JPH0331415A

JPH0331415A - 高周波焼入れ装置

Info

Publication number: JPH0331415A
Application number: JP1167710A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Asai; 浅井　純郎
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-12
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP2631749B2

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
高周波焼入れ装置に関する。

（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１．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マルテンサイト変態時の
マルテンサイト組織の膨張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、被熱処
理材を全周に亘り均一に高周波焼入れ処理を施して焼き
ムラの発生を防止することができ、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
れ装置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回転自在に支持する支持機構と
、この支持機構に支持された被熱処理材を回転駆動する
回転駆動機構と、前記被熱処理材の周囲を局部的に覆う
高周波加熱用の加熱コイルと、前記被熱処理材に冷却液
を吹付ける吹付はノズルと、前記回転駆動機構を駆動さ
せた状態で前記加熱コイルによって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制御手段
と、高周波加熱された前記被熱処理材に前記吹付はノズ
ルから冷却液を所定流量で吹付けて前記被熱処理材をこ
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次冷却する第１次冷却制御手
段と、この第１次冷却後、適宜の冷却液吹付は中止時間
を介して前記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前記被熱処理材に再度吹付けて前記
被熱処理材を冷却する第２次冷却制御手段とを具備した
ものである。

（作用）高周波焼入れ時には回転駆動機構を駆動させた”状態で
加熱コイルによって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
処理材に吹付はノズルから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
の量産性を高めるとともに、回転駆動機構によって被熱
処理材を回転駆動させながら高周波焼入れ処理を施すこ
とにより、被熱処理材を全周に亘り均一に高周波焼入れ
処理を施して焼きムラの発生を防止するようにしたもの
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図および第２図はこの発明の一実施例の高周波焼入
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３図に示す
ようにエンジンのカム軸５等の被熱処理材が第１の処理
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・・・が突没さ
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４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１＜　−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、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油や、
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の作用について説明
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。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、′ｉｓ１次冷却制御手段１５に加熱制御手段１
４からの動作信号が入力されると、第１の温度センサ２
０ｍ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
５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。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点点上下
で第１次冷却された状態（第５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５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２２１；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。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５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５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、上記構成のものにあっては高周波焼入れ時には
加熱制御手段１４によって第１の回転駆動機構１０を駆
動させた状態で第１の加熱コイル１１・・・によってカ
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
被熱処理材に第１次冷却制御手段１５によって第１の吹
付はノズル１２・・・から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、カム軸５等の被
熱処理材を第１の処理部１から第２の処理部２に搬送さ
せることにより、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。

さらに、高周波焼入れ作業中は第１．第２．第３の各回
転駆動機構１０，２１．２３によってカム軸５等の被熱
処理材を回転駆動させるようにしたので、カム軸５等の
被熱処理材を全周に亘り均一に高周波焼入れ処理を施し
て焼きムラの発生を防止することができる。また、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．をそれぞれ独立に設け、カム軸５等の被熱処理材を
′！ｓ１の搬送機構６、第２の搬送機構７、第３の搬送
機構８によって各処理部間を順次搬送させるようにした
ので、単一の処理槽内で一連の高周波焼入れ作業を実施
する場合に比べて作業能率の向上を図ることができ、量
産性を高めることができる。さらに、第１の処理部１の
第１の加熱コイル１１・・・をカム軸５のカム部５ｂ・
・・と対応する位置にそれぞれ局部的に配設したので、
カム軸５の軸体５ａに比べてこのカム部５ｂ・・・の硬
度をさらに高めることができ、カム軸５の耐久性の向上
を図ることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではない
。例えば、上記実施例では第１の処理部１、第２の処理
部２、第３の処理部３、徐冷部４をそれぞれ独立に設け
、カム軸５等の被熱処理材を第１の搬送機構６、第２の
搬送機構７、第３の搬送機構８によって各処理部間を順
次搬送させる構成のものを示したが、少量生産の場合に
は単一の処理槽内で一連の高周波焼入れ作業を実施する
構成にしても良い。さらに、その他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］この発明によれば被熱処理材を回転自在に支持する支持
機構と、この支持機構に支持された被熱処理材を回転駆
動する回転駆動機構と、前記被熱処理材の周囲を局部的
に覆う高周波加熱用の加熱コイルと、前記被熱処理材に
冷却液を吹付ける吹付はノズルと、前記回転駆動機構を
駆動させた状態で前記加熱コイルによって被熱処理材を
オーステナイト化する高温状態に高周波加熱する加熱制
御手段と、高周波加熱された前記被熱処理材に前記吹付
はノズルから冷却液を所定流量で吹付けて前記被熱処理
材をこの被熱処理材がマルテンサイト組織に変態するＭ
ｓ点以下まで比較的緩やかに第１次冷却するｍ１次冷却
制御手段と、この第１次冷却後、適宜の冷却液吹付は中
止時間を介して前記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前記被熱処理材１；再度吹付
けて前記被熱処理材を冷却する第２次冷却制御手段とを
設けたので、被熱処理材を全周に亘り均一に高周波焼入
れ処理を施して焼きムラの発生を防止することができ、
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。

【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図は制御
部の具体的な構成図、第２図は高周波焼入れ装置全体の
概略構成図、第３図は第１の処理部内のカム軸の取付は
状態を示す正面図、第４図は同側面図、第５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
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

【特許請求の範囲】

被熱処理材を回転自在に支持する支持機構と、この支持
機構に支持された被熱処理材を回転駆動する回転駆動機
構と、前記被熱処理材の周囲を局部的に覆う高周波加熱
用の加熱コイルと、前記被熱処理材に冷却液を吹付ける
吹付けノズルと、前記回転駆動機構を駆動させた状態で
前記加熱コイルによって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制御手段と、高周波
加熱された前記被熱処理材に前記吹付けノズルから冷却
液を所定流量で吹付けて前記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次冷却する第１次冷却制御手段と、この
第１次冷却後、適宜の冷却液吹付け中止時間を介して前
記吹付けノズルから冷却液を第１次冷却時の流量よりも
小流量で前記被熱処理材に再度吹付けて前記被熱処理材
を冷却する第２次冷却制御手段とを具備したことを特徴
とする高周波焼入れ装置。