JP2015151556A - 熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備の複雑化を招くことなく、しかも、短時間にワークの複数箇所に熱処理を施すことができるようにする。【解決手段】ワーク１の一方側から他方側に通電してワーク１に熱処理を施す熱処理方法において、ワーク１の通電方向と直交する断面における図心Ａから変位した部位に、図心Ａから離れる方向に突出するように被熱処理部１０ａ，１０ａを設定し、その後、ワーク１に一方側から他方側に通電する。【選択図】図２

Description

本発明は、各種金属材に熱処理を施す熱処理方法に関するものである。

従来から、例えば金属材からなるワークに熱処理を施す際には、高周波焼入装置が用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の高周波焼入装置は、誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電源とを備えている。

誘導加熱コイルをワークに接近させた状態で高周波電流を流すことにより、ワーク上に高周波の誘導電流を生じさせ、この誘導電流による発熱を使用してワークを焼入れするようにしている。

特開２０１１−２３３３３９号公報

ところで、ワークの用途や形状等により、ワークの全体を熱処理する必要がない場合があり、その場合、ワークの一部のみ熱処理すればよく、こうすることで不要なエネルギ消費を抑制することが可能になる。

しかしながら、ワークの一部を熱処理する場合、そのワークの１箇所だけ熱処理すればよい場合や、複数箇所熱処理しなければならない場合がある。特許文献１の高周波焼入れ装置を用いてワークの複数箇所に熱処理を施そうとすると、その数と同じ数の誘導加熱コイルが必要になり、装置の構造が複雑化する。さらに、そのように複数の誘導加熱コイルに対してワークをセットする治具も構造が複雑化する。つまり、ワークの複数箇所に熱処理を施そうとすると、設備費の高騰を招くおそれがある。

このことに対して、熱処理を順に施すことが考えられるが、こうすると熱処理時間が長時間化してしまい、ひいてはコスト高につながるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設備の複雑化を招くことなく、しかも、短時間にワークの複数箇所に熱処理を施すことができるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ワークの通電方向と直交する断面における図心から変位した部位に、図心から離れる方向に突出するように被熱処理部を設定した後、ワークに通電するようにした。

第１の発明は、ワークの一方側から他方側に通電して該ワークに熱処理を施す熱処理方法において、
上記ワークの通電方向と直交する断面における図心から変位した部位に、図心から離れる方向に突出するように被熱処理部を複数設定し、
その後、上記ワークに一方側から他方側に通電することを特徴とするものである。

この構成によれば、ワークに一方側から他方側に通電すると、ワークの複数の被熱処理部が図心から変位して図心から離れる方向に突出しているので、表皮効果により、これら被熱処理部が略同じタイミングで発熱する。これにより、複数の誘導加熱コイルは不要になるとともに、治具の構造も簡素化することが可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記ワークは、一方側から他方側に延びる長尺状部材であり、
上記被熱処理部は、上記ワークの長手方向の所定範囲に亘って設定することを特徴とするものである。

この構成によれば、長尺状ワークの長手方向に通電されることになるので、長手方向の所定範囲に被熱処理部を設定した場合に、その被熱処理部の全体が略同じタイミングで発熱する。

第１の発明によれば、ワークの通電方向と直交する断面における図心から変位した部位に図心から離れる方向に突出するように被熱処理部を複数設定した後、ワークに通電するようにしたので、設備の複雑化を招くことなく、しかも、短時間にワークの複数箇所に熱処理を施すことができる。

第２の発明によれば、長尺状ワークの長手方向の所定範囲に亘って被熱処理部を設定した場合に被熱処理部の全体を短時間に熱処理することができる。

ワークの底面図である。 図１におけるII−II線断面図である。 熱処理装置を使用してワークに部分焼入れ処理を行っている状態を示す図である。 アンクランプ状態にある第１電極装置の側面図である。 クランプ状態にある第１電極装置の側面図である。 電圧、電流及び電力の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかる熱処理方法によって熱処理が施されるワーク１を示すものである。ワーク１は、自動車のトーションビーム型サスペンション装置の一構成部材としてのトーションビームであり、長尺管状をなしている。

このトーションビーム型サスペンション装置は、自動車の後輪懸架装置に用いられるものであり、トーションビーム１と、該トーションビーム１の両端部に固定され、車両前後方向に延びるアーム（図示せず）とを備えている。各アームの車両前端部にはブッシュ（図示せず）が設けられており、このブッシュを介して各アームが車体に対し上下方向に揺動可能に取り付けられるようになっている。一方、各アームの車両後端部には、車輪を支持する車輪支持部材（図示せず）が取り付けられている。また、アームには、スプリング（図示せず）を受けるスプリングサポート（図示せず）がそれぞれ設けられている。

上記ワーク１は、車幅方向に延びる管状に形成された中空部材である。ワーク１の素材は、一般構造用炭素鋼鋼管である。この鋼管の厚みは例えば２．９ｍｍに設定されている。

ワーク１の両端側の断面は略円形であり、この両端側が周方向全周に亘ってアームに溶接されている。一方、ワーク１の長手方向中間部の下面には、図２に示すように、上方へ窪む凹部１０が長手方向に連続して延びるように形成されている。この凹部１０は、素管を金型により押し潰すことによって形成されている。

後述するが、ワーク１には、熱処理時に長手方向に通電する。ワーク１の通電方向と直交する断面（長手方向と直交する断面）における図心は、図２に示すＡとなる。ワーク１の長手方向と直交する断面形状は、上記凹部１０の形成により、断面が下に開放する略Ｕ字または略Ｖ字に近い形状となり、これにより、ワーク１の図心Ａから変位した部位に図心Ａから離れる方向に突出してワーク１の長手方向に延びる一対の突条部１０ａ，１０ａが形成されることになる。これら突条部１０ａ，１０ａは、熱処理としての焼入れ処理を施す被熱処理部であり、互いに図心周りに離れている。

次に、熱処理装置２０について説明する。熱処理装置２０は、ワーク１に対して高周波電流を直接通電して加熱することができるように構成された直接通電式熱処理装置であり、第１及び第２電極装置２１，２２と、高周波電源２３と、高周波電源２３と第１電極装置２１を接続する第１導線２４と、高周波電源２３と第２電極装置２２を接続する第２導線２５とを備えている。

高周波電源２３は、ワーク１を焼入れ温度となるまで加熱することができる電流を該ワーク１に供給するように構成されており、図示しないが、電源部としてのインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御装置とを備えている。インバータ回路は制御装置から出力される制御信号によって動作する。高周波電源２３から供給される電流の大きさや周波数は任意に調整することが可能となっている。

図４及び図５に示すように、第１電極装置２１は、ワーク１をクランプした状態（図５に示すクランプ状態）とクランプしない状態（図４に示すアンクランプ状態）とに切り替えることができるように構成されており、クランプ状態で通電することができる。第２電極装置２２は第１電極装置２１と同様に構成されているので、以下、第１電極装置２１の構造について詳細に説明する。

第１電極装置２１は、４つの可動ユニット３０，３０，…を備えている。各可動ユニット３０は、シリンダ装置３１と、電極支持部材３２と、電極３３，３３とを備えている。シリンダ装置３１は、従来周知の空気圧や油圧等の動力源によって作動するものであり、シリンダ部３１ａと、シリンダ部３１ａから突出する進退可能なロッド３１ｂと、ロッド３１ｂの先端側を支持するサポート３１ｃとを備えている。シリンダ装置３１は、図示しない制御装置によって制御される。シリンダ装置３１は、ロッド３１ｂの進退方向がワーク１の径方向となるように配置された状態で、シリンダ部３１ａが熱処理装置２１の本体部分（図示せず）に固定されている。

電極支持部材３２は、金属製のブロックからなり、ロッド３１ｂの先端部に固定されている。電極支持部材３２は、ロッド３１ｂの進退によってワーク１の外周面に対して接離する方向に移動するようになっている。電極支持部材３２におけるワーク１と対向する面は、ワーク１の外周面のうち、周方向の約１／４の範囲を覆う大きさとされ、ワーク１の外周面の形状に対応して湾曲形成されている。また、電極支持部材３２におけるワーク１と対向する面には、電極３３，３３が取り付けられている。電極３３，３３には、第１導線２４が接続されている。尚、第２電極装置２２の電極（図示せず）には第２導線２５が接続されている。

４つの可動ユニット３０，３０，…は、ワーク１の外周面を囲むように配置されている。図５に示すように、可動ユニット３０，３０，…のロッド３１ｂを進出させると、４つの電極支持部材３２がワーク１の外周面に対し四方から接触し、これにより、ワーク１が４つの可動ユニット３０，３０，…によってクランプ状態となる。このとき、各電極３３がワーク１の外周面に接触して導通可能な状態となる。

一方、図４に示すように、可動ユニット３０，３０，…のロッド３１ｂを後退させると、４つの電極支持部材３２がワーク１の外周面から離れてアンクランプ状態となる。

次に、上記のように構成された熱処理装置２０を用いてワーク１に部分焼入れ処理を行う場合について説明する。

まず、素管をプレス成形してワーク１を得る。このプレス成形によって凹部１０が形成され、これと同時に被熱処理部としての突条部１０ａ，１０ａがワーク１に設定される。

その後、ワーク１を熱処理装置２０にセットする。すなわち、第１電極装置２１及び第２電極装置２２をアンクランプ状態にしておき、ワーク１を所定位置に配置する。その後、第１電極装置２１及び第２電極装置２２をクランプ状態にすることで、電極３３がワーク１の外周面に接触してワーク１の長手方向両側が第１電極装置２１及び第２電極装置２２にクランプされる。

上記のようにしてワーク１をセットした後、熱処理装置２０を操作して所定の電流値、所定の周波数に設定する。その後、通電を開始すると電流がワーク１の長手方向一方側から他方側に流れる。このときの電圧、電流、電力の経時変化を図６に示す。電力の上限は２００ｋＷとしている。通電開始から３０秒くらいまでは電圧が徐々に低下していく。その後、電圧を上昇させるとともに、電流を低下させていくが、電圧の上限は５５０Ｖとする。

このとき、ワーク１の突条部１０ａ，１０ａが、ワーク１の通電方向と直交する断面における図心Ａから変位した部位に形成されていて、図心Ａから離れる方向に突出しているので、表皮効果によって大部分の電流が突条部１０ａ，１０ａに流れる。電流が集中的に流れる範囲を図２に破線で囲んで示す。突条部１０ａ，１０ａを通電方向にほぼ一様に加熱することが可能になる。

これにより、突条部１０ａ，１０ａの温度上昇速度が中間部分の温度上昇速度に比べて大幅に高まり、突条部１０ａ，１０ａの温度が焼入れ温度に素早く達する。突条部１０ａ、１０ａが焼入れ温度に達した後、通電を遮断し、その後、冷却する。

以上のように、この実施形態では、ワーク１の互いに離れた突条部１０ａ，１０ａを被熱処理部とする場合に、突条部１０ａ，１０ａを、ワーク１の通電方向と直交する断面における図心Ａから変位した部位に形成したことで、ワーク１の長手方向に通電するだけで、両突条部１０ａ，１０ａに焼入れ処理を施すことができる。これにより、複数の誘導加熱コイルは不要になるとともに、治具の構造も簡素化することができる。その結果、設備の複雑化を招くことなく、しかも、短時間にワーク１の複数箇所に熱処理を施すことができる。

また、本実施形態では、ワーク１の長手方向の所定範囲に亘って突条部１０ａ，１０ａを設定しており、この場合にワーク１の長手方向に通電するようにしているので、突条部１０ａ，１０ａの全体を短時間に熱処理することができる。

また、ワーク１の断面形状は上記した形状に限られるものではなく、断面が多角形状や楕円形であってもよい。

また、上記実施形態では、管状部材がワーク１である場合について説明しているが、ワーク１としては管状部材に限られるものではなく、板材をＵ字やＶ字状断面を有するように成形してなるワークであってもよいし、ハット型断面を有するように成形してなるワークであってもよい。

また、被熱処理部の数も２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。

以上説明したように、本発明にかかる熱処理方法は、例えば、自動車のサスペンション装置を構成する部材に焼入れ処理を施す場合に使用できる。

１ ワーク
１０ 凹部
１０ａ 突条部（被熱処理部）
２０ 熱処理装置
２１ 第１電極装置
２２ 第２電極装置
２３ 高周波電源
２４ 第１導線
２５ 第２導線

Claims (2)

1. ワークの一方側から他方側に通電して該ワークに熱処理を施す熱処理方法において、
   上記ワークの通電方向と直交する断面における図心から変位した部位に、図心から離れる方向に突出するように被熱処理部を複数設定し、
   その後、上記ワークに一方側から他方側に通電することを特徴とする熱処理方法。
2. 請求項１に記載の熱処理方法において、
   上記ワークは、一方側から他方側に延びる長尺状部材であり、
   上記被熱処理部は、上記ワークの長手方向の所定範囲に亘って設定することを特徴とする熱処理方法。

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