JPH03170617A

JPH03170617A - 薄肉環状部品の高周波焼入方法及びその高周波焼入装置

Info

Publication number: JPH03170617A
Application number: JP30728889A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 勲松本; Yoshiaki Wada; 和田　義彰
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1991-07-24
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH079042B2

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】ａ．産業上の利用分野本発明は、肉厚の薄い円筒体等の如き形状を有する薄肉
環状部品の高周波焼入方法及びその高周波焼入装置に関
するものである。

ｂ．従来の技術機械部品としての環状部品は大小様々あるが、これらの
環状部品は強化のために焼入れを施して使用に供される
場合が極めて多い。ところが、肉厚が例えば２ｍ以下の
薄肉環状部品については、高周波焼入れするに当って可
威り大きな焼入歪を生じ易いのが実状である。すなわち
、第１０図に示す如く、円筒形状の薄肉環状部品（被焼
入物）３０を焼入治具３ｌの円柱部３２の外周に嵌着す
ると共にそのフランジ部３３上に載置し、この状態の下
で薄肉環状部品３０を高周波誘導加熱コイル３４にて所
要の焼入温度に加熱した後に、高周波誘導加熱コイル３
４に設けられた冷却水噴射孔３５からの噴射冷却水によ
って急冷して焼入れすると、薄肉環状部品３０の半径方
向における変形や上下方向における反り等の焼入歪が大
きく発生する。

この傾向は、被焼入物たる薄肉環状部品３０の肉厚ｔが
薄くなればなるほど顕著となる。

そこで従来では、この種の薄肉環状部品３０の低歪高周
波焼入方法しとて、第１１図（ａ），（ロ）に示す如き
方法にて薄肉環状部品３０の焼入処理を行なっている．
すなわち、まず始めに、薄肉環状部品３０を第１１図（
ａ）に示すように焼入治具３１に装着して高周波誘導加
熱コイル３４にて所要の焼入温度に加熱し、この後に加
熱状態の薄肉環状部品３０を焼入治具３１から取り外し
て第１ｌ図（ｂ）に示すように所定の外径寸法を有する
芯金（治具）３６に密着状態で嵌装し、次いで噴射冷却
或いは冷却液中への浸漬冷却を施すことにより焼入処理
を行ない、これによって歪の発生を抑えるようにしてい
た。

Ｃ．発明が解決しようとする課題しかしながら、上述の如き従来の焼入方法では次のよう
な問題点があった。

すなわち、第１１図（ａ）．（ロ）に示す焼入方法では
、薄肉環状部晶３０の高周波誘導加熱後にこの部品３０
を芯金３６に嵌装する作業を必要とするため焼入作業が
繁雑となる。また、部晶３０の肉厚が可威り薄い場合に
は、加熱後の温度降下が顕著なため、部品３０の材質に
よっては、不完全な焼入組織となり易い．その上、芯金
３６の外径寸法を歪防止効果を充分に得られる程度に設
定して焼入処理を行なうと、被焼入物である薄肉環状部
品３０は冷却後に前記芯金３６に焼嵌めされてしまうこ
ととなり、従って冷却後に芯金３６から部品３０を取り
外すのにプレス抜出し作業等を必要としていた．本発明は、このような種々の問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、極めて簡単な手段に
より薄肉環状部品を効率良く焼入れすることができ、し
かも焼入歪の発生を極力抑えることができるような薄肉
環状部品の高周波焼入方法及びその高周波焼入装置を提
供することにある。

ｄ．課題を解決するための手段上述の目的を達威するために、本発明に係る高周波焼入
方法においては、薄肉環状部品の軸心方向の一端側部分
及び他端側部分を、一対の保持治具にそれぞれ形成され
たテーバ面に環状の線接触をなすように係合せしめた状
態で、前記薄肉環状部品を前記一対の保持治具の間に挾
持し、この状態の下で高周波誘導加熱コイルにて前記薄
肉環状部品を加熱した後に冷却するようにしたことを特
徴とする薄肉環状部品の高周波焼入方法にて保持するよ
うにしている。

また、本発明に借る高周波焼入装置においては、＜ａｒ
ｍ肉環状部品の軸心方向の一端側部分が環状に線接触さ
れるテーバ面を有する第１の保持治具と、〈ｂ〉前記薄肉環状部品の軸心方向の他端側部分が環状
に線接触されるテーバ面を有する第２の保持治具と、＜Ｃ＞前記薄肉環状部品を前記一対の保持治具の間に所
要の挟持力にて保持すべく、前記一対の保持治具のうち
の少なくとも一方を他方に向けて押圧して前記薄肉環状
部品に押圧力を付与する押圧力付与手段と、〈ｄ〉前記一対の保持治具の間に挾持された前記薄肉環
状部品を加熱する高周波誘導加熱コイルと、〈ｅ〉前記高周波誘導加熱コイルにて加熱された前記薄
肉環状部材を冷却する冷却手段と、をそれぞれ設けてい
る。

以下、本発明の一実施例に付き第１図〜第６図を参照し
て説明する。

第１図は本発明に係る高周波焼入方法を実施するための
高周波焼入装置１を示すものであって、本装置１は薄肉
環状部品の１種であるベアリング用外側保持部品２を焼
入れするのに用いられるものである。

被焼入物たるベアリング用外側保持部品２は、第２図に
示すように、肉厚２ｗ以下の薄肉鋼板をプレス或型して
これを円環状に構成して威るものであり、一端側にフラ
ンジ３が形成されると共に、鋼球保持用の多数の孔部４
が等間隔を置いて形戒されている。

このように、ベアリング用外側保持部品２は、薄肉であ
りかつその形状が複雑であるため、これを焼入れする際
に変形（焼入歪）を生じ易い部品の１つである。

本例の高周波焼入装置ｌは、ベアリング用外側保持部品
２を所要の挟持力にて保持しつつ回転を与えるための一
対の保持治具５，６と、これらの保持治具５，６にて挾
持された前記部品２を高周波誘導加熱する高周波誘導加
熱コイル７と、加熱された前記部品２を冷却するための
冷却環８及び水槽９とをそれぞれ具備している。

上述の保持治具５，６は、非磁性ステンレス材から或り
、これら両治具５及び６にはその上面及び下面の中央に
軸１０及び１１がそれぞれ同軸状に結合されている。そ
して、上方の保持治具５の軸１０が第１図において矢印
Ａ，Ｂ方向（上下方向）に移動可能に構成されると共に
、その軸心を中心に矢印Ｃ方向に回動駆動されるように
構成されている。さらに、この保持治具５には図外の押
圧力付与手段（錘．ばね等）にて挟持方向（矢印八方向
）に常に所定の押圧力が付与されるようになっている。

また、下方の保持治具６の底面６ａは、水槽９の底壁９
ａ上に固定される一方、その軸１１が水槽９の孔９ｂに
挿通されて図外の装置基台に軸心を中心に矢印Ｃ方向に
回転自在に取付けられている。なお、この軸１１は上下
方向（矢印Ａ，Ｂ方向）には移動しないように固定され
てい・る。

さらに、保持治具５，６及び軸１０．　１１の軸心は互
いに同一の直線上に配置されており、一対の保持治具５
，６が上下方向において互いに対向配置されている。

また、上下一対の保持治具５，６には、互いに対向する
面の側に円錐台形状のテーパ面１２，　１３がそれぞれ
形成されている。なお、これらのテーパ面１２．１３の
傾斜角すなわち保持治具５．６の軸心に対するテーパ面
１２，　１３の交差角θ１，θ２は、第３図に示すよう
に、互いに等し＜４５゜に設定されている。

一方、ベアリング用外側保持部品２を高周波誘導加熱す
るための高周波誘導加熱コイル７は、当該部品２の半径
よりも約２１ＩＩＩ１程度大きい半径となるように環状
に巻回されており、コイル７自身を冷却するためにその
内部に冷却水路７ａを有している。そして、この冷却水
路７ａの一端は図外の冷却水供給パイプに、またその他
端は図外の排水バイブに接続されている。

また、上述の冷却環８は、ベアリング用外側保持部品２
を取り囲むように環状に巻回されており、その内部に冷
却水路８ａが設けられている。この冷却水路８ａは第１
図に示すように仕切部ｌ４によって内側室１５と外側室
ｌ６とに区画されており、給水パイプ１７から供給され
た冷却水はまず外側室１６に導かれてからこの外側室１
６を通って内側室１５に導かれ、しかる後に排水パイプ
１８から排水されるようになっている。

さらに、第１図に示すように、内側室１５に連通ずる複
数の噴射孔１９が冷却環８の内周壁に形成されると共に
、外側室１６に連通ずる複数の噴射孔２０が冷却環８の
底壁に形成されている。

次に、このような構戒の高周波焼入装置１を用いてベア
リング用外側保持部品２を高周波焼入する際の操作並び
に作用につき述べる。

まず、被焼入物である環状のベアリング用外側保持部品
２の開口内に下方の保持治具６を挿嵌することによりこ
の部品２を保持治具６のテーバ而ｌ３上に！！置する。

次いで、上方の保持治具５に図外の押圧力付与手段から
の押圧力を作用させることによりこの保持治具５を矢印
Ａ方向（下方）に駆動し、前記部品２を例えば約５．０
　ｋｇ重の荷重で常時押圧し、この状態の下で図外の回
転駆動機構にて下方の保持治具６に矢印Ｃ方向の回転を
与える。この際、前記部品２を保持治具６に対して水平
に載置しなくても、すなわち傾斜した状・態で載置した
としても、上下２つの保持治具５，６間で挟持されかつ
回転が付与されることによって、前記部品２は自動的に
水平状態（第１図に示す状態）になる。その結果、前記
部晶２の軸心方向における上下部分の内径側角部が保持
治具５，６のテーバ面１２．　１３に円環状にぴったり
と線接触した状態で約５．０　ｋｇ重の力で挾持される
。

このようにして前記部品２を保持治具５，６間に挟持し
た後に、高周波誘導加熱コイル７に高周波電流を供給し
て前記部品２を所要温度に加熱する。この際、加熱に伴
って前記部品２が膨脹して直径が大きくなるが、前記部
品２の上下の内径側角部が上下の保持治具５，６のテー
バ面１２．　１３にそれぞれ円環状に線接触されかつ所
定の挟持力が作用しているので、テーパ面１２．　１３
上のすべり作用にて円環状の線接触状態が常に維持され
る。従って、前記部品２と前記テーバ面１２，　１３と
の間の保合により、前記部品２の上下部分の変形が防止
される。なおこの場合、上側の保持治具５から前記部品
２への押圧力が強すぎると、前記部品２は上下の開口部
分が中央部分よりも大きく広がって“ツヅミ゜゜形とな
ってしまうが、本例の場合には前記部品２の内径、肉厚
、高さ等に応じて押圧力を約５．０　ｋｇ重（比較的小
さな力）に設定しているため、′ツヅミ″″形になって
しまうようなことはない。また、加熱時には部品２と保
持治具５．６とは円環状線接触状態である故、部品２か
ら保持治具５，６へ熱が殆ど逃げることがない。

上述の如く加熱処理をした後に、高周波誘導加熱コイル
７への通電を停止し、直ちに、給水パイプ１７を介して
冷却環８の外側室ｌ６内に冷却水を供給する．これに伴
い、冷却水は、噴射孔２０を通して下方へ放出され、水
槽９内に溜められる。そして、この冷却水が水槽９内に
満たされて前記部品２が水没する水位になると同時に噴
射孔２０が水没し、この後に冷却水が冷却環８の内側室
１５に導入されて噴射孔１９から前記部品２に向けて水
平方向（横方向）に噴射される。従って、前記部品２は
、水槽９内に溜められた冷却水中に浸漬されて急冷され
ると共に噴射孔１９からの噴射冷却水にて急冷される。

この場合、水平方向のみから冷却水を噴射して前記部品
２の冷却を行なうと複雑形状の前記部品２は均一冷却さ
れないが、本例のように浸漬冷却と噴射冷却とを併用す
るようにしているので前記部品２を均一冷却することが
できる。

なお、前記部品２を加熱後に急冷すると一旦収縮した後
にマルテンサイト化により再び膨脹することとなるが、
この部品２は既述の如く上下の保持治具５．６と円環状
の線接触を保ちながら収縮及び膨脹に追従するため、変
形の発生は効果的に抑えられる．しかる後、第１図に示
す装置１を用いて高周波焼戻しを行ない、これにより一
連の焼入作業を終了する．以下に、本発明に係る焼入方法を実施した具体例を述べ
る。

且佳班（１）ベアリング用外側保持部品の材質５３５Ｇ（２）ベアリング用外側保持部品の寸法本体の外径　：
　８８．５０　：ｊ：０．１　ｍツバ部の外径：　９１
．４０±Ｏ．Ｌ　ｍｍ高さ　　　　　：　１８．１０　
ａｍ孔部　　　　：５．Ｑ　Ｘ１２．５０印肉厚　　　　：
１．６閣（３）保持治具による押圧力５．０　ｋｇ重（４）高周波焼入条件〈ａ〉加熱条件（イ）周波数　：　２００ＫＨｚ（口）入力　　：　３２ＫＷ（ハ）加熱時間：５ｓｅｃ〈ｂ〉冷却条件（イ）冷却液　：ユーコンクエンチャントＡＩＯ％（口
）圧力　　：３．５ｋｇ／ｃ４（ハ）流量　　：下方向　．　１５　ｆ　／ＩＩｉｎ水
平方向；２０１！／ｗｉｎ（二）冷却時間：　２．Ｏｓｅｃ（５）高周波焼戻条件（ａ＞加熱条件（イ）周波数　：８ＫＨｚ（ロ）入力　　：２８κＷ（ハ）加熱時間二“２．０ｓｅｃ〈ｂ〉冷却条件（イ）冷却液　：ユーコンクエンチャントＡＩＯ％（ロ
）圧力　　：　３．５　ｋｇ／ｃｆｆ（ハ）流Ｍ　　：
下方向　；１５１／ｍｉｎ水平方向；２０１２／ｍｉｎ（６）実施結果＜ｉ＞高周波焼入後の断面硬さを測定したところ、第４
図に示す如き結果を得た。

第４図に示すように、焼入後の部品はビッカース硬度（
Ｈｖ）５５０〜６００の範囲で充分に硬化されているこ
とが確認された。

＜ｉｉ＞高周波焼戻後の断面硬さを測定したところ、第
５図に示す如き結果を得た。

第５図に示すように、焼戻後の部品はビッカース硬度３
５０〜４５０の範囲に焼戻されていることが確認された
。

＜ｉｔｉ＞焼入及び焼戻によって部品に発生した変形量
を測定したところ、第６図（ａ）．　（ｂ）．　（Ｃ）
に示す如き結果を得た。

この測定に際しては、部品の軸心方向における上端部、
下端部、上下方向の中間部の外周箇所にダイアルゲージ
の測定端子を当ててこのダイアルゲージを固定し、部品
を回転させ、基準寸法に対して最大値及び最小値を測定
した。その結果、上端部の測定結果は、第６図（ａ）、
中間部の測定結果は第６図中）、下端部の測定結果は第
６図（Ｃ）に示す如であった。

第６図（ａ）．　（ｂ）．　（Ｃ）から明らかなように
、焼入により部品は膨脹しており、上下端部より中間部
の方が僅かに大きな値を示しており、焼戻により少々収
縮しているが最大値並びに最小値はＯ〜０．５　ｍｍ程
度と許容範囲内におさまっていることが確認された．以
上のように、本例によれば、大きな焼入歪を生じること
なくベアリング用外側保持部品２を効率良く焼入処理す
ることができる。また、焼入作業時には、前記部品２を
保持治具５，６に容易に装着でき、しかも焼入処理後に
は前記部品２を保持治具５，６から容易に取り外すこと
ができる。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発明は既述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基いて各種の変形及び変更が可能である．例えば、既述の実施例では、水槽９を下方の保持治具６
の底面に固定するようにしているが、第７図に示すよう
に水槽９と保持治具６とを互いに分離し、水を溜めた水
槽９内に冷却環８を配置し、第７図において一点鎖線で
示すように前記部品２を水面より上部で高周波誘導加熱
コイル７にて加熱した後に、保持治具５．６間に前記部
品２を挟持した状態のまま下降させて水槽９内の水中に
浸漬し、冷却環８の噴射孔１９より冷却水を水平方向に
噴射させて冷却する方法も採用可能である。

また、高周波焼入後の焼戻処理は、高周波誘導加熱コイ
ル７を用いることなく、加熱炉を用いて行なってもよい
。

また、加熱された部品２の冷却方法は、部品２の肉厚及
び形状によっては、冷却環８の噴射孔１９よりの噴射水
のみ、すなわち浸漬冷却のみでも焼入冷却が可能である
。

また、保持治具５，６のテーパ面１２．　１３の角度θ
１，θ２は被焼入物の材質，肉厚．寸法等に応じて変更
可能である。また、テーパ面１２．　１３は円錐台の外
周面でなく、第８図に示す如く断面が弧状に湾曲したテ
ーパ面２１，　２２であってもよく、第９図に示すよう
に部品２を外側から取り囲むようなテーパ面２３．　２
４であってもよい。

さらに、本発明は、ベアリング用外側保持部品２に限ら
ず、カラー等の薄肉環状部品にも適用し得ることは言う
迄もない。

ｅ．発明の効果以上の如く、本発明に係る高周波焼入方法は、薄肉環状
部品の両端部を一対の保持治具のテーバ面に環状に線接
触させた状態でこれらの間に挾持して高周波誘導加熱及
び冷却するようにしたものであるから、加熱及び冷却時
における前記部品の膨脹及び収縮に対して保持治具が追
従し、保持治具のテーパ面と部品との線接触状態が常に
維持されることとなり、その結果、部品の焼入歪の発生
を効果的に最小限に抑えることができる。

また、本発明に係る高周波焼入装置によれば、対の保持
治具の対向部側にテーバ面を形或するだけの簡単な構或
でありながら、焼入歪の極めて少ない焼入処理を効率良
くしかも簡単な操作によって行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示すものであって
、第１図は高周波焼入装置の概略断面図、第２図はベア
リング用外側保持部品の斜視図、第３図は一対の保持治
具の正面図、第４図は高周波焼入後の部品の断面硬さの
測定結果を示すグラフ、第５図は高周波焼戻後の部品の
断面硬さの測定結果を示すグラフ、第６図（ａ）．　（
ｂ）．　（Ｃ）は焼入処理後の部品の変形量をそれぞれ
示すグラフ、第７図は高周波焼入装置の変形例を示す概
略断面図、第８図及び第９図は保持治具のテーバ面の変
形例をそれぞれ示す断面図、第ｌＯ図及び第ｌｌ図は従
来例を示すものであって、第１０図は焼入治具に部品を
装着して加熱及び冷却する状態を示す断面図、第１１図
（ａ）は焼入治具に部品を装着して加熱する状態を示す
断面図、第１１図（ロ）は加熱した部品を芯金に装着し
て冷却する状態を示す断面図である．１・・・高周波焼入装置、２・・・薄肉環状部品であるベアリング用外側保持部品
、５．６・・・保持治具、７・・・高周波誘導加熱コイル、８・・・冷却環、９・・・水槽、１２，　１３，　２１，　２２，　２３．　２４・・・
テーパ面、１９．　２０・・・噴射孔。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）薄肉環状部品の軸心方向の一端側部分及び他端側
部分を、一対の保持治具にそれぞれ形成されたテーパ面
に環状の線接触をなすように係合せしめた状態で、前記
薄肉環状部品を前記一対の保持治具の間に挾持し、この
状態の下で高周波誘導加熱コイルにて前記薄肉環状部品
を加熱した後に冷却するようにしたことを特徴とする薄
肉環状部品の高周波焼入方法。
（２）前記一対の保持治具のうちの一方の保持治具を固
定すると共に他方の保持治具を挟持方向に沿って移動可
能に配置し、前記他方の保持治具から前記薄肉環状部品
に押圧力を常時作用させることにより、前記薄肉環状部
品を所定の挟持力にて保持するようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項に記載の薄肉環状部品の
高周波焼入方法。
（３）前記一対の保持治具を回転させることによって、
前記薄肉環状部品をこれらの保持治具と一緒に回転させ
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項または第（２）項に記載の薄肉環状部品の高周波焼入
方法。
（４）〈ａ〉薄肉環状部品の軸心方向の一端側部分が環
状に線接触されるテーパ面を有する第１の保持治具と、〈ｂ〉前記薄肉環状部品の軸心方向の他端側部分が環状
に線接触されるテーパ面を有する第２の保持治具と、〈ｃ〉前記薄肉環状部品を前記一対の保持治具の間に所
要の挟持力にて保持すべく、前記一対の保持治具のうち
の少なくとも一方を他方に向けて押圧して前記薄肉環状
部品に押圧力を付与する押圧力付与手段と、〈ｄ〉前記一対の保持治具の間に挟持された前記薄肉環
状部品を加熱する高周波誘導加熱コイルと、〈ｅ〉前記高周波誘導加熱コイルにて加熱された前記薄
肉環状部材を冷却する冷却手段と、をそれぞれ具備する
ことを特徴とする薄肉環状部品の高周波焼入装置。
（５）前記一対の保持治具が前記薄肉環状部品と一緒に
回転されるように構成し、前記薄肉環状部品を回転させ
ながら高周波誘導加熱及び冷却を行なうようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載の薄肉環
状部品の高周波焼入装置。