JP2008111148A - ドラム型高周波焼入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一度に多量の被処理物を焼入れするように構成しても設置面積が狭くて済むドラム型高周波焼入装置を提供する。
【解決手段】ドラム型高周波焼入装置１０は、円盤状の回転ドラム２０と、被処理物（ワークＷ）の一部を誘導加熱する誘導加熱コイル３０と、この誘導加熱コイル３０によって加熱されたワークＷを冷却する冷却器４０と、回転ドラム２０から自由落下したワークＷを受止めて回収する被処理物回収部材５０と、回転ドラム２０を矢印Ａ方向に回転させる駆動系６０とを備えている。回転ドラム２０は、水平方向に延びる回転軸２４を中心にして矢印Ａ方向（図１では時計方向）に回転する。回転ドラム２０は、ワークＷが差し込まれる差込孔２２ａが形成された環状の外周壁２２を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的小さい被処理物（ワーク）を高周波焼入れするドラム型高周波焼入装置に関する。

平歯車などのワークを連続的に高周波焼入れする装置として、ターンテーブル型高周波焼入装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このターンテーブル型高周波焼入装置は、水平面に平行に広がる円形（円板状）のターンテーブルにワークを載置してこのターンテーブルを回転させながらワークを誘導加熱して急冷するものである。
特開平６−０１７１１７号公報

上記の高周波焼入装置を用いて一度に多量のワークを焼入れしたい場合は、ターンテーブルの直径を大きくしてその面積を広くする。しかし、ターンテーブルの面積を広くした分だけターンテーブルの設置面積（占有面積）が広くなるので、ターンテーブル型高周波焼入装置の設置面積が広くなる。

また、装置が平面状に展開しているため、ターンテーブルの大きさによってはワーク挿入部と加熱コイルが近接する可能性があり、作業者の安全性確保のため保護機構が複雑となる。さらに、高周波加熱により高温になったワークが搬出部に戻ってくるため、人手による作業の場合、火傷等の安全性の確保についても十分に考慮する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑み、一度に多量の被処理物を焼入れするように構成しても設置面積が狭くて済むドラム型高周波焼入装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のドラム型高周波焼入装置は、
（１）水平方向に延びる回転軸を中心にして回転する、被処理物を差し込む差込孔がその外周壁に形成された円盤状の回転体と、
（２）前記差込孔に差し込まれた被処理物を誘導加熱する、前記外周壁の外側に配置された誘導加熱コイルと、
（３）該誘導加熱コイルによって誘導加熱された被処理物を冷却する冷却器と、
（４）前記差込孔から自由落下した被処理物を受止めて回収する、前記回転体の下方に配置された被処理物回収部材とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（５）前記回転軸に直交する水平線が前記回転体の前記外周壁に交差する位置のうちの一つの位置と前記回転軸とを結ぶ線分を基準線としたときに、
（６）前記差込孔に被処理物を差し込む差込位置は、前記基準線よりも上方であって、該差込位置から前記回転軸までを結ぶ線分と前記基準線との成す角度が３０°以上９０°以下の範囲内になる位置であり、
（７）前記誘導加熱コイルが配置されたコイル位置は、前記回転軸を通る鉛直線を挟んで前記差込位置とは反対の側であって、該コイル位置から前記回転軸までを結ぶ線分と前記基準線との成す角度が１００°以上１８０°以下の範囲内になる位置であってもよい。

また、
（８）前記被処理物回収部材は、前記回転軸に直交する水平線の延びる方向に移動するものであってもよい。

さらに、
（９）前記回転体が停止する位置を決める位置決め手段を備えてもよい。

さらにまた、
（１０）前記誘導加熱コイルは、前記冷却器から噴射された冷却液が通過する冷却用間隙が形成されたものであってもよい。

本発明によれば、水平方向に延びる回転軸を中心にして円盤状の回転体が回転するように構成されているので、円盤状の回転体が立てられた状態で回転することとなり、回転体の設置面積、即ち、装置全体の設置面積（占有面積）は、上記のターンテーブルの場合よりも狭くて済む。また、一度に多量の被処理物を焼入れするために回転体の外周壁の面積を広くして多くの差込孔を形成する場合は、回転体の直径が大きくなるか、又は外周壁の幅が広くなるだけなので、その設置面積が少し広くなるにすぎない。さらに、差込孔に被処理物を差し込む差込位置と誘導加熱コイルが配置されたコイル位置とを、回転体の回転軸を通る鉛直線を挟んで互いに反対の側に配置できるので、差込位置からコイル位置までは離れていることとなって安全性を確保できる。

本発明は、比較的小型で棒状のワークの一部を高周波焼入れするドラム型高周波焼入装置に実現された。

図１と図２を参照して本発明のドラム型高周波焼入装置の一例を説明する。

図１は、ドラム型高周波焼入装置の一例の概略構成を示す正面図である。図２（ａ）は、図１のドラム型高周波焼入装置の平面図であり、（ｂ）は、高周波焼入れされるワークを示す側面図である。なお、図１では、回転ドラムを回転させる駆動系は示されておらず、図２（ａ）では、駆動系の一部のみを示している。また、図２では、ワークＷを差込孔２２ａよりも大きく表している。

ドラム型高周波焼入装置１０は、ステンレス製で円盤状の回転ドラム２０（本発明にいう回転体の一例である）と、被処理物（ワークＷ）の一部を誘導加熱する誘導加熱コイル３０と、この誘導加熱コイル３０によって加熱されたワークＷを冷却する冷却器（冷却ジャケット）４０と、回転ドラム２０から自由落下したワークＷを受止めて回収する被処理物回収部材５０と、回転ドラム２０を矢印Ａ方向に回転させる駆動系６０とを備えている。

回転ドラム２０は、水平方向に延びる回転軸２４を中心にして矢印Ａ方向（図１では時計方向）に回転する。回転ドラム２０は、ワークＷが差し込まれる差込孔２２ａが形成された環状の外周壁２２を備えている。この外周壁２２の幅方向（図１の紙面に垂直な方向であり、図２の紙面の長手方向である）には２つの差込孔２２ａが並んで形成されており、周方向には等間隔で８個の差込孔２２ａが形成されている。即ち、外周壁２２には、合計で１６個の差込孔２２ａが形成されている。差込孔２２ａに差し込まれたワークＷは、差込孔２２ａの内周面とワークＷの外周面との摩擦力によって差込孔２２ａに仮固定される。外周壁２２は、回転軸２４から放射状に延びる複数の支持板２６（図１には、１つだけを示す）によって回転軸２４に固定されている。なお、差込孔２２ａの数や形成位置は、高周波焼入れの実施状況やワークＷの大きさなどによって適宜に決める。また、図２（ａ）に示すように、回転軸２４の長手方向両端部はそれぞれ軸受２８，２９に回転自在に保持されている。

上記のように円盤状の回転ドラム２０が立てられた状態で回転するので、回転ドラム２０の設置面積は狭くて済み、ドラム型高周波焼入装置１０の設置面積も狭くて済むこととなる。

差込孔２２ａにワークＷを差し込む差込位置（挿入位置）について説明する。

ここでは、図１に示すように、回転軸２４の中心２４ａを通って回転軸２４に直交する水平線が回転ドラム２０の外周壁２２に交差する位置のうちの一つの位置２２ｂと中心２４ａとを結ぶ線分Ｌを基準線Ｌとする。上記の差込位置は基準線Ｌよりも上方であって、差込位置から回転軸２４までを結ぶ線分と基準線Ｌとの成す角度が３０°以上９０°以下の範囲内になる位置である。即ち、図１で示すように、θ１（外周壁を円とみたときの中心角）を３０°とし、θ２を９０°としたときに、θ３すなわち６０°の範囲内に差込位置を設ける。このような位置に差込位置を設けることにより、ワークＷを差込孔２２ａに差し込み易いので、生産性を向上できることとなる。なお、ロボット等を利用してワークＷの差し込みを機械化して自動にしてもよい。差込位置としては、例えば、基準線Ｌから上方に４５°の位置が挙げられる。

ワークＷを差込孔２２ａに差し込むに際しては、図２（ｂ）に示す後端部Ｗ２を差込孔２２ａに差し込んで先端部Ｗ１を外周壁２２から突出させた状態にする。このようにワークＷを差込孔２２ａに差し込んだ場合は、先端部Ｗ１のみが誘導加熱されて焼入れされる。なお、何らかの原因で自由落下しなかったワークＷは差込位置まで移動するが、差込位置において作業者などによって容易に回収される。

誘導加熱コイル３０は、図１に示すように、外周壁２２の外側であって、回転軸２４を通る鉛直線（図示せず）を挟んで差込位置とは反対の側に配置されている。誘導加熱コイル３０の位置（コイル位置）は、コイル位置から回転軸２４の中心２４ａまでを結ぶ線分と基準線Ｌとの成す角度が１００°以上１８０°以下の範囲内になる位置である。即ち、図１で示すように、θ４を１００°とし、θ５を１８０°としたときに、θ６すなわち８０°の範囲内にコイルを設置する。コイル位置としては、例えば、θ４が１３５°になる位置が挙げられる。

誘導加熱コイル３０の上方には、誘導加熱コイル３０を覆うように保護部材３２が配置されている。この保護部材３２により、作業者が誘導加熱コイル３０や加熱されたワークＷに接触することが防止される。

冷却器４０は、誘導加熱コイル３０を挟んで回転ドラム２０とは反対の側に配置されている。誘導加熱コイル３０によって加熱されたワークＷは、冷却器４０から噴射される冷却液よって急冷される。

被処理物回収部材５０は、図１に示すように、回転ドラム２０の下方に配置された板状のものである。差込孔２２ａに差し込まれたワークＷは、θ５が１８０°を超えた位置から重力のために自由落下し始める。ワークＷが外周壁２２に摩擦力等で接触している状態や、ワークＷの重量と大きさなどに応じて、ワークＷが自由落下する位置が変わってくる。そこで、被処理物回収部材５０は、回転軸２４に直交する水平線の延びる方向（矢印Ｂ方向）に移動できるように、ガイドレール（図示せず）などを備えた構成になっている。なお、差込孔２２ａから自由落下して被処理物回収部材５０に回収されたワークＷは、箱（図示せず）などに入れられる。

図３と図４を参照して、図１のドラム型高周波焼入装置の駆動系について説明する。

図３は、駆動系を示す正面図である。図４は、図３の駆動系の平面図である。これらの図では、図１，２に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

駆動系６０は、ブレーキ付きモータ６２や、チェーン６４、スプロケット６６，６８などから構成されている。回転軸２４のうち軸受２９に回転自在に支持されている側の部分にはスプロケット６８が嵌め込まれて固定されている。一方、回転ドラム２０から離れた位置には、回転ドラム２０を回転させるためのブレーキ付きモータ６２が配置されている。このブレーキ付きモータ６２の回転軸にはスプロケット６６が嵌め込まれて固定されている。２つのスプロケット６６，６８にはチェーン６４が掛け渡されており、ブレーキ付きモータ６２が駆動することにより回転軸２４と回転ドラム２０が矢印Ａ方向に回転するように構成されている。ブレーキ付きモータ６２としてはサーボモータやステッピングモータが使用される。

回転ドラム２０は、中心角で４５°回転するごとに、ワークＷの挿入や焼入れのために一旦停止する。この一旦停止したときに回転ドラム２０を安定して固定させておくために、ドラム型高周波焼入装置１０には位置決めピン７０が備えられている。位置決めピン７０はソレノイド（図示せず）や駆動モータ（図示せず）によって回転軸２４に平行に移動するように構成されている。また、回転ドラム２０の側壁のうち外周壁２２に近い部分には、位置決めピン７０が所定のタイミングで差し込まれる８個の位置決め孔２０ａが形成されている。これら８個の位置決め孔２０ａは、図３に示すように、中心角で４５°ずつ離れた等間隔で形成されており、差込孔２２ａの近くに形成されている。回転ドラム２０が回転中は、図４の実線で示す位置に位置決めピン７０は移動しており、回転の妨げにならない。回転ドラム２０が一旦停止したときは、図４の二点鎖線で示す位置に位置決めピン７０が移動して回転ドラム２０が安定して固定される。位置決めピン７０と位置決め孔２０ａによって、本発明にいう位置決め手段が構成されている。

図５を参照して、誘導加熱コイル３０と冷却器４０について説明する。

図５は、冷却器の側から見た誘導加熱コイルを示す概略構成図である。

誘導加熱コイル３０は、全体形状がＴの字状であり、ベークライト製板３４（図１参照）に取り付けられている。このベークライト製板３４が、取付アーム３６（図１参照）を介して保護部材３２（図１参照）の柱に固定されている。誘導加熱コイル３０は、回転ドラム２０の幅Ｌよりも長い長方体状の導体部３０ａを備えている。この導体部３０ａの中央部には、冷却器４０から噴射された冷却液が通る冷却用間隙３０ｂが形成されている。この冷却用間隙３０ｂの幅Ｌ１は約５ｍｍ程度である。導体部３０ａは、電気的に絶縁された２つの接続部３０ｃ，３０ｄによって高周波電源（図示せず）に接続されている。

冷却器４０は、導体部３０ａを挟んで回転ドラム２０とは反対の側に配置されている（図１等参照）。冷却器４０から噴射された冷却液は冷却用間隙３０ｂを通過して回転ドラム２０に向かう。

回転ドラム２０の差込孔２２ａに差し込まれたワークＷが冷却用間隙３０ｂに向き合う位置に到達したときに回転ドラム２０は一旦停止し、高周波電源（図示せず）から誘導加熱コイル３０に電力が例えば約５秒間供給される。これにより、ワークＷの先端部Ｗ１が焼入温度まで加熱される。先端部Ｗ１が加熱された直後に冷却器４０から冷却液が噴射される。この噴射された冷却液は冷却用間隙３０ｂを通過してワークＷの先端部Ｗ１を急冷する。冷却器４０から冷却液を噴射する時間は例えば１．５秒間である。ワークＷの冷却が終了した後、回転ドラム２０が４５°回転して、次のワークＷ（未焼入れのワークＷ）が冷却用間隙３０ｂに向き合う位置に到達し、上記と同様の処理が施される。

上記のドラム型高周波焼入装置１０を用いて実際に焼入れを行った実験データを図６に示す。

図６は、図２（ｂ）に示すワークＷの硬さ分布を示すグラフである。

このデータから図２（ｂ）で示す硬化層深さは、ワークＷの表面から４ｍｍのところまで６００ＨＶとなっており良好な結果を得られた。

また、回転ドラム２０の差込孔２２ａに差し込まれたワークＷは順次に焼入れされるので、一度に多量のワークＷを焼入れできる。また、回転ドラム２０は立てられた状態で回転するので、回転ドラム２０の設置面積、即ち、装置全体の設置面積（占有面積）は、従来のターンテーブルの場合よりも狭くて済む。

ドラム型高周波焼入装置の一例の概略構成を示す正面図である。 （ａ）は、図１のドラム型高周波焼入装置の平面図であり、（ｂ）は、高周波焼入れされるワークを示す側面図である。 駆動系を示す正面図である。 図３の駆動系の平面図である。 冷却器の側から見た誘導加熱コイルを示す概略構成図である。 ワークＷの硬化層深さの一例を示すグラフである。

符号の説明

１０ ドラム型高周波焼入装置
２０ 回転ドラム
２０ａ 位置決め孔
２２ 外周壁
２２ａ 差込孔
２４ 回転軸
３０ 誘導加熱コイル
４０ 冷却器
５０ 被処理物回収部材
６０ 駆動系
７０ 位置決めピン
Ｗ ワーク（斜線部は硬化層）

Claims (5)

1. 水平方向に延びる回転軸を中心にして回転する、被処理物を差し込む差込孔がその外周壁に形成された円盤状の回転体と、
   前記差込孔に差し込まれた被処理物を誘導加熱する、前記外周壁の外側に配置された誘導加熱コイルと、
   該誘導加熱コイルによって誘導加熱された被処理物を冷却する冷却器と、
   前記差込孔から自由落下した被処理物を受止めて回収する、前記回転体の下方に配置された被処理物回収部材とを備えたことを特徴とするドラム型高周波焼入装置。
2. 前記回転軸に直交する水平線が前記回転体の前記外周壁に交差する位置のうちの一つの位置と前記回転軸とを結ぶ線分を基準線としたときに、
   前記差込孔に被処理物を差し込む差込位置は、前記基準線よりも上方であって、該差込位置から前記回転軸までを結ぶ線分と前記基準線との成す角度が３０°以上９０°以下の範囲内になる位置であり、
   前記誘導加熱コイルが配置されたコイル位置は、前記回転軸を通る鉛直線を挟んで前記差込位置とは反対の側であって、該コイル位置から前記回転軸までを結ぶ線分と前記基準線との成す角度が１００°以上１８０°以下の範囲内になる位置であることを特徴とする請求項１に記載のドラム型高周波焼入装置。
3. 前記被処理物回収部材は、前記回転軸に直交する水平線の延びる方向に移動するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドラム型高周波焼入装置。
4. 前記回転体が停止する位置を決める位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１，２，又は３に記載のドラム型高周波焼入装置。
5. 前記誘導加熱コイルは、前記冷却器から噴射された冷却液が通過する冷却用間隙が形成されたものであることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のドラム型高周波焼入装置。

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