JP5072234B2 - Rack bar induction hardening equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ラックバーの歯面等を高周波電流を利用して焼き入れする際に使用して好適なラックバーの高周波焼入装置に関する。 The present invention relates to an induction hardening apparatus for a rack bar that is suitable for use when quenching a tooth surface of a rack bar using a high frequency current.
従来、この種の焼入装置としては、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されている。特許文献1に開示の焼入装置は、電気的絶縁材を介して第1導体と第2導体を組み合わされてなる単位導体と、一対の接触電極及び一対の分岐導体等を備え、ラックバーの歯面を焼入れする場合には、歯面側に両接触電極を接触させて直接通電し、ラックバーの背面を焼入れする場合には、ラックバーの上下位置を逆に設定して背面側に両接触電極を接触させて直接通電するようにしたものである。
Conventionally, as this kind of hardening device, it is indicated by patent documents 1 and
また、特許文献2に開示の焼入装置は、ラックバーの歯面及び背面側に、主導体を有する一対の高周波誘導加熱コイルを対向配置し、両加熱コイルに対してラックバーを静止させた状態で高周波誘導加熱した後に、ラックバーを軸線を中心に回転させて高周波誘導加熱することにより、ラックバーの歯面と背面を焼入れするようにしたものである。
しかしながら、特許文献1に開示の焼入装置にあっては、一対の接触電極の接触により、歯面や背面を焼入れすることができるものの、両接触電極が所定位置に固定的に配置されているため、歯面の焼入れをした後にラックバーの上下位置を入れ替えて両接触電極を背面に接触させた後に該背面の焼入れを行うことになり、ラックバーの歯面と背面の焼入れを略同時に行うことが困難で、焼入れ作業の効率を充分に高めることが難しい。 However, in the quenching apparatus disclosed in Patent Document 1, although the tooth surface and the back surface can be quenched by contact of a pair of contact electrodes, both contact electrodes are fixedly arranged at predetermined positions. Therefore, after the tooth surface is hardened, the upper and lower positions of the rack bar are switched to bring both contact electrodes into contact with the back surface, and then the back surface is hardened, and the rack bar's tooth surface and the back surface are hardened substantially simultaneously. It is difficult to sufficiently increase the efficiency of the quenching operation.
また、特許文献2に開示の焼入装置は、対向配置される一対の高周波誘導加熱コイルによって、ラックバーの歯面と背面を焼入れすることができるものの、加熱方式が誘導加熱であって通電加熱ではなく、歯面や背面の所定部位のみを高精度に焼入れすることが困難で焼入れ品質の面で劣ると共に、ラックバーを回転させて高周波誘導加熱する必要があり、焼入れ作業の能率面でも劣り、かつラックバーの回転機構が必要となる等、焼入装置の構造が複雑化してコスト高にもなり易い。
Further, the quenching apparatus disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ラックバーの歯面と背面を高周波電流を利用して同時にかつ効率的に加熱して、高精度な焼入れ品質が得られるラックバーの高周波焼入装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to simultaneously and efficiently heat the tooth surface and back surface of the rack bar using a high-frequency current to obtain a highly accurate quenching quality. An object of the present invention is to provide an induction hardening apparatus for a rack bar.
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ラックバーの歯面に接触する一対の接触電極からなる第1電極手段と、前記ラックバーの背面に接触する一対の接触電極からなる第2電極手段と、二次コイルが銅板もしくは銅パイプにより1ターンに形成された出力トランスと半導体スイッチング素子を使用したインバータ回路とを有して前記両電極手段に高周波電流を供給する高周波電源と、前記両電極手段を前記ラックバーの歯面及び背面に対して接離させる電極移動装置と、前記高周波電源及び電極移動装置を制御する制御手段と、を備え、前記第1電極手段と第2電極手段は、直列状態で前記高周波電源の出力トランスの二次コイルに接続され、前記制御手段の制御で電極移動手段が作動してその接触部が前記ラックバーの歯面及び背面に接触すると共に、前記高周波電源と前記両電極手段との間に銅板の長さや板厚により前記高周波電源から両電極手段に供給される高周波電流を調整する電流調整手段を設け、かつ前記出力トランスの二次コイルに安全コイルが並列接続されていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 of the present invention is a first electrode means comprising a pair of contact electrodes in contact with the tooth surfaces of the rack bar, and a pair of contacts in contact with the back surface of the rack bar. A second electrode means comprising a contact electrode, an output transformer having a secondary coil formed in one turn by a copper plate or a copper pipe, and an inverter circuit using a semiconductor switching element, and supplying a high frequency current to both the electrode means A high-frequency power source, an electrode moving device for bringing the both electrode means into and out of contact with a tooth surface and a back surface of the rack bar, and a control means for controlling the high-frequency power source and the electrode moving device. means and the second electrode means are connected in series with the secondary coil of the output transformer of the high-frequency power supply, the contact portion with the electrode moving unit operated under the control of said control means said rack Current adjusting means for adjusting the high-frequency current supplied from the high-frequency power source to both electrode means according to the length and thickness of the copper plate between the high-frequency power source and both electrode means, while contacting the tooth surface and the back surface of the bar. And a safety coil is connected in parallel to the secondary coil of the output transformer .
本発明の請求項1に記載の発明によれば、ラックバーの歯面に接触する一対の接触電極からなる第1電極手段と、ラックバーの背面に接触する一対の接触電極からなる第2電極手段及び高周波電源等を備え、第1電極手段と第2電極手段が直列状態で高周波電源に接続されているため、ラックバーの歯面と背面を通電加熱で同時に効率的に焼入れできると共に、高精度な焼入れ品質のラックバーを容易に得ることができる。また、電極手段と高周波電源との間に銅板の長さや板厚により形成された電流調整手段が設けられているため、第1電極手段と第2電極手段に供給される電流を調整してバランスでき、ラックバーの歯面と背面に一層高精度な焼入れ品質を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the first electrode means comprising a pair of contact electrodes in contact with the tooth surfaces of the rack bar and the second electrode comprising a pair of contact electrodes in contact with the back surface of the rack bar. Since the first electrode means and the second electrode means are connected to the high frequency power supply in series, the tooth surface and the back surface of the rack bar can be efficiently quenched simultaneously by energization heating, A rack bar with an accurate quenching quality can be easily obtained. In addition, since current adjusting means formed by the length and thickness of the copper plate is provided between the electrode means and the high frequency power source, the current supplied to the first electrode means and the second electrode means is adjusted and balanced. In addition, a more accurate quenching quality can be obtained on the tooth surface and back surface of the rack bar.
また、高周波電源の出力トランスの二次コイルと並列に安全コイルが接続されているため、一対の接触電極のラックバーへの接触不良による悪影響を防止することができる。また、高周波電源から両電極手段への高周波電流の供給状態を制御すると共に電極移動装置のラックバーに対する接離状態を制御する制御手段を備えるため、制御手段の制御で両電極手段への高周波電流の供給や電極手段のラックバーへの接離を制御できて、焼入れ作業の自動化が図れる等、焼入れ作業の効率を一層向上させることができる。In addition, since the safety coil is connected in parallel with the secondary coil of the output transformer of the high-frequency power supply, it is possible to prevent adverse effects due to poor contact of the pair of contact electrodes with the rack bar. In addition, since the control means for controlling the supply state of the high-frequency current from the high-frequency power source to both electrode means and the contact / separation state of the electrode moving device with respect to the rack bar is provided, the high-frequency current to both electrode means is controlled by the control means. The efficiency of the quenching operation can be further improved, for example, by controlling the supply of electrode and the contact and separation of the electrode means to and from the rack bar and automating the quenching operation.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2は、本発明に係わる高周波焼入装置の一実施形態を示し、図1がその概略構成図、図2がその回路図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1 and 2 show an embodiment of an induction hardening apparatus according to the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram thereof, and FIG. 2 is a circuit diagram thereof.
図1において、高周波焼入装置1(焼入装置1という)は、ラックバー2の歯面2aの長手方向両端部に接触する一対の接触電極3a、3b(第1電極手段)と、ラックバー2の背面2bの長手方向両端部に接触する一対の接触電極4a、4b(第2電極手段)と、これら接触電極3a、3bと接触電極4a、4bに高周波電流を供給する高周波電源5と、この高周波電源5を制御する制御装置6と、前記接触電極3a、3bと接触電極4a、4bをラックバー2に対して移動(接離)させる電極移動装置7と、高周波電源5と例えば接触電極4a間に接続された電流調整器8(電流調整手段)等によって構成されている。
In FIG. 1, an induction hardening apparatus 1 (referred to as a hardening apparatus 1) includes a pair of
前記接触電極3a、3b及び接触電極4a、4bは、銅板等の導体により先端に接触部を有する如く形成され、合計4個の接触電極3a、3b、4a、4bが直列状態で接続されている。また、接触電極3a、3bと接触電極4a、4bはそれぞれ対となって、シリンダやモータ等の駆動源を有する前記電極移動装置7の作動により矢印イの如く移動可能に配設されると共に、接触電極3a、3bと接触電極4a、4bに対応して所定形態の冷却ジャケット(図示せず)が配置されている。
The
前記制御装置6は、図示しないマイコンやシーケンサ等により形成され、後述する高周波電源5の作動を制御すると共に、前記電極移動装置7の作動を制御して接触電極3a、3bや接触電極4a、4bを所定方向に移動させるようになっている。さらに、前記電流調整器8は、例えば銅板等からなる導体の長さや板厚により形成されて、接触電極3a、3bや接触電極4a、4bに供給される高周波電流を調整(バランス)してラックバー2に所定の焼入状態(すなわち通電状態)が得られるようになっている。
The control device 6 is formed by a microcomputer or sequencer (not shown) and controls the operation of a high-frequency power source 5 to be described later, and controls the operation of the electrode moving device 7 to control the
また、前記高周波電源5は、図2に示すように、トランジスタ式のインバータ回路10を有し、このインバータ回路10は、4つのアーム10a〜10dにそれぞれ接続された半導体スイッチング素子としての4個のFET11a〜11d等を有している。このインバータ回路10の各アーム10a〜10dは、アーム10aとアーム10bが直列接続され、アーム10cとアーム10dが直列接続されると共に、アーム10aとアーム10cの接続点が直流電源の+端子12aに接続され、アーム10bとアーム10dの接続点が直流電源の−端子12bに接続されることにより、フルブリッジ回路を形成している。なお、前記端子12a、12b間には、電解コンデンサ13と、抵抗14及びダイオード15の直列回路等が接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, the high-frequency power source 5 has a transistor
そして、このインバータ回路10のアーム10aとアーム10bの接続点には、トランス16の一次側コイルの一方側が接続され、アーム10cとアーム10dの接続点には、前記トランス16の一次側コイルの他方側が接続されている。このトランス16の二次側には、出力トランス17(変流器)の一次コイル17aが接続され、出力トランス17の二次コイル17bには前記接触電極3a、3b、4a、4bが例えば着脱可能に接続されている。また、インバータ回路10のアーム10aとアーム10cの接続点と、アーム10aのFET11aのドレイン間及びアーム10cのFET11cのドレイン間、アーム10bとアーム10dの接続点と、アーム10bのFET11bのソース間及びアーム10dのFET11dのソース間には、各アーム10a〜10dの電流をバランスさせる差動トランス18がそれぞれ接続されている。
One end of the primary coil of the transformer 16 is connected to the connection point between the
なお、インバータ回路10のアーム10b、10dには、検出トランス等からなる電流検出器19がそれぞれ接続され、この電流検出器19は、その出力側がFET11a〜11dをオ・オフさせるための図示しない発振器や電源回路が接続された前記制御装置6に接続されている。また、前記出力トランス17の二次コイル17bは、例えば略円筒形状の銅板もしくは銅パイプ等により1ターンに形成され、この二次コイル17bには安全コイル20が並列接続されている。この安全コイル20は、そのインダクタンス等の電気的特性値が、接触電極3a、3bや接触電極4a、4b間にワークであるラックバー2が接触した際の電気的特性値に対して、1/2〜1/10程度の小さい値となるように設定されている。
The arms 10b and 10d of the
この焼入装置1は次のように動作する。すなわち、先ず、ラックバー2の歯面2aの長さ等の形態に応じて、接触電極3a、3b及び接触電極4a、4b間の間隔寸法を所定値に設定すると共に、この間隔寸法に対応した長さの前記冷却ジャケットを所定位置に配置する。この状態で、制御装置6の図示しない操作盤の例えば加熱スイッチをオンさせると、前記高周波電源5が作動してインバータ回路10のFET11a〜11dがオン・オフして、トランス16の一次側に発振器の周期数に応じた所定周波数の高周波電流が供給される。
This quenching apparatus 1 operates as follows. That is, first, the distance between the
この高周波電流は、トランス16の二次側に接続された出力トランス17で大電流に変換されて、各接触電極3a、3b、4a、4bに供給される。この時、各接触電極3a、3b、4a、4bが直列状態とされていることから、図1の矢印ロの如く、高周波電流が接触電極3a→ラックバー2の歯面2a→接触電極3b→接触電極4b→ラックバー2の背面2b→接触電極4aに流れると共に、電流調整器8により各接触電極3a、3b、4a、4bに流れる電流値が調整(バランス)される。この高周波電流がラックバー2の歯面2aや背面2bに流れることにより、そのジュール熱で自己発熱して歯面2aや背面2bが所定温度まで同時に加熱される。
This high-frequency current is converted into a large current by the output transformer 17 connected to the secondary side of the transformer 16 and supplied to the
そして、高周波電流が所定時間供給されて歯面2aや背面2bが所定温度まで加熱されると、この加熱状態で制御装置6の制御信号で高周波電源5がオフされて高周波電流の供給が停止されると共に、制御装置6の制御信号により前記冷却ジャケットに冷却水が供給されて、その噴射孔から歯面2aや背面2bに向けて冷却水が噴射される。この冷却水の噴射により、加熱された歯面2aや背面2bが同時に急速冷却されて焼入され、この時、例えば冷却ジャケットの噴射孔を歯面2aの山部に沿って複数個設けることにより、冷却水が歯面2aの山部に効果的に噴射されて該山部が所定硬度で均一に焼入されることになる。
When the high frequency current is supplied for a predetermined time and the
また、接触電極3a、3b及び接触電極4a、4bを介してラックバー2への高周波電流の供給時に、高周波電源5の出力トランス17の二次コイル17bに並列に安全コイル20が接続されていることから、高周波電流が歯面2aや背面2bを流れると同時に安全コイル20にも分岐して常時流れる状態となる。これにより、例えば接触電極3a、3b及び接触電極4a、4bの接触部が歯面2aや背面2bに対して接触不良を起こした場合でも、出力トランス17から供給される高周波電流が安全コイル20を流れる状態となり、接触電極3a、3bや接触電極4a、4bの接触部と歯面2aや背面2b間のスパーク等による傷付け等が確実に防止されることになる。
In addition, the
また、安全コイル20が出力トランス17の二次コイル17bに常時接続されていることから、接触電極3a、3b及び接触電極4a、4bと歯面2aや背面2b間に瞬間的に接触不良が生じても、インバータ回路10の作動を一々停止させる必要がなくなり、接触不良が解消するまでの間、インバータ回路10を作動状態にすることができると共に、安全コイル20の最適な電気的特性値の設定により、正常時における加熱状態への悪影響を抑えることができて、効率的な焼入作業が可能となる。
Further, since the
このように、上記実施形態の焼入装置1においては、ラックバー2の歯面2aに接触する一対の接触電極3a、3bと、ラックバー2の背面2bに接触する接触電極4a、4b及び高周波電源5を備え、接触電極3a、3bと接触電極4a、4bが直列状態で高周波電源5に接続されているため、ラックバー2の歯面2aと背面2bの両面を通電加熱により同時に効率的に焼入れすることができると共に、通電加熱の利用で高精度な焼入れ品質のラックバー2を容易に得ることができる。特に、接触電極4aと高周波電源5との間に電流調整器8が接続されているため、接触電極3a、3b及び接触電極4a、4bに供給される電流を調整できて、歯面2aと背面2bに一層高精度な焼入れ品質を得ることができる。
Thus, in the hardening apparatus 1 of the said embodiment, a pair of
また、高周波電源5から接触電極3a、3bや接触電極4a、4bへの高周波電流の供給状態あるいは接触電極3a、3bや接触電極4a、4bの歯面2aや背面2bへの接離状態を制御する制御装置6を備えるため、制御装置6の制御で両接触電極3a、3b、4a、4bへの高周波電流の供給や歯面2aや背面2bへの接離を制御できて、焼入れ作業の自動化が図れる等、焼入れ作業の効率を一層向上させることができる。
Further, the supply state of the high-frequency current from the high-frequency power source 5 to the
さらに、高周波電源5がFET11a〜11dを使用したインバータ回路10を備えるため、高周波電源5の小型化や信頼性の向上を図ることができて、焼入装置1自体を安価でかつ小型に形成することができると共に、高周波電源5の出力トランス17の二次コイル17bに並列に安全コイル20が接続されていることから、接触電極3a、3b、4a、4bの周囲に分岐導体等を設けることなく、安全コイル20によって接触電極3a、3b、4a、4aのラックバー2への接触不良による悪影響を確実に防止することができる。
Furthermore, since the high frequency power supply 5 includes the
特に、安全コイル20の電気的特性値が、接触電極3a、3b、4a、4aにラックバー2が接触した際の接触電極3a、3b、4a、4b間の電気的特性値より所定値小さく設定されているため、正常状態におけるラックバー2の加熱状態への悪影響を防止しつつ、かつ接触不良発生時でもラックバー2への悪影響を最小限に抑えつつ、所定の電力でラックバー2の歯面2aや背面2bを高精度に焼入れすることができる。
In particular, the electrical characteristic value of the
また、接触電極3a、3b間に配置される冷却ジャケットの噴射孔を、ラックバー2の歯面2aの山部に沿って複数設けるようにすれば、ラックバー2の歯面2aの山部に沿って噴射される冷却水により、歯面2aの山部を確実に急速冷却できて、歯面2aの所定位置を高精度に焼入することができ、これらにより、例えばラックバー2の歯面2aの焼入品質が向上する等、ラックバー2に一層高精度な焼入れ品質を安定して得ることが可能となる。
Further, if a plurality of injection holes for the cooling jacket disposed between the
また、安全コイル20が出力トランス17の二次コイル17bに並列的に接続されているため、接触電極3a、3b、4a、4bの周囲に例えば分岐導体のように突出する部分がなくなって、接触電極3a、3b、4a、4bをコンパクトに形成できて、例えば各種の焼入ライン構成に対応できる等、焼入装置1の設置の汎用性を向上させることが可能になると共に、接触電極3a、3b、4a、4bの接触不良によるインバータ回路10の過度な停止を防止することができて、接触不良による高価なFET11a〜11dの破損を確実に防止でき、破損によるメンテナンス作業の回数を減少させてそのコストの低減化を図ることができる。
Further, since the
またさらに、インバータ回路10に作動トランス18が設けられているため、インバータ回路10の各アーム10a〜10dを流れる電流値を平均化することができると共に、アーム10b、10dに電流検出器19が設けられているため、この電流検出器19で異常電流を検出してインバータ回路10の作動を停止させることができる。これらのことから、異常電流に強く安全性や信頼性に優れると共に、使い勝手に優れたインバータ回路10を有する焼入装置1を提供することが可能となる。
Furthermore, since the
なお、上記実施形態においては、安全コイル20を出力トランス17の二次コイル17b側で出力トランス17内に配置したが、本発明はこれに限定されず、例えば図2の二点鎖線で示すように、出力トランス17の二次コイル17b側と接触電極3a、3b、4a、4bとの間の適宜位置に配置することができる。また、上記各実施形態においては、インバータ回路10の半導体スイッチング素子として、FET11a〜11dを使用したが、例えば一般的なトランジスタ、サイリスタ、IGBT等の各種の半導体スイッチング素子を使用することもできる。
In the above embodiment, the
さらに、上記各実施形態において、接触電極3a、3bの接触不良時に、警告灯で表示したりブザーを鳴らす等の警報を発するようにしても良いし、インバータ回路10の出力側に出力トランス17のみを設ける回路構成としたり、制御装置6を高周波電源5や電極移動装置7に組み込んだり、電流調整器8の接続位置や個数を適宜に変更する等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。
Further, in each of the above embodiments, when the
本発明は、通電電極や高周波誘導加熱コイルを直接出力トランスの二次側に接続する構成に限らず、適宜のホルダーや適宜のトランスを介して接続する構成にも適用できる。 The present invention is not limited to the configuration in which the energizing electrode and the high-frequency induction heating coil are directly connected to the secondary side of the output transformer, but can also be applied to a configuration in which connection is made through an appropriate holder or an appropriate transformer.
1・・・高周波焼入装置、2・・・ラックバー、2a・・・歯面、2b・・・背面、3a、3b・・・接触電極(第1電極手段)、4a、4b・・・(第2電極手段)、5・・・高周波電源、6・・・制御装置、7・・・電極移動装置、8、8a、8b・・・電流調整器、10・・・インバータ回路、10a〜10d・・・アーム、11a〜11d・・・FET、16・・・トランス、17・・・出力トランス、17a・・・一次コイル、17b・・・二次コイル、18・・・差動トランス、19・・・電流検出器、20・・・安全コイル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Induction hardening apparatus, 2 ... Rack bar, 2a ... Tooth surface, 2b ... Back surface, 3a, 3b ... Contact electrode (1st electrode means), 4a, 4b ... (Second electrode means) 5 ... high frequency power supply 6 ... control device 7 ... electrode moving device 8, 8a, 8b ... current regulator, 10 ... inverter circuit, 10a- 10d ... arm, 11a-11d ... FET, 16 ... transformer, 17 ... output transformer, 17a ... primary coil, 17b ... secondary coil, 18 ... differential transformer, 19 ... current detector, 20 ... safety coil.
Claims (1)
前記第1電極手段と第2電極手段は、直列状態で前記高周波電源の出力トランスの二次コイルに接続され、前記制御手段の制御で電極移動装置が作動してその接触部が前記ラックバーの歯面及び背面に接触すると共に、前記高周波電源と前記両電極手段との間に銅板の長さや板厚により前記高周波電源から両電極手段に供給される高周波電流を調整する電流調整手段を設け、かつ前記出力トランスの二次コイルに安全コイルが並列接続されていることを特徴とするラックバーの高周波焼入装置。
A first electrode means comprising a pair of contact electrodes in contact with the tooth surface of the rack bar; a second electrode means comprising a pair of contact electrodes in contact with the back surface of the rack bar; and the secondary coil comprising a copper plate or a copper pipe. A high-frequency power source having an output transformer formed in a turn and an inverter circuit using a semiconductor switching element and supplying a high-frequency current to both electrode means; and both the electrode means with respect to the tooth surface and the back surface of the rack bar An electrode moving device that contacts and separates, and a control means for controlling the high-frequency power source and the electrode moving device ,
The first electrode means and the second electrode means are connected in series to a secondary coil of an output transformer of the high-frequency power source , and an electrode moving device is operated under the control of the control means so that a contact portion thereof is connected to the rack bar. A current adjusting means for adjusting a high-frequency current supplied from the high-frequency power source to both electrode means according to the length and thickness of a copper plate is provided between the high-frequency power source and the both electrode means, in contact with the tooth surface and the back surface, A high-frequency hardening apparatus for a rack bar, wherein a safety coil is connected in parallel to a secondary coil of the output transformer .
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