(57)【要約】【課題】周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークの歪みを抑制することが可能な焼入装置を提供する。【解決手段】焼入装置（１）は、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワーク（Ｗ）を焼入れする装置であり、ワーク（Ｗ）の変形量を検出する変形量検出部（２０）と、ワーク（Ｗ）を加熱する加熱部（３０）と、加熱されたワーク（Ｗ）に対して冷却液を噴射して、ワーク（Ｗ）を冷却する冷却部（４０）と、ワーク（Ｗ）と冷却部（４０）との間にない第１の位置とワーク（Ｗ）と冷却部（４０）との間にある第２の位置との間で移動可能で、必要なときに冷却部（４０）からワーク（Ｗ）への冷却液の噴射を遮蔽する遮蔽材（５１）と、変形量検出部（２０）により検出されたワーク（Ｗ）の変形量のデータに基づいて、遮蔽材（５１）の移動を制御する制御部（６０）とを有する。【選択図】図１
2020204081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークの焼入装置であって、
前記ワークの変形量を検出する変形量検出部と、
前記ワークを加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された前記ワークに対して冷却液を噴射して、前記ワークを冷却する冷却部と、
前記ワークと前記冷却部との間にない第１の位置と、前記ワークと前記冷却部との間にある第２の位置との間で移動可能で、かつ、少なくとも前記第２の位置にあるときに前記ワークの周方向に回転移動可能であり、前記第２の位置にあるときに、前記冷却部から前記ワークへの前記冷却液の噴射を遮蔽する遮蔽材と、
前記変形量検出部により検出された前記ワークの変形量のデータを取得し、前記ワークの最大変形量が規定値以上であるときに、前記ワークの前記冷却部に最も近接する最大変形部分を特定し、当該最大変形部分と前記冷却部との間に前記遮蔽材が位置するよう、前記遮蔽材の移動を制御する制御部とを有する、焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長尺棒状のワークの表面焼入には、移動焼入が広く採用されている。移動焼入では、ワークは軸方向に移動されながら、表面焼入に必要な処理、具体的には加熱処理および冷却処理を受ける。
一般的に、長尺棒状のワークの移動焼入では、ワークの長さが断面積に比して大きいため、ワークの材質のばらつきおよび加工残留応力のばらつき等により、軸心線に対する歪みが発生しやすい。本明細書において、「軸心線」とは、長尺棒状のワークの歪みがない場合のワークの中心軸である。
【０００３】
特許文献１は、長尺棒状のワークを軸方向に移動させながら焼入を行う高周波焼入装置に関する。特許文献１には、ワークの両側を誘導加熱する加熱コイルと、加熱されたワークの両側に対して焼入液を噴射する右側、左側冷却ジャケットと、軸方向の右側又は左側に歪むワークの歪みの量を検出するセンサと、センサにより検出されたデータと基準データとの偏差を求め、この偏差に基づいて前記冷却ジャケットの焼入液の噴射量を各々制御する制御部とを備えた高周波焼入装置が開示されている（請求項１）。
特許文献１に記載の高周波焼入装置では、移動焼入中にワークの歪みをリアルタイムで検出し、歪みが解消されるように焼入液のワーク軸回りの噴射量分布をリアルタイムで変更することができる（段落００１１、００３２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４５２８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の焼入装置では、歪みの測定データの変動が大きい場合、冷却ジャケットから噴射される焼入液の噴射量をリアルタイムで適切に制御することは難しい。例えば、長尺棒状のワークが軸方向に回転しながら移動する場合、ワークの回転移動に合わせて歪みの測定データが大きく変動する。この場合、センサによる検出時間、制御回路の応答時間、焼入液の噴射量を調整する調整バルブの動作時間、および配管の容積に応じて変動する実流量変化の遅れ時間等が影響し、上記測定データの変動に合わせて、冷却ジャケットから噴射される焼入液の噴射量をリアルタイムで適切に制御することは難しい。特許文献１に記載の焼入装置では、ワークの歪みが検出されたときに、即座に冷却ジャケットから噴射される焼入液の噴射量を制御することが難しい。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークの歪みを抑制することが可能な焼入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の焼入装置は、
周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークの焼入装置であって、
前記ワークの変形量を検出する変形量検出部と、
前記ワークを加熱する加熱部と、
前記加熱部により加熱された前記ワークに対して冷却液を噴射して、前記ワークを冷却する冷却部と、
前記ワークと前記冷却部との間にない第１の位置と、前記ワークと前記冷却部との間にある第２の位置との間で移動可能で、かつ、少なくとも前記第２の位置にあるときに前記ワークの周方向に回転移動可能であり、前記第２の位置にあるときに、前記冷却部から前記ワークへの前記冷却液の噴射を遮蔽する遮蔽材と、
前記変形量検出部により検出された前記ワークの変形量のデータを取得し、前記ワークの最大変形量が規定値以上であるときに、前記ワークの前記冷却部に最も近接する最大変形部分を特定し、当該最大変形部分と前記冷却部との間に前記遮蔽材が位置するよう、前記遮蔽材の移動を制御する制御部とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークの歪みを抑制することが可能な焼入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態の焼入装置とこの装置を通過しているワークを示す模式図である。
【図２】ワークの中心位置が軸心線よりずれた状態で、冷却部の内部をワークが通過している様子を進行方向先から見た模式断面図である。
【図３】歪み解消制御を行わない場合の変形量の検出データの例である。
【図４】歪み解消のための遮蔽材の移動制御の手順の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の焼入装置の構造とこれを用いた焼入方法について、説明する。図１は、本実施形態の焼入装置とこの装置を通過しているワークを示す模式図である。図中、ワークＷ、加熱部３０、冷却部４０、遮蔽材５１、および支持部材５２は、断面図で図示してある。
【００１１】
本実施形態の焼入装置１は、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークＷの表面焼入を行う装置である。
図１中、符号ＣＬは、長尺棒状のワークＷの軸心線であり、ワークＷの歪みがない場合のワークＷの中心軸である。矢印Ｄ１はワークＷの移動方向の例を示す。ワークＷは、公知の移動機構（図示略）により、図示上側から図示下側に向かって矢印Ｄ１の方向に移動（搬送とも言う）されながら、焼入れに必要な各種の処理を順次受けるようになっている。
本実施形態において、ワークＷは、回転モータ１１により周方向に回転されるようになっている。矢印Ｄ２はワークＷの回転方向の例を示す。
【００１２】
本実施形態の焼入装置１は、ワークＷを加熱する加熱部３０と、加熱部３０により加熱されたワークＷに対して冷却液を噴射して、ワークＷを冷却する冷却部４０とを有する。
本実施形態において、加熱部３０は、コイルとコイルに交流電流を供給する高周波電源とを含み、コイルの中を通るワークＷを誘導加熱する高周波誘導加熱装置を含む。
本実施形態において、冷却部４０は、ワークＷの表面に対して冷却水等の冷却液を噴射する筒状等の冷却ジャケットを含む冷却装置を含む。
高周波誘導加熱装置および冷却ジャケットとしては、公知のものを用いることができる。なお、加熱部３０および冷却部４０の構成は、適宜設計変更可能である。
【００１３】
本実施形態の焼入装置１は、ワークＷの変形量を検出する変形量検出部２０を有する。本実施形態では、加熱部３０による加熱処理を受ける前に、変形量検出部２０によりワークＷの変形量が検出される。本実施形態において、変形量検出部２０は変形量検出センサを含む。変形量検出センサとしては、ワークＷの外周端の位置変化を検出することが可能な公知のセンサを用いることができる。図示例では、変形量検出部２０は、ワークＷの図示右側の外周端の位置変化を経時的に検出する。
【００１４】
図３に、歪み解消制御を行わない場合の変形量の検出データの例を示す。この例では、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークＷの変形量は、ｓｉｎカーブまたはそれに近い変動で、周期的に変動している。この例では、図１において、歪みがない場合のワークＷの図示右側の外周端の位置を基準位置とし、ワークＷの図示右側の外周端の位置が基準位置にあるときのワークＷの変形量をゼロとする。ワークＷの図示右側の外周端の位置が基準位置よりずれた場合、その位置の基準位置からのずれ量を変形量とする。なお、ワークＷの図示右側の外周端の位置が基準位置より図示右側にずれた場合の変形量をプラス、ワークＷの図示右側の外周端の位置が基準位置より図示左側にずれた場合の変形量をマイナスで表している。
【００１５】
図２は、ワークＷの移動方向に対して垂直な断面において、ワークＷの中心位置が軸心線ＣＬより図示右側にずれ、ワークＷの変形量がプラス側で最大である場合の模式断面図である。この図は、冷却部４０の内部をワークＷが通過している様子を進行方向先から見た模式断面図である。
【００１６】
従来技術では、図２に示すワークＷの断面の中で、図示右側の外周端は、冷却部４０に最も近接するため、最も速く冷却され、最も速く焼入れが完了する。
「焼入れ」とは、鋼を硬化させるために、変態点以上の温度に加熱した後（オーステナイト領域まで加熱した後）に急冷する操作である。炭素を含む鋼を焼入れすると、面心立方晶のオーステナイトが体心正方晶のマルテンサイトに変わることで、体積が膨張し、硬さが非常に高くなる。
従来技術では、上記のように、図２に示すワークＷの断面の中で、図示右側の外周端は、図示左側の外周端より先に冷却され、先に体積膨張および硬化する結果、もともと図示右に凸の歪みがさらに増幅される。図３に示したように、ワークＷの変形量がｓｉｎカーブまたはそれに近い変動で周期的に変動している場合、従来技術では、変形量が最大となる位相では、常に、図示右側の外周端が図示左側の外周端より先に体積膨張する結果、周期の繰返し数の増加に伴って最大変形量は増幅され、歪みが増幅される。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の焼入装置１は、ワークＷの歪みを解消するために、必要なときに、冷却部４０からワークＷへの冷却液の噴射を遮蔽する遮蔽材５１を有する。遮蔽材５１の形状は、冷却部４０からワークＷへの冷却液の噴射を遮蔽することができる形状であればよく、板状および棒状等が挙げられる。
本実施形態の焼入装置１は、遮蔽材５１を支持する支持部材５２と、支持部材５２に接続され、遮蔽材５１および支持部材５２をワークＷの移動方向に対して平行方向（図示上下方向）に移動させる移動機構５３と、ワークＷの周方向に遮蔽材５１を回転移動させる回転モータ５４とを有する。図中、符号Ｄ３は、遮蔽材５１の移動方向の例を示す。
【００１８】
変形量検出部２０により検出されたワークＷの変形量が規定値未満であるとき、図示するように、遮蔽材５１は、冷却部４０の外側（図示例では、冷却部４０より下方）に配置され、ワークＷと冷却部４０との間には配置されない。この状態では、遮蔽材５１は、冷却部４０からワークＷへの冷却液の噴射を遮蔽しない。このときの遮蔽材５１の位置を第１の位置と定義する。この位置は、初期位置または非遮蔽位置とも言う。
【００１９】
変形量検出部２０により検出されたワークＷの変形量が規定値以上であるとき、遮蔽材５１は、移動機構５３によりワークＷの移動方向に対して平行方向（図示上下方向）に移動され、ワークＷと冷却部４０との間に配置される。この状態では、遮蔽材５１は、冷却部４０からワークＷへの冷却液の噴射を遮蔽する。このときの遮蔽材５１の位置を第２の位置と定義する。この位置は、遮蔽位置とも言う。
本実施形態において、遮蔽材５１は、少なくとも第２の位置（遮蔽位置）にあるときに、ワークＷの回転方向Ｄ２と同じ方向に回転移動することができる。
【００２０】
本実施形態の焼入装置１はまた、変形量検出部２０により検出されたワークＷの変形量のデータを取得し、ワークＷの最大変形量が規定値以上であるときに、ワークＷの冷却部４０に最も近接する最大変形部分（図３に示す例のデータでは、ピークトップに対応）を特定し、最大変形部分と冷却部４０との間に遮蔽材５１が位置するよう、遮蔽材５１の移動を制御する制御部６０を有する。
【００２１】
本実施形態の焼入装置１では例えば、図４に示すフローチャートのように、遮蔽材５１の移動を制御することができる。
はじめに、回転モータ１１を用いて周方向に回転させながら、公知方法にて、長尺棒状のワークＷを軸方向に移動させ、焼入れを開始する。
次いで、変形量検出部２０は、ワークＷの変形量を経時的に検出し、図３に示すようなワークＷの変形量のデータを取得する。
次いで、変形量が検出されたワークＷを加熱部３０により加熱する。
次いで、加熱されたワークＷを冷却部４０により冷却する。
【００２２】
制御部６０は、変形量検出部２０からワークＷの変形量のデータを受け取る。制御部６０はまた、回転モータ１１からワークＷの回転情報を受け取る。制御部６０は、ワークＷの最大変形量が規定値以上であるか否かを判断し、規定値以上であれば、ワークＷの歪みを解消するよう、以下の制御を行う。
【００２３】
制御部６０は、ワークＷの変形量のデータとワークＷの回転情報に基づいて、ワークＷが最大変形する位相（図３に示す例のデータでは、ピークトップの位相）を特定し、ワークＷの最大変形部分の回転タイミングを特定する。
制御部６０は、回転モータ５４を制御し、ワークＷの最大変形部分と遮蔽材５１とが、同一位相、同一回転数で回転するよう、第１の位置（初期位置、非遮蔽位置）にある遮蔽材５１をワークＷの周方向に回転移動させる。例えば、ワークＷの移動方向に対して垂直な断面において、軸心に対して、遮蔽材５１の初期位置と変形量検出部２０の位置とを同一位相に設定しておき、変形量のデータが図３に示すようなデータのピークトップの位相にあるときに、遮蔽材５１の位置が遮蔽材５１の回転の初期位置となるように、回転モータ５４を制御することが好ましい。
次いで、制御部６０は、移動機構５３を制御し、遮蔽材５１を回転移動させたままワークＷの移動方向に対して平行方向に移動させ、ワークＷの最大変形部分と冷却部４０との間の位置（第２の位置、遮蔽位置）に遮蔽材５１を移動させる。
【００２４】
以上の操作により、遮蔽材５１は、ワークＷの最大変形部分と冷却部４０との間に位置した状態で、ワークＷの最大変形部分と同一位相、同一回転数で回転移動することができる。この状態では、遮蔽材５１の存在により、冷却部４０から、ワークＷの最大変形部分への冷却液の噴射が遮蔽されるため、最大変形部分に対して冷却液がかかりづらく、最大変形部分の冷却が遅れる。図２に示すワークＷの断面の中で、図示右側の外周端に対して、冷却部４０からの冷却液の噴射が遮蔽された場合、反対側の図示左側の外周端の方が先に冷却され、先に体積膨張および硬化する。このように、図２において図示右側より図示左側が大きく膨張する結果、もともと図示右に凸の歪みを有するワークＷに対して、逆方向に歪ませる力が作用し、歪みが低減される。
【００２５】
制御部６０は、ワークＷの最大変形量が規定値未満であると判断した時点で、移動機構５３を制御し、遮蔽材５１を元の位置（第１の位置、初期位置、非遮蔽位置）に戻し、ワークＷに対する冷却液の噴射の遮蔽を解除する。
【００２６】
遮蔽材５１の第１の位置（初期位置、非遮蔽位置）と第２の位置（遮蔽位置）との間の移動方向は、ワークＷの移動方向に平行な直線方向に限らず、適宜設計変更可能である。例えば、第１の位置（初期位置、非遮蔽位置）から第２の位置（遮蔽位置）に遮蔽材５１を円弧状に曲線移動させてもよい。
遮蔽材５１は、少なくとも第２の位置（遮蔽位置）にあるときにワークＷの周方向に回転移動可能であればよく、遮蔽材５１の回転開始は、遮蔽材５１を第２の位置（遮蔽位置）に移動させた後でもよい。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、周方向に回転しながら軸方向に移動する長尺棒状のワークＷの歪みを抑制することが可能な焼入装置１を提供することができる。
本実施形態では、特許文献１に記載の技術のように複雑な冷却液の流量制御の必要がなく、必要なときにワークＷに対する冷却液の噴射を遮蔽するだけでよいので、ワークＷの冷却の制御がしやすく、ワークＷの歪みが検出されたときに即座に歪みを解消する制御を行うことができる。
【００２８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
焼入装置１は、上記実施形態で説明した冷却液の遮蔽機構に合わせて、ワークの最大変形量が規定値以上であるときに、ワークの最大変形部分に対して、歪みを解消する方向に機械的に力をかける機械的歪み解消機構を有していてもよい。この場合も、変形量検出部により検出されたワークの変形量のデータに基づいて、制御部は機械的歪み解消機構を制御することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  焼入装置
１１  回転モータ
２０  変形量検出部
３０  加熱部
４０  冷却部
５１  遮蔽材
５２  支持部材
５３  移動機構
５４  回転モータ
６０  制御部
Ｗ  ワーク
【図１】
2020204081.tif 000003
【図２】
2020204081.tif 000004
【図３】
2020204081.tif 000005
【図４】
2020204081.tif 000006