JP3860634B2 - ラックバーの高周波直接通電焼入装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックバーの歯面或いは背面を高周波直接通電焼入法により焼入れする高周波直接通電焼入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来より一般的に用いられているステアリング用ラックバー１を示すものであって、このステアリング用ラックバー１は片側面に軸線に対して角度θをなす斜歯２を有し、この斜歯２の歯面３とは反対側の面が背面（円筒面）４となされている。従来においては、この種のステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入するために図１６に示される高周波直接通電焼入装置５が用いられ、その背面４を焼入れするために図１７に示される高周波直接通電焼入装置６が用いられている。
【０００３】
これらの装置５或いは６は、図１６，図１７に示すように、電気的絶縁材７，７′を介して第一導体８，８′と第二導体９，９′が組み合わされ、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の歯面３側或いは背面４側に対向して配接される単位導体１０，１０′と、この単位導体１０，１０′の第一導体８，８′に接続され、前記歯面３或いは背面４の長手方向の一端に当接配置される第一接触電極１１，１１′と、前記単位導体１０，１０′の第二導体９，９′に接続され、前記歯面３或いは背面４の長手方向の他端に当接配置される第二接触電極１２，１２′と、前記第一導体８，８′に接続されて前記単位導体１０，１０′の第一接触電極１１，１１′と第二接触電極１２，１２′との間の領域において前記歯面３或いは背面４に近接して配設され、かつこの歯面３或いは背面４に冷却水を噴出しうる冷却手段１３，１３′を備えた近接導体１４，１４′と、前記一対の第一導体８，８′と第二導体１２，１２′が接続される高周波電源１５，１５′とをそれぞれ具備している。さらに、ラックバー押圧用の一対の油圧シリンダ１６，１６′も備えられている。
【０００４】
次に、従来の焼入装置５，６の作用につき、図１６及び図１７に基いて説明する。まず、ステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする際には、ステアリング用ラックバー１を図１６に示す如く高周波直接通電焼入装置５の第一及び第二接触電極１１，１２上に載置し、ステアリング用ラックバー１の長手方向における歯面３の両端部に各電極１１，１２を接触配置すると共に、これらの両端部間の歯面３に近接導体１４を近接配置する。そして、一対の油圧シリンダ１６にてステアリング用ラックバー１を下方に押圧して前記歯面３を前記第一及び第二接触電極１１，１２に圧着させた状態とする。この状態の下で、高周波電源１５より高周波電流を供給して通電すると、高周波電流Ｉ1 は、第一導体８から第一接触電極１１を通ってラックバー１の歯面３、第二接触電極１２を経て、第二導体９、近接導体１４の表面を通って、再び第二導体１２から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【０００５】
また、ステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする際には、ステアリング用ラックバー１を図１７に示す如く高周波直接通電焼入装置６の第一及び第二接触電極１１′１２′上に載置し、ステアリング用ラックバー１の長手方向における背面４の両端部に各電極１１′１２′を接触配置すると共に、これらの両端部間の背面４に近接導体１４′を近接配置する。そして、一対の油圧シリンダ１６′にてステアリング用ラックバー１を下方に押圧して前記背面４を前記第一及び第二接触電極１１′，１２′に圧着させた状態とする。この状態の下で、高周波電源１５′より高周波電流を供給して通電すると、高周波電流は、第一導体８′から第一接触電極１１′を通ってラックバー１の背面４、第二接触電極１２′を経て、第二導体９′、近接導体１４′の表面を通って、再び第二導体１２′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【０００６】
ここで、高周波電源１５，１５′より供給される電流をＩ1 ，ステアリング用ラックバー１の歯面３或いは背面４に流れる直接電流をＩ1 ′，第二接触電極１２，１２′からの電流をＩ2 とする（図１６及び図１７参照）。前記歯面３或いは背面４に沿って流れる電流Ｉ1 ′と近接導体１４，１４′に流れる電流Ｉ2 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。また、前記歯面３或いは背面４と近接導体１４，１４′とで一つのコイルを形成し、歯面３或いは背面４に誘導電流も流れる。かくして、ステアリング用ラックバー１の歯面３或いは背面４には、直接電流Ｉ1 ′とうず電流Ｉ1 ′′とを加算した合成電流（Ｉ1 ′＋Ｉ1 ′′）が流れ、ワーク（ラックバー１）は均一に加熱される。しかる後に、前記歯面３或いは背面４が所定の焼入温度に達したら高周波電源１５，１５′からの電流供給を遮断し、近接導体１４，１４′の噴射孔１７，１７′より焼入冷却水を噴射し、歯面３或いは背面４を急速冷却する。これによって、歯面３或いは背面４に所要焼入硬化層が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来の高周波直接通電焼入装置５，６では、ラックバー１の焼入に際してこのラックバー１と第一接触電極１１，１１′及び第二接触電極１２，１２′との接触を確実なものとすべく対応部分のラックバー部分を上方より押圧し得るように油圧シリンダ１６，１６′を配設するようにしているため、次のような問題点があった。すなわち、前記第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′は優れた耐摩耗性を有し、かつ電気抵抗が比較的低いクロム銅より構成するようにしているのであるが、大量のラックバー１を繰り返し焼入するのに伴って第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′が摩耗して接触面積が変化する。これに伴い、加熱時にラックバー１の歯面３或いは背面４との接触が不完全となって単位接触面積当たりの電流値が大きくなり、前記歯面３或いは背面４と第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′との接触部において発熱してワーク表面及び接触電極表面が溶解し、凹部が生じワークと接触電極とが非接触状態となりスパークを生じることがある。また、前記第一接触電極１１，１１′と第二接触電極１２，１２′のどちらか一方が、ワークと加熱開始時或いは加熱中での加熱によるワークの膨張によるワークの反りより、ワークと接触電極との間に非接触状態となる箇所が発生し、接触電極とワークとの間でスパークを生じることがある。或いは、上述したワークと接触電極を密着させるための油圧シリンダ１６，１６′の押圧力の低下による非接触状態の発生により、スパークを生じることがある。
【０００８】
また、高周波電源１５，１５′がトランジスタを用いた電源タイプのものである場合には、上述のようなスパーク現象を生じると、スパークによりトランジスタへ過電圧がかかり、トランジスタの破損を引き起こすこととなる。このような事態を生じると当然、高周波電源は使用不能の状態となる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消すべくなされたものであって、その目的は、高周波直接通電焼入のための通電時に被焼入体であるラックバー（ワーク）と接触電極とが非接触状態となっても、高周波電流がラックバーと接触電極と間に流れるのを防止でき、従ってラックバーと接触電極との間にスパークを発生することのないようなラックバーの高周波直接通電焼入装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、
（ａ） 電気的絶縁材を介して第一導体と第二導体とを組み合わせて成り、被焼入体であるラックバーの歯面或いは背面に対向して配置される単位導体と、
（ｂ） 前記単位導体の第一導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の一端に当接配置される第一接触電極と、
（ｃ） 前記単位導体の第二導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の他端に当接配置される第二接触電極と、
（ｄ） 前記第一導体に接続されて前記単位導体の第一接触電極と第二接触電極との間の領域において前記歯面或いは背面に近接して配設され、かつ前記歯面及び背面に冷却水を噴出しうる冷却手段を備えた近接導体と、
（ｅ） 前記一対の第一導体と第二導体とが接続される高周波電源と、
をそれぞれ具備し、高周波直接通電焼入によりラックバーの歯面或いは背面を焼入するラックバーの高周波直接通電焼入装置において、
（ｆ） 前記第一導体から分岐され、前記ラックバーの歯面及び背面の側面に対しその長手方向に沿って間隙をもって対向配置され、この長手方向に延びる前記単位導体の第二導体の他端に接続される分岐導体、
をさらに具備せしめるようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に付き図１〜図１４を参照して説明する。なお、図１〜図１４において図１５〜図１７と同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１２】
図１及び図２は本発明をそれぞれ適用した高周波直接通電焼入装置２０，２１を示すものであって、本例の装置２０，２１はステアリング用ラックバー１（図１５参照）を高周波焼入れするためのものである。なお、図１に示す装置２０はステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする歯面焼入装置であり、図２に示す装置２１はステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする背面焼入装置である。また、図３はステアリング用ラックバー１の歯面３を高周波直接通電焼入れする際の実施態様を示し、図４はステアリング用ラックバー１の背面４を高周波直接通電焼入れする際の実施態様を示している。
【００１３】
上述の焼入装置２０，２１は、図１〜図４に示す如く、第一導体８，８′と第二導体９，９′との間に電気的絶縁材７，７′を介在させてサンドイッチ状に組み合わせて成る単位導体１０，１０′と、第一導体８，８′より分岐して第二導体９，９′に接続する分岐導体４１，４２、４１′，４２′と、第一接触電極１１，１１′と、第二接触電極１２，１２′と、冷却手段１３，１３′を有する近接導体１４，１４′とトランジスタから成る高周波電源１５，１５′とから構成されている。さらに具体的に述べると、前記単位導体１０，１０′は、短尺の第一導体８，８′と長尺の第二導体９，９′とを電気的絶縁材７，７′を介して一体に組み合わされて成り、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の歯面３の側、或いは背面４の側に対向して配設される。また、前記分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、第一接触電極１１，１１′に隣接しかつ第一接触電極１１，１１′より高周波電源１５，１５′の側の第一導体８，８′部分において互いに反対方向に分岐された２本の直角分岐部４３，４４、４３′，４４′と、これら分岐部４３，４４、４３′，４４′に延設されかつラックバー１の歯面３及び背面４の長手方向の両側に対して所要の間隔をもって対向配置されるように延設された平行分岐部４５，４６、４５′，４６′と、これらの平行分岐部４５，４６、４５′，４６′の他端において屈曲されて互いに連絡されると共に前記第二導体９，９′に接続された連絡分岐部４７，４８、４７′，４８′とから構成されている。従って、上述の分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、その一端において、第一導体８，８′に接続されると共に、その他一端において第二導体９，９′に接続されている。
【００１４】
なお、前記分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、前記第一導体８，８′及び第二導体９，９′にろう付などで固着されている。また、第一接触電極１１，１１′は、第一導体８，８′に電気的に接続され、ラックバー１の歯面３或いは背面４の長手方向の一端が第一接触電極１１，１１′の先端部（上端部）に当接配置されるようになっている。また、第二接触電極１２，１２′は、長尺の第二導体９，９′のうち、第一導体８，８′との組み合わせ部分とは反対側の端部に接続され、ラックバー１の歯面３或いは背面４の長手方向の他端が第二接触電極１２，１２′の先端部（上端部）に当接配設されるようになっている。一方、第一接触電極１１，１１′は、第一導体８，８′及び第二導体９，９′にビス５０もしくはろう付などで固着され、第二接触電極１２，１２′は、第二導体９，９′にビス５１もしくはろう付などで固着されている。
【００１５】
また、近接導体１４，１４′は、図３，図４，図５，図６，図７及び図８に示す如く、銅材にてラックバー１の歯面３或いは背面４の形状・寸法にそれぞれ対応した中空箱形に形成されており、歯面３或いは背面４に対向する面には、焼入冷却水噴射孔７１，７１′が多数穿設されている。さらに、近接導体１４，１４′の一側面には、焼入水導入パイプ７２，７２′及び焼入水導出パイプ７３，７３′が溶着されている。
【００１６】
上述の近接導体１４，１４′は、第二導体９，９′に接続され、かつ冷却水噴射孔７１，７１′はラックバー１の歯面３或いは背面４に近接されて対向配設されるようになっている。
【００１７】
なお、図３及び図４において、１６，１６′は流体圧シリンダで、ステアリング用ラックバー１と一対の第一接触電極１１，１１′及び第二接触電極１２，１２′との接触を確実なものにするため、これらに対応するラックバー１部分を上方より押圧し得るように配設されている。また、高周波電源１５，１５′は一対の第一導体８，８′及び第二導体９，９′に接続されている。
【００１８】
次に、上述の如き構成の高周波直接通電焼入装置２０，２１の作用について説明する。まず、ステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする場合には、ラックバー１を図３に示す如く所定位置に設置した後に、高周波電源１５より高周波電流を通電すると、高周波電流ｉ1 は、第一導体８から第一接触電極１１の手前において３方向、すなわち、第一導体８及び一対の分岐部４３，４４の３つの経過に分岐される。分岐後、ラックバー１の歯面３へは高周波電流ｉ1 ′が第一接触電極１１を通ってラックバー１の歯面３、第二接触電極１２を順次経て第二導体９及び近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。一方、分岐導体４１，４２には所定の分岐電流ｉ1 ′′がそれぞれ流れ、単位導体１０の第二導体９の他端へ接続された近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。但し、上述の分岐電流ｉ1 ′′はラックバー１の歯面３に流れる高周波電流ｉ1 ′よりも可成り小さな値である。
【００１９】
ここで、図９に示すように、高周波電源１５より供給される電流をｉ1 、歯面３或いは背面４に流れる電流をｉ1 ′、分岐導体４１，４２に流れる分岐電流をｉ1 ′′、復帰後の電流をｉ2 とする。ラックバー１の歯面３に沿って流れる電流ｉ1′と近接導体１４に流れる電流ｉ2 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。
【００２０】
また、ラックバー１の歯面３と近接導体１４とで一つのコイルを形成し、図３に示すように歯面３に誘導電流（うず電流ｉ1 ′′′）も流れる。一方、ラックバー１と分岐導体４１，４２とで一つずつのコイルを形成し、ラックバー１の側面（ワーク側面）にも誘導電流が流れることとなるが、分岐導体４１，４２にそれぞれ対向するラックバー１の側面に沿って流れるうず電流は、分岐導体４１，４２と前記ラックバー１の側面とは適度に大きな間隙をもって対向されているので、これらの分岐導体４１，４２へ分岐電流ｉ1 ′′が流れても、発生する単位面積当たりの磁束は小さくなり、従ってワーク側面へ流れるうず電流は小さく、僅かな温度上昇があるのみである。
【００２１】
図９及び図１０は、ラックバー１の歯面３、近接導体１４及び分岐導体４１，４２における高周波電流の流れを概念的に示している。図９において、誘導うず電流ｉ1 ′′′は誘導電流の先端効果（凸部に磁束が集中して凸部にうず電流が多く流れる作用）により歯先に多く発生し、歯先には直接電流ｉ1 ′とうず電流ｉ1 ′′′の合成電流（ｉ1 ′＋ｉ1 ′′′）が流れる。高周波電流の特徴である先端効果と近接効果とにより、歯面３における電流密度は、歯先は高く歯底は低くなり、歯面３の凸部は均一に加熱される一方、歯底は薄く加熱される。
【００２２】
歯面３が所要の焼入温度に達したら、高周波電源１５を遮断して高周波電流の供給を停止し、近接導体１４の噴射孔７１より焼入冷却水を前記歯面３に噴射し、この歯面３を急速冷却する。これに伴い、歯面３に所要の焼入硬化層を得ることができる。
【００２３】
ステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする場合には、ラックバー１を図４に示す如く所定位置に設置した後に、高周波電源１５′より高周波電流を通電すると、高周波電流ｉ3 は、第一導体８′から第一接触電極１１′の手前において３方向、すなわち、第一導体８′及び一対の分岐部４３′，４４′の３つの経過に分岐される。分岐後、ラックバー１の背面４へは高周波電流ｉ3 ′が第一接触電極１１′を通ってラックバー１の背面４、第二接触電極１２′を順次経て第二導体９′及び近接導体１４′の表面を通って再び第二導体９′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。一方、分岐導体４１′，４２′には所定の分岐電流ｉ3 ′′がそれぞれ流れ、単位導体１０′の第二導体９′の他端へ接続された近接導体１４′の表面を通って再び第二導体９′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。但し、上述の分岐電流ｉ3 ′′はラックバー１の背面４に流れる高周波電流ｉ3 ′よりも可成り小さな値である。
【００２４】
ここで、図１１に示すように、高周波電源１５′より供給される電流をｉ3 、背面４に流れる電流をｉ3 ′、分岐導体４１，４２に流れる分岐電流をｉ3′′、復帰後の電流をｉ4 とする。ラックバー１の背面４に沿って流れる電流ｉ3 ′と近接導体１４′に流れる電流ｉ4 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。
【００２５】
この場合、ラックバー１の背面４と近接導体１４′とで一つのコイルを形成し、図１２に示すように背面４に誘導電流（うず電流ｉ3 ′′′）も流れる。一方、ラックバー１と分岐導体４１′，４２′とで一つずつのコイルを形成し、ラックバー１の側面にも誘導電流が流れることとなるが、分岐導体４１′，４２′にそれぞれ対向するラックバー１の側面に沿って流れるうず電流は、分岐導体４１′，４２′と前記ラックバー１の側面とは適度に大きな間隙をもって対向されているので、これらの分岐導体４１′，４２′へ分岐電流ｉ3 ′′が流れても、発生する単位面積当たりの磁束は小さくなり、従ってワーク側面へ流れるうず電流は小さく、僅かな温度上昇があるのみである。
【００２６】
図１１及び図１２は、ラックバー１の歯面３、近接導体１４及び分岐導体４１，４２における高周波電流の流れを概念的に示している。図１１において、誘導うず電流ｉ3 ′′′は誘導電流の先端効果（凸部に磁束が集中して凸部にうず電流が多く流れる作用）により歯先に多く発生し、歯先には直接電流ｉ3 ′とうず電流ｉ3 ′′′の合成電流（ｉ3 ′＋ｉ3 ′′′）が流れる。
【００２７】
図１１及び図１２に示すように、背面１２においては、誘導うず電流ｉ3 ′′′と直接電流ｉ3 ′との合成電流（ｉ3 ′′＋ｉ3 ′′′）が流れ、ワークは高周波電流の近接効果により背面４の電流密度は均一となり、ワークは均一に加熱される。一方、分岐導体４１′，４２′にはｉ3 ′′ずつの高周波電流が流れラックバー１の側面には直接電流ｉ3 ′ずつが流れるが、分岐導体４１′，４２′と前記側面とが所要の間隙をもって大きくとられているため、この間隙に発生する磁束は粗となる。従って、高周波電流の近接効果は小さく、ラックバー１の側面に発生するうず電流は少なく、ラックバー１の側面の電流密度は低くこれらの両側面を僅かに加熱するに止まる。
【００２８】
背面４が所要の焼入温度に達したら、高周波電源１５を遮断して電周波電流の供給を停止し、近接導体１４′の噴射孔７１′より焼入冷却水を前記背面４に噴射し、この背面４を急速冷却する。これに伴い、背面４に所要の焼入硬化層を得ることができる。
【００２９】
図１３は、ステアリング用ラックバー１を軸線方向に切断した場合の焼入硬化層Ｔのパターンを示し、図１４は図１３においてＷ−Ｗ線（前記軸線方向に直交する面）にて切断した場合の焼入硬化層Ｔのパターンを示している。
【００３０】
以上は本発明の焼入装置２０，２１によりステアリング用ラックバー１（ワーク）と第一及び第二接触電極１１，１２、１１′，１２′間とが接触状態を保っている場合の加熱時における作用につき説明したが、以下においては、本発明の焼入装置２０，２１においてステアリング用ラックバー１と第一及び第二接触電極１１，１２、１１′，１２′とが非接触状態となった場合の加熱時における作用につき、歯面３の焼入を例に説明する。
【００３１】
ステアリング用ラックバー１を所定位置に設置し、高周波電源１５より高周波より高周波電流の通電時にステアリング用ラックバー１と第一接触電極１１或いは第二接触電極１２のいずれか一方、もしくは両方の接触電極が非接触状態となった時、高周波電流ｉ1 はラックバー１へは流れず２方向に分岐される。分岐後、各々１／２ｉ1 ずつの高周波電流が分岐導体４１，４２へ流れ、単位導体１０の他端の第二導体９へ接続された近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。すなわち、ここで、高周波電源１５より供給される電流をｉ1 、分岐後の電流を１／２ｉ1 とし、復帰後の電流をｉ2 とすると、上述した如くラックバー１と第一又は第二接触電極１１，１２とが非接触状態になった時、前記高周波電流ｉ1 ′はラックバー１へ流れず、分岐導体４１，４２のみに流れ、近接導体１４を通って高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【００３２】
この際には、分岐導体４１，４２と近接導体１４とでコイルが形成され、分岐導体４１，４２に対向するラックバー１の側面、近接導体１４に対向する歯面３には誘導電流が流れ、ラックバー１を誘導加熱することとなる。従って、ラックバー１への高周波電流の通電時或いは通電中にラックバー１と第一及び第二接触電極とが非接触状態になったとしても、これらの間でスパークの発生は起こらず、高周波電源１５を構成するトランジスタの破損を未然に防ぎ得る。以上については背面１２についても同じ作用となる。
【００３３】
以下に前記実施例の具体的な加工条件を述べる。
加工条件
（１） ラックバーの寸法
〈ア〉全長 ： ６２０ｍｍ
〈イ〉焼入部： １７５ｍｍ
〈ウ〉外径 ： ３２ｍｍ
〈エ〉歯高 ： ５ｍｍ
〈オ〉歯幅 ： １８ｍｍ
（２） 高周波焼入条件
加熱条件
〈ア〉高周波電源 ： トランジスタ・インバーター
〈イ〉周波数： ２００ｋＨZ
〈ウ〉出力 ： 歯面及び背面ともに１８２ｋＷ
〈エ〉加熱時間：歯面及び背面ともに５．０秒
冷却条件
〈ア〉冷却数： ユーコンクエンチャント１０％
〈イ〉流量 ： 歯面及び背面ともに６０ ｌ／ｍｉｎ
〈ウ〉冷却時間：歯面及び背面ともに１２秒
【００３４】
また、本発明に係る焼入装置２０，２１と従来型の焼入装置５，６とを用いてステアリング用ラックバー１の歯面３及び背面４を高周波焼入れした場合の比較例を以下に示す。なお、この比較例は、同一の焼入れ深さの焼入れパターンを得るようにした場合である。
【００３５】
この実験結果から、本発明の装置によれば、従来の装置の場合に比べて１割台の比較的少ない電力アップにて稼働することができることが確認された。
【００３６】
以上、本発明の一実施例につき述べたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施例では、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の両側面に沿って延びる一対の分岐導体４１，４２（又は４１′，４２′）を設けるようにしたが、場合によっては、一方の分岐導体４１又は４１′のみ、或いは４２又は４２′のみを設けるようにしても良い。また、本発明はステアリング用ラックバー１に限らず、各種の用途のラックバーの焼入にも適用できることは言う迄もない。
【００３７】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、第一導体から分岐され、前記ラックバーの歯面及び背面の側面に対しその長手方向に沿って間隙をもって対向配置され、この長手方向に延びる前記単位導体の第二導体の他端に接続される分岐導体、を付設したものであるから、本発明の構成によれば、ラックバー（ワーク）とこのラックバーに接触配置される接触電極とが非接触状態となっても、高周波電流はラックバーに流れることなく分岐導体へ流れることとなる。このため、ラックバーと接触導体との間でスパークを発生することがなくなり、従って、高周波電源がトランジスタにて構成される場合にはこのトランジスタの損傷を防止することができる。よって、本発明に係る高周波直接通電焼入装置は、実用的で利用価値が高く、産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波直接通電焼入装置を示すものであって、ステアリング用ラックバーの歯面を焼入れするための装置の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る高周波直接通電焼入装置を示すものであって、ステアリング用ラックバーの背面を焼入れするための装置の構造を示す斜視図である。
【図３】図１の高周波直接通電焼入装置（表面焼入装置）の側面図である。
【図４】図２の高周波直接通電焼入装置（背面焼入装置）の側面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図４におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図８】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図９】ラックバーの歯面、近接導体及び分岐導体にそれぞれ流れる高周波電流を示す拡大断面図である。
【図１０】図９におけるＭ−Ｍ線断面図である。
【図１１】ラックバーの背面、近接導体及び分岐導体にそれぞれ流れる高周波電流を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１におけるＮ−Ｎ線断面図である。
【図１３】本発明に係る焼入装置にて焼入れされたラックバーの焼入硬化層パターンを示すラックバーの断面図である。
【図１４】図１３におけるＷ−Ｗ線断面図である。
【図１５】被焼入体であるステアリング用ラックバーの側面図である。
【図１６】従来の高周波直接通電焼入装置（表面焼入装置）の側面図である。
【図１７】従来の高周波直接通電焼入装置（背面焼入装置）の側面図である。
【符号の説明】
１ ステアリング用ラックバー
２ 斜歯
３ 歯面
４ 背面
７，７′ 電気的絶縁材
８，８′ 第一導体
９，９′ 第二導体
１０，１０′ 単位導体
１１，１１′ 第一接触電極
１２，１２′ 第二接触電極
１３，１３′ 冷却手段
１４，１４′ 近接導体
１５，１５′ 高周波電源
１６，１６′ 油圧シリンダ
２０，２１ 高周波直接通電焼入装置
４１，４２，４１′，４２′ 分岐導体
７１，７１′ 焼入冷却水噴射孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックバーの歯面或いは背面を高周波直接通電焼入法により焼入れする高周波直接通電焼入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来より一般的に用いられているステアリング用ラックバー１を示すものであって、このステアリング用ラックバー１は片側面に軸線に対して角度θをなす斜歯２を有し、この斜歯２の歯面３とは反対側の面が背面（円筒面）４となされている。従来においては、この種のステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入するために図１６に示される高周波直接通電焼入装置５が用いられ、その背面４を焼入れするために図１７に示される高周波直接通電焼入装置６が用いられている。
【０００３】
これらの装置５或いは６は、図１６，図１７に示すように、電気的絶縁材７，７′を介して第一導体８，８′と第二導体９，９′が組み合わされ、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の歯面３側或いは背面４側に対向して配接される単位導体１０，１０′と、この単位導体１０，１０′の第一導体８，８′に接続され、前記歯面３或いは背面４の長手方向の一端に当接配置される第一接触電極１１，１１′と、前記単位導体１０，１０′の第二導体９，９′に接続され、前記歯面３或いは背面４の長手方向の他端に当接配置される第二接触電極１２，１２′と、前記第一導体８，８′に接続されて前記単位導体１０，１０′の第一接触電極１１，１１′と第二接触電極１２，１２′との間の領域において前記歯面３或いは背面４に近接して配設され、かつこの歯面３或いは背面４に冷却水を噴出しうる冷却手段１３，１３′を備えた近接導体１４，１４′と、前記一対の第一導体８，８′と第二導体１２，１２′が接続される高周波電源１５，１５′とをそれぞれ具備している。さらに、ラックバー押圧用の一対の油圧シリンダ１６，１６′も備えられている。
【０００４】
次に、従来の焼入装置５，６の作用につき、図１６及び図１７に基いて説明する。まず、ステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする際には、ステアリング用ラックバー１を図１６に示す如く高周波直接通電焼入装置５の第一及び第二接触電極１１，１２上に載置し、ステアリング用ラックバー１の長手方向における歯面３の両端部に各電極１１，１２を接触配置すると共に、これらの両端部間の歯面３に近接導体１４を近接配置する。そして、一対の油圧シリンダ１６にてステアリング用ラックバー１を下方に押圧して前記歯面３を前記第一及び第二接触電極１１，１２に圧着させた状態とする。この状態の下で、高周波電源１５より高周波電流を供給して通電すると、高周波電流Ｉ1 は、第一導体８から第一接触電極１１を通ってラックバー１の歯面３、第二接触電極１２を経て、第二導体９、近接導体１４の表面を通って、再び第二導体１２から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【０００５】
また、ステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする際には、ステアリング用ラックバー１を図１７に示す如く高周波直接通電焼入装置６の第一及び第二接触電極１１′１２′上に載置し、ステアリング用ラックバー１の長手方向における背面４の両端部に各電極１１′１２′を接触配置すると共に、これらの両端部間の背面４に近接導体１４′を近接配置する。そして、一対の油圧シリンダ１６′にてステアリング用ラックバー１を下方に押圧して前記背面４を前記第一及び第二接触電極１１′，１２′に圧着させた状態とする。この状態の下で、高周波電源１５′より高周波電流を供給して通電すると、高周波電流は、第一導体８′から第一接触電極１１′を通ってラックバー１の背面４、第二接触電極１２′を経て、第二導体９′、近接導体１４′の表面を通って、再び第二導体１２′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【０００６】
ここで、高周波電源１５，１５′より供給される電流をＩ1 ，ステアリング用ラックバー１の歯面３或いは背面４に流れる直接電流をＩ1 ′，第二接触電極１２，１２′からの電流をＩ2 とする（図１６及び図１７参照）。前記歯面３或いは背面４に沿って流れる電流Ｉ1 ′と近接導体１４，１４′に流れる電流Ｉ2 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。また、前記歯面３或いは背面４と近接導体１４，１４′とで一つのコイルを形成し、歯面３或いは背面４に誘導電流も流れる。かくして、ステアリング用ラックバー１の歯面３或いは背面４には、直接電流Ｉ1 ′とうず電流Ｉ1 ′′とを加算した合成電流（Ｉ1 ′＋Ｉ1 ′′）が流れ、ワーク（ラックバー１）は均一に加熱される。しかる後に、前記歯面３或いは背面４が所定の焼入温度に達したら高周波電源１５，１５′からの電流供給を遮断し、近接導体１４，１４′の噴射孔１７，１７′より焼入冷却水を噴射し、歯面３或いは背面４を急速冷却する。これによって、歯面３或いは背面４に所要焼入硬化層が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来の高周波直接通電焼入装置５，６では、ラックバー１の焼入に際してこのラックバー１と第一接触電極１１，１１′及び第二接触電極１２，１２′との接触を確実なものとすべく対応部分のラックバー部分を上方より押圧し得るように油圧シリンダ１６，１６′を配設するようにしているため、次のような問題点があった。すなわち、前記第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′は優れた耐摩耗性を有し、かつ電気抵抗が比較的低いクロム銅より構成するようにしているのであるが、大量のラックバー１を繰り返し焼入するのに伴って第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′が摩耗して接触面積が変化する。これに伴い、加熱時にラックバー１の歯面３或いは背面４との接触が不完全となって単位接触面積当たりの電流値が大きくなり、前記歯面３或いは背面４と第一及び第二接触電極１１，１１′及び１２，１２′との接触部において発熱してワーク表面及び接触電極表面が溶解し、凹部が生じワークと接触電極とが非接触状態となりスパークを生じることがある。また、前記第一接触電極１１，１１′と第二接触電極１２，１２′のどちらか一方が、ワークと加熱開始時或いは加熱中での加熱によるワークの膨張によるワークの反りより、ワークと接触電極との間に非接触状態となる箇所が発生し、接触電極とワークとの間でスパークを生じることがある。或いは、上述したワークと接触電極を密着させるための油圧シリンダ１６，１６′の押圧力の低下による非接触状態の発生により、スパークを生じることがある。
【０００８】
また、高周波電源１５，１５′がトランジスタを用いた電源タイプのものである場合には、上述のようなスパーク現象を生じると、スパークによりトランジスタへ過電圧がかかり、トランジスタの破損を引き起こすこととなる。このような事態を生じると当然、高周波電源は使用不能の状態となる。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消すべくなされたものであって、その目的は、高周波直接通電焼入のための通電時に被焼入体であるラックバー（ワーク）と接触電極とが非接触状態となっても、高周波電流がラックバーと接触電極と間に流れるのを防止でき、従ってラックバーと接触電極との間にスパークを発生することのないようなラックバーの高周波直接通電焼入装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明では、
（ａ） 電気的絶縁材を介して第一導体と第二導体とを組み合わせて成り、被焼入体であるラックバーの歯面或いは背面に対向して配置される単位導体と、
（ｂ） 前記単位導体の第一導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の一端に当接配置される第一接触電極と、
（ｃ） 前記単位導体の第二導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の他端に当接配置される第二接触電極と、
（ｄ） 前記第一導体に接続されて前記単位導体の第一接触電極と第二接触電極との間の領域において前記歯面或いは背面に近接して配設され、かつ前記歯面及び背面に冷却水を噴出しうる冷却手段を備えた近接導体と、
（ｅ） 前記一対の第一導体と第二導体とが接続される高周波電源と、
をそれぞれ具備し、高周波直接通電焼入によりラックバーの歯面或いは背面を焼入するラックバーの高周波直接通電焼入装置において、
（ｆ） 前記第一導体から分岐され、前記ラックバーの歯面及び背面の側面に対しその長手方向に沿って間隙をもって対向配置され、この長手方向に延びる前記単位導体の第二導体の他端に接続される分岐導体、
をさらに具備せしめるようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に付き図１〜図１４を参照して説明する。なお、図１〜図１４において図１５〜図１７と同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１２】
図１及び図２は本発明をそれぞれ適用した高周波直接通電焼入装置２０，２１を示すものであって、本例の装置２０，２１はステアリング用ラックバー１（図１５参照）を高周波焼入れするためのものである。なお、図１に示す装置２０はステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする歯面焼入装置であり、図２に示す装置２１はステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする背面焼入装置である。また、図３はステアリング用ラックバー１の歯面３を高周波直接通電焼入れする際の実施態様を示し、図４はステアリング用ラックバー１の背面４を高周波直接通電焼入れする際の実施態様を示している。
【００１３】
上述の焼入装置２０，２１は、図１〜図４に示す如く、第一導体８，８′と第二導体９，９′との間に電気的絶縁材７，７′を介在させてサンドイッチ状に組み合わせて成る単位導体１０，１０′と、第一導体８，８′より分岐して第二導体９，９′に接続する分岐導体４１，４２、４１′，４２′と、第一接触電極１１，１１′と、第二接触電極１２，１２′と、冷却手段１３，１３′を有する近接導体１４，１４′とトランジスタから成る高周波電源１５，１５′とから構成されている。さらに具体的に述べると、前記単位導体１０，１０′は、短尺の第一導体８，８′と長尺の第二導体９，９′とを電気的絶縁材７，７′を介して一体に組み合わされて成り、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の歯面３の側、或いは背面４の側に対向して配設される。また、前記分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、第一接触電極１１，１１′に隣接しかつ第一接触電極１１，１１′より高周波電源１５，１５′の側の第一導体８，８′部分において互いに反対方向に分岐された２本の直角分岐部４３，４４、４３′，４４′と、これら分岐部４３，４４、４３′，４４′に延設されかつラックバー１の歯面３及び背面４の長手方向の両側に対して所要の間隔をもって対向配置されるように延設された平行分岐部４５，４６、４５′，４６′と、これらの平行分岐部４５，４６、４５′，４６′の他端において屈曲されて互いに連絡されると共に前記第二導体９，９′に接続された連絡分岐部４７，４８、４７′，４８′とから構成されている。従って、上述の分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、その一端において、第一導体８，８′に接続されると共に、その他一端において第二導体９，９′に接続されている。
【００１４】
なお、前記分岐導体４１，４２、４１′，４２′は、前記第一導体８，８′及び第二導体９，９′にろう付などで固着されている。また、第一接触電極１１，１１′は、第一導体８，８′に電気的に接続され、ラックバー１の歯面３或いは背面４の長手方向の一端が第一接触電極１１，１１′の先端部（上端部）に当接配置されるようになっている。また、第二接触電極１２，１２′は、長尺の第二導体９，９′のうち、第一導体８，８′との組み合わせ部分とは反対側の端部に接続され、ラックバー１の歯面３或いは背面４の長手方向の他端が第二接触電極１２，１２′の先端部（上端部）に当接配設されるようになっている。一方、第一接触電極１１，１１′は、第一導体８，８′及び第二導体９，９′にビス５０もしくはろう付などで固着され、第二接触電極１２，１２′は、第二導体９，９′にビス５１もしくはろう付などで固着されている。
【００１５】
また、近接導体１４，１４′は、図３，図４，図５，図６，図７及び図８に示す如く、銅材にてラックバー１の歯面３或いは背面４の形状・寸法にそれぞれ対応した中空箱形に形成されており、歯面３或いは背面４に対向する面には、焼入冷却水噴射孔７１，７１′が多数穿設されている。さらに、近接導体１４，１４′の一側面には、焼入水導入パイプ７２，７２′及び焼入水導出パイプ７３，７３′が溶着されている。
【００１６】
上述の近接導体１４，１４′は、第二導体９，９′に接続され、かつ冷却水噴射孔７１，７１′はラックバー１の歯面３或いは背面４に近接されて対向配設されるようになっている。
【００１７】
なお、図３及び図４において、１６，１６′は流体圧シリンダで、ステアリング用ラックバー１と一対の第一接触電極１１，１１′及び第二接触電極１２，１２′との接触を確実なものにするため、これらに対応するラックバー１部分を上方より押圧し得るように配設されている。また、高周波電源１５，１５′は一対の第一導体８，８′及び第二導体９，９′に接続されている。
【００１８】
次に、上述の如き構成の高周波直接通電焼入装置２０，２１の作用について説明する。まず、ステアリング用ラックバー１の歯面３を焼入れする場合には、ラックバー１を図３に示す如く所定位置に設置した後に、高周波電源１５より高周波電流を通電すると、高周波電流ｉ1 は、第一導体８から第一接触電極１１の手前において３方向、すなわち、第一導体８及び一対の分岐部４３，４４の３つの経過に分岐される。分岐後、ラックバー１の歯面３へは高周波電流ｉ1 ′が第一接触電極１１を通ってラックバー１の歯面３、第二接触電極１２を順次経て第二導体９及び近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。一方、分岐導体４１，４２には所定の分岐電流ｉ1 ′′がそれぞれ流れ、単位導体１０の第二導体９の他端へ接続された近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。但し、上述の分岐電流ｉ1 ′′はラックバー１の歯面３に流れる高周波電流ｉ1 ′よりも可成り小さな値である。
【００１９】
ここで、図９に示すように、高周波電源１５より供給される電流をｉ1 、歯面３或いは背面４に流れる電流をｉ1 ′、分岐導体４１，４２に流れる分岐電流をｉ1 ′′、復帰後の電流をｉ2 とする。ラックバー１の歯面３に沿って流れる電流ｉ1′と近接導体１４に流れる電流ｉ2 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。
【００２０】
また、ラックバー１の歯面３と近接導体１４とで一つのコイルを形成し、図３に示すように歯面３に誘導電流（うず電流ｉ1 ′′′）も流れる。一方、ラックバー１と分岐導体４１，４２とで一つずつのコイルを形成し、ラックバー１の側面（ワーク側面）にも誘導電流が流れることとなるが、分岐導体４１，４２にそれぞれ対向するラックバー１の側面に沿って流れるうず電流は、分岐導体４１，４２と前記ラックバー１の側面とは適度に大きな間隙をもって対向されているので、これらの分岐導体４１，４２へ分岐電流ｉ1 ′′が流れても、発生する単位面積当たりの磁束は小さくなり、従ってワーク側面へ流れるうず電流は小さく、僅かな温度上昇があるのみである。
【００２１】
図９及び図１０は、ラックバー１の歯面３、近接導体１４及び分岐導体４１，４２における高周波電流の流れを概念的に示している。図９において、誘導うず電流ｉ1 ′′′は誘導電流の先端効果（凸部に磁束が集中して凸部にうず電流が多く流れる作用）により歯先に多く発生し、歯先には直接電流ｉ1 ′とうず電流ｉ1 ′′′の合成電流（ｉ1 ′＋ｉ1 ′′′）が流れる。高周波電流の特徴である先端効果と近接効果とにより、歯面３における電流密度は、歯先は高く歯底は低くなり、歯面３の凸部は均一に加熱される一方、歯底は薄く加熱される。
【００２２】
歯面３が所要の焼入温度に達したら、高周波電源１５を遮断して高周波電流の供給を停止し、近接導体１４の噴射孔７１より焼入冷却水を前記歯面３に噴射し、この歯面３を急速冷却する。これに伴い、歯面３に所要の焼入硬化層を得ることができる。
【００２３】
ステアリング用ラックバー１の背面４を焼入れする場合には、ラックバー１を図４に示す如く所定位置に設置した後に、高周波電源１５′より高周波電流を通電すると、高周波電流ｉ3 は、第一導体８′から第一接触電極１１′の手前において３方向、すなわち、第一導体８′及び一対の分岐部４３′，４４′の３つの経過に分岐される。分岐後、ラックバー１の背面４へは高周波電流ｉ3 ′が第一接触電極１１′を通ってラックバー１の背面４、第二接触電極１２′を順次経て第二導体９′及び近接導体１４′の表面を通って再び第二導体９′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。一方、分岐導体４１′，４２′には所定の分岐電流ｉ3 ′′がそれぞれ流れ、単位導体１０′の第二導体９′の他端へ接続された近接導体１４′の表面を通って再び第二導体９′から高周波電源１５′へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。但し、上述の分岐電流ｉ3 ′′はラックバー１の背面４に流れる高周波電流ｉ3 ′よりも可成り小さな値である。
【００２４】
ここで、図１１に示すように、高周波電源１５′より供給される電流をｉ3 、背面４に流れる電流をｉ3 ′、分岐導体４１，４２に流れる分岐電流をｉ3′′、復帰後の電流をｉ4 とする。ラックバー１の背面４に沿って流れる電流ｉ3 ′と近接導体１４′に流れる電流ｉ4 とは、発生する磁束が最小（回路インピーダンスが最小）になるように、相互にひっぱりあって接近して流れるように電流密度は分布する。
【００２５】
この場合、ラックバー１の背面４と近接導体１４′とで一つのコイルを形成し、図１２に示すように背面４に誘導電流（うず電流ｉ3 ′′′）も流れる。一方、ラックバー１と分岐導体４１′，４２′とで一つずつのコイルを形成し、ラックバー１の側面にも誘導電流が流れることとなるが、分岐導体４１′，４２′にそれぞれ対向するラックバー１の側面に沿って流れるうず電流は、分岐導体４１′，４２′と前記ラックバー１の側面とは適度に大きな間隙をもって対向されているので、これらの分岐導体４１′，４２′へ分岐電流ｉ3 ′′が流れても、発生する単位面積当たりの磁束は小さくなり、従ってワーク側面へ流れるうず電流は小さく、僅かな温度上昇があるのみである。
【００２６】
図１１及び図１２は、ラックバー１の歯面３、近接導体１４及び分岐導体４１，４２における高周波電流の流れを概念的に示している。図１１において、誘導うず電流ｉ3 ′′′は誘導電流の先端効果（凸部に磁束が集中して凸部にうず電流が多く流れる作用）により歯先に多く発生し、歯先には直接電流ｉ3 ′とうず電流ｉ3 ′′′の合成電流（ｉ3 ′＋ｉ3 ′′′）が流れる。
【００２７】
図１１及び図１２に示すように、背面１２においては、誘導うず電流ｉ3 ′′′と直接電流ｉ3 ′との合成電流（ｉ3 ′′＋ｉ3 ′′′）が流れ、ワークは高周波電流の近接効果により背面４の電流密度は均一となり、ワークは均一に加熱される。一方、分岐導体４１′，４２′にはｉ3 ′′ずつの高周波電流が流れラックバー１の側面には直接電流ｉ3 ′ずつが流れるが、分岐導体４１′，４２′と前記側面とが所要の間隙をもって大きくとられているため、この間隙に発生する磁束は粗となる。従って、高周波電流の近接効果は小さく、ラックバー１の側面に発生するうず電流は少なく、ラックバー１の側面の電流密度は低くこれらの両側面を僅かに加熱するに止まる。
【００２８】
背面４が所要の焼入温度に達したら、高周波電源１５を遮断して電周波電流の供給を停止し、近接導体１４′の噴射孔７１′より焼入冷却水を前記背面４に噴射し、この背面４を急速冷却する。これに伴い、背面４に所要の焼入硬化層を得ることができる。
【００２９】
図１３は、ステアリング用ラックバー１を軸線方向に切断した場合の焼入硬化層Ｔのパターンを示し、図１４は図１３においてＷ−Ｗ線（前記軸線方向に直交する面）にて切断した場合の焼入硬化層Ｔのパターンを示している。
【００３０】
以上は本発明の焼入装置２０，２１によりステアリング用ラックバー１（ワーク）と第一及び第二接触電極１１，１２、１１′，１２′間とが接触状態を保っている場合の加熱時における作用につき説明したが、以下においては、本発明の焼入装置２０，２１においてステアリング用ラックバー１と第一及び第二接触電極１１，１２、１１′，１２′とが非接触状態となった場合の加熱時における作用につき、歯面３の焼入を例に説明する。
【００３１】
ステアリング用ラックバー１を所定位置に設置し、高周波電源１５より高周波より高周波電流の通電時にステアリング用ラックバー１と第一接触電極１１或いは第二接触電極１２のいずれか一方、もしくは両方の接触電極が非接触状態となった時、高周波電流ｉ1 はラックバー１へは流れず２方向に分岐される。分岐後、各々１／２ｉ1 ずつの高周波電流が分岐導体４１，４２へ流れ、単位導体１０の他端の第二導体９へ接続された近接導体１４の表面を通って再び第二導体９から高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。すなわち、ここで、高周波電源１５より供給される電流をｉ1 、分岐後の電流を１／２ｉ1 とし、復帰後の電流をｉ2 とすると、上述した如くラックバー１と第一又は第二接触電極１１，１２とが非接触状態になった時、前記高周波電流ｉ1 ′はラックバー１へ流れず、分岐導体４１，４２のみに流れ、近接導体１４を通って高周波電源１５へと流れるか、またはその逆の経路で交互に流れることになる。
【００３２】
この際には、分岐導体４１，４２と近接導体１４とでコイルが形成され、分岐導体４１，４２に対向するラックバー１の側面、近接導体１４に対向する歯面３には誘導電流が流れ、ラックバー１を誘導加熱することとなる。従って、ラックバー１への高周波電流の通電時或いは通電中にラックバー１と第一及び第二接触電極とが非接触状態になったとしても、これらの間でスパークの発生は起こらず、高周波電源１５を構成するトランジスタの破損を未然に防ぎ得る。以上については背面１２についても同じ作用となる。
【００３３】
以下に前記実施例の具体的な加工条件を述べる。
加工条件
（１） ラックバーの寸法
〈ア〉全長 ： ６２０ｍｍ
〈イ〉焼入部： １７５ｍｍ
〈ウ〉外径 ： ３２ｍｍ
〈エ〉歯高 ： ５ｍｍ
〈オ〉歯幅 ： １８ｍｍ
（２） 高周波焼入条件
加熱条件
〈ア〉高周波電源 ： トランジスタ・インバーター
〈イ〉周波数： ２００ｋＨZ
〈ウ〉出力 ： 歯面及び背面ともに１８２ｋＷ
〈エ〉加熱時間：歯面及び背面ともに５．０秒
冷却条件
〈ア〉冷却数： ユーコンクエンチャント１０％
〈イ〉流量 ： 歯面及び背面ともに６０ ｌ／ｍｉｎ
〈ウ〉冷却時間：歯面及び背面ともに１２秒
【００３４】
また、本発明に係る焼入装置２０，２１と従来型の焼入装置５，６とを用いてステアリング用ラックバー１の歯面３及び背面４を高周波焼入れした場合の比較例を以下に示す。なお、この比較例は、同一の焼入れ深さの焼入れパターンを得るようにした場合である。
この実験結果から、本発明の装置によれば、従来の装置の場合に比べて１割台の比較的少ない電力アップにて稼働することができることが確認された。
【００３６】
以上、本発明の一実施例につき述べたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施例では、被焼入体であるステアリング用ラックバー１の両側面に沿って延びる一対の分岐導体４１，４２（又は４１′，４２′）を設けるようにしたが、場合によっては、一方の分岐導体４１又は４１′のみ、或いは４２又は４２′のみを設けるようにしても良い。また、本発明はステアリング用ラックバー１に限らず、各種の用途のラックバーの焼入にも適用できることは言う迄もない。
【００３７】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は、第一導体から分岐され、前記ラックバーの歯面及び背面の側面に対しその長手方向に沿って間隙をもって対向配置され、この長手方向に延びる前記単位導体の第二導体の他端に接続される分岐導体、を付設したものであるから、本発明の構成によれば、ラックバー（ワーク）とこのラックバーに接触配置される接触電極とが非接触状態となっても、高周波電流はラックバーに流れることなく分岐導体へ流れることとなる。このため、ラックバーと接触導体との間でスパークを発生することがなくなり、従って、高周波電源がトランジスタにて構成される場合にはこのトランジスタの損傷を防止することができる。よって、本発明に係る高周波直接通電焼入装置は、実用的で利用価値が高く、産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波直接通電焼入装置を示すものであって、ステアリング用ラックバーの歯面を焼入れするための装置の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る高周波直接通電焼入装置を示すものであって、ステアリング用ラックバーの背面を焼入れするための装置の構造を示す斜視図である。
【図３】図１の高周波直接通電焼入装置（表面焼入装置）の側面図である。
【図４】図２の高周波直接通電焼入装置（背面焼入装置）の側面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図４におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図８】図４におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図９】ラックバーの歯面、近接導体及び分岐導体にそれぞれ流れる高周波電流を示す拡大断面図である。
【図１０】図９におけるＭ−Ｍ線断面図である。
【図１１】ラックバーの背面、近接導体及び分岐導体にそれぞれ流れる高周波電流を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１におけるＮ−Ｎ線断面図である。
【図１３】本発明に係る焼入装置にて焼入れされたラックバーの焼入硬化層パターンを示すラックバーの断面図である。
【図１４】図１３におけるＷ−Ｗ線断面図である。
【図１５】被焼入体であるステアリング用ラックバーの側面図である。
【図１６】従来の高周波直接通電焼入装置（表面焼入装置）の側面図である。
【図１７】従来の高周波直接通電焼入装置（背面焼入装置）の側面図である。
【符号の説明】
１ ステアリング用ラックバー
２ 斜歯
３ 歯面
４ 背面
７，７′ 電気的絶縁材
８，８′ 第一導体
９，９′ 第二導体
１０，１０′ 単位導体
１１，１１′ 第一接触電極
１２，１２′ 第二接触電極
１３，１３′ 冷却手段
１４，１４′ 近接導体
１５，１５′ 高周波電源
１６，１６′ 油圧シリンダ
２０，２１ 高周波直接通電焼入装置
４１，４２，４１′，４２′ 分岐導体
７１，７１′ 焼入冷却水噴射孔
Claims (1)
- （ａ） 電気的絶縁材を介して第一導体と第二導体とを組み合わせて成り、被焼入体であるラックバーの歯面或いは背面に対向して配置される単位導体と、
（ｂ） 前記単位導体の第一導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の一端に当接配置される第一接触電極と、
（ｃ） 前記単位導体の第二導体に接続され、前記歯面或いは背面の長手方向の他端に当接配置される第二接触電極と、
（ｄ） 前記第一導体に接続されて前記単位導体の第一接触電極と第二接触電極との間の領域において前記歯面或いは背面に近接して配設され、かつ前記歯面及び背面に冷却水を噴出しうる冷却手段を備えた近接導体と、
（ｅ） 前記一対の第一導体と第二導体とが接続される高周波電源と、
をそれぞれ具備し、高周波直接通電焼入によりラックバーの歯面或いは背面を焼入するラックバーの高周波直接通電焼入装置において、
（ｆ） 前記第一導体から分岐され、前記ラックバーの歯面及び背面の側面に対しその長手方向に沿って間隙をもって対向配置され、この長手方向に延びる前記単位導体の第二導体の他端に接続される分岐導体、
をさらに具備せしめたことを特徴とするラックバーの高周波直接通電焼入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34684196A JP3860634B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ラックバーの高周波直接通電焼入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34684196A JP3860634B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ラックバーの高周波直接通電焼入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10183234A JPH10183234A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3860634B2 true JP3860634B2 (ja) | 2006-12-20 |
Family
ID=18386176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34684196A Expired - Lifetime JP3860634B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ラックバーの高周波直接通電焼入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3860634B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100456896C (zh) * | 2004-07-16 | 2009-01-28 | 宫电高周波设备（上海）有限公司 | 直接通电加热装置 |
| JP4447635B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2010-04-07 | アイシン高丘株式会社 | 電極支持構造及びそれを有する通電加熱装置 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34684196A patent/JP3860634B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10183234A (ja) | 1998-07-14 |
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