JP3088878B2 - 液中焼入れ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波焼入れ加工に用
いられる液中焼入れ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、焼入れコイルに高周波電流を通電
し、これに隣接させたワーク表面に発生する高周波誘導
熱を利用して、ワーク表面に焼入れ加工を施す高周波焼
入れ加工が実用に供されている。この高周波焼入れ加工
は、ワークの所望の箇所に集中的に焼入れするためや、
焼入れ歪みを防止したりするために、ワークを冷却液に
浸漬した状態で行われることがある。

【０００３】上記のように冷却液中でワークに高周波焼
入れ加工を施す装置としては、特開昭６２ー１０７０２
０号公報に記載の液中焼入れ装置がある。この装置は、
冷却液を貯留する冷却液槽内に配設された部品支持台に
回転可能に枢支される部品受け具にワークを保持させ、
部品受け具の枢支軸に設けたファンに液流噴出ノズルか
ら液流を噴出して、部品受け具に保持されるワークを回
転させながら加熱コイルでワークに高周波焼入れ加工を
施すものである。

【０００４】そのため、この装置においては、液流噴出
ノズルからの液流噴出によって、冷却液に強制的に対流
を起こさせて焼入れ熱によって液温の上昇した冷却液の
攪拌を図ると共に、ワークを回転させて通常の平面視欠
円形状を呈する加熱コイルを用いることに起因する焼入
れむらの発生防止を図っている。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】ところが、この装置で
は、液流噴出ノズルからの液流噴出を利用して、ワーク
を回転させているので、冷却液の対流速度やワークの回
転速度が安定しないために、冷却液によるワークの冷却
速度が不安定になり、ワークに所望の一定深度で焼入れ
硬化層が形成できず、また、焼入れむらの発生も完全に
防止できないために、焼入れされたワークの物性にバラ
ツキが生じるという問題がある。そこで、この発明の目
的は、焼入れされたワークの物性が均一になるように焼
入れ加工を施すことができる液中焼入れ装置を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の液中焼入れ装
置は、冷却液中に浸漬したワークを、加熱コイルでもっ
て焼入れする液中焼入れ装置において、前記冷却液を貯
留する冷却液槽内に配設されたワーク支持台と、前記ワ
ーク支持台に回動自在に枢支されて、ワークを上端部に
保持する有底筒状で周壁部に複数の孔を有するワーク保
持具であって、その回転に伴って複数の孔を介してワー
ク保持具内の冷却液に対流を起こすワーク保持具と、こ
のワーク保持具を回転駆動させる電動モータと、前記電
動モータの回転速度を制御する回転速度制御手段とを備
えたものである。

【０００７】

【作用】請求項１の液中焼入れ装置においては、ワーク
保持具とワーク保持具に保持されるワークが、電動モー
タによって回転駆動されると、その回転に伴ってワーク
保持具の周壁部の複数の孔を介してワーク保持具内の冷
却液に対流が起こされ、焼入れ熱によって上昇した冷却
液を確実に攪拌することができる。電動モータの回転速
度を回転速度制御手段を介して制御することにより、冷
却液に起こる対流の流速が調整されるので、ワークの冷
却速度が制御可能となるために、ワークに対して所望の
一定深度の焼入れ硬化層を形成できるようになる。ま
た、ワークは回転むらなく回転されるので、焼入れむら
が生じない。

【０００８】

【発明の効果】請求項１の液中焼入れ装置によれば、以
上説明したように、ワークを保持するワーク保持具が、
電動モータにより回転駆動されると、その回転に伴って
ワーク保持具の周壁部の複数の孔を介してワーク保持具
内の冷却液に対流が起こされ、焼入れ熱によって上昇し
た冷却液を確実に攪拌することができ、且つ、その回転
速度が、回転速度制御機構によって調整可能に構成され
ているので、ワークが回転むらなく回転されると共に、
モータの回転速度を制御することにより冷却液に起こる
対流の流速の調整が可能となる。従って、ワークに焼入
れむらを生じることなく均等に焼入れ加工が施されるこ
と、ワークの冷却速度が制御可能となって、ワークの表
面に所期の深度の焼入れ硬化層が形成できるようになる
こと、等の効果が得られる。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基いて実施例の液中焼入れ装置
について説明する本実施例は、ギヤやリング等の貫通孔
ａを有するワークＭの貫通孔ａの内表面に高周波焼入れ
を施す液中焼入れ装置に本発明を適応した場合のもので
ある。この液中焼入れ装置は、図１、図２に示すよう
に、ベースフレーム１上に固定された冷却液槽２と、こ
の冷却液槽２に隣接させた機台３に、エアーシリンダ４
を介して昇降自在に配設された高周波加熱装置５とを備
えている。

【００１０】前記高周波加熱装置５は、高周波電流を供
給する電源６と、この電源６から供給される高周波電流
によりワークＭに高周波誘導加熱による焼入れを施すた
めの平面視欠円形状を呈する加熱コイル７とで構成され
ている。前記冷却液槽２内には、エチレングリコールあ
るいはポリビニルアルコール水溶液からなる冷却液Ｗが
貯留され、この冷却液Ｗ中に浸漬された状態で円盤状の
ワーク支持台８が配設されている。

【００１１】前記ワーク支持台８は、冷却液槽２の底部
に設けられた軸受９に回動可能に支持軸１０を介して軸
支され、その支持軸１０の下端部には連結具１２が設け
られ、この連結具１２の下端部には、インデックスモー
タ１１にチェーン２９を介して連結されたギヤ機構３９
が連結され、インデックスモータ１１の回転によりワー
ク支持台８が４５度の回転角毎に割り出し回転されるよ
うに構成されている。また、前記ワーク支持台８の周縁
部には、８個のワーク保持具１３が昇降・回転可能に４
５度の割り出し角度位置、つまり円周８等分位置に支持
されている。

【００１２】前記ワーク保持具１３は、図３に示すよう
に、ワークＭを保持するものであり、有底筒状の保持具
本体の周壁１３ａの上面にワークＭを嵌合させるワーク
保持部１４が形成され、底壁１３ｂから下方に軸部１５
が垂設され、この軸部１５は、前記ワーク支持台８に付
設した軸受１６内に昇降自在に挿通された軸受筒１７内
にベアリング１８を介して回転自在に軸支されている。

【００１３】また、ワーク保持具１３の軸部１５は、冷
却液槽２の底部に前記高周波加熱装置５側に向かって下
方に傾斜させて配設された平面視環状の傾斜軌道板１９
上に支持され、インデックスモータ１１の回転駆動に伴
い、ワーク保持具１３が割り出し回転されると、軸部１
５の下端部が傾斜軌道板１９の傾斜面に沿って移動され
て、軸部１５が軸受筒１７内を昇降して、ワーク保持具
１３が昇降されるように構成されている。

【００１４】また、ワーク保持具１３の周壁１３ａに
は、前記軸部１５の延長線に対して直交する向きに排液
孔２０が形成され、ワーク保持具１３が軸部１５を回転
中心として回転駆動されると、これに保持されるワーク
Ｍの貫通孔ａ周辺部の冷却液に遠心力が作用して対流が
起こされ、図３中矢印で示すように、この対流が排出孔
２０から外部に排出されるように構成されている。

【００１５】前記ワーク保持具１３の軸部１５の下端部
には、タイミングプーリ２１が設けられ、このタイミン
グプーリ２１が、インデックスモータ１１の割り出し回
転により加熱コイル７の直下の処理位置（後述する第５
ステージＳ５位置）に達すると、ワーク回転駆動機構３
０に連動連結され、ワーク保持具１３が回転駆動され、
これに保持されたワークＭを回転させるように構成され
ている。

【００１６】前記ワーク回転駆動機構３０について説明
すると、図１〜図４に示すように、冷却液槽２上に配設
された直流電動モータ３１と、ワーク保持具１３の軸部
１５の下端部に設けられたタイミングプーリ２１とが連
動連結され、直流電動モータ３１に付設された変速機３
２から下方に垂設される駆動軸３３の下端部に駆動プー
リ３４が設けられ、この駆動プーリ３４に対して所定の
間隔をおいて従動プーリ３５が配設され、これらプーリ
３４，３５に両面シンクロベルト３６が巻回され、この
両面シンクロベルト３６にワーク保持具１３の軸部１５
に設けたタイミングプーリ２１が係合され、直流電動モ
ータ３１の回転駆動に伴って、ワーク保持具１３が回転
駆動されるように構成されている。

【００１７】直流電動モータ３１には、図５に示すよう
に、回転速度制御装置４０が接続され、この回転速度制
御装置４０により直流電動モータ３１の回転速度が制御
可能に構成されている。前記回転速度制御装置４０は、
冷却液の液温を検出する液温センサ４１と、加熱コイル
７のサイズ、ワークＭの焼入れ性及び焼入れ硬化層の深
度を入力するキーボード４２と、これらの入力されたデ
ータを演算するマイクロコンピュターと入出力インター
フェイスを主体とするコントロールボックス４３と、こ
のコントロールボックス４３内に組込まれるマイクロコ
ンピュターからの制御信号により設定される回転速度で
直流電動モータ３１を回転駆動させるモ−タ駆動回路４
４とからなり、冷却液の液温、加熱コイルのサイズ、ワ
ークの焼入れ特性及びワークの焼入れ硬化層深度等から
なる焼入れ条件の変化に対応して、直流電動モータ３１
の回転速度が制御されて、ワークＭの冷却速度が制御可
能となり、ワークＭに所望深度の焼入れ硬化層が形成で
きるように構成されている。

【００１８】さらに、加熱コイル７の下方には、前記ワ
ーク保持具１３の軸部１５を保持して上下に昇降させる
焼入れ位置切り換え機構５０が配設されている。この焼
入れ位置切り換え機構５０は、図１及び図３に示すよう
に、加熱コイル７の下方に相当する冷却液槽２の底部に
配設された軸受５１に昇降杆５２が昇降自在に支持さ
れ、この昇降杆５２の上端部にはワーク保持具１３の軸
部１５に設けれた円盤状の保持板５３を挟持する挟持部
材５４が設けられ、下端部にはローラ５５が回転自在に
設けられている。

【００１９】前記ローラ５５は、ベースフレーム１に立
設されたカム支持部材５６に回転自在に支持されるカム
部材５７のカム面５７ａ上に支持され、カム部材５７が
回転されることにより、昇降杆５２がカム面５７ａ形状
に対応して上下に昇降され、これに挟持される保持板５
５が昇降されてワーク保持具１３が昇降されるように構
成されている。また、昇降杆５２はバネ部材５８により
下向きに付勢されており、ワーク保持具１３が確実に保
持されるように構成されている。従って、この焼入れ位
置切り換え機構５０によりワークＭには、上下方向に焼
き入れ位置を切り換えて焼入れ加工を施すことができ
る。

【００２０】前記ワーク支持台８は、図１及び図２に示
すように、ワーク保持具１３が第１ステージＳ１から第
８ステージＳ８に向かって順次移動されるように割り出
し回転され、その間に、ワークの取付け、焼入れ、冷却
及びワークの取出しが行なわれる。第１ステージＳ１に
おいては、ワーク保持具１３が上昇位置にあり、ワーク
保持具１３へのワークＭの取付けが行なわれ、第２ステ
ージＳ２に向かってワーク保持具Ｍが移動されると、そ
の軸部１５を傾斜軌道板１９の傾斜面に沿って下降され
て、ワークＭが冷却液Ｗ中に浸漬される。その後、第５
ステージＳ５（前述した加熱コイルの直下の処理位置に
相当する）で加熱コイル７によって高周波焼入れが行わ
れ、第６、第７ステージＳ６，Ｓ７にてワークＭが冷却
液Ｗに浸漬された状態で冷却された後、ワーク保持具１
３が傾斜軌道板１９により上昇され、第８ステージＳ８
において、ワークＭの取出しが行なわれるように構成さ
れている。

【００２１】ここで、上記した液中焼入れ装置の作用に
ついて説明する。第１ステージＳ１において、ワーク保
持具１３は上昇位置にあり、この上昇位置でワークＭを
ワーク保持具１３のワーク保持部１４に嵌合させて取付
けが行われ、インデックスモータ１１の回転駆動によっ
てワーク保持具１３が第２ステージに移動されるのに伴
って、ワーク保持具１３の軸部１５の下端部が傾斜軌道
板１９の傾斜面に沿って移動されて、ワーク保持具１３
が徐々に下降され、ワークＭが冷却液Ｗ中に浸漬され
る。

【００２２】さらに、ワーク支持台８が回転してワーク
保持具１３が第５ステージＳ５に至ると、高周波焼入れ
装置５がエアシリンダ４の駆動により下降され、コイル
７がワークＭの貫通孔ａ内に位置されるようになる。こ
の位置で加熱コイル７に高周波電流を供給してワークＭ
の貫通孔ａの表面に高周波焼入れが施される。この際、
ワーク保持具１３の軸部１５の下端部に設けられたタイ
ミングプーリ３４が、ワーク回転駆動機構３０の両面シ
ンクロベルト３６に係合され、直流電動モータ３１の回
転駆動によりワーク保持具１３が等速回転される。ワー
クＭは、直流電動モータ３１によって回転されるため
に、ワークＭに焼入れむらを生じることなく高周波焼入
れが行われる。

【００２３】同時に、ワーク保持具１３の回転に伴って
冷却液Ｗに遠心力が働き、ワークＭの貫通孔ａ周辺部の
焼入れ熱によって液温の上昇した冷却液には、図３の矢
印で示す向きの対流が起こされ、ワークＭの上部の比較
的に液温の上昇していない冷却液ＷがワークＭの貫通孔
ａに流入され、ワーク保持具１３の周壁１３ａに形成し
た排液孔２０からワーク保持具１３外に排出されるよう
になる。この対流の流速は、回転速度制御装置４０によ
り直流電動モータ３１の回転速度を制御することによっ
て調整できるので、ワークＭの冷却速度が制御可能とな
るために、ワークＭに所望の一定深度の焼入れ硬化層が
形成できるようになり、焼入れされたワークＭの物性が
均一になるように焼入れ加工が施される。

【００２４】ここで、直流電動モータ３１の回転速度制
御装置４０について、図５に基いて説明する。ワークＭ
の焼入れ硬化層の深度Ｄを所望の深度に形成するため
に、ワークＭの冷却速度を制御する直流電動モータ３１
の回転速度を設定するパラメータは、加熱コイルサイズ
Ｓ、ワークの材質の金属組成による焼入れ性Ｕ及び冷却
液の液温Ｔである。 これらのパラメータから直流電動
モータ３１の回転速度Ｎが下記演算式により設定され
る。 Ｎ＝ａ×Ｔ＋ｂ×Ｓ＋ｃ×Ｕ＋ｄ×Ｄ（ａ＞０、ｂ＜
０、ｃ＜０，ｄ＜０） 上記の演算式において、冷却液の液温Ｔの係数ａ，加熱
コイルのサイズＳの係数ｂ、ワークの焼入れ性Ｕの係数
ｃ及びワークの焼入れ深度Ｄの係数ｄであり、これらの
係数は、多数の試験データに基いて設定されたものであ
る。

【００２５】冷却液の液温Ｔの係数ａは正の所定の値に
設定され、冷却液の液温が高くなるのに応じて、電動モ
ータ３１の回転速度Ｎが速くなるように設定されてい
る。また、高周波焼入れ加工においては、加熱コイル７
とワークＭとが所定範囲の間隔を開けて焼入れ加工が施
されるために、加熱コイルサイズＳが大きくなる、つま
り、ワークのサイズが大きくなるのに応じて、ワークＭ
は、その周速度が速くなると共に、熱伝導性が低下する
ために、ワークＭの焼入れ性が低下するので、加熱コイ
ルサイズＳの係数ｂは負の所定の値に設定され、加熱コ
イルサイズＳが大きくなるのに応じて、ワークの冷却速
度が遅くなるように、電動モータ３１の回転速度Ｎが遅
くなるように設定されている。

【００２６】さらに、ワークの焼入れ性Ｕの係数ｃは所
定の負の値に設定され、ワークの焼入れ性が大きくなる
（優れた焼き入れ性を示す）のに応じて、冷却速度を低
下させるように、電動モータの回転速度が遅くなるよう
に設定されている。そして、焼入れ硬化層の深度Ｄの係
数ｄは所定の負の値に設定され、焼入れ硬層の深度Ｄが
大きくなるのに応じて、ワークの冷却速度が遅くなるよ
うに、電動モータ３１の回転速度Ｎが遅くなるように設
定されている。

【００２７】冷却液温度Ｔが液温センサ４１によりコン
トロールボックス４３に入力され、且つ、加熱コイルサ
イズＳ、ワークの焼入れ性Ｕ及び焼入れ硬化層の深度Ｄ
が、キーボード４２を介して入力され、これらのデータ
夫々を、上記の演算式に当てはめてコントロールボック
ス４３で演算し、得られた回転速度Ｎになるようにモー
タ駆動回路４４へコントロールボックス４３から制御信
号が送られ、この制御信号に基いてモータ駆動回路４４
で設定された制御電流が直流電動モータ３１に供給さ
れ、直流電動モータ３１が演算式で設定された回転速度
Ｎで回転駆動される。尚、上記した演算式により直流電
動モータ３１の回転速度を設定する方法に代えて、上記
した焼入れ条件のパラメータからなるマップを作成し、
このマップに基いて電動モータ３１の回転速度を制御す
るようにしても良い。

【００２８】従って、冷却液の液温、加熱コイルのサイ
ズ，ワークの焼入れ性、ワークの焼入れ硬化層の深度等
の焼入れ条件の変化に対応して、電動モータの回転速度
Ｎが制御されて、ワークＭの冷却速度が制御されるよう
に構成されているので、この液中焼入れ装置により施さ
れる高周波焼入れ加工においては、焼入れ条件が変化し
ても、ワークＭに対して焼入れ硬化層を所望の一定深度
に形成することができる。

【００２９】そして、ワークＭに対する高周波焼入れ加
工が完了すると、高周波焼入れ装置５がシリンダ４によ
って上昇され、コイル７が冷却液槽２の上部開口まで上
昇される。一方、ワーク保持具１３は、第７ステージＳ
７に至るまでの間、ワークＭが冷却液Ｗ中で冷却され、
その後、第８ステージＳ８において、ワーク保持具１３
が傾斜軌道板１９に沿って徐々に上昇され、焼入れの完
了したワークＭが取り出される。上記したように、この
液中焼入れ装置では、ワークＭに連続的に高周波焼入れ
加工が施されるので、作業性が向上し、且つ、ワークＭ
の冷却速度が制御可能となるので、ワークに対して所期
の深度の焼入れ硬化層が形成できる。

【００３０】次に、別の実施例の液中焼入れ装置を説明
する。この液中焼入れ装置は、図６〜図９に示すよう
に、上述した実施例の液中焼入れ装置のワーク保持具１
３の昇降機構とワーク回転機構３０との構成が異なる以
外には略同一の構成からなり、同一の部品には同一の番
号を施し、その説明を省略した。

【００３１】この液中焼入れ装置のワーク保持具１３Ａ
は、図８に示すように、その軸部１５が、ワーク支持台
８に付設したシリンダ６０内に昇降自在に挿通された軸
受筒６２内にベアリング６３を介して回転自在に軸支さ
れている。前記軸受筒６２は、前記シリンダ６０内を昇
降するピストン６４によって仕切られた上下シリンダ内
室６５，６６に供給されたエアーによって昇降されよう
に構成されている。この上下シリンダ内室６５，６６の
夫々にエアー通路６７，６８が連通され、これらエアー
通路６７，６８にはエアーの供給を切り換え制御するロ
ータリバルブ６９が連結されている。そのため、インデ
ックスモータ１１の割り出し回転に伴ってワークＭを保
持するワーク保持具１３Ａが第１ステージから第８ステ
ージ割り出し回転されるのに応じて、ロータリバルブ６
９が順次切り換えられ、ワーク保持具１３Ａが昇降され
る。

【００３２】また、前記ワーク保持具１３の軸部１５の
下端部に、スプライン部１５ａが形成され、このスプラ
イン部１５ａが、ワーク回転駆動機構３０Ａに連動連結
され、ワーク保持具１３Ａが回転されるように構成され
ている。前記ワーク回転駆動機構３０Ａは、第５ステー
ジの下方位置に相当する冷却液槽２の底部位置に設けら
れた軸受７０に回転自在に枢支されたワーク回転軸７１
の上端に連結部７２が設けられ、この連結部７２に形成
されたスプライン穴７２ａにワーク保持具１３の軸部１
５に設けたスプライン部１５ａが着脱自在に嵌入され、
嵌入時、ワーク保持具１３とワーク回転軸７１とが連動
連結されるように構成されている。

【００３３】ワーク回転軸７１の下端部にタイミングプ
ーリ７３が設けられ、このタイミングプーリ７３が駆動
プーリ７４と従動プーリ７５とに巻回される両面シンク
ロベルト７６に係合され、駆動プーリ７４の下端部に設
けた直流電動モータ３１の回転駆動によってワーク保持
具１３が回転駆動される。この液中焼入れ装置は、上述
した実施例の液中焼入れ装置と同様に、ワーク保持具１
３Ａが直流電動モータ３１により回転駆動されるため
に、焼入れむらを生じることがなく。また、直流電動モ
ータ３１の回転速度を回転速度制御装置を介して制御す
ることにより、ワークＭの冷却速度が制御され、ワーク
Ｍに所期の深度の焼入れ硬化層が形成できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る液中焼入れ装置の一部縦断正面図
である。

【図２】図１の液中焼入れ装置の平面図である。

【図３】図１の液中焼入れ装置の要部の縦断正面図であ
る。

【図４】図１の液中焼入れ装置のワーク回転駆動機構の
概略を示す斜視図である。

【図５】図１の液中焼入れ装置の回転速度制御機構の構
成図である。

【図６】別実施例に係る液中焼入れ装置の一部縦断正面
図である

【図７】図６の平面図である。

【図８】図６の液中焼入れ装置の要部の縦断正面図であ
る。

【図９】図６の液中焼入れ装置のワーク回転駆動機構の
概略を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 冷却液槽 ７ 加熱コイル ８ ワーク支持台 １３、１３Ａ ワーク保持具 ３１ 直流電動モータ ４０ 回転速度制御機構 Ｍ ワーク Ｗ 冷却液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−70913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107020（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−131643（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 1/10,1/42,1/62 C21D 1/63,1/64,9/00 C21D 9/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却液中に浸漬したワークを、加熱コイ
   ルでもって焼入れする液中焼入れ装置において、 前記冷却液を貯留する冷却液槽内に配設されたワーク支
   持台と、 前記ワーク支持台に回動自在に枢支されて、ワークを上
   端部に保持する有底筒状で周壁部に複数の孔を有するワ
   ーク保持具であって、その回転に伴って複数の孔を介し
   てワーク保持具内の冷却液に対流を起こすワーク保持具
   と、 前記ワーク保持具を回転駆動させる電動モータと、 前記電動モータの回転速度を制御する回転速度制御手段
   と、を備えたことを特徴とする液中焼入れ装置。