JP5117057B2 - 焼入装置及び焼入方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状部品の内周面及び外周面を同時に焼入れする焼入装置及び焼入方法に関し、特に、内周面側に冷却ジャケットを配置できないような小さな内径の円筒状部品の内周面及び外周面を同時に焼入れする焼入装置及び焼入方法に関する。

誘導加熱を利用して金属部材などの被加熱物（ワーク）を加熱して急冷することにより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、上端と下端に開口が形成された円筒状部品が挙げられる。この円筒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、その外周面及び内周面を同時に焼入れすることがある。

円筒状部品の外周面と内周面を同時に焼入れする場合、通常、外周面及び内周面それぞれに誘導加熱コイルを近接配置させてこれらの面を焼入温度に誘導加熱し、その後、冷却ジャケットからこれらの面に冷却液を直接に噴射して急冷する。ところが、円筒状部品のなかには、内径の非常に小さなもの（例えば１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内のもの）がある。このような小内径の円筒状部品の内周面を急冷する際には、十分な量の冷却液を噴射させる冷却ジャケット等を内周面の側に配置しにくい。

従って、内周面の一部が急冷されずにその一部に微細パーライト（トルースタイト）組織が発生するおそれがある。そこで、焼入温度に加熱した円筒状部品を焼入液中に浸漬してその内周面と外周面に冷却液を噴射する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７―２２４３２７号公報

しかし、上記の技術では焼入装置が大掛かりなものとなる。また、円筒状部品の内径が小さいときは、内周面に冷却液を噴射する冷却ジャケットが内周面側に挿入できないこととなるので、内周面が十分に冷却されないおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、内径が小さい円筒状部品であってもその外周面と内周面を同時に確実に焼入れできる焼入装置及び焼入方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の焼入装置は、上部と下部に開口が形成された円筒状部品の内周面と外周面を同時に焼入れする焼入装置において、
（１）前記外周面を誘導加熱する外周面用誘導加熱コイルと、
（２）前記内周面を誘導加熱する内周面用誘導加熱コイルと、
（３）前記外周面用誘導加熱コイルに組み込まれ、冷却液を噴射する第１冷却ジャケットと、
（４）前記外周面用誘導加熱コイルの下部に取り付けられ、冷却液を噴射する第２冷却ジャケットとを備え、
（５）前記第１冷却ジャケットは、前記円筒状部品の上部から下部までに対向する複数の冷却液噴射口を有し、
（６）当該円筒状部品の前記上部に対向する上部冷却液噴出口は、所定位置に降下した前記円筒状部品の上端よりも高く位置し、
（７）当該上部冷却液噴射口から噴射された冷却液を、所定位置に降下した前記円筒状部品の上端を越えて前記内周面用誘導加熱コイルに当て、当該内周面用誘導加熱コイルに反射した冷却液を前記円筒状部品の前記内周面に当てることを特徴とする。

ここで、
（８）前記第２冷却ジャケットは、所定位置に降下した前記円筒状部品の下部に対向して設けられ、
（９）当該第２冷却ジャケットから噴射された冷却液を、所定位置に降下した前記円筒状部品の下部外周面に当てることが好ましい。

さらに、
（１０）前記円筒状部品は、その内径が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内のものであってもよい。

さらにまた、
（１１）前記円筒状部品の上端を覆うと共に、該円筒状部品の内周面に向けて冷却液を噴射する上カバー冷却ジャケットを備えてもよい。

また、上記目的を達成するための本発明の焼入方法は、円筒状部品の内周面と外周面を同時に焼入れする焼入方法において、
（１２）前記外周面及び前記内周面を焼入温度に同時に誘導加熱し、
（１３）該誘導加熱された円筒状部品を所定位置まで降下させ、
（１４）前記外周面の側から冷却液を噴射して前記外周面を冷却すると共に、該噴射された冷却液の一部が前記円筒状部品の上端を越えてその内周面に当たって該内周面を冷却することを特徴とするものである。

ここで、
（１５）前記噴射された冷却液の一部が前記円筒状部品の上端を越えてその内周面に当たる際に、前記噴射された冷却液が、前記内周面を誘導加熱する内周面用誘導加熱コイルに当たって反射されて前記円筒状部品の前記内周面に当たるようにしてもよい。

また、
（１６）前記円筒状部品の上方からも該円筒状部品の内周面に向けて冷却液を噴射してもよい。

さらに、
（１７）その内径が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内の円筒状部品の外周面及び内周面を同時に焼入れしてもよい。

本発明によれば、外周面用誘導加熱コイル及び内周面用誘導加熱コイルを用いて円筒状部品の外周面及び内周面を同時に誘導加熱し、その直後に、円筒状部品の下端が第２冷却ジャケットの下端とほぼ同じ高さになる位置まで円筒状部品を下降させる。これにより、外周面用誘導加熱コイルに組み込まれた第１冷却ジャケットの上部は、円筒状部品の上端よりも高い位置に位置することとなる。この状態を保って、第１冷却ジャケット及び第２冷却ジャケット双方から冷却液を噴射させる。この噴射によって、第１冷却ジャケットの上部から噴射された冷却液は、円筒状部品の上端を越えてその内周部に浸入して内周面を急冷する。円筒状部品の上部及び中央部の外周面は、第１冷却ジャケットから噴射された冷却液によって急冷される。また、円筒状部品の下部の外周面は、第２冷却ジャケットから噴射された冷却液によって急冷される。即ち、円筒状部品の外周面と内周面は同時に確実に焼入れされることとなる。また、円筒状部品を浸漬する焼入液タンクなどは使用しないので、大掛かりな焼入装置にはならない。

本発明は、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内の内径をもつ円筒状部品の焼入れに実現された。

図１と図２を参照して、本発明の焼入装置の一例を説明する。図１は、本発明の焼入装置の一例を示す斜視図である。図２は、ワークＷを降下させてその外周面と内周面を同時に冷却している状態を模式的に示す側面図であり、ワークＷと誘導加熱コイルの右半分だけを示す。なお、図１の破線で示す矢印は、高周波電流の流れの一例を示している。

焼入装置１０は、円筒状部品Ｗ（以下、ワークＷという）の外周面Ｗｇを誘導加熱する環状の外周面用誘導加熱コイル２０と、内周面Ｗｎを誘導加熱する環状の内周面用誘導加熱コイル３０とを備えている。ワークＷの外周面Ｗｇと内周面Ｗｎを同時に焼入れするに際しては、外周面用誘導加熱コイル２０が外周面Ｗｇを取り囲むように外周面誘導加熱コイル２０を外周面Ｗｇの近傍に配置する（近接配置する）と共に、内周面誘導加熱コイル３０を内周面Ｗｎの内側（内周面Ｗｎによって囲まれた空間内）で内周面Ｗｎの近傍に配置する（近接配置する）。なお、外周面誘導加熱コイル２０と内周面誘導加熱コイル３０は電気的に直列に接続されている。

また、焼入装置１０は、冷却液を噴射する第１冷却ジャケット４０及び第２冷却ジャケット５０を備えている。第１冷却ジャケット４０は外周面用誘導加熱コイル２０に組み込まれており、第２冷却ジャケット５０は外周面用誘導加熱コイル２０の下端面に固定されて、その下部に取り付けられている。即ち、第２冷却ジャケット５０は第１冷却ジャケット４０の下端面に固定されて、その下部に取り付けられている。

これら第１冷却ジャケット４０と第２冷却ジャケット５０では、冷却液の流れる流路は別々である。第１冷却ジャケット４０には、冷却液口４０ａから冷却液が供給される。第２冷却ジャケット５０には、冷却液口５０ａから冷却液が供給される。

第１冷却ジャケット４０の内周面には、冷却液を噴射する複数の冷却液噴射口４０ｂ、４０ｃが形成されている。冷却液噴射口４０ｂは、ワークＷが後述する冷却位置まで降下したときに、ワークＷの上端よりも高くなる位置に形成されている。一方、冷却液噴射口４０ｃは、ワークＷが冷却位置まで降下したときに、ワークＷの外周面に向き合う位置に形成されている。冷却液噴射口４０ｂは、本発明にいう上部冷却液噴射口の一例であり、複数の冷却液噴射口４０ｂから噴射された冷却液は、ワークＷの上端を越えて内周面誘導加熱コイル３０に当たって反射されて内周面Ｗｎに当たりこれを冷却する。一方、複数の冷却液噴射口４０ｃから噴射された冷却液は、ワークＷの外周面Ｗｇに直接に噴射されてこれを冷却する。

また、ワークＷの上方には、冷却液の飛散を防止するための上カバー６０が配置されている。この上カバー６０を、その内側の下面から内周面Ｗｎに向かう冷却液を噴射させるように構成してもよい。この場合、上カバー６０から噴射された冷却液は、図２に示すように、内周面誘導加熱コイル３０に当たって反射されて内周面Ｗｎに当たりこれを冷却する。上カバー６０は、本発明にいう上カバー冷却ジャケットの一例である。

図２に示すように、ワークＷの上部と下部にはそれぞれ開口Ｗｏが形成されており、ワークＷには上壁と底部は形成されていない。ワークＷの外径は約１５０ｍｍであり、内径は約２０ｍｍである。ワークＷの外周面Ｗｇと内周面Ｗｎを同時に加熱する際には、外周面用誘導加熱コイル２０を外周面Ｗｇに対向させると共に、内周面用誘導加熱コイル３０を内周面Ｗｎに対向させる。この例では、内周面Ｗｎの中央部よりも上部を焼入れするので、内周面用誘導加熱コイル３０は、内周面Ｗｎのうち中央部よりも上部に対向させておく。この状態で、外周面用誘導加熱コイル２０と内周面用誘導加熱コイル３０に一台の高周波電源から同時に高周波電力（周波数５０ｋＨｚ、出力３００ｋＷ）を供給する。加熱時間は、必要とする焼入深さによるが、この例では、３秒間とした。

上記のようにして外周面Ｗｇと内周面Ｗｎを同時に焼入温度に加熱した後、ワークＷを降下させる。この降下量は、ワークＷの下端が第２冷却ジャケット５０の下端と同一高さになる量である。換言すれば、第２冷却ジャケット５０から噴射された冷却液によってワークＷの下部の外周面が急冷される位置（冷却位置）まで、ワークＷを降下させる。この状態で、第１冷却ジャケット４０及び第２冷却ジャケット５０から冷却液を噴射する。第２冷却ジャケット５０から噴射された冷却液は、上述したように、ワークＷの下部に直接に当たってこれを急冷する。

第１冷却ジャケット４０の冷却液噴射口４０ｃから噴射された冷却液は、ワークＷの外周面Ｗｇのうち中央部と上部に直接に当たってこれらを急冷する。第１冷却ジャケット４０の冷却液噴射口４０ｂから噴射された冷却液は、ワークＷの上端を越えて内周面誘導加熱コイル３０に当たって反射されて内周面Ｗｎに当たりこれを冷却する。このように冷却液噴射口４０ｂから噴射された冷却液はワークＷの内周面Ｗｎを冷却することとなるので、内周面Ｗｎは確実に効率良く冷却される。また、ワークＷを浸漬する焼入液タンクなどは必要ないので、大掛かりな焼入装置にはならない。

本発明の焼入装置の一例を示す斜視図である。 ワークＷを降下させてその外周面と内周面を同時に冷却している状態を模式的に示す側面図である。

１０ 焼入装置
２０ 外周面用誘導加熱コイル
３０ 内周面用誘導加熱コイル
４０ 第１冷却ジャケット
５０ 第２冷却ジャケット
Ｗ ワーク
Ｗｇ ワークの外周面
Ｗｎ ワークの内周面

Claims (8)

1. 上部と下部に開口が形成された円筒状部品の内周面と外周面を同時に焼入れする焼入装置において、
   前記外周面を誘導加熱する外周面用誘導加熱コイルと、
   前記内周面を誘導加熱する内周面用誘導加熱コイルと、
   前記外周面用誘導加熱コイルに組み込まれ、冷却液を噴射する第１冷却ジャケットと、
   前記外周面用誘導加熱コイルの下部に取り付けられ、冷却液を噴射する第２冷却ジャケットとを備え、
   前記第１冷却ジャケットは、前記円筒状部品の前記上部から下部に対向する複数の冷却液噴出口を有し、
   当該円筒状部品の前記上部に対向する上部冷却液噴出口は、所定位置に降下した前記円筒状部品の上端よりも高く位置し、
   当該上部冷却液噴射口から噴射された冷却液を、所定位置に降下した前記円筒状部品の上端を越えて前記内周面用誘導加熱コイルに当て、当該内周面用誘導加熱コイルに反射した冷却液を前記円筒状部品の前記内周面に当てることを特徴とする焼入装置。
2. 前記第２冷却ジャケットは、所定位置に降下した前記円筒状部品の下部に対向して設けられ、
   当該第２冷却ジャケットから噴射された冷却液を、所定位置に降下した前記円筒状部品の下部外周面に当てることを特徴とする請求項１に記載の焼入装置。
3. 前記円筒状部品は、その内径が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内のものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焼入装置。
4. 前記円筒状部品の上端を覆うと共に、該円筒状部品の内周面に向けて冷却液を噴射する上カバー冷却ジャケットを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の焼入装置。
5. 円筒状部品の内周面と外周面を同時に焼入れする焼入方法において、
   前記外周面及び前記内周面を焼入温度に同時に誘導加熱し、
   該誘導加熱された円筒状部品を所定位置まで降下させ、
   前記外周面の側から冷却液を噴射して前記外周面を冷却すると共に、該噴射された冷却液の一部が前記円筒状部品の上端を越えてその内周面に当たって該内周面を冷却することを特徴とする焼入方法。
6. 前記噴射された冷却液の一部が前記円筒状部品の上端を越えてその内周面に当たる際に、前記噴射された冷却液が、前記内周面を誘導加熱する内周面用誘導加熱コイルに当たって反射されて前記円筒状部品の前記内周面に当たるようにすることを特徴とする請求項５に記載の焼入方法。
7. 前記円筒状部品の上方からも該円筒状部品の内周面に向けて冷却液を噴射することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の焼入方法。
8. 内径が１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内の円筒状部品の外周面及び内周面を同時に焼入れすることを特徴とする請求項５〜請求項７の内のいずれか一項に記載の焼入方法。

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