JP2005336598A - 高周波焼入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理過程におけるワークの酸化を防止しながら、高周波焼入の利点である周囲環境への熱的影響の低さによる生産ラインの組み易さ、品質の安定、およびエネルギコストの低減の各効果が得られる高周波焼入装置を提供する。
【解決手段】 転がり軸受の転動体等の機械部品からなるワークＷを高周波焼入する装置である。トンネル状に配置された加熱コイル１と、この加熱コイル１の中を通してワークＷを搬送方向に並び状態で移動させるワーク移動手段２とを備える。また、加熱コイル１内でワーク移動手段２により移動させるワークＷを非酸化性ガスの雰囲気で覆う不活性ガス雰囲気保持手段３を備える。ワーク移動手段２は、内部でワークＷを移動させる案内管４と、この案内管４内でワークＷを移動させる移動力付与手段５とでなり、案内管４が、不活性ガス雰囲気保持手段を兼ねる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、軸受の転動体等の比較的小物の機械部品を焼入する高周波焼入装置に関する。

転がり軸受等の機械要素における転動体等の焼入は、雰囲気炉で加熱して全体焼入することが一般的であり、転動体では高周波焼入する実例がない。しかし、加熱用の炉は、周囲に熱を放射するため、機械要素の組立工程等のラインから遠く離して設置する必要がある。そのため、転がり軸受等の機械要素を生産する工場内でのラインのレイアウトが制限される。特に、多品種少量生産の場合は、炉による焼入では、炉の処理可能個数に対して半端な個数となることがあり、処理の効率が悪い。特に、要求に応じて必要時に必要個数だけ焼入品をラインに供給する場合は、炉による焼入では在庫や仕掛り品を多く抱えることが必要となり、この面でも工場の床面積を多く必要とする。

また、炉での加熱は、炉内の何処にワークが配置されるかによって、加熱温度にばらつきが生じる。そのため、焼入された製品の硬度や残留オーステナイト量などの焼入品質にばらつきが生じる。転がり軸受の転動体では、硬度や残留オーステナイト量は、転動寿命に大きく影響するため、そのばらつきは短寿命につながる恐れがある。
さらに、加熱炉では、高周波誘導加熱のように、ワークを内部の発熱で直接に加熱させるものに比べて、熱効率が悪く、エネルギのコストが高くつく。

このため、機械要素における転動体等の機械部品の焼入を、高周波焼入で行うことを試みた。高周波焼入は、ワークの一部の表面に焼入を施す場合に用いられるのが一般的であるが、全体の焼入にも採用されることがある。また全体焼入を効率的に行うものとして、トンネル状に設けた加熱コイル内を、コンベヤで搬送して連続的に加熱するものもある（例えば特許文献１）。
特開平６−３２５８６４号公報

従来の加熱コイル内にコンベヤでワークを通過させるものは、ワークを連続的に搬送しながら加熱できることにおいては優れている。しかし、高温に加熱したワークが、焼入のために冷却液で急冷されるまでの間に、表面の酸化を生じる。そのため、ワークの酸化皮膜を除去する工程が必要となる。

この発明の目的は、処理過程におけるワークの酸化を防止しながら、高周波焼入の利点である周囲環境への熱的影響の低さによる生産ラインの組み易さ、品質の安定、およびエネルギコストの低減の各効果が得られる高周波焼入装置を提供することである。
この発明の他の目的は、構成の簡易化を図ることである。

この発明の高周波焼入装置は、機械部品からなるワークを高周波焼入する装置であって、トンネル状に配置された加熱コイルと、この加熱コイルの中を通してワークを搬送方向に並び状態で移動させるワーク移動手段と、前記加熱コイル内で前記ワーク移動手段により移動させるワークを非酸化性ガスの雰囲気で覆う不活性ガス雰囲気保持手段とを備えることを特徴とする。
この構成によると、ワーク移動手段により、順次供給されるワークが加熱コイル内を連
続的に通過しながら誘導加熱される。このとき、ワークは不活性ガス雰囲気保持手段により保持される非酸化性ガスの雰囲気中を通過するため、急冷処理部まで高温状態で移動する間に、表面が酸化することが防止される。また、高周波焼入装置であるため、電気炉等と異なり、周囲環境への熱の影響が少なく、焼入されたワークを組み込む機械要素の組立ライン等と隣接して設置することができ、工場内の生産ラインのレイアウトの自在性が高められる。高周波焼入によるため、多品種少量生産の場合に、焼入条件等を変えて、必要時に必要量だけをラインに供給することも容易である。また、高周波焼入によるため、焼入された製品の品質が安定する。消費エネルギについても、電磁誘導現象によりワークを直接に発熱させるため、他の間接加熱法と比較すると加熱効率が高い。

前記ワーク移動手段は、例えば内部でワークを移動させる管と、この管内のワークを移動させる移動力付与手段とでなるものとされる。その場合、前記不活性ガス雰囲気保持手段は、前記管からなるものとされる。
ワーク移動手段に管を用いると、断面の小さな空間で案内できて、ワークを一列に整列移動させることが容易である。また、このワーク案内用の管を、非酸化性ガスを閉じ込めるための不活性ガス雰囲気保持手段として利用できて、簡易な構成の高周波焼入装置とすることができる。

前記移動力付与手段は、例えば、前記管の入口にワークを押し込んで前記管内の一列に並ぶワークを移動させるものとできる。
この場合、ワーク移動手段がより一層簡単な構成のもので済み、また管の径も小さなもので済み、装置がコンパクト化される。

前記ワークは、機械部品であれば良いが、特に、機械要素内で転がり動作を行う転動体である場合に、この発明の各種利点が効果的なものとなる。機械要素内で転がり動作を行う転動体としては、例えば、転がり軸受におけるころ，ボール等の転動体、ボールねじや等速ボールジョイントのボール等がある。
これらの転動体は、機械要素の他の構成部品、例えば軌道輪等に組み立てて使用されるものであるため、組立工程が必要となる。そのため、高周波焼入装置による周囲環境への熱的影響の低さによる生産ラインの組み易さの利点が効果的に発揮される。また、転動体は、硬度や残留オーステナイト量等の焼入品質が機械要素の寿命に大きく影響を与えるため、高周波焼入による品質安定の効果が有効に発揮される。
なお、機械要素が小型軸受等のような生産ロットの大きなものは、その転動体は生産個数が大量となるため、高周波熱焼入が適さない場合もあるが、ある程度大きな軸受であると、この発明の高周波焼入装置における上記各利点が効果的に発揮される。

この発明において、前記ワーク移動手段による移動経路における前記加熱コイルを出た箇所に、前記ワークに焼入冷却液を掛ける急冷処理部を設けても良い。
この構成の場合、ワークの加熱から冷却までを、ワーク移動手段で移動させながら行うことができる。ワーク移動手段に上記管を用いた場合であっても、上記管を、急冷処理部では網状のものとすることなどで、対応が容易に行える。
なお、ワークに焼入冷却液を掛ける急冷処理は、上記ワーク移動手段による移動経路とは別の場所で行うようにしても良い。

この発明の高周波焼入装置は、機械部品からなるワークを高周波焼入する装置であって、トンネル状に配置された加熱コイルと、この加熱コイルの中を通してワークを搬送方向に並び状態で移動させるワーク移動手段と、前記加熱コイル内で前記ワーク移動手段により移動させるワークを非酸化性ガスの雰囲気で覆う不活性ガス雰囲気保持手段とを備えるため、処理過程におけるワークの酸化を防止しながら、高周波焼入の利点である周囲環境
への熱的影響の低さによる生産ラインの組み易さ、品質の安定、およびエネルギコストの低減の各効果が得られる。
前記ワーク移動手段が内部でワークを移動させる管と、この管内のワークを移動させる移動力付与手段とでなり、不活性ガス雰囲気保持手段が前記管からなる場合は、簡易な構成の装置とできる。特に、前記移動力付与手段が、前記管の入口にワークを押し込んで前記管内の一列に並ぶワークを移動させるものである場合は、構成がより一層簡素化され、コンパクト化される。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この高周波焼入装置は、トンネル状に設けられた加熱コイル１と、この加熱コイル１の中を通してワークＷを搬送方向に並び状態で移動させるワーク移動手段２と、加熱コイル１内で前記ワーク移動手段２により移動させるワークＷを非酸化性ガスの雰囲気で覆う不活性ガス雰囲気保持手段３とを備える。加熱コイル１は、ワークＷを焼入のために誘導加熱するものであり、円筒形状に設けられている。ワークＷは、軸またはボール状等の比較的簡素な形状の鋼製の機械部品からなる。ワークＷは、より具体的には、例えば転がり軸受等の機械要素内で転がり動作を行うころ等の転動体である。ワークＷは、ボールからなる転動体であっても良い。

ワーク移動手段２は、内部でワークＷを移動させる案内管４と、この案内管４内のワークＷを移動させる移動力付与手段５とでなる。不活性ガス雰囲気保持手段３は、前記案内管４と、この案内管４内に非酸化性ガスを供給する不活性ガス供給手段６とでなる。非酸化性ガスには、例えば窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。案内管４は、ガラス等の非磁性体の管である。移動力付与手段５は、案内管４の入口にワークＷを押し込んで、案内管４内の一列に並ぶワークＷを移動させるものである。移動力付与手段５は、例えばコンヤベやホッパの等の供給手段（図示せず）等から供給されるワークＷを、１個ずつ切り出し案内管４内に押し込むものとされる。

ワーク移動手段２による移動経路は、急冷処理部７および焼戻用の加熱コイル８を通って伸びており、焼入用の加熱コイル１を出た箇所に前記急冷処理部７が設けられている。急冷処理部７は、ワークＷに焼入冷却液を掛けて急冷する手段である。焼入冷却液には水または油等が用いられる。ワーク移動手段２を構成する案内管４は、急冷処理部７ではその管壁が網状または多孔板状とされ、急冷処理部７から吐出した焼入冷却液が、案内管４内に入ってワークＷに降りかかり、管外に排出されるものとしてある。

焼戻用の加熱コイル８は、焼入用の加熱コイル１と同様にトンネル状とされ、その内部に上記案内管４が挿通されている。

焼入用の加熱コイル１および焼戻用の加熱コイル８は、それぞれ高周波電源（図示せず）に変成器等を介して接続されている。焼入用の加熱コイル１の高周波電源は、ワークＷを焼入するための最高加熱温度である焼入温度（例えば８２０〜８６０℃程度）に加熱するように温度制御される。焼戻用の加熱コイル８の高周波電源は、焼戻温度に加熱するように温度制御される。焼戻は、焼入に比べて長時間を要するため、加熱コイル８による焼戻温度は、炉による焼戻に比べて高温に設定し、短時間で焼戻が可能なようにすることが好ましい。

この構成の高周波焼入装置によると、ワーク移動手段２により順次供給されるワークＷが、加熱コイル１内を連続的に通過しながら誘導加熱される。加熱されたワークＷは、急冷処理部７で焼入冷却液が浴びせられて急冷され、これにより焼入される。焼入されたワークＷは、焼戻用の加熱コイル８を通過する間に連続的に焼戻される。このように、多数のワークＷが連続的に加熱，焼入，および焼戻処理され、案内管４から排出される。この
一連の処理過程で、加熱コイル１で焼入のために高温に加熱されるワークＷは、案内管４内の非酸化性ガスの雰囲気中を通過するため、表面が酸化することが防止される。

また、この高周波焼入装置は、誘導加熱を行うものであるため、電気炉等と異なり、周囲環境への熱の影響が少なく、焼入されたワークＷを組み込む機械要素の組立ライン等と隣接して設置することができて、工場内の生産ラインのレイアウトの自在性が高められる。高周波焼入によるため、多品種少量生産の場合に、焼入条件等を変えて、必要時に必要量だけをラインに供給することも容易である。また、高周波焼入によるため、焼入された製品の品質が安定する。消費エネルギについても、電磁誘導現象によりワーク直接に発熱させるため、他の間接加熱法と比較すると加熱効率が高い。

ワーク移動手段２は、案内管４内で搬送するものであるため、断面の小さな空間で案内できて、ワークＷを一列に整列移動させることが容易である。そのため、移動力付与手段５を、上記のように案内管４の入口にワークＷを押し込んで案内管４内の一列に並ぶワークＷを移動させるものとできるため、ワーク移動手段２がより一層簡単な構成のもので済み、また案内管４の径も小さなもので済み、装置がコンパクト化される。また、案内管４を、非酸化性ガスを閉じ込めるための不活性ガス雰囲気保持手段３として利用できて、これによっても簡易な構成の高周波焼入装置とすることができる。

この実施形態の場合は、焼入から焼戻までが移動手段２による移動経路で行えるため、簡素なラインで焼入から焼戻までの熱処理を完了することができる。

なお焼戻のための加熱時間は、一般的に焼入のための加熱時間よりも長く必要である。このため、例えば、図４で示すように移動手段２による移動経路を、急冷処理部７の後段で分岐し、その分岐経路２ｂ，２ｃ毎に設けた複数の焼戻用の加熱コイル８で焼戻を行うようにしても良い。移動手段２の共通経路部２ａから分岐経路２ｂ，２ｃに分岐する箇所には、上手側から流れて来るワークＷを各分岐経路２ｂ，２ｃに交互に振り分ける振り分け手段１０を設ける。移動手段２の分岐数は、図のように２本としても、また３本以上としても良い。

また、焼戻は、加熱コイル８によらずに炉で行うようにしても良い。焼戻は、焼入に比べて低温で済むため、炉を用いても周辺機械への熱の影響が比較的少ない。
さらに、焼戻だけでなく、焼入のための冷却処理も、移動手段２による移動経路とは別の箇所で行っても良い。

図２は、図１における移動力付与手段５の具体例を示す。この例は、ワークＷが、針状ころ軸受におけるころや、その他の針ないし軸状の機械部品の場合の例である。ワークＷは、コイル１１から移動力付与手段５によりチャックされて一定長さずつ送り出され、その送り出し毎に切断手段１２で切断される。このように、移動力付与手段５が、ワークＷの定寸切断のための巻き戻し手段を兼ねるため、構成がより一層簡素化される。

図３は、ワーク移動手段２の変形例を示す。この例は、ワーク移動手段２が、案内管４と、この案内管４内に設けられワークＷを載せて搬送するコンベヤ１３とで構成される。コンベヤ１３は、例えばベルトコンベヤからなるものとされ、また耐熱性でかつ加熱コイル１による磁束による影響のない非磁性体からなる材質のものとされる。この構成の場合、ワークＷを案内管４内で確実に移動させることができる。

この発明の第１の実施形態における高周波焼入装置の破断正面図である。 その移動力付与手段の具体例の破断側面図である。 ワーク移動手段の変形例の破断正面図およびその横断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる高周波焼入装置の破断正面図である。

符号の説明

１…加熱コイル
２…ワーク移動手段
３…不活性ガス雰囲気保持手段
４…案内管
５…移動力付与手段
６…不活性ガス供給手段
７…急冷処理部
８…焼戻用の加熱コイル
Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. 機械部品からなるワークを高周波焼入する装置であって、トンネル状に設けられた加熱コイルと、この加熱コイルの中を通してワークを搬送方向に並び状態で移動させるワーク移動手段と、前記加熱コイル内で前記ワーク移動手段により移動させるワークを非酸化性ガスの雰囲気で覆う不活性ガス雰囲気保持手段とを備えることを特徴とする高周波焼入装置。
2. 請求項１において、前記ワーク移動手段が内部にワークを通す管と、この管内のワークを移動させる移動力付与手段とでなり、前記不活性ガス雰囲気保持手段が前記管からなる高周波焼入装置。
3. 請求項２において、前記移動力付与手段が、前記管の入口にワークを押し込んで前記管内の一列に並ぶワークを移動させるものである高周波焼入装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記ワークが機械要素内で転がり動作を行う転動体である高周波焼入装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ワーク移動手段による移動経路における前記加熱コイルを出た箇所で、前記ワークに焼入冷却液を掛ける急冷処理部を設けた高周波焼入装置。

Images