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 - Google Patents
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Description
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−0 518 746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−0 518 746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 (14)
- 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。
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