JP7336129B2 - 高周波焼入装置、並びに、長尺状ワークの支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺状ワークを水平姿勢になるように支持して高周波焼入する高周波焼入装置に関するものである。また、本発明は、高周波焼入する水平姿勢の長尺状ワークを支持する支持装置に関するものである。

長尺状ワークを高周波焼入する際には、いわゆる移動焼きと称される焼入方法が採用されることが多い。ここで長尺状ワークとは、横断面の大きさに対して、横断面と直交する方向の長さが相当に長い形状を有する熱処理対象物である。また、移動焼きとは、長尺状ワークの焼入対象領域の長手方向の一部にのみ近接対向する加熱コイルを、長尺状ワークの長手方向に沿って相対移動させ、長尺状ワークの全焼入対象領域を順に高周波焼入（冷却液による冷却を含む。）する焼入方法である。

長尺状ワークを移動焼きする際には、長尺状ワークは一般に水平姿勢で保持される。長尺状ワークの両端を支持して水平姿勢にすると、長尺状ワークは自身の重量で下方に撓んでしまう。そこで、長尺状ワークが自重で撓まないように、長尺状ワークの中間（途中）の部位を支持する支持装置が提案されている。特許文献１には、このような材料支持装置が開示されている。

特許第３０１７０８８号公報

特許文献１に開示されている材料支持装置は、複数のローラユニットを有している。この複数のローラユニットは、両端が支持された水平姿勢の長尺材（長尺状ワーク）の中間の複数箇所を載置して長尺材を支持することができる。

すなわち、各ローラユニットには長尺材の重量が作用している。そして、特許文献１の発明では、各ローラユニットは、バネで上方に付勢されている。さらに、ストッパによって下降不能に高さ位置を固定することができる。バネの弾性力は、長尺材の重量を支持することができる強さに設定されており、ストッパが解除された状態でも長尺材の重量を支持することができる。

一方、移動焼きの際、長尺材の一端はチャックで把持され、長尺材の他端はセンタピンで支持されているため、長尺材は長手方向に移動不能に拘束されている。そして、長尺材が移動焼きされる際には、長尺材は部分的に昇温する。その結果、長尺材は膨張する。

また、長尺材（例えばボールネジ）における誘導加熱されて昇温した部位は軟化するため、この軟化した部位が強く押圧されると変形してしまう。すなわち、長尺材の表面（ネジ山）が変形してしまう。

そこで、特許文献１の材料支持装置は、長尺材における昇温していない部位を支持するローラユニットはストッパによって下降不能な状態とし、高周波電流が通電された加熱コイルが接近して昇温した部位を支持するローラユニットはストッパを解除して下降可能な状態にするように構成されている。

膨張した長尺材は、バネの弾性力に抗してストッパが解除されたローラユニットを押し下げ、ローラユニットは下方に逃げることができる。すなわち特許文献１の材料支持装置は、長尺材が膨張した際に、長尺材の昇温して軟化した部位がローラユニットに強く押圧されないように構成されている。特許文献１の材料支持装置は、これによって長尺材の表面（ネジ山）が損傷することを防止している。

ところで、特許文献１の材料支持装置は、直径７０ｍｍ以上の比較的大径の長尺材を支持することを想定している。直径７０ｍｍ以上の大径の長尺材は、高周波焼入されると表面は焼入温度に達するが、内部は表面ほどには昇温しない。そのため、比較的大径の長尺材の熱変形量は比較的小さい。具体的には、大径の長尺材は、長手方向と直交する方向の変形量は小さく、長手方向に蛇行するような変形はしない。そのため、比較的大径の長尺材を高周波焼入（移動焼き）する場合には、特許文献１の材料支持装置で十分に対応することができた。

一方、直径が２０ｍｍを下回るような比較的小径の長尺状ワークを移動焼きする場合には、誘導加熱された際の熱が、長尺材ワークの内部にまで浸透し易い。そのため、小径の長尺状ワークは、大径の長尺状ワークよりも誘導加熱時（焼入時）に歪み易く、長手方向のみならず、長手方向と直交する方向にも変形し易い。
すなわち、小径の長尺状ワークを移動焼きする際に、特許文献１の材料支持装置を使用すると、小径の長尺状ワークは、材料支持装置上（ローラユニット上）から逸脱するほど長手方向と交差する様々な方向に蛇行するように変形してしまう。そのため、特許文献１に開示されているような従来の支持装置では、小径の長尺状ワークを高周波焼入するのは困難であった。

そこで本発明は、小径の長尺状ワークの高周波焼入を良好に実施することができる高周波焼入装置を提供することを課題としている。また、本発明は、長尺状ワークを高周波焼入する際に、当該長尺状ワークを良好に支持することができる支持装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するための本発明の第１の様相は、加熱コイルと、当該加熱コイルを直線移動させる移動手段を有し、両端が回転可能に支持された長尺状ワークに前記加熱コイルが近接対向しており、前記移動手段が加熱コイルを長尺状ワークの長手方向に沿って移動させ、長尺状ワークを一端側から他端側へ順に高周波焼入する高周波焼入装置であって、前記長尺状ワークの中間の部位を支持する支持装置を有し、前記支持装置は、重量支持部材と、チャックを有し、前記重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、前記支持位置から離間した退避位置の間を昇降装置で移動できる複数の回転支持体を有し、前記チャックは、複数のチャック爪部を有し、前記各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、前記各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能であり、各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して前記回転支持体で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能であることを特徴とする高周波焼入装置である。

本様相の高周波焼入装置は、支持装置の重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、支持位置から離間した退避位置の間を移動できる複数の回転支持体を有する。すなわち、重量支持部材の回転支持体は、支持位置において長尺状ワークの中間の部位を支持することができ、退避位置において長尺状ワークから退避することができる。
ここで「中間」とは、長尺状ワークＷの両端の間の部位であり、長手方向の両端を除いた途中の部位である。
また、支持装置のチャックの各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能である。すなわち、チャック爪部同士の間隔を変更可能である。そして、対向する各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して回転支持体で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能である。すなわち、長尺状ワークに触れた状態で位置を固定することにより、長尺状ワークが熱膨張して変形したり、自重で撓むことを良好に阻止することができる。また、対向する各チャック爪部の各回転保持体は、互いに離間して長尺状ワークから退避することができる。
本様相の高周波焼入装置では、支持装置によって長尺状ワークの中間の部位を拘束することができる。すなわち、長尺状ワークの移動と変形を阻止することができる。
本様相の高周波焼入装置では、直径が２５ｍｍ以下の比較的小径で熱変形し易い長尺状ワークであっても、長尺状ワークの変形を良好に阻止しながら高周波焼入することができる。

本様相において、対向配置された各チャック爪部の前記各回転保持体は、長尺状ワークに対して互いに相殺される押圧力を付与するのが好ましい。

この構成によれば、対向配置された各チャック爪部の各回転保持体は、長尺状ワークに対して互いに相殺される押圧力を付与するので、長尺状ワークの拘束が安定する。

本様相において、回転保持体は、長尺状ワークの長手方向と平行な回転軸を有するローラであるのが好ましい。

この構成によれば、長尺状ワークが回転駆動されると、長尺状ワークに追従して回転保持体が回転軸周りに回転することができる。

本様相において、各チャック爪部の各回転保持体の中には、回転中心が他の回転保持体の回転中心に対して、上下方向に所定の距離だけ離間しているものを含むのが好ましい。

この構成によれば、各回転保持体が、長尺状ワークの側方の上側及び側方の下側に当接して長尺状ワークを上下左右から保持可能である。すなわち、長尺状ワークの側方の上側及び側方の下側を拘束することができ、長尺状ワークを確実に保持することができる。

本様相において、チャック爪部が特定の位置にあることを検出する検出手段を有するのが好ましい。

この構成によれば、チャック爪部が特定の位置にあることを検出することができる。例えば、チャック爪部が互いに離間した位置にあることが検出されると、チャック爪部の回転保持体がワークを支持する支持位置から離間した離間位置にあると判定することができる。

本様相において、支持装置を複数有し、各支持装置が長尺状ワークの長手方向の異なる部位を拘束しており、各支持装置による長尺状ワークの拘束及び拘束の解除を個別に切り換える切換手段を有するのが好ましい。

この構成によれば、複数の支持装置によって長尺状ワークの長手方向の複数箇所を支持することができる。また、切換手段によって特定の支持装置のみを長尺状ワークの拘束の解除状態とすることができる。これにより、移動焼きの際に、加熱コイル及び冷却ジャケットが、支持装置に衝突することを回避することができる。その際には、別の支持装置で長尺状ワークを保持しているので、長尺状ワークの変形を良好に阻止しながら移動焼きを実施することができる。

本様相において、加熱コイルは、環状コイルであってもよい。

本発明の第２の様相は、水平姿勢で両端が支持された状態で回転駆動される長尺状ワークの中間の部位を支持する長尺状ワークの支持装置であって、重量支持部材と、チャックを有し、前記重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、前記支持位置から離間した退避位置の間を昇降装置で移動できる複数の回転支持体を有し、前記チャックは、複数のチャック爪部を有し、前記各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、前記各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能であり、前記各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して前記回転支持体で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能であることを特徴とする長尺状ワークの支持装置である。

本様相の長尺状ワークの支持装置は、重量支持部材と、チャックを有する。
重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、支持位置から離間した退避位置の間を移動できる複数の回転支持体を有し、複数の回転支持体が支持位置にあるときには、各回転支持体で長尺状ワークの重量を支持することができる。また、各回転支持体は退避位置に退避して、長尺状ワークから離間することができる。
チャックは、複数のチャック爪部を有し、各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能である。
各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して重量支持部材で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能である。すなわち、長尺状ワークに触れた状態で位置を固定することにより、長尺状ワークが熱膨張して変形したり、自重で撓むことを良好に阻止することができる。また、対向する各チャック爪部の各回転保持体は、互いに離間して長尺状ワークから退避することができる。

本発明の高周波焼入装置では、比較的小径で熱変形し易い長尺状ワークであっても、長尺状ワークの移動と変形を良好に阻止しながら高周波焼入することができる。また、本発明の長尺状ワークの支持装置では比較的小径で熱変形し易い長尺状ワークであっても、長尺状ワークを確実に拘束することができ、熱処理時に長尺状ワークの移動と変形を良好に阻止することができる。

（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る高周波焼入装置の概念図である。 本実施形態に係る支持装置の斜視図であり、可動部が上昇しており、チャックが閉じている状態を示す。 本実施形態に係る支持装置の斜視図であり、可動部が上昇しており、チャックが開いている状態を示す。 本実施形態に係る支持装置の斜視図であり、可動部が下降しており、チャックが開いている状態を示す。 図２の支持装置の正面図であり、図２のＡ－Ａ部分のみを断面視して示す。 図４の支持装置の正面図であり、図４のＢ－Ｂ部分のみを断面視して示す。 重量支持部材の斜視図である。 図２の支持装置の主要部のみを示す正面図であり、（ａ）は、支持装置が長尺状ワークを支持していない状態を示し、（ｂ）は、長尺状ワークが重量支持部材上に載置された状態を示し、（ｃ）は、長尺状ワークがチャックで把持された状態を示す。 重量支持部材の回転支持体と、チャックの回転保持体のみを示す斜視図であり、（ａ）は、長尺状ワークが回転支持体及び回転保持体で支持されていない状態を示し、（ｂ）は、長尺状ワークが回転支持体上に載置された状態を示し、（ｃ）は、長尺状ワークが回転保持体で把持された状態を示す。 複数の支持装置で長尺状ワークを支持している状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１０において、加熱コイルと冷却ジャケットが長尺状ワークに近接対向し、さらに長尺状ワークの両端が、チャックとセンタピンによって回転可能に支持されている状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１１に続き、加熱コイルが、チャック側から一番目の支持装置に接近し、一番目の支持装置が長尺状ワークの支持を解除した状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１２に続き、加熱コイルが一番目の支持装置を通過して二番目の支持装置に接近し、一番目の支持装置が長尺状ワークを支持すると共に、二番目の支持装置が長尺状ワークの支持を解除した状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１３に続き、加熱コイルが二番目の支持装置を通過して三番目の支持装置に接近し、二番目の支持装置が長尺状ワークを支持すると共に、三番目の支持装置が長尺状ワークの支持を解除した状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１４に続き、加熱コイルが三番目の支持装置を通過して四番目の支持装置に接近し、三番目の支持装置が長尺状ワークを支持すると共に、四番目の支持装置が長尺状ワークの支持を解除した状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１５に続き、加熱コイルが四番目の支持装置を通過して五番目の支持装置に接近し、四番目の支持装置が長尺状ワークを支持すると共に、五番目の支持装置が長尺状ワークの支持を解除した状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。 図１６に続き、加熱コイルが最もセンタピン側の支持装置を通過し、最もセンタピン側の支持装置が長尺状ワークを支持し、長尺状ワークの高周波焼入対象の全領域に渡って高周波焼入された状態を示す高周波焼入装置の部分斜視図である。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る高周波焼入装置５０は、冷却ジャケット２９、高周波誘導加熱装置５１、複数の支持装置１（１ａ、１ｂ、・・・）を有する。長尺状ワークＷ（以下、単にワークＷと称する。）は、横断面の大きさに対して、長さが相当に長い。ワークＷの直径は、例えば５ｍｍ～２５ｍｍであり、ワークＷの長さは、例えば１ｍ～５ｍである。

冷却ジャケット２９は、筐体２９ａを有する。筐体２９ａは、環状の内壁を構成する挿通孔５２を備えている。挿通孔５２の内径はワークＷの外径よりも大きく、挿通孔５２はワークＷを挿通させることができる。換言すると、筐体２９ａは、ワークＷの周囲に外嵌することができる。

挿通孔５２の内壁には、多数の噴射口５３が設けられている。各噴射口５３は、筐体２９ａの内外を連通させる孔である。また、筐体２９ａには、図示しない冷却液供給源から冷却液を導く配管５４が接続されている。配管５４を介して筐体２９ａ内に冷却液が供給されると、筐体２９ａ内の冷却液が、各噴射口５３から噴射される。すなわち各噴射口５３はノズルとして機能し、冷却液は、各噴射口５３から挿通孔５２の中心方向に向かって噴射される。冷却ジャケット２９への冷却液の供給は、図示しない制御装置によって制御されている。

高周波誘導加熱装置５１は、高周波発振器５５、トランス５６、加熱コイル２８を有する。高周波誘導加熱装置５１は、商用電源５７から供給された電力を高周波電流に変換し、高周波電流を加熱コイル２８に通電する装置である。加熱コイル２８は、銅又は銅合金等の良導体で構成された中空の管状部材で形成された環状のコイルである。中空の加熱コイル２８には、図示しない配管を介して冷却液が循環供給される。また、環状の加熱コイル２８の内径は、ワークＷの外径よりも若干大きい。すなわち、加熱コイル２８の内径は、ワークＷに外嵌した際に、ワークＷに高周波誘導電流を励起させることができる程度の大きさである。加熱コイル２８への高周波電流の通電のＯＮ・ＯＦＦは、図示しない制御装置によって制御されている。

環状コイルである加熱コイル２８と冷却ジャケット２９の挿通孔５２は、同芯状に配置されており、両者は図示しない直線ガイドに沿って所定の速度で直線移動することができる。加熱コイル２８と冷却ジャケット２９の移動軌跡上には、ワークＷを配置可能である。ワークＷは、回転可能に両端が支持された状態で加熱コイル２８と冷却ジャケット２９の移動軌跡上に配置される。すなわち、図１０に示すように、ワークＷの一端は、駆動機構２５によって回転駆動されるチャック２６で把持されており、ワークＷの他端には窪み（図示せず）が形成されており、当該窪みにセンタピン２７が係合している。よって、ワークＷは、回転は可能であるが、長手方向への移動ができない状態で加熱コイル２８と冷却ジャケット２９の移動軌跡上に配置されている。ここで、ワークＷの他端は、センタピン２７の代わりに、ワークＷにちょうど外嵌するスリーブで支持してもよい。すなわち、ワークＷと同芯のスリーブにワークＷの他端を嵌め込んで、ワークＷの他端を支持してもよい。

また、高周波焼入装置５０は、複数の支持装置１（図１０では５つの支持装置１ａ～１ｅを示し、図１（ａ）ではそのうちの２つの支持装置１ａ、１ｂのみを示す。）を有し、各支持装置１は、加熱コイル２８と冷却ジャケット２９の移動軌跡に沿って配置されている。支持装置１は、水平姿勢で両端が支持された長尺状のワークＷの中間の部位を支持する機能を有する。ここで「中間」とは、長尺状のワークＷの両端の間の部位であり、長手方向の両端を除いた途中の部位である。図１（ａ）では、煩雑な描写を避けるため、支持装置１ａ、１ｂにおけるワークＷに接触する部位のみを示している。

以下、本発明の特徴的な構成を有する支持装置１について図２乃至図９を参照しながら説明する。
図２に示すように、支持装置１は、固定部２と可動部３を有する。

固定部２は、機台２ａと支柱２ｂを有している。
機台２ａは、水平の平板で構成されており、図示しない固定構造物に固定される部位である。図５、図６に示すように、機台２ａには、昇降装置１０と、昇降検出部２４、開閉センサ１８（検出手段）が設けられている。

昇降装置１０は、本体１０ａ（シリンダ）とピストンロッド１０ｂを有するエアシリンダである。すなわち昇降装置１０は、往復駆動が可能な装置である。本体１０ａは、機台２ａに固定されており、ピストンロッド１０ｂは、後述の可動部３に接続されている。また、図２に示すように、本体１０ａには配管４ａ、４ｂが接続されており、配管４ａ、４ｂを介して圧縮気体が供給又は排出される。昇降装置１０として、油圧シリンダやサーボモータ等を採用することもできる。

本体１０ａには、複数（本実施形態では４つ）のガイド孔１０ｃが設けられている。各ガイド孔１０ｃは、本体１０ａを鉛直方向に貫通する孔である。

ピストンロッド１０ｂの先端には、支持台１１が設けられている。支持台１１は、ピストンロッド１０ｂの先端に一体化された平板状の部位である。支持台１１は、ピストンロッド１０ｂの進退方向と直交する平板状の部位である。

支持台１１には、複数のガイドロッド１２が設けられている。各ガイドロッド１２は、平板状の支持台１１におけるピストンロッド１０ｂと同じ面側に、ピストンロッド１０ｂの周囲に等間隔で配置されている。具体的には、四角形の支持台１１の中央にピストンロッド１０ｂがあり、四角形の四隅にガイドロッド１２が設けられている。各ガイドロッド１２は、本体１０ａに設けられたガイド孔１０ｃに挿通されている。すなわち、ピストンロッド１０ｂが本体１０ａに対して往復移動する際には、ガイドロッド１２がガイド孔１０ｃに沿って移動する。

また、固定部２の支柱２ｂは、図２に示すように、機台２ａに対して起立して固定されており、機台２ａから鉛直方向に延びている。

昇降検出部２４（図５、図６）は、支柱２ｂ（図２）に固定されている。図５、図６に示すように、昇降検出部２４は、下降センサ２４ａと上昇センサ２４ｂを有する。下降センサ２４ａと上昇センサ２４ｂは近接センサであり、下降センサ２４ａは上昇センサ２４ｂの上側に配置されている。

次に、可動部３について説明する。
可動部３は、図３に示すように、重量支持部材６、台座１５、チャック１７、水平シャフト１９、垂下シャフト２１（図５）を有する。

台座１５は、支持台１１上に固定された一体構造物である。台座１５は、後述の重量支持部材６、平行チャック１７、水平シャフト１９、垂下シャフト２１（図５）を取付け、これらを一体化する機能を有する。

重量支持部材６は、図７に示すように、水平軸周りに自由回転が可能な複数のローラからなる回転支持体６ａ～６ｃと、回転支持体６ａ～６ｃを保持する保持部７を有する。保持部７は、台座１５に固定される基部７ａと、基部７ａに対して起立する起立部７ｂ～７ｅを有する。

各起立部７ｂ～７ｅは、互いに所定の間隔を置いて一列に配置されている。回転支持体６ａは、起立部７ｂ、７ｃの間に配置されており、回転支持体６ａの回転軸は、起立部７ｂ、７ｃに取り付けられている。すなわち、回転支持体６ａの回転軸の両端が、起立部７ｂ、７ｃによって支持されている。そして、回転支持体６ａの周面の上端は、起立部７ｂ、７ｃよりも上方に突出している。

回転支持体６ｂは、起立部７ｃ、７ｄの間に配置されている。そして、回転支持体６ｂの周面の上端が、起立部７ｃ、７ｄよりも上方に突出するように、回転支持体６ｂの回転軸が起立部７ｃ、７ｄに取り付けられている。同様に、回転支持体６ｃは、起立部７ｄ、７ｅの間に配置されている。そして、回転支持体６ｃの周面の上端が、起立部７ｄ、７ｅよりも上方に突出するように、回転支持体６ｃの回転軸が起立部７ｄ、７ｅに取り付けられている。

回転支持体６ａ、６ｂ、６ｃは、この順で並んでいる。図９（ａ）に示すように、両端の回転支持体６ａ、６ｃの回転軸３１ａ、３１ｂは、同一の直線３１（図７）上にあり、回転支持体６ｂの回転軸３２ａは、直線３１と所定の間隔を置いた同じ高さ位置の直線３２（図７）上にある。すなわち回転支持体６ａ、６ｃは、平行で同じ高さの二つの直線３１、３２のうちの一方の直線３１に配置されており、回転支持体６ｂは他方の直線３２上に配置されている。換言すると、回転支持体６ａ～６ｃは、ちどり状に配置されている。そして、図８（ｂ）に示すように、ワークＷは、回転支持体６ａ、６ｃと回転支持体６ｂの間に載置され、ワークＷの重量は回転支持体６ａ～６ｃで支持される。すなわち、これら回転支持体６ａ～６ｃの周面が、ワークＷを載置して支持する載置部を構成している。

チャック１７は、図２に示すように、チャック本体１７ａと一対のチャック爪部１７ｂ、１７ｃを有する。

チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、下部が鉛直方向に延びており、上部が水平方向に延びるＴ字形を呈する部材である。チャック爪部１７ｂ、１７ｃの下部は、チャック本体１７ａに往復移動可能に装着されている。

また、チャック爪部１７ｂの水平方向の一方側の端部には、図３に示すように、突出部１３ａ、１３ｂが設けられており、他方側の端部には、突出部１４ａ、１４ｂが設けられている。突出部１３ａ、１３ｂは、上下の位置関係にあり、突出部１３ａが突出部１３ｂの上側に設けられている。同様に、突出部１４ａ、１４ｂは、上下の位置関係にあり、突出部１４ａが突出部１４ｂの上側に設けられている。

チャック爪部１７ｃは、チャック爪部１７ｂと同じ構造を有している。チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、突出部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂが、内側になるように、互いに対向するように配置されている。

図３に示すように、チャック爪部１７ｂの突出部１３ａ、１４ｂには、それぞれ回転保持体８ａ、８ｂが自由回転可能に軸支されている。また、チャック爪部１７ｃの突出部１４ｂ、１３ａには、それぞれ回転保持体９ｂ、９ａが自由回転可能に軸支されている。

回転保持体８ａの回転軸３３ａ（回転中心）と、回転保持体８ｂの回転軸３３ｂ（回転中心）は、上下方向に離間している。同様に、回転保持体９ａの回転軸３４ａ（回転中心）と、回転保持体９ｂの回転軸３４ｂ（回転中心）も、上下方向に離間している。また、回転軸３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、互いに平行である。すなわち、回転保持体８ａ、８ｂと、回転保持体９ａ、９ｂは、互い違いの位置関係にある。

回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの周面は、突出部１３ａ、１４ｂ、１３ａ、１４ｂよりも内側（対向するチャック爪部側）に突出している。ここで、チャック爪部１７ｂ、１７ｃの全ての突出部１３ａ、１４ｂ、１４ａ、１３ｂに回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂを設けてもよい。

平行チャック１７のチャック爪部１７ｂ、１７ｃは、重量支持部材６の両側に配置されている。チャック爪部１７ｂ、１７ｃに装着された回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの回転軸３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ（図９）と、重量支持部材６の回転支持体６ａ～６ｃの回転軸３１ａ、３２ａ、３１ｂ（図９）は、全て平行である。また、回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの直径と、回転支持体６ａ～６ｃの直径は同じである。回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの直径と、回転支持体６ａ～６ｃの直径は、支持するワークＷの直径に応じて任意に選定することができる。また、回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの直径と、回転支持体６ａ～６ｃの直径は、必ずしも同じである必要はない。そして、図３に示す回転保持体８ｂ、９ｂの回転軸の高さは、回転支持体６ａ～６ｃの回転軸の高さと一致している。

チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、互いに対向してチャック本体１７ａに装着されており、チャック本体１７ａに内蔵された図示しない駆動機構によって間隔を変更することができる。すなわち、チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、重量支持部材６からの距離が等しくなるように、互いの距離を変更することができる。換言すると、チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、間隔を狭めて閉状態にしたり、間隔を広げて開状態にすることができる。

また、平行チャック１７のチャック爪部１７ｂには、水平シャフト１９が取り付けられている。すなわち、チャック爪部１７ｂが移動すると、水平シャフト１９はチャック爪部１７ｂに追従して移動する。水平シャフト１９は、固定部２に固定された開閉センサ１８側に延びており、途中に検出部１９ａを備えている。

そして、平行チャック１７が開くと、開閉センサ１８は、検出部１９ａを検出し、平行チャック１７が開いた状態であることを検出する。すなわち、開閉センサ１８は近接センサであり、水平シャフト１９の検出部１９ａが接近したことを検出する。開閉センサ１８によって検出部１９ａが検出されると、検出信号が図示しない制御装置に送信され、制御装置によって平行チャック１７が開状態であると判定される。また、このとき制御装置は、可動部３（台座１５）が下降可能な状態であると判定する。

台座１５には、垂下シャフト２１（図５、図６）が鉛直姿勢で固定されている。垂下シャフト２１の中間の部位には、検出部２２、２３が設けられている。検出部２２、２３は、昇降検出部２４の下降センサ２４ａと上昇センサ２４ｂによって検出される部位である。

台座１５には、上記した構成の他、カバー２０が設けられている。カバー２０は、昇降装置１０の周囲を覆う部材である。昇降装置１０を駆動し、台座１５を下降させると、カバー２０が機台２ａに接近し、図４に示すように昇降装置１０の大半の部位が隠れる。

支持装置１は、以上説明したような構造を有しており、昇降装置１０を駆動すると、重量支持部材６及び平行チャック１７を含む全ての可動部３が昇降する。また、平行チャック１７を駆動すると、チャック爪部１７ｂ、１７ｃの間隔が変化する。この支持装置１の動作は、図示しない制御装置によって制御されている。

以上のように高周波焼入装置５０の高周波誘導加熱装置５１、冷却ジャケット２９、支持装置１が構成されている。
次に、高周波焼入装置５０の動作について説明する。

ワークＷは、図示しない搬送装置で待機場所から搬送され、一列に並んだ各支持装置１ａ～１ｅで構成される支持機構３０によって水平姿勢で支持される。すなわち、ワークＷは、各支持装置１ａ～１ｅの重量支持部材６上に載置され、さらに各支持装置１ａ～１ｅの平行チャック１７によって拘束される（図１０）。図１０に示す状態では、ワークＷの中間の部位が、各支持装置１ａ～１ｅによって確実に保持されている。具体的には、ワークＷの長手方向に沿って順に領域Ａ～Ｅを設定し、領域Ａの部位を支持装置１ａによって保持し、同様に領域Ｂ～Ｅの部位を、それぞれ支持装置１ｂ～１ｅによって保持する。

ワークＷを保持する際における支持装置１の動作は、以下のようである。図３に示すように可動部３が上昇位置にあり、平行チャック１７は、開いた状態で待機している。このとき、垂下シャフト２１の検出部２３が、昇降検出部２４の上昇センサ２４ｂによって検出されており、図示しない制御装置は、可動部３が上昇位置にあると判定する。また、平行チャック１７のチャック爪部１７ｂに取り付けられた水平シャフト１９の検出部１９ａが開閉センサ１８によって検出されており、図示しない制御装置は、平行チャック１７が開状態であると判定する。すなわち、チャック爪部１７ｂ、１７ｃがワークＷから離間した離間位置（特定の位置）にあることが検出される。そして、図示しない制御装置は、可動部３が上昇位置にあって、平行チャック１７が開状態であることをもって、支持装置１がワークＷを受け入れ可能な状態であると判定する。

図８（ａ）、図９（ａ）に示すように、ワークＷを、図示しない搬送装置によって支持装置１（１ａ～１ｅ）の上方まで搬送する。次に、ワークＷを下降させ、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すように、支持装置１の回転支持体６ａ～６ｃ上に載置する。そして、平行チャック１７を駆動し、開状態で退避位置にあるチャック爪部１７ｂ、１７ｃを接近させ、図８（ｃ）、図９（ｃ）に示すように、回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂでワークＷを把持する。すなわち、チャック爪部１７ｂ、１７ｃが、ワークＷを支持する支持位置まで移動する。

このとき、平行チャック１７の一方のチャック爪部１７ｂの回転保持体８ａ、８ｂと、他方のチャック爪部１７ｃの回転保持体９ａ、９ｂは、ワークＷの周面に接触（当接）している。また、チャック爪部１７ｂ（回転保持体８ａ、８ｂ）とチャック爪部１７ｃ（回転保持体９ａ、９ｂ）のワークＷに対する相対位置は固定されている。すなわち、平行チャック１７は、ワークＷを上下左右（水平方向及び鉛直方向）に移動できないように良好に拘束している。図８（ｃ）、図９（ｃ）に示す状態では、ワークＷは、水平姿勢で移動と変形がほぼ不能に拘束されているが、回転のみ可能である。

ここで、チャック爪部１７ｂ、１７ｃが、互いに接近する方向に付勢されていて、回転保持体８ａ、８ｂと、回転保持体９ａ、９ｂがワークＷを互いに反対方向（接近する方向）に押圧するようにしてもよい。その際には、一方のチャック爪部１７ｂの回転保持体８ａ、８ｂがワークＷを押圧する力（押圧力）と、他方のチャック爪部１７ｃの回転保持体９ａ、９ｂがワークＷを押圧する力（押圧力）が相殺されるようにする。

チャック爪部１７ｂに設けられた回転保持体８ａ、８ｂがワークＷに付与する押圧力と、チャック爪部１７ｃに設けられた９ａ、９ｂがワークＷに付与する押圧力は、互いに相殺され、モーメントも生じない。すなわち、チャック爪部１７ｂに対する回転保持体８ａ、８ｂの上下方向の取り付け位置は、チャック爪部１７ｃに対する回転保持体９ａ、９ｂの上下方向の取り付け位置と一致している。換言すると、チャック爪部１７ｂ、１７ｃは、同じ構造を有しており、チャック爪部１７ｃは、チャック爪部１７ｂの向きを１８０度回転させたものである。これによらず、平行チャック１７は、チャック爪部１７ｂ側の回転保持体と、チャック爪部１７ｃ側の回転保持体が互いに向き合う位置にあってもよい。

具体的には、チャック爪部１７ｂには二つの回転保持体８ａ、８ｂが四角形の対角の位置に設けられており、チャック爪部１７ｃにも二つの回転保持体９ａ、９ｂが四角形の対角の位置に設けられているが、それぞれ四角形の四隅の位置に設けてもよい。

各支持装置１ａ～１ｅは、等間隔で配置されている。すなわち、複数の支持装置１ａ～１ｅが、共通のワークＷの長手方向の異なる部位をそれぞれ支持している。支持装置同士の間隔は比較的狭い。図１０に示す例では、５つの支持装置１ａ～１ｅによって、ワークＷを支持しているが、支持装置１の数は必要に応じて任意に選定することができる。

次に、図１１に示すように、ワークＷに加熱コイル２８と冷却ジャケット２９を外嵌させ、さらにワークＷの一端をチャック２６で把持し、ワークＷの他端にセンタピン２７を係合させる。すなわち、図１１に示す状態では、ワークＷは、チャック２６とセンタピン２７によって回転駆動可能に両端支持されている。

ワークＷは、駆動機構２５によってチャック２６と共に回転するが、支持装置１ａ～１ｅの重量支持部材６の回転支持体６ａ～６ｃと、チャック爪部１７ｂ、１７ｃの回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、自由回転が可能であるため、ワークＷの回転に追従して回転する。すなわち、回転支持体６ａ～６ｃと回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、ワークＷを回転可能に支持すると共に、ワークＷを移動不能及び変形不能に拘束している。

すなわち、図示しない制御装置によって駆動機構２５が作動し、チャック２６が回転駆動されると、ワークＷが回転する。その際、各支持装置１ａ～１ｅの重量支持部材６の各回転支持体６ａ～６ｃと、平行チャック１７の各回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、ワークＷの回転に追従して回転する。すなわち、ワークＷは、各支持装置１ａ～１ｅで拘束されているものの、円滑に回転することができる。

ワークＷは、いわゆる移動焼きと称される方法によって高周波焼入される。移動焼きとは、高周波電流が通電された加熱コイル２８と、冷却液を噴射供給する冷却ジャケット２９が、ワークＷの長手方向に沿って移動し、ワークＷを順に高周波焼入する焼入方法である。

本実施形態で使用される加熱コイル２８は、環状構造を呈しており、ワークＷの周囲を囲み、ワークＷの全周面に同時に誘導電流を励起させることができる。また、加熱コイル２８は、図示しないサーボモータ（移動手段）によって、直線ガイド（図示せず）に沿って一定速度でワークＷの長手方向に移動することができる。

冷却ジャケット２９は、図示しない冷却液の供給源から冷却液が供給されると、噴射口５３（図１（ａ））から冷却液をワークＷに向けて噴射することができる。冷却ジャケット２９は、加熱コイル２８に近接しており、加熱コイル２８と共にワークＷの長手方向に移動することができる。

次に、ワークＷを移動焼きする際における、各支持装置１ａ～１ｅの動作について説明する。

加熱コイル２８が、ワークＷにおけるチャック２６に最も近い領域Ａの部位（支持装置１ａが拘束する部位）に接近すると、図示しない制御装置によって支持装置１ａの平行チャック１７を駆動し、チャック爪部１７ｂ、１７ｃを互いに離間させ（図３）、ワークから退避させる。さらに、昇降装置１０を駆動し、可動部３を下降させる（図４）。これにより、重量支持部材６が下降し、重量支持部材６（回転支持体６ａ～６ｃ）が、ワークＷから離間して退避し、図４、図６に示す状態となる。すなわち、支持装置１ａは、ワークＷの把持及び支持を解除し、完全にワークＷから離間した状態となる。すなわち、図示しない制御装置は、支持装置１ａによるワークＷの保持と保持の解除とを切り換える切換手段として機能する。

具体的には、加熱コイル２８と冷却ジャケット２９は、図示しない直線ガイドに沿って移動するが、加熱コイル２８が直線ガイドの特定の位置に達すると、支持装置１ａによるワークＷの保持（拘束）を解除する。また、加熱コイル２８がさらに移動して直線ガイドの別の特定の位置に達すると、支持装置１ａによるワークＷの保持（拘束）を再開する。支持装置１ｂ～１ｅによるワークＷの保持（拘束）と保持（拘束）の解除についても同様である。

ワークＷにおける加熱コイル２８が近接対向した部位は、誘導加熱されて焼入温度まで昇温する。ここで、ワークＷは比較的小径（例えば直径が５ｍｍ～２５ｍｍ程度）であり、誘導加熱された際の熱がワークＷの表面のみならず、内部にまで浸透し易い。そのため、長尺状のワークＷは蛇行状に変形し易い。すなわち、ワークＷは熱膨張の影響で変形し易い。ところが、ワークＷの中間の複数の部位が、支持装置１ａ～１ｅで拘束されているため、ワークＷの変形は良好に阻止される。ワークＷにおける加熱コイル２８によって誘導加熱された部位は、後続の冷却ジャケット２９から噴射される冷却液によって急冷される。これにより、ワークＷは、長手方向の一部のみ部分的に高周波焼入される。

図１（ａ）に示すように、支持装置１ａが保持する領域Ａの部位に加熱コイル２８が接近すると、支持装置１ａは、ワークＷの拘束を解き、ワークＷから離間する。すなわち、支持装置１ａの重量支持部材６（回転支持体６ａ～６ｃ）と平行チャック１７の各チャック爪部１７ｂ、１７ｃ（回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が、領域ＡにおけるワークＷを支持する支持位置からワークＷから離間した退避位置に移動する。このとき、ワークＷは、チャック２６、支持装置１ｂ～１ｅ、センタピン２７によって依然として拘束されている。すなわち、支持装置１ａは、チャック１７のチャック爪部１７ｂ、１７ｃの間隔が拡がった状態で下方に移動しており、重量支持部材６（回転支持体６ａ～６ｃ）と平行チャック１７（回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が、ワークＷから離間している。

加熱コイル２８は、領域Ａに近接対向し、領域Ａは誘導加熱される。支持装置１ａが領域Ａから退避しているので、加熱コイル２８は、支持装置１ａと衝突することなくワークＷの長手方向に沿って移動し領域Ａを通過することができる。ワークＷの昇温した領域Ａの部位は、続いて後続の冷却ジャケット２９から噴射される冷却液によって急冷される。冷却ジャケット２９が領域Ａを通過すると、図示しない制御装置は、支持装置１ａを駆動し、再び支持装置１ａによってワークＷの領域Ａの部位を保持（拘束）する。すなわち、支持装置１ａの重量支持部材６（回転支持体６ａ～６ｃ）と、平行チャック１７の回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが、退避位置から支持位置へ移動し、ワークＷ（領域Ａの部位）を押圧して拘束する。

領域Ａを通過した加熱コイル２８は、次にワークＷの領域Ｂの部位に接近する。領域Ｂは、支持装置１ｂによって支持された領域である。加熱コイル２８が領域Ｂに接近すると、支持装置１ｂは、ワークＷの拘束を解き、ワークＷから退避する。このとき、ワークＷは、チャック２６、支持装置１ａ、１ｃ～１ｅ、センタピン２７によって保持されている。そのため、ワークＷの変形は良好に阻止されている。領域Ｂから支持装置１ｂが退避しているので、加熱コイル２８と冷却ジャケット２９は、支持装置１ｂに衝突することなく、領域Ｂを高周波焼入しながら移動することができる。
以下、同様に、加熱コイル２８及び冷却ジャケット２９がワークＷに沿って領域Ｃ～Ｅを通過し、領域Ｃ～Ｅは高周波焼入される（図１４～図１６）。

支持装置１ａ～１ｅは、各々加熱コイル２８及び冷却ジャケット２９が接近したときのみワークＷから退避し、それ以外のときにはワークＷを保持している。そのため、ワークＷは、長手方向の一部の拘束のみが解除された状態となり、加熱コイル２８及び冷却ジャケット２９がワークＷの長手方向に沿って円滑に移動することができるのみならず、ワークＷの変形を良好に阻止することができる。

冷却ジャケット２９が領域Ｅを通過すると、図１７に示すように、支持装置１ｅがワークＷの保持を再開し、ワークＷは、チャック２６、支持装置１ａ～１ｅ、センタピン２７によって保持される。ワークＷの高周波焼入が終了すると、図示しない制御装置は、高周波誘導加熱装置５１を停止し、加熱コイル２８への通電を停止する。そして、駆動機構２５を停止し、ワークＷの回転を停止する。さらに、チャック２６による把持を解除し、チャック２６とセンタピン２７をワークＷから離間させる。

加熱コイル２８と冷却ジャケット２９は、図示しない直線ガイドに沿ってサーボモータによって所定の速度で移動することができる。また、加熱コイル２８が直線ガイドの特定の位置に達したことを検出するセンサが設けられている。例えば、加熱コイル２８が、領域Ａ（実際には領域Ａの手前の位置）にきたことが検出されると、図示しない制御装置が支持装置１ａをワークＷから退避させる。また、冷却ジャケット２９が領域Ａを通過したことが検出されると、図示しない制御装置は、支持装置１ａによるワークＷの保持を再開する。このようなセンサを、領域Ａ～領域Ｅ付近に設けておき、加熱コイル２８及び冷却ジャケット２９を検知し、これに基づいて図示しない制御装置が支持装置１ａ～１ｅによるワークＷの保持と保持の解除を切り換える。

そして、加熱コイル２８と冷却ジャケット２９が支持装置１ｅ（最もセンタピン２７に近い支持装置）を通過し（図１７）、ワークＷの熱処理対象の全領域の高周波焼入が完了すると、加熱コイル２８への通電と冷却ジャケット２９への冷却液の供給を停止し、さらに駆動機構２５によるチャック２６の回転駆動を停止させる。

そして、移動焼きが終了したワークＷからチャック２６及びセンタピン２７を退避させる。さらに、各支持装置１ａ～１ｅの平行チャック１７を駆動し、各支持装置１ａ～１ｅを、図８（ｃ）、図９（ｃ）に示す状態から、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示す状態に回転保持体８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂをワークＷから退避させる。このとき、ワークＷは、各支持装置１ａ～１ｅの回転支持体６ａ～６ｃ上に載置されているだけである。すなわち、図示しない搬送装置によって、ワークＷを容易に取り出すことができる。

本実施形態に係る支持装置１ａ～１ｅは、ワークＷから完全に退避する（すなわち、支持装置１ａ～１ｅがワークに全く接触していない状態にする）ことができる。そのため、支持装置１ａ～１ｅが、ワークＷの支持を一時的に解除することにより、環状構造の加熱コイル２８及び冷却ジャケット２９を支持装置１ａ～１ｅに衝突または接触させることなく通過させることができる。

本実施形態では、環状構造の加熱コイル２８を使用する場合について説明したが、加熱コイルは、ワークＷの周囲の略半周部分のみに近接対向する半開放型の加熱コイルであってもよい。

本実施形態では、チャック爪部として平行チャック１７を採用した。平行チャック１７は、互いの距離を変更することができる一対（二つ、すなわち複数）のチャック爪部１７ｂ、１７ｃを有するものであり、チャック爪部１７ｂ、１７ｃは同じ大きさ及び構造を有するものである。ここで、一つの支持装置１が、チャック爪部として平行チャック１７の代わりに、一方側と他方側のそれぞれに複数のチャック爪部を有し、これらのチャック爪部が、互いに接近及び／又は離間するものであってもよい。また、チャック爪部は、一方側に一つの比較的大きなチャック爪部を有し、他方側に複数の比較的小さな別のチャック爪部を有するものであってもよい。

本実施形態においては、重量支持部材６の各回転支持体６ａ～６ｃは、上下方向に移動する場合について説明したが、回転支持体６ａ～６ｃは、支持位置と退避位置の間を水平方向に移動してもよい。すなわち、回転支持体６ａ～６ｃの退避位置は、支持位置の下方に限らず、支持位置と同じ高さ位置であってもよい。

１ 支持装置
６ 重量支持部材
６ａ～６ｃ 回転支持体
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ 回転保持体
１７ 平行チャック
１７ｂ、１７ｃ チャック爪部
１８ 開閉センサ（検出手段）
３０ 支持機構
３１ａ、３１ｂ 回転支持体６ａ、６ｃの回転軸
３２ａ 回転支持体６ｂの回転軸
Ｗ 長尺状ワーク

Claims (8)

1. 加熱コイルと、当該加熱コイルを直線移動させる移動手段を有し、
   両端が回転可能に支持された長尺状ワークに前記加熱コイルが近接対向しており、前記移動手段が加熱コイルを長尺状ワークの長手方向に沿って移動させ、長尺状ワークを一端側から他端側へ順に高周波焼入する高周波焼入装置であって、
   前記長尺状ワークの中間の部位を支持する支持装置を有し、
   前記支持装置は、重量支持部材と、チャックを有し、
   前記重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、前記支持位置から離間した退避位置の間を昇降装置によって移動できる複数の回転支持体を有し、
   前記チャックは、複数のチャック爪部を有し、
   前記各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、
   前記各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能であり、
   各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して前記回転支持体で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能であることを特徴とする高周波焼入装置。
2. 対向配置された各チャック爪部の前記各回転保持体は、長尺状ワークに対して互いに相殺される押圧力を付与することを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置。
3. 前記回転保持体は、長尺状ワークの長手方向と平行な回転軸を有するローラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波焼入装置。
4. 前記各チャック爪部の各回転保持体の中には、回転中心が他の回転保持体の回転中心に対して、上下方向に所定の距離だけ離間しているものを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波焼入装置。
5. 前記チャック爪部が特定の位置にあることを検出する検出手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波焼入装置。
6. 前記支持装置を複数有し、
   各支持装置が長尺状ワークの長手方向の異なる部位を拘束しており、
   前記各支持装置による長尺状ワークの拘束及び拘束の解除を個別に切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高周波焼入装置。
7. 前記加熱コイルは、環状コイルであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高周波焼入装置。
8. 水平姿勢で両端が支持された状態で回転駆動される長尺状ワークの中間の部位を支持する長尺状ワークの支持装置であって、
   重量支持部材と、チャックを有し、
   前記重量支持部材は、長尺状ワークの重量を支持する支持位置と、前記支持位置から離間した退避位置の間を昇降装置によって移動できる複数の回転支持体を有し、
   前記チャックは、複数のチャック爪部を有し、
   前記各チャック爪部は、複数の回転保持体を有し、
   前記各チャック爪部は、対向配置されていて互いの距離を変更するように移動が可能であり、
   前記各チャック爪部の各回転保持体は、互いに接近して前記回転支持体で支持された長尺状ワークの周囲に触れた状態で位置を固定可能であることを特徴とする長尺状ワークの支持装置。

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