(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺で傾斜した被焼入れ面を備えた被焼入れ材の前記被焼入れ面に対して焼入れを行うことの可能な高周波焼入れ装置であって、前記被焼入れ材を取り付けるためのワーク取付定盤と、高周波発振器を搭載し、水平な直線状の経路に沿って、前記ワーク取付定盤の上方を走行可能な走行台車と、該走行台車を走行させる走行機構と、前記走行台車に保持され、前記走行台車の走行方向に直角な上下方向及び左右方向に移動可能な移動台と、該移動台を上下方向に移動させる昇降機構と、前記移動台を左右方向に移動させる左右移動機構と、前記移動台に、前記走行台車の走行方向に平行な軸線を中心として旋回可能に保持された焼入れユニットであって、前記被焼入れ面の長手方向の小区間を加熱可能な形状の誘導コイルと、それに高周波電流を供給するトランスと、前記誘導コイルを前記トランスに一体的に旋回するように保持させると共に電気的に導通させる一対のリードと、前記トランスを保持して旋回可能な旋回ベースを備えた焼入れユニットと、該焼入れユニットを、前記誘導コイルが前記被焼入れ面に対応した所望の傾斜角度となるように旋回させるユニット旋回機構とを有し、前記移動台の左右方向の移動範囲及び前記焼入れユニットの旋回範囲を、前記ワーク取付定盤上に、被焼入れ面を右向き及び左向きのいずれの方向に向けて取り付けた被焼入れ材の前記被焼入れ面に対しても前記誘導コイルを対向させることができるように設定していることを特徴とする高周波焼入れ装置。
【請求項２】
更に、前記焼入れユニットに保持され、直交する二つの被焼入れ面に対する誘導コイルのクリアランスを検出する３個のセンサと、前記走行台車の走行によって前記焼入れユニットの誘導コイルが前記被焼入れ面に沿って移動するとき、前記誘導コイルの被焼入れ面に対するクリアランスを一定に保つよう、前記センサの検出信号に応じて前記昇降機構、左右移動機構、ユニット旋回機構を制御して焼入れユニットの位置を制御する制御装置を有し、前記３個のセンサのうち、２個のセンサは一つの被焼入れ面の幅方向に離れた位置に対向配置され、残りの１個のセンサは他の被焼入れ面に対向配置されていることを特徴とする請求項１記載の高周波焼入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導コイルを被焼入れ面に沿って走行させることにより、被焼入れ面表層を加熱し、焼入れを行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長尺の被焼入れ面を有する鋼製品の表面焼入れ方法として、誘導コイルを用いた高周波焼入れが知られており、工作機械用のベッドの摺動面に対する焼入れにも使用されている。従来の高周波焼入れ装置は、ワーク取付定盤上に取り付けた被焼入れ材に沿って走行する走行台車に誘導コイルを取り付けておき、その誘導コイルを被焼入れ材の被焼入れ面に所定のクリアランスで対向する位置に位置決めし、その状態で前記走行台車を走行させることで被焼入れ面を連続的に誘導加熱し、焼入れする構成となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波焼入れ装置は、水平状態に位置決めした被焼入れ面に対して誘導コイルを所定のクリアランスで対向するように位置決めが必要な構成となっており、このため、被焼入れ面が傾斜した被焼入れ材に対する焼入れの際には、被焼入れ材のセットに手間がかかるという問題があった。例えば、工作機械用のベッドとして、摺動面を傾斜させた構造のスラント型のものが多く使用されているが、このスラント型ベッドの摺動面に対して焼入れを行う場合には、そのスラント型ベッドを大型のＶブロックに、被焼入れ面である摺動面が上側に位置して水平状態となるように載せ、ダイヤルゲージ等を使用して水平面を正確に位置出しする必要があり、その作業に多大な手間と時間がかかるという問題があった。例えば、幅７５０×高さ１０００×長さ８０００（ｍｍ）のスラント型ベッドのセットには約６０分もの時間を要していた。また、多数のＶブロックを必要とする為、Ｖブロックの管理に多大なスペースと手間を要していた。
【０００４】
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、スラント型のベッドの傾斜した摺動面に対する焼入れを行う場合のように、被焼入れ材の傾斜した被焼入れ面に対する加熱を行う場合にも、被焼入れ面を水平に位置決めすることなく、傾斜したままの状態でセットしても、その傾斜した被焼入れ面に対して誘導加熱することを可能とするとともに、誘導コイルを被焼入れ面に対して一定のクリアランスを保って移動させることを可能とした高周波焼入れ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波焼入れ装置は、長尺で傾斜した被焼入れ面を備えた被焼入れ材の前記被焼入れ面に対する焼入れを行うことの可能なものであって、前記被焼入れ材を取り付けるためのワーク取付定盤と、高周波発振器を搭載し、水平な直線状の経路に沿って、前記ワーク取付定盤の上方を走行可能な走行台車と、該走行台車を走行させる走行機構と、前記走行台車に保持され、前記走行台車の走行方向に直角な上下方向及び左右方向に移動可能な移動台と、該移動台を上下方向に移動させる昇降機構と、前記移動台を左右方向に移動させる左右移動機構と、前記移動台に、前記走行台車の走行方向に平行な軸線を中心として旋回可能に保持された焼入れユニットであって、前記被焼入れ面の長手方向の小区間を加熱可能な形状の誘導コイルと、それに高周波電流を供給するトランスと、前記誘導コイルを前記トランスに一体的に旋回するように保持させると共に電気的に導通させる一対のリードと、前記トランスを保持して旋回可能な旋回ベースを備えた焼入れユニットと、該焼入れユニットを、前記誘導コイルが前記被焼入れ面に対応した所望の傾斜角度となるように旋回させるユニット旋回機構とを有し、前記移動台の左右方向の移動範囲及び前記焼入れユニットの旋回範囲を、前記ワーク取付定盤上に、被焼入れ面を右向き及び左向きのいずれの方向に向けて取り付けた被焼入れ材の前記被焼入れ面に対しても前記誘導コイルを対向させることができるように設定していることを特徴とする。
【０００６】
上記構成の高周波焼入れ装置では、長尺で傾斜した被焼入れ面を有する被焼入れ材を、単にその長手方向が走行台車の走行方向に平行になるようにセットしておけば、ユニット旋回機構で焼入れユニットを、誘導コイルが前記被焼入れ面に対応した所望の傾斜角度となる位置に旋回させ、昇降機構及び左右移動機構で焼入れユニットを、誘導コイルが被焼入れ面に対する所望のクリアランスとなる位置に移動させることができ、これによって、誘導コイルを任意の傾斜角の被焼入れ面の焼入れに好適な位置に位置決めでき、その状態で走行台車を走行させることで、誘導コイルを被焼入れ面に沿って移動させ、被焼入れ面を良好に誘導加熱して焼入れを行うことができる。
【０００７】
ここで、更に、上記した焼入れユニットに、直交する二つの被焼入れ面に対する誘導コイルのクリアランスを検出する３個のセンサを、２個が一つの被焼入れ面の幅方向に離れた位置に対向し、残りの１個が他の被焼入れ面に対向するように取り付けると共に、前記走行台車の走行によって前記焼入れユニットの誘導コイルが前記被焼入れ面に沿って移動するとき、前記誘導コイルの被焼入れ面に対するクリアランスを一定に保つよう、前記センサの検出信号に応じて前記昇降機構、左右移動機構、ユニット旋回機構を制御して焼入れユニットの位置を制御する制御装置を設けることが好ましい。この構成とすると、長尺の被焼入れ面の位置が、被焼入れ材の取付位置の誤差、或いは焼入れのための加熱に伴う熱変形等によって誘導コイルの移動方向に変化していても、誘導コイルが常に被焼入れ面の傾斜に一致した傾斜となり且つ被焼入れ面に対して一定のクリアランスを保って移動でき、被焼入れ面を均一に誘導加熱して均一な焼入れを行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の好適な実施例を説明する。図１は本発明の一実施例による高周波焼入れ装置の概略正面図、図２はその装置の概略側面図である。図１、図２において、１は水平に設けられたレール、２はそのレール１に保持され、レール１で構成される水平な直線状の経路に沿って移動可能な走行台車である。この走行台車２は走行機構（図示せず）によってレール１に沿って所望の速度で走行する構成となっている。走行機構としては、公知の任意の手段を使用可能であり、例えば、レール１に沿って設けたラックと、走行台車２に保持され、そのラックにかみ合うギア及びそのギアを回転駆動するサーボモータ等を備えたもの、レール１に沿って設けたねじ軸及びそのねじ軸を回転駆動するサーボモータと、走行台車２に保持され、前記ねじ軸にかみ合うナット等を備えたもの等を挙げることができる。なお、本明細書並びに図面において走行台車２の移動方向をＸ−Ｘ方向又はＸ軸方向、それに直角で且つ水平方向（走行台車２に対して左右方向）をＹ−Ｙ方向又はＹ軸方向、垂直方向をＺ−Ｚ方向又はＺ軸方向と称する。
【０００９】
走行台車２は、高周波発振器４、制御盤５等を搭載している。また、その走行台車２の先端部には、Ｙ軸方向に延びるように横梁８が設けられ、図３にも拡大して示すように、横梁８の前面及び上面にそれぞれＹ軸方向に延びるガイドレール９が取り付けられ、且つねじ軸１０も平行に設けられている。ねじ軸１０にはサーボモータ（図示せず）がプーリ、ベルト等を介して駆動連結されている。このガイドレール９には移動ブロック１２が移動可能に保持されており、その移動ブロック１２はねじ軸１０にかみ合うナットを備えている。かくして、ねじ軸１０をサーボモータで回転させることにより、移動ブロック１２はＹ軸方向（左右方向）に移動し、サーボモータを制御することで移動ブロック１２の位置制御を行うことができる。
【００１０】
移動ブロック１２はカバー１３を備えており、その内側に出入りするように、移動台１４が垂直方向に即ちＺ軸方向に移動可能に保持されている。更に詳しく説明すると、図１から良く分かるように、移動台１４は、Ｚ軸方向に長い長方形状の枠体１５を備えており、図３、図５に拡大して示すように枠体１５の一方の面に一対のガイドレール１６が設けられ、そのガイドレール１６が移動ブロック１２に取り付けられているスライダー１７に垂直方向に摺動可能に保持されている。なお、図３、図５ではカバー１３は図示を省略している。移動台１４は、中央に垂直にねじ軸２０を回転しないように保持している。一方、図３から良く分かるように、移動ブロック１２はねじ軸２０にかみ合うナット２１を回転自在に保持した支持部材２２と、そのナット２１に一体回転するように取り付けられたプーリ２３と、ナット２１を回転駆動するためのサーボモータ２４、プーリ２５、ベルト２６等を備えている。かくして、サーボモータ２４によってナット２１を回転させることにより、移動台１４をＺ軸方向に往復動、即ち昇降させることができ、そのサーボモータ２４の制御で移動台１４の位置制御を行うことができる。従って、本実施例では、サーボモータ２４、ナット２１、ねじ軸２０等が、移動台を上下方向に移動させる昇降機構を構成する。また、移動ブロック１２を左右に移動させるためのねじ軸１０、サーボモータ、ナット等が、移動台を左右方向に移動させる左右移動機構を構成する。
【００１１】
移動台１４の下端位置には支持体３０が取り付けられ、その支持体３０には、走行台車の移動方向（Ｘ−Ｘ方向）に平行な軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回可能に焼入れユニット３１が保持されている。すなわち、焼入れユニット３１は、図４、図５にも示すように、軸部３２ａを備えた旋回ベース３２を有しており、その軸部３２ａが軸受３３を介して支持体３０に軸線Ｏ−Ｏを中心として回転可能に保持されている。この旋回ベース３２上には、高周波発振器４（図１、図２参照）からの高周波電流を、負荷に整合するようにインピーダンス変換するためのトランス３５が保持され、そのトランス３５の下面には、誘導コイルに対する接続端子を構成する一対のリード３７、３７が固定されており、その一対のリード３７、３７に誘導コイル４０の一対の接続端４０ａ、４０ａが固定され、トランス３５と一体化されている。このように、トランス３５、リード３７、誘導コイル４０を一体化し、一緒に動くようにしたことにより、トランスから誘導コイル４０への通電経路を短くでき、通電損失を最小とすることができる利点が得られる。
【００１２】
ここで用いる一対のリード３７、３７は誘導コイル４０を固定、保持しうる構成のものであれば、形状、構造等は任意であるが、本実施例では、図６に示すように、全体が低い略三角形状をなしており、その底辺の３ヵ所にコイル固定爪４１を設け、レバー４２によって操作軸４３を正逆方向に回転させることで、コイル固定爪４１を誘導コイル４０の接続端４０ａを固定する位置及び解放する位置に移動させることができる構成のものを用いている。この構成のリード３７を用いることにより、誘導コイル４０を焼入れの対象とする被焼入れ面の位置に応じて所望の位置に容易に配置することができる。なお、図示は省略しているが、リード３７及び誘導コイル４０には冷却用の配管が取り付けられている。
【００１３】
誘導コイル４０は、銅板等の自己保形可能な剛性を備えた導電体で作られており、接続端４０ａと、それに続くリード部４０ｂと、先端の誘導部４０ｃを備えている。誘導部４０ｃは、焼入れの対象とする被焼入れ面の長手方向の小区間を加熱可能な形状に作られている。本実施例に用いている誘導コイル４０はスラント型のベッドの摺動面を焼入れするために加熱するものであり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、先端の誘導部４０ｃはスラント型ベッド４５の一つの摺動部４５ａの摺動面４５ａａ、４５ａｂ、４５ａｃ、４５ａｄを取り囲む形状に作られている。この誘導部４０ｃは、平行に一対設けられており、先端を連結部４０ｄで相互に連結することで一体化されている。この構成により、一対の誘導部４０ｃを電流が逆方向に流れ、対向する摺動面に図７（ｃ）に二点鎖線で示すような渦電流を効率よく発生させることができる。
【００１４】
図４、図５、図６において、焼入れユニット３１を軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回可能に保持した支持体３０は、軸線Ｏ−Ｏを中心としたギア４７を固定、保持している。一方、焼入れユニット３１の旋回ベース３２にはサーボモータ４８が取り付けられ、ギア４７にかみ合ったギア４９に駆動連結されている。かくして、サーボモータ４８がギア４９を回転させることにより、旋回ベース３２を所望の角度位置に旋回させることができ、誘導コイル４０を被焼入れ面（摺動面４５ａａ、４５ａｂ、４５ａｃ、４５ａｄ）に適合する角度に設定できる。従って、このギア４７、４９、サーボモータ４８等は、焼入れユニットを、誘導コイルが被焼入れ面に対応した所望の傾斜角度となるように旋回させるユニット旋回機構を構成する。
【００１５】
図４、図５において、旋回ベース３２の先後端の下面には、水平にガイドバー５１が設けられ、一方のガイドバー５１にセンサユニット５２が取り付けられている。このセンサユニット５２は、被焼入れ面と誘導コイル４０のクリアランスを検出するためのもので、図８に示すように、スラント型のベッド４５の摺動面４５ａａに対向配置される第一センサ５３Ａと、摺動面４５ａｂに対向配置される第二センサ５３Ｂ及び第三センサ５３Ｃを備えている。これらのセンサ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃはそれぞれ、対向する摺動面に対する間隔を検出するものであり、この検出値から、摺動面（被焼入れ面）と誘導コイル４０とのクリアランスを検出できる。センサユニット５２からの検出信号は、焼入れユニット３１を昇降させる昇降機構、左右に移動させる左右移動機構、軸線Ｏ−Ｏの中心として旋回させるユニット旋回機構等を制御する制御装置に入力され、誘導コイル４０を被焼入れ面に対して常に一定のクリアランスとなる位置に制御するために使用される。
【００１６】
図１、図２において、６０は一対のレール１、１の間に設けられたワーク取付定盤であり、その上に焼入れを施すべき被焼入れ材として、スラント型のベッド４５が２台取り付けられている。このベッド４５は、焼入れを施すべき複数の摺動部４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを備えたものであり、その摺動部の摺動面が傾斜した状態のままで、その摺動面がＸ軸方向に平行となるようにワーク取付定盤６０上に固定されている。
【００１７】
なお、図示を省略しているが、走行台車２には外部の電源、水供給源等から、電気配線、水配管等が走行台車２の走行を許容するように、ケーブルベア等を介して接続されている。また、走行台車２から焼入れユニット３１に対しても、電気配線、信号線、水配管等が接続されており、これらの接続経路内の適当な位置にも、焼入れユニット３１の旋回や移動を許容するよう、ケーブルベアや可撓性の材料が使用されている。
【００１８】
次に、上記構成の高周波焼入れ装置を用いたベッド４５の摺動面の焼入れ動作を説明する。図１に示すように、焼入れを施すべきベッド４５をワーク取付定盤６０上にセットする。この際、ベッド４５は単にワーク取付定盤６０の水平な取付面上に載置し、ベッド４５の長手方向がＸ軸方向に平行となるように調整するのみでよく、このため、容易に且つ短時間でセットすることが可能である。例えは、幅７５０×高さ１０００×長さ８０００（ｍｍ）のスラント型ベッドをセットする際、従来のＶブロックを用いた場合には約６０分もの時間を要したが、本実施例では約１０分でセット可能である。なお、ワーク取付定盤６０上にセットするベッド４５は１個でもよいが、本実施例では作業能率を上げるため２個取り付けている。
【００１９】
次に、最初に焼入れを行うべき摺動部４５ａに対応した誘導コイル４０をリード３７の所望位置にコイル取付爪４１（図６参照）によって取り付け、且つセンサユニット５２を誘導コイル４０の進行方向の前側に配置し、センサ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃの位置をその摺動部４５ａに対応した位置に調整する。次いで、焼入れユニット３１を軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回させることにより、誘導コイル４０先端の誘導部４０ｃの傾きを摺動部４５ａの傾斜に一致させ、且つ、その焼入れユニット３１を昇降機構、左右移動機構によって上下、左右に移動させて誘導コイル４０先端の誘導部４０ｃの位置を摺動部４５ａに対応する位置とする。これにより、誘導コイル４０先端の誘導部４０ｃが図７（ｂ）に示すように、摺動部４５ａの摺動面４５ａａ、４５ａｂ、４５ａｃ、４５ａｄ（被焼入れ面）を誘導加熱するのに適した位置に位置決めされ、且つセンサユニット５２の各センサ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃが図８に示すように摺動面に対して所定の間隔となる位置に位置決めされる。
【００２０】
次に、誘導コイル４０に通電した状態で走行台車２が所定の速度でＸ軸方向に走行し、誘導コイル４０先端の誘導部４０ｃが図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、摺動部４５ａの各摺動面４５ａａ、４５ａｂ、４５ａｃ、４５ａｄを取り囲んだ状態でその摺動部４５ａの長手方向に走行し、その誘導部４０ｃに対向する長手方向の小区間の表層部を焼入れに必要な温度に誘導加熱しながら移動する。また、この時、誘導コイル４０に先行してセンサユニット５２の各センサ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃが対向する摺動面との間隔を検出しており、その間隔が一定に保持されるように、焼入れユニット３１の上下左右の位置及び軸線Ｏ−Ｏを中心とする旋回角度が制御される。かくして、誘導コイル４０の走行中、その先端の誘導部４０ｃが常に加熱すべき摺動面４５ａａ、４５ａｂ、４５ａｃ、４５ａｄに対して一定のクリアランスに保持されており、各摺動面の表層を均一な温度に誘導加熱し、均一な焼入れが行われる。
【００２１】
走行台車２の走行により、誘導コイル４０が焼入れすべき摺動部４５ａの一端から他端まで走行し、摺動部４５ａの全長に焼入れを行うと、一旦走行台車２を停止させる。次いで、誘導コイル４０を、次に焼入れすべき摺動部４５ｂに対応するものに交換し、また、センサユニット５２の取付位置及び各センサの位置を摺動部４５ｂに対応するように調整し、その後、走行台車２を前回とは反対方向に走行させて、誘導コイルによって次の摺動部４５ｂを誘導加熱し、焼入れを行う。以下、同様の動作を他の摺動部４５ｃ、４５ｄについて繰り返すことで、１台のスラント型ベッド４５に対する所定の焼入れが行われ、その後、他のスラント型ベッド４５に対しても同様の動作を繰り返すことで所定の焼入れが行われる。かくして、ワーク取付定盤６０上に２台のスラント型ベッド４５をセットしておくことにより、能率良く焼入れ加工を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、誘導コイルを備えた焼入れユニットを、水平な軸線を中心として旋回可能に移動台に保持させると共に、その移動台を、水平に走行する走行台車に対して前記水平な軸線が走行台車の走行方向に平行となるように、且つ上下左右に移動可能に保持させるという構成としたことにより、焼入れユニットを移動台に対して所望の角度位置に旋回させることで、誘導コイルを傾斜した被焼入れ面に適合する角度とし、且つ移動台を上下左右の所望位置に移動させることで誘導コイルを焼入れ面に対する所望のクリアランスとすることができ、その状態で走行台車を走行させることで、誘導コイルを被焼入れ面に対する所定位置に位置決めした状態で被焼入れ面に沿って走行させることができ、被焼入れ面を連続的に加熱して良好な焼入れを行うことができる。このため、被焼入れ材をセットするに際し、従来のようにＶブロックを用いて被焼入れ面を水平等のあらかじめ定めた角度位置に調整するといった動作が不要となり、従って、被焼入れ材を単にワーク取付定盤の水平な支持面上に載置すればよく、被焼入れ材のセット作業を容易に且つ短時間で実施でき、焼入れ加工の生産性を上げることができるという効果が得られる。また、Ｖブロックが不要になるのでＶブロックの製作、管理に要するコストを省くことができると言った効果も得られる。更に、移動台の左右方向の移動範囲及び焼入れユニットの旋回範囲を、ワーク取付定盤上に、被焼入れ面を右向き及び左向きのいずれの方向に向けて取り付けた被焼入れ材の前記被焼入れ面に対しても誘導コイルを対向させることができるように設定したことにより、右向き及び左向きのいずれの方向を向いた被焼入れ面に対しても焼入れを行うことができ、ワーク取付定盤上に２個の被焼入れ材を、被焼入れ面が右向き、左向きとなるようにセットして、順次焼入れを行うこともでき、能率良く焼入れ加工を行うことができ、また、誘導コイルをトランスに一対のリードによって一体的に旋回するように保持させる構成としたことにより、トランスから誘導コイルへの通電経路を短くでき、通電損失を最小とすることができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による高周波焼入れ装置の概略正面図
【図２】図１に示す装置を、焼入れユニットを水平状態として示す概略側面図
【図３】図１に示す装置における移動ブロック、移動台等を示す概略側面図
【図４】図１に示す装置における移動台下端部、焼入れユニット等を示す概略側面図
【図５】図４のＡ−Ａ矢視概略断面図
【図６】図１に示す装置の焼入れユニットの概略正面図
【図７】（ａ）誘導コイルの先端部分を示す概略斜視図
（ｂ）誘導コイルで摺動部を加熱している状態を示す概略断面図
（ｃ）上記（ｂ）に示す部分を矢印Ｂ方向に見た概略平面図
【図８】センサユニットで摺動面の位置検出を行う状態を示す概略断面図
【符号の説明】
１  レール
２  走行台車
４  高周波発振器
５  制御盤
８  横梁
９  ガイドレール
１０  ねじ軸
１２  移動ブロック
１４  移動台
１５  枠体
１６  ガイドレール
２０  ねじ軸
３０  支持体
３１  焼入れユニット
３２  旋回ベース
３５  トランス
３７  リード
４０  誘導コイル
５２  センサユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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