CN101772229A - 感应加热装置及感应加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以同时良好地感应加热齿轮部和带台阶轴的感应加热装置及感应加热方法。一种具有齿轮部(16)和带台阶轴(15)的工件的感应加热装置(10)，将环状线圈(1)配置在齿轮部(16)的周围，并将线性线圈(2)相对于带台阶轴(15)沿轴向对置配置，将分别不同的频率的交流电流向环状线圈(1)和线性线圈(2)供给。另外，将线性线圈(2)的部分与带台阶轴(15)和齿轮部(16)的交界部(17)对置配置，将环状线圈(1)引起的齿轮部(16)的淬火图案和线性线圈(2)引起的带台阶轴(15)的淬火图案连接。

Description

感应加热装置及感应加热方法

技术领域

本发明涉及一种感应加热装置，更详细地说，涉及将齿轮部和轴部一体设置的工件(work、被处理物)作为加热对象的感应加热装置及感应加热方法。

另外，本发明涉及一种用于感应加热具有齿轮部和带台阶轴的工件的感应加热装置及感应加热方法。

背景技术

在现有的感应加热装置中，正在使用对应于被感应加热物的形状的多种方式的加热线圈。在专利文献1中，提案有适用于感应加热不同直径的轴的加热线圈。即，尽管直径小的部位和直径大的部位的连接部分应力容易集中，难以适当感应加热(淬火)，但采用专利文献1中公开的感应加热装置时，可以有效地对该连接部分进行淬火。

专利文献1：(日本)特开2000-87135号公报

专利文献1中公开的感应加热装置不适用于对例如减速器等使用的、具有多种的比较长的轴部的齿轮进行淬火。

即，在具有行星齿轮列等减速器、蜗杆(worm)齿轮列的减速器等中，有时使用如图12、图13所示的将齿轮部和轴部一体化的齿轮。

这种齿轮在齿轮部100和轴部101之间具有大的台阶部。

另外，在轴部101上，为了明确由轴承支承的部位、与其它构成元件卡合的部位，设有1或多个台阶部的情况较多。

对此，专利文献1中公开的感应加热装置，连接部(台阶)只能对应一个被感应加热物，而且，难以对径差大的工件进行均匀加热。即，不能对应具有三个以上直径相异的部位的被感应加热物。作为这种被感应加热物，有上述那样可以用于减速器等的小齿轮(pinion)。小齿轮不仅具备轴部而且具备传递动力的齿轮部，目前，希望开发可以同时感应加热齿轮部和轴部的感应加热装置。特别是在只有一端侧具备齿轮部的小齿轮轴中，向台阶部(齿轮部和轴部的交界部)的应力集中大，台阶部的均匀的硬化层是必须的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可以高效地进行齿轮部和轴部形成为一体的工件的热处理感应加热装置及感应加热方法。

另外，本发明的目的在于，提供一种可以同时感应加热具有不同直径轴的小齿轮等齿轮部和带台阶轴，且可以形成与齿轮的齿轮部和带台阶轴的交界部连续的硬化层的感应加热装置及感应加热方法。

为解决所述课题，一种感应加热装置，以具有齿轮部和轴部的工件为加热对象，其特征在于，具备：具有覆盖所述齿轮部的周围而配置的圆弧状部位的第一加热线圈、和与所述轴部对置配置且在轴部的轴线方向具有长度的第二加热线圈，可以对所述第一加热线圈和第二加热线圈供给交流电流。

作为加热对象的工件也可以具有台阶部。

例如作为加热对象的工件也可以在齿轮部和轴部之间具有台阶部，也可以在轴部具有台阶部。

理想的是，供给向第一加热线圈的交流电流的频率和供给到第二加热线圈的交流电流的频率不同。

作为更推荐的结构，理想的是，供给到第一加热线圈的交流电流的频率和供给到第二加热线圈的交流电流的频率的差异为不产生干涉引起的振动的程度。

第一加热线圈也可以是鞍形线圈那样的半开放形的线圈，但推荐采用环状线圈。

理想的是，第二加热线圈具有直线状或折线状的多个线状部、和将线状部彼此的端部连接并将线状部彼此串联连接的连接部(所谓的线性线圈(线状线圈))。

理想的是，在作为加热对象的工件上具有台阶部，第二加热线圈的连接部为圆弧状，其配置于与台阶部对置的位置。

推荐的是，连接部的剖面外形形状为四角形，平面部分为面向台阶部的内角的配置。

也可以是，第二加热线圈的线状部的剖面的外形形状为四角形，连接部的剖面的外形形状也为四角形，连接部为相对于线状部扭曲的姿势。

理想的是，本发明的感应加热装置具有使工件旋转的旋转装置。

作为本发明更具体的结构，提供一种以具有齿轮部和轴部并且在齿轮部和轴部之间存在有台阶部的工件为加热对象的感应加热装置，其特征在于，具备：具有覆盖所述齿轮部的周围而配置的环状的第一加热线圈、和与所述轴部对置配置且在轴部的轴线方向具有长度的第二加热线圈，第一加热线圈是环状线圈，第二加热线圈是具有直线状或折线状的多个线状部和连接线状部彼此的端部并将线状部彼此进行串联连接的连接部，所述第二加热线圈的连接部为圆弧状，配置于与所述台阶部对置的位置，可以将高频电流同时供给向所述第一加热线圈和第二加热线圈，供给到第一加热线圈的高频电流的频率相对于供给到第二加热线圈的高频电流的频率的差异为不产生干涉引起的振动的程度。

另外，关于方法的发明提供一种对具有齿轮部和轴部的工件进行加热的感应加热方法，其特征在于，由环状线圈覆盖所述齿轮部的周围，并使线性线圈接近轴部，将高频电流同时供给向所述环状线圈和线性线圈，使工件产生感应电流。

理想的是，对环状线圈和线性线圈供给不同频率的高频电流。

另外，理想的是，供给到环状线圈的高频电流的频率相对于供给到线性线圈的高频电流的频率的差异为不产生干涉引起的振动的程度。

理想的是，边使工件旋转边对其进行感应加热。

另一个推荐的结构是，提供一种具有齿轮部和带台阶轴的工件的感应加热装置，其特征在于，具备配置于所述齿轮部的周围的环状线圈、和相对于带台阶轴沿轴向对置配置的线性线圈，分别对所述环状线圈和线性线圈供给各自不同频率的交流电流。

本发明中，具备配置于齿轮部的周围的环状线圈(第一加热线圈)和相对于带台阶轴沿轴向对置配置的线性线圈(第二加热线圈)。由此，感应电流通过环状线圈从齿轮部的齿尖流向齿根，进而从齿根流向下一个齿尖，因此，可以对齿面实施相同深度的淬火，同时，由于感应电流通过线性线圈沿带台阶轴的轴向流动，因此，可以对不同直径轴的表面实施同样深度的淬火。

即，在将交流电流向线圈供给，在工件上产生感应电流的情况下，感应电流的方向与线圈的线方向平行。

在此，在本发明中，由于在齿轮部的周围配置具有圆弧面的线圈(第一加热线圈)，因此，第一加热线圈的线环状卷绕齿轮部，感应电流从齿轮部的齿尖流向齿根，进而从齿根流向下一个齿尖。因此，可以对齿面上实施相同深度的淬火。

另外，在本发明中，由于通过线性线圈(第二加热线圈)感应加热轴部，因此，在轴部沿轴线方向流通感应电流。

因此，即使轴部有台阶，感应电流也会通过台阶流通，在台阶部也使加热部位连续。

即，即使在带台阶轴上存在几个直径不同的部位，由于设有可以沿带台阶轴的轴向对置配置的线性线圈，因此，感应电流沿带台阶轴的轴向流通，可以在带台阶轴的表面实施相同深度的淬火。

另外，由于向环状线圈和线性线圈供给不同频率的交流电流，因此，通过环状线圈在小齿轮上产生的感应电流和通过线性线圈产生的感应电流难以相互干涉。其结果是，形成在齿轮部和轴的交界部连续的硬化层。

关于这一点附加说明。

如本发明，将交流电流同时供给向不同种类的线圈时，流过线圈的电流及在工件中产生的感应电流发生干涉，有时它们产生振动。即，交流电流等发出声响。

这样的振动在交流电流的频率发生极小偏差的情况下产生。即，在将多个线圈接近配置的情况下，对两线圈供给相同频率的交流电流时，即使共鸣也不会产生振动。但是，在热处理过程中，有时由于工件的结晶结构变化等而线圈侧受到影响，流过一线圈的交流频率产生偏差。

而且，流过线圈的交流频率稍微变化时，交流电流的电流值定时振动。该振动的周期和振幅量随流过线圈的交流电流的频率的差越小而越大。

因此，流过线圈的交流的频率存在某程度的差异时，振动消除。

另外，理想的是，所述线性线圈的部分与带台阶轴和齿轮部的交界部对置配置。

在本发明中，由于所述线性线圈的部分与带台阶轴和齿轮部的交界部对置配置，交界部通过线性线圈进行感应加热。由此，可以确保在使用齿轮时的作用有负荷时容易产生应力的交界部的(与齿底连续的轴台阶部)的强度。

理想的是，通过所述的感应加热装置，将环状线圈引起的齿轮部的淬火图案和线性线圈引起的带台阶轴的淬火图案连接。

实施本发明时，可以将齿轮部的淬火图案和轴的淬火图案连接。由此，可以形成在齿轮部和带台阶轴的交界部连续的硬化层，得到高品质的齿轮。

实施本发明时，不会阻碍在齿轮部和带台阶轴各部位产生的感应电流，可以良好地对齿轮进行感应加热。

附图说明

图1是带不同直径轴的小齿轮(齿轮部和带台阶轴)、和实施本发明的感应加热装置的加热线圈的剖面图；

图2是实施本发明的感应加热装置的加热线圈的立体图；

图3是实施本发明的感应加热装置的配线图；

图4是用本发明的感应加热装置进行了感应加热的工件的齿轮部的剖面图；

图5是用本发明的感应加热装置进行了感应加热的工件的轴部的剖面图；

图6是表示第二加热线圈(线性线圈)的圆弧状部分的剖面和工件的部分剖面的剖面图；

图7是图1的带不同直径轴的小齿轮(齿轮部和带台阶轴)的立体图；

图8是图1的第二加热线圈(线性线圈)的立体图；

图9是表示在带不同直径轴的小齿轮(齿轮部和带台阶轴)安装第二加热线圈(线性线圈)，并使第一加热线圈接近带不同直径轴的小齿轮时的带不同直径轴的小齿轮和加热线圈之间的关系的立体图；

图10是第二加热线圈(线性线圈)的圆弧状部分的剖面立体图；

图11是表示工件的变形例的立体图；

图12是表示工件的其它变形例的立体图；

图13是工件的其它变形例的立体图。

具体实施方式

本发明的感应加热装置10具体来说是高频淬火装置。用本发明的感应加热装置10感应加热的工件9是具有轴部15(带台阶轴)和齿轮部16的工件9。轴部15由小径部15a、中径部15b、及大径部15c构成。另外，齿轮部16具有规定(4.5～16)的模数(module)。

工件9是对钢材进行切削加工并一体制作出的工件，在齿轮部16和轴部15的交界有第一台阶部30，在大径部15c和中径部15b之间有第二台阶部31，在中径部15b和小径部15a之间有第三台阶部32。

感应加热装置10具备作为环状线圈的第一加热线圈1和作为线性线圈的第二加热线圈2。第一加热线圈1和第二加热线圈2分别具有独立的电源电路35、36。

即，本实施方式的感应加热装置10具有独立的2系统的电源电路35、36，一电源电路35具备频率转换器(高频振荡器)5、变压器7。另外，另一电源电路36具备频率转换器(高频振荡器)6和变压器8。

这样，可以将不同频率的高频电流向第一加热线圈1和第二加热线圈2供给。

如上所述，在本实施例中采用的加热线圈为两个，一个是作为环状线圈的第一加热线圈1，另一个是作为线性线圈的第二加热线圈2。

在此，第一加热线圈1是多匝线圈，其直径比工件9的齿轮部16的外径稍大，其高度H与齿轮部16的齿幅大致相等。因此，第一加热线圈1可以环状包围齿轮部16的外侧，并使其内周部与齿轮部16对置。

如图8所示，第二加热线圈2具有两个直线部37、38和连接部40。

两个直线部37、38都是剖面均为四角形的管状。另外，两个的直线部37、38均在轴向具有长度，如图8所示，其3段弯曲。

另一方面，连接部40也为剖面为四角形的管状。连接部40的外观形状为圆弧状。

连接部40将两个直线部37、38串联连接。两个直线部37、38的端部之间通过连接部40连接，两个直线部37、38被固定为大致平行。

另外，如上所述，由于两个直线部37、38弯曲为3段，所以，两个直线部37、38的间隔根据位置分为3种。

即，最接近连接部40的部位的间隔D1最宽，另一端侧的间隔D3最窄。另外，两者的中间的间隔D2为D1和D3之间的间隔。

另外，第二加热线圈2的间隔D1比工件9的大径部15c的直径稍大，间隔D2比工件9的中径部15b稍大，间隔D3比工件9的小径部15c稍大。

第二加热线圈2的间隔D1的部位的长度L1与工件9的大径部15c的长度大致相等，间隔D2的部位的长度L2与工件9的中径部15b的长度大致相等，间隔D3的部位的长度L3与工件9的中径部15a的长度大致相等。

另外，两个直线部37、38的姿势为上述的剖面的四角形的两边相对于连接直线部37、38彼此的假想线X平行。与此相对，连接部40相对于直线部37、38为扭曲姿势。

如图1及图2所示，在本实施方式的感应加热装置10中，在第一加热线圈1的上侧配置有第二线圈2。在感应加热时，第二加热线圈2以与工件9的轴部15对置的方式配置，第一加热线圈1以与齿轮部16的外周对置的方式配置，两加热线圈相互接近。而且，第一加热线圈1和第二加热线圈2通过未图示的移动装置可以向上下及左右移动。即，通过未图示的移动装置使第一加热线圈1及第二加热线圈2移动的结果是，使第一加热线圈1的中心和第二加热线圈2的中心与在图1及图2中用点划线所示的旋转中心20(工件9的中心)尽量一致。

感应加热装置10具备载置工件9且使其升降的升降台11。升降台11通过由未图示的电动机旋转驱动的支承轴12进行支承，支承轴12通过配置于冷却液槽内14内的升降装置(未图示)与升降台11一起进行上下移动。另外，对旋转轴12进行旋转驱动时，可以使升降台11上的工作台9进行旋转。

感应加热装置10具备贮存冷却液13的冷却液槽14，加热升温的工件9浸渍于冷却液13中进行冷却。如图1所示的冷却液槽14具备环状或对置两面的喷射装置23，在喷射装置23的内周侧面设有多个冷却液喷射口24。可以将工件9配置在喷射装置23的内侧。感应加热结束，冷却工件9时，工件9浸渍于冷却液槽14的冷却液13中，同时，冷却液13从冷却液喷射口24向工件9喷射。

在冷却液13的液面的上方配置有上述的第一加热线圈1及第二加热线圈2，载置于升降台11上的工件9在被感应加热时上升并与两加热线圈可以感应加热地对置，在感应加热完成并急剧冷却时下降并浸渍于冷却液13中。

接着，对加热线圈1(环状线圈)和第二加热线圈2(线性线圈)的电路进行说明。

第一加热线圈1和第二加热线圈2分别独立，没有电连接。而且，第一加热线圈1与电源3(商用电源)、频率转换器(高频振荡器)5及变压器(变压器)7连接，从电源3供给的交流电流的频率(50Hz或60Hz)由频率转换器5转换为规定的第一频率，进而通过变压器7转换为规定的电压而供给于第一加热线圈1。

另外，第二加热线圈2与电源3(商用电源)、频率转换器6及变压器(变压器)8连接，从电源3供给的交流电流的频率(50Hz或60Hz)由频率转换器6转换为规定的第二频率，进而通过变压器8转换为规定的电压而供给于第二加热线圈2。

供给于第一加热线圈1的交流电流(高频电流)的第一频率和供给于第二加热线圈2的交流电流(高频电流)的第二频率不同。由此，在工件9的轴部15和齿轮部16的交界部17，通过第一加热线圈1产生的高频电流和流过第二加热线圈2的高频电流、工件上产生的感应电流等不会产生振动。

即，通过使用如本发明那样的不同的两个加热线圈，分别改变供给的感应电流的频率，可防止工件9的交界部17的感应电流之间相互干涉而阻碍对交界部17的感应加热。

如何设定第一频率和第二频率为优选根据工件9的形状及大小而不同。即，根据工件9的齿轮部16的模数，齿的大小、齿根圆的直径、轴部的直径等可以选定适当的第一频率和第二频率。

第一频率和第二频率的差异为不产生干涉引起的振动的程度，但如上所述，由于振动在第一频率和第二频率稍有偏差的情况下产生，因此，考虑频率转换器(高频振荡器)5、6的频率的稳定性，希望保持为比可考虑的频率的偏差更大的差异。

另外，由于第一频率和第二频率的差异为规定以上时不产生振动，因此，可以将两者的差异设置为较大。例如可以使第一频率和第二频率的差异设定为一方的频率的5％～50％左右。

在本实施方式中，如图1、图9所示，在工件9的周围配置加热线圈1、2，并将高频电流同时供给向两个加热线圈1、2，对工件9进行加热。另外，在加热工件9时，旋转工件9。

而且，加热完成时，使工件9下降并浸于冷却液槽14内，使工件9骤冷而使工件9硬化。

而且，利用第一加热线圈1和第二加热线圈2感应加热工件9的结果是，对工件9的齿轮部16及轴部15实施图4、5所示的淬火。图4是工件9的齿轮部16的部分剖面图，图5是工件9的轴部15的部分剖面图。

用感应加热装置10感应加热工件9的结果是，如图4中淬火线18所示，对齿轮部16从齿根16a到齿尖16b实施淬火(左上到右下的阴影部分)，如图5中淬火线19所示，在轴部15从小径部15a经由中径部15b至大径部15c实施大致相同深度的淬火(左上到右下的阴影部分)。

进而，将齿轮部16和轴部15之间的交界部17与作为线性线圈的第二加热线圈2的圆弧状部分对置配置而进行感应加热。图6是表示第二加热线圈2的圆弧状部分的剖面和工件的部分的剖面的剖面图。如图6所示，第二加热线圈2的剖面是在内部具有通过水的空间22的四角形。而且，如上所述，由于连接部40处于相对于直线37、38扭曲的姿势，因此，该四角形的一边构成相对于交界部17对置的对置面21。即，平面部分43面向第一台阶部30的内角45。

因此，从对置面21用虚线所示的范围成为感应电流容易流动的范围。因此，交界部17被良好地感应加热。在图6所示的例中，对置面21相对于齿轮部16和轴部15倾斜45度，倾斜角度可以任意进行设定。特别是在交界部17的附近存在突出部位时，热容量随该突出的量增大，因此，对置面21优选朝向存在该突出部位的一方。

在本发明中，在工件9的齿轮部16配置作为环状线圈的第一加热线圈1，在轴部15配置作为线性线圈的第二加热线圈2。由此，在边使工件9旋转边实施感应加热时，可以利用第一加热线圈及第二加热线圈对齿轮部16及轴部15实施大致均匀深度的淬火。

另外，对第一加热线圈1(环状线圈)和第二加热线圈2(线性线圈)供给不同频率的高频交流电流，进而，将第二加热线圈2(线性线圈)的部分与带台阶轴和齿轮部的交界部对置配置，由此，在交界部(应力集中的部位)形成连续的淬火图案。

本发明特别实施在具有模数比较大的(4.5～16)的齿形的小齿轮时，可以实现更显著的效果。

在以上说明的实施方式中，如图7所示，以轴部的直径部分相异的轴作为工件进行了说明，但本发明不限定于该结构，例如图11所示，也可以对具有直轴的工件实施热处理。当然，也可以对如图12、图13所示的的工件实施热处理。

Claims (10)

1.一种感应加热装置，以具有齿轮部和轴部的工件为加热对象，其特征在于，具备：具有覆盖所述齿轮部的周围而配置的圆弧状部位的第一加热线圈和与所述轴部对置配置且在轴部的轴线方向具有长度的第二加热线圈，可以对所述第一加热线圈和第二加热线圈供给交流电流。

2.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，作为加热对象的工件具有台阶部。

3.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，供给到第一加热线圈的交流电流的频率和供给到第二加热线圈的交流电流的频率不同。

4.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，供给到第一加热线圈的交流电流的频率和供给到第二加热线圈的交流电流的频率的差异为不产生干涉引起的振动的程度。

5.如权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，第二加热线圈具有直线状或折线状的多个线状部和将线状部彼此的端部连接而将线状部彼此串联连接的连接部，

在作为加热对象的工件上具有台阶部，第二加热线圈的连接部为圆弧状，其配置于与台阶部对置的位置。

6.一种具有齿轮部和带台阶轴的工件的感应加热装置，其特征在于，具备：配置于所述齿轮部的周围的环状线圈和相对于带台阶轴沿轴向对置配置的线性线圈，对所述环状线圈和线性线圈分别供给不同频率的交流电流。

7.如权利要求6所述的具有齿轮部和带台阶轴的工件的感应加热装置，其特征在于，所述线性线圈的部分与带台阶轴和齿部的交界部对置配置。

8.一种具有齿轮部和带台阶轴的工件的感应加热方法，其特征在于，通过权利要求1～7中任一项所述的感应加热装置，将环状线圈引起的齿部的淬火图案和线性线圈引起的带台阶轴的淬火图案连接。

9.一种感应加热方法，加热具有齿轮部和轴部的工件，其特征在于，由环状线圈覆盖所述齿轮部的周围，使线性线圈接近轴部，将高频电流同时供给向所述环状线圈和线性线圈，在工件上产生感应电流。

10.如权利要求9所述的感应加热方法，其特征在于，供给到环状线圈的高频电流的频率相对于供给到线性线圈的高频电流的差异为不产生干涉引起的振动的程度。

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