JPS5873721A - 小径孔壁の縦縞状表面焼入れ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は部材の小径孔壁へ軸方向にそった複数の表面焼
入れ条を形成する新規な縦縞状表面焼入れ方法および装
置に関する。

部材の大小および形状を問わず孔設された小径孔の孔壁
が摺動壁である部品類は極めて多用されている。これら
部材の孔壁は耐摩耗性を向上させるために、誘導加熱手
段を用いた孔壁全周面にわたる表面焼入れを施す、こと
が従来より行われている。上記従来方法は第１図（Ｊｌ
）に示すように孔Ｈの孔径に応じ、その孔！と所定間隙
をへだてる如き外径となるように多巻回した誘導加熱コ
イルＣを用いて孔壁を加熱し、加熱後例えば下方端面方
向から冷却液を噴射して全孔壁周に表面焼入層を形成す
るようにしている。

ところが従来方法で）１部材が孔壁に厚木のない筒状部
材であるような場合には、全周壁を加熱しかつ急冷焼入
れを施すので、篩入れ歪によって変形した不適格品が多
発するばかりでなく、孔長あるいは孔の奥行きが大とな
るといわゆるワンショット焼入゛′れでは加熱コイルＣ
から発生する磁力線ｐのパターンが第１図（ｂ）のよ５
になるため、第１図（４）の如く加熱コイルＣの長手方
向の中央部に深く両端部へかけて順次浅くなるｈで示さ
れる焼入層となる傾向があり、均−深さの焼入層の形成
が困難である。更に従来方法の致命的な欠点は例えば第
１図ＩＣ）に示す変形小径孔Ｈ′のＲ部が耐摩耗性を要
求される摺動壁である場合でも、加熱コイルＣの形状が
多巻回コイルであるため全周壁を加熱せざるを得す、従
ってＲ部は勿論平行面Ｐ部にも焼入れ硬化層が形成され
ることとなるので、硬化層の形成によって失われる靭性
な確保するために、本来壁の厚さＳで充分のところＳ′
として示す壁厚としなければなら：ないような不都合が
生ずることがある。その□うえ第１図＋１）をみても判
るよ１＋・ ５に加熱コイにＣ・・を構成する導体の往復路を巻回内
径中に収容せねばならないので、冷却液噴射管を巻回内
径中に包蔵せしめるスペースが極めて小となり、一体構
造とすることが困難であり、たとえ一体構造としても往
復路導体が邪魔になって全周加熱面への冷却液の噴射が
均一に行い難いという欠点があった。

本発明者は従来多巻回加熱コイルによる部材の小径孔東
のワンショット全周壁表面焼入れに存する上述の問題点
を解消する目的で、かつ摺動面の全面でなく一部に硬化
層が形成されていれば耐摩耗性が確保しうる点を勘案し
たうえで、極めて容易に孔壁へ縦縞状に表面焼入れを施
す方法および装置を提供するものである。

本願第１発明の要旨は、（１）部材の小径孔壁へ軸方向
にそった複数の’ｐＷＪｔｓ入れ条を形成する場合にお
いて、（２）上記孔壁と所定間隙なへだてて軸方向Ｋ１
１．在する１対の平行部導体をもつ誘導素子を複数具え
ている加熱フィルをもちいて、（３）上記複数の導体そ
れぞれが対向する壁糸に磁力線を集中せしめっつ各壁糸
を同時に加熱したのち、（４）上記誘導素子群の背後に
配置した軸方向Ｋｍ在す′る冷却液噴射管からの噴射冷
却液によって加熱壁糸を冷却する小径孔壁の縦縞状表面
焼入れ方法にある。

また、本願第２発明は上記第１発明な実施するための焼
入装置にかかるものであって、その要旨とするところは
（１）　（ａ）環状導電板材に複数の切断部を設けて電
気的に開成した分断片からなるリード基板と、（ｂ）当
該リード基板のいづれかの相瞬るそれぞれを誘導加熱電
源に！Ｉ続した分断片間の切断部を除く他の切断部近傍
の分断片それぞれの表面から直角に立ち上って所楚長さ
凰在し相隣るものど５しが先端で連結してそれぞれが１
対の平行部導体をもつコ字状の誘導素子群とで構成され
る加熱コイルおよび（２）上記リード基板の環孔を貫通
し誘導素子群と平行する冷却液噴射管を具え、（孕）上
記それぞれの平行部導体に磁性体を嵌着するとともに、
（４）それぞれの平行部導体が孔壁の所定被焼入れ条と
所定間隙をへたてて対向する如く設定しである小径孔壁
の縦縞状素面焼入装置にある。

本発明を例えば第１図（Ｃ）に示されるような小径孔に
適用した場合を第２図（ａ）〜（Ｃ）に従って説明する
。第２図（ａ）は本発明装置の斜視図であって、１とし
て示されるリード基板は環状導電板材な略１８０°の円
弧を有する分断片１ａとそれぞれが略９０°の円弧を有
する分断片１ｂおよびＩＣの３片に分断し、それぞれ電
気絶縁材２ａ・２ｂおよび２Ｃを介して環状に形成しで
ある。分断片１ｂおよび１Ｃの電気絶縁材２ｂを介して
対向する端面部には周方向に突出したリード部１１ｂお
よび１１８が設けられていて高周波電源Ｅに接続してい
る。分断片１ｂおよび１Ｃの電気絶縁材２ｍおよび２Ｃ
それぞれを介して分断片１ａに相対する端部近傍ならび
に分断片１．ｓの分断片１ｂおよび１ｃＫ相対する端部
近傍それぞれの表面には直角−立ち上って所定長さ延在
する導体３ｂ＠　　３’＊　　３Ｃｍおよび３ａ、がそ
れぞれ固定されており、リード基板１の電気絶縁材２ａ
および２”ｃ”を介するそれぞれの切断部をはさんで平
行する導体３ａ２および３ｂは連結部３１で、また導体
３ａ、および３ｃは連結部３２でその先端が連結されコ
字状の誘導素子３０１および３０２を形成している。従
って高周波電源Ｅからの電流は第２図（Ｃ）に示す如く
リード部１１ｂ−分断片１ｂ−導体３ｂ一連結部３１−
導体３ａ！−分断片１ａ−導体３ａ１一連結部３２−導
体３Ｃ−分断片１ｃｍリード部１１Ｃからなる回路を流
れることとなる。尚４１１および４１２は管材製の誘導
素子３０１へまた４２１および４２２は同材製の誘導素
子３０２へ自己冷却用冷却水を通水するためのそれぞれ
給水管および排水管である。誘導素子３０１−３０２．
１の構成要素である上記６導　′体３のそれぞれｏ、、
ｇ側面は部材Ｗの小径孔の摺動壁Ｒ面の所定−条に所定
間隙をへたてて対向する如く諸元が設定されると共に、
上記所定壁糸対向反対の内側面には端面コ字状の磁性体
例えばコア５がそれぞ・れ所定長さＫわたって嵌着され
ている。６は冷却液噴射管であって、上端面を閉とし、
下端面に冷却液供給管６１が接続され、リード基板１の
環孔１０を貫通して３０１・８０２からなる誘導素子群
３０の背後に配置されて軸方向に所定長さ延在する。当
該冷却液噴射管６の管壁の所定部分には多数の冷却液噴
射孔６２が孔設されてい【冷却液を導体３それぞれが対
向する壁糸方向へ向って噴射可能である。肖り−ド′基
板１上には絶縁材からなる駒Ｔが固着されており、誘導
素子群３０を部材Ｗの小径孔Ｈへ挿入する際のストッパ
ーまたは位置ぎめに使用される。

上記装置を用いて部材Ｗの小径孔Ｈの摺動壁Ｒ面へ複数
条の縦縞状の表面焼入れを施す場合について説明する。

部材Ｗまたは装置のいづれかを移動させ、小径孔Ｈに装
置の誘導素子群３０を挿入し、各導体３を所定被焼入壁
糸と所定間隙をへたてて対向せしめる。ついで高周波電
源Ｅを投入すると高周波電流は第２図（Ｃ）に示す如き
回路を流れ、当該回路上の各導体３それぞれを流れる電
流によって生ずる磁力線はコア５によって収束され【そ
れぞれの外側面が一所定間隙をへだてて対向する壁糸面
へ集中し、第２図（ｂ）Ｋｈとして示す壁面部分のみを
軸方向にそった縦縞状゛に加熱する。所定時間経過後電
源Ｅを断とすると共に、図示しない冷却液供給源を駆動
して冷却液供給管６１を介して冷却液を冷却液噴射管６
に送給し、噴射孔６２より噴射せ“しめ、所定温度に加
熱昇温している壁糸を急冷する。所定時間経過後冷却液
の噴射を停止とし、装置を小径孔Ｈより脱出せしめて焼
入れを完了する。

上記焼入れＫおける通電によつ・て各導体３それぞれか
ら発生する磁力ｌｉｐは第３図に矢印で示す軸周方向と
なるので、従来方法として第１図（Ｃ）　Ｋ示す多巻回
加熱コイルを用いた場合に現われる開口端部における磁
力線ｐの逃げに起因する当該開口端近傍の焼入れ深さが
浅くなるようなことはな（、軸方向長さが比較的長い孔
壁であっても全長にわたる壁糸に焼入れ深さの均一性が
保証される。もし−口端縁に非硬化層を残したい場合に
は金属材からなるシールド板Ｓを用いることが好ましい
。

かくして部材Ｗの小径孔Ｈの摺動壁Ｒ面それぞれには、
所定間隔をへたてて軸方向に平行し、しかも軸方向で均
−深さかつ同一幅での縦縞状の表面焼入れ条が２条づつ
ワンショットで形成される。

向上記実施例ではコア５を導体３それぞれに嵌着してい
るが、もしコア５を使用しないナラば、孔壁はヘアピン
タイプと称せられる端面（平面）加熱と類似の、例えば
第４図に示す如き１対の平行−一体３・３それぞれに対
向する壁糸間が連続した加熱ノくターｙｈ’となって、
同一電源および同一加熱時間でｉｔ充分な硬さの焼入れ
硬化層を形成することができず、更に必要な硬さの焼入
れ硬化層を形、成するため加熱条件を変更するならば、
従来方法におけると同様の焼入れ歪の発生を招来するこ
とが本発明者の行った他の実験によって確認されている
。

第５図（ａ）および（ｂ）は本発明の第２の実施例を示
すものである。本実施例においては、部材Ｗｉは薄肉゛
円筒体であって、当該円筒体Ｗ１の小径内孔壁の全周に
わたる周壁に、例えば８条の縦縞状焼入れ条を形成する
場合である。当該実施例の高周波電流の回路を第５図（
磁）に示す。この場合、焼入れ条の条数に対応する導体
３は８本となるので、外周は円形に内周は方形になる如
き形状の５片の分断片からなる導電性板材を電気絶縁材
２を介して環状に配置したリード基板１と、当該リード
基板１における電気絶縁材２による５ケ処の分断部２の
ウキ−周波電源Ｅに接続する分断部を除いた４ケ処の分
断部それぞれにまたがる４つの紡導素子３０とによって
加熱コイルが構成される。上記鋳導素子群３０の背後に
ハリード基板１の環孔１Ｇを貫通して軸方向に蔦在する
如く冷却液噴射管６を配置し、当該冷却液噴射管６の所
定側面に孔設した冷却液噴射孔６２からの冷却液をコア
５を嵌着した導体３のそれぞれが対向する孔壁条方向に
向って噴射可能なよ５に諸元が設定される。

焼入れの動作は前記第１実施例と全く同様であるので説
明を省略するが、第５図（ｂ）にｈとして示す如き孔壁
へ８条の焼入れ条を形成することができる。この場合円
筒体Ｗ、力を薄肉で外周との間に非硬化層を残した〜１
と＠Ｋ）！加熱時に外局方向から冷却液の噴射を行うこ
とにより、・目的が達せられる。

上記第１および第２実施例でをｉ加熱コイルと冷却液噴
射管とが一体構造となって〜・る場合について説明した
が、冷却液噴射管６カを加熱コイルにおけるリード基板
１の環孔１０を貫通して相対移動可能な構成とし、例え
番ｆ加熱時には加熱コイルと冷却液噴射管と力を共に部
材Ｗの孔内にあり、冷却時に１加熱コイルのみが移動し
て孔外に脱出して孔内に残留している冷却液噴射管６か
らの冷却液の噴射で加熱壁糸を冷却するようにしてもよ
く、また加熱時には加熱コイルのみ孔内に挿入され、加
熱終了後は孔外に脱出し、入れ替って冷却液噴射管６が
孔内に侵入ビて加熱壁糸を冷却するようにしてもよい。

当該加熱コイルと冷却液噴射管６との相対移動構造は縦
縞壁条数が多くなった場合の一体構造での冷却液噴射管
６の形状形成の困難さを解消するものであって、例えば
第５図（ｂ）　＆Ｃ示す冷却液噴射管６の端面形状糸巻
き形に替えて第６図に示すような端面円形の冷却液噴射
管６′を用いて孔壁全周に冷却液を噴射しても上記実施
例と同様の冷却効果が得られる。

肖り−ド基板は円環状に限らず孔型に応じた環状であれ
ば足りる。

本発明は小径孔Ｈが両端面間の構造であろうと、一方端
面開・他方端面閉の構造であろうと、★た孔壁が断面コ
字状め筒体の内壁であろ５と全て適用可能である。例え
ば断面コ字状の筒体が被処理部材である場合、電気絶縁
材２をはさむ３・３間を連結する連結部が第２図（ａ）
に３１または３２と示すよ５に筒壁や閉１ｖＬｆｉ壁に
近接していると、当該連結部から発生する磁力線の影響
により【、あるいは孔底近傍部分の発熱を心配するかも
知れないが、第７図に示すように一方が開口し他方が閉
となっている筒体Ｗｌでは閉端面の肉厚が周方向肉厚に
比べて大であることと、連結部にはコア５を嵌着してい
ないために磁力線が拡散されるので白該連結部近傍の対
向壁部分は高温度Ｏ昇温をみることは°ない。強いて当
該部分の発熱を避けたい場合には、冷却液噴射管６の邪
魔にならない１１度に第７図に３３として示す如く連結
部を導体３・３の対向壁反対側面方向に設けれヲ壬対、
向壁への磁力線による影響は殆んどなく発熱現象は生じ
ない。

本発明を実施することによって （１）両端面を開口とした小径孔や一方端面な開口とし
他方を閉端面とした小径孔へ所望条数の縦縞状焼入れ条
の形成が１シヨツトで極めて容易となり、 （２）シかも部材の大小または形状を問わず、かつ小径
孔が円形・楕円あるいは他の変形形状断面であろうと、
殆んどの形状の小径孔の孔壁へ縦縞状に所望の焼入れ条
を形成可能であり、 （３）シかも焼入れ条の長さが比較的長い場合でもその
全長にわたってほぼ均−深さおよび画然とした幅の焼入
れ条が形成されるので、（４）孔壁への最少限度の焼入
れ条の形成によって必要とする壁面の耐摩耗性が保証さ
れると共に部材の焼入れ歪の発生が防止され （５）更に冷却液噴射管を十分大きく設けられるよ５に
なったので冷却が効果的に行いうるな、− と極めて顕著な妨ｉ果が得られ、その応用範囲は大であ
る。　　　□

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来小径孔焼入れ方法を説明するための
断面正面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）で用いる従来
加熱コイルから発生する磁力線を示す正面図、第１図（
Ｃ）は従来方法による小径孔壁の焼入れに存する欠点を
説明するための部材の断面平面図、第２図（ａ）は本発
明方法による実施例焼入装置の１部切欠き斜視図、第２
図（ｂ）は第１図（ａ）　Ｋ示す焼入装置を小径孔内へ
挿入した状態を示す平面図、第２図（Ｃ）は第２図（ａ
）　）ｃ　ｙＲす焼入装置の加熱コイルを流れる電流回
路を示す斜視図、第３図は本発明装置における導体から
発生する磁力線の孔−へ及ぼす効果を説明するための部
分断面正面図、第４図は導′体にコアを嵌着しない場合
の欠点を説明するための平面図、第５図（麿）は本発明
の第２実施例装置における電流回路を示す斜視図、第５
図中）は第５図（Ｊｌ）　Ｋ示す第２実施例装置を筒体
内へ挿入した状態を示す平面図、第６図は本発明装置に
使用される冷却液噴射管の他の実施例を示す斜視図、第
７図は一方端面を閉面とした筒体の内壁へ縦縞状焼入れ
条を形成する例を示す断面正面図である。 １・・・リード基板　１ａ、ｌｂ、　　１ｃ・・・分断
片　１０・・・環孔　２，１ｍ、　　２ｂ、２Ｃ−・・
分断部蓄電気絶縁材　３ｙ　　ｓ”ｌ＃　　３Ｍ＊３ｂ
、３ｃ・・・導体　３０・・・銹導素子群３０１．３０
２・・・誘導素子　５・・・磁性体６・・・冷却液噴射
管　Ｗ、Ｗ、、Ｗ、・・・部材Ｈ・・・不径孔　Ｅ・・
・高周波電源 特許出願人 高周波熱錬株式会社 代理人弁理士小林　傳 第２図（ａ） 第２図　（ｂ） ｂ 第　２　　図　　（ｃ） ３１ 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）部材の小径孔壁へ軸方向にそった複数の表面焼入れ
   条を形成する場合において、上記孔壁と所定間隙をへだ
   てて軸方向に延在、する１対の平行部導体をもつ誘導素
   子を複数具えている加熱コイルｉもちいて、上記複数の
   導体それぞれが対向する壁糸に一力線を集中せしめつつ
   各壁糸を同時に加熱したのち、上記誘導素子群の背後に
   配置した軸方向に延在する冷却液噴射管からの噴射冷却
   液によって加熱壁糸な冷却することを特徴とする小径孔
   壁の縦縞状表面焼入れ方法。 ２）部材の小径孔壁へ軸方向にそった複数の表面焼入れ
   条を形成するものにおいて、環状導電板材ＫｌＩ数の切
   断部を設けて電気的に開成した分断片からなるリード基
   板と、当誼リード基板のいづれかの相隣るそれぞれを誘
   導加熱電源に接続した分断片間の切断部を除く他の切断
   部近傍の分断片それぞれの表面から直角に立ち上って所
   定長さ延在し相隣るものどうしが先端で連結してそれぞ
   れが１対の平行部導体をもつコ字状の誘導素子群とで構
   成される加熱コイルおよび上記リード基板の環孔を貫通
   し誘−導素子群と平行する冷却液噴射管を具え、上記そ
   れぞれの平行部導体に磁性体を駅着するとともに、それ
   ぞれの平行部導体が孔壁の所定被焼入れ条と所定間隙を
   へたてて対向する如く設定しであることを特徴とする小
   径孔壁の縦縞状表面焼入装置。 ３）リード基板と冷却液噴射管とが一体の固定構造に形
   成されている特許請求の範囲第２項記載の小径孔壁の縦
   縞状表面焼入装置。 ４）リード基板の環孔内を冷却液噴射管が相対移動可能
   に構成されている特許請求の範囲第２項記載の小径孔壁
   の縦縞状表面焼入装置。