JP7354591B2

JP7354591B2 - 高周波焼入れ方法及び高周波焼入れ装置

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Publication number: JP7354591B2
Application number: JP2019100544A
Authority: JP
Inventors: 博魚崎; 和幸織田; 展生西川; 壮史横田; 将仁立石; 勇介松尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2023-10-03
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: JP2020193377A

Description

本開示は、高周波焼入れ方法及び高周波焼入れ装置に関するものである。

従来、高周波焼入れ製品の製造工程における品質管理は、主に、高周波加熱及び焼入れの条件系の監視と、抜き取り検査とにより行っている。しかしながら、高周波加熱装置及び／又は冷却装置の設備不良（加熱コイルの状態及び／又は冷却剤の機能低下を含む）などにより良品のヒートパターン（加熱冷却温度及び速度）から外れて不良品が発生することがある。そうすると、条件系の監視及び抜き取り検査だけでは品質保証の精度を高めることができないという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１には、被熱処理材の高周波焼入れ装置において、焼入れ品質の安定化を目的として、被熱処理材の高周波加熱温度、１次冷却温度及び２次冷却温度を検出し、これらの温度に基づいて高周波加熱装置及び冷却液制御機構の停止を行うことが開示されている。

特許２６３１７４９号公報

特許文献１の技術は、９００℃程度にまで上昇する高周波加熱中の被熱処理材の温度及び冷却液の吹き付けによる冷却中の被熱処理材の温度を検出することを前提としている。しかしながら、そのような高周波加熱中又は冷却中の被熱処理材について、高周波加熱部位全体の温度を精度よく検出することは困難であり現実的ではないという問題があった。

また、特許文献１の技術において、例えば被熱処理材の一部の不安定な温度を検出することにより高周波加熱装置及び冷却液制御機構の停止が行われると、被熱処理材の他の部分は十分な高周波加熱温度又は冷却温度にまで到達していなくても次の処理に進む虞がある。そうすると、被熱処理材全体の焼入れ品質を保証することは困難であるという問題があった。

本開示では、品質保証の精度を向上させることができる高周波焼入れ方法及び高周波焼入れ装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、ここに開示する第１の技術に係る高周波焼入れ方法は、鋳鉄製の軸部材の複数の所定部位を高周波加熱する高周波加熱工程と、前記高周波加熱工程後に、冷却剤により前記軸部材を冷却して該軸部材の焼入れを行う焼入れ工程と、前記焼入れ工程後に、前記軸部材を放置して該軸部材の前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を安定化させる安定化工程と、前記焼入れ工程後の前記軸部材の品質の良否を判定する判定工程と、を備え、前記安定化工程において、前記焼入れ工程終了から所定時間経過後の全ての前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定し、前記安定化工程における前記所定時間は、１秒以上６０秒以下であり、前記判定工程において、前記第１温度が所定範囲内にあるときに、前記軸部材の品質を良と判定し、前記第１温度の所定範囲は、１５０℃以上３６０℃以下であることを特徴とする。

高周波焼入れの処理対象部位を複数有する軸部材について高周波焼入れを行う場合、焼入れ工程後所定時間経過すると、軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度が均一化、すなわち安定化されてくる。本構成では、焼入れ工程後に軸部材を放置して温度を安定化させる安定化工程において、焼入れ工程終了から所定時間経過後の軸部材の全ての複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を第１温度して測定する。そして、その第１温度に基づいて、軸部材の品質判定を行う。本構成によれば、焼入れ工程後の軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の安定化された第１温度を測定するから、温度測定が容易であるとともに、製品の全数チェックを容易に行うことができ、高周波焼入れにおける品質保証の精度を向上させることができる。

前記安定化工程における前記所定時間は、前記焼入れ工程終了から前記軸部材の前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度が安定化し始めるまでの時間としてもよい。

本構成によれば、焼入れ工程後に軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度が安定化する初期段階で温度を測定するから、焼き割れ及び硬度不良の有無を精度よく容易に判定することができる。

前記第１温度の所定範囲は、１５０℃以上３６０℃以下である。

第１温度が１５０℃未満であると、軸部材の焼割れが問題となり、３６０℃超であると、硬度不良が問題となる。本構成によれば、第１温度が上記範囲内であるときに軸部材の品質を良と判定することにより、品質保証の精度をさらに向上させることができる。

第２の技術は、第１の技術において、前記高周波加熱工程後であり且つ前記焼入れ工程前に、前記軸部材の全ての前記複数の所定部位の温度を第２温度として測定する第２温度測定工程と、前記第１温度及び／又は前記第２温度に基づいて、前記高周波加熱工程及び／又は前記焼入れ工程における設備状態の評価を行う設備評価工程と、を備えたことを特徴とする。

本構成によれば、本構成によれば、第１温度及び／又は第２温度に基づいて、高周波加熱工程及び／又は冷却工程における設備状態を評価するから、これらの工程で使用される装置の設備状態をより精度よく評価することができる。

第３の技術は、第１又は第２の技術において、前記判定工程で良又は否と判定された前記軸部材をその判定結果に応じて分別する分別工程を備えたことを特徴とする。

本構成によれば、判定工程で良と判定された軸部材は、製品として出荷等の次の段階に進ませることができる。また、判定工程で否と判定された軸部材については、その原因の検証により設備状態の評価等に活用することができる。

第４の技術は、第１乃至第３の技術のいずれか一において、前記第１温度は、前記軸部材が放出する赤外線を検出する熱画像計測装置により測定されることを特徴とする。

熱画像計測装置は、対象物から放出される赤外線を検出することによりその対象物の温度を測定するから、軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を非接触且つ短時間で容易に測定できる。

第５の技術は、第１乃至第４の技術のいずれか一において、前記軸部材は、球状黒鉛鋳鉄製のカムシャフトであり、前記複数の所定部位は、複数のカム部であることを特徴とする。

本構成によれば、球状黒鉛鋳鉄製のカムシャフトの品質保証を精度よく行うことができる。

第６の技術は、鋳鉄製の軸部材の複数の所定部位を高周波加熱する高周波加熱装置と、加熱された前記軸部材を冷却剤により冷却して該軸部材の焼入れを行う冷却装置と、前記軸部材の前記複数の所定部位の温度を測定する温度測定装置と、前記軸部材の品質の良否を判定する判定装置とを備え、前記温度測定装置は、前記焼入れの終了から所定時間経過後の全ての前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定し、前記所定時間は、１秒以上６０秒以下であり、前記判定装置は、前記第１温度が所定範囲内にあるときに、前記軸部材の品質を良と判定し、前記第１温度の所定範囲は、１５０℃以上３６０℃以下であることを特徴とする。

本構成によれば、焼入れ後の軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の安定化された第１温度を測定するから、温度測定が容易であるとともに、製品の全数チェックを容易に行うことができ、高周波焼入れにおける品質保証の精度を向上させることができる。

前記所定時間は、前記焼入れの終了から前記軸部材の前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度が安定化し始めるまでの時間としてもよい。

本構成によれば、焼入れ後に軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度が安定化する初期段階で温度を測定するから、焼き割れ及び硬度不良の有無を精度よく容易に判定することができる。

本構成によれば、第１温度が上記範囲内であるときに軸部材の品質を良と判定することにより、品質保証の精度をさらに向上させることができる。

第７の技術は、第６の技術において、前記温度測定装置は、前記軸部材の高周波加熱後焼入れ前の全ての前記複数の所定部位の温度を第２温度として測定し、前記第１温度及び／又は前記第２温度に基づいて、前記高周波加熱装置及び／又は前記冷却装置における設備状態の評価を行う設備評価装置を備えたことを特徴とする。

本構成によれば、第１温度及び／又は第２温度に基づいて、高周波加熱装置及び／又は冷却装置の設備状態を評価するから、これらの装置の設備状態をより精度よく評価することができる。

第８の技術は、第６又は第７の技術において、前記判定装置の判定結果に基づいて、前記軸部材の良品と不良品とを分別する分別装置を備えたことを特徴とする。

本構成によれば、判定装置により良品と判定された軸部材は製品として出荷等の次の段階に進ませることができる。また、判定装置により不良品と判定された軸部材についてはその原因の検証により設備状態の評価等に活用することができる。

第９の技術は、第６乃至第８の技術のいずれか一において、前記温度測定装置は、前記軸部材が放出する赤外線を検出する熱画像計測装置であることを特徴とする。

第１０の技術は、第６乃至第９の技術のいずれか一において、前記軸部材は、球状黒鉛鋳鉄製のカムシャフトであり、前記複数の所定部位は、複数のカム部であることを特徴とする。

以上述べたように、本開示によると、焼入れ工程後の軸部材の複数の所定部位の焼入れ硬化部の安定化された第１温度を測定するから、温度測定が容易であるとともに、製品の全数チェックを容易に行うことができ、高周波焼入れにおける品質保証の精度を向上させることができる。

高周波焼入れ対象のカムシャフトの側面図である。一実施形態に係る高周波焼入れ装置の構成を示す図である。図１のカムシャフトにおける８番目のカム部の温度変化を示すグラフである。一実施形態に係る高周波焼入れ方法の工程を示すフロー図であり、情報の流れを一点鎖線の矢印で示している。他の実施形態に係る高周波焼入れ方法の工程を示すフロー図であり、情報の流れを一点鎖線の矢印で示している。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、本開示、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全くない。

（実施形態１）
＜カムシャフト＞
図１は、本実施形態に係る高周波焼入れ方法及び装置の処理対象であるカムシャフト１１（軸部材）の側面図を示している。

カムシャフト１１は、球状黒鉛鋳鉄製であり、自動車の直列４気筒エンジンに搭載される。カムシャフト１１は、図１に示すように、符号Ｃ１～Ｃ８及びドット状のハッチングで示す８個のカム部（所定部位）を有している。このカム部Ｃ１～Ｃ８は高強度を要することから高周波焼き入れの対象部位である。なお、カムシャフト１１は、カム部Ｃ１～Ｃ８を接続する軸部Ｄを備える。軸部Ｄは、高周波加熱の対象部位ではない。また、本明細書において、カムシャフト１１を「ワーク１１」と称することがある。

なお、本実施形態に係る高周波焼入れ方法及び装置の処理対象の軸部材は、高周波焼入れを要する複数の所定部位を有するような鋳鉄製の軸部材であればよく、自動車の直列４気筒エンジン用のカムシャフトに限られない。具体的には例えば、その他の多気筒エンジン用、自動車以外の車両のエンジン用、産業用エンジン用のカムシャフト等であってもよい。また、カムシャフトに限らず、バランサシャフト等であってもよい。

＜高周波焼入れ装置＞
図２は、本実施形態に係る高周波焼入れ装置１００の構成の概略を示す図である。

高周波焼入れ装置１００は、高周波加熱装置１１０と、冷却装置１２０と、温度測定装置１３０と、分別装置１４０と、制御装置１５０と、図外の搬送装置と、を備える。

－高周波加熱装置－
高周波加熱装置１１０は、カムシャフト１１の８個のカム部Ｃ１～Ｃ８に対し高周波加熱を行うための装置である。高周波加熱装置１１０としては、特に限定されるものではなく、一般的な高周波焼入れにおいて用いられる公知の装置を使用することができる。

－冷却装置－
冷却装置１２０は、高周波加熱されたカムシャフト１１に対して冷却剤を吹き付ける等の方法によりカムシャフト１１、特にカム部Ｃ１～Ｃ８を急激に冷却して焼入れを行うための装置である。冷却装置１２０としては、特に限定されるものではなく、一般的な高周波焼入れにおいて用いられる公知の装置を使用することができる。冷却剤も、高周波焼入れにおいて一般的に用いられる冷却剤を使用することができ、具体的には例えば水等の冷却剤を使用することができる。

－温度測定装置－
温度測定装置１３０は、カムシャフト１１の８個のカム部Ｃ１～Ｃ８のうち複数のカム部の温度を測定するための装置であり、好ましくは全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の温度を測定するための装置である。複数のカム部の温度を測定するから、ワーク１１の品質保証の精度を高めることができる。また、全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の温度を測定することにより、ワーク１１の品質保証の精度を効果的に高めることができる。なお、複数のカム部又はカム部Ｃ１～Ｃ８の全ての温度をできる限り同一のタイミングで測定できる装置であることが望ましい。温度測定装置１３０としては、具体的には例えば、放射温度計、熱画像計測装置等が挙げられ、熱画像計測装置を用いることが好ましい。放射温度計を用いる場合は、例えば測定対象のカム部の個数分の放射温度計を用いて複数のカム部の各々の温度を、好ましくはできる限り同一のタイミングで、測定するようにすればよい。なお、放射温度計の数は、軸部材の構成、特に高周波焼入れ対象の所定部位の数により適宜変更され得る。熱画像計測装置は、対象物から放出される赤外線を検出することによりその対象物の温度を測定する装置である。熱画像計測装置を用いれば、カムシャフト１１が放出する赤外線を検出することにより、カム部Ｃ１～Ｃ８を含むカムシャフト１１全体の温度を極めて短時間、すなわちほぼ同一のタイミングで容易に測定できる。

なお、以下の高周波焼入れ方法の説明では、理解を容易にするため、全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の温度を測定する態様を前提とする。

－分別装置－
分別装置１４０は、制御装置１５０の後述する判定部１５２により判定されたカムシャフト１１の良品と不良品とを分別するための装置である。具体的には例えば、良品及び不良品に判定結果の刻印を行い、両者を別の分別箱へ分別していくような装置を採用することができる。すなわち、分別装置１４０は、カムシャフト１１を搬送する公知の搬送機、刻印を行う公知の刻印機、刻印に基づいて分別を行う公知の分別機及び分別箱等の組合せにより構成されてもよい。具体的には例えば、搬送機は一般的なベルトコンベヤ装置等、刻印機は例えば一般的なレーザー刻印機等、分別機は刻印を読み取るセンサ等を備えた公知の分別機等を用いることができる。

－制御装置－
制御装置１５０は、高周波加熱装置１１０、冷却装置１２０、温度測定装置１３０、及び分別装置１４０と通信可能に接続されており、後述する高周波焼入れ工程全体を制御・管理するための装置である。制御装置１５０は、記憶部１５１と、判定部１５２（判定装置）と、制御部１５３とを備える。制御装置１５０は、限定する意図ではないが、汎用のコンピュータ、ネットワークサーバ等により構成される。また、制御装置１５０は、図示しない表示部及び入力部等を備える。表示部及び入力部は、限定する意図ではないが、モニタ、キーボード、タッチパネル等により構成される。制御装置１５０及びその各部の詳細については、後述する高周波焼入れ方法の項目において説明する。

－搬送装置－
図２には図示していないが、高周波焼入れ装置１００は、上述の各装置にカムシャフト１１を搬入・搬出するための搬送装置を備えている。搬送装置は、限定する意図ではないが、ローダ等の公知の装置を採用することができる。

＜高周波焼入れ方法＞
本実施形態に係る高周波焼入れ方法を主に図２～図４を参照して説明する。

図４に示すように、高周波焼入れ方法は、準備工程Ｓ１１と、高周波加熱工程Ｓ１２と、加熱条件判定工程Ｓ２１と、待機工程Ｓ１３と、焼入れ工程Ｓ１４と、冷却条件判定工程Ｓ２３と、安定化工程Ｓ１５と、第１温度判定工程Ｓ２４（判定工程）と、分別工程Ｓ１６とを備えている。

－準備工程－
準備工程Ｓ１１において、ワーク１１は高周波焼入れ装置１００に搬入される。制御装置１５０は、ワーク１１の識別コード情報、機種情報、温度条件情報等のワーク情報を取得する。ワーク情報は、記憶部１５１に記録される（Ｓ３１）。制御部１５３は、読み取ったワーク情報と予め記憶部１５１に記録された情報とを照合して、当該ワーク１１に対応する高周波加熱条件及び焼入れ条件を記憶部１５１より読み出し、高周波加熱装置１１０及び冷却装置１２０の各々の運転条件として設定する。なお、ワーク１１に対応する各条件は、作業者が入力部から入力して設定する等の他の方法を用いてもよい。

－高周波加熱工程－
高周波加熱工程Ｓ１２は、高周波加熱装置１１０によりワーク１１の８個のカム部Ｃ１～Ｃ８の高周波加熱を行う工程である。

具体的に、ワーク１１は、図２の矢印Ａ１に示すように、不図示の搬送装置により高周波加熱装置１１０内に搬入される。そうして、制御部１５３により設定された高周波加熱条件に従って、高周波加熱が行われる。高周波加熱によりカム部Ｃ１～Ｃ８の表面から一定の深さまでの鋳鉄組織がオーステナイト化される。加熱温度は、鋳鉄組織がオーステナイト化する温度であり、例えば約９００℃～約１１００℃である。加熱時間は、一般的な高周波焼入れで用いられる時間であり、例えば約１０秒とすることができる。高周波加熱工程Ｓ１２が終了すると、図２の矢印Ａ２で示すように、ワーク１１は搬送装置により高周波加熱装置１１０内から搬出される。

なお、高周波加熱工程Ｓ１２において実際に行われた高周波加熱の条件は加熱条件実績情報として記憶部１５１に記録される（Ｓ３２）。

－加熱条件判定工程－
判定部１５２は、加熱条件実績情報のＯＫ／ＮＧ判定を行う（加熱条件判定工程Ｓ２１）。例えば、加熱条件実績情報が予め設定された高周波加熱条件と比較して妥当なものであればＯＫと判定される。一方、例えば、設備不良等の要因により、加熱条件実績情報が、予め設定された高周波加熱条件から大きく外れたものであればＮＧと判定される。ＯＫ／ＮＧ判定の基準はワーク１１の仕様、装置の仕様等に応じて適宜設定される。このＯＫ／ＮＧ判定の結果は、記憶部１５１に記録される（Ｓ３３）。

－待機工程－
高周波加熱装置１１０内から搬出されたワーク１１は、次の焼入れ工程Ｓ１４に進む準備のため、例えば大気下で約数秒間、待機する（待機工程Ｓ１３）。

－焼入れ工程－
高周波加熱装置１１０内から搬出されたワーク１１は、図２の矢印Ａ３で示すように、冷却装置１２０内へ搬入される。そして、ワーク１１に冷却剤が吹き付けられ、急激な冷却、すなわち焼入れが行われる（焼入れ工程Ｓ１４）。焼入れが行われると、高周波加熱によりオーステナイト化した鋳鉄組織がマルテンサイト化する。なお、本明細書において、このカム部Ｃ１～Ｃ８の表面から一定の深さまでのマルテンサイト化された部分を「焼入れ硬化部」という。冷却剤の温度、吹き付け時間等の焼入れ条件は、鋳鉄組織がマルテンサイト化する温度にまでワーク１１のカム部Ｃ１～Ｃ８を冷却できる条件である。焼入れ工程Ｓ１４が終了すると、図２の矢印Ａ４で示すように、ワーク１１は、冷却装置１２０内から搬出される。

なお、焼入れ工程Ｓ１４において実際に行われた焼入れの条件は冷却条件実績情報として記憶部１５１に記録される（Ｓ３６）。

－冷却条件判定工程－
冷却条件判定工程Ｓ２３において、判定部１５２は、冷却条件実績情報のＯＫ／ＮＧ判定を行う。例えば、冷却条件実績情報が予め設定された焼入れ条件と比較して妥当なものであればＯＫと判定される。一方、例えば、設備不良等の要因により、冷却条件実績情報が、予め設定された焼入れ条件から大きく外れたものであればＮＧと判定される。ＯＫ／ＮＧ判定の基準はワーク１１のワーク情報、装置の仕様等に応じて適宜設定される。このＯＫ／ＮＧ判定の結果は、記憶部１５１に記録される（Ｓ３７）。

－安定化工程－
安定化工程Ｓ１５は、焼入れ工程Ｓ１４後、すなわち冷却装置１２０からの搬出後に、ワーク１１を大気中で放置してその温度を安定化させる工程である。

ここに、本実施形態に係る高周波焼入れ方法は、安定化工程Ｓ１５において、温度測定装置１３０により、焼入れ工程Ｓ１４終了から所定時間経過後の全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定することを特徴とする。以下、安定化工程Ｓ１５の詳細と第１温度の測定について説明する。

まず、冷却装置１２０から搬出されたワーク１１は、そのまま大気下で一定時間放置される（安定化工程Ｓ１５）。

ここで、高周波加熱工程Ｓ１２から安定化工程Ｓ１５までのワーク１１の温度変化について図３を参照して説明する。

図３のグラフは、検証用のワーク１１のカム部Ｃ８（図１参照）に市販のクロメルアルメル熱電対を溶接して高周波加熱工程Ｓ１２から安定化工程Ｓ１５までの温度を検出し、プロットしたものである。

図３に示すように、高周波加熱工程Ｓ１２において高周波加熱が行われると、カム部Ｃ８の温度は約１０４０℃まで徐々に増加する。そして、矢印Ｂ１の時間で加熱が終了し、ワーク１１は高周波加熱装置１１０から搬出される（図２の矢印Ａ２参照）。

そして、図３中矢印Ｂ１の時間から矢印Ｂ２の時間までの待機工程Ｓ１３において、カム部Ｃ８の温度は、約１００℃低下する。

その後、ワーク１１は、冷却装置１２０内に搬送され（図２の矢印Ａ３参照）、図３中矢印Ｂ２の時間から冷却剤としての水の吹き付けが始まり、カム部Ｃ８の温度は急降下する。冷却剤がワーク１１に吹き付けられる間、カム部Ｃ８の温度は細かく変動する。そして、矢印Ｂ３で示すように、冷却剤の吹き付けが終了して、ワーク１１が冷却装置１２０から搬出されると（図２の矢印Ａ４参照）、カム部Ｃ８の焼入れ硬化部の温度は徐々に上昇し、やがて一定の温度で安定化する。この図３の符号Ｂ３の時間以降の温度の上昇及び安定化は、ワーク１１を大気下で放置することにより、ワーク１１のカム部Ｃ８の温度が復温、すなわちワーク１１のカム部Ｃ８の焼入れ硬化部の内部と表面の温度が均一化している様子を示している。なお、図３の符号Ｂ３から約８秒程度は温度が細かく変動しているが、これは、ワーク１１に付着している冷却剤の水分の蒸発等が関係していると考えられる。

本願発明者らは、図３のようなワーク１１の良品のヒートパターンと、不良品のヒートパターンとを検証することにより、この復温して安定化した状態の温度、すなわち図３中矢印Ｐ１で示す時間以降の温度（本明細書において「第１温度」と称することがある。）は、良品では所定範囲内に入り、不良品ではその所定範囲から外れることを見出した。また、本願発明者らは、冷却装置１２０からの搬出（焼入れ工程Ｓ１４終了）から第１温度に到達し始めるまでの時間（図３では矢印Ｂ３の時間から矢印Ｐ１の時間まで）は、ワーク１１の仕様が同一であれば、ほぼ一定であることを見出した。

第１温度に到達し始めるまでの時間は、ワーク１１の良品のヒートパターンを予め実験的に取得しておくことにより、決定することができる。そして、安定化工程Ｓ１５において、所定時間経過後のカム部Ｃ１～Ｃ８の焼入れ硬化部の温度を、第１温度として測定し、当該第１温度が所定範囲に含まれているかどうかをワーク１１全てにおいて検証することにより、ワーク１１の品質の良否判定を全数について行うことができる。

従って、本実施形態に係る高周波焼入れ方法の安定化工程Ｓ１５では、温度測定装置１３０により、焼入れ工程Ｓ１４終了から所定時間経過後の全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定する。そして、次の第１温度判定工程Ｓ２４において、第１温度に基づいて、ワーク１１の品質の良否判定を行う。なお、安定化工程Ｓ１５において測定された第１温度は、第１温度情報として記憶部１５１に記録される（Ｓ３８）。

所定時間は、ワーク１１を冷却装置１２０から搬出してから、ワーク１１のカム部Ｃ１～Ｃ８の焼入れ硬化部の温度が安定化するまでの時間（図３中矢印Ｂ３から矢印Ｐ１以降までの時間）である。そして、所定時間は、焼き割れ及び硬度不良の有無を精度よく容易に判定する観点から、好ましくは、ワーク１１を冷却装置１２０から搬出してから、ワーク１１のカム部Ｃ１～Ｃ８の焼入れ硬化部の温度が安定化し始めるまでの時間（図３中矢印Ｂ３から矢印Ｐ１までの時間）である。なお、本明細書において、図３中矢印Ｐ１で示すワーク１１の温度が安定化し始める時間は、ワーク１１の水分の蒸発等による細かい温度変化が終了して、滑らかに温度が上昇し始めてから、温度の時間変化率が例えば１以下、好ましくは０．７以下になり始める時間とすることができる。また、所定時間は、具体的には例えば、１秒以上６０秒以下、好ましくは２秒以上２０秒以下である。

－第１温度判定工程－
第１温度判定工程Ｓ２４は、制御装置１５０の判定部１５２が、上述の第１温度に基づいて、ワーク１１の品質の良否を判定する工程である。

具体的には例えば、判定部１５２は、第１温度が所定範囲内にあるときは、第１温度をＯＫと判定とする一方、第１温度が所定範囲外にあるときは、第１温度をＮＧと判定とする。そして、第１温度がＯＫ判定のときは、ワーク１１の品質は良品と判定される。また、第１温度がＮＧ判定のときは、ワーク１１の品質は不良品と判定される。

図３に一点鎖線で示すように、第１温度の上記所定範囲は、好ましくは１５０℃以上３６０℃以下であり、より好ましくは１８０℃以上３３０℃以下である。第１温度が１５０℃未満であると、焼入れ工程Ｓ１４における冷却過多によるワーク１１の焼割れが問題となる。また、第１温度が３６０℃超であると、焼入れ工程Ｓ１４における冷却不足によるカム部Ｃ１～Ｃ８の硬度不良が問題となる。

第１温度判定工程Ｓ２４における第１温度のＯＫ／ＮＧ判定結果は、ワーク１１の品質の良否判定の結果と同一であり、このワーク１１の品質の良否判定の結果は、第１温度判定情報として記憶部１５１に記録される（Ｓ３９）。

－分別工程－
第１温度判定工程Ｓ２４で良品又は不良品と判定されたワーク１１は、上述の分別装置１４０により、その判定結果に応じて分別される（分別工程Ｓ１６）。

具体的には例えば、まず、安定化工程Ｓ１５を終えたワーク１１は、不図示の搬送装置により、分別装置１４０に搬入される。そして、例えばレーザー刻印機等により、記憶部１５１に記憶されたワーク情報の識別コード情報、加熱条件判定情報、冷却条件判定情報及び第１温度判定情報がワーク１１に刻印される（Ｓ１６１）。そして、良品は完成パレットへ分別される一方（Ｓ１６２）、不良品は不良品ボックスへ分別される（Ｓ１６３）。こうして、ワーク１１の高周波焼入れ作業は終了する。なお、刻印は良品及び不良品のいずれにも行われる。そうして、良品の品質保証の精度を高めるとともに、分別したときの不良品の良品への混入を防ぐことができる。良品は品質が保証された製品として出荷等の次の段階に進んでいく。一方、不良品は、その原因の検証用として使用され、設備状態の評価等に活用される。

＜まとめ＞
以上述べたように、本実施形態に係る高周波焼入れ方法及び装置は、安定化工程Ｓ１５における第１温度を測定し、その第１温度に基づいてワーク１１の品質の良否判定を行うから、温度測定が容易且つ高精度であるとともに、製品の全数チェックを容易に行うことができる。そうして、高周波焼入れにおける品質保証の精度を向上させることができる。

なお、記憶部１５１に記録されたワーク情報、加熱条件実績情報、加熱条件判定情報、冷却条件実績情報、冷却条件判定情報、第１温度情報、第１温度判定情報は、他の必要情報とともに互いに紐づけられて保存され、トレーサビリティ管理される。これにより、カムシャフト１１の全数保証の品質管理の精度を向上させることができる。

（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

＜高周波焼入れ方法＞
図５は、実施形態２に係る高周波焼入れ方法の工程を示すフローである。

－待機工程－
実施形態１の高周波焼入れ方法では、高周波加熱工程Ｓ１２後であり且つ焼入れ工程Ｓ１４前に、待機工程Ｓ１３を備える構成であった。本実施形態に係る高周波焼入れ方法では、待機工程Ｓ１３（第２温度測定工程）において、ワーク１１のカム部Ｃ１～Ｃ８の温度を測定するようにしている。

具体的には、図３の矢印Ｐ２で示すように、高周波加熱装置１１０内から搬出された後、冷却装置１２０内に搬入されるまでの間に、ワーク１１の全てのカム部Ｃ１～Ｃ８の温度を、第２温度として、温度測定装置１３０により測定する。測定された第２温度は、第２温度情報として制御装置１５０の記憶部１５１に記録される（Ｓ３４）。

－第２温度判定工程－
そして、第２温度判定工程Ｓ２２（設備評価工程）において、判定部１５２（設備評価装置）は、第２温度が妥当な温度範囲内かどうかについて、ＯＫ／ＮＧ判定を行う。

図３のようなワーク１１の良品のヒートパターンは、高周波加熱装置１１０の設備状態に問題がなければ、ワーク１１の仕様、装置の仕様等により概ね決定される。従って、第２温度も、第１温度同様、良品では、ある程度の温度範囲内に収まる。従って、第２温度が予測される妥当な温度範囲に含まれる場合にはＯＫ判定、第２温度が予測される妥当な温度範囲から外れる場合にはＮＧ判定を行うことができる。ＯＫ判定の場合は、ワーク１１は、そのまま次の焼入れ工程Ｓ１４に進む。一方、ＮＧ判定の場合は、例えば、高周波加熱装置１１０のエラーとして、高周波焼入れ装置１００全体の動作を停止させることができる。これにより、高周波加熱装置１１０の点検を行うことができる。このように、第２温度判定工程Ｓ２２において、その判定結果に応じて、高周波加熱装置１１０の設備状態を評価することができる。なお、第２温度の妥当な温度範囲は例えば約８５０℃～約１０５０℃とすることができる。

第２温度のＯＫ／ＮＧ判定の結果についても、第２温度判定情報として記憶部１５１に記録される（Ｓ３５）。なお、第２温度情報及び第２温度判定情報についても、上述の情報とともに互いに紐づけられて保存され、トレーサビリティ管理される。

－第１温度判定工程－
実施形態１では、第１温度判定工程Ｓ２４において、判定部１５２により、第１温度が所定範囲に含まれるか否かによりワーク１１の品質の良否判定を行う構成であった。これに対し、本実施形態に係る第１温度判定工程Ｓ２４（設備評価工程）では、判定部１５２（設備評価装置）により、第１温度を用いたワーク１１の品質の良否判定に加えて、第１温度を用いた冷却装置１２０の設備評価を併せて行うようにしてもよい。

具体的には、上述のごとく、判定部１５２は、第１温度が所定範囲内に含まれている場合はＯＫ判定を行う。一方、第１温度が所定範囲外にある場合はＮＧ判定を行う。そして、ワーク１１は、第１温度のＯＫ／ＮＧ判定の結果に基づき、分別工程Ｓ１６で良品と不良品とに分別される。さらに、第１温度についてＮＧ判定が出た場合、すなわち、第２温度判定工程Ｓ２２において第２温度がＯＫ判定であったにも拘わらず、第１温度がＮＧ判定であった場合、冷却装置１２０の設備状態に問題が生じている可能性が高いと考えられる。従って、この場合には、例えば、高周波焼入れ装置１００全体の動作を停止して、冷却装置１２０の設備状態の点検を行うようにすることができる。

－分別工程－
分別工程Ｓ１６の刻印工程Ｓ１６１では、上述の情報に加え、第２温度判定情報もワーク１１に刻印される。そうして、第１温度がＯＫ判定であったワーク１１が良品、ＮＧ判定であったワーク１１が不良品として分別される。

＜まとめ＞
以上述べたように、本実施形態に係る高周波焼入れ方法では、まず第２温度に基づいて高周波加熱装置１１０の設備状態の評価を行うことができる。そして、第２温度がＯＫ判定であった場合には、第１温度に基づいて、冷却装置１２０の設備状態の評価を行うことができる。本構成によれば、高周波加熱装置１１０及び冷却装置１２０の設備状態をこまめにチェックすることができるとともに、エラー発生時にはこれらの装置の点検を速やかに行うことができる。そうして、カムシャフト１１の歩留まりを高めるとともに、その品質保証の精度を効果的に高めることができる。

（その他の実施形態）
実施形態２において、第２温度がＮＧ判定の場合、及び、第２温度がＯＫであるにも拘わらず第１温度がＮＧと判定された場合には、エラーにより高周波焼入れ装置１００全体の動作を停止させる構成であったが、当該構成に限られるものではない。具体的には例えば、第１温度又は第２温度でＮＧ判定が出た場合であっても高周波焼入れ装置１００全体の動作を継続させる構成としてもよい。例えば、第２温度がＯＫであり、第１温度がＮＧの場合、高周波加熱装置１１０の不具合により高周波加熱が断続的に行われた結果、測定された第２温度はＯＫであるが、実際には高周波加熱が不十分で、第１温度がＮＧと判定される場合も想定され得る。このような場合には、第１温度及び第２温度の両者の判定結果に基づいて、高周波加熱装置１１０及び冷却装置１２０双方の設備状態を評価して原因を検証することが効果的である。従って、このような場合には、第１温度又は第２温度でＮＧ判定が出た場合であっても、高周波焼入れ装置１００全体の動作を停止させない構成とすることが効果的である。

実施形態２では、ワーク１１の品質の良否判定は、第１温度のみに基づいて行う構成であったが、第１温度に加え、第２温度のＯＫ／ＮＧ判定結果に基づいて、ワーク１１の品質の良否判定を行うようにしてもよい。この場合、分別工程Ｓ１６では、第１温度及び第２温度ともにＯＫ判定のワーク１１のみが良品、第１温度及び第２温度の少なくともいずれかがＮＧ判定である場合は、不良品として判定、刻印及び分別される。なお、第２温度がＮＧ判定のワーク１１は、高周波加熱工程Ｓ１２が終了した段階で不良品である可能性が高いから、第１温度の判定結果に拘わらず全て不良品として刻印及び分別するようにしてもよい。このように、第１温度に加えて、第２温度を用いてワーク１１の品質の良否判定を行うことにより、ワーク１１の熱履歴が良品のヒートパターンに沿っているかをより精度よく確認することができ、品質保証の精度をさらに高めることができる。

本開示は、高周波焼入れ方法及び高周波焼入れ装置の分野で、極めて有用である。

１１カムシャフト、ワーク（軸部材）
１００高周波焼入れ装置
１１０高周波加熱装置
１２０冷却装置
１３０温度測定装置
１４０分別装置
１５０制御装置
１５１記憶部
１５２判定部（判定装置、設備評価装置）
１５３制御部
Ｃ１～Ｃ８カム部（所定部位）
Ｓ１２高周波加熱工程
Ｓ１３待機工程（第２温度測定工程）
Ｓ１４焼入れ工程
Ｓ１５安定化工程
Ｓ１６分別工程
Ｓ２２第２温度判定工程
Ｓ２４第１温度判定工程（判定工程）

Claims

鋳鉄製の軸部材の複数の所定部位を高周波加熱する高周波加熱工程と、
前記高周波加熱工程後に、冷却剤により前記軸部材を冷却して該軸部材の焼入れを行う焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後に、前記軸部材を放置して該軸部材の前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を安定化させる安定化工程と、
前記焼入れ工程後の前記軸部材の品質の良否を判定する判定工程と、を備え、
前記安定化工程において、前記焼入れ工程終了から所定時間経過後の全ての前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定し、
前記安定化工程における前記所定時間は、１秒以上６０秒以下であり、
前記判定工程において、前記第１温度が所定範囲内にあるときに、前記軸部材の品質を良と判定し、
前記第１温度の所定範囲は、１５０℃以上３６０℃以下である
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。
請求項１において、
前記高周波加熱工程後であり且つ前記焼入れ工程前に、前記軸部材の全ての前記複数の所定部位の温度を第２温度として測定する第２温度測定工程と、
前記第１温度及び／又は前記第２温度に基づいて、前記高周波加熱工程及び／又は前記焼入れ工程における設備状態の評価を行う設備評価工程と、を備えた
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。
請求項１又は請求項２において、
前記判定工程で良又は否と判定された前記軸部材をその判定結果に応じて分別する分別工程を備えた
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１温度は、前記軸部材が放出する赤外線を検出する熱画像計測装置により測定される
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記軸部材は、球状黒鉛鋳鉄製のカムシャフトであり、
前記複数の所定部位は、複数のカム部である
ことを特徴とする高周波焼入れ方法。
鋳鉄製の軸部材の複数の所定部位を高周波加熱する高周波加熱装置と、
加熱された前記軸部材を冷却剤により冷却して該軸部材の焼入れを行う冷却装置と、
前記軸部材の前記複数の所定部位の温度を測定する温度測定装置と、
前記軸部材の品質の良否を判定する判定装置とを備え、
前記温度測定装置は、前記焼入れの終了から所定時間経過後の全ての前記複数の所定部位の焼入れ硬化部の温度を第１温度として測定し、
前記所定時間は、１秒以上６０秒以下であり、
前記判定装置は、前記第１温度が所定範囲内にあるときに、前記軸部材の品質を良と判定し、
前記第１温度の所定範囲は、１５０℃以上３６０℃以下である
ことを特徴とする高周波焼入れ装置。
請求項６において、
前記温度測定装置は、前記軸部材の高周波加熱後焼入れ前の全ての前記複数の所定部位の温度を第２温度として測定し、
前記第１温度及び／又は前記第２温度に基づいて、前記高周波加熱装置及び／又は前記冷却装置における設備状態の評価を行う設備評価装置を備えた
ことを特徴とする高周波焼入れ装置。
請求項６又は請求項７において、
前記判定装置の判定結果に基づいて、前記軸部材の良品と不良品とを分別する分別装置を備えた
ことを特徴とする高周波焼入れ装置。
請求項６乃至請求項８のいずれか一において、
前記温度測定装置は、前記軸部材が放出する赤外線を検出する熱画像計測装置である
ことを特徴とする高周波焼入れ装置。
請求項６乃至請求項９のいずれか一において、
前記軸部材は、球状黒鉛鋳鉄製のカムシャフトであり、
前記複数の所定部位は、複数のカム部である
ことを特徴とする高周波焼入れ装置。