(57)【要約】【課題】被焼入れ品が浸漬して配置される箇所における冷却液の流量及び流れ方向が均一であり、歪みにバラツキが生じにくく、均一に焼入れが施された焼入れ品を製造することが可能な焼入れ装置を提供する。【解決手段】被焼入れ品が配置される三次元領域を含む液槽と、冷却液を流動させる流動機構１０とを備えた焼入れ装置である。流動機構１０が、円筒型ダクト２と、円筒型ダクト２の下流側開口端に接続し、冷却液を水平方向に拡散して流通させる、第１整流板２６が立設された扇型ダクト４と、扇型ダクト４の下流側開口端に接続するとともに、冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部８を有する吹上げダクト６とを備え、吹上げダクト６が、上下に３分割された流路を含むとともに、下記条件（１）等の所定の条件を満たす。    条件（１）：ｈ1＞ｈ2＞ｈ3（ｈ1：上段流路の高さ、ｈ2：中段流路の高さ、ｈ3：下段流路の高さ）【選択図】図２
2020012152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被焼入れ品が浸漬して配置される三次元領域を含む、前記被焼入れ品を焼入れ処理する冷却液が貯留される液槽と、
前記三次元領域の下方から上方に向かって前記冷却液を強制的に流動させる流動機構と、を備えた焼入れ装置であって、
前記流動機構が、
前記冷却液を上方から下方へと流通させる円筒型ダクトと、
前記円筒型ダクトの下流側開口端に接続し、前記円筒型ダクトから流入した前記冷却液を水平方向に拡散して流通させる、その内部に２以上の整流板が立設された扇型ダクトと、
前記扇型ダクトの下流側開口端に接続するとともに、前記扇型ダクトから流入した前記冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部を有する、前記冷却液を上方の前記三次元領域へと放出する吹上げダクトと、を備え、
前記吹上げダクトが、上下に３分割された上段流路、中段流路、及び下段流路を含むとともに、下記条件（１）〜（３）を満たす焼入れ装置。
条件（１）：ｈ1＞ｈ2＞ｈ3
条件（２）：６．０≦（Ｗ／Ｈ）≦１０．０
条件（３）：（Ｗ／１０）＞ｈ1＞（ｈ2＋ｈ3）
（ｈ1：上段流路の高さ、ｈ2：中段流路の高さ、ｈ3：下段流路の高さ、Ｈ：吹上げダクトの流路全高、Ｗ：吹上げダクトの流路全幅）
【請求項２】
前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの内部に、それぞれの高さが前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路の高さに対応するとともに、前記吹上げダクトの上流開口端から前記Ｒ形状部の開始端まで延びる２以上の第２整流板が立設されている請求項１に記載の焼入れ装置。
【請求項３】
前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの前記Ｒ形状部の外縁の、前記冷却液の流れ方向と平行な断面形状が、いずれも四半円弧状である請求項１又は２に記載の焼入れ装置。
【請求項４】
前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの前記Ｒ形状部の外縁の、前記冷却液の流れ方向と平行な断面形状が、いずれも四半円弧状以外の円弧状であり、
前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路の下流側開口端に、垂直上方向に延びる放出口が配設されている請求項１又は２に記載の焼入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種鋼部材を焼入れするために用いる焼入れ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車やシャフト類などの各種鋼部材の強度を高めるべく、焼入れ処理や浸炭・浸炭窒化焼入れ処理などが実施されている。焼入れは、通常、油やソルトなどの液状の冷媒（冷却液）中に被焼入れ品を浸漬等することで実施されるが、急激な温度変化に曝されることから、得られる焼入れ品には歪みが生ずる。鋼部材の寸法精度等を高めるには、生ずる歪みを低減する必要がある。さらに、歪みそのものを低減するだけでなく、生ずる歪みのバラツキを低減することも特に重要である。
【０００３】
焼入れ品に生ずる歪みのバラツキを低減するには、焼入れの際の冷却速度を均一にすることが必要である。焼入れ品に生ずる歪みのバラツキを低減すべく、例えば、複数のノズルから油を噴射することで油の流れを制御する機構を備えた焼入れ装置が提案されている（特許文献１）。また、撹拌用のファン及び可動式の整流板を設けることで冷却液の流量を制御する焼入れ装置が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−０９０５１１号公報
【特許文献２】特開平６−２３５０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２で提案された焼入れ装置は、冷却液の流れに偏りが生ずるのを必ずしも抑制できるものではなかった。このため、より高度な寸法精度等が要求される精密な鋼部材等の焼入れ品を製造しようとする場合には、焼入れ品に生ずる歪みのバラツキを十分に低減するのは困難であった。したがって、被焼入れ品を配置する位置を限定したり、ファン等の流量制御機構の駆動条件をより厳密に制御したりする必要があるなど、高度な制御技術が要求されるものであった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、被焼入れ品が浸漬して配置される箇所における冷却液の流量及び流れ方向が均一であり、歪みにバラツキが生じにくく、均一に焼入れが施された焼入れ品を製造することが可能な焼入れ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明によれば、以下に示す焼入れ装置が提供される。
［１］被焼入れ品が浸漬して配置される三次元領域を含む、前記被焼入れ品を焼入れ処理する冷却液が貯留される液槽と、前記三次元領域の下方から上方に向かって前記冷却液を強制的に流動させる流動機構と、を備えた焼入れ装置であって、前記流動機構が、前記冷却液を上方から下方へと流通させる円筒型ダクトと、前記円筒型ダクトの下流側開口端に接続し、前記円筒型ダクトから流入した前記冷却液を水平方向に拡散して流通させる、その内部に２以上の整流板が立設された扇型ダクトと、前記扇型ダクトの下流側開口端に接続するとともに、前記扇型ダクトから流入した前記冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部を有する、前記冷却液を上方の前記三次元領域へと放出する吹上げダクトと、を備え、前記吹上げダクトが、上下に３分割された上段流路、中段流路、及び下段流路を含むとともに、下記条件（１）〜（３）を満たす焼入れ装置。
条件（１）：ｈ1＞ｈ2＞ｈ3
条件（２）：６．０≦（Ｗ／Ｈ）≦１０．０
条件（３）：（Ｗ／１０）＞ｈ1＞（ｈ2＋ｈ3）
（ｈ1：上段流路の高さ、ｈ2：中段流路の高さ、ｈ3：下段流路の高さ、Ｈ：吹上げダクトの流路全高、Ｗ：吹上げダクトの流路全幅）
［２］前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの内部に、それぞれの高さが前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路の高さに対応するとともに、前記吹上げダクトの上流開口端から前記Ｒ形状部の開始端まで延びる２以上の第２整流板が立設されている前記［１］に記載の焼入れ装置。
［３］前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの前記Ｒ形状部の外縁の、前記冷却液の流れ方向と平行な断面形状が、いずれも四半円弧状である前記［１］又は［２］に記載の焼入れ装置。
［４］前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路のそれぞれの前記Ｒ形状部の外縁の、前記冷却液の流れ方向と平行な断面形状が、いずれも四半円弧状以外の円弧状であり、前記上段流路、前記中段流路、及び前記下段流路の下流側開口端に、垂直上方向に延びる放出口が配設されている前記［１］又は［２］に記載の焼入れ装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被焼入れ品が浸漬して配置される箇所における冷却液の流量及び流れ方向が均一であり、歪みにバラツキが生じにくく、均一に焼入れが施された焼入れ品を製造することが可能な焼入れ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の焼入れ装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】流動機構の一例を示す模式図である。
【図３】流動機構の一例を上方から見た模式図である。
【図４】扇型ダクトと吹上げダクトの接続部分の一部を切り欠いた一例を示す模式図である。
【図５】吹上げダクトのＲ形状部の一例を示す模式図である。
【図６】吹上げダクトのＲ形状部の他の例を示す模式図である。
【図７】実施例１の焼入れ装置の三次元領域における流体の流量及び流れ方向をベクトルで示す図である。
【図８】比較例１の焼入れ装置の三次元領域における流体の流量及び流れ方向をベクトルで示す図である。
【図９】比較例２の焼入れ装置の三次元領域における流体の流量及び流れ方向をベクトルで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の焼入れ装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の焼入れ装置１００は、被焼入れ品を焼入れ処理する冷却液１２が貯留される液槽１４を備える。この液槽１４は、被焼入れ品が浸漬して配置される箇所である三次元領域２０を含む。さらに、焼入れ装置１００は、三次元領域２０の下方から上方に向かって冷却液１２を強制的に流動させる流動機構１０を備える。
【００１１】
図２は、流動機構の一例を示す模式図である。図２に示すように、流動機構１０は、円筒型ダクト２、扇型ダクト４、及び吹上げダクト６を備える。円筒型ダクト２は、冷却液を上方から下方へと流通させるダクトであり、その内部には冷却液を循環流動させるためのプロペラ２２等の流動装置が配設されている。このプロペラ２２を駆動させることで、冷却液を円筒ダクト２内の上方から下方へと流通させることができる。
【００１２】
図３は、流動機構の一例を上方から見た模式図である。図２及び３に示すように、円筒型ダクト２の内部には、冷却液の流れ方向と直交する断面の形状が十字型である整流板（十字型整流板２４）が配設されていることが好ましい。このような十字型整流板２４を配設することで、プロペラ２２の駆動によって生じた冷却液の流れをより均一に整えることができる。
【００１３】
図２及び３に示すように、扇型ダクト４は、円筒型ダクト２の下流側開口端に接続する扇型のダクトであり、円筒型ダクト２から流入した冷却液を水平方向に拡散して流通させることができる。
【００１４】
図２及び３に示すように、吹上げダクト６は、扇型ダクト４の下流側開口端に接続するダクトである。また、吹上げダクト６は、扇型ダクト４から流入した冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部８を有しており、冷却液を上方の三次元領域２０（図１）へと放出することができる。
【００１５】
図４は、扇型ダクトと吹上げダクトの接続部分の一部を切り欠いた一例を示す模式図である。図４に示すように、吹上げダクト６は、上下に３分割された上段流路６ａ、中段流路６ｂ、及び下段流路６ｃを含む。さらに、吹上げダクト６は、下記条件（１）〜（３）を満たすように構成されている。
条件（１）：ｈ1＞ｈ2＞ｈ3
条件（２）：６．０≦（Ｗ／Ｈ）≦１０．０
条件（３）：（Ｗ／１０）＞ｈ1＞（ｈ2＋ｈ3）
（ｈ1：上段流路の高さ、ｈ2：中段流路の高さ、ｈ3：下段流路の高さ、Ｈ：吹上げダクトの流路全高、Ｗ：吹上げダクトの流路全幅）
【００１６】
上記の条件（１）〜（３）を満たすように構成された吹上げダクトを有する流動機構を備えることで、被焼入れ品が浸漬して配置される箇所である三次元領域２０（図１）における冷却液の流量及び流れ方向が均一に制御された焼入れ装置とすることができる。したがって、このような流動機構を備えた本発明の焼入れ装置を使用する、すなわち、三次元領域に被焼入れ品を浸漬して焼入れすることで、歪みにバラツキが生じにくく、均一に焼入れが施された焼入れ品を製造することができる。
【００１７】
図３に示すように、２以上の第１整流板２６が扇型ダクト４の内部に立設されている。このように、扇型ダクト４の流路内に２以上の第１整流板２６を立設し、冷却液の流れを横方向に複数に分割することで、三次元領域２０（図１）へと放出される冷却液の流量及び流れ方向が均一となるように制御することができる。なお、２以上の第１整流板２６は、扇型ダクト４の流路を横方向に略等間隔に仕切るように立設されていることが好ましい。
【００１８】
また、図２〜４に示すように、吹上げダクトの上流開口端２８からＲ形状部の開始端３０ａ，３０ｂ，３０ｃまで延びる２以上の第２整流板３２が、上段流路６ａ、中段流路６ｂ、及び下段流路６ｃのそれぞれの内部に立設されていることが好ましい。なお、２以上の第２整流板３２の高さは、上段流路６ａ、中段流路６ｂ、及び下段流路６ｃの高さに対応している。このように、吹上げダクト６の流路内に２以上の第２整流板３２を立設し、冷却液の流れを横方向に複数に分割することで、三次元領域２０（図１）へと放出される冷却液の流量及び流れ方向がより均一となるように制御することができる。なお、２以上の第２整流板３２は、吹上げダクト６の流路を横方向に略等間隔に仕切るように立設されていることが好ましい。
【００１９】
図５は、吹上げダクトのＲ形状部の一例を示す模式図である。図５においては、扇型ダクトから流入した冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部８が示されている。なお、吹上げダクト６は、上下に３分割された上段流路６ａ、中段流路６ｂ、及び下段流路６ｃを含むため、上段流路６ａ、中段流路６ｂ、及び下段流路６ｃのそれぞれに対応するＲ形状部８が形成されている。図５に示すように、Ｒ形状部の外縁３４ａ，３４ｂ，３４ｃの冷却液の流れ方向と平行な断面形状は、いずれも四半円弧状であることが好ましい。ここで、四半円弧状とは、例えば図５に示すように、Ｒ形状部の開始端から終了端までのＲ形状を表す各寸法がｄ1＝ｔ1、ｄ2＝ｔ2、及びｄ3＝ｔ3の関係を満たすことを意味する。吹上げダクトを構成する各流路におけるＲ形状部の外縁形状を四半円弧状とすることで、三次元領域２０（図１）へと放出される冷却液の流量及び流れ方向がより均一となるように制御することができる。
【００２０】
図６は、吹上げダクトのＲ形状部の他の例を示す模式図である。図６においては、扇型ダクトから流入した冷却液の流れを水平方向から垂直上方向へと曲げるＲ形状部１８が示されている。なお、吹上げダクト１６は、上下に３分割された上段流路３６ａ、中段流路３６ｂ、及び下段流路３６ｃを含むため、上段流路３６ａ、中段流路３６ｂ、及び下段流路３６ｃのそれぞれに対応するＲ形状部１８が形成されている。さらに、Ｒ形状部の外縁４０ａ，４０ｂ，４０ｃの冷却液の流れ方向と平行な断面形状は、いずれも四半円弧状以外の円弧状である。ここで、四半円弧状以外の円弧状とは、例えば図６に示すように、Ｒ形状部の開始端から終了端までのＲ形状を表す各寸法がｄ1＞ｔ1、ｄ2＞ｔ2、及びｄ3＞ｔ3の関係を満たすこと等を意味する。すなわち、流動機構の設置スペースが限定される等して、Ｒ形状部の外縁形状を四半円弧状とすることが困難であれば、Ｒ形状部の外縁形状を四半円弧状以外の円弧状とする場合が想定される。このような場合に、上段流路３６ａ、中段流路３６ｂ、及び下段流路３６ｃの下流側開口端に、垂直上方向に延びる放出口３８が配設されていることが好ましい。このような放出口３８を配設することで、三次元領域２０（図１）へと放出される冷却液の流量及び流れ方向がより均一となるように制御することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１〜５、比較例１〜５）
図１に示すような構成を有する、一般的な焼入れ装置の約１／２サイズの実験用の焼入れ装置を用意した。用意した焼入れ装置の液槽の容量は約７５０Ｌであり、三次元領域の寸法は、幅３５０ｍｍ×奥行５５０ｍｍ×高さ２６０ｍｍであった。表１−１及び１−２の上段に示す各構成の流動機構を焼入れ装置にそれぞれ取り付けるとともに、液槽に冷却液（流体）として水を入れ、撹拌速度２７５ｒｐｍの条件で水を撹拌して流動させた。そして、三次元電磁流速計（商品名「ＡＣＭ−Ｒ３」、ＪＦＥアドバンテック社製）を使用し、以下に示す条件にしたがって、三次元領域を４５箇所に分割した各測定位置における流体のＺ軸方向の流速及び流れ方向を測定した。測定結果を表１−１及び１−２の下段に示す。また、実施例１、比較例１、及び比較例２の各焼入れ装置の三次元領域における流体の流量及び流れ方向をベクトルで示す図を図７〜９に示す。
［条件］
・サンプリングレート：２０Ｈｚ
・１箇所における測定時間：２５ｓｅｃ
【００２３】
2020012152.tif 000003
【００２４】
2020012152.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の焼入れ装置は、歪みにバラツキが生じにくく、均一に焼入れが施された焼入れ品を簡便かつ大量に製造する装置として有用である。
【符号の説明】
【００２６】
２：円筒型ダクト
４：扇型ダクト
６，１６：吹上げダクト
６ａ，３６ａ：上段流路
６ｂ，３６ｂ：中段流路
６ｃ，３６ｃ：下段流路
８，１８：Ｒ形状部
１０：流動機構
１２：冷却液
１４：液槽
２０：三次元領域
２２：プロペラ
２４：十字型整流板
２６：第１整流板
２８：吹上げダクトの上流開口端
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：Ｒ形状部の開始端
３２：第２整流板
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：Ｒ形状部の外縁
３８：放出口
１００：焼入れ装置
【図１】
2020012152.tif 000005
【図２】
2020012152.tif 000006
【図３】
2020012152.tif 000007
【図４】
2020012152.tif 000008
【図５】
2020012152.tif 000009
【図６】
2020012152.tif 000010
【図７】
2020012152.tif 000011
【図８】
2020012152.tif 000012
【図９】
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