JPH0457728B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は円柱状部材の局部的所定巾周面、円板
状部材の周面、環状部材の内外周面等比較的狭い
巾を誘導加熱表面焼入れする場合のワンシヨツト
焼入れ冷却方法および装置に関する。

（従来の技術） 通常、円柱状部材の局部的所定巾周面、円板状
部材の周面、環状部材の内外周面等比較的狭い巾
が焼入れ対象とされ、かつ部材径が比較的小径で
ある場合には、焼き巾に見合う加熱コイルを使用
して、部材と加熱コイルとを軸方向相対移動させ
ることなく定位置で対向させ、部材を軸回転せし
めつつ加熱し急冷するワンシヨツト焼入れ方法が
用いられる。

従来から行われているワンシヨツト焼入れ冷却
方法を第３図ａに従つて以下に説明する。

第３図ａにおいてＷは環状部材であり、その内
周面が摺動面とされるために焼入れを施す場合で
ある。当該内周面焼入れに使用される加熱コイル
C′は管材からなり、部材Ｗの焼入れ内周面に対向
する外周面には多数の細孔ｓが孔設されている。
当該加熱コイルC′管内には冷却流体供給源に接続
する冷却流体供給管Ｈが開口し、冷却流体供給時
には加熱コイルC′管内経由で上記細孔ｓから焼入
れ用冷却流体を部材Ｗの対向面へ向つて噴射可能
である。

焼入れ操作は、まず部材Ｗの焼入れ内周面に加
熱コイルC′を対向配置し、加熱コイルC′に通電し
て被焼入れ周面を所定焼入れ温度まで加熱したう
えで冷却流体を冷却流体供給管Ｈから加熱コイル
C′の管内に流入させ、細孔ｓから噴出する冷却流
体を被加熱面へ射衝して当該周面を急冷・焼入れ
するとともに、加熱コイルC′の自己発熱をも奪熱
する。（加熱時間が長い場合等では加熱コイル
C′の冷却は管外に這わせて固着した冷却流体循環
管路を使用することもある。） ところで、当該ワンシヨツト焼入れに限らず全
ての焼入れ冷却に適用されることであるが、少な
くとも焼入れ温度以上に加熱された被加熱面に急
冷用の液体が接触すると、瞬間的に気化して蒸気
膜を形成し、当該蒸気膜が後続する液体の被加熱
面に直接接触するのを妨げて冷却作用を阻害する
ので、部材を回転させるとともに、上記蒸気膜を
突き破るだけの噴射圧で冷却流体を噴射すること
が常套的にとられている。

（従来技術に存する問題点） 従来ワンシヨツト焼入れ冷却方法では、部材を
軸回転させるので、被加熱周面の周方向では全周
にわたり略均一な焼入れ仕上がりが得られるが、
焼き巾方向の仕上がりについては必ずしも満足な
結果を得てはいない。

何故ならば、加熱コイルC′の巾が焼入れ巾に見
合うよう第３図ａに示す如く略同一巾か、例えば
周面がボールレーストラツクであるような場合に
は、第３図ｃに見られるように焼入れ巾よりも小
巾に形成されている。従つて前者の場合には、加
熱コイルC′に孔設されている冷却流体噴射孔ｓは
被加熱周面を直角方向から射衝する如く、また後
者の場合には扇形に拡つて焼入れ巾を覆い射衝す
る如く穿設され、当該噴射孔ｓから噴出した冷却
流体はそれぞれ第３図ｂおよびｃに示す如き振舞
をする。

即ち、噴射孔ｓから噴出した冷却流体はそれぞ
れ極めて狭い間隙（通例１〜３mm程度）……コイ
ル・クリアランスを介して対向面に当接したの
ち、上方側では上向きに反転して流下しようとす
るが、巾方向中央部の流勢が強いため流下が遅れ
て端縁部近傍に滞留する傾向があり、下方側では
下向きに流下するが、端縁部近傍には奪熱により
昇温した流体が集中する傾向があり、焼入れ面を
精査すると巾方向の両端縁部が中央部に比べて微
少ではあるものの焼入れ硬さが低く、深さが浅い
という不均一仕上りとなる。

さらに、当該ワンシヨツト焼入れでは前述のと
おり、コイル・クリアランスが狭小なためと、加
熱作用を主務とする加熱コイル自体が冷却機構を
兼務している関係から前記蒸気膜を破るだけの噴
射圧を確保する噴射孔を孔設してあるものの、当
該噴射孔の径には自ずから制限されて孔径を大き
くは出来ないためとにより、冷却流体の流量が大
きくとれず、焼入れ硬化層および有効硬化層を余
り深く形成し得ないという弱点があつた。

これまで、従来方法による焼入れ面の上述した
巾方向の微少な不均一仕上り程度は止むを得ない
ところとされ、かつ焼入れ硬化層および有効硬化
層の浅い点も黙認されていたが、近来、機械装置
類の精密化の趨勢上から被焼入れ面の精密な均一
性ならびに当該被焼入れ面のより高い耐久性が強
く要請され、その対策を迫られる事態が生ずるこ
ととなつた。

（発明の目的） 本発明は部材周面をワンシヨツト焼入れする場
合の従来方法および装置に存する上述した問題点
を解決するためになされたもので、周方向全周に
わたる焼入れ仕上がりは勿論のこと、焼入れ巾方
向の焼入れ仕上がりをも精密に均一となし、しか
も深い焼入れ硬化層および有効硬化層を形成し得
る焼入れ冷却方法および装置を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本願第１発明の構成は、 軸回転する部材の周面所定巾を当該所定巾に対
向する加熱コイルで所定焼入れ温度まで加熱した
のち急冷するワンシヨツト焼入れにおいて、上記
部材の回転状態にある被加熱全周面を周方向で分
割された交互に逆方向へ噴流する複数の流体で急
冷するようにした ことを特徴とする部材周面のワンシヨツト焼入れ
冷却方法にある。

また、上記本願第１発明の方法を実施するため
の本願第２発明の構成は、 軸回転する部材の周面所定巾に対向して当該周
面所定巾を加熱可能な加熱コイルおよび部材に対
して軸方向相対移動することなく被加熱周面を急
冷可能な冷却機構を備えたワンシヨツト焼入れ装
置において、上記冷却機構が加熱コイルを両端面
方向から挟んで配設され、それぞれの冷却機構に
孔設する焼入れ用冷却流体噴射孔を周方向同一角
度で複数に分割して間欠的な孔設範囲かつ同一角
度範囲では互いに逆の間欠的な孔設範囲に孔設す
るとともに、それぞれの冷却機構の冷却流体噴射
孔の穿孔角度が互いに巾方向から被加熱面を指向
するように構成してなる ことを特徴とする部材周面のワンシヨツト焼入れ
冷却装置にある。

（発明の作用） 本発明は、軸回転している部材の所定焼入れ温
度まで加熱されている所定巾周面に、全周方向で
複数に分割した交互に逆方向へ噴射される複数の
冷却流を、流量に殆ど制限されることなく、それ
ぞれ巾方向の一方側から他方側へ、また他方側か
ら一方側へと交互に奔流せしめ、冷却流体が被加
熱面に触れて発生した蒸気をそれぞれ巾方向から
押し流して蒸気膜形成の暇を与えないようにする
とともに、巾方向の上側端縁部には冷却流体の滞
留を生ずる暇を与えず、下側端縁部には奪熱昇温
した冷却流体のみが流下しないようにする作用を
発揮する。

（実施例） 本発明を第１図ａおよびｂに示す実施例装置に
従つて以下に詳述する。

本実施例は内周面がボールレーストラツクとさ
れる環状部材Ｗの当該レーストラツクを焼入れす
る場合である。第１図ａに示されるように、加熱
コイルＣは、この場合凹面にWhとして示す焼入
層を形成するため円管材からなつている。本発明
を実施した冷却機構は、例えば加熱コイルＣの捲
回内を貫通して一体構造とはなつているが、後記
する内部構造では実質的に２分されていて、当該
加熱コイルＣの両端面方向からこれを挟む如く配
置されたJa，Jbとして示す２つの機構である。
即ち、当該機構は内部が空洞となつており、当該
空洞は軸方向に垂直な板材で仕切られた冷却機構
JaおよびJbに区分される。而して、冷却機構Ja
の空洞には冷却流体供給管Haが、冷却機構Jbの
空洞には冷却流体供給管Hbが開口している。ま
た、冷却機構JaおよびJbそれぞれの周面は、こ
れを展開図として示す第１図ｂに見られるよう
に、この場合全周360°を６分割し、60°ごとに冷
却流体噴射孔ｓの孔設範囲が間欠的に連続し、か
つJaとJbとは冷却流体噴射孔ｓの孔設範囲が対
応する周方向角度範囲では互い違いとされてい
る。さらに、冷却流体噴射孔ｓは第１図ａに示す
ように、冷却機構Jaにおいては外側へ向つて斜
め下向きに、また冷却機構Jbにおいては外側へ
向つて斜め上向きに孔設されており、その孔径は
従来加熱コイルに冷却機構を兼務させた場合と比
べると遥かに大径に設定されている。

上記装置を用いて焼入れをする場合、加熱コイ
ルＣと部材Ｗとを対向させて位置決めしたうえで
部材Ｗを軸回転させ、加熱コイルＣへ図示しない
電源から所定時間の通電を行つて部材Ｗの内周レ
ーストラツク面を所定焼入れ温度まで加熱し、通
電停止後冷却流体供給管HaおよびHbそれぞれを
介して冷却機構JaおよびJbへ冷却流体を導入す
る。冷却機構JaおよびJbの空洞へ導入された充
分な流量の冷却流体は当該空洞を忽ち充満したの
ち、それぞれに孔設されている冷却流体噴射孔ｓ
から孔設角度に従つた方向へと噴流して回転中の
被加熱面を射衝し、次いで第１図ｃに示す如く冷
却機構Jaの冷却流体噴射孔ｓから噴射された冷
却流体の噴流は破線で描く矢印に従い、冷却機構
Jbの冷却流体噴射孔ｓから噴射された冷却流体
の噴流は実線で描く矢印に従い被加熱面上を奔流
したのち流れ去る。

この場合、冷却機構JaおよびJbそれぞれの冷
却流体噴射孔ｓから噴射された冷却流体の大流量
の噴流は流路にあたる被加熱面から発生する蒸気
を蒸気膜形成の暇を与えずに横方向からそれぞれ
押し流す（厳密には部材が回転中であるので噴流
は斜行する）とともに、冷却機構Jbの冷却流体
噴射孔ｓから噴流して被加熱面を上向きに奔流
し、被加熱面の巾方向上端縁部に達した冷却流体
は、当該上端縁部に滞留する暇なく、巡り来つた
下向きに奔流する隣接冷却機構Jaの冷却流体噴
射孔ｓから噴射された冷却流体の奔流に乗つて流
下し去り、かつ下端縁部にも被加熱面奪熱により
昇温した冷却流体のみが流れることもないので、
被加熱面は全周にわたり、かつ巾方向にわたり均
一に芯部方向深くまで急冷されることとなる。

（実施例） 本発明者は本発明の効果を確認するため、つぎ
の実験を行つた。

○実験方法；同一寸法・同一材質の第１図ａに
示される形状のインナーレース部材を供試
体として使用し、加熱条件は同一とする
も、Ａ供試体には第１図に示す本発明冷却
方法の実施例装置により、Ｂ供試体には第
３図ｃに示す従来冷却方法に則した装置に
より急冷・焼入れして第２図ａに二重斜線
部ｈとして示す焼入れ層を形成し、当該焼
入れ層のＸおよびＹで示す断面それぞれの
硬さ測定をした。

○硬さ測定試験結果；硬さ測定試験結果を縦軸 に硬さ（Hv）、横軸に表面からの距離をと
つた図表上にプロツトし、Ｘ断面を第２図
ｂにＹ断面を第２図ｃに示す。それぞれの
図における曲線XAおよびYAは本発明実
施供試体の、また曲線XBおよびYBは従
来冷却方法実施供試体の結果を示す。

上記実験例の結果から、本発明は巾方向におけ
る中央部と端縁部との別なく、均一かつ深い焼入
れ硬化層および有効硬化層を形成することが確認
された。

（他の実施例） 上記実施例では、環状部材の内周面の凹面を被
焼入れ面とした場合を挙げたが、凹面に限らず平
坦な面でも実施例と全く同様な冷却機構で同様に
焼入れ冷却がおこなわれ、環状部材の外周面の凹
面乃至は平坦を被焼入れ面とする場合も、加熱コ
イルを当該環状部材の外周面に対向させ、冷却機
構を加熱コイルの両端面方向に配置すれば、上記
実施例と同様の理により被加熱面を全周にわた
り、かつ巾方向にわたり均一に深く急冷し得る。

上記実施例環状部材に限らず、円柱状部材の局
部的所定巾周面、円板状部材の周面等比較的狭い
巾を誘導加熱表面焼入れする場合のワンシヨツト
焼入れ等全て本発明焼入れ冷却方法および装置が
適用可能である。

また、上記実施例では加熱コイルの両端面に配
置される冷却機構として、外観は一体構造ではあ
るが、内部的に２分割された場合を挙げて説明し
たが、これに限定されず完全分離構造としてもよ
く、あるいは部材の内径または外径の大きさに応
じて冷却機構を環状体としてもよい。

さらに、冷却流体噴射孔の孔設範囲の周方向割
り角度は、実施例の角度に限定されるものでもな
く、余り大とするのは好ましくはないが、任意に
設定すればよく、これらは全て設計事項であつ
て、上記実施例と全く同様な作用・効果を齋し得
る。

（発明の効果） 部材周面をワンシヨツト焼入れする場合に本発
明を実施すれば、周方向はもとより巾方向におい
ても焼入れ仕上りが精密に均一、かつ深い焼入れ
硬化層および有効硬化層を形成し得るので、機械
装置類の精密化および耐久性延長の趨勢に副う焼
入れ技術の向上を齋すものとして多大の効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明方法の一実施例装置の断面正
面図、第１図ｂは本発明実施例装置に用いられる
冷却機構の冷却流体噴射孔孔設面の展開図、第１
図ｃは本発明方法による冷却流体の被加熱面上の
流路を説明するための部材被加熱面展開図、第２
図ａは実験例における硬さ測定位置を示す供試体
の断面図、第２図ｂおよびｃはそれぞれ硬さ測定
試験結果を示す線図、第３図ａは従来方法にもと
ずく装置による部材周面のワンシヨツト焼入れを
説明するための断面正面図、第３図ｂおよびｃは
それぞれ従来方法に存する問題点を説明するため
の断面正面図である。 Ｗ……部材、Ｃ……加熱コイル、Ja，Jb……
冷却機構、ｓ……冷却流体噴射孔。

【特許請求の範囲】

１ ワークコイルをワークの被処理面に沿つて相
対的に往復走行自在に設けるとともに触針部がワ
ークの被処理面に圧接してワークとワークコイル
との間のギヤツプを検出するギヤツプセンサを設
け、このギヤツプセンサの検出信号に従つて前記
ギヤツプを所定値に保持すべくワークコイルをそ
の走行方向と直交する方向に進退させるギヤツプ
制御手段を備えた高周波自動焼入装置において、
前記ワークの被処理面端部を検出する端部検出セ
ンサを設け、この端部検出センサの検出信号に従
つて前記ギヤツプセンサをワークの被処理面に対
し接触離反させる位置制御手段を設けたことを特
徴とする高周波自動焼入装置。