JP5553440B2

JP5553440B2 - 熱処理方法及び熱処理装置

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Publication number: JP5553440B2
Application number: JP2010102406A
Authority: JP
Inventors: 弘子渡邊; 潤二己之上; 昌大井上; 健吾三浦; 裕也斉藤
Original assignee: 富士電子工業株式会社
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011231371A

Description

本発明は、鉄鋼材料に対する焼き入れに代表される、金属ワークに対する熱処理方法に関するものである。また本発明は、金属ワークを熱処理する装置に関するものである。

鉄鋼製の機械部材に対しては、焼き入れ等の熱処理が施されることが多い。例えば鉄鋼製の歯車においては、歯面部分に焼き入れが施される。
また鉄鋼製の機械部材に対して焼き入れを施す方法として、高周波焼き入れが広く知られており、歯車の焼き入れにも応用されている。
特開２００４−２２５０７２号公報

ところで前記した様に、鉄鋼製の歯車においては、歯面部分に焼き入れが施されるが、歯車形状が内歯歯車であるならば、環状形状の内面側を焼き入れすることとなる。
高周波焼き入れ手段によって、内歯歯車の焼き入れをするならば、環状形状の中（空洞部分）に円形の誘導コイルを挿入して行うこととなる。
しかしながら、本発明者らが大型の内歯歯車に対して高周波焼き入れを試みたところ、内歯歯車の歯先部分が過度に昇温されてしまうという問題があった。また逆に内歯歯車の歯底部分は焼き入れに足る温度まで昇温せず、満足な硬度を得にくいという不満があった。

この理由は、一つには、歯の高さに起因してコイルと被加熱部との距離に差が生じるためである。
即ち内歯歯車の環状形状の中（空洞部分）に円形の誘導コイルを挿入する場合、誘導コイルの外径は、内歯歯車の歯先円直径よりも僅かに小さいものが選定される。そのため誘導コイルは、内歯歯車の歯先に極めて近い位置にある。その一方、歯車の谷の部分（歯底）は、誘導コイルから離れる。
そのため誘導コイルは、歯先に極めて近く、歯底からは相当に遠い位置にあり、誘導コイルの変動磁界が内歯歯車内に発生させる誘導電流は、歯先部分に集中的に流れ、歯底部分に流れる誘導電流は少ないものとなる。
そのため前記した様に内歯歯車の歯先部分が過度に昇温し、歯底部分の温度は不十分なものとなる。

さらに加えて、内歯歯車の膨張についても無視できない影響がある。即ち内歯歯車を焼き入れすると、内歯歯車が熱膨張して内径が拡大する。例えば内径が９００ｍｍ程度の内歯歯車であるならば、焼き入れの際の昇温によって内径が１０ｍｍ以上も増大する。
そのため内歯歯車内に円形の誘導コイルを挿入して高周波焼き入れすると、昇温にともなって次第に内歯歯車が拡大し、誘導コイルと内歯との距離が遠ざかる。その結果、誘導コイルと歯底との距離がますます開き、内歯歯車の昇温に伴って歯底部分に流れる誘導電流が減少してゆく。そのためますます歯底部分の昇温速度が衰え、歯底部分の温度は不十分なままとなる。

この問題を解決する方策として、誘導コイルを流れる電流を制限して内歯歯車を時間を掛けて昇温し、内歯歯車内において熱を拡散し内歯歯車を全体的に昇温させることが考えられる。
しかしながら、この方策は、作業開始から焼き入れ完了までに相当の時間を要し、作業効率が悪い。

本発明は、従来技術の上記した問題点を解決するものであり、内歯歯車の様な環状であってその内面に対して熱処理を施す要求があり、且つ、熱処理を施す面に凹凸があるワークを程よく熱処理することができ、且つ処理時間の短い方法を提供するものである。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、環状の金属製ワークの内周面に内周面処理用の誘導コイルを近接し、前記誘導コイルに高周波電流を通電してワークの内周面を誘導加熱し、ワークの内周面を熱処理する熱処理方法において、ワークの内周面を前記内周面処理用の誘導コイルで誘導加熱するのに先立って、あるいはワークの内周面を誘導加熱するのと平行して、ワークの外側に予熱用の半開放形誘導コイルを近接し、前記半開放形誘導コイルに高周波電流を通電すると共に前記半開放形誘導コイルとワークとを相対回転し、ワークを外側から誘導加熱することによってワークを予熱する予熱工程を有し、前記予熱工程においては予熱用の半開放形誘導コイルによってワークを弾性領域内に加熱し、その後に内周面処理用の誘導コイルによってワークの内周面を焼入れ温度に昇温した後ワークを冷却してワークを焼き入れすることを特徴とする熱処理方法である。

ここでワークの「外側」とは、内周面を除く面を指す。例えば環状の金属製ワークが内歯歯車であるとすれば、歯先円側が内周面である。そして外径円側と、両歯車の両側面とがワークの「外側」である。

本発明の熱処理方法では、ワークの外周面側或いはワークの側面側に予熱用の半開放形誘導コイルを近接し、半開放形誘導コイルに高周波電流を通電し、ワークを外側から誘導加熱することによってワークを予熱する。そのため焼き入れ等の熱処理を施す以前にワーク全体をある程度昇温させることができる。
また予熱に使用されるのは半開放形コイルであり、且つ予熱工程においては、半開放形誘導コイルとワークとを相対回転するから、ワークが均一的に昇温する。
即ち予熱に使用されるのは半開放形コイルであるから、ワークは部分的に変動磁界にさらされることとなる。即ちワークの全体に誘導電流が流れるのではなく、ワークの一部に誘導電流が流れ、ワークは一部だけが昇温する。しかしながら、本発明では、予熱工程の際に半開放形誘導コイルとワークとを相対回転するから、昇温される部位は常に移動することとなる。
この様に、ワークは一部だけが昇温し、且つ昇温される部位が常に移動するから、ワークが全体的にまんべんなく加熱されることとなる。また一旦加熱された部位は、ワークが一回転して元の姿勢にもどるまで加熱されないから、加熱された部位からその周囲に熱移動する時間を稼ぐことができるため、ワークの温度が均一化する。
本発明の熱処理方法では、ワークをまんべんなく昇温した後、あるいはそれと同時に内周面処理用の誘導コイルでワークの内周面を誘導加熱するから、歯底部分の様な内周面処理用の誘導コイルから遠い位置にある被加熱部分も、例えば焼き入れ温度まで達することができる。
そのため従来焼き入れを行い難かった、歯底の様な部位にも、十分に熱処理を施すことができる。

また、本発明は、環状の金属製ワークを焼き入れする際の態様として好適である。

内周面処理用の誘導コイルは円形のコイルであり、ワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反することが望ましい（請求項２）

また請求項３に記載の発明は、ワークは、内周面と、外周面と、一対の側面を有し、内周面処理用の誘導コイルは円形のコイルであり、ワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反するものであり、予熱用の半開放形誘導コイルは、ワークに対してワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反し、予熱工程においては、半開放形誘導コイルの一部がワークの側面近傍にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理方法である。

本発明では、予熱用の半開放形誘導コイルは、ワークに対してワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反するが、ワークの径方向に相対移動する態様としては、ワークの外側から近接させる方策と、ワークの内側に予熱用の半開放形誘導コイルを配置し、ワークの内側から近接させる方策が考えられる。
本発明の熱処理方法では、内周面処理用の誘導コイルは円形のコイルであり、ワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反する。これに対して予熱用の半開放形誘導コイルは、ワークに対してワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反する。そのため内周面処理用の誘導コイルと、予熱用の半開放形誘導コイルは、近接・離反の際の移動方向が異なり、衝突することがない。

請求項４に記載の発明は、冷却後に再度半開放形誘導コイルによってワークを昇温する工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理方法である。

本発明は、ワークを冷却後に再度半開放形誘導コイルによってワークを昇温する工程を有するものであり、ワークの焼き戻しを行うものである。

請求項５に記載の発明は、環状の金属製ワークの内周面に内周面処理用の誘導コイルを近接し、前記誘導コイルに高周波電流を通電してワークの内周面を誘導加熱し、ワークの内周面を熱処理する熱処理方法において、ワークの内周面を前記内周面処理用の誘導コイルで誘導加熱するのに先立って、あるいはワークの内周面を誘導加熱するのと平行して、ワークの外側に予熱用の半開放形誘導コイルを近接し、前記半開放形誘導コイルに高周波電流を通電すると共に前記半開放形誘導コイルとワークとを相対回転し、ワークを外側から誘導加熱することによってワークを予熱する予熱工程を有し、前記ワークは、内歯歯車であることを特徴とする熱処理方法である。

即ち本発明は、内歯歯車を焼き入れする方策として推奨されるものである。

請求項６に記載の発明は、環状の金属製ワークであって、内周面と外周面と一対の側面を有するワークの内周面を熱処理する熱処理装置において、円形の作用部を備えた内周面処理用の誘導コイルと、ワークの両側面に沿った一対の円弧形状線を備えた予熱用の半開放形誘導コイルと、前記内周面処理用の誘導コイルをワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反させる第一移動手段と、予熱用の半開放形誘導コイルをワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反させる第二移動手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、内歯歯車の様な形状のワークを焼き入れする装置として好適なものである。

請求項７に記載の発明は、ワークを冷却するワーク冷却手段を有し、ワーク冷却手段は、冷却液を溜める冷却槽と、ワークの内周面に対して冷却液を噴射する冷却液噴射部を備えることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置である。

本発明の熱処理装置では、ワークの内周面に対して冷却液を噴射するのでワークの昇温部分を急冷することができ、焼き入れに適する。

本発明の熱処理方法及び熱処理装置は、内歯歯車の様な形状のワークに対しても必要部分を熱処理することができる効果がある。

本発明の実施形態の熱処理装置の概念図である。本発明の実施形態の熱処理方法で熱処理されるワークの斜視図である。本発明の熱処理方法の準備段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の予熱段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の焼き入れ段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の冷却段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の一連の工程における温度と時間を表したグラフである。本発明の第二実施形態の熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の準備段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の予熱段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の予熱段階における熱処理装置の図１０に続く動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の予熱段階における熱処理装置の図１１に続く動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の焼き入れ段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。本発明の熱処理方法の冷却段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。図１２のＡ−Ａ断面斜視図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の熱処理装置１は、大型の内歯歯車５０を高周波焼き入れするための装置である。
ワークたる内歯歯車５０は、ショベルカー、クレーン等の土木建築機械の運転席等を回動させるための歯車であり、外径が６００ｍｍ〜１０００ｍｍ程度、モジュールが６〜２０程度の大型歯車である。
内歯歯車５０は、図２の様に環状であって内周面５１に歯が設けられている。内歯歯車５０は、大きく歯が設けられている内周面５１と、外部側に露出する外側部分５４とに区別される。即ち内歯歯車５０は、歯が形成された内周面５１と、「外側５４」たる、外周面５２及び一対の側面５５，５６を有する。そして内周面５１に歯形が形成されている。また外周面には、ベアリングの玉が配される溝５７が設けられている。

本実施形態の熱処理装置１は、図１の様に、ワーク載置台２と、内周面処理用の誘導コイル３と、第一移動手段５と、予熱用の半開放形誘導コイル６と、第二移動手段７と、冷却槽８及び冷却ジャケット（冷却液噴射部）９によって構成されている。

冷却ジャケット（冷却液噴射部）９は、回転テーブル１１と同心上に設けられたものであり、その形状は円柱状である。
冷却ジャケット９は、パイプ１７を介して冷却槽８に固定されており、移動しない。
冷却ジャケット９の中は空洞であり、当該空洞に、パイプ１７を介して冷却液が供給される。また冷却ジャケット９の周囲には、多数の孔１８が設けられており、冷却液は、孔１８から外部に噴射される。

ワーク載置台２は、モータ１０によって回転する回転テーブル１１を備えている。回転テーブル１１は、リング状の載置部１３を複数の棒状体１４で支持した構造であり、リング状の載置部１３の下部には空間がある。
また回転テーブル１１は、前記したパイプ１７の周囲を覆う外パイプ１９に支持されている。さらに外パイプ１９は、冷却槽８の下に設けられたシリンダー１２に接続されており、上下方向に移動する。

内周面処理用の誘導コイル３は、円形の作用部１５と直線状の導線部１６を有するワンターンコイルである。誘導コイル３の作用部１５の外径は、内歯歯車５０の歯先円直径よりもわずかに小さい。なお本実施形態では、後記する様に内歯歯車５０を予熱した後に誘導コイル３を内歯歯車５０内に挿入するものであり、内歯歯車５０がある程度膨張した後に誘導コイル３を内歯歯車５０内に挿入するので常温時における誘導コイル３の外径と、歯先円直径の差は、極めて小さいもので足る。
誘導コイル３の内部は空洞であり、冷却水が通過する。誘導コイル３の素材の断面形状は長方形であることが望ましい。
誘導コイル３の導線部１６には、図示しない高周波発振回路が接続されており、誘導コイル３には、高周波電流が流れる。

第一移動手段５は、シリンダーであり、誘導コイル３を上下方向に移動するものである。なお第一移動手段５は、サーボモータ等の電力を利用したアクチェータを採用することもできる。

予熱用の半開放形誘導コイル６は、作用部２０と、導線部２１を備えたコイルである。半開放形誘導コイル６の作用部２０は、一対の円弧形状線２３，２４が連結部２２で結合された形状をしている。円弧形状線２３，２４は、同一の形状をしており、いずれも９０度から１８０度程度の扇形である。円弧形状線２３，２４の曲率は、ワークたる内歯歯車５０の外周曲率と内周曲率の中間の曲率である。
本実施形態では、連結部２２は、円弧形状線２３，２４の扇形に対して外側に突出するものである。
また円弧形状線２３，２４の間隔は、ワークたる内歯歯車５０の幅よりも広い。
半開放形誘導コイル６の素材の断面形状は長方形であるが、内部は空洞であり、冷却水が通過する。
半開放形誘導コイル６の導線部２１には、図示しない高周波発振回路が接続されており、半開放形誘導コイル６には、高周波電流が流れる。

第二移動手段７は、シリンダーであり、半開放形誘導コイル６を水平方向に移動するものである。第二移動手段７についても、電力を利用したアクチェータを採用することができる。

冷却槽８は、水槽である。

次に前記した熱処理装置１の動作及び本発明の実施形態の熱処理方法について説明する。
図３〜図６は、本発明の熱処理方法の各段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。

本実施形態の熱処理方法では、準備工程として、熱処理装置１のワーク載置台２にワークたる内歯歯車５０を載置する。
このときの内周面処理用の誘導コイル３及び予熱用の半開放形誘導コイル６の位置は、図３の通りであり、内周面処理用の誘導コイル３は、内歯歯車５０の上部にあって内歯歯車５０から離れた位置で待機しており、半開放形誘導コイル６は、内歯歯車５０から水平方向に離れた位置にある。
即ち内周面処理用の誘導コイル３は、内歯歯車５０から軸方向に離れている。また半開放形誘導コイル６は、内歯歯車５０から径方向に離れた位置で待機している。

そして続いて予熱工程を実行する。即ち予熱用の半開放形誘導コイル６を、第二移動手段７によって水平方向に移動し、内歯歯車５０に対して径方向から接近させる。そして図４の様に、円弧形状線２３，２４同士の間に内歯歯車５０を挿入する。ここで円弧形状線２３，２４同士の間隔は、内歯歯車５０の幅よりも広く、且つ円弧形状線２３，２４の曲率は、内歯歯車５０の外周曲率と内周曲率の中間の曲率であるから、円弧形状線２３，２４は、内歯歯車５０の外側５４の一部たる側面５５，５６に位置することとなる。

この状態で、予熱用の半開放形誘導コイル６に高周波電流を通電する。その結果、予熱用の半開放形誘導コイル６が変動磁界を発生し、変動磁界にさらされる内歯歯車５０の側面５５，５６に誘導電流が生じ、内歯歯車５０の側面５５，５６が昇温する。即ち内歯歯車５０を外側から加熱する。

またモータ１０を回転してワーク載置台２を回転させる。その結果、誘導電流が生じる位置が循環的に変化する。特定の部位に注目すると、当該部位には簡潔的に誘導電流が生じ、間欠的に昇温される。そのため、昇温されていない時間帯は、当該部位の熱が周囲に逃げ、周囲に熱が拡散され、やがて歯車の歯底の部位にも熱が行き渡る。即ち誘導電流が生じるのは、内歯歯車５０の側面５５，５６であり、歯車の歯底と近いので、歯車の歯底の部位にも熱が行き渡る。その結果、内歯歯車５０の側面５５，５６から歯部の歯底にかけての部位がまんべんなく昇温される。
そして例えば、一定時間、予熱用の半開放形誘導コイル６に高周波電流を通電し、内歯歯車５０を予熱する。なお予熱温度は、弾性領域内であり、例えば摂氏４００度から摂氏５００度である。予熱は、一定の時間を区切って行ってもよく、また実際の温度を監視しつつ行ってもよい。

予熱が終了すると、図５の様に予熱用の半開放形誘導コイル６を内歯歯車５０の径方向に逃がす。なお予熱用の半開放形誘導コイル６を内歯歯車５０の径方向に移動するものであり、一方の内周面処理用の誘導コイル３は、内歯歯車５０に対して軸方向に離れているから、予熱用の半開放形誘導コイル６が移動する際に内周面処理用の誘導コイル３と衝突することはない。

そして代わって内周面処理用の誘導コイル３を降下し、内周面処理用の誘導コイル３を内歯歯車５０の軸方向から接近させ、遂には内周面処理用の誘導コイル３を内歯歯車５０の空洞部分に挿入する。なお内周面処理用の誘導コイル３は内歯歯車５０の軸方向に移動するものであり、一方の予熱用の半開放形誘導コイル６は内歯歯車５０に対して径方向に離れているから、内周面処理用の誘導コイル３が移動する際に半開放形誘導コイル６と衝突することはない。

そして内周面処理用の誘導コイル３に高周波電流を流す。その結果、内周面処理用の誘導コイル３が変動磁界を発生させ、変動磁界にさらされる内歯歯車５０の内周面に誘導電流が生じ、内歯歯車５０の内周面５１が昇温する。
ここで、前記した予熱工程によって内歯歯車５０の歯底が摂氏４００度程度に昇温されているから、内周面処理用の誘導コイル３に高周波電流を流すと、内歯歯車５０の歯底が短時間の内にＡ１変態点の温度に達する。また歯先部分は、内周面処理用の誘導コイル３に近いので、歯先部分についても直ちに昇温する。

内歯歯車５０の歯先部分及び歯底部分が目標の温度に達すると、図６の様にワーク載置台２を降下させ、冷却槽８に内歯歯車５０を沈めて内歯歯車５０を冷却する。このとき、冷却ジャケット９に設けられた多数の孔１８から冷却液が噴射され、ワークたる内歯歯車５０の内周面５１に対して冷却液が噴射される。
同時に内周面処理用の誘導コイル３を上昇し、内周面処理用の誘導コイル３を待機位置に戻す。この場合においても、一方の予熱用の半開放形誘導コイル６は内歯歯車５０に対して径方向に離れているから、内周面処理用の誘導コイル３が移動する際に半開放形誘導コイル６と衝突することはない。

内歯歯車５０を冷却することによって焼き入れ処理が終わるが、引き続き焼戻しを行う。
焼き戻す場合には、ワーク載置台２を上昇し、再度図４の様に予熱用の半開放形誘導コイル６を近接して内歯歯車５０の外周を昇温する。昇温の際の温度は、弾性領域内である。

図７は、これらの一連の工程における温度と時間を表したグラフである。

以上説明した実施形態では、予熱用の半開放形誘導コイル６を内歯歯車５０の外側から接近させたが、本発明は、この方策に限定されるものではなく、予熱用の半開放形誘導コイル６を内歯歯車５０の内側から接近させてもよい。
以下、予熱用の半開放形誘導コイルを内歯歯車５０の内側から接近させる構成について説明する。
図８は、本発明の第二実施形態の実施形態の熱処理装置の概念図である。
図８に示す熱処理装置３０は、内周面処理用の誘導コイル３１の形状及び第二移動手段３４の構造のみが先の実施形態と異なる。そのため先の実施形態と同一の部材には同一の番号を付して重複する説明を省略する。
即ち第二実施形態の熱処理装置３０は、図８の様に、ワーク載置台２と、内周面処理用の誘導コイル３と、第一移動手段５と、予熱用の半開放形誘導コイル３１と、第二移動手段３４及び冷却槽８によって構成されている。
この内、ワーク載置台２と、内周面処理用の誘導コイル３と、第一移動手段５及び冷却槽８は先の実施形態のそれと同一である。

予熱用の半開放形誘導コイル３１は、作用部３３と、導線部３５を備えたコイルである。半開放形誘導コイル３１の作用部３３は、一対の円弧形状線３７，３８が連結部４０で結合された形状をしている。円弧形状線３７，３８は、同一の形状をしており、いずれも９０度から１２０度程度の扇形である。円弧形状線３７，３８の曲率は、ワークたる内歯歯車５０の外周曲率と内周曲率の中間の曲率である。
本実施形態では、連結部４０は、円弧形状線３７，３８の扇形に対して内側に突出するものである。
また円弧形状線３７，３８の間隔は、ワークたる内歯歯車５０の幅よりも広い。

第二移動手段３４は、垂直移動用のシリンダー４３と、水平移動用のシリンダー４５とを備え、予熱用の半開放形誘導コイル３１を垂直方向と水平方向に二方向に移動することができる。なおシリンダー４３に代わってサーボモータ等の電力を利用したアクチェータを採用することもできる。

次に第二実施形態の熱処理装置３０の動作について説明する。
図９〜図１４は、本発明の熱処理方法の各段階における熱処理装置の動作を説明する熱処理装置の概念図である。

本実施形態の熱処理装置３０のワーク載置台２に内歯歯車５０を載置した際の内周面処理用の誘導コイル３及び予熱用の半開放形誘導コイル３１の位置は、図９の通りであり、内周面処理用の誘導コイル３は、内歯歯車５０の上部にあって内歯歯車５０から離れた位置で待機しており、半開放形誘導コイル３１は、内歯歯車５０から水平方向にも垂直方向にも離れた位置にある。

そして続いて予熱工程を実行する。即ち予熱用の半開放形誘導コイル３１を、第二移動手段３４の水平移動用のシリンダー４５によって水平方向に移動し、図１０の様に内歯歯車５０を内歯歯車５０の真上に移動させる。
続いて垂直移動用のシリンダー４３を伸長させて半開放形誘導コイル３１を降下し、図１１の様に半開放形誘導コイル３１を内歯歯車５０の中心孔内に入れる。

さらに続いて水平移動用のシリンダー４５によって半開放形誘導コイル３１を水平方向に引き戻し、半開放形誘導コイル３１を内歯歯車５０に対して径方向内側から接近させる。そして図１２の様に、円弧形状線３７，３８同士の間に内歯歯車５０を挿入する。ここで円弧形状線３７，３８同士の間隔は、内歯歯車５０の幅よりも広く、且つ円弧形状線３７，３８の曲率は、内歯歯車５０の外周曲率と内周曲率の中間の曲率であるから、円弧形状線３７，３８は、内歯歯車５０の側面５５，５６に位置することとなる。

図１５は、図１２のＡ−Ａ断面斜視図であり、下側の円弧形状線３８は、ワーク載置台２の載置部１３の孔内に入り、内歯歯車５０の下側側面５６であって、歯底近傍に位置する。

この状態で、予熱用の半開放形誘導コイル３１に高周波電流を通電し、内歯歯車５０の側面５５，５６が昇温する。
またモータ１０を回転してワーク載置台２を回転させる。そして例えば、一定時間、予熱用の半開放形誘導コイル３１に高周波電流を通電し、内歯歯車５０を予熱する。

予熱が終了すると、先とは逆の経路を辿って予熱用の半開放形誘導コイル３１を元の位置に戻す。そして代わって内周面処理用の誘導コイル３を降下し、内周面処理用の誘導コイル３を内歯歯車５０の軸方向から接近させ、遂には内周面処理用の誘導コイル３を内歯歯車５０の空洞部分に挿入し、内歯歯車５０の内周面５１が加熱する。

内歯歯車５０の歯先部分及び歯底部分がＡ１変態点の温度に達すると、図１４の様にワーク載置台２を降下させ、冷却槽８に内歯歯車５０を沈めて内歯歯車５０を冷却する。
同時に内周面処理用の誘導コイル３を上昇し、内周面処理用の誘導コイル３を待機位置に戻す。
以上の工程によって一連の焼き入れ工程が完了する。

１，３０熱処理装置
２ワーク載置台
３内周面処理用の誘導コイル
５第一移動手段
６，３１予熱用の半開放形誘導コイル
７，３４第二移動手段
８冷却槽
２３，２４円弧形状線
３７，３８円弧形状線
５０内歯歯車
５４外側
５５，５６側面

Claims

環状の金属製ワークの内周面に内周面処理用の誘導コイルを近接し、前記誘導コイルに高周波電流を通電してワークの内周面を誘導加熱し、ワークの内周面を熱処理する熱処理方法において、ワークの内周面を前記内周面処理用の誘導コイルで誘導加熱するのに先立って、あるいはワークの内周面を誘導加熱するのと平行して、ワークの外側に予熱用の半開放形誘導コイルを近接し、前記半開放形誘導コイルに高周波電流を通電すると共に前記半開放形誘導コイルとワークとを相対回転し、ワークを外側から誘導加熱することによってワークを予熱する予熱工程を有し、
前記予熱工程においては予熱用の半開放形誘導コイルによってワークを弾性領域内に加熱し、その後に内周面処理用の誘導コイルによってワークの内周面を焼入れ温度に昇温した後ワークを冷却してワークを焼き入れすることを特徴とする熱処理方法。
内周面処理用の誘導コイルは円形のコイルであり、ワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
ワークは、内周面と、外周面と、一対の側面を有し、内周面処理用の誘導コイルは円形のコイルであり、ワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反するものであり、予熱用の半開放形誘導コイルは、ワークに対してワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反し、予熱工程においては、半開放形誘導コイルの一部がワークの側面近傍にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理方法。
冷却後に再度半開放形誘導コイルによってワークを昇温する工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱処理方法。
環状の金属製ワークの内周面に内周面処理用の誘導コイルを近接し、前記誘導コイルに高周波電流を通電してワークの内周面を誘導加熱し、ワークの内周面を熱処理する熱処理方法において、ワークの内周面を前記内周面処理用の誘導コイルで誘導加熱するのに先立って、あるいはワークの内周面を誘導加熱するのと平行して、ワークの外側に予熱用の半開放形誘導コイルを近接し、前記半開放形誘導コイルに高周波電流を通電すると共に前記半開放形誘導コイルとワークとを相対回転し、ワークを外側から誘導加熱することによってワークを予熱する予熱工程を有し、前記ワークは、内歯歯車であることを特徴とする熱処理方法。
環状の金属製ワークであって、内周面と外周面と一対の側面を有するワークの内周面を熱処理する熱処理装置において、円形の作用部を備えた内周面処理用の誘導コイルと、ワークの両側面に沿った一対の円弧形状線を備えた予熱用の半開放形誘導コイルと、前記内周面処理用の誘導コイルをワークに対してワークの軸方向に相対移動してワークに対して近接・離反させる第一移動手段と、予熱用の半開放形誘導コイルをワークの径方向に相対移動してワークに対して近接・離反させる第二移動手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
ワークを冷却するワーク冷却手段を有し、ワーク冷却手段は、冷却液を溜める冷却槽と、ワークの内周面に対して冷却液を噴射する冷却液噴射部を備えることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。