(57)【要約】【課題】耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができる高周波焼入れ装置を提供する。【解決手段】高周波焼入れ装置Ｍは、被焼入れ材としてのワークＷが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバ１１と、チャンバ１１内の雰囲気を不活性ガスで置換する不活性ガス雰囲気形成手段１３，１４，１５，２０と、チャンバ１１内に装備され、ワークＷに向けて不活性ガスを吹き付けて、ワークＷの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付手段１６と、チャンバ１１内に装備され、ワークＷを加熱する高周波加熱コイル１２と、チャンバ１１内に装備され、加熱されたワークＷに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射手段１７と、水噴射手段１７によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置３２と、を備える。【選択図】図１
2007131938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被焼入れ材としてのワークが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバと、
前記チャンバ内の雰囲気を不活性ガスで置換する不活性ガス雰囲気形成手段と、
前記チャンバ内に装備され、前記ワークに向けて不活性ガスを吹き付けて、前記ワークの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付手段と、
前記チャンバ内に装備され、前記ワークを加熱する高周波加熱コイルと、
前記チャンバ内に装備され、加熱された前記ワークに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射手段と、
前記水噴射手段によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置と、を備えることを特徴とする高周波焼入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にボールネジ軸のように表面形状の複雑なワークを高周波焼入れするのに適した高周波焼入れ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高周波焼入れ装置は、高周波加熱コイルと冷却手段とを備えており、高周波加熱コイルに高周波電流を流して、コイル内に配置したワークに誘導電流を生じさせて加熱し、その後、冷却手段によって急冷して、ワークの表層を焼入れ硬化させるものである。
【０００３】
このような高周波焼入れ装置においては、高周波加熱コイルにより加熱している間に、また、加熱してから冷却手段で冷却するまでの間に、ワークの表面が激しく酸化し、スケールや肌荒れが生じるという問題がある。いったんワークの表面にスケールが生じると、後工程のバフ研磨で落とす必要があり、後工程の負担が大きくなってしまう。また、肌荒れがいったん生じてしまうと、バフ研磨ではなかなか落としにくいため、後工程の負担がさらに大きくなるという問題がある。また、特に、焼入れ後にネジ溝の研磨等を行わない転造ボールネジ軸では、スケールや肌荒れが生じると、ボールネジ軸の良好な回転精度が得られなくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、この種の高周波焼入れ装置では、通常は酸化を防止するための対策が採られており、その対策の一つは、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気に保ったチャンバ内で焼入れを行うというものである。
【０００５】
また、もう一つは、チャンバの代わりに石英管（非磁性体の管体）でワークを包囲し、石英管を通してその外側から高周波加熱コイルで中のワークを高周波加熱し、加熱後に石英管からワークを出してすぐに冷却手段で急冷するというものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この特許文献１に記載の高周波焼入れ装置１００では、図２に示すように、被焼入れ材としてのボールネジ軸１０１は、加熱ゾーンＫから冷却ゾーンＲへ向けて移動するようになっている。加熱ゾーンＫには、ボールネジ軸１０１を包囲する石英管１０２が配置され、石英管１０２の外周に高周波加熱コイル１０３が装備されている。また、冷却ゾーンＲには冷却器１０４が装備され、冷却ゾーンＲと加熱ゾーンＫの間には、石英管１０２の冷却ゾーンＲへの出口を遮蔽する遮蔽体１０５が配設されている。
【０００７】
また、特許文献１に記載の高周波焼入れ装置１００では、入口以外がほぼ塞がれた石英管１０２の中でワーク１０１を加熱するので、ワーク１０１の周囲の空気の対流を阻止することができ、ワーク１０１の周囲の酸素量を極めて少なくすることができる。従って、ワークが高温に達しても、その表面の酸化を防止することができて、スケール等の発生を抑制することができる。
【０００８】
【特許文献１】特許３０５７６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の不活性ガス雰囲気に保持したチャンバの内部で焼入れを行う装置の場合、ワークの表面形状がボールネジ軸のように非常に複雑であると、ネジ溝のような細部（局部）に残留している酸素を十分に除去できず、熱処理品質が悪化してしまうという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載の高周波焼入れ装置１００では、石英管１０２から出たワーク１０１をすぐに冷却する必要があるため、石英管１０２と冷却器１０４を近接させて配置しなければならず、その結果、石英管１０２の耐久性に問題が生じ易かった。
【００１１】
さらに、特許文献１に記載の高周波焼入れ装置１００では、冷却液である焼入れ水の中に含まれている溶存酸素の影響で、せっかく酸素の少ない状況で加熱しても、焼入れ水を吹きかけた段階で多量のスケールが生じてしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができる高周波焼入れ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  被焼入れ材としてのワークが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバと、チャンバ内の雰囲気を不活性ガスで置換する不活性ガス雰囲気形成手段と、チャンバ内に装備され、ワークに向けて不活性ガスを吹き付けて、ワークの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付手段と、チャンバ内に装備され、ワークを加熱する高周波加熱コイルと、チャンバ内に装備され、加熱されたワークに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射手段と、水噴射手段によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置と、を備えることを特徴とする高周波焼入れ装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波焼入れ装置によれば、チャンバ内を不活性ガス雰囲気に保った上で、更にワークの表面に向かって不活性ガスを吹き付けるため、ワークのネジ溝などの細部の酸素を確実に除去することができるので、加熱時の酸化を防止することができる。また、同じチャンバ内で加熱後に焼入れ水を吹き付けてワークを冷却するため、ワークに酸素が接触することがないので、ワークの酸化を確実に防止することができる。さらに、脱気した焼入れ水をワークを噴射するため、溶存酸素によるワークの酸化を確実に防止することができる。これにより、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る高周波焼入れ装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る高周波焼入れ装置の一実施形態の概略構成を説明するための一部切欠斜視図である。
【００１６】
本実施形態の高周波焼入れ装置Ｍは、被焼入れ材としてのボールネジ軸（ワーク）Ｗが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバ１１と、チャンバ１１内の雰囲気を不活性ガスで置換するための不活性ガス供給口１３及び内部空気を排出するための排気口１４と、チャンバ１１内でボールネジ軸Ｗの表面と対向するように装備され、ボールネジ軸Ｗに向けて不活性ガスを吹き付けて、ボールネジ軸Ｗの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付ノズル装置（不活性ガス吹付手段）１６と、チャンバ１１内に装備され、ボールネジ軸Ｗを加熱する高周波加熱コイル１２と、チャンバ１１内に装備され、加熱されたボールネジ軸Ｗに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射ノズル装置（水噴射手段）１７と、水噴射ノズル装置１７によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置３２と、を具備している。
【００１７】
チャンバ１１は、全周が隔壁で囲まれたもので、一部が開閉できるように構成されており、例えば、上壁部を開閉させることで、ボールネジ軸Ｗの出し入れができるように構成されている。チャンバ１１内の中央部には、ボールネジ軸Ｗを垂直な姿勢でセットするワークセット部１９が設けられる。ボールネジ軸Ｗは、不図示の上下の回転ロッドにより、ワークセット部１９に安定して保持されるようになっており、必要に応じて矢印Ａ（方向は問わない）のように、軸周りに回転させられる。また、ボールネジ軸Ｗは、長さが短い場合は、定位置に固定的に保持されていてもよいが、長い場合は、回転ロッドの操作により、必要に応じて軸方向（上下方向）に移動させられるようになっている。
【００１８】
高周波加熱コイル１２は、回転ロッドによってワークセット部１９に保持されたボールネジＷの周囲の一部を取り囲む位置に配置されている。
【００１９】
また、水噴射ノズル装置１７は、ワークセット部１９に保持されたボールネジ軸Ｗの表面に向けて焼入れ水を噴射する多数の噴射ノズルを有しており、高周波加熱コイル１２と干渉しない位置に、互いに対向させて２個設けられる。また、不活性ガス吹付ノズル装置１６は、同じくワークセット部１９に保持されたボールネジ軸Ｗの表面に向けて不活性ガスを噴射する多数の噴射ノズルを有しており、高周波加熱コイル１２及び水噴射ノズル装置１７と干渉しない位置に配置されている。
【００２０】
チャンバ１１内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口１３は、チャンバ１１の内部に開口しており、チャンバ１１の外部に配置される不活性ガス供給装置２０に接続されている。また、排気口１４は、不活性ガス供給口１３から離れた位置に開口しており、排気装置１５に接続されている。本実施形態では、不活性ガス供給口１３、不活性ガス供給装置２０、排気口１４及び排気装置１５によって、不活性ガス雰囲気形成手段が構成される。また、不活性ガス吹付手段である不活性ガス吹付ノズル装置１６にも不活性ガス供給装置２０が接続されている。
【００２１】
不活性ガス供給装置２０は、供給しようとする不活性ガスを適正な温度（４０〜６０℃程度）に加熱する不活性ガス加熱装置２１と、適正温度に加熱した不活性ガスを不活性ガス供給口１３と不活性ガス吹付ノズル装置１６に送り込んでチャンバ１１内に噴射させる噴射ポンプ２２と、を備えている。
【００２２】
また、水噴射ノズル装置１７には、パイプ１８を介して焼入れ水循環装置３０が接続されており、この焼入れ水循環装置３０は、噴射後にチャンバ１１から回収した焼入れ水を再び水噴射ノズル装置１７に送り込むようになっており、チャンバ１１から回収した焼入れ水を貯留するバッファタンク３１と、焼入れ水の中に含まれる溶存酸素を除去する脱気装置３２と、脱気後の焼入れ水を水噴射ノズル装置１７に送り込んでボールネジ軸Ｗに向けて噴射させる噴射ポンプ３３と、を備えている。ここでは、焼入れ水として、鉱物質の含有の少ない軟水が使用されている。また、不活性ガスとしては、アルゴンガス等のガスも利用可能であるが、コスト面から窒素ガスが使用されている。
【００２３】
次に、本実施形態の高周波焼入れ装置Ｍを用いてボールネジ軸Ｗを焼入れする手順を説明する。
【００２４】
まず、チャンバ１１の内部にボールネジ軸Ｗを装入し、回転ロッドで支持することにより、ボールネジ軸Ｗをワークセット部１９にセットする。セットした後、チャンバ１１を密閉し、排気装置１５を運転して、内部の残留空気を排気し、代わりに不活性ガスをチャンバ１１内に導入する。即ち、チャンバ１１内を排気した後に、不活性ガス加熱装置２１により適正温度（４０〜６０℃程度）に加温した不活性ガス（窒素ガス）を、不活性ガス供給口１３からチャンバ１１内に導入して、チャンバ１１内を不活性ガス雰囲気に置換する。それと同時に、不活性ガス吹付ノズル装置１６から、加温した不活性ガスをボールネジ軸Ｗの表面に吹き付けることによって、ボールネジ軸Ｗの表面のネジ溝等の細部に残留した酸素を効率良く除去する。また、この際、回転ロッドによってボールネジ軸Ｗを回転させながら不活性ガスの吹き付ける方が好ましい。
【００２５】
このように不活性ガスの直接の吹き付けによって、ボールネジ軸Ｗの表面の酸素を除去するようにすると、雰囲気ガスのみによって消極的にガス置換する場合と比べて、使用ガス量を少なくすることができると共に、ガス置換に要する時間を短縮できる。なお、加熱しない不活性ガスを多量に吹き付けると、ボールネジ軸Ｗの表面温度を著しく低下させ、熱処理品質に局部的な不安定を生じさせることがあるので、加熱した不活性ガスを吹き付ける方が好ましい。
【００２６】
不活性ガスでチャンバ１１内およびボールネジ軸Ｗの表面をガス置換したら、その段階で、高周波加熱コイル１２によりボールネジ軸Ｗの加熱を行う。そして、所定の加熱が済んだら、高周波加熱コイル１２をボールネジ軸Ｗの周囲から移動させ、水噴射ノズル装置１７から、脱気装置３２により脱気した焼入れ水をボールネジ軸Ｗの表面に向けて噴射し、焼入れを行う。また、この加熱と水噴射の際も、回転ロッドによってボールネジ軸Ｗを回転させる方が好ましい。
【００２７】
従って、本実施形態の高周波焼入れ装置Ｍによれば、チャンバ１１内を不活性ガス雰囲気に置換した上で、更にボールネジ軸Ｗの表面に加温した不活性ガスを直接吹き付けるため、ボールネジ軸Ｗの細部の酸素を確実に除去することができるので、加熱時の酸化を防止することができる。また、同じチャンバ１１内で加熱後に焼入れ水を吹き付けてボールネジ軸Ｗを冷却するため、ボールネジ軸Ｗに酸素が接触することがないので、ボールネジ軸Ｗの酸化を確実に防止することができる。さらに、脱気した焼入れ水をボールネジ軸Ｗの表面に噴射するため、溶存酸素によるボールネジ軸Ｗの酸化を確実に防止することができる。これにより、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができるので、高周波熱処理後のスケール落とし時間の短縮や削減をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る高周波焼入れ装置の一実施形態の概略構成を説明するための一部切欠斜視図である。
【図２】従来の高周波焼入れ装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ｍ    高周波焼入れ装置
Ｗ    ボールネジ軸（ワーク）
１１    チャンバ
１２    高周波加熱コイル
１３    不活性ガス供給口（不活性ガス雰囲気形成手段）
１４    排気口（不活性ガス雰囲気形成手段）
１５    排気装置(不活性ガス雰囲気形成手段)
１６    不活性ガス吹付ノズル装置（不活性ガス吹付手段）
１７    水噴射ノズル装置（水噴射手段）
１８    パイプ
１９    ワークセット部
２０    不活性ガス供給装置（不活性ガス雰囲気形成手段）
２１    不活性ガス加熱装置
２２    噴射ポンプ
３０    焼入れ水循環装置
３１    バッファタンク
３２    脱気装置
３３    噴射ポンプ
【図１】
2007131938.tif 000003
【図２】
2007131938.tif 000004