JP7240126B2 - 液中焼入れ装置及び液中焼入れ方法 - Google Patents

Description

本発明は、液中焼入れ装置及び液中焼入れ方法に関する。

高周波誘導加熱によってワークを加熱する焼き入れにおいて、油等の焼き入れ液中でワークを加熱及び冷却することにより、酸化スケールの発生を抑制する方法が知られている。

特許文献１に記載された油中高周波焼入れ方法は、ワークとしてのボールネジを油中で加熱及び冷却するものである。ボールネジは油槽内で鉛直に配置される。ボールネジが挿通される環状の加熱コイルも油槽内に配置されている。ボールネジが油槽内で一旦下降され、ボールネジの上端が加熱コイルの近傍に配置される。そして、ボールネジが、鉛直方向に上昇され、油中で加熱コイルを順次通過することにより、ボールネジは焼入れされる。

特開２００９－１４４２０１号公報

特許文献１に記載された油中高周波焼入れ方法では、ボールネジを全長に亘って収容可能な油槽が必要である。このため、ワークが比較的短尺なものに限られる。

本発明は、長尺なワークにも適用可能な液中焼入れ装置及び液中焼入れ方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の液中焼入れ装置は、ワークを水平に支持し且つワークの長手方向にワークを搬送する搬送部と、ワークの搬送経路上に配置されており、搬送されるワークを挿通可能な一対の開口部を有する液槽と、前記液槽内に配置されており、前記一対の開口部に挿通されるワークを誘導加熱する加熱コイルと、前記液槽に焼入れ液を供給する液供給部と、を備え、前記加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱されるワークの加熱箇所とは、前記液槽に溜められた焼入れ液中に配置される。

また、本発明の一態様の液中焼入れ方法は、ワークを水平に且つ当該ワークの長手方向に搬送し、前記ワークの搬送経路上に配置された液槽の一対の開口部を通して、前記ワークを前記液槽に挿通させ、前記液槽に焼入れ液を供給し、前記液槽内に配置された加熱コイルによって、前記液槽に溜められた焼入れ液中で前記ワークを焼入れする。

本発明によれば、長尺なワークにも適用可能な液中焼入れ装置及び液中焼入れ方法を提供できる。

本発明の実施形態を説明するための、液中焼入れ装置の一例の模式図である。 図１の液中焼入れ装置の液槽の構成例の模式図である。 図２の液槽のシール部材の模式図である。 図１の液中焼入れ装置の液槽の他の構成例の模式図である。 図１の液中焼入れ装置の液槽の他の構成例の模式図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、液中焼入れ装置の一例を示す。

液中焼入れ装置１は、鋼等の金属材料からなる比較的長尺のワークＷを液中で焼入れする。ワークＷは、例えば棒材、管材、レール材等であり、断面形状は特に限定されない。液中焼入れ装置１は、ワークＷを搬送する搬送部２と、搬送部２によって搬送されるワークＷを搬送経路上で焼入れする焼入れ部３とを備える。

搬送部２は、複数のローラ４と、複数のローラ５とを備える。複数のローラ４は、水平方向に延びるワークＷの搬送経路の下側で搬送経路に沿って間隔をあけて配置されている。複数のローラ５は、ワークＷの搬送経路の上側で搬送経路に沿って間隔をあけて配置されている。複数のローラ４及びローラ５のうち少なくとも一部のローラは、図示しない駆動源によって回転駆動される。ワークＷは、ローラ４の列とローラ５の列との間で水平に支持され且つワークＷの長手方向に搬送される。

焼入れ部３は、ワークＷの搬送経路上に配置されている液槽６と、液槽６内に配置されている加熱コイル７と、液槽６に焼入れ液を供給する液供給部８と、加熱コイル７に高周波の交流電力を供給する電源部９とを有する。焼入れ液は、例えば水、ポリマーを溶かした水溶液等であり、ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアルキレングリコール等を例示できる。

液槽６は、搬送されるワークＷを挿通可能な一対の開口部１０，１１を有する。搬送されるワークＷは、一方の開口部１０を通して液槽６内に進入し、他方の開口部１１を通して液槽６内から退出する。加熱コイル７は、液槽６内に位置するワークＷの一部分に対向して配置され、対向するワークＷの一部分を誘導加熱する。ワークＷの搬送に伴い、加熱コイル７がワークＷの一端側から他端側に向けて相対移動され、ワークＷが全長に亘って連続的に誘導加熱される。

液槽６内において、加熱コイル７と、加熱コイル７によって誘導加熱されるワークＷの加熱箇所とは、液槽６に溜められた焼入れ液中に配置される。誘導加熱されたワークＷの加熱箇所は、ワークＷの搬送に伴い、液槽６内で加熱コイル７の下流側に移動される。そして、ワークＷの加熱箇所は、液槽６に溜められた焼入れ液によって直ちに冷却され、焼入れされる。

液中焼入れによれば、ワークＷの表面に硬化層が形成されるので、酸化スケールの発生が抑制される。また、ワークＷの加熱箇所に隣接する近傍箇所は焼入れ液によって冷却されており、加熱箇所から近傍箇所への熱伝導に起因する近傍箇所の温度上昇が抑制されるので、ワークＷの歪も低減され、焼入れ品質を高めることができる。そして、液中焼入れ装置１では、ワークＷを水平に且つワークＷの長手方向に搬送し、搬送経路上に配置された液槽６を通過させ、ワークＷの一部分が液槽６を通過する際に、この一部分を液槽６内で液中焼入れするので、ワークＷを全長に亘って収容する液槽は不要である。したがって、液中焼入れ装置１は、長尺なワークの液中焼入れにも適用可能である。

ワークＷの加熱箇所は、液槽６に溜められた焼入れ液中に配置されるが、この場合に、液槽６内の焼入れ液の液面は、少なくとも一対の開口部１０，１１の最下端よりも上に位置する。したがって、焼入れ液は一対の開口部１０，１１から流出する。そこで、流出した焼入れ液を補充するに足る量の焼入れ液が液供給部８から逐次供給され、液槽６内の液位が保たれる。これにより、ワークＷが液槽６を通過する期間中、加熱コイル７と、ワークＷの加熱箇所とが、液槽６に溜められた焼入れ液中に配置される。例えば、液供給部８が供給する焼入れ液の単位時間当たりの供給量をＶ１とし、一対の開口部１０，１１にワークＷが挿通されている状態で、一対の開口部１０，１１から流出する焼入れ液の単位時間当たりの流出量をＶ２として、Ｖ１≧Ｖ２とすればよい。

図２及び図３は、液槽６の構成例を示す。

図２及び図３に示す例では、ワークＷは断面略コ字形状のレール材である。液槽６は、開口部１０に設けられるシール部材２０を備える。シール部材２０は、例えばゴム等の弾性材料からなり、ワークＷの断面形状に対応した略コ字形状の開口２２を有する枠部２１と、弾性変形可能なシール部２３とを有する。シール部２３は、開口２２と同様の略コ字形状に形成されており、開口２２を塞ぐように開口２２に配置され、開閉可能に枠部２１と接続されている。図示は省略するが、他方の開口部１１にも、同様のシール部材が設けられる。

ワークＷが開口部１０を通して液槽６内に進入する際に、シール部２３は、ワークＷの先端に押されて液槽６内に向けて撓められ、開口２２が開放される。ワークＷは、開放された開口２２を通して液槽６内に進入する。断面略コ字形状のワークＷに対して開口２２もまた略コ字形状に形成されており、例えば開口２２が矩形状である場合に比べて、ワークＷと開口２２の縁との隙間が狭くなる。これにより、開口部１０から流出する焼入れ液の流出量を低減できる。

なお、ワークＷが断面略コ字形状のレール材であるものとして説明したが、ワークＷの断面形状は特に限定されず、開口２２及びシール部２３の形状は、ワークＷの断面形状に応じて設定される。

図４は、液槽６の他の構成例を示す。

液槽６に溜められた焼入れ液は、好ましくは液槽６内で流動される。焼入れ液を液槽６内で流動させることにより、加熱コイル７及びワークＷの加熱箇所の近傍において焼入れ液の温度が局所的に上昇することを抑制でき、加熱箇所の冷却不足を防止して、焼入れ品質を高めることができる。さらに、焼入れ液を液槽６内で流動させることにより、例えば焼入れ液の沸騰によって生じた気泡がワークＷの加熱箇所の表面に付着することを抑制でき、気泡がワークＷの表面に付着することに起因する加熱箇所の冷却不足を防止して、焼入れ品質を高めることができる。なお、図４で、ワークＷの断面にクロスハッチングで示される領域Ｈは焼入れ領域を示す。

図４に示す例では、液槽６は、液供給部８から供給される焼入れ液が流入する流入口３０と、液槽６に供給された焼入れ液が流出する流出口３１と、を槽壁に有する。焼入れ液は、流入口３０から流出口３１に向けて流動される。液槽６内における焼入れ液の流動に偏りが生じることのないよう、流入口３０は、一対の開口部１０，１１を通る鉛直面Ｓ１、換言すればワークＷの中心軸を含む鉛直面Ｓ１を挟んで複数設けられ、流出口３１もまた、鉛直面Ｓ１を挟んで複数設けられている。

流出口３１から流出した焼入れ液は、例えば廃棄されてもよいが、好ましくは再利用され、本例では、循環部３２によって液供給部８に戻される。また、焼入れ液は、加熱コイル７及びワークＷの加熱箇所によって加熱され、加熱された焼入れ液は、熱対流によって上昇する。この熱対流を妨げないように、好ましくは、流入口３０は、一対の開口部１０，１１を通る水平面Ｓ２、換言すればワークＷの中心軸を含む水平面Ｓ２よりも下側に設けられ、流出口３１は、水平面Ｓ２よりも上側に設けられる。

ワークＷの加熱箇所の冷却不足を防止する観点では、ワークＷの加熱箇所に対して焼入れ液を噴射してもよく、図５に示す例では、液中焼入れ装置１は、焼入れ液を噴射する冷却部４０を備える。冷却部４０は、液槽６に溜められた焼入れ液中で、加熱コイル７よりもワークＷの搬送方向下流側に配置されており、加熱コイル７と、冷却部４０とは、ワークＷの搬送方向に離れている。そして、冷却部４０は、ワークＷの加熱箇所に対し、液供給部８から供給される焼入れ液を搬送方向下流側に向けて噴射する。ワークＷの加熱箇所に対して焼入れ液を噴射することにより、ワークＷの加熱箇所の冷却を促進して焼入れ品質をさらに高めることができる。

図２及び図３に示したシール部材２０の構成と、図４に示した流入口３０及び流出口３１の構成と、図５に示した冷却部４０の構成とは、それぞれ単独で用いられてもよいし、組み合わされて用いられてもよい。

以上、説明したとおり、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、ワークを水平に支持し且つワークの長手方向にワークを搬送する搬送部と、ワークの搬送経路上に配置されており、搬送されるワークを挿通可能な一対の開口部を有する液槽と、前記液槽内に配置されており、前記一対の開口部に挿通されるワークを誘導加熱する加熱コイルと、前記液槽に焼入れ液を供給する液供給部と、を備え、前記加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱されるワークの加熱箇所とは、前記液槽に溜められた焼入れ液中に配置される。

また、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、前記液供給部が供給する焼入れ液の単位時間当たりの供給量は、前記一対の開口部にワークが挿通されている状態で、前記一対の開口部から流出する前記焼入れ液の単位時間当たりの流出量以上である。

また、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、前記加熱コイルと、ワークに焼入れ液を噴射する冷却部とは、ワークの搬送方向に離れている。

また、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、前記液槽は、前記液供給部から供給される前記焼入れ液が流入する流入口と、該液槽に供給された前記焼入れ液が流出する流出口と、を有し、前記流入口は、前記一対の開口部を通る鉛直面を挟んで複数設けられており、前記流出口は、前記一対の開口部を通る鉛直面を挟んで複数設けられている。

また、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、前記流出口から流出した前記焼入れ液を前記液供給部に戻す循環部を備える。

また、本明細書に開示された液中焼入れ装置は、前記液槽は、前記一対の開口部の各開口部に設けられるシール部材を有し、前記シール部材は、ワークの断面形状に対応する開口を有する枠部と、前記開口に配置されており且つ開閉可能に前記枠部に接続されている弾性変形可能なシール部を有する。

また、本明細書に開示された液中焼入れ方法は、ワークを水平に且つ当該ワークの長手方向に搬送し、前記ワークの搬送経路上に配置された液槽の一対の開口部を通して、前記ワークを前記液槽に挿通させ、前記液槽に焼入れ液を供給し、前記液槽内に配置された加熱コイルによって、前記液槽に溜められた焼入れ液中で前記ワークを焼入れする。

１ 液中焼入れ装置
２ 搬送部
３ 焼入れ部
４ ローラ
５ ローラ
６ 液槽
７ 加熱コイル
８ 液供給部
９ 電源部
１０ 開口部
１１ 開口部
２０ シール部材
２１ 枠部
２２ 開口
２３ シール部
３０ 流入口
３１ 流出口
３２ 循環部
４０ 冷却部
Ｓ１ 鉛直面
Ｓ２ 水平面
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ワークを水平に支持し且つワークの長手方向にワークを搬送する搬送部と、
   ワークの搬送経路上に配置されており、搬送されるワークを挿通可能な一対の開口部を有する液槽と、
   前記液槽内に配置されており、前記一対の開口部に挿通されるワークを誘導加熱する加熱コイルと、
   前記液槽に焼入れ液を供給する液供給部と、
   を備え、
   前記加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱されるワークの加熱箇所とは、前記液槽に溜められた焼入れ液中に配置され、
   前記液槽は、前記液供給部から供給される前記焼入れ液が流入する流入口と、
   当該液槽に供給された前記焼入れ液が流出する流出口と、を有し、
   前記流入口は、前記一対の開口部を通る鉛直面を挟んで複数設けられており、
   前記流出口は、前記一対の開口部を通る鉛直面を挟んで複数設けられている、
   液中焼入れ装置。
2. 請求項１記載の液中焼入れ装置であって、
   前記流出口から流出した前記焼入れ液を前記液供給部に戻す循環部を備える、
   液中焼入れ装置。
3. 請求項１又は２記載の液中焼入れ装置であって、
   前記液槽は、前記一対の開口部の各開口部に設けられるシール部材を有し、
   前記シール部材は、ワークの断面形状に対応する開口を有する枠部と、前記開口に配置されており且つ開閉可能に前記枠部に接続されている弾性変形可能なシール部を有する、
   液中焼入れ装置。

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