(57)【要約】【課題】  ワークの火炎焼入れを一人の作業者により均一に行うことができるようにすることである。【解決手段】火炎焼入れ装置１０は加熱手段２０および冷却手段４０を備えている。加熱手段４０は第１ノズル３１を有し、冷却手段４０は第２ノズル５１を有し、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａを一定の間隔に保持しつつ、第２ノズル５１の先端５１ａが第１ノズル３１の先端３１ａの周りに回転可能である。第１ノズル３１の先端３１ａからワーク６０を加熱する火炎３２を噴出し、第２ノズル５１の先端５１ａからワーク６０を冷却する冷却水５２を噴出する。さらに、第２ノズル５１は回転可能なユニバーサルエルボ４５に接続されて保持され、ユニバーサルエルボ４５の出口の回転中心軸は第１ノズル３１の先端３１ａから火炎３２を噴出する方向と一致している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段および冷却手段を備えた火炎焼入れ装置であって、
前記加熱手段は第１ノズルを有し、前記冷却手段は第２ノズルを有し、
前記第１ノズルの先端と前記第２ノズルの先端を一定の間隔に保持しつつ、前記第２ノズルの先端が前記第１ノズルの先端の周りに回転可能であり、
前記第１ノズルの先端からワークを加熱する火炎を噴出し、
前記第２ノズルの先端から前記ワークを冷却する冷却剤を噴出することを特徴とする火炎焼入れ装置。
【請求項２】
請求項１に記載した火炎焼入れ装置であって、
前記第２ノズルの入口はユニバーサルエルボの回転可能な出口に接続されて保持され、
前記ユニバーサルエルボの出口の回転中心軸は前記第１ノズルの先端から火炎を噴出する方向と一致していることを特徴とする火炎焼入れ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した火炎焼入れ装置を使用した焼入れ方法であって、
前記第１ノズルの先端の移動方向を予め定め、
前記第２ノズルを回転させて、前記第２ノズルの先端から第１ノズルの先端に向かう方向と前記予め定めた第１ノズルの先端の移動方向とを一致させて、
前記第１ノズルの先端から噴出する火炎でワークを加熱しつつ、前記予め定めた第１ノズルの先端の移動方向に前記第１ノズルの先端を移動させ、
前記第１ノズルの先端から噴出する火炎で加熱した箇所を前記第２ノズルから噴出する冷却剤で冷却することにより前記ワークの表面を焼入れすることを特徴とする焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎焼入れ装置およびこの火炎焼入れ装置を使用した焼入れ方法に関し、特に、ワークを加熱後の冷却技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火炎焼入れとして、アセチレンガス、天然ガス等を燃焼した火炎を用いてワークを急熱し焼入れする方法が知られている。この場合、ワークの任意の表面、あるいは任意の形状の部分の表面を硬化することができる（例えば非特許文献１参照）。
図４はこの場合の火炎焼入れ方法を示す。図４において、作業者はガスバーナー７０の把持部７２を手で持って、ガスバーナー７０のノズル７１の先端から火炎７３を噴出してワーク９０の表面９１を加熱する。その際、作業者はワーク９０の表面９１の加熱箇所の変色からその温度が適正（例えばＳ４５Ｃ、ＦＣＤは１５００℃前後）になっていることを確認しつつ、ガスバーナー７０の把持部７２を手で持ってガスバーナー７０を移動させて、ワーク９０の表面９１の加熱箇所を移動させる。
さらに、他の作業者はホース８０の先端の位置をノズル７１の先端の後方約１５ｍｍの位置に保ってホース８０の先端から冷却水８１をワーク９０の表面９１の加熱した箇所に吹き付けてその箇所を急速に冷却して焼入れをする。
【非特許文献１】社団法人日本機械学会編  「機械実用便覧  改定第６版」  １８３頁  社団法人日本機械学会２００２年１０月４日  ８刷発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来例では、ノズル７１の先端とホース８０の先端との間隔を所定の値に保つことが困難であるので、ワーク９０の表面９１の焼入れを均一に行うことが困難であり、さらに、作業者が２人必要になるという問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ワークの火炎焼入れを一人の作業者により均一に行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、加熱手段および冷却手段を備えた火炎焼入れ装置であって、前記加熱手段は第１ノズルを有し、前記冷却手段は第２ノズルを有し、前記第１ノズルの先端と前記第２ノズルの先端を一定の間隔に保持しつつ、前記第２ノズルの先端が前記第１ノズルの先端の周りに回転可能であり、前記第１ノズルの先端からワークを加熱する火炎を噴出し、前記第２ノズルの先端から前記ワークを冷却する冷却剤を噴出することを特徴とする火炎焼入れ装置である。
請求項１記載の発明により、加熱手段の第１ノズルの先端から噴出する火炎でワークの表面を加熱しつつ、第１ノズルの先端を移動させてワークの加熱箇所を移動させる際に、冷却手段の第２ノズルの先端を前記第１ノズルの先端の周りに回転させて、前記第２ノズルの先端を前記第１ノズルの先端の位置の後方（第１ノズルの先端の移動方向と反対方向）に位置させて、前記第１ノズルの先端と前記第２ノズルの先端を一定の間隔に保持しつつ、前記第１ノズルの先端から噴出する火炎で加熱した箇所を前記第２ノズルの先端から噴出する冷却剤で冷却してワークの表面を焼入れすることができる。その際、前記第１ノズルの先端と第２ノズルの先端との間隔が一定であるので、前記第１ノズルの先端を一定の速度で移動させると、前記ワークの焼入れを均一に行うことができる。
【０００５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１に記載した火炎焼入れ装置であって、前記第２ノズルの入口はユニバーサルエルボの回転可能な出口に接続されて保持され、前記ユニバーサルエルボの出口の回転中心軸は前記第１ノズルの先端から火炎を噴出する方向と一致していることを特徴とする火炎焼入れ装置である。
請求項２記載の発明により、前記第２ノズルの入口はユニバーサルエルボの回転可能な出口に接続されて保持され、前記ユニバーサルエルボの出口の回転中心軸は前記第１ノズルの先端から火炎を噴出する方向と一致しているので、請求項１記載のように、前記第１ノズルの先端と前記第２ノズルの先端を一定の間隔に保持しつつ、前記第１ノズルの先端の火炎を噴出する方向を回転中心として前記第２ノズルの先端が回転可能にすることができる。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載した火炎焼入れ装置を使用した焼入れ方法であって、前記第１ノズルの先端の移動方向を予め定め、前記第２ノズルを回転させて、前記第２ノズルの先端から第１ノズルの先端に向かう方向と前記予め定めた第１ノズルの先端の移動方向とを一致させて、前記第１ノズルの先端から噴出する火炎でワークを加熱しつつ、前記予め定めた第１ノズルの先端の移動方向に前記第１ノズルの先端を移動させ、前記第１ノズルの先端から噴出する火炎で加熱した箇所を前記第２ノズルから噴出する冷却剤で冷却することにより前記ワークの表面を焼入れすることを特徴とする焼入れ方法である。
請求項３記載の発明により、予め定めた第１ノズルの先端の移動方向に第１ノズルの先端を移動させつつ、前記第１ノズルの先端から噴出する火炎でワークの表面を加熱しつつ、前記第２ノズルの先端から噴出する冷却剤で前記加熱した箇所を冷却することによりワークの表面を焼入れすることができる。その際、前記第１ノズルの先端と第２ノズルの先端との間隔が一定であるので、前記第１ノズルの先端を一定の速度で移動させると、前記ワークの焼入れを均一に行うことができる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明に係わる火炎焼き入れ装置を使用して、一人の作業者がワークの表面を均一に焼入れすることができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果とともに、請求項１記載の発明に係わる火炎焼入れ装置の第２ノズルを容易に構成することができる。
さらに、請求項３記載の焼き入方法によれば、ワークの火炎焼入れを一人の作業者により均一に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わる火炎焼入れ装置の使用方法を示し、図２は図１の火炎焼入れ装置の平面を示し、図３は図１の火炎焼入れ装置の冷却手段を示す。
【０００９】
図１に示すように、火炎焼入れ装置１０は、加熱手段２０および冷却手段４０を備えている。加熱手段２０は第１ノズル３１を有し、冷却手段４０は第２ノズル５１を有している。
第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａを一定の間隔に保持しつつ、第２ノズル５１の先端５１ａが第１ノズル３１の先端３１ａの周りに回転可能である。第１ノズル３１の先端３１ａからワーク６０の表面６１を加熱する火炎３２を噴出し、第２ノズル５１の先端５１ａから冷却水５２を噴出する。
【００１０】
さらに、加熱手段２０は、酸素供給口２１、アセチレン供給口２２、第１バルブ２３、第２バルブ２４、第３バルブ２５、把持部２６、第１パイプ部２７および第２パイプ部２８を有している。把持部２６はパイプ状である。第１パイプ部２７の第２バルブ２４側端部はミキサー部２７ａである。
酸素供給口２１は把持部２６内の酸素用パイプにより第２バルブ２４を介してミキサー部２７ａの入口に接続されている。一方、アセチレン供給口２２は第１バルブ２３を介して把持部２６内のアセチレン用パイプによりミキサー部２７ａの入口に接続されている。
第１バルブ２３および第２バルブ２４を開くことによって、酸素供給口２１から供給された酸素およびアセチレン供給口２２から供給されアセチレンはミキサー部２７ａで混合される。
【００１１】
さらに、酸素供給口２１は把持部２６内の前記酸素用パイプにより第３バルブ２５を介して第２パイプ部２８に接続されている。第１パイプ部２７および第２パイプ部２８は並列に配置されている。
なお、通常は第３バルブ２５により第２パイプ部２８の入口は閉じられているので、第２パイプ部２８には前記酸素が供給されない。
第１ノズル３１は二重の筒構造に形成されていて、第１パイプ部２７の出口は第１ノズル３１の二重の筒のうち外側の筒に接続されている。このため、ミキサー部２７ａ内で混合された酸素とアセチレンは第１パイプ部２７を経て第１ノズル３１の前記外側の筒に供給され、第１ノズル３１の先端３１ａにおいて前記外側の筒から噴出する。この先端３１ａにおいて前記外側の筒から噴出する酸素とアセチレンの混合ガスに点火すると火炎３２となる。
また、第２パイプ部２８の出口は第１ノズル３１の二重の筒のうち内側の筒に接続されている。
【００１２】
なお、冷却手段４０の第２ノズル５１は回転可能なユニバーサルエルボ４５に接続されて保持されている。なお、図２に示すように、ユニバーサルエルボ４５の出口は矢印４５ａに示すように時計方向に回転するとともに、矢印４５ｂに示すように反時計方向に回転する。そして、ユニバーサルエルボ４５の出口の回転と同じように第２ノズル５１が回転する。ユニバーサルエルボ４５の出口の回転可能角度は約３００度である。このため、第２ノズル５１の先端５１ａの回転可能角度も約３００度である。なお、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａとの間隔は１５ｍｍ前後である。
【００１３】
図３に示すように、さらに、冷却手段４０は、第１ホース４１、第２ホース４２、第３ホース４３、第４バルブ４４およびユニバーサルエルボ４５を有している。なお、第４バルブ４４はボールバルブである。
第１ホース４１の出口は第４バルブ４４を介して第２ホース４２の入口に接続されている。また、第１ホース４１の出口は第３ホース４３の入口に接続され、第３ホース４３の出口はユニバーサルエルボ４５の入口に接続され、ユニバーサルエルボ４５の出口は第２ノズル５１の入口（基部）に接続されている。
このため、第４バルブ４４が開いている場合には、第１ホース４１に供給された冷却水は第２ホース４２から排出されるが、第４バルブ４４が閉じている場合には、第１ホース４１に供給された冷却水は第３ホース４３およびユニバーサルエルボ４５を経て第２ノズル５１の入口に供給され、第２ノズル５１の先端（出口）５１ａから噴出する。
【００１４】
なお、図１に示すように、加熱手段２０の把持部２６と第３バルブ２５との間の部分とと冷却手段４０の第４バルブ４４近傍部分はバンド４６により結合されている。そして、ユニバーサルエルボ４５の出口の回転中心軸は第１ノズル３１の先端３１ａから火炎３２を噴出する方向と一致している。また、図１に示すように冷却手段４０のユニバーサルエルボ４５の回転しない入口側の下部は第１ノズル３１の頂部に接着剤により結合されている。
【００１５】
さらに、請求項３記載の発明に相当する火炎焼入れ装置１０を使用した焼入れ方法は、以下のとおりである。
まず、第１ノズル３１の先端３１ａの移動方向１１を予め定め、第２ノズル５１を回転させて、第２ノズル５１の先端５１ａから第１ノズル３１の先端３１ａに向かう方向と前記予め定めた第１ノズル３１の先端３１ａの移動方向１１とを一致させる。
つぎに、第１ノズル３１の先端３１ａから噴出する火炎３２でワーク６０の表面６１を加熱しつつ、前記予め定めた第１ノズル３１の先端３１ａの移動方向１１に第１ノズル３１の先端３１ａを移動させ、第１ノズル３１の先端３１ａから噴出する火炎３２で加熱した箇所を第２ノズル５１から噴出する冷却水５２で冷却することによりワーク６０の表面６１を焼入れする。
【００１６】
上記構成の火炎焼入れ装置１０は、以下の動作をする。
まず、作業者が第４バルブ４４を開き、冷却水を排水状態にしておく。
つぎに、作業者が第１バルブ２３を開き、アセチレンを火炎焼入れ装置１０の加熱手段２０内に供給する。つぎに、加熱手段２０の第１ノズル３１の先端３１ａから噴出するアセチレンガスに点火し、火炎３２が噴出するようにする。つぎに、第２バルブ２４を開き、ミキサー部２７ａ内で酸素をアセチレンと混合させると同時に火炎３２の流量を調整する。
【００１７】
つぎに、第１ノズル３１の先端３１ａから噴出する火炎３２でワーク６０を加熱し、ワーク６０の表面６１の加熱による変色により加熱箇所が適正（例えばＳ４５Ｃ、ＦＣＤは１５００℃前後）になるようにする。そして、第４バルブ４４を閉じて、冷却水を第２ノズル５１に送るようにし、前記加熱をしつつ第１ノズル３１の先端３１ａを移動させてワーク６０の表面６１の加熱箇所を移動させる際に、第２ノズル５１の先端５１ａを第１ノズル３１の先端３１ａの周りに回転させて、第２ノズル５１の先端５１ａを第１ノズル３１の先端３１ａの位置の後方（第１ノズル３１の先端３１ａの移動方向と反対方向）に位置させて、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａを一定の間隔（１５ｍｍ前後の間隔）に保持しつつ、第１ノズル３１の先端３１ａから噴出する火炎３２で加熱した箇所を第２ノズル５１の先端５１ａから噴出する冷却水５２で冷却してワーク６０の表面６１を焼入れすることができる。
その際、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａとの間隔が一定であるので、第１ノズル３１の先端３１ａを一定の速度で移動させると、ワーク６０の表面６１の焼入れを均一に行うことができる。
【００１８】
さらに、第２ノズル５１が回転可能なユニバーサルエルボ４５に接続されて保持され、ユニバーサルエルボ４５の出口の回転中心軸は第１ノズル３１の先端３１ａから火炎３２を噴出する方向と一致しているので、請求項１記載のように、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａを一定の間隔に保持しつつ、第１ノズル３１の先端３１ａの火炎３２を噴出する方向を回転心として第２ノズル５１の先端５１ａを回転可能にすることができる。
【００１９】
さらに、上記構成の火炎焼入れ装置１０を使用した焼入れ方法は、以下の作用効果がある。
すなわち、予め定めた第１ノズル３１の先端３１ａの移動方向１１に第１ノズル３１の先端３１ａを移動させつつ、第１ノズル３１の先端３１ａから噴出する火炎３２でワーク６０を加熱しつつ、第２ノズル５１の先端５１ａから噴出する冷却水５２で加熱した箇所を冷却することによりワーク６０の表面６１を焼入れすることができる。
その際、第１ノズル３１の先端３１ａと第２ノズル５１の先端５１ａとの間隔が一定であるので、第１ノズル３１の先端３１ａを一定の速度で移動させると、ワーク６０の焼入れを均一に行うことができる。
【００２０】
このため、第１ノズル３１および第２ノズル５１がＸＹＺ方向の三次元方向に移動できるようになる。
また、焼入れの開始時点では第４バルブ４４を開いて排水状態にしておき、ワーク６０が適温に加熱され、第１ノズル３１が移動し始める時点にて第４バルブ４４を閉じて冷却水が第２バルブ５１の先端５１ａから噴出するようにすると、焼入れ始点の焼入れ精度がよくなる。
また、第４バルブ４４の開閉が作業者の手元でできるので、作業の能率が向上している。
また、冷却水として水道水を使用した場合に、水道水の水圧により第２ノズル５１の先端５１ａから噴出する冷却水の勢いが強すぎると、冷却水が飛散し、焼入れ精度がばらつくおそれがある。この場合には、第４バルブ４４を開いて、第４バルブ４４により第４バルブ４４を通る冷却水の流量を調節しつつ排水状態にすると、第２ノズル５１の先端５１ａから噴出する冷却水の勢いが過大にならないようにし、冷却水の飛散を防ぎ、焼入れ精度を均一にすることができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態において、冷却水を使用しているが、これに限定されず、冷却水を含む冷却剤を使用することができる。例えば、冷却剤として油、空気等を使用することができる。
また、アセチレンを使用しているが、これに限定されない。例えばアセチレンの代わりに天然ガスを使用することができる。
また、各ホース４１〜４３は例えばビニールホースである。
また、加熱手段２０と冷却手段４０とをバンド４６および接着剤で結合しているが、これに限定されず、任意の方法で結合することができる。
また、第２パイプ部２８はワークの溶断の際に使用するものであるので、本発明に関係ないので、省いてもよい。また、第２パイプ部２８を省いた場合には、第１ノズル３１は二重の筒構造にする必要はないので、第１パイプ部２７の出口は第１ノズル３１に接続されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係わる火炎焼入れ装置の使用方法を示す説明図である。
【図２】図１の火炎焼入れ装置の平面図である。
【図３】図１の火炎焼入れ装置の冷却手段を示す部分図である。
【図４】従来の火炎焼入れ方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  火炎焼入れ装置
１１  移動方向
２０  加熱手段
３１  第１ノズル
３１ａ  先端
３２  火炎
４０  冷却手段
４５  ユニバーサルエルボ
５１  第２ノズル
５１ａ  先端
５２  冷却水
６０  ワーク
６１  表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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