(57)【要約】【課題】ワークから冷却液噴射装置の各噴射口までの距離が離れていても、高い冷却効果を奏することができる高周波焼入装置の浸漬冷却装置を提供することである。【解決手段】誘導加熱された円柱状，円筒状，又は円盤状のワーク３０を液槽４内の冷却液に浸漬して冷却する高周波焼入装置の浸漬冷却装置１において、液槽４外の冷却液を、液槽４内の冷却液中でワーク３０に向けて供給する冷却液供給手段１３と、液槽４内の冷却液を排出する排出手段１１とを備えており、冷却液供給手段１３が供給する低温の冷却液量に相当する量の高温の冷却液を排出手段１１が排出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱されたワークを液槽内の冷却液に浸漬して冷却する高周波焼入装置の浸漬冷却装置において、
液槽外の冷却液を、液槽内の冷却液中でワークに向けて供給する冷却液供給手段と、液槽内の冷却液を排出する排出手段とを備えており、
前記冷却液供給手段が供給する冷却液量に相当する量の冷却液を排出手段が排出することを特徴とする高周波焼入装置の浸漬冷却装置。
【請求項２】
排出手段と冷却液供給手段とが連通しており、排出された冷却液が再度ワークに向けて噴射されることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置。
【請求項３】
排出手段は、浸漬されたワークよりも下側に冷却液排出口を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置。
【請求項４】
ワークを冷却して昇温した冷却液の温度を下げる熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波焼入装置に設けられる冷却装置であって、誘導加熱直後の高温のワークを冷却液槽に浸漬することにより急冷する浸漬冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波焼入装置には、誘導加熱によって昇温したワークを急冷するための冷却装置が設けられている。この冷却装置には、ワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットを備えたものや、ワークを冷却液槽に浸漬するものがある。昨今はさらに改良が進み、特許文献１には、ラック（ワーク）を冷却液槽に浸漬した上に、ラックに冷却液を噴射する構成が開示されている。特許文献１に開示されている冷却手段のように、浸漬したワークに対してさらに冷却液を噴射すると、ワークの冷却を促進することができる。
【特許文献１】特開２０００−３４５２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで本発明者が実験したところ、特許文献１に開示されている冷却手段のようにワークを液槽に浸漬しさらにワークに向けて冷却液を噴射する場合には、冷却液噴射口からワークまでの距離は１５〜２０ｍｍ程度が限度であり、これ以上離れると、冷却液を噴射することによる冷却効果がほとんど得られないことが判明した。
【０００４】
すなわち、特許文献１に開示されているような冷却手段を採用した場合、冷却液噴射口からワークまでの距離を１５〜２０ｍｍ以上離すと、噴射する低温の冷却液がワークに届きにくくなって冷却を促進することができず、噴射圧力を大きくすると液槽内の冷却液の液面が波立ってしまい、液面近くのラック（ワーク）に噴射供給される冷却液中に気泡が混入し、冷却効果が著しく減少してしまう。
【０００５】
また、円筒状又は環状のワークを偏りなく冷却するには、冷却液噴射装置の複数の冷却液噴射口をワークと同心状に配置し、ワークの周囲から各冷却液噴射口までの距離が均等になるようにする必要がある。しかし、冷却液噴射装置の環状に配置された複数の冷却液噴射口の位置は固定されているため、小さな径のワークを冷却する場合には、ワークから各噴射口までの距離を均等に１５〜２０ｍｍ以内に設定するのは困難である。
【０００６】
そこで本発明は、ワークから冷却液噴射装置の各噴射口までの距離が１５〜２０ｍｍ以上離れていても、高い冷却効果を奏することができる高周波焼入装置の浸漬冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、誘導加熱されたワークを液槽内の冷却液に浸漬して冷却する高周波焼入装置の浸漬冷却装置において、液槽外の冷却液を、液槽内の冷却液中でワークに向けて供給する冷却液供給手段と、液槽内の冷却液を排出する排出手段とを備えており、前記冷却液供給手段が供給する冷却液量に相当する量の冷却液を排出手段が排出することを特徴とする高周波焼入装置の浸漬冷却装置である。
【０００８】
請求項１の発明では、液槽外の冷却液を、液槽内の冷却液中でワークに向けて供給する冷却液供給手段と、液槽内の冷却液を排出する排出手段とを備えており、前記冷却液供給手段が供給する冷却液量に相当する量の冷却液を排出手段が排出するので、液槽内の冷却液の液面が波立たず、ワークに向けて供給される冷却液中に気泡が混入しない。その結果、高い冷却効果を奏することができる。すなわち、小さな径のワークを冷却する場合であっても、良好に冷却することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、排出手段と冷却液供給手段とが連通しており、排出された冷却液が再度ワークに向けて噴射されることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置である。
【００１０】
請求項２の発明では、排出手段と冷却液供給手段とが連通しており、排出された冷却液が再度ワークに向けて噴射される。これにより、冷却液の再利用が可能になる。
【００１１】
請求項３の発明は、排出手段は、浸漬されたワークよりも下側に冷却液排出口を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置である。
【００１２】
請求項３の発明では、排出手段が、浸漬されたワークよりも下側に冷却液排出口を有しているので、液槽内の冷却液が円滑に入れ替わる。すなわち、低温の冷却液がワークに供給され、ワークを冷却して昇温した冷却液が液槽外へ円滑に排出されるので、ワークを効率よく冷却することができる。
【００１３】
請求項４の発明は、ワークを冷却して昇温した冷却液の温度を下げる熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の高周波焼入装置の浸漬冷却装置である。
【００１４】
請求項４の発明では、ワークを冷却して昇温した冷却液の温度を下げる熱交換器を備えているので、高温の冷却液の温度を効率よく低下させることができる。その結果、温度低下した冷却液を再利用することができるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を実施すると、液槽内の冷却液の液面が波立たず、ワークに向けて供給される冷却液の供給圧力を大きく設定しても冷却液中に気泡が混入せず、その結果、径が大きいワークから径が小さいワークに至るまで良好に冷却することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明を実施した高周波焼入装置の浸漬冷却装置の斜視図であり、図２及び図３は、図１の浸漬冷却装置の縦断正面図であり、図４は、図３の浸漬冷却装置のＩＶ−ＩＶ矢視図であり、図５は、浸漬冷却装置の配管系統図であり、図６は、浸漬冷却装置の信号系統図である。まず、浸漬冷却装置の構成を説明し、続いて浸漬冷却装置の動作を説明する。
【００１７】
浸漬冷却装置１は、四隅を各々支柱２５で支持された液層（外液槽３，内液槽４），冷却ジャケット１５，昇降装置１７，及び各種配管等を備えている。図２に示すように、液槽は二重構造であって底５が共通であり、外液槽３の内側に内液槽４が配置されている。図１では、内部のレイアウトが把握し易くなるように、外液槽３と内液槽４の一部を破断して浸漬冷却装置１を描写している。
【００１８】
図１，図２に示すように内液槽４の側壁には孔４ａが設けられており、外液槽３の側壁には孔３ａが設けられている。これら孔３ａ，４ａを貯液管２８が液密を保ち貫通している。この貯液管２８の途中には貯液弁２７（開閉弁）が設けられており、貯液弁２７を開くと内液槽４内に冷却液を供給し貯留することができるようになっている。
【００１９】
また、液槽の底５には孔８，開口７（冷却液排出口），開口９，及び孔６が設けられている。
順に説明すると、孔８には給液管１２が液密を保ち貫通している。給液管１２の上端は、水平方向にのびる給液管１４の一端が接続されている。給液管１４の他端側は、冷却ジャケット１５の底部と接続されている。給液管１２には給液弁１３（冷却液供給手段），流量計３３（流量センサ），及びポンプ３４が設けられている。また、図５に示すように給液管１２は、冷却液が収容されるタンク３５に接続されている。よって、ポンプ３４が作動し、さらに給液弁１３が開くと、その開度に応じた量の冷却液が給液管１２内を流れ、流量計３３はその流量を検知する。
【００２０】
冷却ジャケット１５は、環状構造を呈しており、内部には環状空間１５ａが形成されている。また、冷却ジャケット１５の内周側壁には多数の噴射口１６が設けられている。環状空間１５ａと噴射口１６とは連通しており、さらに、環状空間１５ａは給液管１２及び給液管１４と連通している。よって、給液管１２，１４を介して冷却ジャケット１５（内部空間１５ａ）に供給された冷却液は、この噴射口１６から噴射されるようになっている。すなわち、ポンプ３４で加圧された冷却液が、多数の噴射口１６から冷却ジャケット１５の中心方向に向けて噴射供給される。この冷却ジャケット１５の内周側壁と同心状に後述のワーク３０が配置され、ワーク３０には噴射口１６から噴射された冷却液が供給される。冷却ジャケット１５の各噴射口１６からワーク３０までの距離は均一であるのが好ましく、ワーク３０が円柱状，円筒状，又は円盤状であれば、冷却ジャケット１５の内周面（噴射口１６の設置面）は円筒状であるのが好ましい。
【００２１】
給液管１２は、複数本（本実施の形態では４本）設けられており、これらの給液管１２によって冷却ジャケット１５は、内液槽４内の所定位置（内液槽４に冷却液を満たすと完全に液没する高さ）に支持されている。よって、給液管１２は、冷却ジャケット１５に冷却液を供給する以外に、冷却ジャケット１５を支持する機能を兼ね備えている。
【００２２】
また、液槽の底５には開口７が設けられている。底５の下面には排液管１０が固定されており、排液管１０と開口７とが液密を保ち接続されている。排液管１０には排液弁１１（排出手段）が設けられている。この排液弁１１を開くと、内液槽４内の冷却液を排出することができる。排出された冷却液は、図５に示すようにタンク３５に回収できるようになっている。
【００２３】
環状の外液槽３の底５には開口９が設けられている。開口９には回収管３６が液密を保ち接続されている。内液槽４内の冷却液の液位は、冷却ジャケット１５を液没させた上で任意に設定可能であるが、液面には不純物が浮遊することがあるので、不純物を排出するために貯液管２８から冷却液を供給し、内液槽４から冷却液をオーバフローさせる。オーバフローした冷却液は、開口９，及び開口９に接続された回収管３６を介してタンク３５に回収される。その途中では図示しないフィルタによって不純物は除去される。
【００２４】
最後に、底５に設けられた孔６は、ワーク３０を支持する支持シャフト２２を、液密を保ち貫通させる孔である。斜視図では、どのような角度から描写しても支持シャフト２２は隠れてしまうので、図１では、支持シャフト２２は誇張した太さで描写している。孔６は、内液槽４の中央に設けられており、支持シャフト２２は昇降装置１７によって上昇又は下降できる。昇降装置１７は、液槽の下に配置されており、モータ１８，ねじ１９，昇降台２０を備えている。
【００２５】
昇降台２０上にはモータ２１及び支持シャフト２２が搭載されている。モータ２１は、支持シャフト２２を回転駆動させるギヤードモータである。また、昇降台２０にはねじ１９に螺合するねじ孔２０ａが設けてある。ねじ１９の下端は床に回転可能に支持されており、ねじ１９は、モータ１８（サーボモータ）によって回転駆動される。モータ１８は、図示しない固定具によって固定されている。
【００２６】
また、昇降台２０にはフック２０ｂが設けてある。すなわち、ねじ孔２０ａがねじ１９に螺合することによって、昇降台２０は片持ち支持状態となるため、昇降台２０（モータ２１，支持シャフト２２等の搭載物を含む）の重量をバランスよく支持することができる位置にフック２０ｂが設けられており、フック２０ｂとバランスウェイト２６とが、液槽の底５の下面に固定された滑車２３（ギヤ）を介してチェーン２４で連結されている。バランスウェイト２６の周囲にはガイド枠３７が設けられている。よって、バランスウェイト２６は、ガイド枠３７に沿って鉛直方向に移動し、水平方向にぶれないようになっている。
【００２７】
支持シャフト２２の上端には支持台４０が固定されている。支持台４０上には円柱状，円筒状，又は円盤状のワーク３０が載置可能である。ワーク３０は、図示しない係止具によって支持台４０と一体に回転可能に係止されている。よって、モータ２１を駆動すると、ワーク３０は支持シャフト２２及び支持台４０と一体に回転する。
【００２８】
以上、説明した浸漬冷却装置１の上方には、高周波焼入装置の誘導コイル２が配置されている。すなわち、誘導コイル２を固定する絶縁素材で構成される基台２９は、図示しない固定具によって冷却ジャケット１５と同心となるように固定されている。ただし、図１では描写の都合上、基台２９及び誘導コイル２の描写は省略している。
【００２９】
誘導コイル２には、周知の高周波焼入装置と同様の高周波電源，及びトランスから高周波電力が供給可能となっており、図２に示すように、ワーク３０が誘導コイル２の高さに配置されるとワーク３０を誘導加熱し、焼入を実施することができるようになっている。
【００３０】
さらに図６に示すように、浸漬冷却装置１には制御装置３８が設けられている。制御装置３８は、各種の設定値を記憶できるメモリや、各種の判定，演算を実施するＣＰＵが設けられている。さらに制御装置３８は、貯液弁２７，液位検出器３９，ワーク高さ設定装置（昇降装置１７），排液弁１１，給液弁１３，及びワーク回転装置（モータ２１）と有線または無線によって信号の授受を行う。
【００３１】
次に、浸漬冷却装置１の動作について説明する。図７は、本発明の浸漬冷却装置１を実施する際の流れ図である。図７に示すように、ワークを焼き入れし、冷却を完了するまでに、準備工程と焼入工程と冷却工程を経る。
【００３２】
まず、初期段階である準備工程では、ワークを冷却することができるように液槽内に冷却液を貯留する。すなわち、ステップ１において貯留を開始するが、図６の制御装置３８は、予め排液弁１１と給液弁１３が全閉状態であることを確認する。制御装置３８は、排液弁１１と給液弁１３が全閉状態であることを確認すると貯液弁２７を開き、内液槽４内に冷却液を速やかに導入する。
【００３３】
そして制御装置３８は、ステップ２において液位が予め設定した所定高さに達したか否かを判定する。所定高さとは、冷却ジャケット１５を液没させ得る高さである。所定高さ位置には液位検出器３９が配置されており、冷却液の液位が液位検出器３９の高さに達すると（ステップ２においてＹＥＳの場合）、液位検出器３９は制御装置３８へ信号を送り、制御装置３８は貯液弁２７を閉じるべく指令信号を貯液弁２７（貯液弁２７の開閉機構）に送信し、貯液弁２７は閉じられる。すなわち、液位が所定高さに達するとステップ３へ移行し、貯液管２８から液槽への冷却液の供給が停止する。ステップ３が完了すると、準備工程は終了である。
【００３４】
この準備工程に続いて、ワークの焼入工程が実施される。すなわち、ステップ４において誘導コイル２の高さ位置にワークを配置するが、そのためには予め昇降台２０を誘導コイル２の高さ位置に移動させておく必要がある。昇降台２０の、誘導コイル２の高さ位置への配置は、前述の準備工程の実施中に実施すると、準備工程が終了すると直ちにワークの焼入を実施することができて好ましい。
【００３５】
ステップ４において、支持台４０上へのワーク３０の載置が完了するとステップ５へ進み、誘導コイル２によるワーク３０の焼入が実施される。その際、制御装置３８は、モータ２１を駆動させワーク３０を回転させる。焼入（誘導加熱）が完了すると、焼入工程が終了し、ステップ６へ進み、冷却工程に入る。
【００３６】
ステップ６では、制御装置３８は、昇降装置１７のモータ１８を駆動させ、図３に示すようにワーク３０を冷却ジャケット１５の高さ位置まで下降させる。すなわち、ワーク３０は内液槽４内の冷却液中に液没する。
【００３７】
そして、ステップ７において制御装置３８は、給液弁１３と排液弁１１とを開く。すなわち、給液弁１３を開くことにより、ポンプ３４で圧送された冷却液が冷却ジャケット１５の環状空間１５ａ内に達し、さらに多数の噴射口１６から噴射される。モータ２１も駆動されており、ワーク３０は回転しながら周囲に配置されている多数の噴射口１６から冷却液が噴射（供給）される。よって、ワーク３０の周囲には一様に低温の冷却液が供給される。
【００３８】
また、排液弁１１が開いていることにより、内液槽４内の冷却液は、開口７及び排液管１０を介して外部へ排出される。その際、ワーク３０を冷却して昇温した冷却液が、図３に矢印の流れで示すように内液槽４外へ排出される。その排出量は、多数の噴射口１６から噴射される冷却液量と同じ又は略同じとなるように、制御装置３８は給液弁１３の開度と排液弁１１の開度とを調整する。その結果、低温の冷却液がワークに供給されると同時に高温の冷却液が円滑に排出され、内液槽４の冷却液の液面４１が波立たず、ワーク３０に向けて噴射供給される冷却液中には気泡が混入しない。よって、ワーク３０を偏り無く均一に、しかも効率よく冷却することができる。
【００３９】
仮にワーク３０の径が小さく、ワーク３０から各噴射口１６までの距離が１５〜２０ｍｍ以上離れている場合に、各噴射口１６から噴射される冷却液の単位時間当たりの噴射量を増大させても、各噴射口１６から噴射される冷却液量（給液管１２から供給される冷却液量）と、開口７（排液管１０）から排出される冷却液量とが同じ又は略同じになるように制御装置３８が排液弁１１の開度を調整するので、内液槽４に貯留された冷却液の液面４１はほとんど波立たない。従来の構成であれば、噴射口１６が液面４１に近いことから、液面４１が波立つと、一部の噴射口１６が外気に露出することがあり、その際にワーク３０に向けて噴射される冷却液中に空気が混入して泡が生じ、冷却効果の低下を招いていた。しかし、本発明を実施すると、液面４１の波立ちを防止できるので、ワーク３０に向けて噴射される冷却液中に空気（気泡）が混入することがなく、良好な冷却効果を維持することができる。
【００４０】
そしてステップ８において制御装置３８は、この冷却ジャケット１５による冷却時間が、予め設定した所定時間に達したか否かを判定する。すなわち、所定時間が経過するまでステップ７の冷却ジャケット１５による冷却作業は続けられる。そして、所定時間が経過するとステップ９へ移行して冷却液の噴射を停止する。すなわち、制御装置３８は、給液弁１３と排液弁１１とを閉じる。
【００４１】
その後、ステップ１０に移行して制御装置３８は昇降装置１７のモータ１８を駆動させて、ワーク３０を図２に示す高さまで移動させる。一つのワーク３０について本発明を実施する工程は以上で終了するが、続いて別のワークの焼入を実施するか否かをステップ１１において選択する。すなわち、別のワークを焼き入れする場合（ステップ１１においてＮＯの場合）には、ステップ４へ移動し、支持台４０上のワークを取替える。その後の操作は前述のとおりである。逆に、別のワークを焼き入れしない（ステップ１１においてＹＥＳ）のであれば、全工程が終了する。
【００４２】
前述の動作において、排液管１０から排出される冷却液は、ワーク３０を冷却して昇温している。そこで、図２及び図３に示すように、浸漬冷却装置１に熱交換器３１を設ける。熱交換器３１内では、排液管１０内の高温の冷却液と外部配管３２内の低温の液体とが熱交換を行い、温度が低下した冷却液がタンク３５に回収される。そして低温の冷却液が、ワークを冷却するために再利用される。
【００４３】
本発明では、浸漬冷却装置において、液槽内の冷却液に浸漬したワークに向けてさらに冷却液を噴射する場合に、噴射供給する冷却液量と同量又は同程度の量の液槽内の冷却液を液槽外へ排出すると、噴射圧力を大きくしても液面が波立たないようにすることができることを見出した。
【００４４】
また、本発明では、液槽外から低温の冷却液をワークに向けて噴射供給すると共に、ワークを冷却して昇温した液槽内の冷却液を同時に排出することにより、ワークの周囲には常に低温の冷却液が提供され、優れた冷却効果を奏することができる。
冷却液としては、水を採用するのが経済的で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を実施した高周波焼入装置の浸漬冷却装置の斜視図である。
【図２】ワークを冷却液に浸漬する前の状態の浸漬冷却装置の縦断正面図である。
【図３】ワークを冷却液に浸漬した状態の浸漬冷却装置の正面図である。
【図４】図３の浸漬冷却装置のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】浸漬冷却装置の配管系統図である
【図６】浸漬冷却装置の信号系統図である。
【図７】本発明の浸漬冷却装置を実施する際の流れ図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    浸漬冷却装置
２    誘導コイル
３    外液槽
４    内液槽
７    開口（冷却液排出口）
１０  排液管（排出手段）
１１  排液弁（排出手段）
１２  給液管（冷却液供給手段）
１３  給液弁（冷却液供給手段）
１５  冷却ジャケット
１６  噴射口
１７  昇降装置
３０  ワーク
３１  熱交換器
【図１】
2010024516.tif 000003
【図２】
2010024516.tif 000004
【図３】
2010024516.tif 000005
【図４】
2010024516.tif 000006
【図５】
2010024516.tif 000007
【図６】
2010024516.tif 000008
【図７】
2010024516.tif 000009