JP5527154B2

JP5527154B2 - 軸状部材の高周波焼入装置

Info

Publication number: JP5527154B2
Application number: JP2010233713A
Authority: JP
Inventors: 晃伸津田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: JP2012087350A

Description

本発明は、車両に用いられるリアアクスルシャフトなどの金属製の軸状部材に対して、軸部の外径面に高周波焼入を行う軸状部材の高周波焼入装置に関するものである。

車両に用いられるリアアクスルシャフトなどの金属製の軸状部材は、硬度を増大させるために焼入処理を行う場合がある。焼入処理は、鋼をオーステナイト組織の状態に加熱した後、水中または油中で急冷することによって、マルテンサイト組織の状態に変化させる熱処理である。また、前記軸状部材は、高周波焼入処理を行う場合もある。高周波焼入処理は、金属に高周波の電磁波による電磁誘導を起こし、表面を過熱させて焼入を行う熱処理の手法であって、金属の表面のみを硬化させて硬化層を形成し、内部は靭性を保った元の状態を保つことで、柔軟性に富んだ材料にすることが出来るものである。

リアアクスルシャフトのような金属製の軸状部材の高周波焼入処理は、該軸状部材の径方向をコイルで囲繞し該コイルに高周波電流を流す。このようにコイルに高周波電流を流すことによって、電磁誘導が起こり前記軸状部材の表面に高周波磁束による誘導電流が流れる。該誘導電流が流れることによって、前記軸状部材の持つ電気抵抗によってエネルギーを損失して熱が発生する。そして、前記軸状部材の表面が所定の温度まで上昇したところでその加熱を停止して、散水するなど急冷することによって高周波焼入処理が終了する。

このような、リアアクスルシャフトのような金属製の軸状部材の高周波焼入装置は、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された技術では、高周波焼入対象のワークである軸状部材（シャフト）は、軸方向を上下にして配置されるとともに、上下をそれぞれ上主軸、下主軸で支持されている。また、軸状部材の径方向を囲繞するように、コイルと冷却水ジャケットが設けられている。そして、前記コイルに高周波電流を流し、前記冷却手段（冷却水ジャケット内）に冷却水を流通させ、前記軸状部材を回転させながら軸方向に移動させる。これにより、コイルに高周波電流を流すことで電磁誘導が起こり、軸状部材の表面に高周波磁束による誘導電流が流れ、軸状部材が誘導加熱される。また、軸状部材は軸方向即ち上下方向に移動しているため、軸状部材のある位置では、前記誘導電流は一定時間だけ流れて止まる。前記一定時間経過後は、軸状部材の軸方向への移動によって前記ある位置は冷却水ジャケットと同じ位置に移動し冷却水ジャケットによって急冷され、高周波焼入処理が完了する。

つまり、特許文献１に開示された技術は、軸状部材の上下をそれぞれ上主軸、下主軸で支持するとともに、軸状部材の径方向を高周波電流を流したコイル及び冷却手段で囲繞し、軸状部材を軸方向に移動させることで軸状部材に高周波焼入を行うものである。また、特許文献１に開示された技術と類似の技術として、軸状部材の上下をそれぞれ上主軸、下主軸で支持するとともに、軸状部材の径方向を高周波電流を流したコイル及び冷却手段で囲繞し、コイルと冷却手段を軸状部材の軸方向に移動させることで軸状部材に高周波焼入を行う技術も知られている。

特開平１１−２６９５５０号公報

特許文献１に開示されたような軸状部材の両端をそれぞれ主軸によって支持し、軸状部材を径方向に囲繞したコイルを設け、該コイルに高周波電流を流すことで高周波焼入を行う軸状部材の高周波焼入装置においては、その軸方向中間部では軸部の外径面にのみ前記磁界が発生して、前記外径面でのみ高周波磁束による誘導電流によって高周波焼入を行うことが可能である。

しかしながら、特許文献１に開示されたような高周波焼入装置においては、軸状部材の端部では軸部の外径面のみならず、軸方向の端面にも磁界が発生する。これにより、軸状部材の端部では軸部の外径面に加えて軸方向の端面でも高周波磁束による誘導電流が流れて誘導加熱される。従って、軸状部材の端部は、軸状部材の中間部と比較してより加熱される。よって、軸状部材全体としては、中間部よりも端部の方が加熱されて高周波焼入の斑ができてしまうという問題がある。

従って、本発明は従来技術の問題点に鑑み、リアアクスルシャフトのような金属製の軸状部材の両端をそれぞれ支持する２つの支持部材と、前記軸状部材の径方向を囲繞するとともに高周波電流を流すことが可能なコイルとを有し、前記コイルと前記軸状部材の軸方向の相対的位置を変更可能に構成した軸状部材の高周波焼入装置において、その軸方向端部が軸方向中間部と比較してより加熱されることを防止し、高周波焼入の斑が発生することを防止できる軸状部材の高周波焼入装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては、金属製の軸状部材に対して軸部の外径面に高周波焼入を行う軸状部材の高周波焼入装置において、前記軸状部材の軸方向両端をそれぞれ支持する２つの主軸と、前記軸状部材の径方向を囲繞し高周波電流を流すことが可能なコイルとを有し、前記軸状部材と前記コイルの少なくとも一方を前記軸状部材の軸方向に移動可能に構成して前記軸状部材と前記コイルの前記軸方向の相対位置を変化可能とし、前記主軸の少なくとも一方に磁界を吸収可能な材料で形成されたスリーブを当該主軸の外周を囲むように取り付け、このスリーブを前記軸状部材の端面より軸方向外方に配置したことを特徴とする。

これにより、前記コイルが前記軸状部材の端部即ち前記主軸の近傍に位置する際には、前記コイルに高周波電流を流すことによって発生した磁界の一部は前記スリーブに吸収される。よって、前記コイルが前記軸状部材の端部に位置する場合には、前記コイルに高周波電流を流すことによって発生した磁界の一部が前記スリーブに吸収されて高周波焼入に寄与しなくなるため、前記軸状部材の端部での加熱量が減少する。これにより、軸状部材の端部においても軸状部材の軸方向中間部と同様に軸の外径部には高周波焼入がなされた硬化層が形成されるとともに、軸端の端面には高周波焼入がなされない。従って、軸状部材の中間部よりも端部の方が加熱されて高周波焼入の斑ができてしまうという従来の問題を解決することができる。

前記スリーブは、前記軸状部材の軸方向に移動可能に前記主軸に取り付けられているとよい。
これにより、スリーブの位置を軸状部材に近づけるとスリーブによる磁界の吸収量が増加し、スリーブの位置を軸状部材から遠ざけるとスリーブによる磁界の吸収量が減少する。即ちスリーブを移動させることにより、磁界の吸収量を調整することができる。また、スリーブの形状、肉厚（質量）等を変えることで磁界の吸収量の調整に更に自由度があり、確実な処理ができる。これにより、高周波焼入状態に応じて磁界の吸収量を調整することができ、高い汎用性で本発明の利用が可能となる。

前記スリーブの前記軸状部材の軸方向の位置を制御する制御装置を有し、前記スリーブは前記制御装置の制御に従って前記軸状部材の軸方向に移動するとよい。
即ち、制御装置の制御によって自動でスリーブの位置を変更する。これにより、スリーブの移動に人手が必要なく作業の工数増加を抑えることができる。さらに、高周波焼入の途中であってもスリーブを移動することができるため、高周波焼入状態に応じた細やかで迅速なスリーブ位置の調整が可能となり、軸状部材の端部と中間部での加熱の状態が異なることに起因する高周波焼入の斑をより確実に防止することができる。

また、前記スリーブは銅、銀又は金で形成されているとよい。
スリーブの材質は磁界を吸収することができるものである必要があるが、加えて磁界の吸収時に発熱量が多くないものが好ましい。これは、磁界を吸収したスリーブの発熱により軸状部材が加熱されてしまうことを防止するためである。
このような磁界を吸収することができ、且つ磁界の吸収時に発熱量が多くない材料として銅、銀、金が好ましい。さらには、価格面を考慮すると安価な銅をスリーブの材料とすることが特に好ましい。

本発明によれば、リアアクスルシャフトのような金属製の軸状部材の両端をそれぞれ支持する２つの支持部材と、前記軸状部材の径方向を囲繞するとともに高周波電流を流すことが可能なコイルとを有し、前記コイルと前記軸状部材の軸方向の相対的位置を変更可能に構成した軸状部材の高周波焼入装置において、その軸方向端部が軸方向中間部と比較してより加熱されることを防止し、高周波焼入の斑が発生することを防止できる軸状部材の高周波焼入装置を提供することができる。

実施例に係るリアアクスルシャフトの高周波焼入装置の概略図である。図１におけるＡ部拡大図である。実施例におけるリアアクスルシャフト端部近傍の高周波焼入に関する説明図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、実施例に係るリアアクスルシャフトの高周波焼入装置の概略図である。
図１において、高周波焼入装置１は、上主軸２、下主軸４、コイル１０及び焼入水筒１２から概略構成されている。

上主軸２は下向きに設けられており、下主軸４は主軸台６に上向きに回転自在に取り付けられている。

高周波焼入対象のワークであるリアアクスルシャフト８は、軸方向を上下にして配置され、上部を上主軸２に支持されるとともに、下部を下主軸４と一体となって回転自在に下主軸４によって支持される。
また、コイル１０及び焼入水筒１２は、それぞれリアアクスルシャフト８の径方向を囲繞している。コイル１０と焼入水筒１２は一体となっており、リアアクスルシャフト８の径方向を囲繞したまま、リアアクスルシャフト８の軸方向即ち上下方向に移動可能に構成されている。

図２は、図１におけるＡ部拡大図であり、上主軸２の先端部近傍の構成図である。
図２に示すように、上主軸２の先端部近傍にはスリーブ２０が設けられている。スリーブ２０の材質は、磁界を吸収することができるものである必要があり、加えて磁界の吸収時に発熱量が多くないものが好ましい。具体的には銅、銀、金などがスリーブ２０の材質として好ましく、価格面を考慮すると安価な銅をスリーブ２０の材料とすることが特に好ましい。

次に、図１〜図３を用いて実施例に係る高周波焼入装置１による高周波焼入の動作について説明する。図３は実施例におけるリアアクスルシャフト端部近傍の高周波焼入に関する説明図である。

図１に示した高周波焼入装置においてリアアクスルシャフト８の高周波焼入を行う場合、まずリアアクスルシャフト８を上主軸２及び下主軸４で支持し、次いでモータ（不図示）によって下主軸４を回転させる。下主軸４を回転させることにより、下主軸４と一体となってリアアクスルシャフト８が回転する。該回転は、斑無くリアアクスルシャフト８に高周波焼入処理を行うために実施するものである。

次いで、制御装置１４の制御により、コイル１０と焼入水筒１２の一体物をリアアクスルシャフト８の最下部まで下げる。そして、制御装置１４の制御により、コイル１０と焼入水筒１２の一体物を上方に上げながら、コイル１０に高周波電流を流すとともに、焼入水筒１２からリアアクスルシャフト８に向けて冷却水を供給する。

コイル１０に高周波電流を流すことによって電磁誘導が起こり、リアアクスルシャフト８の表面に高周波磁束による誘導電流が流れ、リアアクスルシャフト８が誘導加熱される。前述の通り、コイル１０は上方に向けて移動しているため、リアアクスルシャフト８のある高さ位置では、前記誘導電流は一定時間だけ流れて止まる。該一定時間は、コイル１０の上方への移動速度によって調整することができ、該移動速度はリアアクスルシャフト８の表面温度が前記誘導電流の流れによって所望の所定温度に上がる時間だけ誘導電流が流れるように調整する。

そして、前述のようにコイル１０と焼入水筒１２は一体化しているため、コイル１０に高周波電流を流すことによってリアアクスルシャフト８の表面に誘導電流を流してリアアクスルシャフト８の表面温度が上昇した後、次いでその位置に焼入水筒１２によって冷却水が供給されて急冷され、高周波焼入処理が完了する。

高周波焼入に際し、コイル１０が図３にコイル１０Ｂで示すようなリアアクスルシャフト８の中間部に位置するときは、コイル１０Ｂに高周波電流を流すことによって発生した磁界は全て電磁誘導に使用される。即ち前記磁界は、リアアクスルシャフト８の軸の外径面の加熱に使用される。

一方、コイル１０が図３にコイル１０Ａで示すリアアクスルシャフト８の端部に位置するときは、コイル１０Ａに高周波電流を流すことによって発生した磁界の一部はスリーブ２０に吸収される。
これにより、コイル１０がコイル１０Ａで示すリアアクスルシャフト８の端部に位置する場合でも、コイル１０Ａに高周波電流を流すことによって発生した磁界の一部がスリーブ２０に吸収されて高周波焼入に寄与しなくなる。そのため、リアアクスルシャフト８の端部での加熱量が減少する。よって、図３に示したように、リアアクスルシャフト８の端部においても中間部と同様に軸の外径部には高周波焼入がなされた硬化層８ａが形成されるとともに、端面８ｂには高周波焼入がなされない。
従って、リアアクスルシャフト８の中間部よりも端部の方が加熱されて高周波焼入の斑ができてしまうという従来の問題を解決することができる。

さらに、スリーブ２０は上主軸２に取り付けられたまま上下方向即ちリアアクスルシャフト８の軸方向に移動可能に構成されている。そのため、スリーブ２０の位置をリアアクスルシャフト８に近づけるとスリーブ２０による磁界の吸収量が増加し、スリーブ２０の位置をリアアクスルシャフト８から遠ざけるとスリーブ２０による磁界の吸収量が減少する。つまり、スリーブ２０を移動させることにより、磁界の吸収量を調整できる。これにより、高周波焼入状態に応じて磁界の吸収量を調整することができるため、本実施例の高周波焼入装置１を高い汎用性で活用することができる。

また、図２に示したようにスリーブ２０を制御装置１４の制御により上下方向に移動可能にしておくと、スリーブ２０の移動に人手が必要なく、スリーブ２０を移動させる作業の工数増加を抑えることができる。さらに、高周波焼入の途中であってもスリーブ２０を移動することができるため、高周波焼入状態に応じた細やかで迅速なスリーブ位置の調整が可能となり、リアアクスルシャフト８の端部と中間部での加熱の状態が異なることに起因する高周波焼入の斑をより確実に防止することができる。

さらに、リアアクスルシャフト８の端部の高周波焼入時に、制御装置１４によりコイル１０に流す高周波電流の調整と、スリーブ２０の位置調整を行うようにすることができる。これにより、リアアクスルシャフト８の端部の加熱状態を調整する要素が２つとなり、前記加熱状態の調整の自由度が高くなる。さらに、例えば前記加熱状態の大きな調整をコイル１０に流す高周波電流の調整で、前記加熱状態の小さな調整をスリーブ２０の位置調整によって行うことで、簡単により細やかな前記加熱状態の調整が可能となる。

１高周波焼入装置
２上主軸
４下主軸
８リアアクスルシャフト（軸状部材）
１０コイル
１２焼入水筒
１４制御装置
２０スリーブ

Claims

金属製の軸状部材に対して、軸部の外径面に高周波焼入を行う軸状部材の高周波焼入装置において、
前記軸状部材の軸方向両端をそれぞれ支持する２つの主軸と、
前記軸状部材の径方向を囲繞し、高周波電流を流すことが可能なコイルと、を有し、
前記軸状部材と前記コイルの少なくとも一方を前記軸状部材の軸方向に移動可能に構成して、前記軸状部材と前記コイルの前記軸方向の相対位置を変化可能とし、
前記主軸の少なくとも一方に磁界を吸収可能な材料で形成されたスリーブを当該主軸の外周を囲むように取り付け、このスリーブを前記軸状部材の端面より軸方向外方に配置したことを特徴とする軸状部材の高周波焼入装置。
前記スリーブは、前記軸状部材の軸方向に移動可能に前記主軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の軸状部材の高周波焼入装置。
前記スリーブの前記軸状部材の軸方向の位置を制御する制御装置を有し、
前記スリーブは前記制御装置の制御に従って、前記軸状部材の軸方向に移動することを特徴とする請求項２記載の高周波焼入装置。
前記スリーブは銅、銀又は金で形成されていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の高周波焼入装置。