JP5467671B2 - 焼入れ装置および焼入れ方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼入れ装置および焼入れ方法に関する。

焼入れには、冷却剤の種類により、水や油などの浴中にワークを浸漬して行う浴焼入れや、液体を噴霧して行うスプレー焼入れ、気体噴射により行うガス焼入れなどがあり、主に金属部品を大量に焼入れ処理する場合には、浴焼入れが好適に使用されている。

この種の焼入れ処理においては、大量に処理する各部品を均質に冷却する点が課題となっており、そのために、種々の対策が講じられている。

例えば、下記特許文献１には、油槽内に貯溜した焼入れ油を攪拌可能な回転体（アジテータ）を有する焼入れ装置を用いた焼入れ方法であって、焼入れ時にアジテータの回転速度を調整することで、ワークを均質に焼入れするための方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、焼入れ液に浸漬させたときのワークの姿勢を変えることなく当該ワークをその垂直面内で公転させることで、ワーク焼入れ面の全面に順次焼入れ液の流れを与えて焼入れを行う方法が開示されている。
特開２０００−３０９８２１号公報 特開昭５７−３５６１４号公報

ところで、上記焼入れ時、所定温度にまで加熱したワークを焼入れ油等の冷却液に浸漬させると、ワークの周囲の冷却液が沸騰し、気泡が発生する。この際、ワークの形状やその載置態様によっては、上記気泡がワーク表面の全面に付着せずその一部にのみ付着する。このような場合には、気泡が付着している部分と付着していない部分との間で冷却速度に差を生じ、このことが当該部品の焼入れ品質に多大な影響を及ぼす可能性が生じる。

ここで、上記特許文献１に開示の方法は、油槽内におけるワークとアジテータとの距離を考慮してアジテータの回転速度を調整することによりワークの均質な焼入れを図ったものであり、ワークの表面に付着した気泡の影響を考慮したものではない。また、アジテータの回転速度を変更した程度では、ワーク表面における気泡の付着状態（一部に気泡が付着した状態）を変化させることは難しい。

また、上記特許文献２に開示の方法は、油槽内におけるワークと焼入れ液の流れとの関係に着目して、ワークを垂直面内で公転させ、ワークの均質な焼入れを図ったものである。そのため、当該方法も、ワークの表面に付着した気泡の影響を考慮したものではない。また、ワークの公転速度を高めれば、ワークの浸漬時の姿勢を維持することが困難となるため、単に公転速度を変更するだけでワーク表面における気泡の付着状態を変えることは難しい。

以上の事情に鑑み、浸漬時に発生する気泡の影響でワークの冷却速度にばらつきが生じるのを防いで、ワークに均質な焼入れ処理を施すことを本発明により解決すべき技術的課題とする。

本発明は、前記課題の解決を図るためになされたものである。すなわち、本発明に係る焼入れ装置は、ワークに焼入れを施すための装置であって、焼入れ用の冷却液と、冷却液を貯溜し、かつ、貯溜した冷却液中にワークを浸漬可能とする焼入れ槽と、焼入れ槽内に、下方から上方に向けて前記ワークを通過する向きの冷却液の対流を発生させる対流発生手段とを備えたものにおいて、焼入れ槽内に浸漬させ、焼入れ槽内の所定位置に保持した状態のワークの気泡付着箇所に向けて冷却液を吹付けることのできる冷却液吹付け手段をさらに備え、冷却液吹付け手段による冷却液の吹付け方向と、対流発生手段により発生させた対流の向きとが直交するように構成された点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係る焼入れ装置は、浸漬状態のワークに対して焼入れ用の冷却液を吹付け可能とした点を新規な構成として有するものである。かかる構成によれば、ワーク表面に存在する気泡に向けて所定圧の冷却液を吹付けることで、当該気泡が細分化され、あるいは、吹き飛ばすことでワーク表面から気泡が除去される。そのため、ワークの部位により冷却速度が異なる事態を防いで、あるいは冷却速度のばらつきを小さく抑えて、個々のワークに対して均質な焼入れを施すことができる。なお、上記「細分化」の程度に関していえば、ワーク表面の冷却速度に影響を及ぼさないとみなせる程度にまで細分化されているのが好ましい。

また、冷却液吹付け手段は、少なくともワークの表面に気泡が存在している間、冷却液を吹付けるように構成されていてもよい。冷却液のワークへの吹付け態様は、冷却液を吹付けるべきワークの気泡付着箇所に応じて定めるのがよいが、一方で、当該吹付け態様が、焼入れ槽中に生じる対流に必ずしも好影響を及ぼすとは限らない。そのため、例えば別途具備したアジテータなどの対流発生手段により必要十分な対流が確保されている場合には、上述のように必要最小限の時間だけ冷却液をワークに吹付けるようにすることで、対流への影響を極力小さくすることができる。もちろん、吹付け作業が短時間で済むのであれば、作業効率も良好である。

また、冷却液吹付け手段は、焼入れ槽に貯溜された冷却液を循環利用してワークに吹付けるように構成されていてもよい。焼入れ槽中の冷却液を循環利用してワークに吹付けるようにすれば、当該吹付け時にワークに実際に接している冷却液の温度と同等の温度を有する冷却液を、ワークに吹付けることができる。そのため、吹付け箇所とそれ以外の箇所とでワークと接する冷却液の温度差を小さくして、あるいは無くして焼入れ品質を一層高めることができる。

また、前記課題の解決は、ワークに焼入れを施すための方法であって、焼入れ用の冷却液を貯溜した焼入れ槽内に、下方から上方に向けて前記ワークを通過する向きの冷却液の対流を発生させた状態で、焼入れ槽内にワークを浸漬させることで行うものにおいて、焼入れ槽内に浸漬させ、焼入れ槽内の所定位置に保持した状態のワークの気泡付着箇所に向けて冷却液を吹付け、かつその際の前記冷却液吹付け手段による前記冷却液の吹付け方向と、前記対流発生手段により発生させた対流の向きとが直交するように構成することで、気泡を微細化し又は吹き飛ばすようにしたことを特徴とする焼入れ方法によっても達成される。

以上のように、本発明によれば、浸漬時に発生する気泡の影響でワークの冷却速度にばらつきが生じるのを防いで、ワークに均質な焼入れ処理を施すことができる。

以下、本発明に係る焼入れ装置の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る焼入れ装置１の断面図を示している。この図において、焼入れ装置１は、冷却液としての油２と、油２が貯溜される焼入れ槽３と、対流発生手段としてのアジテータ６と、焼入れ槽３内の油２中に浸漬され、バスケット５に収容された状態でパレット４上に載置された複数のワークＷに向けて冷却用の油２を吹付ける油吹付け手段７とを備える。

アジテータ６はその先端に取付けた攪拌羽根を回転させることで、所定の向きに油２の対流を生じさせ、焼入れ槽３内の油２の温度を均一に保つためのもので、この図示例では、ワークＷの周囲に配設された複数のアジテータ６により、焼入れ槽３の内面に設けたガイド面に沿ってワークＷを下方から上方に向けて通過する油２の流れを作り出すようになっている。

ワークＷは、詳細な説明は割愛するが、その形状に応じて適当な配列態様でバスケット５内に配列されている。そして、パレット４上に載置されたバスケット５を所定深さ位置にまで浸漬させることで、焼入れ時のワークＷの鉛直方向の位置決めがなされる。この場合、図示は省略するが、適当な位置決め治具を焼入れ装置１の上方から架設して、ワークＷおよびワークＷを載置したパレット４を所定深さ位置にて位置決め保持するようにしても構わない。

油吹付け手段７は、この実施形態では全体として管状をなし、ワークＷの側方に立設配置されている。管状をなす油吹付け手段７の側面には、例えば図２に示すように複数の開口８が設けられており、油吹付け手段７の内部空間に油２を送り込むことで、当該送り込まれた油２が開口８を通過してワークＷに向けて吹付けられるように構成されている。この実施形態では、油吹付け手段７の外周面のうちワークＷ（を収容したバスケット５）と対向する領域に複数の開口８が設けられている。

以上の構成を有する焼入れ装置１を用いたワークＷの焼入れ作業は、例えば下記の如く行われる。

まず、予めアジテータ６を回転駆動させておき、焼入れ槽３内に油２の所定の対流を生じさせておく。そして、この状態から、パレット４上に載置されバスケット５に収容されたワークＷを焼入れ槽３内に貯溜された油２中に浸漬させていき、ワークＷが所定の鉛直方向位置に到達するのに合わせて、油吹付け手段７により油２をワークＷに向けて吹付ける。これにより、浸漬の開始と共にワークＷもしくはパレット４の表面に発生した気泡が吹付けた油２により細分化され、あるいは吹き飛ばされる。従い、ワークＷ表面の気泡付着状態が早期に均一化され、ワークＷの表面がその部位によりばらつきを生じることなく均一に冷却される。

また、この実施形態では、ワークＷの周囲に配置したアジテータ６の対流発生作用により、主にワークＷを上下方向に通過する（下方から上方に向けて）対流が発生するところ、これに加えて、ワークＷの側方から油吹付け手段７により冷却液たる油２をさらに吹付けることで、対流の向きが変化する。このように、油吹付け手段７による油２の吹付け方向と、アジテータ６（対流発生手段）により発生させたワークＷに対する対流の向きとを異ならせることで、焼入れ槽３中の油２の温度むらを極力へらして均一な冷却作用をワークＷにもたらすことができる。

もちろん、焼入れ時の油２の上記吹付けは、少なくともワークＷの表面のうち特に気泡が付着しやすい部位に向けて実施されるように構成されていればよく、そのために、ワークＷの浸漬位置（鉛直方向位置）が正確に設定されていればよい。

例えば、図３に示すように、無段変速機（ＣＶＴ）のプーリ付き軸をワークＷとする場合であって、そのシャフト１１を立設した状態でパレット４上に配列する場合、焼入れ時にはシャフト１１に固定されたプーリー１２の下面１３に気泡が溜まりやすい。このような場合であれば、プーリー１２の下面１３に油２を吹付けられるように、油吹付け手段７とワークＷとの位置関係を予め設定しておけばよい。この図示例では、管状をなす油吹付け手段７の一側部から半径方向にノズル９を突出させ、このノズル９を介して気泡の付着しやすい箇所に向けて焼入れ用の油２を吹付けるように構成している。この種のワークであれば、特にＶベルトとの摺動面１４の精度が重要となるところ、上記構成に係る焼入れ装置１であれば、プーリー１２の上面と下面１３とでの冷却速度の差に起因して生じる反り等の変形を極力抑えて、焼入れ後のプーリー１２の形状精度を確保することができる。上記吹付け態様は、何もプーリー１２を一体に有するシャフト１１に限ったことではなく、比較的気泡が付着しやすく、また、残りやすい鉛直下面を油２に接した状態で焼入れ槽３中に浸漬されるワークＷ全てに対して有効に作用する。

また、油吹付け手段７は、ワークＷに向けて油２を吹付けるべき箇所に応じて、焼入れ槽３中の適切な位置に配設すればよく、また、その吹付け構造（開口８の位置、形態、数など）についてもワークＷに油２を吹付けるべき箇所に応じて定めればよい。

油吹付け手段７による油２の吹付けは、少なくともワークＷの表面に気泡が発生している間、好ましくは上記表面に気泡が発生している間、さらに好ましくはワークＷの周囲から気泡が完全に無くなりワークＷ周辺の油２の状態が安定するまでの間、継続して行うのがよい。具体的には、上記気泡の有無あるいは多寡を適当なセンサで検知し、この検知結果に基づき油吹付け手段７による油２の吹付け動作を制御する制御装置を設けて、上記吹付け作業を行うようにすればよい。

また、油吹付け手段７による油２の吹付け開始時期については、ワークＷが焼入れ槽３内の鉛直所定位置に到達する前、例えばワークＷの浸漬を開始するのと同時に、あるいは、浸漬を開始する所定時間前、の何れとしてもよい。

また、油吹付け手段７は、焼入れ槽３に貯溜された冷却液としての油２を循環利用してワークＷに吹付けるように構成することも可能である。具体的には、図示は省略するが、焼入れ槽３中の油２をポンプ等の適当な駆動手段で吸い上げて、これを例えば既述の油吹付け手段７の開口８あるいはノズル９からワークＷに向けて吹付けるように構成することも可能である。このように冷却液たる油２を循環利用してワークＷに吹付けるようにすることで、ワークＷの吹付け部分における油２の温度と、それ以外の部分の油２の温度とをほぼ同等にして、冷却速度を均一に保つことが可能になる。

また、対流発生手段としてのアジテータ６に関し、上記実施形態では、ワークＷの浸漬前段階からアジテータ６を回転駆動させ焼入れ槽３中に油２の対流を発生させるようにしていたが、特にこの形態に限る必要はない。ワークＷの浸漬を開始した時点からアジテータ６を回転駆動させてもよいし、油吹付け手段７によりワークＷ表面の気泡が除去された段階で回転駆動させるようにしても構わない。また、一旦アジテータ６を回転駆動させた後、アジテータ６の回転・停止を適当なタイミングで切替えることで、焼入れ槽３内の油２の対流状態（流れの向き）を変化させるようにしても構わない。さらにいえば、例えばアジテータ６などの回転数を途中で変化させるようにしてもよい。対流の向きに変化をもたらすことができ、ワークＷの均一な冷却に有効に作用するためである。

もちろん、上記実施形態では、対流発生手段としてアジテータ６を使用した場合を例示したが、特にこの形態に限ることはない。焼入れ槽３の内面形状や、ワークＷの配置態様などに合わせて適当な対流発生手段を配設することも可能である。もちろん、油吹付け手段７だけで焼入れ槽３内に必要十分な対流を発生させることができる場合には、油吹付け手段７とは別に対流発生手段を設ける必要もない。

また、以上の説明では、焼入れ用の冷却液として油２を使用した場合を説明したが、ワークＷの材質や焼入れ条件等により、例えば水など、油以外の冷却液が使用できることはもちろんである。

以上の説明に係る実施形態は、本発明の実施態様の例示に過ぎず、当該発明の範囲内において他の具体的形態を採り得ることはもちろんである。

本発明の一実施形態に係る焼入れ装置の要部断面図である。 油吹付け手段の要部斜視図である。 ワークに対する油の吹付け態様の他の例を概念的に説明する図である。

符号の説明

１ 焼入れ装置
２ 油
３ 焼入れ槽
４ パレット
５ バスケット
６ アジテータ
７ 油吹付け手段
８ 開口
９ ノズル
１１ シャフト
１２ プーリー
１３ 下面
１４ 摺動面
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. ワークに焼入れを施すための装置であって、
   焼入れ用の冷却液と、該冷却液を貯溜し、かつ、該貯溜した冷却液中に前記ワークを浸漬可能とする焼入れ槽と、該焼入れ槽内に、下方から上方に向けて前記ワークを通過する向きの前記冷却液の対流を発生させる対流発生手段とを備えたものにおいて、
   前記焼入れ槽内に浸漬させ、前記焼入れ槽内の所定位置に保持した状態の前記ワークの気泡付着箇所に向けて前記冷却液を吹付けることのできる冷却液吹付け手段をさらに備え、
   前記冷却液吹付け手段による前記冷却液の吹付け方向と、前記対流発生手段により発生させた対流の向きとが直交するように構成されたことを特徴とする焼入れ装置。
2. ワークに焼入れを施すための方法であって、
   焼入れ用の冷却液を貯溜した焼入れ槽内に、下方から上方に向けて前記ワークを通過する向きの前記冷却液の対流を発生させた状態で、前記焼入れ槽内に前記ワークを浸漬させることで行うものにおいて、
   前記焼入れ槽内に浸漬させ、前記焼入れ槽内の所定位置に保持した状態の前記ワークの気泡付着箇所に向けて前記冷却液を吹付け、かつその際の前記冷却液吹付け手段による前記冷却液の吹付け方向と、前記対流発生手段により発生させた対流の向きとが直交するように構成することで、前記気泡を微細化し又は吹き飛ばすようにしたことを特徴とする焼入れ方法。

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