JP3014878B2 - 焼入油の冷却装置 - Google Patents

焼入油の冷却装置

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JP3014878B2
JP3014878B2 JP4307061A JP30706192A JP3014878B2 JP 3014878 B2 JP3014878 B2 JP 3014878B2 JP 4307061 A JP4307061 A JP 4307061A JP 30706192 A JP30706192 A JP 30706192A JP 3014878 B2 JP3014878 B2 JP 3014878B2
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治樹 山田
康之 藤原
三郎 小川
裕治 船本
金子  保
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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、鋼材部品を焼入れ処理
するために用いられる焼入油槽内の焼入油を冷却するた
めの焼入油の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼材部品は、A1 点(727℃)以上に
加熱されてオーステナイト状態とされ、それから急冷さ
れることによりマルテンサイト状態とされて硬度が飛躍
的に高くなる。このようにオーステナイト化した鋼材
を、急冷してマルテンサイト化させて、鋼材の硬度を高
める処理を焼入れ処理という。この焼入処理において、
鋼材の焼入硬化挙動は、その鋼材の焼入性(硬化能)、
鋼材の大きさ(質量)、及び冷却速度(冷却剤の冷却
能)によって支配される。なお、前記冷却剤としては、
従来より、水や、水より沸点が高く冷却能が小さい油が
用いられている。
【0003】ここで、オーステナイト化された鋼材を油
槽中に浸漬して急冷する場合、油槽内の焼入油を所定の
温度に調節して、焼入油の冷却能を調節する必要があ
る。このため、焼入油槽には、冷却水が供給されるオイ
ルクーラーと、焼入油槽に接続されオイルクーラー内を
通過する焼入油の循環管路と、この循環管路を介して焼
入油槽から焼入油を該オイルクーラー内に送り込むとと
もに冷却された焼入油を前記焼入油槽内に戻すポンプと
を有する冷却装置が一般に備えられている。この焼入油
の冷却装置では、焼入油槽中の油温度に応じてポンプを
作動し、焼入油槽中の焼入油を冷却水が供給されるオイ
ルクーラー内を通過させ、この冷却された焼入油を焼入
油槽中に戻すことにより、焼入油槽中の焼入油を所定の
温度に調節する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
ては、上記したような油焼入れ処理を減圧下で行うこと
がなされている。これは、油面圧を下げることにより、
焼入油の蒸発性を変化させ、これにより焼入歪の低減や
焼入硬さの向上を図るものである。つまり、焼入油の冷
却過程は、蒸気膜段階、沸騰段階、及び対流段階の3つ
の段階に順に分けられる。そして、油面圧が下がれば、
焼入油の蒸気圧の上昇により蒸気膜の発生量が多くなっ
て、処理材の周囲が蒸気膜で包まれて冷却速度が遅くな
る蒸気膜段階が長くなる。このため、急冷による熱応力
の発生を抑えることができ、熱応力に起因する焼入歪み
を抑制することができる。また、油面圧が下がれば、焼
入油の沸点が低下するので、冷却速度が非常に速い沸騰
段階が低温側に持ち越されるようになり、より完全に硬
化させることができる。したがって、減圧下での油焼入
れにより、焼入歪みの発生を抑えるとともに、焼入硬化
を向上させることが可能となる。
【0005】ところが減圧下で焼入れ処理する場合に、
上記した焼入油の冷却装置において、キャビテーション
を防止するために、油圧面が減圧下にある時はクーラー
ポンプを停止させなければならない。なお、キャビテー
ションとは、流動している液体の圧力が局部的に低下し
て飽和蒸気圧又は空気分離圧に達することにより、蒸気
が発生したり又は溶解空気が分離したりして、気泡が生
じる現象をいい、気泡が崩壊すると局部的に超高圧を生
じ、騒音発生等の原因となる。
【0006】そして、上記クーラーポンプの停止状態に
おいては、もしオイルクーラー内の循環管路に穴等の欠
陥が発生すると、オイルクーラー内の焼入油の循環管路
中にクーラーポンプによる圧力がかかっていないので、
オイルクーラーの水が該循環管路内に侵入して焼入油中
に混入し、焼入油が所望の焼入性能を示さなくなるとい
うおそれがある。
【0007】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、上記クーラーポンプの停止時に、たとえ上記オイ
ルクーラー内の循環管路に穴等の欠陥が発生してもオイ
ルクーラー内の水が循環管路内に侵入して焼入油中に混
入することがなく、したがって焼入油の焼入性能を好適
に維持することのできる焼入油の冷却装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の焼入油の冷却装置は、冷却水が供給されるオイルク
ーラーと、前記オイルクーラー内を通過し、その流入部
及び流出部が焼入油槽に接続された焼入油の循環管路
と、前記循環管路の前記流入部及び流出部にそれぞれ設
けられた流入弁及び流出弁と、前記循環管路に設けら
れ、前記循環管路を介して前記焼入油槽から前記オイル
クーラー内へ焼入油を送り込むとともに前記オイルクー
ラー内で冷却された焼入油を前記焼入油槽へ戻すクーラ
ーポンプと、前記循環管路に接続され、前記オイルクー
ラー内を通過する前記循環管路内の焼入油を加圧する加
圧機構とを備えていることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明の焼入油の冷却装置は、焼入油槽の油面
圧が常圧の状態では、以下のように作動する。つまり、
焼入油槽内の焼入油を冷却する必要が生じた時、オイル
クーラーに冷却水を供給し、かつ、循環管路の流入部及
び流出部に設けられた流入弁及び流出弁を開いた状態
で、クーラーポンプを運転させる。これにより、焼入油
槽内の焼入油は、循環管路を介してオイルクーラー内へ
送り込まれ、オイルクーラーに供給された冷却水で冷却
される。そして、オイルクーラー内で冷却された焼入油
は、循環管路を介して焼入油槽へ戻されて、焼入油槽内
の焼入油の温度が低下される。そして、焼入油槽内の焼
入油を冷却する必要がなくなれば、オイルクーラーへの
冷却水の供給を止める。この時、クーラーポンプは運転
を続けるので、オイルクーラー内を通過する循環管路内
の焼入油には常時圧力がかかっている状態となる。
【0010】一方、焼入油槽の油圧面を減圧する時は、
キャビテーションを防止するために、循環管路の流入部
及び流出部に設けられた流入弁及び流出弁を閉じ、か
つ、クーラーポンプの運転を停止する。そして、加圧機
構を作動させて、オイルクーラー内を通過する循環管路
内の焼入油を加圧する。なお、この時オイルクーラーに
冷却水が供給され続けていれば、この冷却水の圧力より
も高い圧力で焼入油を加圧する。
【0011】このように、本発明の焼入油の冷却装置で
は、オイルクーラー内を通過する循環管路内の焼入油の
圧力は、常に冷却水の圧力よりも高く維持され、たとえ
オイルクーラー内の循環管路に穴等の欠陥が発生して
も、水が循環管路内に侵入して焼入油中に混入すること
はなく、水の混入による焼入油の焼入性能の低下等を抑
えることができる。
【0012】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。図1
の模式図に示すように、焼入油槽1には循環管路2が接
続され、この循環管路2は、焼入油槽1に流入する流入
部2a、及び焼入油槽1から流出する流出部2bを有し
ている。循環管路2には、流出部2bから流入部2aに
向かって順に、つまり上流側から下流側に向かって順
に、電磁弁(電磁作用により開閉が制御される電磁切換
弁、以下同様)よりなる流出弁3、脈動吸収のための第
1フレキシブルホース4、焼入油中の固形不純物を除去
するためのストレーナ機構5、クーラーポンプ6、オイ
ルクーラー7、電磁弁よりなるクーラー出口弁8、第2
フレキシブルホース9、電磁弁よりなる流入弁10が設
けられている。なお、上記ストレーナ機構5は、ストレ
ーナ51と、その前後に設けられた弁52、53と、弁
54を有するバイパス55とからなる。通常時、弁5
2、53は開き、バイパス55に設けられた弁54は閉
じており、ストレーナ51のメンテナンス時に弁52、
53、54の開閉が逆になる。
【0013】オイルクーラー7では、冷却水供給装置7
1から冷却水供給管路72を介して熱交換器(図示しな
い)に冷却水が供給され、この冷却水は排水管路73を
介して外部に排出される。なお、冷却水供給装置71か
ら熱交換器への冷却水の供給は、冷却水供給管路72に
設けられた電磁弁よりなる冷却水入口弁74により制御
される。また、オイルクーラー7内の冷却水圧力は(1
〜1.5kg/cm2)に設定されている。
【0014】上記オイルクーラー7の前後の循環管路2
で、上記クーラーポンプ6とオイルクーラー7との間、
及び上記クーラー出口弁8と第2フレキシブルホース9
との間には、弁11が設けられたバイパス管路12が接
続されている。また、循環管路2の第2フレキシブルホ
ース9と流入弁10との間には加圧機構20の加圧管路
21が接続されている。この加圧機構20は、いわゆる
油圧−空気圧式蓄圧器よりなり、電磁弁よりなるアキュ
ムレートタンク出口弁22が設けられた加圧管路21
と、アキュムレートタンク23と、電磁弁よりなる通気
弁24が設けられ大気に通じる通気管路25と、電磁弁
よりなるアキュムレートタンク入口弁26が設けられN
2 ガス供給装置27に接続されたガス供給管路28とか
ら構成されている。上記アキュムレートタンク23内に
は、焼入油槽1内の焼入油と同じ焼入油が貯溜されてお
り、また上記N2 ガス供給装置27は2〜3kg/cm
2 の圧力でN2 ガスを供給する。
【0015】なお、焼入油槽1内には、油面圧を測定す
る真空計31及び焼入油の温度を測定する温度計32が
設置され、これらの信号を受けた制御部30により、上
記流出弁3、流入弁10、冷却水入口弁74、クーラー
出口弁8、加圧機構20のアキュムレートタンク出口弁
22、通気弁24及びアキュムレートタンク入口弁26
の開閉、並びにクーラーポンプ6の作動が制御される。
【0016】本実施例の焼入油の冷却装置は、焼入油槽
1の油面圧が常圧の状態では、以下のように作動する。
つまり、焼入油槽1内の焼入油の温度が設定値以上にな
り、同焼入油を冷却する必要が生じた時、温度計32か
らの信号を受けた制御部30が、冷却水供給管路72に
設けられた冷却水入口弁74を開いてオイルクーラー7
に冷却水を供給し、循環管路2の流入部2a及び流出部
2bに設けられた流入弁10及び流出弁3を開き、クー
ラー出口弁8を開き、この状態でクーラーポンプ6を作
動させる。なお、このとき真空計31からの信号を受け
た制御部30の制御により、加圧機構20のアキュムレ
ートタンク出口弁22及び入口弁26は閉じ、かつ、通
気弁24は開いた状態となっている。これにより、焼入
油槽1内の焼入油は、循環管路2を介してオイルクーラ
ー6内へ送り込まれ、オイルクーラー6に供給された冷
却水で冷却される。そして、オイルクーラー6内で冷却
された焼入油は、循環管路2を介して焼入油槽1へ戻さ
れて、焼入油槽1内の焼入油の温度が低下される。
【0017】そして、焼入油槽1内の焼入油の温度が設
定値以下となり、同焼入油を冷却する必要がなくなれ
ば、温度計32からの信号を受けた制御部30が、冷却
水供給管路72に設けられた冷却水入口弁74を閉じて
オイルクーラー7への冷却水の供給を止め、クーラー出
口弁8を閉じる。これにより、焼入油槽1内の焼入油は
循環管路2及びバイパス管路12を介して循環し、また
オイルクーラー7内を通過する循環管路2内の焼入油に
は常時圧力がかかっている状態となる。
【0018】一方、焼入油槽1の油圧面を減圧する時
は、以下のように作動する。つまり、焼入油槽1内の油
面圧が減圧されて設定値以下になった時、真空計31か
らの信号を受けた制御部30が、クーラーポンプ6の運
転を停止し、循環管路2の流入部2a及び流出部2bに
設けられた流入弁10及び流出弁3を閉じ、クーラー出
口弁8を開き、加圧機構20のアキュムレートタンク出
口弁22及び入口弁26を開き、通気弁24を閉じる。
なおこの時、冷却水入口弁74は開いており、オイルク
ーラー7には冷却水が供給されている。これにより、ガ
ス供給装置27からのN2 ガスによりアキュムレートタ
ンク23が加圧され、この圧力が加圧管路21を介して
循環管路2に加わり、循環管路2中の焼入油が加圧され
る。
【0019】このように、本実施例の焼入油の冷却装置
では、オイルクーラー7内を通過する循環管路2内の焼
入油の圧力は、常に冷却水の圧力よりも高く維持され、
たとえオイルクーラー7内の循環管路2に穴等の欠陥が
発生しても、水が循環管路2内に侵入して焼入油中に混
入することはなく、水の混入による焼入油の焼入性能の
低下等を抑えることができる。したがって、焼入油槽内
の焼入油の長寿命化に貢献する。
【0020】なお、上記実施例において、循環管路2の
流出部2bに設けられる流出弁3を、電磁弁の代わりに
逆止弁とすることもできる。また、本発明の加圧機構と
しては、上記実施例ではいわゆる油圧−空気圧式蓄圧器
を採用したが、これに限定されず、他の加圧手段、例え
ば薄肉のステンレス、ビニール等の伸縮可能なジャバラ
管を循環管路2の任意の位置に配設する手段も採用する
ことが可能である。このものでは、油圧面の減圧時に、
ジャバラ管が縮小し、この体積の縮小分だけ循環管路内
の焼入油を加圧することができる。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の焼入油の冷
却装置は、オイルクーラー内を通過する循環管路内の焼
入油の圧力を常に冷却水の圧力よりも高く維持すること
ができ、たとえオイルクーラー内の循環管路に穴等の欠
陥が発生しても、水が循環管路内に侵入して焼入油中に
混入することはなく、水の混入による焼入油の焼入性能
の低下等を抑えることができる。したがって、焼入油槽
内の焼入油の長寿命化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る焼入油の冷却装置を説明する模
式図である。
【符号の説明】
1…焼入油槽 2…循環管路 2a…
流入部 2b…流出部 3…流出弁 6
…クーラーポンプ 7…オイルクーラー 10…流入弁 20…
加圧機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 康之 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小川 三郎 大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外 炉工業株式会社内 (72)発明者 船本 裕治 大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外 炉工業株式会社内 (72)発明者 金子 保 大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外 炉工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−298213(JP,A) 実公 昭58−35642(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/18 C21D 1/62 - 1/64 F28D 21/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水が供給されるオイルクーラーと、 前記オイルクーラー内を通過し、その流入部及び流出部
    が焼入油槽に接続された焼入油の循環管路と、 前記循環管路の前記流入部及び流出部にそれぞれ設けら
    れた流入弁及び流出弁と、 前記循環管路に設けられ、前記循環管路を介して前記焼
    入油槽から前記オイルクーラー内へ焼入油を送り込むと
    ともに前記オイルクーラー内で冷却された焼入油を前記
    焼入油槽へ戻すクーラーポンプと、 前記循環管路に接続され、前記オイルクーラー内を通過
    する前記循環管路内の焼入油を加圧する加圧機構とを備
    えていることを特徴とする焼入油の冷却装置。
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