JP5875176B2

JP5875176B2 - 軸状ワークの通電加熱装置

Info

Publication number: JP5875176B2
Application number: JP2011238228A
Authority: JP
Inventors: 宮崎　力; 力宮崎
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: JP2013095948A

Description

本発明は、例えば歯面と背面を有するラックバー等の軸状ワークの所定面を通電加熱により焼入等が可能な軸状ワークの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所定間隔で対向配置した第１接触電極及び第２接触電極と、通電加熱したラックバーの歯面や背面を急速冷却する冷却手段と、ラックバーを上方から押圧する油圧シリンダ等を備えている。そして、ラックバーの歯面を焼入する場合に、歯面側に両接触電極を接触させて高周波電流を直接通電し、ラックバーの背面を焼入する場合には、ラックバーの上下位置を逆に設定して背面側に両接触電極を接触させて高周波電流を直接通電するようにしたものである。

特開平１０−１８３２３４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、軸状ワークとしてのラックバーに高周波電流を通電するための第一接触電極と第２接触電極の先端部（上端部）に同一三角形状の溝が形成され、両接触電極と円柱形状のラックバーの例えば背面とが円周方向にそれぞれ二つの接触点で接触して通電されるようになっている。そのため、両接触電極間に位置するラックバーの背面において、通電時にラックバーの長手方向両端の左右の二つの接触点を結ぶ直線部分に電流が集中的に流れ、二つの直線部分の間を流れる電流との間にバラツキが発生し易く、ラックバーの背面の所定範囲に均一な通電加熱状態が得られ難く、ラックバーの背面に高精度な焼入品質を得ることが難しい。

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、左右一対の通電電極と軸状ワークの表面との接触形態を互いに異ならせることにより、軸状ワークの表面に均一な通電加熱状態を容易に得ることができて、加熱面に高精度な焼入品質等を得ることが可能な軸状ワークの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、軸状ワークの長手方向に沿って所定間隔で対向配置され、前記軸状ワークの所定面にそれぞれ接触可能で当該所定面の外周面形状に対応した半円弧形状の凹部をそれぞれ有する左右一対の通電電極と、該一対の通電電極に所定周波数の電流を供給して前記軸状ワークの所定面を通電加熱する電源装置と、を備えた軸状ワークの通電加熱装置であって、前記一対の通電電極は、その少なくとも一方の通電電極の前記凹部の底面に該凹部の板厚方向に沿ってスリットを形成して前記凹部の形状を互いに異ならせることにより、前記凹部が前記軸状ワークの所定面の長手方向の二箇所に互いに異なる形態で接触可能に構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記一対の通電電極が、一方の通電電極の凹部に前記スリットを形成することで当該凹部が前記軸状ワークの所定面に複数点で接触し、前記スリットを有さない他方の通電電極の凹部が前記軸状ワークの所定面に一点で接触することを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記一対の通電電極が、両通電電極の各凹部に形状の異なる前記スリットをそれぞれ形成することで、各凹部が軸状ワークの所定面に異なる形態で接触することを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記電源装置が、前記一対の通電電極に、低・中周波数の電流を所定時間供給した後に高周波の電流を所定時間供給することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、軸状ワークの長手方向に沿って対向配置される左右一対の通電電極の凹部に設けられるスリットにより、軸状ワークの加熱面の長手方向の二箇所に互いに異なる形態で接触可能に構成されているため、一対の通電電極間の軸状ワークに流れる電流の所定部位への集中を抑制できて、軸状ワークの表面に均一な通電加熱状態を得ることができ、加熱面に高精度な焼入や焼鈍し品質等を容易に得ることができる。また、半円弧形状の凹部底面に板厚方向のスリットを設けることで、一対の通電電極の形状を異ならせることができるため、通電電極の形状を簡略化できて、通電加熱装置の構成を簡素にして安価に形成すること等ができる。

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、一方の通電電極のスリットを有する凹部が軸状ワークに複数点で接触し、他方の通電電極のスリットを有さない凹部が軸状ワークに一点で接触するため、各接触点間に電流を流すことができて、軸状ワークの表面に一層均一な通電加熱状態を得ることができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、一対の通電電極の凹部のスリット形状を異ならせ、この各凹部が軸状ワークの長手方向の二箇所に互いに異なる形態で接触するため、通電電極の凹部の形状変更で各種加熱パターンに対応できる等、軸状ワークの表面に所望の通電加熱状態を容易に得ることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、電源装置が、一対の通電電極に低・中周波数の電流を所定時間供給した後に高周波の電流を所定時間供給するため、低・中周波数電流の通電による予備加熱後に高周波電流で通電加熱できて、例えばラックバーの背面に、その周面に沿って拡がった最適な焼入層を容易に得ること等ができる。

本発明に係わる軸状ワークの通電加熱装置の斜視図同その焼入治具がセットされる治具セット台の斜視図同その平面図同その正面図同軸状ワークがセットされる焼入治具の縦断面図同その平面図同図５のＡ部の拡大図同焼入治具の通電電極の斜視図同その側面図同焼入状態を示すラックバーの断面図同通電電極の変形例を示す側面図同通電電極の他の変形例を示す要部側面図

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９は、本発明に係わる通電加熱装置の一実施形態を示している。通電加熱装置１は、図１に示すように、コラム３を有し、このコラム３の略中央前部には、焼入治具２が着脱可能にセットされる治具セット台４が配置されている。

前記焼入治具２の上方には、焼入治具２にセットされた軸状ワークとしてのラックバーＷの歯面Ｗａと背面Ｗｂを反転させたり、あるいはラックバーＷを後述する支持部材１８ａ、１８ｂにセットしたり取り外す等の所定の動作を行うワーク制御装置５が配置されている。また、前記コラム３の右側には、操作盤６ａを有する制御装置６が配置されると共に、コラム３の所定位置には、複数の所定周波数の電流を出力可能な電源装置７と、後述する冷却ジャケット１９に冷却水を供給可能な冷却水供給装置８等が配置されている。

前記治具セット台４は、図２〜図４に示すように、略直方体形状の架台１０を有し、この架台１０の上面後方側に焼入治具２が着脱可能に配置されている。また、架台１０の上面の右側には、例えばラックバーＷの上下方向の向きを検出可能なセンサ１１ａを有するラックバー判別装置１１が配置されると共に、架台１０上面の後方側にもセットされたラックバーＷの位置等を検出可能なセンサ１２が配置されている。さらに、架台１０の焼入治具２の前方側には、焼入が完了したラックバーＷを複数本の傾斜した桟１３ａにより前方に排出可能な自動排出装置１３が配置されている。

この治具セット台４上にセットされる前記焼入治具２は、図５〜図７に示す如く構成されている。すなわち、焼入治具２は、平面視長方形状の所定板厚の例えば金属板からなり、下面の四隅に治具セット台４の位置決め孔に嵌合可能な位置決め突起１５ａが設けられたベース１５を有している。このベース１５上には、一対の通電電極１６ａ、１６ｂと、この通電電極１６ａ、１６ｂの下部を支持すると共に該通電電極１６ａ、１６ｂに電気的に接続された一対の導電部材１７ａ、１７ｂと、ラックバーＷの先端側Ｗｃ及び基端側Ｗｄを支持する先端側支持部材１８ａ及び基端側支持部材１８ｂと、前記通電電極１６ａ、１６ｂ間に配置された冷却ジャケット１９が、所定位置に配置されることで、これらの各部材がベース１５に一体化されてユニット化されている。

前記一対の通電電極１６ａ、１６ｂは、図８及び図９に示すように、所定板厚の銅板により断面（正面視）略Ｌ字形状に形成されて、ラックバーＷの背面Ｗｂ（もしくは歯面Ｗａ）に接触可能な接触面としての接触部４０ａ、４０ｂを有している。このとき、各通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂには、ラックバーＷの背面Ｗｂの外形形状に対応した半円弧形状の凹部４１ａ、４１ｂが形成され、各通電電極１６ａ、１６ｂのうち、通電電極１６ｂの凹部４１ｂの底面には、幅ｗ１、深さｈ１の断面方形状のスリット４２が接触部４０ｂの板厚方向に沿って形成されている。また、通電電極１６ａの凹部４１ａの底面には、スリット４２が形成されずそのままの状態（曲面）とされている。

この凹部４１ａ、４１ｂの底面形状（スリット４２の有無）により、両通電電極１６ａ、１６ｂのラックバーＷの背面Ｗｂに対する接触形態が互いに異なり、通電電極１６ａの場合は、凹部４１ａの底面の最深部の一点で背面Ｗｂに接触し、通電電極１６ｂの場合は、凹部４１ｂの底面のスリット４２の両側の二点（すなわち凹部４１ｂの周面に沿ったスリット４２両側の二箇所）で背面Ｗｂに接触するようになっている。なお、前記通電電極１６ａ、１６ｂは、その水平な固定部が対応する導電部材１７ａ、１７ｂにボルト２０（図５参照）により着脱可能に固定されて、接触部４０ａ、４０ｂ間の間隔が該接触部４０ａ、４０ｂ上に載置されるラックバーＷの背面Ｗｂの焼入長さ等に対応するように設定されている。

前記一対の導電部材１７ａ、１７ｂは、図５に示すように、所定板厚の銅板により形成されて、絶縁部材２１を介して積層配置されると共に、その一方の端部に前記通電電極１６ａ、１６ｂの固定部が前記ボルト２０により固定されている。また、各導電部材１７ａ、１７ｂは、複数個（図では６個）のネジ２２（図３及び図６参照）により前記ベース１５に固定されると共に、一対の導電部材１７ａ、１７ｂの他方の端部は、ベース１５の長手方向の略中間位置から側方（ベース１５の後方側）に突出して、該突出部分が端子部２３ａ、２３ｂ（図６参照）を形成している。この端子部２３ａ、２３ｂに、図示しない銅板等からなる導体の一方の端部が接続され、この導体の他方の端部が前記電源装置７の出力端子に接続されている。

前記先端側支持部材１８ａは、図５及び図６に示すように、ベース１５の左端部に固定されたブロック２５上に図６の矢印イ方向に移動可能な移動板２６と、この移動板２６の先端に固定されラックバーＷの先端側Ｗｃに嵌合可能な嵌合支持部２７を有している。また、移動板２６には、位置調整ボルト２８が挿通される２条の長孔が設けられており、この長孔に対応してブロック２５に設けたネジ孔に位置調整ボルト２８を螺合することで移動板２６が所定位置に固定されて、ラックバーＷの先端側Ｗｃが所定位置に設定支持されるようになっている。

また、前記基端側支持部材１８ｂは、図５に示すように、ベース１５の右端部に固定されたブロック２９上にボルト３０により連結された支持部３１を有し、この支持部３１内には、ボルト３０の先端側に嵌装されたスプリング３２が内蔵されている。このスプリング３２によって、支持部３１がブロック２９に対して弾性支持され、ラックバーＷの外周面形状に対応した支持部３１の円弧面からなる上面で、ラックバーＷの基端側Ｗｄの所定位置が下方から所定位置に設定支持されるようになっている。

前記冷却ジャケット１９は、前記一対の通電電極１６ａ、１６ｂ間に配置され、内部に冷却水流路３３ａが形成された箱形状のジャケット本体３３を有している。このジャケット本体３３の上面には、図７に示すように、ラックバーＷの歯面Ｗａ等の形状に対応した多数の噴射孔３３ｂが形成され、この噴射孔３３ｂから前記冷却水供給装置８からホースやホースコネクタ３４を介して供給される冷却水が、上方に向けて所定圧で噴射されるようになっている。

なお、焼入治具２の前記ベース１５の左右端部には、取手３５が側方であるベース１５の長手方向に突出する状態で固定されており、この取手３５を作業者が手で持ったり、あるいはクレーンやロボット等で持つことにより、焼入治具２が持ち運び（運搬）可能となっている。また、前記ベース１５の適宜位置には、焼入治具２を自動識別もしくは目視識別可能な識別マーク３６が付与されている。さらに、前記電源装置７は、例えばインバータ回路等を有して、低・中周波の電流から高周波の電流までの少なくとも２種類の周波数の電流を、一対の通電電極１６ａ、１６ｂに出力可能に構成されている。

次に、前記通電加熱装置１の動作の一例を、ラックバーＷの背面Ｗｂを焼入する場合を例にして説明する。先ず、通電加熱装置１で焼入されるラックバーＷの背面Ｗｂの焼入長さ等の形態に応じた焼入治具２を予め準備し、このとき、焼入治具２の一対の通電電極１６ａ、１６ｂ間の対向距離や、冷却ジャケット１９のジャケット本体３３の噴射孔３３ｂの位置や内径、先端側支持部材１８ａの移動板２６の位置、基端側支持部材１８ｂの支持部３１の上面形状等は、対応するラックバーＷの形態（ラックバーＷ自体の形状や背面Ｗｂの焼入パターン等）に応じて予め所定に設定されている。

そして、焼入するラックバーＷに対応した焼入治具２を治具セット台４にセットし、焼入治具２の支持部材１８ａ、１８ｂで例えば歯面Ｗａが焼入された（もしくは未焼入の）ラックバーＷの背面Ｗｂを支持する。この支持状態において、ラックバーＷの背面Ｗｂの長手方向の両端部に前記通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂを接触させる。このとき、通電電極１６ａの接触部４０ａは、凹部４１ａの最深部が背面Ｗｂに一点で接触し、通電電極１６ｂの接触部４０ｂは、凹部４１ｂのスリット４２の両側で背面Ｗｂに二点、すなわち合計三点でラックバーＷの背面Ｗｂに接触した状態となる。

そして、この接触状態で、制御装置６の制御により、電源装置７が作動して通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂを介してラックバーＷの背面Ｗｂに所定周波数の電流が通電される。この通電は、先ず低周波（もしくは中周波）の電流を通電電極１６ａ、１６ｂに供給して所定時間の予備通電加熱を行い、この予備通電加熱でラックバーＷの温度を所定温度まで上昇させた後に、高周波の電流を通電電極１６ａ、１６ｂに所定時間供給することで行われる。この通電加熱時に、通電電極１６ａ、１６ｂ間を流れる電流は、通電電極１６ａによる一つの接触点と、通電電極１６ｂによる二つの接触点間を流れ、従来例のように左右の二つの接触点間を直線的に流れて該部分に電流が集中すること等がなくなり、一対の通電電極１６ａ、１６ｂの接触点間に均一な（バラツキの少ない）通電状態が得られることになる。

なお、実験によれば、ラックバーＷの背面Ｗｂに、最初は低・中周波数の電流を通電して予備通電加熱し、その後に高周波の電流を通電すると、図１０（ａ）に示すような背面Ｗｂの周面に沿って拡がり、背面Ｗｂの焼入としては極めて好ましい焼入層４３が得られ、また、最初から高周波の電流を通電した場合は、図１０（ｂ）に示すような周面に沿って拡がらず水平な底面４４ａを有する焼入層４４が得られることが確認されている。この焼入層４３、４４の形状が異なる理由は、予備通電加熱により背面Ｗｂの温度を上昇させておくことで、高周波通電時の温度が歯面Ｗａ方向に向かって上昇することによるものと考えられる。

そして、所定時間の通電加熱が終了したら、冷却ジャケット１９から冷却水が所定時間噴射され、冷却水の噴射による急速冷却でラックバーＷの背面Ｗｂが焼入される。この背面Ｗｂが焼入されたラックバーＷは、支持部材１８ａ、１８ｂによる支持が解除されて、例えばラックバーＷの下方に位置する自動排出装置１３の桟１３ａの先端が上昇することで、傾斜している桟１３ａに沿って治具セット台４の前方に排出されて、焼入作業が終了する。

なお、ラックバーＷの歯面Ｗａの焼入は、例えば前記通電電極１６ａ、１６ｂもしくは前記スリット４２を有さない一対の通電電極、あるいは前記スリット４２や凹部４１ａ、４１ｂを有さない一対の通電電極を、焼入治具２にセットして行うことができる。また、所定形態の全てのラックバーＷの背面Ｗｂ等の焼入作業が終了し、他の異なるラックバーＷを焼入する場合は、治具セット台４にセットされている焼入治具２を、所定の焼入治具２に交換することによって行うことができる。

なお、以上の例では、通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂに半円弧形状の凹部４１ａ、４１ｂを設け、一方の凹部４１ｂの底面に方形状のスリット４２を設けることで、各接触部４０ａ、４０ｂのラックバーＷの背面Ｗｂに対する接触形態を互いに異ならせるように構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば図１１に示すように構成することもできる。すなわち、各通電電極１６ａ、１６ｂの凹部４１ａ、４１ｂに断面方形状のスリット４２をそれぞれ設け、各スリット４２の幅ｗ１を互いに異ならせるように構成する。この場合は、各凹部４１ａ、４１ｂにそれぞれ二つの接触点が得られることになるが、スリット４２の幅ｗ１の大小により、接触点の凹部４１ａ、４１ｂの周方向における位置が両通電電極１６ａ、１６ｂで異なることになる。

このように、前記実施形態の通電加熱装置１においては、ラックバーＷの長手方向に沿って対向配置される左右一対の通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂが、ラックバーＷの背面Ｗｂの長手方向の二箇所に互いに異なる形態で接触するため、一対の通電電極１６ａ、１６ｂ間のラックバーＷの背面Ｗｂに流れる電流の所定部位への集中を抑制できて、ラックバーＷの背面Ｗｂに均一な通電加熱状態を得ることができ、背面Ｗｂに高精度な焼入品質を容易に得ることができる。

特に、一方の通電電極１６ａの接触面４０ａがラックバーＷの背面Ｗｂに一点で接触し、他方の通電電極１６ｂの接触面４０ｂがラックバーＷの背面Ｗｂに二点で接触するため、各接触点間に例えば略交差するような電流を流すことができる等、ラックバーＷの背面Ｗｂに一層均一な通電加熱状態を得ることができる。また、一対の通電電極１６ａ、１６ｂ−の接触部４０ａ、４０ｂの凹部４１ａ、４１ｂにおける、スリット４２の有無やスリット４２の幅ｗ１の大小により、接触部４０ａ、４０ｂの形状を互いに異ならせているため、通電電極１６ａ、１６ｂの接触部４０ａ、４０ｂの形状変更で各種加熱パターンに対応できる等、ラックバーＷの背面Ｗｂに所望の焼入状態を容易に得ることができると共に、通電電極１６ａ、１６ｂの形状を簡略化できて、通電加熱装置１の構成を簡素にして安価に形成すること等ができる。

また、ラックバーＷの背面Ｗｂの焼入時に、電源装置７から一対の通電電極１６ａ、１６ｂに、低・中周波数の電流を所定時間供給した後に高周波の電流を所定時間供給するため、低・中周波数電流の通電による予備加熱後に高周波電流で通電加熱できて、ラックバーＷの背面Ｗｂに、その周面に沿って拡がった焼入層４３を得ることができ、ラックバーＷの背面Ｗｂに最適な焼入品質を容易に得ることができる。

さらにまた、一対の通電電極１６ａ、１６ｂ、一対の導電部材１７ａ、１７ｂ、先端側支持部材１８ａと基端側支持部材１８ｂ及び冷却ジャケット１９からなる各部材が、平面視略長方形状の平板状のベース１５上に一体的に配置されてユニット化されているため、各種ラックバーＷの焼入にユニット化されて識別化された所定の焼入治具２を使用することで各種ラックバーＷの焼入に的確に対応することができる。その結果、焼入作業の段取り時間の短縮化が図れたり、ラックバーＷの種類に係わらず、同一形態の各ラックバーＷの焼入精度の均一化や、異なる形態のラックバーＷにおける焼入精度の均一再現性を図り、常に安定した焼入品質の各種ラックバーＷを容易に得ることができる。

なお、前記実施形態においては、通電電極１６ｂの接触部４０ｂの凹部４１ｂに断面方形状のスリット４２を形成することで、両通電電極１６ａ、１６ｂの背面Ｗｂへの接触形態を異ならせたが、スリット４２の形状は方形状に限らず、例えば図１２（ａ）に示すように円弧形状としたり、図１２（ｂ）に示すように三角形状とする等、適宜の形状を採用できるし、スリット４２の数も１本に限定されず、複数本設けることも可能である。また、前記実施形態においては、治具セット台４上に焼入治具２が着脱可能にセット可能な構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば通電電極１６ａ、１６ｂがコラム３の所定位置に着脱可能にセット可能な適宜構成の通電加熱装置１であっても良い。

本発明は、ラックバーの背面を通電加熱で焼入する通電加熱装置への適用に限らず、軸状ワークの所定の面を焼入したり焼鈍し（焼戻し）する全ての通電加熱装置に利用できる。

１・・・通電加熱装置、２・・・焼入治具、４・・・治具セット台、５・・・ワーク制御装置、６・・・制御装置、７・・・電源装置、８・・・冷却水供給装置、１３・・・自動排出装置、１５・・・ベース、１６ａ、１６ｂ・・・通電電極、１７ａ、１７ｂ・・・導電部材、１８ａ・・・先端側支持部材、１８ｂ・・・基端側支持部材、１９・・・冷却ジャケット、３３・・・ジャケット本体、３５・・・取手、４０ａ、４０ｂ・・・接触部、４１ａ、４１ｂ・・・凹部、４２・・・スリット、４３・・・焼入層、Ｗ・・・ラックバー、Ｗａ・・・歯面、Ｗｂ・・・背面、Ｗｃ・・・先端側、Ｗｄ・・・基端側、ｗ１・・・スリットの幅。

Claims

軸状ワークの長手方向に沿って所定間隔で対向配置され、前記軸状ワークの所定面にそれぞれ接触可能で当該所定面の外周面形状に対応した半円弧形状の凹部をそれぞれ有する左右一対の通電電極と、該一対の通電電極に所定周波数の電流を供給して前記軸状ワークの所定面を通電加熱する電源装置と、を備えた軸状ワークの通電加熱装置であって、
前記一対の通電電極は、その少なくとも一方の通電電極の前記凹部の底面に該凹部の板厚方向に沿ってスリットを形成して前記凹部の形状を互いに異ならせることにより、前記凹部が前記軸状ワークの所定面の長手方向の二箇所に互いに異なる形態で接触可能に構成されていることを特徴とする軸状ワークの通電加熱装置。
前記一対の通電電極は、一方の通電電極の凹部に前記スリットを形成することで当該凹部が前記軸状ワークの所定面に複数点で接触し、前記スリットを有さない他方の通電電極の凹部が前記軸状ワークの所定面に一点で接触することを特徴とする請求項１に記載の軸状ワークの通電加熱装置。
前記一対の通電電極は、両通電電極の各凹部に形状の異なる前記スリットをそれぞれ形成することで、各凹部が軸状ワークの所定面に異なる形態で接触することを特徴とする請求項１に記載の軸状ワークの通電加熱装置。
前記電源装置は、前記一対の通電電極に、低・中周波数の電流を所定時間供給した後に高周波の電流を所定時間供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の軸状ワークの通電加熱装置。