JP2005105301A - 段差付き部材の高周波焼入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 未熟練者でも容易に焼入作業を行なうことができる上に、正味焼入時間の短縮が可能となる段差付き部材の高周波焼入方法を提供する。
【解決手段】 素材領域Ｍとこの素材領域Ｍに段差部６を介して隣接する加工領域Ｎとを有する段差付き部材（例えば、ポールパーキング１）を焼入対象物とし、段差付き部材の加工領域Ｎを高周波焼入するための方法であって、素材領域Ｍの一部箇所であってかつ段差部６の近傍箇所に一対の電極接触子７，８を当接させて加工領域Ｎに直接通電することにより加工領域Ｎを加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された加工領域Ｎを焼入冷却液９にて冷却することにより加工領域Ｎに焼入硬化層Ｓを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車のパーキング機構部に採用されるポールパーキングのように加工領域と素材領域との間に段差部を有する段差付き部材を高周波焼入するための方法に関し、特に、ポールパーキングの加工領域に設けられた歯形の突起を高周波焼入するのに適用して好適な高周波焼入方法に関する。

図６（ａ），（ｂ）は、車両用自動変速機のパーキングロック装置に用いられるポールパーキング１を示すものであって、このポールパーキング１は、ギヤパーキングの歯部に係合してその回転を阻止するために使用される自動車用部品である。ポールパーキング１は板状の鋳造品から成り、その一端部には支持孔（軸孔）２が形成されると共に、その略中央箇所に歯形の突起（係合突部）３が形成されている。なお、上述の歯形の突起３は、パーキングロック装置のパーキングギヤに係合（噛合）する部位であるため、この突起３並びにその周囲の部分４を焼入により硬化させることが要請されている。具体的には、ポールパーキング１の突部箇所α、及び、この突部箇所αの両側に隣接する窪み部箇所β，γに焼入硬化層Ｓを形成することが要請されている。

ポールパーキング１の突起３並びにその周囲の部分４を硬化させるべく焼入を行なうに当たっては、従来より、誘導加熱による高周波焼入方法すなわち図７〜図９に示すような高周波誘導加熱コイル５を用いた高周波焼入方法が一般に採用されている。なお、高周波誘導加熱コイル５は、いわゆるヘアピン型のコイルであって、互いに平行状に配置された一対の直線状コイル部５ａ，５ｂと、これらの直線状コイル部５ａ，５ｂにそれぞれ連なる左右一対のＵ字状コイル部５ｃ，５ｄとを有するコイルである。

高周波誘導加熱コイル５を用いてポールパーキング１を高周波焼入するに際しては、図７〜図９に示すように、高周波誘導加熱コイル５をポールパーキング１の焼入対象箇所に所定の間隔をもって対向配置して焼入を行なうようにしている。すなわち、まず図７に示すように高周波誘導加熱コイル５の基端側の直線状コイル部５ａ，５ｂをポールパーキング１の突部箇所αの両側に所定間隔をもって対応配置してポールパーキング１の突部箇所α及び窪み部箇所β，γを高周波誘導作用により予備加熱し、しかる後に、図８及び図９に示すように高周波誘導加熱コイル５の先端側のＵ字状コイル部５ｃ，５ｄを前記突部箇所αの両側に所定間隔をもって対応配置してポールパーキング１の突部箇所α及び窪み部箇所β，γを高周波誘導作用により本加熱を行なうようにしている。そして、これらの箇所α，β，γを所要の焼入温度に高周波誘導加熱した後に焼入冷却液にて冷却することによって、これらの箇所α，β，γに図９に示すような一連の焼入硬化層Ｓを形成するようにしている。

しかしながら、上述の如き従来の誘導加熱による高周波焼入方法では、焼入処理に要する時間が長いという問題点がある。例えば、予備加熱に約８ｓｅｃ、本加熱に約８ｓｅｃ、焼入冷却に約８ｓｅｃを要し、全体として約２４ｓｅｃの正味焼入時間がかかる。

また、誘導加熱による高周波焼入は熟練者でなければ良好に行なうことができない不具合がある。その理由を簡単に説明すると、次の通りである。まず、歯形の突起３及びその周囲の部分４に既述のような焼入硬化層Ｓを安定して形成するためには、図７に示すように、焼入すべき箇所α，β，γの部位を機械加工する必要がある。このため、ポールパーキング１の素材領域Ｍと加工領域Ｎ（図１０及び図１１参照）との境界箇所には段差部６が形成されることとなるが、ポールパーキング１の素材形状のバラツキに起因して、ポールパーキング１の素材領域Ｍと加工領域Ｎとの間の段差部６の部分の段差寸法δにバラツキが生じる。すなわち、図６における加工領域Ｎ（α，β，γ）の形状を安定形状に機械加工する際に、素材形状の寸法にバラツキがあると、どうしても前記段差部６の部分の段差寸法δが一定とならず、図１０に示す如く段差寸法δが相対的に大きいものや、図１１に示す如く段差寸法δが相対的に小さいものが混在してしまうのが実状である。かくして、この段差部６の段差寸法δに高低差（バラツキ）があると、高周波誘導加熱コイル５とポールパーキング１の被加熱領域（高周波誘導加熱すべき領域）との間の間隔が一定にならないため、同一の高周波焼入条件では焼入硬化層Ｓの形状（焼入深さや硬化層パターン等）にバラツキが生じ、場合によっては不合格品が発生するおそれがある。

なお、段差部６の段差寸法δに対応して高周波焼入条件や高周波誘導加熱コイル５の形状を変えることは一般に不可能であり、またコスト高にもなる。そのため、従来の誘導加熱による高周波焼入方法を施行するに当たっては、熟練者の技能により安定した焼入処理を行うことが必要になり、未熟練者を含めた誰でもが焼入作業を良好に行うことができないという問題点がある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、段差付き部材の素材及び加工のバラツキにより段差寸法にバラツキが生じても常に良好な焼入硬化層を形成することができ、高周波焼入条件を段差部に対応させて調整する必要もなく、従って未熟練者でも容易に焼入作業を行なうことができる上に、正味焼入時間の短縮が可能であり、結果として作業コストの低減を図ることができるような段差付き部材の高周波焼入方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明では、素材領域とこの素材領域に段差部を介して隣接する加工領域とを有する段差付き部材を焼入対象物とし、前記段差付き部材の加工領域を高周波焼入するための方法であって、前記素材領域の一部箇所であってかつ前記段差部の近傍箇所に一対の電極接触子を当接させて前記加工領域に直接通電することにより前記加工領域を加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された前記加工領域を焼入冷却液にて冷却することにより前記加工領域に焼入硬化層を形成するようにしている。
また、本発明では、前記段差付き部材は、前記加工領域に突起が形成された部材であるようにしている。
また、本発明では、前記段差付き部材は、前記突起を歯形に成形して成るポールパーキングであるようにしている。

請求項１に記載の本発明は、段差付き部材の素材領域の一部箇所であってかつ段差部の近傍箇所に一対の電極接触子を当接させて段差付き部材の加工領域に直接通電することにより前記加工領域を加熱して焼入冷却液にて冷却することにより前記加工領域に焼入硬化層を形成するようにしたものであるから、直接通電方式による加熱を採用したことに伴い、段差付き部材の素材及び加工のバラツキにより段差寸法にバラツキが生じても常に良好な焼入硬化層を形成することができ、高周波焼入条件を段差部に対応させて調整する必要もなく、段差部の大きさに無関係に安定品質の高周波焼入を未熟練者でも容易にかつ短時間で行なうことが可能となる。すなわち、本発明における直接通電方式による加熱は、段差付き部材に高周波誘導加熱コイルを近接して誘導加熱するようにした従来の焼入方法とは全く相異し、焼入箇所の全体を直接通電して加熱を行なうようにしたものであるため、これにより段差部のバラツキ（高低差）の影響は全くなくなり、安定した高周波焼入が可能となる。そして、正味焼入時間の短縮に伴い、結果として作業コストの低減を図ることができる。また、直接通電方式の加熱に際しては、段差付き部材の素材領域に電極接触子が当接されるため、その箇所に若干のスパーク傷が生じるが、スパーク傷が発生する場所は素材領域の部分であり、従ってこのスパーク傷は製品の品質に関して特に問題とならない。なお、このようなスパーク傷を極力小さくするためには、例えば、予備加熱を伴う２段加熱方式を採用すればよい。

また、請求項２に記載の本発明は、焼入対象としての段差付き部材を、前記加工領域に突起が形成された部材としたものであるから、段差部と共に突起のある部材に対して安定品質の焼入硬化層を未熟練者であっても容易な作業にて形成することができる。すなわち、加工領域に突起がある場合には、特に、従来の誘導加熱による高周波焼入方法では段差部の高低差に応じて影響がでるが、本発明における直接通電方式の加熱によれば突起の影響は全くなくなり、突起を含む高周波焼入領域の全域にわたって所望の焼入硬化層を形成することができる。

また、請求項３に記載の本発明は、焼入対象としての段差付き部材を、前記突起を歯形に成形して成るポールパーキングとしたものであるから、歯形の突起を有するポールパーキングを焼入対象物として、安定した焼入品質のポールパーキングを製作することができ、ひいてはポールパーキングを用いた装置の信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係る段差付き部材の高周波焼入方法の一実施形態につき図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５において、図６〜図１１と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態では、焼入対象物である段差付き部材として図６（ａ），（ｂ）に示すようなポールパーキング１を採用している。このポールパーキング１は、素材領域Ｍとこの素材領域Ｍに段差部６を介して隣接する加工領域Ｎとを有する段付き部材であり、ポールパーキング１の加工領域Ｎを高周波焼入するようにしている。更に具体的に述べると、ポールパーキング１は、略中央箇所に歯形の突起３を突出形成すると共に一端側に支持孔２（図６（ａ）参照）を形成して成る板状の鋳造品であり、歯形の突起３を含む予め機械加工された加工領域Ｎ、すなわち、突部箇所α並びに窪み部箇所β，γを高周波焼入するようにしている。

本実施形態では、図１に示すように、ポールパーキング１の素材領域Ｍの一部箇所であってかつ段差部６の近傍箇所Ｐ，Ｑに一対の電極接触子７，８をそれぞれ当接させて加工領域Ｎに直接通電することにより加工領域Ｎを加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された加工領域Ｎを焼入冷却液９にて冷却することにより加工領域Ｎ（すなわち、突部箇所α及び窪み部箇所β，γ）に焼入硬化層Ｓを形成するようにしている。なお、直接通電加熱方式による加熱技術そのものは公知技術であるので、その詳細な説明は省略する。

図１は、本発明に係る高周波焼入方法を施行する直接通電加熱方式の高周波焼入装置１０を示している。本装置１０に備えられたジャケット１１には上述の一対の電極接触子７，８が支持されており、ジャケット１１の内部に貯蔵された焼入冷却液９がジャケット１１の焼入冷却液噴射孔１２から既述の加工領域Ｎに向けて適宜に噴射されるように構成されている。この直接通電加熱方式の高周波焼入装置１０を用いてポールパーキング１の加工領域Ｎを高周波焼入するに当たっては、一対の電極接触子７，８を焼入対象物（被焼入物）の焼入部位の近接箇所、すなわち、ポールパーキング１の素材領域Ｍの一部箇所であってかつ段差部６の近傍箇所Ｐ，Ｑに当接し、図外の高周波電源から高周波電流を電極接触子７，８に送って電極接触子７，８間を通電状態にすることにより焼入対象物であるポールパーキング１の加工領域Ｎを所要の焼入温度に加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された加工領域Ｎに焼入冷却液９を噴射することによりこの加工領域Ｎに図１に示すような一連の焼入硬化層Ｓを形成する。

このような高周波焼入方法によれば、直接通電加熱方式を採用したことに伴い、段差部６の段差寸法にバラツキがあっても焼入箇所（加工領域Ｎ）の全体がほぼ均一に加熱することが可能となり、段差部６の段差寸法のバラツキによる影響は殆ど生じない。なお、電極接触子７，８を使用することによりポールパーキング１の側にはスパーク傷が残ることとなるが、スパーク傷が残るのはポールパーキング１の素材領域Ｍの一部分であるので、ポールパーキング１の製品としての全体品質の上では殆ど問題にならない。なお、スパーク傷を極力小さくするためには予備加熱等を施すようにすればよいが、実際上この工程は特に必要はない。

次に、ポールパーキング１について本発明に係る直接通電加熱による高周波焼入方法を施行した一例を以下に示す（なお、高周波焼入条件としては下記の条件に限定されるものではない）。

実施例
（１）周波数 ： ３０ｋＨｚ
（２）出力調整器 ： １３．６ｋＷ〜１５．９ｋＷ
（３）加熱時間 ： ６．５ｓｅｃ〜５．６ｓｅｃ
（４）空冷時間 ： ０．５ｓｅｃ
（５）冷卸時間 ： ８．０ｓｅｃ
（６）焼入冷却液の流量 ： １０ Ｌ／ｍｉｎ
（７）ポールパーキングとのギャップ ： ５．０ｍｍ
（８）ワーククランプ圧力 ： 約１５４ｋｇ

以上の条件により高周波焼入を行った結果、図２に示すような焼入硬化層Ｓが得られた。そして、得られた焼入硬化層Ｓの硬さ（マイクロビッカース硬度）を測定したところ、図３及び図４に示す如き結果が得られた。なお、図３は、図５（ａ）におけるＡ箇所及びＢ箇所における断面硬さ分布を示すグラフであり、図４は、図５（ｂ）に示すＣ箇所における断面硬さ分布を示すグラフである。図示のように、Ａ，Ｂ，Ｃ箇所とも所望の焼入硬化層が安定して形成されていることがわかる。また、焼入後の観察においても焼割れは全く発生せず、スパーク傷も問題にならないことが確認された。また、既述のように正味焼入時間は、全体として１５ｓｅｃ（加熱時間６．５ｓｅｃ＋空冷時間０．５ｓｅｃ＋冷却時間８ｓｅｃ）であり、従来の誘導加熱による場合の２４ｓｅｃに比べて大幅に短縮される。また、この直接通電加熱方式による高周波焼入は、電極接触子７，８をポールパーキング部材１の所定箇所に当接させて通電するものであるため、焼入作業を極めて容易に行なうことができ、未熟練者でも容易に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、焼入対象物である段差付き部材としては、ポールパーキング１に限るものではなく、歯形の突起を有する各種の段差付き部材や全く突起のない部材に対しても本発明の高周波焼入方法を適用し得ることは言う迄もない。また、焼入条件は、既述のものに限らず、段差付き部材の素材の材質や形状、焼入領域等に応じて最適の条件がそれぞれ採用されることは勿論である。

本発明に係る高周波焼入方法を施行する直接通電加熱方式の高周波焼入装置を示す要部断面図である。 図１の高周波焼入装置を用いて焼入処理を施したポールパーキングの焼入箇所を示す断面図である。 図１の高周波焼入装置を用いて焼入処理を施したポールパーキングの加工領域の窪み部箇所における焼入硬化層の硬さを測定した結果を示すグラフである。 図１の高周波焼入装置を用いて焼入処理を施したポールパーキングの加工領域の突部箇所における焼入硬化層の硬さを測定した結果を示すグラフである。 図５（ａ）は前記窪み部箇所における焼入硬化層の硬度測定部位を示す図であり、図５（ｂ）は前記突部箇所における焼入硬化層の硬度測定部位を示す図である。 図６（ａ）は段差付き部材の１例であるポールパーキングの正面図であり、図６（ｂ）はこのポールパーキングの上面図である。 従来の誘導加熱による高周波焼入方法を説明する図であって、加熱初期段階における高周波誘導加熱コイルとポールパーキングとの配置状態を示す図である。 従来の誘導加熱による高周波焼入方法を説明する図であって、加熱初期段階後の次の加熱段階における高周波誘導加熱コイルとポールパーキングとの配置状態を示す図である。 図８におけるＸ−Ｘ船断面図である。 段差部の段差寸法が相対的に大きい場合のポールパーキングの要部断面図である。 段差部の段差寸法が相対的に小さい場合のポールパーキングの要部断面図である。

符号の説明

１ ポールパーキング
３ 突起
６ 段差部
７，８ 電極接触子
９ 焼入冷却液
１０ 高周波焼入装置
１１ ジャケット
α 突部箇所
β，γ 窪み箇所
Ｐ，Ｑ 近傍箇所
Ｓ 焼入硬化層

Claims (3)

1. 素材領域とこの素材領域に段差部を介して隣接する加工領域とを有する段差付き部材を焼入対象物とし、前記段差付き部材の加工領域を高周波焼入するための方法であって、前記素材領域の一部箇所であってかつ前記段差部の近傍箇所に一対の電極接触子を当接させて前記加工領域に直接通電することにより前記加工領域を加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された前記加工領域を焼入冷却液にて冷却することにより前記加工領域に焼入硬化層を形成するようにしたことを特徴とする段差付き部材の高周波焼入方法。
2. 前記段差付き部材は、前記加工領域に突起が形成された部材であることを特徴とする請求項１に記載の段差付き部材の高周波焼入方法。
3. 前記段差付き部材は、前記突起を歯形に成形して成るポールパーキングであることを特徴とする請求項２に記載の段差付き部材の高周波焼入方法。

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