JPH0331414A - 高周波焼入れ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は例えば鋳鉄、鋳鋼等の材料によって形成され
たエンジンのカム軸等の被熱処理材を高周波焼入れする
高周波焼入れ方法に関する。

（従来の技術） 一般に、例えば車両用エンジンのカム軸等のように強度
が要求されている金属部品には高周波焼入れ等の熱処理
を行うことにより、部品強度を高めることが従来から行
われている。この高周波焼入れ等の熱処理はカム軸等の
被熱処理材を例えば９００℃程度の高温状態に高周波加
熱して被熱処理材の金属組織をオーステナイト化した後
、臨界冷却速度以上の冷却速度で急冷することにより、
マルテンサイト組織を生成させ、きわめてかたい強い状
態にする熱処理であり、炭素鋼等の鉄鋼材料を高周波焼
入れする場合には良好な熱処理効果を得ることができる
ことが知られている。

しかしながら、エンジンのカム軸等を鋳鉄にょっで形成
し、この鋳鉄製の被熱処理材を炭素鋼等の鉄鋼材料と同
様に高周波焼入れした場合にはマルテンサイト変態時の
マルテンサイト組織の膨脹によって焼割れが発生し易い
ので、高周波焼入れ処理を施した鋳鉄製の被熱処理材の
焼入れ品質を安定化させることは難しい問題があった。

そのため、鋳鉄製の被熱処理材に高周波焼入れ処理を施
した高周波焼入れ処理製品を量産した場合には歩留まり
が悪くなり易く、鋳鉄製の高周波焼入れ処理製品の量産
性、を高めることが難しい問題があった。

（発明が解決しようとする課題） エンジンのカム軸等の被熱処理材を鋳鉄によって形成し
、この鋳鉄製の被熱処理材を炭素鋼等の鉄鋼材料と同様
に高周波焼入れした場合には焼割れが発生し易く、高周
波焼入れ処理を施した鋳鉄製の被熱処理材の焼入れ品質
を安定化させることは難しいので、鋳鉄製の被熱処理材
に高周波焼入れ処理を施した高周波焼入れ処理製品を量
産した場合には歩留まりが悪くなり、鋳鉄製の高周波焼
入れ処理製品の量産性を高めることが難しい問題があっ
た。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、鋳鉄製
の被熱処理材のように高周波焼入れした場合に焼割れが
発生し易い被熱処理材の焼入れ品質を安定化させて鋳鉄
製の高周波焼入れ処理製品の量産性を高めることができ
る高周波焼入れ方法を提供することを目的とするもので
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は被熱処理材をオーステナイト化する高温状態
に高周波加熱する加熱工程と、この加熱工程後、前記被
熱処理材がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点より低
温度の所定の状態変化温度以下でベース液体中に均一に
混入し、この状態変化温度より高い高温状態で前記ベー
ス液体から分離する焼入れ剤を添加した冷却液を前記被
熱処理材に吹付けて前記被熱処理材をＭｓ点以下まで冷
却する第一次冷却工程と、この第一次冷却工程後、適宜
の冷却液吹付は中止時間を介して前記冷却液を前記被熱
処理材に再度吹付けて前記被熱処理材を前記冷却液の状
態変化温度以下まで冷却する第二次冷却工程とを具備し
た方法である。

（作用） 高周波焼入れ時には被熱処理材をオーステナイト化する
高温状態に高周波加熱し、続いて高周波加熱された被熱
処理材に、この被熱処理材がマルテンサイト組織に変態
するＭｓ点より低温度の所定の状態変化温度以下でベー
ス液体中に均一に混入し、この状態変化温度より高い高
温状態でベース液体から分離す、る焼入れ剤を添加した
冷却液を所定流量で吹付けて被熱処理材をこの被熱処理
材がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点以下まで比較
的緩やかに第１次冷却し、さらにこの第１次冷却後、適
宜の冷却液吹付は中止時間を介して吹付はノズルから冷
却液を第１次冷却時の流量よりも小流量で被熱処理材に
再度吹付けて被熱処理材を冷却することにより、鋳鉄製
の被熱処理材のように高周波焼入れした場合に焼割れが
発生し易い被熱処理材の焼入れ品質を安定化させて鋳鉄
製の高周波焼入れ処理製品の量産性を高めるようにした
ものである。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例の高周波焼入れ処理中の被
熱処理材の温度変化状態を示すものである。また、第２
図および第３図はこの発明の一実施例の高周波焼入れ方
法を実施する高周波焼入れ装置全体の概略構成を示すも
のである。すなわち、この実施例の高周波焼入れ装置に
は第２図に示すように第１の処理部１、第２の処理部２
、第３の処理部３、徐冷部４がそれぞれ設けられている
。

これらの第１の処理部１、第２の処理部２、第３の処理
部３、徐冷部４はそれぞれ独立に設けられており、第４
図に示すようにエンジンのカム軸５等の被熱処理材が１
ｊ４１の一処理部１と第２の処理部２との間の第１の搬
送機構６、第２の処理部２と第３の処理部３との間の第
２の搬送機構７、第３の処理部３と徐冷部４との間の第
３の搬送機構８によって順次搬送されるようになってい
る。この場合、被熱処理材のカム軸５は例えば鋳鉄、鋳
鋼等の材料によって形成されている。そして、このカム
軸５には略円柱状の軸体５ａ上の複数箇所にカム部５ｂ
・・・が突設されている。

また、第１の処理部１にはカム軸５等の被熱処理材を回
転自在に支持する第１の支持機構９と、この第１の支持
機構９に支持されたカム軸５等の被熱処理材を回転駆動
する第１の回転駆動機構１０と、カム軸５等の被熱処理
材の周囲を局部的に覆う高周波加熱用の複数の第１の加
熱コイル１１・・・と、カム軸５等の被熱処理材に冷却
液を吹付ける複数の第１の吹付はノズル１２・・・とが
それぞれ設けられている。この場合、第１の加熱コイル
１１・・・は第５図に示すように断面が略半円形状に形
成されており、この略半円形状の第１の加熱コイル１１
・・・がカム軸５のカム部５ｂ・・・と対応する位置に
それぞれ配設されている。さらに、第１の吹付はノズル
１２・・・はカム軸５の周囲、例えば上下左右に適宜配
設されている。また、第１の回転駆動機構１０および第
１の加熱コイル１１・・・は例えばマイクロコンピュー
タおよびその周辺回路によって形成される制御部１３の
加熱制御手段１４に接続されている。そして、この加熱
制御手段１４によって第１の回転駆動機構１０および第
１の加熱コイル１１・・・の動作が制御されるようにな
っている。さらに、この制御部１３には加熱制御手段１
４とともに、後述する第１次冷却制御手段１５、第２次
冷却制御手段１６およびテンパー加熱手段１７がそれぞ
れ設けられている。

また、第１の吹付はノズル１２には第１の冷却液制御機
構１８の送液通路１９の先端部が連結されている。この
第１の冷却液制御機構１８には送液通路１９の基端部側
に連結された図示しない送液ポンプ、送液通路１９内に
介設させた図示しない流量制御弁等が設けられており、
この第１の冷却液制御機構１８を介して第１の吹付はノ
ズル１２に所定流量の冷却液が供給されるようになって
いる。この場合ζ冷却液はカム軸５等の被熱処理材がマ
ルテンサイト組織に変態するＭｓ点（例えば２００℃程
度）より低温度の所定の状態変化温度（例えば７４℃ま
たは９０℃程度）以下でベース液体（例えば水）中に均
一に混入し、この状態変化温度より高い高温状態でベー
ス液体から分離する焼入れ剤（例えばポリアルキレング
リコール（ＰＡＧ）ｌを所定の濃度で添加したものが使
用されている。なお、冷却液としてはこれ以外に浦や、
ビニール等であってもよい。

さらに、この第１の冷却液制御機構１８は制御部１３の
第１次冷却制御手段１５に接続されている。この第１次
冷却制御手段１５にはさらに第１の搬送機構６、第１の
温度センサ２０ａおよび第２の温度センサ２０ｂがそれ
ぞれ接続されている。

この場合、第１の温度センサ２０ａはカム軸５等の被熱
処理材の金属組織がオーステナイト化する高温状態（９
００℃程度）に高周波加熱された状態（高周波加熱温度
）、第２の温度センサ２０ｂはカム軸５等の被熱処理材
がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点以下まで第１次
冷却された状態（第１次冷却温度）をそれぞれ検出する
ものである。

また、第２の処理部２には第１の処理部１の第１の支持
機構９、第１の回転駆動機構１０．第１の吹付はノズル
１２・・・と略同−構成の第２の支持機構、第２の回転
駆動機構２１、第２の吹付はノズルがそれぞれ設けられ
ている。この場合、第２の処理部２の第２の吹付はノズ
ルも第１の処理部１の第１の冷却液制御機構１８と略同
−構成の第２の冷却液制御機構２２に連結されている。

そして、これらの第２の処理部２の第２の回転駆動機構
２１および第２の冷却液制御機構２２は制御部１３の第
２次冷却制御手段１６に接続されている。

この第２次冷却制御手段１６にはさらに第２の搬送機構
７および第３の温度センサ２０ｃがそれぞれ接続されて
いる。この場合、第３の温度センサ２０ｃは冷却液中の
焼入れ剤がベース液体中に均一に混入される所定の状態
変化温度（例えば７４℃または９０℃程度）以下に低下
した状態（第２次冷却温度）を検出するものである。

さらに、第３の処理部３には第１の処理部１の支持機構
９、第１の回転駆動機構１０、第１の加熱コイル１１・
・・と略同−構成の第３の支持機構、第３の回転駆動機
構２３、第２の加熱コイル２４・・・がそれぞれ設けら
れている。この場合、第３の処理部３の第３の回転駆動
機構２３、第２の加熱コイル２４・・・は制御部１３の
テンパー加熱手段１７に接続されている。このテンパー
加熱手段１７にはさらに第３の搬送機構８が接続されて
いる。

次に、上記構成の高周波焼入れ装置を使用した高周波焼
入れ方法について説明する。

まず、エンジンのカム軸５等の被熱処理材の高周波焼入
れ時には最初に第１の処理部１の第１の支持機構９にカ
ム軸５等の被熱処理材をセットする。そして、この状態
で高周波焼入れ装置の図示しない電源スィッチをオン操
作すると、制御部１３の加熱制御手段１４によって第１
の処理部１の第１の回転駆動機構１０が駆動され、カム
軸５が回転駆動されるとともに、第１の加熱コイル１１
・・・に通電され、この第１の加熱コイル１１・・・に
よってカム軸５が高周波加熱される（加熱工程）。また
、この加熱制御手段１４の動作信号は第１次冷却制御手
段１５に出力される。

さらに、第１次冷却制御手段１５に加熱制御手段１４か
らの動作信号が入力されると、第１の温度センサ２０ａ
からの検出信号にもとづいてカム軸５等の被熱処理材の
金属組織がオーステナイト化する高温状態（９００℃程
度）に高周波加熱された状態が検出された時点（第１図
中にＡで示す）で、加熱制御手段１４に第１の加熱コイ
ル１１・・・への通電遮断信号が出力され、第１の加熱
コイル１１・・・への通電が遮断されるとともに、続い
て第１の冷却液制御機構１８に駆動信号が出力され、こ
の第１の冷却液制御機構１８を介して第１の吹付はノズ
ル１２・・・に所定流量の冷却液が供給されて第１の吹
付はノズル１２・・・からカム軸５等の被熱処理材に冷
却液が吹付けられ、カム軸５等の被熱処理材が冷却され
る（第一次冷却工程）。この場合、カム軸５等の被熱処
理材に吹付けられた冷却液は焼入れ剤がベース液体中に
均一に混入される所定の状態変化温度（例えば７４℃ま
たは９０℃程度）よりも高温状態に加熱されるので、こ
の状態では冷却液中の焼入れ剤がベース液体から分離し
、この焼入れ剤によってカム軸５等の被熱処理材の表面
に被覆層（被膜）が形成される。

そのため、この焼入れ剤成分の被覆層（被膜）によって
カム軸５等の被熱処理材の表面からの冷却液のベース液
体の蒸発を防止することができるので、冷却速度を調整
する（遅らせる）ことができる。

また、第２の温度センサ２０ｂによってカム軸５等の被
熱処理材がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点以下ま
で第１次冷却された状態（第１図中にＢで示す）が検出
されると第１次冷却制御手段１５からの制御信号によっ
て第１の冷却液制御機構１８の駆動が停止されるととも
に、加熱制御手段１４に第１の回転駆動機構１０への駆
動停止信号が出力され、第１の回転駆動機構１０の駆動
が停止されたのち、続いて第１の搬送機構６に駆動信号
が出力される。そして、この第１の搬送機構６によって
カム軸５等の被熱処理材が第１の処理部１から第２の処
理部２に搬送され、この第２の処理部２の第２の支持機
構にセットされる。なお、この第１の搬送機構６による
カム軸５等の被熱処理材の搬送時間中（第１図中のＢ−
Ｃ間）は冷却液の吹付けが中止され、カム軸５等の被熱
処理材が空冷状態で徐々に冷却されるようになっている
。

さらに、カム軸５等の被熱処理材が第２の処理部２の第
２の支持機構にセットされると第２次冷却制御手段１６
によって第２の処理部２の第２の回転駆動機構２１が駆
動され、カム軸５が回転駆動されるとともに、第２の冷
却液制御機構２２に駆動信号が出力され、この第２の冷
却液制御機構２２を介して第２の吹付はノズルに所定流
量の冷却液が供給されて第２の吹付はノズルからカム軸
５等の被熱処理材に冷却液が吹付けられ、カム軸５等の
被熱処理材が冷却される（第二次冷却工程）。この場合
、第２の吹付はノズルから吹付けられる冷却液の流量は
第１次冷却時の流量よりも小流量に設定されており、第
１次冷却時よりも緩やかに冷却される（冷却時間が比較
的長くなる）ようになっている。そして、第３の温度セ
ンサ２０ｃによってカム軸５等の被熱処理材が第２次冷
却温度まで冷却されたことが検出された時点（第１図中
にＤで示す）で、第２の冷却液制御機構２２の駆動が停
止されるとともに、第２の回転駆動機構２１への駆動停
止信号が出力され、第２の回転駆動機構２１の駆動が停
止される。この場合、第３の温度センサ２０ｃによって
カム軸５等の被熱処理材が第２次冷却温度まで冷却され
たことが検出された状態ではカム軸５等の被熱処理材が
冷却液の所定の状態変化温度（例えば７４℃または９０
℃程度）以下に低下しているので、冷却液中の焼入れ剤
はベース液体中に全て均一に混入される。そのため、カ
ム軸５等の被熱処理材が第２次冷却温度まで冷却された
時点りでは第１図中のＡ−Ｃ間でカム軸５等の被熱処理
材の表面に形成された焼入れ剤成分の被覆層（被膜）を
全てカム軸５等の被熱処理材の表面から剥離させること
ができるので、カム軸５等の被熱処理材の表面に焼入れ
剤成分の被覆層（被膜）が形成された状態で保持される
ことを防止することができる。

また、第２の冷却液制御機構２２および第２の回転駆動
機構２１の駆動が停止されたのち、続いて第２の搬送機
構７に駆動信号が出力される。そして、この第２の搬送
機構７によってカム軸５等の被熱処理材が第２の処理部
２から第３の処理部３に搬送され、この第３の処理部３
の第３の支持機構にセットされる。そして、カム軸５等
の被熱処理材がこの第３の処理部３の第３の支持機構に
セットされると、テンパー加熱手段１７によって第３の
処理部３の第３の回転駆動機構２３が駆動され、カム軸
５が回転駆動されるとともに、第２の加熱コイル２４・
・・に通電され、この第２の加熱コイル２４・・・によ
ってカム軸５等の被熱処理材が適宜のテンパー処理温度
まで高周波加熱され、テンパー処理が行われる。

さらに、このテンパー処理の終了後、テンパー加熱手段
１７によって第３の処理部３の第２の加熱コイル２４・
・・への通電が遮断されるとともに、第３の回転駆動機
構２３の駆動が停止されたのち、第３の搬送機構８が駆
動される。そして、この第２の搬送機構７によってカム
軸５等の被熱処理材が第３の処理部３から徐冷部４に搬
送され、この徐冷部４で徐冷される。

そこで、上記方法によれば高周波焼入れ時にはカム軸５
等の被熱処理材をオーステナイト化する高温状態に高周
波加熱し、続いて高周波加熱されたカム軸５等の被熱処
理材に、この被熱処理材がマルテンサイト組織に変態す
るＭｓ点より低温度の所定の状態変化温度以下でベース
液体中に均一に混入し、この状態変化温度より高い高温
状態でベース液体から分離する焼入れ剤を添加した冷却
液を所定流量で吹付けてカム軸５等の被熱処理材をこの
被熱処理材がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点以下
まで比較的緩やかに第１次冷却し、さらにこの第１次冷
却後、適宜の冷却液吹付は中止時間を介して第２の吹付
はノズルから冷却液を第１次冷却時の流量よりも小流量
でカム軸５等の被熱処理材に再度吹付けて被熱処理材を
冷却するようにしたので、高周波焼入れ作業時のカム軸
５等の被熱処理材の冷却速度を比較的緩やか（遅らせる
方向）に調整することができる。そのため、鋳鉄製のカ
ム軸５等の被熱処理材のように高周波焼入れした場合に
焼割れが発生し易い被熱処理材の焼入れ品質を安定化さ
せて鋳鉄製の高周波焼入れ処理製品の量産性を高めるこ
とができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施でき
ることは勿論である。

［発明の効果コ この発明によれば被熱処理材をオーステナイト化する高
温状態に高周波加熱する加熱工程と、この加熱工程後、
前記被熱処理材がマルテンサイト組織に変態するＭｓ点
より低温度の所定の状態変化温度以下でベース液体中に
均一に混入し、この状態変化温度より高い高温状態で前
記ベース液体から分離する焼入れ剤を添加した冷却液を
前記被熱処理材に吹付けて前記被熱処理材をＭｓ点以下
まで冷却する第一次冷却工程と、この第−次冷却工程後
、適宜の冷却液吹付は中止時間を介して前記冷却液を前
記被熱処理材に再度吹付けて前記被熱処理材を前記冷却
液の状態変化温度以下まで冷却する第二次冷却工程とを
設けたので、鋳鉄製の被熱処理材のように高周波焼入れ
した場合に焼割れが発生し品い被熱処理材の焼入れ品質
を安定化させて鋳鉄製の高周波焼入れ処理製品の量産性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は高周
波焼入れ処理中の被熱処理材の温度変化状態を示す特性
図、第２図は高周波焼入れ装置全体の概略構成図、第３
図は制御部の具体的な構成図、第４図は第１の処理部内
のカム軸の取付は状態を示す正面図、第５図は同側面図
である。 ５・・・カム軸（被熱処理材）、９・・・第１の支持機
構、１０・・・第１の回転駆動機構、１１・・・第１の
加熱コイル、１３・・・制御部、１４・・・加熱制御手
段、１５・・・第１次冷却制御手段、１６・・・第２次
冷却制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被熱処理材をオーステナイト化する高温状態に高周波加
   熱する加熱工程と、この加熱工程後、前記被熱処理材が
   マルテンサイト組織に変態するＭｓ点より低温度の所定
   の状態変化温度以下でベース液体中に均一に混入し、こ
   の状態変化温度より高い高温状態で前記ベース液体から
   分離する焼入れ剤を添加した冷却液を前記被熱処理材に
   吹付けて前記被熱処理材をＭｓ点以下まで冷却する第一
   次冷却工程と、この第一次冷却工程後、適宜の冷却液吹
   付け中止時間を介して前記冷却液を前記被熱処理材に再
   度吹付けて前記被熱処理材を前記冷却液の状態変化温度
   以下まで冷却する第二次冷却工程とを具備したことを特
   徴とする高周波焼入れ方法。