JP2008169454A - Spline shaft, heat treatment method and heat treatment apparatus - Google Patents

Spline shaft, heat treatment method and heat treatment apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment method for a spline shaft having a stepped part formed therein. <P>SOLUTION: When induction-hardening the spline shaft 200, this heat treatment method includes induction-heating a large-diameter part 250 only with a low-frequency wave and a spline part 210 with a combined wave of the low-frequency wave and a high-frequency wave, respectively. In this way, the method can appropriately heat each of a rising part 251, a tooth bottom 212 and a tooth top 211, and can form a hardened layer 270 having predetermined hardness down to sufficient depth on each of these parts. Here, the spline shaft is heated in a fixed position or while moving, with the low-frequency wave. Thereby, the large-diameter part 250 is not damaged by overheat, but is heated down to appropriate depth as well as a corner part 251R of the bottom of the rising part 251. In addition, in a step of supplying two waves of different frequencies to the spline part, which starts after an induction heating coil has passed through the rising part 251, the tooth bottom 212 is heated with the low-frequency wave and the tooth top 211 is heated with the high-frequency wave, so that the whole surface of the spline part 210 can be heated down to the appropriate depth. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導加熱を用いたスプラインシャフトの熱処理に関する。特に、スプライン部が異形であり、かつシャフトの軸方向から突出する段差部や凸部などを有するスプラインシャフトの熱処理に関する。   The present invention relates to a heat treatment of a spline shaft using induction heating. In particular, the present invention relates to a heat treatment of a spline shaft having an irregular shape and having a stepped portion or a protruding portion protruding from the axial direction of the shaft.

従来、2つの異なる周波数の電力を誘導加熱コイルに供給して、ワークの熱処理を行う誘導加熱装置が知られ、このような誘導加熱装置によりワークを加熱した後、冷却することによって、高周波焼入れが行われる(例えば、特許文献1、2)。
特許文献1では、2周波の電力を1つの誘導加熱コイルに同時に供給し、2周波の電力配分または加熱時間をそれぞれ任意に変えることにより、ワークの加熱深さを調整している。
Conventionally, an induction heating apparatus that heats a workpiece by supplying electric power of two different frequencies to the induction heating coil is known. By heating the workpiece with such an induction heating device and then cooling, induction hardening is performed. (For example, Patent Documents 1 and 2).
In Patent Document 1, two-frequency power is simultaneously supplied to one induction heating coil, and the two-frequency power distribution or heating time is arbitrarily changed to adjust the heating depth of the workpiece.

また、特許文献2では、二電源による2周波の電力を1つの誘導加熱コイルに供給し、二電源からコイルへの出力を加熱部位に応じて制御装置で切換え、ラックバーにおけるラック部の歯面・背面、およびラック部に隣接する軸部に移動焼入れを実施している。
具体的に、軸部を加熱する際は高周波・低周波のうち高周波を選択し、高周波で加熱する。他方、ラック部を加熱する際は、高周波電力および低周波電力を同時にコイルに供給する。これにより、ラック部の歯底および歯先を含めたラックバーの表面に所定深さで所定硬度の焼入硬化層を形成している。
Further, in Patent Document 2, two-frequency power from two power sources is supplied to one induction heating coil, and the output from the two power sources to the coil is switched by a control device according to the heating part, and the tooth surface of the rack portion in the rack bar・ Moving quenching is performed on the back and the shaft adjacent to the rack.
Specifically, when heating the shaft portion, a high frequency is selected from a high frequency and a low frequency, and the shaft portion is heated at a high frequency. On the other hand, when heating the rack portion, high frequency power and low frequency power are simultaneously supplied to the coil. Thus, a hardened and hardened layer having a predetermined hardness is formed at a predetermined depth on the surface of the rack bar including the tooth bottom and the tooth tip of the rack portion.

ここで、ワークとして、軸中心からの距離が一定でない異形のスプライン部を有するスプラインシャフトがあり、回転を与えながら加熱する必要上、このような異形スプラインシャフトの各歯に対応するコイルが製作されない。なお、スプライン部が異形でなくても、モデュール規格外のスプライン部であればそのスプラインの歯に通常のコイルが対応しない。   Here, as a workpiece, there is a spline shaft having a deformed spline portion whose distance from the shaft center is not constant, and it is necessary to heat while giving rotation, and thus a coil corresponding to each tooth of such a deformed spline shaft is not manufactured. . Even if the spline portion is not deformed, a normal coil does not correspond to the teeth of the spline if the spline portion is not a module standard.

特開2003−342633号公報(図5、図6)JP 2003-342633 A (FIGS. 5 and 6) 特開2004−315851号公報(図3、段落0018〜0020)Japanese Patent Laying-Open No. 2004-315851 (FIG. 3, paragraphs 0018 to 0020)

特許文献1、2の方法により、スプライン部は熱処理できるかもしれないが、スプライン部に隣接する位置に、歯底に対して立ち上がりかつ歯先と同等の高さを持つ段差部が形成されたスプラインシャフトの熱処理は、環状等とされる誘導加熱コイルの内側にこのような段差部が入らないことと、以下のような事情とにより、困難である。
この段差部は、例えば、スプライン部の転造エンド部・余り肉とされたツバ状のものであり、このような段差部が形成されたスプラインシャフト熱処理には、次のような問題が生じる。
Although the spline part may be heat-treated by the methods of Patent Documents 1 and 2, a spline in which a stepped part is formed at a position adjacent to the spline part and rises with respect to the tooth bottom and has the same height as the tooth tip. Heat treatment of the shaft is difficult due to the fact that such a stepped portion does not enter the inside of an induction heating coil that is annular or the like and the following circumstances.
The stepped portion is, for example, a rolled end portion of the spline portion, or a brim-like shape, and the spline shaft heat treatment in which such a stepped portion is formed has the following problems.

(1)一発焼入れ方式・ヘアピン型コイル使用の場合
歯先、歯底および、段差部のシャフト軸方向に対して立ち上がる部分、の各部位における昇温のバランスをとることが、加熱装置の電源周波数帯を最大に利用したとしても不可能である。すなわち、シャフトの軸方向に沿った縦軸電流および近接効果の相乗により、歯先および立ち上がり部における昇温が強いため、歯底における加熱深さが不足する。
(1) In the case of using a single quenching method and hairpin type coil It is necessary to balance the temperature rise in each part of the tooth tip, the bottom of the tooth, and the stepped portion with respect to the shaft axis direction. Even if the maximum frequency band is used, it is impossible. That is, due to the synergistic effect of the vertical axis current and the proximity effect along the axial direction of the shaft, the temperature rise at the tooth tip and the rising portion is strong, so that the heating depth at the tooth bottom is insufficient.

(2)一発焼入れ方式・ターン型コイル使用の場合
段差部の径は、スプライン部の最大径(歯先部分)と同等程度に大きいため、シャフト軸方向に対する立ち上がり部の角隅部(R部)に対向する1ターンのコイルを設計することができない。すなわち、段差部と歯底とがなす略直角の角隅部付近が昇温不足となる。逆に、立ち上がり部先端には熱応力が集中し、溶損が生じてしまう。
(2) When using a single quenching method and a turn-type coil The diameter of the step is as large as the maximum diameter of the spline part (tooth tip part), so the corner of the rising part with respect to the shaft axis direction (R part) ) Cannot be designed to be a one-turn coil facing. That is, the temperature rise is insufficient in the vicinity of a substantially right angle corner formed by the stepped portion and the tooth bottom. On the other hand, thermal stress concentrates at the leading end of the rising portion, causing melting damage.

(3)移動焼入れ方式・ヘアピン型コイル使用の場合
(1)と同様、歯底において充分な昇温を得ることができないので、歯底の加熱深さが不足する。
(3) When using a moving quenching method and a hairpin type coil As in (1), since a sufficient temperature rise cannot be obtained at the root, the heating depth of the bottom is insufficient.

(4)移動焼入れ方式・ターン型コイル使用の場合
1ターンのコイルでは、移動したとしても、(2)と同様、R部には対向しないので、立ち上がり部のR部が昇温不足となり、R部先端部は溶損する。
(4) In the case of moving quenching method and use of turn type coil Even if the coil of 1 turn moves, it does not oppose the R part as in (2), so the R part of the rising part becomes insufficient in temperature rise, and R The tip of the part melts down.

つまり、特許文献1、2の方法により、スプライン部は熱処理できるかもしれないが、段差部を有するスプラインシャフトの熱処理は極めて困難である。   In other words, the spline portion may be heat-treated by the methods of Patent Documents 1 and 2, but the heat treatment of the spline shaft having the stepped portion is extremely difficult.

本発明の目的は、段差部が形成されたスプラインシャフトに関し、その熱処理方法および熱処理装置、並びに熱処理がされた段差付きスプラインシャフトを提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus, and a heat treated heat treated spline shaft with respect to a spline shaft in which a step portion is formed.

本発明の熱処理方法は、歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトを当該スプラインシャフトの周方向に沿って囲む誘導加熱コイルにより加熱し、焼入れを行う熱処理方法であって、前記スプラインシャフトが前記誘導加熱コイルに対して前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルと前記スプラインシャフトとを相対移動可能に設け、前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で開始し、周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力を単独で前記誘導加熱コイルに供給する低周波供給工程と、前記低周波電力よりも高周波の高周波電力を前記低周波電力と合成して前記誘導加熱コイルに供給する2周波供給工程と、を備え、前記低周波供給工程は、前記軸方向部または前記立ち上がり部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させずに定置状態とする定置時間を有し、この定置時間後、少なくとも前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過するまで前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させており、前記低周波供給工程および前記2周波供給工程を通じて、前記誘導加熱コイルを通過した前記スプラインシャフトの部位に冷却液を連続的に供給することにより、焼入れを行うことを特徴とする。   In the heat treatment method of the present invention, a spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom and a stepped portion that is continuous with an axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom is provided in the circumferential direction of the spline shaft. A heat treatment method in which heating is performed by an induction heating coil surrounded by quenching, and the spline shaft is opposite to the step portion along the axial direction of the spline shaft from the step portion side with respect to the induction heating coil. The induction heating coil and the spline shaft are provided so as to be relatively movable so as to move to the side, and the stepped portion intersects the rising portion from the tooth bottom and extends substantially along the axial direction of the spline shaft Starting with the induction heating coil facing the part, the low frequency power alone of the two frequency powers with different frequencies A low frequency supply step for supplying to the induction heating coil, and a two frequency supply step for combining the low frequency power with a high frequency power higher than the low frequency power to supply the induction heating coil with the low frequency power. The frequency supplying step has a stationary time in which the spline shaft and the induction heating coil are placed in a stationary state without relative movement while the induction heating coil faces the axial direction portion or the rising portion. After the time, the spline shaft and the induction heating coil are relatively moved until at least the rising portion passes through the induction heating coil, and the induction heating coil is moved through the low frequency supply step and the two frequency supply step. Quenching is performed by continuously supplying a coolant to the portion of the spline shaft that has passed.

この発明によれば、移動焼入れ方式において、段差部を加熱する際に定置状態とする時間を設け、かつ、低周波単独での加熱開始、冷却開始に続き、段差部の立ち上がり部が誘導加熱コイルを通過した後のタイミングで2周波による誘導加熱を開始するので、段差部の立ち上がり部と、スプライン部の歯底と歯山とのそれぞれが適切に昇温し、これら立ち上がり部、歯底、および歯山のそれぞれに所定硬度の焼入硬化層を充分な焼入深さで形成することができる。なお、定置加熱後、移動加熱を行い、スプラインシャフトにおいて誘導加熱コイルを通過した加熱済みの部位に冷却液を噴射するため、段差部が昇温するのに支障がない。   According to the present invention, in the moving quenching method, a time is set for placing the stepped portion when heating the stepped portion, and after the start of heating and cooling at the low frequency alone, the rising portion of the stepped portion is the induction heating coil. Since the induction heating by two frequencies is started at the timing after passing through, the temperature of the rising part of the stepped part and the tooth bottom and tooth crest of the spline part are appropriately increased, and the rising part, the tooth bottom, and A hardened and hardened layer having a predetermined hardness can be formed on each tooth crest with a sufficient quenching depth. Since stationary heating is performed after stationary heating and the coolant is sprayed onto the heated portion that has passed through the induction heating coil in the spline shaft, there is no problem in raising the temperature of the stepped portion.

ここで、低周波供給工程における低周波での定置加熱・移動加熱により、段差部において誘導加熱コイルと近接する部位が過熱で溶損することもなく、立ち上がり部基端の角隅部(R部)を含めた立ち上がり部全体に亘って適切な加熱深さが得られる。
また、立ち上がり部が誘導加熱コイルを通過した後に開始する2周波供給工程では、低周波によって歯底が昇温し、高周波によって歯山が昇温するので、スプライン部の表面全体に亘り、適切な加熱深さが得られる。
すなわち、本発明におけるスプラインシャフトには、歯山と歯底との凹凸に加え、歯底と段差部との凹凸があり、誘導加熱コイルとの距離が各部位によって異なるが、これら各部位それぞれで所定温度に昇温でき、各部位の表面それぞれに充分な硬さ、硬化深さの焼入硬化層を形成できる。言い換えると、表面温度は一定の状態で加熱深さをコントロールできる。
このように、高周波加熱および低周波数加熱それぞれの特長を生かし、低周波単独での定置加熱、ワーク(スプラインシャフト)の移動開始、冷却開始、および2周波合成での加熱開始を行うことにより、段差部が形成されたスプラインシャフトにおいて、スプライン部および段差部両方の焼入れを適切に行うことができる。
なお、スプラインシャフトと誘導加熱コイルとを相対移動させる態様としては、位置が固定された誘導加熱コイルに対してスプラインシャフトを移動させるものや、位置が固定されたスプラインシャフトに対して誘導加熱コイルを移動させるものなどがある。
Here, due to stationary heating / moving heating at low frequency in the low frequency supply process, the portion adjacent to the induction heating coil in the stepped portion is not melted by overheating, and the corner corner (R portion) at the base end of the rising portion Appropriate heating depth can be obtained over the entire rising portion including.
In addition, in the two-frequency supply process that starts after the rising portion has passed through the induction heating coil, the tooth bottom is heated by the low frequency and the tooth crest is heated by the high frequency. Heating depth is obtained.
That is, the spline shaft in the present invention has irregularities between the root and the step portion in addition to the irregularities between the tooth crest and the tooth bottom, and the distance from the induction heating coil varies depending on each part. The temperature can be raised to a predetermined temperature, and a hardened and hardened layer having a sufficient hardness and curing depth can be formed on each surface of each part. In other words, the heating depth can be controlled while the surface temperature is constant.
In this way, taking advantage of the features of high-frequency heating and low-frequency heating, step heating is performed by low-frequency stationary heating, workpiece (spline shaft) movement start, cooling start, and two-frequency synthesis heating start. In the spline shaft in which the portion is formed, both the spline portion and the step portion can be appropriately quenched.
The spline shaft and the induction heating coil can be moved relative to each other by moving the spline shaft with respect to the fixed position of the induction heating coil or with the induction heating coil with respect to the fixed position of the spline shaft. There are things to move.

なお、誘導加熱コイルには、1ターンや複数ターンの環状のコイル等を使用できる。
また、段差部には、例えば、スプライン部の径よりも大径とされた部分が該当し、そのほか、スプライン部の歯底から立ち上がる突起状の部分なども含まれる。さらに、段差部の立ち上がり部は、スプラインシャフトの軸方向に対して立ち上がる部分をいい、スプライン部の歯底からだけでなく歯山からも立ち上がっている場合がある。立ち上がり部は、スプラインシャフトの歯底から突出していればよく、スプラインシャフトの軸に対する立ち上がり角度などは問わない。
The induction heating coil may be a one-turn or multi-turn annular coil.
Further, the step portion corresponds to, for example, a portion having a diameter larger than the diameter of the spline portion, and includes a protruding portion that rises from the bottom of the spline portion. Furthermore, the rising portion of the stepped portion refers to a portion that rises with respect to the axial direction of the spline shaft, and may rise not only from the tooth bottom of the spline portion but also from the tooth crest. The rising portion only needs to protrude from the tooth bottom of the spline shaft, and the rising angle with respect to the axis of the spline shaft is not limited.

本発明の熱処理方法では、前記スプライン部が異形とされているスプラインシャフトを熱処理対象とすることが好ましい。   In the heat treatment method of the present invention, it is preferable that the spline shaft having the spline portion deformed is a heat treatment target.

この発明によれば、異形とされ各歯に対応するコイルが製作されず、単独の周波数による加熱では所定の加熱深さが得られない異形スプラインシャフトを処理対象とするからこそ、本発明の効果を際立たせることができる。   According to the present invention, the effect of the present invention is achieved because a deformed spline shaft, which is deformed, does not produce a coil corresponding to each tooth, and cannot obtain a predetermined heating depth by heating at a single frequency, is processed. Can stand out.

本発明の熱処理方法では、前記低周波供給工程は、前記2周波供給工程における前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度よりも低速で前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させる低速移動時間を有し、前記低速移動時間は、前記誘導加熱コイルに対向する前記スプラインシャフトの位置が、前記立ち上がり部から前記スプライン部に移行するタイミングを含むことが好ましい。   In the heat treatment method of the present invention, the low frequency supply step relatively moves the spline shaft and the induction heating coil at a lower speed than a relative movement speed between the spline shaft and the induction heating coil in the two frequency supply step. Preferably, the low-speed moving time includes a timing at which the position of the spline shaft facing the induction heating coil shifts from the rising portion to the spline portion.

この発明によれば、移動速度が遅いことで段差部がより確実に昇温し、特に、立ち上がり部が誘導加熱コイルを通過する際の移動速度が低速であることで、立ち上がり部基端の角隅部における昇温をより充分に得ることができる。
ここで、この低速移動時間の時間や、移動速度を調整することにより、立ち上がり部の加熱深さなどを調整可能となる。
According to the present invention, the temperature of the stepped portion is more reliably increased due to the slow moving speed, and in particular, the rising speed of the rising portion when passing through the induction heating coil is low. A temperature rise at the corner can be obtained more sufficiently.
Here, by adjusting the time of the low-speed moving time and the moving speed, the heating depth of the rising portion can be adjusted.

本発明の熱処理方法において、前記低周波供給工程は、前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過した後の所定時間継続されることが好ましい。   In the heat treatment method of the present invention, it is preferable that the low frequency supplying step is continued for a predetermined time after the rising portion has passed through the induction heating coil.

この発明によれば、スプライン部の立ち上がり部側の端縁部が高周波ではなく低周波で加熱されることで、立ち上がり部表面の過加熱を防止できる。   According to the present invention, the edge portion on the rising portion side of the spline portion is heated not at a high frequency but at a low frequency, thereby preventing overheating of the surface of the rising portion.

本発明の熱処理装置は、歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトを当該スプラインシャフトの周方向に沿って囲む誘導加熱コイルにより加熱する熱処理装置であって、前記スプラインシャフトが前記誘導加熱コイルに対して前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルと前記スプラインシャフトとを相対移動可能とする移動装置と、周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力を出力する低周波出力装置と、前記低周波電力よりも高周波の高周波電力を出力する高周波出力装置と、前記誘導加熱コイルを通過した前記スプラインシャフトの部位に冷却液を供給する冷却装置と、を備え、前記誘導加熱コイルには、前記低周波電力が単独で、または、前記低周波電力と前記高周波電力とが合成されて供給され、前記低周波出力装置は、前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部と前記誘導加熱コイルとが対向した状態から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部が前記誘導加熱コイルを通過するまで、前記低周波電力を出力し、前記高周波出力装置は、前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過した後から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部が前記誘導加熱コイルを通過するまで、前記高周波電力を出力し、前記移動装置は、前記軸方向部または前記立ち上がり部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で所定の定置時間、前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させずに定置状態とすることを特徴とする。   The heat treatment apparatus of the present invention includes a spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom and a stepped portion that is continuous with an axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom in the circumferential direction of the spline shaft. A heat treatment apparatus for heating by an induction heating coil that surrounds the spline shaft, wherein the spline shaft moves from the stepped portion side to the opposite side of the stepped portion along the axial direction of the spline shaft with respect to the induction heating coil. As described above, a moving device that enables relative movement of the induction heating coil and the spline shaft, a low-frequency output device that outputs low-frequency power out of two-frequency powers having different frequencies, and a higher frequency than the low-frequency power A high-frequency output device that outputs a high-frequency power and a portion of the spline shaft that has passed through the induction heating coil. A cooling device for supplying the induction heating coil, the low-frequency power is supplied alone, or the low-frequency power and the high-frequency power are combined and supplied to the induction heating coil. From the state in which the induction heating coil and the axial direction portion that intersects the rising portion from the tooth bottom and extends substantially along the axial direction of the spline shaft and the induction heating coil face each other at the step portion, the side opposite to the step portion of the spline shaft The low-frequency electric power is output until the end portion of the spline shaft passes through the induction heating coil, and the high-frequency output device is different from the stepped portion of the spline shaft after the rising portion has passed through the induction heating coil. The high-frequency power is output until the opposite end passes through the induction heating coil, and the moving device is guided to the axial portion or the rising portion. Predetermined fixed time in a state where the heat coil is opposed, characterized in that a stationary state and the induction heating coil and the spline shaft without relative movement.

この発明によれば、前記の熱処理方法と略同様、段差部を加熱する際に定置状態とされ、かつ、低周波単独での加熱開始、冷却開始に続き、段差部の立ち上がり部を誘導加熱コイルが通過した後のタイミングで2周波による誘導加熱が開始される。これにより、段差部の立ち上がり部、歯底、および歯山のそれぞれに所定硬度の焼入硬化層を充分な焼入深さで形成することができ、段差部が形成されたスプラインシャフトの焼入れを適切に行うことができる。   According to the present invention, substantially in the same manner as the heat treatment method described above, when the stepped portion is heated, the stepped portion is in a stationary state, and following the start of heating and cooling at a low frequency alone, the rising portion of the stepped portion is set to the induction heating coil. Induction heating by two frequencies is started at a timing after the passage of the. As a result, a hardened hardened layer having a predetermined hardness can be formed with a sufficient quenching depth on each of the rising portion of the stepped portion, the tooth bottom, and the tooth crest, and the spline shaft on which the stepped portion is formed can be quenched. Can be done appropriately.

本発明の熱処理装置では、前記スプライン部が異形とされているスプラインシャフトを熱処理対象とすることが好ましい。   In the heat treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the spline shaft having the spline portion having an irregular shape is a heat treatment target.

この発明によれば、前述と同様に、異形スプラインシャフトを処理対象とするからこそ、本発明の効果を際立たせることができる。   According to the present invention, as described above, the effect of the present invention can be emphasized because the modified spline shaft is treated.

本発明の熱処理装置では、前記移動装置は、前記誘導加熱コイルに対向する前記スプラインシャフトの位置が、前記立ち上がり部から前記スプライン部に移行するタイミングを含む所定の低速移動時間では、前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度をその他の時間における前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度よりも低速にしていることが好ましい。   In the heat treatment apparatus according to the present invention, the moving device may be configured so that the spline shaft is opposed to the spline shaft at a predetermined low speed moving time including a timing at which the position of the spline shaft facing the induction heating coil shifts from the rising portion to the spline portion. It is preferable that the relative movement speed with the induction heating coil is lower than the relative movement speed between the spline shaft and the induction heating coil at other times.

この発明によれば、誘導加熱コイルが立ち上がり部を通過する際の移動速度が低速であることで、立ち上がり部基端の角隅部における昇温をより充分に得ることができる。   According to this invention, since the moving speed when the induction heating coil passes through the rising portion is low, the temperature rise at the corner portion of the rising portion base end can be more sufficiently obtained.

本発明の熱処理装置では、前記冷却装置は、前記スプラインシャフトの軸方向に対して傾斜する方向から前記冷却液を噴射することが好ましい。   In the heat treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the cooling device ejects the cooling liquid from a direction inclined with respect to the axial direction of the spline shaft.

この発明によれば、冷却液の噴射角度がスプラインシャフトの軸方向に対して斜めであることで、立ち上がり部基端の角隅部を含めた立ち上がり部全体に冷却液が充分にかかる。すなわち、この冷却液の噴射角度により、段差部およびスプライン部の端部それぞれが急冷され、所定硬度の焼入硬化層をより確実に形成できる。   According to this aspect of the invention, the coolant injection angle is oblique to the axial direction of the spline shaft, so that the coolant is sufficiently applied to the entire rising portion including the corner portion of the rising portion base end. That is, the stepped portion and the end portion of the spline portion are each rapidly cooled by the cooling liquid spray angle, so that a hardened and hardened layer having a predetermined hardness can be more reliably formed.

本発明のスプラインシャフトは、歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトであって、前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルに対して相対移動可能とされ、前記誘導加熱コイルにより当該スプラインシャフトの周方向に沿って加熱され、かつ冷却されることによって焼入硬化層が形成され、前記焼入硬化層は、前記誘導加熱コイルに供給される周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力により、前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部まで、前記立ち上がり部および前記歯底の間の角隅部と、前記歯底とをそれぞれ含んで形成された低周波硬化パターンと、前記低周波電力よりも高周波でありかつ前記低周波電力と合成されて前記誘導加熱コイルに供給される高周波電力により、前記スプライン部の軸方向一端部から他端部まで、前記歯山を含んで形成された2周波硬化パターンと、を有していることを特徴とする。   The spline shaft of the present invention is a spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom, and a stepped portion that is continuous with an axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom, Can be moved relative to the induction heating coil so as to move to the opposite side of the step portion along the axial direction of the spline shaft, and along the circumferential direction of the spline shaft by the induction heating coil. A quench-hardened layer is formed by being heated and cooled, and the quench-hardened layer is formed in the stepped portion by low-frequency power of two frequencies having different frequencies supplied to the induction heating coil. From the axial portion that intersects the rising portion from the tooth bottom and extends substantially along the axial direction of the spline shaft, the spline shaft A low-frequency curing pattern formed to include the corners between the rising portion and the root, and the root, up to the end opposite to the stepped portion, and more than the low-frequency power A two-frequency curing formed from the axial end to the other end of the spline portion including the tooth ridges by high frequency power that is combined with the low frequency power and supplied to the induction heating coil. And a pattern.

この発明によれば、前記熱処理方法および前記熱処理装置と略同様に2周波が用いられ、低周波硬化パターンと高周波硬化パターンとにより、段差部の立ち上がり部、歯底、および歯山のそれぞれに所定硬度の焼入硬化層が充分な焼入深さで形成される。これにより、段差部が形成されたスプラインシャフトの誘導加熱焼入れが可能となる。   According to the present invention, two frequencies are used in substantially the same manner as in the heat treatment method and the heat treatment apparatus, and each of the rising portion of the stepped portion, the tooth bottom, and the tooth crest is determined by the low frequency hardening pattern and the high frequency hardening pattern. A hardened hardened layer is formed with a sufficient hardened depth. Thereby, induction heating hardening of the spline shaft in which the level | step-difference part was formed is attained.

本発明のスプラインシャフトでは、前記スプライン部は、異形とされていることが好ましい。   In the spline shaft of the present invention, it is preferable that the spline portion has an irregular shape.

この発明によれば、異形とされ各歯に対応するコイルが製作されず、単独の周波数による加熱では所定の加熱深さが得られない異形スプラインシャフトへの適用により、本発明の効果を大きくすることができる。   According to the present invention, the effect of the present invention is enhanced by application to a deformed spline shaft that is deformed and does not produce a coil corresponding to each tooth and that cannot obtain a predetermined heating depth by heating at a single frequency. be able to.

本発明のスプラインシャフトでは、前記段差部は、前記スプライン部の周方向全体に亘って、前記スプライン部の前記歯山と同等または同等以上の径で形成されていることが好ましい。   In the spline shaft of the present invention, it is preferable that the step portion is formed with a diameter equal to or greater than or equal to the tooth crest of the spline portion over the entire circumferential direction of the spline portion.

この発明によれば、スプライン形状でありながらスプライン部の歯山と略同等またはそれ以上に突出する段差部を有し、各部位において所定の加熱深さを実現することが難しいスプラインシャフトにこそ、本発明を適用することが好ましく、ここに本発明の効果を際立たせることができる。
なお、段差部が歯山と同等またはそれ以上の径で大径に形成されているため、この段差部を冶具などによって良好に保持することができる。
According to the present invention, the spline shaft has a stepped portion that protrudes substantially equal to or more than the tooth crest of the spline portion, but it is difficult to achieve a predetermined heating depth in each part. It is preferable to apply the present invention, and the effect of the present invention can be highlighted here.
In addition, since the level | step-difference part is formed in the large diameter by the diameter equal to or more than a tooth | gear, this level | step-difference part can be favorably hold | maintained with a jig etc.

以上の本発明によれば、段差部が形成されたスプラインシャフトに関し、その熱処理方法および熱処理装置と、熱処理された段差付きのスプラインシャフトとをそれぞれ実現できる。   According to the present invention described above, a heat treatment method and a heat treatment apparatus, and a heat treated spline shaft with a step can be realized with respect to the spline shaft in which the step portion is formed.

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
〔1.熱処理装置の全体構成〕
図1は、本実施形態における熱処理装置が備える誘導加熱装置100の概略構成を示す回路図である。ここで、この熱処理装置は、図2および図3に示すスプラインシャフト200を誘導加熱および冷却により表面焼入れするものであり、図1の誘導加熱装置100のほか、スプラインシャフト200を移動させる図示しない移動装置を備えて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Overall configuration of heat treatment equipment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an induction heating apparatus 100 provided in the heat treatment apparatus in the present embodiment. Here, this heat treatment apparatus is for quenching the surface of the spline shaft 200 shown in FIG. 2 and FIG. 3 by induction heating and cooling. In addition to the induction heating apparatus 100 of FIG. It is configured with a device.

〔2.誘導加熱装置の構成〕
図1において、100は熱処理装置としての誘導加熱装置で、この誘導加熱装置100は、異なる2つの周波数を利用して、スプラインシャフト200を誘導加熱して焼入れする装置である。
この誘導加熱装置100は、スプラインシャフト200を誘導加熱する誘導加熱コイル110と、変圧器としての第1の変圧器120と、例えば周波数が1kHz以上50kHz未満の電力を誘導加熱コイル110に供給して誘導加熱させる低周波出力装置140と、誘導加熱コイル110に低周波出力装置140の周波数より高い周波数、例えば10kHz以上400kHz以下の高周波電力を誘導加熱コイル110に供給して加熱させる高周波出力装置130と、制御手段150と、を備えている。
[2. Configuration of induction heating device]
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an induction heating apparatus as a heat treatment apparatus. The induction heating apparatus 100 is an apparatus for induction heating and quenching the spline shaft 200 using two different frequencies.
The induction heating apparatus 100 supplies the induction heating coil 110 that induction-heats the spline shaft 200, the first transformer 120 as a transformer, and the induction heating coil 110 with power having a frequency of 1 kHz or more and less than 50 kHz, for example. A low frequency output device 140 for induction heating, and a high frequency output device 130 for supplying the induction heating coil 110 with a high frequency power higher than the frequency of the low frequency output device 140, for example, high frequency power of 10 kHz to 400 kHz to the induction heating coil 110 for heating. , And control means 150.

誘導加熱コイル110は、高周波出力装置130および低周波出力装置140に直列に接続されている。この誘導加熱コイル110は、高周波出力装置130と低周波出力装置140とのそれぞれから所定周波数の電力が供給され、スプラインシャフト200を誘導加熱する。   Induction heating coil 110 is connected in series to high-frequency output device 130 and low-frequency output device 140. The induction heating coil 110 is supplied with electric power of a predetermined frequency from each of the high-frequency output device 130 and the low-frequency output device 140 and induction-heats the spline shaft 200.

第1の変圧器120は、高周波出力装置130および低周波出力装置140に接続されるとともに誘導加熱コイル110に接続され、所定の周波数の交流電力を誘導加熱コイル110に供給する。
この第1の変圧器120は、例えば自己インダクタンスが小さいもの、すなわち空芯結合形のもので、2次側となる2次巻線122および3次巻線123が1回巻きで、これら2次巻線122および3次巻線123のインダクタンスの値と、誘導加熱コイル110のインダクタンスの値とが略同一となる状態に設定されたものである。そして、第1の変圧器120は、2次巻線122の一端側と、3次巻線123の他端側との間に、誘導加熱コイル110が接続されている。
The first transformer 120 is connected to the high frequency output device 130 and the low frequency output device 140 and is connected to the induction heating coil 110, and supplies AC power of a predetermined frequency to the induction heating coil 110.
The first transformer 120 has, for example, a small self-inductance, that is, an air-core coupling type, and the secondary winding 122 and the tertiary winding 123 on the secondary side are wound once. The inductance values of the winding 122 and the tertiary winding 123 and the inductance value of the induction heating coil 110 are set to be substantially the same. In the first transformer 120, the induction heating coil 110 is connected between one end side of the secondary winding 122 and the other end side of the tertiary winding 123.

高周波出力装置130は、第1の発振手段131と、第2の変圧器132と、第1のコンデンサC1と、を備えている。また、第1の発振手段131は、第1のコンバータ131Aと、第1の平滑コンデンサCf1と、第1のインバータ131Bと、を備えている。
第1のコンバータ131Aは、例えば各種のブリッジ整流回路が用いられる順変換回路で、商用交流電源eに接続されて商用交流電源eの交流を直流に変換する。この変換した直流電流は、第1の平滑コンデンサCf1を介して適宜平滑され、第1のインバータ131Bへ出力される。
第1のインバータ131Bは、例えば電圧形インバータで、第1の平滑コンデンサCf1を介して入力される直流電流を所定の周波数である上述した高周波の交流電流に変換する。また、第1のインバータ131Bの出力端子間には、第2の変圧器132の1次巻線132Aが直列に接続されている。
The high-frequency output device 130 includes first oscillating means 131, a second transformer 132, and a first capacitor C1. The first oscillation means 131 includes a first converter 131A, a first smoothing capacitor Cf1, and a first inverter 131B.
The first converter 131A is a forward conversion circuit using, for example, various bridge rectifier circuits, and is connected to the commercial AC power source e to convert the AC of the commercial AC power source e into DC. The converted DC current is appropriately smoothed through the first smoothing capacitor Cf1 and output to the first inverter 131B.
The first inverter 131B is, for example, a voltage source inverter, and converts the direct current input via the first smoothing capacitor Cf1 into the above-described high-frequency alternating current having a predetermined frequency. The primary winding 132A of the second transformer 132 is connected in series between the output terminals of the first inverter 131B.

そして、高周波出力装置130は、第2の変圧器132の2次巻線132Bの出力端子間に、第1のコンデンサC1および第1の変圧器120の1次巻線121の直列回路が直列に接続されて構成される。
すなわち、第1のコンデンサC1は、第1のインバータ131Bから出力され第2の変圧器132を介して供給される高周波電力により直列共振状態となり、誘導加熱コイル110にてスプラインシャフト200を誘導加熱させる。
また、第1のコンデンサC1は、第1の変圧器120および誘導加熱コイル110の無効電力を補償するとともに、第1の変圧器120で低周波出力装置140から帰還される交流電力の低周波成分を減衰する。
そして、高周波出力装置130は、上述したように、周波数が10kHz以上400kHz以下の高周波電力を第1の変圧器120を介して誘導加熱コイル110に供給し、第1のコンデンサC1で直列共振により、スプラインシャフト200を誘導加熱させる。
In the high-frequency output device 130, the series circuit of the first capacitor C1 and the primary winding 121 of the first transformer 120 is connected in series between the output terminals of the secondary winding 132B of the second transformer 132. Connected and configured.
That is, the first capacitor C1 enters a series resonance state by the high-frequency power output from the first inverter 131B and supplied through the second transformer 132, and the induction heating coil 110 induction-heats the spline shaft 200. .
The first capacitor C1 compensates for the reactive power of the first transformer 120 and the induction heating coil 110, and the low-frequency component of the AC power fed back from the low-frequency output device 140 by the first transformer 120. Attenuate.
Then, as described above, the high-frequency output device 130 supplies high-frequency power having a frequency of 10 kHz or more and 400 kHz or less to the induction heating coil 110 via the first transformer 120, and by series resonance with the first capacitor C <b> 1. The spline shaft 200 is induction-heated.

ここで、高周波出力装置130が供給する高周波電力の周波数が10kHzより低くなると、特にスプラインシャフトのスプライン部の凹凸被加熱面において良好な焼入れが得られなくなるおそれがある。一方、400kHzより高くなると、良好な誘導加熱が得られにくくなるおそれがある。このため、高周波出力装置130で供給する周波数は、10kHz以上400kHz以下の範囲に設定することが好ましい。   Here, when the frequency of the high-frequency power supplied by the high-frequency output device 130 is lower than 10 kHz, there is a possibility that good quenching cannot be obtained particularly on the uneven heating surface of the spline portion of the spline shaft. On the other hand, if the frequency is higher than 400 kHz, it may be difficult to obtain good induction heating. For this reason, it is preferable to set the frequency supplied by the high-frequency output device 130 in the range of 10 kHz to 400 kHz.

低周波出力装置140は、第2の発振手段141と、リアクトルL1と、第2のコンデンサC2と、第3の変圧器142と、第3のコンデンサC3と、第4のコンデンサC4と、を備えている。
第2の発振手段141は、高周波出力装置130と同様に、第2のコンバータ141Aと、第2の平滑コンデンサCf2と、第2のインバータ141Bと、を備えている。
また、第2のコンバータ141Aは、例えば各種のブリッジ整流回路が用いられる順変換回路で、商用交流電源eに接続されて商用交流電源eの交流を直流に変換する。この変換した直流電流は、第2の平滑コンデンサCf2を介して適宜平滑され、第2のインバータ141Bへ出力される。第2のインバータ141Bは、例えば電圧形インバータで、第2の平滑コンデンサCf2を介して入力される直流電流を上述した低周波の交流電流に変換する。
The low-frequency output device 140 includes a second oscillation unit 141, a reactor L1, a second capacitor C2, a third transformer 142, a third capacitor C3, and a fourth capacitor C4. ing.
Similarly to the high-frequency output device 130, the second oscillation means 141 includes a second converter 141A, a second smoothing capacitor Cf2, and a second inverter 141B.
The second converter 141A is a forward conversion circuit using, for example, various bridge rectifier circuits, and is connected to the commercial AC power source e to convert the AC of the commercial AC power source e into DC. The converted DC current is appropriately smoothed through the second smoothing capacitor Cf2 and output to the second inverter 141B. The second inverter 141B is, for example, a voltage source inverter, and converts the direct current input via the second smoothing capacitor Cf2 into the low-frequency alternating current described above.

そして、低周波出力装置140は、第2のインバータ141Bの出力端子間に、リアクトルL1と、第2のコンデンサC2と、第3の変圧器142の1次巻線142Aとの直列回路が接続されている。また、低周波出力装置140は、第3の変圧器142の2次巻線142B間に、第3のコンデンサC3および第4のコンデンサC4の直列回路が接続されている。この第3のコンデンサC3および第4のコンデンサC4の接続点は、グランドに接続されている。
さらに、低周波出力装置140は、第3の変圧器142の2次巻線142Bの出力端子が、第1の変圧器120の2次巻線122の他方および3次巻線123の一方に接続されている。そして、低周波出力装置140は、リアクトルL1が高周波出力装置130の高周波の帰還成分を減衰し、直列共振回路を構成する。
また、第3のコンデンサC3および第4のコンデンサC4は、低周波の交流電流をバイパスするために第1の変圧器120の2次側を低いインダクタンスとした第1の変圧器120の無効電力を補償する。
そして、低周波出力装置140は、上述したように、周波数が1kHz以上50kHz未満の低周波電力を誘導加熱コイル110に供給し、リアクトルL1および第2のコンデンサC2の直列共振により、スプラインシャフト200を誘導加熱させる。
In the low-frequency output device 140, a series circuit of the reactor L1, the second capacitor C2, and the primary winding 142A of the third transformer 142 is connected between the output terminals of the second inverter 141B. ing. In the low frequency output device 140, a series circuit of a third capacitor C3 and a fourth capacitor C4 is connected between the secondary windings 142B of the third transformer 142. The connection point between the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is connected to the ground.
Further, in the low-frequency output device 140, the output terminal of the secondary winding 142B of the third transformer 142 is connected to the other of the secondary winding 122 of the first transformer 120 and one of the tertiary windings 123. Has been. In the low-frequency output device 140, the reactor L1 attenuates the high-frequency feedback component of the high-frequency output device 130 to form a series resonance circuit.
In addition, the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 use the reactive power of the first transformer 120 in which the secondary side of the first transformer 120 has a low inductance in order to bypass the low-frequency alternating current. To compensate.
Then, as described above, the low-frequency output device 140 supplies low-frequency power having a frequency of 1 kHz or more and less than 50 kHz to the induction heating coil 110, and causes the spline shaft 200 to be generated by series resonance of the reactor L1 and the second capacitor C2. Induction heating.

ここで、低周波出力装置140が供給する低周波電力の周波数が1kHzより低くなると、良好な誘導加熱が得られにくくなるおそれがある。一方、50kHz以上に高くなると、スプラインシャフト200表面から内部に至る良好な誘導加熱が得られなくなるおそれがある。このことから、低周波出力装置140にて供給する周波数は、1kHz以上50kHz未満が好ましい。   Here, when the frequency of the low-frequency power supplied by the low-frequency output device 140 is lower than 1 kHz, it may be difficult to obtain good induction heating. On the other hand, when it becomes higher than 50 kHz, there is a possibility that good induction heating from the surface of the spline shaft 200 to the inside cannot be obtained. Therefore, the frequency supplied by the low frequency output device 140 is preferably 1 kHz or more and less than 50 kHz.

制御手段150は、高周波出力装置130および低周波出力装置140の動作を制御する。この制御手段150は、高周波出力装置130および低周波出力装置140から誘導加熱コイル110に供給する交流電力の大きさを、作業者による入力操作にて設定する図示しない操作手段を備えている。具体的には、操作手段は、例えば作業者が入力操作可能な操作つまみを有する操作手段を備え、高周波出力装置130および低周波出力装置140の最大出力をそれぞれ100%として、0%以上100%以下の範囲で操作つまみが入力操作されることで、高周波出力装置130および低周波出力装置140を電流一定制御にて、それぞれ入力操作された設定値に対応する電流値となる交流電力をそれぞれ設定入力する。
そして、制御手段150は、高周波出力装置130による交流電力を、設定された出力割合で電流値が一定となる状態に電流一定制御で誘導加熱コイル110に供給させる。
さらに、制御手段150は、低周波出力装置140による交流電力を、同様に電流一定制御で設定された出力割合で誘導加熱コイル110に供給させる。
The control means 150 controls the operation of the high frequency output device 130 and the low frequency output device 140. The control means 150 includes operation means (not shown) for setting the magnitude of AC power supplied from the high frequency output device 130 and the low frequency output device 140 to the induction heating coil 110 by an input operation by an operator. Specifically, the operation means includes an operation means having an operation knob that can be input by an operator, for example. The maximum output of the high-frequency output device 130 and the low-frequency output device 140 is 100%, and is 0% or more and 100%. When the operation knob is input within the following range, the high-frequency output device 130 and the low-frequency output device 140 are set to have constant current control, and AC power is set to a current value corresponding to the input value that has been input. input.
And the control means 150 is made to supply the alternating current power by the high frequency output device 130 to the induction heating coil 110 by electric current constant control in the state where an electric current value becomes fixed with the set output ratio.
Furthermore, the control means 150 supplies the alternating current power by the low frequency output device 140 to the induction heating coil 110 at the output ratio similarly set by the constant current control.

これら高周波の交流電力および低周波の交流電力は、それぞれ単独で供給可能であるとともに、高周波および低周波を適宜合成して供給可能となっている。そして、制御手段150は、高周波および低周波を合成して交流電力を供給させる際、所定の式に基づいて、高周波出力装置130の設定値を補正し、一定の交流電力を供給する状態に制御する。なお、電流一定制御であることから、設定値と供給される電流値とは正比例する関係、例えば最大規格値が10000Aである場合、設定値が9%であれば約900A、50%であれば約5000A、100%であれば約10000Aとなる。   These high-frequency AC power and low-frequency AC power can be supplied independently, and can be supplied by appropriately combining high-frequency and low-frequency. Then, when synthesizing the high frequency and the low frequency and supplying the AC power, the control unit 150 corrects the set value of the high frequency output device 130 based on a predetermined formula and controls the AC power to be supplied in a constant state. To do. Since the current control is constant, the set value and the supplied current value are directly proportional to each other. For example, when the maximum standard value is 10000 A, if the set value is 9%, it is about 900 A, and if it is 50%. If it is about 5000A, 100%, it will be about 10000A.

すなわち、制御手段150は、プログラムとしての、図示しない変換値取得手段と、処理手段と、などを備えている。高周波および低周波が合成される状態で交流電力を高周波出力装置130および低周波出力装置140から供給することにより、スプラインシャフト200の透磁率が変化し、この変化する透磁率に対応して高い周波数側となる高周波出力装置130におけるインピーダンスが低下し、高周波出力装置130から供給する交流電力が低下する。
このことにより、変換値取得手段は、低下する電力分を、重畳する前の状態に補正するための変換値としての補正値を演算し、この変換値取得手段で演算した補正値に基づいて、処理手段が高周波出力装置130を制御し、変換した補正後の設定による電流値の交流電力を供給させる。
That is, the control unit 150 includes a conversion value acquisition unit (not shown), a processing unit, and the like as programs. By supplying AC power from the high frequency output device 130 and the low frequency output device 140 in a state where the high frequency and the low frequency are combined, the permeability of the spline shaft 200 changes, and a high frequency corresponding to the changing permeability. The impedance in the high-frequency output device 130 on the side decreases, and the AC power supplied from the high-frequency output device 130 decreases.
Thereby, the conversion value acquisition unit calculates a correction value as a conversion value for correcting the power to decrease to a state before superimposition, and based on the correction value calculated by the conversion value acquisition unit, The processing means controls the high-frequency output device 130 to supply AC power having a current value according to the converted corrected setting.

〔3.スプラインシャフトの構成〕
次に、本実施形態の熱処理装置のワークであるスプラインシャフトの構成を説明する。
図2は、スプラインシャフト200の外観側面図である。スプラインシャフト200は、歯山211および歯底212を有するスプライン部210と、冶具などで保持される略円柱状の軸部290とを備えている。ここで、軸部290は、スプライン部210と連続する側に、スプラインシャフト200の軸方向に対して突出する段差部としての径大部250を有している。
なお、本実施形態では、スプラインシャフト200の材質はS35C鋼とされ、冷間鍛造により形成されている。また、スプライン部210の最大径は20mmとされているが、スプラインシャフト200の材質や径はこれに限らない。
[3. (Spline shaft configuration)
Next, the structure of the spline shaft which is a workpiece | work of the heat processing apparatus of this embodiment is demonstrated.
FIG. 2 is an external side view of the spline shaft 200. The spline shaft 200 includes a spline portion 210 having a tooth crest 211 and a tooth bottom 212, and a substantially cylindrical shaft portion 290 held by a jig or the like. Here, the shaft portion 290 has a large-diameter portion 250 as a stepped portion protruding in the axial direction of the spline shaft 200 on the side continuous with the spline portion 210.
In this embodiment, the spline shaft 200 is made of S35C steel and is formed by cold forging. Moreover, although the maximum diameter of the spline part 210 is 20 mm, the material and diameter of the spline shaft 200 are not limited thereto.

図3(A)は、スプラインシャフト200のスプライン部210および径大部250を示す縦断面図であり、図3(B)はスプラインシャフト200の平面図を示す。
スプライン部210は、図3(B)に示すように、異形とされており、6つの歯山211が2つずつ近接して配置され、形状の異なる歯底212A,212Bが各歯山211の間に形成されている。これらの歯底212A,212Bそれぞれにおいて、軸中心からの距離は異なり、これらの歯底212A,212Bの両方に所定の焼入深さの焼入硬化層を形成する必要があるが、以下では、これらの歯底212A,212Bを特に区別する必要がない場合、これらを歯底212と総称する。また、以下では、スプラインシャフト200の軸方向をSという。
3A is a longitudinal sectional view showing the spline portion 210 and the large diameter portion 250 of the spline shaft 200, and FIG. 3B is a plan view of the spline shaft 200. FIG.
As shown in FIG. 3 (B), the spline portion 210 has an irregular shape, and two tooth teeth 211 are arranged in close proximity to each other, and tooth bases 212A and 212B having different shapes are formed on each tooth tooth 211. It is formed between. Each of these bottoms 212A and 212B has a different distance from the center of the axis, and it is necessary to form a hardened hardened layer having a predetermined quenching depth on both of these bottoms 212A and 212B. When it is not necessary to distinguish between these tooth bottoms 212 </ b> A and 212 </ b> B, they are collectively referred to as a tooth bottom 212. Hereinafter, the axial direction of the spline shaft 200 is referred to as S.

径大部250は、図3(B)に示すように、スプライン部210の歯山211と略同等の径とされており、図3(A)に示すように、歯底212から立ち上がる立ち上がり部251と、立ち上がり部251と交差し軸方向Sにほぼ沿う軸方向部252とを含んで形成されている。
なお、立ち上がり部251は歯底212に対して例えば約5mmの高さで略直角に立ち上がり、立ち上がり部基端にR部251Rが形成されている。
As shown in FIG. 3B, the large diameter portion 250 has a diameter substantially equal to the tooth crest 211 of the spline portion 210, and as shown in FIG. 3A, the rising portion rises from the tooth bottom 212. 251 and an axial portion 252 that intersects the rising portion 251 and substantially extends along the axial direction S.
The rising portion 251 rises at a substantially right angle with respect to the tooth bottom 212, for example, at a height of about 5 mm, and an R portion 251R is formed at the proximal end of the rising portion.

〔4.スプラインシャフトの熱処理概略〕
次に図4を参照して、スプラインシャフト200の誘導加熱焼入れの概略を説明する。
すなわち、スプラインシャフト200を誘導加熱装置100(図1)の誘導加熱コイル110の内周側に配置し、図示しない移動装置によって回転を与えながら、誘導加熱コイル110に対してスプラインシャフト200を軸方向Sに沿って移動させる。
スプラインシャフト200の熱処理開始位置は、図4に示すように、誘導加熱コイル110の内周面110Aに軸方向部252が対向する位置であり、図4の状態から、スプラインシャフト200を軸方向Sに沿って下方に移動させ、スプライン部210の径大部250とは反対側の端部が誘導加熱コイル110の内周面110Aを通過したとき、スプラインシャフト200への加熱を終了する。
[4. Outline of heat treatment of spline shaft)
Next, an outline of induction heating and quenching of the spline shaft 200 will be described with reference to FIG.
That is, the spline shaft 200 is disposed on the inner peripheral side of the induction heating coil 110 of the induction heating device 100 (FIG. 1), and the spline shaft 200 is axially moved with respect to the induction heating coil 110 while being rotated by a moving device (not shown). Move along S.
As shown in FIG. 4, the heat treatment start position of the spline shaft 200 is a position where the axial portion 252 faces the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110. From the state of FIG. When the end of the spline portion 210 opposite to the large diameter portion 250 passes through the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110, the heating of the spline shaft 200 is finished.

ここで、誘導加熱コイル110は、環状で幅6mmの1ターン(巻数1回)とされているとともに、冷却水(焼入水)を噴射する冷却装置と一体化されている。図4中、115は冷却水の噴射孔を示し、本実施形態では誘導加熱コイル110の周方向に沿って多数の噴射孔115が4列で千鳥配列され、冷却幅は20.0mm以上となっている。
また、本実施形態では、R部251Rを含めて立ち上がり部251全体に冷却水がかかるように、噴射孔115の噴射角度を軸方向Sに対して約30°に設定している。
Here, the induction heating coil 110 has an annular shape and a width of 6 mm, and is integrated with a cooling device that injects cooling water (quenching water). In FIG. 4, reference numeral 115 denotes a cooling water injection hole. In this embodiment, a large number of injection holes 115 are arranged in a staggered manner in four rows along the circumferential direction of the induction heating coil 110, and the cooling width is 20.0 mm or more. ing.
In the present embodiment, the injection angle of the injection hole 115 is set to about 30 ° with respect to the axial direction S so that the cooling water is applied to the entire rising portion 251 including the R portion 251R.

〔5.スプラインシャフトの硬化パターン〕
本実施形態のスプラインシャフト200は、前述した誘導加熱装置100(図1)を備える熱処理装置によって誘導加熱焼入れされる。
図5は、焼入れ完了したスプラインシャフト200を示し、(A)および(B)はそれぞれ、図2のA−A線、B−B線断面図である。
スプラインシャフト200の表面には、軸方向Sに沿って焼入硬化層270が形成されている。なお、図5中、280はスプラインシャフト200の素地である。
[5. (Hardening pattern of spline shaft)
The spline shaft 200 of the present embodiment is induction-heated and quenched by a heat treatment apparatus including the induction heating apparatus 100 (FIG. 1) described above.
FIG. 5 shows the spline shaft 200 that has been quenched, and (A) and (B) are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 2, respectively.
A hardened and hardened layer 270 is formed along the axial direction S on the surface of the spline shaft 200. In FIG. 5, reference numeral 280 denotes a base of the spline shaft 200.

焼入硬化層270は、低周波出力装置140(図1)による低周波電力の供給により形成される低周波硬化パターン271と、高周波出力装置130(図1)による高周波電力の供給により形成される高周波硬化パターン272とを含んで形成されている。なお、図5では、低周波硬化パターン271をライトグレー(淡灰色)で示し、高周波硬化パターン272をダークグレー(濃灰色)で示す。
ここで、低周波出力装置140で誘導加熱コイル110に供給する低周波電力の周波数は、本実施形態では10kHzとし、高周波出力装置130で誘導加熱コイル110に供給する高周波電力の周波数は、本実施形態では200kHzとしている。
The quench hardening layer 270 is formed by the low frequency curing pattern 271 formed by supplying the low frequency power from the low frequency output device 140 (FIG. 1) and the high frequency power supplied by the high frequency output device 130 (FIG. 1). And a high-frequency curing pattern 272. In FIG. 5, the low frequency curing pattern 271 is shown in light gray (light gray), and the high frequency curing pattern 272 is shown in dark gray (dark gray).
Here, the frequency of the low frequency power supplied to the induction heating coil 110 by the low frequency output device 140 is 10 kHz in the present embodiment, and the frequency of the high frequency power supplied to the induction heating coil 110 by the high frequency output device 130 is the present embodiment. The form is 200 kHz.

低周波硬化パターン271は、R部251Rおよび歯底212を含む所定の焼入深さで形成されている。一方、高周波硬化パターン272は、立ち上がり部251および歯底212のいずれも含まずに歯山211の部分に、低周波硬化パターン271よりも浅い焼入深さで当該低周波硬化パターン271の外側に形成されている。   The low-frequency curing pattern 271 is formed with a predetermined quenching depth including the R portion 251R and the tooth bottom 212. On the other hand, the high-frequency hardening pattern 272 does not include both the rising portion 251 and the tooth bottom 212, and is located outside the low-frequency hardening pattern 271 at a quenching depth shallower than the low-frequency hardening pattern 271. Is formed.

〔6.スプラインシャフトの熱処理工程〕
次に、図4、図6〜図8を参照して、図5のような硬化パターン271,272を有するスプラインシャフト200の熱処理方法について説明する。
前述した誘導加熱装置100を備える熱処理装置により、低周波・高周波の2周波を用いてスプラインシャフト200を径大部250側から焼入れするが、処理開始から所定時間は低周波電力を誘導加熱コイル110に供給し、その後は低周波・高周波の2周波を合成して誘導加熱コイル110に供給する。
[6. Heat treatment process for spline shaft]
Next, a heat treatment method for the spline shaft 200 having the curing patterns 271 and 272 as shown in FIG. 5 will be described with reference to FIGS. 4 and 6 to 8.
The heat treatment apparatus including the induction heating apparatus 100 described above quenches the spline shaft 200 from the large diameter portion 250 side using two frequencies of low frequency and high frequency, but the induction heating coil 110 applies low frequency power for a predetermined time from the start of the process. After that, the low frequency and the high frequency are synthesized and supplied to the induction heating coil 110.

図6は、低周波・高周波をそれぞれ供給するタイミングと冷却のタイミングを示す(熱処理サイクル)。図6のグラフの縦軸は、誘導加熱コイル110の内周面110Aに径大部250の軸方向部252が対向した状態(図4)を位置「0」として、スプラインシャフト200が軸方向Sに沿って移動した位置を示し、グラフ横軸は、位置「0」における加熱処理開始時からの経過時間を示す。   FIG. 6 shows the timing of supplying low frequency and high frequency, respectively, and the timing of cooling (heat treatment cycle). The vertical axis of the graph in FIG. 6 indicates that the state where the axial portion 252 of the large diameter portion 250 faces the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110 (FIG. 4) is the position “0”, and the spline shaft 200 is in the axial direction S. The horizontal axis of the graph indicates the elapsed time from the start of the heat treatment at the position “0”.

すなわち、スプラインシャフト200の熱処理方法は、処理開始時T0から所定時間、低周波を単独で誘導加熱コイル110に供給する低周波供給工程P1と、所定タイミングで、低周波・高周波を合成して誘導加熱コイル110に供給する2周波供給工程P2とを備えている。
また、図示しない移動装置により、誘導加熱コイル110に対してスプラインシャフト200を軸方向Sに沿って移動させるが、その際の移動速度を途中まで低速としている。
さらに、誘導加熱コイル110に装備された冷却装置により、処理開始時T0から遅れて開始されスプラインシャフト200に冷却水を噴射する冷却工程Qが行われる。
In other words, the heat treatment method for the spline shaft 200 is performed by synthesizing the low frequency and the high frequency at a predetermined timing with the low frequency supply step P1 for supplying the low frequency alone to the induction heating coil 110 for a predetermined time from the start time T0. And a two-frequency supply process P <b> 2 for supplying the heating coil 110.
Moreover, although the spline shaft 200 is moved along the axial direction S with respect to the induction heating coil 110 by a moving device (not shown), the moving speed at that time is set to a low speed halfway.
Further, a cooling process Q for injecting the cooling water to the spline shaft 200 is started after the processing start time T0 by the cooling device provided in the induction heating coil 110.

〔低周波供給工程〕
低周波供給工程P1では、処理開始T0から所定の定置時間T1、誘導加熱コイル110に対してスプラインシャフト200を移動させずに定置状態とし、その後、図示しない移動装置により、誘導加熱コイル110に対してスプラインシャフト200を低速で移動させる(低速移動時間T2)。ここで、低速移動時間T2は、誘導加熱コイル110に対向するスプラインシャフト200の位置が立ち上がり部251からスプライン部210に移行するタイミングを含む。
[Low frequency supply process]
In the low frequency supply process P1, the spline shaft 200 is placed in a stationary state without moving the spline shaft 200 with respect to the induction heating coil 110 for a predetermined stationary time T1 from the processing start T0, and thereafter, with respect to the induction heating coil 110 by a moving device (not shown). The spline shaft 200 is moved at a low speed (low speed movement time T2). Here, the low speed movement time T <b> 2 includes a timing at which the position of the spline shaft 200 facing the induction heating coil 110 shifts from the rising portion 251 to the spline portion 210.

そして、低速移動時間T2の間の所定のタイミングで、冷却水の噴射を開始する。この冷却は、立ち上がり部251(図4)が誘導加熱コイル110の内周面110Aを通過した直後のタイミングで開始することで、冷却水の跳ね返りを防止して噴射孔115からの冷却水が立ち上がり部251と軸方向部252とに充分に掛かるようにする。本実施形態では、約7mmの位置で冷却開始しているが、立ち上がり部251の形状等に応じて、冷却開始タイミングは適宜設定できる。このようなタイミングで冷却することで、冷却時の変態の遅れで引っ張り応力が掛かり軸方向部252やスプライン部210でクラックが発生することを防止できる。
なお、冷却は、スプラインシャフト200の移動により、誘導加熱コイル110の内周面110Aを通過したスプラインシャフト200の部位に冷却水を連続的に噴射して行う。
And the injection of cooling water is started at a predetermined timing during the low speed movement time T2. This cooling is started at a timing immediately after the rising portion 251 (FIG. 4) passes through the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110, so that the cooling water is prevented from splashing and the cooling water from the injection hole 115 rises. Sufficiently hooks the portion 251 and the axial portion 252. In the present embodiment, cooling is started at a position of about 7 mm, but the cooling start timing can be appropriately set according to the shape of the rising portion 251 and the like. By cooling at such timing, it is possible to prevent a tensile stress from being applied due to a delay in transformation at the time of cooling, and the occurrence of cracks in the axial portion 252 and the spline portion 210.
The cooling is performed by continuously injecting cooling water to the portion of the spline shaft 200 that has passed through the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110 by the movement of the spline shaft 200.

低速移動時間T2の後は、誘導加熱コイル110に対するスプラインシャフト200の移動速度を上げ、低周波による誘導加熱を連続して行う。
すなわち、低周波供給工程P1では、定置加熱後、移動加熱を所定時間低速で行い、かつ遅れ冷却を開始する。ここで、この低周波供給工程P1は、立ち上がり部251が誘導加熱コイル110を通過するまで行えばよいが、本実施形態では、立ち上がり部251が誘導加熱コイル110を通過した後も、スプライン部210の端部に誘導加熱コイル110の内周面110Aが対向する所定時間継続して低周波単独による誘導加熱を行う。
なお、本実施形態では、定置時間は約0.5秒以内、低速移動時間T2における移動速度は約5mm/秒、低速移動時間T2後の移動速度は約15mm/秒に設定しているが、これらはスプラインシャフト200の形状等に応じて適宜設定できる。
After the low-speed moving time T2, the moving speed of the spline shaft 200 with respect to the induction heating coil 110 is increased, and induction heating with a low frequency is continuously performed.
That is, in the low frequency supply process P1, after the stationary heating, the moving heating is performed at a low speed for a predetermined time, and the delayed cooling is started. Here, the low frequency supply process P1 may be performed until the rising portion 251 passes through the induction heating coil 110. However, in the present embodiment, the spline portion 210 also after the rising portion 251 passes through the induction heating coil 110. Inductive heating with a low frequency alone is performed continuously for a predetermined time in which the inner peripheral surface 110A of the induction heating coil 110 faces the end of the coil.
In this embodiment, the stationary time is set within about 0.5 seconds, the moving speed at the low speed moving time T2 is set to about 5 mm / second, and the moving speed after the low speed moving time T2 is set to about 15 mm / second. These can be appropriately set according to the shape of the spline shaft 200 and the like.

以上の低周波供給工程P1における誘導加熱により、スプラインシャフト200の軸方向部252から立ち上がり部251にかけて、所定の加熱深さが得られ、この誘導加熱焼入れの結果、図7に示すように、立ち上がり部251のR部251Rを含んだ領域に所定硬度で所定焼入深さの低周波硬化パターン271が形成される。
なお、図7に示したスプラインシャフト200は、仮に、低周波のみを単独で供給することでスプライン部210および径大部250の焼入れを行った際の例を示している。この例では、歯山211部分は昇温不足による未溶解フェライトが多くなり、硬度が不足する。一方、スプライン部210の軸心を含む中心部は、ズブ加熱となり不適切であった。
A predetermined heating depth is obtained from the axial direction portion 252 to the rising portion 251 of the spline shaft 200 by the induction heating in the low-frequency supply process P1, and as a result of this induction heating quenching, as shown in FIG. A low frequency curing pattern 271 having a predetermined hardness and a predetermined quenching depth is formed in a region including the R portion 251R of the portion 251.
Note that the spline shaft 200 shown in FIG. 7 shows an example in which the spline portion 210 and the large diameter portion 250 are quenched by supplying only a low frequency alone. In this example, the tooth crest 211 has a large amount of undissolved ferrite due to insufficient temperature rise, and the hardness is insufficient. On the other hand, the center part including the axis of the spline part 210 was improper due to the subtle heating.

〔2周波供給工程〕
続いて、2周波供給工程P2(図6)では、低周波・高周波を合成してスプライン部210(図4)の移動加熱および冷却を行う。この2周波供給工程P2は、本実施形態では処理開始時T0から約1.7秒後に開始し、スプライン部210の上端部が誘導加熱コイル110を通過するまで、約3秒間加熱した後、低周波出力装置140および高周波出力装置130(図1)それぞれによる加熱を終了する。
なお、2周波供給工程P2を開始するタイミングはスプラインシャフト200の形状等に応じて適宜設定できる。
また、高周波を用いる2周波供給工程P2では、スプライン部210の軸心を含む所定範囲に熱影響が至らない未焼部を確保するために、スプラインシャフト200を約15mm/秒の比較的高速で移動させる。
[Dual frequency supply process]
Subsequently, in the two-frequency supply process P2 (FIG. 6), the low-frequency and high-frequency are synthesized to move and heat the spline unit 210 (FIG. 4). In this embodiment, the two-frequency supply process P2 starts about 1.7 seconds after the processing start time T0, and after heating for about 3 seconds until the upper end of the spline part 210 passes through the induction heating coil 110, the low frequency supply process P2 The heating by each of the frequency output device 140 and the high frequency output device 130 (FIG. 1) is terminated.
In addition, the timing which starts 2 frequency supply process P2 can be suitably set according to the shape of the spline shaft 200, etc.
In addition, in the two-frequency supply process P2 using high frequency, the spline shaft 200 is moved at a relatively high speed of about 15 mm / sec in order to secure an unfired portion that does not reach the predetermined range including the axis of the spline portion 210. Move.

この2周波供給工程P2により、図5に示したように、スプライン部210の歯底212における低周波硬化パターン271および、歯山211における高周波硬化パターン272が形成される。
ここで、高周波のみを単独で供給することでスプライン部210および径大部250の焼入れを行った場合の例を図8に示す。この図8の場合は、径大部250において誘導加熱コイル110に最も近接し、かつ熱伝導により熱応力が最も集中する部位、すなわち軸方向部252と立ち上がり部251とが交差する部位Zで溶損(黒色で示す)が生じてしまう。これに対して本実施形態では、上記低周波供給工程P1においてこの立ち上がり部251および軸方向部252を含む部分を低周波で加熱してから、2周波供給工程P2ではスプライン部210から、高周波によって加熱する。このため、図5に示すように、溶損は生じない。
By this two-frequency supply process P2, as shown in FIG. 5, a low-frequency hardening pattern 271 on the tooth bottom 212 of the spline part 210 and a high-frequency hardening pattern 272 on the tooth crest 211 are formed.
Here, FIG. 8 shows an example in which the spline portion 210 and the large diameter portion 250 are quenched by supplying only a high frequency alone. In the case of FIG. 8, in the large diameter portion 250, the melting point is the closest to the induction heating coil 110 and the portion where the thermal stress is most concentrated by heat conduction, that is, the portion Z where the axial portion 252 and the rising portion 251 intersect. Loss (shown in black) will occur. On the other hand, in the present embodiment, the portion including the rising portion 251 and the axial direction portion 252 is heated at a low frequency in the low frequency supply step P1, and then from the spline portion 210 by a high frequency in the two frequency supply step P2. Heat. For this reason, as shown in FIG.

〔定置冷却〕
最後に、定置冷却を10秒程度行い、スプラインシャフト200の誘導加熱焼入れを完了する。
[Stationary cooling]
Finally, stationary cooling is performed for about 10 seconds, and induction heating quenching of the spline shaft 200 is completed.

[7.硬さ分布]
図9は、図5に示した焼入れ完了後のスプラインシャフト200の焼入硬化層270における硬さ分布を示す。ここで、丸や三角等は、図5などに示したスプラインシャフト200の各部位にそれぞれ対応しており、白丸は歯底212Aの硬さを、白三角は歯底212Bの硬さを、黒丸は歯山211の硬さを、白四角はR部251Rの硬さをそれぞれ示す。図9に示すように、これらスプラインシャフト200の各部位において、焼入れ後の表面硬さは約600HVであり、焼入深さは約2mmであった。
[7. Hardness distribution]
FIG. 9 shows the hardness distribution in the hardened and hardened layer 270 of the spline shaft 200 after the completion of quenching shown in FIG. Here, the circles and triangles correspond to the respective parts of the spline shaft 200 shown in FIG. 5 and the like, the white circle indicates the hardness of the tooth bottom 212A, the white triangle indicates the hardness of the tooth bottom 212B, and the black circle Indicates the hardness of the tooth crest 211, and the white square indicates the hardness of the R portion 251R. As shown in FIG. 9, in each part of these spline shafts 200, the surface hardness after quenching was about 600 HV, and the quenching depth was about 2 mm.

[8.本実施形態による効果]
以上のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1)誘導加熱装置100を備えた熱処理装置によって低周波供給工程P1および2周波供給工程P2を実施し、スプラインシャフト200の各部位に応じて低周波単独で、あるいは低周波・高周波の合成でそれぞれ誘導加熱を行うことによって、径大部250の立ち上がり部251と、スプライン部210の歯底212・歯山211とのそれぞれが適切に昇温する。これにより、これら立ち上がり部251、歯底212、および歯山211のそれぞれに所定硬度の焼入硬化層270を充分な焼入深さで形成することができる。
[8. Effects of this embodiment]
According to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained.
(1) The low frequency supply process P1 and the two frequency supply process P2 are performed by the heat treatment apparatus provided with the induction heating apparatus 100, and the low frequency alone or the combination of the low frequency and the high frequency is performed according to each part of the spline shaft 200. By performing induction heating respectively, the rising portion 251 of the large diameter portion 250 and the tooth bottom 212 and the tooth crest 211 of the spline portion 210 are appropriately heated. As a result, the hardened and hardened layer 270 having a predetermined hardness can be formed with a sufficient quenching depth on each of the rising portion 251, the tooth bottom 212, and the tooth crest 211.

低周波供給工程P1における低周波での定置加熱・移動加熱により、径大部250において誘導加熱コイル110と近接する部位が過熱で溶損することもなく、立ち上がり部251基端のR部251Rを含めた立ち上がり部251全体に亘って適切な加熱深さが得られる。
また、誘導加熱コイル110が立ち上がり部251を通過した後に開始する2周波供給工程P2では、低周波によって歯底212が昇温し、高周波によって歯山211が昇温するので、スプライン部210の表面全体に亘り、適切な加熱深さが得られる。
すなわち、高周波加熱および低周波数加熱それぞれの特長を生かし、径大部250が形成されたスプラインシャフトにおいて、スプライン部210および径大部250両方の焼入れを適切に行うことができる。
By the stationary heating / moving heating at the low frequency in the low frequency supply process P1, the portion adjacent to the induction heating coil 110 in the large diameter portion 250 is not melted by overheating, and the R portion 251R at the base of the rising portion 251 is included. An appropriate heating depth can be obtained over the entire rising portion 251.
In addition, in the two-frequency supply process P2 that starts after the induction heating coil 110 passes through the rising portion 251, the tooth bottom 212 is heated by the low frequency and the tooth crest 211 is heated by the high frequency. Appropriate heating depth can be obtained throughout.
That is, by making use of the features of high-frequency heating and low-frequency heating, both the spline portion 210 and the large diameter portion 250 can be appropriately quenched in the spline shaft in which the large diameter portion 250 is formed.

(2)低周波供給工程P1は低速移動時間T2を有し、誘導加熱コイル110が立ち上がり部251を通過する際の移動速度が低速であることで、立ち上がり部251基端のR部251Rにおける昇温をより充分に得ることができる。 (2) The low frequency supply process P1 has a low speed movement time T2, and the movement speed when the induction heating coil 110 passes through the rising portion 251 is low, so that the rising at the R portion 251R at the base of the rising portion 251 is increased. The temperature can be obtained more sufficiently.

(3)低周波供給工程P1は、誘導加熱コイル110が立ち上がり部251を通過した後の所定時間継続されるため、スプライン部210の立ち上がり部251側の端縁部が高周波加熱されず、これによって立ち上がり部251の過熱を防止できる。 (3) Since the low frequency supply process P1 is continued for a predetermined time after the induction heating coil 110 passes through the rising part 251, the edge part on the rising part 251 side of the spline part 210 is not heated at high frequency. Overheating of the rising portion 251 can be prevented.

(4)誘導加熱コイル110に実装された冷却装置による噴射角度が、スプラインシャフト200の軸方向に対して傾斜しているため、立ち上がり部251基端のR部251Rを含めた立ち上がり部251全体に冷却水が充分にかかる。これにより、径大部250およびスプライン部210の端部それぞれが急冷され、所定硬度の焼入硬化層270をより確実に形成できる。 (4) Since the injection angle by the cooling device mounted on the induction heating coil 110 is inclined with respect to the axial direction of the spline shaft 200, the rising portion 251 including the R portion 251R at the base end of the rising portion 251 Sufficient cooling water is applied. Thereby, each of the end portions of the large diameter portion 250 and the spline portion 210 is rapidly cooled, and the hardened and hardened layer 270 having a predetermined hardness can be more reliably formed.

〔本発明の変形例〕
図10は、本発明の変形例に係るワーク(被焼入物)9を示す。すなわち、このワーク9は、歯山91および歯底92を有する歯車部90と、歯山91と同等の径のツバ部95とを備えており、歯底92から立ち上がる立ち上がり部951基端側への焼入れが難しい点では、前述したスプラインシャフト200と同様である。
このようなワーク9の誘導加熱焼入れも、前述した誘導加熱コイル110(図4)を有する誘導加熱装置100(図1)と、ワークの移動装置とを備える熱処理装置により、また、前述した低周波供給工程P1および2周波供給工程P2(図6)と略同様の方法により、行うことができる。
[Modification of the present invention]
FIG. 10 shows a workpiece (hardened object) 9 according to a modification of the present invention. That is, the work 9 includes a gear portion 90 having a tooth crest 91 and a tooth bottom 92 and a flange portion 95 having a diameter equivalent to that of the tooth crest 91, and toward the base end side of the rising portion 951 rising from the tooth bottom 92. This is the same as the above-described spline shaft 200 in that it is difficult to quench.
Such induction heating and quenching of the workpiece 9 is also performed by the above-described low frequency using the heat treatment apparatus including the induction heating apparatus 100 (FIG. 1) having the induction heating coil 110 (FIG. 4) and the workpiece moving apparatus. It can be performed by substantially the same method as the supply process P1 and the dual frequency supply process P2 (FIG. 6).

ここで、ツバ部95の立ち上がり寸法などに基づいて、誘導加熱に用いる周波数の選定を適宜行うことができる。この周波数選定に用いられる一般式を示す。

δ:うず電流の浸透深さ(電流密度が表面の36.8%の位置)(cm)
ρ:ワークの抵抗率(Ω・cm)
μ:ワークの比透磁率(磁性材:μ>1、非磁性材:μ=1)
f:周波数(Hz)
Here, the frequency used for induction heating can be appropriately selected based on the rising dimension of the flange portion 95 and the like. The general formula used for this frequency selection is shown.

δ: depth of penetration of eddy current (position where current density is 36.8% of surface) (cm)
ρ: Workpiece resistivity (Ω · cm)
μ: relative permeability of workpiece (magnetic material: μ> 1, non-magnetic material: μ = 1)
f: Frequency (Hz)

すなわち、本発明の熱処理方法および熱処理装置は、歯山および歯底などの凹凸部と、その凹部から立ち上がる部分とを含む各種ワークに汎用的に用いることができる。   That is, the heat treatment method and the heat treatment apparatus of the present invention can be used for various works including uneven portions such as tooth crests and tooth bottoms and portions rising from the recessed portions.

また、誘導加熱コイルに供給する低周波数および高周波数は、前述した例に限らず、ワークの形状や寸法、材質等に応じて適宜設定できる。また、定置加熱時間や、冷却開始のタイミング、誘導加熱コイルとワークとの相対移動速度、移動速度切換えのタイミング、低周波と高周波とを合成するタイミング、低周波単独加熱時間、低周波・高周波合成加熱時間、コイルの幅、冷却水噴射角度、などについても勿論、前述した例に限らず、ワークの形状や寸法、材質等に応じて適宜設定できる。
なお、低周波、高周波の2周波に加え、これら2周波とは周波数が異なる他の周波数を用いてもよい。これら複数の周波数をそれぞれ単独で、あるいは2つ以上を合成して誘導加熱を行うことも検討できる。
Further, the low frequency and high frequency supplied to the induction heating coil are not limited to the above-described example, and can be appropriately set according to the shape, size, material, and the like of the workpiece. In addition, stationary heating time, cooling start timing, relative movement speed of induction heating coil and workpiece, movement speed switching timing, timing to synthesize low frequency and high frequency, low frequency single heating time, low frequency / high frequency synthesis Of course, the heating time, the coil width, the cooling water injection angle, and the like are not limited to the above-described example, and can be appropriately set according to the shape, dimensions, material, and the like of the workpiece.
In addition to the low frequency and the high frequency, other frequencies different from these two frequencies may be used. It is also possible to examine induction heating by combining these plural frequencies individually or in combination of two or more.

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Although the best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.

本発明の実施形態における誘導加熱装置の概略構成回路図。The schematic structure circuit diagram of the induction heating apparatus in the embodiment of the present invention. 前記実施形態におけるワークであるスプラインシャフトの外観側面図。The external appearance side view of the spline shaft which is a workpiece | work in the said embodiment. 前記スプラインシャフトの縦断面図および平面図。The longitudinal cross-sectional view and top view of the said spline shaft. 前記スプラインシャフトの誘導加熱焼入れの概略を説明するための図。The figure for demonstrating the outline of the induction heating hardening of the said spline shaft. 前記スプラインシャフトの焼入硬化パターンを示す図。The figure which shows the hardening hardening pattern of the said spline shaft. 前記実施形態における熱処理サイクルを示す図。The figure which shows the heat processing cycle in the said embodiment. 仮に、低周波単独で熱処理した場合の硬化パターンを示す図。The figure which shows the hardening pattern at the time of heat-processing only at low frequency tentatively. 仮に、高周波単独で熱処理した場合の硬化パターンを示す図。The figure which shows the hardening pattern at the time of heat-processing only with a high frequency. 前記スプラインシャフトの各部位における硬さ分布を示す図。The figure which shows the hardness distribution in each site | part of the said spline shaft. 本発明の変形例を示す図。The figure which shows the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 誘導加熱装置
110 誘導加熱コイル
115 噴射孔
130 高周波出力装置
140 低周波出力装置
200 スプラインシャフト
210 スプライン部
211 歯山
212 歯底
212A 歯底
212B 歯底
250 径大部(段差部)
251 立ち上がり部
251R R部(角隅部)
252 軸方向部
270 焼入硬化層
271 低周波硬化パターン
272 高周波硬化パターン
P1 低周波供給工程
P2 2周波供給工程
S 軸方向
T1 定置時間
T2 低速移動時間
100 Induction heating device 110 Induction heating coil 115 Injection hole 130 High frequency output device 140 Low frequency output device 200 Spline shaft 210 Spline part 211 Tooth crest 212 Tooth bottom 212A Tooth bottom 212B Tooth bottom 250 Large diameter part (step part)
251 Rising part 251R R part (corner corner)
252 Axial direction part 270 Quench hardening layer 271 Low frequency curing pattern 272 High frequency curing pattern P1 Low frequency supply process P2 Two frequency supply process S Axial direction T1 Fixed time T2 Low speed movement time

Claims (11)

歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトを当該スプラインシャフトの周方向に沿って囲む誘導加熱コイルにより加熱し、焼入れを行う熱処理方法であって、
前記スプラインシャフトが前記誘導加熱コイルに対して前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルと前記スプラインシャフトとを相対移動可能に設け、
前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で開始し、周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力を単独で前記誘導加熱コイルに供給する低周波供給工程と、
前記低周波電力よりも高周波の高周波電力を前記低周波電力と合成して前記誘導加熱コイルに供給する2周波供給工程と、を備え、
前記低周波供給工程は、前記軸方向部または前記立ち上がり部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させずに定置状態とする定置時間を有し、この定置時間後、少なくとも前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過するまで前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させており、
前記低周波供給工程および前記2周波供給工程を通じて、前記誘導加熱コイルを通過した前記スプラインシャフトの部位に冷却液を連続的に供給することにより、焼入れを行う
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理方法。
An induction heating coil that surrounds a spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom and a stepped portion that is continuous with the axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom along the circumferential direction of the spline shaft. A heat treatment method for heating and quenching,
Relative movement of the induction heating coil and the spline shaft so that the spline shaft moves from the stepped portion side to the opposite side of the stepped portion along the axial direction of the spline shaft with respect to the induction heating coil Possible,
The stepped portion starts with the induction heating coil facing the axial portion that intersects the rising portion from the tooth bottom and extends substantially along the axial direction of the spline shaft. A low frequency supply step of supplying low frequency power alone to the induction heating coil;
A two-frequency supply step of combining the low-frequency power with the high-frequency power higher than the low-frequency power and supplying the high-frequency power to the induction heating coil,
The low-frequency supply step has a stationary time for placing the spline shaft and the induction heating coil in a stationary state in a state where the induction heating coil faces the axial direction portion or the rising portion, After this settling time, the spline shaft and the induction heating coil are relatively moved until at least the rising portion passes through the induction heating coil,
A heat treatment method for a spline shaft, wherein quenching is performed by continuously supplying a coolant to the portion of the spline shaft that has passed through the induction heating coil through the low frequency supply step and the dual frequency supply step. .
請求項1に記載のスプラインシャフトの熱処理方法において、
前記スプライン部が異形とされているスプラインシャフトを熱処理対象とする
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理方法。
In the heat processing method of the spline shaft of Claim 1,
A spline shaft heat treatment method, characterized in that a spline shaft having a spline portion having an irregular shape is a heat treatment target.
請求項1または2に記載のスプラインシャフトの熱処理方法において、
前記低周波供給工程は、前記2周波供給工程における前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度よりも低速で前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させる低速移動時間を有し、
前記低速移動時間は、前記誘導加熱コイルに対向する前記スプラインシャフトの位置が、前記立ち上がり部から前記スプライン部に移行するタイミングを含む
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理方法。
In the heat processing method of the spline shaft of Claim 1 or 2,
The low frequency supply step has a low speed movement time for relatively moving the spline shaft and the induction heating coil at a lower speed than the relative movement speed of the spline shaft and the induction heating coil in the two frequency supply step,
The low-speed moving time includes a timing at which the position of the spline shaft facing the induction heating coil shifts from the rising portion to the spline portion.
請求項1から3のいずれかに記載のスプラインシャフトの熱処理方法において、
前記低周波供給工程は、前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過した後の所定時間継続される
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理方法。
In the heat processing method of the spline shaft in any one of Claim 1 to 3,
The low-frequency supplying step is continued for a predetermined time after the rising portion has passed through the induction heating coil.
歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトを当該スプラインシャフトの周方向に沿って囲む誘導加熱コイルにより加熱する熱処理装置であって、
前記スプラインシャフトが前記誘導加熱コイルに対して前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルと前記スプラインシャフトとを相対移動可能とする移動装置と、
周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力を出力する低周波出力装置と、
前記低周波電力よりも高周波の高周波電力を出力する高周波出力装置と、
前記誘導加熱コイルを通過した前記スプラインシャフトの部位に冷却液を供給する冷却装置と、を備え、
前記誘導加熱コイルには、前記低周波電力が単独で、または、前記低周波電力と前記高周波電力とが合成されて供給され、
前記低周波出力装置は、前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部と前記誘導加熱コイルとが対向した状態から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部が前記誘導加熱コイルを通過するまで、前記低周波電力を出力し、
前記高周波出力装置は、前記立ち上がり部が前記誘導加熱コイルを通過した後から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部が前記誘導加熱コイルを通過するまで、前記高周波電力を出力し、
前記移動装置は、前記軸方向部または前記立ち上がり部に前記誘導加熱コイルが対向した状態で所定の定置時間、前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとを相対移動させずに定置状態とする
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理装置。
An induction heating coil that surrounds a spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom and a stepped portion that is continuous with the axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom along the circumferential direction of the spline shaft. A heat treatment apparatus for heating,
Relative movement of the induction heating coil and the spline shaft so that the spline shaft moves from the stepped portion side to the opposite side of the stepped portion along the axial direction of the spline shaft with respect to the induction heating coil A mobile device to enable;
A low-frequency output device that outputs low-frequency power out of two-frequency power having different frequencies;
A high-frequency output device that outputs high-frequency power that is higher in frequency than the low-frequency power;
A cooling device that supplies a cooling liquid to a portion of the spline shaft that has passed through the induction heating coil,
The induction heating coil is supplied with the low frequency power alone, or the low frequency power and the high frequency power are combined and supplied,
The low-frequency output device is configured so that the induction heating coil faces the axial portion that intersects the rising portion from the tooth bottom at the stepped portion and extends substantially along the axial direction of the spline shaft. Until the end on the opposite side of the step portion passes through the induction heating coil,
The high-frequency output device outputs the high-frequency power after the rising portion passes through the induction heating coil until the end of the spline shaft opposite to the stepped portion passes through the induction heating coil. ,
The moving device is in a stationary state without relative movement of the spline shaft and the induction heating coil for a predetermined stationary time with the induction heating coil facing the axial direction portion or the rising portion. Spline shaft heat treatment equipment.
請求項5に記載のスプラインシャフトの熱処理装置において、
前記スプライン部が異形とされているスプラインシャフトを熱処理対象とする
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理装置。
In the heat processing apparatus of the spline shaft of Claim 5,
A spline shaft heat treatment apparatus, characterized in that a spline shaft having a spline portion having an irregular shape is a heat treatment target.
請求項5または6に記載のスプラインシャフトの熱処理装置において、
前記移動装置は、前記誘導加熱コイルに対向する前記スプラインシャフトの位置が、前記立ち上がり部から前記スプライン部に移行するタイミングを含む所定の低速移動時間では、前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度をその他の時間における前記スプラインシャフトと前記誘導加熱コイルとの相対移動速度よりも低速にしている
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理装置。
The heat treatment apparatus for a spline shaft according to claim 5 or 6,
The moving device is configured such that the position of the spline shaft facing the induction heating coil is relative to the spline shaft and the induction heating coil during a predetermined low-speed moving time including a timing at which the rising portion shifts to the spline portion. A heat treatment apparatus for a spline shaft, wherein the movement speed is lower than the relative movement speed between the spline shaft and the induction heating coil at other times.
請求項5から7のいずれかに記載のスプラインシャフトの熱処理装置において、
前記冷却装置は、前記スプラインシャフトの軸方向に対して傾斜する方向から前記冷却液を噴射する
ことを特徴とするスプラインシャフトの熱処理装置。
In the heat processing apparatus of the spline shaft in any one of Claim 5 to 7,
The cooling apparatus sprays the cooling liquid from a direction inclined with respect to the axial direction of the spline shaft.
歯山および歯底を有するスプライン部と、このスプライン部の軸方向端部と連続し前記歯底から立ち上がる段差部と、を有するスプラインシャフトであって、
前記段差部側から前記スプラインシャフトの軸方向に沿って前記段差部とは反対側に移動するように、前記誘導加熱コイルに対して相対移動可能とされ、
前記誘導加熱コイルにより当該スプラインシャフトの周方向に沿って加熱され、かつ冷却されることによって焼入硬化層が形成され、
前記焼入硬化層は、
前記誘導加熱コイルに供給される周波数の異なる2周波の電力のうち低周波電力により、前記段差部において前記歯底からの立ち上がり部と交差し前記スプラインシャフトの軸方向にほぼ沿って延びる軸方向部から、前記スプラインシャフトの前記段差部とは反対側の端部まで、前記立ち上がり部および前記歯底の間の角隅部と、前記歯底とをそれぞれ含んで形成された低周波硬化パターンと、
前記低周波電力よりも高周波でありかつ前記低周波電力と合成されて前記誘導加熱コイルに供給される高周波電力により、前記スプライン部の軸方向一端部から他端部まで、前記歯山を含んで形成された2周波硬化パターンと、を有している
ことを特徴とするスプラインシャフト。
A spline shaft having a spline portion having a tooth crest and a tooth bottom, and a stepped portion that is continuous with an axial end portion of the spline portion and rises from the tooth bottom,
It is possible to move relative to the induction heating coil so as to move from the step portion side to the side opposite to the step portion along the axial direction of the spline shaft,
A quench-hardened layer is formed by being heated and cooled along the circumferential direction of the spline shaft by the induction heating coil,
The quench-hardened layer is
An axial portion extending substantially along the axial direction of the spline shaft by crossing the rising portion from the tooth bottom at the stepped portion due to the low frequency power of the two frequencies of different frequencies supplied to the induction heating coil. To the end of the spline shaft opposite to the stepped portion, the corner portion between the rising portion and the tooth bottom, and the low frequency curing pattern formed including the tooth bottom, respectively.
From the one end of the spline portion in the axial direction to the other end by the high-frequency power that is higher than the low-frequency power and is combined with the low-frequency power and supplied to the induction heating coil. A spline shaft, comprising: a formed dual-frequency curing pattern.
請求項9に記載のスプラインシャフトにおいて、
前記スプライン部は、異形とされている
ことを特徴とするスプラインシャフト。
The spline shaft according to claim 9,
The spline shaft is characterized in that the spline portion has an irregular shape.
請求項9または10に記載のスプラインシャフトにおいて、
前記段差部は、前記スプライン部の周方向全体に亘って、前記スプライン部の前記歯山と同等または同等以上の径で形成されている
ことを特徴とするスプラインシャフト。
The spline shaft according to claim 9 or 10,
The spline shaft is characterized in that the stepped portion is formed with a diameter equal to or greater than or equal to or equal to the tooth crest of the spline portion over the entire circumferential direction of the spline portion.
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