JP5079319B2 - 焼戻用加熱コイル - Google Patents

Description

本発明は、軸部にフランジが形成されたフランジ付き軸状部品を焼き戻しするための焼戻用加熱コイルに関する。

誘導加熱を利用して金属部材など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知られている。この高周波焼入れの対象となる部品や製品などの一つとして、軸部とフランジを有するフランジ付き軸状部品が挙げられる。このフランジ付き軸状部品には、軸部の長手方向一端部からこの軸部に直交して広がる円板状のフランジが形成されているものがある。フランジ付き軸状部品を焼入れするに当たっては、その用途に応じて様々な部分を焼入れするが、例えば、軸部の外周面、及び軸部とフランジとの境界部分を焼入れすることがある。このように焼入れした後は、通常、焼入れした部分を焼戻しして靭性を高める。

焼戻しに際しては、鋼種や使用目的に応じた温度で焼戻しするのであるが、焼入れした部分だけを高周波誘導加熱コイルを使用して焼戻しすることもある。焼入れした部分がフランジ付き軸状部品の軸部の外周面、及び軸部とフランジとの境界部分である場合、この外周面に沿って延びる導体部と、この境界部分に沿って延びる導体部とを有する誘導加熱コイルが使用される。

ところが、上記のような誘導加熱コイルを使用して、フランジ付き軸状部品の軸部の外周面、及び軸部とフランジとの境界部分を焼戻しした場合、境界部分の硬化層が十分に焼戻しされずに、求める靭性が得られないという問題が生じた。具体的には、フランジ部と軸部では加熱面積に差があるので、均一な温度バランスを得ることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、フランジ付き軸状部品の軸部の外周面、及び軸部とフランジとの境界部分双方の硬化層を一様に焼戻しできる焼戻用加熱コイルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、以下のような発明に想到した。本件出願に係る焼戻用加熱コイルは、その外周面が焼入れされた軸部と、該軸部に交差して広がると共に前記軸部との境界部分が焼入れされたフランジとを有するフランジ付き軸状部品の前記焼入れされた部分を焼戻しするための焼戻用加熱コイルにおいて、当該焼戻用加熱コイルは、高周波電源に接続して電流を供給するリード部を備え、当該リードの先端から略環状に延びて当該リード部の近傍に先端が位置する円弧状の境界部分加熱用導体部を延設配置し、当該境界部分加熱用導体部の先端部から上方に向けて接続導体を介して柱状の外周面加熱用導体部を延設配置し、当該外周面加熱用導体部の先端から境界部分加熱用導体部の略環状形状の中心角として境界部分加熱用導体部の形状に沿って約１８０°回転した位置まで同一平面内を延びる「コ」字状又は円弧状の接続導体部を延設配置し、当該接続導体部の先端から下方に向けて柱状の外周面加熱用導体部及び接続導体を境界部分加熱用導体部近傍まで延設配置し、当該接続導体の先端から境界部分加熱用導体部の外周に沿って中心角１５０°〜２１０°の円弧状の非焼入部分加熱用導体部を延設配置し、当該非焼入部分加熱用導体部の先端に高周波電源に接続するリード部が延設配置することで、当該各導体部が焼入れの終了したフランジ付き軸状部品を配置する空間を構成し、当該一方のリード部から供給された電流が、当該境界部分加熱用導体部、当該「コ」字状又は円弧状の接続導体部、及び、当該境界部分よりも外側に位置する非焼入部分を加熱するための当該非焼入部分加熱用導体部において同一方向に流れるようにしてフランジ付き軸状部品を焼戻し加熱することを特徴とするものである。

そして、本件出願に係る焼戻用加熱コイルは、前記フランジ付き軸状部品に対して相対的に回転することが好ましい。

また、本件出願に係る焼戻用加熱コイルの前記境界部分加熱用導体部は、外周に位置する非焼入部分加熱用導体部が存在しない位置に磁束を制御するためのコアを設けることも好ましい。

本発明の焼戻用加熱コイルを採用することで、前記各導体部が構成した空間内に焼入れの終了したフランジ付き軸状部品を配置し、一方のリード部から供給された電流が、当該境界部分加熱用導体部、当該「コ」字状又は円弧状の接続導体部、及び、当該非焼入部分加熱用導体部において同一方向に流れるようにし焼戻し加熱する。この焼戻用加熱コイルを採用する事により、フランジ付き軸状部品の軸部の外周面、及び軸部とフランジとの境界部分双方の硬化層を一様に焼戻しできる。また、この焼戻しの際に、フランジのうち境界部分よりも外側に位置する非焼入部分も非焼入部分加熱用導体部によって加熱される。この加熱によって、フランジのうち境界部分よりも外側の部分（非焼入部分）に熱が与えられる（非焼入部分も高温になる）。従って、焼戻しの際に、硬化層の形成された境界部分に与えられる熱は、フランジの外側部分に逃げずに（放熱せずに）境界部分に集中するのでこの硬化層が十分に加熱される。

本発明は、軸部にフランジが形成されたフランジ付き軸状部品を焼戻しするための焼戻用加熱コイルに実現された。

図１と図２を参照して、本発明の焼戻用加熱コイルの一例を説明する。図１（ａ）は、焼戻用加熱コイルを示す斜視図であり、（ｂ）は、境界部分加熱用導体部の一部にコアを取り付けた例を示す部分平面図である。図２は、図１の焼戻用加熱コイルによって焼き戻しされるフランジ付き軸状部品を示す斜視図である。図１では、ある一瞬の電流の流れを一点鎖線で示している。

焼戻用加熱コイル１０は、ワークＷの焼入れされた部分（後述する外周面３２と境界部分４２）を焼戻しするためのものである。ワークＷは、外周面３２が焼入れされた軸部３０と、この軸部３０の下端部で軸部３０に直交して広がると共に軸部３０との境界部分４２が焼入れされたフランジ４０とを有している。焼入れされた外周面３２と境界部分４２が焼戻用加熱コイル１０によって焼戻しされる。

焼戻用加熱コイル１０は、外周面３２に近接してこの外周面３２を誘導加熱して焼戻しするための２つの外周面加熱用導体部１２，１４と、環状の境界部分４２に近接してこの境界部分４２を誘導加熱して焼戻しするための略環状の境界部分加熱用導体部１６とを備えている。２つの外周面加熱用導体部１２，１４は、軸部３０の長手方向に延びる柱状のものであり、適宜の距離だけ離れている。この距離は、境界部分加熱用導体部１６の中心角で表したときは例えば約１８０°の位置に相当する。外周面加熱用導体部１２は境界部分加熱用導体部１６の上面に電気的に接続されている。外周面加熱用導体部１４は、境界部分加熱用導体部１６の上方に位置している。境界部分加熱用導体部１６のうち外周面加熱用導体部１２の近傍部分は、電気的絶縁物２０で互いに電気的に絶縁されている。境界部分加熱用導体部１６のうち、電気的絶縁物２０を挟んで外周面加熱用導体部１２とは反対側の部分は、高周波電源２２に接続されたリード部２４に接続されている。外周面加熱用導体部１２の上端部と外周面加熱用導体部１４の上端部は「コ」字状の接続導体部１５によって電気的に接続されているが、接続導体部１５を円弧状にしてもよい。

また、焼戻用加熱コイル１０は、フランジ４０のうち境界部分４２よりも外側に位置する非焼入部分４４を誘導加熱するための非焼入部分加熱用導体部１８を備えている。非焼入部分４４とは、図２の破線で示す部分（領域）であり、境界部分４２を囲むようにその外側に形成されている。非焼入部分４４は焼入硬化されていない環状の部分である。非焼入部分加熱用導体部１８は、境界部分加熱用導体部１６に沿って境界部分加熱用導体部１６の外側を延びる略半円の円弧状のものである。この円弧の中心角は、１８０°（半円）でなくてもよく、１５０°から２１０°までの範囲内程度であればよい。非焼入部分加熱用導体部１８の長手方向（円周方向）の一端部１８ａは接続導体２６を介して外周面加熱用導体部１４の下端部に電気的に接続されている。接続導体２６は、その下方に位置する境界部分加熱用導体部１６には接触していない。また、非焼入部分加熱用導体部１８の長手方向（円周方向）の他端部１８ｂはリード部２８を介して高周波電源２２に電気的に接続されている。なお、図１（ｂ）に示すように、境界部分加熱用導体部１６のうち、非焼入部分加熱用導体部１８とは反対側の略半円部分にコア１７を取り付けてもよい。このコア１７によって磁束が境界部分４２に集中し易くなる。

ワークＷの外周面３２と境界部分４２を焼戻しするに際しては、ワークＷの軸部３０が外周面加熱用導体部１２、１４の間に位置し、境界部分４２の上方の近傍に境界部分加熱用導体部１６が位置し、さらに、非焼入部分４４の上方の近傍に非焼入部分加熱用導体部１８が位置するように、ワークＷと焼戻用加熱コイル１０を位置決めする。この場合、ワークＷは載置台（図示せず）に載置された状態で軸部３０の周方向に回転し、焼戻用加熱コイル１０は固定されて動かない。高周波電源２２から焼戻用加熱コイル１０に電力を供給することにより、焼戻用加熱コイル１０に高周波電流が流れる。この高周波電流は、ある一瞬においては、図１の一点鎖線で表すように流れる。

図３から図５までを参照して、ワークＷの外周面３２と境界部分４２を焼戻しした例を説明する。図３は、ワークと誘導加熱コイルの位置関係を示す図１のＡ―Ａ断面図であってワークを追加記載したものであり、ワークのうち焼入硬化された部分は間隔の広い斜線で表している。図４は、図３のａ，ｂ，ｃにおける焼戻し硬さ分布を表すグラフである。図５は、比較のために非焼入部分加熱用導体部１８が無い誘導加熱コイルを使用した例を示すグラフであり、図３のｃに相当する複数箇所における焼戻後の硬さを表すグラフである。これらの図では、図１と図２に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

ワークＷの外周面３２と境界部分４２には、図３の斜線で示すように焼入硬化層（焼戻しされる層）が形成されている。外周面３２は、外周面加熱用導体部１２、１４を流れる高周波電流によって誘導加熱されて焼戻しされる。境界部分４２は、境界部分加熱用導体部１６を流れる高周波電流によって誘導加熱されて焼戻しされる。この焼戻しの際に、境界部分加熱用導体部１６によって境界部分４２に与えられる熱は、フランジの外側部分（非焼入部分４４など）に逃げようとする（放熱されようとする）。このため、非焼入部分加熱用導体部１８で非焼入部分４４を加熱しないときは、境界部分４２の焼入硬化層の全体は焼戻しに必要な温度まで昇温せずに、図５に示すように、境界部分４２であっても測定部位によって硬さ分布に差Ｈが生じる。

これに対し、非焼入部分加熱用導体部１８で非焼入部分４４を加熱した場合は、この加熱によって、フランジ４０のうち境界部分４２よりも外側の部分（非焼入部分４４）にも熱が与えられる（非焼入部分４４も昇温する）。このように、焼戻しの際に、フランジ４０の境界部分４２のみならず非焼入部分４４も加熱した場合は、硬化層の形成された境界部分４２に与えられる熱は、フランジ４０の外側部分に逃げずに（放熱せずに）境界部分４２に集中するのでこの硬化層が十分に加熱される。この結果、ワークＷの軸部３０の外周面３２及び境界部分４２双方の硬化層を一様に焼戻しできる。このようにして焼戻しした場合は、図４に示すように、外周面３２も境界部分４２も一様に焼戻しされて一様な硬さ分布が得られる。

（ａ）は、焼戻用加熱コイルを示す斜視図であり、（ｂ）は、境界部分加熱用導体部の一部にコアを取り付けた例を示す部分平面図である。 図１の焼戻用加熱コイルによって焼き戻しされるフランジ付き軸状部品を示す斜視図である。 誘導加熱コイルとワークの位置関係を示す図１のＡ―Ａ断面図であり、焼入硬化された部分は間隔の広い斜線で表している。 図３のａ，ｂ，ｃにおける焼戻し硬さ分布を表すグラフである。 比較のために非焼入部分加熱用導体部１８が無い誘導加熱コイルを使用した例を示すグラフであり、図３のｃに相当する複数箇所における焼戻し硬さ分布を表すグラフである。

１０ 焼戻用加熱コイル
１２，１４ 外周面加熱用導体部
１６ 境界部分加熱用導体部
１８ 非焼入部分加熱用導体部
３０ 軸部
３２ 外周面
４０ フランジ
４２ 境界部分
４４ 非焼入部分
Ｗ フランジ付き軸状部品

Claims (3)

1. その外周面が焼入れされた軸部と、該軸部に交差して広がると共に前記軸部との境界部分が焼入れされたフランジとを有するフランジ付き軸状部品の前記焼入れされた部分を焼戻しするための焼戻用加熱コイルにおいて、
   当該焼戻用加熱コイルは、高周波電源に接続して電流を供給するリード部を備え、当該リードの先端から略環状に延びて当該リード部の近傍に先端が位置する円弧状の境界部分加熱用導体部を延設配置し、
   当該境界部分加熱用導体部の先端部から上方に向けて接続導体を介して柱状の外周面加熱用導体部を延設配置し、
   当該外周面加熱用導体部の先端から境界部分加熱用導体部の略環状形状の中心角として境界部分加熱用導体部の形状に沿って約１８０°回転した位置まで同一平面内を延びる「コ」字状又は円弧状の接続導体部を延設配置し、
   当該接続導体部の先端から下方に向けて柱状の外周面加熱用導体部及び接続導体を境界部分加熱用導体部近傍まで延設配置し、
   当該接続導体の先端から境界部分加熱用導体部の外周に沿って中心角１５０°〜２１０°の円弧状の非焼入部分加熱用導体部を延設配置し、
   当該非焼入部分加熱用導体部の先端に高周波電源に接続するリード部が延設配置することで、
   当該各導体部が焼入れの終了したフランジ付き軸状部品を配置する空間を構成し、当該一方のリード部から供給された電流が、当該境界部分加熱用導体部、当該「コ」字状又は円弧状の接続導体部、及び、当該境界部分よりも外側に位置する非焼入部分を加熱するための当該非焼入部分加熱用導体部において同一方向に流れるようにしてフランジ付き軸状部品を焼戻し加熱することを特徴とする焼戻用加熱コイル。
2. 前記フランジ付き軸状部品に対して相対的に回転することを特徴とする請求項１に記載の焼戻用加熱コイル。
3. 前記境界部分加熱用導体部は、外周に位置する非焼入部分加熱用導体部が存在しない位置に磁束を制御するためのコアを設けた請求項１又は請求項２に記載の焼戻用加熱コイル。

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