JP2006028589A

JP2006028589A - 直接通電焼入装置による焼入焼戻方法

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Publication number: JP2006028589A
Application number: JP2004209687A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Sawatsubashi; 精一沢津橋; Keiichi Kubo; 啓一久保
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】電源部が１台で済み、焼入処理並びに焼戻処理に別々の装置を必要とせずに単一の高周波直接通電焼入装置でこれらの熱処理を順次に連続して行うことができ、しかも設備費の低減並びに省スペース化を図ることが可能であり、かつ作業効率の向上も図ることが可能な高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻方法を提供する。
【解決手段】高周波熱処理対象物（例えば、ラックシャフト１）を高周波直接通電焼入装置２０に保持して所要の焼入範囲を焼入温度まで加熱し、次いでその直後又は所定の空冷時間の経過後に焼入範囲に焼入冷却液を噴射して焼入冷却を行うことにより焼入範囲に焼入硬化層を形成し、しかる後にこれに引き続いて、高周波熱処理対象物を高周波直接通電焼入装置２０に保持した状態のままで、焼入硬化層が形成されている焼入範囲を所要の焼戻温度まで加熱し、次いで所要の空冷時間経過後に焼入冷却液を噴射して焼戻冷却を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ラックシャフト（細長い棒体）のような熱処理対象物（ワーク）の歯部やその背面部を高周波焼入及び高周波焼戻（すなわち、焼入焼戻の熱処理）を行う場合に適用される高周波直接通電焼入装置を用いて高周波焼入及び高周波焼戻を順次に連続して行うための方法に係り、特に、高周波熱処理対象物を焼入処理した後に高周波直接通電焼入装置から取り外すことなく高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで、この高周波直接通電焼入装置の単一の電源部を用いて焼戻加熱を行う連続焼入焼戻方法に関する。

図２に示すようなラックシャフト１の歯部２やその歯部２の反対側の背面部３などを高周波焼入する場合には、図２〜図４に示すような高周波直接通電焼入装置４が従来より用いられている。

この高周波直接通電焼入装置４は、図３〜図５に示すように、電気的絶縁材５を介して重ね合わされている第一導体６及び第二導体７と、第一導体６に連結されると共に第二導体７側に連結されている（すなわち、第一導体６の一端部から両側に分岐して第二導体７の他端部に接続されている）分岐導体８（図４及び図５参照）と、電気的絶縁材５が介在されている位置において第一導体６上に載置されて固定されている第一接触電極９と、第二導体７上に載置されて固定されている第二接触電極１０と、第二導体７上に載置されて固定されている近接導体１１と、近接導体１１に設けられている冷却手段１２（図５参照）と、第一接触電極９及び第二接触電極１０間に接続されている高周波電源部１３（図３参照）と、第一接触電極９及び第二接触電極１０にそれぞれ対応する位置に配設されている一対のラックシャフト押圧用の油圧シリンダ１４とを備えている。

かくして、ラックシャフト１は、図３及び図４に示すように第一接触電極９及び第二接触電極１０の頂部α，β上に載置されてその歯部２が前記頂部α，βに当接せしめられた状態で支持されると共に、油圧シリンダ１４により第一接触電極９及び第二接触電極１０の側に押圧されて前記歯部２と前記頂部α，βとの電気的接触状態が確保されるようになっている。また、このようにしてラックシャフト１が第一接触電極９及び第二接触電極１０上に配置されると、このラックシャフト１の歯部２と近接導体１１との間には図３及び図５に示すように隙間Ｓが形成され、歯部２が近接導体１１に近接配置されるように構成されている。

このような構成の高周波直接通電焼入装置４を用いてラックシャフト１の歯部２を焼入する際の動作について述べると、次の通りである、まず、高周波電源部１３を通電状態にすると、高周波電流Ｉ_１が第一導体６から第一接触電極９及び分岐導体８に流れ、ラックシャフト１内を通り、第二接触電極１０及び近接導体１１を通り、高周波電源部１３に戻るように流れるか、またはその逆の経路で交互に流れる。すなわち、ある時点では、図３において矢印で示すようにラックシャフト１に高周波電流Ｉ_１'が流れると共に、近接導体１に流れる電流の誘導作用にて誘導電流（うず電流）Ｉ_１''が流れ、従ってラックシャフト１の歯部２の表面には（Ｉ_１'＋Ｉ_１''）の電流が流れる。この際、高周波電源部１３への戻る電流はＩ_２となるが、それについての詳細な説明は省略する。かくして、ラックシャフト１の歯部２の表面は、（Ｉ_１'＋Ｉ_１''）の電流が流れるのに伴って所要の焼入温度まで加熱され、しかる後に冷却手段１２に供給された冷却液が近接導体１１に設けられた多数の冷却液噴射孔１５からラックシャフト１に噴射され、これによりラックシャフト１の歯部２或いは背面部３に焼入硬化層が形成される。

このような構造の高周波直接通電焼入装置４によりラックシャフト１のようなワーク（高周波熱処理対象物）を焼入焼戻処理するための従来の方法としては、図６に示すような方法が一般に採用されている。図６に示す従来方法の場合には、まず、ワーク（ラックシャフト１）を高周波直接通電焼入装置４の一対の接触電極９，１０上に支持し（図３参照）、焼入加熱及び焼入冷却の処理を順次に行って焼入硬化層を形成した後に、ワークを搬送し、高周波直接通電焼入装置４とは別の位置にある焼戻装置１６上に移し替え、しかる後に前記焼入硬化層の焼戻を行うようにしている。なお、焼戻装置１６は、焼戻用高周波発振器に接続されたソレノイド状炉体コイル或いは電気炉を備えており、焼戻用高周波発振器に接続されたソレノイド状炉体コイル内で誘導加熱によって焼戻を行うか、或いは高周波誘導加熱を用いないで電気炉で行うようにしている。

以上のように、従来方法では、高周波直接通電焼入装置４と焼戻装置１６とを別々の場所に配置して焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行うようにしているため、高周波直接通電焼入装置４及び焼戻装置１６が別個に必要となって設備費が高価なものとなる上に、広い大きな設置スペースも必要となるという問題点がある。また、高周波直接通電焼入装置４から焼戻装置１６へのワークの移し替え時間が必要となり、これにより作業効率が低下するという不具合を生じる。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源部が１台で済み、焼入処理並びに焼戻処理に別々の装置を必要とせずに単一の高周波直接通電焼入装置でこれらの熱処理を順次に連続して行うことができ、しかも設備費の低減並びに省スペース化を図ることが可能であり、かつ作業効率の向上も図ることが可能な高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻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、高周波熱処理対象物を一対の接触電極により支持して、前記一対の接触電極を介して高周波電流を前記高周波熱処理対象物の熱処理対象部に直接流すと共に、前記高周波熱処理対象物に近接して配置される近接導体に流れる高周波電流の誘導作用により前記熱処理対象部に誘導電流を流して、前記熱処理対象部を加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された前記熱処理対象部を冷却することにより前記熱処理対象部に焼入硬化層を形成するように構成した高周波直接通電焼入装置を用いて、前記高周波熱処理対象物の焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行う連続焼入焼戻方法であって、前記高周波熱処理対象物を前記高周波直接通電焼入装置に保持して所要の焼入範囲を焼入温度まで加熱し、次いでその直後又は所定の空冷時間の経過後に前記焼入範囲に焼入冷却液を噴射して焼入冷却を行うことにより前記焼入範囲に焼入硬化層を形成し、しかる後にこれに引き続いて、前記高周波熱処理対象物を前記高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで、前記焼入硬化層が形成されている前記焼入範囲を所要の焼戻温度まで加熱し、次いで所要の空冷時間経過後に焼入冷却液を噴射して焼戻冷却を行うようにしている。
また、本発明では、前記高周波直接通電焼入装置を単一の電源部を有するものとし、焼入処理時及び焼戻処理時のそれぞれにおいて、前記単一の電源部を構成する高周波発振器の周波数を切り替えて焼入加熱及び焼戻加熱を行うようにしている。
また、本発明では、前記高周波熱処理対象物が細長い棒体である場合に、焼入加熱時における高周波発振器の周波数を３１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに設定し、焼戻加熱時における前記高周波発振器の周波数を０.５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚに設定するようにしている。
また、本発明では、前記高周波熱処理対象物である棒体を、歯部及びこの歯部の反対側の背面部が焼入処理及び焼戻処理されるラックシャフトとしている。

請求項１に記載の本発明は、高周波熱処理対象物を高周波直接通電焼入装置に保持して所要の焼入範囲を焼入温度まで加熱し、次いでその直後又は所定の空冷時間の経過後に焼入範囲に焼入冷却液を噴射して焼入冷却を行うことにより焼入範囲に焼入硬化層を形成し、しかる後にこれに引き続いて、高周波熱処理対象物を高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで、焼入硬化層が形成されている焼入範囲を所要の焼戻温度まで加熱し、次いで所要の空冷時間経過後に焼入冷却液を噴射して焼戻冷却を行うようにしたものであるから、高周波直接通電焼入装置のみを用いて所望の焼戻硬化層を得ることができる。また、高周波熱処理対象物（ワーク）を高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行なうようにしているため、電源部としては高周波直接通電焼入装置の１台の電源部で済む上に、焼入処理並びに焼戻処理に別々の装置を必要とせずに済み、しかも焼入処理後にワークを焼戻処理のために搬送する装置も必要がなくなるため、設備の省スペース化並びに設備コストの低減を図ることができると共に、作業効率の向上を図ることができる。

また、請求項２に記載の本発明は、高周波直接通電焼入装置を単一の電源部を有するものとし、焼入処理時及び焼戻処理時のそれぞれにおいて、単一の電源部を構成する高周波発振器の周波数を切り替えて焼入加熱及び焼戻加熱を行うようにしたものであるから、単一の電源部からの発振周波数の切り替えによって焼入加熱及び焼戻加熱を順次に行なうことができ、効率的な焼入層の形成並びに設備コストの低減を図ることができる。

また、請求項３に記載の本発明は、高周波熱処理対象物が細長い棒体である場合に、焼入加熱時における高周波発振器の周波数を３１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに設定し、焼戻加熱時における高周波発振器の周波数を０.５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚに設定するようにしたものであるから、細長い棒体に対して焼入加熱及び焼戻加熱に適した電力周波数となり、所望の焼入層を確実に形成することができる。

また、請求項４に記載の本発明は、高周波熱処理対象物である棒体を、歯部及びこの歯部の反対側の背面部が焼入処理及び焼戻処理されるラックシャフトとしたものであるから、歯部とこの歯部の反対側の背面部とを有する細長いラックシャフトのような棒体状のワークに対する焼入加熱時及び焼戻加熱時における発振周波数の値が最適となるため、所望の焼入層を確実に形成することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る直接通電焼入装置による焼入焼戻方法について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１において図３〜図５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。

図１は、本発明の一実施形態に係る連続焼入焼戻方法を施行するために用いられる高周波直接通電焼入装置２０を示している。この高周波直接通電焼入装置２０は、図１に示すように、電源部２１の構造以外の部分は図３に示したものと同一であるが、図１ではその主要部のみが示されている。すなわち、電気的絶縁材５を介して第一導体６と第二導体７とが重合され、第一導体６上には第一接触電極９が固定されている。また、第二導体７上には第二接触電極１０及び近接導体１１が固定されている。そして、近接導体１１に関連して冷却手段１２が設けられ、近接導体１１に設けられた多数の噴射孔１５から冷却液が噴射されるように構成されている。歯部２及びその反対面に背面部３を有するラックシャフト１は、第一接触電極８９と第二接触電極１０とにより支持され、熱処理対象部である歯部２又は背面部３が近接導体１０に近接する位置に配置されるようになっている。かくして、電源部２１からの電力供給により、ラックシャフト１の歯部２又は背面部３が焼入加熱され、冷却手段１２の噴射孔１５からの冷却液の噴射により焼入硬化層の形成がなされ、次いでこれに引き続いて焼戻加熱されて冷却されることにより焼戻処理がなされる。

なお、本実施形態では、高周波直接通電焼入装置２０の電源部２１は単一のものからなるが、発振周波数を切り替えることが可能でかつ出力を変えることが可能な電源部として構成されている。従って、焼入加熱の際の電力周波数並びに焼戻加熱の際の周波数や出力を適宜に設定することが可能である。

上述の如き構造の高周波直接通電焼入装置２０によりラックシャフト１の熱処理（焼入処理及び焼戻処理）を行う際の焼入焼戻操作について図２を参照して説明する。まず、ラックシャフト１を第一接触電極９及び第二接触電極１０上に載置した後に、電源部２１の周波数及び出力を所要の焼入条件に適合するように設定し、ラックシャフト１の所要の焼入範囲を所要の焼入温度にまで所定時間にわたり焼入加熱を行う。次に、空冷を所定時間にわたって行い、これに引き続いて冷却手段１２からの冷却液を噴射して冷却を行い、さらに引き続き空冷を所定時間にわたって行う。これより、所要の焼入範囲にわたる焼入が行われ、ラックシャフト１の歯部２又は背面部３に焼入硬化層が形成される。

前記の焼入冷却時間及び空冷時間の時間内において電源部２１の周波数の切り替えを行い、焼戻用の周波数及び出力に変更する。次に、ラックシャフト１を第一接触電極９と第二接触電極１０上に載置した状態のままで切り替えた周波数及び出力によりラックシャフト１を所要の焼戻温度にまで所定時間にわたって焼戻加熱を行う。これに引き続いて所定時間にわたり空冷し、更に所定時間にわたり冷却液により冷却して焼戻処理を完了する。以上のような一連の操作により、ラックシャフト１の焼入焼戻が行われる。なお、焼戻工程における空冷時間及び焼戻後の冷却時間の時間内において電源部２１の周波数及び出力を焼入用に切り替える。以下、同様の工程を繰り返し行うことによりラックシャフト１の歯部２又は背面部３の焼入焼戻が行われる。

次に、本発明の実施例を説明する。高周波熱処理対象物としては直径が２８ｍｍのラックシャフト１を用い、その歯部２を焼入焼戻する場合について説明する。まず、焼入条件としては、周波数が６０ｋＨｚで出力が５５ｋＷである。この条件の下で、加熱時間が６.３秒、空冷時間が０.３秒、焼入冷却時間が２０.０秒という諸条件で焼入を行なった。

焼戻条件としては、周波数が９ｋＨｚで出力が５，５ｋＷとし、加熱時間が２０.０秒、空冷時間が１５.０秒、焼戻後の冷却時間が５.０秒で焼戻を行った。なお、冷却液量としては焼入焼戻ともに８０Ｌ／ｍｉｎとした。

上述のような条件の下で焼入焼戻を行った結果、歯部２の歯山及び歯谷は硬度が焼入時に７６２Ｈｖであり、焼戻時には歯山の硬度が６６２Ｈｖとなると共に歯谷の硬度が６２９Ｈｖ（いずれも、ビッカース硬度）となり、十分に焼戻されていることが確認された。

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、既述の実施形態では、ラックシャフト１の歯部２又は背面部３を焼入焼戻するようにしているが、本発明に係る連続焼入焼戻方法は、ラックシャフト１に限らず、高周波直接通電焼入装置を用いて熱処理を行うような全ての種類の高周波熱処理対象物（特に、細長い棒体）に対しても適用可能であることは言う迄もない。

本発明の一実施形態に係る連続焼入焼戻方法を実施するために用いられる高周波直接通電焼入装置の側面図である。の一実施形態に係る連続焼入焼戻方法を示す工程図である。従来より用いられている高周波直接通電焼入装置の側面図である。図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。従来の連続焼入焼戻方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ラックシャフト（高周波熱処理対象物；ワーク）
２歯部
３背面部
９第一接触電極
１０第二接触電極
１１近接導体
１２冷却手段
２０高周波直接通電焼入装置
２１電源部

Claims

高周波熱処理対象物を一対の接触電極により支持して、前記一対の接触電極を介して高周波電流を前記高周波熱処理対象物の熱処理対象部に直接流すと共に、前記高周波熱処理対象物に近接して配置される近接導体に流れる高周波電流の誘導作用により前記熱処理対象部に誘導電流を流して、前記熱処理対象部を加熱し、次いで所要の焼入温度に加熱された前記熱処理対象部を冷却することにより前記熱処理対象部に焼入硬化層を形成するように構成した高周波直接通電焼入装置を用いて、前記高周波熱処理対象物の焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行う連続焼入焼戻方法であって、前記高周波熱処理対象物を前記高周波直接通電焼入装置に保持して所要の焼入範囲を焼入温度まで加熱し、次いでその直後又は所定の空冷時間の経過後に前記焼入範囲に焼入冷却液を噴射して焼入冷却を行うことにより前記焼入範囲に焼入硬化層を形成し、しかる後にこれに引き続いて、前記高周波熱処理対象物を前記高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで、前記焼入硬化層が形成されている前記焼入範囲を所要の焼戻温度まで加熱し、次いで所要の空冷時間経過後に焼入冷却液を噴射して焼戻冷却を行うことを特徴とする高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻方法。
前記高周波直接通電焼入装置は、単一の電源部を有するものからなり、焼入処理時及び焼戻処理時のそれぞれにおいて、前記単一の電源部を構成する高周波発振器の周波数を切り替えて焼入加熱及び焼戻加熱を行うことを特徴とする高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻方法。
前記高周波熱処理対象物が細長い棒体である場合に、焼入加熱時における高周波発振器の周波数を３１ｋＨｚ〜４００ｋＨｚに設定し、焼戻加熱時における前記高周波発振器の周波数を０.５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚに設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻方法。
前記棒体は、歯部及びこの歯部の反対側の背面部が焼入処理及び焼戻処理されるラックシャフトであることを特徴とする請求項３に記載の高周波直接通電焼入装置による焼入焼戻方法。