JP2016222998A - 加熱装置及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱可能な環状ワークの直径範囲を広げることができる加熱装置及び熱処理装置の提供【解決手段】ワーク支持部３０と、環状ワークＷを環形状に沿って回転させるとともに昇降させるワーク駆動部４０と、環状ワークＷを加熱する複数の加熱部５０とを備え、ワーク支持部３０は周方向に配列した複数の転動ローラ３２を備え、ワーク駆動部４０は環状ワークＷの回転駆動手段４１と、ワーク支持部３０の昇降駆動手段４２とをワーク支持部３０の中心部３１ａに備え、複数の加熱部５０の各々は、加熱コイル５１とワーク支持部３０より外周に配設され、加熱コイル５１をアーム５２を介して放射方向に進退させるコイル支持手段５３とを備え、回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２が転動ローラ３２より下方に配置されることで、各加熱コイル５１及びアーム５２の移動空間Ｓが、ワーク支持部３０の外周から中心部３１ａまでの上方に連続して設けられている加熱装置。【選択図】図２

Description

本発明は、環状ワークを寝かせた状態で回転させつつ誘導加熱する加熱装置及び熱処理装置に関する。

従来、大型の環状ワークを加熱するために、環状ワークを寝かせた状態で支持し、環形状に沿って回転させつつ、周方向の一部に対向させた加熱コイルにより誘導加熱する加熱装置や熱処理装置が知られている。

例えば下記特許文献１，２には、複数の転動ローラを周方向に配列したワーク支持部を備えた装置が記載されている。これらの装置では、加熱時にはワーク支持部を加熱セクションに配置して、ワーク支持部に載置された環状ワークを回転手段により回転させつつ、複数の加熱コイルを対向させて誘導加熱していた。
ここでは周方向に配列された複数の転動ローラに環状ワークを載置して回転させるため、直径が多少異なる環状ワークであっても、回転させて加熱することが可能であった。
また冷却時には、ワーク支持部を加熱セクションの下方に設けた冷却セクションに下降させ、回転させつつ多量の焼入液を環状ワークに供給することで冷却する。

特開２０１２−１９３４０１号公報 特開２０１２−２５１１８５号公報

しかしながら、このような従来の加熱装置や熱処理装置では、周方向に配列された複数の転動ローラに環状ワークを載置して回転させることで、環状ワークの直径が多少異なっていても加熱可能にして汎用性を得ていたが、汎用性の更なる向上が望まれていた。

そこで本発明では、加熱可能な環状ワークの直径範囲を広げることができて汎用性を向上できる加熱装置及び熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の加熱装置は、環状ワークを寝かせた状態で載置するワーク支持部と、載置された環状ワークを環形状に沿って回転させるとともに昇降させるワーク駆動部と、回転させた環状ワークを加熱する複数の加熱部と、を備えた加熱装置において、ワーク支持部は、転動軸を放射方向に向けて周方向に配列した複数の転動ローラを備え、ワーク駆動部は、複数の転動ローラを転動させて環状ワークを回転させる回転駆動手段と、ワーク支持部を昇降させる昇降駆動手段と、をワーク支持部の中心部に備え、複数の加熱部の各々は、環状ワークの周方向の一部に対向する加熱コイルと、ワーク支持部より外周に配設され、加熱コイルをアームを介して支持して放射方向に進退させる加熱コイル支持手段と、を備え、回転駆動手段及び昇降駆動手段が転動ローラより下方に配置されることで、各加熱コイル及びアームの移動空間が、ワーク支持部の外周から中心部までの上方に連続して設けられている装置である。

上記目的を達成する本発明の熱処理装置は、上記加熱装置と、ワーク支持部上の加熱された環状ワークを冷却する冷却部と、を備え、この冷却部が加熱コイルの移動空間より下方に設けられている装置である。

この熱処理装置では、冷却部が環状ワークに向けて焼入液を吐出する複数の冷却ジャケットを備え、冷却ジャケットから吐出された焼入液を流下させる焼入液貯留部が、複数の冷却ジャケット及びワーク駆動部の下方に設けられているのが好適である。

本発明の加熱装置及び熱処理装置によれば、ワーク支持部の中心部に配設された回転駆動手段及び昇降駆動手段が転動ローラより下方に配置されることで、複数の加熱コイル及びアームを進退させるための移動空間が、ワーク支持部の外周から中心部までの上方に連続して設けられている。

そのため、複数の加熱コイル及びアームを中心部の上方まで前進させても外周まで後退させても、ワーク駆動部等の他の部材に干渉することを防止でき、加熱コイル及びアームをワーク支持部の上方における広い範囲で進退させることが可能である。その結果、加熱可能な環状ワークの直径範囲が大きく広がることができ、加熱装置及び熱処理装置の汎用性を向上できる。よって、例えば互いに大きく異なる直径を有する環状ワークであっても、共通の装置で加熱することが可能である。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略縦断面図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置により加熱工程等を説明する部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置により冷却工程等を説明する部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る熱処理装置により小型の環状ワークを加熱する加熱工程等を説明する部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
本実施形態は大型の環状ワークを焼入処理するための旋回型焼入装置の例である。環状ワークは、特に限定されるものではないが、例えば直径が１ｍ程度以上の円環形状を有する大型の旋回輪、大型の軸受の内輪や外輪などである。

［熱処理装置］
熱処理装置１０は、図１及び図２に示すように、特定の加熱装置に複数の冷却部２０が組み込まれたものである。
この加熱装置は、ベース架台１１に配設されており、環状ワークＷを寝かせた状態で載置するワーク支持部３０と、載置された環状ワークＷを環形状に沿って回転させるとともに昇降させるワーク駆動部４０と、回転させた環状ワークＷを加熱する複数の加熱部５０と、を備えている。

［ワーク支持部］
ワーク支持部３０は、中心部３１ａ及び中心部３１ａから放射方向に延びる複数の放射部３１ｂを有する放射架台３１と、転動軸３２ａを放射方向に向けて周方向に配列するように各放射部３１ｂに装着された複数の転動ローラ３２と、中心部３１ａに配設される後述のワーク駆動部４０からの駆動力を複数の転動ローラ３２に伝達する伝達部３３と、を備えている。

放射架台３１は、中心部３１ａと、中心部３１ａから放射方向に延びる複数の放射部３１ｂと、を有する。ここでは、中心部３１ａと放射部３１ｂとは一体に構成されており、さらに中心部３１ａから各放射部３１ｂの先端まで、下向きに突出したリブ等の補強部３４が延設されて、環状ワークＷの十分な強度が確保されている。

複数の転動ローラ３２は、環状ワークＷを載置可能な長さを有していればよいが、直径の異なる複数種類の環状ワークＷを載置可能にするために、より長いものが好適である。例えば１ｍ以上の長さとすることで、直径が２ｍ以上異なる環状ワークＷを加熱又は熱処理可能となっている。
なお、放射部３１ｂ及び転動ローラ３２は円周方向に均等な間隔で配設されており、互いに隣接する放射部３１ｂ間が空間となっている。

［ワーク駆動部］
ワーク駆動部４０は、ワーク支持部３０の放射架台３１の中心部３１ａに配設されており、複数の転動ローラ３２を転動させて環状ワークＷを回転させる回転駆動手段４１と、ワーク支持部３０を昇降させる昇降駆動手段４２と、を備えている。

回転駆動手段４１は、放射架台３１の中心部３１ａに、転動ローラ３２より下方となるように配置された回転駆動モータ４１ａと、回転力を各転動ローラ３２の伝達部３３に分配するギヤボックス４１ｂとを有する。ここでは、回転駆動モータ４１ａは回転速度を適宜調整可能となっている。
昇降駆動手段４２は、転動ローラ３２より下方に配置され、ベース架台１１に固定されてワーク支持部３０の中心部３１ａを下方から支持する昇降シリンダ４２ａ及びガイド４２ｂを有する。昇降駆動手段４２は、回転駆動手段４１及び放射架台３１の全体を昇降可能となっている。

［加熱部］
ワーク支持部３０の放射部３１ｂ間にそれぞれ加熱部５０が設けられている。各加熱部５０は、環状ワークＷの周方向の一部に対向する加熱コイル５１と、加熱コイル５１を先端側に支持して放射方向に沿って延びるアーム５２と、ワーク支持部３０より外周に配設され、アーム５２を介して加熱コイル５１を支持する加熱コイル支持手段５３と、を備えている。

この実施形態では、加熱コイル支持手段５３は、それぞれベース架台１１に固定された加熱架台５３ａと、加熱架台５３ａに設けられた昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃと、昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃにより昇降及び進退可能に支持されて内部に変成器等を収容した支持ボックス５３ｄと、を備えている。

この加熱コイル支持手段５３では、支持ボックス５３ｄからアーム５２を介して加熱コイル５１に所定の電力を給電可能であり、且つ支持ボックス５３ｄを昇降するとともに放射方向に進退させることで、加熱コイル５１及びアーム５２を昇降可能及び放射方向に進退させて、環状ワークＷに周方向に連続して設けられた加熱領域Ｗｈの一部に加熱コイル５１を対向させることが可能となっている。
各加熱部５０は、上流側の位置検出部１３による環状ワークＷの検出結果に基づいて、各加熱コイル５１の位置、周方向の傾き、軸方向に対する角度等を精密に制御可能となっている。

各加熱部５０の加熱コイル５１及びアーム５２は、加熱位置Ｐｈに配置されたワーク支持部３０の上方に設けられた移動空間Ｓにおいて進退可能である。この移動空間Ｓは、加熱コイル支持手段５３によりアーム５２を介して加熱コイル５１を進退させるために設定された空間であり、ワーク支持部３０に載置される環状ワークＷの最大径の加熱位置と最小径の加熱位置との間を放射方向に連続している。この実施形態では、平面視において各放射部３１ｂ及び転動ローラ３２と干渉しない位置が移動空間Ｓとなっている。

［冷却部］
ワーク支持部３０上の加熱された環状ワークＷを冷却する冷却部２０が、加熱位置Ｐｈより下方に設けられている。この冷却部２０は、加熱位置Ｐｈより下方の冷却位置Ｐｃに配置されて環状ワークＷに向けて多量の焼入液を吐出する複数の冷却ジャケット２２と、冷却ジャケット２２から吐出された焼入液を流下させて貯留する焼入液貯留部２１と、焼入液貯留部２１の焼入液を冷却ジャケット２２に循環供給するためのポンプユニットと、を備えている。
この実施形態では、環状ワークＷの大きさや加熱領域Ｗｈの位置や向きに応じて、冷却ジャケット２２の位置や向きなどを適宜変更可能となっている。

焼入液貯留部２１は、複数の冷却ジャケット２２及びワーク駆動部４０の下方に十分な容積で設けられている。これにより複数の冷却ジャケット２２から吐出された多量の焼入液は冷却位置Ｐｃに留まらず、直ちに焼入液貯留部２１に流下され、多量の焼入液がワーク駆動部４０に接触することを防止している。
また、焼入液貯留部２１上にはベース架台１１が架設されており、このベース架台１１に焼入液貯留部２１と平面視で重なる位置にワーク駆動部４０が配置されている。そのため、十分な容積の焼入液貯留部２１を配置効率よく設けることができる。しかも、焼入液貯留部２１内の空間の上部にワーク駆動部４０の一部を収容した状態で配置するため、配置効率を一層向上できる。

［熱処理方法］
以上のような加熱装置及び熱処理装置１０を用いて、例えば直径が４〜５ｍ程度の大型の環状ワークＷを加熱及び焼入処理する方法について、図３及び図４を用いて説明する。
まず図３に仮想線で示すように、加熱部５０の昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃにより加熱コイル支持手段５３を変位させることで、加熱コイル５１及びアーム５２を放射方向外側に後退させることで、ワーク支持部３０の複数の転動ローラ３２の上方を開放する。
この状態で、図示しない搬入搬出手段により、環状ワークＷをワーク支持部３０の複数の転動ローラ３２上に位置合わせして載置する。これにより環状ワークＷは加熱位置に配置される。

加熱部５０の昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃにより加熱コイル支持手段５３を変位させることで、図３に実線で示すように、移動空間Ｓ内で加熱コイル５１及びアーム５２を前進させ、環状ワークＷに設定されている周方向に連続した加熱領域Ｗｈにおける一部に各加熱コイル５１をそれぞれ精度よく対向させる。
ワーク駆動部４０の回転駆動手段４１により複数の転動ローラ３２を転動させることで、環状ワークＷを環形状に沿って回転させる。そして、環状ワークＷを回転させつつ、各加熱コイル５１に高周波電力を給電することで、加熱領域Ｗｈを所定の温度まで加熱する。

加熱中には環状ワークＷの位置や変形等を位置検出部１３により検出し、その結果に基づいて各加熱コイル５１の位置、周方向の傾き、軸方向に対する角度等を精度よく調整しつつ加熱する。
そして、加熱領域が所定の加熱温度に達した後で、加熱コイル５１への給電を停止して加熱を終了する。その後、再び加熱部５０の昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃにより加熱コイル支持手段５３を変位させることで、移動空間Ｓ内で加熱コイル５１及びアーム５２を後退させ、ワーク支持部３０の複数の転動ローラ３２上方を開放しておく。

次いで、図４に示すように、ワーク駆動部４０の昇降駆動手段４２によりワーク支持部３０を下降させ、環状ワークＷを冷却位置Ｐｃに配置する。この冷却位置Ｐｃで、環状ワークＷを回転させつつ、複数の冷却部２０の冷却ジャケット２２から環状ワークＷに多量の焼入液を供給して急冷する。この焼入液は、その後、焼入液貯留部２１に流下され、循環使用される。
冷却を継続し、加熱領域Ｗｈが所定の冷却温度まで達した後、焼入液の吐出を停止して焼入処理を終了する。

その後、ワーク駆動部４０の昇降駆動手段４２によりワーク支持部３０を上昇させ、環状ワークＷを加熱位置Ｐｈまで復元させる。
そして、加熱部５０の加熱コイル５１及びアーム５２が後退した状態で、加熱位置Ｐｈの環状ワークＷを搬出して熱処理操作を完了することができる。

次に、この熱処理装置１０を用いて、上記の環状ワークよりも小型で、例えば直径が１ｍ程度の小型の環状ワークＷｓを加熱及び焼入処理する方法について、図５を用いて説明する。
まず、ワーク支持部３０の複数の転動ローラ３２が、小型の環状ワークＷｓを載置可能な大きさであればそのまま使用し、そうでない場合には適切な大きさの放射架台３１に予め交換しておく。また、冷却部２０の冷却ジャケット２２を小型の環状ワークＷｓに対応する位置に移動させておく。

そして上記と同様に、加熱コイル５１及びアーム５２を放射方向外側に後退させて、ワーク支持部３０の複数の転動ローラ３２上方を開放した状態で、小型の環状ワークＷｓを搬入し、複数の転動ローラ３２上に位置合わせして載置する。
また、加熱部５０の昇降機構５３ｂ及び進退機構５３ｃにより加熱コイル支持手段５３を変位させることで、移動空間Ｓ内で加熱コイル５１及びアーム５２を前進させる。このとき、各加熱コイル５１及びアーム５２の先端側が、放射架台３１の中心部の上部に配置される程度まで前進させることで、小型の環状ワークＷｓの加熱領域に各加熱コイル５１を精度よく対向させる。

その後、上記と同様にして、小型の環状ワークＷｓを回転させつつ加熱領域を所定の温度まで加熱し、所定の加熱温度に達した後でワーク支持部３０を下降させ、冷却位置Ｐｃで環状ワークＷを急冷して焼入処理を行い、搬出する。これにより、小型の環状ワークＷの加熱領域に所定の熱処理を施すことが可能である。

［作用効果］
以上のように熱処理装置１０に組み込まれた加熱装置によれば、ワーク支持部３０の中心部３１ａに配設された回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２が転動ローラ３２より下方に配置されることで、複数の加熱コイル５１及びアーム５２を進退させるための移動空間Ｓが、ワーク支持部３０の外周から中心部３１ａまでの上方に連続して設けられている。
そのため、複数の加熱コイル５１及びアーム５２を中心部３１ａの上方まで前進させても、外周まで後退させても、ワーク駆動部４０等の他の部材に干渉することを防止でき、加熱コイル５１及びアーム５２をワーク支持部３０の上方における広い範囲で進退させることが可能である。

この熱処理装置１０では、ワーク支持部３０の中心部３１ａに配置されたワーク駆動部４０が、複数の転動ローラ３２を転動させる回転駆動手段４１だけでなく、ワーク支持部３０を昇降させる昇降駆動手段４２も備えるため、ワーク駆動部４０が大きい。そのため、ワーク駆動部４０の回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２を転動ローラ３２より下方に配置することで、ワーク支持部３０の中心部３１ａの上方における移動空間Ｓを広く確保している。これにより、加熱コイル５１及びアーム５２の移動空間Ｓをワーク支持部３０の外周から中心部３１ａまでの上方に広く連続して設けることが可能である。
その結果、加熱可能な環状ワークＷの直径範囲を広げることができ、加熱装置又は熱処理装置１０の汎用性を向上できる。従って、例えば互いに大きく異なる直径を有する環状ワークＷであっても、共通の加熱装置又は熱処理装置１０により加熱又は熱処理することができる。

またこの熱処理装置によれば、冷却部２０が環状ワークＷに向けて焼入液を吐出する複数の冷却ジャケット２２を備え、冷却ジャケット２２から吐出された焼入液を流下させる焼入液貯留部２１が、複数の冷却ジャケット２２及びワーク駆動部４０の下方に設けられている。
そのため、回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２が転動ローラ３２より下方に配置されるとともに、冷却部２０が加熱コイル５１の移動空間Ｓより下方に設けられることで、回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２が冷却ジャケット２２と同様の低い位置に配置されていても、冷却ジャケット２２から吐出された焼入液が、下方の焼入液貯留部２１に流下する。これにより、回転駆動手段４１及び昇降駆動手段４２に接触することを有効に防止できる。

なお、上記実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば上記実施形態では、大径の環状ワークＷを加熱及び冷却する際に８個の全ての加熱部５０の加熱コイル５１及び冷却部２０の冷却ジャケット２２を使用し、小型の環状ワークＷｓを加熱及び冷却する際にも、８個の全ての加熱部５０の加熱コイル５１及び冷却部２０の冷却ジャケット２２を使用した例について説明した。しかし、小型の環状ワークＷｓを加熱及び冷却する際には、加熱部５０の加熱コイル５１及び冷却部２０の冷却ジャケット２２の使用する数を減らすことも可能である。このようにすれば、隣接する加熱コイル５１同士や冷却ジャケット２２同士が互いに干渉し難くなるため、より小型の環状ワークＷｓであっても加熱や冷却を行うことができる。
また上記では、加熱コイル５１の放射方向の移動は環状ワークＷの回転中心からの放射線に沿って移動する場合に限らず、斜め方向や曲線方向に移動させてもよい。
さらに上記実施形態では、ワーク支持部３０に環状ワークＷを搬入したり搬出したりする際に使用する手段は何ら限定されない。例えば、吊り下げ搬送装置や搬送コンベアなどにより搬入搬出してもよく、ワーク支持部３０に環状ワークＷを載置した状態で搬入搬出する構成とすることも可能である。

Ｗ 環状ワーク
Ｗｓ 小型の環状ワーク
Ｗｈ 加熱領域
Ｐｈ 加熱位置
Ｐｃ 冷却位置
Ｓ 移動空間
１０ 熱処理装置
１１ ベース架台
１３ 位置検出部
２０ 冷却部
２１ 焼入液貯留部
２２ 冷却ジャケット
３０ ワーク支持部
３１ 放射架台
３１ａ 中心部
３１ｂ 放射部
３２ 転動ローラ
３２ａ 転動軸
３３ 伝達部
３４ 補強部
４０ ワーク駆動部
４１ 回転駆動手段
４１ａ 回転駆動モータ
４１ｂ ギヤボックス
４２ 昇降駆動手段
４２ａ 昇降シリンダ
４２ｂ ガイド
５０ 加熱部
５１ 加熱コイル
５２ アーム
５３ 加熱コイル支持手段
５３ａ 加熱架台
５３ｂ 昇降機構
５３ｃ 進退機構
５３ｄ 支持ボックス

Claims (3)

1. 環状ワークを寝かせた状態で載置するワーク支持部と、載置された前記環状ワークを環形状に沿って回転させるとともに昇降させるワーク駆動部と、回転させた前記環状ワークを加熱する複数の加熱部と、を備えた加熱装置において、
   前記ワーク支持部は、転動軸を放射方向に向けて周方向に配列した複数の転動ローラを備え、
   前記ワーク駆動部は、前記複数の転動ローラを転動させて前記環状ワークを回転させる回転駆動手段と、前記ワーク支持部を昇降させる昇降駆動手段と、を前記ワーク支持部の中心部に備え、
   前記複数の加熱部の各々は、前記環状ワークの周方向の一部に対向する加熱コイルと、前記ワーク支持部より外周に配設され、前記加熱コイルをアームを介して支持して前記放射方向に進退させる加熱コイル支持手段と、を備え、
   前記回転駆動手段及び前記昇降駆動手段が前記転動ローラより下方に配置されることで、前記各加熱コイル及びアームの移動空間が、前記ワーク支持部の外周から前記中心部までの上方に連続して設けられている、加熱装置。
2. 請求項１に記載の加熱装置と、前記ワーク支持部上の加熱された前記環状ワークを冷却する冷却部と、を備え、該冷却部は前記加熱コイルの移動空間より下方に設けられている、熱処理装置。
3. 前記冷却部は、前記環状ワークに向けて焼入液を吐出する複数の冷却ジャケットを備え、
   該冷却ジャケットから吐出された前記焼入液を流下させる焼入液貯留部が、前記複数の冷却ジャケット及び前記ワーク駆動部の下方に設けられている、請求項２に記載の熱処理装置。

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