JP2016089218A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇降ロッドの軸ブレによるワークの振れを防止できる安価な熱処理装置を提供すること。【解決手段】炉１０と、高周波誘導加熱コイル１４と、テーブル３８に固定され、炉１０の下面１０ａに挿通される昇降ロッド３２と、昇降ロッド３２を昇降させる昇降機構４０と、昇降ロッド３２を回転させる回転機構５０を備える熱処理装置１において、回転機構５０が、昇降ロッド３２の下部３２ｂに配置され、昇降ロッド３２と一体的に昇降するものであり、炉１０の下面１０ａに設けられ、昇降ロッド３２を回転自在及び軸線方向にスライド自在に保持するロッド保持機構３１と、ロッド保持機構３１に取り付けられ、昇降ロッド３２とロッド保持機構３１の間をシールするシーリング機構３６，３７と、昇降ロッド３２の下部３２ｂをロッド保持機構３１に対してフローティング状態で支持する軸心ズレ吸収機構６０とを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、炉と、炉に内設される高周波誘導加熱コイルと、ワークを支持するテーブルと、テーブルに固定され、炉の下面に挿通される昇降ロッドと、炉の外部に設けられ、昇降ロッドを昇降させる昇降機構と、炉の外部に設けられ、昇降ロッドを回転させる回転機構を備える熱処理設備に関する。

図５は、従来の熱処理装置１０１を示す図である。熱処理装置１０１は、例えば、鋼材にて構成されるワークＷの焼き入れや浸炭処理等に用いられる。熱処理装置１０１は、テーブル１０４に支持されたワークＷを炉１０２に内設した高周波誘導加熱コイル１０３で加熱する場合に、昇降機構１０５が、昇降シリンダ１０６により昇降ロッド１０７を所定のストローク昇降させ、ワークＷを高周波誘導加熱コイル１０３内で往復運動させる。またこの時、熱処理装置１０１は、回転機構１０８がモータ１０９の回転力をプーリ１１０，１１１を介して昇降ロッド１０７に伝達し、ワークＷを回転させる。これにより、ワークＷが均一に加熱され、焼き入れや浸炭処理が良好に行われる。尚、昇降ロッド１０７と炉１０２との間は、軸シール１１２によりシールされている（例えば、特許文献１参照）。

また、ワーク検査装置には、ワークを支持するワーク押上げヘッドが昇降用アクチュエータにより上昇してワークの軸部を軸径測定器のワーク挿入穴に挿入させた後、回転駆動機構により回転されることにより、ワークの寸法を測定するものがある。このワーク検査装置は、ワーク押上げヘッドがフローティング機構により変位可能に支持され、ワークの中心とワーク押上げヘッドの中心との位置ズレや傾きを解消する（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−５２２９７号公報 特開平８−２５２７４７号公報

しかしながら、図５に示す熱処理装置１０１は、昇降ロッド１０７の下部を昇降シリンダ１０６に片持ちされていた。そのため、昇降ロッド１０７は、回転機構１０８により回転される場合に、上部と下部に軸心のずれが生じ、振れが発生していた。昇降ロッド１０７が振れると、ワークＷと高周波誘導加熱コイル１０３との間の円周方向のコイルギャップが一定でなくなる。その結果、ワークＷに加熱ムラが発生し、ワークＷの品質にムラが生じていた。また、昇降ロッド１０７に振れが生じると、軸シール１１２や昇降シリンダ１０６、昇降ロッド１０７等に偏った力が作用するため、設備ダメージが増え、定期保全周期が早まる問題があった。

上記問題を解決するには、昇降ロッド１０７の上部と下部の軸心を合わせて熱処理装置１０１を製作することが考えられる。しかし、この場合、装置製作時の加工精度が必要となり、熱処理装置１０１が高価になってしまう。

一方、上記ワーク検査装置は、高周波誘導加熱コイルでワークを加熱するものでなく、加熱ムラによって、ワークの品質が低下する問題が生じ得ない。また、上記ワーク検査装置は、ワーク押上げヘッドが他の部品に固定されていないため、ワーク押上げヘッドの軸ブレによって設備ダメージが増える問題が生じ得ない。よって、当業者が、昇降ロッド１０７の軸ブレを解消するために、このワーク検査装置のフローティング機構を熱処理装置１０１に適用することは、困難である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、昇降ロッドの軸ブレによるワークの振れを防止できる安価な熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、炉と、前記炉に内設される円筒状の高周波誘導加熱コイルと、ワークを支持するテーブルと、前記テーブルに固定され、前記炉の下面に挿通される昇降ロッドと、前記炉の外部に設けられ、前記昇降ロッドを昇降させる昇降機構と、前記炉の外部に設けられ、前記昇降ロッドを回転させる回転機構を備える熱処理装置において、前記回転機構が、前記昇降ロッドの下部に配置され、前記昇降ロッドと一体的に昇降すること、前記炉の前記下面に設けられ、前記昇降ロッドを回転自在及び軸線方向にスライド自在に保持するロッド保持機構と、前記ロッド保持機構に取り付けられ、前記昇降ロッドと前記ロッド保持機構との間に形成される隙間をシールするシーリング機構と、前記昇降ロッドの下部を前記ロッド保持機構に対してフローティング状態で支持する軸心ズレ吸収機構とを有することを特徴とする。

上記構成では、高周波誘導加熱コイルがワークを加熱する場合に、回転機構が昇降ロッドを回転させることにより、ワークを回転させると共に、昇降機構が昇降ロッドを昇降させることにより、ワークを昇降させる。昇降ロッドとロッド保持機構の間は、シーリング機構によりシールされているため、ワーク加熱時の炉内の真空状態や雰囲気は保持される。昇降ロッドは、上部がロッド保持機構により炉の下面付近の定位置で支持されているが、下部が軸心ズレ吸収機構によりロッド保持機構に対してフローティング状態で支持されているため、下部が、高周波誘導加熱コイルがワークを均一に加熱することができる許容範囲内で上部に対して動く。これにより、ワーク加熱時に、昇降ロッドは、ワークの品質を低下させないように、上部と下部の軸心ズレが解消され、ワークが振れない。その結果、ワークと高周波誘導加熱コイルとの間の円周方向のコイルギャップが、ワークの品質を低下させない範囲で安定する。つまり、ワークの品質が安定する。また、ロッド保持機構や昇降機構、回転機構等に偏った力が作用しないので、設備ダメージを低減し、定期保全周期を長くできる。更に、装置製作時に昇降ロッドの上部と下部の軸心を合わせる加工精度が要求されず、熱処理装置を安価できる。

従って、上記構成によれば、昇降ロッドの軸ブレによるワークの振れを防止できる熱処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の概観斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 ワーク可動ユニットの概観斜視図である。 軸ズレ吸収機構の構造を示す図である。 従来の熱処理装置を示す図である。

以下に、本発明に係る熱処理装置の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置１の概観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、ワーク可動ユニット３０の概観斜視図である。図４は、軸ズレ吸収機構６０の構造を示す図である。

図１及び図２に示すように、熱処理装置１は、炉１０とワーク可動ユニット３０を備える。本実施形態では、ワークＷに浸炭処理を施すのに熱処理装置１を用いる。

図２に示すように、炉１０は、上室１１ａと下室１１ｂが隔壁１２を介して上下に設けられている。隔壁１２には、開口部１３が、ワークＷが通過できる大きさで開設されている。上室１１ａには、開口部１３と同軸上に、高周波誘導加熱コイル（以下、「加熱コイル」と略記する。）１４が内設されている。また、上室１１ａには、真空ポート１５が連通している。下室１１ｂには、冷却ガス供給ポート１６、作用ガス供給ポート１７，１８が連通している。図１に示すように、炉１０は、開閉扉１９により気密に閉じられるワーク出入部２０が設けられている。

図２に示すように、ワーク可動ユニット３０は、炉１０の下面部材１０ａに加熱コイル１４と同軸上に開設された取付穴１０ｂにボールスプライン３１が取り付けられ、オイレススプライン軸(昇降ロッドの一例)３２が回転自在及び軸線方向にスライド自在に保持されている。ボールスプライン３１は、外筒本体３３が下面部材１０ａに溶接され、リテーナ３４が取付穴１０ｂに回転可能に配置されており、外筒本体３３とリテーナ３４の間にはＯリング３６（シーリング機構の一例）が配置され、リテーナ３４とオイレススプライン軸３２の間にはＸリング（シーリング機構の一例）３７が配置されている。

オイレススプライン軸３２は、上端部を炉１０内に配置するように、炉１０の下面部材１０ａに挿通されている。オイレススプライン軸３２の上端部には、ワークＷを支持するテーブル３８が固定されている。ワーク可動ユニット３０は、炉１０の外部に、オイレススプライン軸３２を昇降させる昇降機構４０と、オイレススプライン軸３２を回転させる回転機構５０を設けている。

図１及び図３に示すように、昇降機構４０は、送り機構本体４１が炉１０に固定されている。送り機構本体４１には、ガイド棒４２とボールねじ４４が平行に取り付けられている。スライダ４３は、ガイド棒４２と摺動可能に嵌合され、ボールねじ４４とねじ結合されている。送り機構本体４１の下部には、昇降用モータ４５が取り付けられている。昇降用モータ４５の出力軸とボールねじ４４の下端部は、プーリ機構４６を介して連結され、昇降用モータ４５の回転力がプーリ機構４６を介してボールねじ４４に伝達されるようになっている。スライダ４３には、ベースプレート４７が取り付けられ、そのベースプレート４７に回転機構５０が取り付けられている。

図１〜図３に示すように、回転機構５０は、ベースプレート４７に回転用モータ５１が取り付けられ、回転用モータ５１の出力軸に第１ギヤ５２が連結されている。第１ギヤ５２は、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂに連結された第２ギヤ５３に噛合し、回転用モータ５１の回転力をオイレススプライン軸３２に伝達するようにしている。図４に示すように、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂは、回転ホルダ５５に軸受５６を介して回転可能に保持される回転体５４に連結されている。回転ホルダ５５は、複数のボルト５７を介してベースプレート４７に取り付けられている。

図２に示すように、オイレススプライン軸３２は、ボールスプライン３１の外筒本体３３及びリテーナ３４に上部３２ａを支持され、回転機構５０に下部３２ｂを支持されている。図４に示すように、回転機構５０は、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂをボールスプライン３１に対してフローティング状態で支持する軸心ズレ吸収機構６０を備える。

図４に示すように、本実施形態の軸心ズレ吸収機構６０は、カラー６１がボルト５７の軸部に外装され、ボルト５７の頭部とベースプレート４７との間で挟み込まれて保持されている。カラー６１は、回転ホルダ５５に形成された貫通孔６２に遊嵌され、カラー６１とベースプレート４７との間に環状の隙間Ｓ１を形成している。カラー６１の全長は、回転ホルダ５５の鍔部の軸線方向の肉厚より長く、回転ホルダ５５の鍔部とベースプレート４７との間には、隙間Ｓ２が設けられている。また、軸心ズレ吸収機構６０は、回転ホルダ５５をベースプレート４７に形成された貫通孔６３に遊嵌し、回転ホルダ５５とベースプレート４７との間に環状の隙間Ｓ３を形成している。よって、回転ホルダ５５は、ベースプレート４７に対して水平方向（図中左右方向）と垂直方向（図中上下方向）に移動できる。オイレススプライン軸３２の下部３２ｂは、回転体５４を介して回転ホルダ５５に支持されているため、回転ホルダ５５と一体的に水平方向及び垂直方向に動くことができ、ボールスプライン３１に対してフローティング状態で支持される。オイレススプライン軸３２の下部３２ｂがフローティングする量は、隙間Ｓ１〜Ｓ３により管理される。隙間Ｓ１、Ｓ３の径方向幅寸法と、隙間Ｓ２の図中上下方向の寸法は、ワークＷと加熱コイル１４との間のコイルギャップがワークＷ１を均一に加熱できる範囲で変動することを許容する範囲で、設定されている。

次に、本実施形態の熱処理装置１の動作を説明する。
図２に示すように、熱処理装置１は、昇降機構４０がオイレススプライン軸３２を下限位置まで下降させている場合には、テーブル３８が下室１１ｂに配置されている。この状態で、熱処理装置１は、開閉扉１９を開いてワーク出入部２０から下室１１ｂにワークＷが搬入され、テーブル３８に支持される。つまり、ワークＷは、加熱コイル１４に加熱されない退避位置に配置される。ワークＷがテーブル３８に支持されると、開閉扉１９が気密に閉じられる。炉１０は、真空ポート１５から所定圧まで真空引きされた後、作用ガス供給ポート１７，１８から作用ガスを供給され、浸炭処理に必要な雰囲気を形成する。熱処理装置１は、Ｏリング３６とＸリング３７により、ボールスプライン３１の外筒本体３３とリテーナ３４の間、及び、リテーナ３４とオイレススプライン軸３２の間をシールされ、流体漏れを防止されているため、所望の真空状態や雰囲気を形成し、保持できる。

その後、昇降用モータ４５が正方向に回転してボールねじ４４を回転させると、スライダ４３が上昇する。すると、回転機構５０が上昇し、オイレススプライン軸３２を押し上げる。これにより、ワークＷが下室１１ｂから開口部１３を介して上室１１ａへ移動し、加熱コイル１４に囲まれる加熱位置へ移動する。

その後、回転用モータ５１が回転し、第１及び第２ギヤ５２，５３を介してオイレススプライン軸３２を回転させる。この間も、昇降用モータ４５が正方向と逆方向に回転することにより、ワークＷが加熱コイル１４内で上下動する。これにより、加熱コイル１４による形成磁場がワークＷに均一に当たる。この加熱により、作用ガスがワークＷの表面に浸透し、ワークＷの内部へ拡散する。

オイレススプライン軸３２の上部３２ａは、外筒本体３３とリテーナ３４を介して炉１０の下面部材１０ａに軸心が動かないように定位置に支持される。一方、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂは、軸心ズレ吸収機構６０によりボールスプライン３１に対してフローティング状態で支持されている。そのため、熱処理装置１は、軸心ズレ吸収機構６０が、回転機構５０の回転ホルダ５５と回転体５４とオイレススプライン軸３２の下部３２ｂの軸心をボールスプライン３１に対して一致させるように移動させる。この場合、カラー６１が貫通孔６２の内周面やベースプレート４７に当たることにより、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂの移動が制限されるので、オイレススプライン軸３２が、ワーク加熱時に、ワークＷ２を均一に加熱できないほど振れない。その結果、ワークＷと加熱コイル１４との間の円周方向のコイルギャップが、ワークの品質を低下させない範囲で安定する。つまり、ワークＷの品質が安定する。また、オイレススプライン軸３２が必要以上に振れないので、ボールスプライン３１や昇降機構４０、回転機構５０等に偏った力が作用せず、設備ダメージを低減し、定期保全周期を長くできる。更に、装置製作時に、昇降機構４０や回転機構５０の構成部品を高精度で製造して公差を小さくしたり、送り機構本体４１を軸線に沿って精度良く取り付けたり、昇降機構４０や回転機構５０を高精度で組み立てたりするなどの高度な加工精度が要求されず、熱処理装置１を安価にできる。

ワークＷの加熱が終了したら、真空引きと作用ガスの供給を停止する。そして、回転用モータ５１を停止し、昇降用モータ４５を逆方向に回転させてオイレススプライン軸３２を下降させ、ワークＷを退避位置に配置する。そして、冷却ガス供給ポート１６から冷却ガスを供給し、ワークＷを冷却する。ワークＷの冷却が完了したら、開閉扉１９を開いてワーク出入部２０からワークＷを取り出し、開閉扉１９を閉じる。これにより、一連の浸炭処理が終了する。

以上の通り、本実施形態によれば、炉１０と、炉１０に内設される高周波誘導加熱コイル１４と、ワークＷを支持するテーブル３８と、テーブル３８に固定され、炉１０の下面に挿通されるオイレススプライン軸（昇降ロッドの一例）３２と、炉１０の外部に設けられ、オイレススプライン軸３２を昇降させる昇降機構４０と、炉１０の外部に設けられ、オイレススプライン軸３２を回転させる回転機構５０を備える熱処理装置１において、回転機構５０が、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂに配置され、オイレススプライン軸３２と一体的に昇降するものであること、炉１０の下面部材１０ａに設けられ、オイレススプライン軸３２を回転自在及び軸線方向にスライド自在に保持するボールスプライン（ロッド保持機構の一例）３１と、ボールスプライン３１とオイレススプライン軸３２の間をシールするＯリング３６及びＸリング３７（シーリング機構の一例）と、オイレススプライン軸３２の下部３２ｂを回転機構に対して移動可能に支持する軸心ズレ吸収機構６０とを有することを特徴とするので、オイレススプライン軸３２の軸ブレによるワークＷの振れを防止でき、熱処理装置１を安価にできる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
（１）例えば、Ｏリング３６及びＸリング３７に代えて或いは加えて、蛇腹体でオイレススプライン軸３２を覆うことにより、シーリング機構を構成しても良い。
（２）例えば、エアや油圧で駆動するシリンダをオイレススプライン軸３２に直結し、オイレススプライン軸３２を昇降させるようにしても良い。
（３）例えば、オイレススプライン軸３２をボールブッシュやＬＭガイドにより支持するようにしても良い。
（４）例えば、プーリ機構４６に代えて、ギヤやチェーンにより昇降用モータ４５の回転力をボールねじ４４に伝達するようにしても良い。
（５）例えば、第１及び第２ギヤ５２，５３に代えて、プーリやチェーンにより回転用モータ５１の回転力をオイレススプライン軸３２に伝達するようにしても良い。
（６）例えば、カラーに代えて、ボールジョイントを軸心ズレ吸収機構６０としても良い。
（７）例えば、外筒本体３３と下面部材１０ａをボルト等で機械結合しても良い。

１ 熱処理装置
１０ 炉
１０ａ 下面部材（下面の一例）
１４ 高周波誘導加熱コイル
３１ ボールスプライン（ロッド保持機構の一例）
３２ オイレススプライン軸（昇降ロッドの一例）
３２ｂ 下部
３６ Ｏリング（シーリング機構の一例）
３７ Ｘリング（シーリング機構の一例）
４０ 昇降機構
５０ 回転機構
６０ 軸心ズレ吸収機構
３８ テーブル
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. 炉と、前記炉に内設される高周波誘導加熱コイルと、ワークを支持するテーブルと、前記テーブルに固定され、前記炉の下面に挿通される昇降ロッドと、前記炉の外部に設けられ、前記昇降ロッドを昇降させる昇降機構と、前記炉の外部に設けられ、前記昇降ロッドを回転させる回転機構を備える熱処理装置において、
   前記回転機構が、前記昇降ロッドの下部に配置され、前記昇降ロッドと一体的に昇降すること、
   前記炉の前記下面に設けられ、前記昇降ロッドを回転自在及び軸線方向にスライド自在に保持するロッド保持機構と、
   前記ロッド保持機構に取り付けられ、前記昇降ロッドと前記ロッド保持機構との間に形成される隙間をシールするシーリング機構と、
   前記昇降ロッドの下部を前記ロッド保持機構に対してフローティング状態で支持する軸心ズレ吸収機構とを有すること
   を特徴とする熱処理装置。

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