JP3733615B2 - 高周波焼入装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば内燃機関用のシリンダブロックのボア内面を高周波液中焼入れするような高周波焼入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、焼入れが可能な金属の表面に沿わせた誘導加熱コイルに高周波電流を流すと、誘導渦電流が金属表面層に集中して発生し、この電流のジュール熱によって金属表面層を急熱し、焼入れ温度に達した後に、急冷すると金属表面が焼入硬化される。
【０００３】
従来、このような原理を応用して、ワークの円筒内面を焼入れヘッドにより高周波液中焼入れする装置としては、例えば実開昭５８−３７１１７号公報に記載の装置がある。
すなわち冷却液としての水を貯溜した水槽を設け、この水槽を仕切板により水の移動が可能なように左右に区画し、一方の区画部には高周波電源に導体を介して取付けた焼入れヘッドを配置し、この焼入れヘッドに対して受台に支持させたワークの円筒内面を位置させる一方、他方の区画部には槽外の昇降装置により駆動されるプランジャを配設して、このプランジャの下降により水槽の水位を上昇させて上述のワークを水中に没して、水中にて高周波焼入れを行なう装置である。
【０００４】
この従来装置によれば、上述の焼入れヘッドに高周波電流を通電すると、被焼入物体としてのワークの円筒内面における表面部位に誘導高周波電流が流れて所定の焼入温度に急加熱され、焼入れヘッドへの高周波電流をしゃ断すると、ワークの加熱部が水中にて急冷却されるので、熱ロスを僅少にしつつ焼入れを行なうことができる利点がある反面、上述の焼入れヘッドとワークの円筒内面とのセンタリングが不充分な場合には、焼入れヘッドとワークの円筒内面とのクリアランスの不均一に起因して、焼入れむらが発生する問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の請求項１記載の発明は、焼入れヘッドに一体的に設けられた支持体と、上記支持体内部に配設され、上記孔の円筒軸方向に移動可能であるするとともに円筒軸方向に傾斜するテーパ部を備えた駆動ロッドと、上記支持体に支持され且つ、該支持体において上下方向に延びて形成された案内溝内に円筒径方向に摺動する複数の位置決めブロックと、よりなる位置決め手段を備え、上記複数の位置決めブロックは、上記駆動ロッドのテーパ部の最大の直径部分よりも狭い隙間部分を有し、上記テーパ部を挟んで互いが対向するように配置されることで、上記駆動ロッドの円筒軸方向の移動により、該駆動ロッドのテーパ部が、上記狭い隙間部分にて対向する位置決めブロックの部分を円筒径方向に押し出して、位置決めブロックを上記孔の円筒内面と当接させ、円筒径方向のセンタリング位置で焼入れヘッドとワークとを相対的に固定することにより、位置決め手段およびテーパ部材によりワークの円筒内面位置に対する焼入れヘッドの位置を確実にセンタリング（中心合わせ）することができ、焼入れヘッドとワークの円筒内面とのクリアランスの均一化を図って、焼入れむらのない均一な焼入れを行なうことができる高周波焼入装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１記載の発明は、断面円形状の孔を有するワークの円筒内面を焼入れヘッドにより高周波焼入れする高周波焼入装置であって、上記焼入れヘッドに一体的に設けられた支持体と、上記支持体内部に配設され、上記孔の円筒軸方向に移動可能であるとともに円筒軸方向に傾斜するテーパ部を備えた駆動ロッドと、上記支持体に支持され且つ、該支持体において上下方向に延びて形成された案内溝内に円筒径方向に摺動する複数の位置決めブロックと、よりなる位置決め手段を備え、上記複数の位置決めブロックは、上記駆動ロッドのテーパ部の最大の直径部分よりも狭い隙間部分を有し、上記テーパ部を挟んで互いが対向するように配置されており、上記駆動ロッドの円筒軸方向の移動により、該駆動ロッドのテーパ部が、上記狭い隙間部分にて対向する位置決めブロックの部分を円筒径方向に押し出して、位置決めブロックを上記孔の円筒内面と当接させることにより円筒径方向のセンタリング位置で焼入れヘッドとワークとを相対的に固定する高周波焼入装置であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
この発明の請求項１記載の発明によれば、上記孔の円筒軸方向での駆動ロッドの移動により、該駆動ロッドのテーパ部が、上記狭い隙間部分にて対向する位置決めブロックの部分を円筒径方向に押し出して、位置決めブロックを上記孔の円筒内面と当接させることにより円筒径方向のセンタリング位置で焼入れヘッドとワークとを相対的に固定するので、この円筒内面を基準として上述の位置決め手段およびテーパ部材を介して焼入れヘッドの位置が決まるので、該焼入れヘッドの中心位置がワークの円筒内面中心位置に確実にセンタリングされる。
【０００８】
この結果、焼入れヘッドとワークの円筒内面とのクリアランスの均一化が達成され、焼入れむらのない均一な焼入れを行なうことができる効果がある。
【０００９】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はシリンダブロックのボア内面を高周波液中に焼入れする高周波焼入装置を示し、図１においてベース部材としてのベッド１の一側にコラム２を立設する一方、上述のベッド１の上面には前後方向（図１の左右方向）に延びるレール３を水平に取付けて、ワークテーブル４を前後方向に移動すべく構成している。
【００１０】
つまり上述のワークテーブル４の下面に設けた複数のスライダ５を上述のレール３に摺動可能に接着する一方、ベッド１の一側端部に取付けた第１モータ６にボールねじ７を連結し、このボールねじ７にボール（図示せず）を介して配設されるボールガイドナット８を上述のワークテーブル４に連結することで、第１モータ６の正逆回転によりワークテーブル４を前進および後退動すべく構成している。
【００１１】
上述のコラム２には上下方向に延びるレール９を垂直に取付けて、昇降台１０を上下方向に移動すべく構成している。
つまり上述の昇降台１０の背面に設けた複数のスライダ１１を上述のレール９に摺動可能に装着する一方、コラム２のブラケット１２に取付けた第２モータ１３の回転軸１４にカップリング１５を介してボールねじ１６を連結し、このボールねじ１６にボール（図示せず）を介して配設されるボールガイドナット１７を上述の昇降台１０に連結することで、第２モータ１３の正逆回転により昇降台１０を下降および上昇すべく構成している。
【００１２】
上述の昇降台１０には拡張手段としての油圧拡張機１８を搭載し、この油圧拡張機１８の拡張ロッド１９を昇降台１０の台面から下方に向けて突出し、この拡張ロッド１９の下端部には上部ジョイント２０、中間ロッド２１、下部ジョイント２２および拡張用の駆動ロッド２３を介して焼入れヘッド２４を取付け、上下の各ジョイント２０，２２により焼入れヘッド２４をフローティング支持している。ここで、上述の各ロッド１９，２１，２３の必要箇所はインナおよびアウタの２重構造に形成され、インナ側のみが軸方向に上下動すべく構成されているが、図面では概略示している。
【００１３】
一方、上述の油圧拡張機１８の上方に位置するブラケット２５にはトランス２６を搭載している。このトランス２６の一次側は発振器を介して高周波誘導加熱電源に接続され、またトランス２６の二次側は誘導線２７を介して焼入れヘッド２４の所定部（詳しくは誘導加熱コイル）に接続されている。
【００１４】
ところで、上述のワークテーブル４の上面には内部に冷却液としての冷却水Ｗが供給、排出可能に貯溜された水槽２８を上載し、この水槽２８の内部に支持部材２９を介してワークとしてのシリンダブロック３０が位置決めされた状態で配置されている。
【００１５】
上述の焼入れヘッド２４は図２に示す如く構成している。すなわち、この焼入れヘッド２４は非磁性金属としてのステンレス製のホルダ３１の外周部に装着された円筒状の絶縁部材３２と、この絶縁部材３２の外周部に装着された円筒状の誘導加熱コイル３３とを備えている。
【００１６】
ここで、上述の絶縁部材３２はホルダ３１の段部３１ａに上載されるフランジ部３２ａを有し、その全体が例えば四フッ化エチレン樹脂などの電気絶縁特性に優れる合成樹脂で構成されている。
【００１７】
また上述の誘導加熱コイル３３は絶縁部材３２のフランジ部３２ａに上載される入熱部３３ａを有し、その全体がＣｕなどの電気抵抗が小さい金属材料で構成されている。この誘導加熱コイル３３の入熱部３３ａにはシリンダボア３０ａの焼入部３４（図４参照）の数量に対応して円周上等間隔の複数箇所に磁束密度集中、向上用の磁気コア３５（但し、図面では図示の便宜上、黒く塗りつぶして示す）を取付けている。
【００１８】
上述の焼入れヘッド２４の挿入先端側つまり下端部にはセンタリング用の位置決め機構３６を該焼入れヘッド２４と一体的に取付けている。
この位置決め機構３６は、図２、図３に示すように、上述のホルダ３１と一体的に形成され上下方向に延びる位置決めブロック案内溝３７ａが円周上９０度の等間隔で形成された略円筒状の支持体３７と、この支持体３７に置ける上述の位置決めブロック案内溝３７ａ内に径方向に摺動可能に配設された合計４つの位置決めブロック３８（いわゆる拡張板）を含み、上述の駆動ロッド２３の下端に一体的に形成されたテーパ部材としての拡張コーン３９（いわゆる拡張円錐）が円筒軸方向下方に移動した時、この拡張コーン３９により上述の位置決めブロック３８が拡張されてシリンダボア３０ａ内壁に当接（図４、図５参照）するように構成している。
【００１９】
上述の４つの位置決めブロック３８の上部および下部にはそれぞれ引き戻しバネ４０，４０を配設する一方、上述の支持体３７の下部部材３７ｂ内に形成した凹所４１には拡張コーン３９の下端と対向するリターンスプリング４２を配置している。なお、上述の各要素３７，３８，３９，４０，２３の必要部分は非磁性金属としてのステンレスＳＵＳで形成し、誘導加熱されないように構成する。また図２における４３はウオータジャケットである。
【００２０】
一方、図１においてＣＰＵ５０は入力操作部５１からの信号に基づいて、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムに従って、各モータ６，１３、トランス２６の一次側の発振器、油圧拡張機１８を駆動制御し、またＲＡＭ５３は必要なデータやマップを記憶する。
【００２１】
図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下作用を説明する。
ワークとしてのシリンダブロック３０のボア３０ａに高周波焼入れを行なうには、まず所定レベルまで冷却水Ｗが貯溜された水槽２８の内部に位置するシリンダブロック３０を焼入れヘッド２４の下方に移動させる。
【００２２】
つまり第１モータ６を駆動して、ワークテーブル４を介して水槽２８、シリンダブロック３０を前進させ、図１に示すようにシリンダボア３０ａを焼入れヘッド２４の直下に位置させる。
【００２３】
次に図１に示す状態から第２モータ１３を駆動して、昇降台１０を介してシリンダボア３０ａ内に位置決め機構３６および焼入れヘッド２４における誘導加熱コイル３３の所定部を挿入して、図２、図３に示す状態と成す。
【００２４】
次に図２、図３に示す状態から油圧拡張機１８を駆動すると、各要素１９，２０，２１，２２を介して駆動ロッド２３がシリンダボア軸芯線方向下方に移動するので、この駆動ロッド２３下端の拡張コーン３９により各位置決めブロック３８が径方向外方へ押圧されて、これら合計４つの位置決めブロック３８は引き戻しバネ４０のバネ力に抗して位置決めブロック案内溝３７ａで案内されながら径方向へ均等に拡張し、シリンダボア３０ａ内壁に当接する。
【００２５】
このシリンダボア３０ａは機械加工により仕上げられた精度を有するので、ボア３０ａを基準にして位置決めブロック３８の位置、下端に拡張コーン３９を有する駆動ロッド２３の位置が設定され、この駆動ロッド２３の外周部位に存在する焼入れヘッド２４の位置がセンタリングされる。すなわち、シリンダボア３０ａの中心位置と誘導加熱コイル３３の中心位置とが一致する。
【００２６】
このようなセンタリングの後に、トランス２６の２次側から誘導線２７を介して上述の誘導加熱コイル３３に高周波電流を通電すると、冷却水Ｗ中においてシリンダボア３０ａ内面表層に誘導渦電流が集中して発生し、この電流のジュール熱によりシリンダボア３０ａ内面が急加熱され、上述の誘導加熱コイル３３への通電しゃ断時に、シリンダボア３０ａの加熱部位が水槽２８内の冷却水Ｗにより急冷されるので、同ボア３０ａに図４に示す如き焼入部３４を形成することができ、以下同様に必要条数の焼入部３４がシリンダボア３０ａの上方部から下方部に向けて順次高周波焼入れされる。
【００２７】
以上要するに、上記焼入れヘッド２４に一体的に設けられた支持体３７と、上記支持体３７内部に配設され、シリンダボア３０ａの円筒軸方向に移動可能であるとともに円筒軸方向に傾斜するテーパ部としての拡張コーン３９を備えた駆動ロッド２３と、上記支持体３７に支持され且つ、該支持体３７において上下方向に延びて形成された位置決めブロック案内溝３７ａ内に円筒径方向に摺動する複数の位置決めブロック３８と、よりなる位置決め手段を備え、上記複数の位置決めブロック３８は、上記駆動ロッド２３の拡張コーン３９の最大の直径部分よりも狭い隙間部分を有し、上記拡張コーン３９を挟んで互いが対向するように配置されており、上記駆動ロッド２３の円筒軸方向の移動により、該駆動ロッド２３の拡張コーン３９が、上記狭い隙間部分にて対向する位置決めブロック３８の部分を円筒径方向に押し出して、位置決めブロック３８をシリンダボア３０ａ内壁と当接させることにより円筒径方向のセンタリング位置で焼入れヘッド２４とシリンダボア３０ａとを相対的に固定する。従って、上述の位置決めブロック３８および拡張コーン３９を介して焼入れヘッド２４の中心位置なかんずく誘導加熱コイル３３の中心位置がシリンダボア３０ａ中心位置に確実にセンタリングされる。つまり比較的簡単な構造でありながらボア３０ａ位置を基準としてコイル位置が自動修正されてセンタリングされる。
【００２８】
この結果、焼入れヘッド２４とシリンダボア３０ａとのクリアランスの均一化が達成され、焼入れむら（焼入深さむら、表面硬度のばらつき等を含む）のない均一な焼入れを行なうことができる効果がある。
【００２９】
加えて、上述の焼入れヘッド２４の挿入先端側に位置決めブロック３８を案内する支持体３７を設けたので、この支持体３７で位置決めブロック３８の拡張動作を案内および支持することができる効果があり、特にシリンダブロック３０のボア３０ａに対する焼入れ時には、ボア３０ａ内のスペース（主としてボア３０ａ下域部のスペース）を有効利用し、焼入れヘッド２４の挿入先端側の位置決めブロック３８を介して上記センタリングを行なうことができる効果がある。
【００３０】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のワークは、実施例のシリンダブロック３０に対応し、
以下同様に、
ワークの円筒内面は、シリンダボア３０ａに対応し、
テーパ部材は、拡張コーン３９に対応し、
位置決め手段は、位置決めブロック３８に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。
【００３１】
例えばワークの円筒内面を高周波液中焼入れする時の冷却液は冷却水Ｗに代えて焼入れ用オイルを用いてもよく、拡張手段としては油圧拡張機１８に代えてＮＣ拡張機やメカニカル拡張機等の他の拡張手段であってもよく、位置決めブロック３８の使用数量は３個もしくは５個以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高周波焼入れ装置を示す系統図。
【図２】 焼入ヘッドと位置決め手段との関連構造を示す断面図。
【図３】 図２のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図４】 位置決め時の作用説明図。
【図５】 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【符号の説明】
２３…駆動ロッド
２４…焼入れヘッド
３０…シリンダブロック
３０ａ…シリンダボア
３７…支持体
３７ａ…位置決めブロック案内溝
３８…位置決めブロック
３９…拡張コーン

Claims (1)

1. 断面円形状の孔を有するワークの円筒内面を焼入れヘッドにより高周波焼入れする高周波焼入装置であって、
   上記焼入れヘッドに一体的に設けられた支持体と、
   上記支持体内部に配設され、上記孔の円筒軸方向に移動可能であるとともに円筒軸方向に傾斜するテーパ部を備えた駆動ロッドと、
   上記支持体に支持され且つ、該支持体において上下方向に延びて形成された案内溝内に円筒径方向に摺動する複数の位置決めブロックと、
   よりなる位置決め手段を備え、
   上記複数の位置決めブロックは、上記駆動ロッドのテーパ部の最大の直径部分よりも狭い隙間部分を有し、上記テーパ部を挟んで互いが対向するように配置されており、
   上記駆動ロッドの円筒軸方向の移動により、該駆動ロッドのテーパ部が、上記狭い隙間部分にて対向する位置決めブロックの部分を円筒径方向に押し出して、位置決めブロックを上記孔の円筒内面と当接させることにより円筒径方向のセンタリング位置で焼入れヘッドとワークとを相対的に固定する
   高周波焼入装置。

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