JP3760456B2 - 高周波焼入方法およびその装置 - 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方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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方法およびその装置としては、例えば、特開昭５８−３７１１７号公報に記載の構成がある。
すなわち冷却液としての冷却水を貯留した水槽を設け、この水槽を仕切板により冷却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冷却水中に没して、冷却水中にて高周波焼入れを行なうものである。
この従来構成によれば、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、ワークの加熱部が冷却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。
【０００３】
ところで、ワークにおける焼入れすべき総面積が大きい場合には、この面積が大きい被焼入部位を一度に焼入れすると、加熱抵抗の増加により加熱速度がおそくなって、加熱に時間がかかるのみならず、誘導加熱コイルを有する焼入れヘッドの製作費がコスト高となるので、このように焼入れすべき総面積が大きい場合には所定量のみ順次焼入れ処理する方法がとられている。
そこで、冷却液中において焼入れヘッドを所定間隔置きに移動させてワークに順次高周波焼入れを行なう場合、単なる冷却液中での焼入れ処理では今回焼入れした箇所の熱が液中およびワーク内を介して次回の焼入れ箇所に伝達され、この熱影響により焼入れ毎の各焼入れパターンの均一化を図ることが困難で、焼入れ箇所によって焼入れ品質、ワークの表面硬度にばらつきが生ずる問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はワークおよび液中の熱を冷却液送給方向にそって焼入れ順序方向と逆方向へ逃がすことができ、今回の焼入箇所で発生する熱が次回の焼入箇所に伝わりにくくなり、焼入毎の各焼入れパターンの均一化が達成できて、焼入れ品質の安定化を図ることができ、また均一な焼入れパターンの形成によりワークの偏摩耗等を防止することができる高周波焼入の提供を目的とする。
また、ワークの円筒内面に均一な焼入れパターンを形成することができる高周波焼入の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの特徴によれば、冷却液中において焼入れヘッドを所定間隔置きに移動させてワークに順次高周波焼入れする高周波焼入方法であって、
上記焼入れヘッドを断面円形状の孔を有するワークの前記孔の内面の一端部から他端部に向かって移動させて順次焼入れするとともに、
上記ワークの加熱部位を冷却する冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿うように上記他端部から一端部に向かって送給することを特徴とする高周波焼入方法である。
この場合、上記冷却液がワークの前記孔の内面に沿うように環状傾斜面に形成された複数の冷却液噴出口から冷却液を噴出させるのが好ましい。
この発明の別の特徴によれば、冷却液中において焼入れヘッドを所定間隔置きに移動させてワークに順次高周波焼入れする高周波焼入装置であって、
上記焼入れヘッドを断面円形状の孔を有するワークの内面の一端部から他端部に向かって移動させて順次焼入れするヘッド移動手段と、
上記ワークの加熱部位を冷却する冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿うように上記他端部から一端部に向かって送給する冷却液送給手段とを備えた高周波焼入装置が提供される。
この場合、上記冷却液送給手段は頂面外周部に環状傾斜面を有する円筒状に形成されると共に、該環状傾斜面には噴出される冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿わせる複数の冷却液噴出口が形成されることが好ましい。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
この発明によれば、ワークおよび液中の熱を冷却液送給方向にそって焼入順序方向と逆方向へ逃がすことができ、この結果、今回の焼入箇所で発生する熱が次回の焼入箇所に伝わりにくくなり、焼入毎の各焼入れパターンの均一化が達成出来て、焼入れ品質の安定化および焼入れによる表面硬度のばらつきの防止を図ることができ、また均一な焼入れパターンの形成によりワークの偏摩耗等を防止することができる効果がある。
また、ワークの円筒内面に均一な焼入れパターンを形成することができる効果がある。
【００１１】
さらに、ワークの内壁面に沿う冷却液の複数の噴出流が形成されるので、ワークの加熱部位に対する冷却効果の向上と、今回の焼入箇所で発生した熱が次回の焼入箇所に伝わるのを防止する伝熱防止効果の向上との両立を図ることができる効果がある。
【００１２】
【本発明の実施の形態】
上記のように、本発明の基本的な特徴は焼入を行うべき焼入面を有するワークおよび焼入を行うための誘導コイルを有する焼入ヘッドともに液中に配置し、液中において高周波誘導加熱によって上記ワークの焼入面に部分焼入を行い焼入部が明瞭な境界をもって非焼入部と区別できる独立分散状態の焼入パターンをワーク上に形成することにある。
本発明は、シリンダブロックのシリンダボア内面に所望の焼入パターンを形成する場合などに好適に応用することができる。
本発明の実施において使用される焼入ヘッドは、誘導加熱コイルを備えており所定の周波数、電圧、電流による電力の供給を受けてワークの焼入面を誘導加熱によって焼入温度以上に加熱する。本発明において、たとえば、特開平７−２７２８４５号公報に開示されるようなリング状の１ターンコイルが誘導加熱コイルとして好適に使用することができる。この１ターンコイルの発生する磁界はその周方向において一様ではなく、所定の角度間隔で規則的に強い磁界が発生する。このために、ワークの焼入面においては周方向において所定間隔をもって焼入温度以上に加熱されることになる。すなわち、周方向に独立分離した焼入部が発生することとなる。
【００１３】
本発明にかかる環状焼入ヘッドの一回の焼入工程において形成される焼入部は焼入面上において円周方向に独立した焼入部が全周にわたって一列に整列した焼入パターンとして形成される。この場合、環状焼入ヘッドの中心軸方向の幅は、ワークの焼入面の同方向の長さより小さくなっているのが普通であり、したがって、ワーク焼入面の全体にわたって焼入部を形成するためには、焼入ヘッドを中心軸方向に移動させて、複数回の焼入操作を行う必要がある。
軸方向に焼入ヘッドを移動させる場合に、焼入ヘッドを上記円周方向に隔置した焼入部の間隔の半分の角度だけ回転させると、焼入部の位置がその軸方向に関してその両側の焼入部の中間の角度位置になるような環状の焼入パターンが形成される。この結果焼入面全体として形成される焼入パターンは、円周方向かつ軸方向に独立した焼入部が分散形成されたパターンとなる。
本発明においては、焼入ヘッドおよびワークの両方が液中の没した状態で焼入工程を行うようになっている。
このように液中高周波誘導加熱を行うことによって、焼入をすべき領域は確実に焼入温度以上にすることができるとともに、それ以外の領域は液と接触状態にあることから焼入部の熱が焼入面の周囲の領域に対する熱影響を効果的に防止することができる。すなわち、焼入部と非焼入部との境界領域を少なくして両者を明瞭に区分することができるので、面積、形状、レイアウト等に関して所望のの焼入パターンを形成することができる。この結果、焼入パターンを有する全体表面の耐磨耗性および潤滑性の両方を有効に改善することができるものである。さらに、このように焼入部以外の領域への熱的影響を極力少なくすることができるので、本発明の液中部分焼入を行うことによって焼入部の焼入深さを、全体にわたって一様でかつ比較的薄く形成することができるという利点がある。さらに液の存在は、焼入工程の実行に伴う焼入ヘッドの加熱損傷を防止できるという効果もある。
【００１４】
なお、この焼入工程が行われる液は、代表的には外気温に近い温度に調整された水を使用することができるが、この水の性質は適宜調整することが望ましい。たとえば、焼入ヘッドへの付着物の防止のための添加物、例えば界面活性剤、ＰＨ調整剤等を入れることができる。
本発明の液中焼入を行うにあたっては、液を収容する液槽が用意される。この液槽は、ワークおよび焼入ヘッドを収容することができる大きさを有しており、好ましくは、焼入ヘッドに対して位置調整できるように平面上でその動きを制御することができるように移動制御機構を備えており、焼入ヘッドに対してＮＣ制御されるようになっている。
そして、ワークが焼入ヘッドに対して、所定の誤差範囲内にＮＣ制御された場合には、焼入ヘッドがワークの焼入面に対して軸方向に移動して、焼入ヘッドとワークとの間隔が精密に調整されて両者対峙する位置関係となった状態で焼入ヘッドに電力供給がされ、誘導加熱が行われる。焼入による一回の焼入動作は数秒程度であり、この一回の焼入工程によって、環状に所定間隔で並んだ一列の焼入部パターンを形成する。この一回の焼入工程が終わると、電力供給は一旦停止され、焼入ヘッドは異なる軸方向（通常は上下方向）の領域を焼入できるように軸方向に移動させられる。そしてこの位置において再び電力供給を受けて、焼入工程をおこなう。
【００１５】
この場合、通常は隣接する軸方向の位置に移動するが、熱影響を考慮して、隣接する位置よりも遠くの所定間隔だけ離れた軸方向に位置に設定するようにしてもよい。
なお、焼入工程中において焼入面と焼入ヘッドとの間に向けて液を噴射する液噴射手段を設けて焼入工程中において常に液流に曝して置くことが望ましく、これによって冷却効果を高めることができ、焼入ヘッド、ワークの焼入面の焼入部以外の熱影響をさらに効果的に抑制することができる。
焼入ヘッドとワークとの位置制御は必ずしもワークを焼入ヘッドに対して移動させる必要はなく、焼入ヘッドをＮＣ制御してワークに対して位置制御するように構成することも勿論可能である。
ワークを水槽に収容した状態で焼入ヘッドに対して位置を調整する場合には、まず液槽の支持部材に設けられたマスタリングを検出し、このマスタリングに基づいて焼入ヘッドとワークの位置関係を調整するのが好ましい。この場合水槽の支持部材に設けられたマスタリングが焼入ヘッドと既知の所定の位置関係にあるセンサによって検出されることによってマスタリングと焼入ヘッドとの位置関係が一義的に定まる。
【００１６】
つぎに、ワークの焼入面の位置をセンサによって検出することにより、焼入面と焼入ヘッドとの位置関係を求めることができる。このようにして求められたワークの焼入面の位置を液槽の位置制御機構に入力して、焼入ヘッドに対する所定の焼入面の位置を位置決めするようになっている。
ワークに対して焼入ヘッドを位置決めする場合には、焼入ヘッドについて同様の位置制御機構を設ければよい。
ワークは焼入工程においては液面下に位置するが、上記の位置検出の際には、その焼入面がセンサによって正確に検出できるように、液面上に露出した状態に維持されており、位置検出が行われた後にワークの焼入面が浸漬する程度に液が導入される。
また、焼入の全工程が終了した場合には、液槽内の液は速やかに排出されるとともに、液槽はワークとともに、焼入ヘッドと同軸上になった位置から所定の離間した位置まで移動させられ、その位置において焼き戻しされて、搬送ラインに戻される。
【００１７】
【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焼入れする高周波焼入方法およびその装置を示し、まず高周波焼入装置の構成について述べると、図１、図２、図３において、ベース部材としてのベッド１の一例（図１、図２の右側）にコラム２を立設すると共に、ベッド１の中間部分には門型の架構３を立設固定している。
上述のベッド１の上面には２本の水平かつ並行なＹ軸レール４、４を取付け、このＹ軸レール４、４に沿って前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能なロアテーブル５を設けている。すなわち、該ロアテーブル５の下面に設けた複数のスライダ６を上述のＹ軸レール４に摺動可能に装着する一方、ベッド１の一側端部に取付けたＹ軸モータＭ１にボールねじを連結し、このボールねじにボールを介して配設されるボールガイドナットを上述のロアテーブル５に連結することで、Ｙ軸モータＭ１の正逆回転によりロアテーブル５を前後方向（図１、図２の左右方向）に移動すべく構成している。
【００１８】
上述のロアテーブル５の上面には２本の水平かつ並行なＸ軸レール７、７を取付け、このＸ軸レール７、７に沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能なアッパテーブル８を設けている。すなわち該アッパテーブル８の下面に設けた複数のスライダ９を上述のＸ軸レール７に摺動可能に装着する一方、ロアテーブル５上に取付けたＸ軸モータＭ２にボールねじ１０を連結し、このボールねじ１０にボールを介して配設されるボールガイドナットを上述のアッパテーブル８に連結することで、Ｘ軸モータＭ２の正逆回転によりアッパテーブル８を左右方向に移動すべく構成している。
而して、上述のロアテーブル５とアッパテーブル８との両者５、８によりワークテーブル１１（いわゆるＸ−Ｙテーブルもしくはクロステーブル）を構成し、このワークテーブル１１の上面には、上方が開放された箱状の水中焼入れ用の水槽（以下単にタンクと略記する）１２を取付けている。
このタンク１２はその内部に冷却液体としての冷却水Ｗが貯留および排出されるもので、このタンク１２の内部には支持部材１３を介して被焼入れ部材としてのシリンダブロック１４（いわゆるワーク）が着脱可能に位置決め固定されている。
【００１９】
上述のシリンダブロック１４は高周波焼入れが可能な鋳鉄等の金属材料で構成され、気筒相当数（図面では直列４気筒を例示）のシリンダボア１４ａを有する。
一方、上述のコラム２の立設面には上下方向に延びる２本の並行なＺ軸レール１５、１５を取付け、このＺ軸レール１５、１５に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能な昇降ユニット１６を設けている。すなわち該昇降ユニット１６の背面（図１、図２で右側面）に設けた平板部材１７に対して複数のスライダ１８を取付け、該スライダ１８を上述のＺ軸レール１５に摺動可能に装着する一方、コラム２の上部に取付けたＺ軸モータＭ３にボールねじ１９を連結し、このボールねじ１９にボールを介して配設されるボールガイドナット２０を上述の平板部材１７に連結することで、Ｚ軸モータＭ３の正逆回転により昇降ユニット１６を上下方向に移動すべく構成している。
ここで、上述の昇降ユニット１６は平板部材１７と、この平板部材１７の前面に一体的に取付けた昇降台１とを含み、この昇降台２１には高周波誘導加熱用のトランス２２を搭載すると共に、昇降台２１の下面には上記トランス２２の２次側に電気接続された焼入れヘッド２３を垂設している。つまり、この焼入れヘッド２３は上述のＺ軸モータＭ３により上下動するように構成されている。
【００２０】
また上述の昇降台２１の台面上部には円盤受け部材２４を介して円盤２５を取付け、図２に示すように、この円盤２５の一部にギヤ２６を部分的に一体形成する一方、焼入れ位置変更用モータＭ４の回転軸２７にはピニオン２８を取付け、このピニオン２８を上述のギヤ２６と噛合わせている。
而して、上述のモータＭ４の正逆回転によりピニオン２８、ギヤ２６および円盤２５を介して上述のトランス２２と焼入れヘッド２３とを一体的に仮想水平面内において該焼入れヘッド２３のセンタ部（センタリングポイント）を中心として所定角度捻回すべく構成している。
さらに上述の昇降ユニット１６の下面と対向するように前記のベッド１の左右両側にはバランス用エアシリンダ２９を立設固定し、このエアシリンダ２９のピストンロッド３０でアタッチメント３１を介して昇降ユニット１６のブラケット３２に対して昇降ユニット１６およびトランス２２等を含む昇降部の重量に対向する圧力を付加することで、上述のＺ軸モータＭ３の移転負荷を軽減すべく構成している。
なお、上述のバランス用エアシリンダ２９のピストンロッド３０は昇降ユニット１６の昇降と対応して突没制御されることは勿論である。
【００２１】
ところで、上述の架構３にはワーク円筒位置としてのシリンダブロック１４のボア１４ａ位置を計測するボア位置測定子３３を取付けている。このボア位置測定子３３としては本来、ワークの内径を測定するのに用いられる差動トランス型内径測定子いわゆるマーポスゲージ（商品名）を用い、この差動トランス型内径測定子でボア１４ａの中心位置を求めるように構成している。
また前述のワークテーブル１１、詳しくはアッパテーブル８には焼入れヘッド２３の取付位置を測定する測定手段としての電気抵抗式のタッチ信号プローブ（以下単にタッチプローブと略記する）３４と、テーブル基準部材としてその上部に凹状に窪んだ円筒部を有するマスタリング３５とを離間させて立設固定している。
上述のボア位置測定子３３は上下方向（Ｚ軸方向）に移動できるように構成されている。
すなわち、図４に示す如く測定子昇降台３６に上述のボア位置測定子３３を取付ける一方、架構３側の固定部材３７には上下方向に延びる２本（但し、図４では一方のみを示す）のレール３８を取付け、測定子昇降台３６の背面に取付けた複数のスライダ３９を該レール３８に装着して昇降用モータＭ５の正逆回転によりボア位置測定子３３を上下方向に移動すべく構成している。
【００２２】
ここで、上述の昇降用モータＭ５にはカップリング４０を介してボールねじ４１を連結し、このボールねじ４１にボールを介して配設されるボールガイドナット４２を上述の測定子昇降台３６に連結している。
一方、上述の焼入れヘッド２３は図５乃至図８に示すように構成されている。すなわち、この焼入れヘッド２３はトランス２２の２次側に接続される接続フランジ部４３と、シリンダブロック１４のボア１４ａに対して焼入れを行なうＣｕ製の誘導加熱コイル４４と、これら両者４３、４４を接続するＣｕ製のリード部４５とを備え、必要箇所を四フッ化エチレン樹脂または雲母（マイカ）製の絶縁板４６で絶縁している。
また、この実施例ではシリンダブロック１４のボア１４ａを円周上１１等分にて同時に焼入れする目的で、上述の誘導加熱コイル４４には１１箇所の凸部４７（図７参照）と１１箇所の凹部４８（図７参照）とを形成し、これらの各凸部４７には磁束密度を集中および向上させる目的で磁気コア４９を配設している。
さらに上述の誘導加熱コイル４４の下方部には、予め焼入れヘッド２３に対して芯出しされた状態で合成樹脂、例えばＮＣナイロン製のヘッドセンタリング計測用の計測部５０を組み付けている。
【００２３】
加えて、焼入れヘッド２３のシリンダボア１４ａへの挿入先端部としての最下端部位にはシリンダボア１４ａの内面に対する干渉を検知するために、ステンレス製棒状体を十文字に組合わせた非磁性通電部材５１が取付けられている。
この非磁性通電部材５１は図５に示すように誘導加熱コイル４４の外径部に対して若干量Ｌだけ径方向外方へ突出するようにその長さが設定された弾性部材である。
この非磁性通電部材５１を用いた干渉検知回路は図８に示す如く構成される。すなわち、アース５２と焼入れヘッド２３の接続フランジ部４３との間を結ぶライン５３に、干渉検知電源５４および干渉検知リレー５５を介設する一方、上述の誘導加熱コイル４４と非磁性通電部材５１とをＳＵＳ製のリード線５６で接続し、上述の干渉検知電源５４により非磁性通電部材５１に例えば１０数ボルトの電圧を印加し、この非磁性通電部材５１をシリンダブロック１４のボア１４ａ内に挿して、該非磁性通電部材５１がボア１４ａに干渉した時、通電回路が形成されて、干渉検知リレー５５がＯＮになるように構成されている。
ここで、詳述の非磁性通電部材５１およびリード線５６は、非磁性条件、通電条件および加熱されにくい条件を全て満たすステンレスにより構成される。
【００２４】
ところで、上述のタンク１２に対して冷却水Ｗを供給、排出および循環させる冷却水系路は図９に示すように構成している。
すなわち、高周波焼入装置のベッド１（図１参照）底部に形成された底面スライド構造の冷却水リターン通路６０と、この冷却水リターン通路６０の傾斜下端部に連通形成された冷却水ドレンタンク６１と、上述の冷却水リターン通路６０の傾斜上端側に対して離間形成された冷却水供給タンク６２とを備え、この冷却水供給タンク６２内に配設したストレーナ６３にサクションライン６４を介して送液用の第１ポンプ６５を接続し、この第１ポンプ６５の吐出ライン６６には流量調整弁６７を介設している。
また上述の吐出ライン６６の先端を３つの分岐ライン６８、６９、７０に分岐し、第１分岐ライン６８には第１バルブ７１を介設すると共に、この第１分岐ライン６８の先端をタンク１２の左右両側（但し、図面では一側のみを示す）に形成したインレットポート７２に連続接続している。同様に上述の第２分岐ライン６９には第２バルブ７３を介設すると共に、この第２分岐ライン６９の先端をタンク１２の底部複数箇所に形成したインレットポート７４に連続接続している。ここで、上述の各ライン６６、６８、６９、７０は各タンク１２がワークテーブル１１に追従移動するのでその必要箇所をフレキシブル構成をなすことは勿論である。
【００２５】
上述の第３分岐ライン７０には第３バルブ７５を介設すると共に、この第３分岐ライン７０の先端は上述のタンク１２の内底部に配設された連通パイプ７６に連通接続し、この連通パイプ７６にはシリンダブロック１４の気筒相当数の各ボア１４ａ下方部にそれぞれ位置する冷却液送給手段としての冷却水噴射ノズル７７を連通接続している。
ここで、上述の第１、第２、第３の各バルブ７１、７３、７５および後述する第４バルブ８５は電磁開閉弁単独または電磁開閉弁と流量制御弁との組合せにより構成される。また上述のタンク１２内の冷却水Ｗは同タンク１２の底部に取付けられたピンチバルブ７８の開時に冷却水リターン通路６０に一度に排出処理される一方、このタンク１２からオーバフローした冷却水Ｗも上述の冷却水リターン通路６０に流出される。
さらに、冷却水ドレンタンク６１内に配設したストレーナ７９にサクションライン８０を介して冷却水還流用の第２ポンプ８１を接続し、この第２ポンプ８１の吐出ライン８２先端を冷却水供給タンク６２に臨設すると共に、この吐出ライン８２にはフィルタ８３、冷却水を所定温度に降温冷却するための冷却器８４および第４バルブ８５を介設している。
【００２６】
また上述の冷却水Ｗには予め所定量の防錆材が添加される一方、図９に示すような冷却水系路の構成により、冷却水供給タンク６２から水槽としてのタンク１２に供給され、ワークの冷却に供された冷却水Ｗは冷却水リターン通路６０を介して冷却水ドレンタンク６１に貯留された後に、第２ポンプ８１の駆動によりその吐出ライン８２を介して再び冷却水供給タンク６２に至って循環使用される。上述の冷却液送給手段としての冷却水噴射ノズル７７は図１０、図１１に示すように頂面外周部に環状傾斜面７７ａを有する円筒状に形成され、この環状傾斜面７７ａには多数の冷却水噴出口７７ｂが形成されて、これらの各冷却水噴出口７７ｂから噴出される冷却水をシリンダボア１４ａの内壁面に沿わせて、多数の噴出流Ａを形成するように構成している。
この実施例ではヘッド移動手段としてのＺ軸モータＭ３で焼入れヘッド２３をシリンダボア１４ａの上部（トップデッキ側）から下部（オイルパン側）に向けて移動する。つまり焼入順序方向を図１０の矢印Ｂ方向に設定しているので、上述の冷却水噴射ノズル７７は冷却水Ｗをシリンダボア１４ａの下方から上方に向けて噴射送給する。
【００２７】
図１２は高周波焼入装置の制御回路ブロック図を示し、ＣＰＵ９０はボア位置測定子３３、タッチプローブ３４、干渉検知リレー５５からの必要な各種信号入力に基づいて、ＲＯＭ８６に格納されたプログラムに従って、Ｙ軸モータＭ１、Ｘ軸モータＭ２、Ｚ軸モータＭ３、焼入れ位置変更用モータＭ４、ボア位置測定子昇降用モータＭ５、バランス用エアシリンダ２９および発振器８７、ピンチバルブ７８、各ポンプ６５、８１、各バルブ７１、７３、７５、８５および流量調整弁６７を駆動制御し、またＲＡＭ８８はボア位置測定子３３で計測されたシリンダボア１４ａの計測位置データ、ボア位置測定子３３で計測されたマスタリング３５の計測位置データ、タッチプローブ３４で測定された焼入れヘッド２３の取付位置データ、タッチプローブ３４で測定された焼入れヘッド２３の取付位置データ、タッチプローブ３４で測定されたボア位置測定子３３の位置データなどの必要な各異種データやマップを記憶する。
上述のタッチプローブ３４による焼入れヘッド２３の取付位置測定に際しては、この焼入れヘッド２３に予め芯出し固定されたＮＣナイロン製のヘッドセンタリング計測用の計測部５０を利用して行なわれる。つまり図７において非磁性通電部材５１が配設された箇所から各４５度隔てた計測部５０外周にタッチプローブ３４の先端球状部を接触させ、合計４箇所の位置から焼入れヘッド２３のセンタリングポジションを割出す。また上述の発振器８７は高周波誘導加熱電源（図示せず）に接続されている。
【００２８】
本願発明の高周波焼入方法の説明に先立って、図１３、図１４、図１５に示すフローチャートを参照して、コイル位置決定処理、座標ゼロイング処理、ボア位置補正処理について略記する。
まず図１３のフローチャートを参照して誘導加熱コイル４４の位置（焼入れヘッド２３の位置）決定処理について述べると、第１ステップＳ１で、トランス２２の２次側にて作業にて焼入れヘッド２３を取付け、次の第２ステップＳ２で、ＣＰＵ９０はコイル取付け誤差を測定する。
つまり、Ｙ軸モータＭ１、Ｘ軸モータＭ２を介してワークテーブル１１を移動して、タッチプローブ３４でボア位置測定子３３の位置を測定し、次に同様にワークテーブル１１を移動して、タッチプローブ３４で焼入れヘッド２３の位置を測定する。この際、タッチプローブ３４の先端球状部をＮＣナイロン製の計測部５０に接触させて、センタリングポジションを割出す。
次に第３ステップＳ３で、ＣＰＵ９０は誘導加熱コイル４４の位置が許容範囲か否かを判定、例えば0.１mm以下の時にはＯＫとし、それ以上の時にはＮＧとする。
【００２９】
次に第４ステップＳ４で、ＣＰＵ９０はボア位置測定子３３の測定位置データから焼入れヘッド２３の位置を割出して、決定する。このようにして決定された焼入れヘッド２３の取付位置データはＲＡＭ８８の所定エリアに記憶される。この図１３に示す一連の処理は始動時（始業時）および所定時間間隔にて実行される。
次に図１４のフローチャートを参照して座標ゼロイング処理について述べると、第１ステップＳ１１で、ＣＰＵ９０はマスタリング３５の位置確認を実行する。
つまりワークテーブル１１を介してマスタリング３５をボア位置測定子３５の直下に移動させ、次にボア位置測定子昇降用モータＭ５を介してボア位置測定子３３を下降させて、このボア位置測定子３３をマスタリング３５内に挿入することで、マスタリング３５の位置を確認する。
次に第２ステップＳ１２で、ＣＰＵ９０は座標誤差が許容範囲内か否かを判定する。例えば座標の狂いが８０μm 以下の時にはＯＫとし、それ以上の時にはＮＧとする。阻止してＯＫと判定された時には第３ステップＳ１３に移行する一方、ＮＧと判定された時に別の第４ステップＳ１４に移行する。
【００３０】
上述の第３ステップＳ１３で、ＣＰＵ９０は座標のゼロイングを実行する一方、第４ステップＳ１４ではＣＰＵ９０はマシン停止を実行する。上述の座標ゼロイングデータはＲＡＭ８８の所定エリアに記憶される。この図１４に示す一連の処理は始動時（始業時）および所定時間間隔にて実行される。
次に図１５のフローチャートを参照してボア位置補正処理について述べると、第１ステップＳ２１で、ＣＰＵ９０はワークとしてのシリンダブロック１４のボア位置の確認処理を実行する。
つまり、ワークテーブル１１を介してシリンダブロック１４のボア１４ａがボア位置測定子３３の直下に位置するように移動させる。次にボア位置測定子昇降用モータＭ５を介してボア位置測定子３３を下降させて、このボア位置測定子３３をボア１４ａ内に挿入することで、ボア位置の確認を実行する。
次に第２ステップＳ２２で、ＣＰＵ９０はボア位置が許容範囲か否かを判定する。例えば前述の座標ゼロイング値に対して補正最大量が0.２mm以下の時にはＯＫとし、それ以上の時にはＮＧとする。そして、ＯＫと判定された場合には次の第３ステップＳ２３に移行する一方、ＮＧと判定された場合には別の第５ステップＳ２５に移行して、不良ワークを除外する。
【００３１】
一方、上述の第３ステップＳ２３で、ＣＰＵ９０はボア位置の確認データと座標ゼロイング値との対比によりボア位置の補正量を決定し、この補正量に対応して焼入れ時においてワークテーブル１１を介してボア位置の補正を実行する。なお、このような処理は全気筒に対してそれぞれ実行させる。次に第４ステップＳ２４で、ＣＰＵ９０は焼入れ開始を実行する。
なお、上述の第４ステップＳ２４での焼入れ開始実行までの間にＣＰＵ９０は第１ポンプ６５等を駆動して、図９に仮想線αで示すタンク１２の約半分までの位置に冷却水Ｗを予め貯留する。
また、上述の焼入れ開始に先立って、ワークテーブル１１によりタンク１２およびシリンダブロック１４を図１に示す位置から同図の右方へ移動して、シリンダボア１４ａを焼入れヘッド２３の直下に位置させた後に、ボア１４ａ内に挿入される非磁性通電部材５１がボア１４ａ内面と干渉した場合には、干渉検知リレー５５がＯＮとなり、このＯＮ信号によりＣＰＵ９０はＺ軸モータＭ３を停止するが、干渉のない正常時には高周波液中焼入れが実行される。
さらに、この焼入れ開始時には、ＣＰＵ９０は第１ポンプ６５等を駆動して複数のインレットポート７２、７４から短時間でタンク１２の所定位置（図９の実線位置参照）まで冷却水Ｗを貯留する。
【００３２】
この実施例においてはＺ軸モータＭ３を駆動して焼入れヘッド２３をシリンダボア１４ａの上部から下部に向けて所定間隔置きに移動させ、図１６に示す焼入れ斑ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊがこの順に１条ずつ形成される焼入順序にて高周波焼入を実行する。１条の焼入工程は約０．５秒で完了し、焼入ヘッドは、次の位置には約０．５秒かけて移動する。５条の環状焼入部を形成する場合には１つのシリンダボア内面の焼入行うのに約５秒が必要である。
この時、上述の焼入順序方向（図１０の矢印Ｂ方向）と対向する逆方向からシリンダボア１４ａの加熱部位を冷却する冷却水Ｗを送給する。つまり定位置に予め位置決め固定されたシリンダボア１４ａ下方部の冷却水噴射ノズル７７における冷却水噴射口７７ｂからの噴出流Ａがシリンダボア１４ａの内壁面に沿ってその下方から上方に向けて形成されるように冷却水を常時噴出する。
図１６はシリンダブロック１４におけるボア１４ａを展開し、かつ焼入れ斑が形成される部位を図示の便宜上ハッチングを施して示す説明図で、同図のピストンのストローク方向と対応する。而して焼入れヘッド２３における誘導加熱コイル４４による焼入れ順序は図１６に示す焼入れ斑がａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊの順で形成されるように設定する。
【００３３】
この時、焼入れ斑ａ〜ｅの次に焼入れ斑ｆ〜ｊを形成するには、焼入れヘッド２３を所定角度だは捻回する必要があるので、この場合、ＣＰＵ９０は焼入れ位置変更用モータＭ４を駆動して、ピニオン２８、ギヤ２６および円盤２５を介してトランス２２と共に焼入れヘッド２３の角度を所定量変更する。なお、このような焼入れ順序に設定すると、前回の焼入れ熱による影響を受けない部位を順次高周波液中焼入れすることができるので、冷却水Ｗによる冷却時間をかせぎつつ、熱影響をなくすことができて、図１６に示すような千鳥状もしくは市松模様の焼入れ斑ａ〜ｊを形成することができる。また名焼入れ斑相互間に所定の間隔があるため、この間隔部分（焼入れ斑が形成されていない部分）でエンジンのシリンダに必要なオイル保持を確保しつつ、焼入れ斑ａ〜ｊが形成された部位の表面硬度向上により耐摩耗製の向上を図ることができる。
以上要するに本発明の高周波焼入方法によれば、焼入れヘッド２３による焼入順序方向（図１０の矢印Ｂ方向参照）と対向する逆方向からワーク（シリンダブロック１４参照）の加熱部位を冷却する冷却水Ｗを送給する方法であるから、ワークおよび冷却水中の熱を冷却液送給方向にそって焼入れ順序方向と逆方向へ逃がすことができ、この結果、今回の焼入箇所で発生する熱が次回の焼入箇所に伝わりにくくなり、焼入毎の各焼入れパターンの均一化が達成できて、焼入れ品質の安定化を図ることができ、また均一な焼入れパターンの形成によりワークの偏摩耗等を防止することができる効果がある。
【００３４】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の冷却液は、実施例の冷却水Ｗに対応し、
以下同様に、
ワークは、シリンダブロック１４に対応し、
ワークの円周内面は、ボア（詳しくはシリンダボア）１４ａに対応し、
ヘッド移動手段は、Ｚ軸モータＭ３に対応し、
冷却液送給手段は、冷却水噴射ノズル７７に対応し、
冷却液噴出口は、冷却水噴出口７７ｂ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。
例えば、上述の冷却液としては冷却水Ｗに代えて焼入れ用のオイルを用いてもよく、また上述の焼入れヘッド２３の内部に自己冷却用の冷却水通路を形成してもよい。さらに焼入れにより形成される焼入れ斑の条数は実施例のものに限定されてるものではなく、さらにまた焼入れ斑の形成順序は実施例で示してａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊの順序に代えてａ，ｆ，ｂ，ｇ，ｃ，ｈ，ｄ，ｉ，ｅ，ｊの順序になるように設定してもよい。
【００３５】
なお、焼入装置は、上記したようにベッド１に設けられたコラム２と、ベッド１の中間部分に設けられた架構３を備えている。そして、ベッド１の上方には、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に移動可能なワークテーブル１１が配置されており、このワークテーブル１１上には、ワークを配置したタンク１２が設けられている。
架構３の後方には、円盤２５とその中心位置に配置された焼入ヘッド２３が位置している。
図２に示すように、本実施例では、この焼入装置に隣接して焼戻し装置が配置される。焼戻し装置は上記焼入装置と同様に、Ｙ軸方向に延びるレール１００、１００を備えている。
該レール１００には、焼戻しを行うシリンダブロック１４を載置するテーブル１０１がレール上を移動可能に設置されている。レール１００の一端側には、シリンダブロック１４の焼戻しを行う焼戻しヘッド１０２が設置されている。本例ではワークは４つのシリンダボアを有する４気筒用シリンダブロックであるので、それぞれのシリンダボア内面の高周波誘導加熱を一度に行うために４つの円筒上高周波誘導加熱コイル１０３、１０３、１０３、１０３を備えている。この高周波誘導加熱コイルは焼戻しヘッド１０２から垂下しており、ワークのシリンダボア内面に対して上記焼入装置の焼入ヘッド２３の環状高周波誘導加熱コイル４４と同様の手法で位置決めされるようになっている。
【００３６】
この高周波誘導加熱コイル１０３をシリンダブロック１４に対してセットし、後退させるために焼入装置と同様に昇降装置１０４が取り付けられている。
焼戻しヘッドから離間した第１位置にワークを載置するテーブル１０１が位置するとき、この側方には、焼戻し加熱されたシリンダブロックを水冷するための冷却水を貯溜した箱型の冷却水槽１０５が配置されている。
焼入処理が行われたのちワークは、焼入装置の焼入ヘッドのある第２位置から第１位置までレール４上をタンク１２に入れられた状態で戻される。この第１位置においてワークはローダ（図示せず）によってタンク１２から持ち上げられ、図２においてラインＸ１にそってＸ方向に移動させられて、焼戻し装置に搬入される。
この場合、シリンダブロック１４は、上記のように第１位置にあるテーブル１０１上に配置される。次に、ワーク１４を載せたテーブル１０１がＹ軸方向に移動させられて焼戻しヘッド１０２の直下に位置決めされる。この状態で昇降装置１０４が駆動して焼戻しヘッド１０２が下降し、各高周波誘導加熱コイル１０３がシリンダブロックのシリンダボア内面１４ａの内部に挿入されて所定の対峙した位置関係に配置される。そして、所定の条件の焼戻しヘッド１０２に電力が供給されて、シリンダブロック１４は、常温から約１分かけて約３００℃ないし３５０℃に高周波誘導加熱される。シリンダブロック１４はこの温度で所定時間保持されたのち、テーブル１０１が駆動されて第２位置から焼戻しヘッド１０２から離間した第１位置まで移動させられる。この状態でローダが再び駆動されて、テーブル１０１上にあるワークを把持して冷却槽１０５内に浸漬させる。この冷却水槽は、ほぼ外気温に維持されているので、シリンダブロック１４は、約２乃至３分で外気温のレベルまで冷却される。
【００３７】
冷却後ワークは、ローダによって冷却槽１０５からピックアップされてさらＸ軸方向に移動させられて、冷却槽か１０５からさらに所定距離だけＸ軸方向に離間した位置でテーブル１０６上で待機させられる。そして、所定のタイミングでＹ軸方向に移動するベルトコンベア１０７に移載され、コンベヤ１０７からさらにその一端部側に配置されたＡＧＶ１０８に積み込まれ、その後通常の製造ラインに戻される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波焼入方法に用いる高周波焼入装置の側面視図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１の左側面視図。
【図４】ボア位置測定子の昇降構造を示す説明図。
【図５】焼入れヘッドの構成を示す正面図。
【図６】図５の右側面図。
【図７】図５の底面図。
【図８】干渉検知用の回路を示す説明図。
【図９】冷却水系路を示す系統図。
【図１０】本発明の高周波焼入方法を示す説明図。
【図１１】冷却水噴射ノズルの斜視図。
【図１２】制御回路ブロック図。
【図１３】コイル位置決定処理を示すフローチャート。
【図１４】座標ゼロイング処理を示すフローチャート。
【図１５】ボア位置補正処理を示すフローチャート。
【図１６】本発明の高周波焼入方法により形成された焼入れ斑の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１４ シリンダブロック（ワーク）
１４ａ ボア
２３ 焼入れヘッド
７７ 冷却水噴射ノズル
７７ａ 環状傾斜面
７７ｂ 冷却水噴出口
Ｍ３ Ｚ軸モータ（ヘッド移動手段）。

Claims (4)

1. 冷却液中において焼入れヘッドを所定間隔置きに移動させてワークに順次高周波焼入れする高周波焼入方法であって、
   上記焼入れヘッドを断面円形状の孔を有するワークの前記孔の内面の一端部から他端部に向かって移動させて順次焼入れするとともに、
   上記ワークの加熱部位を冷却する冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿うように上記他端部から一端部に向かって送給することを特徴とする高周波焼入方法。
2. 上記冷却液がワークの前記孔の内面に沿うように環状傾斜面に形成された複数の冷却液噴出口から冷却液を噴出することを特徴とする請求項１記載の高周波焼入方法。
3. 冷却液中において焼入れヘッドを所定間隔置きに移動させてワークに順次高周波焼入れする高周波焼入装置であって、
   上記焼入れヘッドを断面円形状の孔を有するワークの前記孔の内面の一端部から他端部に向かって移動させて順次焼入れするヘッド移動手段と、
   上記ワークの加熱部位を冷却する冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿うように上記他端部から一端部に向かって送給する冷却液送給手段とを備えた高周波焼入装置。
4. 上記冷却液送給手段は頂面外周部に環状傾斜面を有する円筒状に形成されると共に、
   該環状傾斜面には噴出される冷却液を上記ワークの前記孔の内面に沿わせる複数の冷却液噴出口が形成されたことを特徴とする請求項３記載の高周波焼入装置。

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