JP2018090857A - 焼入装置および焼入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼入処理を行う被処理物の材質や大きさ等に関わらず焼入処理における冷却過程を的確に把握することで、適切な冷却条件を操作できる焼入装置および焼入方法を提供する。【解決手段】油２を貯留する焼入槽３と、焼入槽３内に油２を外部から導入するノズル３３と、焼入槽３内の油２を攪拌する攪拌手段５と、被処理物Ｗを焼入槽３内で移動させる被処理物移動手段６と、を備える焼入装置１において、焼入装置１には油２の状態を感知する感知手段７と、感知手段７により感知した信号を処理する増幅器８と、増幅器８により処理された信号を受けて焼入槽３内における油２の状態を制御する制御器９とを設置する。【選択図】図１

Description

本発明は、液状の冷媒を貯留した焼入槽内で自動車部品等の被処理物を焼入処理する際に用いる焼入装置およびその焼入方法に関する。

従来、自動車部品に代表される機械部品を焼入処理する際には、焼入油等の油を満たした焼入槽に当該部品を浸漬させる。また、一般的に焼入油を用いた焼入処理による冷却過程では、現象別に次の三段階を経て冷却過程が進行する。まず、第一段階として被処理物を焼入油へ浸漬した瞬間に被処理物の表面が蒸気膜に覆われる蒸気膜段階、第二段階として被処理物の表面に覆われていた蒸気膜がすべて破壊された後に被処理物の表面から無数の気泡が発生する沸騰段階、第三段階として被処理物表面からの気泡の発生が収まった後に撹拌機器等により対流している焼入油によって被処理物が冷却される対流段階である。

特に、蒸気膜段階が終了してから沸騰段階が開始する時間（タイミング）は、被処理物の冷却速度に直接関与するため、残留歪み、表面硬度および焼入れ深さ等の被処理物の焼入品質に大きな影響を与える。例えば、特許文献１では焼入槽内に設けられた撹拌機器を用いて、蒸気膜段階における被処理物の蒸気膜を破壊する方法が開示されている。これにより、被処理物全体が均一に硬化し、歪みや曲がりなどの焼入れ変形を抑制する効果があることが説明されている。

特開２００３−２８６５１７号公報

しかし、特許文献１に開示された焼入方法（装置）では、従来の焼入処理と同様に被処理物の材質や大きさに関わらず蒸気膜段階における被処理物の蒸気膜を一律に破壊する操作を行った場合に焼入処理後の焼き戻し処理を終えてから被処理物の品質を確認することになる。そのため、焼入処理中に発生した異常により被処理物の品質に影響が発生しても焼入処理中に処理操作を中止すべきか否かまでは判断できないという問題があった。

また、焼入処理を行う被処理物の積載形態の如何によらず蒸気膜段階における被処理物の蒸気膜を一律に破壊する操作を行った場合に、被処理物同士の間隔の疎密によって蒸気膜が除去できる場所と除去できない場所が発生する。つまり、被処理物の積載形態によって焼入効率が大きく変化するという問題もあった。

そこで、本発明においては、焼入処理を行う被処理物の材質や大きさ等に関わらず焼入処理における冷却過程を的確に把握することで、適切な冷却条件を操作できる焼入装置および焼入方法を提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明は油を貯留する焼入槽と、焼入槽内に油を外部から導入するノズルと、焼入槽内の油を攪拌する攪拌手段と、被処理物を焼入槽内で移動させる被処理物移動手段と、を備えた焼入装置において、焼入装置には油の状態を感知する感知手段と、感知手段により感知した信号を処理する増幅器と、増幅器により処理された信号を受けて焼入槽内における油の状態を制御する制御器とを備えた焼入装置とする。

また、感知手段は油の温度を感知する温度センサ、油から発生する振動を感知する振動センサ、油から発生する音を感知する音響センサ（マイクロフォン）のうちのいずれかとする。感知手段の設置箇所については、焼入槽、ノズル、被処理物移動手段のうちのいずれかに設置することができる。

前述の焼入装置を用いた焼入方法としては、被処理物を焼入槽に浸漬した後、感知手段により感知した信号が増幅器を介して所定の数値に達した場合に、制御器による制御により攪拌手段を用いて焼入槽内における油の流速を高める、またはノズルから追加の油を焼入槽内に導入する焼入方法とする。

本発明の焼入装置および焼入方法を上述した構成および工程にすることで、焼入処理を行う被処理物の材質や大きさの如何に関わらず焼入処理の冷却工程における沸騰段階の終了時期（タイミング）を的確に把握できる。

本発明に係る焼入装置および当該焼入装置を用いた焼入方法は上述した構成にすることで、焼入処理を行う被処理物の材質や大きさの如何に関わらず焼入処理の冷却工程における蒸気膜段階であるか否か、沸騰段階であるか否かを的確に把握できるので、被処理物の冷却工程に応じた油の状態を操作することで、被処理物の積載形態の如何によらない安定した焼入効果を奏することができる。

本発明の実施の形態の一例である焼入装置１の模式図（図２に示す焼入装置１をＢ−Ｂ線で切断した時の断面図）である。 図１に示す焼入装置１をＡ−Ａ線で切断した時の断面図である。

本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である焼入装置１全体の模式図、図２は図１に示す焼入装置１をＡ−Ａ線で切断した時の断面図である。なお、図２に示す焼入装置１をＢ−Ｂ線で切断した時の断面図 が図１になる。

本発明の焼入装置１は、図１および図２に示すように油（熱処理油）２を貯留した焼入槽３と、焼入槽３内に油２を外部から導入するノズル３３と、焼入槽３内の油２を攪拌する攪拌手段５と、被処理物Ｗを焼入槽３内で移動させる被処理物移動手段（昇降機）６と、を備えている。なお、図１に示す焼入装置１は熱処理炉２０が併設されている形態を示す。

攪拌手段（撹拌機）５は、焼入槽３内に設けられた配管ダクト（冷却配管）１０内の油２を所定の流速で圧送することで被処理物Ｗに対して焼入れ効果を高める役割を果たす。また、被処理物移動手段（昇降機）６は、被処理物Ｗを焼入槽３の上下方向に移動させることで油２中に任意の速度で浸漬させる（油没させる）役割を果たす。また、図１および図２に示すように被処理物Ｗの近傍に整流板４０を所定の位置および個数を予め設置しておくことで、被処理物Ｗの焼入れ効果を任意に調整することもできる。

ノズル３３は所定量の油２を貯留した貯油タンク３０から焼入槽３へ油２を送り込むための接続部分である。ノズル３３と貯油タンク３０との間には、循環ポンプ３２、熱交換器３１および複数のバルブ類等の種々の装置部品が設けられており、油２の圧送する量やタイミングは制御器９と接続することで自在に操作できる。

また、焼入装置１には油２の状態を感知する感知手段７と、感知手段７により感知した信号を処理する増幅器８と、増幅器８により処理された信号を受けて焼入槽３内における油２の状態を制御する制御器９と、も設けられており、各々の機器が電気的に接続されている。感知手段７は、油２の温度を感知する温度センサ、油２から発生する振動を感知する振動センサ、油２から発生する音を感知する音響センサ（マイクロフォン）など種々のセンサ類を選択できる。また、感知手段７の設置は、焼入槽３、ノズル３３、被処理物移動手段６など任意の箇所に設置できる。

さらに、図１および図２に示すように焼入槽３にはバルブ１２を介してサージタンク１１と接続することもできる。被処理物Ｗが油２に浸漬するタイミングに応じて、バルブ１２を開くことでサージタンク１１内の圧縮空気が焼入槽３内に流入することで油２の表面圧を調整することもできる。

次に、本発明の焼入装置１を用いた焼入方法について説明する。図１に示す熱処理炉２０を備えた焼入装置１の場合、被処理物Ｗを所定の時間および温度で保持した後、被処理物Ｗは熱処理炉２０から炉外に出される。その後、被処理物Ｗは被処理物移動手段６に移動される。同時に、図２に示す撹拌機５を用いて、焼入槽３内の油２を撹拌して、配管ダクト１０内に油２を圧送する。

その後、被処理物Ｗを載置した被処理物移動手段６を焼入槽３内の油２へ浸漬する。被処理物Ｗが油２内に浸漬されると、被処理物Ｗの表面全体に蒸気膜が形成される。この蒸気膜が崩壊すると、次に被処理物Ｗが保有する熱量と油２の温度との差異により油２が沸騰した状態になる。

この状態になると、焼入装置１に設けた感知手段７が音や振動としての信号を受信する。受信された信号は増幅器８によって所定の数値まで増幅される。増幅された信号が所定の数値に達すると、制御器９によって循環ポンプ３２やバルブが起動（開閉）することで貯油タンク３０内の油２が焼入槽３内へノズル３３を経由して圧送される。また、制御器９と攪拌手段（撹拌機）５とを電気通信的に接続することで攪拌手段（撹拌機）５の回転数などを調整することもできる。さらに、サージタンク１１の配管に接続するバルブ１２と制御器９を電気通信的に接続することでバルブ１２の開閉を調整し、圧縮空気を焼入槽３へ圧送することもできる。

なお、本願発明の実施形態において「油２」とは、ＪＩＳ Ｋ２２４２に規定されている熱処理油剤（熱処理油）と同義とする。

１ 焼入装置
２ 油（熱処理油）
３ 焼入槽
５ 撹拌手段（撹拌機）
６ 被処理物移動手段（昇降機）
７ 感知手段（センサ）
８ 増幅器
９ 制御器
１０ 配管ダクト（冷却配管）
１１ サージタンク
１２ バルブ
２０ 熱処理炉
３０ 貯油タンク
３１ 熱交換器
３２ 循環ポンプ
３３ ノズル
４０ 整流板
Ｗ 被処理物（ワーク）

Claims (4)

1. 油を貯留する焼入槽と、前記焼入槽内に前記油を外部から導入するノズルと、前記焼入槽内の油を攪拌する攪拌手段と、被処理物を前記焼入槽内で移動させる被処理物移動手段と、を備えた焼入装置であって、
   前記焼入装置には前記油の状態を感知する感知手段と、
   前記感知手段により感知した信号を処理する増幅器と、
   前記増幅器により処理された信号を受けて前記焼入槽内における前記油の状態を制御する制御器と、
   が設置されていることを特徴とする焼入装置。
2. 前記感知手段は、前記油の温度を感知する温度センサ、前記油から発生する振動を感知する振動センサ、前記油から発生する音を感知する音響センサのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の焼入装置。
3. 前記感知手段は、前記焼入槽、前記ノズル、前記被処理物移動手段のうちのいずれかに設置されていることを特徴とする請求項２に記載の焼入装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焼入装置を用いた焼入方法であって、
   前記被処理物を前記焼入槽に浸漬した後、
   前記感知手段により感知した信号が前記増幅器を介して所定の数値に達した場合に、前記制御器による制御により
   前記攪拌手段を用いて前記焼入槽内における前記油の流速を高める、または前記ノズルから追加の油を前記焼入槽内に導入することを特徴とする焼入方法。

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