JP4573030B2 - 熱処理用治具およびプラグ焼入れ装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状部品に熱処理を施す際に、所定の部品精度を確保するための技術に関するものである。

従来から、環状部品に焼入れを行う際に、上・下型で環状部品の側端面を挟持して端面振れの向上を図ると同時に、環状部品の内径部にプラグを嵌合させることにより、内径精度を向上させる手法が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

実開昭６４−１４１５２号公報（第６頁〜第９頁、第１図〜第５図）

ところで、図８に示す環状部品１０のように、内歯１２のみならず外歯１４を備える環状部品に対し焼入れを行う場合には、焼入れ後の内径精度、端面振れに加え、外歯精度も確保する必要がある。このような場合には、環状部品１０を可能な限り均一に冷却することが必要となるが、上記従来の手法は、その要求を満足するものではなかった。そこで、本発明者らは、環状部品１０の全体を均一に冷却することを目的とした金型を試作するに至った。
図９に示すこの試作金型２０（未公知）は、図８の環状部品１０の端面１６、１８を挟持する部分に、環状溝２２を設け、かつ、環状溝２２の半径方向の内側部分と外側部分とを、複数の架橋部２４で一体に連結した構造を有している。

そして、この試作金型２０によれば、環状溝２２が焼入れ液の流通路として機能することから、試作金型２０に挟持された環状部品１０の内歯１２および外歯１４の何れにも焼入れ液を供給することが可能となる。しかしながら、環状部品１０の内歯１２および外歯１４の双方を均等に冷却するためには、架橋部２４が、環状溝２２内の焼入れ液の流通を阻害しないように、架橋部２４の断面積を可能な限り小さく抑える必要がある。一方、試作金型２０には、焼入れサイクル毎に、環状部品１０の側端面１６、１８の振れを矯正するための応力が加わる。したがって、断面積の小さな架橋部２４に応力集中を生じ、その結果として試作金型２０の耐久性を低下させることになっていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い耐久性を備え、かつ、環状部品の内径精度、端面振れ、外歯精度の全てを高い次元で確保することが可能な熱処理用治具を用いることによって、高精度の熱処理部品を低コストで提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る熱処理用治具は、環状部品の内径部に嵌合可能なプラグと、前記環状部品の側端面に当接した状態で前記プラグが挿通される挿通穴を備える上・下型と、該上・下型に挟持された状態の前記環状部品に焼入れ液を供給する供給手段とを備え、前記上・下型の、前記環状部品が備える外歯との接触部分に、前記挿通穴を基端として前記挿通穴の半径方向外側へと延び、その先端部を結ぶ円の直径が前記環状部品の外歯の歯先円直径よりも大きく形成された、櫛形溝が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、上・下型によって挟持された環状部品の側端面に、上・下型の櫛形溝が面することとなり、この櫛形溝が焼入れ液の流通路となって、環状部品の全体に渡って均一に焼入れ液を供給することが可能となる。しかも、櫛形溝の幅、ピッチ等を考慮することによって、各溝を円周方向に分ける金型の肉に必要な強度を確保し、焼入れ液の供給の均一性と金型強度とを高い次元でバランスさせることが可能となる。
また、本発明の請求項２に係る熱処理用治具は、請求項１に係る熱処理用治具において、前記上・下型の櫛形溝は、前記上・下型の開閉方向に貫通して設けられていることしたものである。この構成によれば、簡単な溝形状で環状部品の全体に均一な焼入れ液の供給を行うことが可能となる。

また、本発明の請求項３に係る熱処理用治具は、請求項１または２に係る熱処理用治具において、前記上・下型の、前記環状部品との接触部分に、前記櫛形溝の各溝同士を円周方向へと連結するバイパス溝が設けられていることとしたものである。この構成によれば、金型の強度を低下させることなく、当該バイパス溝を流通する焼入れ液によって、環状部品の全体に対する焼入れ液の供給の均一性をさらに向上させることが可能となる。
さらに、本発明の請求項４に係る熱処理用治具は、請求項１から３のいずれか１項記載の熱処理用治具において、前記上・下型の少なくとも一方に、前記環状部品を、半径方向外側から所定の隙間を確保して覆う環状のスカートが設けられていることしたものである。この構成によれば、櫛形溝もしくはバイパス溝を流れる焼入れ液が、上・下型に挟持された環状部品の周囲から放散されることを、スカートによって防止しつつ、焼入れ液の供給の均一性を十分に確保することが可能となる。
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係るプラグ焼入れ装置は、請求項１から４のいずれか１項記載の熱処理用治具を備えるものである。

本発明は、高い耐久性を備え、かつ、環状部品の内径精度、端面振れ、外歯精度の全てを高い次元で確保することが可能な熱処理用治具とこれを備えるプラグ焼入れ装置を用いることによって、高精度の熱処理部品を低コストで提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る熱処理用治具は、図１に示すプラグ焼入れ装置２６に用いられるものである。プラグ焼き入れ装置２６は、固定プレート２８と、固定プレート２８に一端部を固定されたガイドロッド３０に沿って移動する、可動プレート３２とを備えている（ガイドロッド３０の他端部は、別の固定プレートに固定されている。）。そして、固定プレート２８には、プラグ３４が昇降する中心穴２８ａと、中心穴２８ａを通じて後述する下型３８へと焼入れ液を供給するための、供給路２８ｂとが形成されている。これら、中心穴２８ａと供給路２８ｂとは、焼入れ液の供給手段を構成するものである。なお、プラグ３４を昇降させるためのピストンロッド３６は、シール付軸受３７を介して固定プレート２８に固定されることにより、プラグ３４の、ストロークＬで示す昇降動作を可能としつつ、中心穴２８ａに供給される焼入れ液の漏洩を防いでいる。

さらに、固定プレート２８の中心穴２８ａの上縁部には、下型３８が固定されている。下型３８は、可動プレート３２に固定された上型４０と共に、環状部品１０の側端面を挟持するものである。また、下型３８は、図２にも示すように、プラグ３４が挿通される挿通穴３８ａを備える。そして、下型３８の環状部品１０との接触部分３８ｂには、挿通穴３８ａを基端として挿通穴３８ａの半径方向外側へと延びる櫛形溝３８ｃが設けられている。なお、図示の例では、櫛形溝３８ｃは、下型３８の開閉方向に貫通して設けられている。

一方、可動プレート３２には、固定プレート２８の中心穴２８ａと同軸上に中心穴３２ａが貫通し、かつ、可動プレート３２の上面には、固定プレート２８の中心穴２８ａを通じて上型４０へと焼入れ液を供給するための、供給管４２が連結されている。そして、可動プレート３２の中心穴３２ａの下縁部に、上型４０が固定されている。なお、供給管４２および中心穴３２ａは、焼入れ液の供給手段を構成するものである。
この上型４０は、図３にも示すように、プラグ３４が挿通される挿通穴４０ａを備え、環状部品１０との接触部分４０ｂには、挿通穴４０ａを基端として挿通穴４０ａの半径方向外側へと延びる櫛形溝４０ｃが設けられている。櫛形溝４０ｃは、上型４０の開閉方向に貫通して設けられている。さらに、上型４０には、所定の隙間を確保して環状部品１０を半径方向外側から覆うための、環状のスカート４０ｄが設けられている。

図４には、下型３８と上型４０とによって環状部品１０を挟持した状態を、一部拡大して示している。図４から明らかなように、下型３８の貫通穴３８ａ、上型４０の貫通穴４０ａの直径は、何れも、環状部品１０の内歯１２の歯先円直径よりも大きく形成されている。よって、環状部品１０の内歯１２の歯先は、下型３８の貫通穴３８ａ、上型４０の貫通穴４０ａに突出した状態となり、プラグ３４と当接可能となっている。また、下型３８の櫛形溝３８ｃ、上型４０の櫛形溝４０ｃの各先端部を結ぶ円の直径は、環状部品１０の外歯１４の歯先円直径よりも大きく形成されている。なお、下型３８の櫛形溝３８ｃ、上型４０の櫛形溝４０ｃいずれも、環状部品１０の外歯１４のピッチ、歯幅とも一致するように形成されたものではない。

さらに、図５には、図２に示す下型３８の応用例として、環状部品１０との接触部分３８ｂに、櫛形溝の各溝同士を円周方向へと部分的に連結する環状のバイパス溝３８ｅが形成されたものを示している。また、図６には、図３に示す上型４０の応用例として、環状部品１０との接触部分４０ｂに、櫛形溝の各溝同士を円周方向へと部分的に連結する環状のバイパス溝４０ｅが形成された例を示している。何れの場合も、バイパス溝３８ｅ、４０ｅ以外の構成は、図２、図３に示す下型３８、上型４０と同一部分を同一符号で示しており、詳しい説明を省略する。

図７には、図５、図６に示した上・下型３８、４０を用いて、環状部品１０に焼入れを施す際の、焼入れ液の流れを矢印で示している。焼入れ液は、環状部品１０が上・下型３８、４０に挟持された状態で、下型３８、上型４０の双方から環状部品１０へと供給される。ここで、下型３８から供給される焼入れ液は、供給路２８ｂ（図１）、中心穴２８ａを流れて下型３８に到達する。さらに、下型３８の櫛形溝３８ｃおよびバイパス溝３８ｅを流れて、下型３８の上面と、上型４０の環状のスカート４０ｄとの隙間から、金型外へと排出される。また、下型３８に到達した焼入れ液の一部は、プラグ３４に当接する内歯１２の歯面へと流れ込む。
一方、上型４０から供給される焼入れ液は、供給管４２（図１）、中心穴３２ａを流れて上型４０に到達する。そして、上型４０の櫛形溝４０ｃおよびバイパス溝４０ｅを通過した後、環状のスカート４０ｄと外歯１４との間隙を流れ、下型３８の上面と、上型４０の環状のスカート４０ｄとの隙間から、金型外へと排出される。また、上型４０へと到達した焼入れ液の一部は、プラグ３４に当接する内歯１２の歯面へと流れ込む。したがって、環状部品１０の全体に渡ってより均等に焼入れ液を供給することが可能となる。

ところで、図２〜図６に示す例では、上型４０の櫛形溝４０ｃに対して下型３８の櫛形溝３８ｃの方が、より細かいピッチで多数設けられているが、櫛形溝の数が多くなるほど、焼入れ液の流通性が向上し、環状部品１０の全体に渡ってより均等に焼入れ液を行き渡らせることができる。その反面、各溝を半径方向に分離する部分（環状部品１０との接触部分３８ｂ、４０ｂの、櫛形溝３８ｃ、４０ｃが形成されていない部分）の強度が低下することから、必要に応じてこれらの溝数を決定することとする。図示の例では、焼入れ歪の影響を受け易い環状部品１０の外歯１４が、上型４０よりも下型３８に近い姿勢で、上・下型３８、４０に挟持されることを考慮して（図７参照）、下型３８の櫛形溝３８ｃの焼入れ液の流通性向上を優先させるために、下型３８の櫛形溝３８ｃをより細かいピッチで、多数設けたものである。
したがって、必要に応じ、上型４０の櫛形溝４０ｃを、下型３８の櫛形溝３８ｃよりも細かいピッチで多数設けても良く、また、上・下型３８、４０の、櫛型溝３８ｃ、４０ｃのピッチおよび数を同一としても良い。

また、上・下型３８、４０の櫛型溝３８ｃ、４０ｃの深さ（挿通穴３８ａ、４０ａに面する基端から先端までの距離）は、焼入れ液の流通確保のために、下型３８の櫛形溝３８ｃ、上型４０の櫛形溝４０ｃの各先端部を結ぶ円の直径が、環状部品１０の外歯１４の歯先円直径よりも大きく形成されていればよい。
さらに、バイパス溝３８ｅ、４０ｅの断面形状は、半径方向の幅に関しては、環状部品１０の側端面１６、１８に対する接触部分３８ｂ、４０ｂの接触面積を確保する必要性から、ある程度制限されてしまう。そこで、バイパス溝３８ｅ、４０ｅを流れる焼入れ液の流量確保のため、バイパス溝３８ｅ、４０ｅの深さを半径方向の幅に対し大きく取ることが望ましい。
また、上型４０の環状のスカート４０ｄは、環状部品１０の外歯１４との間に十分な焼入れ液の流量が確保されるように、その厚みおよび内径が決定される。
上型４０の環状のスカート４０ｄの高さは、焼入れ液が、上・下型３８、４０に挟持された環状部品１０の周囲から放散されることを確実に防ぎ、かつ、下型３８の上面と、上型４０の環状のスカート４０ｄとの隙間から、金型外へと焼入れ液が円滑に排出される高さとする。

上記構成をなす熱処理用治具を備えたプラグ焼入れ装置２６によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、上・下型３８、４０によって挟持された環状部品１０の側端面１８、１６に、上・下型の櫛形溝３８ｃ、４０ｃが面することとなる。そして、櫛形溝３８ｃ、４０ｃが焼入れ液の流通路となって、環状部品の全体に渡って均一に焼入れ液を供給することが可能となる。しかも、櫛形溝３８ｃ、４０ｃの幅、ピッチ等を考慮することによって、各溝を円周方向に分ける金型の肉に必要な強度を確保し、焼入れ液の供給の均一性と金型強度とを高い次元でバランスさせることが可能となる。

さらに、図５〜図７に示したバイパス溝３８ｅ、４０ｅを備える上・下型３８、４０によれば、汎用性確保のため、下型３８の櫛形溝３８ｃ、上型４０の櫛形溝４０ｃいずれも、環状部品１０の外歯１４のピッチ、歯幅とも一致していないことに起因して、櫛形溝３８ｃ、４０ｃから焼入れ液が直接的に当らない外歯１４に対しても、バイパス溝３８ｅ、４０ｅを通じて焼入れ液を供給することが可能となる。特に、内歯１２側を流れる焼入れ液との流量差が大きくなり易い外歯１４の先端部に対しても、十分な量の焼入れ液を流すことが可能となるので、環状部品１０の全体に対する焼入れ液の供給の均一性を、さらに向上させることが可能となる。

なお、バイパス溝３８ｅ、４０ｅを形成することによって、上・下型３８、４０の大きな強度低下は生じない。しかしながら、環状部品１０の全体に対する焼入れ液の供給の均一性が確保されることを前提として、櫛形溝３８ｃ、４０ｃを、上・下型３８、４０の開閉方向に貫通させることなく、環状部品１０の側端面１６、１８との当接面から所定の中間位置で止めることにより、金型強度をより十分に確保することも可能となる。
また、形状の異なる環状部品１０毎に、専用の上・下型３８、４０を用いる場合には、櫛形溝３８ｃ、４０ｃのピッチを環状部品１０の内歯１２、外歯１４と一致させることで、バイパス溝３８ｅ、４０ｅを用いることなく環状部品１０の全体に対する焼入れ液の供給の均一性を確保することも可能となる。

また、本発明の実施の形態では、上型４０に所定の隙間を確保して前記環状部品を半径方向外側から覆う環状のスカート４０ｄが設けられていることから、櫛形溝３８ｃ、４０ｃもしくはバイパス溝３８ｅ、４０ｅを流れる焼入れ液が、上・下型３８、４０に挟持された環状部品１０の周囲から放散されることを、スカート４０ｄによって防止しつつ、焼入れ液の供給の均一性を十分に確保することが可能となる。なお、図示の例に限らず、上・下型３８、４０の少なくとも一方にスカートを設けることで、同様の作用効果を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る熱処理用治具が用いられる、プラグ焼入れ装置の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱処理用冶具の下型を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱処理用冶具の上型を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図２に示す下型と図３に示す上型とによって環状部品を挟持した状態を、一部拡大して示したものであり（ａ）は環状部品と上型との重ね合わせ図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は環状部品と下型との重ね合わせ図である。 図２に示す下型の応用例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図３に示す上型の応用例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図５に示す下型と、図６に示す上型を用いて、環状部品に焼入れを施す際の、焼入れ液の流れを示す断面図である。 プラグ焼入れを行う環状部品を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明に先行する試作金型を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１０：環状部品、１２：内歯、１４：外歯、 １６、１８：端面、２６：プラグ焼入れ装置、３４：プラグ、３８：下型、３８ｂ：接触部分、３８ｃ：櫛形溝、３８ｅ：バイパス溝、４０：上型、４０ｂ：接触部分、４０ｃ：櫛形溝、４０ｄ：環状のスカート、４０ｅ：バイパス溝

Claims (5)

1. 環状部品の内径部に嵌合可能なプラグと、前記環状部品の側端面に当接した状態で前記プラグが挿通される挿通穴を備える上・下型と、該上・下型に挟持された状態の前記環状部品に焼入れ液を供給する供給手段とを備え、
   前記上・下型の、前記環状部品が備える外歯との接触部分に、前記挿通穴を基端として前記挿通穴の半径方向外側へと延び、その先端部を結ぶ円の直径が前記環状部品の外歯の歯先円直径よりも大きく形成された、櫛形溝が設けられていることを特徴とする熱処理用治具。
2. 前記上・下型の櫛形溝は、前記上・下型の開閉方向に貫通して設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱処理用治具。
3. 前記上・下型の、前記環状部品との接触部分に、前記櫛形溝の各溝同士を円周方向へと連結するバイパス溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理用治具。
4. 前記上・下型の少なくとも一方に、前記環状部品を、半径方向外側から所定の隙間を確保して覆う環状のスカートが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の熱処理用治具。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の熱処理用治具を備えたプラグ焼入れ装置。

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