CN108605388B - 热处理装置以及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

在具备将工件(W)感应加热至目标温度的加热部(2)、以及使被同轴地保持的多个工件(W)相对于通电状态的加热部(2)沿轴向相对移动的驱动机构的热处理装置(1)中，加热部(2)具备：分别具有以能围绕工件(W)的方式与工件(W)同轴地配置的环状的线圈部(11a)的多个线圈构件(11)；将各线圈构件(11)支承为维持线圈部(11a)彼此的同轴且能沿轴向移动的框体(21)。

Description

热处理装置以及热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理装置以及热处理方法，更详细而言，涉及对工件实施感应加热至目标温度的处理的热处理装置以及热处理方法。
背景技术
众所周知，在滚动轴承的轨道圈等要求较高的机械强度的金属制构件的制造过程中，实施用于赋予该金属制构件所需要的机械强度等的热处理(淬火硬化处理)。该热处理包括将热处理对象的工件加热至目标温度的加热工序、将被加热了的工件冷却的冷却工序等。加热工序例如能够通过使用网状带型连续炉等的气氛加热炉来实施，但气氛加热炉需要将气氛也一并加热，因此，存在能量效率低、热处理装置大型等这样的问题。
因此，如下述的专利文献1所记载的那样，在加热工序中，存在通过高频感应加热对工件进行加热的情况。若是感应加热，则能够将工件直接加热，因此，能够实现较高的能量效率，并且能够实现紧凑的热处理装置。另外，在热处理对象的工件特别是滚动轴承的轨道圈那样的环状构件的情况下，如专利文献1所记载的那样，能够采用所谓的连续加热法，即，通过使被同轴地保持着的多个工件相对于与工件同轴地配置的通电状态的加热线圈(感应加热用线圈)沿轴向相对移动，来对多个环状构件依次进行加热。若为这样的连续加热法，则具有将各工件效率良好地感应加热至目标温度这样的优点。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-67881号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在如上述的轨道圈那样对构件整体(构件的周向各部)作用有载荷的构件中，周向各部的强度存在差异时，强度低的部分容易成为破损起点。这样的问题例如在加热完成后的工件的温度在周向上存在偏差的情况下可能产生。因此，本申请发明人尝试了通过在实施上述的连续加热法的加热工序的最终阶段(后半部分)将工件以恒定温度保持规定时间(对工件进行均热保持)，从而使工件的周向各部的温度均匀化。
在此，作为感应加热用的加热线圈，通常使用将由导电性金属构成的线圈材料卷绕成螺旋状而成的线圈(以下称为“螺旋线圈”)。一般来说，螺旋线圈具有这样的特性：线圈节距越密集，输出越强，线圈节距越稀疏，输出越弱。因此，本申请发明人尝试了在以上述方式实施热处理时使用以图23所示的方式调整了线圈节距的螺旋线圈200，更详细而言使用加热开始侧的线圈节距设定得相对密集、加热结束侧的线圈节距设定得相对稀疏的螺旋线圈200。在该情况下，伴随着工件201与螺旋线圈200在轴向上相对移动，工件201首先被积极地加热至到达规定温度，之后被均热保持。
但是，即使在使用以上述方式调整了线圈节距的螺旋线圈200的情况下，加热完成后的工件201的周向各部的温度也不均匀。推测其理由在于，在螺旋线圈200中，线圈节距在工件201的周向上逐渐变化，且通过改变线圈节距而线圈200的形状以不期望的方式变化等。
另外，如图23所示，在使用螺旋线圈200对工件201进行感应加热的情况下，其在其最终阶段对工件201进行均热保持的情况下，例如在热处理对象的工件201变更为轴向尺寸(厚度)不同的工件时，需要进行对螺旋线圈200的线圈节距进行调整等这样的对应。但是，在采用这样的对应时，需要巨大的劳力和时间，因此，存在无法高效率地实施对于工件的热处理这样的问题。
鉴于以上的实际情况，本发明的目的在于提供不使热处理对象的工件的温度在周向的各部产生偏差、能将工件感应加热至目标温度、并且能够容易且迅速地设定与工件相应的最佳的线圈节距(加热条件)的技术手段。
用于解决课题的手段
为了实现上述的目的而研究出的本发明的热处理装置具备：将工件感应加热至目标温度的加热部；以及使被同轴地保持的多个工件相对于通电状态的加热部沿轴向相对移动的驱动机构，所述热处理装置的特征在于，加热部具备：具有以能围绕工件的方式与工件同轴地配置的线圈部的多个线圈构件，且该线圈部的延伸方向上的各部位于同一平面上；以及将多个线圈构件分别支承为维持线圈部彼此的同轴且能沿轴向移动的框体。
在具有上述的构成的热处理装置中，将分别具有线圈部的多个线圈构件相对于框体支承为能够轴向移动，因此，能够容易且迅速地调整、设定在轴向上相邻的线圈构件(线圈部)的分开距离(线圈节距)，而且在调整线圈节距之后也能将各个线圈部的姿势保持为适当的状态(与热处理对象的工件平行的姿势)。另外，各线圈构件以与其他线圈构件分离独立的形式支承于框体，因此，即使调整线圈节距，也不会出现如调整图23所示的螺旋线圈200的线圈节距的情况那样线圈节距在工件的周向上逐渐变化或线圈形状发生变化的情况。因此，通过使各线圈构件沿轴向移动而调整线圈节距，设置线圈节距相对而言设定得密集的升温区域和线圈节距相对而言设定得稀疏的均热保持区域，则即使在热处理对象的工件为滚动轴承的轨道圈(外圈或内圈)那样的环状工件的情况下，也不会使工件的温度在周向上产生偏差，能够将工件分别适当地感应加热至目标温度。
加热部能够还具有将相邻的两个线圈构件电连接的连接部件。若这样，则能够将多个线圈构件在电学上作为一个多绕组线圈来处理，因此，能够使用于对各线圈构件供给电力的供电回路为简单的构成。
连接部件能够具有：连杆构件；将连杆构件的一端与在轴向上相邻的两个线圈构件的任一方能旋转地连结的第一连结构件；将连杆构件的另一端与在轴向上相邻的两个线圈构件的另一方能滑动及旋转地连结的第二连结构件。在该情况下，特别是若将连杆构件由金属刚体形成，则不仅能将相互分离的多个线圈构件电连接，也能进行机械连接，因此，加热部的处理性提高。另外，能够在连杆构件相对于上述另一方的线圈构件的滑动量的范围内无级地调整线圈节距，因此，能够效率良好地实施线圈节距的调整作业。
另外，能够在加热部设置限制构件，该限制构件相对于在轴向上相邻的两个线圈构件中的一方及另一方能拆卸地安装，用于限制在轴向上相邻的两个线圈构件的相对的接近及背离移动。若设置这样的限制构件，则能够基于限制构件的轴向尺寸调整、设定线圈节距。因此，能够更容易且正确地设定与工件相应的最佳的线圈节距。
在加热部具备上述的限制构件的情况下，能够在线圈构件设置在轴向及其延伸方向上分别与限制构件卡合的第一突起及第二突起。若这样，则能够更容易且正确地实现期望的线圈节距(提高线圈节距的再现性)。另外，在加热部具备上述的限制构件的情况下，在轴向上相邻的两个线圈构件能够经由限制构件而电连接。若这样，则能够将多个线圈构件在电学上作为一个多绕组线圈来处理，因此，能够使供电回路为简单的构成。
在以上的构成中，线圈构件能够通过由导电性金属构成的管状体形成为有端状。在该情况下，若加热部还具有使在轴向上相邻的两个线圈构件的内部空间连通的连通构件，则能够由线圈构件和连通构件形成一连串的流体通路。该流体通路能够活用为例如用于供冷却水流通的冷却回路的一部分。若设置这样的冷却回路，则能适当且效率良好地实施加热部(线圈部)的温度控制。另外，若连通构件由挠性材料形成，则即使在变更线圈节距时，也能使连通构件以追随该变更的形式变形。因此，在需要上述的冷却回路的情况下，也能减轻每次变更线圈节距时再构筑冷却回路的劳力和时间。
各线圈构件能够相对于框体装卸。若这样，则也能容易地对应线圈构件的设置个数的增减、线圈构件的更换等。
另外，为了实现上述的目的，在本发明中，提供一种热处理方法，其是包含通过使被同轴地保持的多个工件相对于通电状态的加热部沿轴向相对移动而将多个工件依次感应加热至目标温度的加热工序的热处理方法，所述热处理方法的特征在于，在加热工序中，利用加热部对工件进行加热，加热部具备：具有以能围绕工件的方式与工件同轴地配置的线圈部的多个线圈构件，且线圈部的延伸方向上的各部位于同一平面上；以及将多个线圈构件分别支承为维持线圈部彼此的同轴且能轴向移动的框体。
若为这样的热处理方法，则能享有与采用本发明涉及的热处理装置的情况下同样的作用效果。
能够在上述的热处理方法中使用的加热部还设置限制构件，该限制构件的一端及另一端相对于在轴向上相邻的两个线圈构件的一方及另一方分别能拆卸地安装，用于限制在轴向上相邻的两个线圈构件的相对的接近及背离移动。
发明效果
以上，根据本发明涉及的热处理装置及热处理方法，不会使热处理对象的工件的温度在周向上的各部产生偏差，能将工件感应加热至目标温度，而且能容易且迅速地设定与工件相应的最佳的线圈节距，因此，也能够容易且迅速地对应热处理对象的工件的变更等。
附图说明
图1是概念性地表示本发明的实施方式涉及的热处理装置的整体结构的图。
图2是由图1所示的热处理装置实施的工序的流程图。
图3是本发明的第一实施方式涉及的加热部的主视图。
图4是图3所示的加热部的侧视图(从图3中所示的箭头X方向观察加热部时的图)。
图5是图3所示的加热部的俯视图。
图6是构成图3所示的加热部的一个线圈构件的俯视图。
图7是构成图3所示的加热部的另外的线圈构件的俯视图。
图8A是图3所示的加热部的局部侧视图。
图8B是图3所示的加热部的局部侧视图，是表示从图8A所示的状态变更了线圈节距的状态的图。
图9是用于说明图3所示的加热部中的冷却水的流动的概要图。
图10是图3所示的加热部的概略主视图，是表示该加热部的加热工序的实施状态的图。
图11是本发明的第二实施方式涉及的加热部的俯视图(上面图)。
图12是图11的C-D-E-F线向视剖视图。
图13是图12的G-G线向视剖视图。
图14是构成图11所示的加热部的一个线圈构件的俯视图。
图15是构成图11所示的加热部的另外的线圈构件的俯视图。
图16是图13的局部放大立体图。
图17是用于说明图11等所示的加热部中的线圈节距的变更方式的图。
图18是用于说明图11所示的加热部中的冷却水的流动的概要图。
图19是在确认试验中使用了的工件的纵剖视图。
图20是表示由图23所示的热处理装置对图19所示的工件进行感应加热的情况下的该工件的温度变化的图。
图21是表示由本发明涉及的热处理装置对图19所示的工件进行感应加热的情况下的该工件的温度变化的图。
图22是表示线圈节距的再现性确认试验的试验结果的图。
图23是在本发明的研究过程中使用的热处理装置中的加热部的概略主视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
图1是概念性地表示本发明的实施方式涉及的热处理装置1的整体结构的图。该图所示的热处理装置1是为了对钢制的工件W、更详细而言是由例如碳含有量1.0质量％以下的钢材构成的环状的工件W(例如滚动轴承的外圈)实施作为热处理的淬火硬化处理而使用的装置，如图2所示，构成为依次执行加热工序S1、输送工序S2以及冷却工序S3。
热处理装置1主要具备：在加热工序S1中使用的加热部2、保持部3以及高频电源4；在输送工序S2中使用的输送机构5；在冷却工序S3中使用的冷却部6。冷却部6由贮存有被保持为适当温度的冷却液(例如淬火油)62的冷却液槽61构成，输送机构5例如由带式输送机构成。
以下，关于在加热工序S1中使用的加热部2及保持部3，参照图3-图10以加热部2为中心详细地进行说明。
图示例的保持部3同轴地保持多个热处理对象的工件W，更详细而言，将多个工件W以层叠为多层的分层装载状态同轴地保持。由保持部3保持的多个工件W受到未图示的驱动机构的输出而被间歇规定尺寸地向上方供给，从而依次导入到加热部2的内周。
如图3-图5所示，加热部2具备：沿由保持部3保持的工件W的轴向(铅垂方向)配置为多级的多个(在图示例中为9个)的线圈构件11；能升降地支承各线圈构件11的框体21；使设于线圈构件11的电极与高频电源4(参照图1)的电极接触而对线圈构件11进行通电的中继部件7。
如图5所示，各线圈构件11具有与由保持部3(参照图1)保持的工件W同轴地配置、且能围绕工件W地在工件W的周向上形成为有端的环状的线圈部11a。另外，各线圈构件11具有从线圈部11a的周向一端部及另一端部延伸出、安装有其他构件(具体而言后述的连接部件23、构成冷却回路的连通构件29)的延长部11b、11c。延长部11b、11c的形状主要与冷却回路的形成方式相应地针对线圈构件11而适当决定。在本实施方式中，在最上层的线圈构件11与最下层的线圈构件11之间，交替地配置延长部11b、11c的形状彼此不同的两种线圈构件11。将上述两种线圈构件11的一方及另一方分别示于图6及图7中。图6所示的一方的线圈构件11的延长部11b、11c的前端(自由端)配置于相对接近线圈部11a的位置，图7所示的另一方的线圈构件11的延长部11b、11c的自由端配置于相对远离线圈部11a的位置。这是为了避免相邻的线圈构件11的延长部11b、11c彼此干涉。
各线圈构件11通过使由导电性金属构成的管状体(例如铜管)弯曲等而形成为有端状，至少线圈部11a的延伸方向(周向)上的各部位于同一平面上。如图3及图4所示，各线圈构件11以使其线圈部11a的中心轴与其他线圈构件11的线圈部11a的中心轴一致的水平姿势支承于框体21。
如图3-图5所示，框体21具有配置于最下层的线圈构件11的下方侧的台座21a、以及竖立设置于台座21a上的多根(在本实施方式中为3根)支柱21b，各线圈构件11经由在线圈部11a的周向上的分开的三个部位设置的支承部件22支承于框体21。在各支柱21b设有用于引导线圈构件11的升降移动的引导部21c。引导部21c由沿铅垂方向延伸的长孔状的贯通孔构成。台座21a及支柱21b均由绝缘材料形成。
各支承部件22具备：径向内侧的端部与固定于线圈构件11的外周的螺母11d连结、并且径向外侧的端部附近贯穿于对应的支柱21b的引导部21c中的螺栓构件22a；分别配置于支柱21b的径向内侧及外侧、以能相对而言进行接近及背离移动的方式螺旋安装于螺栓构件22a的第一及第二螺母22b、22c。根据这样的构成，各线圈构件11当使设于其周向三个部位的各个支承部件22中的螺母22b、22c相对而言接近移动而夹持支柱21b时，在铅垂方向的规定位置被固定地支承。另外，与此相反，当使各支承部件22中的螺母22b、22c相对而言背离移动而释放支柱21b的夹持力时，能够调整线圈构件11的升降移动，即能调整线圈构件11的铅垂方向上的固定位置、姿势。而且，根据以上的构成，只要将设于线圈构件11的所有的支承部件22中的螺栓构件22a从螺母11d拆下，就能将线圈构件11从框体21拆下。因此，各线圈构件11相对于框体21能够升降且能够装卸。
在此，作为构成加热部2、对多个线圈构件11进行支承的框体21(支柱21b)，为了能够同时对分层装载的多个工件W进行感应加热，使用与工件W相比轴向尺寸充分长的框体，具体而言使用在将工件W的轴向尺寸设为L时至少具有(L×2)的轴向尺寸的框体。在本实施方式中，如图10所示，为了能利用加热部2同时对10个工件W进行感应加热，而使用具有(L×10)以上的轴向尺寸的支柱21b。
如图3-图5所示，加热部2具有将上下相邻的两个线圈构件11、11电连接的连接部件23。因此，在本实施方式中，最上层及最下层的线圈构件11经由中继部件7而与高频电源4(参照图1)电连接。需要说明的是，以下，在说明上下相邻的两个线圈构件11、11时，为了方便，将相对而言配置于上侧的线圈构件11也称为“线圈构件11A”，且将相对而言配置于下侧的线圈构件11也称为“线圈构件11B”。但是，在图面中未示出附图标记11A、11B。
如图4详细所示，各连接部件23具备：呈直线状的连杆构件24；将连杆构件24的一端(下端)相对于线圈构件11B(焊接于线圈构件11B的延长部11c的由导电性金属构成的承接构件12。参照图6、7。)能旋转地连结的第一连结构件25；将连杆构件24的另一端(上端)相对于线圈构件11A(焊接于线圈构件11A的延长部11b的由导电性金属构成的承接构件12。参照图6、7。)能滑动及旋转地连结的第二连结构件26。连杆构件24以及第一及第二连结构件25、26均由具有导电性的金属材料(金属刚体)形成。因此，上下相邻的线圈构件11A、11B经由连接部件23(及承接构件12)不仅电连接而且机械连接。在连杆构件24的另一端侧设有长孔状的贯通孔24a，经由该贯通孔24a将第二连结构件26与线圈构件11A连结，从而连杆构件24相对于线圈构件11A能够滑动及旋转。因此，如图8A及图8B所示，上下相邻的线圈构件11A、11B的分离距离(线圈节距)只要在贯通孔24a的长度方向尺寸的范围内就能够无级地调整，因此，能够效率良好地实施线圈节距的调整作业。
第一及第二连结构件25、26相对于线圈构件11(设于线圈构件11的承接构件12)能够装卸。因此，在将任意的线圈构件11更换为新品的情况下等将线圈构件11从框体21拆下时，也将连接部件23从线圈构件11拆下。
加热部2具备用于对线圈构件11进行冷却的冷却回路。由此，能够适当且效率良好地实施线圈构件11(线圈部11a)的温度控制。本实施方式的冷却回路为一个系统，如图3-图5所示，通过如下构成：在最下层的线圈构件11的端部(延长部11b的自由端)连接供水管28a，并且在最上层的线圈构件11的端部(延长部11c的自由端)连接排水管28b，且使上下相邻的线圈构件11A、11B的内部空间经由连通构件29而连通。连通构件29由管状体构成，其一端及另一端分别与线圈构件11A、11B的开口端部连接，该管状体由挠性材料、在此为橡胶材料形成。通过将连通构件29由挠性材料形成，从而能够不解除连通构件29与线圈构件11A、11B的连接状态而调整线圈节距。需要说明的是，为了避免图面的繁杂化，在图5以外的图面中省略连通构件29的图示。
在此，基于图9简单地说明冷却水的流动。从图示外的贮水箱供给来的冷却水如图9中的空白箭头所示那样经由供水管28a流入最下层的线圈构件11的内部空间，然后在连通构件29(在图9中省略)的内部空间及线圈构件11的内部空间交替地流通而朝向上方。然后，在最上层的线圈构件11的内部空间中流通过了的冷却水经由与最上层的线圈构件11的延长部11c连接的配水管28b而向外部排出(一并参照图5)。
加热部2主要具有以上的构成，在实际使用时，适当调整上下相邻的线圈构件11A、11B的分开距离(线圈节距)。具体而言，例如，将加热开始侧(在本实施方式中为下侧)的线圈节距相对而言设定得密集，另一方面，将加热结束侧(在本实施方式中上侧)的线圈节距相对而言设定得稀疏。通过设定为这样的线圈节距，如图3、图4及图10所示，在加热部2的下侧区域形成有积极地对工件W进行加热直至工件W到达规定温度的升温区域Z1，另一方面，在加热部2的上侧区域形成有将工件W以恒定温度保持规定时间(对工件W进行均热保持)的均热保持区域Z2。
以下，关于使用具有以上构成的热处理装置1的工件W的淬火硬化处理的实施方式进行说明。
如图2所示，淬火硬化处理具有：将工件W感应加热至目标温度的加热工序S1；将被加热为目标温度的工件W向冷却部6输送的输送工序S2；以及对工件W进行冷却而使其淬火硬化的冷却工序S3。
(A)加热工序S1
在该加热工序S1中，将由保持部3(参照图1)同轴地保持的多个工件W依次感应加热至目标温度。具体而言，首先，以使各自的中心轴一致的方式将多个工件W分层装载于保持部3上。在工件W为例如滚动轴承的外圈的情况下，该工件W的轴向尺寸小于径向尺寸。因此，当将工件W分层装载时，具有加热工序S1的实施中的工件W的姿势稳定这样的优点。虽省略详细的图示，但工件W的分层装载作业能够自动地实施。
当未图示的驱动机构工作而对被以分层装载状态同轴地保持的多个工件W施加向上的供给力时，工件W经由加热部2的下端开口部被导入通电状态的加热部2(线圈部11a)的内周。然后，驱动机构继续工作，从而工件W被向上方间歇供给，最终经由加热部2的上端开口部向加热部2的外侧排出(以上参照图10)。在加热部2的下侧区域以及上侧区域分别设有上述的升温区域Z1及均热保持区域Z2，因此，被导入至加热部2的内周的工件W在通过升温区域Z1的期间被感应加热至到达规定温度，然后在通过均热保持区域Z2的期间被以恒定温度保持。由此，工件W被感应加热至目标温度，并且不会使工件W的温度在周向的各部产生偏差，能够将工件W整体加热为大致均匀的温度。
(B)输送工序S2
在该输送工序S2中，利用输送机构5将被加热为目标温度的工件W依次向冷却部6(冷却液槽61)输送(参照图1)。
(C)冷却工序S3
在该冷却工序S3中，由输送机构5向冷却液槽61输送的工件W浸渍于在冷却液槽61内贮存的冷却液62中而被冷却至规定的温度域，被淬火硬化(参照图1)。
通过以上的步骤，使用热处理装置1的工件W的淬火硬化处理完成。之后对淬火硬化处理完成了的工件W实施回火处理、各种精加工处理等规定的处理。由此，工件W成为完成品。
如以上说明的那样，根据本发明涉及的热处理装置1，分别具有线圈部11a的多个线圈构件11相对于框体21支承为能够升降，因此，能够容易且迅速地调整、设定线圈节距，而且在线圈节距的调整后也能将各个线圈构件11(线圈部11a)的姿势保持为适当的状态，简而言之保持为与热处理对象的工件W平行的姿势。另外，各线圈构件11以与其他的线圈构件11分离独立的形态支承于框体21，因此，即使调整线圈节距，也不会出现如调整图23所示的螺旋线圈200的线圈节距的情况那样线圈节距在工件W的周向上逐渐变化或线圈部11a的形状发生变化的情况。因此，只要通过如上述那样调整线圈节距，在加热部2的下侧区域设置升温区域Z1，并且在加热部2的上侧区域设置用于对工件W进行均热保持的均热保持区域Z2，就不会使工件W的温度伴随工件W在各线圈部11a的对置区域通过而在周向上发生偏差，能够将工件W分别适当地感应加热至目标温度。
另外，即使在热处理对象的工件W变更为轴向尺寸不同的工件的情况下，只要通过操作支承部件22而使各线圈构件11处于相对于框体21能够升降移动的状态，之后将各线圈构件11以适当的位置、姿势相对于框体21再固定，就能够完成线圈节距的调整作业。因此，也不需要如使用图23所示的螺旋线圈200的情况那样预先具有与工件W的轴向尺寸相应的多个线圈，因此，能够抑制设备投资。
以上，根据本发明，能够实现如下的热处理装置1：不使热处理对象的工件W的温度在工件W的周向上产生偏差，能够将工件W适当地感应加热至目标温度，并且即使在热处理对象的工件W变更等的情况下也能容易且迅速地设定与变更后的工件W相应的最佳的线圈节距(加热条件)。
接着，参照图11-图18详细地说明本发明的第二实施方式涉及的加热部102。
如图11-图13所示，加热部102具备：沿铅垂方向配置为多层的多个(在图示例中为10个)线圈构件111；将各线圈构件111支承为能够升降的框体121；以及使设于线圈构件111的电极与高频电源4(参照图1)的电极接触而对线圈构件111通电的中继部件107。
如图11所示，各线圈构件111具有与由保持部3(参照图1)保持的工件W同轴地配置、以能围绕工件W的方式在周向上形成为有端的环状的线圈部111a。另外，各线圈构件111具有从线圈部111a的周向一端部及另一端部延伸出的第一及第二延长部111b、111c。在本实施方式中，在最上层的线圈构件111与最下层的线圈构件111之间，交替地配置延长部111b、111c的形状彼此不同的两种线圈构件11。将上述两种线圈构件111的一方及另一方分别示于图14及图15中。图14所示的一方的线圈构件111具有自由端相对而言配置于远离线圈部111a的位置的延长部111b、111c，图15所示的另一方的线圈构件111具有自由端相对而言配置于接近线圈部111a的位置的延长部111b、111c。这是为了避免上下相邻的两个线圈构件111的延长部111b、111c彼此干涉。
各线圈构件111通过使由导电性金属构成的管状体(例如铜管)弯曲等而形成为有端状，至少线圈部111a的延伸方向(周向)的各部位于同一平面上，在此位于水平面上。并且，如图11-图13所示，各线圈构件111以使线圈部111a的中心轴与其他线圈构件111的线圈部111a的中心轴一致、且使线圈部111a的周向端部的相位与其他线圈构件111的线圈部111a的周向端部的相位一致的状态且以水平姿势支承于框体121。
在各线圈构件111焊接由导电性金属构成的承接构件112，后述的限制构件123的一端或另一端安装固定(螺栓固定)于该承接构件112。需要说明的是，在最上层的线圈构件111，仅在第一延长部111b焊接承接构件112，在最下层的线圈构件111，仅在第二延长部111c焊接承接构件112，在配置于最上层的线圈构件111与最下层的线圈构件111之间的共计8个线圈构件111各自的第一及第二延长部111b、111c的双方焊接承接构件12。
如图11-图13所示，框体121具有配置于最下层的线圈构件111的下方侧的台座121a、以及竖立设置于台座121a上的多根(在本实施方式中为3根)支柱121b，各线圈构件111经由在线圈部111a的周向上分开的三个部位设置的支承部件122支承于框体121。在各支柱121b设有用于引导线圈构件111的升降移动的引导部121c，引导部121c由沿铅垂方向延伸的长孔状的贯通孔构成。台座121a及支柱121b均由绝缘材料形成。
各支承部件122具备：径向内侧的端部与固定于线圈构件111的外周的螺母111d连结、且径向外侧的端部附近贯穿于对应的支柱121b的引导部121c中的螺栓构件122a；分别配置于支柱121b的径向内侧及外侧、以能相对而言进行接近及背离移动的方式螺旋安装于螺栓构件122a的第一及第二螺母122b、122c。
通过上述的构成，各线圈构件111当使设于其周向三个部位的支承部件122各自中的螺母122b、122c相对而言接近移动而夹持支柱121b时，在铅垂方向的规定位置被固定地支承。另外，与此相反，当使各支承部件122中的螺母122b、122c相对而言背离移动而释放支柱121b的夹持力时，能够使线圈构件111升降移动，即，能够调整线圈构件111的铅垂方向上的配设位置、姿势。而且，根据以上的构成，只要将设于各线圈构件111的所有的支承部件122中的螺栓构件122a从螺母111d拆下，就能将线圈构件111从框体121拆下。因此，各线圈构件111相对于框体121能够升降且能够装卸。
如图11-图13所示，加热部102具有限制上下相邻的两个线圈构件111的相对接近及背离移动的(多个)限制构件123。需要说明的是，以下，在说明上下相邻的两个线圈构件111时，为了方便，将相对而言配置于上侧的线圈构件111也称为“线圈构件111A”，且将相对而言配置于下侧的线圈构件111也称为“线圈构件111B”。但是，在图面中未示出附图标记111A、111B。
各限制构件123由具有导电性的金属材料形成，一体地具有：相对于线圈构件111A(焊接于线圈构件111A的第一延长部111b的承接构件112)螺栓固定的第一头部124；相对于线圈构件111B(焊接于线圈构件111B的第二延长部111c的承接构件112)螺栓固定的第二头部125；相对于铅垂方向倾斜规定角度、夹设于两头部124、125之间的连接部126。这样，通过将由导电性金属构成的限制构件123相对于线圈构件111螺栓固定，从而线圈构件111A、111B经由限制构件123、承接构件112及上述的螺栓而电连接。因此，在本实施方式中，配置为多层的多个线圈构件111中的、最上层及最下层的线圈构件111经由中继部件107而与高频电源4(图1)电连接。
如图16放大所示，在焊接于各线圈构件111的第一延长部111b的承接构件112设有能分别与限制构件123的第一头部124的上端面124a及周端面124b卡合的第一及第二突起113、114，在焊接于各线圈构件111的第二延长部111c的承接构件112设有能分别与限制构件123的第二头部125的下端面125a及周端面125b卡合的第一及第二突起113、114。总而言之，在各线圈构件111设有在轴向上与限制构件123卡合的第一突起113以及在其延伸方向(周向)上与限制构件123卡合的第二突起114。
在本实施方式中，使用轴向尺寸彼此不同的两种限制构件123。更具体地说明，如图12-13所示，在最下层～下数第6层的线圈构件111，相对于线圈构件111A、111B安装轴向尺寸相对而言较小的限制构件123，在下数第6层～最上层的线圈构件111，相对于线圈构件111A、111B安装轴向尺寸相对而言较大的限制构件123。通过这样的构成，在加热部2的下侧区域、即加热工序S2的开始侧形成有线圈节距相对而言密集、且能将工件W积极地加热至到达规定温度的升温区域Z10，另外，在加热部102的上侧区域、即加热工序S2的结束侧形成有线圈节距相对而言稀疏、且能对工件W进行均热保持的均热保持区域Z20。
在加热部102能够设置用于冷却线圈构件111的冷却回路。若设置这样的冷却回路，则能够适当且效率良好地实施线圈构件111的温度控制。本实施方式的冷却回路是一个系统，如图11及图12所示，通过如下构成：在最下层的线圈构件111的第一延长部111b的自由端连接供水管128a，并且在最上层的线圈构件111的第二延长部111c的自由端连接排水管128b，且经由连通构件129而使上下相邻的线圈构件111A、111B的内部空间连通。连通构件129由管状体构成，其一端及另一端分别与线圈构件111A、111B的自由端连接，该管状体由挠性材料、在此为橡胶材料形成。若连通构件129由挠性材料形成，则能够不解除连通构件129与线圈构件111A、111B的连接状态而调整线圈节距。需要说明的是，为了避免图面的繁杂化，仅在图11中图示出连通构件129。
在此，基于图18简单地说明本实施方式的加热部102中的冷却水的流动。从未图示的贮水箱供给来的冷却水如图18中的空白箭头所示那样经由供水管128a流入最下层的线圈构件111的内部空间，然后交替地在连通构件129(在图18中省略)的内部空间及线圈构件111的内部空间流通而朝向上方。然后，在最上层的线圈构件111的内部空间中流通过了的冷却水经由与最上层的线圈构件111的第二延长部111c的自由端连接的配水管128b而向外部排出(一并参照图11)。
在使用具备具有以上构成的加热部102的热处理装置1的情况下，对于工件W的淬火硬化处理以与使用具备图3等所示的加热部2的热处理装置1的情况同样的步骤实施。
根据具备以上说明的加热部102的热处理装置1，具有线圈部111a的线圈构件111分别被相对于框体121支承为能升降，因此，线圈节距能够通过调整各线圈构件111相对于框体121的位置、姿势等来调整、设定。因此，即使调整线圈节距，也能将各个线圈构件111(线圈部111a)的姿势保持为适当的状态，简而言之保持为与热处理对象的工件W平行的姿势，而且，也不会出现如调整图23所示的螺旋线圈200的线圈节距的情况那样线圈节距在工件W的周向上逐渐变化或线圈部111a的形状发生变化的情况。因此，只要通过调整线圈节距，在加热部102的下侧区域设置升温区域Z10，并且在加热部102的上侧区域设置用于对工件W进行均热保持的均热保持区域Z20，就不会使工件W的温度伴随工件W在各线圈部111a的对置区域通过而在周向上发生偏差，能够将工件W分别感应加热至目标温度。
另外，若采用以上说明的加热部102，则能够基于限制构件123的轴向(铅垂方向)尺寸设定线圈节距。因此，例如在热处理对象的工件W变更为轴向尺寸不同的工件(将其称为“工件W’”)的情况下，只要在拆下限制构件123之后，相对于至少一方处于能升降移动的状态的相邻的两个线圈构件111的一方及另一方螺栓紧固其他限制构件123(轴向尺寸与从线圈构件111拆下的限制构件123不同的限制构件123)，就能容易且正确地将线圈节距设定为与工件W’相应的最佳的线圈节距，即，能够容易地将加热部102变更为能适当地对工件W’进行感应加热的形式(以上参照图17)。特别是，在本实施方式中，在各线圈构件111(焊接于线圈构件111的承接构件112)设置分别在轴向及其周向上与限制构件123卡合的第一及第二突起113、114，因此，能够使线圈节距的调整、设定作业更加容易化，而且在调整线圈节距之后能够可靠地限制相邻的两个线圈构件111的相对移动。
总而言之，若采用第二实施方式的加热部102，则能够根据工件W的大小、通过加热部102时应获得的工件的温度履历等进一步容易且正确地调整、设定线圈节距。因此，也能够容易且正确地进行将加热部102如以上说明的那样从升温区域Z10和均热保持区域Z20各设置一个的形式变更为例如升温区域Z10和均热保持区域Z20交替地各设置两个的形式(依次设置第一升温区域、第一均热保持区域、第二升温区域及第二均热保持区域的形式)。
以上，关于本发明的实施方式进行了具体的说明，但本发明的实施方式并不限定于此。
例如，在以上说明的实施方式中，在加热部2、102将冷却回路仅设为一个系统，但冷却回路也可以设为两个系统以上。特别是，在如使用多个线圈构件11、111的情况那样仅凭借一个系统的冷却回路担心所需要的线圈冷却能力不足的情况下，将冷却回路设为多个系统是有效的。即使在这样将冷却回路设为多个系统的情况下，由于加热部2、102构成为设定多个相互分离的线圈构件11、111，因此，也能够容易地构成多个系统的冷却回路。
另外，在以上说明的实施方式中使用的支承部件22、122、连接部件23、限制构件123的构成也只不过是一例，只要能发挥同样的功能则能适当变更。
另外，以上关于依次将多个工件W感应加热至目标温度、且将被感应加热为目标温度的工件W依次送入输送工序S2、进而送入冷却工序S3的情况进行了说明，但输送工序S2及冷却工序S3也可以相对于被感应加热为目标温度的多个工件W汇总实施。
另外，在以上说明的实施方式中，将加热部2、102与工件W的相对移动方向设为铅垂方向，但本发明也能够应用于构成为使两者沿水平方向相对移动的热处理装置1。
另外，本发明涉及的热处理装置1除了滚动轴承的外圈以外，在对例如滚动轴承的内圈、滑动轴承、构成等速万向联轴器的外侧联轴器构件、内侧联轴器构件、装入滚动轴承、等速万向联轴器中的保持器等这样的钢制的环状构件实施热处理时也能理想地应用。
另外，本发明涉及的热处理装置1不仅在对环状的工件W实施热处理时能理想地应用，在对圆盘状或圆柱状的工件实施热处理时也能理想地应用。
实施例
为了验证本发明的有用性，(1)在利用加热部使用了图23所示的螺旋线圈200的热处理装置对工件进行感应加热的情况下，以及(2)在利用加热部应用了本发明的热处理装置(具备第一实施方式涉及的加热部2或第二实施方式涉及的加热部102的热处理装置1)对工件进行感应加热的情况下，分别确认了在将工件加热至900℃程度时工件的温度(升温形态)是否产生差异。需要说明的是，在上述(1)、(2)的任一情况下，通过调整线圈节距，从而在加热部的前段部分设置积极地对工件进行加热的升温区域，并且在加热部的后段部分设置能对工件进行均热保持的均热保持区域。
如图19所示，在该确认试验中使用的工件为形成为小径侧的内径尺寸d1：146mm、外径尺寸d2：170mm、轴向尺寸：29mm的滚动轴承(圆锥滚子轴承)的外圈。另外，在该确认试验中，如图19所示，测定了上述工件中的相位在周向上180°不同的二点(A部及B部)的温度。
将上述(1)的情况下的工件的温度测定结果示于图20，将上述(2)的情况下的工件的温度测定结果示于图21。如根据图20明确可知的那样，在为了对工件进行感应加热而使用了螺旋线圈200的情况下，工件的温度在周向的各部变得不均匀。与此相对，在为了对工件进行感应加热而使用了本发明件的情况下，如图21所示，工件的温度在周向的各部大致均匀[参照该图中由实线及虚线分别表示的“A部的温度(节距调整后)”及“B部的温度(节距调整后)”]。
需要说明的是，为了确认感应加热用线圈的线圈节距给工件的升温形态带来的影响，在加热部应用了本发明的热处理装置中，在将线圈节距设为恒定的基础上对工件进行加热。将该情况下的工件的A部的温度测定结果一并示于图21[参照图21中所示的“A部的温度(节距调整前)”]。如根据图21也明确可知的那样，在该情况下，工件的温度继续升高，因此，对工件进行均热保持实质上是不可能的。
而且，具备图11等所示的加热部102的热处理装置的加热部102具有上述的限制构件123，从而能够容易且正确地实现规定的线圈节距，即能够提高线圈节距的再现性。为了验证能得到该效果，在以设定为规定的线圈节距的第一状态对工件进行感应加热的情况、以及变更为线圈节距与第一状态不同的第二状态、之后使线圈节距返回上述的第一状态而对工件进行了感应加热的情况这两种情况下，观测了工件的温度履历。将其结果示于图22中。需要说明的是，在图22中，用实线表示第一次以上述第一状态对工件进行感应加热的情况下的工件的温度履历，用点线(虚线)表示第二次以上述第一状态对工件进行感应加热的情况下的工件的温度履历。如根据该图所示的结果明确可知的那样，具备图11等所示的加热部102的热处理装置的线圈节距的再现性极高，因此，能够以期望的温度履历精度良好地对热处理对象的工件进行感应加热。
根据以上的确认试验结果可知，只要调整感应加热用线圈的线圈节距的疏密、设置线圈节距相对而言稀疏的部分，则能在该部分对工件进行均热保持，另外，若使用具备本发明涉及的构成的线圈作为感应加热用线圈，则能使工件的周向各部的温度均匀化。因此，验证了本发明的有用性。
附图标记说明
1 热处理装置
2 加热部
3 保持部
11 线圈构件
11a 线圈部
21 框体
22 支承部件
23 连接部件
24 连杆构件
25 第一连结构件
26 第二连结构件
29 连通构件
102 加热部
111 线圈构件
111a 线圈部
113 第一突起
114 第二突起
121 框体
123 限制构件
129 连通构件
S1 加热工序
S3 冷却工序
W 工件
Z1 升温区域
Z10 升温区域
Z2 均热保持区域
Z20 均热保持区域

Claims (7)

1.一种热处理装置，其具备：将工件感应加热至目标温度的加热部；以及使被同轴地保持的多个所述工件相对于通电状态的所述加热部沿轴向相对移动的驱动机构，
所述热处理装置的特征在于，
所述加热部具备：具有以能围绕所述工件的方式与所述工件同轴地配置的线圈部的多个线圈构件，且该线圈部的延伸方向上的各部位于同一平面上；将多个线圈构件分别支承为维持所述线圈部彼此的同轴且能沿轴向移动的框体；以及将在轴向上相邻的两个所述线圈构件电连接的连接部件，
所述连接部件具有：连杆构件；将该连杆构件的一端与在轴向上相邻的两个所述线圈构件中的任一方能旋转且能装卸地连结的第一连结构件；将所述连杆构件的另一端与在轴向上相邻的两个所述线圈构件中的另一方能滑动及旋转且能装卸地连结的第二连结构件。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其中，
所述线圈构件通过由导电性金属构成的管状体形成为有端状。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其中，
所述加热部还具有使在轴向上相邻的两个所述线圈构件的内部空间连通的连通构件，该连通构件由挠性材料形成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的热处理装置，其中，
所述线圈构件分别能够相对于所述框体装卸。
5.根据权利要求1～3任一项所述的热处理装置，其中，
所述工件为滚动轴承的轨道圈。
6.一种热处理方法，其是包含通过使被同轴地保持的多个工件相对于通电状态的加热部沿轴向相对移动而将所述多个工件依次感应加热至目标温度的加热工序的热处理方法，
所述热处理方法的特征在于，
在所述加热工序中，利用所述加热部对所述工件进行加热，所述加热部具备：具有以能围绕所述工件的方式与所述工件同轴地配置的线圈部的多个线圈构件，且该线圈部的延伸方向上的各部位于同一平面上；将多个线圈构件分别支承为维持所述线圈部彼此的同轴且能沿轴向移动的框体；以及将在轴向上相邻的两个所述线圈构件电连接的连接部件，该连接部件具有：连杆构件；将该连杆构件的一端与在轴向上相邻的两个所述线圈构件中的任一方能旋转且能装卸地连结的第一连结构件；将所述连杆构件的另一端与在轴向上相邻的两个所述线圈构件中的另一方能滑动及旋转且能装卸地连结的第二连结构件。
7.根据权利要求6所述的热处理方法，其中，
所述工件是滚动轴承的轨道圈。
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