JP2004307967A

JP2004307967A - 高周波焼入焼戻装置

Info

Publication number: JP2004307967A
Application number: JP2003105519A
Authority: JP
Inventors: Kourin Kanaike; 幸倫金池
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】焼入工程および焼戻工程に関し、製造コストを低減し、かつ、焼戻工程が飛ばされてしまうことを防止する。
【解決手段】本高周波焼入焼戻装置１は、焼入および焼戻のための共通の加熱コイル４と、高周波電力を加熱コイル４に供給してラック軸２を焼入加熱または焼戻加熱する高周波電源５とを備える。高周波電源５は、発振周波数および出力が可変となっている。発振周波数、出力、電力の供給時間等を変更して、焼入加熱および焼戻加熱をそれぞれ行う。焼入装置と焼戻装置とを別々に設ける必要はなく、コストを格段に低減することができる。また、共通の加熱コイル４で焼入および焼戻を行うことができるため、焼入と焼戻の間にラック軸２を移動する必要がない。したがって、焼入を終えたラック軸２が焼戻工程を飛ばして次の工程に送られてしまうことを防止できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波焼入焼戻装置に関するものであり、例えば、自動車用のステアリング装置に用いられる軸等の高周波焼入焼戻装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置には、ラック軸を有するラックアンドピニオン式のものがある。通常、このラック軸は、焼入および焼戻が行われ、十分な強度および靭性が確保されている（例えば、特許文献１参照）。
上記焼入を行う装置として、高周波電流を上記ラック軸に通電してこのラック軸を焼入加熱する高周波直接通電焼入装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、予め焼入れされた焼入表面層を備えた焼入品の、当該焼入表面層の一部分を所定の温度以上に加熱し、上記一部分に隣接する部分を上記所定の温度未満に加熱し、その後冷却することにより、高周波焼入層と焼戻層とを形成する高周波焼入焼戻方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８１３６号公報。
【特許文献２】
特開平１０−１８３２３４号公報。
【特許文献３】
特開２００１−３２３３１９号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焼入および焼戻はそれぞれ、別体の装置で行われていた。このため、焼入装置と焼戻装置の両方を用意しなければならず、設備コストが高くつき、製造コストが高くついていた。
また、焼入の後に焼戻が既に行われたラック軸と、焼入の後に焼戻が未だ行われていないラック軸とは外観上の差異がほとんどなく、焼入の後に焼戻が行われたか否かを目視で検査することは略不可能である。このため、焼入を終えたラック軸が焼戻工程を経ることなく次の工程に送られ、焼戻工程が飛ばされてしまう虞があった。これを防ぐため、焼戻工程飛ばし防止機能の追加等を行う必要があり、さらに製造コストが高くついていた。
【０００６】
同様の課題は、ラック軸の高周波焼入装置に限らず、高周波加熱を行う一般の高周波焼入装置においても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、製造コストを低減することができ、かつ、焼戻工程が飛ばされてしまうことを防止できる高周波焼入焼戻装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、焼入および焼戻のための共通の加熱コイルと、周波数の相異なる高周波電力を択一的に上記加熱コイルに供給して被処理体を焼入加熱または焼戻加熱可能な高周波電源とを備えることを特徴とする高周波焼入焼戻装置を提供する。
本発明によれば、焼入装置と焼戻装置とを別々に設ける必要はなく、設備コストの低減を通じて製造コストを格段に低減することができる。
【０００８】
また、共通の加熱コイルで焼入および焼戻を行うことができるため、焼入と焼戻の間に被処理体を移動する必要がない。したがって、焼入を終えた被処理体が焼戻工程を飛ばして次の工程に送られてしまうことを防止できる。
さらに、焼戻工程が飛ばされることを防ぐために焼戻工程飛ばし防止機能の追加等を行う必要はなく、よりコスト安価である。
第２の発明は、第１の発明において、上記高周波電源は、周波数可変の共通の発振器を用いて上記周波数の相異なる高周波電力を発生することを特徴とする。本発明によれば、共通の発振器で焼入加熱と焼戻加熱の両方を行うことができ、より一層コスト安価である。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、焼戻加熱のときの上記加熱コイルへの高周波電力の供給時間は、焼入加熱のときの加熱コイルへの高周波電力の供給時間よりも長いことを特徴とする。本発明によれば、焼戻の際、被処理体の内部まで十分に熱を伝えることができ、焼戻を十分に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる高周波焼入焼戻装置１の概略構成を示す一部断面側面図である。なお、図１では、被加工体としてのステアリング装置用ラック軸２が、歯面３を下向きにしてセットされた状態を示している。
図１を参照して、本高周波焼入焼戻装置１は、焼入可能な材料を含む材料で形成されたラック軸２の焼入および焼戻を行うためのものである。本高周波焼入焼戻装置１は、焼入および焼戻のための共通の加熱コイル４と、周波数の相異なる高周波電力を択一的に上記加熱コイル４に供給してラック軸２を焼入加熱または焼戻加熱可能な高周波電源５と、高周波電源５を操作する操作手段としての電源操作部Ｃと、ラック軸２を上記加熱コイル４に押圧するための一組の押圧装置６とを備える。以下では、本高周波焼入焼戻装置１にラック軸２がセットされた状態の、このラック軸２の軸方向を「軸方向」という（矢印Ｘ参照）。
【００１１】
加熱コイル４は、高周波電源５の一方の端子に接続される第１の導体７と、第１の導体７に接続される第１の電極８と、高周波電源５の他方の端子に接続される第２の導体９と、第２の導体９に接続される第２の電極１０と、第２の電極１０と離隔して第２の導体９に接続される近接導体１１と、第１の導体７および第１の電極８、ならびに第２の導体９および近接導体１１の間に介在する、電気的絶縁性を有する絶縁部材１２とを含む。
【００１２】
第１の導体７は、軸方向に関して、比較的短尺に形成されており、軸方向一端部１３には、高周波電源５の一方の端子が接続され、軸方向他端部１４の例えば上面には、第１の電極８が固定されている。第１の電極８は、円弧状の先端部（上端部）１５を有しており、ラック軸２の円弧面と当接して、このラック軸２の軸方向一端部１６を支持するとともに、電気的な接続を達成する。
第２の導体９は、軸方向に関して、比較的長尺に形成されており、軸方向一端部１７には、高周波電源５の他方の端子が接続され、軸方向他端部１８の例えば上面には、第２の電極１０が固定されている。第２の電極１０は、円弧状の先端部（上端部）１９を有しており、ラック軸２の円弧面と当接して、このラック軸２の軸方向他端部２０を支持するとともに、電気的な接続を達成する。
【００１３】
第１の導体７は、絶縁部材１２を介して第２の導体９に固定されている。具体的には、第２の導体９の軸方向一端部１７の上面に絶縁部材１２が固定され、この絶縁部材１２の上面に第１の導体７が固定されている。
近接導体１１は、中空の箱状に形成されており、第１および第２の電極８，１０の対向部間において、第２の導体９に固定されている。近接導体１１の上面２１は、焼入および焼戻が行われる部位の形状、具体的には、ラック軸２の歯面３の形状に略対応する形状（平面状）に形成されている。
【００１４】
上記の構成により、近接導体１１とラック軸２とは近接して配置され、近接導体１１の上面２１とラック軸２の歯面３とは、比較的狭い間隔を開けて対向するようになっている。
また、近接導体１１と、第１の導体７および第１の電極８との間は、絶縁部材１２により絶縁されている。具体的には、絶縁部材１２の軸方向一端部２２が上方に延びており、近接導体１１と、第１の導体７および第１の電極８との間に介在している。
【００１５】
近接導体１１は、さらに、加熱されたラック軸２を冷却する冷却手段としての機能を有する。具体的には、近接導体１１の上面２１に、例えば冷却水などの冷却流体をラック軸２に向けて噴射するための噴射孔２３がラック歯の歯底全てに対応して形成されており、近接導体１１内の空間Ｓと近接導体１１の上面２１の外方とを連通している。また、加熱コイル４の下面には、冷却流体を近接導体１１内の空間Ｓに導入するための導入孔管２５，２６が形成されている。
【００１６】
これにより、冷却流体は、導入孔管２５，２６を通って近接導体１１の空間Ｓ内に導入され、噴射孔２３からラック軸２の歯面３に向けて噴射される。
高周波電源５は、焼入および焼戻において共通して用いられるようになっており、１つの（共通の）発振器５Ａを含む。高周波電源５は、発振周波数Ｆが可変であり、例えば１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲内で発振器５Ａの発振周波数Ｆを変更して、周波数の相異なる高周波電力を発生することができる。
【００１７】
この高周波電源５は、さらに、出力Ｐが可変であり、例えば３ｋＷ〜１００ｋＷの範囲内で出力Ｐを変更することができる。
電源操作部Ｃは、高周波電源５に接続されており、この電源操作部Ｃを操作することで、高周波電源５のオン／オフ、ならびに、発振周波数Ｆおよび出力Ｐの設定を行うことができるようになっている。
各押圧装置６はそれぞれ、ラック軸２の上方において、ラック軸２の対応する軸方向一端部１６および他端部２０に対応する押圧部２７を含む。各押圧部２７はそれぞれ、ラック軸２を押圧する押圧位置（下側位置）とラック軸２の押圧を解除する解除位置（上側位置）との間を上下方向（矢印Ｖ参照）に移動できるようになっている。
【００１８】
各押圧部２７をそれぞれ押圧位置に移動することで、ラック軸２の対応する軸方向一端部１６および他端部２０は、第１の電極８および第２の電極１０に圧接される。これにより、ラック軸２と、第１および第２の電極８，１０との接触（電気的接続）を確実なものにできる。
上記の構成により、電源操作部Ｃを操作することで、高周波電源５は高周波電流Ｉ１，Ｉ２を発生する。高周波電流Ｉ１は、第１の導体７および第１の電極８を介してラック軸２へ流れ、さらに、第２の電極１０、第２の導体９、および、近接導体１１を介して高周波電源５へと流れる。高周波電流Ｉ２は、高周波電流Ｉ１と交互に発生され、高周波電流Ｉ１と逆の経路を通る。
【００１９】
ここで、高周波電流Ｉ１，Ｉ２は、表皮効果（周波数が高くなるにしたがい、高周波電流が導体の表面寄りに集中して流れる性質）により、発振周波数Ｆが高くなるほど、第１の導体７、第１の電極８、ラック軸２、第２の電極１０、第２の導体９および近接導体１１の表面寄りを通るようになっている。
また、ラック軸２に流れる高周波電流Ｉ１，Ｉ２と、近接導体１１に流れる高周波電流Ｉ１，Ｉ２とはそれぞれ、発生する磁束が最小（電気インピーダンスが最小）になるように、互いに接近して流れる。すなわち、ラック軸２の高周波電流Ｉ１，Ｉ２は、歯面３側に流れ、近接導体１１の高周波電流Ｉ１，Ｉ２は、上面２１側を流れる。これにより、ラック軸２の高周波電流Ｉ１，Ｉ２は、発振周波数Ｆが高いほど、歯面３側に集中して流れ、歯面３側のみを加熱する。
【００２０】
図２は、本高周波焼入焼戻装置１におけるラック軸２の焼入および焼戻の工程の流れについて説明するためのフローチャートである。図２を参照して、まず、ラック軸２を本高周波焼入焼戻装置１にセットする（ステップＳ１）。
例えば、ラック軸２の歯面３を焼入する場合、ラック軸２の歯面３を下側に向けた状態で、軸方向一端部１６および軸方向他端部２０を、対応する第１および第２の電極８，１０にそれぞれ載置する。次に、各押圧装置６の押圧部２７をそれぞれ押圧位置へ移動して、ラック軸２を第１および第２の電極８，１０に圧接する。
【００２１】
次に、電源操作部Ｃを操作して、高周波電源５に高周波電力を発生させて加熱コイル４に高周波電力を与え、ラック軸２の歯面３を焼入加熱する（ステップＳ２）。
この場合、高周波電源５の出力Ｐ１は、例えば８０ｋＷ、発振周波数Ｆ１は、例えば６０ｋＨｚに設定され、高周波電源５の電力の供給時間（焼入加熱時間）Ｔ１は、例えば１０秒である。
【００２２】
焼入加熱を終えた後、噴射孔２３を介してラック軸２に冷却流体を噴射して、ラック軸２を急冷する（ステップＳ３）。これにより、ラック軸２の歯面３に焼入硬化層が形成され、十分な強度が確保される。
ステップＳ３でラック軸２を急冷した後、電源操作部Ｃを操作して、高周波電源５に再び高周波電力を発生させて加熱コイル４に高周波電力を与え、ラック軸２を焼戻加熱する（ステップＳ４）。
【００２３】
この場合、高周波電源５の出力Ｐ２は、例えば３．５ｋＷ、発振周波数Ｆ２は、例えば１０ｋＨｚに設定され、高周波電源５の電力の供給時間（焼戻加熱時間）Ｔ２は、例えば２０秒である。
すなわち、焼戻加熱のときの加熱コイル４への高周波電力の供給時間Ｔ２は、焼入加熱のときの加熱コイル４への高周波電力の供給時間Ｔ１よりも長い（Ｔ２＞Ｔ１）。
【００２４】
また、ラック軸２の内部に十分な量の高周波電流を通すために、すなわち、加熱深さを十分に確保するために、焼戻加熱のときの高周波電源５の発振周波数Ｆ２は、焼入加熱のときの発振周波数Ｆ１よりも低く（Ｆ２＜Ｆ１）設定される。
焼戻加熱を終えた後、噴射孔２３を介して再びラック軸２に冷却水を噴射して、ラック軸２を冷却する（ステップＳ５）。これにより、ラック軸２は、十分な靭性が確保される。
【００２５】
次に、各押圧装置６の押圧部２７をそれぞれ解除位置まで移動してラック軸２のセットを解除する（ステップＳ６）。
このように、本実施の形態によれば、焼入装置と焼戻装置とを別々に設ける必要はなく、設備コストの低減を通じて、製造コストを格段に低減することができる。
また、共通の加熱コイル４で焼入および焼戻を行うことができるため、焼入と焼戻の間にラック軸２を移動する必要がない。したがって、焼入を終えたラック軸２が焼戻工程を飛ばして次の工程に送られてしまうことを防止できる。
【００２６】
さらに、焼戻工程が飛ばされることを防ぐために焼戻工程飛ばし防止機能の追加等を行う必はなく、よりコスト安価である。
また、１つの（共通の）発振器５Ａで焼入加熱と焼戻加熱の両方を行うことができ、より一層コスト安価である。
さらに、焼戻の際、ラック軸２の内部まで十分に熱を伝えることができ、焼戻を十分に行うことができる。
【００２７】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、焼入加熱の場合の高周波電源５の出力Ｐ１を５０ｋＷ〜１００ｋＷ、発振周波数Ｆ１を６０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、電力の供給時間Ｔ１を５秒〜２０秒の範囲で設定してもよい。
また、焼戻加熱の場合の高周波電源５の出力Ｐ２を１ｋＷ〜１０ｋＷ、発振周波数Ｆ２を１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、電力の供給時間Ｔ２を５秒〜３０秒の範囲で設定してもよい。
【００２８】
また、高周波電源５に代えて、図３に示すように、複数（例えば、２つ）の発振器（第１および第２の発振器２８Ａ，２８Ｂ）を備える高周波電源２８を用いてもよい。この場合、例えば第１の発振器２８Ａを焼入加熱用に用い、例えば第２の発振器２８Ｂを焼戻加熱用に用いることができる。
さらに、第１および第２の発振器２８Ａ，２８Ｂのそれぞれについて、発振周波数Ｆを可変にすれば、より広範囲の周波数に亘って、高周波電力を発生することができる。
【００２９】
また、本発明は、ラック軸の高周波焼入焼戻装置に限らず、例えば、自動車用のピニオン軸、インプット軸、メイン軸、トーションバー、バルブボディ等の、他の一般の高周波焼入焼戻装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる高周波焼入焼戻装置の概略構成を示す一部断面側面図である。
【図２】本高周波焼入焼戻装置におけるラック軸の焼入および焼戻の工程の流れについて説明するためのフローチャートである。
【図３】高周波電源の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１高周波焼入焼戻装置
２ラック軸（被処理体）
４加熱コイル
５高周波電源
５Ａ発振器

Claims

焼入および焼戻のための共通の加熱コイルと、
周波数の相異なる高周波電力を択一的に上記加熱コイルに供給して被処理体を焼入加熱または焼戻加熱可能な高周波電源とを備えることを特徴とする高周波焼入焼戻装置。
請求項１において、上記高周波電源は、周波数可変の共通の発振器を用いて上記周波数の相異なる高周波電力を発生することを特徴とする高周波焼入焼戻装置。
請求項１において、焼戻加熱のときの上記加熱コイルへの高周波電力の供給時間は、焼入加熱のときの加熱コイルへの高周波電力の供給時間よりも長いことを特徴とする高周波焼入焼戻装置。