JP2706874B2 - 無酸化高周波焼入装置 - Google Patents

無酸化高周波焼入装置

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JP2706874B2
JP2706874B2 JP4115529A JP11552992A JP2706874B2 JP 2706874 B2 JP2706874 B2 JP 2706874B2 JP 4115529 A JP4115529 A JP 4115529A JP 11552992 A JP11552992 A JP 11552992A JP 2706874 B2 JP2706874 B2 JP 2706874B2
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康夫 武藤
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富士電子工業株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は棒状ワークのうちで軸方
向に間隔が開いた複数個所をその全周にわたって同時に
無酸化高周波焼入を行う無酸化高周波焼入装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】以下、棒状ワークを例にとって従来の高
周波焼入について説明する。棒状ワークとしては図4に
示すスプール100 を採り上げる。このスプール100 は、
遠隔制御弁等の内部に取り付けられて例えば弁内の流路
の開閉等の役目をする一種の段付シャフトである。スプ
ール100 は、一体的に形成された頭部101 、胴部102 、
腰部103 、脚部104 、および足部105 を備えている。頭
部101 には、スプール100 の軸109 と直角方向に複数の
環状の小さい油溝106 が穿設されている。そして、頭部
101 と腰部103 とは同径であって、胴部102 、脚部104
、および足部105の径より大きい。
【0003】このスプール100 には、頭部101 の周面10
1aと腰部103 の周面103aとに硬化層を形成することが要
求される。この場合、まず、頭部101 を取り囲む環状の
高周波加熱コイル(以下、高周波加熱コイルを単に加熱
コイルともいう) によって頭部101 の周面101aを加熱
後、スプール100 を焼入液内に浸漬、冷却して焼入す
る。次いで、スプール100 を焼入液から取り出し、今度
は腰部103 を取り囲む環状の加熱コイルによって腰部10
3 を加熱後、スプール100 を再び焼入液内に浸漬して腰
部103 を冷却、焼入する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように焼入したス
プール100 は、焼入された頭部101 の周面101aおよび同
じく焼入された腰部103 の周面103aに焼入の結果付着し
ているスケールを、サンドブラストをかけて除去しなけ
よばならないので、この除去に極めて手間がかかってい
る。特に、スプール100 の頭部101 の前記の小さい油溝
106 内に付着しているスケールを取り去るのは面倒であ
る。
【0005】また、一本のスプール100 に対して2回の
焼入作業を行わねばならないので、この点でも手間がか
かる上に、多数のスプール100 を焼入する場合には、焼
入のための全工程が長くなる。更に、頭部101 と腰部10
3 の間の胴部102 も加熱されて、胴部102 には不必要な
硬化層が形成されることがある。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みて創案されたも
のであって、上記のような欠点がない高能率で、且つ高
品質を確保できる無酸化高周波焼入装置を提供すること
を目的としている。
【0007】
【課題を対決するための手段】本発明の無酸化高周波焼
入装置は、棒状ワークのうちで軸方向に間隔が開いた複
数個所をその全周にわたって同時に無酸化高周波焼入を
行う装置であり、上記記問題を解決するために次のよう
な構成にしている。
【0008】即ち、焼入液を収容するタンクと、タンク
内の焼入液上に設けられ、中心部に上下方向に貫通して
形成された貫通孔の下端がタンク内の焼入液により閉止
されると共に、貫通孔を包囲して形成された環状の空所
に導入される不活性ガス或いは還元性ガスを内側の貫通
孔内に吹き出す環状のガス導入部材と、ガス導入部材の
上に垂直に設けられ、上下両端が開放すると共に、下端
がガス導入部材の貫通孔の上端にガス密に接続されたワ
ーク収容筒と、ワーク収容筒内に収容された棒状ワーク
がタンク内に落下しないように棒状ワークをガス導入部
材の貫通孔下方で支持し、そのワーク支持部材が貫通孔
下方から退避することにより棒状ワークをタンク内に落
下させる可動式のワークストッパと、ワーク収容筒の外
側に棒状ワークの各被焼入面に対向するように夫々配設
され、且つ隣り合うコイルに流れる電流が互いに逆方向
となるように高周波電源に対して直列に電気接続された
複数の高周波焼入コイルとを具備した構成とする。
【0009】このような構成によると、ワーク収容筒の
上下両端が開放しているので、ワーク収容筒への棒状ワ
ークの装入が容易で、これを迅速に行うことができる。
ワーク収容筒の下端はガス導入部材の貫通孔に連通し、
その貫通孔の下端はタンク内の焼入液により閉止される
ので、ガス導入部材からその貫通孔に導入された不活性
ガス或いは還元性ガスは上方のワーク収容筒内に導入さ
れ、この筒内を上昇する。このため、ワーク収容筒の上
下両端が開放しているにもかかわらず、比較的少量のガ
スによりワーク収容筒内が無酸化性雰囲気に保持され
る。そして、この無酸化性雰囲気下で、棒状ワークの複
数の被焼入面が複数の高周波焼入コイルにより夫々高周
波加熱され、その後、ワークストッパのワーク支持部分
がガス導入部材の貫通孔下方から退避することにより、
棒状ワークは外気に触れることなくワーク収容筒内から
タンク内の焼入液中に落下し、複数の被焼入面が無酸化
のままで急激に同時冷却される。
【0010】隣り合う高周波焼入コイルに流れる電流に
より各々発生する磁界は、大きさが同じで方向が逆であ
ることから、隣り合う高周波焼入コイルの間の空間で
は、両コイルにより各々発生する磁界が互いに打ち消さ
れ、磁界が零となる。その結果、棒状ワークのうちで被
焼入面以外の部分については高周波加熱されることがな
い。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して無酸化高周波焼入装置
の一実施例を説明する。本実施例で焼入する棒状ワーク
としては、従来の技術で説明したスプールを採り上げ
た。本実施例の装置は、窒素ガス中でスプールを加熱
後、焼入液に浸漬して焼入する装置である。なお、窒素
ガスにこだわるものではなく、適当な不活性ガス或いは
還元性ガスを用いることができる。
【0012】図1〜4は本実施例の無酸化高周波焼入装
置を説明するための図面であって、図1は縦断正面図、
図2はワークストッパの斜視図、図3は図1のA−A線
矢視断面図、図4はスプールの正面図である。なお、従
来の技術で説明したものと同等のものには同一の符号を
付している。
【0013】図1に示すように、焼入液Lを収容した焼
入液タンク10の液面のレベルに、板状のベース部材12
が、図示しない支持部材によって取り付けられている。
ベース部材12のほぼ中央には、開孔13が設けられてい
る。20は、上下方向に貫通孔21が形成されている環状の
ガス導入部材であって、その下面中央で貫通孔21の周り
に形成された筒状の凸部22は、ベース部材12の前記開孔
13に液密に嵌合されている。
【0014】ガス導入部材20の内部には、貫通孔21を取
り巻くように環状の空所23が形成されており、この空所
23から貫通孔21に向かって複数個(本実施例では4個)
の水平なガス通路24が穿設されている。そして、空所23
は、配管29を介して窒素ガス供給源200 に連通してい
る。
【0015】貫通孔21の下側開口を覆うように、ワーク
ストッパ30が水平に配設されている。そして、このワー
クストッパ30は、焼入液タンク10のベース部材12の下面
に取り付けられたレール27の上面に穿設した溝28内に、
図2に示す矢印Pの方向に退き、また、矢印Pと反対方
向に進出できるように、収容されている。ワークストッ
パ30をこのように進退させるのは手作業によってもよい
が、本実施例ではエアシリンダ80によって行う。
【0016】ガス導入部材20の貫通孔21の上部には、石
英管等の耐熱性且つ絶縁性で鉛直に配設されたワーク収
容筒50がガス密に挿入固定されている。このワーク収容
筒50内にスプール100 が挿入されるので、ワーク収容筒
50の内径はスプール100 の最大外径より若干大きめとし
てある。ワーク収容筒50の上部には、スプール100 のワ
ーク収容筒50への挿入を容易にするための筒状のガイド
70が取り付けられている。このガイドは、ガラスラミネ
ート製等の耐熱性の絶縁物から構成されている。なお、
71はガイド70の上端の開口である。
【0017】前記ガイド70とガス導入部材20との間のワ
ーク収容筒50には加熱コイル40が外挿されている。加熱
コイル40は、1ターンの上側加熱コイル41と、上側加熱
コイル41の下方に、上側加熱コイル41と直列に接続され
た同じく1ターンの下側加熱コイル42と、上側加熱コイ
ル41と下側加熱コイル42を接続する接続導体43とを備え
ている。そして、上側および下側加熱コイル41、42は、
それぞれ、スプール100 をワーク収容筒50内に挿入し、
スプール100 の下端の足部105 がワークストッパ30によ
って支持されているときに、スプール100 の頭部101 の
周面101a および腰部103 の周面103aに対向しているよ
うに配置されている。なお、上側および下側加熱コイル
41、42は、通電時、互いに反対方向に磁界が発生するよ
うに巻回されている。
【0018】上側および下側加熱コイル41、42は、それ
ぞれ、良導電金属製の角筒よりなっている。そして、上
側加熱コイル41の内部の空所411 は、この上側加熱コイ
ル41の冷却液Wの導入管412 と、排出管413 に連通して
いる。また、下側加熱コイル42の内部の空所421 は、冷
却液Wの導入管422 と排出管423 に連通している。そし
て、加熱コイル40の両端は配線44、45を介して高周波電
源300 に接続されている。
【0019】次に、本実施例の動作を説明する。まず、
窒素供給源200 から窒素ガスGを配管29を介してガス導
入部材20の空所23に送り込む。空所23からガス通路24を
通過した窒素ガスGはワーク収容筒50の内部を通過しガ
イド70の上端の開口71から流出することによって、ワー
ク収容筒50内を窒素ガスGで充満させる。
【0020】また、上側加熱コイル41の導入管412 に冷
却液Wを供給すると、冷却液Wは空所411 を通過しなが
ら上側加熱コイル41を冷却し、排出管413 から排出され
る。下側加熱コイル42の導入管422 に冷却液Wを供給す
ると、冷却液Wは空所421 を通過しながら下側加熱コイ
ル42を冷却し、排出管423 から排出される。
【0021】ガイド70の開口71にスプール100 を挿入す
ると、スプール100 は、その足部105 がワークストッパ
30によって支持された状態でワーク収容筒50内で停止し
ている。そして、高周波電源300 から加熱コイル40に高
周波電流を所定時間通電し、上側加熱コイル41によって
スプール100 の頭部101 の周面101aを、また、下側加熱
コイル42によって腰部103 の周面103aを加熱する。この
後、前記シリンダ80を動作させてワークストッパ30を矢
印Pの方向に移動させると、スプール100 は焼入液タン
ク10内の焼入液L中に落下し冷却されて焼入が終了す
る。
【0022】上記のように、本実施例の無酸化焼入装置
によってスプール100 を焼入すると、スプール100 は加
熱中、加熱位置から冷却位置への移動中、および冷却中
ともに、空気に接触して酸化されることがないので、焼
入れられた頭部101 の周面103aおよび腰部103 の周面10
3aにはスケールが発生していないから、スケールを除去
する手間を省くことができる。
【0023】また、1回の焼入で頭部101 と腰部103 の
2個所を同時に焼入できるので、多数のスプール100 を
焼入しても、全体の焼入時間を短くすることができる。
【0024】更に、頭部と腰部103 の2個所を同時に焼
入すると、往々にして頭部101 と腰部103 の間の胴部10
2 まで焼入されてしまうことがあるが、本実施例では、
上側加熱コイル41と下側加熱コイル42の発生する磁界の
方向が互いに反対方向であるから、頭部101 と腰部103
との間の胴部102 には、殆ど磁界が交叉しない結果、胴
部102 に硬化層が形成されることを防止できる。
【0025】本実施例では、棒状ワークとして2個所に
被焼入面を有するスプール100 を採り上げたが、ワーク
としてはスプール100 に限定されることはなく、従っ
て、被焼入面も1個所の場合も、或いは、3個所以上の
場合もあるが、この様な場合には、ワーク収容筒50の外
側に、被焼入面ごとに加熱コイルを設ければ良い。
【0026】そして、このときに、隣り合う被焼入面の
間が焼入されるのを防止するために、隣り合う加熱コイ
ルの発生する磁界が互いに異なった方向であるように、
隣り合う加熱コイルを巻回すれば良い。
【0027】以上説明したように、本発明の無酸化高周
波焼入装置は、棒状ワークのうちで軸方向に間隔が開い
た複数個所をその全周にわたって同時に無酸化高周波焼
入を行う無酸化高周波焼入装置において、焼入液を収容
するタンクと、タンク内の焼入液上に設けられ、中心部
に上下方向に貫通して形成された貫通孔の下端がタンク
内の焼入液により閉止されると共に、貫通孔を包囲して
形成された環状の空所に導入される不活性ガス或いは還
元性ガスを内側の貫通孔内に吹き出す環状のガス導入部
材と、ガス導入部材の上に垂直に設けられ、上下両端が
開放すると共に、下端がガス導入部材の貫通孔の上端に
ガス密に接続されたワーク収容筒と、ワーク収容筒内に
収容された棒状ワークがタンク内に落下しないように棒
状ワークをガス導入部材の貫通孔下方で支持し、そのワ
ーク支持部材が貫通孔下方から退避することにより棒状
ワークをタンク内に落下させる可動式のワークストッパ
と、ワーク収容筒の外側に棒状ワークの各被焼入面に対
向するように夫々配設され、且つ隣り合うコイルに流れ
る電流が互いに逆方向となるように高周波電源に対して
直列に電気接続された複数の高周波焼入コイルとを具備
することを特徴としている。
【0028】即ち、本発明の無酸化高周波焼入装置は、
棒状ワークの焼入工程においてワークに空気が接触しな
い構成となっている。よって、棒状ワークの被焼入面が
酸化されず、この部分にスケールが発生しないので、ス
ケールを除去する手間を省くことができる。
【0029】また、本発明の無酸化高周波焼入装置は、
棒状ワークのセットに手間のかからない構成となってい
る。よって、焼入作業を能率よく行うことかでき、この
点からも作業能率の向上を図ることができる。
【0030】また、本発明の無酸化高周波焼入装置は、
高周波加熱後の棒状ワークが落下により瞬時に焼入液へ
投入される構成となっている。よって、高い焼入品質を
確保することができる。
【0031】また、本発明の無酸化高周波焼入装置は、
棒状ワークのうちで被焼入面以外の部分については高周
波加熱さない構成となっている。よって、棒状ワークの
うちで被焼入面以外の部分に不必要な硬化層が形成され
ることを防止することができ、この点からも焼入品質の
向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の縦断正面図である。
【図2】本発明の一実施例のワークストッパの斜視図で
ある。
【図3】図1のA−A線矢視断面図である。
【図4】スプールの正面図である。
【符号の説明】
10 焼入液タンク 23 空所 24 ガス通路 29 配管 30 ワークストッパ 40 加熱コイル 41 上側加熱コイル 42 下側加熱コイル 50 ワーク収容筒 80 シリンダ 100 スプール 200 窒素ガス供給源 G 窒素ガス

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 棒状ワークのうちで軸方向に間隔が開い
    た複数個所をその全周にわたって同時に無酸化高周波焼
    入を行う無酸化高周波焼入装置において、焼入液を収容
    するタンクと、タンク内の焼入液上に設けられ、中心部
    に上下方向に貫通して形成された貫通孔の下端がタンク
    内の焼入液により閉止されると共に、貫通孔を包囲して
    形成された環状の空所に導入される不活性ガス或いは還
    元性ガスを内側の貫通孔内に吹き出す環状のガス導入部
    材と、ガス導入部材の上に垂直に設けられ、上下両端が
    開放すると共に、下端がガス導入部材の貫通孔の上端に
    ガス密に接続されたワーク収容筒と、ワーク収容筒内に
    収容された棒状ワークがタンク内に落下しないように棒
    状ワークをガス導入部材の貫通孔下方で支持し、そのワ
    ーク支持部材が貫通孔下方から退避することにより棒状
    ワークをタンク内に落下させる可動式のワークストッパ
    と、ワーク収容筒の外側に棒状ワークの各被焼入面に対
    向するように夫々配設され、且つ隣り合うコイルに流れ
    る電流が互いに逆方向となるように高周波電源に対して
    直列に電気接続された複数の高周波焼入コイルとを具備
    することを特徴とする無酸化高周波焼入装置。
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