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

高周波焼入装置及び高周波焼入方法 Download PDF

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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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