JP2009161787A - サイジングプレス用熱処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄系焼結合金の機械部品を連続的に焼き入れし、これをマルテンサイト変態開始点以上、オーステナイト化温度以下の温度が維持されている間にサイジングプレスで良好にサイジングするための熱処理設備であって、搬送装置を構成する機器の作動中のしゃくりをなくして搬送装置の運転が正確かつ円滑になされるようにすること、及び搬送中にワークにダメージを与えないようにすることを課題としている。
【解決手段】連続熱処理装置に加熱炉１で加熱したワークＷを焼き入れ油槽１２内に入れて引き上げる焼き入れ搬送装置４を含ませ、その焼き入れ搬送装置を構成する投入機構１３を、搬送機構３上のワークＷを焼き入れ油槽１２内に落すワーク落し具１５と、そのワーク落し具１５を運動させるサーボモータ１６ｃを動力源にした駆動機構１６とで構成し、さらに、取り出し装置１４をサーボモータ１４ｂを動力源にしたバケットコンベヤで構成し、さらに、搬送装置の各部の駆動が時間制御でなされるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、鉄系焼結合金で形成される機械部品の熱処理とサイジングを連続的に円滑に行うためのサイジングプレス用熱処理設備に関する。

熱処理して強度や硬度を高める鉄系焼結合金製の機械部品は、サイジングまたはコイニング後に熱処理を行うと、サイジング、コイニングを行ったときの残留応力が熱処理工程で開放されて寸法精度が大きく低下する。そこで、その不具合を無くすために本出願人は、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ点）が５０〜３５０℃の温度域にある鉄系焼結体をオーステナイト化温度以上の温度（Ａｅｌ点）で加熱してオーステナイト化した後、マルテンサイト変態が出現する冷却速度で焼き入れし、焼き入れ体の温度がＭｓ点以上、Ａｅｌ点以下の温度域に達したときにサイジング又はコイニングを行う方法を下記特許文献１によって提案し、さらに、その方法を実施するための熱処理装置を伴った温間サイジング設備を下記特許文献２で提案した。

特許文献２で提案したサイジング設備は、ワーク供給部、加熱装置、冷却部、排出部を順に通ってサイジングプレスに供給されるワークを前記ワーク供給部からプレス投入部に向けて１個ずつ搬送する搬送装置を備えた連続熱処理装置（この発明でいうサイジングプレス用熱処理設備）を有し、前記搬送装置が、サイジング処理に同期してワークを１個ずつ送るものになっている。

この設備の搬送装置は、具体的には、加熱装置内のワークを間欠送りする搬送機構（ベルトコンベヤ）と、その搬送機構上の先頭位置のワークを加熱装置の出口に連なる冷却部の焼き入れ油槽中に投入する投入機構と、前記焼き入れ油槽内に設けるワーク受け具と、そのワーク受け具を支持して焼き入れ油槽内でワーク受け部と取り出し部に交番に移動させる回転テーブルと、前記取り出し部に移動したワーク受け具を保持具で掴み、昇降機構でその保持具とともに上昇させて焼き入れ油槽から取り出す取り出し装置とを組み合わせた焼き入れ搬送装置と、焼き入れ油槽から取り出されたワークをワーク受け具から受け取ってプレス投入部に移動させる排出装置とで構成しており、焼き入れ搬送装置を構成する前記投入機構、回転テーブル、保持具、昇降機構、昇降機構を含めて保持具と昇降機構を横行させる横行機構の駆動は、いずれも圧搾空気を動力源とするエアーシリンダ、エアーアクチュエータ、エアーチャックなどのエアー機器で行っていた。また、搬送装置の動作は時間制御とし、各部の動きをサイジング処理時間に同期させるものにしていた。
特開平７−１３８６１３号公報 特開２００４−１３７５３９号公報

空気は液体に比べると圧縮比が大きい。そのため、エアー機器を駆動源にした投入機構や昇降機構は、動きに所謂しゃくりが発生し易く、焼き入れ油槽に対するワークの投入、焼き入れ油槽からのワークの取り出しが円滑になされないことがある。

また、エアー機器は、動作速度を上げると停止動作をストッパなどを使って物理的に行う必要が生じ、停止時の衝撃が大きくなってワークの変形、傷つきなどが発生し易くなる。例えば、焼き入れ油槽内の回転テーブルを早い速度で回転させてストッパで急停止させると、ワーク受け具に収納されたワークが慣性で移動して受け具の内壁に衝突する。ワーク受け具とともにワークを昇降機構で焼き入れ油槽から取り出すときも、昇降機構を早い速度で動かして急停止させると、ワークがワーク受け具内で跳ねてそのワークに衝撃が加わり、これが変形、傷つきの原因になる。

また、エアー機器が作動中にしゃくることによって連動させるべき機器の作動にタイミングのずれが生じ、搬送装置の時間制御を行っているために各機器の作動の安定性が損なわれる。そのために、搬送が不安定かつ不確実になって搬送装置を停止せざるを得なくなるなどのトラブルが発生し、熱処理設備の稼働率低下につながる。

このほか、特許文献２で提案している焼き入れ搬送装置の回転テーブルと取り出し装置は、サイクル動作を繰り返してワークを受け渡していくので、ワーク１個当たりの処理時間も長くなる。

この発明は、上記の問題を解消し、搬送装置の運転が正確かつ円滑になされるようにして熱処理設備の稼働率低下を無くすとともに、ワークにダメージを与えないようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、加熱炉から冷却部を通ってサイジングプレスに供給されるワークをプレス投入部に向けて１個ずつ搬送する連続熱処理装置の搬送装置を、
加熱炉内のワークを間欠送りする搬送機構と、その搬送機構上の先頭位置のワークを前記冷却部の焼き入れ油槽内に落す投入機構と、投入されたワークを焼き入れ油槽から取り出す取り出し装置とを組み合わせた焼き入れ搬送装置と、焼き入れ油槽から出されたワークを受け取ってプレス投入部に移動させる排出装置とで構成する。
また、前記投入機構を、サーボモータを駆動源にした駆動機構とワーク落し具とで構成し、さらに、前記取り出し装置を、サーボモータを動力源にしたバケットコンベヤで構成する。

投入機構は、ワーク落し具を取付けるラックと、そのラックに噛合させるピニオンと、このピニオンを回転させるサーボモータとで駆動機構を構成したものや、ワーク落し具を取付ける無端のチェーンと、そのチェーンをかけ渡す２個が一対のスプロケットと、一方のスプロケットを回転させるサーボモータとで駆動機構を構成したものなどを採用することができる。

なお、焼き入れ油槽の内部に、投入されたワークをバケットコンベヤのバケットに誘導するワークガイドを設けると好ましい。

そのワークガイドに代えて、投入されたワークを受けて前記バケットコンベヤのバケットに送り込むベルトコンベヤを焼き入れ油槽の内部に設けることもできる。

このほか、この熱処理設備の加熱炉の内部雰囲気は、無酸化雰囲気となるガス(窒素ガスなどの変成ガス)を用いると好ましい。

焼き入れ搬送装置に含まれる投入機構を、ワーク落し具とそのワーク落し具を機械的に動かすエアー機器の含まれていない駆動機構とで構成し、さらに、取り出し装置もエアー機器の含まれていないバケットコンベヤで構成したので、投入機構と取り出し装置が作動中にしゃくることがない。従って、機器のしゃくりによる動作のタイミングずれが無くなる。

また、投入機構と取り出し装置は、速度制御の可能なサーボモータを駆動源として用いたので、緩やかに停止させることができ、そのために、処理中のワークに衝撃が加わらず、停止時の衝撃によるワークの変形や傷つきの問題も無くすことができる。

さらに、取り出し装置を、昇降機構がなく、しかもバケットが一方向に循環するバケットコンベヤで構成したので、前掲の特許文献２の設備に採用した焼き入れ油槽内の回転テーブル、取り出し装置の保持具と昇降機構などが一つにまとまって保守・管理が必要な駆動機構が減少し、焼き入れ搬送装置の信頼性向上、省スペース化、ワーク１個当たりの処理時間の短縮なども図れるようになる。また、実施例で述べるように、バケットコンベヤを相反する向きに２基配置して熱処理後のラインを２つに増加させることもでき、生産性向上の面でも有利になる。

このほか、搬送装置の各部の駆動が時間制御によってなされるようにしたので、各部の駆動をフィードバック制御によって行う場合に比べてコスト面で有利になり、タクト低下も抑えられる。

以下、この発明のサイジングプレス用熱処理設備の実施の形態を添付図面の図１〜図５
に基づいて説明する。例示の熱処理設備は、加熱炉１と、その加熱炉の出口に連ならせた冷却部２と、加熱炉１内に引き通した搬送機構３と、冷却部２に設けた焼き入れ搬送装置４と、その焼き入れ搬送装置４から受け取ったワーク（鉄系焼結合金で形成された機械部品）Ｗをプレス投入部６に向けて搬送する排出装置５とを設けて成る。プレス投入部６に移動したワークＷはサイジングプレス７に供給してサイジング処理する。

加熱炉１は、内部の温度分布を均一化するための攪拌ファン８と、加熱用の熱源９を有し、内部温度を制御可能となっている。この加熱炉１の熱源９は、電気ヒータや誘導加熱装置などを採用できる。

冷却部２は、図２に示すように、カバー１０に覆われた冷却室２ａを有しており、その冷却室２ａの内部にワークガイド１１（図３参照）を有する焼き入れ油槽１２を設けている。また、冷却室２ａの内部は、加熱炉１と同様の雰囲気ガスを用いて無酸化雰囲気にしている。

搬送機構３は、金属のメッシュベルトを用いた耐熱性のあるコンベヤであり、供給されるワークＷを間欠送りして炉の出口に向けて移動させる。図示の搬送機構３は、ワークＷを２列に並べて搬送する。

焼き入れ搬送装置４は、搬送機構３上の先頭位置のワークを焼き入れ油槽１２内に落す投入機構１３と、投入されたワークを焼き入れ油槽外に取り出す取り出し装置１４（図３参照）を組み合わせて構成している。

投入機構１３は、図２に示す要素、即ち、搬送機構３上のワークＷを落すワーク落し具１５と、そのワーク落し具１５を運動させる駆動機構１６と、ワーク落し具１５を前進時にワークを乗り越える位置まで一旦上に持ち上げた後に元に戻す補助機構１７とで構成され、ワーク落し具１５でコンベヤ上のワークＷを引っ掛けて冷却槽２内に掻き落すものを示した。図示の駆動機構１６は、ラック１６ａとそのラックに噛合したピニオン１６ｂと、このピニオンを回転させるサーボモータ１６ｃ（図１参照）と、ラックガイド１６ｄとで構成され、ピニオン１６ｂに駆動されて進退するラック１６ａにワーク落し具１５を取り付けたものになっている。

取り出し装置１４は、図３のバケットコンベヤで構成されている。バケット１４ａを有するバケットコンベヤは、サーボモータ１４ｂを動力源としたコンベヤであり、焼き入れ油槽１２内に傾斜させて設置されている。焼き入れ油槽１２の内部にはワークガイド１１を併設しており、焼き入れ油槽１２に投入されたワークＷがワークガイド１１に案内されて油面下で待機しているバケット１４ａ内に誘導される。そのバケット１４ａを有する取り出し装置（バケットコンベヤ）１４の上端は焼き入れ油槽１２の外部に引き出されている。

ワークガイド１１に案内されたワークＷがバケット１４ａの中に納まると取り出し装置１４が駆動され、焼き入れされたワークＷが焼き入れ油槽１２から取り出される。バケット１４ａは取り出し装置の上端で反転して往路から復路に移り、このときにバケット１４ａ内のワークＷがシュータ１８上に放出されて排出装置５に移される。バケットコンベヤを用いた取り出し装置１４は、作動速度の規制を受け難く、油圧駆動の昇降機構を用いてワークを取り出すものに比べて取り出し速度を早くすることが可能である。また、バケットを一方向に循環させるのでサイクル動作の繰り返しによる時間のロスがなく、取り出し効率も高められる。

排出装置５は、ベルトコンベヤ２３（これも金属のメッシュベルトを用いたコンベヤ）で構成しており、冷却室２ａを出たワークＷをこの排出装置５でプレス投入部６に向けて１個ずつ送り出す。このベルトコンベヤ２３は、図３に示すように、入口と出口を除く部分をカバー１９で覆うとワークＷの温度維持が図れて好ましい。排出装置５による搬送距離が長いときには、カバー１９の内部に、熱風発生装置２０で発生させた熱風を導入するとより好ましい。熱風発生装置２０に代えて電気ヒータやガスバーナ等を用いることもでき、そのようものでもカバー１９の内部温度を一定に保ってワークＷの温度低下を抑えることができる。

サイジングプレス７は、プレス機にサイジング金型を有するダイセットを取り付けた周知の設備である。このサイジングプレス７の金型は、強制冷却機能を有するもの、その強制冷却機能のないもののどちらであってもよい。

プレス投入部６に移動したワークＷは、手作業でサイジングプレス７に移し替えてもよいし、ロボットハンドなどを用いて作業を機械化してもよい。

また、ワークが落下中に接触するバケット１４ａの内面やワークガイド１１、シュータ１８、プレス投入部６の表面には、ワークの傷つきを防止するために例えばシリコン樹脂やフッ素樹脂などの耐熱性のある緩衝材を貼り付けておくのがよい。

なお、図示の熱処理設備は、２列に並べて加熱されるワークに対応させて投入機構１３
を並列配置にして２基設け、さらに、取り出し装置（バケットコンベヤ）１４と排出装置５を相反する向きにしてそれぞれ２基設け、ワークの熱処理を２ラインで並行して行うものにしており、生産性の向上が図れるが、処理ラインは少なくとも１ラインあればよい。

このように構成した熱処理設備は、特許文献２が述べているように、ワーク供給部Ｓにおいて搬送機構３に載せたワークＷを加熱炉１に導入し、例えば８５０℃程度の目標温度に加熱する。次に、目標温度に加熱されたワークＷが所定の位置に到達したら、投入機構１３を作動させ、ワーク落とし具１５で搬送機構３上の先頭位置のワークＷを焼き入れ油槽１２内に掻き落す。投入機構１３はラック・ピニオンをサーボモータで駆動するものを用いているので、しゃくりの無い円滑な投入が行える。投入機構１３による投入を終えたら搬送機構３を駆動して次のワークＷをそのコンベヤの先頭位置に移動させ、復帰した投入機構１３とともに次の投入動作を開始するまで待機させる。

焼き入れ油槽１２の中に落としたワークＷは、ワークガイド１１に誘導されて油面下のバケット１４ａに納まる。そのワークＷを所定の焼き入れ時間経過後に焼き入れ油槽１２から取り出す。焼き入れの時間はワークの品質を安定させるために管理される。

焼き入れ油槽１２からのワークＷの取り出しは、取り出し装置（バケットコンベヤ）１４を駆動して行われる。投入機構１３と取り出し装置１４の駆動はサーボモータ１６ｃ、１４ｂの回転を制御してなされ、ワークに衝撃が加わらない。

取り出し装置１４で取り出したワークＷは排出装置５の搬送ベルト上に移し、排出装置５でプレス投入部６に搬送する。また、取り出し装置１４は次のバケット１４ａをワークが誘導される位置に停止させて次の取り出しまで待機させる。搬送機構３、焼き入れ搬送装置４の投入機構１３と取り出し装置１４、及び排出装置５は特許文献２が開示している設備と同様に時間制御によって駆動される。従って、フィードバック制御を行う場合のコスト上昇、タクト低下の問題が起こらない。

なお、投入機構１３は、図４に示すように、前述の駆動機構１６の代替となる部分を、無端のチェーン１６ｅと、そのチェーンを掛け渡す一対のスプロケット１６ｆ、１６ｆと、駆動側のスプロケットを回転させるサーボモータ１６ｇとを組み合わせたスクレーパーコンベヤで構成し、このスクレーパーコンベヤの一部を図のように搬送機構３の一部とオーバーラップさせ、チェーン１６ｅにワーク落し具１５を取り付けてチェーン１６ｅとともに動くそのワーク落し具１５で搬送機構３上のワークＷを掻き落すものであってもよい。図４の投入機構１３は、片端を一旦持ち上げて降ろす機構がなくてもワーク落し具１５とワークの干渉を回避することができる。

ワーク落し具１５は、油圧シリンダで駆動することも考えられるが、ラック・ピニオンを使用した図２の投入機構やチェーン・スプロケットを使用した図４の投入機構は、油圧シリンダで駆動するものに比べて作動速度を早くするのが簡単である。

また、図３のワークガイド１１は、簡素かつ安価であるが、そのワークガイド１１に代えて、図５に示すように焼き入れ油槽１２内にベルトコンベヤ２１を設け、油槽に投入されたワークＷをそのベルトコンベヤ２１で受けて取り出し装置のバケット１４ａに送り込むこともできる。図示のベルトコンベヤ２１は、焼き入れ油槽１２の上部に設置した減速機付きモータ２１ａの回転を動力伝達要素（図のそれはチェーン、スプロケット）２１ｂ経由で伝達してベルトを駆動する。バケットコンベヤで構成される取り出し装置１４を相反する向きにして２基設ける場合には、ベルトコンベヤ２１も２基設置し、並列位置で焼き入れ油槽１２に投入されたワークを仕切り壁などで誘導して各ベルトコンベヤに案内するようにしておけばよい。

焼き入れ油槽１２を出てプレス投入部６に送り込まれたワークＷは、作業者やロボットハンドによりサイジングプレス７にセットされてサイジング処理される。そのサイジング処理は、ワークＷが１８０℃以上の温度を保っている間に行うと好ましいので、特許文献２で提案したように、ワークＷが焼き入れ油槽１２を出てからサイジングを実施する直前までの時間をタイマーでカウントしてその時間が目標時間をオーバーしたか否かを制御部２２で判断してサイジングの可否を決定するとよい。放射温度計などでサイジングプレスに投入する直前のワーク温度を測定してサイジングの可否を決定してもよく、そのような方法を採ることで、不良発生率が高くて無駄となるサイジング作業を停止させることができる。

この発明の熱処理設備の実施形態を簡略化して示す平面図 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図 投入機構の他の形態を示す断面図 図３のワークガイドの代替として考えられるコンベヤの断面図

符号の説明

１ 加熱炉
２ 冷却部
２ａ 冷却室
３ 搬送機構
４ 焼き入れ搬送装置
５ 排出装置
６ プレス投入部
７ サイジングプレス
８ 攪拌ファン
９ 熱源
１０ カバー
１１ ワークガイド
１２ 焼き入れ油槽
１３ 投入機構
１４ 取り出し装置
１４ａ バケット
１４ｂ サーボモータ
１５ ワーク落し具
１６ 駆動機構
１６ａ ラック
１６ｂ ピニオン
１６ｃ、１６ｇ サーボモータ
１６ｄ ラックガイド
１６ｅ チェーン
１６ｆ スプロケット
１７ 補助機構
１８ シュータ
１９ カバー
２０ 熱風発生装置
２１、２３ ベルトコンベヤ
２１ａ 減速機付きモータ
２１ｂ 動力伝達要素
２２ 制御部

Claims (6)

1. 連続熱処理装置の加熱炉（１）から冷却部（２）を通ってサイジングプレス（７）に供給されるワーク（Ｗ）をプレス投入部（６）に向けて１個ずつ搬送する搬送装置を有し、
   前記搬送装置が、加熱炉（１）内のワークを間欠送りする搬送機構（３）と、
   その搬送機構上の先頭位置のワーク（Ｗ）を前記冷却部（２）の焼き入れ油槽（１２）内に落す投入機構（１３）と、投入されたワークを焼き入れ油槽から出す取り出し装置（１４）とからなる焼き入れ搬送装置（４）と、
   焼き入れ油槽（１２）から出されたワーク（Ｗ）を受け取ってプレス投入部（６）に移動させる排出装置（５）とを備えており、
   前記投入機構（１３）が、サーボモータ（１６ｃ）を駆動源にした駆動機構（１６）とワーク落し具（１５）とで構成され、さらに、前記取り出し装置（１４）がサーボモータ（１４ｂ）を動力源にしたバケットコンベヤで構成されたサイジングプレス用熱処理設備。
2. 前記駆動機構（１６）を、ワーク落し具（１５）を取付けるラック（１６ａ）と、そのラックに噛合させるピニオン（１６ｂ）と、このピニオンを回転させるサーボモータ（１６ｃ）とで構成した請求項１に記載のサイジングプレス用熱処理設備。
3. 前記駆動機構（１６）を、ワーク落し具（１５）を取付ける無端のチェーン（１６ｅ）と、そのチェーンをかけ渡すスプロケット（１６ｆ、１６ｆ）と、一方のスプロケット（１６ｆ）を回転させるサーボモータ（１６ｇ）とで構成した請求項１に記載のサイジングプレス用熱処理設備。
4. 前記焼き入れ油槽（１２）の内部に、投入されたワークを前記バケットコンベヤのバケット（１４ａ）に誘導するワークガイド（１１）を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のサイジングプレス用熱処理設備。
5. 前記焼き入れ油槽（１２）の内部に、投入されたワークを受けて前記バケットコンベヤのバケット（１４ａ）に送り込むベルトコンベヤ（２１）を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のサイジングプレス用熱処理設備。
6. 前記加熱炉（１）の内部雰囲気を無酸化雰囲気にした請求項１〜５のいずれかに記載のサイジングプレス用熱処理設備。

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