(57)【要約】【課題】熱容量が一様ではないワークを均一に冷却可能な焼入装置を提供する。【解決手段】所定の熱容量を有する薄肉部Ｗａと、薄肉部Ｗａよりも大きい熱容量を有する厚肉部Ｗｂと、を有するワークＷの焼入れを行う焼入装置１であって、加熱されたワークＷにおける、薄肉部Ｗａの外周面および厚肉部Ｗｂの外周面に向けて、冷媒を霧状に噴射する複数の冷却ノズル２０・２０・・・と、前記冷媒が噴射された厚肉部Ｗｂの外周面に向けて、投射材を投射する複数のショットノズル３０・３０・・・と、を具備する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の熱容量を有する第一部と、前記第一部よりも大きい熱容量を有する第二部と、を有するワークの焼入れを行う焼入装置であって、
加熱された前記ワークにおける、第一部の表面および第二部の表面に向けて、冷媒を霧状に噴射する冷媒噴射装置と、
前記冷媒が噴射された前記第二部の表面に向けて、投射材を投射するショット装置と、を具備する、
ことを特徴とする焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの焼入れを行う焼入装置に関し、特に加熱されたワークを冷却する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定のワークに焼入れを施す際、加熱されたワークに向けて冷媒を噴射することによって、当該ワークを急冷する焼入装置が公知となっている。
例えば、特許文献１には、円柱状のワークの外周面に液体の冷媒を噴射することによって、当該ワークを急冷する技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、ワークの厚みが部分的に異なる等、ワークの熱容量が一様ではない場合、従来の焼入装置では、ワークを均一に冷却できず、ワークに歪みが生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２８４０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、熱容量が一様ではないワークを均一に冷却可能な焼入装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る焼入装置は、所定の熱容量を有する第一部と、前記第一部よりも大きい熱容量を有する第二部と、を有するワークの焼入れを行う焼入装置であって、加熱された前記ワークにおける、第一部の表面および第二部の表面に向けて、冷媒を霧状に噴射する冷媒噴射装置と、前記冷媒が噴射された前記第二部の表面に向けて、投射材を投射するショット装置と、を具備する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱容量が一様ではないワークを均一に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る焼入装置を示す平面図。
【図２】ワークの構造を示す、一部を断面で示した側面図。
【図３】（ａ）は、ワークの外周面に冷却ノズルが冷媒を噴射する様子を示す図、（ｂ）は、ワークにおける厚肉部の外周面にショットノズルが投射材を投射する様子を示す図。
【図４】（ａ）は、ワークの外周面に冷媒の液滴が付着する様子を示す図、（ｂ）は、冷媒の液滴とワークの外周面との間に蒸気膜が生じる様子を示す図、（ｃ）は、投射材によって蒸気膜が消失する様子を示す図。
【図５】（ａ）は、ワークの厚肉部に投射材を投射しなかった場合における、ワークの薄肉部および厚肉部それぞれの温度変化を示す図、（ｂ）は、ワークの厚肉部に投射材を投射した場合における、ワークの薄肉部および厚肉部それぞれの温度変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、図面を参照して、本発明に係る焼入装置の一実施形態である焼入装置１について説明する。
焼入装置１は、ワークＷの焼入れを行う装置である。
なお、図１は、焼入装置１の平面図であり、図１における紙面手前側は、焼入装置１の上側、同じく紙面奥側は、焼入装置１の下側である。
【００１０】
まず、図１および図２を参照して、ワークＷについて説明する。
【００１１】
図１および図２に示すように、ワークＷは、略円筒状の鋼材（例えば、カウンタードライブギア）であり、オーステナイト組織が現れる温度以上に加熱されている。ワークＷは、部分的に異なる熱容量を有する。詳細には、ワークＷは、薄肉部Ｗａと、厚肉部Ｗｂとを有し、厚肉部Ｗｂの熱容量は、薄肉部Ｗａの熱容量よりも大きい。
薄肉部Ｗａは、略円筒状に形成され、厚肉部Ｗｂよりも厚み（外周面から内周面までの最短距離）が小さい。薄肉部Ｗａは、本発明に係るワークの第一部として機能する。
厚肉部Ｗｂは、薄肉部Ｗａと同心の略円筒状に形成されており、薄肉部Ｗａの軸方向一側（下側）に連続して位置している。厚肉部Ｗｂは、薄肉部Ｗａと同素材で構成されており、薄肉部Ｗａと一体的に形成されている。厚肉部Ｗｂの外径は、薄肉部Ｗａの外径と同一であり、厚肉部Ｗｂの内径は、薄肉部Ｗａの内径よりも小さい。つまり、厚肉部Ｗｂは、薄肉部Ｗａよりも厚みが大きい。そのため、厚肉部Ｗｂは、薄肉部Ｗａよりも熱容量が大きくなっている。厚肉部Ｗｂは、本発明に係るワークの第二部として機能する。
【００１２】
次に、図１〜図３を参照して、焼入装置１の全体構成について説明する。
【００１３】
図１に示すように、焼入装置１は、回転台１０と、複数の冷却ノズル２０・２０・・・と、複数のショットノズル３０・３０・・・と、保持部材４０とを具備する。
【００１４】
図２に示すように、回転台１０は、ワークＷを軸心回りに回転させるための装置であり、載置部１１と、軸部１２とを有する。
載置部１１は、ワークＷを載置するための部材である。載置部１１は、円板状に形成されており、ワークＷが載置部１１上に同心となるように載置される。
軸部１２は、載置部１１と同心となるように、載置部１１の下面に固定されている。軸部１２は、所定の駆動装置と接続されており、当該駆動装置によって軸心回りに回転駆動される。軸部１２の回転に伴い、軸部１２に固定された載置部１１が軸心回りに回転する。こうして、載置部１１上に載置されたワークＷが軸心回りに回転することとなる。
【００１５】
冷却ノズル２０は、ワークＷの外周側からワークＷの外周面に向けて、液体の冷媒（例えば、水）を霧状に噴射する装置であり、本発明に係る冷媒噴射装置として機能する。
図１に示すように、複数の冷却ノズル２０・２０・・・は、平面視にて、回転台１０と同心となる円上に等間隔（１２０度間隔）で位置する３箇所に分けて配置されている。さらに、図３（ａ）に示すように、複数の冷却ノズル２０・２０・・・は、前記３箇所の各々において、上下方向に一定の間隔を空けて４つの冷却ノズル２０が位置するように設けられている。つまり、本実施形態においては、合計１２個の冷却ノズル２０が、ワークＷを囲むように設けられている。
前記３箇所の各々における４つの冷却ノズル２０は、ワークＷの外周面における上下方向全域に冷媒が噴射されるように、上下方向に一定の間隔を空けて配置されている。そのため、ワークＷが回転台１０によって軸心回りに回転するのに伴い、ワークＷの外周面全域（薄肉部Ｗａの外周面全域および厚肉部Ｗｂの外周面全域）に冷媒が供給されることとなる。
【００１６】
ショットノズル３０は、ワークＷの外周側からワークＷの外周面に向けて、ショットブラスト等に用いられる粒状物である投射材を投射する装置であり、本発明に係るショット装置として機能する。
図１に示すように、複数のショットノズル３０・３０・・・は、平面視にて、回転台１０と同心となる円上に等間隔（１２０度間隔）で位置する３箇所であって、複数の冷却ノズル２０・２０・・・が設けられた前記３箇所から、回転台１０の軸心を中心として６０度ずれた位置の３箇所に分けて配置されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、複数のショットノズル３０・３０・・・は、前記３箇所の各々において、上下方向に所定の間隔を空けて２つのショットノズル３０が位置するように設けられている。つまり、本実施形態においては、合計６個のショットノズル３０が、ワークＷを囲むように設けられている。
前記３箇所の各々における２つのショットノズル３０は、ワークＷの厚肉部Ｗｂの外周面における上下方向全域に投射材が投射されるように、上下方向に一定の間隔を空けて配置されている。そのため、ワークＷが回転台１０によって軸心回りに回転するのに伴い、ワークＷの厚肉部Ｗｂの外周面全域に投射材が衝突することとなる。
【００１７】
図１に示すように、保持部材４０は、複数の冷却ノズル２０・２０・・・、および複数のショットノズル３０・３０・・・を、互いの相対的な位置関係を維持しつつ保持する部材である。保持部材４０は、略円筒状に形成され、回転台１０と同心となるように配置される。
【００１８】
以下では、図３〜図５を参照して、焼入装置１によるワークＷの冷却態様について説明する。
【００１９】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、焼入装置１は、複数の冷却ノズル２０・２０・・・によってワークＷの外周面全域（薄肉部Ｗａの外周面全域および厚肉部Ｗｂの外周面全域）に冷媒を霧状に噴射すると共に、複数のショットノズル３０・３０・・・によってワークＷの厚肉部Ｗｂの外周面全域に投射材を投射するように構成されている。つまり、複数の冷却ノズル２０・２０・・・は、冷媒の噴射対象がワークＷの薄肉部Ｗａおよび厚肉部Ｗｂであるのに対し、複数のショットノズル３０・３０・・・は、投射材の投射対象が熱容量の大きい厚肉部Ｗｂのみとなっている。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、複数の冷却ノズル２０・２０・・・から冷媒が霧状に噴射されると、冷媒の液滴がワークＷの外周面に付着する。
そして、図４（ｂ）に示すように、加熱されたワークＷの熱により、ワークＷの外周面に付着した冷媒の液滴の一部が蒸発し、冷媒の液滴とワークＷの外周面との間に蒸気膜が生じる。つまり、ワークＷの外周面上において、ライデンフロスト現象が生じる。ライデンフロスト現象が生じた場合、蒸気膜によって、冷媒の液滴とワークＷとの間の熱伝導が阻害されるため、ワークＷの冷却速度が小さくなる。
しかしながら、前述のように、ワークＷの厚肉部Ｗｂには、複数のショットノズル３０・３０・・・から投射材が投射される。図４（ｃ）に示すように、ワークＷにおける厚肉部Ｗｂの外周面上の冷媒の液滴は、複数のショットノズル３０・３０・・・から投射された投射材によって潰され、それに伴って冷媒の液滴とワークＷの外周面との間の蒸気膜が消失することとなる。蒸気膜が消失すると、冷媒の液滴とワークＷの外周面とが接触するため、冷媒の液滴が瞬時に蒸発し、それに伴ってワークＷが冷却されることとなる。つまり、複数のショットノズル３０・３０・・・によってワークＷに投射材を投射すると、冷媒の液滴とワークＷとの間の熱伝導を阻害する蒸気膜を消失させることができるため、ワークＷに投射材を投射しない場合と比較して、ワークＷの冷却速度を大きくすることができる。
【００２１】
このように、熱容量の大きい厚肉部Ｗｂには、複数のショットノズル３０・３０・・・から投射材が投射され、その冷却速度を向上させることができるため、マルテンサイト組織が現れる温度であるＭｓ点に到達する時間を、熱容量の大きい厚肉部Ｗｂと、熱容量の小さい薄肉部Ｗａとで略同一にすることができる。
図５（ａ）に示すように、ワークＷの厚肉部Ｗｂに投射材を投射しなかった場合、薄肉部Ｗａと厚肉部Ｗｂとでは、Ｍｓ点に到達するまでの時間に大きな差があるのに対し、図５（ｂ）に示すように、ワークＷの厚肉部Ｗｂに投射材を投射した場合、薄肉部Ｗａと厚肉部Ｗｂとにおいて、Ｍｓ点に到達するまでの時間に殆ど差がない。
こうして、熱容量の大きい厚肉部Ｗｂと、熱容量の小さい薄肉部Ｗａとで、Ｍｓ点に到達する時間を略同一にして、熱容量が一様ではないワークＷを均一に冷却できるため、ワークＷに歪みが生じることを抑制できる。
【００２２】
なお、本実施形態においては、ワークＷの外側に、ワークＷの外周面に冷媒を噴射可能に構成された複数の冷却ノズル２０・２０・・・を設けているが、ワークＷの内側に、ワークＷの厚肉部Ｗｂの内周面に冷媒を噴射可能に構成された冷却ノズルを、さらに設けることも可能である。
これにより、熱容量の大きい厚肉部Ｗｂの冷却速度をさらに向上させることができる。
【００２３】
また、本実施形態においては、１２個の冷却ノズル２０を、回転台１０と同心となる円上に等間隔（１２０度間隔）で位置する３箇所に分けて配置しているが、ワークＷの外周面全域に冷媒を噴射することができれば、その数および位置は限定しない。
また、本実施形態においては、６個のショットノズル３０を、回転台１０と同心となる円上に等間隔（１２０度間隔）で位置する３箇所に分けて配置しているが、ワークＷの厚肉部Ｗｂの外周面全域に投射材を投射することができれば、その数および位置は限定しない。
また、投射材の素材および形状は限定するものではなく、冷媒の液滴とワークＷの外周面との間に生じる蒸気膜を消失させることができればよい。例えば、投射材として、スチールまたはセラミックス等からなる略球状の部材を採用可能である。
【００２４】
また、本実施形態においては、略円筒状に形成されたワークＷを、焼入装置１の処理対象としているが、熱容量が互いに異なる２つの部分を有していればその形状は限定しない。
また、本実施形態においては、薄肉部Ｗａおよび厚肉部Ｗｂが同素材から構成されたワークＷ、つまり、一種類の素材から構成されたワークＷを、焼入装置１の処理対象としているが、熱容量が異なる二種類の素材から構成されたワークを、焼入装置１の処理対象とすることも可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１    焼入装置
１０  回転台
２０  冷却ノズル（冷媒噴射装置）
３０  ショットノズル（ショット装置）
４０  保持部材
Ｗ    ワーク
Ｗａ  薄肉部（第一部）
Ｗｂ  厚肉部（第二部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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