JP2007131938A - Induction hardening device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にボールネジ軸のように表面形状の複雑なワークを高周波焼入れするのに適した高周波焼入れ装置に関するものである。 The present invention relates to an induction hardening apparatus suitable for induction hardening of a workpiece having a complicated surface shape such as a ball screw shaft.
一般に、高周波焼入れ装置は、高周波加熱コイルと冷却手段とを備えており、高周波加熱コイルに高周波電流を流して、コイル内に配置したワークに誘導電流を生じさせて加熱し、その後、冷却手段によって急冷して、ワークの表層を焼入れ硬化させるものである。 In general, the induction hardening apparatus includes an induction heating coil and a cooling means. An induction current is generated in the work placed in the coil by flowing an induction current through the induction heating coil, and then heated by the cooling means. It is rapidly cooled to quench and harden the surface layer of the workpiece.
このような高周波焼入れ装置においては、高周波加熱コイルにより加熱している間に、また、加熱してから冷却手段で冷却するまでの間に、ワークの表面が激しく酸化し、スケールや肌荒れが生じるという問題がある。いったんワークの表面にスケールが生じると、後工程のバフ研磨で落とす必要があり、後工程の負担が大きくなってしまう。また、肌荒れがいったん生じてしまうと、バフ研磨ではなかなか落としにくいため、後工程の負担がさらに大きくなるという問題がある。また、特に、焼入れ後にネジ溝の研磨等を行わない転造ボールネジ軸では、スケールや肌荒れが生じると、ボールネジ軸の良好な回転精度が得られなくなるという問題がある。 In such an induction hardening apparatus, the surface of the workpiece is violently oxidized during heating by the induction heating coil and between cooling and cooling by the cooling means, resulting in scale and rough skin. There's a problem. Once scale is generated on the surface of the workpiece, it must be removed by buffing in the subsequent process, which increases the burden on the subsequent process. In addition, once rough skin occurs, it is difficult to remove it by buffing, and there is a problem that the burden on the subsequent process is further increased. In particular, in a rolled ball screw shaft that does not grind the thread groove after quenching, there is a problem that if the scale or rough surface occurs, good rotation accuracy of the ball screw shaft cannot be obtained.
そこで、この種の高周波焼入れ装置では、通常は酸化を防止するための対策が採られており、その対策の一つは、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気に保ったチャンバ内で焼入れを行うというものである。 Therefore, in this type of induction hardening apparatus, measures are usually taken to prevent oxidation, and one of the measures is to perform quenching in a chamber maintained in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. Is.
また、もう一つは、チャンバの代わりに石英管(非磁性体の管体)でワークを包囲し、石英管を通してその外側から高周波加熱コイルで中のワークを高周波加熱し、加熱後に石英管からワークを出してすぐに冷却手段で急冷するというものである(例えば、特許文献1参照。)。 The other is that the workpiece is surrounded by a quartz tube (non-magnetic tube) instead of the chamber, and the workpiece inside is heated by a high-frequency heating coil from the outside through the quartz tube. Immediately after the work is taken out, it is rapidly cooled by a cooling means (for example, see Patent Document 1).
この特許文献1に記載の高周波焼入れ装置100では、図2に示すように、被焼入れ材としてのボールネジ軸101は、加熱ゾーンKから冷却ゾーンRへ向けて移動するようになっている。加熱ゾーンKには、ボールネジ軸101を包囲する石英管102が配置され、石英管102の外周に高周波加熱コイル103が装備されている。また、冷却ゾーンRには冷却器104が装備され、冷却ゾーンRと加熱ゾーンKの間には、石英管102の冷却ゾーンRへの出口を遮蔽する遮蔽体105が配設されている。
In the
また、特許文献1に記載の高周波焼入れ装置100では、入口以外がほぼ塞がれた石英管102の中でワーク101を加熱するので、ワーク101の周囲の空気の対流を阻止することができ、ワーク101の周囲の酸素量を極めて少なくすることができる。従って、ワークが高温に達しても、その表面の酸化を防止することができて、スケール等の発生を抑制することができる。
In addition, in the
ところで、従来の不活性ガス雰囲気に保持したチャンバの内部で焼入れを行う装置の場合、ワークの表面形状がボールネジ軸のように非常に複雑であると、ネジ溝のような細部(局部)に残留している酸素を十分に除去できず、熱処理品質が悪化してしまうという問題があった。 By the way, in the case of a conventional apparatus for quenching inside a chamber maintained in an inert gas atmosphere, if the surface shape of the workpiece is very complicated like a ball screw shaft, it remains in details (local parts) such as screw grooves. There is a problem that the oxygen which is being removed cannot be sufficiently removed, and the quality of the heat treatment is deteriorated.
また、特許文献1に記載の高周波焼入れ装置100では、石英管102から出たワーク101をすぐに冷却する必要があるため、石英管102と冷却器104を近接させて配置しなければならず、その結果、石英管102の耐久性に問題が生じ易かった。
In addition, in the
さらに、特許文献1に記載の高周波焼入れ装置100では、冷却液である焼入れ水の中に含まれている溶存酸素の影響で、せっかく酸素の少ない状況で加熱しても、焼入れ水を吹きかけた段階で多量のスケールが生じてしまうという問題があった。
Furthermore, in the
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができる高周波焼入れ装置を提供することにある。 The present invention has been made to eliminate such inconveniences, and its purpose is to reliably prevent the occurrence of scale and rough skin without using a quartz tube that may cause problems in durability. An object of the present invention is to provide an induction hardening apparatus that can improve heat treatment quality.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 被焼入れ材としてのワークが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバと、チャンバ内の雰囲気を不活性ガスで置換する不活性ガス雰囲気形成手段と、チャンバ内に装備され、ワークに向けて不活性ガスを吹き付けて、ワークの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付手段と、チャンバ内に装備され、ワークを加熱する高周波加熱コイルと、チャンバ内に装備され、加熱されたワークに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射手段と、水噴射手段によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置と、を備えることを特徴とする高周波焼入れ装置。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A chamber capable of keeping the inside airtight with a work as a material to be hardened set therein, an inert gas atmosphere forming means for replacing the atmosphere in the chamber with an inert gas, and equipment provided in the chamber An inert gas spraying means for spraying an inert gas toward the workpiece to replace the surface of the workpiece with the inert gas, a high-frequency heating coil that is mounted in the chamber and heats the workpiece, and is mounted in the chamber An induction hardening apparatus comprising: water injection means for injecting quenching water onto a heated workpiece and cooling; and a deaeration device for degassing the quenching water injected by the water injection means.
本発明の高周波焼入れ装置によれば、チャンバ内を不活性ガス雰囲気に保った上で、更にワークの表面に向かって不活性ガスを吹き付けるため、ワークのネジ溝などの細部の酸素を確実に除去することができるので、加熱時の酸化を防止することができる。また、同じチャンバ内で加熱後に焼入れ水を吹き付けてワークを冷却するため、ワークに酸素が接触することがないので、ワークの酸化を確実に防止することができる。さらに、脱気した焼入れ水をワークを噴射するため、溶存酸素によるワークの酸化を確実に防止することができる。これにより、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができる。 According to the induction hardening apparatus of the present invention, the interior of the chamber is maintained in an inert gas atmosphere, and further, an inert gas is blown toward the surface of the workpiece, so that oxygen in details such as screw grooves of the workpiece is reliably removed. Therefore, oxidation during heating can be prevented. Further, since the workpiece is cooled by spraying quenching water after heating in the same chamber, oxygen does not come into contact with the workpiece, so that oxidation of the workpiece can be reliably prevented. Furthermore, since the work is injected with degassed quenching water, the work can be reliably prevented from being oxidized by dissolved oxygen. Thereby, without using a quartz tube that may cause a problem in durability, the occurrence of scale and rough skin can be reliably prevented, and the quality of heat treatment can be improved.
以下、本発明に係る高周波焼入れ装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係る高周波焼入れ装置の一実施形態の概略構成を説明するための一部切欠斜視図である。
Hereinafter, an embodiment of an induction hardening apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view for explaining a schematic configuration of an embodiment of an induction hardening apparatus according to the present invention.
本実施形態の高周波焼入れ装置Mは、被焼入れ材としてのボールネジ軸(ワーク)Wが内部にセットされた状態で内部を気密に保持可能なチャンバ11と、チャンバ11内の雰囲気を不活性ガスで置換するための不活性ガス供給口13及び内部空気を排出するための排気口14と、チャンバ11内でボールネジ軸Wの表面と対向するように装備され、ボールネジ軸Wに向けて不活性ガスを吹き付けて、ボールネジ軸Wの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付ノズル装置(不活性ガス吹付手段)16と、チャンバ11内に装備され、ボールネジ軸Wを加熱する高周波加熱コイル12と、チャンバ11内に装備され、加熱されたボールネジ軸Wに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射ノズル装置(水噴射手段)17と、水噴射ノズル装置17によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置32と、を具備している。
The induction hardening apparatus M of the present embodiment includes a
チャンバ11は、全周が隔壁で囲まれたもので、一部が開閉できるように構成されており、例えば、上壁部を開閉させることで、ボールネジ軸Wの出し入れができるように構成されている。チャンバ11内の中央部には、ボールネジ軸Wを垂直な姿勢でセットするワークセット部19が設けられる。ボールネジ軸Wは、不図示の上下の回転ロッドにより、ワークセット部19に安定して保持されるようになっており、必要に応じて矢印A(方向は問わない)のように、軸周りに回転させられる。また、ボールネジ軸Wは、長さが短い場合は、定位置に固定的に保持されていてもよいが、長い場合は、回転ロッドの操作により、必要に応じて軸方向(上下方向)に移動させられるようになっている。
The
高周波加熱コイル12は、回転ロッドによってワークセット部19に保持されたボールネジWの周囲の一部を取り囲む位置に配置されている。
The high-
また、水噴射ノズル装置17は、ワークセット部19に保持されたボールネジ軸Wの表面に向けて焼入れ水を噴射する多数の噴射ノズルを有しており、高周波加熱コイル12と干渉しない位置に、互いに対向させて2個設けられる。また、不活性ガス吹付ノズル装置16は、同じくワークセット部19に保持されたボールネジ軸Wの表面に向けて不活性ガスを噴射する多数の噴射ノズルを有しており、高周波加熱コイル12及び水噴射ノズル装置17と干渉しない位置に配置されている。
Further, the water
チャンバ11内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口13は、チャンバ11の内部に開口しており、チャンバ11の外部に配置される不活性ガス供給装置20に接続されている。また、排気口14は、不活性ガス供給口13から離れた位置に開口しており、排気装置15に接続されている。本実施形態では、不活性ガス供給口13、不活性ガス供給装置20、排気口14及び排気装置15によって、不活性ガス雰囲気形成手段が構成される。また、不活性ガス吹付手段である不活性ガス吹付ノズル装置16にも不活性ガス供給装置20が接続されている。
An inert
不活性ガス供給装置20は、供給しようとする不活性ガスを適正な温度(40〜60℃程度)に加熱する不活性ガス加熱装置21と、適正温度に加熱した不活性ガスを不活性ガス供給口13と不活性ガス吹付ノズル装置16に送り込んでチャンバ11内に噴射させる噴射ポンプ22と、を備えている。
The inert
また、水噴射ノズル装置17には、パイプ18を介して焼入れ水循環装置30が接続されており、この焼入れ水循環装置30は、噴射後にチャンバ11から回収した焼入れ水を再び水噴射ノズル装置17に送り込むようになっており、チャンバ11から回収した焼入れ水を貯留するバッファタンク31と、焼入れ水の中に含まれる溶存酸素を除去する脱気装置32と、脱気後の焼入れ水を水噴射ノズル装置17に送り込んでボールネジ軸Wに向けて噴射させる噴射ポンプ33と、を備えている。ここでは、焼入れ水として、鉱物質の含有の少ない軟水が使用されている。また、不活性ガスとしては、アルゴンガス等のガスも利用可能であるが、コスト面から窒素ガスが使用されている。
Further, a quenching
次に、本実施形態の高周波焼入れ装置Mを用いてボールネジ軸Wを焼入れする手順を説明する。 Next, a procedure for quenching the ball screw shaft W using the induction hardening apparatus M of the present embodiment will be described.
まず、チャンバ11の内部にボールネジ軸Wを装入し、回転ロッドで支持することにより、ボールネジ軸Wをワークセット部19にセットする。セットした後、チャンバ11を密閉し、排気装置15を運転して、内部の残留空気を排気し、代わりに不活性ガスをチャンバ11内に導入する。即ち、チャンバ11内を排気した後に、不活性ガス加熱装置21により適正温度(40〜60℃程度)に加温した不活性ガス(窒素ガス)を、不活性ガス供給口13からチャンバ11内に導入して、チャンバ11内を不活性ガス雰囲気に置換する。それと同時に、不活性ガス吹付ノズル装置16から、加温した不活性ガスをボールネジ軸Wの表面に吹き付けることによって、ボールネジ軸Wの表面のネジ溝等の細部に残留した酸素を効率良く除去する。また、この際、回転ロッドによってボールネジ軸Wを回転させながら不活性ガスの吹き付ける方が好ましい。
First, the ball screw shaft W is inserted into the
このように不活性ガスの直接の吹き付けによって、ボールネジ軸Wの表面の酸素を除去するようにすると、雰囲気ガスのみによって消極的にガス置換する場合と比べて、使用ガス量を少なくすることができると共に、ガス置換に要する時間を短縮できる。なお、加熱しない不活性ガスを多量に吹き付けると、ボールネジ軸Wの表面温度を著しく低下させ、熱処理品質に局部的な不安定を生じさせることがあるので、加熱した不活性ガスを吹き付ける方が好ましい。 If the oxygen on the surface of the ball screw shaft W is removed by direct blowing of the inert gas in this way, the amount of gas used can be reduced as compared with the case where the gas is passively replaced with only the atmospheric gas. In addition, the time required for gas replacement can be shortened. In addition, spraying a large amount of inert gas that is not heated may significantly reduce the surface temperature of the ball screw shaft W and cause local instability in heat treatment quality, so it is preferable to spray a heated inert gas. .
不活性ガスでチャンバ11内およびボールネジ軸Wの表面をガス置換したら、その段階で、高周波加熱コイル12によりボールネジ軸Wの加熱を行う。そして、所定の加熱が済んだら、高周波加熱コイル12をボールネジ軸Wの周囲から移動させ、水噴射ノズル装置17から、脱気装置32により脱気した焼入れ水をボールネジ軸Wの表面に向けて噴射し、焼入れを行う。また、この加熱と水噴射の際も、回転ロッドによってボールネジ軸Wを回転させる方が好ましい。
When the gas inside the
従って、本実施形態の高周波焼入れ装置Mによれば、チャンバ11内を不活性ガス雰囲気に置換した上で、更にボールネジ軸Wの表面に加温した不活性ガスを直接吹き付けるため、ボールネジ軸Wの細部の酸素を確実に除去することができるので、加熱時の酸化を防止することができる。また、同じチャンバ11内で加熱後に焼入れ水を吹き付けてボールネジ軸Wを冷却するため、ボールネジ軸Wに酸素が接触することがないので、ボールネジ軸Wの酸化を確実に防止することができる。さらに、脱気した焼入れ水をボールネジ軸Wの表面に噴射するため、溶存酸素によるボールネジ軸Wの酸化を確実に防止することができる。これにより、耐久性に問題を生じる可能性のある石英管を使用することなく、スケールや肌荒れの発生を確実に防止することができ、熱処理品質の向上を図ることができるので、高周波熱処理後のスケール落とし時間の短縮や削減をすることができる。
Therefore, according to the induction hardening apparatus M of the present embodiment, the inside of the
M 高周波焼入れ装置
W ボールネジ軸(ワーク)
11 チャンバ
12 高周波加熱コイル
13 不活性ガス供給口(不活性ガス雰囲気形成手段)
14 排気口(不活性ガス雰囲気形成手段)
15 排気装置(不活性ガス雰囲気形成手段)
16 不活性ガス吹付ノズル装置(不活性ガス吹付手段)
17 水噴射ノズル装置(水噴射手段)
18 パイプ
19 ワークセット部
20 不活性ガス供給装置(不活性ガス雰囲気形成手段)
21 不活性ガス加熱装置
22 噴射ポンプ
30 焼入れ水循環装置
31 バッファタンク
32 脱気装置
33 噴射ポンプ
M Induction hardening machine W Ball screw shaft (workpiece)
14 Exhaust port (inert gas atmosphere forming means)
15 Exhaust device (inert gas atmosphere forming means)
16 Inert gas spray nozzle device (inert gas spray means)
17 Water injection nozzle device (water injection means)
18
21 Inert
Claims (1)
前記チャンバ内の雰囲気を不活性ガスで置換する不活性ガス雰囲気形成手段と、
前記チャンバ内に装備され、前記ワークに向けて不活性ガスを吹き付けて、前記ワークの表面を不活性ガスで置換する不活性ガス吹付手段と、
前記チャンバ内に装備され、前記ワークを加熱する高周波加熱コイルと、
前記チャンバ内に装備され、加熱された前記ワークに焼入れ水を噴射して冷却させる水噴射手段と、
前記水噴射手段によって噴射する焼入れ水を脱気する脱気装置と、を備えることを特徴とする高周波焼入れ装置。 A chamber capable of keeping the inside airtight in a state where a work as a material to be hardened is set inside,
An inert gas atmosphere forming means for replacing the atmosphere in the chamber with an inert gas;
An inert gas spraying means that is provided in the chamber and sprays an inert gas toward the workpiece to replace the surface of the workpiece with the inert gas;
A high-frequency heating coil mounted in the chamber for heating the workpiece;
Water injection means installed in the chamber and injecting quenching water onto the heated workpiece for cooling;
An induction hardening apparatus comprising: a deaeration device for degassing quenching water sprayed by the water spraying means.
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