JPH0522545U - 長尺材焼き入れ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長尺材を井戸焼き入れするに際して要した長
い焼き入れサイクル・タイムの短縮を計り、曲がり歪の
発生を防止する。同時にサイクル・タイム改善措置に伴
い、特に周面に凹凸のある長尺材に生じやすい問題点を
克服する。 【構成】 焼き入れ全工程を通じて水平状態で長尺材全
長を対ロール群上で軸回転させつつ押し送りする。また
加熱コイルと冷却手段との間に遮蔽板を，コイルを貫通
して遮蔽板に達する石英管をそれぞれ設ける構成とす
る。 【効果】 全工程が水平移動焼き入れであるので、焼き
入れ装置への搬出・入ならびに位置決めが容易となり、
サイクル・タイムを画期的に短縮し、かつ全工程を通じ
て回転拘束による低歪焼き入れが達成される。水平移動
焼き入れ時に生ずる焼き入れ流体の加熱コイル方向への
溢流防止と昇温中の部分への飛沫の防止が完全になり、
かつ雰囲気調整が出来て、仕上がりの均一性，品質が保
証される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は例えば長さが３〜１０ｍもあるような各種長尺の棒状部材を低歪，か つ高効率的で均一焼き入れすることが可能な焼き入れ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

長さが３〜１０ｍもあるような長尺材を焼き入れする従来技術は、井戸焼き入 れと呼ばれる方法により実施されていた。この方法を図１に従って概説する。披 処理長尺材Ｗの長さ以上の深さがある垂直な井戸(イ)と，その井戸(イ)の上方を 覆う長尺材Ｗの長さ以上の高さの塔屋(ロ)を設け、かつ当該塔屋(ロ)の屋根裏に はクレーン(ハ)が配置される。加熱コイルＣと冷却手段Ｊは作業するのに便利な 床上の所定高さに位置する。長尺材Ｗは回転駆動機構を備えた吊り具(ニ)を介し てクレーン(ハ)で巻き上げて加熱コイルＣと位置決めしたうえ、吊り具(ニ)に下 垂されて回転状態の長尺材Ｗを順次下降させて加熱コイルＣと冷却手段Ｊを通過 せしめて焼き入れする。焼き入れ終了時点で，長尺材Ｗは井戸(イ)の中に収容さ れた状態であるので、長尺材Ｗを再びクレーン(ハ)で巻き上げてから処理領域外 に下降させて搬出し、吊り具(ニ)から外して焼き入れサイクルが完了する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

長尺材の焼き入れでは、従前より長尺材を吊るした状態で移動焼き入れすると 低歪が達成されると言われており、井戸焼き入れはこれを忠実に実施したもので あるが、必ずしも十分な低歪が達成し難かった。そのうえ、長尺材の吊り具への 着脱，ならびに焼き入れ前の位置決めの煩雑さ、さらには焼き入れ前・後の２度 に及ぶ巻き上げ，降ろしに時間を要するなど、焼き入れサイクル・タイムが極め て長時間となった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、従来の吊るした状態での移動焼き入れに替えて、全焼き入れ工程を 通じで長尺材を一貫して水平状態下におき、その全長を対ロール群上で軸回転さ せつつ押し送りして移動焼き入れする構成として、焼き入れ装置への搬出・搬入 ならびに位置決めに要する時間を短縮するとともに、対ロール群による回転拘束 焼き入れを実現して精度の高い低歪仕上げを達成することにより、上述の課題を 解決する。

【０００５】 さらに本考案は、上記構成に加えて加熱コイルと冷却手段との間に遮蔽板を設 けるとともに，加熱コイルを貫通して遮蔽板に達する石英管を配置することによ って、垂直移動から水平移動に変わった焼き入れ方式にまつわる焼き入れ急冷後 の冷却流体が加熱コイル方向へ溢流したり、特に外周に螺旋状の凹凸が形成され ている長尺材，例えばボールねじ等に生じがちな形状に起因する冷却流体の広範 囲にわたる跳ね返りの飛沫が昇温中の部分に飛来して焼き入れ仕上がりの均一性 を阻害する事態を阻止し、同時に雰囲気調整をも達成する。

【０００６】

【実施例】

本考案を図２〜４に示す一実施例を用いて以下に詳述する。 図２は考案の一実施例長尺材焼き入れ装置の全容を示す正面図であり、同図に おける１０は長尺材を回転させつつ軸方向送りする送り機構、２０は焼き入れ機 構である。送り機構１０は長尺材の長さの２倍を十分に超える長さを有する水平 なベッド１，当該ベッド１上に列設された複数の対ロール２，および移動体装置 ３からなる。

【０００７】 上記各対ロール２は長尺材の長さの２倍以上の範囲にわたってベッド１上の図 視左方端側から右方端側にかけて所定間隔ごとに配設されている。全ての対ロー ル２は同径であって、同一水平レベルを維持するとともに、各対ロール２それぞ れは軸線をベッド１の長手方向沿いとし、かつ対を形成する両ロールの対向周面 間には所定間隙が維持されている。各対ロール２の対向周面間の間隙中央が一直 線上ある如く列設されていることは言うまでもない。

【０００８】 而して、本考案は全てのロールが同一方向へ同期して回転駆動可能に設定され ている。本実施例の場合は、Ｍ１として示す回転駆動源の回転力が，伝達機構を 介して，対ロール２配置範囲全長にわたっ伸延している回転駆動軸４に伝えられ 、図３(ａ)に示されるように，当該回転駆動軸４の各対ロール２配設位置に対応 する位置に設けた回転伝達手段によって，全てのロールを同一方向へ同期回転さ せるようにしている。上記の構成は長尺材をそれぞれの対ロール２における両ロ ール周面間の所定間隙をまたいで両ロール周面と接する如く，対ロール２群上に 載置可能，かつ同時に後述する移動体装置３および焼き入れ機構との関係におい て位置決めを可能とするとともに、対ロール２群の設けられている範囲の何れの 位置においても，長尺材Ｗの全長を均一速度でロールの回転方向とは逆の回転方 向へ回転可能である。

【０００９】 上記移動体装置３の本体３ａは対ロール２群の所定上方位置をベッド１の他方 端から中央部近傍まで前進・後退可能である。本実施例では、図３(ａ)に示され るように，本体３ａはベッド１上に裾部を当接する門型を呈しており、その図示 右側にはＭ２として示す回転駆動源とこれに連結する伝達機構が一体的に固定配 置されている。回転駆動源Ｍ２の駆動力は伝達機構を介してギヤ５ａに伝達可能 である。ベッド１の側面にはリニアギア５ｂが固定配置されており、当該リニア ギア５ｂは上記ギヤ５ａと噛み合っている。また、本体３ａの裾部はベッド１上 の長手方向添いに配設された６として示すレールに跨座する構成とされている。 従って、回転駆動源Ｍ２を駆動すれば，本体３ａは一体化されている回転駆動源 Ｍ２および伝達機構とともにベッド１上をリニアギア５ｂ配設範囲内で自走可能 である。

【００１０】 本体３ａには、図３(ｂ)に７として示す所定長の水平な押し棒が設けられてい る。当該押し棒７は諸元を所定に設定することによって、各対ロール２の両ロー ル間の間隙をまたいでそれぞれのロール周面と接する如く，対ロール２群上に載 置される長尺材Ｗの軸線延長線Ｌとその軸線を一致させることが可能である。尚 、長尺材Ｗの軸線延長線Ｌはこれからの記述にしばしば用いるので、移動する長 尺材Ｗの軸中心線の意味で，以下単に中心線Ｌと称することとする。

【００１１】 上記構成とすることによって、移動体装置３を図２に示す如くベッド１の右方 端，即ち対ロール２群の配置範囲外に位置させた状態で長尺材Ｗを対ロール２群 上の右方側に載置すれば、対ロール２群の左方半部に長尺材Ｗの長さ相当分以上 を後述する焼き入れ機構２０を隔てて残すことが可能である。而して、この状態 で対ロール２群上に載置した長尺材Ｗの右方端面に押し棒７を当接したうえ、対 ロール２群を回転駆動して長尺材Ｗを所定方向へ回転させ，かつ回転駆動源Ｍ２ を動作として移動体装置３の本体３ａを左方向へ前進させれば、長尺材Ｗの右方 端面が対ロール２群の左方端に至るまで，長尺材Ｗの全長を均一速度で所定方向 へ同期回転させつつ，押し送り可能である。

【００１２】 ところで、本実施例の押し棒７は、図３(ａ)に示されるように，支持部材７１ に支持されているが、当該支持部材７１はハンドルＨ１を回転すれば上下方向に 移動可能，これに伴って押し棒７も上下方向に移動可能である。それ故に、対ロ ール２群上に載置される長尺材の直径が異なる場合に生ずる中心線Ｌの位置の変 動に対処することができる。尚、押し棒７の先端は、例えば半球状の如き形状と しても良いが、テーパー部７２とすれば、長尺材の端面にセンター孔がある場合 に挿入可能となり、長尺材の対ロール２群上での安定回転を一層向上させること となる。

【００１３】 上記焼き入れ機構２０は上記対ロール２群配置範囲の中央に位置し、長尺材が 対ロール２群上を右半部から左半部に移動する間に順次焼き入れ可能である。当 該焼き入れ機構２０は図４に示す如く，中心線Ｌ上に同軸配置した加熱コイルＣ ，当該加熱コイルＣの一方端面から所定間隔を隔てて配置された中空環状の冷却 手段Ｊ，当該冷却手段Ｊと加熱コイルＣの間に設けられた中心線Ｌに垂直な遮蔽 板８，および上記加熱コイルＣを貫通して水平を維持する石英管９で構成されて いる。

【００１４】 上記冷却手段Ｊの中空環内は加熱コイルＣ寄り側の室Ｊ１と，当該室Ｊ１に連 接する室Ｊ２に２分割されている。室Ｊ１の環内壁の焼き入れ流体噴射孔Ｓ１の 噴射指向先は室Ｊ２方向への所定角度の傾斜もつ中心線Ｌであり、室Ｊ２の環内 壁の焼き入れ流体噴射孔Ｓ２の噴射指向先は直角に中心線Ｌである如く設定され ている。

【００１５】 上記遮蔽板８は長尺材の外周より僅かに大きい内径の透孔８１を備えており、 当該透孔８１の中心は中心線Ｌ上にある。上述の冷却手段Ｊから噴射された焼き 入れ用流体が長尺材を急冷後に加熱コイルＣ側へ溢流するのを阻止する。

【００１６】 上記石英管９は内径が長尺材の外径より些少大，外径が加熱コイルＣの内周面 と嵌着する程度であることが加熱効率上から望ましい。当該石英管９の一方端面 は遮蔽板８に当接し，他方端面は加熱コイルＣの他方端面から所定間隔を隔てた 位置まで伸延する如く設定されている。長尺材が石英管９を通過しつつ，加熱コ イルＣによって加熱されるに際し、当該石英管９の内壁と長尺材の外周との間の 微小間隙を酸欠状態にして、長尺材の焼き入れ表面の肌荒れ防止に資するととも に、遮蔽板８とともに焼き入れ流体が長尺材を急冷した後に飛散して加熱昇温中 の長尺材表面へ降りかかり、不均一焼き入れの原因となるのを完全に防止する。 特に長尺材の周面に螺旋状の凹凸がある，例えばボールねじ軸のような形状に起 因して焼き入れ流体の飛散が広範囲に及ぶ場合に極めて効果を発揮する。

【００１７】 焼き入れ機構２０はこれを構成する上述各要素の軸線が中心線Ｌ上に位置する ごとく、例えば図２ではベッド１の向い側に位置するボード２１の表面に一括保 持されている。而して本実施例では、ボード２１はベッド１の向い側の側面から 起立する２本の支柱２２によって支承されていて、位置調整手段，例えばハンド ルＨ２の回動によってボード２１が支柱２２沿いに上下方向へスライド可能であ る。従って、対ロール２群上に載置される長尺材の直径が異なる場合に生ずる中 心線Ｌの位置の変動に対処することができる。

【００１８】 〔比較実験例：１〕 本考案者は本考案の焼き入れ工程上の効果を確認するため、上述の実施例装置 を用いた焼き入れ１サイクル・タイムを井戸焼き入れに従った場合の焼き入れ１ サイクル・タイムと比較する実験を行った。用いた供試体は長さ；６２００ｍｍ ，直径；６０ｍｍのボールねじである。実験結果を表１として示す。

【表１】 上記実験結果は、両者に共通する同一の焼き入れ実時間８８０秒はさておき、 本考案装置がその他の所要時間を井戸焼き入れの１／７に短縮することを明確に 示している。

【００１９】 〔比較実験例：２〕 本考案者は本考案装置の低歪焼き入れ効果確認のため、上記比較実験例１と同 一の供試体を用いた焼き入れ実験を実施し、焼き入れ前・後の長手方向曲がり歪 量(ｍ当たり)を計測した。実験結果を表２に示す。

【表２】 上記実験結果は、焼き入れ開始から終了までの全工程を通じて長尺材を回転対 ロールで拘束焼き入れする本考案装置の効果が遺憾なく発揮されていることを示 しており、従来の井戸焼き入れの場合には焼き入れ後の歪量が１０〜３０ｍｍで あったのに比べると飛躍的に改善されたことが判明した。

【００２０】 〔確性試験〕 本考案者はさらに本考案における石英管の配設有無による焼き入れ仕上がり状 態を検討するため、本考案実施装置を用いて供試体を下記条件に従って焼き入れ し、焼き入れ済み供試体から無作為に切り出した資料片を確性試験に付した。

【００２１】 資料片の作成 ○供試体：ボールねじ軸……直径；50 mm, 長さ；8300 mm,ｐ16，ボール径；3/8 材質……Ｓ５５Ｃ ○焼き入れ条件 電源……周波数；6 kＨz，50 kＷ 加熱コイル……内径；75 mm，2 ターン 冷却手段……内径；150 mm，長さ；100 mmの環状ジャケット、２室に分かれ ている。冷却液；高分子水溶液使用。 遮蔽板……あり。 石英管……あり、なし、の２種類の実験 ○供試体の移動条件……送り速度；5 mm／sec，回転数；28 rpm

【００２２】 それぞれの資料片についてビッカース硬さ試験方法に従い焼き入れ層の硬さ測 定を実施した。図５の(ａ)は石英管あり，(ｂ)は石英管なしそれぞれの測定結果 をグラフで示したもので、右上に測定位置を示す断面図を添えた。グラフにおけ る鎖線は要請される硬さＨＲＣ５５ラインであり、断面図における斜線部分は焼 き入れパターンである。尚、焼き入れ対象がボールねじ軸であるので、ねじ底に は高硬さを要求されないことを付言しておく。

【００２３】 両図の比較から、石英管ありの図の(ａ)が安定した均一焼き入れ層に仕上がっ ていることが判明し、当該試験と平行して実施した外見観察結果も肌荒がなく、 遮蔽板の配置に加重して配置した石英管が外周に凹凸のある披処理材の水平方向 移動焼き入れに効果のあることが明確にされた。

【００２４】

【考案の効果】

本考案装置は、焼き入れサイクル全体にわたって長尺材を一貫して水平状態で 扱い、しかもその全長を対ロール群上で軸回転させつつ押し送りして移動焼き入 れするので、焼き入れ装置への搬出・入ならびに位置決めが容易となり、焼き入 れサイクルを画期的に短縮するとともに、対ロール群による回転拘束作用が発揮 されて低歪焼き入れが達成される効果がある。 さらに本考案装置は焼き入れ機構に遮蔽板と石英管を備えているので、長尺材 を水平移動で焼き入れする際に生ずる焼き入れ流体の加熱コイル方向への溢流防 止のみならず、特に周面に螺旋状の凹凸がある長尺材に生ずる広範囲な焼き入れ 流体の跳ね返り飛散の飛沫が昇温部に及ぶのを完全に防止すると同時に、簡易に 雰囲気調整が出来、この種長尺材の焼き入れ仕上がりの均一性と品質を保証する 効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法である井戸焼き入れ装置の概要を示す正
面図である。

【図２】本考案の一実施例装置の概要を示す正面図であ
る。

【図３】（a）および（ｂ）それぞれは実施例装置にお
ける送り機構の要部を示す側面図および正面図である。

【図４】実施例装置における焼き入れ機構の要部を示す
断面正面図である。

【図５】（a）および（ｂ）それぞれは確性試験におけ
る硬さ測定位置を表わす断面図を添えた硬さ測定結果を
示す線図である。

【符号の説明】

１０……………………送り機構 １………………………ベッド ２………………………対ロール ３………………………移動体装置 ７………………………押し棒 ７１，Ｈ１……………押し棒位置調整手段 ８………………………遮蔽板 ８１……………………透孔 ９………………………石英管 ２０……………………焼き入れ機構 ２１，２２，Ｈ２……焼き入れ機構位置調整手段 Ｃ………………………加熱コイル Ｊ………………………冷却手段 Ｊ１……………………冷却手段の第１室 Ｊ２……………………冷却手段の第２室 Ｗ………………………長尺材 Ｌ………………………長尺材の軸線延長線

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸回転可能な形状の長尺材を回転させつ
   つ軸方向送りする送り機構および焼き入れ機構からな
   り、上記送り機構は長尺材の長さの２倍を十分に超える
   長さを有する水平なベッド，当該ベッド上の一方端側か
   ら他方端側にかけて長尺材の長さの２倍以上の範囲にわ
   たり所定間隔ごとに直列配置したそれぞれの軸線をベッ
   ドの長手方向沿いとする複数の対ロール，および当該対
   ロール群の所定上方をベッドの他方端から中央部近傍ま
   で前進・後退可能な移動体装置で構成され、上記各対ロ
   ールを形成するロール周面間には所定間隙が維持される
   とともに、全てのロールは同一方向へ同期回転駆動可能
   に設定され、また上記移動体装置は所定長の水平な押し
   棒を備えており、上記焼き入れ機構は対ロール配置範囲
   の中央に位置し、加熱コイル，当該加熱コイルの一方端
   面から所定間隔を隔てて配置された中空環状の冷却手
   段，当該冷却手段と加熱コイルとの間に設けられた垂直
   な遮蔽板，および加熱コイルを貫通して水平を維持する
   石英管で構成され、上記冷却手段の中空環内は加熱コイ
   ル寄りの第１室とそれに続く第２室に分割され，その内
   壁に設けた焼き入れ流体噴射孔の指向先は第１室側が所
   定角度の傾斜をもって第２室寄り軸線方向，第２室側が
   軸線直角となる如く設定され、上記遮蔽板は長尺材の外
   周より僅かに大きい径の透孔を備え、上記石英管の内径
   は長尺材の外周より大であって，その一方端面は遮蔽板
   に当接し，他方端面は加熱コイルの他方端面から所定間
   隔を隔てた位置まで伸延する設定であり、送り機構にお
   ける押し棒と焼き入れ機構における加熱コイル，石英
   管，遮蔽板の透孔，および冷却手段それぞれの軸線が対
   ロール群上に載置される長尺材の軸線延長線上にある如
   く設定されている長尺材焼き入れ装置。
2. 【請求項２】 移動体装置が押し棒位置調整手段を備
   え、押し棒の水平位置を対ロール群上に載置される長尺
   材の直径に応じて上下方向に調整して長尺材の端面中央
   に当接可能とした請求項１記載の長尺材焼き入れ装置。
3. 【請求項３】 焼き入れ機構が位置調整手段を備え、対
   ロール群上に載置される長尺材の直径に応じて各構成要
   素の軸線を上下方向に一括調整可能とした請求項１記載
   の長尺材焼き入れ装置。
4. 【請求項４】 送り機構におけるベッド上の対ロール群
   とそれに対応する移動体装置の押し棒それぞれを複数並
   列配置構成とするとともに、焼き入れ機構をこれに対応
   して並列配置し、かつ対ロール群どおしの間隔を焼き入
   れ機構における相隣る加熱コイルが相互電磁誘導作用を
   受けない距離とした請求項１記載の長尺材焼き入れ装
   置。