JP4917819B2 - 段階加熱を用いた誘導加熱方法及びその加熱を用いた誘導加熱装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、等速ジョイント外輪における誘導加熱を用いた戻し工程での肉厚不同による温度差を小さくして硬度の均一化を図るために段階加熱を用いた誘導加熱方法及びその加熱を用いた誘導加熱装置に関するものである。

等速ジョイント外輪の熱処理では、高周波誘導加熱を用いた焼戻し法が用いられている。

このような等速ジョイント外輪の焼戻しでは、（特許文献１）に記載されているのと同様に、例えば図４のように、加熱用のソレノイドコイル（丸型）１の内部にワーク（外輪）２を置いたのち（冶具３、４などで固定する）、前記加熱コイル１に高周波電流を流すことでワーク２を誘導加熱する。このとき、前記コイル１に流す高周波電流の大きさ及び周波数は製品により様々な値となる。そして、誘導加熱によりワーク２が所定の温度まで上昇したところで高周波電流を止め、一定時間保持したのちワーク２を冷却水で冷却すれば焼戻しが完了する。
特開平０５−９５８４号公報

しかしながら、上記の焼戻し方法では、トリポード型等速ジョイント外輪に熱処理を行った場合、焼戻し後の硬度が肉厚の厚い箇所と薄い箇所、またはソレノイドコイルから近い箇所と遠い箇所で不均一になる問題がある。

すなわち、トリポード型等速ジョイント外輪は、図６のように、外輪の円筒形の内面に、軸方向に伸びる向かい合ったローラ案内面１３でトラック溝１２を構成しており、３本のトラック溝１２が１２０度の間隔で形成されている。向かい合ったローラ案内面１３は大内径部５によって結ばれており、それぞれのトラック溝１２は小内径部６によって接続された形状となっている。

ここで、この形状の外輪を加熱用のソレノイドコイル（丸型）１の中に置いた状態で誘導加熱して焼入れをすると、大内径部５の温度の方が、小内径部６に比べて高くなる。このように加熱ムラが生じるのは、例えばワークの肉厚が均一でないこと、また、ワークとソレノイドコイル１との距離が大内径部５と小内径部６で異なるためである。

こうして、焼入れにより硬化した部分は、加熱時間が同じであれば、加熱温度が高いほど硬度の低下量は大きくなる。したがって、焼戻し後の大内径部５の硬度は小内径部６に比べて低くなる。

そのため、小内径部６で規定の硬度を得ようとすると（等速ジョイント外輪では、製品の強度に基づいて焼戻し後の硬度を規定している）、小内径部６より大内径部５の温度が高くなるため、大内径部５の硬度が規定の下限であったり、または規定値を下回ったりする問題がある。

しかし、これ以外に、図７の電流−時間曲線に示すように、前記加熱コイル１への高周波電流の供給が連続して行なわれていることにも大きな原因がある。すなわち、前記加熱コイル１への高周波電流の供給が一度のオン・オフで行なわれているため、大内径部５と小内径部６の表面温度を比較すると、図８のような昇温曲線となる。このように、加熱終了時の温度差が非常に大きくなることから、小内径部６が必要な温度領域Ｔ１−Ｔ２に入ったときには、大内径部５は温度領域Ｔ１−Ｔ２から外れてしまうからである。
そこで、この発明の課題は、ワーク（特に、誘導加熱中に部位間で温度差を生じるトリポード型等速ジョイント外輪）２の温度差を小さくして、焼戻しによる部分的な硬度低下のばらつきを低減し、焼戻し後の硬度を均一に保てるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、ワークを加熱する誘導加熱コイルに、高周波電流を複数回に分けて供給し、前記ワークを焼戻し温度に段階的に加熱する段階加熱を用いた方法を採用したのである。

このような方法を採用し、連続して供給される高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイルへ供給し、複数回オン・オフを繰り返すようにしてワークへエネルギーを与える。こうすることで、例えば、オンの期間は、大内径部の温度が小内径部に比べて早く上昇するが、オフの期間は、大内径部が薄肉のため放熱して温度が下がる。このとき、小内径部は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部からの熱伝導もあって、大内径部との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、大内径部と小内径部の両方が焼戻しに必要な温度域へ入るようにする。

また、ワークを加熱する誘導加熱コイルへ高周波電流を供給する高周波電源と、前記電源から誘導加熱コイルへ供給する高周波電流を複数回に分けて供給させて、前記ワークを焼戻し温度に段階的に加熱する制御装置を備えた構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、制御装置が高周波電源を制御して、高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイルへオン・オフを繰り返すように供給する。すると、例えば、オンの期間は、大内径部の温度が小内径部に比べて早く上昇するが、オフの期間は、大内径部が薄肉のため放熱して温度が下がる。このとき、小内径部は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部からの熱伝導もあって、大内径部との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、大内径部と小内径部の両方が焼戻しに必要な温度域へ入るようにする。

この発明は、以上のように構成したことにより、ワークの温度差、例えば、誘導加熱した等速ジョイント外輪のカップ内部の温度差を小さくできるため、焼戻しによる部分的な硬度低下量のばらつきを低減することができ、その結果、焼戻し後の硬度を均一に保つことができる。これにより製品（例えば外輪の大内径部と小内径部）の硬度規格を十分に満足するようにできるため、この段階加熱を用いずに焼戻しをした場合に比べて製品強度を高めることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）に示すように、この形態の誘導加熱装置は、誘導加熱コイル１と高周波電源１０及び制御装置１１で構成されている。

誘導加熱コイル１は、この形態では、丸型のコイルを螺旋状に巻回して筒状に形成したソレノイドコイルで、図１（ａ）のように、コイル１内にワーク２を配置できるように形成されている。この誘導加熱コイル１は、高周波電源１０と接続する。

高周波電源１０は、トランジスタ式インバータのもので、主回路と制御回路とで構成されており、主回路の制御用素子に、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのトランジスタを使用したものである。

制御回路は、例えば、ＰＬＣ（シーケンサ）回路、ドライブ回路を備えており、予めＰＬＣにプログラムされた周波数や電力の設定値とその作動時間に基づいて、ドライブ回路でインバータのトランジスタを駆動する。

制御装置１１は、ここでは、シーケンサなどのプログラム可能な装置を使用して、図２のようなオン・オフ加熱サイクルに対応して高周波電源１０を制御する。

この形態は、上記のように構成されており、この誘導加熱装置に、トリポード型等速ジョイント外輪をワーク２としてセットし、焼戻し加工サイクルの動作を述べることにより、本願の誘導加熱方法を説明する。

ワーク２は、図１（ｂ）、図６の断面図に示すように、向かい合ったローラ案内面１３でトラック溝１２を構成しており、３本のトラック溝１２が１２０度の間隔で形成されている。向かい合ったローラ案内面１３は大内径部５によって結ばれており、それぞれのトラック溝１２は小内径部６によって接続された形状となっている。

このワーク２は、図１（ａ）に示すように、下治具４と上センター治具３で支持し、誘導加熱コイル１の内部へセットする。

次に、制御装置１１のプログラムに従って高周波電源１０から前記コイル１に高周波電流を供給して誘導加熱する。

すなわち、図２に示すように、高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイル１へ供給する。つまり、複数回オン・オフを繰り返すようにしてワーク２へエネルギーを与える。こうすることで、オンの期間は、大内径部５の温度が小内径部６に比べて早く上昇するが、オフの間は、大内径部５は薄肉のため放熱して温度が下がる。一方、小内径部６は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部５からの熱拡散もあって、大内径部５との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、図３のように、大内径部５と小内径部６の両方が焼戻しに必要な温度域Ｔ１−Ｔ２へ入るように加熱することができる。

このようにして、均一な温度に加熱したワーク２は、加熱が終了したのち、所定の時間冷却し加工を終了する。こうして焼戻しを行なったワーク（外輪）２は、外輪のカップ内部の温度差を小さくできるため、部分的な硬度低下量のばらつきを低減できる。また、その結果、焼戻し後の硬度を均一に保つことができる。これにより製品の硬度規格を十分に満足することができるため、この段階加熱を用いずに焼戻しをした場合に比べて製品強度を高めることができる。

なお、電流−時間曲線は、製品の種類や形状により様々となり、実験やテストなどにより適宜設定されるものである。

（ａ）実施形態のブロック図、（ｂ）ワークの断面図 実施形態の作用説明図 実施形態の作用説明図 従来例の焼戻しの説明図 ワークの断面図 図５のワークの一部拡大断面図 従来例の作用説明図 従来例の作用説明図

符号の説明

１ 誘導加熱コイル
２ ワーク
５ 大内径部
６ 小内径部
１０ 高周波電源
１１ 制御装置
１２ トラック溝
１３ ローラ案内面

Claims (2)

1. トラック溝となる肉厚の薄い大内径部とトラック溝を接続する肉厚の厚い小内径部とを有する等速ジョイント外輪を筒状の誘導加熱コイル内に配置し、その等速ジョイント外輪と誘導加熱コイルの間を放熱可能に開放し、前記誘導加熱コイルに、等速ジョイント外輪の大内径部の温度が上昇するオンの期間と、等速ジョイント外輪の大内径部が放熱して温度が下がるオフの期間とでオン・オフを繰り返すように高周波電流を複数回に分けて供給し、前記等速ジョイント外輪の大内径部と小内径部の両方を焼戻し温度まで段階的に加熱する誘導加熱焼戻し方法。
2. トラック溝となる肉厚の薄い大内径部とトラック溝を接続する肉厚の厚い小内径部とを有する等速ジョイント外輪を筒状の誘導加熱コイル内に配置し、その等速ジョイント外輪と誘導加熱コイルの間を放熱可能に開放し、前記誘導加熱コイルへ高周波電流を供給する高周波電源と、前記電源から誘導加熱コイルへの高周波電流を等速ジョイント外輪の大内径部の温度が上昇するオンの期間と、等速ジョイント外輪の大内径部が放熱して温度が下がるオフの期間とでオン・オフを繰り返すように複数回に分けて供給し、前記等速ジョイント外輪の大内径部と小内径部の両方を焼戻し温度まで段階的に加熱する制御装置を備えた誘導加熱装置。

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