特開 2022-64246 生産システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022064246

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】生産システム

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/62 20060101AFI20220418BHJP

   B23P 23/04 20060101ALI20220418BHJP

   B24C 1/00 20060101ALI20220418BHJP

   B24C 9/00 20060101ALI20220418BHJP

   C21D 1/18 20060101ALI20220418BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20220418BHJP

   C21D 9/28 20060101ALI20220418BHJP

   C21D 9/32 20060101ALI20220418BHJP

   C21D 7/06 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

C21D1/62

B23P23/04

B24C1/00 Z

B24C9/00 L

C21D1/18 P

C21D9/00 B

C21D9/28 B

C21D9/32 B

C21D1/18 K

C21D7/06 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172879

(22)【出願日】2020-10-13

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-08-11

(71)【出願人】

【識別番号】501162627

【氏名又は名称】株式会社アイオー精密

(74)【代理人】

【識別番号】100161355

【弁理士】

【氏名又は名称】野崎 俊剛

(72)【発明者】

【氏名】吉田 太朗

(72)【発明者】

【氏名】高橋 雅人

(72)【発明者】

【氏名】菊池 敏弥

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 満

【テーマコード（参考）】

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K042AA14

4K042AA18

4K042AA25

4K042BA01

4K042BA03

4K042BA13

4K042DA01

4K042DA02

4K042DB01

4K042DB04

4K042DB05

4K042DB07

4K042DB08

4K042DC01

4K042DC02

4K042DC03

4K042DD02

4K042DD04

4K042DE02

4K042DF01

4K042EA01

4K042EA03

(57)【要約】

【課題】少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、熱処理装置と、ブラスト装置とを備えたうえで、多品種少量のワークを製品化するサイクルタイムを短縮し、生産性を向上することができる生産システムを提供する。
【解決手段】生産システムは、加工装置と、熱処理装置３０と、ブラスト装置とを備えている。熱処理装置３０は、ワークを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構３２によりワークを個別で連続的に焼入れする焼入れ炉３１と、電気式の加熱機構４２によりワークを連続的に焼戻しする焼戻し炉４１と、を備えている。ブラスト装置は、熱処理装置３０に隣接して配置されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、前記加工装置で加工された前記ワークに熱処理を施す熱処理装置と、前記熱処理装置で熱処理された前記ワークにブラスト加工を施すブラスト装置と、を備えた生産システムであって、
前記熱処理装置は、前記ワークを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構により前記ワークを個別で連続的に焼入れする焼入れ炉と、電気式の加熱機構により前記ワークを連続的に焼戻しする焼戻し炉と、を備え、
前記ブラスト装置は、前記熱処理装置に隣接して配置されていることを特徴とする生産システム。

【請求項2】

請求項１記載の生産システムであって、
前記ブラスト装置でブラスト加工された前記ワークを研削する研削盤と、前記研削盤で研削された前記ワークを梱包する梱包装置と、を備え、
前記加工装置、前記熱処理装置、前記ブラスト装置、前記研削盤、及び前記梱包装置が、この順に平面視でＵ字状に配置されている生産システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載の生産システムであって、
前記急速昇温機構は、前記ワークを高周波加熱で焼入れするコイルを備えている生産システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１記載の生産システムであって、
前記熱処理装置は、単一の前記焼入れ炉と、異なる所定の時間で前記ワークを加熱する複数の焼戻し炉と、前記焼入れ炉からの前記ワークの流れを前記複数の焼戻し炉のいずれかに切り換える切り換え機構と、を備えている生産システム。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１記載の寸法測定器であって、
前記ブラスト装置は、ブラスト本体部と、前記ブラスト本体部の内部に曲面を含んで滑らかに接続された内壁で形成され前記ワークが投入されるドラム室と、前記ドラム室に接続され前記ドラム室の内壁に沿ってエアーを吹き込むブラストエアー通路と、を備えている生産システム。

【請求項6】

請求項５記載の生産システムであって、
前記ドラム室は、正面視で横長の長円または真円形状に形成されており、
前記ドラム室の上部に形成され前記ワークが投入される上部投入口と、前記ドラム室の下部に形成され前記ワークが取り出される下部取出し口と、を備えている生産システム。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１記載の生産システムであって、
前記ワークは、外形の最大肉厚部分の寸法が７ｍｍ以下である生産システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、ワークに熱処理を施す熱処理装置と、ワークにブラスト加工を施すブラスト装置と、を備えた生産システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、軸、ピン、ボルト、ギヤ等の小さな金属製ワークを製品化するには、ワークの切削加工、熱処理、ブラスト加工、研削加工を施し、梱包することで製品化される。ワークには様々な形状、サイズ、材質等があり、１ラインの生産システムで様々なワークに対応するには、各工程に要する時間がワークの種類によって異なることから、短時間で処理が済むワークを待機させる等のタイムロスが生じる。

【0003】

特に前述した軸等のワークは、製品化される過程で、所定の硬度及び剛性を得るため、熱処理として焼入れ及び焼戻しが行われる。焼入れは鋼のワークを加熱してオーステナイト組織にした後に急冷することでマルテンサイト組織に変化させ、焼戻しは焼入れで硬化した鋼のワークに靭性を付与する。焼入れの温度は、マルテンサイト組織に変化させる温度、例えば８３０℃であれば良いのに対し、焼戻し温度は、所望の金属の性質によって様々な温度に設定される。

【0004】

また、一般的に焼戻しに要する時間は焼入れに要する時間よりも長く必要である。このため、一般的には焼入れと焼戻しとを別個に行っており、装置構成上においては、焼入れが終了したワークをストックし、その後に焼戻しが行われる。このようなことから、多品種少量のワークを製品化するには熱処理がネック工程となり易い。この対策として、例えば、特許文献１に記載された熱処理システムが知られている。

【0005】

特許文献１の熱処理システムは、焼入れを行うＮ台の焼入れ炉と、相互に相違する温度で焼戻しを行う作動モードを有する複数台の焼戻し炉を含むＭ台の焼戻し炉と、Ｎ台の焼入れ炉からＭ台の焼戻し炉に金属ワークを移送する移送部と、を備えている。移送部は、Ｎ台の焼入れ炉の各々から相互に焼戻し温度が相違する複数台の焼戻し炉に選択的に金属ワークを移送する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４２１４１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１の熱処理システムでは、焼入れ炉は、ワークを加熱する焼入れ加熱炉と、急冷のための焼入れ油が入れられた冷却油槽とを備え、単一の焼入れ炉から相互に焼戻し温度が相違する２台の焼戻し炉に選択的にワークを移送する。焼入れ炉の運転を中断することなく焼戻し温度が相違する焼戻しに熱処理の内容を切り換える。しかし、焼入れ炉の運転中断中に排出される二酸化炭素の発生を抑制し、焼戻し炉の炉内温度の変更を不要として焼入れ炉を運用する点、焼入れ加熱炉内に長いコンベアが配置されている点等から、焼入れ加熱炉はワークを昇温するのに比較的長い時間が掛かり、生産性が低い。

【0008】

また、特許文献１の熱処理システムで異なる種類のワークを焼入れする際、単一の焼入れ炉による熱処理システムの場合は、ワークの種類によって焼入れ炉の温度が変更されるのを待つ必要があるため時間が掛かり、生産性が低い。異なるワークを焼入れする際、複数の焼入れ炉を備えた熱処理システムの場合は、装置が大型になり広いスペースが必要となるため、作業者の移動等が発生して生産性が低くなることがある。

【0009】

また、一般的にワークを製品化するには、ワークの切削加工、熱処理、ブラスト加工等が必要となるところ、ブラスト加工等も含めてワークを製品化する生産システム全体として、サイクルタイムを短くして生産性を向上させる必要がある。

【0010】

本発明は、以上の点に鑑み、少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、熱処理を施す熱処理装置と、ブラスト加工を施すブラスト装置とを備えたうえで、多品種少量のワークを製品化するサイクルタイムを短縮し、生産性を向上することができる生産システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の生産システムは、
少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、前記加工装置で加工された前記ワークに熱処理を施す熱処理装置と、前記熱処理装置で熱処理された前記ワークにブラスト加工を施すブラスト装置と、を備えた生産システムであって、
前記熱処理装置は、前記ワークを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構により前記ワークを個別で連続的に焼入れする焼入れ炉と、電気式の加熱機構により前記ワークを連続的に焼戻しする焼戻し炉と、を備え、
前記ブラスト装置は、前記熱処理装置に隣接して配置されていることを特徴とする。

【0012】

好ましくは、前記ブラスト装置でブラスト加工された前記ワークを研削する研削盤と、前記研削盤で研削された前記ワークを梱包する梱包装置と、を備え、
前記加工装置、前記熱処理装置、前記ブラスト装置、前記研削盤、及び前記梱包装置が、この順に平面視でＵ字状に配置されている。

【0013】

好ましくは、前記急速昇温機構は、前記ワークを高周波加熱で焼入れするコイルを備えている。

【0014】

好ましくは、前記熱処理装置は、単一の前記焼入れ炉と、異なる所定の時間で前記ワークを加熱する複数の焼戻し炉と、前記焼入れ炉からの前記ワークの流れを前記複数の焼戻し炉のいずれかに切り換える切り換え機構と、を備えている。

【0015】

好ましくは、前記ブラスト装置は、ブラスト本体部と、前記ブラスト本体部の内部に曲面を含んで滑らかに接続された内壁で形成され前記ワークが投入されるドラム室と、前記ドラム室に接続され前記ドラム室の内壁に沿ってエアーを吹き込むブラストエアー通路と、を備えている。

【0016】

好ましくは、前記ドラム室は、正面視で横長の長円または真円形状に形成されており、
前記ドラム室の上部に形成され前記ワークが投入される上部投入口と、前記ドラム室の下部に形成され前記ワークが取り出される下部取出し口と、を備えている。

【0017】

好ましくは、ワークは、外形の最大肉厚部分の寸法が７ｍｍ以下である。

【発明の効果】

【0018】

かかる構成によれば、熱処理装置は、ワークを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構によりワークを個別に連続的に焼入れする焼入れ炉を備えている。電気式の急速昇温機構として、例えばコイルや熱電対に高周波磁界を発生させてワークに生じる誘導電流により加熱する高周波誘導加熱、電子ビームをワークに照射する電子加熱、高出力レーザーをワークに当てて発熱させるレーザー加熱、反射鏡を使用して光源からの光を一点に集めて加熱する集光加熱等がある。このようなワークを直接加熱する電気式の急速昇温機構であれば、従来技術のようなガスや重油等を熱源とする燃焼式の炉や電気抵抗により炉内全体を加熱する抵抗加熱式の炉とは異なり、本発明ではワーク自体を急速に昇温することができ、加熱開始の立ち上がりから数秒でワークを目標の温度に昇温することができる。このため焼入れ時間は、従来技術の燃焼式の炉で８０分以上かかっていたものが、本発明では１分もかからず、大幅に短縮することができる。さらに、焼戻しの時間も、従来技術の燃焼式の炉で９０分以上かかっていたものが、本発明の電気式の加熱機構では２０分程度に短縮できる。さらに、ブラスト装置を熱処理装置に隣接して配置することで、作業者によるワーク搬送の工数を削減できる。この結果、少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、熱処理を施す熱処理装置と、ブラスト加工を施すブラスト装置とを備えた生産システム全体として、多品種少量のワークを製品化するサイクルタイムを短縮し、生産性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施例に係る生産システムの斜視図である。

【図2】生産システムの平面図である。

【図3】高周波誘導加熱の基本原理を示す説明図である。

【図4】比較例に係る焼入れ、焼戻しの時間と温度の関係を示す図と、実施例に係る焼入れ、焼戻しの時間と温度の関係を示す図である。

【図5】熱処理装置の斜視図である。

【図6】熱処理装置の断面図である。

【図7】熱処理装置の作用図である。

【図8】熱処理装置の焼戻し炉の切り換えを示す作用図である。

【図9】ブラスト装置の正面図である。

【図10】ブラスト装置の要部断面図である。

【図11】ブラスト装置のブラスト粒排出工程までの作用図である。

【図12】ブラスト装置の原点復帰工程までの作用図である。

【図13】梱包装置の斜視図である。

【図14】梱包装置の要部平面図である。

【図15】梱包装置の要部断面図である。

【図16】梱包装置のチューブ後退工程までの作用図である。

【図17】梱包装置の原点復帰工程までの作用図である。

【図18】比較例に係る作業時間積み上げグラフと、実施例に係る作業時間積み上げグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は概念的（模式的）に示すものとする。

【実施例0021】

本発明の実施例に係る生産システム１０全体について説明する。
図１、図２に示されるように、生産システム１０は、金属製のワークＷ（図３参照）を切削加工する加工装置２０と、ワークＷを焼入れ及び焼戻しする熱処理装置３０と、ワークＷをブラスト加工するブラスト装置６０と、ワークＷを研削加工する研削盤８０と、ワークＷを梱包する梱包装置９０とを備えている。

【0022】

生産システム１０は、加工装置２０、熱処理装置３０、ブラスト装置６０、研削盤８０、及び梱包装置９０が、この順に平面視でＵ字状に配置されている。また、ブラスト装置６０は、熱処理装置３０に隣接して配置されている。このように配置されたＵ字状の中に作業員Ｐが入り、各装置の操作及びワークＷのセットを行う。また、各装置は制御部により動作制御されている。

【0023】

次に生産システム１０全体の作用を説明する。
生産システム１０の処理工程のフローは、ワークＷを加工装置２０で切削加工し（加工工程）、加工装置２０で加工されたワークＷを熱処理装置３０で熱処理し（熱処理工程）、熱処理装置３０を熱処理されたワークＷをブラスト装置６０でブラスト加工し（ブラスト工程）、ブラスト装置６０でブラスト加工されたワークＷを研削盤８０で研削し（研削工程）、研削盤８０で研削されたワークＷを梱包装置９０で梱包する（梱包工程）となる。

【0024】

次に本発明の効果を説明する。
かかる構成によれば、生産システム１０では、各装置が工程順に平面視でＵ字状に配置されているので、生産システム１０全体として省スペース化され、作業員ＰがＵ字状の中に入ることでほぼ移動せずに向きを変えるだけ全ての装置を操作することができ、作業性がよく生産性を向上させることができる。さらに、ブラスト装置６０を熱処理装置３０に隣接して配置することで、作業者によるワーク搬送の工数を削減できる。

【0025】

次に熱処理装置３０で採用されている高周波誘導加熱の基本原理について説明する。
図３に示されるように、熱処理装置３０（図６参照）は、ワークＷを急速に昇温する急速昇温機構３２を備えており、この急速昇温機構３２に例えばコイル３３が設けられている。コイル３３は高周波変換器３４に接続され、高周波変換器３４は高周波電源３５に接続されている。

【0026】

交流の高周波電源３５に接続されたコイル３３の中に金属製の棒状ワークＷを挿入すると、コイル３３とワークＷは非接触の状態であるにもかかわらずワークＷが自己発熱する。これは誘導加熱によるものであり、交流電流によってワークＷの表面付近に高密度のうず電流が発生し、それによるジュール熱でワークＷの表面が発熱するものである。

【0027】

次に比較例に係る焼入れ、焼戻しの時間と温度の関係、及び実施例に係る焼入れ、焼戻しの時間と温度の関係について説明する。なお、関係図はいずれも同じにワークについて要する時間を横軸に示している。

【0028】

図４に示されるように、（ａ）は比較例に係る燃焼式の炉による焼入れの時間と温度の関係を示す図であり、８３０℃への昇温に２０分、８３０℃の温度保持に６０分、冷却に数分の合計約９０分の時間がかかる。（ｂ）は比較例に係る燃焼式の炉による焼戻しの時間と温度の関係を示す図であり、２００℃への昇温に２０分、２００℃の温度保持に６０分、冷却に１５分の合計約９５分の時間がかかる。（ｃ）は実施例に係る電気式の急速昇温機構を備えた焼入れ炉による焼入れの時間と温度の関係を示す図であり、８３０℃への昇温に１．２秒、８３０℃の温度保持に２０秒、冷却に数十秒の合計約１分の時間がかかる。（ｄ）は実施例に係る電気式の加熱機構を備えた焼戻し炉による焼戻しの時間と温度の関係を示す図であり、２００℃への昇温に数分、２００℃の温度保持に十数分、冷却に数分の合計約２１分の時間がかかる。

【0029】

このように同じ品質のワークを得るために、比較例の従来技術による焼入れ、焼戻しの合計時間は約１８５分であるのに対し、実施例による焼入れ、焼戻しの合計時間は約２２分程度と、大幅に時間短縮されている。

【0030】

次に熱処理装置３０について説明する。
図５、図６に示されるように、熱処理装置３０は、ワークＷ（図７参照）を直接昇温可能な電気式の急速昇温機構３２によりワークＷを個別で連続的に焼入れする焼入れ炉３１と、電気式の加熱機構４２によりワークＷを連続的に焼戻しする焼戻し炉４１と、を備えている。具体的には、熱処理装置３０は、単一の焼入れ炉３１と、異なる所定の時間でワークＷを加熱する第１の焼戻し炉４１ａ及び第２の焼戻し炉４１ｂと、焼入れ炉３１からのワークＷの流れを第１の焼戻し炉４１ａ又は第２の焼戻し炉４１ｂのいずれかに切り換える切り換え機構５１と、を備えている。

【0031】

焼入れ炉３１は、短いトンネル状の炉であり、炉内温度を保つ保温壁３６と、この保温壁３６に設けられワークＷを急速に昇温する電気式の急速昇温機構３２と、トンネル状の保温壁３６内に設けられワークＷを案内する案内通路３７と、案内通路３７の基端側に設けられ案内通路３７内のワークＷを送り出す送り棒３８ａを有した送り出し機構３８と、案内通路３７の先端側に設けられワークＷを冷却する冷却剤を噴射する冷却ジャケット３９と、を備えている。

【0032】

また、急速昇温機構３２は、ワークＷを高周波加熱で焼入れするコイル３３を備えている。冷却ジャケット３９は、水路３９ａを介して冷却剤を送り出すポンプ３９ｂに接続されている。なお、実施例では冷却剤を水としたが、オイルであってもよく、ワークＷを冷却できれば材質は問わない。

【0033】

焼戻し炉４１（４１ａ、４１ｂ）は、焼入れ炉３１よりも長いトンネル状の炉であり、炉内温度を保つ保温壁４４と、この保温壁４４に設けられワークＷを加熱する電気式の加熱機構４２と、長いトンネル状の保温壁４４内を通過して設けられワークＷを搬送するコンベア４５と、コンベア４５の出口側に設けられコンベア４５のワークＷを次工程に案内するシューター４６と、を備えている。なお、実施例では、２つ配置した焼戻し炉４１のうち、高温側を第１の焼戻し炉４１ａ、低温側を第２の焼戻し炉４１ｂとしている。

【0034】

また、加熱機構４２は、ワークＷをバンドヒーター等で加熱し、的確な温度で焼戻しする為の複数の熱電対４３を所定の間隔を開けて備えている。このため、コンベア４５上でゆっくりと搬送されるワークＷを所定の温度で加熱し続けることができる。

【0035】

切り換え機構５１は、台５２と、焼戻し炉４１の長手方向と垂直に交わる方向に延びるようにして台５２に設けられたレール５３と、レール５３に移動可能に設けられ第１の焼戻し炉４１ａ及び第２の焼戻し炉４１ｂを支持する移動支持部５４と、台５２に設けられ移動支持部５４を進退させるシリンダ５５と、を備えている。

【0036】

なお、実施例では、切り換え機構５１は第１の焼戻し炉４１ａ及び第２の焼戻し炉４１ｂを横方向に移動させてワークＷの流れを切り換えるものとしたが、これに限定されず、単一の焼入れ炉３１をシリンダ等で横方向に進退させてワークＷの流れを切り換えるものや、案内通路３７の先端側に、案内方向を切り換え可能な案内シューター５６でワークＷの流れを切り換えるものとしてもよい。また、実施例では、焼戻し炉４１を２つ設けたが、これに限定されず、焼戻し炉４１は、１つ、３つ、４つでもよく、ワークＷの種類に応じて焼戻しができれば数は問わない。

【0037】

次に熱処理装置３０の作用について説明する。
図７の（ａ）に示されるように、熱処理装置３０において、ワークＷ２が焼入れ炉３１の案内通路３７の基端側に投入される（焼入れ投入工程）。（ｂ）に示されるように、ワークＷ２は送り出し機構３８の送り棒３８ａにより急速昇温機構３２の位置に移動され、高周波誘導加熱により焼入れされる（焼入れ加熱工程）。（ｃ）に示されるように、ワークＷ２は送り出し機構３８の送り棒３８ａにより案内通路３７の先端側から案内シューター５６に送り出される。ワークＷ２は冷却ジャケット３９からの冷却剤によりは急冷される（焼入れ工程）。

【0038】

図７の（ｄ）に示されるように、焼入れが完了したワークＷ２は第２の焼戻し炉４１ｂに移動される。また、送り出し機構３８の送り棒３８ａが原点復帰し、次のワークＷ２が焼入れ炉３１に投入される（焼戻し投入工程）。（ｅ）に示されるように、第２の焼戻し炉４１ｂ内のワークＷ２はコンペア４５によって第２の焼戻し炉４１ｂ内を移動し、複数の加熱機構４２により焼戻しされる。その間、焼入れ炉３１では次のワークＷ２が焼入れされる。

【0039】

図７の（ｆ）に示されるように、第２の焼戻し炉４１ｂ内のワークＷ２はコンベア４５によりさらに第２の焼戻し炉４１ｂ内を移動し、所定の温度に保たれる。その間、次のワークＷ２の焼入れが完了し、急冷後に第２の焼戻し炉４１ｂ内に移動し、複数のワークＷ２が第２の焼戻し炉４１ｂで連続的に焼戻しされる（焼戻し加熱工程）。

【0040】

図８の（ａ）に示されるように、４つのワークＷ２が第２の焼戻し炉４１ｂ内で焼戻しされている。異なる種類のワークＷ１が焼入れ炉３１に投入されると、（ｂ）に示されるように、切り換え機構５１（図５参照）により第１の焼戻し炉４１ａに切り換えられ、ワークＷ１の流れが第１の焼戻し炉４１ａに切り換えられる（切り換え工程）。そして、焼入れが完了したワークＷ１は第１の焼戻し炉４１ａに送り出される。複数のワークＷ１が第１の焼戻し炉４１ａで連続的に焼戻しされる。その間も第２の焼戻し炉４１ｂでは複数のワークＷ２の焼戻しが続けられ、焼戻しが完了した後（焼戻し工程）、シューター４６に送り出される（送り出し工程）。

【0041】

次に本発明の効果を説明する。
かかる構成によれば、熱処理装置３０は、ワークＷを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構３２によりワークＷを個別に連続的に焼入れする焼入れ炉３１を備えている。電気式の急速昇温機構３２として、例えばコイル３３に高周波磁界を発生させてワークＷに生じる誘導電流により加熱する高周波誘導加熱、電子ビームをワークＷに照射する電子加熱、高出力レーザーをワークＷに当てて発熱させるレーザー加熱、反射鏡を使用して光源からの光を一点に集めて加熱する集光加熱等がある。

【0042】

このようなワークＷを直接加熱する電気式の急速昇温機構３２であれば、従来技術のようなガスや重油等を熱源とする燃焼式の炉や電気抵抗により炉内全体を加熱する抵抗加熱式の炉とは異なり、本発明ではワークＷ自体を急速に昇温することができ、加熱開始の立ち上がりから数秒でワークＷを目標の温度に昇温することができる。このため焼入れ時間は、従来技術の燃焼式の炉で８０分以上かかっていたものが、本発明では１分もかからず、大幅に短縮することができる。さらに、焼戻しの時間も、従来技術の燃焼式の炉で９０分以上かかっていたものが、本発明の電気式の加熱機構では２０分程度に短縮できる。この結果、少なくとも金属製のワークＷを加工する加工装置２０と、熱処理を施す熱処理装置３０と、ブラスト加工を施すブラスト装置６０とを備えた生産システム１０全体として、多品種少量のワークＷを製品化するサイクルタイムを短縮し、生産性を向上することができる。

【0043】

さらに、コイル３３でワークＷを囲うことで、高周波加熱によりワークＷを急速に加熱することができる。このため、焼入れの時間を短縮してより生産性を向上させることができる。

【0044】

さらに、ワークＷを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構３２により個別に連続的に焼入れするので、単一の焼入れ炉３１で異なるサイズのワークＷに対応することができる。また、ワークＷのサイズや種類により焼戻しの温度が異なるところ、温度の異なる複数の焼戻し炉４１を備え、切り換え機構５１でワークＷの流れを適切な温度の焼戻し炉４１に切り換えるので、ワークＷのサイズや種類が異なってもタイムロスすることなく連続的に焼戻しすることができる。このため、生産性を向上させることができる。

【0045】

さらに、ワークＷ（Ｗ１、Ｗ２）は、外形の最大肉厚部分の寸法が７ｍｍ以下である。一般的に、焼戻しには外形の肉厚部が１インチで１時間必要とされる。本発明の実施例では、ワークＷ（Ｗ１、Ｗ２）の外形の最大肉厚部分の寸法が７ｍｍ以下としたので、焼戻しの時間を２０分以下と短時間にでき、生産性を向上させることができる。さらに、軸状、ピン状、ボルト状のワークＷであれば、表面に熱処理が施されていれば製品としての性能を十分満足するものもあるため、部分的に加熱する電気式の急速昇温機構３２及び加熱機構４２によって効率的に熱処理を行い、生産性をより向上させることができる。

【0046】

次にブラスト装置６０について説明する。
図９、図１０に示されるように、ブラスト装置６０は、支持フレーム６１と、支持フレーム６１の上部に設けられたブラスト本体部６２と、ブラスト本体部６２の内部に曲面６３を含んで滑らかに接続された内壁６４で形成されワークＷが投入されるドラム室６５と、支持フレーム６１の下部に設けられたブラスト粒Ｂを貯留するブラストタンク６６とを備えている。

【0047】

また、ブラスト装置６０は、ドラム室６５に接続されドラム室６５の内壁６４に沿ってエアーを吹き込むブラストエアー通路６７と、ブラストエアー通路６７に接続されブラスト粒Ｂを供給するブラスト粒供給路６８と、ブラスト本体部６２に形成されドラム室６５と外部を連通すると共にブラストタンク６６に接続されたブラスト粒回収路６９と、ドラム室６５に接続されブラスト粒Ｂを排出するためのエアーを吹き込む排出エアー通路７１と、を備えている。

【0048】

また、ブラスト装置６０は、ドラム室６５が正面視で横長の長円形状に形成されている。ドラム室６５の奥側は平面状の壁６５ａで塞がれている。ドラム室６５の手前側は平板６５ｂで塞がれている。ブラスト本体部６２には、ドラム室６５の上部にワークＷが投入される上部投入口７２が形成されており、上部投入口７２を塞ぐ投入口蓋７３が、支持フレーム６１に設けられた投入口シリンダ７４によって開閉される。ブラスト本体部６２には、ドラム室６５の下部にワークＷが取り出される下部取出し口７５が形成されており、下部取出し口７５を塞ぐ取出し口蓋７６が、支持フレーム６１に設けられた取出し口シリンダ７７によって開閉される。

【0049】

ブラスト本体部６２には、ドラム室６５の左右の側部から内壁６４に沿って下方に開口し、且つ取出し口蓋７６上にワークＷを寄せ集めるためのエアーを吹き込む寄せ集めエアー通路７８が形成されている。

【0050】

また、ブラストエアー通路６７は、通路側への逆流を防止する逆止弁６７ａが設けられていると共にエアーポンプ６７ｂに接続されている。ブラスト粒供給通路６８は、通路側への逆流を防止する逆止弁６８ａが設けられている。排出エアー通路７１は、通路側への逆流を防止する逆止弁７１ａが設けられていると共にエアーポンプ７１ｂに接続されている。寄せ集めエアー通路７８は、通路側への逆流を防止する逆止弁７８ａが設けられていると共にエアーポンプ７８ｂに接続されている。

【0051】

次にブラスト装置６０の作用について説明する。
図１１の（ａ）に示されるように、ブラスト装置６０の投入口蓋７３が開いた状態で上部投入口７２から複数のワークＷをドラム室６５に投入し、投入口蓋７３を閉じる（投入工程）。（ｂ）に示されるように、ブラストエアー通路６７からブラスト粒Ｂと共にエアーをドラム室６５内に吹き込む。ブラストエアー通路６７にブラスト粒供給路６８が合流した付近の負圧によりブラスト粒Ｂがブラストタンク６６から供給される。エアーが長円形の曲面６３を含む内壁６４に沿って吹き込まれるため、ワークＷとブラスト粒Ｂとが入り乱れながら矢印のようにドラム室６５内を回り、ワークＷにブラスト加工が施される（ブラスト加工工程）。

【0052】

図１１の（ｃ）に示されるように、ブラストエアー通路６７からのエアーの供給を停止する。排出エアー通路７１からドラム室６５内にエアーを吹き込む。ワークＷ及びブラスト粒Ｂドラム室６５内を矢印のように回る。このときワークＷの外形の大きさよりも小さい径に形成されたブラスト粒回収路６９からブラスト粒Ｂが排出される（ブラスト粒排出工程）。

【0053】

図１２の（ａ）に示されるように、左右の寄せ集めエアー通路７８からワークＷが内壁６４に沿って転がる程度の強さでドラム室６５内にエアーを吹き込み、ワークＷを矢印のように取出し口蓋７６上に寄せ集める（エアー寄せ集め工程）。（ｂ）に示されるように、取出し口蓋７６を降下させて開き、下部取出し口７５からワークＷを取り出す（ワーク取出し工程）。（ｃ）に示されるように、取出し口蓋７６を閉じて原点復帰させ、投入口蓋７３を開ける（原点復帰工程）。

【0054】

次に本発明の効果を説明する。
かかる構成によれば、ワークＷをドラム室６５に投入して内壁６４に沿ってエアーを吹き込むことで、ワークＷが曲面６３を含んで滑らかに接続された内壁６４に沿って移動し、ドラム室６５内を入り乱れながら回るので、短時間でブラスト加工が可能となる。一般的な従来技術では複数のワークをバッチ処理するため仕分けが必要となり例えば１５分の時間が掛かるところ、本発明の実施例では仕分け作業が不要となり１分３０秒程度の短時間でブラスト加工が完了するので、生産性を向上させることができる

【0055】

さらに、ドラム室６５は長円形状であるので、ワークＷがドラム室６５内を円滑に回ることができ、短時間で均一にブラスト加工することができる。さらに、ドラム室６５は横長の長円状であるので、ドラム室６５の上部及び下部に広い平面を確保し、それぞれの位置に上部投入口７２と下部取出し口７５を大きく形成することで、ワークＷの投入及び取出しを容易にでき作業性を向上させることができる。このため、生産性を向上させることができる。

【0056】

次に梱包装置９０について説明する。
図１３、図１４、図１５に示されるように、梱包装置９０は、フレーム９１と、ワークＷ（図１６参照）のデータを読み込んでラベルを発行するラベルプリンター９２と、ワークＷを収納する合成樹脂製の袋９３（図１６参照）をストックする袋ストック部９４と、袋ストック部９４から袋９５を搬送する搬送機構９５と、を備えている。

【0057】

また、梱包装置９０は、搬送された袋９３を下から受ける袋受け機構１００と、ワークＷを仮置きして袋９３内に入れる袋詰め機構１１０と、袋９３内にオイルを塗布すると共に脱気するオイル塗布脱気機構１１５と、袋９３をシールするシール機構１２０と、を備えている。

【0058】

搬送機構９５は、梱包装置９０の前後方向（長手方向）に対してフレーム９１に移動可能に且つ昇降可能に設けられている。搬送機構９５の下端部には、梱包装置９０の幅方向に長く形成された昇降本体部９６と、昇降本体部９６の下面に設けられた昇降吸着パッド９７と、昇降吸着パッド９７に接続された吸引ポンプ９８と、昇降本体部９６の下面に設けられたシリコン製のプレス部９９と、を備えている。

【0059】

袋受け機構１００は、フレーム９１に設けられ昇降吸着パッド９７に対向する固定吸着パッド１０１と、固定吸着パッド１０１の後側に隣接し且つ固定吸着パッド１０１よりも低い位置で幅方向に横長に形成されたヒーター１０２と、ヒーター１０２の後側に隣接し且つヒーター１０２よりも高い位置で幅方向に横長に形成されたゴム製のゴム受け部１０３と、フレーム９１に上下方向へ揺動可能に設けられた揺動プレート１０４と、を備えている。固定吸着パッド１０１は、吸引ポンプ１０１ａに接続されている。

【0060】

揺動プレート１０４は、固定吸着パッド１０１、ヒーター１０２及びゴム受け部１０３の周囲を囲うと共にこれらの外周に沿って開口する開口部１０５が形成された枠板部１０６と、枠板部１０６の後端部から後下りに傾斜する下り傾斜部１０７と、枠板部１０６の後側の下面に設けられたヒンジ１０８と、を備えている。揺動プレート１０４は、フレーム９１に設けられた揺動シリンダ１０９によって揺動される。なお、揺動プレート１０４が揺動していない状態のとき、枠板部１０６よりもゴム受け部１０３の頂点の方が高い位置にある。

【0061】

袋詰め機構１１０は、ワークＷが投入される共に所定位置の開口した袋９３の中まで進退可能にフレーム９１に設けられているスコップ１１１と、フレーム９１に設けられスコップ１１１を進退させるスコップ進退機構１１２と、スコップ１１１に設けられワークＷを押し出すプッシャー１１３と、プッシャー１１３を進退させるプッシャー用シリンダ１１４と、を備えている。

【0062】

オイル塗布脱気機構１１５は、フレーム９１に設けられたノズル用シリンダ１１６と、ノズル用シリンダ１１６に進退可能に設けられ袋９３内まで進入する上下に薄いノズル１１７と、ノズル１１７に接続されオイルを送り出すオイルポンプ１１８と、ノズル１１７に接続され空気を吸引する吸引ポンプ１１９と、を備えている。オイルポンプ１１８と吸引ポンプ１１９とは、切り換え弁１１７ａで切り換え可能とされている。なお、切換え弁１１７ａを使用せず、オイルポンプ１１８と吸引ポンプ１１９とがそれぞれ独立したノズル１１７に接続されてもよい。

【0063】

シール機構１２０は、前述した構成要素のうち、搬送機構９５と、袋受け機構１００と、から構成される。また、フレーム９１の下部には、シールされたワークＷ入りの袋９３を、揺動させた揺動プレート１０４上を滑らせて回収する回収ボックス１２１が設けられている。

【0064】

次に梱包装置９０の作用について説明する。
図１６の（ａ）に示されるように、袋ストック部９４（図１３参照）から想像線で示す搬送機構９５の昇降吸着パッド９７で袋９３を吸着させて搬送する。実線で示す搬送機構９５を一旦降下させて、固定吸着パッド１０１に袋９３の下側を吸着させ、搬送機構９５を上昇させることで袋９３が開口する（袋セット工程）。ワークＷが入ったスコップ１１１を袋９３内に前進させ、さらにプッシャー１１３を前進させてワークＷを袋９３内に押し込み、プッシャー１１３を後退させる（ワーク押し込み工程）。

【0065】

図１６の（ｂ）に示されるように、スコップ１１１を後退させ、ノズル１１７を袋９３内に前進させる（ノズル前進工程）。このとき、揺動プレート１０４の下り傾斜部１０７により、ワークＷが転がり袋９３の奥へ移動するので、ワークＷが邪魔になることなく、ノズル１１７を袋９３の入り口に容易に前進させることができる。搬送機構９５を降下させ、ゴム受け部１０３とプレス部９９との間でノズル１１７を挟み軽く抑える。これで袋９３の入り口が閉じられる（袋閉じ工程）。さらにオイルポンプ１１９によりノズル１１７を介してオイルを袋９３内に噴射する（オイル噴射工程）。

【0066】

このとき袋９３の入り口が閉じられているので、オイルが外に漏れることがない。さらにゴム受け部１０３の頂点が枠板部１０６よりも高い位置にあるので、袋９３内に入ったオイルがゴム受け部１０３で堰き止められて外に漏れ出ることを防止できる。このためオイルの飛散を防止して、無駄になるオイルを低減させることができるうえ、梱包状態を良好にすることができる。

【0067】

さらに、吸引ポンプ１１９で袋９３内の空気を脱気する（脱気工程）。これにより、袋９３内で複数のワークＷが衝突して傷が付き易くなることを防止でき、製品化されたワークＷの搬送を容易に行うことができる。さらに、脱気することで、オイルを袋９３内全体に行きわたらせてムラをなくし、製品化されたワークＷの防錆効果等を向上させることができる。図１６の（ｃ）に示されるように、ノズル１１７を袋９３から工程させる（ノズル後退工程）。

【0068】

図１７の（ａ）に示されるように、搬送機構９５をさらに降下させてプレス部９９をヒーター１０２に押し付けて、袋９３の入り口をシールする（シール工程）。（ｂ）に示されるように、搬送機構９５を上昇させ、揺動シリンダ１０９を稼働して揺動プレート１０４を揺動させ、袋詰めにより製品化されたワークＷを滑らせて回収ボックス１２１（図１３参照）に回収させる（袋回収工程）。（ｃ）に示されるように、揺動シリンダ１０９を稼働させ揺動プレート１０４を原点復帰させる（原点復帰工程）。

【0069】

次に本発明の効果を説明する。
かかる構成によれば、シール工程の際、揺動プレート１０４の下り傾斜部１０７が傾斜しているので、袋９３も傾斜し、袋９３とヒーター１０２との接触面を最小限にできる。このため、ヒーター１０２がシール部以外に接触して袋９３に穴が開くことを防止できる。さらに、袋回収工程の際、ヒーター１０２の周りを囲うように枠板部１０６があるので、袋９３のヒーター１０２周辺部分を持ち上げて、ヒーター１０２から袋９３を容易に引き離すことができる。

【0070】

次に比較例に係る作業時間積み上げグラフと、実施例に係る作業時間積み上げグラフについて説明する。
図１８に示されるように、従来の生産システムである（ａ）の比較例では、ワーク１本当り段取りに１０３．８秒、付随作業に４４．４秒、付帯作業、イレギュラー対応に２．２秒要していた。この点、実施例の生産システムである（ｂ）では、１本当り段取りに３８．３秒、付随作業に３２．９秒、付帯作業、イレギュラー対応に２．２秒と、大幅に工数を削減し、目標サイクルタイムの９２．３秒もクリアされている。

【0071】

尚、実施例では、生産システム１０は、加工装置２０として複合加工装置を備えているが、これに限定されず、加工装置２０は一種類の加工を行う加工装置、ＮＣマシニングセンタ、プレス装置、鍛造装置など機械加工が施されていれば加工の種類は問わない。また、実施例では、生産システム１０は、研削盤８０を備えているが、研削盤８０は無くても差し支えない。

【0072】

実施例では、熱処理装置３０は、１つの焼入れ炉３１に対して２つの焼戻し炉４１としたが、これに限定されず、１つの焼入れ炉３１に対して１つ、３つ、４つの焼入れ炉３１としてもよい。

【0073】

実施例では、熱処理装置３０の焼入れ炉３１の加熱方法として、コイル３３による高周波誘導加熱を採用したが、これに限定されず、電気式であれば集光加熱、電子加熱、レーザー加熱であっても差し支えない。

【0074】

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明の技術は、少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、熱処理を施す熱処理装置と、ブラスト加工を施すブラスト装置と、を備えた生産システムに好適である。

【符号の説明】

【0076】

１０… 生産システム
２０… 加工装置（複合加工装置）
３０… 熱処理装置
３１… 焼入れ炉
３２… 急速昇温機構
３３… コイル
４１、４１ａ、４１ｂ… 焼戻し炉
４２… 加熱機構
４３… 熱電対
４５… コンベア
４６… シューター
５１… 切り換え機構
６０… ブラスト装置
６１… ブラスト本体部
６３… 曲面
６４… 内壁
６５… ドラム室
６７… ブラストエアー通路
７２… 上部投入口
７５… 下部取出し口
８０… 研削盤
９０… 梱包装置
９５… 搬送機構
９６… 昇降本体部
９７… 昇降吸着パッド
９９… プレス部
１００… 袋受け機構
１０１… 固定吸着パッド
１０２… ヒーター
１０３… ゴム受け部
１０４… 揺動プレート
１０６… 枠板部
１０７… 下り傾斜部
１１０… 袋詰め機構
１１５… オイル塗布脱気機構
１１７… ノズル
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２… ワーク
Ｂ… ブラスト粒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【手続補正書】

【提出日】2021-04-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

少なくとも金属製のワークを加工する加工装置と、前記加工装置で加工された前記ワークに熱処理を施す熱処理装置と、前記熱処理装置で熱処理された前記ワークにブラスト加工を施すブラスト装置と、を備えた生産システムであって、
前記熱処理装置は、前記ワークを直接昇温可能な電気式の急速昇温機構により前記ワークを個別で連続的に焼入れする焼入れ炉と、電気式の加熱機構により前記ワークを連続的に焼戻しする焼戻し炉と、を備え、
前記ブラスト装置は、前記熱処理装置に隣接して配置されており、
前記ブラスト装置は、ブラスト本体部と、前記ブラスト本体部の内部に曲面を含んで滑らかに接続された内壁で形成され前記ワークが投入されるドラム室と、前記ドラム室に接続され前記ドラム室の内壁に沿ってエアーを吹き込むブラストエアー通路と、を備え、
前記ドラム室は、正面視で横長の長円または真円形状に形成されており、
前記ドラム室の上部に形成され前記ワークが投入される上部投入口と、前記ドラム室の下部に形成され前記ワークが取り出される下部取出し口と、を備えていることを特徴とする生産システム。

【請求項2】

請求項１記載の生産システムであって、
前記ブラスト装置でブラスト加工された前記ワークを研削する研削盤と、前記研削盤で研削された前記ワークを梱包する梱包装置と、を備え、
前記加工装置、前記熱処理装置、前記ブラスト装置、前記研削盤、及び前記梱包装置が、この順に平面視でＵ字状に配置されている生産システム。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載の生産システムであって、
前記急速昇温機構は、前記ワークを高周波加熱で焼入れするコイルを備えている生産システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１記載の生産システムであって、
前記熱処理装置は、単一の前記焼入れ炉と、異なる所定の時間で前記ワークを加熱する複数の焼戻し炉と、前記焼入れ炉からの前記ワークの流れを前記複数の焼戻し炉のいずれかに切り換える切り換え機構と、を備えている生産システム。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１記載の生産システムであって、
前記ワークは、外形の最大肉厚部分の寸法が７ｍｍ以下である生産システム。