(57)【要約】【目的】本発明の目的は、複雑な冷却手段を用いることなく、焼入後のラックに歪みが生じないようにすることが可能なラックの高周波焼入装置及び焼入時のラックの歪み抑止方法を提供することにある。【構成】高周波誘導加熱焼入装置は、ラックＷの歯部ｗ１の周面を誘導加熱するラインコイル１０と、誘導加熱されたラックＷの歯部ｗ１に対して冷却液を噴射する冷却ジャケットと、ラックＷを回転させる回転機構２０と、ラックＷの歯部ｗ１がのラインコイル１０の上方導体部１２に対向した初期位置でラインコイル１０を所定時間通電させ、この状態でラックＷの歯部ｗ１の歯Ｗ１ａを焼入温度になるまで誘導加熱し、その後回転機構２０を連続して動作させラックＷの歯部ｗ１の周面を誘導加熱する制御部３０とを具備しており、制御部３０は全加熱期間Ｔのうち回転機構２０の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックＷに歪みが生じないように予め設定されている。【選択図】      図１
2004244648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイルと回転機構とを各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、この状態でラックの歯部の歯を焼入温度になるまで誘導加熱し、その後回転機構を連続して動作させラックの歯部の周面を誘導加熱し、全加熱期間のうち前記回転機構の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されていることを特徴とするラックの高周波焼入装置。
【請求項２】
上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイル及び回転機構を各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、その後、この状態で回転機構を動作させてラックを１回転させて初期位置に戻し、この加熱処理を繰り返し行い、前記加熱処理の１サイクルのうち前記回転機構の停止時間と回転時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されていることを特徴とする高周波焼入装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のラックの高周波焼入装置において、前記制御部は、焼入後のラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させる機能を有した構成になっていることを特徴とするラックの高周波焼入装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のラックの高周波焼入装置において、ラックのの棒状部を誘導加熱する第２のラインコイルを備え、前記制御部は、ラックの歯部の焼入前又は焼入後に前記回転機構を連続して動作させると共に、第２のラインコイルを通電させ、ラックの棒状部の周面を誘導加熱する構成となっていることを特徴とするラックの高周波焼入装置。
【請求項５】
上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを請求項１の第１のラインコイルを用いて高周波で焼入することを前提とした方法であって、ラックの歯が前記第１のラインコイルの上方導体部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させて当該ラックの歯を焼入温度になるまで誘導加熱し、その後、この状態でラックを相対的に連続回転させてラックの歯部の周面を誘導加熱し、加熱後のラックの歯部に対して一定の冷却条件で冷却を行い、この一連の過程を経てラックを焼入するに当たり、全加熱期間のうちラックの停止加熱時間と回転加熱時間との割合を変化させることにより、ラックの歪みを抑止するようにしたことを特徴とする焼入時のラックの歪み抑止方法。
【請求項６】
上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを請求項２の第１のラインコイルを用いて高周波で焼入することを前提とした方法であって、ラックの歯が前記第１のラインコイルの上方導体部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させて当該ラックの歯を誘導加熱し、その後、この状態でラックを相対的に１回転させて初期位置に戻し、この加熱処理を繰り返し行い、加熱後のラックの歯部に対して一定の冷却条件で冷却を行い、この一連の過程を経てラックを焼入するに当たり、前記加熱処理の１サイクルのうちラックの停止加熱時間と回転加熱時間との割合を変化させることにより、ラックの歪みを抑止するようにしたことを特徴とする焼入時のラックの歪み抑止方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の焼入時のラック歪み抑止方法において、焼入後のラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させるようにしたことを特徴とする焼入時のラック歪み抑止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばステアリングラック等を高周波で誘導加熱するラックの高周波焼入装置及び焼入時のラックの歪み抑止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来例として、ラックを加熱する高周波加熱コイルと、ラックを加熱する際にラックを回転させる回転機構と、加熱されたラックの歯部の周面に対して冷却を行う冷却手段とを備える高周波焼入装置がある。この高周波焼入装置は、前記ラックの歯が高周波加熱コイルの頂上側加熱導体部に対向する初期位置で、ラックの歯部の歯に対して停止加熱を行い、その後、ラックを回転させてラックの歯部の周面に対して回転加熱を行う構成となっている（例えば、特許文献１参照）  。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４５２４１号公報（段落番号００３８、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例による場合、前記ラックの歯部の歯を前記初期位置で停止加熱を行うため、熱応力によりラックが歪み易い。このラックの歪みを解消するには、前記ラックの歯部の歯が設けられた領域を、ラックの歯部の他の領域に比べて重点的に冷却する必要があるが、複雑な冷却を行わなければならず、冷却のみでラックの歪みを解消することは非常に困難である。また、歪んだラックが高周波加熱コイルに接触して所望の誘導加熱を行うことができない場合もある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、複雑な冷却を行うことなく、焼入後のラックに歪みが生じないようにすることが可能なラックの高周波焼入装置及び焼入時のラックの歪み抑止方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本発明の第１のラックの高周波焼入装置は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイルと回転機構とを各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、この状態でラックの歯部の歯を焼入温度になるまで誘導加熱し、その後回転機構を連続して動作させラックの歯部の周面を誘導加熱し、全加熱期間のうち前記回転機構の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されている。
【０００７】
本発明の第２のラックの高周波焼入装置は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイル及び回転機構を各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、その後、この状態で回転機構を動作させてラックを１回転させて初期位置に戻し、この加熱処理を繰り返し行い、前記加熱処理の１サイクルのうち前記回転機構の停止時間と回転時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されている。
【０００８】
より好ましくは、前記制御部は、焼入後のラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させる機能を有した構成になっていることが望ましい。
【０００９】
より好ましくは、ラックのの棒状部を誘導加熱する第２のラインコイルを備え、前記制御部は、ラックの歯部の焼入前又は焼入後に前記回転機構を連続して動作させると共に、第２のラインコイルを通電させ、ラックの棒状部の周面を誘導加熱することが望ましい。
【００１０】
本発明の焼入時のラックの歪み抑止方法は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを上記第１のラックの高周波焼入装置の第１のラインコイルを用いて高周波で焼入することを前提とした方法であって、ラックの歯が前記第１のラインコイルの上方導体部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させて当該ラックの歯を焼入温度になるまで誘導加熱し、その後、この状態でラックを相対的に連続回転させてラックの歯部の周面を誘導加熱し、加熱後のラックの歯部に対して一定の冷却条件で冷却を行い、この一連の過程を経てラックを焼入するに当たり、全加熱期間のうちラックの停止加熱時間と回転加熱時間との割合を変化させることにより、ラックの歪みを抑止するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の別の焼入時のラックの歪み抑止方法は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを上記第２のラックの高周波焼入装置の第１のラインコイルを用いて高周波で焼入することを前提とした方法であって、ラックの歯が前記第１のラインコイルの上方導体部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させて当該ラックの歯を誘導加熱し、その後、この状態でラックを相対的に１回転させて初期位置に戻し、この加熱処理を繰り返し行い、加熱後のラックの歯部に対して一定の冷却条件で冷却を行い、この一連の過程を経てラックを焼入するに当たり、前記加熱処理の１サイクルのうちラックの停止加熱時間と回転加熱時間との割合を変化させることにより、ラックの歪みを抑止するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
より好ましくは、焼入後のラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させるようになっていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るラックの高周波焼入装置の構成図、図２は同高周波焼入装置の第１のラインコイルの模式的斜視図、図３は同高周波焼入装置の第１のラインコイル及びラックの一部省略断面図、図４は同高周波焼入装置の制御部に設定されたパターンαに基づくラックの回転及び第１のラインコイルに供給される電流出力のパターンを示すタイミングチャート、図５は同高周波焼入装置の制御部に設定されたパターンβに基づくラックの回転及び第１のラインコイルに供給される電流出力のパターンを示すタイミングチャート、図６はＴＩＲ測定に用いられるラック（ａ）及びラックの背面真直度測定に用いられるラック（ｂ）の概略的側面図、図７は回転加熱時間とラックの変位量との関係を示すグラフ、図８は回転加熱時間を１．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフ、図９は回転加熱時間を２．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフ、図１０は回転加熱時間３．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフ、図１１は同高周波焼入装置の第２のラインコイルの模式的斜視図である。
【００１４】
ここに掲げるラックの高周波焼入装置は図１に示すように自動車のステアリングラック等である上面に歯Ｗ１ａが長さ方向に形成された略筒状のラックＷを高周波で誘導加熱し、その後、加熱されたラックを一定の冷却条件で冷却する装置であって、ラックＷの歯部ｗ１を誘導加熱するためのラインコイル１０（第１のラインコイルに相当する）と、誘導加熱されたラックＷの歯部ｗ１に対して一定の噴射量で冷却液を噴射する冷却ジャケット（  図示せず）  と、ラックＷを回転させる回転機構２０と、ラインコイル１０の通電と回転機構２０の動作とを各々制御する制御部３０と、ラインコイル１０に供給すべき高周波電流を生成する高周波電源４０とを有した基本構成となっている。なお、ラックＷは、歯Ｗ１ａが設けられた歯部ｗ１と、歯部ｗ１以外の棒状部ｗ２とを有した構成となっており、棒状部ｗ２にはネジ部が設けられることがある。以下、各部を詳しく説明する。
【００１５】
ラインコイル１０は図２に示すように銅製パイプを折り曲げ又は組み立てて作成されたものであって、ラックＷの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックＷの両側面に沿って各々配置された一対の側方直線部１１、１１と、側方直線部１１、１１からラックＷの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックＷの上面に沿って配置された上方直線部１２（図３参照）と、側方直線部１１、１１の各一端の間を接続し且つ中間部分で上方直線部１２と接続された半円部１３と、側方直線部１１、１１の各他端の間を接続する半円部１４と、上方直線部１２の他端に接続されたリード部１５と、半円部１４の中間部分に接続されたリード部１６とを有し、側方直線部１１、１１には上方直線部１２に流れる電流を分流した電流が各々流れるような構造になっている。
【００１６】
回転機構２０は、ラックＷの歯部ｗ１の側の一端をクランプするクランプ部２１と、ラックＷのの棒状部ｗ２の側の他端をクランプするクランプ部２２と、クランプ部２１、２２を軸支する軸支部２３、２４と、クランプ部２１に連結さられたモータ２５（  駆動部）  と、ラックＷの初期位置（図３に示すようにラックＷの歯ｗ１ａがラインコイル１０の上方直線部１２に対向した位置）をクランプ部２１の回転角度を通じて検出する初期位置検出用センサ２６を有しており、初期位置検出用センサ２６の信号出力が制御部３０に導かれている一方、制御部３０からの制御信号に基づいてモータ２５が動作する構成となっている。この回転機構２０のクランプ２２及び軸支部２４は、退避機構６０に取り付けられており、ラックＷの歯部ｗ１の焼入時に退避させられるようになっている。
【００１７】
また、回転機構２０は、ラックＷの棒状部ｗ２を回転可能に保持する矯正ローラ２７も有している。この矯正ローラ２７は、上側ローラ２７ａと、この下側ローラ２７ａに対向して配置される下側ローラ２７ｂとを有しており、上側ローラ２７ａと下側ローラ２７ｂとが焼入時にラックＷを挟み込むようにして保持する。このため、誘導加熱時に歪んだラックＷがラインコイル１０に接触することを防止することができる。
【００１８】
高周波電源４０は商用交流から数十ＫＨｚの高周波電流を生成してラインコイル１０に出力するインバータ電源であって、制御部３０からの制御信号に基づいてオンオフの切り換えだけでなく、高周波電流の大きさを調節する機能を有した構成となっている。
【００１９】
制御部３０はここではシーケンサやマイコン等を用いており、入力ポートには初期位置検出用センサ２６及び設定用スイッチ３１が接続されている一方、出力ポートには回転機構２０、高周波電源４０及び退避機構６０が接続されている。即ち、初期位置検出用センサ２６を通じて初期位置を監視しながら、設定用スイッチ３１を通じて設定される基本設定に基づくパターンで高周波電源４０と回転機構２０とを独立して制御する構成となっている。なお、前記パターンは、ラックＷの形状等に合わせて適宜選択し得るように複数のパターン（  ここでは図４に示すパターンα及び図５に示すパターンβ）  が予め制御部３０内のメモリに記憶されている。
【００２０】
以上のように構成されたラックの高周波焼入装置の動作を説明し、併せて制御部３０による制御内容の詳細について説明すると共に、焼入時のラックの歪み抑止方法についても併せて説明する。
【００２１】
まず、設定用スイッチ３１を通じて制御部３０にパターンαが設定される場合について説明する。
【００２２】
熱処理前のラックＷを回転機構２０のクランプ部２１、２２の間に搬送させてクランプ部２１、２２によりラックＷの両端をクランプさせると共に、ラックＷの棒状部ｗ２を矯正ローラ２７に保持させる。この状態で図外の電源スイッチがオンにされると、制御部３０によりラックＷが初期位置にセットされ、その後、クランプ部２２及びこれを軸支する軸支部２４を外側へ退避させる。
【００２３】
制御部３０にパターンαが設定されると、ラックＷを前記初期位置で停止させた状態で歯ｗ１ａに対して焼入温度になるまで誘導加熱を行った後、ラックＷを連続して回転させながらラックＷの歯部ｗ１の周面に対して誘導加熱を行う。これが全加熱期間Ｔである。
【００２４】
このとき、制御部３０は、回転機構２０を前記初期位置で停止させ、その後、連続して動作させる一方、回転機構２０の停止、動作状態にかかわらず高周波電源４０の出力を一定にしてラインコイル１０に通電を行う（  即ち、図４の出力１）  。
【００２５】
この制御部３０は、全加熱期間Ｔのうち回転機構２０の停止時間（  停止加熱時間Ｔ１）  と動作時間（  回転加熱時間Ｔ２）  との割合が焼入後のラックＷに歪みが生じないように予め設定されている。なお、前記割合は、予めラックＷを後述するテスト焼入をすることにより求められる。
【００２６】
そして加熱後、ラックＷの歯部ｗ１の周面に対して一定の冷却条件で冷却を行う。
【００２７】
以下、テスト焼入について具体例を挙げて説明する。このテスト焼入に用いられるラックＷは、材質がＳ４５Ｃ、長さ寸法が６４２ｍｍ、歯部ｗ１の長さ寸法が１９９ｍｍ、直径がφ２６．５ｍｍである。パターンαの基本設定は表１のとおりである。
【表１】
2004244648.tif 000003
【００２８】
この基本設定（即ち、停止加熱時間Ｔ１と冷却ジャケットの冷却液の噴射量とを一定とする設定）下、回転加熱時間Ｔ２を１．０ｓ、２．０ｓ、３．０ｓと変化させて焼入を行う。
【００２９】
この結果、表２に示すように、ラックＷの全長変化及びＴ．Ｉ．Ｒ．（ＴＯＴＡＬ  ＩＮＤＩＣＡＴＯＲ  ＲＥＡＤＩＮＧ）のデータが得られた。なお、図６はＧの箇所にダイアルゲージを置いてラックＷの曲がり具合を測定したものである。図６に示すＴ．Ｉ．Ｒ．の方向は、焼入前、焼入後のラックＷの曲がりの方向を示している。具体的には、ラックＷを歯部ｗ１側の側端面から見て、このラックＷの歯部ｗ１の歯ｗ１ａの方向（即ち、上方向）を０時の方向として表中（０）と示す一方、ラックＷの歯ｗ１ａの反対方向（即ち、下方向）を６時の方向として表中（６）と示している。
【表２】
2004244648.tif 000004
【００３０】
この表２のデータを基に回転加熱時間Ｔ２とラックＷの変位量との関係を示したグラフが図７である。なお、ラックＷの変位量＝（  Ｔ．Ｉ．Ｒ／２）  である。
【００３１】
この図７のグラフにより、回転加熱時間Ｔ２が２．４〜２．５ｓとしたときに、ラックＷの変位量が０になることが予想できる。
【００３２】
一方、前記テスト焼入結果、表３に示すように、ラックＷの背面真直度のデータも得られた。なお、ラックＷの背面真直度は、図６の（ｂ）に示すＡ〜Ｄの箇所にダイアルゲージを置いて測定したものであり、Ａの高さを０としたときの高さの差を測定したものである（  ＋の場合は背面に凸、−の場合は歯に凸となる）  。
【表３】
2004244648.tif 000005
【００３３】
表３のデータを基に、回転加熱時間Ｔ２を１．０ｓとしたときの焼入前と焼入後との背面真直度の変化を示したグラフが図８に、回転加熱時間Ｔ２を２．０ｓとしたときの焼入前と焼入後との背面真直度の変化を示したグラフが図９に、回転加熱時間Ｔ２を３．０ｓとしたときの焼入前と焼入後との背面真直度の変化を示したグラフが図１０である。
【００３４】
この図８〜１０のグラフにより、回転加熱時間Ｔ２が２．０ｓ〜３．０ｓの間に歯部ｗ１の背面真直度が０となる条件があることが予想できる。
【００３５】
以上のテスト焼入の結果から、全加熱期間Ｔのうち、ラックＷの停止加熱時間Ｔ１を２．０ｓとし、ラックＷの回転加熱時間Ｔ２を２．５ｓとすれば、ラックＷを歪めることなく焼入することができる。すなわち、上記基本設定に基づくパターンαのラックＷの停止加熱時間Ｔ１と回転加熱時間Ｔ２との割合は１．０：１．２５となる。このテスト焼入の後、前記割合を設定してラックＷの本焼入を行う。このようにして全加熱期間Ｔのうち、ラックの停止加熱時間Ｔ１と回転加熱時間Ｔ２との割合を調節することにより、焼入後のラックＷの反りの方向を調節することができる。
【００３６】
なお、前記割合を調節することのみで、焼入後のラックＷの反りの方向を調節することができない場合、回転機構２０を動作させる際（  即ち、ラックを回転加熱する際）  に高周波電源４０の出力を増加又は減少させる（  即ち、図４の出力２又は３）  。例えば、焼入後のラックＷが歯面側に凸となる場合、図４の出力３に示すように回転加熱する際に、高周波電源４０の出力を増加させる一方、焼入後のラックＷが背面側に凸となる場合、図４の出力２に示すように回転加熱する際に、高周波電源４０の出力を減少させて焼入後のラックＷの反りの方向を調節する。
【００３７】
次に、設定用スイッチ３１を通じて制御部３０にパターンβが設定された場合について説明する。なお、パターンβはパターンαと加熱工程以外は同一であるため、加熱工程以外の工程については説明を省略する。
【００３８】
電源スイッチがオンされた後、制御部３０にパターンβが設定されると、ラックＷを前記初期位置で停止させた状態で歯ｗ１ａに対して誘導加熱を行い、その後、この状態でラックＷを相対的に一回転させてラックＷの歯部ｗ１の周面に対して誘導加熱を行う。この加熱処理を繰り返し行った後、加熱されたラックＷの歯部ｗ１の周面に対して冷却を行う。
【００３９】
このとき、制御部３０は、回転機構２０を前記初期位置で停止させた後、当該回転機構２０を動作させてラックＷを相対的に１回転させる一方、回転機構２０の停止、動作状態にかかわらず高周波電源４０の出力を一定にしてラインコイル１０に通電を行う（  即ち、図５の出力１）  。この加熱処理を１サイクルｔとして、これを繰り返し行わせ、その後、回転機構２０を動作させた状態で、一定の冷却条件で前記冷却ジャケットにラックＷの歯部ｗ１の周面に対して冷却させる。
【００４０】
この制御部３０は、加熱処理の１サイクルｔのうちラックの停止加熱時間ｔ１と回転加熱時間ｔ２との割合が焼入後のラックＷに歪みが生じないように予め設定されている。なお、ここでの割合もパターンαと同様のテスト焼入を行い求められる。このテスト焼入の後、求められた割合でラックＷの本焼入を行う。この割合を調節することのみで、焼入後のラックＷの反りの方向を調節することができない場合には、パターンαと同様に回転機構２０を動作させる際（  即ち、ラックを回転加熱する際）  に高周波電源４０の出力を増加又は減少させる（  即ち、図５の出力２又は３）  。これにより、ラインコイル１０に流す電流を増加又は減少させてラックＷの反りの方向を調節する。
【００４１】
このような高周波焼入装置による場合、前記冷却ジャケットの冷却液の噴射量が一定に設定されている一方、パターンαでは全加熱期間Ｔのうち回転機構２０の停止時間と動作時間との割合が、パターンβでは１サイクルｔのうち回転機構２０の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックＷに歪みが生じないように予め制御部３０に設定されているので、ラックＷを歪みなく均一に焼入することができる。即ち、一定の冷却条件の下、パターンαでは全加熱期間ＴのうちラックＷの停止加熱時間Ｔ１と回転加熱時間Ｔ２との割合を変化させることにより、パターンβでは１サイクルｔのうちラックＷの停止加熱時間ｔ１と回転加熱時間ｔ２との割合を変化させることにより、焼入後に生じ得るラックＷの歪みを抑止することができる。以下、高周波焼入装置の設計変更例を説明する。
【００４２】
高周波焼入装置は、図１に示すように、ラックＷの歯部ｗ１以外の棒状部ｗ２を誘導加熱するための第２のラインコイル５０と、第２のラインコイル５０に加熱された棒状部ｗ２を冷却する冷却ジャケット（  図示せず）  とを備えるように設計変更することが可能である。このように設計変更した場合、制御部３０は、高周波電源４０の２次側に設けられたスイッチを切り換え、高周波電源４０を通じて第２のラインコイル５０の通電を制御する機能を有する構成となっている。このようにしてラックＷの歯部ｗ１の焼入前又は焼入後にラックＷの棒状部ｗ２に対して焼入を行う。なお、このとき、矯正ローラ２７は、退避機構６０に取り付けられており、ラックＷの棒状部ｗ２の焼入時には退避させられる。
【００４３】
ここで用いられる第２のラインコイル５０は、図１１に示すように、銅製パイプを折り曲げ又は組み立てて作成されたいわゆる半開放型コイルであって、ラックＷの棒状部Ｗ２の両側面に沿って各々配置された一対の側方直線部５１、５１と、側方直線部５１、５１の一端同士を接続する半円部５２と、側方直線部５１、５１の他端に各々接続されたアール部５３、５３と、このアール部５３、５３に各々接続されたリード部５４、５４とを有する構成になっている。
【００４４】
また、回転機構２０は、ここではラックＷの両端をクランプするとしたが、モータ２５に連結され且つラックＷの一端をクランプするクランプ部２１さえ設けられていれば良い。このように設計変更した場合、ラックＷの棒状部ｗ２だけでなく、ラックＷの他端を保持する矯正ローラを設けても良い。
【００４５】
なお、制御部３０には、複数のパターンが予め記憶されているとしたが、一つのパターンだけであっても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の請求項１に係るラックの高周波焼入装置は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイルと回転機構とを各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、この状態でラックの歯部の歯を焼入温度になるまで誘導加熱し、その後回転機構を連続して動作させラックの歯部の周面を誘導加熱し、全加熱期間のうち前記回転機構の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されている。
【００４７】
このような請求項１に係るラックの高周波焼入装置による場合、全加熱期間のうち前記回転機構の停止時間と動作時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されているので、複雑な冷却を行うことなく、ラックを歪みなく均一に焼入することができる。
【００４８】
本発明の請求項２に係るラックの高周波焼入装置は、上面の少なくとも一部に歯が長さ方向に形成された略筒状のラックを高周波で焼入するラックの高周波焼入装置において、ラックの歯部を誘導加熱する第１のラインコイルと、ラックを第１のラインコイルに対して相対的に回転させる回転機構と、前記第１のラインコイル及び回転機構を各々制御する制御部とを具備しており、前記第１のラインコイルは、ラックの直径に比べて若干大きな間隔だけ互いに離れており且つラックの両側面に沿って各々配置される一対の側方直線部と、一対の側方直線部からラックの軸芯を中心として約９０度ピッチ間隔だけ離れており且つ当該ラックの上面に沿って配置される上方直線部とを有した構造になっており、前記制御部は、ラックの歯が第１のラインコイルの上方直線部に対向した初期位置で第１のラインコイルを通電させ、その後、この状態で回転機構を動作させてラックを１回転させて初期位置に戻し、この加熱処理を繰り返し行い、前記加熱処理の１サイクルのうち前記回転機構の停止時間と回転時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されている。
【００４９】
このような請求項２に係るラックの高周波焼入装置による場合、１サイクルのうち前記回転機構の停止時間と回転時間との割合が焼入後のラックに歪みが生じないように予め設定されているので、複雑な冷却を行うことなく、ラックを歪みなく均一に焼入することができる。
【００５０】
本発明の請求項３に係るラックの高周波焼入装置は、請求項１又は２記載のラックの高周波焼入装置において、前記制御部は、焼入後のラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させる機能を有した構成になっている。
【００５１】
このような請求項３に係るラックの高周波焼入装置による場合、ラックに歪みが生じないように第１のラインコイルに流す電流をラックの停止加熱時と回転加熱時とで変化させることができるので、多種のラックに対して歪みが生じないように焼入することが可能になる。
【００５２】
本発明の請求項４に係るラックの高周波焼入装置は、請求項１、２又は３記載のラックの高周波焼入装置において、ラックのの棒状部を誘導加熱する第２のラインコイルを備え、前記制御部は、ラックの歯部の焼入前又は焼入後に前記回転機構を連続して動作させると共に、第２のラインコイルを通電させ、ラックの棒状部の周面を誘導加熱する構成となっている。
【００５３】
このような請求項４に係るラックの高周波焼入装置による場合、ラックの歯部の焼入前又は焼入後にラックの棒状部を焼入することができるので、別の高周波焼入装置でラックの棒状部を焼入していた場合と比べて、焼入作業の効率化を図ることができるという効果を奏する。
【００５４】
本発明の請求項５〜７に係る焼入時のラックの歪み抑止方法による場合、上  述した装置と同様にラックの停止加熱時間と回転加熱時間の割合を変化させることにより、焼入後に生じ得るラックＷの歪みを抑止することができるので、ラックを歪みなく均一に焼入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るラックの高周波焼入装置の構成図である。
【図２】同高周波焼入装置の第１のラインコイルの模式的斜視図である。
【図３】同高周波焼入装置の第１のラインコイル及びラックの一部省略断面図である。
【図４】同高周波焼入装置の制御部に設定されたパターンαに基づくラックの回転及び第１のラインコイルに供給される電流出力のパターンを示すタイミングチャートである。
【図５】同高周波焼入装置の制御部に設定されたパターンβに基づくラックの回転及び第１のラインコイルに供給される電流出力のパターンを示すタイミングチャート、ラックの高周波焼入装置の構成図である。
【図６】ＴＩＲ測定に用いられるラック（ａ）及びラックの背面真直度測定に用いられるラック（ｂ）の概略的側面図である。
【図７】回転加熱時間とラックの変位量との関係を示すグラフである。
【図８】回転加熱時間１．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフである。
【図９】回転加熱時間２．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフである。
【図１０】回転加熱時間３．０ｓとしたときの焼入前と焼入後とのラックの背面真直度の変化を示すグラフである。
【図１１】同高周波焼入装置の第２のラインコイルの模式的斜視図である。
【符号の説明】
Ｗ      ラック
ｗ１    歯部
Ｗ１ａ  歯
ｗ２    棒状部
１０    ラインコイル
２０    回転機構
３０    制御部
４０    高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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