WO2019202896A1 - 高周波焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

環状に形成されて高周波電流が流され、内部に軸状体（１０１）が挿通自在とされ、軸状体（１０１）の軸方向に沿って相対移動可能なコイル部材（１２）と、軸状体（１０１）の表面に冷却液を噴射可能な噴射ノズル（１８）を有し、コイル部材（１２）の相対移動方向後方に配置され、コイル部材（１２）とともに軸状体（１０１）の軸方向に沿って相対移動可能な冷却部（１６）と、コイル部材（１２）と冷却部（１６）との間に配置され、コイル部材（１２）及び冷却部（１６）とともに軸状体（１０１）の軸方向に沿って相対移動可能な遮蔽部（１４）とを備え、遮蔽部（１４）は、軸状体（１０１）が挿通可能な開口部（１４ａ）を有する環状基部（１４ｂ）と、開口部（１４ａ）に向けて環状基部（１４ｂ）から突出し、軸状体（１０１）の挿通時に軸状体（１０１）に接触するブラシ部（１５）と、を備える高周波焼入れ装置（１）を提供する。

Description

高周波焼入れ装置

　本発明は、高周波焼入れ装置に関する。
　本願は、２０１８年４月１６日に、日本に出願された特願２０１８－０７８２６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　長寿命が求められる部品には、種々の表面処理がなされることがある。特に高周波焼入れは、部品表面の表面硬さ、耐摩耗性、耐疲労性を向上させるため、広く利用されている。このため、従来から、種々の高周波焼入れ装置が提案されている。例えば、鋼製の軸状体などの長尺の部材を高周波焼入れする場合は、いわゆる移動焼入れが行われている。移動焼入れ（ｔｒａｖｅｒｓｅ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）とは、軸状体に対して高周波誘導加熱コイル（以下、高周波コイルという）及び冷却手段を軸線方向に相対的に移動させながら焼入れする手法である。

　移動焼入れでは、高周波コイルによって軸状体の少なくとも表層がオーステナイト相になるまで軸状体を局部的に加熱する。次いで、高周波コイルのあとに追従してきた冷却手段によって、加熱された軸状体の表面に冷却液等を噴射させて短時間で急冷することにより、表層をマルテンサイト組織としている。

　従来の移動焼入れでは、焼入れ後の軸状体の鋼組織の均一性を保つべく、急速加熱から急冷までの時間を短縮するために、高周波コイルと冷却手段とを近接配置させて設備のコンパクト化を図っている。しかしながら、高周波コイルと冷却手段とを近接配置させると、冷却手段から噴射された冷却液が軸状体表面で跳ね返って高周波コイル付近まで飛散し、軸状体を過剰に冷却してしまう場合がある。特に、軸本体の一部に、軸本体よりも外径が大きな大径部が設けられた軸状体は、軸本体と大径部との間に段差があるため、軸状体に噴射された冷却液がこの段差に衝突すると、高周波コイル側に跳ね返りやすくなり、軸状体の過冷却が頻発する場合がある。

　そこで、特許文献１では、高周波誘導加熱部と冷却液噴射部との間に、冷却液の飛沫を遮蔽する手段として、圧縮空気を噴射させるノズルを備えた高周波焼入れ装置が提案されている。
　また、特許文献２では、焼入れ部位を加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱されている部位に冷却流体を噴出する冷却手段との間に、加熱されている部位への冷却流体の付着を防止するための噴射流体噴出手段を備えた焼入れ装置が提案されている。

日本国特開２００１－３２０１７号公報 日本国特開２０１４－２１４３２６号公報

　しかし、特許文献１、２に記載の焼入れ装置では、冷却液などの流体の飛散は防止できるものの、固形物の飛散を防止できないという問題がある。固形物とは、軸状体の表面に生成したスケールが挙げられる。例えば、高周波コイルによって軸状体の表層をオーステナイト領域まで加熱すると、軸状体の表面にスケールが生成するが、このスケールは、冷却手段から噴射された冷却液によって軸状体から剥離されて飛散し、高周波コイルに付着する場合がある。スケールは流体ではなく固形物であるため、特許文献１、２に記載の装置であっても、スケールが飛散して高周波コイルに付着することは防止できない。高周波コイルの巻き線部同士の隙間にスケールが付着すると、高周波コイル内で短絡が起こり、異常加熱等により高周波コイルが破損する場合がある。あるいは、短絡の発生によって高周波コイルに印加される電圧が急変し、電源に異常な負荷がかかり、電源回路が破損するおそれがある。また、加熱コイルや電源回路が故障すると操業を停止せざるを得ず、焼入れ作業の能率が大幅に低下するおそれがある。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波焼入れ時に軸状体の表面に生成するスケールの飛散を防止可能な、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、本発明は以下の態様を含む。
［１］本発明の一態様に係る高周波焼入れ装置は、軸状体を高周波焼入れする装置であって、
　環状に形成されて高周波電流が流され、内部に前記軸状体が挿通自在とされ、前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能なコイル部材と、
　前記軸状体の表面に冷却液を噴射可能な噴射ノズルを有し、前記コイル部材の相対移動方向後方に配置され、かつ、前記コイル部材とともに前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能な冷却部と、
　前記コイル部材と前記冷却部との間に配置され、前記コイル部材及び前記冷却部とともに前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能な遮蔽部と、を備え、
　前記遮蔽部は、前記軸状体が挿通可能な開口部を有する環状基部と、前記開口部に向けて前記環状基部から突出し、前記軸状体の挿通時に前記軸状体に接触するブラシ部と、を備えることを特徴とする。
　上記の態様に係る高周波焼入れ装置によれば、コイル部材と冷却部との間に、環状基部とブラシ部とを有する遮蔽部が備えられ、ブラシ部は軸状体の挿通時に軸状体に接触するように構成されているので、スケールのような固形物が冷却液の噴射によって飛散したとしても、飛散したスケールはブラシ部に衝突し、スケールのコイル部材側への飛散を防止できる。
［２］上記［１］に記載の高周波焼入れ装置では、前記ブラシ部が、非磁性かつ弾性変形可能な複数の線状体からなってもよい。
　上記の態様に係る高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部が非磁性の線状体からなるので、ブラシ部が高周波焼入れに影響を及ぼすことがない。また、線状体が弾性変形可能なため、ブラシ部が軸状体を通過する際に軸状体の形状に沿ってブラシ部を変形させることができ、ブラシ部と軸状体との間に隙間が生じるおそれがなく、コイル部材へのスケールの飛散を防止できる。
［３］上記［２］に記載の高周波焼入れ装置では、前記ブラシ部の前記線状体の長手方向が、前記開口部の中央を向いていてもよい。
　上記の態様に係る高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部の線状体の長手方向が、開口部の中央を向いているので、高周波焼入れ装置に軸状体が挿入された際に、ブラシ部によってコイル部材が冷却部から遮蔽されるようになり、飛散したスケールはブラシ部に衝突し、コイル部材側への飛散を防止できる。
［４］上記［２］に記載の高周波焼入れ装置では、前記ブラシ部の前記線状体の長手方向が、前記開口部の中央を向く方向に対して傾斜した方向を向き、かつ、前記冷却部側に傾斜する方向を向いていてもよい。
　上記の態様に係る高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部の線状体の長手方向が、開口部の中央を向く方向に対して傾斜した方向を向き、かつ、冷却部側に傾斜する方向を向いているので、高周波焼入れ装置に軸状体が挿入された際に、ブラシ部によってコイル部材が冷却部から遮蔽されるようになり、飛散したスケールはブラシ部に衝突し、コイル部材側への飛散を防止することができる。
［５］上記［２］から［４］の何れか一項に記載の高周波焼入れ装置では、前記ブラシ部の前記線状体が、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなってもよい。
　上記の態様に係る高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部の線状体が、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなるので、高周波焼入れに影響を及ぼすことがない。

　本発明の上記の各態様に係る高周波焼入れ装置によれば、高周波焼入れ時に軸状体の表面に生成するスケールの飛散を防止可能な、高周波焼入れ装置を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施形態である高周波焼入れ装置の一部を破断して示す図であって、同高周波焼入れ装置を模式的に示す側面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態である高周波焼入れ装置の要部を破断して示す図であって、同高周波焼入れ装置の要部を模式的に示す側面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態である高周波焼入れ装置の要部を破断して示す図であって、同高周波焼入れ装置の要部を模式的に示す側面図である。 図４Ａは、本発明の第１の実施形態である高周波焼入れ装置の動作を説明する図であって、軸状体の軸本体が遮蔽部を通過する状態を模式的に示す平面図である。 図４Ｂは、本発明の第１の実施形態である高周波焼入れ装置の動作を説明する図であって、軸状体の大径部が遮蔽部を通過する状態を模式的に示す平面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態である高周波焼入れ装置の要部を破断して示す図であって、同高周波焼入れ装置の要部を模式的に示す側面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態である高周波焼入れ装置の要部を模式的に示す平面図である。 図７Ａは、本発明の第２の実施形態である高周波焼入れ装置の動作を説明する図であって、軸状体の軸本体が遮蔽部を通過する状態を模式的に示す平面図である。 図７Ｂは、本発明の第２の実施形態である高周波焼入れ装置の動作を説明する図であって、軸状体の大径部が遮蔽部を通過する状態を模式的に示す平面図である。

（第１の実施形態）
　以下、本発明の実施形態である高周波焼入れ装置について、図１～図４Ｂを参照して説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されないことは自明である。また、本発明の範囲において、以下の実施形態の各要素を組み合わせ可能なことは自明である。
　図１に示すように、本実施形態の高周波焼入れ装置１は、例えば、鉄道車両用の車軸等の軸状体１０１に、高周波電流を用いて移動焼入れを行うための装置である。移動焼入れ（ｔｒａｖｅｒｓｅ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）とは、軸状体１０１に対して高周波誘導加熱コイル（以下、高周波コイルという）及び冷却部を軸線方向に相対的に移動させながら焼入れする手法である。

　本実施形態の高周波焼入れ装置１に適用可能な軸状体としては、軸本体の一部に大径部が設けられることにより軸本体と大径部との間に段差部がある軸状体でもよいし、軸本体を有し、大径部及び段差部を有しない軸状体でもよい。

　まず、軸状体１０１の一例を説明する。本実施形態の高周波焼入れ装置１によって移動焼入れされる軸状体１０１は、軸本体１０２と、軸本体１０２よりも径（外径）が大きい大径部１０３とを備えている。図１に示す軸状体１０１には大径部１０３が４つあり、各大径部１０３は相互に離間しており、各大径部１０３の間に軸本体１０２がある。各大径部１０３は、互いの外径がほぼ等しくてもよく、相互に異なる外径であってもよい。軸本体１０２及び各大径部１０３はそれぞれ円柱状に形成されている。軸本体１０２及び大径部１０３のそれぞれの中心軸は、共通軸と同軸に配置されている。以下では、共通軸を軸線Ｃと言う。
　また、軸本体１０２と大径部１０３との境界には、軸本体１０２と大径部１０３とを接続するための段差部１０４がある。段差部１０４は、軸状体１０１の軸線Ｃに対して所定の角度で傾斜している。傾斜角度は例えば１５°～９０°の範囲である。本実施形態の高周波焼入れ装置１内では、軸状体１０１は、軸線Ｃが上下方向に沿うように配置されている。

　なお、軸状体１０１が備える大径部１０３の数は４つに限定されず、１つから３つでもよいし、５つ以上でもよい。
　軸状体１０１は、鋼材で形成されている。

　図１に示すように、高周波焼入れ装置１は、コイル部材１２を有する加熱部１１と、冷却部１６と、遮蔽部１４とを備えている。加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４は、移動装置５０に接続されており、移動装置５０によって移動自在とされている。また、高周波焼入れ装置１には、軸状体１０１を支持するための支持部材６が備えられている。

　移動装置５０は、ラック部材５４と、支え板５１と、モータ５２とから構成されている。ラック部材５４は、上下方向に沿って延在している。支え板５１には、加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４が固定されている。また、支え板５１にはピニオンギヤ５１ａが設けられており、ピニオンギヤ５１ａは、ラック部材５４に噛み合っている。モータ５２を駆動させると、ピニオンギヤ５１ａが回転し、ラック部材５４に対して支え板５１が上方又は下方に移動するように構成されている。

　支持部材６は、下方センター７と、上方センター８と、を備えている。下方センター７は、軸状体１０１の下端を軸状体１０１の下方から支持している。上方センター８は、軸状体１０１の上端を軸状体１０１の上方から支持している。各センター７，８は、軸線Ｃが上下方向に沿うように軸状体１０１を支持している。また、軸状体１０１は、軸方向を中心にして回転可能とされている。下方センター７及び上方センター８を回転させることにより、移動装置５０に対して軸状体１０１を相対的に回転させてもよい。
　本実施形態の高周波焼入れ装置１は、軸状体１０１に対して、移動装置５０を作動させることで加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４を上昇させ、軸状体１０１を移動焼入れする。

　加熱部１１は、高周波コイルであるコイル部材１２と、カーレントトランス１３と、を備えている。
　コイル部材１２は、コイルの素線を螺旋状に巻いた環状に形成され、高周波電流が流されるようになっている。コイル部材１２の内径は、軸状体１０１の大径部１０３の外径よりも大きい。コイル部材１２の内部には、軸状体１０１が挿通自在となっている。
　カーレントトランス１３は、コイル部材１２の各端部に電気的及び機械的に連結されている。カーレントトランス１３は、コイル部材１２に高周波電流を流す。
　カーレントトランス１３は、支え板５１に取り付けられている。これにより、コイル部材１２は、軸状体１０１の軸方向に沿って相対移動が可能とされている。

　冷却部１６は、本実施形態では環状に形成されている。冷却部１６には、上下方向に貫通する貫通孔１７が形成されている。冷却部１６の貫通孔１７内には、軸状体１０１が挿通可能とされている。冷却部１６内には内部空間１６ａが形成されている。冷却部１６のうち貫通孔１７側に面する内周面には、複数の噴射ノズル１８が周方向に互いに離間して形成されている。各噴射ノズル１８は、内部空間１６ａに連通している。冷却部１６は、コイル部材１２よりも下方に配置されている。
　冷却部１６には、ポンプ１９が連結されている。ポンプ１９は、水等の冷却液Ｌを冷却部１６の内部空間１６ａ内に供給する。内部空間１６ａに供給された冷却液Ｌは、複数の噴射ノズル１８を通して軸状体１０１に向かって噴射され、軸状体１０１を冷却する。
　なお、冷却部１６の形状は環状に限定されず、円形、楕円形、直方体状等でもよい。
　ポンプ１９は、支え板５１に取り付けられている。これにより、冷却部１６は、軸状体１０１の軸方向に沿って相対移動が可能とされている。

　次に、図１～図３を参照して、遮蔽部１４について説明する。遮蔽部１４は、コイル部材１２と冷却部１６との間に配置されている。遮蔽部１４には、軸状体１０１が挿通可能な開口部１４ａを有する環状基部１４ｂと、ブラシ部１５とが備えられている。環状基部１４ｂは、環状に形成された部材であって開口部１４ａを有している。開口部１４ａは、軸状体１０１の大径部１０３が挿通可能な大きさに形成されている。また、ブラシ部１５は、環状基部１４ｂの開口部１４ａに向けて環状基部１４ｂから突出しており、軸状体１０１の挿通時に軸状体１０１に接触する。
　遮蔽部１４は、支え板５１に取り付けられている。これにより、遮蔽部１４は、コイル部材１２及び冷却部１６とともに、軸状体１０１の軸方向に沿って相対移動可能とされている。

　ブラシ部１５は、複数の線状体１１５からなる。各線状体１１５は、長手方向の基端１１５ａが環状基部１４ｂに接続されており、長手方向の先端１１５ｂが開口部１４ａ側に突出している。線状体１１５は、環状基部１４ｂの内周面１４ｃの全周に渡って設けられている。線状体１１５の密度は、環状基部１４ｂの開口部１４ａに軸状体１０１を挿通させた際に、環状基部１４ｂの内周面１４ｃと軸状体１０１との間に形成される隙間の大きさに応じて、スケールの飛散を防止できる程度の密度に、適宜設定すればよい。また、線状体１１５は、その長手方向が、開口部１４ａの中央を向いている。線状体１１５の長さは、遮蔽部１４に軸状体１０１を挿通させた際に、軸状体１０１の軸本体１０２の表面に線状体１１５の長手方向の先端１１５ｂが接触する長さに設定するとよい。
　なお、環状基部１４ｂの形状は環状に限定されず、円形、楕円形、直方体状等でもよい。また、開口部１４ａの形状は限定されず、円形、楕円形、直方体等でもよい。

　線状体１１５の材質は、非磁性かつ弾性変形可能なものとすることが好ましく、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなることが好ましい。

　次に、本実施形態の高周波焼入れ装置を用いて軸状体１０１を移動焼入れする方法について説明する。
　まず、図１に示すように、コイル部材１２、遮蔽部１４及び冷却部１６を、軸状体１０１の下端側に位置させる。次に、カーレントトランス１３を駆動させてコイル部材１２に高周波電流を流す。また、ポンプ１９を駆動させて、冷却部１６の複数の噴射ノズル１８から冷却液Ｌを噴出させる。次に、モータ５２を駆動して、ラック部材５４に対して支え板５１を上方に移動させる。これにより、軸状体１０１に対して、コイル部材１２、遮蔽部１４及び冷却部１６が順に外挿され、上方に移動する。コイル部材１２の内部に軸状体１０１が挿入されると、コイル部材１２の電磁誘導により、軸状体１０１の表面に高周波電流が流れ、軸状体１０１の電気抵抗によりジュール熱が発生し、軸状体１０１の表層がオーステナイト相の形成領域まで加熱される。続いて、コイル部材１２によって加熱された箇所まで冷却部１６が上昇し、軸状体１０１の加熱箇所に冷却液Ｌが噴射される。これにより、軸状体１０１の少なくとも表層が急冷されてマルテンサイト組織が生成する。軸状体１０１の下端から上端に向けて、コイル部材１２及び冷却部１６が上昇することで、コイル部材１２による加熱と冷却部１６による冷却が順次行われ、軸状体１０１の表面が高周波焼入れされる。軸状体１０１を均一に加熱し、また、均一に冷却するためには、焼入れ中の軸状体１０１を軸長方向を中心に回転させるとよい。

　図４Ａ及び図４Ｂに、軸状体１０１と遮蔽部１４を模式的に表す平面図を示す。図４Ａ及び図４Ｂでは、線状体１１５の変形をわかりやすく示すため、８本の線状体のみ図示し、その他の大部分の線状体の図示を省略している。図４Ａ及び図４Ｂで図示が省略された線状体は、線状体１１５と同様に変形する。

　図４Ａに示すように、遮蔽部１４に軸状体１０１の軸本体１０２が挿入されると、軸本体１０２の表面１０２ａに、環状基部１４ｂに設けられたブラシ部１５が接触する。より詳細には、複数の線状体１１５の先端１１５ｂが軸本体１０２の表面１０２ａに接触する。このとき、ブラシ部１５を構成する線状体１１５は、ほぼ真っ直ぐに伸びたままである。環状基部１４ｂと軸本体１０２との間の隙間は、線状体１１５からなるブラシ部１５によってほぼ塞がれた状態になる。

　軸本体１０２に続いて遮蔽部１４に軸状体１０１の段差部１０４が挿入されると、段差部１０４によって線状体１１５が徐々に押しのけられ、線状体１１５は徐々に弾性変形する。軸状体１０１は回転しているため、線状体１１５はその先端１１５ｂの方向が軸状体１０１の回転方向に沿った方向になるように変形する。そして、線状体１１５は、先端１１５ｂと基端１１５ａとの間の中間部１１５ｃにおいて段差部１０４の表面に接する。環状基部１４ｂと段差部１０４との間の隙間は、線状体１１５からなるブラシ部１５によってほぼ塞がれた状態になる。特に、段差部１０４が遮蔽部１４に挿入された場合には、軸本体１０２が遮蔽部１４に挿入された場合に比べて、環状基部１４ｂと段差部１０４との間の隙間が徐々に狭くなって線状体１１５の密度が徐々に高まる。

　更に、段差部１０４に続いて遮蔽部１４に軸状体１０１の大径部１０３が挿入されると、図４Ｂに示すように、大径部１０３によって線状体１１５が押しのけられ、線状体１１５は弾性変形する。軸状体１０１は回転しているため、線状体１１５はその先端１１５ｂの方向が軸状体１０１の回転方向に沿った方向になるように変形する。そして、線状体１１５は、先端１１５ｂと基端１１５ａとの間の中間部１１５ｃにおいて大径部１０３の表面に接する。環状基部１４ｂと大径部１０３との間の隙間は、線状体１１５からなるブラシ部１５によってほぼ塞がれた状態になる。特に、大径部１０３が遮蔽部１４に挿入された場合には、軸本体１０１が遮蔽部１４に挿入された場合に比べて、環状基部１４ｂと大径部１０３との間の隙間が狭くなり、環状基部１４ｂと大径部１０３との隙間における線状体１１５の密度が高められる。

　移動焼入れ時にコイル部材１２によって軸状体１０１の表面がオーステナイト相の形成領域まで加熱されると、軸状体１０１の表面にスケールが生成する。その後、冷却部１６から噴射された冷却液Ｌが軸状体１０１の表面に衝突した際に、その衝撃により、スケールが剥離する。剥離したスケールは直ちに下方に落下する。ただし、軸状体１０１の軸本体１０２と大径部１０３の間の段差部１０４に付着していたスケールは、冷却液Ｌの噴射によってコイル部材１２側に飛散するおそれがある。これは、段差部１０４が軸方向に対して傾斜しているため、段差部１０４に冷却液Ｌが衝突すると冷却液Ｌが斜め上方向にはね返され、冷却液Ｌとともにスケールも斜め上方向に飛散されて、コイル部材１２に付着するためである。スケールは導電性を有する場合があり、コイル部材１２の巻き線同士の隙間に入り込むと、コイル部材１２が内部で短絡するおそれがある。

　しかしながら、本実施形態の高周波焼入れ装置１には、上述のように、コイル部材１２と冷却部１６との間に、ブラシ部１５を有する遮蔽部１４があることで、遮蔽部１４を軸状体１０１が通過する際に、遮蔽部１４の環状基部１４ｂと軸状体１０１との間の隙間が、線状体１１５からなるブラシ部１５によって常に埋められるため、冷却液Ｌの噴射によって飛散したスケールはブラシ部１５に衝突し、コイル部材１２へのスケールの付着が防止される。特に、軸状体１０１に、軸本体１０２、大径部１０３、傾斜部１０４のように外径が異なる部位があっても、ブラシ部１５を構成する線状体１１５が弾性変形可能とされているので、遮蔽部１４の環状基部１４ｂと軸状体１０１との間がブラシ部１５によって隙間なく埋められ、コイル部材１２側へのスケールの飛散が防止されるようになる。

　以上説明したように、本実施形態の高周波焼入れ装置１によれば、コイル部材１２と冷却部１６との間に、環状基部１４ｂとブラシ部１５とを有する遮蔽部１４が備えられ、ブラシ部１５は軸状体１０１の挿通時に軸状体１０１に接触するように構成されているので、スケールのような固形物が冷却液Ｌの噴射によって飛散したとしても、飛散したスケールはブラシ部１５に衝突するので、スケールのコイル部材１２側への飛散を防止できる。特に、段差部１０４を有する軸状体１０１では、段差部１０４に冷却液Ｌが衝突することでスケールがコイル部材１２側に飛散するおそれがあるところ、ブラシ部１５を備えることでスケールの飛散を確実に防止できる。
　また、本実施形態の高周波焼入れ装置１によれば、ブラシ部１５が非磁性の線状体１１５からなるので、ブラシ部１５が高周波焼入れに影響を及ぼすことがない。また、線状体１１５が弾性変形可能なため、ブラシ部１５が軸状体１０１の段差部１０４及び大径部１０３を通過する際に軸状体１０１の形状に沿ってブラシ部１５を変形させることができ、ブラシ部１５と軸状体１０１との間に隙間が生じるおそれがなく、コイル部材１２へのスケールの飛散を防止できる。
　更に、本実施形態の高周波焼入れ装置１によれば、ブラシ部１５の線状体１１５の長手方向が、開口部１４ａの中央を向いているので、高周波焼入れ装置１に軸状体１０１が挿入された際に、ブラシ部１５によってコイル部材１２が冷却部１６から遮蔽されるようになり、飛散したスケールはブラシ部１５に衝突し、コイル部材１２側へのスケールの飛散を防止できる。
　また、本実施形態の高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部１５の線状体１１５が、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなるので、高周波焼入れに影響を及ぼすことがない。

（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態である高周波焼入れ装置について図５～図７Ｂを参照して説明する。なお、図５～図７Ｂに示す構成要素のうち、図１～図４Ｂに示した構成要素と同一の構成要素には、図１～図４Ｂの場合と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

　本実施形態の高周波焼入れ装置の遮蔽部２１４は、図５に示すように、コイル部材１２と冷却部１６との間に配置されている。遮蔽部２１４には、軸状体１０１が挿通可能な開口部１４ａを有する環状基部１４ｂと、ブラシ部２１５とが備えられている。

　本実施形態のブラシ部２１５は、複数の線状体３１５からなる。各線状体３１５は、長手方向の基端３１５ａが環状基部１４ｂに接続されており、長手方向の先端３１５ｂが開口部１４ａ側に突出している。線状体３１５は、環状基部１４ｂの内周面１４ｃの全周に渡って設けられている。線状体３１５の密度は、環状基部１４ｂの開口部１４ａに軸状体１０１を挿通させた際に、環状基部１４ｂの内周面１４ｃと軸状体１０１との間に形成される隙間の大きさに応じて、スケールの飛散を防止できる程度の密度に、適宜設定すればよい。

　また、線状体３１５は、その長手方向が、開口部１４ａの中央を向く方向に対して傾斜した方向を向き、かつ、冷却部１６側に傾斜する方向を向いている。言い換えると、線状体３１５は、その長手方向が、螺旋を描くように斜め下方向に向けられている。より詳細には、線状体３１５の先端３１５ｂを、開口部の中心に向けるのではなく、軸状体１０１の回転方向に沿う方向に向けるとよい。また、線状体３１５の先端３１５ｂを、軸状体１０１に対して遮蔽部２１４が相対移動する際の後方側、すなわち、本実施形態の場合は冷却部１６側に向けるとよい。このような方向に線状体３１５を向けることで、線状体３１５が軸状体１０１の表面を摺動する際に、線状体３１５が暴れるおそれがない。また、線状体３１５の長さは、遮蔽部２１４に軸状体１０１を挿通させた際に、線状体３１５の中間部３１５ｃが軸状体１０１の軸本体１０２の表面に接触する長さに設定するとよい。

　線状体３１５の材質は、第１の実施形態と同様に、非磁性かつ弾性変形可能なものとすることが好ましく、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなることが好ましい。

　次に、本実施形態の高周波焼入れ装置を用いて軸状体１０１を移動焼入れする方法について説明する。
　第１の実施形態と同様にして、軸状体１０１の下端から上端に向けて、コイル部材１２及び冷却部１６を上昇させて、コイル部材１２による加熱と冷却部１６による冷却を順次行ない、軸状体１０１の表面を高周波焼入れする。

　図７Ａ及び図７Ｂに、軸状体１０１と遮蔽部２１４を模式的に表す平面図を示す。図７Ａ及び図７Ｂでは、線状体３１５の変形をわかりやすく示すため、８本の線状体のみ図示し、その他の大部分の線状体の図示を省略している。図７Ａ及び図７Ｂで図示が省略された線状体は、線状体３１５と同様に変形する。

　本実施形態に係る遮蔽部２１４に軸状体１０１の軸本体１０２が挿入されると、図７Ａに示すように、軸本体１０２の表面１０２ａに、環状基部１４ｂに設けられたブラシ部２１５が接触する。より詳細には、複数の線状体３１５の中間部３１５ｃが軸本体１０２の表面１０２ａに接触する。このとき、ブラシ部２１５を構成する線状体３１５は、ほぼ真っ直ぐに伸びたままである。環状基部１４ｂと軸本体１０２との間の隙間は、線状体３１５からなるブラシ部２１５によってほぼ塞がれた状態になる。なお、線状体３１５の先端３１５ｂは、軸状体１０１の回転方向に沿う方向に向けられ、かつ、遮蔽部２１４の移動方後方側に向けられている。

　軸本体１０２に続いて遮蔽部２１４に軸状体１０１の段差部１０４が挿入されると、段差部１０４によって線状体３１５が徐々に押しのけられ、線状体３１５は徐々に弾性変形する。線状体３１５は、特に基端３１５ａが弾性変形し、中間部３１５ｃにおいて段差部１０４の表面に接する。環状基部１４ｂと段差部１０４との間の隙間は、線状体３１５からなるブラシ部２１５によってほぼ塞がれた状態になる。特に、軸本体１０２が遮蔽部２１４に挿入された場合に比べて、段差部１０４が遮蔽部２１４に挿入された場合には、環状基部１４ｂと段差部１０４との間の隙間が徐々に狭くなって線状体３１５の密度が徐々に高まる。

　更に、段差部１０４に続いて遮蔽部２１４に軸状体１０１の大径部１０３が挿入されると、図７Ｂに示すように、大径部１０３によって線状体３１５が押しのけられ、線状体３１５は弾性変形する。線状体３１５は、特に基端３１５ａが弾性変形し、線状体３１５は、中間部３１５ｃにおいて大径部１０３の表面に接する。環状基部１４ｂと大径部１０３との間の隙間は、線状体３１５からなるブラシ部２１５によってほぼ塞がれた状態になる。特に、軸本体１０１が遮蔽部２１４に挿入された場合に比べて、大径部１０３が遮蔽部２１４に挿入された場合には、環状基部１４ｂと大径部１０３との間の隙間が狭くなり、環状基部１４ｂと大径部１０３との隙間における線状体３１５の密度が高められる。

　本実施形態の高周波焼入れ装置には、上述のように、コイル部材１２と冷却部１６との間に、ブラシ部２１５を有する遮蔽部２１４があることで、遮蔽部２１４を軸状体１０１が通過する際に、遮蔽部２１４の環状基部１４ｂと軸状体１０１との間の隙間が、線状体３１５からなるブラシ部２１５によって常に埋められるため、冷却液Ｌの噴射によって飛散したスケールはブラシ部２１５に衝突し、コイル部材１２へのスケールの付着が防止される。特に、軸状体１０１に、軸本体１０２、大径部１０３、傾斜部１０４のように外径が異なる部位があっても、ブラシ部２１５を構成する線状体３１５が弾性変形可能とされているので、遮蔽部２１４の環状基部１４ｂと軸状体１０１との間がブラシ部２１５によって隙間なく埋められ、コイル部材１２側へのスケールの飛散が防止されるようになる。

　本実施形態の高周波焼入れ装置によれば、ブラシ部２１５の線状体３１５の長手方向が、開口部１４ａの中央を向く方向に対して傾斜した方向を向き、かつ、冷却部１６側に傾斜する方向を向いているので、高周波焼入れ装置に軸状体１０１が挿入された際に、ブラシ部２１５によってコイル部材１２が冷却部１６から遮蔽されるようになり、飛散したスケールはブラシ部２１５に衝突し、コイル部材１２側へのスケールの飛散を防止することができる。

　また、本実施形態では、線状体３１５が軸状体１０１に接触する際に、線状体３１５の先端３１５ｂではなく、線状体３１５の中間部３１５ｃが軸状体１０１に接するように構成されている。また、線状体３１５の長手方向が、軸状体１０１の回転方向に向き、かつ、遮蔽部２１４の移動方向の反対方向に向いている。これにより、軸状体１０１が遮蔽部２１４を通過する際に、線状体３１５が乱れて隙間が生じることがなく、コイル部材１２側へのスケールの飛散を防止できる。
　また、本実施形態では、線状体３１５の先端３１５ｂが軸状体１０１に接触してもよい。

　なお、図１には移動装置５０としてラック及びピニオンギヤを用いた例を示すが、これは例示であり、本発明の移動装置５０はこれに限られず、加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４を移動できるものであればよい。また、図１には、固定された軸状体１０１に対して加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４が移動する例を示すが、本発明はこの形態に限らず、加熱部１１、冷却部１６及び遮蔽部１４を固定しておき、軸状体１０１を移動させてもよい。更に、図１では、軸状体１０１の軸方向を上下方向に向けた例を示すが、本発明はこれに限らず、軸状体１０１の軸方向を水平方向に向けてもよく、軸状体１０１の軸方向が上下方向に対して傾いてもよい。

　また、ブラシ部１５、２１５を遮蔽部１４、２１４の移動方向に複数連ねてもよく、あるいは遮蔽部１４、２１４をその移動方向に複数連ねてもよい。これにより、ブラシ部１５、２１５の線状体の密度が高まり、より確実にスケールの飛散を防止できるようになる。
　また、ブラシ部１５、２１５又は遮蔽部１４、２１４を複数連ねる場合、遮蔽部１４、２１４の移動方向から見た場合の、各段のブラシ部１５、２１５の線状体の配置を互いにずらしてもよい。これにより、ブラシ部１５、２１５の線状体の密度がさらに高まり、より確実にスケールの飛散を防止できるようになる。

　なお、上述の実施形態で説明したように、線状体１１５の先端１１５ｂ、あるいは線状体３１５の中間部３１５ｃ又は先端３１５ｂが、軸状体１０１の軸本体１０２の表面１０２ａに接触することが好ましい。しかし、線状体の一部が軸状体に接触せずに、線状体の一部が軸状体に近接するだけであっても、スケールの飛散を軽減させる効果が期待できる。また、一部の線状体が軸状体に接触して、その他の線状体が軸状体に接触せずに近接のみするように構成してもよい。

　なお、上述の実施形態では、軸本体の一部に大径部が設けられた軸状体を例に挙げて説明をした。しかし、本発明は、上述の実施形態に係る軸状体と同様に冷却液が飛散する課題が生じ得る、大径部を有さないボールねじのような形状にも好ましく適用することができる。

　１…高周波焼入れ装置、１２…コイル部材、１４、２１４…遮蔽部、１４ａ…開口部、１４ｂ…環状基部、１５、２１５…ブラシ部、１６…冷却部、１８…噴射ノズル１０１…軸状体、１０２…軸本体、１０３…大径部、１０４…段差部、１１５、３１５…線状体、Ｌ…冷却液。

Claims (5)

1. 　軸状体を高周波焼入れする装置であって、
   　環状に形成されて高周波電流が流され、内部に前記軸状体が挿通自在とされ、前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能なコイル部材と、
   　前記軸状体の表面に冷却液を噴射可能な噴射ノズルを有し、前記コイル部材の相対移動方向後方に配置され、かつ、前記コイル部材とともに前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能な冷却部と、
   　前記コイル部材と前記冷却部との間に配置され、前記コイル部材及び前記冷却部とともに前記軸状体の軸方向に沿って相対移動可能な遮蔽部と、を備え、
   　前記遮蔽部は、前記軸状体が挿通可能な開口部を有する環状基部と、前記開口部に向けて前記環状基部から突出し、前記軸状体の挿通時に前記軸状体に接触するブラシ部と、
   を備える
   ことを特徴とする高周波焼入れ装置。
2. 　前記ブラシ部が、非磁性かつ弾性変形可能な複数の線状体からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入れ装置。
3. 　前記ブラシ部の前記線状体の長手方向が、前記開口部の中央を向いている
   ことを特徴とする、請求項２に記載の高周波焼入れ装置。
4. 　前記ブラシ部の前記線状体の長手方向が、前記開口部の中央を向く方向に対して傾斜した方向を向き、かつ、前記冷却部側に傾斜する方向を向いている
   ことを特徴とする、請求項２に記載の高周波焼入れ装置。
5. 　前記ブラシ部の前記線状体が、オーステナイト系ステンレス鋼またはガラス繊維からなる
   ことを特徴とする、請求項２から請求項４の何れか一項に記載の高周波焼入れ装置。

Images