JP5642986B2

JP5642986B2 - 油焼入装置

Info

Publication number: JP5642986B2
Application number: JP2010077793A
Authority: JP
Inventors: 博善宮本; 純久園田
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011208235A

Description

本発明は、加熱室で加熱したワークを焼入室における油槽内の焼入油に浸漬して油冷する油焼入装置に関する

油焼入装置は、変成ガス雰囲気等の無酸素状態でワークを加熱する加熱室、および加熱室にて加熱されたワークを急冷するための油槽を備えている。近年、焼入処理するワークの大型化に伴い、ワークを急冷するための油槽が大型化する傾向がある。

このような大型の油槽を備えた油焼入装置の中には、ワークの冷え方を均質化してワークの良好な焼入品質を確保するために、油槽内の焼入油を撹拌して循環させる油槽撹拌ユニットを設けるものがあった。例えば、従来の油焼入装置の中には、ワークが油槽内にあるときにはエレベータを昇降させて油槽内でワークを揺動させつつ焼入処理を行う一方で、ワークが油槽から引き上げられた後に油槽撹拌ユニットによって油槽内の油を撹拌するように構成されるものがあった（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−３５０７５６号公報

ところが、ワークの形状や設置状態によっては、油槽内にてワークを上下に揺動させても、ワークの冷え方を均質化させることが困難になる場合があった。例えば、大型軸受、大型歯車、およびインペラ等のワークに対して焼入処理を行う際には、ワークにおいて焼入処理されにくい箇所が発生し、焼入歪のバラツキを抑えることが困難になることがあった。

本発明の目的は、ワークのサイズおよび形状にかかわらず、焼入処理されにくい箇所の発生を防止し、焼入歪のバラツキを抑えることが可能な油焼入装置を提供することである。

この発明に係る油焼入装置は、焼入油を貯留する油槽を下部に有する焼入室と、焼入室に扉を介して接続された加熱室と、を備えるとともに、加熱室で加熱されたワークを油槽内の焼入油に浸漬して油冷するように構成される。この油焼入装置は、エレベータ、
エレベータ昇降手段、油槽撹拌手段、油中噴射手段、および制御手段を備える。

エレベータは、焼入室においてワークを下から支持するように構成され、かつ、加熱室で加熱されたワークを設定された油冷期間にわたって焼入油に浸漬するように構成される。油槽における焼入油の循環効率を考慮すると、エレベータは、その底面が、ワークを下から支持するように構成された複数のローラによって構成されることが好ましいが、レール機構やチェーンコンベア機構等によって底面を構成しても良い。エレベータ昇降手段は、エレベータの昇降を駆動するように構成される。

油槽撹拌手段は、油槽の上部に位置する上部開口から吸い込んだ焼入油を油槽の下部における上部開口よりも内側でエレベータの底面の下方に位置する下部開口から上方に向かって排出して油槽内に循環させるダクトと、ダクト内における上部開口と下部開口との間に配置された攪拌プロペラと、を有している。油中噴射手段は、先端が平面視におけるエレベータの中心に向けてエレベータの外周面に対向するように配置された複数の噴射ノズルを備える。

制御手段は、エレベータ昇降手段、油槽撹拌手段、および油中噴射手段の動作を制御するように構成される。そして、この制御手段は、油冷期間の一部または全部において、エレベータ昇降手段、油槽撹拌手段、および油中噴射手段を動作可能とされている。例えば、制御手段は、油冷期間においてエレベータ昇降手段、油槽撹拌手段、および油中噴射手段を同時に動作させたり、設定されたパターンに従って順次的に動作させたり、これらのうちの２以上の手段を選択して適宜組み合わせて動作させたりすることが可能である。

上述の構成においては、油冷期間中にエレベータ昇降手段、油槽撹拌手段、および油中噴射手段が動作するため、油冷期間中にも油槽中の焼入油の循環が行われ、その循環した焼入油が焼入処理中のワークの全域にほぼ均等に行き渡り易くなり、しかも、ワークにおける外周面から窪んだような焼入れされにくい箇所への集中冷却が並行して行われる。

このため、ワークのサイズや形状にかかわらず、ワークの全域において油槽内での冷え方を均質化させることが可能となる。

本発明によれば、ワークのサイズおよび形状にかかわらず、焼入処理されにくい箇所の発生を防止し、焼入歪のバラツキを抑えることが可能になる。

油焼入装置の概略を示す図である。焼入室の概略を示す図である。油槽の概略平面図である。油焼入装置の概略を示すブロック図である。ワークの上下揺動処理および油中噴射処理を示す図である。焼入油の循環処理を示す図である。

図１を用いて、本発明の実施形態に係る油焼入装置１０の概略構成を説明する。油焼入装置１０は、加熱室１４および焼入室１２を備える。

加熱室１４は、ワーク１００に対して加熱処理を行うヒータ１４２を内部に備える。また、加熱室２４は、ワーク１００の搬入および搬出を行うように構成された複数のローラ１４４を備える。

焼入室１２は、中間扉２０を介して加熱室１４に接続される。また、焼入室１２は、前扉１６０を介して搬送部１６に接続される。搬送部１６は、油焼入装置１０に対するワーク１００の搬入および搬出を行うように構成される。

さらに、焼入室１２は、焼入油１２２を貯留する油槽１２０を下部に有する。また、焼入室１２は、ワーク１００を油槽１２０内に浸漬させるためのエレベータ１２４を備える。エレベータ１２４は、シリンダ機構等を有するエレベータ昇降部１２６から駆動力を受けることにより、垂直に延びるように構成された複数のガイド１２８に沿って昇降するように構成される。

続いて、図２および図３を用いて油槽１２０の構成を説明する。油槽１２０内には、図２および図３に示すように、焼入油１２２を攪拌するように構成された４つの油槽撹拌ユニット２２が設けられる。油槽撹拌ユニット２２は、円筒状ダクト２２２内に配置された撹拌プロペラ２２４を駆動することによって、ダクト２２２の上方から焼入油１２２を吸い込み、ダクト２２２の下方へ吐き出す。

油槽撹拌ユニット２２の下方には、円筒状ダクト２２２に連通するように構成された断面視Ｕ字状を呈する油整流ダクト２４が２つ配置される。油整流ダクト２４は、油槽１２０の炉長方向（図１での左右方向、図２での紙面垂直方向）の略全域にわたって配置されており、ダクト２２２から下方向に吐き出される油をＵターンさせつつ油槽１２０中央部に案内し、油槽１２０中央部に上向きの流れを形成するように構成される。上述した４つの油槽撹拌ユニット２２および２つの油整流ダクト２４により、油槽１２０の内部に２つの油循環経路が発生する。なお、油槽撹拌ユニット２２および油整流ダクト２４の構成はこの実施形態のものに限定されるものではなく、ワーク１００や油槽１２０のサイズに応じて、油槽撹拌ユニット２２および油整流ダクト２４の数を適宜増減することが可能である。

続いて、図３を用いて、ワーク１００の周囲からワークに対して油を噴射する油中噴射機構について説明する。図３に示すように、油槽１２０内には、各ガイド１２８およびエレベータ１２４の周囲を取り囲むように４つの噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６が複数段（例えば、２段）に設けられる。各噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６はそれぞれ、複数の噴射ノズル２５０を備えている。複数の噴射ノズル２５０はそれぞれ、その先端がワーク１００の外周面に対向するように配置される。このとき、各噴射ノズル２５０がワーク１００の中心を向くように配置されることが好ましい。また、ワーク１００の形状に合わせて油の噴射角度を変えられるように、噴射ノズル２５０が手動または自動にて角度調整可能に構成されることが好ましい。特に、ユニバーサルジョイント等により噴射ノズル２５０が水平方向にも垂直方向にも回転する構成を採用することが好ましいと言える。

上述の噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６は、複数の噴射駆動ユニット２４２のそれぞれを介して油槽１２０内の所定箇所（例えば、この実施形態では、油整流ダクト２４）に連通している。各噴射駆動ユニット２４２は、ポンプ等を内蔵しており、油槽１２０内の油を吸い込み、加圧した状態で噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、または２４６に送り込むように構成されている。

図４は、油焼入装置１０のブロック図である。油焼入装置１０は、センサユニット５８、扉開閉機構５６、搬送駆動ユニット６０、ＲＯＭ５２、およびＣＰＵ５０を備える。センサユニット５８は、油焼入装置１０の環境情報（例えば、加熱室１２および焼入油１２２の温度）やエレベータ１２４の位置等を検出するように構成される。扉開閉機構５６は、前扉１６０および中間扉２０の開閉動作を制御する。搬送駆動ユニット６０は、搬送部１６０、ローラ１２５、およびローラ１４４を駆動するように構成される。ＲＯＭ５２は、油焼入装置１０の動作に必要な複数のプログラムを格納する。ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムに基づいて、油焼入装置１０の各部の動作を統括的に制御する。

続いて、油焼入装置１０の動作を説明する。油焼入装置１０では、まず、搬送部１６および焼入室１２を介して加熱室１４にワーク１００がローラ搬送される。加熱室１４で所望の加熱処理がされたワーク１００は、油冷を行うために、中間扉２０を介して焼入室１２にローラ搬送される。焼入室１２に導入されたワーク１００はエレベータ１２４に設けられたローラ１２５によって下から支持された状態で、油槽１２０内に搬送され、焼入油１２２に浸漬される。

ワーク１００が所定の浸漬位置に配置されたことを位置センサ等からの信号により確認すると、ＣＰＵ５０は、ワーク１００の上下揺動処理、油中噴射処理、および焼入油１２２の循環処理を実行する。ここでは、ワーク１００の種類に応じて上下揺動処理、油中噴射処理、および焼入油１２２の循環処理の任意の組み合わせが適宜選択される。例えば、ＣＰＵ５０は、油冷期間において上下揺動処理、油中噴射処理、および焼入油１２２の循環処理を同時に実行したり、設定されたパターンに従って順次的に実行したり、または、これらのうちの２以上の処理を選択して適宜組み合わせて実行したりすることが可能である。

ここで、ワーク１００の上下揺動処理は、図５（Ａ）に示すように、所望期間にわたって、間欠的に、または連続的にＣＰＵ５０がエレベータ昇降部１２６を介してエレベータ１２４を昇降させることによって繰り返される。また、油中噴射処理は、図５（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ５０が、所望期間にわたって、噴射駆動ユニット２４２を動作させることによって行われる。さらに、焼入油１２２の循環処理は、図６に示すように、所望期間にわたって、ＣＰＵ５０が油撹拌装置２２を動作させることによって行われる。

このように、ワーク１００の種類に応じて、上下揺動処理、油中噴射処理、および焼入油１２２の循環処理の任意の組み合わせが適宜選択されることにより、ワークの種類に応じて最適な油冷操作を行うことができる。

なお、ＣＰＵ５０が、エレベータ昇降部１２６、噴射駆動ユニット２４２、および油撹拌装置２２の任意の組み合わせを適宜選択して実行するのは、油冷期間の全部であることが好ましいが、必ずしも全油冷期間にわたって実行する必要はない。例えば、油冷期間の一部において上述の処理を実行することでも、本発明の所望の作用効果を得ることは可能である。

そして、所望の時間だけ油冷された後、ワーク１００は、エレベータ１２４によって油槽２２から引き上げられ、所定の油切り時間の経過後、ローラ１２５によって前扉１６から搬送部１６に送り出される。

上述の構成によれば、ワーク１００が焼入油１２２に浸漬した状態で揺すられるため、焼入処理中においてワーク１００の全域にほぼ均等に焼入油１２２が行き渡り易くなる。また、油撹拌装置２２による焼入油１２２の循環処理が、所望の油冷期間にわたって並行的に行われるため、焼入処理中においても油槽１２０内の焼入油１２２の温度のバラツキが小さくなり、ワーク１００周囲の焼入油１２２のみの温度が上昇することが防止される。特に、エレベータ１２４の底に互いに間隙を設けて配列される複数のローラ１２５を配置しているため、エレベータ１２４の底にレール機構や、チェーンコンベア機構を配置する構成に比較して、焼入油１２２の循環を妨げにくくなるため、油撹拌装置２２による焼入油１２２の循環処理をより効率的に行うことが可能となる。

さらには、インペラのような構造物に挟まれた内面に焼入品質を要求される場合であっても、噴射ノズル２５０によって、そのような部位への焼入油１２２の集中噴射を併せて行うことが可能になるため、ワーク１００の形状にかかわらずワーク１００の冷え方を均質化させることが可能となる。

なお、本実施形態では、最適な実施形態として、エレベータ１２４の底に複数のローラ１２５を配置した構成を説明したが、エレベータ１２４の底にレール機構やチェーンコンベア機構を配置する場合であっても本発明の技術思想を適用することは可能である。

また、上述の実施形態では、噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６、ならびに複数の噴射ノズル２５０が２段設けられる構成を説明したが、これらの段数は適宜増減させることが可能である。例えば、エレベータ１２４の昇降によってワーク１００の高さ方向の全域に噴射ノズル２５０による焼入油１２２の集中噴射が可能な場合には、噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６は一段であっても良い。一方で、高さのある大型のワーク１００の頻繁に焼入処理する場合には、噴射油導入ダクト２４３、２４４、２４５、および２４６を高さ方向に３段以上設けることが好ましいと言える。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−油焼入炉
１２−焼入室
１４−加熱室
１６−搬送部
２２−油槽撹拌ユニット
１２０−油槽
１２４−エレベータ
１２６−エレベータ昇降部
２４３、２４４、２４５、２４６−噴射油導入ダクト
２５０−噴射ノズル

Claims

焼入油を貯留する油槽を下部に有する焼入室と、
前記焼入室に扉を介して接続された加熱室と、を備えるとともに、前記加熱室で加熱されたワークを前記油槽内の前記焼入油に浸漬して油冷する油焼入装置であって、
前記焼入室において底面がワークを下から支持するように構成され、かつ、前記加熱室で加熱されたワークを設定された油冷期間にわたって前記焼入油に浸漬するように構成されたエレベータと、
前記エレベータの昇降を駆動するように構成されたエレベータ昇降手段と、
前記油槽内の前記焼入油を撹拌し循環させるように構成された油槽撹拌手段と、
先端が平面視における前記エレベータの中心に向けて前記エレベータの外周面に対向するように配置された複数の噴射ノズルを備えた油中噴射手段と、
前記エレベータ昇降手段、前記油槽撹拌手段、および前記油中噴射手段の動作を制御するように構成される制御手段と、を備え、
前記油槽攪拌手段は、前記油槽の上部に位置する上部開口から吸い込んだ前記焼入油を前記油槽の下部における前記上部開口よりも内側で前記エレベータの底面の下方に位置する下部開口から上方に向かって排出して前記油槽内に循環させるダクトと、前記ダクト内における前記上部開口と前記下部開口との間に配置された攪拌プロペラと、を有し、
前記複数の噴射ノズルのそれぞれは、平面視及び側面視において前記上部開口と前記下部開口との間に位置し、
前記制御手段は、前記油冷期間の一部または全部において、前記エレベータ昇降手段、前記油槽撹拌手段、および前記油中噴射手段を動作可能とされた
油焼入装置。
前記ダクトは、平面視において前記エレベータを挟んで対向するように一対が配置された請求項１に記載の油焼入装置。
前記ダクトは、平面視において前記エレベータを挟んで対向する前記油槽の２つの側壁のそれぞれに沿って配置されて上端に前記上部開口を有する縦部分と、外側の端部が前記縦部分の下端に連通して前記油槽の底面に沿って配置されて内側の端部に上向きの前記下部開口を有する横部分と、を備え、
前記下部開口は、平面視において前記側壁の略全長にわたって形成された請求項１または２に記載の油焼入装置。
前記油中噴射手段は、平面視において前記ダクトの縦部分より内側で、かつ前記下部開口より外側の位置で水平方向に延在する噴射油導入ダクトを備え、
前記噴射ノズルは、前記噴射油導入ダクトに角度調整可能にして連通する請求項３に記載の油焼入装置。
前記エレベータの底面は、ワークを下方から支持する複数のローラであって、平面視においてそれぞれの軸方向を前記２つの側壁に直交する方向に配置した請求項１乃至４のいずれかに記載の油焼入装置。
前記加熱室は、ワークを搬送する複数のローラを、前記エレベータの複数のローラと平行に備え、
前記エレベータ昇降手段は、前記エレベータの複数のローラが前記加熱室の複数のローラと面一となる位置を含む範囲に前記エレベータを昇降させる請求項５に記載の油焼入装置。