(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ油中でワークを部分的に高周波加熱コイルで加熱し、前記焼入れ油を噴射して加熱した前記ワークを冷却する油中高周波焼入れ方法において、
前記高周波加熱コイルの加熱部と前記焼入れ油を噴射する冷却部とが前記ワークの移動方向に離れており、
前記焼入れ油の噴射方向を前記高周波加熱コイル側と反対方向にし、前記ワークを前記高周波加熱コイルで加熱する際に発生する熱分解ガスで前記ワーク表面を覆い、前記焼入れ油の噴射により前記熱分解ガスが前記ワーク表面から脱離するのを防止し、前記ワーク表面を前記高周波加熱コイルでの加熱時から前記焼入れ油の噴射による冷却時まで前記熱分解ガスで覆い、前記焼入れ油と前記ワーク表面との接触を阻止して前記ワーク表面の酸化スケールの発生を防止することを特徴とする油中高周波焼入れ方法。
【請求項２】
焼入れ油中でワークを部分的に高周波加熱コイルで加熱し、前記焼入れ油を噴射し或いは対流させて加熱した前記ワークを冷却する油中高周波焼入れ方法において、
前記高周波加熱コイルの加熱部と前記焼入れ油を噴射し或いは対流させる冷却部との間に噴射或いは対流させた前記焼入れ油の流れ防止ガードを設け、
前記ワークを前記高周波加熱コイルで加熱する際に発生する熱分解ガスで前記ワーク表面を覆い、前記焼入れ油の噴射或いは対流による流れを前記加熱部に伝わるのを前記流れ防止ガードで阻止し、前記熱分解ガスが前記ワーク表面から脱離するのを防止し、前記ワーク表面を前記高周波加熱コイルでの加熱時から前記焼入れ油の噴射或いは対流による冷却時まで前記熱分解ガスで覆い、前記焼入れ油と前記ワーク表面との接触を阻止して前記ワーク表面の酸化スケールの発生を防止することを特徴とする油中高周波焼入れ方法。
【請求項３】
前記高周波加熱コイル上方に冷却ジャケットを配置し、前記冷却ジャケットから前記焼入れ油を上方に噴射することを特徴とする請求項２に記載の油中高周波焼入れ方法。
【請求項４】
前記流れ防止ガードは前記加熱部から前記冷却ジャケット近傍までを覆い、その中で前記ワークを加熱して前記流れ防止ガードの外に移動させて冷却することを特徴とする請求項３に記載の油中高周波焼入れ方法。
【請求項５】
前記流れ防止ガードの上部は前記冷却ジャケットの下を頂点とするテーパー状にして、前記冷却ジャケットからの前記焼入れ油の流れを前記流れ防止ガード内へ流入することを防止することを特徴とする請求項４に記載の油中高周波焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化スケールの発生を抑え、金属部材を油中にて高周波加熱及び急冷を行って硬化させる油中高周波焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフト、ギア、カム等、自動車部品や機械部品等の金属部品は表面硬度が高いことが必要とされることから、金属部品表面を焼入れ処理し、表面硬度を高めることが必須である。
【０００３】
焼入れ処理は金属部品表面をオーステナイト組織状態になるまで高温加熱を行った後、急冷することによりマルテンサイト組織に変態させるものであるが、金属部品表面を高温にして冷却する際に、大気或いは液中の酸素が金属部品表面と反応して鉄と酸素の化合物、いわゆる酸化スケールが生成してしまう。酸化スケールが生成すると、面粗さが低下して寿命が低下するとともに、酸化スケールが剥がれ落ちたり、肉厚が一定でなかったりするので、寸法精度の低下及び寸法ばらつきが生じることとなる。このように、酸化スケールは悪影響を及ぼすため、酸化スケールを生成させない無酸化高周波焼入れ方法が求められている。
【０００４】
現在、焼入れ方法には主として下記特許文献に代表されるように、液中で加熱しそのまま液中で冷却する方法、及び、気体中で加熱しその後冷却液で冷却する方法の２つの方法が用いられている。
【０００５】
特許文献１では、焼入れ油を窒素やアルゴン等の不活性ガスでバブリングを行って、焼入れ油の溶存酸素を除去し、この焼入れ油中で金属部材の表面を高周波加熱している。その後焼入れ油で直ちに冷却して焼入れ処理を行っている。溶存酸素をできるだけ除去した焼入れ油を使用し、冷却ジャケットから焼入れ油を噴射して冷却を行うことで酸化スケールを生成させないようにしている。
【０００６】
特許文献２でも特許文献１同様、焼入れ油中で加熱及び冷却を行うものであるが、冷却ノズルを用い、焼入れ油を流し込みながら油槽内を攪拌しつつ加熱後の金属部材表面を冷却している。
【０００７】
特許文献３では、無酸化性ガス或いは還元性ガスが充満したケーシング内で金属部品を高周波加熱し、その後冷却液に浸漬して急冷することで焼入れ処理を行っている。
【特許文献１】特開平２−２９８２１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２１３６号公報
【特許文献３】特開平５−１３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２では、不活性ガスで溶存酸素を除去した焼入れ油を使用しており、高価な不活性ガスを使用しなければならず、焼入れコストが高いという課題を有する。
【０００９】
また、不活性ガスによる焼入れ油中の酸素成分含有量の管理が困難なことから、焼入れ油を無酸化状態にすることが難しく、酸化スケールのない一定品質のものを提供できないという問題がある。そして、酸化スケールを除去するためにショットブラスト等を行わなければならず、後処理が煩雑となってしまうとともに、ショットブラストによる打ち傷が生じ表面に凹凸ができた金属部品となってしまう。
【００１０】
特許文献３においても、無酸化性ガス或いは還元性ガスをケーシング内に充満させていることから、高価な不活性ガスを使用することとなるため、焼入れコストが高くなってしまう。
【００１１】
また、ケーシング内をガス置換しなければならず、生産性が低いという課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、焼入れ油中でワークを部分的に高周波加熱コイルで加熱し、前記焼入れ油を噴射して加熱した前記ワークを冷却する油中高周波焼入れ方法において、前記高周波加熱コイルの加熱部と前記焼入れ油を噴射する冷却部とが前記ワークの移動方向に離れており、前記焼入れ油の噴射方向を前記高周波加熱コイル側と反対方向にし、前記ワークを前記高周波加熱コイルで加熱する際に発生する熱分解ガスで前記ワーク表面を覆い、前記焼入れ油の噴射により前記熱分解ガスが前記ワーク表面から脱離するのを防止し、前記ワーク表面を前記高周波加熱コイルでの加熱時から前記焼入れ油の噴射による冷却時まで前記熱分解ガスで覆い、前記焼入れ油と前記ワーク表面との接触を阻止して前記ワーク表面の酸化スケールの発生を防止することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、焼入れ油中でワークを部分的に高周波加熱コイルで加熱し、前記焼入れ油を噴射し或いは対流させて加熱した前記ワークを冷却する油中高周波焼入れ方法において、前記高周波加熱コイルの加熱部と前記焼入れ油を噴射し或いは対流させる冷却部との間に噴射或いは対流させた前記焼入れ油の流れ防止ガードを設け、前記ワークを前記高周波加熱コイルで加熱する際に発生する熱分解ガスで前記ワーク表面を覆い、前記焼入れ油の噴射或いは対流による流れを前記加熱部に伝わるのを前記流れ防止ガードで阻止し、前記熱分解ガスが前記ワーク表面から脱離するのを防止し、前記ワーク表面を加熱時から冷却時まで前記熱分解ガスで覆い、前記焼入れ油と前記ワーク表面との接触を阻止して前記ワーク表面の酸化スケールの発生を防止することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明は、前記高周波加熱コイル上方に冷却ジャケットを配置し、前記冷却ジャケットから前記焼入れ油を上方に噴射することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明は、前記流れ防止ガードは前記加熱部から前記冷却ジャケット近傍までを覆い、その中で前記ワークを加熱して前記流れ防止ガードの外に移動させて冷却することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明は、前記流れ防止ガードの上部は前記冷却ジャケットの下を頂点とするテーパー状にして、前記冷却ジャケットからの前記焼入れ油の流れを前記流れ防止ガード内へ流入することを防止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に依れば、加熱時に焼入れ油から無酸化雰囲気である熱分解ガスを発生させている。そして、冷却用の焼入れ油の噴射方向を高周波加熱コイルと反対方向にしているので、加熱から冷却までの間、熱分解ガスが焼入れ油の噴射によって脱離するのを抑え、この熱分解ガスでワーク表面の加熱箇所に焼入れ油中の溶存酸素が接触することを抑えている。ワーク表面と溶存酸素との反応を防止できるので、不活性ガスを使用しなくても酸化スケールが生成しない焼入れ方法を実現している。
【００１８】
また、高価な不活性ガスを使用しないので低コストで焼入れでき、ガス置換等の必要が無いので効率良く焼入れ処理できる。
【００１９】
更に、本発明に依れば、高周波加熱コイルの加熱部から焼入れ油を対流或いは噴射する冷却ジャケット近傍までを流れ防止ガードで覆っているので、加熱時から冷却時まで流れ防止ガード内に焼入れ油の流れが流入にくく、ワーク表面に生成した熱分解ガスが離れない。このため、加熱時から冷却直前まで、ワーク表面と溶存酸素との間に熱分解ガスを介在させることができ、酸化反応を抑えてワーク表面に酸化スケールが生成するのを防止できる。
【００２０】
更に、本発明に依れば、高周波加熱コイル上方に冷却ジャケットを設け、冷却ジャケットから上方に向けて焼入れ油を噴射し、ワークを上昇させながら順次加熱及び冷却を行っている。熱分解ガスは浮力により上昇するが、ワーク自身も上昇させているため、ワークの上昇に同調するように熱分解ガスも上昇してワーク表面からの脱離を抑えている。
【００２１】
更に、本発明に依れば、流れ防止ガード上部は冷却ジャケットの下を頂点とするテーパー状としているため、上方から流れ防止ガードに向かう焼入れ油の流れがガード内部に入り込みにくいよう整流するので、ワーク表面の熱分解ガスを更に剥離し難くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１を参照して、本発明の第1実施形態に係る油中高周波焼入れ方法の概略について説明する。図１の工程図に示すように、本発明の油中高周波焼入れ方法は、焼入れ油中でワークを部分的に高周波加熱コイルで加熱する工程と、ワークの加熱箇所を焼入れ油の噴射や対流にて冷却する工程により焼入れを行うものである。
【００２３】
まず、高周波加熱工程について説明する。高周波加熱コイルに電流を流し、ワーク表面に誘導電流を生じさせ、この誘導電流でワーク表面を発熱させて急速に加熱を行う。
【００２４】
高周波加熱を行うと、ワークの発熱によって周辺の焼入れ油が熱分解をおこす。これにより焼入れ油から熱分解ガスが発生し、この熱分解ガスの蒸気圧と焼入れ油の油圧とが均衡し、ワーク表面に膜状になって留まるので、加熱箇所が全て覆われた状態となり、焼入れ油とワークの接触が遮断される。
【００２５】
この熱分解ガスは、焼入れ油が凡そ７００℃以上になると発生するものであり、ガス成分は焼入れ油にもよるが、概ね一酸化炭素、水素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン等である。この熱分解ガスには酸素をほぼ含まないことから良好な無酸化雰囲気となり、また、ワーク加熱箇所全てを覆って焼入れ油との接触を遮断することから、ワークの酸化反応が起こらない。
【００２６】
焼入れ油としては、市販されている鉱油系熱処理油等を使用すればよく、例えばコールドクエンチ用焼入れ油、ホットクエンチ用焼入れ油を使用できる。焼入れ油は炭化水素を主成分としているので、分解すると上記のような成分のガスが発生する。
【００２７】
熱分解ガスはワークが高温の状態にある限り際限なく発生するので、一部が脱離してもすぐに発生する熱分解ガスにより補われ、冷却時までワークの加熱箇所全てを覆っている。
【００２８】
次に、冷却工程について説明する。加熱したワークを油中にて焼入れ油を噴射し冷却している。ここで、焼入れ油は高周波加熱コイルと反対方向に噴射する。加熱側に焼入れ油を噴射しないことにより、上述の加熱工程でワーク表面を覆った熱分解ガスが脱離することを防止している。
【００２９】
このように、加熱工程で発生する熱分解ガスでワーク表面を加熱時から冷却時まで覆い、焼入れ油とワークの加熱部表面との接触を阻止している。また、冷却時に焼入れ油の噴射で熱分解ガスは脱離することになるが、すぐさま冷却されてワークの温度が急激に低下するため、ワーク表面が溶存酸素と接触しても酸化反応が進行するだけの時間が無い。このため、焼入れ油中の溶存酸素とワークとの反応を防止でき、ワークの加熱部表面に酸化スケールが生成しない。
【００３０】
焼入れ油の噴射には冷却ジャケットを用いると良い。そして、冷却ジャケットは高周波加熱コイルの上方に配置し、ワークを高周波加熱コイル、冷却ジャケットの順に通過させるように上昇させて加熱、冷却を行うことが好ましい。熱分解ガスは浮力により上昇してワーク表面から脱離しようとするが、ワークを上昇させながら焼入れすれば、ワークの進行方向と熱分解ガスに働く浮力の方向とは同一方向になる。このため、熱分解ガスはワークの上昇に伴って追随するように上昇するので、脱離しにくくなる。
【００３１】
このように、本発明では、熱分解ガスを効果的に利用して、不活性ガスを使用せずとも酸化スケールが生じない焼入れ方法を成し得ている。
【００３２】
図２、３に示す油中高周波焼入れ装置１を参照しつつ、第１実施形態に係る焼入れ方法についてより詳細に説明する。図２は、油中高周波焼入れ装置主要部の外観を示す斜視図、図３は、図２の装置を用いた焼入れ状況を示す模式図である。油中高周波焼入れ装置１は主に、冷却ジャケット１１、高周波加熱コイル２１から構成されており、ワーク４１として円柱状のボールネジの場合について説明する。
【００３３】
ワーク４１は鉄（Ｆｅ）を主要元素とする鋼である。上部支持ロッド４２、及び下部支持ロッド４３によって挟持されており、支持ロッド４２、４３が回転しながら上下動することにより、移動する。そして、ワーク４１を上方に移動させる際に高周波加熱コイル２１及び冷却ジャケット１１を順次通過して焼入れ処理がなされる。
【００３４】
高周波加熱コイル２１は、環状に形成され、高周波加熱コイル２１に高周波電流を流し、この高周波加熱コイル２１の中にワーク４１を通過させる。ワーク４１表面には誘導電流が生じ、これによって発熱し、急速に加熱される。
【００３５】
冷却ジャケット１１は、ワーク４１が通過できるよう環状に形成されており、高周波加熱コイル２１の上方に設置されている。冷却ジャケット１１の内側には複数の噴射孔１２が設けられており、この噴射孔１２から焼入れ油を噴射してワーク４１加熱箇所の冷却を行う。噴射孔１２は高周波加熱コイル２１と反対方向に焼入れ油が噴射されるように形成されている。そして、冷却ジャケット１１内側は上方に向けて末広がりのテーパー状としているので、噴射された焼入れ油は上方に流れていく。このため、下方に位置する高周波加熱コイル２１方向には焼入れ油が流れにくくなる。
【００３６】
図３は第１実施形態の焼入れ方法の処理状況を模式的に示しており、油槽６１中の焼入れ油６２の流れを矢印で示している。
【００３７】
まず、上方からワーク４１を冷却ジャケット１１、高周波加熱コイル２１それぞれを通過させ、ワーク４１の焼入れする最上部が高周波加熱コイル２１に近接するまで一旦下降させる。
【００３８】
次に、ワーク４１を下降させた後、ワーク４１を破線矢印に示すように徐々に上昇させる。電流を流した高周波加熱コイル２１によって順次加熱され、加熱された箇所は冷却部である冷却ジャケット１１からの焼入れ油６２の噴射によって順次冷却される。
【００３９】
ワーク４１の加熱箇所では、ワーク４１の熱によって周辺の焼入れ油６２が分解し、熱分解ガス５１が発生する。この熱分解ガス５１はそのままワーク４１の加熱部表面を膜状に覆い、焼入れ油６２との接触を遮断することとなる。すなわち、焼入れ油６２に含有する溶存酸素との接触が断たれるので、ワーク４１の加熱部表面と溶存酸素との反応が起こらない。
【００４０】
なお、熱分解ガス５１は一部脱離するものと考えられるが、ワーク４１が高温である限り随時熱分解ガス５１が発生しているのですぐに補われ、結果として冷却時までは、ワーク４１の加熱箇所全て熱分解ガス５１の層で覆われた状態を維持でき、酸化反応が起こらないこととなる。
【００４１】
そして、熱分解ガス５１はワーク４１表面を覆ったまま、ワーク４１の上昇に伴って冷却部である冷却ジャケット１１に到達し、焼入れ油６２の噴射により脱離することになる。熱分解ガス５１の脱離に伴い、ワーク４１の表面と焼入れ油６２とが接触するが、すぐにワーク４１が冷却されるので酸化反応が進行するだけの時間がなく、酸化スケールの生成までは至らない。
【００４２】
また、冷却ジャケット１１からは高周波加熱コイル２１と反対方向に焼入れ油６２を噴射しているので、焼入れ油６２はワーク４１の加熱箇所を冷却した後、そのまま上昇して油槽６１の壁に沿って緩やかに下降していくものと考えられる。このため、加熱から冷却までの間、冷却ジャケット１１からの焼入れ油の強い噴射流がワーク４１表面に伝わりにくいので、熱分解ガス５１が脱離しにくくなる。
【００４３】
そして、焼入れ油６２は油槽６１下部に設けた排出管６３から排出された後、再度冷却ジャケット１１に送り込まれ噴射される。
【００４４】
冷却ジャケット１１と高周波加熱コイル２１の位置関係は特に問わないが、図に示すように、高周波加熱コイル２１の上方に冷却ジャケット１１を配置することが好ましい。熱分解ガス５１は気体であるため浮力が働き、これは気泡５１の脱離を招く要因となる。そして、高周波加熱コイル２１の下方に冷却ジャケット１１を設け、ワーク４１を下降させながら焼入れを行う場合には、焼入れ油による抵抗で、熱分解ガス５１の脱離を促進してしまう。しかしながら、冷却ジャケット１１を上方に配置してワーク４１を上昇させながら焼入れすれば、ワーク４１の進行方向と熱分解ガス５１に働く浮力の方向とは同一方向になる。このため、熱分解ガス５１はワーク４１の上昇に伴って追随するように上昇するので、脱離しにくくなる。
【００４５】
このように、焼入れ油６２の噴射方向を上方に向けたことにより、高周波加熱コイル２１の加熱部から冷却ジャケット１１を設けた冷却部近傍までの間は、噴射された焼入れ油６２の流れがワーク４１表面に伝わりにくいので、発生した熱分解ガス５１がワーク４１表面を覆った状態を維持できる。よって、無酸化雰囲気である熱分解ガス５１がワーク４１表面と焼入れ油６２の溶存酸素との接触を絶ち、酸化反応を防止するので酸化スケールが生成しない。
【００４６】
続いて、第２実施形態に係る油中高周波焼入れ方法の概略について説明する。上述の第１実施形態の説明にて参照した図１の工程図と同様、高周波加熱工程と冷却工程の２つの工程からなる。
【００４７】
第２実施形態では、高周波加熱コイルの加熱部と焼入れ油を噴射或いは対流させる冷却部との間に流れ防止ガードを設けて、焼入れ油の噴射或いは対流による流れが加熱部に伝わるのを流れ防止ガードで阻止している点で、第１実施形態と異なる。
【００４８】
これにより、第１実施形態よりも、ワーク表面が加熱時から冷却時まで熱分解ガスの脱離が更に防止できるので、焼入れ油とワークの加熱部表面との接触が阻止され、焼入れ油中の溶存酸素とワークとの反応を防止でき、ワークの加熱部表面に酸化スケールが生成しないようにしている。
【００４９】
流れ防止ガードは高周波加熱コイルの加熱部から焼入れ油を噴射或いは対流させる冷却部近傍までを覆い、流れ防止ガードの中で加熱を行った後に外に移動させ、冷却部にて冷却を行うとよい。冷却直前まで焼入れ油の流れがワークに伝わらないので、熱分解ガスの脱離を効果的に抑えることができる。
【００５０】
また、流れ防止ガードは冷却部を頂点とするテーパー状にして用いるとよい。冷却部からの焼入れ油の流れが整流されて流れ防止ガード内に流入することを抑えられるので、熱分解ガスが脱離しにくくなる。
【００５１】
なお、第１実施形態同様、冷却ジャケットを使用して冷却してもよく、この場合、焼入れ油の噴射方向を高周波加熱コイルの反対方向にすること、冷却ジャケットを高周波加熱コイルの上方に配置して使用することについては前述同様である。
【００５２】
また、その他の点については前述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
次に、図４、５に示す油中高周波焼入れ装置を参照しつつ、焼入れ方法についてより詳細に説明する。図４は、油中高周波焼入れ装置主要部の外観を示す斜視図、図５は、油中高周波焼入れ装置１の内部構造を示す図４のａ−ａ’断面図である。油中高周波焼入れ装置は主に、冷却ジャケット１１、流れ防止ガード３１、高周波加熱コイル２１から構成されており、上記第１実施形態同様、ワーク４１として円柱状のボールネジの場合について説明する。
【００５４】
ワーク４１、高周波加熱コイル２１、及び冷却ジャケット１１については、前述した第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００５５】
流れ防止ガード３１は、円筒状に形成されており、上部及び下部にはワーク４１が通過できるよう貫通孔が設けられている。内部には環状の高周波加熱コイル２１が収納されている。
【００５６】
流れ防止ガード３１の上部は、冷却ジャケット１１側を頂点とするテーパー状に形成しており、冷却ジャケット１１から噴射された焼入れ油の流れが整流されて、直接流れ防止ガード３１の中に入り込みにくい形状としている。また、円筒部と上部のテーパー部との間は面積の大きい円板状に形成されており、流れの強い焼入れ油が流れ防止ガード３１下方に極力流れていかないようにしている。これにより、流れ防止ガード３１下方では焼入れ油の流れが緩やかになり、流れ防止ガード３１下部の貫通孔から流入する焼入れ油は緩やかな流れが循環するに留め、熱分解ガスが脱離することを抑えている。
【００５７】
流れ防止ガード３１の貫通孔は、ワーク４１が通過できる程度の余裕を持たせ、できるだけ小さく形成すると良い。貫通孔が小さいほど、すき間が小さくなり、焼入れ油が流入しにくくなるからである。
【００５８】
図６は、上述の装置を用いた焼入れ処理の状況を模式的に示したものであり、油槽６１中の焼入れ油６２の流れを矢印で示している。
【００５９】
前述と同じように、ワーク４１を冷却ジャケット１１、流れ防止ガード３１及び高周波加熱コイル２１それぞれを通過させて下降し、破線矢印に示すように徐々に上昇させて、高周波加熱コイル２１にて順次加熱し、加熱された箇所を冷却部である冷却ジャケット１１からの焼入れ油６２の噴射によって順次冷却する。
【００６０】
ワーク４１の加熱箇所では、ワーク４１の熱によって周辺の焼入れ油６２が分解し、熱分解ガス５１が発生する。この熱分解ガス５１はそのままワーク４１表面を覆い、焼入れ油６２との接触を遮断して、ワーク４１表面と酸素との反応が起こらない。
【００６１】
そして、熱分解ガス５１はワーク４１表面を覆ったまま、ワーク４１の上昇に伴って冷却部である冷却ジャケット１１に到達し、焼入れ油６２の噴射により脱離することになる。
【００６２】
冷却ジャケット１１から噴射された焼入れ油６２の一部はワーク４１に衝突して下方に流れるものもあるが、流れ防止ガード３１の上部は冷却部を頂点とするテーパー状としているため、焼入れ油が外側に流れていき、流れ防止ガード３１内に入り込むことを抑えている。
【００６３】
また、冷却ジャケット１１からは高周波加熱コイル２１と反対方向に焼入れ油６２を噴射しているので、焼入れ油６２はワーク４１の加熱箇所を冷却した後、そのまま上昇して油槽６１の壁に沿って下降していくものと考えられる。ただし、流れ防止ガード３１の筒状部分とテーパー部分の境界に面積の大きな円形状として、焼入れ油６２の流れを整流しており、流れ防止ガード３１下部には焼入れ油６２の強い流れが伝わりにくい。このため、流れ防止ガード３１の下部貫通孔からの焼入れ油６２の流入が抑えられる。
【００６４】
そして、焼入れ油６２は油槽６１下部に設けた排出管６３から排出された後、再度冷却ジャケット１１に送り込まれ噴射される。
【００６５】
このように、流れ防止ガード３１を設けたことにより、高周波加熱コイル２１の加熱部から冷却ジャケット１１を設けた冷却部近傍までの間は、噴射或いは対流させた焼入れ油６２の流れがワーク４１表面に伝わりにくいので、発生した熱分解ガス５１がワーク４１表面を覆った状態を維持できる。よって、無酸化雰囲気である熱分解ガス５１がワーク４１表面と焼入れ油６２の溶存酸素或いは水との接触を絶ち、酸化反応を防止するので酸化スケールが生成しない。
【００６６】
なお、本実施形態では冷却ジャケット１１を設置した形態にて説明したが、小さいサイズのワークでは冷却ジャケット１１が不要な場合もある。小さいワークでは対流させた焼入れ油中で自転させることによって冷却すれば焼入れ処理が完了する。このような、冷却ジャケット１１を使用しない場合、油槽６１内の焼入れ油の温度を一定温度に保って冷却する必要から、焼入れ油６２を循環して使用するとともに、攪拌子等により強制的に対流させている。このため、加熱部では対流による焼入れ油６２の流れによって、加熱の際に発生した熱分解ガス５１が脱離してしまうことになる。
【００６７】
しかしながら、本発明に依れば流れ防止ガード３１にて高周波加熱コイル２１の加熱部を覆っているため、この焼入れ油６２の対流がワーク４１表面に伝わりにくいので、加熱時から冷却時までワーク４１表面を発生した熱分解ガス５１が覆った状態を維持できる。これにより、酸化スケールを生成させずにワーク４１の焼入れ処理ができる。
【００６８】
その他の点については上述した第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【実施例】
【００６９】
図４に示す焼入れ装置を使用し、第２実施形態の焼入れ処理を行った。ワークとしてボールネジを用いた。油槽に２００ｌの焼入れ油を充填しておき、冷却ジャケットから焼入れ油を３６ｌ／ｍの割合で噴射した。ボールネジを上部支持ロッド及び下部支持ロッドにて固定し、冷却ジャケット、流れ防止ガード及び高周波加熱コイルの中を通過させて油中に浸漬した。ボールネジを浸漬させた後、８〜９ｍｍ／ｓの速度で引き上げながら、高周波加熱コイルでボールネジ部分を約９００℃以上に加熱し、そのまま更に引き上げて冷却ジャケットからの焼入れ油の噴射で冷却した。焼入れ油の温度は約６０℃である。
【００７０】
また、従来の油中焼入れ方法として、流れ防止ガード無しで加熱し、その後、冷却ジャケットの噴射方向をボールネジ表面に垂直に当てて冷却し焼入れを行った。
【００７１】
図７は、焼入れ処理したボールネジをオージェ電子分光分析により成分分析した結果である。図７（Ａ）が、第２実施形態にて焼入れしたボールネジ表面の成分分析結果、一方、図7（Ｂ）は従来法にて焼入れしたボールネジの表面の成分分析結果を示している。なお、分かりやすくするため、表面元素成分のうち、酸素（Ｏ）と鉄（Ｆｅ）成分のみを抽出し、横軸を表面からの深さ（ｎｍ）、縦軸にその表面からの深さにおける各元素成分比率を示している。
【００７２】
図７（Ａ）では、表面の２５ｎｍまで若干酸素成分があるが、表面から２５ｎｍ以上の深さではもとの素材に含まれる酸素成分だけである。この２５ｎｍ以下に現れる酸素成分は、焼入れ処理中、或いは焼入れ処理をした後に大気中の酸素と反応して生成したごく薄い酸化皮膜と考えられる。鋼は鉄を主成分としているので、表面には必ず酸化皮膜を形成して安定な状態をとることが知られている。従って、図7（Ａ）における酸素成分は酸化皮膜の形成に関与したものであり、酸化スケールは形成されていないことがわかる。
【００７３】
なお、本実施例では第２実施形態の焼入れ方法についてのみ述べたが、流れ防止ガードのない第１実施形態の場合には熱分解ガスの脱離が多くなり、若干酸化被膜が厚くなる。
【００７４】
一方、図7（Ｂ）では、表面から１００ｎｍ付近まで酸素の比率が高く、鉄の比率が低いものとなっており、特に、５０ｎｍ付近までは鉄よりも酸素の割合が多い。図7（Ａ）に比べ、このように内部まで酸素成分比率が高いことから、これは図7（Ａ）に現れている酸化皮膜だけでなく、酸化スケールが存在していることがわかる。また、目視においても表面に青色及び褐色の部位が認められ、明らかに酸化スケールが生成していることを確認した。
【００７５】
以上のことから、焼入れ油の噴射方向を上方に向けたこと及び流れ防止ガードを設けたことにより、噴射された焼入れ油の流れが加熱部から冷却部までの間はワーク表面に伝わりにくい。このため、ボールネジ表面では発生した熱分解ガスに覆われた状態が維持され、無酸化雰囲気である熱分解ガスがボールネジ表面と焼入れ油の溶存酸素或いは水との接触を絶つこととなり、酸化反応を防止している。よって、ボールネジ表面に酸化スケールを生成させずに焼入れ処理できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の焼入れ方法の工程図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る焼入れ装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る焼入れ状況を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る焼入れ装置の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る焼入れ装置の内部構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る焼入れ状況を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態及び従来法にて焼入れしたワーク表面の組成の比較を示すオージェ電子分光分析図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１  冷却ジャケット
１２  噴射孔
２１  高周波加熱コイル
３１  流れ防止ガード
４１  ワーク
４２  上部支持ロッド
４３  下部支持ロッド
５１  熱分解ガス
６１  油槽
６２  焼入れ油
６３  排出管
【要約】
【課題】  油中にて酸化スケールを生成させずに焼入れを行う高周波加熱焼入れ方法を提供することを課題とする。
【解決手段】  焼入れ油６２中でワーク４１を高周波加熱コイル２１にて加熱し、焼入れ油６２の噴射或いは対流にて冷却する高周波焼入れ方法において、冷却ジャケット１１の噴射方向を高周波加熱コイル２１と反対側に向けること、及び、高周波加熱コイル２１の加熱部から焼入れ油６２を噴射或いは対流させる冷却部との間に流れ防止ガード３１を設けることにより、加熱したワーク４１による熱分解ガス５１を発生させて、ワーク４１を覆う。加熱から冷却までワーク４１表面を熱分解ガス５１で覆うことで焼入れ油６２とワーク４１との接触を防止して酸化反応を抑制し、酸化スケールの生成を防止する。
【選択図】図６【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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