JP2014108843A - フォークリフト装置におけるフォーク部材 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーク部材の表面を高周波焼入れにより焼き入れを施すことで、フォーク部材表面の耐摩耗性を高めて長寿命化を図った、フォークリフト装置におけるフォーク部材を提供する。
【解決手段】荷役対象物の荷役作業を行うフォークリフト装置におけるフォーク部材１０において、フォークリフト装置の車体前部に着脱可能に装着される取付部１０ｂと、該取付部１０ｂに対して屈曲形成され、荷役対象物を載置するアーム部１０Ｌと、を有し、アーム部１０Ｌの少なくとも荷役対象物を載置する面には、表面熱処理による焼き入れを施した表面熱処理部が形成される。表面熱処理による焼き入れは、高周波焼入れ装置２０による高周波焼入れである。
【選択図】図２

Description

本発明は、フォークリフト装置におけるフォーク部材に関し、特には、フォーク部材の表面に焼き入れを施すことで、荷役対象物や地面と接触するフォーク部材表面の耐摩耗性を高めて長寿命化を図った、フォークリフト装置におけるフォーク部材に関するものである。

従来、図４に示すように、荷役運搬作業車であるフォークリフト装置１は、車体２の前部に、積荷Ｗを持ち上げ下げして積み降ろしするための荷役機構部３を備えている。
荷役機構部３は、車体２の前部に傾動可能に設けられたマスト４と、昇降機構（図示省略）によりマスト４に沿って昇降されるフォークブラケット５と、フォークブラケット５に取り付けられたフォーク部材６とを有する。
かかるフォーク部材６を積荷Ｗ下のパレットＰに差し込んで昇降機構により、マスト４に沿ってフォークブラケット５を介してフォーク部材６を昇降させ、積荷Ｗを持ち上げ下げして積み降ろしする構成である。

このようにフォークリフト装置１は、荷役運搬作業を行うものであるから、フォークリフト装置１を構成する各構成体は、所要の強度を持って設計されている。

例えば、フォークリフト装置１の荷役機構部３には大きな力がかかり、そのために、マストに設けられた可動要素であるローラのための転動面に焼入れ部を施すことが提案されている（特許文献１）。

また、フォークリフト装置１において、エンジンにおける手動変速機構に組み込まれるシンクロ機構には、衝撃や過大荷重がかかって破損しやすいシンクロナイザリングがあり、このために、テーパ円筒部と、テーパ円筒部の側端部に形成された爪片と、硬度を変えるなどの対策を施したものも開示されている（特許文献２）。

さらに、上述したように、フォーク部材６は、積荷Ｗを持ち上げ下げして積み降ろしする際に、積荷Ｗ下のパレットＰに差し込まれ、引き抜いたりする動作が繰り返される。したがって、フォーク部材６表面は、絶えず、積荷Ｗ下のパレットＰとの間で接触摺動が繰り返され、また、フォーク部材６の底面が地面や床面と擦れ合うことがあり、フォーク部材６の消耗が進みやすい。したがって、一定期間経過ごとに新しいフォーク部材と交換することが定められている。
これまでは、フォーク部材６の強度を高めるために、焼き入れ処理を行うことが行われてきた（例えばいわゆるずぶ焼き入れ）。

実開昭６１−１１６９９号公報 特開２００８−３０９２９４号公報

しかしながら、フォーク部材６に対してずぶ焼き入れを施すことは、全体内部までを電気炉などで必要な温度まで高め，急冷して全体の硬度を高める方法であるから、電気炉などの設備コストと、エネルギーコストとに起因する部品コストの上昇は避けられない。
そこで、部材の熱処理方法としては、消耗が進行しやすい、フォーク部材６表面や底面に対して、表面のみを焼き入れする表面熱処理を施せば、部品コストの上昇は抑えられるであろうという知見に至った。

表面熱処理には、炎焼入れ他、高周波焼き入れ、電子ビーム焼入れ、レーザー焼入れがある。
炎焼入れは表面の温度制御が困難なため、量産品には不向きである。
高周波焼き入れは、高周波電流の通じているコイルの間に加熱対象物を入れ、その表面に生じる過電流に伴うジュール熱によって加熱した後、冷水で焼入れする。この焼き入れ方法によれば、周波数を高くすると鋼の表面の硬化層を薄く、周波数を低くすると硬化層を厚くすることができるという特徴がある。
また、電子ビーム焼入れは、電子ビームによって加熱されるため真空中で行われ、そのために真空槽の大きさの制約を受ける。
さらにレーザー焼入れは、レーザー光の高密度のエネルギーを局部的に集中させるため、局部表面の焼入れに向いている。

以上、表面処理を検討した結果、高周波焼入れがフォーク部材の表面処理に適していると考えられる。
すなわち、高周波焼入れは、（１）高い表面硬さと圧縮残留応力によって、耐摩耗性と耐疲れ性が向上し、（２）加熱時間が短く、表面の脱炭や酸化が少ない。
また高周波焼入れは、（３）直接加熱のため、熱効率がよく、（４）必要な部分だけの焼入れが可能である。
さらに高周波焼入れは、（５）冷却速度が速く、焼きが入りやすいため、安価な機械構造用炭素鋼が使用でき、（６）作業の自動化が容易である、という数々の利点がある。
本発明は、以上の知見から提案されたものであって、フォーク部材の表面を高周波焼入れにより焼き入れを施すことで、荷役対象物や地面と接触するフォーク部材表面の耐摩耗性を高めて長寿命化を図った、フォークリフト装置におけるフォーク部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる本発明では、荷役対象物の荷役作業を行うフォークリフト装置におけるフォーク部材において、フォークリフト装置の車体前部に着脱可能に装着される取付部と、取付部に対して屈曲形成され、荷役対象物を載置するアーム部と、を有し、アーム部の少なくとも荷役対象物を載置する面には、表面熱処理による焼き入れを施してなる表面熱処理部が形成されている、ことを特徴とする。

これにより、フォーク部材の表面は、表面熱処理によって焼き入れされ、硬化して耐摩耗性を高めることができる。この場合、フォーク部材の深部側は、焼き入れにより硬化した表面と異なり、焼き入れ前の素材の硬さのままであり、粘り強さが残され、耐久性も兼ね備えることができる。

また請求項２にかかる本発明では、表面熱処理による焼き入れは、高周波焼入れであることを特徴とする。

これにより、必要な表面のみを迅速に焼入れすることができる。

さらに請求項３にかかる本発明では、表面熱処理部は、アーム部と、アーム部から取付部に至る屈曲箇所を越えて取付部側の部位にかけて形成されている、ことを特徴とする。

これにより、最も負荷応力がかかるアーム部から取付部に至る屈曲箇所が、焼き入れによってもたらされた高い表面硬さと圧縮残留応力により、耐摩耗性と耐疲れ性とが向上する。

本発明によれば、フォーク部材表面に焼き入れ処理を施すことにより、フォーク部材の表面に、高い表面硬さと圧縮残留応力がもたらされ、荷役対象物や地面との接触による耐摩耗性が向上する。

本発明にかかるフォークリフト装置におけるフォーク部材の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示すフォーク部材に対し、表面熱処理を施すための高周波焼入れ装置の角型コイルを配置したところを示す、斜視図である。 図２に示す角型コイルをフォーク部材に対し配置した、要部断面説明図である。 従来のフォークリフト装置におけるフォーク部材の課題を説明する図である。

以下、本発明に係るフォークリフト装置におけるフォーク部材について、実施形態を挙げ、添付された図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係るフォークリフト装置におけるフォーク部材１０の一例を示す。本実施形態において、フォークリフト装置の全体構造は、図４に示す構成と同様の構成を有するものであり、ここではその図示、説明は省略している。

フォーク部材１０は、鋼素材を用いて形成されていて、断面扁平な矩形形状で、略Ｌ字型に屈曲させた長尺な部材からなる。鋼素材として、硬さ（ブリネル硬さHB）が、207HB~321HBとしている。なお、ブリネル硬さとは押込み硬さの一種で、鋼球圧子を試験面に押し付け、くぼみをつけたときの荷重をくぼみの表面積で割った値をいう。

かかるフォーク部材１０の製造の一例を示すと、フォーク部材１０には、機械構造用炭素鋼鋼材、例えばS45Cが用いられ、以下の工程で製造することができる。S45Cは比較的硬度が低く、粘り強さがあるといわれる。
（１）鋼材を加熱し圧延工程で、所望の厚さや幅の長尺な部材に圧延し、先端形状を円弧状に、且つ先端に向かって肉薄状に成型する。
（２）テーパ加工された鋼材を曲げ工程により、Ｌ字型のアーム形状に曲げる。
（３）曲げ工程後、焼き入れ（ずぶ焼入れ）と焼き戻しを行う。

以上のようにして製造されるフォーク部材１０は、フォークリフト装置１の荷役機構部３におけるマスト４に沿って昇降されるフォークブラケット５に、着脱可能に装着される取付部１０ｂと、荷役対象物である積荷Ｗ下のパレットＰに差し込んでパレットＰを介して積荷Ｗを持ち上げ下げするアーム部１０Ｌとからなる。
取付部１０ｂとアーム部１０Ｌとは略直角をなし、例えばアーム部１０Ｌの長さ≒（取付部１０ｂの長さ）×２となっている。
この場合、アーム部１０Ｌは、積荷Ｗ下のパレットＰに抜き差ししやすいように、先端形状を円弧状に、且つ先端に向かって肉薄状に成型されている。

以上のようにして製造されたフォーク部材１０を、本発明の要旨である仕上げ加工を施すようになっている。
すなわち、フォーク部材１０の仕上げ加工として、アーム部１０Ｌを斜線で示しているように、アーム部１０Ｌの上面、底面を含む表面に、後述する表面熱処理を施して表面熱処理部ｈｐを形成するようにしている。この場合、表面熱処理部ｈｐの範囲としては、アーム部１０Ｌから取付部１０ｂにかけての屈曲箇所である屈曲点Ｘより取付部１０ｂ側に、すなわち高さ方向に、Ｈ＝100(mm)程、表面処理を行うようにしている。なお、これは、フォーク部材の規格仕様にかかわらず、規定の高さをＨ=85mmとしているためである。

そこで、図２にフォーク部材１０の仕上げ加工として用いられる表面熱処理方法としての高周波焼き入れを説明する。
この高周波焼入れ処理を行う高周波焼入れ装置２０として、内寸が被加熱体であるフォーク部材１０の外寸より一回り大きい、角型のボビンケース２１Ｃに導線を巻回して形成された角型コイル２１が、フォーク部材１０の軸方向に沿って移動可能に設けられている。またかかる角型コイル２１を構成するボビンケース２１Ｃには、冷却水を流す内部通路Ｓが設けられる（図３参照）。

また、高周波焼入れ装置２０は、角型コイル２１をフォーク部材１０の軸方向に沿ってガイドするためのコイルガイドＧが設けられ、角型コイル２１は、このコイルガイドＧにそって移動できるようにドライブ機構部（図示省略）に支持されている。ドライブ機構部は、高周波焼入れ装置２０に搭載された操作盤に対する操作により、コントローラ部（図示省略）により制御される。
コイルガイドＧは、フォーク部材１０のアーム部１０Ｌから取付部１０ｂに沿って、角型コイル２１を移動できるように、フォーク部材１０の近傍にフォーク部材１０に倣うように所定の曲率の屈曲路として形成されている（図２参照）。

また、ここでの高周波焼入れ装置２０では、角型コイル２１に通電される電力として、200kHz×30kWを目安に設定されている。
一般に高周波の電力を用いて鋼を焼入れする場合、コイルと被加熱物に流れる電流は、周波数が高くなるにしたがい、それぞれの表面に集中してくる表皮効果によって、被加熱物の表面のみが発熱する。
電流の流れる表面の深さと周波数との間には、上記表皮効果によって、電流の周波数が高くなるほど、加熱深さが浅くなるとされる。
200kHz×30kWの高周波電流を流すことにより、焼き入れ深さ3mmで、焼入れ後の表面硬さを650HV（ピッカース硬さ）としている。なお、ピッカース硬さとは、ダイヤモンド四角錐圧子を押し込み、くぼみの対角線から表面積を算出し、評価するもので、特に焼き入れ層を計測するのに優れているといわれている。

本実施形態のフォークリフト装置におけるフォーク部材１０、並びにフォーク部材に用いられる高周波焼入れ装置２０は以上のとおりであり、次にその作用効果について説明する。
フォークリフト装置１のエンジンを始動して、荷役機構部３におけるフォークブラケット５に取り付けられたフォーク部材１０を、積荷Ｗ下のパレットＰに差し込んで昇降機構により、マスト４に沿ってフォークブラケット５を介してフォーク部材１０を昇降させ、積荷Ｗを持ち上げ下げして積荷Ｗの積み降ろしを行うことができる。
かかる積み降ろし作業の際、フォーク部材１０を積荷Ｗ下のパレットＰに差し込み、引き抜いたりする動作が繰り返されると、フォーク部材１０の表面、すなわち、アーム部１０Ｌ上面が積荷Ｗ下のパレットＰとの間の接触摺動によって、また、アーム部１０Ｌの底面が地面や床面と擦れ合うことがあり、アーム部１０Ｌの表面に損傷が生じることがある。
しかしながら、本実施形態のように、フォーク部材１０は、もともとずぶ焼入れ、および焼き戻しなどが施された上にアーム部１０Ｌから取付部１０ｂにかけて、表面熱処理である、高周波焼入れによって表面熱処理部ｈｐが形成されるため、表面の硬さは、素材が有する硬さ207HB~321HBから、650HVとなる。このため、アーム部１０Ｌ上面が、積荷Ｗ下のパレットＰとの間の接触摺動によって、また、アーム部１０Ｌの底面が床面との摺擦により受ける損傷を抑制することができ、フォーク部材１０の長寿命化を図ることができる。

ここで、フォーク部材１０の高周波焼入れ手順について説明する。
フォーク部材１０を高周波焼入れ装置２０にセットするべく、角型コイル２１を、コイルガイドＧに沿って、ドライブ機構部を介して移動できるようにドライブ機構部に取り付ける。このとき、角型コイル２１のボビンケース２１Ｃがフォーク部材１０に接触しないように調節する。

高周波焼入れ装置２０の操作盤からの操作指令により、角型コイル２１に高周波電流を通電し、ドライブ機構部を駆動することで、角型コイル２１は、フォーク部材１０のアーム部１０Ｌから取付部１０ｂに、コイルガイドＧに沿って移動させることができる。

角型コイル２１に高周波電流（例えば200kHz×30kW）が通電されると、コイルとフォーク部材１０表面に流れる電流は、それぞれの表面に集中してくる表皮効果によって、フォーク部材１０の表面のみが表面に生じる過電流に伴うジュール熱によって発熱する。
そして、かかる発熱したフォーク部材１０の表面に対し、角型コイル２１のボビンケース２１Ｃから、冷却水が噴射されることによって加熱された箇所が急冷され、加熱表面処理がなされる。
このようにして、角型コイル２１に200kHz×30kWの高周波電流を流すことにより、焼き入れ深さ3mmで、表面硬さを650HV（ピッカース硬さ）を得ることができる。

以上のようになされる、高周波焼入れ装置２０による焼き入れは、角型コイル２１がコイルガイドＧに沿って移動しながら行うことができ、フォーク部材１０のアーム部１０Ｌから取付部１０ｂまで、焼入れがなされる。
この場合、コイルガイドＧは、フォーク部材１０のアーム部１０Ｌから取付部１０ｂに沿って、角型コイル２１を移動できるように、フォーク部材１０に倣うように所定の曲率の屈曲路として形成されているので、アーム部１０Ｌと取付部１０ｂとの屈曲部も支障なく焼き入れを施すことができる（図２参照）。

そして、以上のような焼き入れは、取付部１０ｂとアーム部１０Ｌとの屈曲点Ｘより取付部１０ｂ側に、すなわち高さ方向に、Ｈ＝100(mm)程、行うようにしている。
このため、最も負荷応力がかかるフォーク部材の屈曲箇所に、焼き入れによって高い表面硬さと圧縮残留応力がもたらされ、結果、フォーク部材１０の、耐摩耗性と耐疲れ性とが向上し、大いに長寿命化を図ることができる。

以上、フォークリフト装置におけるフォーク部材１０、並びにフォーク部材に用いられる高周波焼入れ装置２０について、具体的な数値を挙げ、説明した。
上記具体的な数値は、あくまで一例であり、被加熱処理物であるフォーク部材に対応して実際には確性試験を実施し、焼入れ硬さと深さとを確認して決めることができる。

本発明は、フォークリフト装置におけるフォーク部材の他、特に外的な接触で消耗するような部材であって、耐久性が求められる他の部材に対しても好適に適用され得る。

１０ フォーク部材
１０Ｌ アーム部
１０ｂ 取付部
２０ 高周波焼入れ装置
２１ 角型コイル
２１Ｃ ボビンケース
Ｗ 積荷
Ｐ パレット
ｈｐ 表面熱処理部
Ｇ コイルガイド
Ｓ 内部通路

Claims (3)

1. 荷役対象物の荷役作業を行うフォークリフト装置におけるフォーク部材において、
   前記フォークリフト装置の車体前部に着脱可能に装着される取付部と、
   該取付部に対して屈曲形成され、前記荷役対象物を載置するアーム部と、を有し、
   該アーム部の少なくとも前記荷役対象物を載置する面には、表面熱処理による焼き入れを施してなる表面熱処理部が形成されている、ことを特徴とするフォークリフト装置におけるフォーク部材。
2. 前記表面熱処理による焼き入れは、高周波焼入れであることを特徴とする請求項１に記載のフォークリフト装置におけるフォーク部材。
3. 前記表面熱処理部は、前記アーム部と、前記アーム部から前記取付部に至る屈曲箇所を越えて前記取付部側の部位にかけて形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフォークリフト装置におけるフォーク部材。
   
   

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