(57)【要約】【課題】  単一の高周波誘導加熱コイルを用いて複数の焼入対象部を高周波焼入するに際して、高周波焼入時間の短縮を図り得て作業効率の向上を図ることができ、しかも高周波焼入処理に要するスペースを極力小さく抑えることができるような高周波焼入方法を提供する。【解決手段】  単一の高周波誘導加熱コイル４と焼入対象物（例えば、エンジンのカムシャフト１）とを相対的に移動させて焼入対象物の複数箇所の焼入対象部（例えば、カムシャフト２のカム部３の外周面３ａ）を高周波誘導加熱した後に冷却することにより、複数箇所の焼入対象部のそれぞれを順次に焼入処理するようにした高周波焼入方法において、高周波誘導加熱コイル及び焼入対象物を互いに逆方向に同時に移動させて複数箇所の焼入対象部を順次に焼入処理する。【選択図】        図１  
2005344193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の高周波誘導加熱コイルと焼入対象物とを相対的に移動させて前記焼入対象物の複数箇所の焼入対象部を高周波誘導加熱した後に冷却することにより、前記複数箇所の焼入対象部のそれぞれを順次に焼入処理するようにした高周波焼入方法において、前記単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物を互いに逆方向に同時に移動させて前記複数箇所の焼入対象部を順次に焼入処理することを特徴とする高周波焼入方法。
【請求項２】
前記焼入対象物がエンジンのカムシャフトであり、前記焼入対象部が前記カムシャフトのカム部であり、前記単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物の移動方向は、前記カムシャフトのジャーナル部の軸線に沿う方向であることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波焼入方法に関し、さらに詳しくは、例えばエンジンのカムシャフトのように軸線方向に沿って配設された複数箇所のカム部に高周波焼入が必要な焼入対象物（ワーク）を、単一の高周波誘導加熱コイルを用いて移動焼入するための高周波焼入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２（ａ）は、エンジンのカムシャフト（焼入対象物としてのワーク）１を模式的に示したものである。このカムシャフト１は、図２（ａ）に示すように、直線状の軸線αを有する互いに同軸状の複数のジャーナル部（シャフト部）２と、互いに隣り合うジャーナル部２の間に配設された複数のカム部３とをそれぞれ備えている。１つのカムシャフト１に備えられている複数のカム部３の外周面（カム面）３ａは、単一の高周波誘導加熱コイル４を用いて高周波焼入処理が順次に施されるようになっている。
【０００３】
ここでは、説明の都合上、焼入対象部である複数のカム部３は、一例として、互いに同一の形状であり、かつ、互いに隣り合う一対のカム部３，３間の間隔（ピッチ）Ｗが各部において同一であると共に、これら一対のカム部３，３とこれに隣接する一対のカム部３，３との間の間隔Ｌが各部において同一であるとする。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）の単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１を模式的に表示したものであり、カムシャフト各部の軸線α方向に沿う寸法は、一例として、図示の寸法であるものとする。
【０００４】
図２（ｂ）に示すカムシャフト１のカム部３の外周面３ａを順次に高周波焼入（カム部輪郭焼入）するには、単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１とを相対向する位置に位置決めし（例えば、図２（ａ）参照）、所定の高周波焼入条件に基づいて単一の高周波誘導加熱コイル４にてカム部３の外周面３ａを高周波誘導加熱した後に冷却することにより行う。１つの高周波焼入条件として、周波数３０ｋＨｚ，出力１３５ｋＷ，加熱時間３秒，焼入冷却時間６秒とし、カムシャフト１の複数のカム部３の全てを高周波焼入する場合の作業時間について、以下に説明する。
【０００５】
単一の高周波誘導加熱コイル４によりカムシャフト１のカム部を高周波焼入する方式としては、従来より２通りの方式が採用されている。その１つは、カムシャフト１を所定位置に固定しておき、単一の高周波誘導加熱コイル４をカムシャフト１のジャーナル部２の軸線α方向に沿う一方向に順次に移動してカムシャフト１の外周面３ａと相対向する位置に位置決めした状態で前記外周面３ａを高周波誘導加熱して焼入処理を行なうコイル移動方式と、これとは逆に、単一の高周波誘導加熱コイル４を所定位置に固定しておき、カムシャフト１を軸線α方向に沿う一方向に移動して高周波誘導加熱コイル４と相対向する位置に位置決めした状態で前記外周面３ａを高周波誘導加熱して焼入処理を行なうワーク移動方式とが挙げられる。
【０００６】
図３は、コイル移動方式の高周波焼入方法を示すものである。なお、この場合、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１の関係位置やカムシャフト１のカム部３の寸法関係は、一例として、図示のものとする。また、単一の高周波誘導加熱コイル４の軸線方向への移動速度について、往路は３０ｍｍ／秒であり、復路は７０ｍｍ／秒であるとする。勿論、これに限定するものではない。
【０００７】
コイル移動方式の高周波焼入方法を施行に際しては、図３（ａ）に示す如くカムシャフト１から離れた初期位置Ｐ０に配置された単一の高周波誘導加熱コイル４は、図３（ｂ）に示すように図３（ａ）の初期位置Ｐ０より１２０ｍｍだけ軸線α方向に沿って移動し、第１番目のカム部３，３と合致（対向）する位置Ｐ１にくる。この状態の下で、所定の焼入条件によって高周波焼入が行われる。この際の移動に要する時間（移動所要時間）は、既述のように加熱時間と焼入冷却時間とを合わせて９秒となる。次に、単一の高周波誘導加熱コイル４は図３（ｃ）に示すように１００ｍｍだけ軸線方向（図３において右側に向かう往路方向）に沿って移動し、第２番目のカム部３，３と合致する位置Ｐ２に移動し、上記と同様にこの部分の高周波焼入を行なう。以下、同様に図３（ｄ），（ｅ）にそれぞれ示すように単一の高周波誘導加熱コイル４は軸線α方向に沿って移動し、図３（ｅ）に示す位置Ｐ３を経て最終位置Ｐ４まで移動し、カムシャフト１の全てのカム部３の焼入処理が終了する。そして、焼入処理の終了後に、単一の高周波誘導加熱コイル４を復路に沿って逆方向に移動し、図３（ａ）に示す位置まで順次に移動させて一連の焼入処理作業を終了する。なお、第１番目〜第４番目のカム部３，３には、それぞれ、高周波誘導加熱が施された直後に冷却液が噴射されて焼入冷却がなされてその外周面３ａに焼入硬化層が形成される。
【０００８】
このようなコイル移動方法の場合、単一の高周波誘導加熱コイル４の移動に関する時間は、往路では４２０／３０＝１４秒となり、復路では４２０／７０＝６秒となる。従って、全体では１４秒＋６秒＝２０秒となる。そして、焼入冷却時間（第１番目〜第４番目のカム部３，３の焼入冷却時間は、それぞれ、例えば９秒）を加えると、高周波焼入処理のトータルの所要時間は、９秒×４（箇所）＋２０秒＝５６秒である。
【０００９】
図４は、ワーク移動方式の場合の高周波焼入方法を示すものである。ワーク移動方式の場合の高周波焼入方法を施行に際しては、図４（ａ）に示す初期位置Ｐ０にあった単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１とは、まず、図４（ｂ）に示すようにカムシャフト１の軸線α方向への移動により第１番目のカム部３，３と単一の高周波誘導加熱コイル４とが合致する位置に位置決めされ、ここで第１番目カム部３，３の高周波焼入が行われる。次に、図４（ｃ），（ｄ）に示すように第２番目及び第３番目のカム部３，３が順次に高周波焼入され、図４（ｅ）において最後の第４番目のカム部３，３が高周波焼入される。しかる後に、カムシャフト１は復路に沿って逆方向に移動され、図４（ａ）に示す初期位置Ｐ０に戻り、一連の焼入処理作業を終了する。なお、第１番目〜第４番目のカム部３，３には、それぞれ、高周波誘導加熱が施された直後に冷却液が噴射されて焼入冷却がなされてその外周面３ａに焼入硬化層が形成される。
【００１０】
このようなワーク移動方式の場合、カムシャフト１の移動に関する時間（移動所要時間）は、往路で４２０／３０＝１４秒となり、復路で４２０／７０＝６秒となり、全体としては１４秒＋６秒＝２０秒の移動時間がかかる。焼入冷部時間を加えると、高周波焼入処理のトータルの所要時間は、上記のコイル移動方法の場合と同様に５６秒となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のようにコイル移動方式及びワーク移動方式にあっては、双方とも、移動時間は往路及び復路で２０秒かかり、これに焼入冷却時間である３６秒（但し、ワークの着脱作業は含まない）を加えると、総計で５６秒かかる。なお、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１の作業スペース（移動ストローク）としては、コイル移動方式の場合には４８０ｍｍ程度の比較的小さなスペースで済むが、ワーク移動方式の場合には、８２０ｍｍ必要となり、省スペース化に支障を生じるという問題点がある。高周波焼入における作業効率の向上を図る手段としては、高周波焼入の焼入条件を工夫したり、高周波誘導加熱コイルの形状を工夫することが考えられ、これらの手段にて作業効率の向上を図ることができるが、これとは別に、移動時間を短縮することによって直接的な作業効率の向上を図るのが最も望ましい。
【００１２】
本発明は、このような要望を達成すべくなされたものであって、その目的は、単一の高周波誘導加熱コイルを用いて複数の焼入対象部を高周波焼入するに際して、高周波焼入時間の短縮を図り得て作業効率の向上を図ることができ、しかも高周波焼入処理に要するスペースを極力小さく抑えることができるような高周波焼入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するために、本発明では、単一の高周波誘導加熱コイルと焼入対象物とを相対的に移動させて前記焼入対象物の複数箇所の焼入対象部を高周波誘導加熱した後に冷却することにより、前記複数箇所の焼入対象部のそれぞれを順次に焼入処理するようにした高周波焼入方法において、前記単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物を互いに逆方向に同時に移動させて前記複数箇所の焼入対象部を順次に焼入処理するようにしている。
また、本発明では、前記焼入対象物がエンジンのカムシャフトであり、前記焼入対象部が前記カムシャフトのカム部であり、前記単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物の移動方向は、前記カムシャフトのジャーナル部の軸線に沿う方向であるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の本発明は、単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物を互いに逆方向に同時に移動させて焼入対象物の複数箇所の焼入対象部を順次に焼入処理するようにしたものであるから、トータルの移動時間について大幅な短縮化が可能となる。また、作業スペース（移動ストローク）も小さくでき、省スペース化を図ることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の本発明は、焼入対象物がエンジンのカムシャフトであり、焼入対象部がカムシャフトのカム部であり、単一の高周波誘導加熱コイル及び前記焼入対象物の移動方向は、前記カムシャフトのジャーナル部の軸線に沿う方向であるようにしたものであるから、カムシャフトのカム部に焼入処理を施す際の作業効率の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る高周波焼入方法につき図１を参照して説明する。なお、図１において図２〜図４と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略することとする。
【００１７】
一方、焼入対象物（ワーク）としては同一形状の焼入箇所を同一間隔で配列して成るものにのみ本発明の高周波誘導加熱方法は適用されるものではなく、種々の異なった形状や異なった間隔のものに対しても適用可能であるが、以下に述べる実施形態では、焼入対象部の形状や間隔が同一のカムシャフト１を焼入対象物とする場合について説明することとする。この場合、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１の移動速度は、共に、同一であり、ここでは従来の場合と比較するべく、往路の移動速度を３０ｍｍ／秒とし、復路の移動策度を７０ｍｍ／秒とする。しかし、これは一例であり、これに限定されるものではない。一方、高周波誘導加熱コイルとしては、単一のものが用いられる。
【００１８】
本実施形態に使用されるカムシャフト１としては図２（ａ），（ｂ）に示すものが採用され、そのカム部３の形状や互いに隣り合うカム部３，３間の間隔（ピッチ）Ｗ並びに大１〜第４のカム部間の間隔Ｌは同一であり、図示の寸法のものからなる。また、高周波焼入処理の開始時における単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１との配置関係は、図２（ｂ）及び図１（ａ）に示す如くである。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る高周波焼入方法を施行する際の単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１との対応状態を経時的に示すものである。なお、本実施形態の高周波焼入方法は、従来のコイル移動方式及びワーク移動方式の双方を組み合わせたものであって、コイル・ワーク両移動方式と仮称されるものである。
【００２０】
このコイル・ワーク両移動方式を施行する場合、単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１とは、既述の如く図１（ａ）に示すような対応位置にある（高周波誘導加熱コイル４は初期位置Ｐ０にある）。次に、単一の高周波誘導加熱コイル４とカムシャフト１とがカムシャフト１のジャーナル部２の軸線αに沿って互いに逆方向に同一の移動速度（往路では３０ｍｍ／秒 ，復路では７０ｍｍ／秒）で移動する。具体的には、単一の高周波誘導加熱コイル４が図１において右方に移動する一方、カムシャフト１は図１において左方に移動する。図１（ｂ）は、第１番目のカム部３，３における単一の高周波誘導加熱コイル４とカム部３，３との対応位置を示しており、両者は相対向する位置Ｐ１にくる（高周波誘導加熱コイル４は位置Ｐ１にある）。以下、図１（ｃ），（ｄ）に示すように第２番目及び第３番目のカム部３，３の位置決め及びこれらの位置Ｐ２，Ｐ３における焼入処理が行われ、最後に図１（ｅ）に示す位置Ｐ４において第４番目のカム部３，３の焼入処理が行われる。
【００２１】
このようにして高周波焼入が終了した後に、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１は、カムシャフト１の軸線α方向に沿って互いに逆方向に移動速度７０ｍｍ／秒で移動する。具体的には、単一の高周波誘導加熱コイル４が図１において左方に移動する一方、カムシャフト１は図１において右方に移動し、これらは元の図１（ａ）の状態に復帰する。
【００２２】
以上に述べたようなコイル・ワーク両移動方式の場合には、図１に示すように、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１の移動距離はそれぞれ２１０ｍｍであり、移動時間は往路で２１０／３０＝７秒であり、復路は２１０／７０＝３秒であり、全移動時間（移動所要時間）は７＋３＝１０秒となる。一方、本発明のコイル・ワーク両移動方式においてもカム部３の焼入冷却時間は従来の場合と同一であり、３６秒がかかる。従って、焼入処理に要する全作業時間としては３６＋１０＝４６秒となり、従来のコイル移動方式やワーク移動方式の場合の５６秒に較べて１８％も時間短縮ができることとなり、その分だけ作業効率の向上を図ることができる。
【００２３】
また、単一の高周波誘導加熱コイル４及びカムシャフト１の移動に必要な移動スペースは６１０ｍｍであり、コイル移動方式の場合の４８０ｍｍよりも長いが、ワーク移動方式の場合の８２０ｍｍに較べて短い。従って、ワーク移動方式の場合に較べて省スペース化を図ることができる。
【００２４】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態においてはエンジンのカムシャフト（焼入対象物としてのワーク）のカム部を焼入対象部として本発明の高周波焼入方法を説明したが、焼入対象物（ワーク）としてはカムシャフトに限定されるものではなく、種々の形状及び寸法の焼入対象物についても本発明を適用することが可能である。なお、この場合、単一の高周波誘導加熱コイルや焼入対象物の移動速度を焼入対象物の形状及び寸法に応じて変化させるためのコントロールが必要になり、その分だけ方法の施行がやや複雑となるが、公知技術により容易に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波焼入方法を説明するための説明図であって、図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る高周波焼入方法を施行する際の単一の高周波誘導加熱コイルとカムシャフトとの対応関係を経時的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）は焼入対象物であるカムシャフト（ワーク）の平面図、図２（ｂ）は単一の高周波誘導加熱コイルとカムシャフトとの対応関係を概略的に示す説明図である。
【図３】従来のコイル移動方式の高周波焼入方法を説明するための説明図であって、図３（ａ）〜（ｅ）は従来のコイル移動方式の高周波焼入方法を施行する際の単一の高周波誘導加熱コイルとカムシャフトとの対応関係を経時的に示す説明図である。
【図４】従来のワーク移動方式の高周波焼入方法を説明するための説明図であって、図４（ａ）〜（ｅ）は従来のワーク移動方式の高周波焼入方法を施行する際の単一の高周波誘導加熱コイルとカムシャフトとの対応関係を経時的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  カムシャフト
２  ジャーナル部（シャフト部）
３  カム部
３ａ  外周面（カム面）
４  単一の高周波誘導加熱コイル
【図１】
2005344193.tif 000003
【図２】
2005344193.tif 000004
【図３】
2005344193.tif 000005
【図４】
2005344193.tif 000006