(57)【要約】【課題】処理時間を短くすることができ、かつ部材の芯部の靭性を高くすることができる高周波焼入装置を提供する。【解決手段】本発明に係る高周波焼入装置において、高周波コイル２０、第１冷却部２１、第２高周波コイル３０、及び第２冷却部３１をブッシュ１０に沿って移動させる移動機構４１，４２が設けられている。制御部５０は、移動機構４１，４２を制御することにより、第１高周波コイル２０及び第１冷却部２１を、この順に、外周面１３の先端１３ａから後端１２に向けて移動させ、かつ第１高周波コイル２０が外周面１３の後端１３ｂに対向する前に、第２高周波コイル３０及び第２冷却部３１を、この順に、第１冷却部２１の先端より遅れるように、内周面１４に沿って第１高周波コイル２０及び第１冷却部２１と同一方向に移動させる。【選択図】図２
2009019237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、該第１面とは反対側に位置していて前記第１面に対して平行な第２面とを有する部材に高周波焼入れする高周波焼入装置であって、
前記第１面に対向し、該第１面を加熱する第１高周波コイルと、
前記第１面を冷却する第１冷却部と、
前記第２面に対向し、該第２面を加熱する第２高周波コイルと、
前記第２面を冷却する第２冷却部と、
前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部と前記第１面の相対位置を移動させ、かつ前記第２高周波コイル及び前記第２冷却部と前記第２面の相対位置を移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御することにより、前記部材に対する前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部の相対位置を、この順に、前記第１面の先端から後端に向けて移動させ、かつ前記第１高周波コイルが前記第１面の後端に対向する前に、前記第２高周波コイル及び前記第２冷却部を、この順に、前記第１冷却部の先端より遅れるように、前記第２面に沿って前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部と同一方向に移動させる制御部と、
を具備する高周波焼入装置。
【請求項２】
前記部材は円筒形の部材であり、前記第１面は円筒形の外周面であり、前記第２面は円筒形の内周面である請求項１に記載の高周波焼入装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２高周波コイルが前記部材を介して前記第１冷却部と対向するように、前記第１冷却部及び前記第２高周波コイルを移動させる請求項１又は２に記載の高周波焼入れ装置。
【請求項４】
前記第１高周波コイルに第１高周波を印加する第１高周波電源と、
前記第２高周波コイルに、前記第１高周波より高周波数の第２高周波を印加する第２高周波電源と、
を具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の高周波焼入装置。
【請求項５】
前記第１高周波コイルには第１高周波を、前記第２高周波コイルには前記第１高周波より高周波である第２高周波を、交互に印加する高周波電源を具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の高周波焼入装置。
【請求項６】
第１面と、該第１面とは反対側に位置していて前記第１面に対して平行な第２面とを有する部材に高周波焼入れする工程を有する部材の製造方法であって、
前記高周波焼入れする工程は、
前記第１面に対向していて該第１面を加熱する第１高周波コイルと、前記第１面を冷却する第１冷却部と、をこの順に、前記第１面の先端から後端に向けて、前記第１面に対して相対移動させることにより、前記第１面側から焼入れし、
かつ前記第１高周波コイルが前記第１面の後端に対向する前に、前記第２面に対向していて該第２面を加熱する第２高周波コイルと、前記第２面を冷却する第２冷却部と、をこの順に、前記第１冷却部の先端より遅れるように、前記第２面に沿って前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部と同一方向に、前記第２面に対して相対移動させることにより、前記第２面側から焼入れし、かつ前記第１面と前記第２面の間に焼戻組織を形成することを特徴とする部材の製造方法。
【請求項７】
前記第１面側から焼入れするときに、前記部材を前記第１面から前記第２面まで焼入れし、
前記第２面側から焼入れするときに、前記部材を前記第１面側から焼入れするときより浅く焼入れする請求項６に記載の部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１高周波コイル及び前記第２高周波コイルの一方は、前記部材の先端及び後端に対向している状態では高周波が印加されず、前記部材の先端及び後端以外の部分に対向しているときに高周波が印加される請求項６又は７に記載の部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１面と、該第１面とは反対側に位置していて前記第１面に対して平行な第２面とを有する部材に高周波焼入れする高周波焼入装置及び部材の製造方法に関する。特に本発明は、処理時間を短くすることができ、かつ部材の芯部の靭性を高くすることができる高周波焼入装置及び部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
装軌車両などに用いられる履帯用のブッシュは円筒形の部材である。このブッシュには繰り返し高い負荷が加わるため、靭性が求められる。またブッシュの外周面及び内周面それぞれに耐磨耗性が要求される。これらの要求特性を満たす為には、外周面及び内周面それぞれの表層を硬化させ、かつ芯部の靭性を高くする必要がある。
【０００３】
ブッシュの外周面及び内周面それぞれに硬化層を形成する第１の従来方法としては、まず第１の装置を用いて外周面に高周波焼入れを行い、その後第２の装置を用いて内周面に高周波焼入れを行う方法がある（例えば特許文献１参照）。本方法において、内周面に高周波焼入れを行う工程において、芯部には焼戻しが行われるため、靭性が高くなる。
【０００４】
また、第２の従来方法として、ブッシュの外周面及び内周面それぞれに高周波コイルを対向させ、これら２つのコイルを、ブッシュを介して互いに対向させつつ同時にブッシュの軸に沿って移動させることにより、外周面及び内周面それぞれに焼入れを行う方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−７８７４５号公報
【特許文献２】特開平１０−６８０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した第１の従来方法では、高周波焼入工程を２回行う必要があり、処理時間が長かった。また、上記した第２の従来方法では、芯部は素地のままであり、焼戻しが行われないため、芯部の靭性が高くならない場合があった。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、処理時間を短くすることができ、かつ部材の芯部の靭性を高くすることができる高周波焼入装置及び部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る高周波焼入装置は、第１面と、該第１面とは反対側に位置していて前記第１面に対して平行な第２面とを有する部材に高周波焼入れする高周波焼入装置であって、
前記第１面に対向し、該第１面を加熱する第１高周波コイルと、
前記第１面を冷却する第１冷却部と、
前記第２面に対向し、該第２面を加熱する第２高周波コイルと、
前記第２面を冷却する第２冷却部と、
前記第１高周波コイル、前記第１冷却部、前記第２高周波コイル、及び前記第２冷却部及び前記部材の相対位置を移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御することにより、前記部材に対する前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部の相対位置を、この順に、前記第１面の先端から後端に向けて移動させ、かつ前記第１高周波コイルが前記第１面の後端に対向する前に、前記第２高周波コイル及び前記第２冷却部を、この順に、前記第１冷却部の先端より遅れるように、前記第２面に沿って前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部と同一方向に移動させる制御部と、
を具備する。
【０００９】
前記部材は、例えば円筒形の部材である。この場合、前記第１面は円筒形の外周面であり、前記第２面は円筒形の内周面である。前記制御部は、前記第２高周波コイルが前記部材を介して前記第１冷却部と対向するように、前記第１冷却部及び前記第２高周波コイルを移動させるのが好ましい。
【００１０】
前記第１高周波コイルに第１高周波を印加する第１高周波電源と、前記第２高周波コイルに、前記第１高周波より高周波数の第２高周波を印加する第２高周波電源とを具備しても良い。また、前記第１高周波コイルには第１高周波を、前記第２高周波コイルには前記第１高周波より高周波である第２高周波を、交互に印加する高周波電源を具備してもよい。
【００１１】
本発明に係る部材の製造方法は、第１面と、該第１面とは反対側に位置していて前記第１面に対して平行な第２面とを有する部材に高周波焼入れする工程を有する部材の製造方法であって、
前記高周波焼入れする工程は、
前記第１面に対向していて該第１面を加熱する第１高周波コイルと、前記第１面を冷却する第１冷却部と、をこの順に、前記第１面の先端から後端に向けて、前記第１面に対して相対移動させることにより、前記第１面側から焼入れし、
かつ前記第１高周波コイルが前記第１面の後端に対向する前に、前記第２面に対向していて該第２面を加熱する第２高周波コイルと、前記第２面を冷却する第２冷却部と、をこの順に、前記第１冷却部の先端より遅れるように、前記第２面に沿って前記第１高周波コイル及び前記第１冷却部と同一方向に、前記第２面に対して相対移動させることにより、前記第２面側から焼入れし、かつ前記第１面と前記第２面の間に焼戻組織を形成することを特徴とする。
【００１２】
前記第１面側から焼入れするときに、前記部材を前記第１面から前記第２面まで焼入れし、前記第２面側から焼入れするときに、前記部材を前記第１面側から焼入れするときより浅く焼入れするのが好ましい。前記第１高周波コイル及び前記第２高周波コイルの一方は、前記部材の先端及び後端に対向している状態では高周波が印加されず、前記部材の先端及び後端以外の部分に対向しているときに高周波が印加されるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、装軌車両の履帯１の構成を説明するための分解斜視図である。履帯１は、シュー２、リンク３，４、ブッシュ１０及びピン５を有している。これらのうちブッシュ１０は円筒形の部材であり、疲労強度が要求され、かつ外周面、内周面、及び端面に耐磨耗性が要求される。特に外周面には高い耐磨耗性が要求される。このため、ブッシュ１０の外周面、内周面、及び端面には焼入れによる硬化層が形成されている。特に外周面の硬化層は、他の硬化層と比較して深くなっているのが好ましい。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図である。本図に示す高周波焼入装置は、ブッシュ１０に焼入れ処理を行う装置である。本図に示す高周波焼入装置を用いて焼入れ処理が行われることにより、ブッシュ１０の外周面１３、内周面１４、先端面１１、及び後端面１２それぞれに、焼入れによる硬化層が形成される。
【００１５】
この高周波焼入れ装置において、ブッシュ１０は支持部材（図示せず）によって支持されており、焼入れ処理が行われている間、中心軸を中心に、定位置で回転できるようになっている。ブッシュ１０の外周面１３には、高周波コイル２０及び複数のリング状の冷却部２１が対向している。高周波コイル２０には高周波電源２２から高周波が印加される。高周波電源２２は、例えば制御部５０によってオンオフが制御される。冷却部２１は、ブッシュ１０の外周面１３、先端面１１、及び後端面１２に向けて冷却剤（例えば水や空気）を吹き付ける。
【００１６】
そして高周波コイル２０及び冷却部２１はこの順に、移動部４１によって、外周面１３に沿う方向に移動する。その移動範囲は、少なくとも、先端面１１の先端１３ａ（図１に示す例では先端面１１と外周面１３の交差部分）に対向する位置から、先端面１１の後端１３ｂ（図１に示す例では後端面１２と外周面１３の交差部分）に対向する位置までである。詳細には、移動部４１は、高周波コイル２０が冷却部２１に対して先行する方向に移動させる。このため、高周波コイル２０及び冷却部２１によって、外周面１３の全面並びに先端面１１及び後端面１２の全面に焼入れ処理を行うことができる。なお本実施形態において、高周波コイル２０，冷却部２１が先端１３ａ，後端１３ｂに対向する位置とは、高周波コイル２０のいずれかの部分，冷却部２１のいずれかの部分が先端１３ａ，後端１３ｂに対向する位置を意味する。
【００１７】
またブッシュ１０の内周面１４には、高周波コイル３０及び複数のリング状の冷却部３１が対向している。高周波コイル３０には高周波電源３２から高周波が印加される。高周波電源３２は、例えば制御部５０によってオンオフが制御される。高周波電源３２が発振する高周波（例えば２０ｋＨｚ）は、高周波電源２２が発振する高周波（例えば１０ｋＨｚ）より高周波である。冷却部３１は、ブッシュ１０の内周面１４、先端面１１、及び後端面１２に向けて冷却剤（例えば水や空気）を吹き付ける。
【００１８】
そして高周波コイル３０及び冷却部３１はこの順に、移動部４２によって、内周面１４に沿う方向に移動する。その移動範囲は、少なくとも、内周面１４の先端１４ａ（図１に示す例では先端面１１と内周面１４の交差部分）に対向する位置から、後端面１２の後端１４ｂ（図１に示す例では後端面１２と内周面１４の交差部分）に対向する位置までである。詳細には、移動部４２は、高周波コイル３０が冷却部３１に対して先行する方向に移動させる。このため、高周波コイル３０及び冷却部３１によって、内周面１４の全面並びに先端面１１及び後端面１２に焼入れ処理を行うことができる。また移動部４１，４２は、制御部５０によって互いに独立して制御される。なお本実施形態において、高周波コイル３０，冷却部３１が先端１４ａ，後端１４ｂに対向する位置とは、高周波コイル３０のいずれかの部分，冷却部３１のいずれかの部分が先端１４ａ，後端１４ｂに対向する位置を意味する。
【００１９】
次に、図２に示した高周波焼入装置を用いてブッシュ１０を処理する方法を説明する。高周波焼入装置を用いてブッシュ１０を処理するまで、ブッシュ１０には焼入れ処理が行われず、また高周波焼入装置を用いてブッシュ１０を処理した後には焼戻し処理が行われない。
【００２０】
制御部５０は、まず高周波電源２２をオンさせる。この状態で制御部５０は、移動部４１を駆動させて、高周波コイル２０及び冷却部２１を、先端１３ａに対向する位置から後端１３ｂに対向する位置まで移動させる。これにより、ブッシュ１０は、まず高周波コイル２０及び冷却部２１によって、先端面１１が焼入れされ、その後、外周面１３側からの焼入れが先端面１１側から順に行われ、最後に後端面１２が焼入れされる。高周波コイル２０に印加される高周波の周波数は低く、このため、ブッシュ１０は、外周面１３から内周面１４まで全ての部分に焼入れされる。
【００２１】
そして制御部５０は、高周波コイル２０が後端１３ｂに対向する前に移動部４２を駆動させて、高周波コイル３０及び冷却部３１を、先端１４ａに対向する位置から後端１４ｂに対向する位置まで移動させる。また上記したように、高周波電源３２が発振する高周波は高周波電源２２が発振する高周波より高周波である。このため、内周面１４は、先端面１１側から順に、高周波コイル３０及び冷却部３１によって外周面１３より浅く焼入れされる。
【００２２】
また、内周面１４に硬化層を形成する工程において、ブッシュ１０の芯部１５は焼戻され、芯部１５に焼戻組織が形成される。このため、芯部１５の靭性が高くなる。特に、高周波コイル３０がブッシュ１０を介して冷却部２１と対向するようにすると、ブッシュ１０のうち高周波コイル３０と冷却部２１とで挟まれている部分は、内周面１４から加熱され、かつ外周面１３から冷却される状態になるため、焼戻組織が十分形成される。このため、芯部１５の靭性が特に高くなる。
【００２３】
ところで、高周波コイル３０が先端１４ａ及び後端１４ｂに対向するタイミングでは、先端面１１及び後端面１２には、高周波コイル２０及び冷却部２１によって全面に焼入れ処理が行われている。一方、高周波電源３２が発振する高周波は、上記したように高周波電源２２が発振する高周波より高周波である。このため、先端面１１及び後端面１２が高周波コイル３０によって加熱される場合、先端面１１及び後端面１２のうち外周面１３側の領域は加熱されない。このため、先端面１１及び後端面１２には、外周面１３と内周面１４の間に位置する部分に焼戻組織が形成され、この部分で硬度が低下してしまう。
【００２４】
そこで本実施形態では、制御部５０は、高周波コイル３０が先端１４ａに対向している間は高周波電源３２をオンさせず、高周波コイル３０が先端１４ａより少し後端１４ｂ側に移動してから（例えば５〜５０ｍｍ）高周波電源３２をオンさせる。そして制御部５０は、高周波コイル３０が後端１４ｂに対向する直前に高周波電源３２をオフにする。これにより、先端面１１及び後端面１２は高周波コイル３０によって加熱されず、この結果、先端面１１及び後端面１２の表面全面に、高周波コイル２０及び冷却部２１による硬化層が残る。
【００２５】
図３は、図１に示した高周波焼入処理装置で処理したブッシュ１０の径方向の硬度分布を示す図である。上記したように、ブッシュ１０の外周面１３及び内周面１４には硬化層が形成されている。そして高周波電源２２が発振する高周波は高周波電源３２が発振する高周波より低周波である。このため、外周面１３側の硬化層は、内周面１４側の硬化層より深い。またこれら２つの硬化層の境界部分すなわち芯部１５には、焼戻組織が形成されているため、局所的に硬度が低下している部分が形成される。
【００２６】
次に、具体的な条件の一例を記載する。ブッシュ１０が鋼材ＳＣｒＢ４４０から形成され、その全長、内径、外形、及び肉厚がそれぞれ１３８．５ｍｍ、３８．７ｍｍ、５９．４ｍｍ、１０．４ｍｍである場合、高周波電源２２の発振周波数及び出力は、それぞれ１０ｋＨｚ及び１５０ｋＷ、高周波電源３２の発振周波数及び出力は、それぞれ２０ｋＨｚ及び１５０ｋＷである。そして高周波コイル２０及び冷却部２１の移動速度は８ｍｍ／秒であり、高周波コイル３０及び冷却部３１の移動速度は８ｍｍ／秒である。なお、ＳＣｒＢ４４０の成分は、重量％で、例えばＣ：０．４２％、Ｓｉ：０．２３％、Ｍｎ：０．８４％、Ｐ：０．０１３％、Ｓ：０．０１３％、Ｃｒ：１．０７％、Ｂ：０．００２０％であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。そして高周波コイル２０を高周波コイル３０に対して２０ｍｍ先行させる。
【００２７】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、高周波コイル２０が後端１３ｂに対向する前に移動部４２を駆動させて、高周波コイル３０及び冷却部３１を、先端１４ａに対向する位置から後端１４ｂに対向する位置に向けて移動させる。このため、ブッシュ１０に焼入れ処理をする処理時間を短くすることができ、かつブッシュ１０の芯部の靭性を高くすることができる。また、外周面用の高周波焼入装置及び内周面用の高周波焼入装置をそれぞれ用いる場合と比較して、設備が占有する面積を小面積化することができる。
【００２８】
また、高周波コイル３０に印加される高周波を、高周波コイル２０に印加される高周波より高周波数にしたため、ブッシュ１０の外周面に形成される硬化層を、内周面に形成される硬化層より深くすることができる。
【００２９】
また、高周波コイル３０がブッシュ１０の先端１４ａ及び後端１４ｂに対向しているときには、高周波コイル３０に高周波を印加しない為、先端面１１及び後端面１２の全面に、高周波コイル２０及び冷却部２１による硬化層を残すことができる。
【００３０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図である。本実施形態に係る高周波焼入装置は、高周波電源３２がなく、高周波電源２２が高周波コイル２０，３０に交互に（例えば１ミリ秒ごとに）互いに異なる周波数の高周波を印加する点を除いて、図２に示した高周波焼入装置と同様の構成である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態において高周波電源２２は、高周波コイル３０に印加する高周波の周波数を、高周波コイル２０に印加する高周波より高くする。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図である。本実施形態に係る高周波焼入装置は、移動部４２がなく、移動部４１が高周波コイル２０，３０及び冷却部２１，３１を同時に移動させる点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
本実施形態において、高周波コイル２０，３０及び冷却部２１，３１は、高周波コイル３０がブッシュ１０を介して冷却部２１と対向するように配置されている。そしてこの相対的な位置が維持されたまま、高周波コイル２０，３０及び冷却部２１，３１は移動部４１によって移動する。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば高周波焼入装置が処理する部材はブッシュ１０に限定されるものではなく、他の円筒形の部材や板状の部材であっても良い。また上記した各実施形態において、高周波コイル３０が先端１４ａ及び後端１４ｂに対向している状態においても、高周波コイル３０に高周波を印加しても良い。
【００３４】
また、外周面１３側から焼入れを行うときに、内周面１４まで硬化しなくてもよい。ただし、少なくとも硬化層がブッシュ１０の芯部に達する必要はある。
また本実施形態では、ブッシュ１０を固定して高周波コイル２０，３１及び冷却部２１，３１を移動させる構成としたが、逆に高周波コイル２０，３１及び冷却部２１，３１を固定してブッシュ１０を移動させるようにしても良い。
【００３５】
また、上記した実施形態では、高周波コイル２０及び冷却部２１が高周波コイル３０及び冷却部３１に対して先行するようにしたが、逆に高周波コイル３０及び冷却部３１が高周波コイル２０及び冷却部２１に対して先行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】装軌車両の履帯１の構成を説明するための分解斜視図。
【図２】第１の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図。
【図３】ブッシュ１０の径方向の硬度分布を示す図。
【図４】第２の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図。
【図５】第３の実施形態に係る高周波焼入装置の構成を説明するための概略図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ブッシュ、１１…先端面、１２…後端面、１３…内周面、１３ａ，１４ａ…先端、１３ｂ，１４ｂ…後端、１４…外周面、２０，３０…高周波コイル、２１，３１…冷却部、２２，３２…高周波電源、４１，４２…移動部、５０…制御部
【図１】
2009019237.tif 000003
【図２】
2009019237.tif 000004
【図３】
2009019237.tif 000005
【図４】
2009019237.tif 000006
【図５】
2009019237.tif 000007