(57)【要約】【課題】焼き境部の表面応力改善を簡単に段取り良く行うことができると共に省スペースで実現できる高周波焼入れ品の表面応力改善方法。【解決手段】被熱処理部品１の熱処理部位に巻回したコイル２に交流電流を流して発生するジュール熱によって高周波焼入れを行う。その後、焼入れ部６の近傍に発生する焼き境部７に向けて配置した噴射ノズル４から、低速水噴流を噴射しその低速水噴流内に高速水噴流を噴射して発生させたキャビテーション噴流１０を、前記焼き境部に吹き付ける。このキャビテーション噴流１０によって、高周波焼入れを行って引っ張り応力となった焼き境部７を、圧縮応力となるようにその表面応力を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被熱処理部品の熱処理部位に巻回したコイルに交流電流を流して発生するジュール熱によって高周波焼入れを行った後、
焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けて配置した噴射ノズルから、大気中に低速水噴流を噴射しその低速水噴流内に高速水噴流を噴射して発生させたキャビテーション噴流を、前記焼き境部に吹き付ける
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波焼入れ品の表面応力改善方法であって、
前記被熱処理部品をコンロッドとし、そのコンロッドの焼き境部を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善方法。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波焼入れ品の表面応力改善方法であって、
前記コンロッドのＩセクション部を前記コイルの内側に挿入配置した状態で、前記焼き境部にキャビテーション噴流を吹き付ける
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善方法。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波焼入れ品の表面応力改善方法であって、
前記被熱処理部品をクランクシャフトとし、そのクランクシャフトのフィレットＲ部を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善方法。
【請求項５】
請求項１に記載の高周波焼入れ品の表面応力改善方法であって、
前記被熱処理部品を歯車部品とし、その歯車部品の歯面を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善方法。
【請求項６】
被熱処理部品の熱処理部位に巻回されるコイルを有し、このコイルに交流電流を通電して発生するジュール熱により前記熱処理部位を焼入れする高周波焼入れ装置と、
前記焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けて配置される、高圧ノズルを中心としてその周囲を低圧ノズルで取り囲んでなる噴射ノズルを有し、前記低圧ノズルからの低速水噴流とその中心に前記高圧ノズルから噴射される高速水噴流とによるキャビテーション噴流を噴射するキャビテーションピーニング装置とを備えた
ことを特徴とする高周波焼入れ品の表面応力改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波焼入れ品の表面応力改善方法及びその表面応力改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、窒化処理したクランクシャフトのフィレットＲ部の疲労強度を向上させることを目的として、高圧ノズルとそれを取り囲む低圧ノズルのそれぞれから噴射される高圧流体と低圧流体とにより発生させたキャビテーション気泡を被処理物に噴射させ、その被処理物表面でキャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力を利用して被処理物に圧縮残留応力を付与する表面応力改善処理技術であるキャビテーションピーニングを行うことが記載されている。
【０００３】
この一方、高周波焼入れ処理では、残留応力が圧縮となることで疲労強度が向上するが、部分的な加熱により焼入れ部近傍に焼き境部が発生する。焼き境部は、引っ張り残留応力が付与されるため、疲労破壊の起点になる。
【０００４】
前記焼き境部の表面応力を改善するために、特許文献１のキャビテーションピーニングを使用すれば、焼き境部の引っ張り残留応力を取り除くことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１３０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されるように高周波焼入れ処理をした後に、この高周波焼入れ装置とは別の場所にあるキャビテーションピーニング装置へワークを運んでキャビテーションピーニングを行う必要があるため、段取りが面倒且つスペースを広く必要となるという課題が残る。
【０００７】
そこで、本発明は、焼き境部の表面応力改善を簡単に段取り良く行うことができると共に省スペースで実現できる高周波焼入れ品の表面応力改善方法及びその表面応力改善装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高周波焼入れ品の表面応力改善方法では、被熱処理部品の熱処理部位を高周波焼入れした後、その焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けて配置した噴射ノズルから、大気中に低速水噴流を噴射しその低速水噴流内に高速水噴流を噴射して発生させたキャビテーション噴流を吹き付ける。
【０００９】
本発明の高周波焼入れ品の表面応力改善装置は、高周波焼入れ装置で焼入れされる焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けて配置される、高圧ノズルを中心としてその周囲を低圧ノズルで取り囲んでなる噴射ノズルを有し、前記低圧ノズルからの低速水噴流とその中心に前記高圧ノズルから噴射される高速水噴流とによるキャビテーション噴流を噴射するキャビテーションピーニング装置を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の高周波焼入れ品の表面応力改善方法によれば、高周波焼入れを行った直後に、この焼入れ部近傍に発生した焼き境部に向けて配置される噴射ノズルからキャビテーション噴流が噴射されるため、引っ張り残留応力となった焼き境部７がキャビテーション噴流によって圧縮残留応力へと応力改善される。したがって、本発明方法によれば、焼き境部の表面応力改善をスピーディーに行うことができると共に、疲労強度も高めることができる。
【００１１】
本発明の高周波焼入れ品の表面応力改善装置によれば、高周波焼入れ装置で焼入れされる焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けてキャビテーションピーニング装置の噴射ノズルを配置しているので、高周波焼入れをした後に別の場所に被熱処理部品を運んでキャビテーションピーニングをする面倒な段取りをせずに、焼入れ後直ぐにキャビテーションピーニングすることができる。また、本発明によれば、高周波焼入れ装置とキャビテーションピーニング装置を独立して別の場所に配置するシステムに対して省スペース化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は被熱処理部品の表面応力を改善する一例を示す図である。
【図２】図２は被熱処理部品としてコンロッドの表面応力を改善する例を示す図である。
【図３】図３は被熱処理部品としてクランクシャフトのフィレットＲ部の表面を改善する例を示す図である。
【図４】図４は被熱処理部品として歯車の表面応力を改善する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
「実施形態１」
図１には、一般的な被熱処理部品に対して高周波焼入れを行った後にキャビテーションピーニングを行って表面応力を改善する高周波焼入れ品の表面応力改善方法及びその装置を示す。先ず、表面応力改善装置について説明する。
【００１５】
実施形態１の表面応力改善装置は、被熱処理部品１に対して高周波焼入れを行う高周波焼入れ装置と、キャビテーションピーニング装置と、を有している。
【００１６】
高周波焼入れ装置は、被熱処理部品１の熱処理部位に巻回されるコイル２と、このコイル２へ交流電流を流す交流電流供給部３と、から構成されている。交流電流供給部３は、被熱処理部品１の材質に応じた所定強さの交流電流をコイル２に通電するようになっている。この高周波焼入れ装置では、コイル２に交流電流を通電して発生するジュール熱により熱処理部位を焼入れする。
【００１７】
キャビテーションピーニング装置は、焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けてキャビテーション噴流を噴射する噴射ノズル４と、この噴射ノズル４に流体を供給する流体供給部５と、から構成されている。
【００１８】
噴射ノズル４は、前記高周波焼入れ装置で焼入れされた焼入れ部６の近傍に発生する焼き境部７に向けてそのノズル先端を配置させている。この噴射ノズル４は、高速水噴流を噴射する高圧ノズル８と、低速水噴流を噴射する低圧ノズル９とからなる。高圧ノズル８と低圧ノズル９は、同芯軸上に配置されており、高圧ノズル８を中心としてその周囲を低圧ノズル９が取り囲むように配置されている。
【００１９】
流体供給部５は、水やクーラント或いはこれらに防錆剤を含ませた流体を高圧ノズル８と低圧ノズル９に所定圧で供給するようになっている。高圧ノズル８には、高圧水が供給される。低圧ノズル９には、高圧ノズル８へ供給される高圧水よりも低い低圧水が供給される。圧力に高低差を持たせるのは、キャビテーション噴流を発生させるためである。
【００２０】
このキャビテーションピーニング装置では、高圧ノズル８から高速水噴流を噴射すると共にこの高圧ノズル８を中心としてその周囲を取り囲んで設けられた低圧ノズル９から低速水噴流を噴射させると、噴射ノズル４のノズル先端からはキャビテーション噴流が焼き境部７に向けて噴射される。ここでのキャビテーション噴流は、水中ではなく大気中に直接噴射するものとする。
【００２１】
次に、表面応力改善方法について説明する。初めに、丸棒等からなる被熱処理部品１の熱処理部位にコイル２を巻回する。次に、交流電流供給部３からコイル２に交流電流を供給する。すると、交流電流が通電されたコイル２は発熱し、その発熱したジュール熱によってこのコイル２が巻回された部位と対応する熱処理部位が加熱されて焼入れされる。図１では、焼入れ部６を斜線で示してある。
【００２２】
次に、流体供給部５から高圧ノズル８に高圧水を供給し、低圧ノズル９に低圧水を供給する。すると、焼入れ部６の近傍に発生する焼き境部７に向けて配置された噴射ノズル４からは、キャビテーション噴流１０が噴射される。焼き境部７は、焼入れがされた部位と未熱処理された部位の境目に生じる。キャビテーションピーニングは、キャビテーション噴流１０に含まれる気泡が被処理部品１の表面で崩壊する時の衝撃力を利用して、被処理部品１に圧縮残留応力を付与する表面応力改善技術である。
【００２３】
焼き境部７に向けてキャビテーション噴流１０が噴射されると、高周波焼入れにより引っ張り残留応力が付与された焼き境部７には、気泡崩壊時の衝撃力を受けて圧縮残留応力が付与される。焼き境部７の表面応力は、キャビテーション噴流１０の噴射を受けることで、引っ張り残留応力から圧縮残留応力に表面応力が改善される。焼き境部７は、その表面応力が圧縮残留応力に改善されることにより、疲労強度が向上する。
【００２４】
以上のように、実施形態１の表面応力改善方法によれば、高周波焼入れを行った直後に、この焼入れ部６の近傍に発生した焼き境部７に向けて配置される噴射ノズル４からキャビテーション噴流１０が噴射されるため、引っ張り残留応力となった焼き境部７がキャビテーション噴流１０によって圧縮残留応力へと応力改善される。したがって、本実施形態方法によれば、焼き境部７の表面応力改善をスピーディーに行うことができると共に、疲労強度も高めることができる。
【００２５】
一方、実施形態１の表面応力改善装置によれば、高周波焼入れ装置で焼入れされる焼入れ部６の近傍に発生する焼き境部７に向けてキャビテーションピーニングの噴射ノズル４を配置しているので、高周波焼入れをした後に別の場所に被熱処理部品１を運んでキャビテーションピーニングをする面倒な段取りをせずに、焼入れ後直ぐにキャビテーションピーニングすることができる。また、実施形態１の装置によれば、高周波焼入れ装置とキャビテーションピーニング装置を独立して別の場所に配置するシステムに対して省スペース化することができる。
【００２６】
「実施形態２」
実施形態２は、被熱処理部品をコンロッドとし、そのコンロッドの焼き境部を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける例である。図２に示すように、コンロッド１１の熱処理部位に巻回したコイル２に交流電流を発生するジュール熱によって高周波焼入れを行った後、焼入れ部近傍に発生する焼き境部に向けて配置した噴射ノズル４からキャビテーション噴流１０を吹き付ける。
【００２７】
具体的には、コンロッド１１のＩセクション部（ピストンが取り付けられる円形をなす小端部位とクランクシャフトが取り付けられる半円形をなす大端部位との棒形状をなす連結部位部）をコイル２の内側に挿入配置させた状態で、該コイル２への通電によってＩセクション部を高周波焼入れした後、噴射ノズル４からキャビテーション噴流１０を焼き境部に吹き付ける。
【００２８】
実施形態２では、高周波焼入れを行う部位が広いため、２箇所の焼き境部にそれぞれ向けて噴射ノズル４を配置してある。この実施形態２の高周波焼入れ装置とキャビテーションピーニング装置は、実施形態１の装置と同一構成であるため、その説明は省略するものとする。
【００２９】
この実施形態２では、コンロッド１１を高周波焼入れした後、直ちにキャビテーション噴流１０を噴射すれば、実施形態１と同様、引っ張り圧縮となった焼き境部の表面応力を圧縮残留応力に改善することができ、疲労強度を高めることができる。
【００３０】
「実施形態３」
実施形態３は、被熱処理部品をクランクシャフトとし、そのクランクシャフト１の焼き境部となるフィレットＲ部を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける例である。図３に示すように、クランクシャフト１２の熱処理部位に巻回したコイル２に交流電流を発生するジュール熱によって高周波焼入れを行った後、焼入れ部近傍に発生する焼き境部（フィレットＲ部）に向けて配置した噴射ノズル４からキャビテーション噴流１０を吹き付ける。
【００３１】
実施形態３では、実施形態２と同様、２箇所のフィレットＲ部にそれぞれ向けて噴射ノズル４を配置してある。この実施形態３の高周波焼入れ装置とキャビテーションピーニング装置は、実施形態１の装置と同一構成であるため、その説明は省略するものとする。
【００３２】
この実施形態３では、クランクシャフト１２を高周波焼入れした後、直ちにフィレットＲ部にキャビテーション噴流１０を吹き付ければ、実施形態１及び２と同様、引っ張り圧縮となった焼き境部の表面応力を圧縮残留応力に改善することができ、疲労強度を高めることができる。また、実施形態３によれば、引っ張り残留応力を取り除くフィレットロール加工（ローラをフィレットＲ部に加圧して転動させる処理）が不要となるため、大型設備のフィレットロール加工装置を使用する必要が無くなる。
【００３３】
「実施形態４」
実施形態４は、被熱処理部品を歯車部品とし、その歯車部品の歯面を狙ってキャビテーション噴流を吹き付ける例である。図４に示すように、歯車部品１３の熱処理部位（外周に形成される歯面）に巻回したコイル２に交流電流を発生するジュール熱によって高周波焼入れを行った後、焼入れ部近傍に発生する焼き境部（歯先及び歯底）に向けて配置した噴射ノズル４からキャビテーション噴流１０を吹き付ける。
【００３４】
実施形態４では、実施形態１〜３とは異なり、回転軸１４に装着させた歯車部品１３の歯面を外周から覆うようにしてコイル２を配置させている。また、実施形態４では、実施形態１と同様、歯面（歯先及び歯底）に向けて噴射ノズル４を配置してある。この実施形態４のキャビテーションピーニング装置は、実施形態１の装置と同一構成であるため、その説明は省略するものとする。
【００３５】
この実施形態４では、歯車部品１３を回転させながら高周波焼入れした後、同じく歯車部品１３を回転させながら直ちに歯先及び歯底にキャビテーション噴流１０を吹き付ける。こうすることで、実施形態４では、引っ張り圧縮となった歯先及び歯底の表面応力を圧縮残留応力に改善することができ、疲労強度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、キャビテーションピーニングにより高周波焼入れ品の表面応力を改善する技術に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…被熱処理部品
２…コイル（高周波熱処理装置）
３…交流電流供給部（高周波熱処理装置）
４…噴射ノズル（キャビテーションピーニング装置）
５…流体供給部（キャビテーションピーニング装置）
６…焼入れ部
７…焼き境部
８…高圧ノズル（噴射ノズル）
９…低圧ノズル（噴射ノズル）
１０…キャビテーション噴流
１１…コンロッド（被熱処理部品）
１２…クランクシャフト（被熱処理部品）
１３…歯車部品（被熱処理部品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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