JP4100758B2

JP4100758B2 - 不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置

Info

Publication number: JP4100758B2
Application number: JP07390498A
Authority: JP
Inventors: 幸弘岩崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11269551A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願の発明は、不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置に関し、特に少ない不活性ガス供給量でチャンバー内を効率よく低酸素状態にして、焼入れ面の面粗度の低下を図った不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置は、図７および図８に図示されているように、横断面矩形の直方体形状のチャンバー02の天井壁03および底壁04を貫通して、長軸ワーク05が、その軸方向に移動できるようにされており、該チャンバー02内の下方部分には、高周波コイル06が、該長軸ワーク05を囲んで設けられている。
【０００３】
そして、チャンバー02内に不活性ガス（Ｎ₂ガス）を供給する２本の噴射ノズル07ａ、07b が、該チャンバー02の高さ方向略中央部で、横断面矩形の対角線上の両隅部に近い対面する２壁08a 、08c の点対称の位置に取り付けられ、不活性ガスが、これら２本の噴射ノズル07ａ、07b により、対面する残りの２壁08b 、08d の内壁面に沿って反対方向に噴射されている。
【０００４】
また、チャンバー02の直下には、冷却手段が設けられ、該冷却手段から供給された冷却水が、高周波コイル06により加熱された長軸ワーク05の所定部分を冷却して、焼入れが行なわれるようになっている。
前記冷却手段は、長軸ワーク05を囲む環状の冷却水ジャケット011 を備えており、該冷却水ジャケット011 の内周壁011aには、多数の冷却水噴射孔が形成されている。
【０００５】
従来の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置01は、前記のように構成されているので、２本の噴射ノズル07ａ、07b によりチャンバー02内に噴射された不活性ガスは、これらの噴射ノズル07ａ、07b が設けられた高さ位置において、旋回流を生成しつつ、上下方向に拡散して、チャンバー02内の空気を、長軸ワーク05がチャンバー02の天井壁03および底壁04を貫通する部分の間隙から外部に放出して、チャンバー02内を漸次低酸素状態にして、低酸化焼入れが行なわれ、焼入れ面の面粗度の低下が図られている。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置01においては、チャンバー02内に噴射される不活性ガスの流速が速いため、生成された旋回流によりチャンバー02内が攪拌されてしまい、その負圧領域にチャンバー02外から空気が吸い込まれる現象すら生じて、チャンバー02内の酸素濃度を下げるのに時間を要していた。また、チャンバー02から完全に空気を追い出してしまうまでに、多量の不活性ガスが消費されていた。このため、十分な低酸化焼入れが行なわれず、焼入れ面の面粗度の低下を図るのが容易ではなかった。
【０００７】
本願の発明は、不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置において、少ない不活性ガスの供給量でチャンバー内を迅速に低酸素状態にして、焼入れ面の面粗度の低下を図ることができる不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置に係り、その請求項１に記載された発明は、不活性ガス雰囲気下で長軸ワークの焼入れを必要とする部分を高周波加熱して、移動焼入れを行なう不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置において、チャンバーが設けられ、該チャンバー内を、前記長軸ワークが、その軸方向に移動できるようにされており、該チャンバー内の下方部分に、高周波コイルが、前記長軸ワークを囲んで設けられ、該チャンバー内に、前記不活性ガスを前記長軸ワークの側方から該長軸ワークに向けて供給する不活性ガス誘導部材が、該チャンバーの長さ方向の全長にわたって設けられ、該チャンバーの直下に、前記高周波コイルにより加熱された前記長軸ワークの焼入れを必要とする部分を冷却する冷却手段が設けられ、前記不活性ガス誘導部材は、多数のガス噴射孔を有する多孔板であることを特徴とする不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置である。
【０００９】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、チャンバー内には、不活性ガスを長軸ワークの側方から該長軸ワークに向けて供給する不活性ガス誘導部材が、該チャンバーの長さ方向の全長にわたって設けられている。このため、チャンバー内に導入された不活性ガスは、不活性ガス誘導部材により、チャンバーの長さ方向の全長にわたって導かれて、長軸ワークの側方から該長軸ワークに向けて供給される。
【００１０】
このとき、不活性ガスは、不活性ガス誘導部材に衝突して、その流速が低下しており、このように流速が低下した不活性ガスが、不活性ガス誘導部材を通じて均一な多層の流れとなって、長軸ワークに向けて供給されるので、チャンバー内の空気は、迅速にチャンバー外に排出されて、不活性ガスと置換される。したがって、少量の不活性ガスにより、チャンバー内を迅速に低酸素状態にすることができ、長軸ワークの十分な低酸化焼入れが可能になり、焼入れ面の面粗度が低下して、品質のよい低酸化高周波焼入れ品が得られる。
【００１１】
また、請求項１記載のように構成することにより、不活性ガス供給部材は、多数のガス噴射孔を有する多孔板とされるので、前記のような作用を奏する不活性ガス供給部材の構造を簡単にして、これを容易に形成することができる。
【００１２】
また、請求項２記載のように請求項１記載の発明を構成することにより、多孔板は、長軸ワークと同心の円筒形状に形成されるので、チャンバー内に導入された不活性ガスは、該円筒形状多孔板に衝突して、チャンバーの長さ方向および周方向に導かれ、その流速がさらに低下する。そして、このように流速がさらに低下した不活性ガスが、円筒形状多孔板を通じてさらに均一な多層の流れとなって、長軸ワークに向けて供給されるので、チャンバー内の空気は、さらに迅速にチャンバー外に排出されて、不活性ガスと置換される。これにより、長軸ワークのさらに十分な低酸化焼入れが可能になり、焼入れ面の面粗度がさらに低下して、さらに品質のよい低酸化高周波焼入れ品が得られる。
【００１３】
さらに、請求項３記載のように請求項１または請求項２に記載の発明を構成することにより、冷却手段は、長軸ワークを囲む環状の冷却水ジャケットを備え、該冷却水ジャケットの内周壁は、下方に拡径するテーパ状に形成されて、冷却水を斜め下方に向けて噴射する多数の噴射孔を有している。このため、長軸ワークへの冷却水の供給が円滑に行なわれて、長軸ワークの焼入れ部を効果的に冷却することができる。また、噴射冷却水が形成する水膜により、長軸ワークがチャンバーの底壁を貫通する部分の隙間から空気が侵入するのを効果的に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、先ず、図１ないし図４に図示される本願の請求項１および請求項３に記載された発明の一実施形態（実施形態１）について説明する。
図１は、本実施形態１における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置の概略縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した横断面図、図３は、チャンバー内の部分斜視図、図４は、本実施形態１における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置により得られた焼入れ品の面粗度を、従来の装置により得られた焼入れ品の面粗度と比較して示した線図である。
【００１５】
図１〜図３において、本実施形態１における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置１は、横断面矩形の直方体形状のチャンバー２の天井壁３および底壁４を貫通して、長軸ワーク５が、その軸方向に移動できるようにされており、該チャンバー２内の下方部分には、円筒状の高周波コイル６が、該長軸ワーク５を囲んで設けられている。
【００１６】
長軸ワーク５は、本実施形態１においては、電動式パワーステアリング装置に使用されるラックシャフトであり、該ラックシャフトには、ラックと反対側に、シャフトスクリュが転造により形成されており、該シャフトスクリュの転造面が、本高周波焼入れ装置１により焼入れされている。なお、該シャフトスクリュには、ボールスクリュが嵌合されて、該ボールスクリュを介して操舵補助力が電動機よりラックシャフトに伝達される。
【００１７】
チャンバー２内に不活性ガス（Ｎ₂ガス）を供給する２本の噴射ノズル７a および７b は、該チャンバー２の高さ方向略中央部で、横断面矩形の対角線上の両隅部に近い対面する２壁８a 、８c の点対称の位置に取り付けられ、不活性ガスが、これら２本の噴射ノズル７a 、７b により、対面する他の２壁８b 、８d の内壁面に沿って反対方向に噴射されている。
【００１８】
ここで、前記チャンバー２の横断面矩形の対角線上の両隅部には、２本の噴射ノズル７a 、７b の噴射口に対面させて、多孔板９a 、９b （不活性ガス誘導部材）が、チャンバー２の長さ方向（長軸ワーク５の軸方向）に指向してその全長にわたって取り付けられており、これらの多孔板９a 、９b と壁面８a 、８b および壁面８c 、８d とにより、横断面三角形状の細長い空間10a 、10b がそれぞれ形成されている。
【００１９】
したがって、噴射ノズル７a 、７b より噴射された不活性ガスは、これらの多孔板９a 、９b に衝突して、次いで、これらの多孔板９a 、９b に誘導されて、空間10a 、10b 内を上下方向に流れ、この間にその流速を低下させつつ、多孔板９a 、９b の噴射孔９e 、９f より、長軸ワーク５に向けて噴射される。
【００２０】
したがって、不活性ガスは、長軸ワーク５のチャンバー２内にある部分の全長にわたって、多孔板９a 、９b の噴射孔９e 、９f より、長軸ワーク５に向けて均一に噴射される。このため、長軸ワーク５を取り巻くチャンバー２内は、長軸ワーク５の軸方向に沿って積層された不活性ガスの噴射流により瞬時に充満され、チャンバー２内に残存する空気の攪拌は抑えられて、該空気（酸素）は、迅速にチャンバー２外に追い出される。
【００２１】
チャンバー２の直下には、冷却手段をなす環状の冷却水ジャケット11が、長軸ワーク５を囲み、底壁４に固着されて一体に取り付けられており、該冷却水ジャケット11の内周壁11a は、下方に拡径するテーパ状に形成されて、冷却水を斜め下方に向けて噴射する多数の噴射孔11b を有している。
【００２２】
したがって、噴射孔11b より噴射された冷却水は、高周波コイル６により加熱された長軸ワーク５の所定部分（シャフトスクリュの転造面）を急速に冷却して、焼入れが行なわれるようになっている。また、この噴射冷却水が形成する水膜は、長軸ワーク５がチャンバー２の底壁４を貫通する部分の隙間から空気がチャンバー２内に侵入するのを効果的に防止している。
【００２３】
本実施形態１は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
チャンバー２内には、該チャンバー２の横断面矩形の対角線上の両隅部に、２本の噴射ノズル７a 、７b の噴射口に対面させて、多孔板９a 、９b が、チャンバー２の長さ方向に指向してその全長にわたって取り付けられている。このため、チャンバー２内に導入された不活性ガスは、多孔板９a 、９b により、チャンバー２の長さ方向の全長にわたって導かれて、長軸ワーク５の側方から該長軸ワーク５に向けて供給される。
【００２４】
このとき、不活性ガスは、多孔板９a 、９b に衝突して、その流速が低下しており、このように流速が低下した不活性ガスが、多孔板９a 、９b を通じて均一な多層の噴射流となって、長軸ワーク５に向けて供給されるので、チャンバー２内の空気は、迅速にチャンバー２外に排出されて、不活性ガスと置換される。したがって、少量の不活性ガスにより、チャンバー２内を迅速に低酸素状態にすることができ、長軸ワーク５の十分な低酸化焼入れが可能になり、焼入れ面の面粗度が低下して、品質のよい低酸化高周波焼入れ品が得られる。
【００２５】
実験によると、多孔板９a 、９b を用いた本実施形態１における高周波焼入れ装置１による高周波焼入れ品の面粗度は、多孔板を用いない従来の高周波焼入れ装置01による高周波焼入れ品の面粗度と比べて、図４に図示されるように、大きく低下しており、しかも、その低下の度合いは、不活性ガスの噴射量の増加とともに大きくなっており、本実施形態１における高周波焼入れ装置１による顕著な効果が認められた。
【００２６】
また、長軸ワーク５を囲む環状の冷却水ジャケット11の内周壁11a は、下方に拡径するテーパ状に形成されて、冷却水を斜め下方に向けて噴射する多数の噴射孔11b を有している。このため、長軸ワーク５に対する冷却水の供給が円滑に行なわれて、長軸ワーク５の焼入れ部を効果的に冷却することができる。また、噴射冷却水が形成する水膜は、長軸ワーク５がチャンバー２の底壁４を貫通する部分の隙間から空気がチャンバー２内に侵入するのを効果的に防止することができる。
【００２７】
次に、図６に図示される本願の請求項２に記載された発明の一実施形態（実施形態２）について説明する。
本実施形態２における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置20は、不活性ガス供給部材として、長軸ワーク５と同心に配置された円筒形状多孔板12を用いている。この点が実施形態１と異なるが、その他の構成は、実施形態１と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００２８】
本実施形態２は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
多孔板12は、長軸ワーク５と同心の円筒形状に形成されているので、チャンバー２の内壁面と該円筒形状多孔板12とにより形成される空間13内に導入されてさらに流速が低下した不活性ガスは、該円筒形状多孔板12を通じてさらに均一な多層の噴射流となって、隙間なく長軸ワーク５に向けて供給される。これにより、チャンバー２内の空気をさらに迅速にチャンバー２外に排出して、不活性ガスと置換することができて、長軸ワーク５のさらに十分な低酸化焼入れが可能になり、焼入れ面の面粗度がさらに低下して、さらに品質のよい低酸化高周波焼入れ品が得られる。
【００２９】
本実施形態１および２において、不活性ガスを供給する噴射ノズルは２本（噴射ノズル７a 、７b ）とされたが、これに限定されず、図５に図示されるように、チャンバー２の横断面矩形の対角線上の残りの両隅部にもさらに２本（噴射ノズル７c 、７d ）追加して、合計４本とすることができ、このようにすると、チャンバー２の内壁面と多孔板９a 、９b 、９c 、９d もしくは円筒状多孔板12とにより形成される空間10a 、10b 、10c 、10d もしくは空間13内に導入されて流速が低下した不活性ガスを、さらに均一な多層の噴射流として、隙間なく長軸ワーク５に向けて供給することができる。これにより、チャンバー２内の空気をさらに迅速にチャンバー２外に排出して、不活性ガスと置換することができる。
【００３０】
また、チャンバー２は、横断面矩形の直方体形状のものとされたが、これに限定されず、円筒形状のものとされてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１および請求項３に記載された発明の一実施形態（実施形態１）における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置の概略縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した横断面図である。
【図３】図１の実施形態において、チャンバー内の部分斜視図である。
【図４】図１の実施形態における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置により得られた焼入れ品の面粗度を、従来の装置により得られた焼入れ品の面粗度と比較して示す線図である。
【図５】図１の実施形態の変形例を示す図である。
【図６】本願の請求項２に記載された発明の一実施形態（実施形態２）における不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置の横断面図であって、図２に対応する図である。
【図７】従来の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置の概略縦断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した横断面図である。
【符号の説明】
１…高周波焼入れ装置、２…チャンバー、３…天井壁、４…底壁、５…長軸ワーク、６…高周波コイル、７a 、７b 、７c 、７d …噴射ノズル、８a 、８b 、８c 、８d …壁、９a 、９b 、９c 、９d …多孔板（不活性ガス誘導部材）、９e 、９f …噴射孔、10a 、10b 、10c 、10d …空間、11…冷却水ジャケット、11a …内周壁、11b …噴射孔、12…円筒状多孔板（不活性ガス誘導部材）、13…空間、20…高周波焼入れ装置。

Claims

不活性ガス雰囲気下で長軸ワークの焼入れを必要とする部分を高周波加熱して、移動焼入れを行なう不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置において、
チャンバーが設けられ、
該チャンバー内を、前記長軸ワークが、その軸方向に移動できるようにされており、
該チャンバー内の下方部分に、高周波コイルが、前記長軸ワークを囲んで設けられ、
該チャンバー内に、前記不活性ガスを前記長軸ワークの側方から該長軸ワークに向けて供給する不活性ガス誘導部材が、該チャンバーの長さ方向の全長にわたって設けられ、
該チャンバーの直下に、前記高周波コイルにより加熱された前記長軸ワークの焼入れを必要とする部分を冷却する冷却手段が設けられ、
前記不活性ガス誘導部材は、多数のガス噴射孔を有する多孔板であることを特徴とする不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置。
前記多孔板は、前記長軸ワークと同心の円筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置。
前記冷却手段は、前記長軸ワークを囲む環状の冷却水ジャケットを備え、
該冷却水ジャケットの内周壁は、下方に拡径するテーパ状に形成されて、冷却水を斜め下方に向けて噴射する多数の噴射孔を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の不活性ガスを使用した高周波焼入れ装置。