JP5396813B2

JP5396813B2 - 熱処理用金型

Info

Publication number: JP5396813B2
Application number: JP2008271144A
Authority: JP
Inventors: 良寿前岡; 亮平保坂
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP2010100871A

Description

本発明は、軸受の軌道輪の製造工程で用いられる熱処理用の金型に関する。

転がり軸受の軌道輪は、素材となる鋼材（中間素材）を熱処理することによって必要な強度や耐摩耗性等が与えられている。しかし、中間素材の焼入れ時には、温度分布のバラツキによる変形や相変態に起因する寸法変化が生じる場合があり、このような変形等を防止することが要求される。
焼入れ時の中間素材の変形等を防止する方法として、金型によって中間素材の寸法を拘束する「型焼入れ」が従来から知られている。この型焼入れは、焼入れ温度に加熱した中間素材を金型に嵌め込み、その状態で中間素材と金型とを冷却液内に浸漬して冷却することによって、中間素材の変形や寸法変化を抑制するものである。

このような型焼入れに使用される金型として、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の金型は、筒形状の中間素材の内周面に当接可能な外周面を有し、かつ内部が中空とされた型本体部を備えており、型本体部の外周に中間素材を嵌め込むことによって、中間素材の内周面に型本体部の外周面を当接し、中間素材の寸法を拘束する。
また、型本体部の外周面には、頂部から底部にかけて延びる複数の溝が周方向に間隔をあけて形成され、周方向に隣接する溝の間には型本体部を内外に貫通する複数の噴出孔が軸方向に並べて形成されている。そして、冷却液内に浸漬された中間素材の内周面は、金型の内部から噴出孔を介して冷却油が吹きつけられることによって、冷却されるようになっている。

特開２００７−２２４３３０号公報

特許文献１に記載の金型は、型本体部の貫通孔が形成された部分で中間素材の内周面を冷却するように構成されているため、冷却位置が点在化し、冷却速度のバラツキ（冷却ムラ）が生じやすい。このため、冷却効率が悪化するとともに、特に大型の中間素材では冷却速度のバラツキによって変形が生じやすくなるという問題がある。
また、型本体部の外周面に形成された溝に冷却液が流入することによって、中間素材の内周面を冷却することも可能であるが、この溝は周方向に間隔をあけて形成されているので周方向全体に冷却油が行き渡らない。このため、周方向に冷却速度のバラツキが生じ、製造後の軌道輪に周方向の硬さムラが生じる可能性がある。

本発明は、軌道輪の中間素材の周面を広範に冷却し、冷却速度のバラツキを防止して冷却効率の向上を図ることができる熱処理用金型を提供することを目的とする。

本発明は、軸受軌道輪の中間素材の周面に当接可能な周面を有する型本体部を備えた熱処理用金型であって、前記型本体部の周面に、当該周面の軸方向及び周方向の全体に渡って連通する冷却液流通用の溝部が形成され、前記溝部が、前記型本体部の周方向に渡って環状に形成された１又は軸方向に複数の主溝部と、前記型本体部の軸方向端と前記主溝部とを連通し、かつ前記主溝部が複数ある場合には軸方向に隣接する前記主溝部同士を連通する、前記主溝部よりも細く周方向に複数形成された副溝部と、を含み、前記複数の副溝部が網目状に形成されていることを特徴とする。

このように型本体部の周面の軸方向及び周方向全体に渡って連通する冷却液流通用の溝部が形成されることによって、中間素材の周面を広範に冷却することが可能となる。これにより、冷却効率を向上することができ、冷却速度のバラツキによる中間素材の変形や、熱処理後の軌道輪に硬さムラが生じるのを抑制することができる。

前記溝部は、前記型本体部の周方向に渡って環状に形成された１又は軸方向に複数の主溝部と、前記型本体部の軸方向端部と前記主溝部とを連通し、かつ前記主溝部が複数ある場合には軸方向に隣接する前記主溝部同士を連通する、前記主溝部よりも細く周方向に複数形成された副溝部と、を含むので、冷却液は、型本体部の軸方向一端から各副溝部を通って主溝部に流入し、この主溝部を通って周方向に流れ、さらに、主溝部から各副溝部を通って他の主溝部又は型本体部の軸方向他端へ流出する。これにより、型本体部の周面の軸方向及び周方向に渡って広い範囲に冷却液を流通させることができる。また、副溝部は主溝部よりも細く形成されているので、中間素材の周面に対する冷却位置を密に設定することが可能となり、冷却速度のバラツキをより抑制することが可能となる。

前記複数の副溝部は、網目状に形成されているので、中間素材の周面に対する冷却位置をより密に設定することができる。

本発明によれば、軌道輪の中間素材の周面を広範に冷却し、冷却速度のバラツキを防止して冷却効率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る熱処理用金型１０の正面図である。この熱処理用金型１０は、円すいころ軸受の外輪１１を熱処理する際に用いられる。外輪１１は環状に形成され、内周面に円すいころの軌道面１１ａを備えている。この軌道面１１ａは、軸方向一方側（図１の上側）から他方側（図１の下側）へ向けて内径が徐々に大きくなるように傾斜しており、このために外輪１１の断面形状は、略台形状に形成されている。

外輪１１は、鍛造や切削加工を経て形成された素材となる鋼材（中間素材１２）を、浸炭又は浸炭窒化処理を行った後に二次焼入れ・焼戻しすることにより、耐食性と転動疲労寿命が向上されている。また、外輪１１は、二次焼入れ・焼戻しの後、研削加工されることによって製造される。
外輪１１は、例えば肌焼鋼や、Ｃが０．１０〜０．３５重量％、Ｓｉが０．５重量％未満、Ｍｎが０．２〜１．５重量％、Ｐが０．０３重量％以下、Ｓが０．０３重量％以下、Ｎｉが１．０〜３．５重量％、Ｃｒが１．０〜５．０重量％、Ｍｏが０．０３〜２．５重量％、Ａｌが０．００５〜０．０５０重量％、Ｔｉが０．００３重量％以下、Ｏが０．００１５重量％以下、Ｎが０．０２５重量％以下であり、残部が実質的にＦｅからなる素材等を用いて製造することができる。

次に、熱処理用金型１０について詳しく説明する。
熱処理用金型１０は、鍛造、切削加工を経て形成された外輪１１の中間素材１２を浸炭又は浸炭窒化処理を行った後、二次焼入れを行う際に用いられる。熱処理用金型１０は、Ｓ２５Ｃ等の機械構造用炭素鋼を素材として形成されており、筒形状の型本体部２１と、この型本体部２１の下端部から径方向外方に突出するフランジ部２２とを一体に備えている。型本体部２１の外周面２１ａは、中間素材１２の内周面１２ａ（軌道面１１ａ）の傾斜角度に適合したテーパー面（円すい面）とされ、型本体部２１に中間素材１２を嵌め込むことによって中間素材１２の内周面に当接し、中間素材１２を所定の内径寸法に拘束する。

型本体部２１の外周面２１ａには、冷却液を流通させるための溝部３１，３２が形成されている。本実施形態の溝部３１，３２は、型本体部２１の周方向に渡って形成された環状の横溝部（第１の溝部）３１と、型本体部２１の軸方向に渡って形成された直線上の縦溝部（第２の溝部）３２とからなる。横溝部３１は上下に複数（図示例では２本）形成され、縦溝部３２は、周方向に間隔をあけて複数（例えば、９０度間隔で４本）形成されている。横溝部３１と縦溝部３２とは、ほぼ同じ溝幅及び深さに形成され、互いに直交している。また、型本体部２１の外周面２１ａは、上下２本の横溝部３１によって上下３つの領域に区画され、各領域の上下幅は、横溝部３１の上下方向の幅と概ね同じ寸法とされている。

図２は、熱処理用金型１０の使用状態を示す正面図（一部断面図）である。外輪１１の中間素材１２を二次焼入れするには、まず、中間素材１２を所定の熱処理温度まで加熱し、熱処理用金型１０に嵌め込むことによって、中間素材１２の内周面１２ａを型本体部２１の外周面２１ａに当接させる。また、中間素材１２の上端面をプレス装置１４によって押さえ、中間素材１２の内周面１２ａを型本体部２１の外周面２１ａに圧接することによって、中間素材１２の変形や寸法変動を矯正する。そして、プレス装置１４により圧接された中間素材１２を、熱処理用金型１０とともに冷却液の浴槽内に浸漬することによって中間素材１２の冷却を行う。

浴槽内において、熱処理用金型１０は浴槽内のベース１５上に載置される。また、熱処理用金型１０の内部には、ポンプ等の駆動によって矢印ａで示すように冷却液が吹き上げられる。熱処理用金型１０内に吹き上げられた冷却液は、矢印ｂで示すようにプレス装置１４と熱処理用金型１０との隙間から中間素材１２と型本体部２１との間に位置する縦溝部３２に流入し、この縦溝部３２を通って下方へ流れる。さらに縦溝部３２と交差する横溝部３１にも冷却液が流入し、この横溝部３１を通って周方向全体に流れる。
このように、縦溝部３２及び横溝部３１を通って冷却液が流れることによって、中間素材１２の内周面１２ａに対して広範に冷却液が接触し、中間素材１２を効率よく冷却することが可能となる。特に、横溝部３１によって冷却液は周方向全体に行き渡るため、冷却速度のバラツキが少なく、短時間に中間素材１２を冷却することができ、熱処理後の外輪１１に周方向の硬さのムラが生じることも少なくなる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る熱処理用金型１０を示す正面図である。この熱処理用金型１０の型本体部２１の外周面２１ａには、周方向に渡って環状に形成された横溝部（主溝部）３１と、この横溝部３１以外の外周面２１ａ全体に形成された複数の細溝部（副溝部）３３とが設けられている。細溝部３３は、軸方向に対して周方向一方側へ約４５°の角度で傾斜したものと、周方向他方側へ約４５°の角度で傾斜したものと２種類からなり、これらは互いに交差することによって連通し、全体として網目状に配置されている。また、複数の細溝部３３は横溝部３１よりも浅く、溝幅が細く形成されている。

本実施形態では、第１実施形態と同様に冷却液の浴槽内に中間素材１２及び熱処理用金型１０を浸漬し、熱処理用金型１０の内部に冷却液を吹き上げると、冷却液は、型本体部２１の上端から細溝部３３に流入する。そして、冷却液は、この細溝部３３を通って上側の横溝部３１に流入し、この横溝部を通って周方向全体に流れ、さらに、上側の横溝部３１と下側の横溝部３１との間の細溝部３３を通って下側の横溝部３１にも流入し、この横溝部３１を通って周方向全体に流れる。そして、冷却液は、下側の横溝部３１からその下側の細溝部３３に通って型本体部２１の下方から流出する。

したがって、本実施形態においても、冷却液は、中間素材１２の内周面に対して広範に接触して中間素材１２を効率よく冷却する。そのため、冷却速度のバラツキが少なくなり、短時間で中間素材１２を冷却することが可能となり、熱処理後の製品に硬さのムラが生じることも少なくなる。
また、細溝部３３は、横溝部３１よりも細く、網目状に配置されているので、中間素材１２の内周面１２ａに対する冷却位置を密に設定することができ、中間素材１２を均一に冷却することが可能になる。また、細溝部３３が軸方向に対して傾斜しているので、冷却液が細溝部３３から横溝部３１に流入する際に、周方向の流れを生成しやすくなっている。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、第２実施形態において、横溝部３１を省略し、型本体部２１の全体に網目状の細溝部３３を形成することもできる。この場合においても、中間素材１２の内周面全体をほぼ均一に冷却液によって冷却することができる。ただし、横溝部３１によって、小さい流動抵抗で確実に冷却液を周方向に行き渡らせることができるので、第２実施形態のように横溝部３１を設ける方が好ましい。

第１実施形態において、横溝部３１や縦溝部３２の本数は適宜変更することが可能である。また、横溝部３１と縦溝部３２の溝幅や溝深さは同一でなくてもよい。
第２実施形態において、第１実施形態のような縦溝部３２（図３に２点差線で示す）を形成することも可能である。また、細溝部３３の傾斜角度は４５°に限定されることなく適宜変更可能であり、細溝部３３を傾斜させることなく軸方向及び周方向に沿った方向に形成することもできる。
本発明の熱処理用金型１０は、円すいころ軸受の外輪だけでなく内輪に対しても適用することができる。また、円筒ころ軸受の軌道輪に対しても適用することができる。また、熱処理用金型１０は、プレス装置１４を用いずに行う型焼入れにも使用することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱処理用金型の正面図である。同熱処理用金型の冷却液中に浸漬した状態を示す正面図（一部断面図）である。本発明の第２実施形態に係る熱処理用金型の正面図である。

符号の説明

１０熱処理用金型
１２中間素材
２１型本体部
２１ａ外周面
３１横溝部（第１の溝部；主溝部）
３２縦溝部（第２の溝部）
３３細溝部（副溝部）

Claims

軸受軌道輪の中間素材の周面に当接可能な周面を有する型本体部を備えた熱処理用金型であって、
前記型本体部の周面に、当該周面の軸方向及び周方向の全体に渡って連通する冷却液流通用の溝部が形成され、
前記溝部が、
前記型本体部の周方向に渡って環状に形成された１又は軸方向に複数の主溝部と、
前記型本体部の軸方向端と前記主溝部とを連通し、かつ前記主溝部が複数ある場合には軸方向に隣接する前記主溝部同士を連通する、前記主溝部よりも細く周方向に複数形成された副溝部と、を含み、
前記複数の副溝部が網目状に形成されていることを特徴とする熱処理用金型。