔11aのねじ口11b側から排出する。こうしてワーク1の中空部1aに冷却液を流通しながら、駆動ギヤ22を回転駆動してワーク1を回転させ、この状態で加熱コイル3に電力を負荷してワーク外周を加熱する。
【0038】
これにより、実施例1と同様に薄肉円筒であっても外周表面のみに焼入層を形成させることができる。
【0039】
このように実施例2は冷却液の排出を駆動部材側でなく、冷却液の導入と排出の両者を冷却ノズルの一方のみで行うものである。本実施例2では貫通中空部を有するワークの外面焼入れについて説明したが、本実施例は底付中空部を有するワークの外面焼入れにも適用できる。
【0040】
[実施例3]
前記実施例1と2は、ワーク1の中空部1aに冷却液をほぼ充満させながら中空部内壁を冷却するものであるが、実施例3は図5に示すように、導入孔11aの先端に噴射ノズル16を設け、この噴射ノズル16から中空部1aの内壁に冷却液を噴射して冷却するものである。
【0041】
[実施例4]
また、実施例4は図6に示すように、導入孔11aの先端に円錐状の傘部材17を設け、導入孔11aから流出する冷却液を傘部材17の傘面に案内させて中空部1aの内壁に流出させて冷却するものである。
【0042】
以上説明したように本発明の誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具によれば、中空円筒の内面を冷却液により冷却しながら、外面を誘導加熱して焼入れするので、円筒部が薄肉であっても、ずぶ焼きになることなく外面に所定の焼入層を形成させることができる。
【0043】
本発明の治具は、この冷却方法として、ワークの両端を冷却ノズルと駆動部材とで挟んで、冷却ノズルと駆動部材に設けられた導入孔と排出孔、あるいは冷却ノズルに設けられた導入管と導入孔を通して、冷却液をワークの中空部1aに導入して行う。このとき、冷却ノズルの回転自在に支持したシール部材と駆動部材のテーパでワークの中空部の両端を水密に挟むので、液漏れが生じない。また、冷却ノズルのワークに接するシール部材は、静止した冷却ノズルに回転自在に支持されて、かつシール部材と冷却ノズルの間も水密にされているので、この部分からも液漏れもない。
【0044】
このように本発明の焼入治具によれば、液漏れしないようにして液冷によって円筒部の内部冷却を行うので、内面が均一に冷却され、均一な深さの焼入層と均一な焼入れ硬さが得られる。すなわち、従来のCuシールド材のように、接触不良による冷却の不均一により焼入層や焼入れ硬さのむらを生ずることがない。また、Cuシールド材の保守を要しないので、焼入れコストの低減ができる。
【0045】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の誘導加熱による中空円筒外面の焼入治具によれば、薄肉円筒の場合でもずぶ焼きになることなく外面に所定の均一硬さの焼入層が形成できる。また、従来のようにCuシールド材を使用しないので、シールド材の保守の必要もなく、焼入れコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明実施例1の焼入治具の断面である。
【図2】 図1のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【図3】 本発明実施例2の焼入治具の断面である。
【図4】 図3のノズル部材とシール部材の詳細断面図である。
【図5】 本発明実施例3の導入孔の説明図である。
【図6】 本発明実施例4の導入孔の説明図である。
【図7】 従来のCuシールド材を使用した場合の図である。
【符号の説明】
1 ワーク(被焼入中空円筒部材)、1a 中空部、1b 焼入層、2 Cuシールド材、3 加熱コイル、11、11´ 冷却ノズル、11a、11´a 導入孔、11b ねじ口、12 シール部材、12a テーパ部、13 ベアリング、13a ゴムシール、14 シールリング、15 導入管、16 噴射ノズル、17 傘部材、21 駆動部材、21a テーパ部、21b 排出孔、21c 貫通孔、22 駆動ギヤ、23 カバー
Claims (2)
- 被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空部の冷却液を排出する排出孔が設けられ該中空部の他端側に水密に接して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と駆動部材の排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させ、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とする誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具。
- 被焼入れ中空円筒部材の中空部に冷却液を導入する導入孔と該液を排出する排出孔が設けられた冷却ノズルと、該冷却ノズルに水密かつ回転自在に支持されかつ前記中空部の一端側に水密に接するシール部材と、前記中空円筒部材の他端側を保持して該中空円筒部材を回転駆動する駆動部材とを備え、前記冷却ノズルの導入孔と排出孔とを通して前記中空部に冷却液を充満しながら流通して中空部内面を冷却しながら、該中空円筒部材を回転させて、その外面表面のみを誘導加熱して該外面を表面焼入れすることを特徴とする誘導加熱による中空円筒部材の外面焼入治具。
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