JP2005054246A - 段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 段付き軸状部材に、規格指示通りの高周波誘導焼入による硬化層が形成される高周波誘導加熱コイルの全体形状が、コンパクト化され、かつその生産性をよくする。
【解決手段】 相対的に小さい直径を有する小径軸部２と、その基端部３に一体的に形成される相対的に大きい直径を有する大径軸部４とからなり、小径軸部２と大径軸部４との連結部分に肩部５と、肩部５と大径軸部４の外周との間に弧状部６とを形成される段付き軸状部材１の外周部に硬化層７を高周波誘導焼入により形成するための高周波誘導加熱コイル１１であり、該高周波誘導加熱コイル１１は、それぞれ円弧状加熱導体からなる２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂと、２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂと、２つの第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂと、２つの第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂによる円環状加熱導体１５とからなり、これらの導体をそれぞれ直列に接続して、一続きのコイルに形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイルに関し、特に、例えば、自動車のＣＶＪ（constant velocity joint）、すなわち等速ジョイントのアウタレースやインボートジョイント等の部品として採用される段付き軸状部材の高周波誘導焼入に際し、該段付き軸状部材の外周部に、規定通りの硬化層を安定して形成し得る段付き軸状部材の高周波誘導加熱用の加熱コイルに関する。

対象となる前記段付き軸状部材、例えば、等速ジョイントのアウタレースやインボートジョイント等の部品としては、金属材、特に鉄系材からなる、図１に示すような形状の段付き軸状部材１が用いられている。この段付き軸状部材１は、図示のように相対的に小さい直径を有する小径軸部２と、その基端部３に一体的に形成される単数段で、相対的に大きい直径を有する大径軸部４とからなる。前記小径軸部２の基端部３には、図示のように肩部５が形成され、該肩部５と前記大径軸部４の外周面との間には弧状部６が形成される。

なお、図示の前記段付き軸状部材１は、前記小径軸部２とこれに一体的に形成される１つの大径軸部４とからなるが、この大径軸部４に隣接して、更に図示しない、大径の大径軸部が複数段形成される段付き軸状部材もあり、これ等の軸状部材ついても高周波誘導焼入を行うことが従来より要請されている。

図１に示すように、前記段付き軸状部材１の外周部には図示のような焼入による硬化層７が形成されることが要求され、その硬化層７に対しては、硬化層深さ及ぴ表面硬度についてそれぞれ熱処理規格値が設けられている。

前記段付き軸状部材１の外周部に、高周波焼入による前記硬化層７を形成するための高周波誘導加熱コイルとしては、すでに各種の公知技術がある。
実開昭５５−８０３５８号公報 特開２００２−１８０１２８号公報 特開２００２−１８０１２９号公報

また、本出願人としても、図６に示す高周波誘導加熱コイル３１をすでに開発している。この高周波誘導加熱コイル３１は、図６に示すように高周波電源部８の電流出力側の一端に接続して、前記段付き軸状部材１の前記小径軸部２の基端部３をほぼ半環状（中心角で１２０゜〜１４０゜）に囲むように配置される半環状誘導加熱導体３２と、その端部から接続導体を介して前記段付き軸状部材１の中心軸線Ｘ0に平行に前記小径軸部２に沿いながら、その先端側に向かって配置される直線加熱導体３３と、該直線加熱導体３１の端部に接続するとともに、前記小径軸部３の先端側をほぼ半環状に囲むように配設される半環状加熱導体３４と、この半環状加熱導体３４の端部から前記直線加熱導体３３に平行に前記小径軸部２の基端部３側に向かって配設される直線加熱導体３５と、その端部に接続し前記小径軸部２の基端部３をほぼ半環状に囲むように配置されて、前記高周波電源部８の出力側の他端に接続される半環状加熱導体３６とからなる。

図７は、前記段付き軸状部材１を前記高周波誘導加熱コイル３１による高周波誘導加熱後、その外周部を急速に冷却する、高周波焼入に関する諸条件と、それによって前記外周部に形成される焼入硬化層３７を示す断面図である。

しかしながら、図７に示すように、前記高周波誘導加熱コイル３１を使用して形成される焼入硬化層３７は、前記小径軸部２の部分については熱処理規格値を満足するものであるが、前記基端部３や前記肩部５についての硬化層３７は、図１に示す硬化層７とは異なり、不均一の形態に形成されている。更に、前記弧状部６については、全く硬化層３７が形成されていないという問題点があった。

一方、前記特許文献１の実開昭５５−８０３５８号公報の「高周波誘導による表面焼入れ用コイル体」は、主に軸状部材１の肩部５近傍の部分の硬化層を正常の形態にするためのもので、本発明のように、前記肩部５及び弧状部６に規格通りの焼入硬化層を形成し得るものではない。

他方、前記特許文献２及び３の特開２００２−１８０１２８号公報及ぴ特開２００２−１８０１２９号公報の「高周波誘導加熱コイル」は、段付き軸状部材１の小径軸部２、肩部５及び弧状部６に良好な焼入硬化層を形成する高周波誘導加熱コイルの形状を開示するものであるが、該高周波誘導加熱コイルの全体形状がかなり複雑なものからなり、かつ第１の段部加熱導体（３９）の円弧の中心角θ１や第２の段部加熱導体（４１）の円弧の中心角θ２にそれぞれ限定があり、高周波誘導加熱コイルの製作が難しく、かつ高価のものとなるという問題点があった。
また、第３の小径軸部加熱導体（３６）が傾斜して形成され、かつこれに接続される連結導体（３７）、（３８）や第２の小径軸部加熱導体（３５）に接続する加熱導体（４３）、（４２）も複雑に曲げられて第２の段部加熱導体（４１）に接続される、複雑な構造からなり、高価のものとなるという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、規格指示通りの高周波誘導焼入による硬化層が形成され、高周波誘導加熱コイルの全体形状がコンパクトにまとめられ、かつ生産性がよい段付き軸状部材の高周波誘導加熟コイルを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の構成は、相対的に小さい直径を有する小径軸部と、その基端部に一体的に形成される単数段又は複数段の、段階的にかつ漸次、相対的に大きい直径を有する大径軸部とからなり、前記小径軸部と前記大径軸部との連結部分又は隣接する前記大径軸部間の連結部分に肩部と、該肩部と前記大径軸部の外周との間に形成される弧状部とを形成してなる段付き軸状部材の外周部に硬化層を高周波誘導焼入により形成するための高周波誘導加熱コイルであって、該高周波誘導加熱コイルは、
（ａ） それぞれの一端が高周波電源部の出力端にそれぞれ接続され、双方で、前記段付き軸状部材の前記小径軸部の先端側の外周をある間隔を介して、半円周状に囲むように配置される、２つの円弧状加熱導体と、
（ｂ） 前記２つの円弧状加熱導体のそれぞれの他端に、それぞれの一端が接続され、かつ前記小径軸部の外周側にある間隔を介して、前記外周に沿い前記段付き軸状部材の中心軸線方向に平行に配置される２つの直線加熱導体と、
（ｃ） 前記２つの直線加熱導体電流のそれぞれの他端に、それぞれの一端が接続され、かつ前記肩部に近接し前記小径軸部の前記基端部をある間隔を介して、半円周状に囲むように配置される、２つの第１の半環状加熱導体と、
（ｄ） 前記２つの第１の半環状加熱導体のそれぞれの他端に、その一端と、該一端から前記中心軸線を中心に１８０゜隔てた位置にある他の一端とが接続され、かつ前記小径軸部の前記弧状部に近接しある間隔を介して、該弧状部を囲むように円環状に配置される、２つの第２の半環状加熱導体による円環状加熱導体とからなる段付き軸状部材の高周波誘導加熟コイルである。

この構成により、本発明の高周波誘導加熟コイルは、以上のような形状にすることにより、該加熟コイルの中心軸線Ｘに、前記段付き軸状部材の中心軸線Ｘ0を一致させ、前記段付き軸状部材を前記中心軸線Ｘを中心に回転させながら、前記高周波誘導加熟コイルにより、前記軸状部材を高周波誘導加熱した後、該軸状部材を停止させるとともに急冷すると、前記軸状部材の前記小径軸部の外周は勿論、その肩部、特に前記弧状部においても、熱処理規格どおりの形態及ぴ硬度の硬化層を、安定しかつ確実に形成することができる。また、前記高周波誘導加熱コイルの形状も、従来技術に較べてコンパクトにまとめられ、生産性もよく、比較的安価に製造することができる。

また、請求項２によれば、前記２つの円弧状加熱導体のそれぞれが、前記中心軸線を中心に９０゜の円弧を有する段付き軸状部材の高周波誘導加熟コイルである。
この構成により、前記高周波誘導加熱コイルをより生産性もよく、かつ安価に製造することができる。

さらに、請求項３によれば、前記円環状加熟導体が、前記２つの第２の半環状加熱導体の一方が削除され、他方の１つの前記第２の半環状加熱導体のみで構成される段付き軸状部材の高周波誘導加熟コイルである。
この構成により、前記２つの第３の半環状加熱導体の一方を切断、削除することにより、残された前記第３の半環状加熱導体の他方に高周波電流が一方向に沿って安定して流れ、より安定的な高周波焼入を行うことができる。

本発明の段付き軸状部材の高周波誘導加熟コイルは、前記の構成のとおり、前記段付き軸状部材の形状に適合するように、前記２つの円弧状加熱導体からなる第１の半環状加熱導体と、前記２つの直線加熱導体と、前記２つの第２の半環状加熱導体と、前記円環状加熱導体とからなるので、規格指示通りの高周波誘導焼入による硬化層が形成されるとともに、高周波誘導加熱コイルの全体形状がコンパクトにまとめられ、かつ生産性が極めてよくなるという優れた効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の最良の実施の形態を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の前記高周波誘導加熱コイルにより高周波焼入される対象物としての段付き軸状部材の焼入後の形態を示す断面図である。

図１において、本発明の高周波誘導加熱コイルにより所望の焼入による硬化層７を形成するための被高周波焼入部材である段付き軸状部材１は、金属材、特に鉄系材からなり、細長で相対的に小さい直径を有する小径軸部２と、その基端部３に一体的に形成される、相対的に大きい直径を有する大径軸部４とからなる。前記小径軸部２の基端部３には、段付きの肩部４が形成され、該肩部５のコーナ部分と前記大径軸部４の外周の端部との間には弧状部６が形成される。そして、前記硬化層７としては、同図のハッチングで示す形態のものが所望される。なお、図１のＸ0は、前記段付き軸状部材１の中心軸線である。

図２及び図３は、本発明の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイルの実施例１を示す図で、図２は、本発明の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の配置構造を示す模式的斜視図、図３は、図２に示す高周波誘導加熱コイルによる焼入条件と、これによって前記段付き軸状部材に形成される硬化層とを示す図表と該軸状部材の断面図である。なお、図２及び図３のＸは、高周波誘導加熱コイル１１，２１の中心軸線である。

図２に示す前記高周波誘導加熱コイル１１は、前記段付き軸状部材１の焼入処理に際し、該段付き軸状部材１の前記小径軸部２、その基端部３、前記肩部５及び前記弧状部６を高周波誘導加熱するために使用されるもので、高周波電流を導通させるため、一続きのコイル構成体からなる導電性の部品である。
なお、８は高周波電源部で、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ（場合によっては、４００ｋＨｚまで）のうちの１つの周波数で、前記高周波誘導加熱コイル１１（２１，３１）に流すための電流を出力する。図２中の矢印方向は、電流の向きである。

前記高周波誘導加熱コイル１１は、それぞれ円弧状加熱導体からなる２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂと、２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂと、２つの第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂと、２つの第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂによる円環状加熱導体１５とからなり、これらの導体をそれぞれ直列に接続して、導体径がほぼ同一の一続きのコイルに形成するものである。

すなわち、それぞれ円弧状加熱導体からなる、２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂは、それぞれの一端が接続導体１２ｃ、１２ｄにより、高周波電源部８の出力端のそれぞれの端子にそれぞれ接続されている。前記２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂは、前記段付き軸状部材１の前記小径軸部２の先端側、すなわち前記小径軸部２の端部の近傍で、該端部の外周をある間隔を介して、双方で半円周状に囲んで配置されるように形成されている。前記２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂのそれぞれは、前記小径軸部２の中心軸線Ｘを中心とする中心角が約９０゜になるように形成されている。したがって、前記２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂで１８０゜、すなわち半円環状に形成できる。このため、前記２つの円弧状加熱導体１２ａ、１２ｂによる半円環のほぼ中央位置から給電されている。

前記小径軸部２の外周側には、ある間隔を介して前記外周に沿い、前記小径軸部２の中心軸線Ｘ方向に平行に前記２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂが、前記小径軸部２の前記端部近傍から前記基端部３の近傍まで配置されている。そして前記２つの円弧状加熱導１２ａ、１２ｂのそれぞれの他端には、前記２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂのそれぞれの一端が接続されている。

前記２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂのそれぞれの他端側には、前記小径軸部２の前記肩部５に相対向、近接して、前記基端部３にある間隔を介して、該基端部３をそれぞれ半円周状（双方で、円周状）に囲むように２つの第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂが配置されている。そして、前記２つの直線加熱導体１３ａ、１３ｂのそれぞれの他端には、前記２つの第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂのそれぞれの一端が接続されている。

次いで、前記小径軸部２の前記弧状部６に相対向、近接して、該弧状部６にある間隔を介して、該弧状部６を囲むように円環状に、２つの第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂからなる円環状加熱導体１５が配置されている。そして、前記円環状加熱導体１５の一端（接続点）１５ｃと、該一端１５ｃから前記中心軸線Ｘを中心に１８０゜隔てた位置にある他の一端（接続点）１５ｄとが、ほぼ９０゜に曲げられた接続導体１６ａ、１６ｂにより、前記２つの第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂのそれぞれの他端に接続されている。前記円環状加熱導体１５の前記２つの第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂのそれぞれは、互いに並列回路を形成するため、該第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂのそれぞれに流れる電流は、前記２つの第の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂのそれぞれを流れる電流の１／２になる。

したがって、前記高周波誘導加熱コイル１１に流れる電流の経路は、図２に示すように、高周波電源部８の一方の出力端子から、前記接続導体１２ｃを介して一方の前記円弧状加熱導体１２ａ、一方の前記直線加熱導体１３ａ、一方の前記第１の半環状加熱導体１４ａ、前記接続導体１６ａ、前記第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂが並列接続された前記円環状加熱導体１５、前記接続導体１６ｂ、他方の前記第１の半環状加熱導体１４ｂ、他方の前記直線加熱導体１３ｂ、他方の前記円弧状加熱導体１２ｂ及び前記接続導体１２ｄを経て、高周波電源の他方の出力端子に至る経路である。

まず、図２の前記高周波誘導加熱コイル１１を用いた場合の、前記段付き軸状部材１の硬化層７の形成について説明する。
図３は、図２の構造の前記高周波誘導加熱コイル０による前記段付き軸状部材１の焼入条件とこれによる硬化層７の形成状態を示すものである。図３に示すように、この揚合の焼入条件としては周波数（ｋＨｚ）、電圧（Ｖ、実効値）、電流（Ａ、実効値）、電流出力（ｋＷ）、加熱時間（sec）、空冷時間（sec）、冷却時間（sec）、焼入水（ユーコン）、焼入水濃度（％）、焼入水温度（℃）、焼入水流量（ｌ／min）、コイルギャップ（mm）等の具体的な値が示されている。勿論、図示の値は一例であり、これに限定するものではない。

以上の条件によって、高周波焼入を行うと図３に示すような硬化層７が前記軸状部材１に形成される。この場合、前記小径軸部２、肩部５及び弧状部６にも硬化層７が形成され、規格値を満足した結果が得られることがわかる。

次に、図４及び図５は、本発明の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイルの実施例２を示す図で、図４は、本発明の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の配置構造を示す模式的斜視図、図５は、図４に示す高周波誘導加熱コイルによる焼入条件と、これによって前記段付き軸状部材に形成される硬化層とを示す図表と該軸状部材の断面図である。図４において、図２に記載の部材と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。

図４に示す高周波誘導加熟コイル２１は、図２に示すものと基本的構造は同一であるが、図２の円環状加熱導体１５を構成する半円形状の前記２つの第２の半環状加熱導体１５ａ、１５ｂのうち、一方の前記第２の半環状加熱導体１５ａが切断、削除され、他方の１つの前記第２の半環状加熱導体１５ｂのみで構成される。したがって、前記他方の第２の半環状加熱導体１５ｂは前記端（接続点）１５ｃ、１５ｄにおいて、直接、直列に接続される構造になる。

このため、図２の前記円環状加熱導体１５の箇所は、前記他方の第２の半環状加熱導体１５ｂのみで、並列回路は形成されないので、電流は分流されずに流れ、該第２の半環状加熱導体１５ｂに流れる電流は、前記第１の半環状加熱導体１４ａ、１４ｂを流れる電流と同一になる。
本実施例の前記高周波誘導加熟コイル２１は、図２の前記円環状加熱導体１５を、図４の１つの前記第２の半環状加熱導体１５ｂによる構造にすることにより、図２の高周波誘導加熱コイル１１に比べて、コイルの長さを節減することができる。

図５は、図４に示す構造による前述のような電流の流れの高周波誘導加熟コイル２１による段付き軸状部材１の焼入条件とこれによる硬化層７の形成状態を示すものである。この結果としては、図３の場合と同じく規格値を満足する硬化層７を得ることができる。

なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

本発明の高周波誘導加熱コイルにより高周波焼入される段付き軸状部材の焼入後の形態を示す軸断面図である。 本発明の実施例１の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の配置構造を示す模式的斜視図である。 図２に示す高周波誘導加熱コイルによる焼入条件と、これによって段付き軸状部材に形成された硬化層の一例を示す図表及び軸断面図である。 本発明の実施例２の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の配置構造を示す模式的斜視図である。 図４に示す高周波誘導加熱コイルによる焼入条件と、これによって段付き軸状部材に形成された硬化層の一例を示す図表及び軸断面図である。 従来の高周波誘導加熱コイルの加熟導体の配置構造の一例を示す模式的斜視図である。 図６に示す従来の高周波誘導加熱コイルによる焼入条件と、これによって段付き軸状部材に形成された硬化層の形態を示す軸断面図である、

符号の説明

１ 段付き軸状部材
２ 小径軸部
３ 基端部
４ 大径軸部
５ 肩部
６ 円弧部
７ 硬化層
８ 高周波電源部
１１，２１，３１ 高周波誘導加熱コイル
１２ａ、１２ｂ 円弧状加熱導体
１２ｃ、１２ｄ、１６ａ、１６ｂ 接続導体
１３ａ、１３ｂ 直線加熱導体
１４ａ、１４ｂ 第１の半環状加熱導体
１５ 円環状加熱導体
１５ａ、１５ｂ 第２の半環状加熱導体
１５ｃ、１５ｄ 端（接続点）
Ｘ、Ｘ0 中心軸線

Claims (3)

1. 相対的に小さい直径を有する小径軸部と、その基端部に一体的に形成される単数段又は複数段の、段階的にかつ漸次、相対的に大きい直径を有する大径軸部とからなり、前記小径軸部と前記大径軸部との連結部分又は隣接する前記大径軸部間の連結部分に肩部と、該肩部と前記大径軸部の外周との間に形成される弧状部とを形成してなる段付き軸状部材の外周部に硬化層を高周波誘導焼入により形成するための高周波誘導加熱コイルであって、該高周波誘導加熱コイルは、
   （ａ） それぞれの一端が高周波電源部の出力端にそれぞれ接続され、双方で、前記段付き軸状部材の前記小径軸部の先端側の外周をある間隔を介して、半円周状に囲むように配置される、２つの円弧状加熱導体と、
   （ｂ） 前記２つの円弧状加熱導体のそれぞれの他端に、それぞれの一端が接続され、かつ前記小径軸部の外周側にある間隔を介して、前記外周に沿い前記段付き軸状部材の中心軸線方向に平行に配置される２つの直線加熱導体と、
   （ｃ） 前記２つの直線加熱導体電流のそれぞれの他端に、それぞれの一端が接続され、かつ前記肩部に近接し前記小径軸部の前記基端部をある間隔を介して、半円周状に囲むように配置される、２つの第１の半環状加熱導体と、
   （ｄ） 前記２つの第１の半環状加熱導体のそれぞれの他端に、その一端と、該一端から前記中心軸線を中心に１８０゜隔てた位置にある他の一端とが接続され、かつ前記小径軸部の前記弧状部に近接しある間隔を介して、該弧状部を囲むように円環状に配置される、２つの第２の半環状加熱導体による円環状加熱導体とからなることを特徴とする段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイル。
2. 前記２つの円弧状加熱導体のそれぞれが、前記中心軸線を中心に９０゜の円弧を有することを特徴とする請求項１に記載の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイル。
3. 前記円環状加熟導体が、前記２つの第２の半環状加熱導体の一方が削除され、他方の１つの前記第２の半環状加熱導体のみで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の段付き軸状部材の高周波誘導加熱コイル。