JP4062594B2 - 芯金及び高周波焼入装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リング状部材を高周波焼入れする際に使用される芯金及び高周波焼入装置に関し、特に薄肉のリング状部材に好適な芯金及び高周波焼入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、誘導加熱を利用して金属製の被加熱物を加熱して急冷し、硬化させる高周波焼入れが広く用いられている。この高周波焼入れの対象になる部材や部品の一つとしてリング状部材が挙げられる。リング状部材ではその外周面が高周波焼入れされることがある。リング状部材の外周面を高周波焼入れすることによって、この外周面及びその直下の部分(外周層)に硬化層が形成される。
【0003】
リング状部材の外周面を高周波焼入れする際は、この外周面に誘導加熱コイルを接近させて外周面を焼入温度まで加熱する。リング状部材の肉厚が薄いときは、外周面の加熱によって内周面も加熱されることがある。この加熱のため、内周面の強度が低下してリング状部材が変形することもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、リング状部材の外周面を高周波焼入れする際にその変形を抑制できる芯金及び高周波焼入装置を提供することを目的とする。
【0005】
【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芯金は、リング状部材の外周面を高周波焼入れする際に使用される芯金において、
(1)前記リング状部材の内周面に突き当てられると共にその内周面に冷却液を噴射することを特徴とするものである。
【0006】
ここで、前記芯金は、
(2)前記リング状部材の内周面の上部に突き当てられる上部突当部を有するものであってもよい。
【0007】
また、前記芯金は、
(3)前記リング状部材の内周面の下部に突き当てられる下部突当部を有すると共に、冷却液が噴射する噴射孔が記上部突当部と前記下部突当部との間に形成されたものであってもよい。
【0008】
さらに、
(4)前記下部突当部は、前記噴射孔から噴射された冷却液が排出される排出孔が形成されたものであってもよい。
【0009】
さらにまた、前記芯金は、
(5)前記リング状部材の下面を下方から支持する下面支持部を有していてもよい。
【0010】
また、上記目的を達成するための本発明の高周波焼入装置は、
(6)上記した芯金を備え、リング状部材の外周面を高周波焼入れすることを特徴とするものである。
【0011】
なお、ここでいうリング状部材とは、筒状の部材も含まれる概念である。
【0012】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0013】
図1は、高周波焼入装置の芯金を示す斜視図である。図2は、図1の高周波焼入装置を使用してリング状部材を加熱している様子を模式的に示す断面図である。
【0014】
高周波焼入装置10は、リング状部材12の外周面12aに接近して配置される誘導加熱コイル14や、リング状部材12の内周面12bに突き当てられる芯金40を備えている。芯金40はカップ状のものであり、円板状の底壁30と、この底壁30の周縁部から立ち上がったリング状の側壁20とを有する。
【0015】
側壁20の外周面の上部には、リング状部材12の内周面12bの上部に突き当てられる上部突当部22が形成されている。上部突当部22はリング状であって、その外径は、リング状部材12の内周面12bの上部の内径とほぼ等しい。
【0016】
側壁20の外周面の下部には、リング状部材12の内周面12bの下部に突き当てられる下部突当部24が形成されている。下部突当部24もリング状であって、その外径は、リング状部材12の内周面12bの下部の内径とほぼ等しい。また、上部突当部22及び下部突当部24双方の外径は等しい。下部当接部24には、後述する冷却液を排出する多数の排出孔24aが形成されている。これらの排出孔24aは、側壁20の高さ方向に延びている。
【0017】
上部突当部22と下部突当部24との間には、リング状の中間部26が形成されている。中間部26の外径は、上部突当部22と下部突当部24の外径よりも小さい。また、中間部26の外径はリング状部材12の内径よりも小さい。従って、中間部26はリング状部材12の内周面12bに接触しない。このため、中間部26とリング状部材12の内周面12bとの間には隙間(空間)29が形成される。また、中間部26には、リング状部材12の内径方向に並行に延びる多数の噴射孔26aが形成されている。これらの噴射孔26aからは、リング状部材12の内周面12bを冷却する冷却液が噴射される。
【0018】
下部当接部24の下方には、その下部から連続して外側に突出した下面支持部28が形成されている。下面支持部28もリング状であり、その外径は、リング状部材12の外径とほぼ同じである。下面支持部28は、リング状部材12の下面12cを下方から支持する。リング状部材12を高周波焼入装置10にセットする際には、リング状部材12の下面12cが下面支持部28の上面28aに接触するようにリング状部材12を芯金40に載置する。
【0019】
上記した高周波焼入装置10を使用してリング状部材12の外周面12aを焼入れする手順を説明する。
【0020】
芯金40の下面支持部28にリング状部材12を載置し、芯金40の上部開口42に蓋50をする。これにより、芯金40と蓋50に囲まれた空間52が形成される。蓋50の中央部には、蓋50と芯金40を矢印A方向に回転させるロータリージョイント60が固定されている。ロータリージョイント60の内部には、外部から空間52に冷却液を供給する冷却液路62が形成されている。
【0021】
リング状部材12の外周面12aを高周波焼入れする際は、この外周面12aを誘導加熱コイル14で誘導加熱すると同時に、ロータリージョイント60の冷却液路62から空間52に冷却液を供給してこの空間52を冷却液で常に満たす。これにより、噴出孔26aから冷却液が噴射して内周面12bが冷却される。内周面12bを冷却した冷却液は、空間29の下方の排出孔24aから排出される。一方、外周面12aは誘導加熱コイル14で焼入温度に加熱されて、その後、急冷される。これにより、外周面12aに硬化層12dが形成される。
【0022】
上記のようにしてリング状部材12の外周面12aを高周波焼入れした場合、リング状部材12の内周面12bに芯金40が突き当たっているので内周面12bが芯金40で拘束される。この拘束によって、リング状部材12の内径が収縮するような変形が防止される。また、この拘束と同時に、芯金40の噴射孔26aから内周面12bに冷却液が噴射されるので、外周面12aを加熱する際の熱によって内周面12b及びその近傍部分(内周層)が殆ど加熱されない。このため、内周層の強度が熱によって低下しないので、この強度低下に起因するリング状部材12の変形が抑制される。また、内周面12bの上部には上部当接部22が突き当たっているので、内周面12bの上部が内側に倒れ込むような変形は防止される。
【0023】
リング状部材12をS45C(JIS)で作製してその外周面12aを高周波焼入れしたときの変形について説明する。S45C製のリング状部材12の外周面12aを2.5秒間誘導加熱して焼入温度にし、その後、この外周面12aに冷却水を10秒間噴射することにより外周面12aを高周波焼入れした。高周波焼入れ前後、リング状部材12の内径のうち3方向(互いに120°ずつ離れた内径方向)における内径をマイクロメータで測定した。焼入れ前における内径の平均値は199.22mmであり、焼入れ後における内径の平均値は199.27mmであった。従って、焼入れ前後において内径の変化量は0.05mmとなった。一方、本発明の芯金40を使用しない従来の焼入方法では、上記した変化量は0.3mmであった。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の芯金によれば、リング状部材の内周面に芯金が突き当たっているので内周面が芯金で拘束される。この拘束によって、リング状部材の外周面を高周波焼入する際にその内径が縮む(収縮)ような変形が防止される。また、この拘束と同時に、芯金から内周面に冷却液が噴射される。従って、外周面を加熱する際の熱によって内周面及びその近傍部分(内周層)が殆ど加熱されない。このため、内周層の強度が熱によって低下しないので、この強度低下に起因する変形が抑制される。
【0025】
ここで、前記リング状部材の内周面の上部に突き当てられる上部突当部を芯金が有する場合は、内周面の上部が内側に倒れ込むような変形がいっそう確実に防止される。
【0026】
また、前記リング状部材の内周面の下部に突き当てられる下部突当部を芯金が有すると共に、冷却液を噴射する噴射孔が記上部突当部と前記下部突当部との間に形成されている場合は、リング状部材の外周面の上部と下部との間の部分を高周波焼入れするときは、この間の部分に相当する内周面に冷却液が噴射されるので、リング状部材の変形を効率良く抑制できる。
【0027】
さらに、前記下部突当部は、前記噴射孔から噴射された冷却液が排出される排出孔が形成されたものである場合は、冷却液が排出孔から速やかに排出される。
【0028】
さらにまた、前記リング状部材の下面を下方から支持する下面支持部を芯金が有する場合は、芯金の下面支持部にリング状部材を載置することによりリング状部材を芯金にセットできることとなるので、使い勝手の良い芯金が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波焼入装置の芯金を示す斜視図である。
【図2】図1の高周波焼入装置を使用してリング状部材を加熱している様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10 高周波焼入装置
12 リング状部材
12a リング状部材の外周面
12b リング状部材の内周面
20 芯金の側壁
22 上部突当部
24 下部突当部
24a 排出孔
26 中間部
26a 噴射孔
28 下面支持部
30 芯金の底壁
40 芯金
Claims (7)
- リング状部材の外周面を高周波焼入れする際に使用される芯金において、
前記リング状部材の内周面の上部に突き当てられる上部突当部を有し、
前記上部突当部を前記リング状部材の内周面の上部に突き当てると共にその内周面に冷却液を噴射することを特徴とする芯金。 - 前記リング状部材の内周面の下部に突き当てられる下部突当部を有すると共に、冷却液が噴射する噴射孔が前記上部突当部と前記下部突当部との間に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の芯金。
- 前記下部突当部は、前記噴射孔から噴射された冷却液が排出される排出孔が形成されたものであることを特徴とする請求項2に記載の芯金。
- リング状部材の外周面を高周波焼入れする際に使用される芯金において、
前記リング状部材の内周面の上部に突き当てられる上部突当部と、
前記リング状部材の下面を下方から支持する下面支持部とを有し、
前記上部突当部を前記リング状部材の内周面の上部に突き当てると共にその内周面に冷却液を噴射することを特徴とする芯金。 - 前記リング状部材の内周面の下部に突き当てられる下部突当部を有すると共に、冷却液が噴射する噴射孔が前記上部突当部と前記下部突当部との間に形成されたことを特徴とする請求項4に記載の芯金。
- 前記下部突当部は、前記噴射孔から噴射された冷却液が排出される排出孔が形成されたものであることを特徴とする請求項5に記載の芯金。
- 請求項1から6までのうちのいずれか一項に記載の芯金を備え、リング状部材の外周面を高周波焼入れすることを特徴とする高周波焼入装置。
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