JP7068785B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、環状のワークを熱処理する熱処理装置に関する。

環状のワークを加熱処理する装置として、例えば、風車の部品を構成する大型の環状のワークを加熱及び冷却して焼入れするための旋回型焼入れ装置が知られている。
この旋回型焼入れ装置の従来例として、ワークを載置するように周方向に配列した複数の回転ローラを有するワーク支持部と、ワーク支持部に載置されたワークを周方向に沿って回転させる回転駆動部と、ワークを加熱する加熱部と、ワークの内周又は外周を径方向に加圧する加圧部とを備えた熱処理装置がある（特許文献１）。

特許文献１の従来例では、加圧部は、ワークを挟んで内外に配置された内側加圧部と外側加圧部とを備えている。内側加圧部には、ワークの回転方向に沿って回転自在に設けられたインナーローラと、インナーローラをワーク側に向けて付勢するスプリングとが設けられている。同様に、外側加圧部には、ワークの回転方向に沿って回転自在に設けられたアウターローラと、アウターローラをワーク側に向けて付勢するスプリングとが設けられている。インナーローラとアウターローラとはワークを挟んで配置されている。

特開２０１４－８０６４０号公報

特許文献１の従来例では、内側加圧部及び外側加圧部は、ともにスプリングによってローラをワークに向けて付勢する構成である。そのため、内側加圧部と外側加圧部の双方のスプリングのばね力を正確に調整しないと、ワークの調芯ができなくなるという課題がある。
特に、加熱部で加熱されたワークは熱膨張するため、スプリングで押圧されるローラはワークに追従しにくくなり、この点からも、ワークの調芯が十分ではないという課題がある。

本発明の目的は、ワークの調芯を確実に行える熱処理装置を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、環状のワークを熱処理する熱処理本体部と、前記ワークをワーク周方向に回転させる回転機構と、前記ワークを径方向の内側から外側に向かう方向と外側から内側に向かう方向とのうち一方に付勢する付勢ローラと、前記付勢ローラが前記ワークを付勢する方向の移動を規制する固定ローラと、を備えることを特徴とする。

本発明では、回転機構によってワークをその周方向に沿って回転させながら、熱処理本体部でワークに焼入れや焼き戻し等の熱処理を施す。この際、付勢ローラは、ワークをワーク径方向のうち一方向、例えば、ワークの径方向の外側から内側に向かう方向に付勢し、固定ローラは当該方向の移動を規制する。つまり、固定ローラでワークの径方向の移動が規制されている状態でワークを付勢ローラで付勢するので、ワークが回転しても、回転中心がずれることが少なく、ワークが調芯されることになる。
本発明では、ワークへの付勢力の調整は、付勢ローラのみで十分であるから、ワークの内外においてスプリングでローラを付勢する従来例に比べて、ワークの調芯が容易に行われる。
しかも、熱処理されたワークが径方向に膨張や収縮しても、その膨張や収縮が付勢ローラで吸収されることになるので、この点からも調芯が容易に行えることになる。

本発明では、前記付勢ローラは、エアーシリンダ装置で進退される構成が好ましい。
この構成では、エアーシリンダ装置で付勢ローラがワークに向けて付勢されるから、エアーシリンダ装置に供給するエアーの量を調整することで、付勢ローラの付勢力をワークの大きさに合わせて正確に調整することができる。

本発明では、前記エアーシリンダ装置は減圧弁を有する構成が好ましい。
この構成では、ワークの膨張により、付勢ローラを介してエアーシリンダ装置に大きな負荷がかかっても、その負荷を減圧弁により逃がすことができる。そのため、ワークの破損を防止できる。

本発明では、前記付勢ローラは前記ワークの外周領域に配置され、前記固定ローラは前記ワークの外周領域であって前記ワークの回転中心を挟んで前記付勢ローラとは反対側に配置され、前記熱処理本体部は、前記ワークの内周領域に配置された加熱部を有する構成が好ましい。
この構成では、装置が大がかりになりやすい付勢ローラと加熱部とがワークの内外に配置されるので、装置の設置を効率的に行うことができる。
しかも、付勢ローラと固定ローラとがワークを挟んで反対側に位置するので、付勢ローラでワークを付勢する向きが若干ずれたとしても、固定ローラでその移動を確実に規制することができ、ワークの調芯が確実に行える。これに対して、固定ローラと付勢ローラとがワークを挟みワークの内外に配置されているとすると、付勢ローラでワークを付勢する方向が若干ずれたとしても、ワークの回転中心がずれる方向に力が働くことになり、調芯が十分ではなくなる。

本発明では、前記付勢ローラは前記ワークの内周領域に配置され、前記固定ローラは前記ワークの内周領域であって前記ワークの回転中心を挟んで前記付勢ローラとは反対側に配置され、前記熱処理本体部は、前記ワークの外周領域に配置された加熱部を有する構成が好ましい。
この構成では、付勢ローラと固定ローラとがワークの回転中心を挟んで反対側に位置するので、付勢ローラでワークを付勢する向きが若干ずれたとしても、固定ローラでその移動を確実に規制することができ、ワークの調芯が確実に行える。
しかも、装置が大がかりになりやすい付勢ローラと加熱部とがワークの内外に配置されるので、装置の設置を効率的に行うことができる。

本発明では、前記付勢ローラは第一付勢ローラと第二付勢ローラとを備え、前記固定ローラは第一固定ローラと第二固定ローラとを備え、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとは対とされ、前記第二付勢ローラと前記第二固定ローラとは対とされ、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとを結ぶ線分と第二付勢ローラと前記第二固定ローラとを結ぶ線分とは交差している構成が好ましい。
この構成では、付勢ローラと固定ローラとが２対用いられ、対となる付勢ローラと固定ローラとを結ぶ線が互いに交差する。そのため、ワークの調芯を異なる２つの方向から行うことになるので、ワークの調芯をより確実に行える。

本発明の第１実施形態にかかる熱処理装置を示す平面図。 前記熱処理装置の側面図。 付勢機構を示す正面図。 付勢機構を示す平面図。 本発明の第２実施形態にかかる熱処理装置の概略を示す平面図。 本発明の変形例の概略を示す平面図。

［第１実施形態］
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図４には本発明の第１実施形態が示されている。第１実施形態は、大型の円環形状の加熱対象を加熱及び冷却して焼入れするための旋回型焼入装置である。
第１実施形態の全体構成が図１及び図２に示されている。
図１及び図２において、熱処理装置は、ワークＷを支持する治具１と、治具１に支持されたワークＷを回転させるための回転駆動部２と、治具１に載置されたワークＷを熱処理する熱処理本体部３とを備える。

［ワーク］
ワークＷは、鋼材のような焼入可能な材料であって、所定の大きさ、例えば、直径が１ｍ以上の円環形状を有する部材である。ワークＷは、その軸方向に沿う断面形状が全周で略一定に形成されている。
ワークＷは、表面側のみが加熱されるものであっても、内部まで加熱されるものであってもよいが、ここでは軸方向の一方側と他方側とで形状が異なる非対称形状を有し、ワークＷの外側表面に無端帯状に設けられた被加熱領域を有している。

［装置概要］
治具１は、ワークＷを載置するワーク支持部５と、ワーク支持部５の中央に設けられた中央構造部６と、中央構造部６から駆動力をワーク支持部５へ伝達してワーク支持部５に載置されたワークＷを環形状に沿って回転させる回転機構７と、ワーク支持部５に載置されたワークＷを調芯する調芯機構８と、を備える。
ワーク支持部５は、中央構造部６の下部に接合されて放射方向に延びる８本の放射架台５１と、放射架台５１の先端側に放射方向に沿って配置された回転ローラ５２とを備える。放射架台５１及び回転ローラ５２は、円周方向に略均等な間隔で配列されている。
回転ローラ５２は、鋼又はセラミックスからなり、各放射架台５１に径方向に沿って配置されている。

中央構造部６は、ワーク支持部５の中央から上方に突出して設けられ、上部に図示しない搬送機構が接続されている。治具１は搬送機構により搬送及び昇降可能となっている。中央構造部６の上端にモータ等の回転駆動部２が接続されている。
回転機構７は、中央構造部６及びワーク支持部５に設けられ、回転駆動部２の駆動力を回転ローラ５２まで伝達するように構成されている。
回転機構７は、中央構造部６の内部に配置された駆動軸７１と、各放射架台５１の上に回転可能に設けられた従動軸７２とを備え、図示しないユニバーサルジョイントを介して回転ローラ５２に連結されている。

[調芯機構]
調芯機構８は、放射架台５１に回転自在に設けられワークＷの外周面に周面が当接する固定ローラ８１と、固定ローラ８１とはワークＷを挟んで反対側に配置される付勢機構８２とを備える。
付勢機構８２は、ワークＷを径方向の外側から内側に向かう方向に付勢する付勢ローラ８３と、付勢ローラ８３を進退するエアーシリンダ装置８４とを備えている。
固定ローラ８１は、付勢ローラ８３がワークＷを付勢する方向の移動を規制するものである。

［固定ローラ］
図１に示される通り、固定ローラ８１は、８本の放射架台５１のうち１本の放射架台５１の先端に配置された第一固定ローラ８１１と、当該放射架台５１に対して直交配置された放射架台５１の先端に配置された第二固定ローラ８１２とを有する。
［付勢ローラ］
付勢ローラ８３は、第一固定ローラ８１１が配置された放射架台５１とはワークＷの回転中心（中央構造部６）を挟んで反対側の放射架台５１の先端に配置された第一付勢ローラ８３１と、第二固定ローラ８１２が配置された放射架台５１とはワークＷの回転中心を挟んで反対側にある放射架台５１の先端に配置された第二付勢ローラ８３２とを有する。

第一付勢ローラ８３１及び第二付勢ローラ８３２は、それぞれワークＷの外周領域に配置され、第一固定ローラ８１１及び第二固定ローラ８１２は、それぞれワークＷの外周領域に配置されている。
第一付勢ローラ８３１と第一固定ローラ８１１とは対とされ、第二付勢ローラ８３２と第二固定ローラ８１２とは対とされる。
第一付勢ローラ８３１と第一固定ローラ８１１とを結ぶ線分と第二付勢ローラ８３２と第二固定ローラ９１２とを結ぶ線分とは直交している。
図２に示される通り、第一固定ローラ８１１は、下端が放射架台５１に取り付けられた軸８１Ａと、軸８１Ａに回転自在に設けられたローラ本体８１Ｂとを有する。第二固定ローラ８１２は第一固定ローラ８１１と同じ構造である。

［付勢機構］
付勢機構８２の詳細な構成が図３及び図４に示されている。
図３及び図４において、前述の通り、付勢機構８２は付勢ローラ８３及びエアーシリンダ装置８４を備えて構成されている。
エアーシリンダ装置８４は、放射架台５１に取り付けられたＬ字状のベース８５と、ベース８５の一片部に固定されたシリンダ８６と、シリンダ８６に進退自在に設けられたピストン８７と、ベース８５の一片部に取り付けられたガイドロッド８８と、ピストン８７を進退駆動させるピストン駆動回路９とを備えている。ベース８５の他片部は放射架台５１に取り付けられている。

ガイドロッド８８は、ベース８５の他片部に取り付けられた筒状部８８１と、筒状部８８１に進退自在に設けられたロッド８８２とを有し、ロッド８８２はピストン８７と平行に配置されている。
ロッド８８２の先端部及びピストン８７の先端部は、付勢ローラ８３の取付部とされる。
付勢ローラ８３は、ガイドロッド８８の先端部とピストン８７の先端部とに設けられた取付プレート８３Ａと、取付プレート８３Ａに固定されたローラ支持部８３Ｂと、ローラ支持部８３Ｂに固定され上下に延びる軸８３Ｃと、軸８３Ｃに回転自在に設けられたローラ本体８３Ｄとを有する。ローラ本体８３Ｄは、ワークＷの外周部に当接される。

ピストン駆動回路９は、シリンダ８６の一端部に接続された第一配管部９１と、シリンダ８６の他端部に接続された第二配管部９２と、第一配管部９１と第二配管部９２とのそれぞれに設けられた逆止弁付流量制御弁９３，９４と、第一配管部９１に設けられた減圧弁９５と、第一配管部９１と第二配管部９２とに選択的に空気を供給する切換弁９６とを有する。切換弁９６を制御して、第一配管部９１に空気を供給すると、ピストン８７が前進して付勢ローラ８３でワークＷを付勢し、第二配管部９２に空気を供給すると、ピストン８７が後退して付勢ローラ８３がワークＷから離れる。第一配管部９１に供給される空気の圧力が過剰な値となると、減圧弁９５が作動する。

［熱処理本体部］
図１及び図２に戻り、熱処理本体部３は、治具１の上のワークＷを加熱する加熱部としての加熱コイル３０と、加熱コイル３０の下方に設けられた冷却部４とを備えている。
加熱コイル３０は、所定高さに配置された治具１の互いに隣接する放射架台５１の各間隙であって、ワークＷの内周領域に配置されている。加熱コイル３０は、ワークＷの回転中心に対して周方向に略均等に配設されるのが好適である。
加熱コイル３０は、図示しない変位手段により進退可能となっており、治具１が所定位置に配置された状態で、ワークＷの被加熱領域に対向近接するように構成されている。
冷却部４は、熱処理本体部３の下方に設けられており、冷却液吐出部４１が水槽４２に配置された構造である。

［熱処理方法］
次に、第１実施形態の熱処理装置を用いてワークＷを焼入処理する方法について説明する。
まず、治具１を所定位置に配置して、ワーク支持部５の複数の回転ローラ５２の上にワークＷを載置する。
［加熱工程］
治具１を搬送あるいは昇降してワークＷを所定位置に配置する。そして、加熱コイル３０を移動させて、ワークＷの被加熱領域に対向配置する。この状態で、ピストン駆動回路９を作動させて第一付勢ローラ８３１と第二付勢ローラ８３２とでワークＷを互いに直交する径方向に付勢する。第一付勢ローラ８３１でワークＷを付勢する方向には第一固定ローラ８１１が配置され、第二付勢ローラ８３２でワークを付勢する方向には第二固定ローラ８１２が配置されているので、第一固定ローラ８１１と第二固定ローラ８１２とでワークＷの径方向の移動が規制される。

治具１の回転ローラ５２によりワークＷを環形状に沿って回転させつつ、加熱コイル３０に給電して誘導加熱する。
誘導加熱に伴って、ワークＷが熱膨張するが、熱膨張に伴って第一付勢ローラ８３１と第二付勢ローラ８３２とがそれぞれ後退することになる。
［冷却工程］
加熱終了後、治具１を下降させて冷却部４の所定位置に配置する。加熱工程と同様に、第一付勢ローラ８３１と第二付勢ローラ８３２とでワークＷを互いに直交する径方向に付勢するとともに、第一固定ローラ８１１と第二固定ローラ８１２とでワークＷの径方向の移動を規制する。そして、ワークＷを回転させつつ冷却液吐出部４１から冷却液をワークＷに接触させ、ワークＷの全体を冷却する。
冷却に伴って、ワークＷが熱収縮するが、熱収縮に伴って第一付勢ローラ８３１と第二付勢ローラ８３２とがそれぞれ前進することになる。
冷却後、再び治具１を所定の搬出位置に搬送し、ワークＷを搬出することで、焼入処理を終了する。

［実施形態の効果］
第１実施形態では次の効果を奏することができる。
（１）環状のワークＷを熱処理する熱処理本体部３と、ワークＷをワーク周方向に回転させる回転機構７と、ワークＷを径方向のうち外側から内側に向かう方向に付勢する付勢ローラ８３と、付勢ローラ８３がワークＷを付勢する方向の移動を規制する固定ローラ８１とを備えて熱処理装置を構成した。回転機構７によってワークＷを回転させながら、熱処理本体部３でワークＷに熱処理を施す際に、付勢ローラ８３がワークＷを付勢するとともに、固定ローラ８１でワークＷの移動を規制するので、ワークＷの回転中心がずれることが少なく調芯が行われる。ワークＷの調芯にあたり、ワークＷへの付勢力の調整は、付勢ローラ８３のみで十分であるから、調芯が容易に行われる。しかも、熱処理されたワークＷが径方向に膨張あるいは収縮しても、その膨張や収縮が付勢ローラ８３で吸収されることになるので、この点からも調芯が容易に行えることになる。

（２）付勢ローラ８３はエアーシリンダ装置８４で進退されるから、エアーシリンダ装置８４に供給するエアーの量を調整することで、付勢ローラ８３の付勢力をワークＷの大きさに合わせて正確に調整することができる。

（３）エアーシリンダ装置８４は減圧弁９５を有するから、ワークＷの膨張により、付勢ローラ８３を介してエアーシリンダ装置８４に大きな負荷がかかっても、その負荷を減圧弁９５により逃がすことで、ワークＷの破損を防止できる。

（４）付勢ローラ８３と固定ローラ８１とがそれぞれワークＷの外周領域であってワークＷの回転中心を挟んで配置されているので、付勢ローラ８３でワークＷを付勢する向きが若干ずれたとしても、固定ローラ８１でワークＷの移動を確実に規制することができる。
（５）加熱コイル３０は、ワークＷの内周領域に配置されているので、装置が大がかりになりやすい付勢ローラ８３と加熱コイル３０とがワークＷの外内に配置されるので、装置の設置を効率的に行うことができる。

（６）付勢ローラ８３と固定ローラ８１とがそれぞれ２対用いられ、対となる第一付勢ローラ８３１と第一固定ローラ８１１とを結ぶ線と第二付勢ローラ８３２と第一固定ローラ８１１とを結ぶ線とが互いに直交するため、ワークＷの調芯を異なる２つの方向から行うことになり、ワークＷの調芯をより確実に行える。

（７）エアーシリンダ装置８４は、シリンダ８６に進退自在に設けられたピストン８７と、ピストン８７と平行に配置されたガイドロッド８８とを備え、ガイドロッド８８のロッド８８２の先端部及びピストン８７の先端部が付勢ローラ８３の取付部とされるので、ガイドロッド８８により、付勢ローラ８３が連結されたピストン８７が安定して進退駆動される。そのため、この点からも、ワークＷの調芯が確実に行える。

次に、本発明の第２実施形態を図５に基づいて説明する。
第２実施形態は第１実施形態とは固定ローラ８１、付勢ローラ８３及び加熱コイル３０の配置位置が相違するものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態の熱処理装置の平面を示すものであるが、第１実施形態が示される図１に比べて簡略して表示されている。
第２実施形態では、付勢ローラ８３はワークＷの内周領域に配置され、固定ローラ８１はワークＷの内周領域であってワークＷの回転中心を挟んで付勢ローラ８３とは反対側に配置されている。

加熱コイル３０は、ワークＷの外周領域に配置されている。なお、図５では、放射架台５１が十字状に配置されている状態が示されているが、図１と同様の配列でもよい。図５では、回転ローラ５２、回転駆動部２及び中央構造部６の図示が省略されている。
加熱コイル３０は、隣合う放射架台５１の間であってワークＷの外周領域に配置されている。
第２実施形態におけるワークＷの熱処理方法は第１実施形態と同じである。

［第２実施形態］
従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）～（３）（６）（７）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（８）付勢ローラ８３と固定ローラ８１とがそれぞれワークＷの内周領域であってワークＷの回転中心を挟んで離れて配置されているので、付勢ローラ８３でワークＷを付勢する向きが若干ずれたとしても、固定ローラ８１でワークＷの移動を確実に規制することができる。
（９）加熱コイル３０は、ワークＷの外周領域に配置されているので、装置が大がかりになりやすい付勢ローラ８３と加熱コイル３０とがワークＷの内外に配置されるので、装置の設置を効率的に行うことができる。

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、付勢ローラ８３と固定ローラ８１とをワークＷの回転中心を挟んで互いに離れた位置に配置したが、本発明では、図６に示される通り、付勢ローラ８３と固定ローラ８１とをワークＷを挟んで近接配置してもよい。即ち、付勢ローラ８３をワークＷの内周に当接させ、固定ローラ８１をワークＷの外周に当接させる構成としてもよい。

前記各実施形態では、付勢ローラ８３を進退させる手段としてエアーシリンダ装置８４を用いたが、本発明では、エアーシリンダ装置８４に代えてスプリングを用いてもよい。
さらに、本発明では、熱処理するワークＷによっては、熱処理本体部３として冷却部４を必ずしも設けることを要せず、加熱コイル３０のみとしてもよい。
さらに、加熱部は加熱コイル３０に限定されるものではなく、他の加熱手段、例えば、ヒータでもよい。
また、本発明では、付勢ローラ８３と固定ローラ８１とをそれぞれ１対用いるものでもよい。

３…熱処理本体部、３０…加熱コイル（加熱部）、４…冷却部、５１…放射架台、７…回転機構、８…調芯機構、８１…固定ローラ、８１１…第一固定ローラ、８１２…第二固定ローラ、８２…付勢機構、８３…付勢ローラ、８３１…第一付勢ローラ、８３２…第二付勢ローラ、８４…エアーシリンダ装置、９…ピストン駆動回路、９５…減圧弁、Ｗ…ワーク

Claims (2)

1. 環状のワークを熱処理する熱処理本体部と、
   前記ワークをワーク周方向に回転させる回転機構と、
   前記ワークを径方向の内側から外側に向かう方向と外側から内側に向かう方向とのうち一方に付勢する付勢ローラと、
   前記付勢ローラによって付勢される方向に前記ワークが移動することを規制する固定ローラと、を備え、
   前記付勢ローラは、前記ワークの外周領域に配置され、エアーシリンダ装置で進退され、
   前記エアーシリンダ装置は減圧弁を有し、
   前記固定ローラは前記ワークの外周領域であって前記ワークの回転中心を挟んで前記付勢ローラとは反対側に配置され、
   前記熱処理本体部は、前記ワークの内周領域に配置された加熱部を有し、
   前記付勢ローラは第一付勢ローラと第二付勢ローラとを備え、前記固定ローラは第一固定ローラと第二固定ローラとを備え、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとは対とされ、前記第二付勢ローラと前記第二固定ローラとは対とされ、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとを結ぶ線分と前記第二付勢ローラと前記第二固定ローラとを結ぶ線分とは交差している
   ことを特徴とする熱処理装置。
2. 環状のワークを熱処理する熱処理本体部と、
   前記ワークをワーク周方向に回転させる回転機構と、
   前記ワークを径方向の内側から外側に向かう方向と外側から内側に向かう方向とのうち一方に付勢する付勢ローラと、
   前記付勢ローラによって付勢される方向に前記ワークが移動することを規制する固定ローラと、を備え、
   前記付勢ローラは、前記ワークの内周領域に配置され、エアーシリンダ装置で進退され、
   前記エアーシリンダ装置は減圧弁を有し、
   前記固定ローラは前記ワークの内周領域であって前記ワークの回転中心を挟んで前記付勢ローラとは反対側に配置され、
   前記熱処理本体部は、前記ワークの外周領域に配置された加熱部を有し、
   前記付勢ローラは第一付勢ローラと第二付勢ローラとを備え、前記固定ローラは第一固定ローラと第二固定ローラとを備え、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとは対とされ、前記第二付勢ローラと前記第二固定ローラとは対とされ、前記第一付勢ローラと前記第一固定ローラとを結ぶ線分と前記第二付勢ローラと前記第二固定ローラとを結ぶ線分とは交差している
   ことを特徴とする熱処理装置。

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