JP2006225734A - 連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置
【解決手段】 真空又は無酸化の雰囲気制御機能を有する被加熱環状部材Ｗを加熱室に装入する装入室１３と環状部材Ｗを誘導加熱する加熱室１２と、真空又は無酸化、若しくは連結する連続加熱炉２６の雰囲気に雰囲気制御機能を有する加熱された環状部材を移送する移送室１４とを備え、被加熱環状部材Ｗを装入室１３に装入する装入手段１９と、装入室１３から加熱室１２に移動する第１移動手段２０と、加熱室１２から移送室１４に移動する第２移動手段２１と、移送室１４から連続加熱炉２６に搬送する移送手段２２とが設けられ、被加熱環状部材Ｗを真空又は無酸化の雰囲気中で連続装入し、予熱温度に加熱し、移送室１４から連結された連続加熱炉２６の雰囲気に合わせて連続加熱炉２６に搬送して所定温度まで加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、環状部材の加熱において、予熱炉であらかじめ所定温度に予熱した後連続加熱炉に導入して加熱する連続加熱炉と組み合わせた連続誘導予熱装置に関するものである。とくに軸受用鋼材の軸受レース材の焼入れにおける連続誘導予熱装置に関するものである。

誘導加熱は短時間で加熱できるために環状部材の加熱に広く使用されている。しかし、誘導加熱は表面焼入れや薄い部材の加熱などの表面部の短時間加熱には好ましいが、厚い部材を深部まで加熱したり、軸受鋼や浸炭鋼など軸受用鋼材の軸受レース材の焼入れのように長時間の加熱保持を要する場合には加熱が困難であった。そこで従来はこのような加熱には連続雰囲気加熱炉が使用された。

しかしながら、室温から焼入れ温度の高温まで連続加熱炉で加熱すると設備が大型になり設置面積が大きくなり設備費が高いとともに、熱処理時間が長く、少量多品種の生産が困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、連続雰囲気加熱炉と組み合わせて、加熱時間を短縮する環状部材の連続誘導予熱装置を提供することを目的とする。もとより他の炉と組み合わせないで単独の加熱装置として使用することもできるものである。

上記目的を達成するために、本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置は、環状部材の加熱において、大気中から被加熱環状部材を装入する装入室と、該装入室から移動された環状部材を誘導加熱する加熱室と、加熱された環状部材を連続加熱炉に移送する移送室と連続加熱炉とが連結され、前記装入室と加熱室と移送室は真空又は無酸化、若しくは連結される連続加熱炉の雰囲気と同等雰囲気に変換する雰囲気制御機能を有し、被加熱環状部材を前記装入室に装入する装入手段と、該装入室から前記加熱室に移動する第１移動手段と、該加熱室から前記移送室に移動する第２移動手段と、該移送室から前記連続加熱炉に移送する移送手段とが設けられ、被加熱環状部材を真空又は無酸化の雰囲気中で連続装入して予熱温度に加熱し、前記移送室から連結された連続加熱炉の雰囲気に合わせて該連続加熱炉に搬送して所定温度まで加熱することを特徴とするものである。

このように、被加熱環状部材を誘導加熱によって短時間で予熱した後、連続加熱炉で加熱することにより連続加熱炉の長さを大幅に短縮できるので、設置面積を小さくし、設備費を低減できるとともに、加熱時間が短縮され、コストを低減し、かつ少量生産にも対応しやすくなる。また、被加熱環状部材を真空又は無酸化の雰囲気中で連続装入、加熱、移送することにより、環状部材の無酸化の連続処理が容易になり、かつ加熱後に連続加熱炉の雰囲気に合わせて移送室から連続加熱炉に移送するので、浸炭雰囲気の連続加熱炉などにも対応できる。

また本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置の前記加熱室には、平行に配設した２個のＵ字型導体の一方の足端部同士を連結し、他方の足端部に電源を接続して形成されたコイルの該Ｕ字型導体の足部を被加熱環状部材の加熱部に跨がせて被加熱環状部材を回転しながら加熱する誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルを被加熱環状部材の加熱位置に移動させるコイル移動手段と、被加熱環状部材を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルに載置された被加熱環状部材を回転中心に支持して、該被加熱環状部材をワークテーブル面から前記誘導加熱コイルの位置に移動させ、該位置で加熱中に被加熱環状部材を回転させるワーク回転支持手段とを備えることが望ましい。

さらに、前記誘導加熱コイルの２個以上を被加熱環状部材の円周に配設して、被加熱面を２か所以上から同時に加熱することができる。

このように、Ｕ字型導体の誘導加熱コイルを使用して被加熱環状部材の加熱部に跨がせて内外周から同時に加熱することにより、効率よく急速に環状部材の深部まで加熱できる。また、誘導加熱コイルをコイル移動手段により加熱位置に移動させて、ワーク回転支持手段により被加熱環状部材を回転中心に保持して回転しながら加熱するので、短時間に均一加熱される。さらに、誘導加熱コイルの２個以上を同時に使用することができるので加熱速度を上げ予熱時間を短縮することができる。

また、本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置は、被加熱環状部材のリング径に対応するように、前記装入手段、第１、第２移動手段、移送手段及び前記コイル移動手段とワーク回転支持手段とを駆動制御する制御手段が設けられるので、被加熱環状部材の設定、加熱、移動が迅速になり、量産が容易になる。

前記コイル移動手段は、前記加熱室の壁を貫通させて配設した腕に誘導加熱コイルを保持して該腕をワークテーブルの面に平行に移動駆動し、前記腕と加熱室の壁との間をベローズによりガスシールすることにより、移動する加熱コイルと加熱室とのシールが容易になる。

前記ワーク回転支持手段は、被加熱環状部材の下部内周または外周を３点支持して回転中心に保持するように同期して放射方向に移動する３本の支持爪と、該３本の支持爪を上下に移動しかつ回転させる、上下移動回転駆動手段とを備えることにより、異なる径の被加熱環状部材を加熱する場合も、簡単な構造で被加熱環状部材を回転中心に保持して回転加熱することが容易になる。

前記被加熱環状部材を装入室に装入する装入手段と、該装入室から前記加熱室に移動する第１移動手段と、該加熱室から前記移送室に移動する第２移動手段と、該移送室から前記連続加熱炉に移送する移送手段とはプッシャにより構成され、加熱室と移送室には被加熱環状部材の位置を規制するストッパが設けられ、前記制御手段には、被加熱環状部材の外径に対応して、該被加熱環状部材を所定位置に移動するように前記プッシャのストロークとストッパの位置を制御する制御機能が設けられることが望ましい。こうすれば、簡易確実に被加熱環状部材を加熱室などの所定位置に移動して設置することが自動でできるので、動作が迅速になり生産を向上できる。

本発明の環状部材の連続誘導予熱装置は、軸受鋼や浸炭鋼など合金鋼の軸受用鋼の軸受レース材の焼入れに使用すると効果が大きい。

本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置は、下記のような効果を有する。
１．従来炉加熱でなければ困難であった環状部材の深部までの加熱が誘導加熱により可能になる。
２．大型の設備が必要な連続加熱炉単独の加熱に対して、加熱時間を大幅に短縮でき、設備が小型になりコストを低減できる。かつ炉加熱による熱処理よりも工場環境が改善される。
３．炉加熱に比して多品種少量生産にも対応しやすく、かつ複数の誘導加熱コイルを使用することにより予熱時間の短縮が可能になる。
４．加熱コイルが肉厚が変わらない限り大小の径の環状部材に兼用できるので、一層多品種生産に対応しやすく無段取化が可能になる。

以下、本発明の環状部材の連続誘導予熱装置について、図示の実施形態により具体的に説明する。図１は本発明の環状部材の連続誘導予熱装置の平面図、図２は図１のＸ−Ｘ断面でコイル移動手段の詳細を示す図、図３は加熱室のワーク回転支持手段の詳細断面図、図４は図３の上面図、図５は誘導加熱コイルと加熱方法を示す図、図６は誘導加熱コイルの一例を示す図である。図７は制御手段の構成を示すブロック図、図８は本発明の環状部材の連続誘導予熱装置の動作を示すフローチャートである。

これらの図において、本発明の連続誘導予熱装置は、ベース１１の上に加熱室１２と、装入室１３と、移送室１４とが配設され、移送室１４は鎖線で示す連続加熱炉に連結されている。装入室１３は被加熱環状部材（以下ワークという）Ｗを装入して密閉する装入扉１５を有し、加熱室１２と加熱室扉１６を介して気密に連結される。加熱室１２は加熱室扉１７を介して移送室１４と気密に連結される。移送室１４には連結された連続加熱炉とを密閉する移送扉１８が設けられている。これらの加熱室１２、装入室１３は図示しない真空ポンプにより真空にされる。本実施形態では真空にしたが無酸化ガスを導入して無酸化雰囲気にしてもよい。移送室１４には真空、無酸化ガスあるいは連結された連続加熱炉の雰囲気と同一雰囲気に雰囲気制御ができるようにされている。

ワークを移動する装入手段、第１移動手段、第２移動手段、及び移送手段は、それぞれプッシャ１９、２０、２１、２２から構成され、ストッパ２３、２４によりワークの位置決めがされる。プッシャ１９、２０、２１、２２とストッパ２３、２４はスクリュウ式、ラック式など位置決めのできるどのような形式でも良い。図１に示す鎖線の大円と小円は大径と小径のワークを示す。ワークの径を変えるときは、制御手段５０にワークの径を入力し、ワーク径によりこれらのプッシャのストロークとストッパの位置が変えられて、常にワークが所定位置の中心に移動するようにされている。

加熱コイル１０は、図６に示すような形状に方形の導電材料のブロック体から削りだしで成形される。すなわち、２個のＵ字型導体１及び２が足部導体１ｂ，１ｄと２ｂ，２ｄをそれぞれ平行にして、その一端１ｅ及び２ｅが導体３により接続され、他端１ａ及び２ａにそれぞれリード部４及び５が接続されてコイルを形成する。これにより、加熱コイル１０に付加される電流は、リード部４−Ｕ字型導体１−導体３−Ｕ字型導体２−リード部５と流れてコイル電流を形成する。このＵ字型導体１及び２を図５に示すようにワークＷの加熱部を跨がせて配設しワークＷを回転しながら加熱する。

ワークの径が異なるとき、誘導加熱コイルを移動してワークの加熱位置に位置させるコイル移動手段３０は、図２に示すように、誘導加熱コイル１０のリード部４、５を保持したブスバー３１をテーブル面に平行に移動するようになっており、ブスバー３１は、制御手段に入力されたワークの径に対応して図示しない駆動手段により移動駆動され、誘導加熱コイル１０のＵ字型導体１、２をワークの加熱位置に位置させる。ブスバー３１は加熱室１２に導通した副室１２ａの壁を貫通して設けられ、ベローズ３２により気密にした状態で移動できるようになっている。そしてブスバーの一端３１ａに電源が接続される。

また加熱室１２には、図３及び図４に示すように、被加熱環状部材を載置するワークテーブル３５と、該ワークテーブル３５に載置されたワークを回転中心に支持して、該被加熱環状部材をワークテーブル面から前記誘導加熱コイルの位置に移動させ、該位置で加熱中に被加熱環状部材を回転させるワーク回転支持手段３３が設けられている。ワーク回転支持手段３３は、ワークを回転中心に把持する３本の支持爪４１と、支持爪４１を回転する回転駆動手段と、ワークを待機位置から上昇させて誘導加熱コイル１０の位置に移動する上下駆動軸４２とから構成される。図において、ワークを載置するワークテーブル３５は下部の回転駆動テーブル３６と３本の連結桿３４により結合されている。前記回転駆動手段として、テーブル３６がギヤ３７、３８を介してサーボモータ３９により回転駆動され、これによりワークテーブル３５と詳細を後述する支持爪４１が回転駆動される。

上記ワークテーブル３５と回転駆動テーブル３６の間に上下動テーブル４０が設けられ、３本の連結桿３４をガイドとして上下動可能に支持されている。そして上下動テーブル４０は、図示しない駆動手段により駆動される上下駆動軸４２により上下駆動される。上下動テーブル４０には、先端４１ｂでワークの内周を支えてワークを回転中心に支持する３本の支持爪４１が同心円の等間隔にテーブル面に直立して設けられている。３本の支持爪４１は、それぞれワークテーブル３５に設けられた３個の長孔３５ａをガイドとして放射方向に移動可能に支持され、下端のめねじ４１ａがねじ軸４３に係合してねじ軸４３の回転により放射方向に移動駆動される。３本のねじ軸４３は、ギヤ４４、４５を介してサーボモータ４６により同期回転され３本の支持爪４１は同心円上を同期してテーブルの放射方向に移動するので、ワークは回転中心に保持される。また、支持爪４１は、制御手段に入力されたワークの径に応じてワーク径に対応する位置に移動するので、径の異なる環状部材の設置も容易である。

以下、上記構成の本発明環状部材の誘導予熱装置の動作について、図１〜図６及び図７の制御手段のブロック図と図８のフローチャートに基づいて説明する。以下の準１、作１等の記号は図８中の準備段階、作用段階の順序を示す。
まず、作業準備段階として、
１．図７の制御手段５０の入力盤５２を通してワークの径、誘導加熱コイルの電力条件などを入力する（準１）。
２．これにより、ワークの径に対応して各プッシャ１９〜２２のストローク、各ストッパ２３，２４の位置、支持爪４１の位置が決定される（準２）。
３．このとき装入扉１５、加熱室扉１６、１７、移送扉１８はすべて閉にされ（準３）、加熱室１２と移送室１４が真空にされ（準４）、作業を開始する。

次に、作業の順序を説明する。
１．コンベア２５によりワークが装入位置Ａに搬送される（作１）。
２．ワーク径の入力値に応じて加熱コイル移動手段３０により加熱コイル１０がワークの加熱位置に移動し、支持爪４１がワーク径位置に移動する（作２）。
３．装入室扉１５が開かれ（作３）、プッシャ１９が作動して装入位置Ａのワークを装入室１３に押出して所定位置Ｂに移動させる（作４）。このときプッシャ１９のストロークは制御手段５０に入力されたワーク径により規定されているのでワークは確実に所定位置Ｂに位置する。
４．装入扉１５が閉にされ（作５）、装入室１３が真空に引かれて装入室１３が真空になると（作６）、
５．加熱室扉１６が開にされ（作７）、プッシャ２０が作動してワークを加熱室に押出し、ワークテーブル３５上のＣ位置に移動させる（作８）。このときプッシャ２０のストロークとストッパ２３の位置が前記２と同様に制御手段５０に入力されたワーク径により規定されているので、ワークは必ずワークテーブル３５上の回転中心に置かれる。
６．加熱室扉１６が閉にされ（作９）、加熱室は真空状態にある。
７．ワーク回転支持手段３３の支持爪４１が上昇して、ワークテーブル３５上のワークを先端４１ｂで３点支持し、ワークを加熱コイル１０の位置に移動する（作１０）。このとき、支持爪４１の位置は制御手段５０により決定されているので、ワークは回転中心に支持される。また、加熱コイルは制御手段５０により制御されてワークの加熱位置にあり、加熱コイル１０のＵ字型導体１がワークの加熱位置に跨がるように位置されている。
８．支持爪４１が回転駆動されワークが回転する（作１１）。
９．加熱コイル１０に電力が投入されて、ワークが回転しながら誘導加熱される（作１２）。
１０．ワークが設定された予熱温度に達し所定時間保持されると（加熱時間で規定される）（作１３）、加熱コイル１０の電力が遮断される（作１４）。
１１．ワークテーブル３５の回転が停止され、支持爪４１が下降して、ワークをワークテーブル３５上に置く（作１５）。
１２．加熱室扉１７が開にされ（作１６）、プッシャ２１が前進して、ワークを移送室１４に押し出し位置Ｄに移動させる（作１７）。プッシャ２１のストローク、ストッパ２４の位置も前記同様に決定されており、ワークは所定位置に移動される。このとき移送室１４は真空にされている。
１３．加熱室扉１７が閉にされ（作１８）、移送室１４が真空から連結された連続加熱炉２６の雰囲気と同一雰囲気に置換される（作１９）。そして、雰囲気に置換されると移送扉１８が開にされる（作２０）。
１４．プッシャ２２が前進し、ワークを移送室１４から連続加熱炉２６に搬送する（作２１）。
１５．移送扉１８が閉にされ（作２２）、移送室１４が再び真空にされる（作２３）。
上記動作により１個の環状部材の予熱が完了する。この動作が連続して行われて、連続予熱が行われる。

上記実施形態においては、図５に示すように１個の誘導加熱コイル１０を使用したが、図９に示すように２個の誘導加熱コイル１０、１０´を使用すれば予熱時間を短縮できる。さらに２個以上の誘導加熱コイルを使用することもできる。

以上説明したように、本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置によれば、誘導加熱により短時間で予熱温度まで加熱した後、連続加熱炉で焼入れ温度などの高温に加熱するので、連続加熱炉を小形化することができる。また、加熱時間を大幅に短縮できコストを低減できる。また、Ｕ字型導体の誘導加熱コイルを使用して環状部材の内外から同時に加熱できるので、効率よく急速に環状部材の深部まで加熱できる。これにより、従来炉加熱でなければ困難であった環状部材の深部までの加熱が誘導加熱により可能になり、多品種少量生産にも対応しやすく工場環境が改善される。さらに、２個以上の誘導加熱コイルを使用することにより、一層予熱時間が短縮される。

以上述べたように本発明の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置は、環境が改善され設備を小形化し、熱処理時間を短縮して熱処理コストを大幅に低減できて産業の発展に寄与する。とくに本発明の連続誘導予熱装置は、軸受用鋼材の軸受レース材の焼入れに効果を発揮し軸受の生産に寄与する。

本発明実施形態の環状部材の誘導予熱装置の平面図である。 図１のＸ−Ｘ断面でコイル移動手段の詳細を示す図である。 ワーク回転支持手段の詳細断面図である。 図３の上面図である。 誘導加熱コイルと加熱方法を示す図である。 誘導加熱コイルの一例を示す図である。 制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明実施形態の環状部材の動作を示すフローチャートである。 ２個の誘導加熱コイルを使用した状態を示す図である。

符号の説明

１、２ Ｕ字型導体、３ 導体、４、５ リード部、１０ 誘導加熱コイル、１１ ベース、１２ 加熱室、１３ 装入室、１４ 移送室、１５ 装入扉、１６、１７ 加熱室扉、１８ 移送扉、１９ プッシャ、２０ プッシャ、２１ プッシャ、２２ プッシャ、２３ ストッパ、２４ ストッパ、２５ コンベア、２６ 連続加熱炉、３０ コイル移動手段、３１ ブスバー、３２ ベローズ、３３ ワーク回転支持手段、３４ 連結桿、３５ ワークテーブル、３６ 回転駆動テーブル、３７、３８、 ギヤ、３９ サーボモータ、４０ 上下動テーブル、４１ 支持爪、４２ 上下駆動軸、４３ ねじ軸、４４、４５ ギヤ、４６ サーボモータ、５０ 制御手段、５１ ＣＰＵ、５２ 入力盤、Ｗ ワーク（被加熱環状部材）

Claims (8)

1. 環状部材の加熱において、大気中から被加熱環状部材を装入する装入室と、該装入室から移動された環状部材を誘導加熱する加熱室と、加熱された環状部材を連続加熱炉に移送する移送室と連続加熱炉とが連結され、前記装入室と加熱室と移送室は真空又は無酸化、若しくは連結される連続加熱炉の雰囲気と同等雰囲気に変換する雰囲気制御機能を有し、被加熱環状部材を前記装入室に装入する装入手段と、該装入室から前記加熱室に移動する第１移動手段と、該加熱室から前記移送室に移動する第２移動手段と、該移送室から前記連続加熱炉に移送する移送手段とが設けられ、被加熱環状部材を真空又は無酸化の雰囲気中で連続装入して予熱温度に加熱し、前記移送室から連結された連続加熱炉の雰囲気に合わせて該連続加熱炉に搬送して所定温度まで加熱することを特徴とする連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
2. 前記加熱室には、平行に配設した２個のＵ字型導体の一方の足端部同士を連結し、他方の足端部に電源を接続して形成されたコイルの該Ｕ字型導体の足部を被加熱環状部材の加熱部に跨がせて被加熱環状部材を回転しながら加熱する誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルを被加熱環状部材の加熱位置に移動させるコイル移動手段と、被加熱環状部材を載置するワークテーブルと、該ワークテーブルに載置された被加熱環状部材を回転中心に支持して、該被加熱環状部材をワークテーブル面から前記誘導加熱コイルの位置に移動させ、該位置で加熱中に被加熱環状部材を回転させるワーク回転支持手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
3. 前記誘導加熱コイルの２個以上を被加熱環状部材の円周に配設して、被加熱面の２か所以上から同時に加熱することを特徴とする請求項２に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
4. 被加熱環状部材のリング径に対応するように、前記装入手段、第１、第２移動手段、移送手段及び前記コイル移動手段とワーク回転支持手段とを駆動制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
5. 前記コイル移動手段は、前記加熱室の壁を貫通させて配設した腕に誘導加熱コイルを保持して該腕をワークテーブルの面に平行に移動駆動し、前記腕と加熱室の壁との間をベローズによりガスシールすることを特徴とする請求項２又は３に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
6. 前記ワーク回転支持手段は、被加熱環状部材の下部内周または外周を３点支持して回転中心に保持するように同期して放射方向に移動する３本の支持爪と、該３本の支持爪を上下に移動しかつ回転させる、上下移動回転駆動手段とを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
7. 前記被加熱環状部材を装入室に装入する装入手段と、該装入室から前記加熱室に移動する第１移動手段と、該加熱室から前記移送室に移動する第２移動手段と、該移送室から前記連続加熱炉に移送する移送手段とはプッシャにより構成され、前記加熱室と移送室には被加熱環状部材の位置を規制するストッパが設けられ、前記制御手段には、被加熱環状部材の外径に対応して、該被加熱環状部材を所定位置に移動するように前記プッシャのストロークとストッパの位置を制御する制御機能が設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
8. 前記被加熱環状部材は軸受用鋼材の軸受レース材であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の連続加熱炉と組み合わせた環状部材の連続誘導予熱装置。
   

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