(57)【要約】【課題】冷却時に各パイプ材の内部に冷却液が浸入することを防止しつつ、各パイプ材の接続及び離脱の作業性を向上することが可能な熱処理治具と熱処理方法を提供する。【解決手段】複数のパイプ材Ｗを端部Ｗ１，Ｗ２同士で熱処理治具２０により接続し、誘導加熱して冷却液で冷却するもので、熱処理治具２０は、一方のパイプ材Ｗの第１端部Ｗ１に挿入される第１挿入部２１と、他方のパイプ材Ｗの第２端部Ｗ２に挿入される第２挿入部２２と、を軸方向両側に備え、第１及び第２挿入部２１，２２の外周に、各パイプ材Ｗの内周面に配置される止水壁２５と、止水壁２５により軸方向両側が仕切られた仕切室２６と、をそれぞれ備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパイプ材を誘導加熱して冷却液で冷却する際、パイプ材の端部同士を接続するための熱処理治具であり、
一方のパイプ材の第１端部に挿入される第１挿入部と、他方のパイプ材の第２端部に挿入される第２挿入部と、を軸方向両側に備え、
前記第１及び第２挿入部の外周に、各パイプ材の内周面に配置される止水壁と、該止水壁により軸方向両側が仕切られた仕切室と、をそれぞれ備えている、熱処理治具。
【請求項２】
前記止水壁は軸方向に互いに離間して複数設けられ、前記仕切室は隣り合う上記止水壁間に、周方向に無端状に連続して形成されている、請求項１に記載の熱処理治具。
【請求項３】
前記第１挿入部と前記第２挿入部との間には、前記両パイプ材の端部周縁間に配置されて該両パイプ材の内部同士を隔離する隔離部を備えている、請求項１又は２に記載の熱処理治具。
【請求項４】
重心が前記隔離部よりも前記第１挿入部側に位置する、請求項１乃至３の何れかに記載の熱処理治具。
【請求項５】
パイプ材の端部に挿入可能な挿入部を軸方向両側に有し、該挿入部のそれぞれに前記パイプ材の内周面に配置される止水壁と、該止水壁により軸方向両側が仕切られた仕切室と、を備えた上記熱処理治具を準備し、
一方のパイプ材の第１端部と他方のパイプ材の第２端部とに前記挿入部を挿入し、該両パイプを端部同士で突き合わせて接続した状態で、誘導加熱して冷却液で冷却する、パイプ材の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のパイプ材を熱処理する際、各パイプ材を端部同士で接続するための熱処理治具と、熱処理治具を用いて複数のパイプ材を熱処理する方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のパイプ材を接続して熱処理する方法として、例えば下記特許文献１、２等が知られている。
特許文献１では、パイプ材を順次突き当てて移送しながら誘導加熱により焼入れする連続焼入れにおいて、パイプ材の突き当て部の内周に熱処理治具を挿通し、この熱処理治具により前後のパイプ材を接続して移送し、加熱焼入れ後に熱処理治具を取り外すようにした、連続焼入方法が提案されている。この方法によれば、曲がりや変形のない焼入パイプ材を簡易に製造することが可能である。
【０００３】
特許文献２では、パイプ材を熱処理治具により接続して移送しながら誘導加熱する連続熱処理装置において、熱処理前にパイプ材の先端に熱処理治具を装着する手段と、熱処理治具により接続したパイプ材を移送しながら誘導加熱する手段と、熱処理後に熱処理治具を取り外す手段と、取り外された熱処理治具を循環する手段と、を備えた連続熱処理装置が提案されている。熱処理治具として、パイプ材の内周に水密に接する挿入部が両側に設けられ、中間部分に熱処理治具を把持したり位置を検出するための円周溝が設けられた中空管を使用している。この連続熱処理装置によれば、熱処理治具を容易に取り外すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２９１２８
【特許文献２】特開２００６−２３３３０３
【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、従来の熱処理治具では、誘導加熱後の冷却時に熱処理治具の挿入部とパイプ材の端部との間から各パイプ材の内部に冷却液が侵入することがあった。冷却液がパイプ材の内部に侵入すると、急冷時にパイプ材の各部における温度がばらつくため、熱処理品質が低下する。
【０００６】
一方、熱処理治具の両側の挿入部と各パイプ材の端部との間を十分に水密にして冷却液の侵入を防止すると、各パイプ材の端部へ熱処理治具の挿入部を挿脱する際に抵抗が大きくなるなど作業性が低下していた。そのため、熱処理品質の確保と作業性の向上とを両立できないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、各パイプ材の内部への冷却液の浸入を防止しつつ各パイプ材の接続及び離脱の作業性を向上でき、これにより熱処理品質と作業性の向上とを両立できる熱処理治具を提供すると共に、熱処理品質を確保しつつ作業性を向上できるパイプ材の熱処理方法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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の熱処理治具は、複数のパイプ材を誘導加熱して冷却液で冷却する際、パイプ材の端部同士を接続するための熱処理治具であり、一方のパイプ材の第１端部に挿入される第１挿入部と、他方のパイプ材の第２端部に挿入される第２挿入部と、を軸方向両側に備え、第１及び第２挿入部の外周に、各パイプ材の内周面に配置される止水壁と、止水壁により軸方向両側が仕切られた仕切室と、をそれぞれ備えている。
【０００９】
この熱処理治具は、止水壁が軸方向に互いに離間して複数設けられ、仕切室が隣り合う止水壁間に、周方向に無端状に連続して形成されているのが好適である。
第１挿入部と第２挿入部との間には、両パイプ材の端部周縁間に配置されて両パイプ材の内部同士を隔離する隔離部を備えているのが好ましい。この隔離部よりも第１挿入部側に重心が位置するのが好適である。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の複数のパイプ材の熱処理方法は、パイプ材の端部に挿入可能な挿入部を軸方向両側に有し、挿入部のそれぞれにパイプ材の内周面に配置される止水壁と、止水壁により軸方向両側が仕切られた仕切室と、を備えた熱処理治具を準備し、一方のパイプ材の第１端部と他方のパイプ材の第２端部とに挿入部を挿入し、両パイプを端部同士で突き合わせて接続した状態で、誘導加熱して冷却液で冷却する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱処理治具の第１及び第２挿入部を各パイプ材の端部に挿入して突き合わせることで複数のパイプ材を接続し、この状態で熱処理を行うことができる。その際、各パイプ材の内周面に配置される止水壁を第１及び第２挿入部に備えているので、冷却液を接触させた際、パイプ材の内部に多量の冷却液が浸入することを阻止できる。
【００１２】
また、パイプ材の内周面と止水壁との間に冷却液が侵入しても、高温状態の止水壁及びパイプ材により冷却液を気化させて端部から排出できる。しかも、止水壁により軸方向両側が仕切られた仕切室を備えているので、過剰の冷却液が内周面と止水壁との間に侵入して内周面と止水壁との間で気化できない場合であっても、冷却液を仕切室に収容し、この仕切室内で気化できる。
【００１３】
そのため、パイプ材の内部に冷却液が侵入して各パイプ材が不均一に冷却されることを防止できる。またパイプ材の内周面と止水壁との間にクリアランスを設けても、冷却液がパイプ材の内部への侵入を防止できるため、第１及び第２挿入部の止水壁をパイプ材の内周面に対して遊嵌させることが可能で、各パイプ材の接続及び離脱の作業性を向上できる。従って、本発明によれば、熱処理品質と作業性の向上とを両立することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の熱処理治具を用いて複数のパイプ材を熱処理する熱処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態における熱処理治具を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態における熱処理治具の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。
［熱処理装置］
熱処理装置１０は、図１に示すように、複数のパイプ材Ｗを熱処理治具２０により接続し、長手方向に移動させつつ熱処理する装置であり、導入されたパイプ材Ｗを順次接続して流下する導入部１１と、パイプ材Ｗを加熱コイル１２により誘導加熱する加熱部１３と、加熱されたパイプ材Ｗに環状のジャケット１４から冷却液を噴射して冷却する冷却部１５と、パイプ材Ｗを順次離脱させて排出する排出部１６とを備えている。
導入部１１、加熱部１３、冷却部１５及び排出部１６は熱処理ラインの軸線に沿って配列されており、各パイプ材Ｗは、図示しない移動手段により熱処理ラインの軸線に沿って予め設定された速度で移動するようになっている。
【００１６】
［パイプ材］
熱処理対象の複数のパイプ材Ｗは、鋼材等の誘導加熱可能な材料からなり、内周形状及び外周形状が軸方向に一定形状で連続しているのがよい。楕円形状、多角形形状、異形形状等であってもよいが、ここでは断面円形のパイプ材の例を用いて説明する。
【００１７】
［熱処理治具］
熱処理治具２０は、図２に示すように、一軸方向に延び、上流側のパイプ材Ｗの第１端部Ｗ１に挿入される第１挿入部２１と、下流側のパイプ材Ｗの第２端部Ｗ２に挿入される第２挿入部２２と、を軸方向両側に備え、第１挿入部２１と第２挿入部２２との間に、両パイプ材Ｗの端部Ｗ１，Ｗ２間に配置される隔離部２３を備えている。
第１及び第２挿入部２１，２２及び隔離部２３は一体に形成されており、中心部には第１挿入部２１の先端と第２挿入部２２の先端とに開口して軸方向に貫通した貫通孔２４が設けられている。
【００１８】
熱処理治具２０の材質は、パイプ材Ｗと同一の材料であっても異なる材料であってもよいが、鋼材等の誘導加熱可能な材料とするのがよい。誘導加熱可能な材料であれば、各パイプ材Ｗを誘導加熱した際に熱処理治具２０自体も加熱できるため、後述するようにパイプ材Ｗの内周面との間に侵入した冷却液を気化させ易く、冷却液のパイプ材Ｗの内部への侵入を防止できる。
【００１９】
第１及び第２挿入部２１，２２の外周には、軸部からリング状に突出して各パイプ材Ｗの内周面に配置される止水壁２５と、止水壁２５により軸方向両側が仕切られた仕切室２６と、をそれぞれ備えている。ここでは止水壁２５が軸方向に互いに離間して複数設けられており、隣り合う止水壁２５間に仕切室２６が周方向に無端状に連続して形成されている。各第１及び第２挿入部２１，２２に３個以上の止水壁２５が設けられているため、第１及び第２挿入部２１，２２にはそれぞれ複数の仕切室２６が形成されている。
【００２０】
各止水壁２５の外周形状は各パイプ材Ｗの内周面の相似形状又は近似形状であり、パイプ材Ｗの内周面に遊嵌可能な大きさとなっている。止水壁２５とパイプ材Ｗの内周面との間に第１及び第２挿入部２１，２２をパイプ材Ｗの内部に容易に挿脱できる程度のクリアランスを設けるのが好適である。
ここでは複数の止水壁２５の断面形状を略同じにすることで、パイプ材Ｗ内周面に安定して装着し易くしている。
【００２１】
各止水壁２５の軸方向の厚みは薄くするのがよく、第１及び第２挿入部２１，２２に設けられる止水壁２５及び仕切室２６の数は適宜増加できる。なお各パイプ材Ｗの最も内部側に配置される止水壁２５、即ち、第１及び第２挿入部２１，２２の最も先端側の止水壁２５は、軸方向の厚みが他の止水壁２５よりも厚く形成されている。これにより各挿入部２１，２２とパイプ材Ｗの内周面との間に侵入した冷却液を気化させた際、パイプ材Ｗの内部側への流動抵抗を大きくして、各パイプ材の端部から外部へ排出し易くしている。
【００２２】
第２挿入部２２の最も先端側の止水壁２５は、先端側程小さくなるテーパ形状に形成されている。この形状により、第２挿入部２２を各パイプ材Ｗの第２端部に挿脱し易くでき、特に排出部１６でパイプ材Ｗを第２挿入部２２から抜脱する際、第２挿入部２２が引っ掛かり第１挿入部２１が第１端部Ｗ１から不用意に外れるようなことを防止できる。
【００２３】
隔離部２３は、接続した両パイプ材Ｗの第１端部Ｗ１の周縁と第２端部Ｗ１，Ｗ２の周縁との間に配置されることで、各パイプ材Ｗの端部開口を略閉塞して、両パイプ材Ｗの内部同士を隔離するものである。隔離部２３の外周形状は、両パイプ材Ｗの外周面より外側に突出しないのがよく、パイプ材Ｗの外周形状に略対応した形状とするのが好適である。外周には、両パイプ材Ｗ間に挟持された際に隔離部２３を把握し易くするなどの目的で、溝２７が形成されている。
隔離部２３の軸方向の厚みは、熱処理治具２０の重心位置を調整し易くできるなどの理由で止水壁２５と同等の厚みにしている。
【００２４】
この熱処理治具２０では、第１挿入部２１の軸方向長さ及び第２挿入部２２の軸方向長さは、それぞれ各パイプ材Ｗ内に安定して装着できる範囲で短くするのがよい。短い程、加熱部１３で誘導加熱された際、熱処理治具２０により各パイプ材Ｗの端部付近の温度分布に与える影響を少なくできる。
また、この熱処理治具２０では、第１挿入部２１の軸方向長さを第２挿入部２２の軸方向長さより長く形成し、さらに第２挿入部２２の先端側における貫通孔２４の直径を大きくすることで、隔離部２３よりも第１挿入部２１側に熱処理治具２０の重心Ｇを位置させている。特に限定されるものではないが、重心Ｇの位置を、隔離部２３から第１挿入部２１側に離間させた位置に設定すれば、安定して第１挿入部２１をパイプ材Ｗの第１端部Ｗ１に保持させることができる。
【００２５】
［熱処理方法］
熱処理装置１０を用いて複数のパイプ材Ｗを熱処理するには次のように行う。
まず、予め上述のような熱処理治具を準備する。そして図１に示すように、導入部１１では、供給されるパイプ材Ｗの移動方向前方側となる第１端部Ｗ１に、熱処理治具２０の第１挿入部を挿入した状態で配置することで、パイプ材Ｗに熱処理治具２０を装着しておく。
【００２６】
このパイプ材Ｗを熱処理ラインの軸線上に配置し、第１端部Ｗ１を前にして押し出すことで、下流側に隣接するパイプ材Ｗの第２端部Ｗ２に第２挿入部２２を挿入する。これにより、導入部１１により導入された上流側のパイプ材Ｗの第１端部と、下流側のパイプ材Ｗの第２端部Ｗ２とを突き合わせて接続する。
【００２７】
そして、図示しない移動手段により、上流側のパイプ材Ｗを下流側のパイプ材Ｗに向けて加圧するように駆動力を負荷して移動させることで、接続状態を維持する。この熱処理装置１０では、加熱部１３及び冷却部１５を経由して排出部１６に到達するまでの間、移動手段によって駆動力を負荷し、接続状態を維持するようになっている。
【００２８】
次いで、加熱部１３では、各パイプ材Ｗが軸線方向に移動しつつ、加熱コイル１２により所望の温度まで短時間で誘導加熱される。加熱後、所定処理を移動させることで所定時間高温に保った後、冷却部１５を通過させる。
冷却部１５では、環状のジャケット１４から冷却液が高圧で噴射される。ここでは冷却液がやや上流側に向けて斜めに吹き付けられている。これによりパイプ材Ｗが急冷されて焼入れなどの熱処理が行われる。その後、各パイプ材Ｗは排出部１６に到達する。
【００２９】
排出部１６では、下流側のパイプ材Ｗを上流側のパイプ材Ｗから離間させるように移動させる。これにより、熱処理治具２０の第２挿入部２２を下流側のパイプ材Ｗの第２端部から抜き取る。熱処理治具２０は上流側の第１端部Ｗ１に第１挿入部２１が収容された状態で保持される。
そして、熱処理ラインの軸線上からパイプ材Ｗを離脱させ、パイプ材Ｗの第１端部Ｗ１から熱処理治具２０を抜き取り、熱処理後のパイプ材Ｗを排出する。一方、抜き取った熱処理治具２０は再び導入部１１に移動させ、熱処理前のパイプ材Ｗの第１端部Ｗ１に再び装着する。
このような工程を複数のパイプ材Ｗに順次連続して繰り返すことで、複数のパイプ材Ｗの熱処理を行う。
【００３０】
［作用効果］
以上のような熱処理治具２０を用いた熱処理方法によれば、熱処理治具２０の第１及び第２挿入部２１，２２を各パイプ材Ｗの端部Ｗ１，Ｗ２に挿入して突き合わせることで複数のパイプ材Ｗを接続し、この状態で熱処理を行うことができる。その際、各パイプ材Ｗの内周面に配置される止水壁２５を第１及び第２挿入部２１，２２に備えているので、冷却液を接触させた際、パイプ材Ｗの内部に多量の冷却液が浸入することを阻止できる。
【００３１】
また、パイプ材Ｗの内周面と止水壁２５との間に冷却液が侵入したとしても、高温状態の止水壁２５及びパイプ材Ｗにより冷却液を気化させて端部Ｗ１，Ｗ２から排出できる。しかも、止水壁２５により軸方向両側が仕切られた仕切室２６を備えているので、過剰の冷却液が内周面と止水壁２５との間に侵入し内周面と止水壁２５との間で気化できない場合であっても、冷却液を仕切室２６に収容し、この仕切室２６内で気化できる。
【００３２】
そのため、パイプ材Ｗの内部に冷却液が侵入して各パイプ材Ｗが不均一に冷却されることが防止される。また、パイプ材Ｗの内周面と止水壁２５との間にクリアランスを設けても、冷却液のパイプ材Ｗの内部への侵入を防止できる。従って、第１及び第２挿入部２１，２２の止水壁２５をパイプ材Ｗの内周面に対して遊嵌させることが可能で、各パイプ材Ｗの接続及び離脱の作業性を向上できることから、熱処理品質と作業性の向上とを両立することが可能である。
【００３３】
この熱処理治具によれば、仕切室２６が周方向に無端状に連続して形成されている。よって、各挿入部において複数の止水壁２５を完全に隔離でき、パイプ材Ｗの端部Ｗ１，Ｗ２から止水壁２５と内周面との間に侵入して気化できない冷却液を仕切室２６に確実に収容して蒸発させることができる。特に、複数の仕切室２６が形成されているため、液体状態の冷却液が一部の仕切室２６を越えてパイプ材Ｗの内部側に侵入しても、多段階で仕切室に収容して気化することができる。そのため、内周面と止水壁２５との間の間隙から冷却液が直接パイプ材Ｗの内部に導入されることを確実に防止することが可能である。
【００３４】
この熱処理治具は、第１挿入部２１と第２挿入部２２との間に、両パイプ材Ｗの端部Ｗ１，Ｗ２間に配置されて両パイプ材Ｗの内部同士を隔離する隔離部２３を備えているので、一方のパイプ材Ｗの内周面と止水壁２５との間に侵入した冷却液が気化されて排出された蒸気が、隔離部２３により他方のパイプ材Ｗの内部に侵入することを阻止できる。
【００３５】
この熱処理治具によれば、重心Ｇが隔離部２３よりも第１挿入部２１側に位置するため、第１挿入部２１をパイプ材Ｗの第１端部Ｗ１に挿入し第２挿入部２２を第１端部Ｗ１から突出した状態で配置した際、容易に熱処理治具２０を安定してパイプ材Ｗに保持させることができる。そのため、複数のパイプ材Ｗの接続作業を容易に行うことができる。
また、熱処理後に各パイプ材Ｗの接続を順次解除する際、各パイプ材Ｗを第２挿入部２２から離脱させても、第１挿入部２１により他のパイプ材Ｗに安定して配置しておくことができるため、熱処理治具２０が落下し難く各パイプ材Ｗの離脱作業も容易に行える。
そのため、多数本のパイプ材Ｗを順次熱処理する際のパイプ材Ｗの接続作業及び離脱作業の作業性を向上できる。
【００３６】
なお、上記実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
上記実施形態では、熱処理治具２０の一形態を示したが、熱処理治具２０の形状は適宜変更可能である。例えば図３に示すように、第１挿入部２１の止水壁２５と第２挿入部２２の止水壁２５との数をより異ならせてもよい。
上記では、第１挿入部２１を第２挿入部２２よりも長くすることで、隔離部２３よりも第１挿入部２１側に熱処理治具２０の重心Ｇを位置させたが、両挿入部２１，２２を同じ長さにし、例えば中心軸部分の太さを異ならせるなどにより重心位置を調整してもよい。
上記では、複数の止水壁２５を設けて、その間に周方向に無端状に連続した仕切室２６を形成した例について説明したが、止水壁２５を軸方向の幅を厚肉に形成して有底穴や溝等により各挿入部２１，２２の仕切室２６を構成することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｗ  パイプ材
Ｗ１  第１端部
Ｗ２  第２端部
Ｇ  重心
１０  熱処理装置
１１  導入部
１２  加熱コイル
１３  加熱部
１４  ジャケット
１５  冷却部
１６  排出部
２０  熱処理治具
２１  第１挿入部
２２  第２挿入部
２３  隔離部
２４  貫通孔
２５  止水壁
２６  仕切室
２７  溝
【図１】
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【図２】
2015094029.tif 000004
【図３】
2015094029.tif 000005