JP2011020155A - 環状金属部材用歪修正装置、焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外形変化にかかわらず、環状金属部材の歪を修正することができる環状金属部材用歪修正装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る環状金属部材用歪修正装置は、２つの固定位置ローラー２の間に環状金属部材１の位置を測定する位置センサー４を備えるとともに、加圧ローラー３も位置センサーとして機能する。この位置センサー４および加圧ローラー３によって、測定された位置情報はマイクロコンピュータ等により形成された径算出装置５に送信され、環状金属部材１の径が連続的に算出される。この算出結果である径に基づいて加圧ローラー３の位置を変化させることにより、径の経時的な変化にかかわらず加圧ローラー３の位置を最適に保つことができる。つまり、位置センサー４および加圧ローラー３と、径算出装置５とが、加圧位置制御装置を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、環状金属部材用歪修正装置に係り、詳しくは焼入れ時に使用可能な環状金属部材用歪修正装置に関する。また、この環状金属部材用歪修正装置を備えた焼入れ装置に関する。

環状金属部材はベアリングの外輪、内輪をはじめ、広い用途に用いられている。特にベアリングに使用される場合にはその偏寸が小さく真円度が高いことが求められる。しかし、かかる環状金属部材は熱処理前の残留応力や焼入れ時の熱変態応力を受けるため、容易に歪が生じ、問題となっている。

環状金属部材の偏寸や楕円化などの歪の修正装置としては、例えば、図４に示すように、テーブル１０７に載せた環状部材１０１を駆動ローラー１０２により回転させた状態で、修正ローラー１０３で内周面を押すと同時に押圧片１３０により外周面を押圧することで、環状金属部材の歪を修正する装置が提示されている（特許文献１参照）。

しかし、環状金属部材の剛性が高い場合、係る方法で歪を修正するには、矯正装置である修正ローラー１０３および押圧片１３０がかなりの圧力を発生させる必要があるため、装置が大型化する。また、剛性の高い環状金属部材１０１の外周面および内周面を大きな力で押すことで、外周面および内周面が傷つくことや、矯正時に新たな応力を金属部材に生じさせることが懸念される。

そこで、高温となる焼入れ時に環状金属部材の歪を併せて修正する環状体の焼入れ装置が提示されている（例えば、特許文献２参照）。図５に示すように、「本体部１０８が回動することによって、積載台１０７上で環状体１０１は駆動ローラー１０２および加圧ロール１０３で回転加圧されながら焼入れ槽１１０内の焼入れ剤中に浸漬されて、第５図に示す環状体１０１の浸漬位置１０１’で本体部１０８は回動を停止する。（１２２ページ右段、但し、符号および図番は変更。）」と記載されている。従って、焼入れ時、即ち油冷前の高温状態および冷却時に併せて歪修正が可能となる。

特開昭６１−１０８４２５号公報 特公昭５８−３５５７８号公報

しかし、特許文献２の技術において、「加圧ロール１０３で回転加圧される」ことで歪が是正されるとしても、どの程度の加圧が最適であるかは定かではない。周知のように、一般に金属部材は温度によって伸縮する。特に、焼入れ時のように極端な温度差のある場合には、環状金属部材の直径等が大きく変化するにもかかわらず一定の加圧条件で加圧しても、歪が適切に修正できるとは考えにくい。事実、発明者らの知見によると、比較的小径の環状金属部材については、一定の歪修正効果が認められるものの、比較的大きな環状金属部材、例えば直径１ｍ前後の環状金属部材については、かかる方法で適切に歪の補正をすることは困難であることがわかっている。

本発明は、焼入れ時の環状金属部材の温度変化に伴う径変化に対応することにより、外形変化にかかわらず、環状金属部材の歪を修正することができる環状金属部材用歪修正装置を提供することにある。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置は、環状金属部材を円周方向に回転させる回転部材と、回転状態における前記環状金属部材の径方向の位置を決めるための位置決め部材と、前記環状金属部材の歪を修正するために、回転状態において前記環状金属部材を径方向に加圧する加圧部材と、前記環状金属部材が前記環状金属部材を加圧する加圧位置を制御する加圧位置制御装置とを備える。また、前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置制御装置が、前記加圧位置を変化させる。

上記構成によると、環状金属部材の径に対応して、加圧位置制御装置が、加圧位置を変化させるため、環状金属部材の径が熱により膨張または収縮した場合であっても、加圧位置が対応して変化する。従って、環状金属部材の径が温度により変化する場合であっても、上記従来に比べ正確に歪を修正することが可能となる。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置は、前記環状金属部材の前記径を測定し測定結果を出力する径測定装置を更に備え、前記測定結果に基づいて、前記加圧位置制御装置が、前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置を変化させることが好ましい。

上記構成によると、測定結果に基づいて、加圧位置制御装置が加圧位置を変化させるため、実測した径に基づいて加圧位置をフィードバック制御することができる。従って、径の変化挙動が予想困難である場合においても、最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置が備える前記径測定出力装置は、対向する前記環状金属部材の外周上の２点の位置を測定するとともに位置データを出力する位置センサーと、回転状態において前記位置データより、前記径の平均値を算出する径算出装置とを備え、該平均値を前記測定結果として出力することが好ましい。

上記構成によると、対向する前記環状金属部材の外周上の２点の位置を測定するとともに位置データを出力する位置センサーと、回転状態において前記位置データより、径の平均値を算出する径算出装置とを備えるため、容易に径の平均値を算出することができる。また、算出された平均値を測定結果として出力するため、正確な径の値を得ることができる。係る径の値に基づいて加圧位置をフィードバック制御することができるため、最適な加圧位置を維持することができ、一層正確に歪を修正することができる。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置は、前記環状金属部材の前記径の変化に関する径変化情報を有する情報記憶装置を更に備え、前記径変化情報に基づいて、前記加圧位置制御装置が、前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置を変化させることが好ましい。

上記構成によると、径変化情報に基づいて、加圧位置制御装置が、環状金属部材の径に対応して、加圧位置を変化させるため、位置センサーや径算出装置等を備える必要がなく、コストダウンが可能となる。係る構成は、環状金属部材の経時的な径の変化が予めわかっており、径変化情報が得られる場合に有効である。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置において、前記径変化情報は、前記環状金属部材の前記径と時間との関係式であることが好ましい。かかる経時変化情報が関係式で表される場合、かかる関係式を情報記憶装置に記憶させるのみで、加圧位置制御装置が、環状金属部材の径に対応して、加圧位置を変化させることができるため、一層安価に最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置において、前記径変化情報は、前記環状金属部材の前記径と時間との関係を示すデータ・テーブルおよびグラフの少なくとも一方であることが好ましい。

径変化情報が関係式で表されない場合であっても、経時的な径変化の情報が実験等によりで求められれば、係る経時的な径変化の情報をデータ・テーブルやグラフとして情報記憶装置に記憶させることができる。この場合でも、加圧位置制御装置が、環状金属部材の径に対応して、加圧位置を経時的に変化させることができるため、一層安価に最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

本発明に係る焼入れ装置は、本発明に係る環状金属部材用歪修正装置を備えている。本発明に係る環状金属部材用歪修正装置は、上述のように温度変化がある場合であっても、上記従来に比べ正確に歪を修正することが可能である。従って、焼入れ時のように、温度変化があり、温度変化に基づく環状金属部材の径の変化が問題となる場合であっても正確に歪を修正することが可能である。したがって、この環状金属部材用歪修正装置を備えた焼入れ装置は焼入れと同時に歪修正もできるため、環状金属部材の製造工程を１工程減らすことができる。また、焼入れ時、即ち高温時には環状金属部材は常温時に比して剛性が小さくなっているため、歪の修正が容易となる。更に、歪の修正を行いつつ、焼入れが進行するため、歪修正による応力が、修正後に残留する可能性が小さくなる。

本発明によれば、外形変化にかかわらず、環状金属部材の歪を修正することができる環状金属部材用歪修正装置を提供することができる。

本発明に係る環状金属部材用歪修正装置の一実施形態について説明する図面であって、環状金属部材用歪修正装置の要部を示す図である。 本発明に係る環状金属部材用歪修正装置の一実施形態について説明する図面であって、制御方法を示すフローチャートである。 本発明に係る環状金属部材用歪修正装置の第２の実施形態について説明する図面であって、焼入れ時における歪修正状態を示すグラフである。 従来の環状金属部材用歪修正装置について説明する図面であって、常温時において歪を修正する金属部材用歪修正装置を示す図である。 従来の環状金属部材用歪修正装置について説明する図面であって、焼入れ時において歪を修正する金属部材用歪修正装置を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した焼入れ装置の一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。なお、この焼入れ装置は請求項２に示した環状体の焼入れ装置と同様の構成を持つ環状金属部材用歪修正装置を備える焼入れ装置であるため、同様の部分についての説明は割愛し、要部のみを詳説する。

図１は環状金属部材用歪修正装置の要部を説明する図面である。この環状金属部材用歪修正装置が焼入れ装置に備えられており、焼入れと同時に歪修正できる構造となっている。具体的には上記従来と同様に、環状金属部材用歪修正装置全体が移動することにより加熱室から冷却用オイルが満たされたオイルタンクへ歪修正を行いながら移動することができる。係る移動は、例えば、上記従来のように環状金属部材用歪修正装置を振り子（回転）運動可能なアームに配設することにより、加熱室とオイルタンク内を移動させても良いし、公知の方法で上下動するエレベータ装置上に環状金属部材用歪修正装置を配設し、環状金属部材用歪修正装置が加熱室とオイルタンクとを移動できるようにしても良い。

図１に示すように、環状金属部材１を円周方向に回転させる回転部材であるとともに回転状態における環状金属部材の径方向の位置を決めるための位置決め部材である固定位置ローラー２を２つ、この環状金属部材用歪修正装置は有している。また、この２つの固定位置ローラーの中心点をつなぐ線を底辺とする二等辺三角形の頂点の位置に、この環状金属部材の外周面を径方向に加圧する加圧部材である加圧ローラー３を有している。固定位置ローラー２によって径方向に位置決めされた環状金属部材１の外周面が加圧ローラー３によって加圧されることにより、環状金属部材１の歪が修正される。

更に、２つの固定位置ローラー２の間に環状金属部材１の位置を測定する位置センサー４を備えるとともに、加圧ローラー３も位置センサーとして機能する。この位置センサーは公知の接触型センサーであっても良いし、磁気センサー等の非接触型センサーであっても良い。この位置センサー４および加圧ローラー３によって、測定された位置情報はマイクロコンピュータ等により形成された径算出装置５に送信され、環状金属部材１の径が連続的に算出される。この算出結果である径に基づいて加圧ローラー３の位置を変化させることにより、径の経時的な変化にかかわらず加圧ローラー３の位置を最適に保つことができる。つまり、位置センサー４および加圧ローラー３とが径を測定し測定結果を出力する径測定出力装置として機能し、更に径算出装置５が、加圧位置制御装置を形成していることとなる。従って、焼入れ時のように環状金属部材の径が熱により膨張または収縮した場合であっても、上記従来に比べ正確に歪を修正することが可能である。

歪修正のより具体的な方法を以下に詳説する。環状金属部材１が固定位置ローラー２によって回転させられている状態において、図２に示すように、位置センサー４および加圧ローラー３によって環状金属部材１の位置が測定される（Ｓ１）とともに、位置情報が径算出装置５に送信される。径算出装置５において位置情報から環状金属部材１の平均径が算出され（Ｓ２）、平均径に対応して、加圧ローラー３が移動させられる（Ｓ３）とともに、環状金属部材１の歪が修正される。歪修正が終了すると、位置センサー４および加圧ローラー３によって環状金属部材１の位置が再び測定される（Ｓ４）とともに、位置情報が径算出装置５に送信される。径算出装置５において、既に歪修正が終了していると判断されれば（Ｓ４：ＹＥＳ）、歪修正が終了する。一方、歪修正が終了していないと判断されれば（Ｓ４：ＮＯ）、再び位置情報から環状金属部材１の平均径が算出され（Ｓ２）歪修正が繰り返される。

より具体的には、例えば、環状金属部材１を１０ｒｐｍで回転させながら、６秒間位置測定および平均径の算出を行い、次の６秒間歪修正を行う。このサイクルを焼入れ時に行うことにより、焼入れと同時に歪補正を行うことが可能となる。

上記実施形態の焼入れ正装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、環状金属部材１の径に対応して、加圧位置制御装置が加圧ローラー３の位置を制御することにより、加圧位置を経時的に変化させるため、環状金属部材１の径が熱により膨張または収縮した場合であっても、加圧位置が対応して変化する。従って、温度変化がある焼入れ時においても、上記従来に比べ正確に歪を修正することが可能となる。

（２）上記実施形態では、位置センサー４および加圧ローラー３による測定結果に基づいて、加圧位置制御装置が加圧位置を経時的に変化させるため、実測した径に基づいて加圧位置をフィードバック制御することができる。従って、径の変化挙動が予想困難である場合においても、最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

（３）上記実施形態では、対向する前記環状金属部材の外周上の２点の位置を測定するとともに位置データを出力する位置センサー４および位置センサーとして機能する加圧ローラー３を備えている。また、回転状態において位置データより、径の平均値を算出する径算出装置５とを備えるため、容易に径の平均値を算出することができる。また、算出された平均値を測定結果として出力するため、正確な径の値を得ることができる。係る径の値に基づいて加圧位置をフィードバック制御することができるため、最適な加圧位置を維持することができ、一層正確に歪を修正することができる。

（４）上記実施形態において、焼入れ装置は、環状金属部材用歪修正装置を備えている。この環状金属部材用歪修正装置は、上述のように温度変化がある場合であっても、上記従来に比べ正確に歪を修正することが可能である。従って、焼入れ時のように、温度変化があり、温度変化に基づく環状金属部材の径の変化が問題となる場合であっても正確に歪を修正することが可能である。したがって、この環状金属部材用歪修正装置を備えた焼入れ装置は焼入れと同時に歪修正もできるため、環状金属部材の製造工程を１工程減らすことができる。また、焼入れ時、即ち高温時には環状金属部材は常温時に比して剛性が小さくなっているため、歪の修正が容易となる。更に、歪の修正を行いつつ、焼入れが進行するため、歪修正による応力が、修正後に残留する可能性が小さくなる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した焼入れ装置の第２の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の環状金属部材用歪修正装置の構造および制御方法を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

第２の実施形態においては、図１に示した位置センサー４は不要となる。また、径算出装置５に変えて、加圧ローラー制御装置が設けられており、この加圧ローラー制御装置が加圧位置制御装置として機能する。この加圧ローラー制御装置は径算出装置５と同様マイクロコンピュータにより構成されており、例えば、径算出装置５が備える記憶装置（ＲＯＭおよびＲＡＭ）の内容を変え、情報記憶装置としたものであっても良い。

情報記憶装置には、環状金属部材１の径の経時変化に関する径変化情報を有する情報が格納されている。そのため、加圧ローラー制御装置は実測に基づいて平均径を算出することなく、記憶された径変化情報に基づいて、加圧ローラー３の位置を決めることができる。

この、径変化情報の形態は特に限定されない。例えば、図３に示すように、径の経時変化がグラフの形で得られるのであれば、加圧ローラー制御装置は例えば、かかる平均径の経時変化と対応する位置に加圧ローラー３を経時的に移動させることにより、歪により生ずる最大値と最小値を平均径に収束させることが可能となる。

即ち、環状金属部材１が焼入れによって冷却されてゆく場合、平均径ＰＬがグラフのように経時的に減少してゆくことが実測により知られているのであれば、かかるグラフを情報記憶装置に記憶させておく。加圧ローラー制御装置は記憶された平均径ＰＬのグラフから現時点における平均径を読み取るとともに係る値に対応させて、加圧ローラー３の位置を経時的に変化させる。係る制御により、加圧ローラー３が環状金属部材１の外周面を加圧することにより最大径ＵＬと最小径ＬＬとの差が経時的に減少してゆき、焼入れ終了時において平均径ＰＬと一致し、歪修正が終了する。

従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の（２）および（３）の効果に変えて以下の効果を得ることができる。
（２）第２の実施形態では、径変化情報に基づいて、加圧位置制御装置が、環状金属部材１の径に対応して、加圧位置を変化させるため、位置センサーや径算出装置等を備える必要がなく、コストダウンが可能となる。係る構成は、環状金属部材１の経時的な径の変化が予めわかっており、径変化情報が得られる場合に有効である。

（３）第２の実施形態では、実験等によりで求められた環状金属部材１の径変化の経時的な情報をグラフとして情報記憶装置に記憶させているため、加圧位置制御装置が、環状金属部材の径に対応して、加圧位置を経時的に変化させることができる。従って、一層安価に最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第２の実施形態では、実験等によりで求められた環状金属部材１の径変化の経時的な情報をグラフとして情報記憶装置に記憶させているが、他の構成であっても良い。例えば、同情報をデータ・テーブルとして情報記憶装置に記憶させることができる。この場合でも、加圧位置制御装置が、環状金属部材の径に対応して、加圧位置を経時的に変化させることができるため、安価に最適な加圧位置を維持することができ、正確に歪を修正することができる。

・第２の実施形態では、実験等によりで求められた環状金属部材１の径変化の経時的な情報をグラフとして情報記憶装置に記憶させているが、他の構成であっても良い。例えば、経時的な径変化が一定の関係式で示されるのであれば、情報記憶装置の記憶容量を小さくできる可能性がある。

・上記実施形態においては、径算出装置５はマイクロコンピュータ等により形成されているが、他の構成であっても良い。例えば、専用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）等であれば、安価に処理速度を上げることができる。

・上記実施形態においては、加圧ローラー３による加圧位置を平均径に対応させて決めているが、との方法であっても良い。例えば加圧ローラー３や固定位置ローラー２の弾性も考慮して、平均径より加圧位置を径の中心側に近付けるなど、合目的的に決めても良い。

本発明は、環状金属部材用歪修正装置に係り、詳しくは焼入れ時に使用可能な環状金属部材用歪修正装置に関する。また、この環状金属部材用歪修正装置を備えた焼入れ装置に関する。よって、工作機械として産業上広く利用が可能である。

１・・・環状金属部材、２・・・固定位置ローラー、３・・・加圧ローラー、４・・・位置センサー、５・・・径算出装置、１０１・・・環状部材（環状金属部材、環状体）、１０１’・・・浸漬位置、１０２・・・駆動ローラー、１０３・・・修正ローラー（加圧ロール）、１０７・・・テーブル（積載台）、１０８・・・本体部、１１０・・・槽、１３０・・・押圧片、ＬＬ・・・最小径、ＰＬ・・・平均径、ＵＬ・・・最大径。

Claims (7)

1. 環状金属部材を円周方向に回転させる回転部材と、
   回転状態における前記環状金属部材の径方向の位置を決めるための位置決め部材と、
   前記環状金属部材の歪を修正するために、回転状態において前記環状金属部材を径方向に加圧する加圧部材と、
   前記環状金属部材が前記環状金属部材を加圧する加圧位置を制御する加圧位置制御装置とを備え、
   前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置制御装置が、前記加圧位置を変化させる環状金属部材用歪修正装置。
2. 前記環状金属部材の前記径を測定し測定結果を出力する径測定出力装置を更に備え、
   前記測定結果に基づいて、前記加圧位置制御装置が、前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置を変化させる請求項１に記載の環状金属部材用歪修正装置。
3. 前記径測定出力装置は、
   対向する前記環状金属部材の外周上の２点の位置を測定するとともに位置データを出力する位置センサーと、
   回転状態において前記位置データより、前記径の平均値を算出する径算出装置とを備え、
   該平均値を前記測定結果として出力する請求項２に記載の環状金属部材用歪修正装置。
4. 前記環状金属部材の前記径の変化に関する径変化情報を有する情報記憶装置を更に備え、前記径変化情報に基づいて、前記加圧位置制御装置が、前記環状金属部材の径に対応して、前記加圧位置を変化させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の環状金属部材用歪修正装置。
5. 前記径変化情報は、前記環状金属部材の前記径と時間との関係式である請求項４に記載の環状金属部材用歪修正装置。
6. 前記径変化情報は、前記環状金属部材の前記径と時間との関係を示すデータ・テーブルおよびグラフの少なくとも一方である請求項４に記載の環状金属部材用歪修正装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の環状金属部材用歪修正装置を備えた焼入れ装置。

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