JPH0967613A - 高周波焼入方法およびその装置およびその焼入製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】潤滑性と耐磨耗性との両方の特性を改善できる
焼入を行う。 【解決手段】Ｚ軸モータＭ３を駆動して焼入れヘッド２
３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、焼入れ部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。上述の焼入順序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。定位置に予め位置決め固定されたシリンダボア１４
ａ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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘導加熱により
ワークの所定の領域を所望のパターンで焼入する部分焼
入に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、自動車のシリンダブロックに
より構成される燃焼室の内面は、すなわちシリンダボア
内面はピストンが高速で摺接するために、高度の耐磨耗
性が要求される。同時に、ピストンの摺動を円滑にする
ための良好な潤滑性も要求される。従来では、この要求
を満たすためにシリンダブロックのボアの内面にシリン
ダブロックの材質よりも硬度の高い材料で構成されるシ
リンダライナーを配設することが普通に行われている。
しかし、このようなシリンダライナーを配設する構造
は、部品点数が多くなり、工程も多くなることから、そ
の分製造コストが上昇するという問題がある。このよう
な事情に鑑み、シリンダライナーを使用せず、シリンダ
ボア内面を焼入して耐磨耗性を向上させることが提案さ
れている。この場合、シリンダボア内面を全面を一様に
焼き入れすると、ボアのピストンとの摺動面の全面にわ
たって耐磨耗性を向上させることはできるが、焼入部に
おいては潤滑油が保持されにくいという性質があるた
め、シリンダボア内面の潤滑性が低下してピストンの摺
動抵抗が増大するという問題が生じる。したがって、耐
磨耗性と潤滑性の両方について所望の性能を確保するた
めに、シリンダボア内面を部分焼入し、特に、ボア内面
において複数の焼入部が互いに独立分散状態で存在する
ように焼入を行うことが提案されている。

【０００３】このような複数の独立分散焼入部をシリン
ダボア内面に形成する手法として、特開平４−３６２１
１６号あるいは特開平４−３６２１１７号に開示される
ものがある。

【０００４】

【本発明が解決しようする課題】この開示されたもので
は、レーザ光線を用いてシリンダボア内面を部分焼入す
るようになっている。しかし、レーザ光線を使用する方
法は、均一な焼入効果を確保することが困難であり、こ
れを達成するためには、精密な制御が必要となるため、
製品の品質の安定性が悪くなるという問題があり、この
問題を解消するためには、設備が高価になるという問題
が生じる。特公昭６０−３９１２７号公報には、液中高
周波誘導加熱によって焼入を行うことが開示されてい
る。しかし、この開示された高周波焼入は、ワークの偏
肉圧に関わらず焼入面の全体にわたって一様な焼入深さ
を得るために冷却液の供給の制御を行うもので焼入パタ
ーンを形成する部分焼入については適用することができ
ない。また、ドイツ特許第３９，２６，５７１号には誘
導加熱コイルを用いて高周波誘導加熱によってシリンダ
ボア内面を所望のパターンで焼き入れする方法が開示さ
れている。しかし、この手法では、形成される焼入部が
連続しているために耐磨耗性については所望の特性を達
成することができるが、シリンダボア内面上の潤滑油の
保持性が悪くなり、所望の潤滑性を確保できなくなると
いう問題がある。また、焼入部と焼入しない部分との境
界部分の領域が広くなって、焼入領域を所望のパターン
で発生させることができず、したがって、耐磨耗性およ
び潤滑性の両方について望ましい特性を有する焼入製品
を安定的に製造することができないという問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような背景
のもとになされたものであって、潤滑性と耐磨耗性との
両方の特性を満足する焼入製品を製造できる焼入方法を
提供することである。さらに本発明の他の目的は、上記
の優れた特性を両立させた焼入製品を製造するための装
置を提供することである。本発明の別の目的は、潤滑性
と耐磨耗性との両方について優れた特性を有する焼入部
を有する焼入製品を提供することである。本発明は上記
目的を達成するために、以下のように構成される。すな
わち、本発明の１つの特徴によれば、液中で高周波誘導
加熱を行うことによってワークの部分焼入を行う高周波
焼入方法が提供されており、この高周波焼入方法は、焼
入を行うべき焼入面を有するワークを液中に配置し、高
周波誘導加熱を行う焼入ヘッドを液中に配置し、前記焼
入ヘッドをワークの焼入面と対峙させてワークを誘導加
熱し、当該ワークの焼入面の所定領域を焼入し、これに
よって、ワークの焼入面上に複数の実質的に独立した焼
入部を有する焼入パターンを形成するようにワークの部
分焼入を行うことを特徴とする。

【０００６】好ましくは、前記焼入ヘッドに所定時間所
定電力を供給してワークの焼入面の一部の領域に焼入部
を形成する焼入工程を行うようになっており、１回の焼
入工程によってワークの焼入面上には１つの方向に１列
に並ぶ独立した焼入部が形成されるようになっており、
焼入ヘッドと焼入面との相対位置を変えて前記焼入工程
を複数回実行することによって複数の前記焼入部の列が
焼入面上に形成されるようになっている。さらにこの場
合、好ましくは、前記焼入ヘッドは環状であり前記ワー
クがこの焼入ヘッドに対応した環状焼入面を有している
ことによって、１回の焼入工程により該焼入面には１列
に並ぶ周方向に隔置した焼入部が形成されるようになっ
ており、前記焼入工程を、焼入ヘッドをワークの焼入面
に対して相対的に移動させつつ反復実行することによっ
て前記ワークの焼入面上において、前記焼入部を焼入面
の周方向及びかつ軸方向に隔置する焼入部を形成し、こ
れによって、焼入面上に実質的に独立した焼入部が複数
形成される前記焼入パターンを形成するようになってい
る。

【０００７】本発明の別の特徴によれば、液中で高周波
誘導加熱を行うことによってワークの部分焼入を行う高
周波焼入装置が提供される。この高周波焼入装置は、前
記液を入れる液槽と、前記ワークの焼入面上の所定の領
域を高周波誘導加熱によって部分的に焼入を行う焼入ヘ
ッドと、ワークの焼入面と焼入ヘッドとの位置関係を検
出する位置検出手段と、該位置検出手段によって検出さ
れた位置関係に基づいて前記ワークの焼入面に対して焼
入ヘッドが前記液槽内の液中で対峙するように位置決め
する位置決め手段と、前記ワークの焼入面と焼入ヘッド
とが所定の関係で位置決めされた状態において所定の条
件で前記焼入ヘッドに電力を供給してワークの焼入面を
高周波誘導加熱して焼入を行う電力供給手段と、を備え
たことを特徴とする。好ましい態様では、前記焼入ヘッ
ドは環状であり前記ワークがこの焼入ヘッドに対応した
環状焼入面を有していることによって、１回の焼入工程
により該焼入面には周方向に１列に並ぶ隔置した焼入部
が形成されるようになっており、前記焼入ヘッドが、周
方向に隔置した誘導コイルを有している。そして、高周
波焼入装置がさらに、前記焼入ヘッドとワークの焼入面
の周方向の相対位置を制御する周方向制御手段と、上記
ワークの焼入面と焼入ヘッドの中心軸方向の相対位置を
制御する軸方向制御手段と、をさらに備えるのが好まし
い。

【０００８】この場合、１つの好ましい態様では、前記
周方向制御手段が前記焼入ヘッドの回転位置をワークの
焼入面に対して制御するものであり、前記軸方向制御手
段が、焼入ヘッドの上下方向位置を制御する昇降手段か
らなる。また、本発明の別の特徴によれば、液中高周波
誘導加熱によってシリンダボア内面に複数の実質的に独
立しており、それぞれが形状、面積が同一でほぼ一様な
焼入深さを有する焼入部を有する焼入パターンが形成さ
れたシリンダブロックが提供される。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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の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。

【００１３】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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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２
５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１
６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３
１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。

【００１８】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。

【００１９】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４
３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。

【００２０】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５
１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Ｏ
Ｎ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。

【００２１】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１
２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、６
９、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。

【００２２】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７
６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。

【００２３】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６
１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。

【００２４】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。

【００２５】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、ＣＰ
Ｕ９０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、ＣＰ
Ｕ９０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。

【００２６】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２
３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、Ｃ
ＰＵ９０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３３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８
０μm 以下の時にはＯＫとし、それ以上の時にはＮＧと
する。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Ｓ
１４に移行する。

【００２７】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Ｓ１
４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Ｓ２
２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。

【００２８】一方、上述の第３ステップＳ２３で、ＣＰ
Ｕ９０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Ｓ２
４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Ｃ
ＰＵ９０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。

【００２９】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１
４ａ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４
４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。

【００３０】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、焼入部
すなわち焼入れ斑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２
３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。

【００３１】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。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。

【００３２】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１０
３、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。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。

【００３３】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１０
２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。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）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川尻 利彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 濱本 幸雄 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 小島 芳彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液中で高周波誘導加熱を行うことによっ
   てワークの部分焼入を行う高周波焼入方法であって、 焼入を行うべき焼入面を有するワークを液中に配置し、 高周波誘導加熱を行う焼入ヘッドを液中に配置し、 前記焼入ヘッドをワークの焼入面と対峙させてワークを
   誘導加熱し、当該ワークの焼入面の所定領域を焼入し、 これによって、ワークの焼入面上に複数の実質的に独立
   した焼入部を有する焼入パターンを形成するようにワー
   クの部分焼入を行うことを特徴とする高周波焼入方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記焼入ヘッドに所
   定時間所定電力を供給してワークの焼入面の一部の領域
   に焼入部を形成する焼入工程を行うようになっており、
   １回の焼入工程によってワークの焼入面上には１つの方
   向に１列に並ぶ独立した焼入部が形成されるようになっ
   ており、焼入ヘッドと焼入面との相対位置を変えて前記
   焼入工程を複数回実行することによって複数の前記焼入
   部の列が焼入面上に形成されるようになったたことを特
   徴とする高周波焼入方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記焼入ヘッドは環
   状であり前記ワークがこの焼入ヘッドに対応した環状焼
   入面を有していることによって、１回の焼入工程により
   該焼入面には周方向に１列に並ぶ隔置した焼入部が形成
   されるようになっており、 前記焼入工程を、焼入ヘッドをワークの焼入面に対して
   相対的に移動させつつ反復実行することによって前記ワ
   ークの焼入面上において、前記焼入部を焼入面の周方向
   及びかつ軸方向に隔置する焼入部を形成し、これによっ
   て、焼入面上に実質的に独立した焼入部が複数形成され
   る前記焼入パターンを形成するようになったことを特徴
   とする高周波焼入方法。
4. 【請求項４】 液中で高周波誘導加熱を行うことによっ
   てワークの部分焼入を行う高周波焼入装置であって、 前記液を入れる液槽と、 前記ワークの焼入面上の所定の領域を高周波誘導加熱に
   よって部分的に焼入を行う焼入ヘッドと、 ワークの焼入面と焼入ヘッドとの位置関係を検出する位
   置検出手段と、 該位置検出手段によって検出された位置関係に基づいて
   前記ワークの焼入面に対して焼入ヘッドが前記液槽内の
   液中で対峙するように位置決めする位置決め手段と、 前記ワークの焼入面と焼入ヘッドとが所定の関係で位置
   決めされた状態において所定の条件で前記焼入ヘッドに
   電力を供給してワークの焼入面を高周波誘導加熱して焼
   入を行う電力供給手段と、 を備えたことを特徴とする高周波焼入装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記焼入ヘッドは環
   状であり前記ワークがこの焼入ヘッドに対応した環状焼
   入面を有していることによって、１回の焼入工程により
   該焼入面には周方向に１列に並ぶ隔置した焼入部が形成
   されるようになっており、 前記焼入ヘッドが、周方向に隔置した誘導コイルを有し
   ているとともに、 前記焼入ヘッドとワークの焼入面の周方向の相対位置を
   制御する周方向制御手段と、 上記ワークの焼入面と焼入ヘッドの中心軸方向の相対位
   置を制御する軸方向制御手段と、 をさらに備えたことを特徴とする高周波焼入装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記周方向制御手段
   が前記焼入ヘッドの回転位置をワークの焼入面に対して
   制御するものであり、前記軸方向制御手段が、焼入ヘッ
   ドの上下方向位置を制御する昇降手段であることを特徴
   とする高周波焼入装置。
7. 【請求項７】 液中高周波誘導加熱によってシリンダボ
   ア内面に複数の実質的に独立しており、それぞれが形
   状、面積がほぼ同一でほぼ一様な焼入深さを有する焼入
   部を有する焼入パターンが形成されたシリンダブロッ
   ク。