JP7231471B2

JP7231471B2 - 焼入装置および焼入方法

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Publication number: JP7231471B2
Application number: JP2019081578A
Authority: JP
Inventors: 章史鈴木; 仁坂本
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2023-03-01
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: CN111826502A; JP2020176323A; US20200340089A1; CN111826502B

Description

本発明は、溶体化処理炉から取り出されたワークに対して焼入処理を行う際に用いられる焼入装置と焼入方法に関するものである。

工業的に行われる金属の加熱処理は、主に炉を使用して行われる。例えば、アルミニウム合金を加熱処理する際に使用される炉の種類としては、炉内温度のバラツキを低減して品質の安定化を図る目的等では熱風循環式の炉が使用され、また、熱処理施設の省スペース化の目的等では多段型炉床回転炉が使用される。最近では、これらの特徴を組み合わせた熱風循環式の多段型炉床回転炉が、アルミニウム合金等の金属の加熱処理に用いられている。なお、この種の加熱処理炉の実施形態を示す先行技術文献として、例えば、下記特許文献１等が存在する。

ところで、アルミニウム合金等の熱処理合金金属の場合、需要家において曲げ加工やプレス加工によって一定の成形品を得る目的から、軟質材を成形加工した上で溶体化処理を行い、その後に衝風焼入れすることが多く行われている。つまり、下記特許文献１等で開示される熱風循環式の多段型炉床回転炉によって溶体化処理が行われたアルミニウム合金等の金属には、その後の衝風焼入れによって焼入加工を行うことが行われていた。

特開２００８－１３８９１６号公報

しかしながら、上掲した特許文献１等に開示される従来技術では、溶体化処理が行われた複数のワークに対する衝風焼入れを複数のワークごとで均一に行うことが困難であり、複数のワークごとで均質な品質を有するワークを得るための衝風焼入れによる焼入加工には改善の余地があった。

本発明は、上述した従来技術に存在する課題に鑑みて成されたものであって、その目的は、溶体化処理が行われた複数のワークに対する衝風焼入れを複数のワークごとで均一に行うことができ、その結果として、複数のワークごとで均質な品質を有するワークを得ることができる衝風焼入れによる焼入加工を実現可能な焼入装置と、その焼入装置を用いて実施される焼入方法を実現することにある。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明に係る別の焼入装置（２０）は、環状に並列配置され、かつ、上下方向に積層配置された複数のワーク格納室（１１）と、当該ワーク格納室（１１）に対応した複数のワーク取出口（１２）を有する溶体化処理炉（１０）から取り出された溶体化処理後のワーク（Ｗ）に対して焼入処理を行う焼入装置（２０）であって、前記ワーク取出口（１２）の位置にあわせて移動可能に設けられることを特徴とするものである。

また、本発明に係る焼入装置（２０）は、前記ワーク取出口（１２）から取り出されたワーク（Ｗ）を格納するワーク格納部（２１）を有し、前記ワーク格納部（２１）に格納されたワーク（Ｗ）を空冷する空冷ファン（２２）を備えることとすることができる。

さらに、本発明に係る焼入装置（２０）において、前記ワーク格納部（２１）には、ワーク（Ｗ）の出し入れを行う箇所に開閉動作自在なシャッター（２４）が設けられることとすることができる。

またさらに、本発明に係る焼入装置（２０）は、前記空冷ファン（２２）によって発生する空気の流れを整流する整流板（２３）を備えることとすることができる。

さらにまた、本発明に係る焼入装置（２０）において、前記ワーク取出口（１２）は、前記溶体化処理炉（１０）の上下方向に複数設けられており、前記ワーク取出口（１２）の位置にあわせて昇降移動可能に設けられることとすることができる。

本発明に係る焼入方法は、上述した焼入装置（２０）を用いて焼入処理を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、溶体化処理が行われた複数のワークに対する衝風焼入れを複数のワークごとで均一に行うことができ、その結果として、複数のワークごとで均質な品質を有するワークを得ることができる衝風焼入れによる焼入加工を実現可能な焼入装置と、その焼入装置を用いて実施される焼入方法を実現することができる。

本実施形態に係る焼入装置の構成例を示す平面図である。本実施形態に係る焼入装置の構成例を示す正面図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、図１および図２を用いて、本実施形態に係る焼入装置の構成についての説明を行う。ここで、図１は、本実施形態に係る焼入装置の構成例を示す平面図である。また、図２は、本実施形態に係る焼入装置の構成例を示す正面図である。図２は、図１の紙面下側から上側に向かって本実施形態に係る焼入装置を見た場合の図として示されている。

図１に示すように、本実施形態では、１つの溶体化処理炉１０に対して２つの焼入装置２０ａ，２０ｂが設置される構成となっている。

ここで、本実施形態に係る焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）が設置される溶体化処理炉１０について説明すると、本実施形態の溶体化処理炉１０は、環状に並列配置される複数のワーク格納室１１を備えている。また、これら複数のワーク格納室１１は、上下方向に積層配置される構成を備えており、図１で示す本実施形態の溶体化処理炉１０の場合、１段中で環状に並列配置されるワーク格納室１１は１６室であり、この１段中１６室あるワーク格納室１１が、上下方向に６段ほど積層配置される構成となっている。

そして、１６室×６段＝９６室あるワーク格納室１１には、各段ごとにワーク格納室１１に対応した複数のワーク取出口１２が形成されている。また、複数のワーク取出口１２に対しては、各取出口を閉鎖したり、開放したりするための可動蓋１３が配置されている。すなわち、この可動蓋１３は、図１の紙面左側に示されるように、ワーク取出口１２を塞いで取出口を閉鎖したり、図１の紙面右側に示されるように、ワーク取出口１２から離れて取出口を開放したりすることが可能となっている。

また、本実施形態の溶体化処理炉１０では、図１の紙面左側に示されるワーク取出口１２が、２、４、６段目に設けられたワーク取出口１２となっており、図１の紙面右側に示されるワーク取出口１２が、１、３、５段目に設けられたワーク取出口１２となっている。つまり、本実施形態の溶体化処理炉１０では、上下６段で積層配置されるとともに環状に並列配置された１６室のワーク格納室１１に対して、各段ごとに１つのワーク取出口１２が設けられ、これら各段ごとのワーク取出口１２に対してそれぞれに可動蓋１３が配置され、さらには、溶体化処理炉１０を上下方向で見たときに、各段ごとで互い違いにワーク取出口１２が設けられた構成となっている。

上述した溶体化処理炉１０に対しては、２つの焼入装置２０ａ，２０ｂが設置されている。本実施形態では、図１の紙面左側に示される焼入装置２０ｂが、１、３、５段目に設けられたワーク取出口１２となっており、図１の紙面右側に示される焼入装置２０ａが、２、４、６段目に設けられたワーク取出口１２となっている。つまり、本実施形態では、焼入装置２０ａ，２０ｂとワーク取出口１２は、各段ごとに左右逆となるようにクロス配置されている。このような構成となっているのは、後述する多関節ロボットアーム３０によるワークＷのワーク取出口１２から焼入装置２０ａ，２０ｂへの移し替えが、よりスムーズとなるような導線が得られるからである。

また、本実施形態に係る焼入装置２０ａ，２０ｂについては、図２にて示すように、図２の紙面左側に示される１、３、５段目用の焼入装置２０ｂが１台設置され、図２の紙面右側に示される２、４、６段目用の焼入装置２０ａが１台設置され、これら２つの焼入装置２０ａ，２０ｂそれぞれが、ワーク取出口１２の位置にあわせて上下方向で昇降移動可能となるように設けられている。すなわち、図２で示す紙面左側に示される１、３、５段目用の焼入装置２０ｂについては、１、３、５段目に設けられたワーク取出口１２と略同じ高さの位置で停止することが可能となっており、図２で示す紙面右側に示される２、４、６段目用の焼入装置２０ａについては、２、４、６段目に設けられたワーク取出口１２と略同じ高さの位置で停止することが可能となっている。なお、焼入装置２０ａ，２０ｂの上下方向での昇降移動は、モータ２５とチェーン２６による移動手段によって実現されている。

また、本実施形態に係る焼入装置２０ａ，２０ｂは、溶体化処理炉１０のワーク取出口１２から取り出されたワークＷを格納するワーク格納部２１を有しており、ワーク格納部２１の上方位置には、ワーク格納部２１に格納されたワークＷを空冷するための空冷ファン２２が設置されている。

また、空冷ファン２２の直下には、空冷ファン２２によって発生する空気の流れを整流するための２枚の整流板２３が配置されており、さらに、ワーク格納部２１には、ワークＷの出し入れを行う箇所に開閉動作自在なシャッター２４が設けられている。これら空冷ファン２２、整流板２３、シャッター２４の作用によって、ワークＷを格納するワーク格納部２１には、溶体化処理炉１０から搬出されたワークＷに対して適切に整流された風を送ることができるので、各ワーク格納部２１で均一条件の衝風焼入れによる焼入加工を実施することが可能となっている。

上述した溶体化処理炉１０のワーク格納室１１に対するワークＷの出し入れや、焼入装置２０ａ，２０ｂのワーク格納部２１に対するワークＷの出し入れについては、２つの焼入装置２０ａ，２０ｂの略中間部分に配置された多関節ロボットアーム３０によって実行可能となっている。なお、図１では、説明の便宜のために、多関節ロボットアーム３０の本体部３１と、多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２とが、分離して描かれているが、本来、本体部３１とアーム先端部３２とは接続した状態にあり、符号３２ａ～３２ｄで示したアーム先端部３２は、アーム先端部３２が取り得るポジションの一例を示したものである。

すなわち、図１で示すように、本実施形態に係る多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２は、符号３２ａで示すワークＷの搬入位置から、符号３２ｂで示すワーク格納室１１に対するワークＷの挿入位置や、符号３２ｃで示すワーク格納室１１からのワークＷの取り出し位置や、符号３２ｄで示すワークＷの搬出位置などを取ることができるようになっている。また、符号３２ｃで示すワーク格納室１１からワークＷを取り出して、焼入装置２０ａのワーク格納部２１に対してワークＷを挿入設置することが可能となっている。このように、本実施形態では、ワークＷを溶体化処理して衝風焼入れを行う焼入加工を行う際のワークＷの搬送を、１台の多関節ロボットアーム３０によって実行することが可能となっている。

以上、本実施形態に係る焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）の構成についての説明を行った。次に、上述した焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）を用いて行われる焼入方法について、図３～図８を参照図面に加えて説明を行う。ここで、図３～図８は、本実施形態に係る焼入装置を用いて行われる焼入方法を説明するための模式図である。なお、図４～図８における多関節ロボットアーム３０については、説明の便宜のために、多関節ロボットアーム３０の本体部３１を省略し、多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２のみが示されている。

図３では、搬入位置にあるワークＷを多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２が掬い上げて搬送しようとしている状況が示されている。このとき、溶体化処理炉１０の１、３、５段目に設けられた紙面右側のワーク取出口１２の可動蓋１３が開き、１、３、５段目のワーク格納室１１のワーク取出口１２が開放された状態となる。

次に、図４で示すように、多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２がワークＷを搬送し、１、３、５段目のワーク格納室１１内に対してワークＷを搬入する。その後、アーム先端部３２がワーク格納室１１内から退避して可動蓋１３が閉じ、溶体化処理炉１０によるワークＷの溶体化処理が実行される。

図４と同様に、図５で示す２、４、６段目のワーク格納室１１についても、多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２がワークＷを搬送し、２、４、６段目のワーク格納室１１内に対してワークＷを搬入する。その後、アーム先端部３２がワーク格納室１１内から退避して可動蓋１３が閉じ、溶体化処理炉１０によるワークＷの溶体化処理が実行される。

その後、溶体化処理が終了したワークＷから順次、溶体化処理炉１０外へ搬出される。例えば、図６に示されるように、１、３、５段目のワーク格納室１１のワーク取出口１２を閉鎖していた可動蓋１３が開き、１、３、５段目のワーク格納室１１のワーク取出口１２が開放され、１、３、５段目のワーク格納室１１内にある溶体化処理が終了したワークＷが、アーム先端部３２によって炉外に搬出される。そして、１、３、５段目のワーク格納室１１から搬出されたワークＷは、１、３、５段目用の焼入装置２０ｂに形成されたワーク格納部２１に搬入される。このとき、焼入装置２０ｂは、搬出先であるワーク取出口１２の段数に応じた高さ位置に移動するよう、図示しない制御装置により制御されているので、ワークＷを移送する多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２は、高さ方向での位置をほぼ変えることなく、ワークＷを移送することができる。また、焼入装置２０ｂとワーク取出口１２は、平面視で左右逆となるようにクロス配置されているので、多関節ロボットアーム３０によるワークＷのワーク取出口１２から焼入装置２０ｂへの移し替えがスムーズに実行される。さらに、ワークＷが挿入された焼入装置２０ｂでは、図２で示した空冷ファン２２、整流板２３、シャッター２４の作用によって、ワークＷを格納するワーク格納部２１には、溶体化処理炉１０から搬出されたワークＷに対して適切に整流された風を送ることができるので、各ワーク格納部２１で均一条件の衝風焼入れによる焼入加工を実施することが可能となっている。

一方、図７で示す２、４、６段目のワーク格納室１１で溶体化処理が実行されたワークＷについても、図６と同様の処理が実行可能である。すなわち、図７に示されるように、２、４、６段目のワーク格納室１１のワーク取出口１２を閉鎖していた可動蓋１３が開き、２、４、６段目のワーク格納室１１のワーク取出口１２が開放され、２、４、６段目のワーク格納室１１内にある溶体化処理が終了したワークＷが、アーム先端部３２によって炉外に搬出される。そして、２、４、６段目のワーク格納室１１から搬出されたワークＷは、２、４、６段目用の焼入装置２０ａに形成されたワーク格納部２１に搬入される。このとき、焼入装置２０ａは、搬出先であるワーク取出口１２の段数に応じた高さ位置に移動するよう、図示しない制御装置により制御されているので、ワークＷを移送する多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２は、高さ方向での位置をほぼ変えることなく、ワークＷを移送することができる。また、焼入装置２０ａとワーク取出口１２は、平面視で左右逆となるようにクロス配置されているので、多関節ロボットアーム３０によるワークＷのワーク取出口１２から焼入装置２０ａへの移し替えがスムーズに実行される。さらに、ワークＷが挿入された焼入装置２０ａでは、図２で示した空冷ファン２２、整流板２３、シャッター２４の作用によって、ワークＷを格納するワーク格納部２１には、溶体化処理炉１０から搬出されたワークＷに対して適切に整流された風を送ることができるので、各ワーク格納部２１で均一条件の衝風焼入れによる焼入加工を実施することが可能となっている。

その後、衝風焼入れによる焼入加工が終了したワークＷから順次、焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）外へ搬出される。すなわち、焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）のワーク格納部２１において衝風焼入れによる焼入加工が完了したワークＷは、図８に示されるように、搬出位置へと移送され、多関節ロボットアーム３０のアーム先端部３２がワークＷから退避することで、一連の焼入加工工程が終了する。

以上説明した焼入方法を実行することで、すべてのワークＷに対して、ワークＷの溶体化処理炉１０からの取り出しから１０秒以内に焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）による衝風焼入れが可能となっており、この衝風焼入れは、すべてのワークＷにおいて略同一条件で実行することが可能となっている。したがって、本実施形態によれば、ワークＷの焼入れ遅れが無く、均一な焼入処理を実行することができるので、ワークＷの品質を安定させることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態の焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）は、空冷式の衝風焼入れを行うものであったが、本発明の焼入装置については、水冷式や油冷式の焼入装置とすることができる。

また、上述した溶体化処理炉１０はワーク格納室が環状に配置される構成であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、ワークが載置されるワーク格納室（トレイ）がベルトコンベア等により直線状に移動するタイプの溶体化処理炉で、このベルトコンベアが複数並列されるような、いわゆるストレートタイプの溶体化処理炉にも適用可能であり、これ以外のタイプの溶体化処理炉にも本発明は適用可能である。

また例えば、上述した実施形態では、ワーク取出口１２のすぐ近くに焼入装置２０（２０ａ，２０ｂ）のワーク格納部２１が移動するように構成されていたが、いずれのワーク取出口１２からも一定の距離にワーク格納部２１が移動するように構成すればよい。ワーク取出口１２の違いによるワークＷへの焼入処理のバラツキをなくすことが本発明の本質である。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０溶体化処理炉、１１ワーク格納室、１２ワーク取出口、１３可動蓋、２０，２０ａ，２０ｂ焼入装置、２１ワーク格納部、２２空冷ファン、２３整流板、２４シャッター、２５モータ、２６チェーン、３０多関節ロボットアーム、３１本体部、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄアーム先端部、Ｗワーク。

Claims

環状に並列配置され、かつ、上下方向に積層配置された複数のワーク格納室と、当該ワーク格納室に対応した複数のワーク取出口を有する溶体化処理炉から取り出された溶体化処理後のワークに対して焼入処理を行う焼入装置であって、
前記ワーク取出口の位置にあわせて移動可能に設けられていることを特徴とする焼入装置。
請求項１に記載の焼入装置において、
前記ワーク取出口から取り出されたワークを格納するワーク格納部を有し、
前記ワーク格納部に格納されたワークを空冷する空冷ファンを備えることを特徴とする焼入装置。
請求項２に記載の焼入装置において、
前記ワーク格納部には、ワークの出し入れを行う箇所に開閉動作自在なシャッターが設けられることを特徴とする焼入装置。
請求項２又は３に記載の焼入装置において、
前記空冷ファンによって発生する空気の流れを整流する整流板を備えることを特徴とする焼入装置。
請求項１に記載の焼入装置において、
前記ワーク取出口は、前記溶体化処理炉の上下方向に複数設けられており、
前記ワーク取出口の位置にあわせて昇降移動可能に設けられることを特徴とする焼入装置。
請求項１～５のいずれか１項に記載の焼入装置を用いて焼入処理を行うことを特徴とする焼入方法。