JP4582339B2 - High frequency heat treatment apparatus and heat treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、金属製品の熱処理技術に関するものである。 The present invention relates to a heat treatment technique for metal products.
クランクシャフト等、所定の機械的性質を得るための熱処理工程を必要とする金属製品の場合、熱処理工程を経ていない製品が誤流出してしまうことを防ぐために、熱処理済みか否かの確認作業が必要不可欠となっている。この確認作業を確実に行う手法として、例えば、製品を撮影して画像処理を施すことにより、製品の焼き色の有無を自動判別する手法(例えば、特許文献1参照。)や、熱処理工程が完了していることを示す熱処理済み標として、製品上に刻印やインク塗布を行い、それらの熱処理済み標を目視確認する手法があげられる。 In the case of a metal product that requires a heat treatment process for obtaining predetermined mechanical properties, such as a crankshaft, it is necessary to confirm whether or not the heat treatment has been completed in order to prevent a product that has not undergone the heat treatment process from being accidentally leaked. It is indispensable. As a method for surely performing this confirmation work, for example, a method of automatically determining the presence or absence of a baked color of a product by photographing the product and performing image processing (see, for example, Patent Document 1) or a heat treatment process is completed. As a heat-treated mark indicating that the heat treatment has been performed, there is a technique in which marking or ink application is performed on the product and the heat-treated mark is visually confirmed.
しかしながら、製品の焼き色の有無を自動判別する手法は、判別装置にコストがかかる点や、熱処理工程後に製品の焼き色が明確に現れないような場合には用いることができない、といった欠点が問題となっていた。一方、製品上に刻印やインク塗布を行う手法の場合には、熱処理設備とは別に刻印用の設備を設けて刻印作業を行うことによるコストの発生や、刻印の有無の判別が比較的判り難く、更には、熱処理を経ていない製品に対しても誤って刻印を施してしまうことを確実に防ぐ必要がある、等々の諸問題が指摘されていた。他方、インク塗布の場合も、インク塗布用の設備の設置及び塗布作業によるコストが発生する点や、設備内のインク汚れを定期的に洗浄する必要がある点、更には、インク切れによるインクの未塗布品の流出を確実に防ぐ必要がある、等々の諸問題が指摘されていた。 However, the method of automatically determining whether or not the product has a baked color has problems such as the cost of the discriminating apparatus and the disadvantage that it cannot be used when the product baked color does not appear clearly after the heat treatment process. It was. On the other hand, in the case of the method of engraving and applying ink on the product, it is relatively difficult to determine the cost and the determination of the presence or absence of engraving by providing engraving equipment separately from the heat treatment equipment. Furthermore, it has been pointed out that various problems have been pointed out, for example, that it is necessary to reliably prevent a product that has not undergone heat treatment from being imprinted by mistake. On the other hand, in the case of ink application, there are costs associated with installation and application work of ink application equipment, the need to regularly clean ink stains within the equipment, Various problems have been pointed out that it is necessary to reliably prevent the uncoated product from flowing out.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークが、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to easily and surely determine whether or not the work has been heat-treated without incurring equipment costs or work costs. There is.
上記課題を解決するための、本発明に係る高周波熱処理装置は、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分と、前記一定半径筒状の部分よりワークの表面に導線が接近するように、前記一定半径筒状の部分に対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分と、を有するインダクションコイルを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、ワークの高周波加熱を行う際に、インダクションコイルの、一定半径筒状の部分に対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分が、ワークの一定半径筒状の部分よりワーク表面に接近することで、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。
In order to solve the above problems, the high-frequency heat treatment apparatus according to the present invention is such that the winding shape of the conducting wire is a constant radius cylindrical portion, and the conducting wire approaches the surface of the workpiece from the constant radius cylindrical portion. An induction coil having a portion in which a winding shape of a conducting wire is discontinuously formed with respect to the constant radius cylindrical portion is provided.
According to the present invention, when high-frequency heating of a workpiece is performed, the portion of the induction coil in which the winding shape of the conductive wire is discontinuously formed with respect to the constant-radius cylindrical portion is the constant-radius cylindrical portion of the workpiece. By approaching the workpiece surface more, eddy current generated in the workpiece due to the magnetic field of the coil increases in the vicinity of the specific portion, and Joule heat generated in the portion increases. Therefore, the specific part of the work can be heated to the oxidation temperature or higher and colored at the same time as the heating of the part requiring heat treatment of the work. And it becomes possible to identify easily and reliably visually whether the heat processing process is completed because the specific part is colored by oxidation.
又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線は、前記一定半径筒状の部分の、円周上の二点を一直線につないだ巻き線形状に形成されていることが望ましい。
この構成によれば、コイルを構成する導線の、円周上の二点を一直線につなぐ部分がワークの特定部分の表面に最接近し、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。
Moreover, in this invention, the conducting wire which concerns on the part in which the winding shape of the said conducting wire was formed discontinuously was made into the winding shape which connected two points on the circumference of the said constant radius cylindrical part in a straight line. It is desirable that it be formed.
According to this configuration, the part of the conducting wire constituting the coil that connects two points on the circumference in a straight line is closest to the surface of the specific part of the work, and is generated in the work by the magnetic field of the coil in the vicinity of the specific part. Eddy current increases, and Joule heat generated in the portion increases. Therefore, the specific part of the work can be heated to the oxidation temperature or higher and colored at the same time as the heating of the part requiring heat treatment of the work. And it becomes possible to identify easily and reliably visually whether the heat processing process is completed because the specific part is colored by oxidation.
又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、一体に構成されているものである。
本発明のごとく、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とが一体に構成されている場合には、インダクションコイルの構成部品数が少なくなり、構造の単純化が図られる。
Further, in the present invention, the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire has a constant radius cylindrical shape and the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire is formed discontinuously are integrally configured. It is what.
As in the present invention, in the case where the conductive wire related to the portion where the winding shape of the conductive wire is a constant radius cylinder and the conductive wire related to the portion where the winding shape of the conductive wire is formed discontinuously are integrally configured, The number of components of the induction coil is reduced, and the structure is simplified.
又、本発明においては、前記導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、前記導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とは、別体に構成され連結されていることとしても良い。
このように、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分に係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分に係る導線とが、別体に構成され連結されている場合には、それぞれの部分を別工程で製造することが可能となるので、製造が容易となり、なおかつ、各形状部分をユニット化して組合せることで、様々なワーク形状にも柔軟に対応することが可能となる。
Further, in the present invention, the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire has a constant radius cylindrical shape and the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire is formed discontinuously are configured separately. It is good also as being connected.
Thus, when the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire has a constant radius and the conducting wire related to the portion where the winding shape of the conducting wire is formed discontinuously are configured and connected separately. Since each part can be manufactured in a separate process, manufacturing is easy, and various shape parts can be flexibly supported by combining each shape part as a unit. It becomes possible.
又、上記課題を解決するための、本発明に係る熱処理方法は、ワークの熱処理が必要な部位に対するインダクションコイルを用いた加熱と同時進行で、前記ワークの熱処理が必要な部位とは異なる特定部位に対し、前記インダクションコイルを構成する導線の一部分を、前記ワークの熱処理が必要な部位より接近させ、前記特定部位を酸化色が付く温度へと加熱することを特徴とするものである。
本発明によれば、インダクションコイルを構成する導線の一部分をワークの特定部位に対し接近させることで、かかる特定部分の近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流を増加させ、その部分に発生するジュール熱を増大させる。よって、ワークの熱処理が必要な部位に対する加熱と同時進行で、ワークの特定部分を酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる。そして、特定部分が酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。この際、ワークの熱処理が必要な部位については、所望の加熱温度を超えることはない。
In addition, the heat treatment method according to the present invention for solving the above-described problem is a specific part different from the part requiring heat treatment of the workpiece, simultaneously with the heating using the induction coil for the part requiring heat treatment of the workpiece. On the other hand, a part of the conducting wire constituting the induction coil is brought closer to a part where heat treatment of the workpiece is required, and the specific part is heated to a temperature at which an oxidation color is given.
According to the present invention, by bringing a part of the conducting wire constituting the induction coil closer to a specific part of the work, an eddy current generated in the work by the magnetic field of the coil is increased in the vicinity of the specific part. Increases the generated Joule heat. Therefore, the specific part of the work can be heated to the oxidation temperature or higher and colored at the same time as the heating of the part requiring heat treatment of the work. And it becomes possible to identify easily and reliably visually whether the heat processing process is completed because the specific part is colored by oxidation. At this time, a desired heating temperature is not exceeded for a portion that requires heat treatment of the workpiece.
本発明はこのように構成したので、熱処理製品が、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことが可能となる。 Since this invention was comprised in this way, it becomes possible to discriminate | determine whether the heat processing product has been heat-processed easily and reliably, without producing installation cost and work cost.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本説明では、図3に示されるように、ワークWの具体例としてクランクシャフトが挙げられている。又、熱処理として、このワークWに焼戻しを行う場合が例示されている。
本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置10は、図1に示されるように、高周波発信器12、トランス14及びインダクションコイル16を備えている。又、インダクションコイル16は、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分16Aと、一定半径筒状の部分16Aに対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bと、を有している。導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bは、ワークWの、焼戻しが必要な部位(図3の例では、クランクピンWa)を除く特定部位の表面に対し、導線が最接近する(ワーク表面と導線との距離が、他の部位に比べ最も接近する)ような形状に形成されている。この特定部位は、酸化温度以上に加熱されても支障を生じない部分であることが望ましく、図3の例では、クランクシャフトWbが特定部位となっている。なお、図1において符号16aで示される部分は、熱処理の際に生じる導線の振動を抑制するためのステーである。導線は、このステー16aに対し、複数のボルト17によって固定されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In this description, as shown in FIG. 3, a crankshaft is cited as a specific example of the workpiece W. Moreover, the case where this workpiece | work W is tempered as heat processing is illustrated.
As shown in FIG. 1, the high-frequency
本発明の実施の形態では、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bに係る導線は、図2に示されるように、一定半径筒状の部分16Aと同一半径の円弧状の導線18と、円弧状の導線18の円周上の二点を一直線につなぐ直線状の導線20とからなる巻き線形状に形成されている。そして、ワークWに焼戻しを行う際には、図1に示されるように、インダクションコイル16内部の所定位置へとワークWがセットされることで、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bの、直線状の導線20が、クランクシャフトWbの表面に最接近するようになっている。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the conducting wire related to the
本発明の実施の形態におけるワークWの焼戻し作業は、図4に示される手順で行われる。まず、受渡ステーション22から、高周波熱処理装置10が設けられている加熱ステーション24へとワークWが搬入され(矢印(i)、(ii))、加熱ステーション24において、ワークWが加熱される。加熱されたワークWhは、加熱ステーション24から冷却ステーション26へと搬送され(矢印(iii)、(iv)、(v))、冷却ステーション26において冷却される。冷却されたワークWcは、冷却ステーション26から、再び受渡ステーション22へと搬送される(矢印(vi)、(vii))。なお、上記各ステーションへのワークの搬入出は、コンベヤ、トレー、ロボット等、必要に応じ様々な搬送手段により行うことができる。
The tempering operation of the workpiece W in the embodiment of the present invention is performed according to the procedure shown in FIG. First, the workpiece W is carried from the
図5には、高周波熱処理装置10によって加熱されたワークWの、焼戻しが必要な部位(クランクピンWa)の温度変化を符号Taで、焼戻しが必要な部位を除く特定部位(クランクシャフトWb)の温度変化を符号Tbで示している。図中、縦軸は温度T(℃)を、横軸は時間t(s)を表している。図5から明らかなように、焼戻しが必要な部位の温度を酸化温度To以下でかつ焼戻しに必要な温度(250〜300℃以上)に加熱する際に、特定部位が酸化温度Toを超え、図6に符号50で示される酸化色(模式的に網目で示す)が付くような温度(300℃以上)へと、特定部位を加熱することが可能となる。なお、酸化色は、目視確認が可能な程度に付されていれば良く、色むら等の発生は、判別作業の際、特に問題とはならない。
In FIG. 5, the temperature change of a part (crank pin Wa) that requires tempering of the workpiece W heated by the high-frequency
上記構成を有する本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、インダクションコイル16の、一定半径筒状の部分16Aに対し導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bが、一定半径筒状の部分16Aよりワークの特定部分Wbの表面に接近することで、かかる特定部分Wbの近傍において、コイルの磁界によりワークWに発生する渦電流が増加し、その部分に発生するジュール熱が増大する。よって、ワークWの熱処理が必要な部位Waに対する加熱と同時進行で、ワークWの特定部分Wbを酸化温度以上に加熱し、酸化色を着色させることが可能となる。そして、特定部分Wbが酸化により着色されることで、ワークWが焼戻し工程を完了しているか否かの判別を、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。
よって、本発明の実施の形態によれば、従来の、製品の焼き色の有無を画像処理して自動判別する手法や、製品上に刻印やインク塗布を行う手法と異なり、ワークWが、熱処理済みであるか否かの判別を、設備コストや作業コストを生じることなく、容易かつ確実に行うことが可能となる。
According to the embodiment of the present invention having the above-described configuration, the following operational effects can be obtained.
First, the
Therefore, according to the embodiment of the present invention, unlike the conventional method of automatically determining the presence / absence of a baked color of a product and the method of automatically engraving or applying ink on a product, the workpiece W is subjected to heat treatment. It is possible to easily and reliably determine whether or not it is completed without incurring equipment costs or work costs.
又、本発明の実施の形態に係る焼戻し方法は、ワークWの焼戻しが必要な部位Waに対するインダクションコイル16を用いた加熱と同時進行で、ワークWの熱処理が必要な部位とは異なる特定部位Wbに対し、インダクションコイル16を構成する導線の一部分16Bを、ワークWの熱処理が必要な部位Waより接近させ、特定部位Wbを酸化色が付く温度へと加熱するものである。
この方法によれば、ワークWの特定部位Wbの近傍において、コイルの磁界によりワークに発生する渦電流を増加させ、その部分に発生するジュール熱を増大させる。よって、ワークWの熱処理が必要な部位Waに対する熱処理と同時進行で、ワークの特定部分Wbを酸化温度以上に加熱し、着色させることが可能となる(図6)。そして、特定部分Wbが酸化により着色されることで、熱処理工程が完了しているか否かの判別を、目視により容易かつ確実に識別することが可能となる。この際、ワークの熱処理が必要な部位Wbについては、所望の加熱温度を超えることはないので(図5のTa参照)、ワークWの焼戻しが必要な部位Waに、必要な機械的性質を与えることができる。従って、熱処理工程が完了しているか否かを、目視により容易かつ確実に識別することが可能な、熱処理製品を提供することが可能となる。
Further, the tempering method according to the embodiment of the present invention is a specific part Wb different from the part that requires heat treatment of the workpiece W at the same time as the heating using the
According to this method, in the vicinity of the specific portion Wb of the workpiece W, the eddy current generated in the workpiece by the magnetic field of the coil is increased, and the Joule heat generated in that portion is increased. Therefore, the specific portion Wb of the workpiece can be heated to the oxidation temperature or higher and colored at the same time as the heat treatment for the portion Wa requiring the heat treatment of the workpiece W (FIG. 6). Then, the specific portion Wb is colored by oxidation, so that it is possible to easily and reliably discriminate whether or not the heat treatment process has been completed. At this time, the portion Wb that requires heat treatment of the workpiece does not exceed the desired heating temperature (see Ta in FIG. 5), and therefore the necessary mechanical properties are given to the portion Wa that requires tempering of the workpiece W. be able to. Accordingly, it is possible to provide a heat treatment product that can easily and reliably identify whether or not the heat treatment step is completed.
なお、本発明の実施の形態では、ワークWがクランクシャフトであり、かつ、インダクションコイル16の内部にワークWをセットして焼戻しを行う場合を例示して説明したことから、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bは、製造の便宜上最も単純な形状である、円弧状の導線18と、円弧状の導線18の円周上の二点を一直線につなぐ直線状の導線20とからなる巻き線形状となっている。しかしながら、例えば、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bを、クランクシャフトWbの外周を包むように円弧状又は小径の円形に導線を形成することとしても良い。又、インダクションコイル16の外周部にワークをセットして焼戻しを行うような場合には、そのようなワークの形状に応じて、各ワークの特定部分に導線の一部分が最接近するように、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bを形成することとする。
In the embodiment of the present invention, the case where the workpiece W is a crankshaft and the workpiece W is set in the
又、本発明の実施の形態では、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分16Aに係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bに係る導線とが一体に構成されていることで、インダクションコイル16の構成部品数が少なくなり、構造の単純化が図られている。しかしながら、導線の巻き線形状が一定半径筒状の部分16Aに係る導線と、導線の巻き線形状が不連続に形成された部分16Bに係る導線とを別体に構成し、それらを連結することとしても良い。この場合には、インダクションコイル16のそれぞれの部分を別工程で製造することが可能となるので、各形状部分の製造が容易となり、なおかつ、各部をユニット化して組合せることで、様々なワーク形状にも柔軟に対応することが可能なインダクションコイル16を提供することが可能となる。
更には、インダクションコイル16を焼入れ用に構成することで、本発明の実施の形態に係る高周波熱処理装置10及び熱処理方法を、焼入れ工程にも用いることも可能である。
Further, in the embodiment of the present invention, the conducting wire related to the
Furthermore, by configuring the
10:高周波熱処理装置、16:インダクションコイル、16A:一定半径筒状の部分、16B:導線の巻き線形状が不連続に形成された部分、18:円弧状の導線、20:直線状の導線、W:ワーク、Wa:熱処理が必要な部位、Wb:ワークの特定部位 10: induction heat treatment apparatus, 16: induction coil, 16A: cylindrical portion having a constant radius, 16B: a portion where the winding shape of the conductive wire is formed discontinuously, 18: an arc-shaped conductive wire, 20: a linear conductive wire, W: workpiece, Wa: site requiring heat treatment, Wb: specific site of workpiece
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