JP3977595B2

JP3977595B2 - 加熱炉内で熱処理される部材を支持するためのローダデバイス

Info

Publication number: JP3977595B2
Application number: JP2000539180A
Authority: JP
Inventors: ジャン−ピエール・モーム; ギ・マルタン; ジャン−ロシュ・ヴィヴィエ
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: EP1042517B1; JP2002508444A; ES2190124T3; CA2315169A1; RU2220394C2; DE69810662T2; WO1999031284A1; US6318571B1; EP1042517A1; KR100562459B1; FR2772467A1; KR20010024719A; ATE230804T1; CA2315169C; FR2772467B1; DE69810662D1

Description

【０００１】
本発明は、熱処理加熱炉内で部材を支持するためのローダデバイス又はツールに関するものである。
【０００２】
特別ではあるが排他的ではない本発明の応用分野は、浸炭加熱炉内での処理が施される部材を支持するためのツーリングのそれである。
この分野において最も普通に使用されるツーリングは金属で形成されている。それは、２つの主な欠点に悩むことになる。
それは著しく浸炭され、急速にもろくなり、加熱炉内部に大きな外乱を惹起する。
温度の効果でそれは変形し、これによりそれが担持する部材の変形が生じる。これは、それらに結果的に生じる浸炭層の厚さのロスを正すことを要求する。また、これにより位置決め精度の低下のため、ロボット化するためのロード操作及びアンロード操作を不適切にする。さらにまた、変形したツーリングが急冷ユニットに挿入されるときに、位置決めが困難となる。
【０００３】
とくに、欧州特許ＥＰ−Ａ−０５１８７４６公報によれば、金属の代わりに耐熱構造の複合材料を用いて、熱処理加熱炉の台板を製作するといったことがすでに公知である。同様に耐熱構造の複合材料で製作されたスペーサにより互いに離間された複数の台板が設けられることができる。使用される複合材料は、カーボン−カーボン（Ｃ／Ｃ）複合材料又はセラミック基質複合（ＣＭＣ）材料であり、これらは、これらが構造要素として機能することを可能にする機械的特性を有し、かつ高温でもこれらの特性を維持するものである。
【０００４】
しかしながら、ＥＰ−Ａ−０５１８７４６公報に記載されたローダデバイスは、処理されるべき部材が比較的多数であるので、しばしば望まれるような最適なロードを達成するためには不適切であることが分かっている。さらに、この既知のデバイスは、部材のロード操作及びアンロード操作をロボットにより実施できるようにするのには不適切である。
【０００５】
本発明は、従来技術にかかるデバイスの上記欠点を解消することを目的とするものであって、結果的に、耐熱構造の複合材料で形成されたローダデバイスであって、基部と、該基部に固定され、該基部の中心部から突出して、少なくとも該ローダデバイスの全高にわたって伸長するローディングポールと、それぞれローディングポールを通すための中央通路が設けられている複数のローディングトレーとを含んでいて、各ローディングトレーが、連続するトレーが予め設定された間隔で組みつけられるのを可能にする複数のスペーサを担持し、各トレーが、同数のスペーサを担持し、トレーによって担持されたスペーサが、一旦トレーとスペーサとが互いに組みつけられたときには該ローダデバイスの高さまで伸長する複数の積載物担持柱状体を形成するように配列され、各トレーによって担持されているスペーサのうちの少なくとも１つが、同一のトレーによって担持されている他のスペーサとは、該トレーに対する相対的な配置が異なり及び／又は寸法が異なり、これによりトレーが組みつけられるときにそれらが見出し付け（インデックス付け）されることが可能となっているローダデバイスを提供するものである。
【０００６】
それは耐熱構造の複合材料で形成され、かつトレーを見出し付けするための手段が存在するので、該ローダデバイスは、それが寸法の安定性の条件に適合し、かつ処理のための部材のロード操作及びアンロード操作をロボット化することを可能にするのに要求される精度を得ることを可能にする。
【０００７】
都合よく、各トレーは、予め設定された位置に部材を位置決めするための部材位置決め手段を有している。１つの実施態様においては、ローダデバイスは、部材位置決め手段がスペーサに対して相対的な第１の位置を占める第１のトレーと、部材位置決め手段がスペーサに対して相対的な第２の位置を占める第２のトレーとを有しており、ここで第２の位置は第１の位置とは異なる。第１のトレーは第２のトレーと交互に並び、これにより部材位置決め手段が全面的には鉛直方向に一列とはならないようになっている。各トレーは、スペーサ受け入れ手段を有し、該手段は、その下に位置するトレーによって担持されているスペーサの端部を受け入れるのに適したものである。各トレー上において、少なくとも１つのスペーサのポール軸に対する相対的な配置が、その他のスペーサのそれとは異なり、少なくとも１つのスペーサがその他のスペーサのそれとは異なる寸法であり、これにより２つの等しいトレーが、一方が他方の直上にくるといった形態で取りつけられることが不可能となり、もってトレーがポール軸の回りに要求される角度位置でのみ組みつけられることができるようになっている。
【０００８】
もう１つの実施態様においては、位置決め手段は、少なくともスペーサのいくつかを含んでいる。各トレーは、スペーサ受け入れ手段を有し、該手段は、その下に位置するトレーによって担持されているスペーサの端部を受け入れるのに適したものである。各トレー上の少なくとも１つのスペーサのポール軸に対する相対的な配置が、その他のスペーサの配置とは異なり、及び／又は、その寸法がその他のスペーサのそれとは異なり、これにより等しいトレーが、ポール軸の回りに予め設定された角度位置でもってのみ一緒に組みつけられることができるようになっている。
【０００９】
空間及びトレーから突出しているスペーサは、独立の要素の形状、あるいは好ましく基部又はそれらを担持しているトレーに固定された要素の形状とすることができる。
【００１０】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ、非限定的に示唆する方法による以下の記述を読めば、明らかとなるであろう。
【００１１】
図１中に部分的に示されたローダデバイスないしはツーリングは、１組の同じ部材、例えば自動車用のスチール製ギヤホイール１０（リング状で示されている）に加熱炉内で浸炭処理を施すために、これらをロードするのに用いられるものである。
【００１２】
ローダデバイスは、基部中心部から突出して鉛直方向に伸びるローディングポール３０を有する水平な基部２０と、ポール３０に沿う方向に離間し、スペーサ５０によって互いに分離されている複数の水平なトレー４０とを含んでいる。ローダ組立体を支持する基部２０は、円形のものであって、その重量を低減しかつガスの循環を促進することに役立つ開口部２１が設けられている。
【００１３】
ローディングポール３０の自由端は、溝部を形成する小径部３２を介してポールの残部に接続された係合ヘッド３１により終端され、該ヘッド３１は、ローダ組立体が自動操作ツールないしはマシンに連結されることを可能にする。
【００１４】
トレー４０（それらのすべてが図示されているのではない）は、基部２０の厚さよりもかなり小さい厚さをもつものであって、それらは基部と実質的に同一の直径を有する円周内に位置している。各トレーは、ポール３０を通すための中央通路４１と、開口部４２とを有している。開口部は、トレーを軽量化するのに役立ち、これにより質量及び熱の両慣性を低減し、積層体の全高にわたってガスの循環を促進する。それにもかかわらず、一旦トレーが配置されると、トレー内の開口部４２は正確に一列には配列されず、これによりガスの循環についての「煙突」効果が回避される。
【００１５】
処理される部材１０（すべてが図示されているのではない）は、予め設定された位置で各トレー上に配置される。このため、トレー内に形成された穴部に１グループの止め具４５が取りつけられている。例えば３つの止め具４５からなるグループのそれぞれにおいて、止め具は部材１０の周縁部内に位置している。
【００１６】
スペーサ５０（すべてが図示されているのではない）は、基部と各トレーとによって担持され、それらは、例えば基部内又は各トレー内に形成された穴部内にその下端部を挿入及び又は接着することにより、これに固定されている。スペーサ５０の上端部は、その直上のトレーに形成された、対応する直径の各穴部に係合する小径の各円柱部ないしはヘッド５１によって終端され、かかる係合は円錐台形に形成されたヘッド５１の上端部によって促進される。図示された例では、基部及び各トレーは、軸まわりに直角の角度差で離間された４つのスペーサを担持している。しかしながら、少なくとも３つのスペーサであれば、スペーサの数はこれと異なっていてもよい。基部によって担持されたスペーサは、もし該基部が部材を支持するための手段を有していなければ、高さがより低いものであってもよい。変形例においては、逆もまた可能であるが基部に取りつけられた第１のトレーがトレー４０ａであるときにはトレー４０ｂと同様の仕様で、基部に、部材支持手段とスペーサとを設け、この基部がローダトレーを構成するように目論むことが可能である。
【００１７】
交互に装着される、４０ａ及び４０ｂの参照番号が付された２つのタイプのトレーが存在する。それらは、スペーサに対する部材を支持する相対的な位置が、互いに異なる。かくして、図示された具体例では、トレー４０ａは、トレーの軸まわりに規則的な角度差で配置された８つの部材支持部を有し、各部材支持部は、最も近接したスペーサが見出される半径に対して相対的に角度π／８の位置にある半径の上に存在する。これに対して、トレー４０ｂは、トレーの軸まわりに規則的な角度差で配置された８つの部材支持部を有し、各部材支持部は、最も近接したスペーサが見出される半径に対して相対的に角度０又はπ／４の位置にある半径の上に位置する。
【００１８】
インデックス及びキー手段は、トレーが、基部から始まり、ポール３０の軸まわりに所望の角度位置が確保されるような、所望の順序（４０ａ、４０ｂ、４０ａ、４０ｂ、．．．）で、ロボットにより組立てられるのを可能にする。
【００１９】
キー手段は、同一のトレー又は基部の上に担持されたその他のスペーサのヘッドの直径とは異なる直径を有する、少なくとも１つのスペーサのヘッドによって構成されてもよい。図示されている具体例では、トレー４０ａによって担持されている２つの対向するスペーサ５０₁及び５０₂は、その他のスペーサ５０₃、５０₄のヘッドの直径より大きい直径のヘッドを有している。これとは逆に、基部又はトレー４０ｂによって担持されている２つの対向するスペーサ５０₁、５０₂は、その他のスペーサ５０₃、５０₄のヘッドの直径より小さい直径のヘッドを有している。トレー４０ａの穴部の直径を、基部又はトレー４０ｂによって担持されているスペーサのヘッドに対応するものとすることにより、かつ逆にトレー４０ｂの穴部の直径を、トレー４０ａによって担持されているスペーサのヘッドに対応するものとすることにより、２つのトレー４０ａ又は２つのトレー４０ｂにおいて、一方が他方の直上に組みつけられることが不可能となるのを確実化する。
【００２０】
角度の見出し付け（インデックス付け）を行うために、各トレー又は基部によって担持されているスペーサの少なくとも１つは、例えば不規則な多角形の頂点にスペーサを配置することにより、同一のトレー又は基部によって担持されている他のスペーサの位置とは異なる位置に配置されることができる。図示された具体例では、スペーサの１つ５０₁は、ポール３０の軸からの距離が他のスペーサが配置された距離よりも大きくなるように配置されている。
【００２１】
ロードは、基部の上に連続的にトレー４０ａ及び４０ｂを組みつけることにより実行されるが、毎回トレーはこれを、それぞれ対応する１グループの止め具４５のまわりに配置された部材１０とフィットさせることにより組みつけられる。変形例においては、トレーは、組立てに先立ってこれにフィットされた部材１０を有していてもよい。部材の位置、トレーが組みつけられる順序、及びその角度位置は、すべて予め設定され、その結果ロードがロボットにより自動的に実行されることができ、同様に処理された部材がロボットによりアンロードされることができる。ロード及びアンロードにロボットを用いるときには、基部上の組立体の最初及び最後の両トレーが同一タイプのもの、例えば図示された具体例では４０ａであるのが好ましい。結果的に、トレーが、第１の基部から第２の基部に１つずつ移送されることになっているときには、除去されるべき第１のトレーはまた、再搭載されるべき第１のトレーでもある。ここで、トレーの総数は奇数である。
【００２２】
トレーの角度位置は、基部によって及び各トレーによって担持されるスペーサが同一の位置を占めるようなものであり、その結果組立体中のスペーサが整列させられ、これによりロードの全高にわたって伸長する柱状体が形成される。かくして、各トレーはそれ自体のみを担持することが必要であり（しかし、その上のトレー上のロードではない）、これはトレーを基部より薄くすることができることを意味する。スペーサとは異なり、部材の支持部は、鉛直方向に一列には配列されず、２つの連続するトレー間には、π／８の角度のずれが存在する。結果的に、処理されるべき部材は加熱炉内でより良く分布させられ、部材の不均一な処理を惹起させるようなガスの流れが回避される。
【００２３】
ロボットによるロード及びアンロードを行う上で要求される精度を得るのに必要な、ローダデバイスの主要部（基部２０、ポール３０、トレー４０、スペーサ５０）の寸法的安定性は、これらの部品を耐熱構造の複合材料とすることにより達成される。
【００２４】
適切な複合材料は、カーボン−カーボン（Ｃ／Ｃ）複合材料、及びセラミック基材複合（ＣＭＣ）材料である。Ｃ／Ｃ複合物は、炭素繊維から繊維中間体をつくり、その細孔内に炭素基材を形成して中間体を高密度化することにより得られる。炭素基材は、液体処理法、すなわち中間体に炭素のプリカーサを構成する液体成分（樹脂等）で含浸させ、そしてプリカーサを炭素に変質させるための熱処理を行うことにより得られる。あるいは、気体処理法、すなわち化学蒸気浸潤により得られる。ＣＭＣは、耐火性繊維、例えば炭素繊維又はセラミック繊維から中間体をつくり、その細孔内にセラミック基材を入れて中間体を高密度化することにより得られる。よく知られた手法では、セラミック基材、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）基材は、液体処理法により又は化学蒸気浸潤により得られる。
【００２５】
各トレーの当接部とそれらを支持するスペーサとの間の接着を回避するため、これらの当接部の表面は、金属箔で被覆され、又は抗接着剤、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）のコーティングが施されてもよい。ＢＮのコーティングは、化学蒸着により得られるが、この場合コーティングされるべきでない表面部分はマスクされる。
【００２６】
部材支持部を構成する止め具２５は、金属、例えばスチールでつくられることができる。それらは、都合よく、そのハウジング内で冷間ひだ付け（コールドクリンプ）されている。止め具は、例えば電気銅めっきにより、銅で被覆されることができ、これによりそれらが、処理されるべきスチール製の部材に接着するのが防止される。
【００２７】
図２は、本発明にかかるローダデバイスのもう１つの実施形態を示している。ここでは、とくに、自動車用の中空スチール製トランスミッションシャフトなどといった、細長い円柱形の対称形部材１１０を、加熱炉内で浸炭処理が施されるのを可能にするために支持することが目論まれている。
【００２８】
上記の実施形態と同様に、基部中心から突出して鉛直方向に伸びその自由端が係合ヘッド１３１により終端されているポール１３０を有する基部１２０が設けられていることがわかる。
【００２９】
水平なトレー１４０（すべてが図示されているのではない）は、予め設定された間隔でもってポール１３０のまわりに取りつけられ、それらは部材１１０（すべてが図示されているのではない）用の支持部も構成しているスペーサ１５０（すべてが図示されているのではない）によって互いに離間させられている。
【００３０】
スペーサ１５０は独立型のロッド形のものであって、該ロッドは、それらを支持し、かつその上のトレーの下側に形成された各ブッシュ１４３と係合する円錐台型の自由端を有するトレーに形成された穴部の下端部と係合している。
【００３１】
図示された具体例では、トレー１４０は、該トレーの中央通路１４１を通り抜けるポール１３０の軸まわりに、２つの異なる角度位置で交互に配置された２つのタイプのもの１４０ａ、１４０ｂを含み、ここにおいてトレーの総数は、第１の実施形態の場合と同様に、好ましく奇数とされている。
【００３２】
さらに、その上に部材１１０と係合している各スペーサ１５０は、上記２つのトレー（１４０ａ）間に配置された角度的にずれたトレー（１４０ｂ）に形成された開口部ないしは切抜部１４２を通り抜ける、同一の角度位置を占める２つのトレー（例えば、２つのトレー１４０ａ）間で伸長している。かくして、各スペーサは、２つの連続したトレー間の距離の実質的に２倍の高さにわたって伸長し、これにより比較的長い部材がロードを最適化しつつ支持されるのを可能にする。それらの間にある数ｎのトレーをもつ２つのトレー間で伸長するスペーサを用いるための設備が設けられてもよい。この場合、トレーは、ｎ個の異なるグループに分布させられ、ここにおいて任意のグループ内のトレーは、他のグループによって占められる角度位置とは異なる、同一の角度位置を占める。
【００３３】
基部及び最下のトレー１４０ａは、所望の角度位置で、最下のトレー１４０ａと最下のトレー１４０ｂとをそれぞれ支持するのに役立つ特定のスペーサ１５１を担持している。
【００３４】
とくに、トレー１４０ａ又は１４０ｂによって担持されているスペーサ１５０の（そしてブッシュ１４３の）ポール１３０の軸に対する相対的な位置は、その上に配置された同一タイプの次のトレーの角度位置を決定できるように、異なっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるローダデバイスの第１実施形態の断片的な斜視図である。
【図２】本発明にかかるローダデバイスの第２実施形態の斜視図である。

Claims

耐熱構造の複合材料で形成され、スペーサによって互いに離間させられた複数のトレーを含んでいる、加熱炉内で熱処理が施される部材を支持するためのローダデバイスであって、
基部（２０、１２０）と、
該基部に固定され、該基部の中心部から突出して、少なくとも該ローダデバイスの全高にわたって伸長するローディングポール（３０、１３０）と、
それぞれローディングポールを通すための中央通路が設けられている複数のローディングトレー（４０、１４０）とを含んでいて、
各ローディングトレーが、連続するトレーが予め設定された間隔で組みつけられるのを可能にする複数のスペーサ（５０、１５０、１５１）を担持し、
各トレーが、同数のスペーサを担持し、
トレーによって担持されたスペーサが、一旦トレーとスペーサとが互いに組みつけられたときには該ローダデバイスの高さまで伸長する複数の積載物担持柱状体を形成するように配列され、
各トレーによって担持されているスペーサのうちの少なくとも１つが、同一のトレーによって担持されている他のスペーサとは、該トレーに対する相対的な配置が異なり及び／又は寸法が異なり、これによりトレーが組みつけられるときにそれらが見出し付けされることが可能となっていることを特徴とするローダデバイス。
各トレー（４０、１４０）が、スペーサ受け入れ手段を有し、該手段は、その下に位置するトレーによって担持されているスペーサの端部を受け入れることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
各トレー（４０、１４０）が、予め設定された位置に部材を位置決めするための部材位置決め手段（４５、１５０）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
該ローダデバイスが、部材位置決め手段がスペーサ（５０）に対して相対的な第１の位置を占める第１のトレー（４０ａ）と、部材位置決め手段がスペーサに対して相対的な第２の位置を占める第２のトレー（４０ｂ）とを有していて、第２の位置は第１の位置とは異なることを特徴とし、
かつ第１のトレーが第２のトレーと交互に並び、これにより部材位置決め手段が全面的には鉛直方向に一列とならないようになっていることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
各トレー上において、少なくとも１つのスペーサのローリングポールに対する相対的な配置が、その他のスペーサのそれとは異なり、
少なくとも１つのスペーサがその他のスペーサのそれとは異なる寸法であり、これにより２つの等しいトレーが、一方が他方の直上にくるといった形態で取りつけられることが不可能となり、もってトレーがローリングポールのまわりに要求される角度位置でのみ組みつけられることができるようになっていることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
少なくともいくつかのスペーサ（１５０）が上記位置決め手段を構成していることを特徴とする、請求項３に記載のデバイス。
各スペーサ（５０、１５０、１５１）が、これを担持するトレーに固定されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のデバイス。
各トレー上の少なくとも１つのスペーサのローリングポールに対する相対的な配置が、その他のスペーサの配置とは異なり、及び／又は、その寸法がその他のスペーサのそれとは異なり、これにより等しいトレーが、ローリングポールの回りに予め設定された角度位置でもってのみ一緒に組みつけられることができるようになっていることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。
該ローダデバイスが奇数のトレーを有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のデバイス。
基部によってかつ各トレーによって担持されるスペーサが、不規則な多角形の頂点に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載のデバイス。
各トレーによって担持される各スペーサが、その端部に、その上のトレー中の対応するハウジングと係合するように構成された部分を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のデバイス。
各トレーによって担持されているスペーサ中の少なくとも１つが、その端部に、同一のトレーによって担持されているその他のスペーサの端部の小寸法部とは異なる小寸法部を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
スペーサ（１５０）が２つのトレー（１４０）間で伸長し、該トレーはこれらの間に配置された１つ又はこれより多いトレーを有し、
該トレーが、他のグループの角度位置とは異なる、同一の角度位置を占める各グループ中のトレーを伴った複数のグループを形成していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１つに記載のデバイス。
基部が、ローディングトレーを構成することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１つに記載のデバイス。