JP2006045636A - 高周波直接通電焼入装置による連続焼入焼戻方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波熱処理対象物（ワーク）を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高周波熱処理対象物を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うことができ、しかも、所望の焼入れ硬さの焼入硬化層を形成することができるような高周波直接通電焼入装置による連続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に保持した状態のままで、高周波直接通電焼入装置２０の一対の接触電極９，１０及び近接導体１１からなる直接通電加熱部に、同時に又は時間差をもって、異なる周波数の複数の高周波電力を供給することにより焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ラックシャフト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（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（ワーク）を高周波直接通電焼入装置から取り外すことなく連続して焼入処理及び焼戻処理を施行することが可能な連続焼入焼戻方法に関するものである。

図３に示すようなラックシャフト１の歯部２やこの歯部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が用いられる場合が多い。

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Ｉ₁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Ｉ₁'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）Ｉ₁''が流れ、従ってラックシャフト１の歯部２の表面には（Ｉ₁'＋Ｉ₁''）の電流が流れる。この際、高周波電源部１３への戻る電流はＩ₂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、（Ｉ₁'＋Ｉ₁''）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禁札導体１１に設けられた多数の噴射孔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。

なお、図３に示した高周波直接通電焼入装置４の電源部１２は単一のものからなるが、後に説明する本発明の方法において使用される電源部と近似するような複数の電源部としては、例えば特開２００３-３４２６３３号公報（特許文献１）に開示されているものが公知技術として挙げられる。

以上のようにラックシャフト１の焼入処理が行われるが、ラックシャフト１を焼入した後には靭性などの向上のために焼戻処理を行う必要がある。図６は、従来の連続焼入焼戻方法の１つの例を示すものであって、この従来方法では、まず焼入加熱用発振器を有する高周波直接通電焼入装置によってラックシャフト１を焼入処理し（ステップＳ₁参照）、次いで、焼入処理されたラックシャフト１を焼戻加熱用発振器に接続された図外のソレノイド状炉体内に導入して誘導加熱によって焼戻加熱を行うか（ステップＳ₂参照）、或いは、図外の電気炉による焼戻加熱を行い（ステップＳ₃参照）、しかる後に冷却することにより一連の熱処理（焼入・焼戻処理）を完了するようにしている（ステップＳ₄参照）。
特開２００３-３４２６３３号公報

上述の如く、従来の連続焼入焼戻方法にあっては、焼入処理後の焼戻処理に際してソレノイド状炉体或いは電気炉による焼戻加熱を行う必要があるが、ソレノイド状炉体或いは電気炉は高周波直接通電焼入装置４とは別の位置にあるので、焼入処理後にラックシャフト１を高周波直接通電焼入装置４から取り外してソレノイド状炉体或いは電気炉に搬送しなければならず、その搬送の分だけ作業効率が低下するという不具合がある。また、高周波直接通電焼入装置４とは別の位置にソレノイド状炉体或いは電気炉を設置しているので、全体としての設備の設置（配置）スペースが大きくなり、省スペース化を図ることができないという問題点がある。さらに、従来方法では加熱用発振器の発振周波数が固定されているため、焼入深さの仕様やモジールが異なるワーク（例えば、ラックシャフト１）に対しての熱処理が困難であるという不具合があった。

また、上述の特開２００３−３４２６３３号公報に開示されている「高周波誘導加熱における加熱深さ調整方法」によれば、電源部は２つのものからなる。しかしながら、この方法の場合には、高低２種類の周波数の高周波加熱電力を高周波誘導加熱コイルに同時に供給して、ワークの加熱深さを任意に調整するためのものであり、焼入・焼戻処理を連続して行うもの、すなわち、焼入処理を行った後にこれに引き続いて焼戻処理を連続して行うものではない。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高周波熱処理対象物（ワーク）を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高周波熱処理対象物を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うことができ、しかも、所望の焼入れ硬さの焼入硬化層を形成することができるような高周波直接通電焼入装置による連続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連続的に行う連続焼入焼戻方法において、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、異なる周波数の複数の高周波電力を前記高周波直接通電焼入装置に同時に又は時間差をもって供給することにより、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。
また、本発明では、前記異なる周波数の複数の高周波電力を高周波電力及び低周波電力として高周波電力及び低周波電力のとりうる最大電力をそれぞれ１００％とした場合、焼入加熱時には、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼入加熱を行い、焼戻加熱時には、高周波電力と低周波電力との合計が焼入加熱時における高周波電力と低周波電力との合計よりも低電力の状態の下で、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼戻加熱を行うようにしている。

請求項１に記載の本発明は、高周波熱処理対象物を前記高周波直接通電焼入装置に保持した状態のままで、異なる周波数の複数の高周波電力を高周波直接通電焼入装置に同時に又は時間差をもって供給することにより、焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行うようにしたものであるから、周波数の異なる複数の高周波電力をその電力比を調整しながら供給することにより所望の深さの焼入・焼戻硬化層を形成することができると共に、焼入処理後には、焼入処理が施された高周波熱処理対象物を高周波直接通電焼入装置から取り外すことなく焼入処理時と同じ状態すなわち高周波直接通電焼入装置に取り付けた状態のままで、電力比を調整した複数の高周波電力を高周波直接通電焼入装置に供給して焼戻処理を行うことができる。従って、従来において用いていたような焼戻処理用のソレノイド状炉体或いは電気炉を別途に設ける必要がないため、設備の占める設置スペースを大幅に小さくし得て省スペース化を図ることが可能となる上に、高周波熱処理対象物を搬送移動する必要がないため、その分だけ作業効率を向上させることができる。さらに、多様な熱処理仕様やモジールの異なる高周波熱処理対象物について適宜に対応することができ、従って高周波直接通電焼入装置の機能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、異なる周波数の複数の高周波電力を高周波電力及び低周波電力として高周波電力及び低周波電力のとりうる最大電力をそれぞれ１００％とした場合、焼入加熱時には、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼入加熱を行い、焼戻加熱時には、高周波電力と低周波電力との合計が焼入加熱時における高周波電力と低周波電力との合計よりも低電力の状態の下で、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼戻加熱を行うようにしたものであるから、電力比を必要に応じて自由に調整でき、熱処理仕様やモジールの異なる任意の高周波熱処理対象物の焼入・焼戻を良好にしかも効率的に行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る高周波直接通電焼入装置による連続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。

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。なお、本装置２０は、電源部以外の構造が図３〜図５に示した高周波直接通電焼入装置４と同様であるため、図１においては図３〜図５と同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１に示すように、高周波直接通電焼入装置２０の電源部２１は、第一の高周波電源部２１Ａと第二の高周波電源部２１Ｂとからなるが、これに限定するものではない。なお、本実施形態において、第一の高周波電源部２１Ａの電源周波数は３１〜４００ｋＨｚであり、第二の高周波電源部２１Ｂの電源周波数は０．５〜３０ｋＨｚである。そして、これ等の第一の高周波電源部２１Ａ及び第二の高周波電源部２１Ｂには、電力値をコントロールするための制御部２２Ａ及び２２Ｂが付設されている。第一の高周波電源部２１Ａからは高周波電力が出力され、第二の高周波電源部２１Ｂからは低周波電力が出力されるように構成されている。かくして、制御部２２ａ，２２ｂを適宜に操作することによって、第一の高周波電源部２１Ａから供給される高周波電力と、第二の高周波電源部２１Ｂから供給される低周波電力との電力比（出力比）が、所定の範囲内において任意に調整し得るようになっている。すなわち、例えば、第一の高周波電源部２１Ａから供給される高周波電力が１００ｋＷでありかつ第二の高周波電源部２１Ｂから供給される高周波電力が５０ｋＷである場合には、高周波直接通電焼入装置２０に供給される電力が１００ｋＷ＋５０ｋＷ＝１５０ｋＷであり、既述の第一の高周波電源部２１Ａから供給される電力と第二の高周波電源部２１Ｂから供給される電力との比（電力比）は、２：１となる。

焼入・焼戻処理に際しては、まず、一対の接触電極９，１０上に支持されたラックシャフト１を例えば上述の如き電力比（２：１）により加熱した後に、ラックシャフト１をそのままの状態に保持して冷却し、これによりラックシャフト１の歯部２又は背面部３に所要の焼入硬化層を形成せしめる。次いで、このようにして焼入処理を施したラックシャフト１を引続きそのままの状態で焼戻加熱を行ない、その後に冷却せしめてラックシャフト１の熱処理を完了する。なお、焼戻加熱時においても第一の高周波電源部２１Ａ及び第二の高周波電源部２１Ｂから所定の電力比による電力を供給する。但し、焼戻加熱時における高周波電力と低周波電力の合計は、焼入加熱時における高周波電力と低周波電力の合計よりも相対的に低く設定する。

ここで、高周波電力と低周波電力との電力比についてさらに具体的に述べると、高周波電力及び低周波電力のとりうる最大電力をそれぞれ１００％とした場合、焼入加熱時には、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼入加熱を行い、焼戻加熱時には、高周波電力と低周波電力との合計が焼入加熱時における高周波電力と低周波電力との合計よりも低電力の状態の下で、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼戻加熱を行う。すなわち、高周波電力及び低周波電力の最大電力をそれぞれ１００％とした場合、設定しうる高周波電力と低周波電力との電力比は、（１００％：０％）〜（１００％：１００％）〜（０％：１００％）の範囲内で任意の割合に設定される。

例えば、高周波電力の最大値が１００ｋＷであり、低周波電力の最大値が５０ｋＷである場合には、下記のような例が挙げられる。
（ａ） １００％（高周波電力）：０％（低周波電力）→１００ｋＷ：０ｋＷ
加熱電力の合計＝１００ｋＷ＋０ｋＷ＝１００ｋＷ
（ｂ） ５０％（高周波電力）：２０％（低周波電力）→５０ｋＷ：１０ｋＷ
加熱電力の合計＝５０ｋＷ＋１０ｋＷ＝６０ｋＷ
（ｃ） １００％（高周波電力）：１００％（低周波電力）→１００ｋＷ：５０ｋＷ
加熱電力の合計＝１００ｋＷ＋５０ｋＷ＝１５０ｋＷ
（ｄ） ２０％（高周波電力）：５０％（低周波電力）→２０ｋＷ：２５ｋＷ
加熱電力の合計＝２０ｋＷ＋２５ｋＷ＝４５ｋＷ
（ｅ） ０％（高周波電力）：１００％（低周波電力）→０ｋＷ：５０ｋＷ
加熱電力の合計＝０ｋＷ＋５０ｋＷ＝５０ｋＷ

図２は、上述の連続焼入焼戻方法を時系列的に表示したものである。図２に示すように、高周波電力と低周波電力の電力比を上述の如く例えば２：１として２種類の電力を投入して焼入を行う。次に、空冷時間をおき、焼入冷却を行い、その後に空冷を行う。次いで、既述のようにラックシャフト１を高周波直接通電焼入装置２０の一対の接触電極９，１０上から取り外すことなく、焼入処理時の状態のままで、高周波電力と低周波電力との電力比を適宜に設定して焼戻加熱を行う。しかる後に、空冷にて冷却することにより一連の焼入・焼戻の熱処理を完了する。

上述の如き連続焼入焼戻方法によりラックシャフト１の歯部２について焼入・焼戻を行ったところ、歯部２に形成された焼入硬化層の焼入硬度は７７９Ｈｖ（ビッカース硬度）であり、焼戻後の硬度が７０６Ｈｖであり、十分な焼戻が行われたことが確認された。

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、電力比を２：１に設定しているが、これに限定されるものではない。また、既述の実施形態では、第一の高周波電源部２１Ａからの高周波電力と第二の高周波電源部２１Ｂからの低周波電力を同時に供給するようにしているが、これに限らず、これらの電力を時間差をつけて供給するようにしてもよい。すなわち、ラックシャフト１の仕様やモジュール等に応じて最適な供給方法が選択されてよい。また、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各種の全ての高周波熱処理対象物に対しても適用可能であることは言う迄もない。

本発明の焼入焼戻方法が行われる高周波直接通電焼入装置の全体構造を示す側面図である。 本発明による焼入焼戻のフローを示す工程図である。 従来の高周波直接通電焼入装１置の全体構造を示す側面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図であるである。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。 従来の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）
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
２１Ａ 第一の高周波電源部
２１Ｂ 第二の高周波電源部
２２Ａ，２２Ｂ 制御部

Claims (2)

1. 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連続的に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た状態のままで、異なる周波数の複数の高周波電力を前記高周波直接通電焼入装置に同時に又は時間差をもって供給することにより、焼入処理及び焼戻処理を順次に連続して行うことを特徴とする高周波直接通電焼入装置による連続焼入焼戻方法。
2. 前記異なる周波数の複数の高周波電力を高周波電力及び低周波電力として高周波電力及び低周波電力のとりうる最大電力をそれぞれ１００％とした場合、焼入加熱時には、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼入加熱を行い、焼戻加熱時には、高周波電力と低周波電力との合計が焼入加熱時における高周波電力と低周波電力との合計よりも低電力の状態の下で、高周波電力と低周波電力とをそれぞれ０〜１００％の範囲で任意に設定して組み合わせて焼戻加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の高周波直接通電焼入装置による連続焼入焼戻方法。
   
   
   
   

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