JP4752789B2 - 高周波焼入装置及び高周波焼入方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼製ボルト等の軸状ワークに対して焼入れを行う高周波焼入装置及び高周波焼入方法に関し、特に、一度に複数の軸状ワークに対して均一に焼入れを行うことが可能な高周波焼入装置及び高周波焼入方法に関する。

従来、軸状ワークの高周波焼入装置の発明として、例えば、図５に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図５は、特許文献１に係る立体状ワークの無酸化高周波焼入装置の平面図である。
図５に示す無酸化高周波焼入装置１００は、歯車（ワーク）Ｗを載置する複数のワーク受け１０１と、ワーク受け１０１が挿通されるターンテーブル１０２と、ターンテーブル１０２をステップ状に回転させる回転手段（図示せず）と、ワーク受け１０１を昇降させる昇降手段（図示せず）とを備えている。また、無酸化高周波焼入装置１００は、歯車Ｗの経路に配設されたトンネル状の熱処理室１０４と、熱処理室１０４の入口全面を塞ぐ自動開閉扉１０５とを備えている。熱処理室１０４は、予備ゾーン１０６と、予熱ゾーン１０７と、本加熱焼入ゾーン１０８とを有している。そして、予熱ゾーン１０７には、並行に配置された一対の予熱コイル１０９が設けられている。また、本加熱焼入ゾーン１０８には、各ワーク受け１０１上に載置された歯車Ｗを取り囲むことが可能な環状の加熱コイル１１０が設けられている。さらに、熱処理室１０４の下方には、冷却液が収容された冷却液タンク（図示せず）が配設されている。

無酸化高周波焼入装置１００では、まず、回転手段によるターンテーブル１０２の図５に示す矢印Ｔ方向へのステップ状の回転を開始後、１番目の歯車Ｗが、自動開閉扉１０５の手前のワーク受け１０１に載置される。すると、歯車Ｗは、ターンテーブル１０２が回転することにより、自動開閉扉１０５を介して熱処理室１０４内へと搬送される。熱処理室１０４内へと搬送された歯車Ｗは、まず、予熱ゾーン１０７で予熱コイル１０９による予熱が行われる。そして、歯車Ｗが本加熱焼入ゾーン１０８まで搬送されると、加熱コイル１１０が降下して歯車Ｗを取り囲む。そして、歯車Ｗは、加熱コイル１１０による本加熱が行われる。さらに、本加熱が完了した歯車Ｗは、ワーク受け１０１が昇降手段により降下されることにより、冷却液中に浸漬されて冷却が行われる。そして、冷却が完了した歯車Ｗは、ワーク受け１０１が昇降手段により上昇されることにより、冷却液の液面上に上昇される。さらに、冷却液の液面上に上昇された歯車Ｗは、ワーク受け１０１から取り外される。また、２番目の歯車Ｗは、１番目の歯車Ｗが予備ゾーン１０７に搬送されたときに、自動開閉扉１０５の手前のワーク受け１０１に載置され、その後、１番目の歯車Ｗと同様に焼入れが行われる。３番目以下の歯車Ｗについても同様である。

また、軸状ワークの高周波焼入装置の別の発明として、例えば、図６に示すものが知られている（特許文献２参照）。
図６は、特許文献２に係る高周波焼入装置の側面図である。
図６に示す高周波焼入装置２００は、歯車（ワーク）Ｗを載置する複数のワーク受け２０１と、ワーク受け２０１が備えられるターンテーブル２０２と、ターンテーブル２０２を回転させるワーク公転手段２０３と、ワーク受け２０１を昇降させるワーク昇降手段２０４と、ワーク受け２０１を回転させるワーク自転手段２０５とを備えている。また、高周波焼入装置２００は、歯車Ｗの経路に配設された、予熱手段２０６と、本加熱手段２０７と、冷却手段２０８とを備えている。

ターンテーブル２０２は、焼入液Ｌが収容されているタンク２０９中に配設される。そして、ターンテーブル２０２は、ワーク公転手段２０３により軸２２０を介して間歇的に回転される。
ターンテーブル２０２の周縁部には、等間隔に複数の垂直ロッド２１０が挿通されている。そして、各ワーク受け２０１は、各垂直ロッド２１０の上端部に配設されている。各ワーク受け２０１は、ワーク自転手段２０５により垂直ロッド２１０を介して回転される。また、各ワーク受け２０１は、ワーク昇降手段２０４により垂直ロッド２１０を介して昇降される。

予熱手段２０６は、予熱コイル２１１と、予熱コイル２１１に高周波電力を供給するトランス２１２とを備えている。
本加熱手段２０７は、ワーク受け２０１上に載置された歯車Ｗを取り囲むように水平に配設される環状の高周波加熱コイル２１３と、高周波加熱コイル２１３に高周波電力を供給するトランス２１４と、加熱コイル昇降装置２１５とを備えている。

高周波焼入装置２００では、まず、歯車Ｗが搬入ステーション（図示せず）にあるワーク受け２０１上に載置され、ワーク公転手段２０３が起動される。すると、歯車Ｗは、ターンテーブル２０２が回転されることにより予熱ステーションＢへと搬送され、ワーク自転手段２０５により回転されながら予熱コイル２１１により加熱される。次に、歯車Ｗが本加熱ステーションＣまで搬送されると、高周波加熱コイル２１３が、加熱コイル昇降装置２１５により降下されて、歯車Ｗを取り囲むように設置される。そして、歯車Ｗは、ワーク自転手段２０５により回転されながら高周波コイル２１３により加熱される。加熱が完了した歯車Ｗは、ワーク受け２０１がワーク昇降手段２０４により降下されることにより、焼入液Ｌ中に浸漬されて冷却が行われる。冷却が完了した歯車Ｗは、ワーク受け２０１がワーク昇降手段２０４により上昇されることにより、焼入れ液Ｌの液面上に上昇される。さらに、焼入れ液Ｌの液面上に上昇された歯車Ｗは、ワーク受け２０１から取り出されて、焼入れを完了する。また、１番目の歯車Ｗが予熱ステーションＢに到着したとき、２番目の歯車Ｗが搬入ステーションにきたワーク受け２０１に載置され、以下、１番目の歯車Ｗと同様に焼入が行われる。３番目以下の歯車Ｗについても同様である。
実用新案登録第２５４１４９５号公報 特開平６−１００９４５号公報

しかしながら、図５に示す無酸化高周波焼入装置１００及び図６に示す高周波焼入装置２００では、焼入れされた製品の硬度等の品質にばらつきが生じることを防止するために、ワークを１つずつ処理する構成となっている。したがって、図５に示す無酸化高周波焼入装置１００及び図６に示す高周波焼入装置２００では、処理効率が悪いという問題がある。

本発明は上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、一度に複数の軸状ワークに対して同時に焼入れを行うことができ、処理効率を向上させることが可能な高周波焼入装置及び高周波焼入方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、一度に複数の軸状ワークに対して同時に焼入れを行うにあたって、全ての軸状ワークに対して均一に焼入れを行うことが可能な高周波焼入装置及び高周波焼入方法を提供することにある。

本願請求項１記載の軸状ワークの高周波焼入装置は、鉛直方向に延びる主軸を中心に回転することが可能に配設され、前記主軸を中心とする同心円上に複数のワーク保持手段が設けられたワーク保持板と、
前記ワーク保持板を回転させる第一の回転手段とを備えてなり、
前記各ワーク保持手段が、軸状ワークを軸の延びる方向を鉛直方向として保持する高周波焼入装置であって、
前記ワーク保持板の外方であって、前記主軸を中心とする同心円上に円環状に配設された高周波加熱コイルと、
前記高周波加熱コイルの下方に配設された冷却手段と、
前記ワーク保持板を鉛直方向に移動させる移動手段と、
前記各ワーク保持手段に保持された前記軸状ワークを、前記軸を中心として回転させる第二の回転手段とを備えてなることを特徴とする。

また、本願請求項２記載の軸状ワークの高周波焼入方法は、鉛直方向に延びる主軸を中心に回転することが可能に配設されたワーク保持板の前記主軸を中心とする同心円上に、軸の延びる方向を鉛直方向として保持された複数の軸状ワークを高周波加熱コイルにより加熱する工程と、
前記加熱工程が終了した前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークを冷却手段により冷却する工程とを有する高周波焼入方法であって、
前記高周波加熱コイルによる前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークの加熱が、前記ワーク保持板を前記主軸を中心に回転させるとともに、前記各軸状ワークを前記軸を中心として回転させて、前記ワーク保持板に保持された全ての前記軸状ワークに対して同時に行われることを特徴とする。

さらに、本願請求項３記載の軸状ワークの高周波焼入方法は、請求項２記載の軸状ワークの高周波焼入方法において、前記冷却手段による前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークの冷却が、前記ワーク保持板を前記主軸を中心に回転させるとともに、前記各軸状ワークを前記軸を中心として回転させて、前記ワーク保持板に保持された全ての前記軸状ワークに対して同時に行われることを特徴とする。

本願請求項１記載の高周波焼入装置又は請求項２若しくは３記載の高周波焼入方法によれば、軸状ワークに対する焼入れを行う際に、軸状ワークを公転及び自転させつつ加熱を行う構成により、一度に複数の軸状ワークに対して同時に焼入れを行うことができ、処理効率を向上させることが可能となる。
また、本願請求項１記載の高周波焼入装置又は請求項２若しくは３記載の高周波焼入方法によれば、軸状ワークに対する焼入れを行う際に、軸状ワークを公転及び自転させつつ加熱及び冷却を行う構成により、一度に複数の軸状ワークに対して同時に焼入れを行うにあたって、全ての軸状ワークに対して均一に焼入れを行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る高周波焼入装置を図面を参照して説明する。
なお、本発明に係る高周波焼入装置は、鋼製ボルト、鋼製歯車等の軸状ワークの焼入れを行うためのものである。本実施形態では、本発明に係る高周波焼入れ装置を鋼製ボルトの焼入れを行う高周波焼入装置として構成した場合を例にして説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る高周波焼入装置の概略斜視図である。図２は、図１に示す高周波焼入装置の側面断面図である。図３は、図１に示す高周波焼入装置に設けられるボルト保持孔の側面断面図である。
図１及び図２に示す高周波焼入装置１は、ワーク移動部２と、ワーク移動部２の外方に配設された高周波加熱コイル３と、高周波加熱コイル３の鉛直方向（図１及び図２における上下方向）下方に配設された冷却手段４とを備えてなる。

ワーク移動部２は、図１及び図２に示すように、複数のボルト（ワーク）Ｂを保持するワーク保持板１０と、ワーク保持板１０を回転させる第一の回転手段２０と、ワーク保持板１０を鉛直方向に移動させる移動手段２１と、ワーク保持板１０に保持された各ボルトＢを回転させる複数の第二の回転手段３０とを備えている。なお、図１では、第二の回転手段３０の図示を省略している。
ワーク保持板１０は、図１に示すように、円盤状に形成され、中心部に鉛直方向上方に延びる主軸１１が配設されている。また、ワーク保持板１０は、絶縁体により形成されている。ワーク保持板１０の主軸１１を中心とする同心円α上には、複数（本実施形態では８つ）のワーク保持手段１２が等間隔で設けられている。

各ワーク保持手段１２は、図３に示すように、ボルトＢのねじ部を上方から挿入可能な貫通孔として構成されている。各ワーク保持手段１２の直径は、ボルトＢのねじ部の直径以上、ボルトＢの頭部の直径未満に設定されている。すなわち、ワーク保持手段１２は、ボルトＢを軸の延びる方向を鉛直方向とした状態で保持することが可能となっている。
第一の回転手段２０は、主軸１１を介してワーク保持板１０を周方向（図１における矢印Ａ方向）に回転させることが可能なように構成されている。
移動手段２１は、主軸１１を介してワーク保持板１０を鉛直方向に移動させることが可能なように構成されている。

各第二の回転手段３０は、図２に示すように、鉛直方向に延びて、互いに開閉することが可能な一対の挟持軸３１と、一対の挟持軸３１を回転させる回転部３２とを備えている。一対の挟持軸３１は、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢを鉛直方向から挟持する。そして、第二の回転手段３０は、回転部３２が両挟持軸３１を回転させることにより、両挟持軸３１により挟持されたボルトＢを周方向（図３に示す矢印Ｃ方向）に回転させることが可能となっている。ここで、各第二の回転手段３０は、ワーク保持板１０が回転することにより各ワーク保持手段１２が主軸１１を中心とする同心円α上を移動する際に、各ワーク保持手段１２に同期して同心円α上を移動するように構成されている。また、各第二の回転手段３０は、ワーク保持板１０が下降することにより各ワーク保持手段１２が下降する際に、各ワーク保持手段１２に同期して下降するように構成されている。

高周波加熱コイル３は、図１及び図２に示すように、ワーク保持板１０の外方であって、主軸１１を中心とする同心円上に円環状に配設されている。そして、高周波加熱コイル３は、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢを加熱することが可能となっている。
冷却手段４は、図２に示すように、高周波加熱コイル３の鉛直方向下方に配設されている。冷却手段４は、本実施形態では、冷却水を噴射することが可能な冷却ノズルとして構成されている。そして、冷却手段４は、主軸１１を中心とする同心円上に円環状に配設され、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢに対して冷却水Ｌを噴射することが可能となっている。

次に、高周波焼入装置１によりボルトＢの焼入れを行う際の作用について説明する。
高周波焼入装置１の初期状態では、ワーク保持板１０が、移動手段２１により上昇され、高周波加熱コイル３の鉛直方向上方に配置された状態となっている。また、第二の回転手段３０の両挟持軸３１は、互いに開いた状態となっている。
高周波焼入装置１によりボルトＢの焼入れを行う際には、まず、ボルトＢが、初期状態の高周波焼入装置１のワーク保持板１０のワーク各保持手段１２に挿入される。

そして、第二の回転手段３０の両挟持軸３１が互いに閉じられることにより、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢが、第二の回転手段３０により挟持される。
次に、第一の回転手段２０によるワーク保持板１０の回転が開始されるとともに、第二の回転手段３０による各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢの回転が開始される。この場合、各ボルトＢは、ワーク保持板１０が回転されることにより主軸１１を中心とする同心円α上を移動（以下、公転という）するとともに、各ボルトＢ自身も軸を中心として回転（以下、自転という）することとなる。

そして、ワーク保持板１０が、移動手段２１により下降されて、高周波加熱コイル３の内方に配置される。これにより、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢが、高周波加熱コイル３により加熱される。この場合、高周波コイル３による各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢの加熱は、ワーク保持板１０に保持された全ての軸状ワークＢに対して同時に行われることとなる。また、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢは、公転及び自転しつつ高周波加熱コイル３により加熱されることとなる。したがって、高周波焼入装置１によれば、一度に複数のボルトＢに対して加熱処理を行うことが可能となるとともに、全てのボルトＢを均一に加熱することが可能となる。

ボルトＢの加熱が完了後、ワーク保持板１０が、移動手段２１により下降されて、冷却手段４の内方に配置される。これにより、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢが、冷却手段４により冷却される。この場合、冷却手段４による各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢの冷却は、ワーク保持板１０に保持された全ての軸状ワークＢに対して同時に行われることとなる。また、この場合にも、ワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢは、公転及び自転しつつ冷却手段４により冷却されるため、一度に複数のボルトＢに対して冷却処理を行うことが可能となるとともに、全てのボルトＢを均一に冷却することが可能となる。

ボルトＢの冷却が完了後、ワーク保持板１０が、移動手段２１により上昇されて、高周波加熱コイル３の上方に配置される。
そして、第一の回転手段２０によるワーク保持板１０の回転が停止されるとともに、第二の回転手段３０による各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢの回転が停止される。
さらに、第二の回転手段３０によるワーク保持板１０の各ワーク保持手段１２に保持されたボルトＢの挟持が解除され、ボルトＢが、各保持手段１２から取り出される。
以上により、高周波焼入装置１によるボルトＢの焼入れが完了する。

このように、高周波焼入装置１によれば、ボルトＢに対する焼入れを行う際に、ボルトＢを公転及び自転させつつ加熱及び冷却を行う構成により、一度に複数のボルトＢに対して同時に焼入れを行うことができ、処理効率を向上させることが可能となる。また、高周波焼入装置１によれば、ボルトＢに対する焼入れを行う際に、ボルトＢを公転及び自転させつつ加熱及び冷却を行う構成により、一度に複数のボルトＢに対して同時に焼入れを行うにあたって、全てのボルトＢに対して均一に焼入れを行うことが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、冷却手段４は、本実施形態では冷却ノズルとして構成されているが、冷却水を充填した冷却槽として構成しても構わない。

次に、本発明の実施例に係る高周波焼入装置を用いてボルトの焼入れを行った場合と、比較例に係る高周波焼入装置を用いてボルトの焼入れを行った場合を比較してその効果を説明する。
図４は、本発明例に係る高周波焼入装置により焼入れが行われたボルトの硬さと、比較例に係る高周波焼入装置により焼入れが行われたボルトの硬さとを比較する図である。

本実施例では、上記実施形態に示す高周波焼入装置１によりボルトの焼入れを行った場合を本発明例、高周波焼入装置１において各ボルトの自転をさせずにボルトの焼入れを行った場合を比較例とした。
また、１回で８本のボルトの焼入れを行い、焼入れ最高温度は９００℃を狙った。なお、焼入れされる各ボルトは、Ｍ１０のサイズのものとした。

そして、焼入れされた各ボルトの評価は、各ボルトの軸部分を切断して中心部分の硬さをビッカース硬度計により測定した。また、各ボルトについて３回ずつの測定を行った。
図４に示すように、比較例に係る高周波焼入装置により焼入れが行われたボルトは、硬さのばらつきが大きいのに対して、本発明例に係る高周波焼入装置１により焼入れが行われたボルトは、硬さがほぼ均一となっている。

本発明の実施形態に係る高周波焼入装置の概略斜視図である。 図１に示す高周波焼入装置の側面断面図である。 図１に示す高周波焼入装置に設けられるボルト保持孔の側面断面図である。 本発明例に係る高周波焼入装置により焼入れが行われたボルトの硬さと、比較例に係る高周波焼入装置により焼入れが行われたボルトの硬さとを比較する図である。 特許文献１に係る立体状ワークの無酸化高周波焼入装置の平面図である。 特許文献２に係る高周波焼入装置の側面図である。

符号の説明

１ 高周波焼入装置
２ ワーク移動部
３ 高周波加熱コイル
４ 冷却手段
Ｂ ボルト（軸状ワーク）
１０ ワーク保持板
１１ 主軸
１２ ワーク保持手段
２０ 第一の回転手段
２１ 移動手段
３０ 第二の回転手段
３１ 挟持軸
３２ 回転部

Claims (3)

1. 鉛直方向に延びる主軸を中心に回転することが可能に配設され、前記主軸を中心とする同心円上に複数のワーク保持手段が設けられたワーク保持板と、
   前記ワーク保持板を回転させる第一の回転手段とを備えてなり、
   前記各ワーク保持手段が、軸状ワークを軸の延びる方向を鉛直方向として保持する高周波焼入装置であって、
   前記ワーク保持板の外方であって、前記主軸を中心とする同心円上に円環状に配設された高周波加熱コイルと、
   前記高周波加熱コイルの下方に配設された冷却手段と、
   前記ワーク保持板を鉛直方向に移動させる移動手段と、
   前記各ワーク保持手段に保持された前記軸状ワークを、前記軸を中心として回転させる第二の回転手段とを備えてなることを特徴とする高周波焼入装置。
2. 鉛直方向に延びる主軸を中心に回転することが可能に配設されたワーク保持板の前記主軸を中心とする同心円上に、軸の延びる方向を鉛直方向として保持された複数の軸状ワークを高周波加熱コイルにより加熱する工程と、
   前記加熱工程が終了した前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークを冷却手段により冷却する工程とを有する高周波焼入方法であって、
   前記高周波加熱コイルによる前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークの加熱が、前記ワーク保持板を前記主軸を中心に回転させるとともに、前記各軸状ワークを前記軸を中心として回転させて、前記ワーク保持板に保持された全ての前記軸状ワークに対して同時に行われることを特徴とする高周波焼入方法。
3. 前記冷却手段による前記ワーク保持板に保持された前記各軸状ワークの冷却が、前記ワーク保持板を前記主軸を中心に回転させるとともに、前記各軸状ワークを前記軸を中心として回転させて、前記ワーク保持板に保持された全ての前記軸状ワークに対して同時に行われることを特徴とする請求項２記載の高周波焼入方法。

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