JP2001348616A

JP2001348616A - 凹形部品の焼入方法およびその焼入装置

Info

Publication number: JP2001348616A
Application number: JP2000173590A
Authority: JP
Inventors: Hideto Morikawa; 秀人森川; Ichiro Nomura; 一朗野村
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】焼入液中に凹形部品を完全に浸漬することな
く、その内面を均一に焼入可能とした焼入方法および焼
入装置を提供する。【解決手段】焼入方法を実施する焼入装置は、凹形部
品としてのワークＷの焼入時、ワークＷのセンタ穴Ｈに
収容される挿入管体４を備え、挿入管体４は焼入の開始
から、センタ穴Ｈ内の空気を排出する排気管１６と、セ
ンタ穴Ｈ内にその先端のノズル１０から焼入液を強制的
に導入する導入管６とを有する二重管構造をなし、そし
て、その外面はワークＷの内形形状に応じた形状を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凹形部品の開口端
部分のみを焼入する焼入方法およびその焼入装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の凹形部品の焼入はその凹形部品
の開口端部分のみを焼入液槽に浸漬させて行われるが、
この際、凹形部品内に空気や焼入液から生じる気泡が閉
じ込められた状態となる。このような空気や気泡の存在
は、凹形部品の外面側と内面側との間での均一な焼入を
阻害し、凹形部品に所望の焼入硬度を付与することがで
きない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
凹形部品の焼入中、その内部に焼入液を強制的に導入す
ることが考えられる。しかしながら、この場合でも、凹
形部品内の空気や発生した気泡を確実に排出することは
困難であり、凹形部品内にて空気や気泡が滞留してしま
う。このような空気や気泡の滞留は、凹形部品における
内面の焼入を不均一にし、その焼入品質が不安定とな
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の事情に基
づいてなされたもので、その目的とするところは、その
開口端部分のみを焼入すべき凹形部品にあっても、均一
な焼入を行うことができる焼入方法および焼入装置を提
供することにある。本発明の目的を達成するため、請求
項１の凹形部品の焼入方法は、凹型部品の開口端を下向
きにした状態で、凹形部品の一部のみを焼入液槽に浸漬
し、凹形部品の開口端が焼入液槽の液面に接した後、凹
形部品内の空気を排出する一方、凹形部品内に焼入液を
強制的に導入し、そして、導入された焼入液を凹形部品
の内面形状に沿って一様に流し、凹形部品開口端から流
出させる。

【０００５】上述の焼入方法によれば、凹形部品の開口
端が焼入液槽の液面に接した後、つまり、その焼入が開
始された直後から凹形部品内の空気が排出される。この
ような空気の排出により、凹形部品内に焼入液が速やか
に導かれる。一方、焼入中、凹形部品内に強制的に導入
された焼入液は、凹形部品の内面形状に沿って一様に流
れて凹形部品の開口端から流出し、凹形部品の内面に対
する焼入液の一様な流動接触が保証されるとともに、焼
入液の流れは凹形部品内にて発生した焼入液の気泡を確
実に凹形部品外に放出する。

【０００６】一方、本発明の目的を達成する請求項２の
凹形部品の焼入装置は、焼入液槽と、焼入液槽の液面か
ら露出した空気吸込口を有し、凹形部品の開口端が空気
吸込口を囲みかつ焼入液槽の液面に接する焼入の開始に
伴い、凹形部品内の空気を排出する排出経路と、焼入
中、凹形部品内に焼入液を強制的に導入する導入経路
と、導入された焼入液を凹形部品の内面形状に沿って一
様に流し、開口端から流出させるガイドとを備え、請求
項１の焼入方法と同様な作用を発揮する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の焼入方法を実施す
る焼入装置を示す。焼入装置は焼入液槽２を備え、焼入
液槽２は水などの焼入液を蓄えている。焼入液槽２の液
面２ａは常時一定のレベルに保たれている。このため、
焼入液槽２の周囲にはオーバフローした焼入液を回収す
るガター３が設けられ、このガター３は焼入液のリザー
バタンク（図示しない）接続されている。なお、リザー
バタンクは焼入液槽２に連通している。

【０００８】焼入液槽２内には二重管構造をなす挿入管
体４が鉛直に配置され、挿入管体４は、焼入処理される
ワークＷの内形形状と同様な外形形状を有している。こ
の実施形態の場合、ワークＷはたとえば航空機用エンジ
ンのエンジンシャフトとなる凹形部品である。具体的に
は、図１から明らかなようにワークＷは一端部が拡径さ
れたロッド状をなし、その拡径部はワークＷの他端側に
テーパ部分を介して連なっている。そして、ワークＷは
センタ穴Ｈを有し、センタ穴ＨはワークＷにおける拡径
部の端面のみにて開口し、ワークＷの拡径部からテーパ
部を越えて、その中央付近まで延びている。また、セン
タ穴ＨもまたワークＷのテーパ部および拡径部に合わせ
て拡径され、ワークＷの中空部における厚さはその軸線
方向にほぼ均一となっている。なお、ワークＷの材質は
たとえばＳＣＭ４４５などの構造用鋼である。

【０００９】ワークＷは所定の温度まで加熱された後、
図１に示すようにその一端、つまり、その開口端を下向
きにした状態でクレーンに吊持され、そして、焼入液槽
２の上方にて前述した挿入管体４と同軸上に位置付けら
れる。このような状態で、ワークＷがクレーンにより下
降されると、ワークＷはその開口端から焼入液槽２の焼
入液中に浸漬され、その焼入が開始される。この際、挿
入管体４は図１中２点鎖線で示されるようにワークＷ内
に相対的に挿入される。

【００１０】ここで、ワークＷはその全長に亘って焼入
液中に浸漬されるものではなく、その一部のみが焼入液
中に浸漬される。具体的には、焼入液中へのワークＷの
浸漬長さ、すなわち、その焼入長さＬはワークＷの開口
端からセンタ穴Ｈの閉塞端またはその近傍までに制限さ
れており、ワークＷは開口端側の一部のみが焼入され
る。この結果、ワークＷはその他端側での靭性を確保し
つつ、その開口端側に所望の焼入硬度が付与され、エン
ジンシャフトとして好適したものとなる。

【００１１】図２を参照すると、挿入管体４がワークＷ
内に挿入された状態で、詳細に示されている。挿入管体
４は外側に導入管６を備え、導入管６は焼入液槽２の液
面２ａ近傍から下方に延び、その下端が接続管８に接続
されている。接続管８は焼入液槽２の液面２ａから延出
し、そして、焼入液槽２の外側にて送液ポンプに接続さ
れている。送液ポンプは前述したリザーバタンクから焼
入液を吸込み、吸込んだ焼入液を接続管８を介して導入
管６に供給する。

【００１２】導入管６の上端にはノズル１０が備えられ
ており、ノズル１０の詳細は図３に示されている。ノズ
ル１０は下端にて開口しかつ導入管６と同一の外径を有
する筒部材からなり、導入管６の上端に溶接されてい
る。ノズル１０の外周面には複数のノズル口１２が開口
され、これらノズル口１２はノズル１０の周方向に間隔
を存して配置されている。したがって、導入管６に供給
された焼入液は各ノズル口１２からノズル１０の径方向
外側に吐出される。

【００１３】また、導入管６の上端部には複数のフィン
１４が備えられ、これらフィン１４もまた導入管６の外
周面に溶接されている。フィン１４はノズル１０の直下
に位置付けられ、導入管６、つまり、図４に示されるよ
うノズル１０の周方向に等間隔を存して配置されてい
る。そして、各フィン１４は、その弦が導入管６の軸線
方向に沿って延びる円弧形状をなし、導入管６の軸線か
らのフィン１４の突出量は前述したセンタ穴Ｈの小径部
の内径に一致されている。したがって、ワークＷの下降
に伴い、挿入管体４がワークＷのセンタ穴Ｈに相対的に
挿入される際、各フィン１４はワークＷの下降を案内す
る。なお、図４中、１点鎖線の円はセンタ穴Ｈにおける
小径部の内周面Ｈａを示している。

【００１４】さらに、図２に示されるように導入管６内
には同心にして排気管１６が配置されている。排気管１
６の上端はノズル１０内にさらに延び、そして、その上
端を貫通して、ノズル１０の外側に露出している。より
詳しくは、ノズル１０の上端はその中央に開口１８を有
したテーパ状をなし、排気管１６の上端はその開口１８
から露出した状態で、ノズル１０に溶接されている。こ
こで、排気管１６の上端開口は、焼入液槽２の液面２ａ
よりも僅かに突出した状態にある。

【００１５】排気管１６は、導入管４内にて前述したワ
ークＷの焼入長さＬよりも長く延び、その下端がエルボ
管継手２０に接続されている。エルボ管継手２０は導入
管６から液密にして焼入液槽２内に突出し、そして、図
１に示されるように排気ホース２２に接続されている。
排気ホース２２もまた、焼入液槽２の液面２ａから延出
し、焼入液槽２の外側にて真空排気装置に接続されてい
る。

【００１６】図２および図５に示されるように、エルボ
管継手２０の上方にはスカート部材２４が配置され、ス
カート部材２４は導入管６の外側を覆っている。ワーク
Ｗ内に挿入管体４が完全に収容されたとき、スカート部
材２４はワークＷにおけるセンタ穴Ｈの下部にほぼ収容
され、センタ穴Ｈの内面形状に沿うような形状を有す
る。

【００１７】具体的には、導入管６に接合されたスカー
ト部材２４は上側に位置しかつ上方に向けて縮径するテ
ーパ部分２４ａと、テーパ部分２４ａよりも下側の円筒
部分２４ｂとからなる。テーパ部分２４ａは、ワークＷ
におけるセンタ穴Ｈのテーパ部分に略対応した形状を有
し、これらの間に形成されるギャップは後述するように
焼入液が導入されたとき、ワークＷの内面に沿って流れ
る焼入液の流速が一定となるように設定されている。

【００１８】円筒部分２４ｂはセンタ穴Ｈの拡径部分よ
りも小径であり、その下端がワークＷの開口端から突出
し、そして、端壁２６を介して導入管６に固定されてい
る。したがって、導入管６は端壁２６を貫通した状態に
ある。さらに、スカート部材２４の円筒部分２４ｂには
複数のフィン２８が備えられており、これらフィン２８
は図６から明らかなように円筒部分２４ｂの周方向に等
間隔を存して配置され、スカート部材２４の軸線方向に
その下端まで延びている。そして、各フィン２８はその
上端が円弧状をなし、その円筒部分２４ｂからの突出量
は円筒部分２４ｂとセンタ穴Ｈの拡径部との間のギャッ
プＧ1（図５参照）に一致する。したがって、挿入管体
４がワークＷ内に相対的に挿入される際、フィン２８は
前述したフィン１４と同様にワークＷを案内する。ま
た、ワークＷ内に挿入管体４が完全に収容されたとき、
各フィン２８の下端はワークＷの開口端に当接し、ワー
クＷの下降位置を規定するストッパとしても機能する。
すなわち、各フィン２８の下端部は他の部位よりも円筒
部分２４ｂからの突出量が大きく、ワークＷの開口端に
合致するような形状を有する。

【００１９】さらにまた、フィン２８により確保される
ギャップＧ1および導入管６とセンタ穴Ｈの小径部との
間のフィン１４により確保されるギャップＧ2もまた、
焼入液が導入されたとき、ワークＷの内面に沿って流れ
る焼入液の流速、すなわち、その流路断面積が一定とな
るように適宜設定されている。なお、図６中、２点鎖線
の円はセンタ穴Ｈにおける拡径部の内周面Ｈｂを示して
いる。

【００２０】つぎに、上述した焼入装置を使用したワー
クＷの焼入について説明する。クレーン作業によりワー
クＷが焼入液槽２に向けて下降され、図７に示されるよ
うにワークＷの開口端が焼入液槽２の液面２ａに接する
と、ワークＷのセンタ穴Ｈは液面２ａにより閉じた空間
となり、そして、その閉空間に挿入管体４の上端、つま
り、その排気管１６の上端が位置付けられる。

【００２１】このようなワークＷの焼入開始時点から真
空排気が開始され、挿入管体４の排気管１６はその上端
からワークＷにおけるセンタ穴Ｈ内の空気を吸込み、吸
込んだ空気を排気ホース２２を介して排出する。一方、
真空ポンプの作動と同時に、送液ポンプが作動され、送
液ポンプは挿入管体４の導入管６に焼入液を供給する。
これにより、導入管６の上端に設けたノズル１０、つま
り、そのノズル口１２から焼入液が吐出される。

【００２２】この後、ワークＷの下降が進むに連れ、ワ
ークＷは焼入液中に浸漬されていき、これに伴い、挿入
管体４はワークＷのセンタ穴Ｈ内にさらに相対的に挿入
されていく。このとき、センタ穴Ｈ内の空気は排気管１
６を通じて排出され続けており、このような排気はセン
タ穴Ｈにおける内圧の上昇を阻止し、しかも、ノズル１
０からの焼入液の吐出により、焼入液はセンタ穴Ｈに円
滑に導かれる。それゆえ、センタ穴Ｈ内の空気は焼入液
に迅速に置換され、センタ穴Ｈ内に空気が残留すること
はない。そして、この置換が完了した後、真空排気装置
の作動は停止されるが、しかしながら、センタ穴Ｈ内へ
の焼入液の強制導入は継続される。

【００２３】ワークＷがその焼入長さＬまで焼入液中に
浸漬されると、ワークＷの下降は停止され、ワークＷは
そのセンタ穴Ｈに挿入管体４を収容した状態で、所定の
焼入時間が経過するまで保持される（図２参照）。この
状態では、導入管６のノズル１０はセンタ穴Ｈの上部に
位置しており、それゆえ、ノズル１０からセンタ穴Ｈに
吐出された焼入液は、センタ穴Ｈの内面と挿入管体４と
の間にて規定される環状通路内を挿入管体４の軸線方向
に流下し、そして、ワークＷの開口端から流出される。

【００２４】ここで、環状通路は、前述した挿入管体４
のフィン１４，２８により確保されているので、挿入管
体４の任意の横断面でみて、環状通路は挿入管体４の周
方向に均一であるとともに、挿入管体４の軸線方向にも
一定である。この結果、ノズル１０から吐出された焼入
液はセンタ穴Ｈ内にて滞留することなく、センタ穴Ｈの
内面に沿ってほぼ一定の流速で一様に流れる。つまり、
挿入管体４の外面は焼入液のガイドとしても機能する。

【００２５】それゆえ、焼入中、センタ穴Ｈ内にて発生
した焼入液の気泡は焼入液の流れとともにワークＷの外
に放出され、センタ穴Ｈ内に気泡が滞留してしまうこと
はない。この結果、センタ穴Ｈの内面は、空気の残留や
気泡の滞留による悪影響を受けることなく、焼入液によ
り均一に焼入される。しかも、センタ穴Ｈ内への焼入液
の導入量を適切に調整することで、ワークＷの内外での
焼入条件を同一にでき、ワークＷの焼入長さＬ全域に亘
り、その内外の焼入硬度の均一化を図ることができる。

【００２６】この後、焼入時間が経過すると、ワークＷ
はクレーンにより上昇され、焼入液槽２の外側に引き上
げられ、この引き上げに伴い、送液ポンプの作動が停止
される。本発明は上述の一実施形態に制約されるもので
はなく、種々の変形が可能である。たとえば、センタ穴
Ｈへの焼入液の導入は挿入管体４の軸線方向でみて複数
の箇所から行うこともでき、そして、凹形部品としては
エンジンシャフトなどのワークＷに限られるものではな
い。また、挿入管体４は必ずしも二重管構造でなくとも
よい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１，２に係る
本発明の凹形部品の焼入方法および焼入装置によれば、
凹形部品の焼入の際、その内部の空気を排出して焼入液
に置換する一方、その内面に沿って焼入液を一様に流す
ようにしたので、空気の残留や、焼入液の気泡の滞留に
起因する悪影響を受けることなく、凹形部品の内面を均
一に焼入でき、そして、その内外の焼入硬度もまた容易
に均一にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の焼入方法を実施する焼入装置の概
略図である。

【図２】図１の挿入管体の縦断面図である。

【図３】図２のノズルの拡大図である。

【図４】図３中、IV方向からの矢視図である。

【図５】図２の挿入管体下部の拡大正面図である。

【図６】図５中、VI方向からの矢視図である。

【図７】ワークの開口端が焼入液の液面に接した状態を
示す図である。

【符号の説明】

２焼入液槽４挿入管体６導入管（導入経路、ガイド）１０ノズル（導入経路）１６排気管（排出経路）１４フィン（ガイド）２４スカート（ガイド）２８フィン（ガイド）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２１Ｄ 9/28 Ｃ２１Ｄ 9/28 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹型部品の開口端を下向きにした状態
で、前記凹形部品の一部のみを焼入液槽に浸漬し、前記凹形部品の開口端が前記焼入液槽の液面に接した
後、前記凹形部品内の空気を排出する一方、前記凹形部
品内に焼入液を強制的に導入し、前記導入された焼入液を前記凹形部品の内面形状に沿っ
て一様に流し、前記開口端から流出させることを特徴と
する凹形部品の焼入方法。
【請求項２】凹形部品の開口端を下向きにした状態
で、前記凹形部品の一部のみを焼入液槽に浸漬させ、前
記凹形部品の焼入を行う焼入装置において、前記焼入液槽の液面から露出した空気吸込口を有し、前
記凹形部品の前記開口端が前記空気吸込口を囲みかつ前
記液面に接する焼入の開始に伴い、前記凹形部品内の空
気を排出する排出経路と、焼入中、前記凹形部品内に焼入液を強制的に導入する導
入経路と、前記導入された焼入液を前記凹形部品の内面形状に沿っ
て一様に流し、前記開口端から流出させるガイドとを具
備したことを特徴とする凹形部品の焼入装置。