JP4062594B2 - 芯金及び高周波焼入装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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