JP3733615B2 - 高周波焼入装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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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