JP2011190510A - 通電加熱方法及び通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの背面と歯面の焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ると共に、背面と歯面に高精度な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることが可能な通電加熱方法及び通電加熱装置を提供する。
【解決手段】切替手段を背面側に切り替えて、支持手段で支持されたワークの背面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第１接触子を接触させ該接触子に電源装置から背面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して背面を通電加熱するステップと、該ステップ後に切替手段を歯面側に切り替えて、ワークの歯面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第２接触子を接触させ該接触子に電源装置から歯面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して歯面を通電加熱するステップと、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリング用ラックバー等のワークの背面と歯面を、通電加熱により焼入れしたり焼き戻しする際に使用される通電加熱方法及び通電加熱装置に関する。

従来、この種の通電加熱装置としては、例えば特許文献１に開示されている。この通電加熱装置は、ラックバーの長手方向に沿って加熱範囲内で対向配置された一対の通電電極（接触子）と、該通電電極に所定周波数の電流を供給する電源装置を備え、通電電極の対向方向の略中間位置から該対向方向と略直交する水平方向に延設された端子部を介して、前記電源装置から通電電極に所定の電流を供給し、ラックバーの歯面等を通電加熱して焼入れするようにしたものである。

特許第４２３２９７３号公報

しかしながら、このような通電加熱装置にあっては、一対の接触子をラックバーの歯面と背面のいずれかに接触させつつ、歯面や背面にそれぞれ対応した所定周波数で所定出力の電流を供給することにより、ラックバーの歯面もしくは背面を通電加熱して焼入れするようになっていることから、ラックバーの背面の焼入れ後に続けて歯面を焼入れすることができない。そのため、ワックバーの背面と歯面の焼入れや焼き戻しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができず、作業能率が劣ると共に、ラックバーの背面や歯面に良好な焼入れや焼鈍し品質を得ることが難しいという問題点を有している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワークの背面と歯面の焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ると共に、背面と歯面に高精度な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることが可能な通電加熱方法及び通電加熱装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、切替手段を背面側に切り替えて、支持手段で支持されたワークの背面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第１接触子を接触させ該接触子に電源装置から背面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して背面を通電加熱するステップと、該ステップ後に前記切替手段を歯面側に切り替えて、前記ワークの歯面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第２接触子を接触させ該接触子に前記電源装置から歯面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して歯面を通電加熱するステップと、を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記背面の通電加熱後及び前記歯面の通電加熱後に、前記各接触子間に配置された冷却手段から前記背面及び歯面に向けて冷却水を噴射するステップを備えることを特徴とする。さらに、請求項３に記載の発明は、前記切替手段の切り替え後に、前記各接触子に供給される電流の周波数と電力の少なくとも一方を調整するステップを備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、支持手段で支持されたワークの背面及び歯面の長手方向加熱範囲両端部に接触可能な一対の第１接触子及び第２接触子と、該各接触子間に配置された一対の冷却手段と、前記第１接触子及び第２接触子に切替手段を介して所定の電流を供給する電源装置と、該電源装置、前記冷却手段及び前記切替手段を制御する制御手段と、を備えた通電加熱装置であって、前記制御手段は、前記切替手段を背面側と歯面側に択一的に切り替えると共に、該切替手段の切替状態に応じて前記第１接触子と第２接触子のいずれかに前記電源装置から背面用と歯面用の所定の周波数及び出力の電流を供給することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記電源装置が複数のインバータ回路を有するか、もしくは周波数と出力の少なくとも一方を調整可能な一つのインバータ回路を有することを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、切替手段を背面側に切り替えてワークの背面を通電加熱するステップと、このステップ後に切替手段を歯面側に切り替えてワークの歯面を通電加熱するステップを備えるため、ワークの背面と歯面の焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ることができると共に、背面と歯面に良好な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、背面の通電加熱後及び歯面の通電加熱後に、各接触子間に配置された冷却手段から背面及び歯面に向けて冷却水を噴射するステップを備えるため、冷却水でワークの背面と歯面の焼入れを能率的に行うことができると共に、背面と歯面に高精度な焼入れ品質を容易に得ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、切替手段の切り替え後に、各接触子に供給される電流の周波数と出力の少なくとも一方を調整するステップを備えるため、ワークの背面と歯面の焼入れ条件を自動的に切り替えることができて、背面と歯面の焼入れや焼鈍しをより一層能率的に行うこと等ができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、制御手段により、切替手段を背面側と歯面側に択一的に切り替えると共に、この切替手段の切替状態に応じて第１接触子と第２接触子のいずれかに電源装置から背面用と歯面用の所定の周波数で出力の電流を供給するため、請求項１に記載の発明と同様に、ワークの背面と歯面の焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ることができると共に、背面と歯面に高精度な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、電源装置が複数のインバータ回路を有するか、もしくは周波数と出力の少なくとも一方を調整可能な一つのインバータ回路を有するため、ワークの背面もしくは歯面に適した電流を各インバータ回路から各接触子に確実かつ安定供給できて、作業能率や焼入れ品質等を一層向上させることができる。

本発明に係わる通電加熱装置の概略構成図 同その接触子を接触状態を示す断面図 同接触子の他の接触状態を示す正面図及びＢ−Ｂ線矢視図 同冷却ジャケットの説明図 同切替器及びインバータ回路の説明図 同切替器及びインバータ回路の他の例の説明図 同焼入れ方法の一例を示す工程図

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図７は、本発明に係わる通電加熱装置をラックバーの焼入れに適用した場合の一実施形態を示している。図１に示すように、本発明の通電加熱装置１が適用されるラックバー（ワークＷという）は、軸線に対して所定角度をなす斜歯を有する歯面Ｗｂと、この歯面Ｗｂと反対側の半円弧面からなる背面Ｗａで形成されている。

そして、通電加熱装置１は、前記ワークＷの両端部を支持する支持手段としての左右のチャック２ａ、２ｂと、このチャック２ａ、２ｂを矢印イの如く移動させてワークＷをチャックもしくはアンチャックするモータ等からなるチャック駆動部３と、ワークＷの背面Ｗａの長手方向加熱範囲両端部に配置された銅板等からなる一対の第１接触子４ａ、４ｂと、ワークＷの歯面Ｗｂの長手方向加熱範囲両端部に配置された銅板等からなる１対の第２接触子４ｃ、４ｄを備えている。

また、前記第１接触子４ａ、４ｂには、接触子駆動部５ａが接続されて、各接触子４ａ、４ｂが同時に図１の矢印ロの如く進退すると共、切替手段として切替器６の一方の出力端子が接続されている。また、前記第２接触子４ｃ、４ｄには、接触子駆動部５ｂが接続されて、各接触子４ｃ、４ｄが同時に矢印ハの如く進退すると共に、前記切替器６の他方の出力端子が接続されている。また、前記第１接触子４ａ、４ｂ間及び第２接触子４ｃ、４ｄ間には、冷却手段としての冷却ジャケット７ａ及び冷却ジャケット７ｂが配置され、この冷却ジャケット７ａには開閉バルブ等からなるジャケット駆動部８ａが接続され、冷却ジャケット７ｂには同様のバルブ等からなるジャケット駆動部８ｂが接続されている。

さらに、前記切替器６は、その入力側に電源装置としてのインバータ回路９が接続されると共に、マイコンやシーケンサー等を有する制御部１０が接続されている。このとき、切替器６は、図５に示すように、共通接点６ａと常閉接点６ｂ、常開接点６ｃ及び駆動部６ｄを有する電磁開閉器や専用の切替器で構成され、共通接点６ａがインバータ回路９に接続され、常閉接点６ｂが第１接触子４ａ、４ｂに接続されると共に、常開接点６ｃが第２接触子４ｃ、４ｄに接続されている。なお、図１に示すように、前記制御部１０は、切替器６の他に、インバータ回路９、チャック駆動部３、接触子駆動部５ａ、５ｂ、ジャケット駆動部８ａ、８ｂがそれぞれ接続され、また、前記各ジャケット駆動部８ａ、８ｂには、冷却水タンクや水道配管等の冷却水供給部１１が接続されている。

前記第１接触子４ａ、４ｂ及び第２接触子４ｃ、４ｄは、図２に示すように、その接触面に半円弧形状の凹部１２を有し、この凹部１２がワークＷの円弧形状の外周面の一部に密に接触（密着）するようになっている。このとき、第１接触子４ａ、４ｂは、ワークＷの背面Ｗａに例えば上方から接触し、第２接触子４ｃ、４ｄは、ワークＷの歯面Ｗｂの長手方向加熱範囲両端部の非歯面（後述する溝以外の部分）に、例えば下方から接触するようになっている。

なお、前記第２接触子４ｃ、４ｄは、図２に示した形態に限定されず、例えば図３に示すように、その接触面が歯面Ｗｂの長手方向加熱範囲両端部の最初の溝（谷）Ｗｃ内に接触するようにしても良い。また、第１接触子４ａ、４ｂ及び第２接触子４ｃ、４ｄは、一対の接触子のうち、一方の接触子４ｂ、４ｄが図３（ａ）の矢印ニの如く移動可能に配設されて、歯面Ｗｂや背面Ｗａの長さＬに対応できるように構成することもでき、この構成は、図２に示す形態の各接触子４ａ〜４ｄにも適用することができる。このように、接触子４ａ〜４ｄの形態は、ワークＷの背面Ｗａや歯面Ｗｂの大きさや溝Ｗｃの深さ等の形状に応じて、適宜形状の接触線や所定幅の接触面を有するものを使用できる。

前記冷却ジャケット７ａ、７ｂは、図４に示すように、内部に冷却水流路１３ａが形成されたジャケット本体１３を有し、このジャケット本体１３のワークＷの歯面Ｗｂもしくは背面Ｗａと対向する上面もしくは下面には、多数の噴射孔１３ｂが形成されている。このとき、歯面Ｗｂ側の冷却ジャケット７ｂの噴射孔１３ｂは、歯面Ｗｂの斜歯に沿って斜め方向に形成されている。そして、ジャケット本体１３の冷却水流路１３ａに前記ジャケット駆動部８ａ、８ｂが作動することにより、前記冷却水供給部１１から冷却水が供給され、噴射孔１３ｂから矢印ホの如くワークＷの歯面Ｗｂ（もしくは背面Ｗａ）に向けて噴射されるようになっている。

前記インバータ回路９は、半導体スイッチング素子を使用したインバータ回路で構成され、所定周波数（例えば６０〜１００Ｈｚ）で、所定出力（例えば１００〜１５０ＫＷ）の交流電流をその出力端子から前記切替器６に出力するようになっている。このインバータ回路９は、図５に示すように、その内部に、前記各接触子４ａ〜４ｄに供給する電流の周波数や出力及び時間を調整可能な出力調整部１４を有しており、前記制御部１０からの制御信号により出力調整部１４が調整されて、例えば背面焼入れ用の電流と歯面焼入れ用の電流の例えば２種類の電流が出力されるようになっている。

なお、電源装置としてのインバータ回路９の構成は、図５に限定されず、例えば図６に示すように、インバータ回路９が、背面焼入れ用の第インバータ回路９ａと、歯面焼入れ用の第２インバータ回路９ｂを有し、この各インバータ回路９ａ、９ｂの出力端子を切替器６の共通端子６ａに接続するようにしても良い。この場合、第１インバータ回路９ａと第２インバータ回路９ｂは、制御部１０の制御信号により択一的に作動状態とされるが、切替器６の構成を、一入力・二出力の切り替えではなく、二入力・二出力の切り替えとすることにより、両インバータ回路９ａ、９ｂを共に動作状態とすることもできる。このように構成すれば、各インバータ回路９ａ、９ｂから第１接触子４ａ、４ｂと第２接触子４ｃ、４ｄに所定の（専用の）電流が供給されることになる。また、この場合、第１インバータ回路９ａと第２インバータ回路９ｂに前記出力調整部１４を設けるようにして、背面焼入れ用や歯面焼入れ用の電流を決め細かに制御するようにしても良い。

次に、前記通電加熱装置１を使用したワークＷの焼入れ作業の一例を図７の工程図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、電源装置としてのインバータ回路９が図５に示す如く構成されているものとする。先ず、前記ワークＷを左右のチャック２ａ、２ｂでチャック（Ｋ０１）し、前記接触子駆動部５ａ、５ｂを作動させて、第１接触子４ａ、４ｂと第２接触子４ｃ、４ｄをワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂに対して前進（Ｋ０２）させて、第１接触子４ａ、４ｂをワークＷの背面Ｗａの長手方向加熱範囲両端部に接触させると共に、第２接触子４ｃ、４ｄをワークＷの歯面Ｗｂの長手方向加熱範囲両端部に接触させる。

この状態で、制御部１０の制御信号により切替器６の駆動部６ｄを作動させ、該切替器６を背面側に切り替え（Ｋ０３）る。そして、この状態で、制御部１０の制御信号により、前記出力調整部１４を調整して、背面焼入れ用の電流を第１接触子４ａ、４ｂに所定時間供給して背面Ｗａを通電加熱（Ｋ０４）し、この通電加熱が終了すると略同時に、制御部１０の制御信号によりジャケット駆動部８ａを所定時間作動させて冷却ジャケット７ａから冷却水を噴射して、加熱された背面Ｗａを冷却（Ｋ０５）する。この所定時間の加熱及び冷却により、ワークＷの背面Ｗａが焼入れされる。

次に、ワークＷの背面Ｗａが焼入れされたら、制御部１０の制御信号により切替器６を歯面Ｗｂ側に切り替え（Ｋ０６）、この状態で制御部１０の制御信号によりインバータ回路９の出力調整部１４を調整して、歯面焼入れ用の電流を第２接触子４ｃ、４ｄに所定時間供給して歯面Ｗｂを通電加熱（Ｋ０７）し、この通電加熱が終了すると略同時に、制御部１０の制御信号によりジャケット駆動部８ｂを所定時間作動させて冷却ジャケット７ｂから冷却水を噴射して、加熱された歯面Ｗｂを冷却（Ｋ０８）する。

この所定時間の加熱及び冷却により、ワークＷの歯面Ｗｂが焼入れされる。この歯面Ｗｂの焼入れが終了したら、前記接触子駆動部５ａ、５ｂを作動させて、各接触子４ａ〜４ｄを後退（Ｋ０９）させ、各接触子４ａ〜４ｄとワークＷの接触状態を解除する。その後、制御部１０の制御信号によりチャック駆動部３を作動させ、チャック２ａ、２ｂを後退させて、ワークＷをアッチャック（Ｋ１０）し、左右のチャック２ａ、２ｂからワークＷを取り出すことにより、一連の焼入れ作業が終了する。つまり、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れが、制御部１０の制御信号により、ワークＷをセットしたままの状態において、略連続した１サイクルの工程で行えることになる。

なお、以上の焼入れ方法は、一例であって、例えば工程Ｋ０２における接触子４ａ〜４ｄの前進を第１接触子４ａ、４ｂのみとし、工程Ｋ０６の後に第２接触子４ｃ、４ｄを前進させる等、第１接触子４ａ、４ｂと第２接触子４ｃ、４ｄを個別に動作可能としても良い。また、図７においては、ワークＷの背面Ｗａや歯面Ｗｂを焼入れする場合について説明したが、これらを焼き戻しする場合には、工程Ｋ０５、Ｋ０８の冷却工程を省略すれば良い。さらに、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗａを同一の通電状態で加熱する場合は、インバータ回路９の出力調整部１４を調整することなく、一定出力の電流を各接触子４ａ〜４ｄに供給するようにすれば良い。

このように、前記通電加熱装置１によれば、制御部１０により、切替器６を背面側と歯面側に択一的に切り替えると共に、この切替器６の切替状態に応じて第１接触子４ａ、４ｂと第２接触子４ｃ、４ｄのいずれかにインバータ回路９から所定の周波数で出力の電流を所定時間供給するため、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ることができると共に、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂに高精度な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることができる。

また、電源装置としてのインバータ回路９を、周波数と出力を調整可能な一つのインバータ回路で構成すれば、制御部１０により出力調整部１４を介して背面用の電流と歯面用の電流をそれぞれ出力することができ、インバータ回路９の構成を簡略化して、通電加熱装置１を安価に形成することができる。また、インバータ回路９を、背面用と歯面用の専用の２つのインバータ回路９ａ、９ｂで構成すれば、ワークＷの背面Ｗａや歯面Ｗｂに所定の電流を確実に安定供給できると共に、制御部１０による制御を簡略化することができる。

さらに、第１接触子４ａ、４ｂ及び第２接触子４ｃ、４ｄに半円弧形状の凹部１２を設けるように構成すれば、各接触子４ａ〜４ｄをワークＷの背面Ｗａや歯面Ｗｂの非歯部に密着できて、通電状態を安定化させ、通電時のスパーク等の発生を抑えて、ワークＷの歯面Ｗｂや背面Ｗａに一層高精度な焼入れや焼き戻し品質を容易に得ることができる。また、第２接触子４ｃ、４ｄが、ワークＷの歯面Ｗｂの溝Ｗｃ内に接触するように構成すれば、第２接触子４ｃ、４ｄとワークＷの歯面Ｗｂとの位置決めが確実となり、通電時の第２接触子４ｃ、４ｄの動き等を確実に規制して、通電状態を安定化させ、ワークＷの歯面Ｗｂに高精度な焼入れや焼き戻し品質を容易に得ることができる。

また、本発明の通電加熱方法によれば、切替器６を背面側に切り替えてワークＷの背面Ｗａを通電加熱する工程と、この工程後に切替器６を歯面側に切り替えてワークＷの歯面Ｗｂを通電加熱する工程を備えるため、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れや焼鈍しを略連続した一つの作業サイクル内で行うことができて、焼入れや焼鈍し作業の能率向上を図ることができると共に、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂに良好な焼入れや焼鈍し品質を容易に得ることができる。

また、背面Ｗａの通電加熱後及び歯面Ｗｂの通電加熱後に、各接触子４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄ間に配置された冷却ジャケット７ａ及び冷却ジャケット７ｂから背面Ｗａ及び歯面Ｗｂに向けて冷却水を噴射する工程を備えるため、冷却水でワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れを能率的に行うことができると共に、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂに高精度な焼入れ品質を容易に得ることができる。さらに、切替器６の切り替え時に、インバータ回路９から出力される電流の周波数と出力の少なくとも一方を調整する工程Ｋ０４、Ｋ０７を備えるため、ワークＷの背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れ条件等を自動的に切り替えることができて、背面Ｗａと歯面Ｗｂの焼入れや焼鈍しをより一層能率的に行うこと等ができる。

なお、前記実施形態における、各接触子４ａ〜４ｄの形態やワークＷへの接触位置、冷却ジャケット７ａ、７ｂの形態、インバータ回路９から出力される電流の周波数等は一例であって、例えばワークＷの背面Ｗａ側と歯面Ｗｂ側の接触子４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄの形態を異ならせる等、ワークＷの形態に応じて適宜に変更することができる。

本発明は、ワークとしてラックバーに限定されず、歯面等の焼入れ焼鈍し面と、これと反対の面に焼入れや焼き戻しを必要とする背面を有する各種ワークにも利用できる。

１・・・通電加熱装置、２ａ、２ｂ・・・チャック、３・・・チャック駆動部、４ａ、４ｂ・・・第１接触子、４ｂ、４ｄ・・・第２接触子、５ａ、５ｂ・・・接触子駆動部、６・・・切替器、７ａ、７ｂ・・・冷却ジャケット、８ａ、８ｂ・・・ジャケット駆動部、９・・・インバータ回路、９ａ・・・第１インバータ回路、９ｂ・・・第２インバータ回路、１０・・・制御部、１１・・・冷却水供給部、１２・・・凹部、１３・・・ジャケット本体、１３ａ・・・冷却水流路、１３ｂ・・・噴射孔、１４・・・出力調整部、Ｗ・・・ワーク（ラックバー）、Ｗａ・・・背面、Ｗｂ・・・歯面、Ｗｃ・・・溝（谷）。

Claims (5)

1. 切替手段を背面側に切り替えて、支持手段で支持されたワークの背面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第１接触子を接触させ該接触子に電源装置から背面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して背面を通電加熱するステップと、該ステップ後に前記切替手段を歯面側に切り替えて、前記ワークの歯面の長手方向加熱範囲両端部に一対の第２接触子を接触させ該接触子に前記電源装置から歯面用の所定の周波数及び出力の電流を供給して歯面を通電加熱するステップと、を備えることを特徴とする通電加熱方法。
2. 前記背面の通電加熱後及び前記歯面の通電加熱後に、前記各接触子間に配置された冷却手段から前記背面及び歯面に向けて冷却水を噴射するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の通電加熱方法。
3. 前記切替手段の切り替え後に、前記各接触子に供給される電流の周波数と電力の少なくとも一方を調整するステップを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の通電加熱方法。
4. 支持手段で支持されたワークの背面及び歯面の長手方向加熱範囲両端部に接触可能な一対の第１接触子及び第２接触子と、該各接触子間に配置された一対の冷却手段と、前記第１接触子及び第２接触子に切替手段を介して所定の電流を供給する電源装置と、該電源装置、前記冷却手段及び前記切替手段を制御する制御手段と、を備えた通電加熱装置であって、
   前記制御手段は、前記切替手段を背面側と歯面側に択一的に切り替えると共に、該切替手段の切替状態に応じて前記第１接触子と第２接触子のいずれかに前記電源装置から背面用と歯面用の所定の周波数及び出力の電流を供給することを特徴とする通電線加熱装置。
5. 前記電源装置が複数のインバータ回路を有するか、もしくは周波数と出力の少なくとも一方を調整可能な一つのインバータ回路を有することを特徴とする請求項４に記載の通電加熱装置。

Images