JP6630577B2

JP6630577B2 - 焼入方法

Info

Publication number: JP6630577B2
Application number: JP2016010053A
Authority: JP
Inventors: 秀幸笹川; 智一稲葉; 竹田　恵一; 恵一竹田
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017128777A

Description

本発明は、被加工物の薄肉部の両面側に、互いに厚み方向に離間した焼入硬化層を形成するための焼入方法及び焼入装置に関する。

従来、リング状の部材の内周面側及び外周面側に焼入硬化層を形成する技術が知られている。特許文献１には、内周面側と外周面側とを誘導加熱及び冷却することで互いに径方向に離間した焼入層を形成した後、両面側を互いに異なる温度で焼戻処理する熱処理方法が提案されている。特許文献２には、内周面側と外周面側とに互いに径方向に離間した焼入層を形成する際、一方の面側を冷却する工程で他方の面側を加熱して焼入時間を短縮する焼入方法が提案されている。

特許文献３には、内面又は外面の一方に凹凸を有する被加熱物に内側コイルと外側コイルとを対向させ、内側コイルと外側コイルとに同時に電流を流して加熱することで、凸部より昇温し難い凹部を反対側のコイルによる加熱で補う加熱装置が提案されている。

特開２０１５−１０２３８号公報特開平０６−１７９９２０号公報特開２００４−２０４２６２号公報

しかしながら、従来の熱処理方法及び装置では、加熱対象のリング部が薄肉の場合、内周面と外周面とに互いに径方向に離間した焼入硬化層を形成することが容易でなかった。
例えば、特許文献１のように一方の面側を焼入処理した後で他方の面側を焼入処理すると、他方の面側を加熱した際、伝熱により一方の面側の焼入硬化層が加熱されて焼戻されてしまい、一方の面側と他方の面側とで硬さの差が生じ易かった。

特許文献２のように、一方の面側を冷却しつつ他方の面側を加熱する方法では、熱量の無駄が大きく、また加熱条件、冷却条件、切替タイミングなどの各種条件の調整が容易でなかった。
さらに、特許文献３のように、一方の面側を加熱する熱量を利用して他方の面側を加熱する方法を薄肉のリング部に適用すると、厚み全体に両面側の熱が伝わり昇温されるため、各面側の焼入硬化層間を離間させて形成することが容易でなかった。

そこで本発明では、薄肉部の両面側に互いに厚み方向に離間した焼入硬化層を容易に形成できる焼入方法及び焼入装置を提供することを目的とする。

本発明のコンセプトは次の通りである。
［１］内面又は外面の一方に加熱コイルを対向させて短時間加熱を施すことで全体が昇温される焼入対象の、３ｍｍ以上７ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉部を焼入する方法であって、円環状に形成された前記薄肉部の内周面に前記加熱コイルの内周コイルを対向させるとともに、前記内周コイルと接続された前記加熱コイルの外周コイルを前記薄肉部の外周面と対向させ、前記薄肉部の両面側に同時に加熱を施すことで、焼入温度未満の領域を介して両面側を焼入温度以上に加熱する加熱工程と、その後急冷して前記両面側に焼入硬化層を形成する急冷工程と、を有し、前記加熱工程において、前記内周面と前記内周コイルとの間のクリアランスを、前記外周面と前記外周コイルとの間のクリアランスより小さくし、前記内周コイルよりも大きい前記内周面を前記内周コイルにより加熱し、前記外周コイルよりも小さい前記外周面を外周コイルにより加熱する焼入方法。

本発明の焼入方法及び焼入装置によれば、被加工物の薄肉部の両面側に互いに厚み方向に離間した焼入硬化層を容易に形成できる焼入方法及び焼入装置を提供することができる。

本発明の実施形態で焼入れされる被加工物の薄肉部の軸方向断面図である。本発明の実施形態で焼入れされる薄肉部の軸と交差する方向における部分断面図である。本発明の実施形態で薄肉部を加熱する状態を説明するための部分断面図である。本発明の他の実施形態を説明するための薄肉部の軸方向断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
まず焼入対象となる被加工物（以下、ワークという。）は金属製で、図１及び図２に示すように、円環状に形成された薄肉部としてのリング部１０を有する。このワークはリング部１０のみからなるワークであっても、一部にリング部１０が設けられたワークであってもよい。リング部１０以外の部位は任意である。

本実施形態の薄肉部としてのリング部１０は、凹凸形状部１３を有する一方の面としての内周面１１と、平滑な他方の面としての外周面１２と、を備える。凹凸形状部１３には凹部１３ａ及び凸部１３ｂが周方向に繰返し設けられている。
ここでいう薄肉部とは３ｍｍ以上７ｍｍ以下の肉厚を有する部位であり、凹凸形状の場合、最も厚い部分が上記範囲内であればよい。
リング部１０は薄肉に形成されており、内周面１１又は外周面１２の何れか一方に加熱コイルを対向させて誘導加熱により、例えば１秒以下の短時間加熱を施した場合、リング部１０の厚み方向の全体が熱処理温度以上に昇温される程度の厚みとなっている。
本実施形態では、短時間加熱は加熱コイルに誘導電力を、例えば１秒以下の短時間供給して対向面を瞬間的に加熱することであり、熱処理温度は金属の結晶構造に変化が生じる程度の温度で、例えば焼入硬化層に対する焼戻温度などである。

本実施形態では、このようなリング部１０に対して焼入処理を施すことで、内周面１１側及び外周面１２側の両面１１，１２側に、周方向に連続した焼入硬化層１４を互いに径方向、即ち厚み方向に離間した状態で形成する。
この焼入処理に用いる焼入装置２０は、例えば図３に示すように、リング部１０の内周面１１と所定のクリアランスＣ１で対向可能な一方のコイルとしての内周コイル２１と、内周コイル２１と直列に接続されて外周面１２と所定のクリアランスＣ２で対向可能な他方のコイルとしての外周コイル２２と、を備えている。

内周コイル２１及び外周コイル２２の形状は、通電することでリング部１０の内周面１１の所定領域と外周面１２の所定領域とをできるだけ均等に加熱できる形状とするのがよい。例えば内周コイル２１は、内周面１１の内側全周に均等配置され、各凸部１３ｂ先端と略一定の間隔で対向可能な１乃至数ターンのリング状に形成されていてもよい。外周コイル２２は、外周面１２の外側全周に均等配置され、外周面１２の各部と略一定の間隔で対向可能な１乃至数ターンのリング状に形成されていてもよい。

内周コイル２１及び外周コイル２２には、それぞれリング部１０の軸Ｌ方向における適切な幅に磁束を収束させるためのコア２３，２４が設けられている。本実施形態では内周面１１側では凹凸形状部１３の軸方向Ｌにおける全幅に磁束を収束し、外周面１２側では内周面１１側より広い幅に磁束を収束するものとなっている。

この焼入装置２０には、内周面１１及び外周面１２を急冷するための図示しない冷却部が設けられている。冷却部は、短時間加熱終了後に内周面１１側及び外周面１２側を急冷可能なものであれば特に制限はなく、例えば軸Ｌ方向に沿ってリング部１０を移動させた位置に配置されて、内周面１１と外周面１２とにそれぞれ対向して冷却液を噴射可能に設けられた一対のリング状の冷却ジャケットなどでもよい。
さらにこの焼入装置２０には、ワークを軸Ｌ方向にリング部１０を加熱コイル２１，２２と対向する位置と冷却部と対向する位置とに移動させ、また、加熱コイル２１，２２に対して軸Ｌを中心に回転させるための支持駆動手段等が設けられているが、詳細な図示は省略されている。

このような焼入装置２０を用いてリング部１０の焼入処理を行うには、まず軸Ｌに沿ってリング部１０を移動させ、内周コイル２１を内周面１１に対向させ、外周コイル２２を外周面１２に対向させる。
このとき内周面１１と内周コイル２１との間のクリアランスＣ１を、外周面１２と外周コイル２２との間のクリアランスＣ２より小さくする。内周面１１には周方向に形成された凹凸形状部１３を有しているため、内周面１１の凸部１３ｂ先端と内周コイル２１との間のクリアランスＣ１を外周面１２と外周コイル２２との間のクリアランスＣ２より小さくするのがよい。

この状態で、内周コイル２１と外周コイル２２とに高周波の誘導加熱電力を瞬間的に供給する。これにより内周面１１側の短時間加熱と外周面１２側の短時間加熱とを同時に開始及び終了する。
リング部１０が薄肉であるため、内周面１１側の焼入温度以上に加熱された領域と、外周面１２側の焼入温度領域に加熱された領域との間の領域は、短時間加熱であっても昇温されるが、例えば加熱時間を短くすることで焼入温度未満の範囲にすることが必要である。これによりリング部１０の内周面１１側と外周面１２側との両面１１，１２側を、焼入温度未満の領域を介して焼入温度以上に加熱する加熱工程を行う。

そして両面１１，１２側が焼入温度以上に昇温された後、リング部１０を軸Ｌ方向に移動させ、内周面１１と外周面１２とにそれぞれ冷却部を対向させ、冷却液を噴射して急冷する急冷工程を行うことで焼入処理を完了する。
これによりリング部１０では、内周面１１側の凹凸形状部１３全体と、外周面１２側の凹凸形状部１３より幅広の領域とに、未焼層１５を挟んで焼入硬化層１４が形成される。外周面１２側では焼入硬化層１４が略一定深さで全周に連続し、内周面１１側では、各凸部１３ｂの焼入硬化層１４が各凹部１３ａの底部における焼入硬化層１４により連続した状態で全周に連続して形成される。

以上のような焼入装置を用いた焼入方法によれば、加熱工程において、リング部１０の内周面１１及び外周面１２に同時に加熱を施すことで、焼入温度未満の領域を介して両面１１，１２側を焼入温度以上に加熱するので、次段の急冷工程において急冷することで、内周面１１側と外周面１２側とに互いに厚み方向に離間した焼入硬化層１４を形成できる。その際、両面１１，１２側に同時に加熱するので、一方の面１１，１２側の加熱時の熱が他方の面１１，１２側に伝わり、他方の面１１，１２側の焼入れに手間を要したり、他方の面１１，１２側の焼入品質を低下させたりすることを防止できる。
その結果、薄肉のリング部１０における内周面１１側と外周面１２側との両面１１，１２側に所望の焼入硬化層を容易に形成することが可能である。

またこの焼入方法では、加熱工程において、内周面１１と内周コイル２１との間のクリアランスＣ１を、外周面１２と外周コイル２２との間のクリアランスＣ２より小さくして加熱するので、内周コイル２１よりも大きい内周面１１を内周コイル２１により強く加熱し、外周コイル２２よりも小さい外周面１２を外周コイル２２により弱く加熱することができる。そのため、外周面１２と内周面１１とを同時に加熱した際、外周面１２と内周面１１との両方を所望の焼入温度まで昇温し易い。

なお、上記実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば上記実施形態では、焼入対象のワークとして、内周面１１に凹凸形状部１３を有し、外周面１２が平滑なものを例示したが、焼入対象のワークは何ら限定されず、図１とは逆に外周面１２に凹凸形状部１３が設けられたワーク、内周面１１及び外周面１２が平滑なワーク、内周面１１及び外周面１２に凹凸形状部１３が設けられたワークなどであってもよい。
さらにワークの用途なども何ら限定されず、例えば図４に示すような軸受の外輪や内輪等であってもよい。

１０リング部
１１内周面
１２外周面
１３凹凸形状部
１３ａ凹部
１３ｂ凸部
１４焼入硬化層
１５未焼層
２０焼入装置
２１内周コイル
２２外周コイル
２３，２４コア

Claims

内面又は外面の一方に加熱コイルを対向させて短時間加熱を施すことで全体が昇温される焼入対象の、３ｍｍ以上７ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉部を焼入する方法であって、
円環状に形成された前記薄肉部の内周面に前記加熱コイルの内周コイルを対向させるとともに、前記内周コイルと接続された前記加熱コイルの外周コイルを前記薄肉部の外周面と対向させ、前記薄肉部の両面側に同時に加熱を施すことで、焼入温度未満の領域を介して両面側を焼入温度以上に加熱する加熱工程と、その後急冷して前記両面側に焼入硬化層を形成する急冷工程と、を有し、
前記加熱工程において、前記内周面と前記内周コイルとの間のクリアランスを、前記外周面と前記外周コイルとの間のクリアランスより小さくし、前記内周コイルよりも大きい前記内周面を前記内周コイルにより加熱し、前記外周コイルよりも小さい前記外周面を外周コイルにより加熱する焼入方法。