JP2010229539A

JP2010229539A - 高周波焼入装置

Info

Publication number: JP2010229539A
Application number: JP2009081330A
Authority: JP
Inventors: Junji Minoue; 潤二己之上; Noboru Kubota; 昇久保田
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】ワークの焼入時に、焼入部位を固定位置として回転支持できる高周波焼入装置を提供することを課題とする。
【解決手段】高周波焼入装置１は、加熱コイル２（加熱導体部）、駆動部３、テールストック部４、回転位置設定手段５（駆動位置Ｘ方向制御部６、駆動位置Ｙ方向制御部７、テールストック位置Ｘ方向制御部８、テールストック位置Ｙ方向制御部９）を持つ。ワーク３０は、焼入部位３１〜３３を有する。高周波焼入装置１は、焼入部位３１〜３３の中心３１ａ〜３３ａをワークの回転中心に設定し、加熱コイル２を焼入部位３１〜３３のいずれかに対向配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属素材のワークを高周波焼入れする際に使用される高周波焼入装置に関するものである。

機械部品は、強度（耐摩耗性や耐疲労性）を確保するために焼入れが行われる。例えば、特許文献１には、クランクシャフト等のワークを焼入れすることができる高周波焼入装置の発明が開示されている。焼入対象となるワークと近接する加熱コイルに高周波電流を供給し、ワーク上に高周波の誘導電流を生じさせ、この誘導電流による発熱を利用してワークを焼入れするものである。

特開２００８−１９５６号公報

特許文献１の発明を実施すると、クランクシャフトのピンの軸心を中心にクランクシャフトを回転させることが可能になり、加熱コイルをクランクシャフトのピン（焼入部位）に追従させる機構が不要になる。

すなわち特許文献１の発明では、一対のロボットアームのハンド部でクランクシャフトの両端部を把持し、各ロボットアームのハンド部を手首ごと回転（自転）させながら、各ロボットアームのハンド部が円軌道を描くように動作（公転）させることにより、クランクシャフトのピン（焼入部位）の軸心を中心とした回転を可能としている。

しかし、特許文献１の高周波焼入装置は、各ロボットアームのハンド部を公転移動させる構成が複雑で、装置が大掛かりとなっている。

そこで本発明は、このような問題点に鑑み、ワークの高周波焼入時に、焼入部位を中心にワークを回転させることができる高周波焼入装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の焼入部位を有し、各焼入部位の中心線が複数の平行な直線上のいずれかに配置されたワークを高周波焼入れする高周波焼入装置であって、前記高周波焼入装置は焼入部位に対向配置する加熱導体部を備えており、前記直線のうちのいずれかの直線に回転中心を設定する回転位置設定手段を設け、前記回転位置設定手段により回転中心に設定したいずれかの直線上に中心線を有する焼入部位に、加熱導体部を対向配置する加熱導体部制御手段を設けたことを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項１の発明の高周波焼入装置は、焼入部位の中心線をワークの回転中心として設定ができ、当該焼入部位に加熱導体部が対向配置される。よって、焼入時に加熱導体部の固定が可能となる。すなわち、請求項１の発明を実施すると、焼入部位に加熱導体部を追従移動させる機構が不要となる。さらに、ワークの焼入部位と加熱導体部とを所定間隔に離間させるスペーサが不要となり、スペーサとの接触によってワークに傷が生じることを防止できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記回転位置設定手段は、ワークの回転中心を前記複数の直線上のいずれにも設定できることを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項２の発明の高周波焼入装置は、ワークの回転中心を複数の直線上のいずれにも設定できる。よって、いずれの焼入部位も回転中心に設定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、前記回転位置設定手段の回転中心設定動作に連動して、加熱導体部が焼入部位に対向配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波焼入装置である。

請求項３の発明の高周波焼入装置を実施すると、いずれの焼入部位に対しても加熱導体部を対向配置することができる。よって、加熱導体部を焼入部位に追従させる（公転移動させる）機構が不要となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、前記回転位置設定手段が、サーボモータを備えていることを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項４の発明の高周波焼入装置は、前記回転位置設定手段にサーボモータを備えた装置であることから、ワークの回転中心を複数の焼入部位の中心線が配置されるいずれかの直線上に変更する際に、高速且つ高精度に変更することができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明において、ワークがクランクシャフトであり、前記焼入部位がクランクシャフトのピン部及び／又はジャーナル部であることを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項５の発明の高周波焼入装置では、クランクシャフトのピン部やジャーナル部を容易に焼入れすることができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記焼入部位のうち、中心線が同一直線上にあるピン部もしくは中心線が同一直線上にあるジャーナル部を複数の加熱導体部で同時に焼入れが可能であることを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項６の発明の高周波焼入装置は、中心線が同一直線上にあるピン部もしくは中心線が同一直線上にあるジャーナル部を複数の加熱導体部で同時に焼入れが可能である。よって、焼入れに要する時間の短縮化を図ることができる。

本発明を実施すると、ワークの焼入部位を回転中心に設定でき、加熱導体部を焼入部位に対向配置し、ワークを回転させるだけで焼入部位を高周波焼入れすることができる。

本発明の高周波焼入装置の正面図である。本発明の高周波焼入装置の平面図である。クランクシャフト（ワーク）に取付けた治工具の側面図である。クランクシャフト（ワーク）のピン部を回転中心として回転させた時の治工具の側面図である。クランクシャフトのピン部の高周波加熱時の部分断面図である。本発明の高周波焼入装置のブロック図である。

次に本発明の具体的な実施形態について説明する。なお、説明は、実施形態の理解を容易にするためのものであり、これによって、本願発明が制限して理解されるべきではない。

図１、２に示すように、高周波焼入装置１は、加熱コイル２（加熱導体部）、駆動部３、テールストック部４、回転位置設定手段５（駆動位置Ｘ方向制御部６、駆動位置Ｙ方向制御部７、テールストック位置Ｘ方向制御部８、テールストック位置Ｙ方向制御部９）、治工具１０、治工具１１等から構成されている。

なお、図６のブロック図に示すように、高周波焼入装置１は上記構成以外に回転中心制御部４０、加熱コイル制御部４１、加熱コイル駆動部４２、加熱コイル電源供給部４３を備えている。そのうちの加熱コイル電源供給部４３は、図示しない交流電源とインバータとを備える高周波の交流電流の供給源であり、図示しない一次誘導コイルを介して加熱コイル２に高周波の誘導電流（交流）を供給する。

図１に示すように、クランクシャフト３０は、ピンＡ部３１（焼入部位）、ジャーナル部３２（焼入部位）、ピンＢ部３３（焼入部位）、軸端３４、軸端３５、カウンタウェイト３６から構成されている。

図２に示すように、回転位置設定手段５は、駆動位置Ｘ方向制御部６、駆動位置Ｙ方向制御部７、テールストック位置Ｘ方向制御部８、テールストック位置Ｙ方向制御部９から構成され、各々サーボモータ２０とボールネジ駆動部２１とを備えている。

次に、本実施形態の高周波焼入装置における、回転位置設定手段５の動作について説明する。
図２に示すように、回転中心制御部４０からの指令信号を回転位置設定手段５に送る。指令信号を受けた回転位置設定手段５、すなわち駆動位置Ｘ方向制御部６、駆動位置Ｙ方向制御部７は、クランクシャフト３０を回転駆動する駆動部３のＸ、Ｙ方向の位置制御を行う。

同じく指令信号を受けたテールストック位置Ｘ方向制御部８、クランクシャフト３０の端部を回転可能に支持するテールストック位置Ｙ方向制御部９は、テールストック部４のＸ、Ｙ方向の位置制御を行う。ちなみに、駆動部３、テールストック部４はクランクシャフト３０を挟んで対向配置され、治工具１０、１１を介してクランクシャフト３０の両端を支持する。なお、図１は正面図であり、図２は平面図なので、図２に示す治工具１０、１１は、図１に示す状態から９０度回転した状態となっている。
以上の構成により、駆動部３、テールストック部４の位置を調整し、クランクシャフト３０の回転中心の位置を決める。

詳細に説明すると、図３に示すように、クランクシャフト３０に取付けた治工具１０を側面から見ると、ピンＡ部３１、ジャーナル部３２、ピンＢ部３３のそれぞれの中心線が紙面と直行して互いに平行になっている。
いずれかの焼入部位（ピンＡ部３１、ジャーナル部３２、ピンＢ部３３）を焼入れする際、回転中心制御部４０からの指令信号によって、駆動位置Ｘ方向制御部６、駆動位置Ｙ方向制御部７、テールストック位置Ｘ方向制御部８、テールストック位置Ｙ方向制御部９を焼入部位に対応する目標値に設定することにより、駆動部３、テールストック部４が焼入部位の中心に配置され、クランクシャフト３０の回転中心が、ピンＡ部３１、ジャーナル部３２、ピンＢ部３３のいずれかの焼入部位の中心位置に設定される。

なお、駆動部３およびテールストック部４でクランクシャフト３０を直接支持することができないため、治工具１０、１１を介してクランクシャフト３０を支持している。このため、クランクシャフト３０は治工具１０、１１と一体で回転する。
例えば、ピンＢ部３３の中心３３ａを回転中心に設定し、クランクシャフト３０を９０度ずつ回転させると、クランクシャフト３０と一体となった治工具１０は図４に二点鎖線で示すような動作をする
この時、焼入部位であるピンＢ部３３の中心３３ａが回転中心に設定されているため、破線で示すピンＢ部３３はその位置で自転する。

次に、加熱コイル２の動作について説明する。
焼入部位が選定されると、加熱コイル制御部４１は焼入部位に応じた数の加熱コイル２を駆動し、該焼入部位に各々加熱コイル２を対向配置させる。
例えば、ピンＢ部３３を焼入れする場合、図１に示すように焼入部位の数は２箇所である。回転中心制御部４０からの指令信号でピンＢ部３３を回転中心とした場合、前記指令信号に連動して加熱コイル制御部４１から加熱コイル駆動部４２に指令信号が送られる。この指令信号に基づき、２個の加熱コイル２をピンＢ部３３のそれぞれ対向する位置に配置する。すなわち、焼入部位と加熱コイル２とは誘導加熱可能な所定距離だけ離間して対向している。

回転中心制御部４０がピンＢ部３３に回転中心を設定すると、加熱コイル駆動部４２は図５に示すように、加熱コイル２をピンＢ部３３に対向配置する。
同様に、ピンＡ部３１又はジャーナル部３２を焼入れする際には、回転中心制御部４０がピンＡ部３１又はジャーナル部３２にクランクシャフト３０の回転中心を設定し、さらに加熱コイル駆動部４２は、加熱コイル２をピンＡ部３１又はジャーナル部３２に対向配置する。

そして、回転中心制御部４０からの指令信号でピンＢ部３３の中心を回転中心としてクランクシャフト３０を回転させ、加熱コイル制御部４１から加熱コイル電源供給部４３に指令信号が出され、加熱コイル２に高周波電流を供給し、ピンＢ部３３上に高周波の誘導電流を生じさせ、この誘導電流による発熱を利用してピンＢ部３３を焼入れする。この時、ピンＢ部３３は、その位置で自転しているため、ピンＢ部３３の外周全面が一様に焼入れされる。

なお、図６に示すように、回転中心制御部４０、加熱コイル制御部４１、加熱コイル駆動部４２、加熱コイル電源供給部４３は、タッチパネル表示器５０、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）５１からの指令で動作させてもよい。
ワークの形状や焼入部位の位置、数等の情報は、あらかじめタッチパネル表示器に入力しておき、ワークの焼入れを容易に行うことができる。

以上より、本発明を実施すると、ワークの焼入部位を回転中心に設定でき、加熱コイル（加熱導体部）を焼入部位に対向配置し、ワークを回転させるだけで焼入部位を高周波焼入れすることが可能となる。
このことにより、従来技術では構成が複雑で大掛かりとなっていた高周波焼入装置を簡素化できる。

また、本発明を実施すると、ワークの焼入部位と加熱導体部とを所定間隔に離間させるスペーサが不要となり、スペーサとの接触によってワークに傷が生じることを防止できる。
さらに、本発明の高周波焼入装置において、回転位置設定手段にサーボモータを備えると、ワークの回転中心を複数の焼入部位の中心線が配置されるいずれかの直線上に変更する際に、高速且つ高精度に変更することができる。

また、中心線が同一線上にあるピン部もしくは中心線が同一線上にあるジャーナル部を複数の加熱導体部で同時に焼入れが可能となり、生産時間の短縮化を図ることができる。

１高周波焼入装置
２加熱コイル（加熱導体部）
３駆動部
４テールストック部
５回転位置設定手段
６駆動位置Ｘ方向制御部
７駆動位置Ｙ方向制御部
８テールストック位置Ｘ方向制御部
９テールストック位置Ｙ方向制御部
１０治工具
１１治工具
３０クランクシャフト（ワーク）
３１ピンＡ部（焼入部位）
３１ａピンＡ部の中心
３２ジャーナル部（焼入部位）
３２ａジャーナル部の中心
３３ピンＢ部（焼入部位）
３３ａピンＢ部の中心

Claims

複数の焼入部位を有し、各焼入部位の中心線が複数の平行な直線上のいずれかに配置されたワークを高周波焼入れする高周波焼入装置であって、前記高周波焼入装置は焼入部位に対向配置する加熱導体部を備えており、前記直線のうちのいずれかの直線に回転中心を設定する回転位置設定手段を設け、前記回転位置設定手段により回転中心に設定したいずれかの直線上に中心線を有する焼入部位に、加熱導体部を対向配置する加熱導体部制御手段を設けたことを特徴とする高周波焼入装置。
前記回転位置設定手段は、ワークの回転中心を前記複数の直線上のいずれにも設定できることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置。
前記回転位置設定手段の回転中心設定動作に連動して、加熱導体部が焼入部位に対向配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波焼入装置。
前記回転位置設定手段が、ワークの回転中心の位置を設定するサーボモータを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の高周波焼入装置。
ワークがクランクシャフトであり、前記焼入部位がクランクシャフトのピン部及び／又はジャーナル部であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の高周波焼入装置。
前記焼入部位のうち、中心線が同一直線上にあるピン部もしくは中心線が同一直線上にあるジャーナル部を複数の加熱導体部で同時に焼入れが可能であることを特徴とする請求項５に記載の高周波焼入装置。