JP5942292B2 - リング部材の加熱方法及び加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、リング部材の両側面を同時に加熱するリング部材の加熱方法及び加熱装置に関する。

リング部材の両面を同時に加熱する方法又は装置に関して、特許文献１には、傘歯車の歯面と歯面の反対側の背面を同時に高周波で加熱する方法及び装置が記載されている。

特許文献１に開示された装置は、（ａ）傘歯車を上下方向から挟持して水平に固定保持する上下一対のワーク受け冶具及びワーク押え冶具と、（ｂ）傘歯車の歯面に対向して配置された歯面加熱用リング形状の高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）傘歯車の歯面とは反対側の背面に対向して配置された背面加熱用リング形状の高周波誘導加熱コイルとから構成され、水平に保持された傘歯車をワーク受け冶具及びワーク押え冶具とともに回転させながら傘歯車の歯面と背面を上下から同時に高周波焼入れする技術である。

特許文献１：特開２００３−３４２６４０号公報

特許文献１に開示された装置では、傘歯車を水平に固定する際に、次の（１）〜（３）のステップを必要とする。
（１）ワーク押え冶具及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを上昇して、ワーク押え冶具とワーク受け冶具との間に隙間を形成し、その隙間から傘歯車を水平に挿入し、位置調整を行いながら、ワーク受け冶具上に傘歯車を配置する。
（２）ワーク押え冶具を下降して、傘歯車をワーク受け冶具とワーク押え冶具とで挟持して、水平に保持する。
（３）背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを下降して、傘歯車の背面とのクリアランスを確認し、必要に応じて調整する。

すなわち、この装置では、傘歯車をワーク受け冶具の上にセットするために、ワーク押え冶具及び背面加熱用の高周波誘導加熱コイルを昇降させなければならず、傘歯車の背面と背面加熱用の高周波誘導加熱コイルとのクリアランス調整の必要がある。また、装置構成においては、ワーク押え冶具と背面加熱用の高周波誘導加熱コイルにおいて、それぞれに昇降機構を必要とするため、大掛かりになってしまう。

以上の課題に鑑み、本発明は、作業効率の改善されたリング部材の加熱方法及び装置構成の簡易化されたリング部材の加熱装置を提供することを目的とする。

本発明のリング部材の加熱方法は、リング部材の両側面に対向するように配置された環状の加熱コイルの間に、中央部に開口を有する前記リング部材を略垂直となるように挿入し、加熱コイルの環状部位の内側に配置された回転可能なワーク保持部を軸に沿って進退させて前記リング部材を両側から支えて起立した状態で保持し、前記リング部材を起立した状態で回転しながら、前記リング部材の両側面を同時に加熱することを特徴とする。

本発明のリング部材の加熱装置は、中央部に開口を有するリング部材を略垂直となるように両側から支えて保持する回転可能なワーク保持部と、前記リング部材の両側面に対向して配置された２つの環状の加熱コイルと、前記リング部材の下方で外周面に接して前記リング部材を回転させるか、又は、前記ワーク保持部に連接し前記ワーク保持部を回転させて前記リング部材を回転させるリング部材回転手段と、を具備する、リング部材の加熱装置であって、前記ワーク保持部は、前記加熱コイルの環状部位に囲まれた内側に配置され、軸に沿って進退して前記リング部材を両側から支持可能であることを特徴とする。

本発明のリング部材の加熱方法においては、中央部に開口を有するリング部材を一対の環状の加熱コイルの間で外周下面が接地した状態で略垂直に起立させ、ワーク保持部でリング部材の側面を支えて保持する。リング部材をワーク受け冶具とワーク押え冶具との隙間に水平にセットする場合と異なり、ワーク押え冶具の昇降操作やワーク受け冶具上でのリング部材の位置調整が不要になり、かつ、ワークの装着、取り出しが容易にできる。また、加熱コイルの昇降移動を必要としないので、ワークをセットした後のリング部材と加熱コイルとのクリアランスの確認・調整が不要である。したがって、加熱の作業効率が改善され、作業時間の短縮化を図ることが可能となる。

本発明のリング部材の加熱装置においては、加熱コイルの昇降機構が不要であるため、装置構成を大掛かりにすることなく、簡素にすることが可能である。

本発明の加熱装置のワーク保持部を開いた状態を示す概略断面図である。 本発明の加熱装置のワーク保持部を閉じた状態を示す概略断面図である。 本発明の加熱装置の斜視図である。 リング部材と本発明の加熱装置の加熱コイルを示す概略斜視図である。 本発明の加熱装置を２台並列して並べたものを示す概略断面図である。 ワーク保持部の形状が異なるリング部材の加熱装置の概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２は、リング部材を加熱するために用いる加熱装置の概略断面図である。また、図３は本発明の加熱装置の斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の加熱装置１は、加熱対象のリング部材２を略垂直となるように両側から支えて保持するワーク保持部３と、リング部材２の側面に対向して配置された２つの環状の加熱コイル４と、リング部材２の下方に設けられた、リング部材２の外周面に接するリング部材回転手段５と、を備えている。加熱装置１は、焼入れ、焼き戻し又は焼鈍のような加熱処理に応用することが可能である。

加熱対象のリング部材２は平板の部材からなり、図４から明らかなように、中央部に開口２１を有する。外周表面は、平滑であってもよく又は歯を有する歯車であってもよい。開口側の内周面も同様に、平滑又は歯形に形成されていてもよい。

本実施例において、ワーク保持部３は、開口２１より小さな直径を有する先端３１と開口２１より大きな直径を有する後端３２とからなる一対の円錐体からなり、起立したリング部材２の開口位置に合わせて、互いの先端３１が所定の間隔をもって向き合わされて配置されてなる（図１〜３参照）。

ワーク保持部３は、軸受けを介して後端３２側で、軸３３と回転自在に連結して配置されている。なお、ワーク保持部３の円形断面中心と軸３３の円形断面中心とは合致している。軸３３は、水平方向に揺動可能に保持されて、さらに、駆動手段３５と連結している。ここで、駆動手段３５は、例えばエアーシリンダーである。一対のワーク保持部３は、駆動手段３５により、ほぼ同じ力と速度で駆動されることが好ましい。
駆動手段３５により軸３３が水平移動し、この軸３３の移動に伴ってワーク保持部３が前進又は後退する。図１は、ワーク保持部３が後退した状態を示し、図２は、ワーク保持部３が前進した状態を示している。ワーク保持部３の先端３１は、加熱コイル４のリング部材２と対峙する面とほぼ同じ面で鉛直方向に連なるか、あるいは、加熱コイル４の中空部４１のやや内側に収まるように配置される。
本発明の加熱装置１において、リング部材２は、一対のワーク保持部３の間にセットされる。このリング部材２は、ワーク保持部３の前進によって略垂直となるように両側から支持され、起立した状態で保持され、後退によって保持が解除される。

先端３１同士の間隔は、互いに最も離反した状態でリング部材２の厚み以上の距離を保ち、先端同士が最も近接した状態、すなわちリング部材２を略垂直に保持した状態で先端３１同士が接触しない程度の距離を保つように調整すればよい。

前述したように、ワーク保持部３は、先端３１の直径がリング部材２の開口２１の直径より小さく、後端３２の直径は開口２１の直径より大きい円錐体である。一対のワーク保持部３は、先端３１がリング部材２の開口２１に入り込んだ後、円錐体の直径と開口２１の直径が一致するところまで前進し、開口２１の中心とワーク保持部３の円形断面中心とを一致するようにリング部材２を支持する。すなわち、リング部材２は、略垂直に起立した状態で保持される。このとき、リング部材２は、ワーク保持部３と軸中心線がほぼ一致するように保持されている。

ワーク保持部３の形状は、本実施形態の円錐体に限定されるものではなく、先端３１と後端３２の径が異なってテーパー状を有していれば、断面の形状は様々な形態であってよい。例えば、断面を多角形状の錐体としてもよい。

また、後述するように、ワーク保持部３は、その外周が加熱コイル４に囲まれているため、ワーク保持部３を加熱コイル４による影響を受けないようにすることが好ましい。加熱コイル４が誘導加熱コイルである場合には、ワーク保持部３の材質を絶縁材又は非磁性体材とする。具体的には、セラミック又は窒化ケイ素を用いることが好ましい。

図１及び図２に示すように、加熱コイル４は、中空部４１を有する導体材料から形成され、環状部位の一端部から延びるリード部４２を介して高周波電源（図示しない）と接続している。加熱コイル４は、環状部分をリング部材２の両側に対峙するように保持して配置されている。本実施形態において、２枚の加熱コイル４をリング部材２の加熱を必要とする両側面に配置する形態としてもよく、または、リング部材２の加熱を必要とする両側面を挟むように一体に形成してもよい。２枚の加熱コイル４を配置する場合には、それぞれを個別の高周波電源と接続してもよいが、一つの高周波電源を共有して接続していてもよい。

本実施形態の加熱装置１を焼入れに用いる場合には、加熱コイル４の中空部４１に、冷却媒体供給機（図示しない）を連結し、加熱後に、冷却媒体が供給されてリング部材２を冷却する構成にすることが好ましい。本実施形態では、加熱コイル４は、高周波電源と接続しているが、高周波電源に限定されるものでない。

加熱コイル４は、リング部材２のそれぞれの側面に対し、所定のクリアランス、本実施形態では１〜２ｍｍ程度を隔てるように配置されている。なお、加熱コイル４の環状部位は、ワーク保持部３の外周を取り囲むように保持されている。

図４に示すように、リング部材２は、対峙する加熱コイル４の間に上方から下方に向けて挿入される（図中の矢印方向）ため、対峙する加熱コイル４の間隔は、リング部材２の厚みと、加熱コイル４とリング部材とのクリアランスとに応じて定まるものである。加熱コイル４をリング部材２の両側面を挟むように一体形成した場合、加熱コイル４の間隔は、固定されたものとなるが、２枚の加熱コイル４をリング部材２の両側に配置する場合、それぞれの間隔の変更を自由に調整可能な構成としてもよい。

リング部材回転手段５は、加熱時にリング部材２を周方向に回転させるための手段であり、下記に分説するように、（１）リング部材２の外周面の一部にリング部材回転手段５を外接する構成又は（２）リング部材２を保持するワーク保持部３を回転させる構成としてもよい。

［リング部材２の外周面の一部にリング部材回転手段５を外接する構成（上記（１）の構成）］
リング部材回転手段５として、回転駆動源と連結する歯車のような円盤状回転体を用いる。リング部材回転手段は、リング部材２の下方に配置してもよく、リング部材の下方以外に配置してもよい。

図１を用い、リング部材回転手段５をリング部材２の下方に配置する例を説明する。
リング部材回転手段５は、リング部材２を載置するように配置され、軸５１を介して回転駆動手段５２と連結している。リング部材回転手段５が図の上方向又は下方向に向けて回転することにより、リング部材回転手段５と外周面で接するリング部材２は、軸３３を中心に周方向に転がり回転する。なお、ワーク保持部３は軸３３に対し、回転自在に連結しているため、リング部材２の回転に追従して回転可能となっている。

前述したように、リング部材回転手段５の配置位置をリング部材２の下方以外に配置してもよい。ただし、リング部材２を安定した状態で保持するために、リング部材２の載置台（図示せず）を設けることが望ましい。なお、載置台は、リング部材２の回転に追従して回転可能なものとすることが更に好ましい。

前述したように、ワーク保持部３と軸３３とは、軸中心が一致するように連接され、リング部材２もワーク保持部３と中心が一致するように保持されているため、リング部材２は、軸３３を中心軸として回転する。

［ワーク保持部３を回転させる構成（上記（２）の構成）］
ワーク保持部３の後端３２に歯車を連接し、この歯車と回転駆動源に接続する歯車とを噛み合わせる構成例を挙げることができる。
ワーク保持部３は軸３３に回転自在に連結されており、リング部材２は、軸３３を中心に回転することになる。

また、ワーク保持部３と軸３３とを固定して接続し、さらに軸３３に駆動手段３５を接続することにより、ワーク保持部３を回転させる構成としてもよい。この構成では、ワーク保持部３がリング回転手段を兼ね備えることなり、リング部材２は、軸３３を回転軸としてワーク保持部３とともに回転する。また、リング部材２を安定した状態で保持するために、リング部材２の載置台を設けることが望ましい。なお、載置台は、リング部材２の回転に追従して回転可能なものとすることが更に好ましい。

なお、図示を省略するが、本実施形態の加熱装置において、リング部材２の前後方向のセッティング位置を規定するストッパーが、加熱コイル４の外周部の奥側外周面の一部に当接するように配置されている。ワーク保持部３が錐体である場合には、リング部材２が保持される際に、センタリングも行われるため、リング部材２の外周面の前端及び／又は後端を位置決めするためのストッパーを省略することも可能である。

図５は、前述した加熱装置を２台組み合わせた例である。この場合、回転駆動手段５２を共通にすることが可能である。
また、ストッパーを配置し、ワーク保持部３の形状を、先端３１の直径を開口２１の直径より大きくし、リング部材２の開口周縁部３４を先端３１で挟持する加熱装置の構成も可能である（図６参照）。

本発明の加熱方法は、加熱コイル４の間で中央部に開口２１を有するリング部材２をワーク保持手段で略垂直となるように両側から支えて起立した状態で保持し、上記リング部材２を起立した状態で周方向に回転させながら両側面を同時に加熱するものである。

本実施形態の加熱装置１を用いて、リング部材２の両側面を加熱する手順および装置の動作を述べると、以下のとおりである。

本実施形態の加熱装置１の初期状態は、ワーク保持部３が後退した状態にある。まず、リング部材２を上方からワーク保持部３の間に差し込み、リング部材回転手段５の上で起立させる。
次いで、一対のワーク保持部３の駆動源を起動して、ワーク保持部３を前進させる。ワーク保持部３は、先端３１がリング部材２の開口２１に入り込んだ後、円錐体の直径と開口２１の直径が一致するところまで前進して、開口２１の中心とワーク保持部３の円形断面中心とを一致するようにリング部材２を支持する。この動作により、リング部材２は、略垂直となるように一対のワーク保持部３の両側から支持されて保持される。このとき、リング部材２はワーク保持部３の両側からほぼ同じ力と速度で押さえられるので、リング部材２の中心とワーク保持部３の中心との合わせ及びリング部材２及び加熱コイルとのクリアランス調整がほぼ同時に行われる。
回転駆動手段５２を駆動して、リング部材回転手段５を回転させ、リング部材２を周方向に回転し、同時に、加熱コイル４により、リング部材２の両側面を加熱する。加熱後、必要に応じて、冷却媒体を加熱コイル４に供給してリング部材２を冷却する。
一連の作業が完了したら、一対のワーク保持部３を後退させてリング部材２の保持状態を解除する。

以上述べたように、本発明の加熱装置は、装置構成が簡素化されており、これまで必要であった、リング部材の回転中心の位置合わせや加熱リングとのクリアランス調整操作を省略してリング部材の両側面を加熱することができる。

１： 加熱装置
２： リング部材
２１：開口
３： ワーク保持部
３１：先端
３２：後端
３３：軸
３４：開口周縁部
３５：ワーク保持部の駆動源
４： 加熱コイル
４１：中空部
４２：リード部
５： リング部材回転手段
５１：軸
５２：回転駆動手段

Claims (5)

1. 中央部に開口を有するリング部材を略垂直となるように両側から支えて保持する回転可能なワーク保持部と、
   前記リング部材の両側面に対向して配置された２つの環状の加熱コイルと、
   前記リング部材の下方で外周面に接して前記リング部材を回転させるか、又は、前記ワーク保持部に連接し前記ワーク保持部を回転させて前記リング部材を回転させるリング部材回転手段と、
   を具備する、リング部材の加熱装置であって、
   前記ワーク保持部は、前記加熱コイルの環状部位に囲まれた内側に配置され、軸に沿って進退して前記リング部材を両側から支持可能であることを特徴とするリング部材の加熱装置。
2. 前記加熱コイルの間隔は、前記リング部材の厚みと、前記加熱コイルと前記リング部材とのクリアランスとに応じた間隔で配置されている、請求項１に記載のリング部材の加熱装置。
3. 前記ワーク保持部の形状が錐体である、請求項１又は２に記載のリング部材の加熱装置。
4. リング部材の両側面に対向するように配置された環状の加熱コイルの間に、中央部に開口を有する前記リング部材を略垂直となるように挿入し、加熱コイルの環状部位の内側に配置された回転可能なワーク保持部を軸に沿って進退させて前記リング部材を両側から支えて起立した状態で保持し、前記リング部材を起立した状態で回転しながら、前記リング部材の両側面を同時に加熱することを特徴とする、リング部材の加熱方法。
5. 錐体からなる前記ワーク保持部で前記リング部材を両側から支えることで、前記リング部材の中心と前記ワーク保持部の中心との合わせとクリアランス調整とを同時に行うことを特徴とする、請求項４に記載のリング部材の加熱方法。

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