JP2007262437A

JP2007262437A - 高周波熱処理装置及び熱処理方法

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Publication number: JP2007262437A
Application number: JP2006085464A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsubara; 宏治松原; Tomohiro Takao; 朋宏高尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP4582339B2

Abstract

【課題】ワークが、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行う。
【解決手段】インダクションコイル１６の、一定半径筒状の部分１６Ａに対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂが、ワークの特定部分Ｗｂの表面に最接近することで、かかる特定部分Ｗｂの近傍において、コイルの磁界によりワークＷに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークＷの熱処理が必要な部位Ｗａに対する加熱と同時進行で、ワークＷの特定部分Ｗｂを酸化温度以上に加熱し、酸化色を着色させることが可能となる。そして、特定部分Ｗｂが酸化により着色されることで、ワークＷが焼戻し工程を完了しているか否かの判別を、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製品の熱処理技術に関するものである。

クランクシャフト等、所定の機械的性質を得るための熱処理工程を必要とする金属製品の場合、熱処理工程を経ていない製品が誤流出してしまうことを防ぐために、熱処理済みか否かの確認作業が必要不可欠となっている。この確認作業を確実に行う手法として、例えば、製品を撮影して画像処理を施すことにより、製品の焼き色の有無を自動判別する手法（例えば、特許文献１参照。）や、熱処理工程が完了していることを示す熱処理済み標として、製品上に刻印やインク塗布を行い、それらの熱処理済み標を目視確認する手法があげられる。

特開平１１−３１５７９号公報

しかしながら、製品の焼き色の有無を自動判別する手法は、判別装置にコストがかかる点や、熱処理工程後に製品の焼き色が明確に現れないような場合には用いることができない、といった欠点が問題となっていた。一方、製品上に刻印やインク塗布を行う手法の場合には、熱処理設備とは別に刻印用の設備を設けて刻印作業を行うことによるコストの発生や、刻印の有無の判別が比較的判り難く、更には、熱処理を経ていない製品に対しても誤って刻印を施してしまうことを確実に防ぐ必要がある、等々の諸問題が指摘されていた。他方、インク塗布の場合も、インク塗布用の設備の設置及び塗布作業によるコストが発生する点や、設備内のインク汚れを定期的に洗浄する必要がある点、更には、インク切れによるインクの未塗布品の流出を確実に防ぐ必要がある、等々の諸問題が指摘されていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークが、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことにある。

上記課題を解決するための、本発明に係る高周波熱処理装置は、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分と、前記一定半径筒状の部分よりワークの表面に導線が接近するように、前記一定半径筒状の部分に対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分と、を有するインダクションコイルを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、ワークの高周波加熱を行う際に、インダクションコイルの、一定半径筒状の部分に対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分が、ワークの一定半径筒状の部分よりワーク表面に接近することで、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。

又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線は、前記一定半径筒状の部分の、円周上の二点を一直線につないだ巻き線形状に形成されていることが望ましい。
この構成によれば、コイルを構成する導線の、円周上の二点を一直線につなぐ部分がワークの特定部分の表面に最接近し、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。

又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、一体に構成されているものである。
本発明のごとく、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とが一体に構成されている場合には、インダクションコイルの構成部品数が少なくなり、構造の単純化が図られる。

又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、別体に構成され連結されていることとしても良い。
このように、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とが、別体に構成され連結されている場合には、それぞれの部分を別工程で製造することが可能となるので、製造が容易となり、なおかつ、各形状部分をユニット化して組合せることで、様々なワーク形状にも柔軟に対応することが可能となる。

又、上記課題を解決するための、本発明に係る熱処理方法は、ワークの熱処理が必要な部位に対するインダクションコイルを用いた加熱と同時進行で、前記ワークの熱処理が必要な部位とは異なる特定部位に対し、前記インダクションコイルを構成する導線の一部分を、前記ワークの熱処理が必要な部位より接近させ、前記特定部位を酸化色が付く温度へと加熱することを特徴とするものである。
本発明によれば、インダクションコイルを構成する導線の一部分をワークの特定部位に対し接近させることで、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流を増加させ、その部分に発生するジュール熱を増大させる。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。この際、ワークの熱処理が必要な部位については、所望の加熱温度を超えることはない。

本発明はこのように構成したので、熱処理製品が、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本説明では、図３に示されるように、ワークＷの具体例としてクランクシャフトが挙げられている。又、熱処理として、このワークＷに焼戻しを行う場合が例示されている。
本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置１０は、図１に示されるように、高周波発信器１２、トランス１４及びインダクションコイル１６を備えている。又、インダクションコイル１６は、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分１６Ａと、一定半径筒状の部分１６Ａに対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂと、を有している。導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂは、ワークＷの、焼戻しが必要な部位（図３の例では、クランクピンＷａ）を除く特定部位の表面に対し、導線が最接近する（ワーク表面と導線との距離が、他の部位に比べ最も接近する）ような形状に形成されている。この特定部位は、酸化温度以上に加熱されても支障を生じない部分であることが望ましく、図３の例では、クランクシャフトＷｂが特定部位となっている。なお、図１において符号１６ａで示される部分は、熱処理の際に生じる導線の振動を抑制するためのステーである。導線は、このステー１６ａに対し、複数のボルト１７によって固定されている。

本発明の実施の形態では、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂに係る導線は、図２に示されるように、一定半径筒状の部分１６Ａと同一半径の円弧状の導線１８と、円弧状の導線１８の円周上の二点を一直線につなぐ直線状の導線２０とからなる巻き線形状に形成されている。そして、ワークＷに焼戻しを行う際には、図１に示されるように、インダクションコイル１６内部の所定位置へとワークＷがセットされることで、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂの、直線状の導線２０が、クランクシャフトＷｂの表面に最接近するようになっている。

本発明の実施の形態におけるワークＷの焼戻し作業は、図４に示される手順で行われる。まず、受渡ステーション２２から、高周波熱処理装置１０が設けられている加熱ステーション２４へとワークＷが搬入され（矢印（i）、（ii））、加熱ステーション２４において、ワークＷが加熱される。加熱されたワークＷｈは、加熱ステーション２４から冷却ステーション２６へと搬送され（矢印（iii）、（iv）、（v））、冷却ステーション２６において冷却される。冷却されたワークＷｃは、冷却ステーション２６から、再び受渡ステーション２２へと搬送される（矢印（vi）、（vii））。なお、上記各ステーションへのワークの搬入出は、コンベヤ、トレー、ロボット等、必要に応じ様々な搬送手段により行うことができる。

図５には、高周波熱処理装置１０によって加熱されたワークＷの、焼戻しが必要な部位（クランクピンＷａ）の温度変化を符号Ｔａで、焼戻しが必要な部位を除く特定部位（クランクシャフトＷｂ）の温度変化を符号Ｔｂで示している。図中、縦軸は温度Ｔ（℃）を、横軸は時間ｔ（ｓ）を表している。図５から明らかなように、焼戻しが必要な部位の温度を酸化温度Ｔo以下でかつ焼戻しに必要な温度（２５０〜３００℃以上）に加熱する際に、特定部位が酸化温度Ｔoを超え、図６に符号５０で示される酸化色（模式的に網目で示す）が付くような温度（３００℃以上）へと、特定部位を加熱することが可能となる。なお、酸化色は、目視確認が可能な程度に付されていれば良く、色むら等の発生は、判別作業の際、特に問題とはならない。

上記構成を有する本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、インダクションコイル１６の、一定半径筒状の部分１６Ａに対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂが、一定半径筒状の部分１６Ａよりワークの特定部分Ｗｂの表面に接近することで、かかる特定部分Ｗｂの近傍において、コイルの磁界によりワークＷに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークＷの熱処理が必要な部位Ｗａに対する加熱と同時進行で、ワークＷの特定部分Ｗｂを酸化温度以上に加熱し、酸化色を着色させることが可能となる。そして、特定部分Ｗｂが酸化により着色されることで、ワークＷが焼戻し工程を完了しているか否かの判別を、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。
よって、本発明の実施の形態によれば、従来の、製品の焼き色の有無を画像処理して自動判別する手法や、製品上に刻印やインク塗布を行う手法と異なり、ワークＷが、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことが可能となる。

又、本発明の実施の形態に係る焼戻し方法は、ワークＷの焼戻しが必要な部位Ｗａに対するインダクションコイル１６を用いた加熱と同時進行で、ワークＷの熱処理が必要な部位とは異なる特定部位Ｗｂに対し、インダクションコイル１６を構成する導線の一部分１６Ｂを、ワークＷの熱処理が必要な部位Ｗａより接近させ、特定部位Ｗｂを酸化色が付く温度へと加熱するものである。
この方法によれば、ワークＷの特定部位Ｗｂの近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流を増加させ、その部分に発生するジュール熱を増大させる。よって、ワークＷの熱処理が必要な部位Ｗａに対する熱処理と同時進行で、ワークの特定部分Ｗｂを酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる（図６）。そして、特定部分Ｗｂが酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かの判別を、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。この際、ワークの熱処理が必要な部位Ｗｂについては、所望の加熱温度を超えることはないので（図５のＴａ参照）、ワークＷの焼戻しが必要な部位Ｗａに、必要な機械的性質を与えることができる。従って、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能な、熱処理製品を提供することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態では、ワークＷがクランクシャフトであり、かつ、インダクションコイル１６の内部にワークＷをセットして焼戻しを行う場合を例示して説明したことから、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂは、製造の便宜上最も単純な形状である、円弧状の導線１８と、円弧状の導線１８の円周上の二点を一直線につなぐ直線状の導線２０とからなる巻き線形状となっている。しかしながら、例えば、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂを、クランクシャフトＷｂの外周を包むように円弧状又は小径の円形に導線を形成することとしても良い。又、インダクションコイル１６の外周部にワークをセットして焼戻しを行うような場合には、そのようなワークの形状に応じて、各ワークの特定部分に導線の一部分が最接近するように、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂを形成することとする。

又、本発明の実施の形態では、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分１６Ａに係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂに係る導線とが一体に構成されていることで、インダクションコイル１６の構成部品数が少なくなり、構造の単純化が図られている。しかしながら、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分１６Ａに係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分１６Ｂに係る導線とを別体に構成し、それらを連結することとしても良い。この場合には、インダクションコイル１６のそれぞれの部分を別工程で製造することが可能となるので、各形状部分の製造が容易となり、なおかつ、各部をユニット化して組合せることで、様々なワーク形状にも柔軟に対応することが可能なインダクションコイル１６を提供することが可能となる。
更には、インダクションコイル１６を焼入れ用に構成することで、本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置１０及び熱処理方法を、焼入れ工程にも用いることも可能である。

本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置の、要部概略図である。図１に示される高周波熱処理装置の、インダクションコイルの端面図である。本発明の実施の形態における熱処理製品であるクランクシャフトの側面図である。本発明の実施の形態におけるワークの焼戻し装置の、全体的構成を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置によって加熱されたワークの、焼戻しが必要な部位の温度変化と、焼戻しが必要な部位を除く特定部位の温度変化を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る焼戻し方法により、ワークの特定部位に酸化色が付いた様子を示す参考図である。

符号の説明

１０：高周波熱処理装置、１６：インダクションコイル、１６Ａ：一定半径筒状の部分、１６Ｂ：導線の巻き線形状が不連続に形成された部分、１８：円弧状の導線、２０：直線状の導線、Ｗ：ワーク、Ｗａ：熱処理が必要な部位、Ｗｂ：ワークの特定部位

Claims

導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分と、前記一定半径筒状の部分よりワークの表面に導線が接近するように、前記一定半径筒状の部分に対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分と、を有するインダクションコイルを備えることを特徴とする高周波熱処理装置。
前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線は、前記一定半径筒状の部分の、円周上の二点を一直線につないだ巻き線形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波熱処理装置。
前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波熱処理装置。
前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、別体に構成され連結されていることを特徴とする請求項１又は２記載の高周波熱処理装置。
ワークの熱処理が必要な部位に対するインダクションコイルを用いた加熱と同時進行で、前記ワークの熱処理が必要な部位とは異なる特定部位に対し、前記インダクションコイルを構成する導線の一部分を、前記ワークの熱処理が必要な部位より接近させ、前記特定部位を酸化色が付く温度へと加熱することを特徴とする熱処理方法。