JPH0633136A

JPH0633136A - 焼入装置

Info

Publication number: JPH0633136A
Application number: JP19405892A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Iwai; 敏久岩井; Takao Mizogami; 多賀男溝上
Original assignee: Trinity Industrial Corp
Current assignee: Trinity Industrial Corp
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ワーク重量の軽重に拘わらず理想的な下降速度
を得る。【構成】シリンダ（４５）内の加圧空気を動力源としか
つ液体を動力伝達媒体とした単動ラム（４６）の昇降手
段（４０）を備えた焼入装置に、下降速度増減手段
〔（４９），（５８）〕と下降速度検出手段（５０）と
下降速度データ記憶手段（６３）と制御信号生成手段
（６１，６２）と下降速度調整制御手段（６１，６２，
６６，４９Ｒ）とを設け、所定タイミングごとに単動ラ
ム（４６）の実際の下降速度（Ｖｉ）を自動検出してこ
の検出下降速度（Ｖｉ）と予め記憶された下降速度デー
タに基づく理想的な下降速度（ＶＤｉ）とを直接比較し
てその差分を打消す制御信号を生成しつつ下降速度増減
手段（４９）を自動調整する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧空気を動力源とす
る昇降手段を備え、高温加熱された金属製品を冷却液中
に下降浸漬させて急冷硬化させる焼入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばアルミダイカスト製品等金属製品
（以下、ワークと略称する。）を、上方に配設された加
熱炉で高温に加熱し、その後、下方に配設された冷却液
槽内に浸漬させて急冷硬化させる焼入装置が広く利用さ
れている。

【０００３】かかる焼入装置におけるワークの昇降手段
には、ワイヤロープエレベータ方式，油圧シリンダ方式
等と種々あるが、構造簡単で設備費が低くかつ迅速に昇
降できる点において、実公昭６２−１７４６６号公報に
開示された方式が優れている。該公報の昇降手段は、シ
リンダ内に供給された加圧空気を動力源とし液体を動力
伝達媒体として単動ラムを上下動させる構成であり、加
熱炉から冷却液槽へのワークの下降はその重力を利用し
て行うものである。

【０００４】したがって、単動ラムの収縮速度すなわち
ワークの下降（落下）速度は、シリンダ内加圧空気の排
気量によって定まる。そこで、当初は最大排気量として
落下させるが、冷却液槽に近づくにつれて排気量を小さ
くして減速する。具体的には、ワークの落下ストローク
に応じて複数のリミットスイッチ等を適宜に離隔配設
し、各リミットスイッチが作動するごとに対応するシャ
ットアウト弁を順次に閉成するように形成されている。
各リミットスイッチの配設位置は、平均的ワーク重量で
あるときに、適当な下降速度でワークが冷却液に突入で
きるように選択固定されている場合が多い。

【０００５】しかし、ワークの多様化に伴ってその形状
・重量がまちまちとなる場合が多い。このためワーク重
量が軽くなると、下降速度が著しく低下してしまい高速
化に反するばかりか均一焼入ができない。また、低速と
なると扉開放時間が長くなってしまうから、加熱炉内の
暖気が大量に放出され熱効率が低下しコスト高となる。
一方、ワークが高重量となると下降速度が高速となるの
で、冷却液への突入時の衝撃が過大となり、またこの場
合にも均一焼入ができない。このような場合、各リミッ
トスイッチの配設位置をワーク重量が変るごとに調整す
ることは事実上困難である。

【０００６】ここに、本出願人は先に、これら問題を解
決するものとして、加圧空気の圧力を検出してワーク重
量を推定するとともに、当該重量に応じて排気量を経時
的に調整して最適な下降速度に自動調整できるように形
成した焼入装置（特開平２−２２８４１９号公報）を提
案している。

【０００７】この提案装置によれば、複数のリミットス
イッチとシャットアウト弁との組合せによる方法に比較
して、ワークの下降速度特性を大幅に改善できた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、なお一層の
高速化、ワークの多量高重量化乃至大型化および高品質
化が要請されるに至り、ワーク重量の軽重に拘わらず所
定の下降速度線図に則りかつ例えば５秒で冷却液中に突
入完了させたいとの強い要求がなされつつある。

【０００９】しかしながら、上記提案装置では必ずしも
これら要求を満足できない場合がある。主に、応答速度
の点が問題と推察される。

【００１０】ここに、本発明の目的は、ワークの重量の
重軽に拘わらず下降速度を理想状態に自動調整して迅速
に高品質処理を行える焼入装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、単動ラムの実
際の下降速度を自動検出しつつ記憶された理想状態の下
降速度と直接的に比較し、その差分を打消すように下降
速度増減手段を自動調整することによって、実際の下降
速度をワークの重量の軽量に関係なく積極的かつ連続的
にコントロールできるように構成し、前記目的を達成す
るものである。

【００１２】すなわち、本発明は、シリンダ内に供給さ
れた加圧空気を動力源として液体を動力伝達媒体として
単動ラムを上下動させてワークを昇降させる昇降手段を
備えた焼入装置において、前記単動ラムに直接または間
接的に関与してその下降速度を増減可能に形成された下
降速度増減手段と、単動ラムの下降速度を検出する下降
速度検出手段と、理想とする単動ラムの下降速度データ
を記憶する下降速度データ記憶手段と、所定タイミング
毎に検出された実際の下降速度と記憶されている下降速
度データに基づく当該時の下降速度とを比較してその差
分に応じた制御信号を生成する制御信号生成手段と、下
降指令があった後に生成された制御信号に基づき該下降
速度増減手段を駆動制御して実際下降速度を下降速度デ
ータの当該下降速度に自動調整する下降速度調整制御手
段と、を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成による本発明では、下降指令がなされ
シリンダ内の加圧空気が排気されると、単動ラムは下降
し始める。と同時的に、下降速度検出手段はその実際下
降速度を自動検出する。また、制御信号生成手段が所定
タイミング毎に、検出された実際下降速度と下降速度デ
ータ記憶手段に記憶された下降速度データに基づく当該
時の理想下降速度とを比較してその差分に応じた制御信
号を生成する。ここに、下降速度調整制御手段は、生成
された制御信号に基づき下降速度増減手段を駆動制御し
て下降速度を自動調整する。

【００１４】よって、下降速度データ記憶手段に予め理
想とする下降速度データを記憶させておきかつ制御信号
と下降速度の増減度合との関係を適宜に選択しておけ
ば、ワーク重量の軽重に拘わらず所望の下降速度で、ワ
ークを冷却液に突入させることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本焼入装置は、図１，図２に示す如く、基本構造
に下降速度検出手段５０と下降速度増減手段（４９）と
下降速度データ記憶手段（６３）と制御信号生成手段
（６１，６２）と下降速度調整制御手段（６１，６２，
６６，４９Ｒ）とを設け、単動ラム４６の実際の下降速
度Ｖｉを検出しかつこの検出下降速度Ｖｉと記憶された
下降速度データに基づく理想的な下降速度ＶＤｉとを直
接比較しつつ実際下降速度Ｖｉを理想の記憶下降速度Ｖ
Ｄｉに自動調整するものと構成されている。

【００１６】また、この実施例では、下降速度データ記
憶手段（６３）に複数の下降速度データを記憶させかつ
その１つを選択可能とし、また、実際の検出下降速度Ｖ
ｉとの比較の際には記憶下降速度ＶＤｉに許容範囲Ｂを
設定可能として、一層の適用性拡大と制御安定性を企図
している。

【００１７】まず、基本構造は、図１に示す如く、加熱
炉１０、搬出入（位置）室２０，冷却液槽３０および昇
降手段４０とから形成されている。加熱炉１０にはヒー
タが内蔵され、保温壁で囲まれている。その上方にはモ
ータ１６で運転される循環ファン１５が設けられ、下方
は開閉扉２５で床面１上の搬出入室２０と仕切られてい
る。

【００１８】昇降手段４０は、シリンダ４５と封入され
た液体（水）４７と単動ラム４６とからなり、加圧空気
は給気弁４３から供給される。単動ラム４６の上部に
は、支持部材４２を介して、ワークＷの受け部材４１が
取付けられている。ワークＷは直接にまたはケージを介
して受け部材４１に担持される。したがって、シリンダ
４５内に加圧空気を供給すれば、単動ラム４６を上昇で
き、排気弁（４９）を開けば下降させることができる。

【００１９】ここに、排気弁（４９）は、開度調整可能
な排気調整弁４９から形成され、シリンダ４５内の加圧
空気の排気量をコントロールできるものとされている。
すなわち、この実施例の場合、ワークＷの下降速度増減
手段はこの排気調整弁４９から構成されており、開度調
整により排気量をコントロールしてワークＷの下降速度
を増速または減速することができる。つまり、単動ラム
４６と間接的に関与する。

【００２０】なお、この排気調整弁４９は、下降指令が
ある（図４のＳＴ１２のＹＥＳ）と、所定開度に開かれ
る（ＳＴ１３）。基本的には全開とされる。

【００２１】さて、下降速度検出手段５０は、単動ラム
４６の実際の下降速度Ｖｉを検出する手段で、図１に示
す如く、上下に配設されたスプロケット５１，５３と、
これら間に張設されたタイミングベルト５２と、このベ
ルト５２と支持部材４２とを連結する連結片５４と、上
スプロケット５１に回転連結された速度検出器５５とか
ら構成とれている。この速度検出器５５は、タコジェネ
レータから形成されているので、単動ラム４６が下降す
ればその下降速度Ｖｉに応じた電圧値信号を出力する。

【００２２】なお、上記タコジェネレータを、位置（角
度）検出可能な例えばパルスジェネレータに代え、かつ
それからの位置信号を１階微分する回路を設けて下降速
度検出手段５０を形成しても実施できる。この場合に
は、単動ラム４６のストロークつまりワーク位置も検出
できるから便利である。例えば、制御信号生成手段を各
ストロークごとに制御信号を生成動作させることなどが
できる。

【００２３】次に、下降速度データ記憶手段（６３）と
制御信号生成手段（６１，６２）と下降速度調整制御手
段（６１，６２，６６，４９Ｒ）とは、この実施例の場
合、本装置全体を駆動制御する駆動制御装置の構成要素
とをそれらの持つ機能を利用して構築されている。

【００２４】この駆動制御装置６０は、図２に示す如
く、演算，実行，命令等を司るＣＰＵ６１、各種プログ
ラムや固定データを格納するＲＯＭ６２、各種データを
一時記憶するＲＡＭ６３、入力ポート６４，６５、出力
ポート６６、時計回路（図示省略）等を含む。

【００２５】すなわち、下降速度データ記憶手段（６
３）は、理想とする単動ラム４６の下降速度データＶＤ
を記憶するもので、ＲＡＭ６３の一部記憶エリアをもっ
て形成されている。このエリアはバックアップ電源でデ
ータ記憶保持されている。

【００２６】ここに、下降速度データＶＤとは、基本的
に、ワーク位置を縦軸に時間（秒）を横軸とした下降速
度線図であり、図３に示すものは上昇端から下降端まで
を５秒で下降させる場合を例示する。すなわち、上昇端
から搬出入位置（２０）を経過してワークＷが冷却液槽
３０の液中に突入する直前までは高速に、その直前から
は緩衝と均一処理のためにやや速度を緩め、かつワーク
Ｗ全体が水没した後に作業効率上再び一層の高速とする
下降速度線図（データ）である。

【００２７】そして、この実施例では、下降時間Ｔ（例
えば、上記５秒の他に４秒，６秒）ごとに区分けされた
複数の下降速度データＶＤを記憶可能とされ、そのいず
れを利用するかは、図２に示す下降時間設定器６７から
の時間信号Ｔで選択されるものとされている。

【００２８】なお、各下降速度データＶＤｉを記憶させ
る態様としては、マトリックステーブル形式，函数形式
等から任意に決定すればよいが、制御信号生成手段（６
１，６２）の信号生成方式やそのタイミングから決める
のがよい。すなわち、制御信号生成手段（６１，６２）
が信号生成するタイミングが、下降中のワークＷの現在
位置（例えば、図３に示す上昇端〜下降端を１００等分
した場合のそれぞれの位置）となったときとするなら
ば、各位置または各位置範囲とその場合における理想的
な下降速度ＶＤｉをマトリックステーブルとしておけば
よい。

【００２９】しかし、この実施例では、一層の高速化処
理を目指して、図３に示す下降時間Ｔ（５秒）を３００
等分したサンプリングタイム毎の各下降速度を記憶する
ものとしている。サンプリングタイムの基準時は、ＣＰ
Ｕ６１から下降指令信号が発生された場合（図４のＳＴ
１２のＹＥＳ）としている。

【００３０】ここに、制御信号生成手段は、上記所定サ
ンプリングタイム毎に、下降速度検出手段（５５）で検
出された下降速度Ｖｉと、下降速度データ記憶手段（６
３）に記憶されかつこの実施例では選択された下降速度
データＶＤに基づく下降速度ＶＤｉと、を比較してその
差分に応じた制御信号ＣＮＴを生成する手段で、ＣＰＵ
６１とＲＯＭ６２とから形成され図４のＳＴ１５，１７
で実行される。

【００３１】この際、ワークＷの実際の下降速度Ｖｉは
機械的摩擦等により少々変動すること及び一層の信号生
成の安定化処理のため、下降速度データに基づく理想的
な下降速度ＶＤｉには、図３に示す変動許容範囲（±
Ｂ）を設けるものとしている。このバンド（±Ｂ）は、
図２に示す許容範囲設定器６８で設定変更可能とされて
いる。

【００３２】最後に、下降速度調整制御手段は、図２の
ＣＰＵ６１，ＲＯＭ６２，出力ポート６６，電空変換器
４９Ｒとから形成され、図４のＳＴ１６，１８で実行さ
れる。すなわち、制御信号生成手段（６１，６２）で、
検出下降速度Ｖｉの方が記憶下降速度（ＶＤｉ−Ｂ）よ
り小さい（ＳＴ１５のＹＥＳ）場合の制御信号ＣＮＴが
生成されると、排気調整弁４９をさらに開くように調整
制御（ＳＴ１６）し、一方記憶下降速度（ＶＤｉ＋Ｂ）
よりも大きい（ＳＴ１７のＹＥＳ）場合の制御信号ＣＮ
Ｔが生成されると排気調整弁４９を絞ってシリンダ４５
内加圧空気の排気量を減らして単動ラム４６の下降速度
Ｖｉを低くするように調整制御する（ＳＴ１８）。但
し、ＳＴ１７でＮＯ判断されると、（ＶＤｉ−Ｂ）≦
（Ｖｉ）≦（ＶＤｉ＋Ｂ）であるから排気調整弁４９の
開度をそのままとする。

【００３３】以上の調整制御は、サンプリングタイム毎
に繰り返し実行（ＳＴ１９，ＳＴ１４〜１８）され、下
降端となる（図５のＳＴ２０のＹＥＳ）と終了する。こ
の際は、排気調整弁４９は全閉とされる（ＳＴ２１）。

【００３４】次に、この実施例の作用を説明する。下降
時間設定器６７でワークＷを上昇端から下降端まで下降
させる下降時間Ｔつまり下降速度データ記憶手段（６
３）に記憶された複数下降速度データのうちの１つを選
択しておく。例えば図３に示す５秒とする。また、許容
範囲設定器６８を用いて変動許容範囲Ｂ（例えば３％）
をセットしておく（図４のＳＴ１０，１１）。

【００３５】加熱炉１０内での加熱処理が終了し下降指
令がある（ＳＴ１２のＹＥＳ）と、ＣＰＵ６１は開閉扉
２５を開くとともに排気調整弁４９を所定角度（例えば
全開）に開く（ＳＴ１３）。すると、シリンダ４５内の
加圧空気が排気されるので、単動ラム４６は図１で下方
に自然落下し始める。これとともに、ＣＰＵ６１は下降
速度検出手段５０で検出した実際の下降速度Ｖｉを所定
サンプリングタイム毎に読取ってＲＡＭ６３に記憶する
（ＳＴ１４）。

【００３６】なお、ＳＴ１１とＳＴ１２との間におい
て、単動ラム４６が上昇端にあるか否かを判別してワー
クＷの位置カウンタを零（０）クリアーする。

【００３７】ここに、制御信号生成手段（６１，６２）
は、下降速度データに基づく理想的な下降速度ＶＤｉと
実際に検出された下降速度Ｖｉとを比較して、その差分
に応じた制御信号ＣＮＴを生成する（ＳＴ１５，１
７）。（Ｖｉ）≦（ＶＤｉ−Ｂ）の場合（ＳＴ１５のＹ
ＥＳ）は排気量を増大させる方向の制御信号ＣＮＴ，
（Ｖｉ）≧（ＶＤｉ＋Ｂ）の場合（ＳＴ１７のＹＥＳ）
は排気量を減少させる方向の制御信号ＣＮＴである。
（ＶＤｉ−Ｂ）≦（Ｖｉ）≦（ＶＤｉ＋Ｂ）の場合（Ｓ
Ｔ１７のＮＯ）には、排気量の増減はさせない。

【００３８】すると、下降速度調整制御手段（６１，６
２，６６，４９Ｒ）が、制御信号ＣＮＴのレベルに応じ
て下降速度増減手段としての排気調整弁４９の開度コン
トロールを行いシリンダ４５からの加圧空気の排気量を
自動増減調整する（ＳＴ１６，１８）。単動ラム４６が
下降端となる（図５のＳＴ２０のＹＥＳ）まで、所定サ
ンプリングタイム毎に行われる（ＳＴ１９のＹＥＳ）。

【００３９】したがって、単動ラム４６（ワークＷ）の
下降速度Ｖｉを、予め記憶された下降速度データに基づ
く理想的な下降速度ＶＤｉに一致させることができる。
そして、下降端となる（図５のＳＴ２０のＹＥＳ）と、
排気調整弁４９を全閉とする。（ＳＴ２１）。次の上昇
動作の準備のためである。

【００４０】しかして、この実施例によれば、シリンダ
４５内の加圧空気を動力源としかつ液体を動力伝達媒体
とした単動ラム４６の昇降手段４０を備えた焼入装置
に、下降速度増減手段（４９）と下降速度検出手段５０
と下降速度データ記憶手段（６３）と制御信号生成手段
（６１，６２）と下降速度調整制御手段（６１，６２，
６６，４９Ｒ）とを設け、所定サイクルタイム（タイミ
ング）ごとに単動ラム４６の実際の下降速度Ｖｉを自動
検出してこの下降速度Ｖｉと予め記憶された下降速度デ
ータに基づく理想的な下降速度ＶＤｉとを直接比較して
その差分を打消す制御信号を生成しつつ下降速度増減手
段４９を自動調整する構成とされているので、ワークＷ
の重量の重軽に拘らず下降速度を理想状態に自動調整し
つつ迅速で高品質な焼入処理ができる。

【００４１】また、下降速度データ記憶手段（６３）に
は複数の下降速度データを記憶し、かつ下降時間設定器
６７でその一つを選択できるように形成しているので、
本装置の大小，下降ストローク等が違ってもそのまま利
用できる適用性の広いものとなり、かつ下降時間Ｔの選
択でよいから取扱が簡単である。

【００４２】また、制御信号生成手段（６１，６２）
は、両下降速度Ｖｉ，ＶＤｉを所定サンプリングタイム
毎に比較してその制御信号ＣＮＴを生成するものとされ
ているので、電子的スピードにより時々刻々に下降速度
Ｖｉを自動調整できるから、一段と高品質処理ができ
る。

【００４３】また、制御信号生成手段（６１，６２）
は、記憶下降速度データＶＤｉに許容範囲設定器６８で
セットされた変動許容範囲Ｂつまりバンドを持たせたも
のと検出下降速度Ｖｉとを比較するものと形成されてい
るので、制御性を一層安定化できる。

【００４４】また、下降速度増減手段が排気調整弁４９
から形成されているので、従来排気弁を兼ねるものとで
き低コストで具現化できる。

【００４５】なお、以上の実施例では、下降速度増減手
段が一つの排気調整弁４９から構成されていたが、例え
ば図６に示すように、単動ラム４６の基準下降速度を確
保する１または２以上のシャフトオフ弁４９Ｓ１，４９
Ｓ２（４９Ｃ１，４９Ｃ２は絞り調整弁）とその変動調
整を行う小容量の排気調整弁４９とから構成しても実施
できる。

【００４６】また、この下降速度増減手段は、単動ラム
４６の下降速度を増加，減少できればよいので、排気量
をコントロールする構成のみならず他の構成としても実
施できる。例えば、図７に示すように、スプロケット５
１にサーボモータ５８（サーボドライバ５９）を設け、
タイミングベルト５２，連結片５４を介して単動ラム４
６に直接関与して制動力を付与しつつ加減調整する構成
としてもよい。この場合は、排気調整弁４９は不要で排
気量を最大とするシャフトオフ弁を設けておけばよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダ内の加圧空気
を動力源としかつ液体を動力伝達媒体とした単動ラムの
昇降手段を備えた焼入装置に、下降速度増減手段と下降
速度検出手段と下降速度データ記憶手段と制御信号生成
手段と下降速度調整制御手段とを設け、所定タイミング
ごとに単動ラムの実際の下降速度を自動検出してこの検
出下降速度と予め記憶された下降速度データに基づく理
想的な下降速度とを直接比較してその差分を打消す制御
信号を生成しつつ下降速度増減手段を自動調整する構成
とされているので、ワーク重量の重軽に拘らず下降速度
を理想状態に自動調整しつつ迅速で高品質な焼入処理が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の主に機械的構成を示す側面図
である。

【図２】同じく、主に電気・電子的構成を示すブロック
図である。

【図３】同じく、下降速度データの一例を説明するため
の図である。

【図４】同じく、動作を説明するためのフローチャート
（１）である。

【図５】同じく、動作を説明するためのフローチャート
（２）である。

【図６】同じく、下降速度増減手段の変形例（１）を説
明するための図である。

【図７】同じく、下降速度増減手段の変形例（２）を説
明するための図である。

【符号の説明】

１床面１０加熱炉２０搬出入（位置）室３０冷却液槽４０昇降手段４１受け部材４２支持部材４３給気弁４５シリンダ４６単動ラム４９排気調整弁（下降速度増減手段）４９Ｒ電空変換器（下降速度調整制御手段）５０下降速度検出手段５１，５３スプロケット５２タイミングベルト５４連結片５５速度検出器５８サーボモータ（下降速度増減手段）６０駆動制御盤６１ＣＰＵ（制御信号生成手段，下降速度調整制御手
段）６２ＲＯＭ（制御信号生成手段，下降速度調整制御手
段）６３ＲＡＭ（下降速度データ記憶手段）６６出力ポート（下降速度調整制御手段）６７下降時間設定器６８許容範囲設定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内に供給された加圧空気を動力
源として液体を動力伝達媒体として単動ラムを上下動さ
せてワークを昇降させる昇降手段を備えた焼入装置にお
いて、前記単動ラムに直接または間接的に関与してその下降速
度を増減可能に形成された下降速度増減手段と、単動ラ
ムの下降速度を検出する下降速度検出手段と、理想とす
る単動ラムの下降速度データを記憶する下降速度データ
記憶手段と、所定タイミング毎に検出された実際の下降
速度と記憶されている下降速度データに基づく当該時の
下降速度とを比較してその差分に応じた制御信号を生成
する制御信号生成手段と、下降指令があった後に生成さ
れた制御信号に基づき該下降速度増減手段を駆動制御し
て実際下降速度を下降速度データの当該下降速度に自動
調整する下降速度調整制御手段と、を設けたことを特徴
とする焼入装置。