JP7100428B2 - 油焼入れ装置および熱処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの油焼入れ処理を行う油焼入れ装置および当該油焼入れ装置を用いた熱処理設備に関する。

自動車用部品やその他機械部品等のワーク表面の硬度を高める熱処理として浸炭焼入れ処理が知られている。浸炭焼入れ処理はワークに浸炭処理を施した後にワークを急冷することで焼入れ処理を行う熱処理方法である。浸炭後の焼入れ処理にはガスを当ててワークを冷却するガス焼入れや、油槽に貯留する焼入れ油にワークを浸漬させて冷却する油焼入れといった方法がある。これらの焼入れ処理方法のうち油焼入れ処理の方法として、特許文献１には油槽内の焼入れ油を攪拌機で攪拌し、流速が付与された焼入れ油を、焼入れ油の流路となるダクトを介してワークに当てる方法が開示されている。

油焼入れ処理においては、ワークを均一に冷却して焼入れ品質のばらつきを抑えることが求められるが、ダクトを設けるだけではダクト内の油流れの乱れが大きくなり、ワークを均一に冷却することが困難である。そこで、特許文献２ではダクト内に整流板を設けることで油流れの乱れを抑制している。また、特許文献２では、ワークが載せられた台にさらに整流板を設けて油流れの乱れを抑制している。

特開２０１２－２０７２３９号公報 特開２０１０－７１４６号公報

特許文献２の焼入れ方法によれば、ダクトからワークまでの油流れの乱れを抑えることは可能であるが、焼入れ油がワークに接触した段階で油流れに乱れが生じてしまう。このため、依然としてワークの部位ごとの冷却速度にばらつきが生じ、焼入れ品質のばらつきが生じていた。特に、比較的整流された状態の焼入れ油が当たるワークの下部と、油流れの乱れが大きくなった状態の焼入れ油が当たるワーク上部では、焼入れ硬さや歪の品質ばらつきが大きくなる傾向にあった。また、ワークの歪のばらつきの程度によっては後加工が必要になる場合もあり、後加工を行う分、あらかじめワークに対する浸炭を深くする、すなわち浸炭処理時間を長くする必要があり、生産性を低下させる要因にもなり得る。したがって、油焼入れ処理後の焼入れ品質のばらつきを抑制するためには、ワークに当たる焼入れ油の油流れの乱れを抑制することが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、油焼入れ処理において、流速が付与された焼入れ油の油流れの乱れを抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ワークの油焼入れ処理を行う油焼入れ装置であって、焼入れ油を貯留する油槽と、前記油槽内の前記焼入れ油を攪拌し、前記ワークに対し下方から上方に抜けるように焼入れ油の流れを形成する撹拌機と、前記油槽内において前記ワークを保持するワーク保持部材と、前記ワークが前記焼入れ油に浸漬して焼入れ処理が行われる焼入れ位置において前記ワークの側方に設けられた、前記ワークを取り囲む外周ガイド部材と、前記撹拌機から前記焼入れ位置にある前記ワークまで流れる前記焼入れ油の流路であり、該焼入れ油が前記ワークの下方から当たるように配置されたダクトと、前記ワークの下方から上方に向かって流れる前記焼入れ油を、前記焼入れ位置にある前記ワークの上方で整流する上部整流部材とを備え、前記ワーク保持部材は、前記ワークを側方から抱え込むように構成された一対のアームと、前記一対のアームの先端部にそれぞれ設けられた、前記ワークの下面を支持する支持部と、を有し、前記上部整流部材は、前記油槽の幅方向に延びる第１の仕切部材と、前記油槽の奥行き方向に延びる第２の仕切部材と、を有していることを特徴としている。

別の観点による本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理設備であって、上記油焼入れ装置を備えていることを特徴としている。

本発明に係る油焼入れ装置は、焼入れ位置にあるワークの上方に上部整流部材が設けられていることにより、ワークの上方において焼入れ油の油流れの乱れが抑制される。これにより外周ガイド部材の内方において、整流された焼入れ油の油流れが形成され、ワーク下部への接触により乱れが生じた焼入れ油は、その整流された焼入れ油の油流れに引っ張られるようにして合流する。その結果、整流部材が設けられない場合に比べて、ワークの下方から上方に抜ける焼入れ油の油流れの乱れが抑制される。

本発明によれば、油焼入れ処理において、流速が付与された焼入れ油の油流れの乱れを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る焼入れ装置を備えた浸炭焼入れ設備の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す正面図である。 図２中のＡ－Ａ断面図であり、本発明の第１の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す平面断面図である。 図２中のＢ－Ｂ断面図であり、本発明の第１の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す側面断面図である。 従来の焼入れ装置における油流れを模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る焼入れ装置における油流れを模式的に示した図である。 本発明に係る上部整流部材の形状の一例を示す平面図である。 本発明に係る上部整流部材の形状の一例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す正面図である。 図９中のＣ－Ｃ断面図であり、本発明の第２の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す平面断面図である。 図９中のＤ－Ｄ断面図であり、本発明の第２の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る焼入れ装置における油流れを模式的に示した図である。 本発明に係る側部整流部材の形状の一例を示す平面図である。 本発明に係る側部整流部材の形状の一例を示す平面図である。 図２中のＡ－Ａ断面図に相当する図であり、本発明の第３の実施形態に係る焼入れ装置の概略構成を示す平面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る焼入れ装置における油流れを模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、説明の便宜のため、参照する図面では、紙面手前側の油槽の外壁等の油焼入れ装置の一部構成については図示を省略している。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の油焼入れ装置１は、例えば図１のような浸炭焼入れ設備７０に設置される。浸炭焼入れ設備７０は、ワークＷの予熱を行う予熱室７１と、浸炭処理および拡散処理を行う浸炭室７２と、拡散処理後の降温処理を行う降温室７３を備えており、ワークＷは搬送ローラ７４により予熱室７１、浸炭室７２、降温室７３の順に搬送されていく。油焼入れ装置１は降温室７３に隣接するように配置されている。

予熱室７１にはワークＷを搬入するための搬入扉７５が設けられている。予熱室７１と浸炭室７２との間、浸炭室７２と降温室７３との間、および降温室７３と油焼入れ装置１の油槽２との間には、それぞれ開閉可能な仕切扉７６、７７、７８が設けられている。また、焼入れ装置１の油槽２には、焼入れ処理を終えたワークＷを搬出するための搬出扉７９も設けられている。予熱室７１、浸炭室７２および降温室７３の天井部には室内の雰囲気を攪拌するファン８０が設けられている。なお、図示は省略しているが、浸炭焼入れ設備７０は浸炭ガスの供給や排気等の一連の浸炭焼入れ処理を行うために必要な構成を有している。

このような構成の浸炭焼入れ設備７０においては、搬入扉７５、各仕切扉７６～７８および搬出扉７９が閉じられた状態で、各室内で所定の時間、熱処理が行われる。その熱処理の終了後、搬入扉７５、各仕切扉７６～７８および搬出扉７９が適宜開放され、ワークＷが搬送方向の下流側に移動する。この際、油焼入れ装置１からは焼入れ処理後のワークＷが搬出され、予熱室７１には新たなワークＷが搬入される。なお、図１では、浸炭焼入れ設備７０として、隣接する処理室にワークＷが順次搬送されて熱処理される連続式の浸炭焼入れ設備を例示しているが、これに限定されることはなく、バッチ式の浸炭焼入れ設備であっても良い。

図２～図４に示すように第１の実施形態の油焼入れ装置１は、焼入れ油を貯留する油槽２と、油槽２内の焼入れ油を攪拌する攪拌機３と、油槽２内においてワークＷを保持するワーク保持部材１０と、ワーク保持部材１０を昇降させる昇降機構２０を備えている。

ワーク保持部材１０は、ワークＷを側方から抱え込むように構成されたアーム１０ａであり、アーム１０ａの先端部には上方に突出する爪部１０ｂが形成され、この爪部１０ｂによりワークＷ下面の幅方向Ｃの両端部が支持されている。図３に示すようにワーク保持部材１０の上面部には、複数の梁部材１１ａからなる矩形状の梁１１が設けられている。図２、図４に示すように梁部材１１ａには昇降機構２０のフック２１が取り付けられている。このフック２１はチェーン等により昇降するように構成され、このフック２１の昇降動作に伴い、ワーク保持部材１０が昇降するように構成されている。すなわち、本実施形態においてはワークＷの昇降機構２０として、いわゆるエレベータラック方式が採用されており、ワーク保持部材１０の梁部材１１ａの吊り上げ及び吊り下げを行う吊り機構が設けられている。これにより、図２の紙面垂直方向から搬入されたワークＷを焼入れ油内の所定の位置（以下、“焼入れ位置”）まで下降させ、焼入れ処理を行うことが可能となる。

なお、焼入れ位置は油焼入れ装置１の構造に応じて適宜変更される。また、ワーク保持部材１０の構造や昇降機構２０の構造は本実施形態で説明したものに限定されず、油槽２内に搬入されたワークＷを焼入れ油内に浸漬させるように昇降することができれば他の構造であっても良い。また、本明細書に添付する図面では、図面の簡略化のためにワークＷを模式的に示しているが、実操業においては例えば下面が網目状の治具に複数のワークＷが載せられる。この場合、ワークＷの下面とは治具の下面のことを指す。

油槽２の底部には、攪拌機３の攪拌により流速が付与された焼入れ油を、焼入れ位置にあるワーク保持部材１０まで案内するダクト４が設けられている。ダクト４の一端は攪拌機３の攪拌羽根３ａに対向するように上方を向いた状態で固定され、他端は焼入れ位置まで下降したワークＷの下面に対向するように上方を向いた状態で固定されている。すなわち、ダクト４は、攪拌機３から焼入れ位置にあるワークＷまでの流路となる。また、ダクト４内には、ダクト４の長手方向に沿った形状の整流板４ａが間隔をおいて複数設けられている。

焼入れ位置にあるワークＷの側方にはワークＷを取り囲む外周ガイド部材３０が設けられている。第１の実施形態の外周ガイド部材３０は、ワークＷの側部四方を覆う平板部材である。この外周ガイド部材３０が設けられていることにより、ワークＷの下方から上方に流れる焼入れ油がワークＷに接触しやすくなる。なお、外周ガイド部材３０は第１の実施形態で説明した構造に限定されず、ダクト４からの焼入れ油がワークＷに接触しやすくなるようにワークＷの側部を取り囲むようなものであれば良い。

図３に示すように第１の実施形態の梁部材１１ａには、幅方向Ｃに延びる第１の仕切部材４０ａや奥行き方向Ｄに延びる第２の仕切部材４０ｂが複数組み合わされて取り付けられている。ワークＷの下方から上方に抜ける焼入れ油は、各仕切部材４０ａ、４０ｂと梁部材１１ａとの間を通過することになり、この際に焼入れ油の油流れの方向がある程度揃うことになる。すなわち、梁部材１１ａに取り付けられた、各仕切部材４０ａ、４０ｂは焼入れ油の油流れを整流する整流部材として機能する。なお、第１の仕切部材４０ａは奥行き方向Ｄの間隔が均等となるように配置されることが好ましい。また、第２の仕切部材４０ｂは幅方向Ｃの間隔が均等となるように配置されることが好ましい。以降の説明では、焼入れ位置にあるワークＷの上方に設けられたそのような整流部材を“上部整流部材４０”と称す。

図５は上部整流部材４０が設けられていない従来の油焼入れ装置の油流れを示した模式図である。従来の油焼入れ装置においては、ダクト４からワークＷに向かう焼入れ油の油流れがワークＷの下面に接触した際に乱れることになり、ワークＷの下面よりも上方では油流れの乱れが生じた状態のままとなる。一方、第１の実施形態の油焼入れ装置１では、図６のように上部整流部材４０によりワークＷの上方に抜けていく焼入れ油の油流れが整流され、ワーク上方の油流れの乱れが抑制される。また、整流された焼入れ油の油流れがワークＷの上方に形成されることにより、後続の焼入れ油は流体の性質上、整流された焼入れ油の油流れに引っ張られるように合流することになる。このため、ワークＷ下方の油流れの乱れも抑制されると推察される。その結果、従前よりも焼入れ位置にあるワークＷ周囲の油流れの乱れが抑制され、ワークＷの冷却ばらつきが小さくなる。

このように、第１の実施形態の油焼入れ装置１においては、ワーク保持部材１０の上面部に上部整流部材４０が設けられていることにより、ワークＷの冷却ばらつきを抑えることができる。これにより、焼入れ品質のばらつきを抑えることができる。

なお、上部整流部材４０は第１の実施形態で説明したものに限定されず、油槽２の構造やワーク保持部材１０の構造等に応じて適宜変更される。例えば図７や図８のような形状であっても良い。また、例えば第１の実施形態では上部整流部材４０の奥行き方向Ｄの長さがワークＷの奥行き方向Ｄの長さよりも短くなっているが、上部整流部材４０の奥行き方向Ｄの長さはワークＷの奥行き方向Ｄの長さよりも長いことが好ましい。その場合、さらに上部整流部材４０の幅方向Ｃの長さがワークＷの幅方向Ｃの長さよりも長いことが好ましい。これにより上部整流部材４０でワークＷの全体を覆うことができ、整流効果が向上する。

さらに、第１の実施形態では上部整流部材４０をワーク保持部材１０の上面部にある梁部材１１ａに設けることとしたが、上部整流部材４０を梁部材１１ａに設けることは必須ではない。例えばワーク保持部材１０のための昇降機構２０とは異なる昇降機構（不図示）を設け、上部整流部材４０をワーク保持部材１０とは独立して昇降させるようにしても良い。ただし、上部整流部材４０は、第１の実施形態のようにワーク保持部材１０の上面部にある梁部材１１ａに設けることが好ましい。これにより、上部整流部材４０の昇降機構２０を収めるために油槽２の天井を高くするなどの対応が不要となり、油焼入れ装置１を小型化することができる。

＜第２の実施形態＞
図９～図１１に示す第２の実施形態の油焼入れ装置１は、第１の実施形態の油焼入れ装置１に対してワーク保持部材１０と外周ガイド部材３０の形状が異なっている。具体的に説明すると、第２の実施形態では、ワーク保持部材１０の上面部にある梁部材１１ａに上部整流部材４０が設けられていない。

一方、第２の実施形態では、外周ガイド部材３０の内面全周に、外周ガイド部材３０の下端から上端まで延びる複数のリブ５０ａが形成されている。外周ガイド部材３０の高さ方向Ｈの長さと、各リブ５０ａの高さ方向Ｈの長さは略同一である。また、図１０に示すように各リブ５０ａは奥行き方向Ｄ、および幅方向Ｃに沿って所定の間隔で設けられており、第２の実施形態では、奥行き方向Ｄの外周ガイド部材３０の内面と幅方向Ｃの外周ガイド部材３０の内面で、設置されたリブ５０ａの間隔が異なっている。

このような構造を有する第２の実施形態の油焼入れ装置１では、図１２のような油流れが形成される。すなわち、ダクト４からワークＷに向かう焼入れ油は、外周ガイド部材３０の各リブ５０ａの間を通り、ワークＷの上方に抜けていく。このとき、各リブ５０ａ間を通過する焼入れ油はリブ５０ａの延伸方向（第２の実施形態では高さ方向Ｈ）に沿って流れることになるため、油流れの方向は各リブ５０ａ間で概ね同一となる。したがって、ダクト４からの焼入れ油がワークＷ下面に接触することで油流れに乱れが生じたとしても、外周ガイド部材３０の内方を流れる焼入れ油は各リブ５０ａによって整流される。また、図１０に示すようにリブ５０ａのワークＷ側の端部とワークＷとの間には隙間が存在するが、ここを流れる焼入れ油、すなわち各リブ５０ａ間を通過しない焼入れ油は、各リブ５０ａ間で整流された焼入れ油に引っ張られるように上方に向かって流れていく。このため、外周ガイド部材３０の内方はリブ５０ａを設けない場合に比べて、全体として焼入れ油の油流れが整流された状態にあり、油流れの乱れが抑制された状態となる。その結果、ワークＷの冷却ばらつきを抑えることができ、焼入れ品質のばらつきを抑えることが可能となる。

なお、第２の実施形態のリブ５０ａのような、ワークＷの側方にある外周ガイド部材３０の内面に設けられた整流部材を“側部整流部材５０”と称す。第２の実施形態では側部整流部材５０としてリブ５０ａを設けたが、平板など他の部材であっても良い。また、例えば図１３のように側部整流部材５０の幅方向Ｃの間隔を変えたり、図１４のように側部整流部材５０の延伸方向を高さ方向に対して傾斜させたりしても良い。また、ワーク保持部材１０や昇降機構２０の構造によっては側部整流部材５０を外周ガイド部材の内面全周に設けなくても良い。すなわち、ワークＷの側部と外周ガイド部材３０との間においてワークＷの下方から上方に抜ける焼入れ油を整流する構成であれば、側部整流部材５０の形状や配置は特に限定されない。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の油焼入れ装置１は、図１５に示すように第１の実施形態の上部整流部材４０と第２の実施形態の側部整流部材５０を組み合わせた構成を有している。すなわち、ワーク保持部材１０の上面部にある梁部材１１ａに上部整流部材４０が設けられ、外周ガイド部材３０の内面に側部整流部材５０が設けられている。

図１６に示すように第３の実施形態の油焼入れ装置１においては、ワークＷの下面に接触することで油流れに乱れが生じた焼入れ油が、ワークＷの側方で整流され、さらにワークＷの上方でも整流される。これにより、ワークＷの下方から上方に抜ける焼入れ油の油流れの乱れを更に抑制することができ、焼入れ品質のばらつきを抑制する効果が高まる。なお、第１の実施形態および第２の実施形態と同様、上部整流部材４０と側部整流部材５０の構造は第３の実施形態で説明したものに限定されない。

以上の第１～第３の実施形態で説明したように、ワークＷを冷却する焼入れ油の乱れを抑制するためには、上部整流部材４０だけであっても良いし、側部整流部材５０だけであっても良いし、それらの組み合わせであっても良い。すなわち、ダクト４からワークＷに向かう焼入れ油の整流構造として、焼入れ位置にあるワークＷの上方および側方の少なくともいずれか一方で焼入れ油を整流できる構造であれば、油流れの乱れを抑制することができる。

なお、上記実施形態ではワーク保持部材１０を昇降させる昇降機構２０を設けることとしたが、油焼入れ装置１の構造によっては昇降機構２０を設けずにワーク保持部材１０を焼入れ位置まで移動させることができるため、この場合には昇降機構２０は不要である。また、上記実施形態のような油焼入れ装置１は、浸炭焼入れ設備に設置される焼入れ装置としてだけではなく、焼入れ処理を要する、ワークＷの熱処理を行うための熱処理設備全般に適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ワークの油焼入れ処理に適用することができる。

１ 油焼入れ装置
２ 油槽
３ 撹拌機
３ａ 攪拌羽根
４ ダクト
４ａ 整流板
１０ ワーク保持部材
１０ａ アーム
１０ｂ 爪部
１１ 梁
１１ａ 梁部材
２０ 昇降機構
２１ フック
３０ 外周ガイド部材
４０ 上部整流部材
４０ａ 第１の仕切部材
４０ｂ 第２の仕切部材
５０ 側部整流部材
５０ａ リブ
７０ 浸炭焼入れ設備
７１ 予熱室
７２ 浸炭室
７３ 降温室
７４ 搬送ローラ
７５ 搬入扉
７６ 仕切扉
７７ 仕切扉
７８ 仕切扉
７９ 搬出扉
８０ ファン
Ｃ 幅方向
Ｄ 奥行き方向
Ｈ 高さ方向
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークの油焼入れ処理を行う油焼入れ装置であって、
   焼入れ油を貯留する油槽と、
   前記油槽内の前記焼入れ油を攪拌し、前記ワークに対し下方から上方に抜けるように焼入れ油の流れを形成する撹拌機と、
   前記油槽内において前記ワークを保持するワーク保持部材と、
   前記ワークが前記焼入れ油に浸漬して焼入れ処理が行われる焼入れ位置において前記ワークの側方に設けられた、前記ワークを取り囲む外周ガイド部材と、
   前記撹拌機から前記焼入れ位置にある前記ワークまで流れる前記焼入れ油の流路であり、該焼入れ油が前記ワークの下方から当たるように配置されたダクトと、
   前記ワークの下方から上方に向かって流れる前記焼入れ油を、前記焼入れ位置にある前記ワークの上方で整流する上部整流部材とを備え、
   前記ワーク保持部材は、
   前記ワークを側方から抱え込むように構成された一対のアームと、
   前記一対のアームの先端部にそれぞれ設けられた、前記ワークの下面を支持する支持部と、を有し、
   前記上部整流部材は、
   前記油槽の幅方向に延びる第１の仕切部材と、
   前記油槽の奥行き方向に延びる第２の仕切部材と、を有している、油焼入れ装置。
2. 前記ワーク保持部材の上面部にある梁部材の吊り上げ及び吊り下げを行う吊り機構により前記ワーク保持部材を昇降させる昇降機構が設けられ、
   前記上部整流部材は、前記梁部材に設けられている、請求項１に記載の油焼入れ装置。
3. 前記外周ガイド部材の内面に設けられた側部整流部材を有している、請求項１または２に記載の油焼入れ装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の油焼入れ装置を備えた、ワークの熱処理を行う熱処理設備。

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