JP7295655B2

JP7295655B2 - 油焼入れ装置および熱処理設備

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Publication number: JP7295655B2
Application number: JP2019029297A
Authority: JP
Inventors: 大樹柴田; 貴弘藤田
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2023-06-21
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: JP2020132961A

Description

本発明は、ワークの油焼入れを行う油焼入れ装置およびその油焼入れ装置を備えた熱処理設備に関する。

自動車用部品やその他機械部品等のワークの硬度を高める熱処理として焼入れ処理が知られている。そのような焼入れ処理の方法の一つとして、高温に加熱されたワークを焼入れ油に浸漬させて急冷する油焼入れがある。油焼入れを行う際には、焼入れ後のワークの歪を抑えるために焼入れ中のワークの冷却速度を低下させないことが望まれる。冷却速度の低下を抑える対策としては、特許文献１のように焼入れ油を攪拌する方法が知られている。

油焼入れ装置を用いた油焼入れは、一般的に、油槽内に貯留した焼入れ油の上方空間にワークを移動させた後、ワークを下降させて焼入れ油に浸漬することで行われる。特許文献２には、油槽に取り付けられた昇降台にワークを搬送する油焼入れ装置が開示されている。特許文献２のような油焼入れ装置においては、油焼入れを行う際にワークと共に昇降台に取り付けられたガイドローラ等の搬送機構も焼入れ油に浸漬することが一般的である。

特開２０１２－２０７２３９号公報特開平９－２１７１１４号公報

油焼入れを行う際には、ワークの部位ごとの冷却速度のバラつきを抑えることが望まれる。また、複数のワークを同時に焼入れする場合には、各々のワークの部位ごとの冷却速度のバラつきを抑えることに加え、各ワークの配置箇所の違いに起因する冷却速度のバラつきも抑えることが望まれる。

焼入れ油を攪拌する場合、攪拌力を大きくして焼入れ油の流速を速くするほど、油槽内の流速バラつきは大きくなりやすく、これに伴い、ワークの冷却速度のバラつきが大きくなりやすい。特に、特許文献２のように、焼入れの際にワークと共にガイドローラ等の搬送機構も焼入れ油に浸漬する装置構造の場合には、焼入れ油の流れを阻害する部品が多くなり、ワークに当たる焼入れ油の流速にバラつきが生じやすい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの焼入れ時における焼入れ油の流速バラつきを抑えることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、油焼入れ装置であって、油槽と、前記油槽内においてワークを保持するワーク保持具と、前記ワーク保持具を昇降させる昇降機構と、前記油槽の外側に配置された搬送アームと、前記搬送アームを移動させるアーム移動機構と、を備え、前記ワーク保持具は、前記ワークが載せられる部分であるワーク載置部を有し、前記アーム移動機構は、前記油槽の外側に位置する、前記搬送アームの待機位置と、前記油槽の内側に位置する、前記搬送アームと前記ワーク保持具による前記ワークの受け渡しが行われる受け渡し位置と、の間で前記搬送アームを移動させる構造を有し、前記搬送アームおよび前記ワーク載置部は、前記受け渡し位置において、平面視で互いに重ならない形状を有し、前記ワーク保持具には、前記ワークを搬送する搬送機構が設けられていないことを特徴としている。

別の観点による本発明の一態様は、熱処理設備であって、上記の油焼入れ装置を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、ワークの焼入れ時における焼入れ油の流速バラつきを抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る浸炭焼入れ設備の概略構成を示す図である。油焼入れ装置の概略構成を示す図である。図２中のＡ－Ａ断面を示す図である。図２中のＢ－Ｂ断面を示す模式図である。ワークが油槽に搬入された状態を示す図である。ワークが焼入れ油に浸漬した状態を示す図である。搬送アームが前進した状態を示す図である。図７の状態を上から見た図である。搬送アームの前進後にワーク保持具が下降した状態を示す図である。ワークが油槽から搬出される状態を示す図である。油切り方法の一例を示す図である。別の実施形態に係る、搬送アームの前進後にワーク保持具が下降した状態を示す図である。搬送アームの形状例を示す図である。搬送アームの前方側から見た図１３の搬送アームを示す図である。流速測定試験における焼入れ油の流速測定位置を示す図である。比較例における焼入れ油の流速を示すグラフである。実施例における焼入れ油の流速を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、熱処理設備の一例である浸炭焼入れ設備１の概略構成を示す図である。図１では、浸炭焼入れ設備１が備える浸炭装置１０と油焼入れ装置２０の周辺のみが示されている。本実施形態の浸炭焼入れ設備１は、いわゆる連続処理式の熱処理設備であり、順次投入される熱処理対象のワークＷに対して連続的に浸炭焼入れ処理が施される。本実施形態の浸炭焼入れ設備１は、浸炭装置１０にワークＷを搬送する搬送機構としての入側ベルトコンベア２と、浸炭装置１０と、油焼入れ装置２０と、油焼入れが終了したワークＷを後工程に搬送する搬送機構としての出側ベルトコンベア３が順に配置されている。浸炭装置１０は、ワークＷの浸炭処理が行われる浸炭室１１と、ワークＷが載せられる昇降台１２とを備えており、浸炭装置１０と油焼入れ装置２０との間には開閉式の扉４が設けられている。また、浸炭焼入れ設備１には、浸炭室１１の側壁を貫通するようにしてプッシャー５が設けられている。プッシャー５は、浸炭室１１内のワークＷを油焼入れ装置２０に押し込むことが可能なように水平方向に伸縮自在な構成を有している。

このような浸炭焼入れ設備１において浸炭焼入れ処理が行われる際には、まず、入側ベルトコンベア２により搬送されたワークＷが、下降した状態にある浸炭装置１０の昇降台１２に載せられ、その後、昇降台１２が上昇する。昇降台１２は、浸炭室１１の底壁の開口部（不図示）を覆う機能も兼ねており、昇降台１２が上昇することによって密閉された浸炭室１１内に浸炭ガスが供給されてワークＷの浸炭処理が行われる。その後、扉４が開放され、プッシャー５によってワークＷが浸炭室１１から押し出されることで、油焼入れ装置２０にワークＷが搬送される。ここでワークＷの油焼入れが実施された後、油焼入れ装置２０からワークＷが搬出され、出側ベルトコンベア３により後工程にワークＷが搬送される。

なお、本実施形態の浸炭焼入れ設備１は、浸炭装置１０と油焼入れ装置２０が扉４を介して隣接した構成であったが、浸炭焼入れ設備１の構成は、本実施形態で説明したものに限定されない。例えば、浸炭処理が終了したワークＷを浸炭装置１０から一度搬出し、浸炭装置１０に対して間隔をおいて配置された油焼入れ装置２０までワークＷを搬送する構成であってもよい。また、本実施形態の浸炭焼入れ設備１は、いわゆるガス浸炭を想定した設備であるが、浸炭焼入れ設備１は、他の浸炭法が実施される設備であってもよい。さらに、浸炭焼入れ設備１は熱処理設備の一例であって、熱処理設備は、油焼入れが必要となる熱処理が実施される設備であれば特に限定されない。

以下、本実施形態の油焼入れ装置２０について説明する。

図２～図４に示されるように、本実施形態の油焼入れ装置２０は、焼入れ油が貯留する油槽３０と、油槽３０内においてワークＷを保持するワーク保持具４０と、ワーク保持具４０を昇降させる昇降機構５０と、油槽３０の外側に配置された搬送アーム６０と、搬送アーム６０を移動させるアーム移動機構７０を備えている。

図２に示されるように、本実施形態の油槽３０は、焼入れ油が貯留した領域と、焼入れ油の上方空間との間が扉等で仕切られておらず、一つの処理室となっている。焼入れ油の上方空間における油槽３０の側壁には、ワークＷを搬出するための開口部であるワーク搬送口３０ａが形成されている。油槽３０の側壁外部には、ワーク搬送口３０ａを覆う開閉式の扉３１が設けられている。図３に示されるように、油槽３０には、モータ等の駆動源により稼働する攪拌機８０が取り付けられ、油槽３０内には、その攪拌機８０によって流速が付与された焼入れ油の流れを案内するダクト３２が設けられている。ダクト３２は、攪拌機８０の攪拌翼８１の周囲を覆い、油槽３０の内面に沿うようにして、ワークＷが焼入れ油に浸漬する位置まで延びている。

本実施形態のワーク保持具４０は、ワークＷを側方から抱え込むように構成されたアーム部４１と、アーム部４１の先端部に形成された、ワークＷが載せられる部分に相当する一対のワーク載置部４２とを有している。なお、本実施形態では、ワーク載置部４２に１つのワークＷが載せられているが、複数のワークＷが載せられていてもよい。ワークＷが複数である場合、例えばトレイまたはバスケットのような形状の治具に複数のワークＷが載せられ、当該治具がワーク載置部４２に載せられることによって、間接的にワーク載置部４２にワークＷが載せられた状態となる。

図４に示されるように、ワーク載置部４２は、搬送アーム６０の長手方向（本実施形態ではＸ方向）に延びた形状を有している。一対のワーク載置部４２は、搬送アーム６０の前進時に搬送アーム６０と干渉しないように、また、ワークＷに当たる焼入れ油の流れを可能な限り阻害しないように、ワークＷのＹ方向（平面視における搬送アーム６０の長手方向に垂直な方向）の端部に位置している。なお、ワーク載置部４２が設けられる位置は、例えば油槽３０の形状、ワーク保持具４０のアーム部４１の形状、ワークＷの形状、治具の形状および搬送アーム６０が配置された位置等に応じて適宜変更される。

ワーク保持具４０は、昇降機構５０により昇降するように構成されている。本実施形態の昇降機構５０は、いわゆるエレベータラック方式の機構が採用されている。ワーク保持具４０には、昇降機構５０のチェーン５１を固定するためのフック５２が取り付けられている。ワーク保持具４０の昇降移動は、昇降機構５０が有するモータ等の駆動源によりチェーン５１の巻き上げ動作または払い出し動作によって行われる。なお、昇降機構５０は、ワーク保持具４０を昇降させることが可能な構成であれば、特に限定されない。

図２および図４に示されるように、本実施形態の搬送アーム６０は、直線状に延びた形状を有しており、搬送アーム６０の上面が水平となる状態でアーム移動機構７０に取り付けられている。搬送アーム６０の先端部には、本実施形態のように、上方に向かって突起した突起部６１が設けられていることが好ましい。このような突起部６１が設けられていることで、搬送アーム６０で油槽３０からワークＷを搬出する際に、ワークＷに突起部６１を引っ掛けることが可能となり、ワークＷを搬出しやすくすることができる。搬送アーム６０と突起部６１は、各々が別部品であってもよいし、一体成形されていてもよい。また、搬送アーム６０の長手方向における突起部６１の位置は、特に限定されないが、油槽３０の小型化の観点からは搬送アーム６０の先端部に設けられていることが好ましい。

アーム移動機構７０は、油槽３０の外側に位置する、搬送アーム６０の待機位置Ｐ₁と、油槽３０の内側に位置する、ワークＷの受け渡し位置Ｐ₂との間で搬送アーム６０を移動させるように構成されている。図２および図４では、待機位置Ｐ₁にある搬送アーム６０が示されている。なお、“受け渡し位置”とは、搬送アーム６０とワーク保持具４０によるワークＷの受け渡しが行われる位置のことである。また、搬送アーム６０の待機位置Ｐ₁は、油槽３０の形状や搬送アーム６０の形状、アーム移動機構７０の構成等に応じて適宜変更されるものであり、油焼入れ時において油槽３０内に搬送アーム６０が存在しないように、油槽３０の外側の領域の中で操業上、支障のない位置が適宜選択される。ワークＷの受け渡し位置Ｐ₂は、油槽３０の形状やワーク保持具４０の構成、搬送アーム６０の形状、アーム移動機構７０の構成等に応じて適宜変更されるものであり、搬送アーム６０がワークＷの受け渡しのために前進した際に、油槽３０の内側の領域の中で操業上、支障のない位置が適宜選択される。

本実施形態のアーム移動機構７０は、スライド方式の機構が採用されており、モータ等の駆動源によりスライダ７１を移動させることが可能な構成となっている。搬送アーム６０は、スライダ７１に固定されており、スライダ７１が移動することによって搬送アーム６０の長手方向（本実施形態ではＸ方向）に沿って前進または後退する。なお、アーム移動機構７０は、搬送アーム６０を移動させることが可能な構成であれば、特に限定されない。

図４に示されるように、本実施形態の浸炭焼入れ設備１においては、油槽３０の出側に一対の出側ベルトコンベア３が設けられており、搬送アーム６０は、一対の出側ベルトコンベア３の間に配置されている。本実施形態の搬送アーム６０は、一対の出側ベルトコンベア３の間に１つ設けられているが、搬送アーム６０は複数設けられていてもよい。なお、油槽３０から搬出された後のワークＷの搬送手段は、ベルト式のコンベアに限定されず、搬送アーム６０に載せられたワークＷを後工程に搬送することが可能な搬送手段であればよい。

次に、油焼入れ装置２０を用いた油焼入れ方法について説明する。

まず、図５に示されるように、浸炭室１１（図１）から油槽３０にワークＷが搬入され、ワークＷは、焼入れ油の上方空間で停止した状態のワーク保持具４０に載せられる。続いて、図６に示されるように、ワーク保持具４０が下降し、ワークＷが焼入れ油に浸漬する。ここでワークＷの油焼入れが行われる。なお、油焼入れ時の搬送アーム６０は待機位置Ｐ₁で停止した状態にある。

次に、図７および図８に示されるように、ワーク保持具４０が上昇し、油槽３０の扉４が開放される。その後、搬送アーム６０がワークＷの下側を通るようにして待機位置Ｐ₁から受け渡し位置Ｐ₂まで前進する。このとき、図８に示されるように搬送アーム６０とワーク載置部４２は平面視において互いに重ならない形状となっているために、搬送アーム６０とワーク載置部４２は互いに干渉しない。なお、本実施形態のように搬送アーム６０に突起部６１が設けられている場合、搬送アーム６０の前進時においては、突起部６１とワークＷが干渉しない高さ、すなわちワークＷの底面が突起部６１の上端よりも高くなる位置までワーク保持具４０が上昇している必要がある。

次に、図９に示されるように、ワークＷの底面が突起部６１の上端よりも低くなる位置までワーク保持具４０が下降する。なお、本実施形態においては、搬送アーム６０の高さが、ワーク載置部４２の高さよりも低くなっており、ワークＷは、ワーク載置部４２に載せられた状態にある。

次に、図１０に示されるように、搬送アーム６０を受け渡し位置Ｐ₂から待機位置Ｐ₁まで後退させる。このとき、搬送アーム６０に設けられた突起部６１がワークＷに引っ掛かることで、ワークＷがワーク載置部４２上を移動しながらワーク搬送口３０ａを通過する。その後、さらに搬送アーム６０を後退させることで、ワーク保持具４０から出側ベルトコンベア３にワークＷが受け渡される。

このように、本実施形態の油焼入れ装置２０においては、油槽３０の外側に配置された搬送アーム６０によって油槽３０からワークＷを搬出することができる。そして、油槽３０内におけるワークＷの保持は、搬送アーム６０の長手方向に延びたワーク載置部４２にワークＷが載せられることによって行われる。したがって、ワークＷの焼入れ中においては、搬送アーム６０が油槽３０から退出した状態にあり、また、ワークＷは、ワーク保持具４０でのみ保持された状態となる。したがって、本実施形態の油焼入れ装置２０においては、ワークＷと共にガイドローラ等の搬送機構が焼入れ油に浸漬する構造の装置に比べ、焼入れ油の流れを阻害する部品の数が少なくなる。その結果として、焼入れ油の流速の低下を抑えやすくなり、また、流速バラつきも低減させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば図１１に示されるように、ワークＷが格子状の治具Ｊに載せられている場合、ワークＷを油槽３０から搬出する際に、搬送アーム６０に設けられた突起部６１を治具Ｊの隙間に引っ掛けて、搬送アーム６０の前進または後退を繰り返し行うようにしてもよい。これにより、焼入れ油から引き上げられたワークＷの油切りを行うことができ、油槽３０外に配置されている装置類への油の付着量を少なくすることができる。

また、上記実施形態では、図１０のように油槽３０からワークＷを搬出する際に、ワーク載置部４２の上面が搬送アーム６０の上面より高い状態にあったが、図１２に示されるようにワーク載置部４２の上面が搬送アーム６０の上面よりも低くなるようにワーク保持具４０を下降させてもよい。このようにワーク保持具４０を下降させた場合には、ワーク載置部４２から搬送アーム６０にワークＷが受け渡され、ワークＷは、ワーク載置部４２ではなく搬送アーム６０に載せられた状態となる。この状態のまま、搬送アーム６０を後退させれば、ワークＷの底面がワーク載置部４２に接しながら移動することがないため、ワーク載置部４２の上面の摩耗を抑えることができる。また、このようなワークＷの搬送方法によれば、搬送アーム６０に突起部６１が設けられていなくても、油槽３０からワークＷを搬出することができる。さらに、図１２のようにワーク保持具４０から搬送アーム６０にワークＷを受け渡す際の手順と逆の手順で搬送アーム６０とワーク保持具４０を動作させることによって、搬送アーム６０からワーク保持具４０にワークＷを受け渡すことも可能となる。この搬送方法によれば、未処理のワークＷを油槽３０内に搬入することもできる。

また、図１３および図１４に示されるように、搬送アーム６０の上面には、搬送アーム６０の長手方向に沿って延びた溝６０ａが形成されていてもよい。図１３および図１４の例では、溝６０ａは、搬送アーム６０の先端にまで達しており、搬送アーム６０の前方側から見た搬送アーム６０は、上面に開口部を有するＵ字状となっている。溝６０ａの深さは、搬送アーム６０の先端に近づくほど深くなっており、溝６０ａの底面は、搬送アーム６０の先端に向かって上方から下方に傾斜している。また、搬送アーム６０の先端に突起部６１が設けられる場合には、図１４のように搬送アーム６０の溝６０ａが突起部６１で覆われないように、突起部６１は搬送アーム６０の上面部寄りに設けられる。溝６０ａが形成された搬送アーム６０においては、焼入れ後のワークＷを搬送アーム６０に載せた際に、ワークＷに残存する油が搬送アーム６０の溝６０ａに流れ込み、傾斜した溝６０ａに沿って、搬送アーム６０の先端まで流れていく。そして、搬送アーム６０の先端から油が排出される。すなわち、溝６０ａが形成された搬送アーム６０によれば、搬送アーム６０上に溜まる油を排出することが可能となる。

本発明の実施例として、図２～図４のような構造の油焼入れ装置を用いて焼入れ油の流速測定試験を実施した。また、比較例として、ワークと共にガイドローラ等の搬送機構も焼入れ油に浸漬する構造の油焼入れ装置で、同様の流速測定試験を実施した。流速測定試験は、攪拌機の回転数を段階的に変更し、各回転数における複数の測定位置の流速を測定することで実施された。本試験では、図１５のような格子状の治具を焼入れ油に浸漬させることで流速を測定している。この治具は、ワークが載る部分が下段、中段、上段に分かれており、実操業の焼入れ時には各々の段に複数のワークが載せられる。本試験においては、治具にはワークを載せておらず、図１５中で番号が付された箇所において流速の測定のみを実施した。

試験結果として、下記表１（比較例）および表２（実施例）に、各測定位置で測定された流速と、平均流速と、流速バラつき（最大流速と最小流速の差）を示す。なお、表１に対応するグラフが図１６であり、表２に対応するグラフが図１７である。

本試験の結果によれば、攪拌機の回転数が同一である場合には、比較例に対して実施例の方が焼入れ油の平均流速が大きくなっている。このような結果となった理由は、実施例の油焼入れ装置においては、治具の下側にガイドローラのような搬送機構がないことによって、流速が付与された焼入れ油が治具に当たりやすくなったためと考えられる。焼入れ油の流速とワークの冷却速度には相関があることから、実施例の油焼入れ装置は、比較例の油焼入れ装置に対して、より大きな冷却能力を得ることができる。このため、焼入れ中のワークの冷却速度の低下を抑えやすくすることができる。また、本試験の結果によれば、実施例の方が各測定位置における流速バラつきが小さくなっている。したがって、実施例の油焼入れ装置によれば、治具に複数のワークが載せられる場合であっても、各ワークの冷却速度のバラつきを小さくすることができ、同一ロット内のワークの品質バラつきを抑えることができる。

本発明は、ワークの油焼入れに利用することができる。

１浸炭焼入れ設備
２入側ベルトコンベア
３出側ベルトコンベア
４扉
５プッシャー
１０浸炭装置
１１浸炭室
１２昇降台
２０油焼入れ装置
３０油槽
３０ａワーク搬送口
３１扉
３２ダクト
４０ワーク保持具
４１アーム部
４２ワーク載置部
５０昇降機構
５１チェーン
５２フック
６０搬送アーム
６０ａ溝
６１突起部
７０アーム移動機構
７１スライダ
８０攪拌機
８１攪拌翼
Ｊ治具
Ｐ₁ 待機位置
Ｐ₂ ワークの受け渡し位置
Ｗワーク

Claims

油槽と、
前記油槽内においてワークを保持するワーク保持具と、
前記ワーク保持具を昇降させる昇降機構と、
前記油槽の外側に配置された搬送アームと、
前記搬送アームを移動させるアーム移動機構と、を備え、
前記ワーク保持具は、前記ワークが載せられる部分であるワーク載置部を有し、
前記アーム移動機構は、前記油槽の外側に位置する、前記搬送アームの待機位置と、前記油槽の内側に位置する、前記搬送アームと前記ワーク保持具による前記ワークの受け渡しが行われる受け渡し位置と、の間で前記搬送アームを移動させる構造を有し、
前記搬送アームおよび前記ワーク載置部は、前記受け渡し位置において、平面視で互いに重ならない形状を有し、
前記ワーク保持具には、前記ワークを搬送する搬送機構が設けられていない、油焼入れ装置。
前記搬送アームに、上方に向かって延びた突起部が設けられている、請求項１に記載の油焼入れ装置。
前記搬送アームの上面に、該搬送アームの長手方向に沿って延びた溝が形成され、前記溝の深さは、前記搬送アームの先端に近づくほど深くなっている、請求項１または２に記載の油焼入れ装置。
請求項１～３のいずれか一項に記載の油焼入れ装置を備えた、ワークの熱処理が行われる熱処理設備。