JP4965310B2 - 薄肉プレート部材の拘束焼入装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、円形鋼板のシート用ラチェットの外径部をプレスフォーミングやフローフォーミングなどによって肉厚に加工してリム部を形成させ、そのリム部に歯形を成形した薄肉プレート部材の拘束焼入装置及びその方法に関する。

従来の先行工程の熱処理により変形を起こした環状部材のワークＷの矯正方法では、加圧治具１０２は、ワークＷの中心に対して一方向に対向した形で配置され、互いに正反対の向きに進退する。ワークＷの外周近傍には、その外周をほぼカバーするようにして、上下一対の加熱治具である誘導加熱コイル１０３が加圧治具１０２を挟む上下の位置に配置されている。そして、ワークＷを加圧治具１０２で外形側から挟んで押圧して弾性変形を起こさせながら、誘導加熱コイル１０３で所定のテンパ温度に加熱する。このとき、変形矯正前に予めワークＷの外径（または内径）寸法を少なくとも二箇所以上測定し、その測定結果に基づいて変形を起こしているワークＷに変形矯正の加工を施す（ワークＷの外径面と内径面との少なくとも一方に加圧治具１０２より荷重を加えて焼入れ変形を矯正する）（特許文献１）。
特開２００１−１１５３７（段落００１０、００１１ 図１）

しかしながら、特許文献１では、ワークＷの外側から押圧を加えながら加熱して矯正している。そのために、特許文献１では、焼入れ変形の矯正のための加圧治具１０３等を必要とし、熱処理工程を実施する装置へ加圧治具１０２等を追加しなければならず、熱処理工程を実施する装置全体の複雑化が否めないとともに、熱処理工程の煩雑化を招く。このように、熱処理工程に変形矯正のための工程が加わり、変形矯正のための加圧治具１０２等を作動させなければならず、作業効率という面からも非効率にならざるを得ない。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、熱処理工程に熱処理によるワークの変形の矯正のためだけの工程を加えることなく、熱処理と同時にワークの変形を抑止する薄肉プレート部材の拘束焼入装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、一方の押圧用センタ支持治具と、一方の前記押圧用センタ支持治具と対向する他方の押圧用センタ支持治具とで薄肉プレート部材を挟持して、誘導加熱コイルにより前記薄肉プレート部材を誘導加熱焼入れする薄肉プレート部材の拘束焼入装置において、一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側には、前記薄肉プレート部材の外周部を載置するために配設されたリング形状のワーク受けと、リング形状の前記ワーク受けに前記薄肉プレート部材の外周部を載置した際に、前記薄肉プレート部材の軸孔へ挿入可能となるように、一方の前記押圧用センタ支持治具に備えられた一方の押圧用センタと、一方の前記押圧用センタと対向し、前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面に当接する、他方の前記押圧用センタ支持治具に備えられた、棒状の他方の押圧用センタと、棒状の他方の前記押圧用センタの外径部と同心状に設けられた前記誘導加熱コイルに組み込まれ、棒状の他方の前記押圧用センタと対向するように設けられたコア部材と、を備え、棒状の他方の前記押圧用センタの端面の外径部は一方の前記押圧用センタ支持治具にセットされる前記薄肉プレート部材の軸孔より大径であり、一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側に配設されたリング形状の前記ワーク受けに載置された薄肉プレート部材を移動することで、棒状の他方の前記押圧用センタの端面に前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面を当接させて前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部に押圧を加えることにより、前記ワーク受けから前記薄肉プレート部材の外周部への押圧と、棒状の他方の前記押圧用センタの端面から前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部へ押圧とにより、前記薄肉プレート部材を拘束することを特徴とする。

従って、請求項１に記載の発明によれば、薄肉プレート部材の軸孔を一方の押圧用センタ支持治具に備えられた一方の押圧用センタの端面と重なり合わせ、一方の押圧用センタ支持治具の端面側に配設されたリング形状のワーク受けに薄肉プレート部材の外周部を載置し、一方の押圧用センタ支持治具と対向する他方の押圧用センタ支持治具に備えられた、棒状の他方の押圧用センタを薄肉プレート部材へ移動し、薄肉プレート部材の軸孔より大径である、棒状の他方の押圧用センタの端面を薄肉プレート部材へ当接させて薄肉プレート部材に押圧を加える。

他方の押圧用センタの端面を薄肉プレート部材へ当接させて薄肉プレート部材に、ワーク受けと、棒状の他方の押圧用センタの端面とからの押圧を薄肉プレート部材に加えて、薄肉プレート部材を拘束した状態で、棒状の他方の押圧用センタ側に設けられた誘導加熱コイルにより薄肉プレート部材を加熱焼入れすることが可能になる。

また、請求項２に記載の発明は、薄肉プレート部材の軸孔を一方の押圧用センタ支持治具に備えられた一方の押圧用センタの端面と重なり合わせ、一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側に配設されたリング形状のワーク受けに前記薄肉プレート部材の外周部を載置する工程と、一方の前記押圧用センタ支持治具と対向する他方の押圧用センタ支持治具に備えられた、棒状の他方の押圧用センタへ一方の前記押圧用センタ支持治具に載置された前記薄肉プレート部材を移動し、前記薄肉プレート部材の軸孔より大径である、棒状の他方の前記押圧用センタの端面を前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面へ当接させて前記薄肉プレート部材に押圧を加える工程と、棒状の他方の前記押圧用センタの端面に前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面を当接させて前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部に押圧を加えることにより、前記ワーク受けから前記薄肉プレート部材の外周部への押圧と、棒状の他方の前記押圧用センタの端面から前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部へ押圧とにより、前記薄肉プレート部材を拘束する工程と、前記薄肉プレート部材を拘束した状態で、棒状の他方の前記押圧用センタ側に設けられた誘導加熱コイルにより前記薄肉プレート部材を誘導加熱焼入れする工程と、を備えたことを特徴とする。

従って、請求項２に記載の発明によれば、前記薄肉プレート部材の軸孔より大径である、棒状の他方の押圧用センタの端面を薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面へ当接させることにより、薄肉プレート部材の外周部へはワーク受けからの押圧が加わり、薄肉プレート部材のホイール部へは棒状の他方の押圧用センタの端面とからの押圧が加わる。

それぞれの押圧の加わる方向は逆方向であるため、薄肉プレート部材は拘束された状態になり、誘導加熱コイルにより薄肉プレート部材が誘導加熱されても薄肉プレート部材の変形を抑止することが可能になる。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、他方の前記押圧用センタ支持治具側に設けられた誘導加熱コイルには、棒状の他方の前記押圧用センタと対向するようにコア部材が組み込まれていることを特徴とする。

従って、請求項３に記載の発明によれば、誘導加熱コイルと棒状の他方の押圧用センタとの間にコア部材が設けられるように、コア部材が誘導加熱コイルに組み込まれているため、誘導加熱コイルによる誘導加熱がコア部材があるために直接棒状の他方の押圧用センタに及ばず棒状の他方の押圧用センタの誘導加熱を防止して保護することが可能になる。

本発明によれば、薄肉プレート部材の外周部へは一方の押圧用センタ支持治具のワーク受けからの押圧が加わり、薄肉プレートのホイール部へは他方の押圧用センタの端面とからの押圧が加わり、薄肉プレート部材は拘束された状態になり、その状態で誘導加熱コイルにより薄肉プレート部材が誘導加熱されても薄肉プレート部材の変形を抑止して、薄肉プレートの焼入れを行うことができる。このように、薄肉プレート部材であるワークの変形矯正のための治具等を必要とせず、熱処理と同時にワークの変形を抑止することができ、熱処理の作業効率の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本例で使用されるワークの一例である薄肉プレート部材１は、図１に示すように、円形鋼板の外周をフォーミングによって肉厚に成形してホイール部１２と、薄肉プレート部材の外周部であるリム１３が形成されている。リム１３の内周にはプレス加工により歯形部１４が成形されている。ホイール部１２は、図１に示すように、皿状の形状であり、その皿状の形状に凹凸部がプレス加工されている。薄肉プレート部材１の中心である、ホイール部１２の中心に軸孔１５が設けられている。

本例での薄肉プレート部材の焼入れ用装置１０には、図２に示すように、一方の押圧用センタ支持治具３５には一方の押圧用センタ（棒状部材）３が備えられ、他方の押圧用センタ支持治具２５には他方の押圧用センタ（棒状部材）２が備えられており、押圧用センタ２と押圧用センタ３とで薄肉プレート部材１を挟持する構成になっている。そして、押圧用センタ支持治具２５と押圧用センタ支持治具３５とは対向して設けられており、押圧用センタ２と押圧用センタ３とも、押圧用センタ支持治具２５と押圧用センタ支持治具３５と同様に、押圧用センタ２の端面２２と押圧用センタ３の端面３２とが対向するように設けられている。

一方の押圧用センタ支持治具３５は椀形状の椀部３６と、椀部３６の底部３７に組み込まれている棒状の支持部３８とから構成されている。押圧用センタ支持治具３５の椀形状の椀部３６の端面３６ａには窪み部３６ａ１が設けられており、この窪み部３６ａ１には、スペーサ４及びワーク受け５が配置されている。スペーサ４はスペーサ４上に配置されるワーク受け５の位置を調節するために用いられる（具体的には、押圧用センタ支持治具３５とワーク受け５の間隔を調整することになる）。そして、このスペーサ４及びワーク受け５はリング形状の円盤の部材であり、図２に示すように、窪み部３６ａ１上にスペーサ４を配置し、スペーサ４上にワーク受け５を配置している。

なお、本例で用いるワーク受け５は、誘導加熱されないように絶縁材よりなるが、特に誘導加熱されない材料であればよい。窪み部３６ａ１にスペーサ４及びワーク受け５を配置した際に窪み部３６ａ１からスペーサ４及びワーク受け５がはみ出さないように、図２に示すように、スペーサ４及びワーク受け５は窪み部３６ａ１の幅と同じに形成されている。そして、椀部３６の外側より抑え部材４１を取り付け、固定部材であるボルトにより抑え部材を椀部３６に固定し、スペーサ４及びワーク受け５を端面３６ａの窪み部３６ａ１内に保持している。

また、支持部３８の端部３８ａは、図２に示すように、椀部３６の底部３７より椀部３６内に突き出ており、支持部３８の端部３８ａに押圧用センタ３が組み込まれている。押圧用センタ３は略円柱形状の円筒部材である。この支持部３８の端部３８ａへの押圧用センタ３の取り付けは、図２に示すように、支持部３８の端部３８ａには雄ねじ部が形成されており、押圧用センタ３には、押圧用センタ３の長手方向に沿って中心穴３ａが設けられて、その中心穴３ａには雌ねじ部が設けられている。そして、支持部３８の端部３８ａと押圧用センタ３の中心穴３ａとが螺合して、支持部３８の端部３８ａに押圧用センタ３が取り付けられている。さらに、支持部３８の端部３８ａと押圧用センタ３との固定を強固にするために、押圧用センタ３の側面に中心穴３ａに通じる雌ねじ部が形成された側穴部３ｂを設けボルトと螺合して、そのボルトの先端が支持部３８の端部３８ａに当接している。

押圧用センタ３の端面３２側は、図２に示すように、押圧用センタ３の外径部３３より細い、薄肉プレート部材１の軸孔１５を挿入可能な大きさの外径部３１が形成されている。そして、この外径部３１は、薄肉プレート部材１の厚さよりも長くなるように押圧用センタ２１に形成されている。そのため、押圧用センタ３の端面３２側は、図２に示すように、段付き形状となっている。そして、押圧用センタ３の端面３２が、押圧用センタ３の端面３２に対向する押圧用センタ２の端面２２に接近したり、離れたりすることが可能になるように、押圧用センタ３が押圧用センタ支持治具３５に組み込まれている。また、押圧用センタ３の端面３２に対向する押圧用センタ２は、薄肉プレート部材１への押圧による荷重の調整（条件に合わせて押圧による荷重の調整）をできるように、押圧用センタ支持治具２５に組み込まれている。また、この押圧用センタ２は、誘導加熱の間、薄肉プレート部材１に合わせて稼動する（薄肉プレート部材１の回転とともに回転する）。

他方の押圧用センタ２（の端面２２）の外径部２１は押圧用センタ３（の端面３２）の外径部３１より大きく、押圧用センタ支持治具３５にセットされる薄肉プレート部材１の軸孔１５より大径となっている。つまり、押圧用センタ２の端面２２が軸孔１５の縁部の表面１５ａを押圧できるようになっている。具体的には、押圧用センタ２の端面２２に凹部２２ａを設けることで押圧用センタ２の端面２２の縁部２２ｂが薄肉プレート部材１の軸孔１５の縁部の表面１５ａに当接し、押圧を加えられるようになっている。

また、他方の押圧用センタ支持治具２５側には、誘導加熱コイル６が押圧用センタ２の外径部２１と同心状に設けられ他方の押圧用センタ２と対向している。この誘導加熱コイル６は、薄肉プレート部材１の歯形部１４に焼入れができるように、窪み部６ａが設けられ、誘導加熱コイル６の窪み部６ａと歯形部１４とが対向するようになっている。また、図１に示すように、誘導加熱コイル６には、押圧用センタ２と対向するようにコア部材７が組み込まれている。コア部材７は、誘導加熱コイル６と対向し、誘導加熱コイル６と押圧用センタ２とが直接対向しないように設けられ、押圧用センタ２への誘導加熱コイル６からの熱の直接の伝達を防止できるようになっている。さらに、コア部材７と押圧用センタ２との間には、隙間２７が形成されており、この隙間２７を冷却水等が通ることが可能になっている。

つぎに、上記構成の薄肉プレート部材の焼入れ用装置１０の動作について説明する。

まず、薄肉プレート部材１の軸孔１５が押圧用センタ３の端面３２と一致した（重なり合う）状態にして、押圧用センタ支持治具３５の椀部３６の端面３６ａの窪み部３６ａ１に配置されたスペーサ４上のワーク受け５上に薄肉プレート部材１の外周部（リム部１３）を載置する。

具体的には、薄肉プレート部材１の外周部（リム部１３）の裏面側１３ｂをワーク受け５の縁部５１に載せる。その結果、当然に薄肉プレート部材の外周部（リム部１３）の表面側１３ａは押圧用センタ支持治具２５側に向く。その際、押圧用センタ３の外径部３１が薄肉プレート部材１のホイール部１２の裏面側１２ｂから薄肉プレート部材１の軸孔１５内に挿入され、薄肉プレート部材１は軸孔１５を基準として押圧用センタ支持治具３５と同心に載置される。

つぎに、押圧用センタ３の外径部３１が薄肉プレート部材１の軸孔１５内に挿入されている薄肉プレート部材１の表面１ａ上に、押圧用センタ２を配置する。具体的には、押圧用センタ支持治具３５を移動し、押圧用センタ支持治具３５に載置された前記薄肉プレート部材１を移動し、押圧用センタ支持治具２５に接近させ、押圧用センタ２の端面２２の縁部２２ｂを薄肉プレート部材１のホイール部１２の表面側１２ａの軸孔１５の縁部の表面１５ａに当接させる。押圧用センタ２の外周には、誘導加熱コイル６が設けられており、押圧用センタ２の端面２２の縁部２２ｂが軸孔１５の縁部の表面１５ａに当接することで、誘導加熱コイル６の窪み部６ａがリム部１３の内周に成形された歯形部１４と対向する。

そして、押圧用センタ支持治具３５を押圧用センタ支持治具２５へ移動した後、押圧用センタ２が薄肉プレート部材１を押圧する。具体的には、押圧用センタ２の端面２２の縁部２２ｂが薄肉プレート部材１の軸孔１５の縁部の表面１５ａ（薄肉プレート部材１のホイール部１２の中心部近傍）を押圧して拘束する（ホイール部１２の表面側１２ａから裏面側１２ｂへの押圧が加わり薄肉プレート部材１を拘束される）。また、ワーク受け５上の薄肉プレート部材１の外周部（リム部１３）は、ワーク受け５により薄肉プレート部材１の外周部（リム部１３）へ押圧が加わり、薄肉プレート部材１の外周部（リム部１３）が押圧されて拘束される（リム部１３の裏面側１３ｂから表面側１３ａへ押圧が加わり薄肉プレート部材１を拘束される）。

以上のようにして、押圧用センタ２、押圧用センタ３及び押圧用センタ支持治具３５により、薄肉プレート部材１の軸孔１５の縁部、薄肉プレート部材１の外周部であるリム部１３が押圧されて拘束される。そして、この薄肉プレート部材１を装着した焼入用装置１０内の、押圧用センタ支持治具３５、押圧用センタ支持治具３５に載置された薄肉プレート部材１、及び薄肉プレート部材１を挟持している、押圧用センタ２と押圧用センタ３とが図示しない手段により回転し、通電された誘導加熱コイル６が薄肉プレート部材１を誘導加熱する。そして、薄肉プレート部材１が焼入温度に昇温後に図示しない手段で冷却液を噴射して急冷する。

具体的には、図２に示すように、誘導加熱コイル６に通電して誘導加熱するため、その誘導加熱による熱が薄肉プレート部材１へ伝わるが、薄肉プレート部材１の軸孔１５の縁部の表面１５ａ、及び外周部であるリム部１３が押圧して拘束されている。そのため、薄肉プレート部材１は形状が保持された状態となっており、誘導加熱による変形が生じ難い。また、誘導加熱コイル６にはコア部材７が押圧用センタ２に対向して組み込まれているため、誘導加熱コイル６の誘導加熱による熱が直接押圧用センタ２に伝わらない。その結果、誘導加熱コイル６の誘導加熱による熱から押圧用センタ２を保護し、割れ、変形等の防止を図り、寿命を伸ばすことが可能になる。

そして、本例においては、図２に示すように、誘導加熱コイル６の外側（矢印Ａ方向）と、誘導加熱コイル６の内側である隙間２７（矢印Ｂ方向）から窒素を注入し窒素雰囲気を形成した後、薄肉プレート部材１を誘導加熱コイル６により加熱冷却し、冷却水及び窒素は孔部３６ｂから排出され、歯形部１４を含めた薄肉プレート部材１の焼入れが完了する。本例においては、窒素を注入して窒素雰囲気を形成しているが、特に窒素を注入することに限定されない。

本発明の薄肉プレート部材の拘束焼入装置で用いる薄肉プレート部材の説明図である。（ａ）は薄肉プレート部材の正面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明である薄肉プレート部材の拘束焼入装置で薄肉プレート部材に焼入れする状況を示す説明図である。 従来の薄肉プレート部材の焼入れを示す説明図である。

符号の説明

１…薄肉プレート部材、１２…ホイール部、１３…リム部、１４…歯形部、１５…軸孔
２…押圧用センタ、２１…外径部、２２…端面、２２ａ…凹部、２２ｂ…縁部、２５…押圧用センタ支持治具、
３…押圧用センタ、３ａ…中心穴、３ｂ…側穴部、３１…外径部、３２…端面、３３…外径部、３５…押圧用センタ支持治具、３６…椀部、３６ａ…端面、３６ａ１…窪み部、３７…底部、３８…支持部
４…スペーサ、４１…抑え部材
５…ワーク受け、５１…縁部
６…誘導加熱コイル、６ａ…窪み部
７…コア部材
１０…薄肉プレート部材の拘束焼入装置

Claims (3)

1. 一方の押圧用センタ支持治具と、一方の前記押圧用センタ支持治具と対向する他方の押圧用センタ支持治具とで薄肉プレート部材を挟持して、誘導加熱コイルにより前記薄肉プレート部材を誘導加熱焼入れする薄肉プレート部材の拘束焼入装置において、
   一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側には、前記薄肉プレート部材の外周部を載置するために配設されたリング形状のワーク受けと、
   リング形状の前記ワーク受けに前記薄肉プレート部材の外周部を載置した際に、前記薄肉プレート部材の軸孔へ挿入可能となるように、一方の前記押圧用センタ支持治具に備えられた一方の押圧用センタと、
   一方の前記押圧用センタと対向し、前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面に当接する、他方の前記押圧用センタ支持治具に備えられた、棒状の他方の押圧用センタと、
   棒状の他方の前記押圧用センタの外径部と同心状に設けられた前記誘導加熱コイルに組み込まれ、棒状の他方の前記押圧用センタと対向するように設けられたコア部材と、を備え、
   棒状の他方の前記押圧用センタの端面の外径部は一方の前記押圧用センタ支持治具にセットされる前記薄肉プレート部材の軸孔より大径であり、
   一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側に配設されたリング形状の前記ワーク受けに載置された薄肉プレート部材を移動することで、
   棒状の他方の前記押圧用センタの端面に前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面を当接させて前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部に押圧を加えることにより、前記ワーク受けから前記薄肉プレート部材の外周部への押圧と、棒状の他方の前記押圧用センタの端面から前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部へ押圧とにより、前記薄肉プレート部材を拘束することを特徴とする薄肉プレート部材の拘束焼入装置。
2. 薄肉プレート部材の軸孔を一方の押圧用センタ支持治具に備えられた一方の押圧用センタの端面と重なり合わせ、一方の前記押圧用センタ支持治具の端面側に配設されたリング形状のワーク受けに前記薄肉プレート部材の外周部を載置する工程と、
   一方の前記押圧用センタ支持治具と対向する他方の押圧用センタ支持治具に備えられた、棒状の他方の押圧用センタへ一方の前記押圧用センタ支持治具に載置された前記薄肉プレート部材を移動し、前記薄肉プレート部材の軸孔より大径である、棒状の他方の前記押圧用センタの端面を前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面へ当接させて前記薄肉プレート部材に押圧を加える工程と、
   棒状の他方の前記押圧用センタの端面に前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部の表面を当接させて前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部に押圧を加えることにより、前記ワーク受けから前記薄肉プレート部材の外周部への押圧と、棒状の他方の前記押圧用センタの端面から前記薄肉プレート部材の軸孔の縁部へ押圧とにより、前記薄肉プレート部材を拘束する工程と、
   前記薄肉プレート部材を拘束した状態で、棒状の他方の前記押圧用センタ側に設けられた誘導加熱コイルにより前記薄肉プレート部材を誘導加熱焼入れする工程と、を備えたことを特徴とする薄肉プレート部材の拘束焼入れ方法。
3. 他方の前記押圧用センタ支持治具側に設けられた誘導加熱コイルには、棒状の他方の前記押圧用センタと対向するようにコア部材が組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載の薄肉プレート部材の拘束焼入れ方法。

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