JPWO2018020873A1 - 後熱処理装置及び後熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図10に基づき説明すると、少なくとも2本のレールR1、R2が、その端面間で溶接され、溶接部Wを有するレールRとなる。図10に示すようにレールRは、車輪との接触が生じる頭部r1、枕木と接する脚部r2、頭部r1と脚部r2とを連結する柱部r3を有する。
この装置によれば、電磁誘導コイルを用いた速い加熱速度の加熱により溶接部に存在する残留応力を効果的に低減することができる。
また、誘導加熱コイルがレールの全周を加熱するため、レールの長さ方向の残留応力の増加を抑制することができる。
しかしながら、誘導加熱コイルの配置作業が前記のように人的作業である場合には、煩わしい上に、経験を積んだ作業員でなければ適切な位置からのずれが生じる虞があり、後熱処理後の品質が安定しないという課題があった。
即ち、後熱処理後に安定した品質のレールを効率的に得るには、溶接部中心を基準とする所定位置において自動的に誘電加熱コイルを配置し、加熱処理することが望ましい。
しかしながら、特許文献1に開示された装置にあっては、誘電加熱コイルを自動的に配置し後熱処理する方法については開示されていなかった。
また、前記レール長さ方向の位置において、レールの全周を囲むように第1コイル部材と第2コイル部材とが互いに当接され、例えば第1コイル部材側に設けられたステーの貫通孔に第2コイル部材側に設けられたステーの位置決めピンが挿入される。これにより、第1コイル部材と第2コイル部材とを互いに位置ずれすることなく接合することができる。
また、弾性部材の付勢力により第2コイル部材を第1コイル部材に対し押さえ付けるため、接合部を密着させることができる。
更に、クランプアームにより前記一方のステーを他方のステー側に押さえ込みクランプ固定するため、第1コイル部材と第2コイル部材とを強固に接合することができ、形成された誘導加熱コイルに対し加熱処理に必要な大電流を印加することができる。
また、溶接部の位置の検出からレールの後熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールを得ることができる。
また、前記レール長さ方向の位置において、レールの全周を囲むように第1コイル部材と第2コイル部材とが互いに当接される際、弾性部材の付勢力により第2コイル部材を第1コイル部材に対し押さえ付けるため、接合部を密着させることができる。
更に、クランプアームにより接合部を押さえ込みクランプ固定するため、第1コイル部材と第2コイル部材とを強固に接合することができ、形成された誘導加熱コイルに対し加熱処理に必要な大電流を印加することができる。
また、溶接部の位置の検出からレールの後熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールを得ることができる。
図示する後熱処理装置1は、溶接によって連結されたレールR(被熱処理対象)が上方に配置される第一基台15と、前記第一基台15上にレールRと平行に(Y方向に)敷設された一対のガイドレール2とを備える。
尚、図示しないが、ガイドレール2内には、例えばボールねじとそれを軸周りに回転させるステッピングモータが内蔵され、前記ボールねじの回転によりスライダ2aが移動する構造となっている。また、以下の説明において、他のガイドレールとそれに沿って移動するスライダについても同様の構成を採用することができる。
一対のガイドレール4上には、スライダ4a(第1スライダ)を介して箱形の支持台6がスライド移動可能に設けられている。また、支持台6の上には、第三基台7が配置され、この第三基台7上には図示しない高周波インバータ装置から高周波電流が供給される整合トランス装置8(高周波変流器、電流印加手段)が配置されている。
前記第1コイル部材10Aは、図3に示すようにレールRの断面相似形を2分割した一方の形(本実施形態では左右対称ではない)を有しており、レールRに近接することにより、その片側周囲を、所定間隔を空けて覆うことができるようになっている。前記整合トランス装置8と第1コイル部材10Aとは前記支持板22に内設された導電線を介して電気的に接続されている。
前記ドグシャフト20は、レールR側に突出して設けられ、その先端がレールRに当接することによりセンサ21が検出動作するようになっている(スライダ4aがガイドレール4上の所定位置にあることを検出する)。また、センサ21が動作した際の第1コイル部材10Aの位置が、その適切な位置とされる。
前記垂直面12aの上下左右の4箇所には、レールR側に突出するドグシャフト13が取り付けられている。また、これら4本のドグシャフト13の先端側により、クランプ取り付け板14(第2支持部材)が所定範囲内でX方向に進退自在に支持されている。そのため、ブラケット12の垂直面12aとクランプ取り付け板14との間の距離は、前記所定範囲内で可変とされている。また、前記4本のドグシャフト13の中央には、一端側がブラケット12に固定され、他端側がクランプ取り付け板14に固定されたスプリング24(弾性部材)が設けられている。前記スプリング24の伸長方向の付勢力により、第2クランプ部材10Bが第1クランプ部材10Aに当接しない間は、前記ブラケット12の垂直面12aとクランプ取り付け板14との間の距離は、可変範囲内で最大の状態となされている。
また、前記クランプ取り付け板14の面14aにおいて、その中央部には、例えばFRPからなる複数のコイルサポート32が取り付けられ、それらコイルサポート32によって第2コイル部材10Bが支持されている。第2コイル部材10Bはガイドレール4に沿ってX方向に移動可能とされ、レールRに対し進退可能とされている。
尚、前記したように前記ブラケット12とクランプ取り付け板14との間にはスプリング24が設けられており、第2コイル部材10Bが第1コイル部材10Aに当接した際の衝撃を吸収するようになされている。
また、前記ブラケット12には、センサ23(第2センサ、第2コイル移動手段)が取り付けられている。ガイドレール5に沿って第2コイル部材10BがレールRに近接し、第1コイル部材10Aに当接すると、スプリング24の反発力に抗して更にスライダ5a(ブラケット12)が所定距離を進みセンサ23がこれを検出するようになっている(ガイドレール5上のスライダ5aの位置を検出する)。センサ23が検出動作した際にスライダ5aの移動は停止し、これとともに停止したブラケット12がスプリング24の付勢力によりクランプ取り付け板14を押圧する。これにより第2コイル部材10Bが第1コイル部材に対し接合部において圧着されるように構成されている。
この構成において、レーザ変位計35は、ガイドレール2によりY方向に移動可能であり、ガイドレール31によりX方向に移動可能となっている。そのため、レーザ変位計35は、レールRの長さ方向のいずれの位置においてもレールRの上を横切って、レールR表面の高さ変位を見ることができる。
図4、図5に示すように第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとは接合した状態で例えば4つの一巻きの誘導加熱コイル10a、10b、10c、10dを形成するように、それぞれ分割された銅管からなる一組のコイル部材10a1、10b1、10c1、10d1と、一組の10a2、10b2、10c2、10d2とを有している。
また、前記貫通孔25a、26aに位置決めピン27a、28aが挿入された状態で、前記の油圧クランプ装置16、17が作動し、クランプアーム18によりステー25をステー27側に押さえ付け、クランプアーム19によりステー26をステー28側に押さえ付ける(接合部をクランプする)ようになっている。
また、第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとの接合部には、電気的接続を確実なものとするために銀板部材29が設けられている。この銀板部材29はメンテナンス性向上のために取替自在に設けられることが望ましい。
これらの誘導加熱コイル10a、10b、10c、10dを使用する際には、レールRの溶接中心を挟んだ両側にそれぞれ2つずつ、この溶接中心から長さ方向に所定距離離間して配置されることになる。
制御部50は、例えば作業員が操作できる操作パネル(情報表示機能を備えたタッチパネルなど)を有し、溶接部Wの検出に用いるビード高さの閾値の入力設定などを行うことができるように構成されている。
先ず、後熱処理装置1上に被後熱処理対象であるレールRが配置されると、制御部50は、図示しないセンサによりレールRが配置されたことを検出する(図6のステップS1)。
レーザ変位計35のX方向の位置が決定すると、制御部50はスライダ2aをガイドレール2に沿って所定速度で移動させる。即ち、図7(b)に示すようにレーザ変位計35がレールRの頭頂面に対しレーザ光を当てた状態でレールRに沿って移動するよう制御する(図6のステップS3)。
その後、ビード高さ閾値tよりも小さな変化が5回(5pの長さ分)連続した場合に、5つ前の測定地点を溶接部Wの終了として検出し、図7(c)に示すようにそれら開始地点と終了地点の中央を溶接中心と認識してレール長さ方向の位置決めを行う(図6のステップS5)。
また、ビード高さ閾値tよりも大きな変化が5pの長さ続いた場合に溶接部Wを認識するため、図8に示すスパッタなどの幅の小さい異物の誤検出を防止することができる。
図9(b)に示すようにドグシャフト20がレールRに当接するとセンサ21が作動し、第1コイル部材10AのX方向の移動が停止される(図6のステップS6)。
ここで、第2コイル部材10Bが第1コイル部材10Aに接触する際、スプリング24が衝撃を吸収するため、コイルに対する機械的ダメージは大幅に軽減され、移動停止後の第1コイル部材10A及び第2コイル部材10Bの位置ずれが防止される。
また、スプリング24が圧縮された状態で第2コイル部材10Bが第1コイル部材10Aに接合されるため、スプリング24の伸長方向の付勢力により第2コイル部材10Bは第1コイル部材10Aに対し圧着される。
これにより図9(d)に示すように、強固に第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとが結合され、レールRの所定位置の全周を覆う誘導加熱コイル10a、10b、10c、10dが形成される(図6のステップS8)。
そして、第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとをそれぞれ後退させて分離し、作業完了となる(図6のステップS12)。
また、前記レール長さ方向の位置において、レールRの全周を囲むように第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとが互いに当接され、第1コイル部材10A側に設けられたステー25,26の貫通孔25a、26aに第2コイル部材10B側に設けられたステー27,28の位置決めピン27a、28aが挿入される。これにより、第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとを互いに位置ずれすることなく接合することができる。
また、スプリング24の付勢力により第2コイル部材10Bを第1コイル部材10Aに対し押さえ付けるため、接合部を密着させることができる。
更に、クランプアーム18、19により前記ステー25、26をステー27、28側に押さえ込みクランプ固定するため、第1コイル部材10Aと第2コイル部材10Bとを強固に接合することができ、形成された誘導加熱コイル10a〜10dに対し加熱処理に必要な大電流を印加することができる。
また、溶接部Wの位置の検出からレールRの後熱処理までを自動的に行うことができるため、後熱処理後に安定した品質のレールRを得ることができる。
また、本実施の形態においては、変位検出手段としてレーザ変位計35を用いるものとしたが、レーザを用いた変位検出に限定されず、超音波等、その他の素子を用いても実現することができる。
また、前記実施の形態においては、ステー25,26に形成された貫通孔25a、26aに、ステー27,28に形成された位置決めピン27a、28aを挿入するものとしたが、本発明にあっては、その構成に限定されず、ステー25、26に位置決めピンを形成し、ステー27、28に貫通孔を形成するようにしてもよい。
2 ガイドレール
2a スライダ
3 第二基台
4 ガイドレール(第1ガイドレール)
5 ガイドレール(第2ガイドレール)
6 支持台
7 第三基台
8 整合トランス装置(電流印加手段)
9 コイルサポート
10A 第1コイル部材
10B 第2コイル部材
10a 誘導加熱コイル
10b 誘導加熱コイル
10c 誘導加熱コイル
10d 誘導加熱コイル
11 第四基台
12 ブラケット(第1支持部材)
13 ドグシャフト
14 クランプ取り付け板(第2支持部材)
15 第一基台
16 油圧クランプ装置(回動駆動手段、クランプ手段)
17 油圧クランプ装置(回動駆動手段、クランプ手段)
18 クランプアーム
18a リンク機構
19 クランプアーム
19a リンク機構
20 ドグシャフト
21 センサ(第1センサ)
22 支持板
23 センサ(第2センサ)
24 スプリング(弾性部材)
25 ステー
25a 貫通孔
26 ステー
26a 位置決めピン
27 ステー
27a 貫通孔
28 ステー
28a 位置決めピン
29 銀板部材
30 ブラケット
31 ガイドレール
31a スライダ
32 コイルサポート
33 アーム
35 レーザ変位計(溶接部検出手段)
50 制御部
R レール
W 溶接部
Claims (7)
- 溶接されたレールの後熱処理を行う後熱処理装置であって、
前記レール上の溶接部の位置を検出する溶接部検出手段と、
後熱処理の際、互いに接合されることにより前記レールの断面相似形をなす誘導加熱コイルを形成し、前記溶接部検出手段により検出された溶接部に基づくレールの所定位置に、前記レールの全周を覆うように配置される第1コイル部材及び第2コイル部材と、
前記第1コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置まで移動させる第1コイル移動手段と、
前記第2コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置であって、且つ前記第1コイル部材と接合する位置まで移動させる第2コイル移動手段と、
前記第1コイル移動手段及び第2コイル移動手段により移動され互いに接合した第1コイル部材と第2コイル部材との接合部を押さえ込むクランプ手段と、
前記クランプ手段により前記接合部が押さえ込まれた状態で、前記第1コイル部材及び前記第2コイル部材により形成された誘導加熱コイルに所定の電流を印加する電流印加手段と、
を備えることを特徴とする後熱処理装置。 - 前記第1コイル移動手段は、
前記レールに対し直交する方向に敷設された第1ガイドレールと、前記第1コイル部材を前記第1ガイドレールに沿って移動させる第1スライダと、前記第1スライダの前記第1ガイドレール上の所定の位置を検出する第1センサとを有し、
前記第2コイル移動手段は、
前記レールに対し直交する方向に敷設された第2ガイドレールと、前記第2コイル部材を前記第2ガイドレールに沿って移動させる第2スライダと、前記第2スライダの前記第2ガイドレール上の所定の位置を検出する第2センサとを有し、
前記第1センサ及び第2センサの検出動作に基づき、前記第1ガイドレール及び第2ガイドレールに沿った前記第1スライダ及び第2スライダの移動が停止されることを特徴とする請求項1に記載された後熱処理装置。 - 前記第2コイル移動手段は、
更に前記第2スライダに固定された第1支持部材と、前記第1支持部材に対し前記レールの長さ方向と直交する方向に進退自在に支持されると共に前記第2コイル部材を支持する第2支持部材と、前記第1支持部材と第2支持部材との間に設けられた弾性部材とを有し、
前記第2センサは、前記第1コイル部材に前記第2コイル部材が当接し、さらに前記弾性部材を圧縮しながら前記第2スライダが所定距離進んだ位置を検出し、前記第2スライダの移動が停止されることを特徴とする請求項2に記載された後熱処理装置。 - 前記第1コイル部材及び前記第2コイル部材は、互いに接合することにより複数の誘電加熱コイルを形成するように、複数のコイル部材からなる一組のコイル部材をそれぞれ有し、
前記一組のコイル部材において、複数のコイル部材の接合部は、接合相手側と対をなす少なくとも1本のステーにより配列され、
前記対をなす一方のステーには、貫通孔が形成され、他方のステーには、前記貫通孔に挿入される位置決めピンが形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された後熱処理装置。 - 前記クランプ手段は、
前記第1コイル部材と第2コイル部材との接合部において前記一方のステーを他方のステーに対して押さえ込むクランプアームと、
前記クランプアームを回動自在に支持するリンク機構と、
前記クランプアームを前記リンク機構により回動させる回動駆動手段とを有することを特徴とする請求項4に記載された後熱処理装置。 - レールの溶接部に基づくレールの所定位置において、前記レールの全周を覆うように配置される第1コイル部材及び第2コイル部材を互いに接合して前記レールの断面相似形をなす誘導加熱コイルを形成し、前記レールの後熱処理を行う後熱処理方法であって、
前記レール上の溶接部の位置を検出する工程と、
前記検出された溶接部に基づくレールの所定位置において、第1コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置まで移動させるステップと、
第2コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置であって、且つ前記第1コイル部材と接合する位置まで移動させるステップと、
前記互いに接合した第1コイル部材と第2コイル部材との接合部をクランプアームにより押さえ込み、前記レールの断面相似形をなす誘導加熱コイルを形成するステップと、
前記クランプアームにより前記接合部が押さえ込まれた状態で、前記第1コイル部材及び前記第2コイル部材により形成された誘導加熱コイルに所定の電流を印加するステップと、
を含むことを特徴とする後熱処理方法。 - 第1コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置まで移動させるステップは、
前記レールに直交する第1ガイドレールに沿って移動可能な第1スライダにより、前記第1コイル部材を前記レールに対し近接方向に移動させるステップと、
前記第1スライダの前記ガイドレール上の所定の位置を第1センサにより検出するステップと、
前記第1センサの検出動作に基づき、前記第1ガイドレールに沿って移動する第1スライダの移動を停止させるステップとを含み、
第2コイル部材を前記レールに対し所定距離を空けた位置であって、且つ前記第1コイル部材と接合する位置まで移動させるステップは、
前記レールに直交する第2ガイドレールに沿って移動可能な第2スライダにより、前記第2コイル部材を前記レールに対し近接方向に移動させるステップと、
前記第2コイル部材が前記第1コイル部材に当接した後、前記第2スライダが更に所定距離進んだ前記第2ガイドレール上の所定の位置を第2センサにより検出するステップと、
前記第2センサの検出動作に基づき、前記第2ガイドレールに沿って移動する第2スライダの移動を停止させるステップと、を含み、
前記第2コイル部材が前記第1コイル部材に当接した後、前記第2スライダが更に所定距離進んだ前記第2ガイドレール上の所定の位置を第2センサにより検出するステップにおいて、
前記第2スライダに固定された第1支持部材により、弾性部材を介して、前記第2コイル部材を支持する第2支持部材が支持され、前記弾性部材が圧縮された状態で前記第2コイル部材が前記第1コイル部材に当接することを特徴とする請求項6に記載された後熱処理方法。
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