JP5305865B2 - ワーク回転検出機構 - Google Patents

Description

本発明は、長尺状のワークを高周波焼入装置で焼き入れする際の、ワークの回転数を検出する機構に関するものである。

通常、長尺状のワークを高周波焼き入れする際にはワークは回転駆動され、ワークの周面は高周波焼入装置の加熱導体に順に対向して均一に加熱される。すなわち、ワークの端部が回転駆動装置に連結され、ワークは回転駆動装置によって回転駆動されながら周面が一様に誘導加熱される。
このようなワークの回転駆動装置を備えた高周波焼入装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００３−２７１３０号公報

ところで、ワークの両端を支持する際に、ワークの一端のみに回転駆動装置を装着し、他端を従動回転するように支持すると、ケレーに対応しにくいワークは、回転負荷が大きくなるために焼き入れに必要な回転速度を得にくい。そのため、ワークの両端に回転駆動装置を接続し、両端を同時に回転駆動することが考えられる。
また、ケレーに対応できるワークでも、表面に凹凸がないとワークの回転を直接的に検出しにくく、また、ワークの表面に凹凸があっても、その凹凸がコイル内にあればワークの回転を検出するのは困難である。

図５は、長尺状のワークを焼き入れする従来の高周波焼入装置におけるワーク回転検出機構の正面略図である。図５に示すワーク回転検出機構３０は、駆動軸２６と一体に回転する回転指標２４と、回転指標２４の回転を検出するセンサ２５とを有している。駆動軸２６にはワーク２９の一端を支持する支持軸２１が設けられている。また、ワーク２９の他端側は、別の駆動軸２３と一体に回転する支持軸２２で支持されている。すなわちワーク２９の一端側は支持軸２１で回転可能に支持されており、他端側は支持軸２２で回転可能に支持されている。よってワーク２９は、両駆動軸２６，２３の駆動力が支持軸２１，２２を介して伝達されて回転駆動される。

ワーク２９は、支持軸２１，２２で支持されるまでは、上下に移動可能なＶ字受台２７上に載置されており、高周波焼入装置にワーク２９を設置する際には、Ｖ字受台２７を上方に移動させて、ワーク２９の中心を支持軸２１，２２の回転中心と一致させ、図示しない駆動装置によって駆動軸２３をワーク２９側へ移動させ、ワーク２９の両端が支持軸２１，２２で挟持される。ワーク２９が両端支持されるとＶ字受台２７が下降し、さらにワーク２９の上方で待機させていた加熱導体部２８（加熱コイル）をワーク２９に接近させる。加熱導体部２８には、図示しない交流電源及びインバータで構成される高周波電源が接続されており、高周波電流を流すことができる。

ワーク２９の誘導加熱を開始する際には、まず、支持軸２１，２２によってワーク２９を所定の回転速度で回転させ、その後に高周波電源から加熱導体部２８に電力を供給する。ここで、ワーク２９が所定の回転速度で回転しているか否かはセンサ２５によって監視される。すなわちセンサ２５は、駆動軸２６に取り付けられた回転指標２４を検出することにより、ワーク２９の回転速度を認識する。例えばセンサ２５の照射位置が固定された検出光２５ａに対して、単位時間当たりに回転指標２４が通過した回数をカウントすることにより、ワーク２９の回転速度を監視することができる。

上述のようにセンサ２５は、ワーク２９を支持する支持軸２１と一体の駆動軸２６の回転速度を検出する。ここで回転指標２４をワーク２９に装着し、ワーク２９の回転速度を直接検出できればよいが、回転指標２４をワーク２９に装着すると誘導加熱の邪魔になるだけではなく、多数のワーク２９を焼き入れする際には、各ワーク毎に回転指標２４を装着しなければならず、非常に手間である。そのため回転指標２４はワーク２９に装着するわけにはいかず、ワーク２９を支持する駆動軸２６に装着されている。

ところで、誘導加熱されたワーク２９は昇温し歪むことがある。前述のように誘導加熱中はＶ字受台２７がワーク２９の下方に退避しているが、歪んだワーク２９がＶ字受台２７に接触することがある。その結果、駆動軸（支持軸２１，２２）とワーク２９の間ですべりが生じ、駆動軸２６が所定の回転速度で回転していても、ワーク２９の回転速度が低下してしまうことがある。しかし従来は、ワーク２９の回転速度の検出が、前述のように駆動軸２６の回転速度を検出することで代用されていたため、駆動軸（支持軸２１，２２）とワーク２９の間にすべりが生じると、適切にワーク２９の回転速度を検出することができなかった。

そこで本発明は、高周波焼入装置でワークを誘導加熱する際に、適切にワークの回転速度を検出することができるワーク回転検出機構を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、長尺状のワークを焼き入れする高周波焼入装置に設けられるワーク回転検出機構であって、前記ワークの一方の端部に連結される第１回転駆動手段と、ワークの他方の端部に連結される第２回転駆動手段とを備えており、前記第２回転駆動手段は、駆動軸と、ワークの他方の端部に接続される第１接続部と、回転抵抗を有する軸受部と、前記駆動軸に一体に接続される第２接続部とを有しており、前記第１接続部と第２接続部とが軸受部で連結されており、前記第１接続部の回転速度を検出する第１センサを設けたことを特徴とするワーク回転検出機構である。

請求項１の発明では、ワークの一方の端部に連結される第１回転駆動手段と、ワークの他方の端部に連結される第２回転駆動手段とを備えているので、ワークは両駆動手段によって回転駆動可能である。
また、第２回転駆動手段は、駆動軸と、ワークの他方の端部に接続される第１接続部と、回転抵抗を有する軸受部と、前記駆動軸に一体に接続される第２接続部とを有しており、前記第１接続部と第２接続部とが軸受部で連結されているので、ワークに外力が作用すると、ワークに接続される第１接続部と、駆動軸に接続される第２接続部とが軸受部で相対的に回転移動することができる。さらに第２回転駆動手段の第１接続部の回転速度を検出する第１センサを設けた。仮にワークの回転速度が変化すると、第１接続部の回転速度も変化するので、第１センサによってワークの回転速度の変化を検出することができる。

請求項２の発明は、第１接続部に、前記第１センサが検知する回転指標を設けたことを特徴とする請求項１に記載のワーク回転検出機構である。

請求項２の発明では、第１接続部に第１センサが検知する回転指標を設けた。よって第１センサは、第１接続部に設けた回転指標を検出する。すなわち第１接続部１の回転速度が、回転指標によって検出し易くなる。ここで第１接続部は、第２接続部と回転抵抗を有する軸受部を介して連結されているので、駆動軸の回転速度が一定であっても、ワークに外力が作用して回転速度が変化すると第１接続部の回転速度も変化する。よって、個々のワークに回転指標を設けることなくワークの回転速度の変化を検出することができるので、多数のワークを焼き入れする際に、ワークの交換を速やかに行うことができ、作業効率が向上する。

請求項３の発明は、ワークの回転速度が、誘導加熱時に必要な回転速度範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク回転検出機構である。

請求項３の発明では、第１判定手段によって、ワークの回転速度が誘導加熱時に必要な回転速度範囲内に入っているか否かが判定されるので、ワークの周面を均一に焼き入れすることができる。

請求項４の発明は、ワークの回転速度が前記回転速度範囲内に入っていないと前記第１判定手段が判定すると、警報を発することを特徴とする請求項３に記載のワーク回転検出機構である。

請求項４の発明を実施すると、ワークの焼き入れ環境が不良になったことを作業者が認識することができるようになる。

請求項５の発明は、第２回転駆動手段の駆動軸に第２センサを設け、第１センサと第２センサが検出した回転数の差が所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のワーク回転検出機構である。

請求項５の発明では、第２回転駆動手段の駆動軸に第２センサを設け、第１センサと第２センサが検出した回転数の差が所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段を設けたので、ワークの回転数の低下を精度良く検出することができる。

本発明を実施すると、ワークに外力が作用してワークの回転速度が変化したことを良好に検出することができる。

図１は、長尺状のワークを焼き入れする本発明を実施した高周波焼入装置のワーク回転検出機構２０の正面略図である。図１では高周波焼入装置のうち、ワーク９を誘導加熱する加熱コイル８（加熱導体部）と、ワーク９を回転駆動する第１回転駆動装置５０（第１回転駆動手段）と第２回転駆動装置５１（第２回転駆動手段）とが描写されている。

第１回転駆動装置５０は、図示しない駆動源で駆動される第１駆動軸１０と、第１駆動軸１０に装着された支持軸１１とを備えている。支持軸１１はワーク９の一端側９ａを支持すると共にワーク９を回転駆動する。また、第１駆動軸１０は、図示しない駆動機構によって図１で見て左右方向に移動可能である。

第２回転駆動装置５１は、図示しない駆動源で駆動される第２駆動軸１２と、第１接続部１と第２接続部２とを備えている。第１接続部１は、ワーク９の他端側９ｂを支持する支持軸である。第２接続部２は、第２駆動軸１２に対して一体に回転可能に設けられている。さらに第１接続部１と第２接続部２とは、軸受部３を介して接続されている。軸受部３は、第１接続部１と第２接続部２とを回転可能に接続するが、第１接続部１と第２接続部２とが相対的に回転する際に抵抗を付与する。すなわち、第２駆動軸１２が駆動されると、第２接続部２は第２駆動軸１２と一体に回転するが、第１接続部１は、ワーク９に外力が作用しない限りは第２接続部２と一体に回転する。

次に、回転検出機構２０について説明する。
図１に示すように第１接続部１には、回転指標４が設けられている。回転指標４は、第１接続部１と一体に回転する。また、回転指標４の近傍には第１センサ５が配置されている。第１センサ５は、赤外線センサ等の光センサである。第１センサ５から照射される検出光５ａは、第１接続部１に向けて固定して照射されており、第１接続部１が回転すると回転指標４が検出光５ａを横切る。第１センサ５は、回転指標４が検出光５ａを横切ることをもって第１接続部１の回転を検出する。すなわち第１センサ５は、単位時間当たりに回転指標４が検出光５ａを横切る回数をカウントすることによって、第１接続部１の回転速度を算出（検出）する。

また、第２駆動軸１２には回転指標１８が一体に固着されており、第２駆動軸１２の近傍には第２センサ６が配置されている。第２センサ６も第１センサ５と同様の光センサであり、第２センサ６は、回転指標１８が第２センサ６の検出光６ａを横切ることをもって第２駆動軸１２の回転速度を検出する。

第１センサ５と第２センサ６は、図２に示すように検出信号を判定装置１３（第１，第２判定手段）に伝送する。図２は、本発明のワーク回転検出機構の信号系統図である。図２に示すようにワーク回転検出機構２０は、ＣＰＵ１４とメモリ１５とを有する判定装置１３を備えている。

判定装置１３は、第１センサ５及び第２センサ６から送られた検出信号に基づいて、ワーク９（図１）の回転状態を判定する。すなわち、第２センサ６によって検出された第２駆動軸１２の回転速度と、第１センサ５によって検出された第１接続部１の回転速度とが所定範囲内に収まっていれば、ワーク９は適正に回転しているものと判定される。

ここで判定装置１３のメモリ１５には、第２駆動軸１２の回転速度に対応する許容されるワーク９の回転速度が記憶されている。すなわち、第２駆動軸１２が駆動されると、所定以上の摩擦抵抗を有する軸受部３を介して第１接続部１とワーク９とが回転駆動される。ワーク９は、第２駆動軸１２と同じ方向に同じ回転速度で回転駆動する第１駆動軸１０（支持軸１１）からも駆動力が付与されるので、第２駆動軸１２（第２接続部２），第１接続部１，ワーク９，第１駆動軸１０（支持軸１１）は、通常は一体に同じ回転速度で回転する。

ただし、ワーク９に外力が作用すると、ワーク９の回転速度が低下し、ワーク９の一端側９ａと支持軸１１（第１駆動軸１０）との間ですべりが生じる。しかし、ワーク９の他端側９ｂと第１接続部１の間ではすべりは生じず、第１接続部１の回転速度は低下し、第１接続部１と第２接続部２とは軸受部３で相対的に回動する。

判定装置１３のＣＰＵ１４は、第１接続部１の回転速度が、メモリ１５に記憶された所定範囲内に入っているか否かを判定する。仮に第１接続部１の回転速度が、所定範囲内に入っていれば何もせず、逆に所定範囲内に入っていなければ警報器１６を点滅又は鳴音させると共に、高周波電源１７を遮断する。

以上説明した第１接続部１，第２接続部２，軸受部３，第１センサ５，第２センサ６，回転指標４，回転指標１８，判定装置１３によってワーク回転検出機構２０が構成されている。

次に、ワーク回転検出機構２０の動作について説明する。
焼き入れ対象のワーク９を高周波焼入装置に設置する際には、まず下方に退避しているＶ字受台７上にワーク９を載置する。Ｖ字受台７は昇降可能であり、ワーク９が載置されると上方移動し、ワーク９の回転中心と第１駆動軸１０（支持軸１１）及び第２駆動軸１２（第１接続部１）の中心とを一致させる。また、様々な長さのワーク９に対応できるように、第１駆動軸１０は図示しない駆動装置によって左右方向に移動できるようになっている。すなわち第１駆動軸１０は、予め図１で見て右方に退避している。

ワーク９の中心が前述の所定の位置に一致すると、第１駆動軸１０が左方へ移動し、ワーク９の両端（一端側９ａ，他端側９ｂ）が支持軸１１と第１接続部１とで挟持され、回転駆動可能に支持される。その後、Ｖ字受台７は下方へ退避する。この状況は、図１のIII−III矢視図である図３に描写されている。図３においてＶ字受台７は、二点鎖線で示す位置から実線で示す位置まで下方に退避し、Ｖ字受台７はワーク９から離れる。

また、ワーク９の上方には高周波電流が流れる加熱コイル８（加熱導体部）が配置されている。加熱コイル８はワーク９の直径に対応した半開放鞍型コイルであり、図示しない駆動機構によって上下に移動可能である。ワーク９が第１回転駆動装置５０（支持軸１１）及び第２回転駆動装置５１（第１接続部１）で回転可能に支持されると、上方に退避させた加熱コイル８を下方に移動させ、ワーク９に近接させる。図３に示すように加熱コイル８は、ワーク９に近接するように二点鎖線で示す位置に配置される。この状態で第１駆動軸１０（支持軸１１）及び第２駆動軸１２（第１接続部１）を回転駆動すると、ワーク９が所定の速度で回転する。

ワーク９には回転指標が設けられていないが、回転指標４が設置された第１接続部１の回転速度が第１センサ５で検出され、第１接続部１の回転速度の変化の仕方をもってワーク９の回転速度の変化を検出することができる。すなわち、第１駆動軸１０と第２駆動軸１２とが所定の回転速度で回転駆動されていても、ワーク９に障害物が接触する等によって外力が作用するとワーク９の回転速度が下がるが、ワーク９の回転速度が下がると第１接続部１の回転速度も下がり、この第１接続部１の回転速度が下がったことをもってワーク９の回転速度が下がったことを検出することができる。

ワーク９の回転速度が下がると、ワーク９と支持軸１１との間ですべりが生じるが、ワーク９と第１接続部１との間にはすべりは生じず、第１接続部１は軸受部３によって第２駆動軸１２（第２接続部２）に対して相対的に回転する。すなわち、第１接続部１とワーク９の間の摩擦力は、軸受部３の回転抵抗よりも大きくなるように設定されている。

よって、第２センサ６によって検出された駆動軸１２の回転速度に変化がないにも係わらず、第１センサ５で検出された第１接続部１の回転速度が下がっている場合には、判定装置１３はワーク９の回転速度が下がっていると判定する。すなわち第１接続部１と第２接続部２の間に回転抵抗を有する軸受部３が設けられているので、第２接続部２は第２駆動軸１２に対して相対的に回転することができる。よって、第２駆動軸１２が一定速度で回転していても、第１接続部１はワーク９の回転速度の低下の影響を受けて回転速度が低下する。

歪んだワーク９に接触する可能性があるのはＶ字受台７である。図４は、ワーク９にＶ字受台７が接触している状態を示す部分正面図である。図４に示すように誘導加熱されて昇温したワーク９は、歪んでＶ字受台７に接触箇所９ａで接触している。このような状態になるとワーク９の回転が阻害される。その結果、第１接続部１が第２駆動軸１２（第２接続部２）に対して軸受部３で回転し、この第１接続部１の回転速度が第１センサ５で検知されて、判定装置１３はＶ字受台７にワーク９が接触したと判定する。

上述の例では、第１センサ５と第２センサ６とを使用する場合を説明した。しかし、第１センサ５のみでも本発明は実施可能である。すなわち、第１接続部１は第２接続部２（第２駆動軸１２）に対して軸受部３を介して接続されているので、第１接続部１側に回転抵抗が生じると、第１接続部１は第２接続部２の回転についてゆけず、両者に回転速度差が生じる。よって、第２駆動軸１２が回転駆動されているにも係わらず、第１接続部１の回転速度が所定以上に低下すると、第１接続部１が支持するワーク９の回転速度が低下していると判定することができる。

そこで、判定装置１３のメモリ１５に、予め第２駆動軸１２の回転速度に対する第１接続部１の許容回転速度範囲を記憶しておき、第１センサ５で検出された回転速度が、メモリ１５に記憶された回転速度範囲内に入っているか否かを判定装置１３（第２判定手段）で判定するのが好ましい。

長尺状のワークを焼き入れする本発明を実施した高周波焼入装置のワーク回転検出機構の断面略図である。 本発明のワーク回転検出機構の信号系統図である。 図１のIII−III矢視図である。 ワークにＶ字受台が接触している状態を示す部分正面図である。 長尺状のワークを焼き入れする従来の高周波焼入装置におけるワーク回転検出機構の正面略図である。

符号の説明

１ 第１接続部
２ 第２接続部
３ 軸受部
４ 回転指標
５ 第１センサ
６ 第２センサ
７ Ｖ字受台
８ 加熱コイル（加熱導体部）
９ ワーク
１０ 第１駆動軸（第１回転駆動手段）
１１ 支持軸
１２ 第２駆動軸（第２回転駆動手段）
１３ 判定装置（第１，第２判定手段）
１８ 回転指標
２０ ワーク回転検出機構

Claims (5)

1. 長尺状のワークを焼き入れする高周波焼入装置に設けられるワーク回転検出機構であって、
   前記ワークの一方の端部に連結される第１回転駆動手段と、ワークの他方の端部に連結される第２回転駆動手段とを備えており、
   前記第２回転駆動手段は、駆動軸と、ワークの他方の端部に接続される第１接続部と、回転抵抗を有する軸受部と、前記駆動軸に一体に接続される第２接続部とを有しており、前記第１接続部と第２接続部とが軸受部で連結されており、
   前記第１接続部の回転速度を検出する第１センサを設けたことを特徴とするワーク回転検出機構。
2. 第１接続部に、前記第１センサが検知する回転指標を設けたことを特徴とする請求項１に記載のワーク回転検出機構。
3. ワークの回転速度が、誘導加熱時に必要な回転速度範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク回転検出機構。
4. ワークの回転速度が前記回転速度範囲内に入っていないと前記第１判定手段が判定すると、警報を発することを特徴とする請求項３に記載のワーク回転検出機構。
5. 第２回転駆動手段の駆動軸に第２センサを設け、第１センサと第２センサが検出した回転数の差が所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のワーク回転検出機構。

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