JP2535092Y2 - 長尺材焼き入れ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は例えば長さが３〜１０ｍ
もあるような各種長尺の棒状部材を低歪，かつ高効率的
で均一焼き入れすることが可能な焼き入れ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】長さが３〜１０ｍもあるような長尺材を
焼き入れする従来技術は、井戸焼き入れと呼ばれる方法
により実施されていた。この方法を図１に従って概説す
る。披処理長尺材Ｗの長さ以上の深さがある垂直な井戸
(イ)と，その井戸(イ)の上方を覆う長尺材Ｗの長さ以上
の高さの塔屋(ロ)を設け、かつ当該塔屋(ロ)の屋根裏に
はクレーン(ハ)が配置される。加熱コイルＣと冷却手段
Ｊは作業するのに便利な床上の所定高さに位置する。長
尺材Ｗは回転駆動機構を備えた吊り具(ニ)を介してクレ
ーン(ハ)で巻き上げて加熱コイルＣと位置決めしたう
え、吊り具(ニ)に下垂されて回転状態の長尺材Ｗを順次
下降させて加熱コイルＣと冷却手段Ｊを通過せしめて焼
き入れする。焼き入れ終了時点で，長尺材Ｗは井戸(イ)
の中に収容された状態であるので、長尺材Ｗを再びクレ
ーン(ハ)で巻き上げてから処理領域外に下降させて搬出
し、吊り具(ニ)から外して焼き入れサイクルが完了す
る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】長尺材の焼き入れで
は、従前より長尺材を吊るした状態で移動焼き入れする
と低歪が達成されると言われており、井戸焼き入れはこ
れを忠実に実施したものであるが、必ずしも十分な低歪
が達成し難かった。そのうえ、長尺材の吊り具への着
脱，ならびに焼き入れ前の位置決めの煩雑さ、さらには
焼き入れ前・後の２度に及ぶ巻き上げ，降ろしに時間を
要するなど、焼き入れサイクル・タイムが極めて長時間
となった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本考案は、従来の吊るし
た状態での移動焼き入れに替えて、全焼き入れ工程を通
じで長尺材を一貫して水平状態下におき、その全長を対
ロール群上で軸回転させつつ押し送りして移動焼き入れ
する構成として、焼き入れ装置への搬出・搬入ならびに
位置決めに要する時間を短縮するとともに、対ロール群
による回転拘束焼き入れを実現して精度の高い低歪仕上
げを達成することにより、上述の課題を解決する。

【０００５】さらに本考案は、上記構成に加えて加熱コ
イルと冷却手段との間に遮蔽板を設けるとともに，加熱
コイルを貫通して遮蔽板に達する石英管を配置すること
によって、垂直移動から水平移動に変わった焼き入れ方
式にまつわる焼き入れ急冷後の冷却流体が加熱コイル方
向へ溢流したり、特に外周に螺旋状の凹凸が形成されて
いる長尺材，例えばボールねじ等に生じがちな形状に起
因する冷却流体の広範囲にわたる跳ね返りの飛沫が昇温
中の部分に飛来して焼き入れ仕上がりの均一性を阻害す
る事態を阻止し、同時に雰囲気調整をも達成する。

【０００６】

【実施例】本考案を図２〜４に示す一実施例を用いて以
下に詳述する。図２は考案の一実施例長尺材焼き入れ装
置の全容を示す正面図であり、同図における１０は長尺
材を回転させつつ軸方向送りする送り機構、２０は焼き
入れ機構である。送り機構１０は長尺材の長さの２倍を
十分に超える長さを有する水平なベッド１，当該ベッド
１上に列設された複数の対ロール２，および移動体装置
３からなる。

【０００７】上記各対ロール２は長尺材の長さの２倍以
上の範囲にわたってベッド１上の図視左方端側から右方
端側にかけて所定間隔ごとに配設されている。全ての対
ロール２は同径であって、同一水平レベルを維持すると
ともに、各対ロール２それぞれは軸線をベッド１の長手
方向沿いとし、かつ対を形成する両ロールの対向周面間
には所定間隙が維持されている。各対ロール２の対向周
面間の間隙中央が一直線上ある如く列設されていること
は言うまでもない。

【０００８】而して、本考案は全てのロールが同一方向
へ同期して回転駆動可能に設定されている。本実施例の
場合は、Ｍ１として示す回転駆動源の回転力が，伝達機
構を介して，対ロール２配置範囲全長にわたっ伸延して
いる回転駆動軸４に伝えられ、図３(ａ)に示されるよう
に，当該回転駆動軸４の各対ロール２配設位置に対応す
る位置に設けた回転伝達手段によって，全てのロールを
同一方向へ同期回転させるようにしている。上記の構成
は長尺材をそれぞれの対ロール２における両ロール周面
間の所定間隙をまたいで両ロール周面と接する如く，対
ロール２群上に載置可能，かつ同時に後述する移動体装
置３および焼き入れ機構との関係において位置決めを可
能とするとともに、対ロール２群の設けられている範囲
の何れの位置においても，長尺材Ｗの全長を均一速度で
ロールの回転方向とは逆の回転方向へ回転可能である。

【０００９】上記移動体装置３の本体３ａは対ロール２
群の所定上方位置をベッド１の他方端から中央部近傍ま
で前進・後退可能である。本実施例では、図３(ａ)に示
されるように，本体３ａはベッド１上に裾部を当接する
門型を呈しており、その図示右側にはＭ２として示す回
転駆動源とこれに連結する伝達機構が一体的に固定配置
されている。回転駆動源Ｍ２の駆動力は伝達機構を介し
てギヤ５ａに伝達可能である。ベッド１の側面にはリニ
アギア５ｂが固定配置されており、当該リニアギア５ｂ
は上記ギヤ５ａと噛み合っている。また、本体３ａの裾
部はベッド１上の長手方向添いに配設された６として示
すレールに跨座する構成とされている。従って、回転駆
動源Ｍ２を駆動すれば，本体３ａは一体化されている回
転駆動源Ｍ２および伝達機構とともにベッド１上をリニ
アギア５ｂ配設範囲内で自走可能である。

【００１０】本体３ａには、図３(ｂ)に７として示す所
定長の水平な押し棒が設けられている。当該押し棒７は
諸元を所定に設定することによって、各対ロール２の両
ロール間の間隙をまたいでそれぞれのロール周面と接す
る如く，対ロール２群上に載置される長尺材Ｗの軸線延
長線Ｌとその軸線を一致させることが可能である。尚、
長尺材Ｗの軸線延長線Ｌはこれからの記述にしばしば用
いるので、移動する長尺材Ｗの軸中心線の意味で，以下
単に中心線Ｌと称することとする。

【００１１】上記構成とすることによって、移動体装置
３を図２に示す如くベッド１の右方端，即ち対ロール２
群の配置範囲外に位置させた状態で長尺材Ｗを対ロール
２群上の右方側に載置すれば、対ロール２群の左方半部
に長尺材Ｗの長さ相当分以上を後述する焼き入れ機構２
０を隔てて残すことが可能である。而して、この状態で
対ロール２群上に載置した長尺材Ｗの右方端面に押し棒
７を当接したうえ、対ロール２群を回転駆動して長尺材
Ｗを所定方向へ回転させ，かつ回転駆動源Ｍ２を動作と
して移動体装置３の本体３ａを左方向へ前進させれば、
長尺材Ｗの右方端面が対ロール２群の左方端に至るま
で，長尺材Ｗの全長を均一速度で所定方向へ同期回転さ
せつつ，押し送り可能である。

【００１２】ところで、本実施例の押し棒７は、図３
(ａ)に示されるように，支持部材７１に支持されている
が、当該支持部材７１はハンドルＨ１を回転すれば上下
方向に移動可能，これに伴って押し棒７も上下方向に移
動可能である。それ故に、対ロール２群上に載置される
長尺材の直径が異なる場合に生ずる中心線Ｌの位置の変
動に対処することができる。尚、押し棒７の先端は、例
えば半球状の如き形状としても良いが、テーパー部７２
とすれば、長尺材の端面にセンター孔がある場合に挿入
可能となり、長尺材の対ロール２群上での安定回転を一
層向上させることとなる。

【００１３】上記焼き入れ機構２０は上記対ロール２群
配置範囲の中央に位置し、長尺材が対ロール２群上を右
半部から左半部に移動する間に順次焼き入れ可能であ
る。当該焼き入れ機構２０は図４に示す如く，中心線Ｌ
上に同軸配置した加熱コイルＣ，当該加熱コイルＣの一
方端面から所定間隔を隔てて配置された中空環状の冷却
手段Ｊ，当該冷却手段Ｊと加熱コイルＣの間に設けられ
た中心線Ｌに垂直な遮蔽板８，および上記加熱コイルＣ
を貫通して水平を維持する石英管９で構成されている。

【００１４】上記冷却手段Ｊの中空環内は加熱コイルＣ
寄り側の室Ｊ１と，当該室Ｊ１に連接する室Ｊ２に２分
割されている。室Ｊ１の環内壁の焼き入れ流体噴射孔Ｓ
１の噴射指向先は室Ｊ２方向への所定角度の傾斜もつ中
心線Ｌであり、室Ｊ２の環内壁の焼き入れ流体噴射孔Ｓ
２の噴射指向先は直角に中心線Ｌである如く設定されて
いる。

【００１５】上記遮蔽板８は長尺材の外周より僅かに大
きい内径の透孔８１を備えており、当該透孔８１の中心
は中心線Ｌ上にある。上述の冷却手段Ｊから噴射された
焼き入れ用流体が長尺材を急冷後に加熱コイルＣ側へ溢
流するのを阻止する。

【００１６】上記石英管９は内径が長尺材の外径より些
少大，外径が加熱コイルＣの内周面と嵌着する程度であ
ることが加熱効率上から望ましい。当該石英管９の一方
端面は遮蔽板８に当接し，他方端面は加熱コイルＣの他
方端面から所定間隔を隔てた位置まで伸延する如く設定
されている。長尺材が石英管９を通過しつつ，加熱コイ
ルＣによって加熱されるに際し、当該石英管９の内壁と
長尺材の外周との間の微小間隙を酸欠状態にして、長尺
材の焼き入れ表面の肌荒れ防止に資するとともに、遮蔽
板８とともに焼き入れ流体が長尺材を急冷した後に飛散
して加熱昇温中の長尺材表面へ降りかかり、不均一焼き
入れの原因となるのを完全に防止する。特に長尺材の周
面に螺旋状の凹凸がある，例えばボールねじ軸のような
形状に起因して焼き入れ流体の飛散が広範囲に及ぶ場合
に極めて効果を発揮する。

【００１７】焼き入れ機構２０はこれを構成する上述各
要素の軸線が中心線Ｌ上に位置するごとく、例えば図２
ではベッド１の向い側に位置するボード２１の表面に一
括保持されている。而して本実施例では、ボード２１は
ベッド１の向い側の側面から起立する２本の支柱２２に
よって支承されていて、位置調整手段，例えばハンドル
Ｈ２の回動によってボード２１が支柱２２沿いに上下方
向へスライド可能である。従って、対ロール２群上に載
置される長尺材の直径が異なる場合に生ずる中心線Ｌの
位置の変動に対処することができる。

【００１８】〔比較実験例：１〕 本考案者は本考案の焼き入れ工程上の効果を確認するた
め、上述の実施例装置を用いた焼き入れ１サイクル・タ
イムを井戸焼き入れに従った場合の焼き入れ１サイクル
・タイムと比較する実験を行った。用いた供試体は長
さ；６２００ｍｍ，直径；６０ｍｍのボールねじであ
る。実験結果を表１として示す。

【表１】 上記実験結果は、両者に共通する同一の焼き入れ実時間
８８０秒はさておき、本考案装置がその他の所要時間を
井戸焼き入れの１／７に短縮することを明確に示してい
る。

【００１９】〔比較実験例：２〕 本考案者は本考案装置の低歪焼き入れ効果確認のため、
上記比較実験例１と同一の供試体を用いた焼き入れ実験
を実施し、焼き入れ前・後の長手方向曲がり歪量(ｍ当
たり)を計測した。実験結果を表２に示す。

【表２】 上記実験結果は、焼き入れ開始から終了までの全工程を
通じて長尺材を回転対ロールで拘束焼き入れする本考案
装置の効果が遺憾なく発揮されていることを示してお
り、従来の井戸焼き入れの場合には焼き入れ後の歪量が
１０〜３０ｍｍであったのに比べると飛躍的に改善され
たことが判明した。

【００２０】〔確性試験〕 本考案者はさらに本考案における石英管の配設有無によ
る焼き入れ仕上がり状態を検討するため、本考案実施装
置を用いて供試体を下記条件に従って焼き入れし、焼き
入れ済み供試体から無作為に切り出した資料片を確性試
験に付した。

【００２１】資料片の作成 ○供試体：ボールねじ軸……直径；50 mm, 長さ；8300 mm,ｐ16，ボール径；3/8 材質……Ｓ５５Ｃ ○焼き入れ条件 電源……周波数；6 kＨz，50 kＷ 加熱コイル……内径；75 mm，2 ターン 冷却手段……内径；150 mm，長さ；100 mmの環状ジャケット、２室に分かれ ている。冷却液；高分子水溶液使用。 遮蔽板……あり。 石英管……あり、なし、の２種類の実験 ○供試体の移動条件……送り速度；5 mm／sec，回転数；28 rpm

【００２２】それぞれの資料片についてビッカース硬さ
試験方法に従い焼き入れ層の硬さ測定を実施した。図５
の(ａ)は石英管あり，(ｂ)は石英管なしそれぞれの測定
結果をグラフで示したもので、右上に測定位置を示す断
面図を添えた。グラフにおける鎖線は要請される硬さＨ
ＲＣ５５ラインであり、断面図における斜線部分は焼き
入れパターンである。尚、焼き入れ対象がボールねじ軸
であるので、ねじ底には高硬さを要求されないことを付
言しておく。

【００２３】両図の比較から、石英管ありの図の(ａ)が
安定した均一焼き入れ層に仕上がっていることが判明
し、当該試験と平行して実施した外見観察結果も肌荒が
なく、遮蔽板の配置に加重して配置した石英管が外周に
凹凸のある披処理材の水平方向移動焼き入れに効果のあ
ることが明確にされた。

【００２４】

【考案の効果】本考案装置は、焼き入れサイクル全体に
わたって長尺材を一貫して水平状態で扱い、しかもその
全長を対ロール群上で軸回転させつつ押し送りして移動
焼き入れするので、焼き入れ装置への搬出・入ならびに
位置決めが容易となり、焼き入れサイクルを画期的に短
縮するとともに、対ロール群による回転拘束作用が発揮
されて低歪焼き入れが達成される効果がある。さらに本
考案装置は焼き入れ機構に遮蔽板と石英管を備えている
ので、長尺材を水平移動で焼き入れする際に生ずる焼き
入れ流体の加熱コイル方向への溢流防止のみならず、特
に周面に螺旋状の凹凸がある長尺材に生ずる広範囲な焼
き入れ流体の跳ね返り飛散の飛沫が昇温部に及ぶのを完
全に防止すると同時に、簡易に雰囲気調整が出来、この
種長尺材の焼き入れ仕上がりの均一性と品質を保証する
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法である井戸焼き入れ装置の概要を示す正
面図である。

【図２】本考案の一実施例装置の概要を示す正面図であ
る。

【図３】（a）および（ｂ）それぞれは実施例装置にお
ける送り機構の要部を示す側面図および正面図である。

【図４】実施例装置における焼き入れ機構の要部を示す
断面正面図である。

【図５】（a）および（ｂ）それぞれは確性試験におけ
る硬さ測定位置を表わす断面図を添えた硬さ測定結果を
示す線図である。

【符号の説明】

１０……………………送り機構 １………………………ベッド ２………………………対ロール ３………………………移動体装置 ７………………………押し棒 ７１，Ｈ１……………押し棒位置調整手段 ８………………………遮蔽板 ８１……………………透孔 ９………………………石英管 ２０……………………焼き入れ機構 ２１，２２，Ｈ２……焼き入れ機構位置調整手段 Ｃ………………………加熱コイル Ｊ………………………冷却手段 Ｊ１……………………冷却手段の第１室 Ｊ２……………………冷却手段の第２室 Ｗ………………………長尺材 Ｌ………………………長尺材の軸線延長線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２１Ｄ 9/00 9352−4Ｋ Ｃ２１Ｄ 9/00 Ａ 9/28 9/28 Ｂ (56)参考文献 実開 昭63−192456（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−205263（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−37331（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−13412（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸回転可能な形状の長尺材を回転させつ
   つ軸方向送りする送り機構および焼き入れ機構からな
   り、上記送り機構は長尺材の長さの２倍を十分に超える
   長さを有する水平なベッド，当該ベッド上の一方端側か
   ら他方端側にかけて長尺材の長さの２倍以上の範囲にわ
   たり所定間隔ごとに直列配置したそれぞれの軸線をベッ
   ドの長手方向沿いとする複数の対ロール，および当該対
   ロール群の所定上方をベッドの他方端から中央部近傍ま
   で前進・後退可能な移動体装置で構成され、上記各対ロ
   ールを形成するロール周面間には所定間隙が維持される
   とともに、全てのロールは同一方向へ同期回転駆動可能
   に設定され、また上記移動体装置は所定長の水平な押し
   棒を備えており、上記焼き入れ機構は対ロール配置範囲
   の中央に位置し、加熱コイル，当該加熱コイルの一方端
   面から所定間隔を隔てて配置された中空環状の冷却手
   段，当該冷却手段と加熱コイルとの間に設けられた垂直
   な遮蔽板，および加熱コイルを貫通して水平を維持する
   石英管で構成され、上記冷却手段の中空環内は加熱コイ
   ル寄りの第１室とそれに続く第２室に分割され，その内
   壁に設けた焼き入れ流体噴射孔の指向先は第１室側が所
   定角度の傾斜をもって第２室寄り軸線方向，第２室側が
   軸線直角となる如く設定され、上記遮蔽板は長尺材の外
   周より僅かに大きい径の透孔を備え、上記石英管の内径
   は長尺材の外周より大であって，その一方端面は遮蔽板
   に当接し，他方端面は加熱コイルの他方端面から所定間
   隔を隔てた位置まで伸延する設定であり、送り機構にお
   ける押し棒と焼き入れ機構における加熱コイル，石英
   管，遮蔽板の透孔，および冷却手段それぞれの軸線が対
   ロール群上に載置される長尺材の軸線延長線上にある如
   く設定されている長尺材焼き入れ装置。
2. 【請求項２】 移動体装置が押し棒位置調整手段を備
   え、押し棒の水平位置を対ロール群上に載置される長尺
   材の直径に応じて上下方向に調整して長尺材の端面中央
   に当接可能とした請求項１記載の長尺材焼き入れ装置。
3. 【請求項３】 焼き入れ機構が位置調整手段を備え、対
   ロール群上に載置される長尺材の直径に応じて各構成要
   素の軸線を上下方向に一括調整可能とした請求項１記載
   の長尺材焼き入れ装置。
4. 【請求項４】 送り機構におけるベッド上の対ロール群
   とそれに対応する移動体装置の押し棒それぞれを複数並
   列配置構成とするとともに、焼き入れ機構をこれに対応
   して並列配置し、かつ対ロール群どおしの間隔を焼き入
   れ機構における相隣る加熱コイルが相互電磁誘導作用を
   受けない距離とした請求項１記載の長尺材焼き入れ装
   置。