CN113874530B - 移动淬火装置及移动淬火方法 - Google Patents

Abstract

该移动淬火装置用于对轴状体进行移动淬火，所述轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部且外径比所述主体部小的小径部，移动淬火装置具备初级线圈、电流供给装置、单轴致动器以及控制装置。而且，在与所述初级线圈的周向正交的平面内，在将所述初级线圈的半径方向作为横轴且将与所述半径方向正交的方向作为纵轴时，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个(m及n均为2以上的整数)的矩阵状的形式显现。

Description

移动淬火装置及移动淬火方法

技术领域

本发明涉及移动淬火装置及移动淬火方法。

本申请基于2019年5月23日在日本国提交的特愿2019-096624号主张优先权，将其内容援引至此。

背景技术

以往，进行的是，通过感应加热将轴状体移动淬火，提高轴状体的疲劳强度。在此所说的所谓移动淬火，是指相对于轴状体，使线圈部件等在轴状体的轴线方向上移动的同时进行淬火。

在感应加热中，在被形成为环状的初级线圈部件内插入轴状体，初级线圈部件中流动高频电流，通过感应加热来加热轴状体。在感应加热中，轴状体和初级线圈部件的距离越短，以越高的温度加热轴状体。因此，在轴状体具备主体部以及被设置于主体部且直径比主体部小的小径部的情况下，存在相比于主体部，难以加热小径部的技术问题。

对于该技术问题，提出了一种移动淬火装置，其在初级线圈部件的内侧，具备次级线圈部件，其具有比初级线圈部件的内径小的外径(例如参照下述专利文献1～3)。次级线圈部件形成为O字形或C字形。在使用所提出的次级线圈的装置中，轴状体与接近轴状体的线圈部件的距离在主体部和小径部之间不怎么变化，因此能够同等地加热主体部和小径部。

在这些移动淬火装置中，由于呈同心圆状配置多个线圈部件，因此轴状体与接近轴状体的线圈部件的距离在周向上是均匀的。由于可以采用增多卷绕数的电流效率优异的线圈部件，所以能够以较小的电流均匀有效地加热轴状体。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本国特公昭52-021215号公报

专利文献2：日本国特开2015-108188号公报

专利文献3：日本国特开2000-87134号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，如上述现有技术那样，在使用被形成为O字形或C字形的次级线圈的情况下，在初级线圈相对于轴状体相对移动的期间(即移动淬火中)，不能在初级线圈和轴状体(特别是小径部)之间的空隙中自由地配置或取出次级线圈。为了实现这一点，需要在移动淬火装置中导入复杂的机构，因此招致开发成本等的增加。

因此，以往一直需求开发移动淬火装置，其以相对简单的结构使得具有直径沿轴线变化的形状的轴状体的淬火成为可能。

本发明是鉴于上述情况而得到的，目的在于提供一种以相对简单的结构使得具有直径沿轴线变化的形状的轴状体的淬火成为可能的移动淬火装置、以及通过该移动淬火装置能够实现的移动淬火方法。

用于解决技术问题的技术手段

本发明为了解决上述课题达成相关目的，采用以下的方法。

(1)本发明的一方案的移动淬火装置用于对轴状体进行移动淬火，所述轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部且外径比所述主体部小的小径部，所述移动淬火装置具备：初级线圈，具有比所述主体部的外径大的内径且具有圆环形状；电流供给装置，向所述初级线圈供给高频电流；单轴致动器，被构成为能够在以所述轴状体穿过所述初级线圈的半径方向内侧的方式支承所述初级线圈的状态下，定位所述轴线方向上的所述初级线圈；以及控制装置，控制所述电流供给装置及所述单轴致动器。在与所述初级线圈的周向正交的平面内，将所述初级线圈的半径方向作为横轴且将与所述半径方向正交的方向作为纵轴时，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个(m及n均为2以上的整数)的矩阵状的形式显现。

(2)也可以是，在上述(1)所述的移动淬火装置中，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

(3)也可以是，上述(1)或(2)所述的移动淬火装置还具备：冷却环，具有比所述主体部的外径大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面；以及冷却液供给装置，向所述冷却环供给冷却液。

在该情况下，所述单轴致动器也可以被构成为，能够在以所述轴状体穿过所述初级线圈和所述冷却环的半径方向内侧的方式且相对于所述冷却环在所述轴线方向的一侧配置所述初级线圈的方式支承所述初级线圈和所述冷却环的状态下，定位所述轴线方向上的所述初级线圈。

此外，也可以是，所述控制装置同步控制所述单轴致动器、所述电流供给装置及所述冷却液供给装置，使得向所述初级线圈供给所述高频电流且向所述冷却环供给所述冷却液的同时，所述初级线圈及所述冷却环从所述轴线方向的另一侧向所述一侧移动。

(4)本发明的一方案的移动淬火方法用于对轴状体进行移动淬火，所述轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部且外径比所述主体部小的小径部，所述移动淬火方法具有：第一工序，准备初级线圈，该初级线圈具有比所述主体部的外径大的内径且具有圆环形状；以及第二工序，向所述初级线圈供给高频电流的同时，以所述轴状体穿过所述初级线圈的半径方向内侧的方式使所述初级线圈沿所述轴线方向移动。在与所述初级线圈的周向正交的平面内，将所述初级线圈的半径方向作为横轴且将与所述半径方向正交的方向作为纵轴时，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个(m及n均为2以上的整数)的矩阵状的形式显现。

(5)也可以是，在上述(4)所述的移动淬火方法中，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

(6)也可以是，在上述(4)或(5)所述的移动淬火方法的所述第一工序中，除所述初级线圈之外，还准备冷却环，该冷却环具有比所述主体部的外径大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面。在该情况下的所述第二工序中，也可以在相对于所述冷却环在所述轴线方向的一侧配置所述初级线圈的状态下，向所述初级线圈供给所述高频电流且向所述冷却环供给冷却液的同时，以所述轴状体穿过所述初级线圈和所述冷却环的半径方向内侧的方式使所述初级线圈和所述冷却环从所述轴线方向的另一侧向所述一侧移动。

[发明效果]

根据本发明的上述各方案，可以提供一种以相对简单的结构使得具有直径沿轴线变化的形状的轴状体的淬火成为可能的移动淬火装置、以及通过该移动淬火装置能够实现的移动淬火方法。

附图说明

图1A是示出作为本发明的基础的本申请发明者的研究结果的图。

图1B是示出作为本发明的基础的本申请发明者的研究结果的图。

图2是切断并示意性示出本发明的一实施方式的移动淬火装置的一部分的侧视图。

图3是示出同一实施方式的初级线圈的一个示例的图。

图4A是与同一初级线圈的制作工序相关的第一说明图。

图4B是与同一初级线圈的制作工序相关的第一说明图。

图5A是与同一初级线圈的制作工序相关的第二说明图。

图5B是与同一初级线圈的制作工序相关的第二说明图。

图6A是与同一初级线圈的制作工序相关的第三说明图。

图6B是与同一初级线圈的制作工序相关的第三说明图。

图7A是与同一初级线圈的制作工序相关的第四说明图。

图7B是与同一初级线圈的制作工序相关的第四说明图。

图8是与同一初级线圈的制作工序相关的第五说明图。

图9是与本实施方式的移动淬火方法相关的第一说明图。

图10是与同一移动淬火方法相关的第二说明图。

图11是与同一移动淬火方法相关的第三说明图。

图12是与同一移动淬火方法相关的第四说明图。

图13是与同一移动淬火方法相关的第五说明图。

图14是示出通过模拟解析仅使用具有一般的截面形状的初级线圈感应加热轴状体的情况(比较例的情况)的轴状体的表面温度分布的结果的图。

图15是示出通过模拟解析使用具有特定的截面形状的初级线圈感应加热轴状体的情况(本发明例的情况)的轴状体的表面温度分布的结果的图。

图16A是示出具有特定的截面形状的初级线圈的变形例的图。

图16B是示出具有特定的截面形状的初级线圈的其他变形例的图。

图16C是示出具有特定的截面形状的初级线圈的其他变形例的图。

具体实施方式

首先，参照图1A和图1B，针对作为被加热体的轴状体51进行说明。如图1A和图1B所示，轴状体51具备主体部52、以及被设置于主体部52的轴线C方向的中间部的小径部53。主体部52和小径部53分别形成为圆柱状，小径部53的轴线与主体部52的轴线C一致。

在下文中，将主体部52中的相对于小径部53被配置在轴线C方向的一侧D1的部分称为第一主体部52A。将相对于小径部53被配置在轴线C方向的另一侧D2的部分称为第二主体部52B。

第一主体部52A、小径部53、及第二主体部52B分别被形成为圆柱状，被配置在公共的轴线C上。小径部53的外径分别比第一主体部52A及第二主体部52B的外径小。

要使如上述的轴状体51的淬火部位的金相组织相变为奥氏体相，通常需要加热到超过700℃的Ac1点以上的温度。轴状体51的加热，一般而言使用图1A所示的初级线圈100。该初级线圈100是具有圆环形状的线圈，由被卷绕成螺旋状的线圈的导线形成。初级线圈100中流动高频电流的同时，以轴状体51穿过初级线圈100的半径方向内侧的方式使初级线圈100沿着轴线C方向移动时，由于电磁感应现象而在轴状体51的表面依次产生涡流。其结果，通过基于焦耳定律的发热，加热轴状体51的表面。

为了在轴状体51的表面诱发可以加热到Ac1点以上的高温程度的涡流，初级线圈100中也需要流动大电流。例如，一卷线圈中流动大电流时，电力效率降低，线圈也容易过热。因此，一般而言，如图1A所示的初级线圈100那样，采取的对策是，通过使用以沿着轴状体51的表面的形式呈螺旋状多次卷绕的线圈，从而减小线圈每一根的电流值。以沿着轴状体51的表面的形式呈螺旋状卷绕线圈的理由是：线圈和轴状体51的距离变远时，由线圈产生的磁通密度的变化对轴状体51造成的影响会减小。

在此，例如，如图1A所示，初级线圈100到达与小径部53的上端部(轴线C方向的一侧D1的端部)对应的位置时，初级线圈100的上端部接近直径从第一主体部52A向小径部53开始变化的部位即角部54。此时，基于趋肤效应，磁通集中在接近初级线圈100的上端部的角部54。另一方面，加热小径部53时，初级线圈100与轴状体51的距离为最大，因此需要增大初级线圈100中流动的高频电流的振幅值。其结果，在初级线圈100到达图1A所示的位置时，磁通集中的角部54被过加热至超过目标温度的高温。

此外，这样的角部54的过加热现象在直径从第二主体部52B向小径部53开始变化的部位即角部55也会同样地引起。

本申请的发明者们针对使用次级线圈抑制如上述那样的在角部54、55产生的过加热现象的方法进行了研究。其结果弄清了：为了抑制过加热现象，需要将非常复杂的机械性的机构导入到移动淬火装置中，该机构在初级线圈100和轴状体51(小径部53)之间的空隙中可以自由地配置或取出次级线圈。

因此，本申请的发明者们针对以相对简单的结构使得具有直径沿轴线变化的形状的轴状体的淬火成为可能的方法进行了深入研究。结果发现，例如，通过使用以如图1B所示的形状卷绕多次的线圈作为初级线圈110，从而即使不使用次级线圈等，也能够抑制在角部54、55产生的过加热现象。

如图1B所示，在与初级线圈110的周向正交的平面内，将初级线圈110的半径方向作为横轴且将与该半径方向正交的方向作为纵轴时，上述平面中显现的初级线圈110的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

使用具有这样的截面形状的初级线圈110时，如图1B所示，在初级线圈110到达与小径部53的上端部对应的位置时，能够使初级线圈110的上端部远离角部54。其结果，能够抑制磁通集中在角部54，从而能够抑制在角部54产生的过加热现象。在角部55产生的过加热现象也同样地能够抑制。

另一方面，使用具有这样的截面形状的初级线圈110时，轴状体51和初级线圈110的距离增加，因此，担忧的是，变得难以在轴状体51的表面诱发为了加热到目标温度而需要的涡流。然而，基于本申请的发明者们的分析的结果，确认了，能够在轴状体51的表面诱发为了加热到目标温度而需要的充分的涡流(关于解析结果，将在后文叙述)。

本发明是根据上述理解而完成的，下面，参照附图，针对本发明的一实施方式详细地说明。

〔移动淬火装置〕

图2是切断并示意性示出本实施方式的移动淬火装置1的一部分的侧视图。如该图2所示，移动淬火装置1是用于对在铁道车辆用的车轴等轴状体51使用高频电流进行移动淬火的装置。

轴状体51包括主体部52、以及被设置在主体部52的轴线C方向的中间部的小径部53。主体部52及小径部53分别形成为圆柱状，小径部53的轴线与主体部52的轴线C一致。

在下文中，将主体部52中的相对于小径部53被配置在轴线C方向的一侧D1的部分称为第一主体部52A。将相对于小径部53被配置在轴线C方向的另一侧D2的部分称为第二主体部52B。

第一主体部52A、小径部53、及第二主体部52B分别形成为圆柱状，被配置在共通的轴线C上。小径部53的外径小于第一主体部52A及第二主体部52B各自的外径。

轴状体51由作为铁素体相的、碳钢、含有95重量％以上的铁(Fe)的低合金钢等具有导电性的材料形成。

移动淬火装置1具备支承部件6、初级线圈11、变流器12(电流供给装置)、冷却环36、泵37(冷却液供给装置)、单轴致动器(39、40、42)、以及控制装置46。

如图2所示，支承部件6包括下侧中间件7、以及上侧中间件8。下侧中间件7从第二主体部52B的下方支承轴状体51的第二主体部52B。上侧中间件8从第一主体部52A的上方支承轴状体51的第一主体部52A。下侧中间件7及上侧中间件8支承轴状体51，使得轴线C沿着上下方向，轴线C方向的一侧D1为上方，另一侧D2为下方。

初级线圈11是具有比主体部52的外径大的内径且具有圆环形状的线圈。如图2所示，在与初级线圈11的周向正交的平面内，将初级线圈11的半径方向作为横轴且将与该半径方向正交的方向作为纵轴时，上述平面中显现的初级线圈11的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。即，在图2的轴线C的纸面右侧，初级线圈11的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。同样地，在图2的轴线C的纸面左侧，初级线圈11的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

图3中示出具有上述那样的截面形状的初级线圈11的一个示例。图3是初级线圈11的立体图。图3所示的初级线圈11可以通过以下的工序制作。

(1)如图4A所示，首先，在将以附图标记111表示的部位作为初级线圈11的第一引出端部时，通过以该第一引出端部111为起点，呈圆环状卷绕线圈导线，从而形成初级线圈11的半径方向外侧且上侧(轴线C方向的一侧D1)的部位即外侧上层部110。外侧上层部110是在图4A中以灰色表示的部分。

(2)接着，如图4B所示，通过以从外侧上层部110的前端部112(第一引出端部111的相反侧的端部)向第一引出端部111的正下方的位置下降的方式延伸线圈导线，从而形成连接外侧上层部110和后述的外侧下层部130之间的第一连接部120。第一连接部120是在图4B中用灰色表示的部分。

(3)接着，如图5A所示，通过将第一连接部120的前端部121作为起点，呈圆环状卷绕线圈导线至外侧上层部110的前端部112的正下方的位置，从而形成初级线圈11的半径方向外侧且下侧(轴线C方向的另一侧D2)的部位即外侧下层部130。该外侧下层部130被形成为具有与外侧上层部110相同的内径及外径。图5B是从下方观察外侧下层部130的图。外侧下层部130是在图5A及图5B中用灰色表示的部分。

(4)接着，如图6A所示，通过从外侧下层部130的前端部131，向与第一连接部120的前端部121的半径方向内侧相邻的位置弯曲延伸线圈导线，从而形成连接外侧下层部130与后述的内侧下层部150之间的第二连接部140。第二连接部140是在图6A中以灰色表示的部分。

(5)接着，如图6B所示，通过将第二连接部140的前端部141为起点，到与外侧下层部130的前端部131的半径方向内侧相邻的位置，呈圆环状卷绕线圈导线，从而形成初级线圈11的半径方向内侧且下侧的部位即内侧下层部150。内侧下层部150是在图6B中以灰色表示的部分。

(6)接着，如图7A及图7B所示，通过以从内侧下层部150的前端部151，向与第一引出端部111的半径方向内侧相邻的位置上升的方式延伸线圈导线，从而形成连接内侧下层部150和后述的内侧上层部170之间的第三连接部160。第三连接部160是在图7A及图7B中用灰色表示的部分。

(7)最后，如图8所示，通过以第三连接部160的前端部161为起点，到与外侧上层部110的前端部112的半径方向内侧相邻的位置，呈圆环状卷绕线圈导线，从而形成初级线圈11的半径方向内侧且为上侧的部分即内侧上层部170。该内侧上层部170被形成为具有与内侧下层部150相同的内径及外径。内侧上层部170的前端部为初级线圈11的第二引出端部171。内侧上层部170是图8中用灰色表示的部分。

通过以上的工序，能够制作图3所示的初级线圈11。在本实施方式中，所谓初级线圈11的外径，表示外侧上层部110及外侧下层部130的外径，所谓初级线圈11的内径，表示内侧下层部150及内侧上层部170的内径。

下面，返回图2继续说明。

初级线圈11的各端部(第一引出端部111及第二引出端部171)电气地以及机械地连接于变流器12。变流器12是在控制装置46的控制下，向初级线圈11供给高频电流的电流供给装置。即，在初级线圈11的第一引出端部111和第二引出端部171之间流动高频电流。

冷却环36是具有比主体部52的外径更大的内径的圆环状构件。在冷却环36内形成有内部空间36a。在冷却环36的内周面，在周向上彼此分开地形成有连通于内部空间36a的多个喷嘴36b。轴状体51呈同轴插入在冷却环36的半径方向内侧。在比初级线圈11更靠轴线C方向的另一侧D2配置冷却环36。

泵37经由送水管37a连结于冷却环36。泵37是在控制装置46的控制下，将水等的冷却液L经由送水管37a供给至冷却环36的内部空间36a内的冷却液供给装置。被供给至冷却环36的内部空间36a的冷却液L通过多个喷嘴36b，向轴状体51的外周面喷出，冷却轴状体51。

初级线圈11、变流器12、冷却环36、及泵37被固定于支承板39。支承板39上形成有小齿轮39a。支承板39上，安装有驱动小齿轮39a的电机40。

支承板39的小齿轮39a与齿条42啮合。驱动电机40时，小齿轮39a正转或逆转，因此支承板39相对于齿条42向上方或下方(即轴线C方向)移动。

此外，齿条42也可以是滚珠丝杠。此时，小齿轮39a也可以以夹着滚珠丝杠的方式配置多个。

具有上述小齿轮39a的支承板39、电机40、及齿条42是构成本发明的单轴致动器的一个示例的机械元件。即，由这些机械元件构成的单轴致动器被构成为，能够在以轴状体51穿过初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧的方式且相对于冷却环36在轴线C方向的一侧D1配置初级线圈11的方式支承初级线圈11及冷却环36的状态下，进行轴线C方向上的初级线圈11的定位。

虽然没有图示，但控制装置46具备运算电路以及存储器。存储器中存储有用于驱动运算电路的控制程序等。控制装置46被连接于变流器12、泵37、及电机40(单轴致动器的机械元件)，根据控制程序同步控制它们的动作。

〔移动淬火方法〕

接着，参照图9～图13针对使用如上述所构成的移动淬火装置1实现的移动淬火方法进行说明。本实施方式的移动淬火方法，作为基本的工艺，具有准备工艺(第一工序)和淬火工艺(第二工序)。

在准备工艺中，准备作为被加热体的轴状体51和具备上述结构的移动淬火装置1。然后，以轴状体51的轴线C相对于水平面为垂直的方式，通过上侧中间件8支承第一主体部52A的上侧(轴线C方向的一侧D1)的端面，同时通过下侧中间件7支承第二主体部52B的下侧(轴线C方向的另一侧D2)的端面(参照图2)。此时，轴线C方向的一侧D1(上侧)为初级线圈11及冷却环36的行进方向。

在淬火工艺中，首先，移动淬火装置1的控制装置46作为初始设定处理，进行用于使初级线圈11移动到预先设定在轴线C方向上的初始位置(移动开始位置)并使其等待的处理。

具体而言，如图9所示，控制装置46作为初始设定处理，控制所述单轴致动器的电机40，使得初级线圈11等待于移动开始位置，该移动开始位置被设定在与第二主体部52B的下端部对应的位置。该初级线圈11的移动开始位置也可以被设定在与第二主体部52B的下端部对应的位置。或者，初级线圈11的移动开始位置也可以被设定在从第二主体部52B的下端部进一步向轴线C方向的另一侧D2(下侧)，以比与初级线圈11的半径方向正交的方向的线圈宽度更短的距离分开的位置。换言之，在通过初级线圈11的移动(上升)能够感应加热整个轴状体51的位置设定移动开始位置即可。

如上所述，具备支承板39、电机40、齿条42的单轴致动器被构成为，能够在以轴状体51呈同轴穿过初级线圈11和冷却环36的半径方向内侧的方式且以相对于冷却环36在轴线C方向的一侧D1(上侧)配置初级线圈11的方式支承初级线圈11及冷却环36的状态下，进行轴线C方向上的初级线圈11的定位。因此，通过控制由这些机械元件构成的单轴致动器，能够在相对于冷却环36在上侧(行进方向侧)配置初级线圈11的状态下，使初级线圈11移动到移动开始位置并使其等待。

接着，在如上述的初始设定处理结束后，控制装置46控制单轴致动器的电机40，使得如图10所示，以初级线圈11从移动开始位置向轴线C方向的一侧D1(行进方向侧)移动(上升)。此时，在维持相对于冷却环36在上侧(行进方向侧)配置初级线圈11的状态下，冷却环36也与初级线圈11一起上升。在初级线圈11及冷却环36向行进方向移动的过程中，控制装置46同步控制变流器12、泵37及单轴致动器的电机40，使得向初级线圈11供给高频电流且向冷却环36供给冷却液L。

这样，同步控制变流器12、泵37及单轴致动器的电机40。由此，能够在相对于冷却环36将初级线圈11配置在行进方向侧的状态下，向初级线圈11供给高频电流且向冷却环36供给冷却液L的同时，以轴状体51(第二主体部52B)穿过初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧的方式使初级线圈11及冷却环36向行进方向上升。

通过初级线圈11接收高频电流的供给的同时沿轴线C方向上升，从而沿轴线C方向连续性地感应加热第二主体部52B，第二主体部52B的表面的金相组织相变为奥氏体相。此时，因为冷却环36也以接着初级线圈11的形式上升，所以在第二主体部52B被感应加热后，通过来自冷却环36的冷却液L的喷射，沿着轴线C方向连续性地冷却第二主体部52B。其结果，第二主体部52B的表面的金相组织由奥氏体相相变为硬质的马氏体相。通过这样的方式，伴随初级线圈11及冷却环36的上升，无缝地进行第二主体部52B的淬火。

初级线圈11穿过第二主体部52B后，接着，以轴状体51的小径部53穿过初级线圈11的半径方向内侧的形式，初级线圈11向行进方向侧继续上升。由此，接着第二主体部52B，沿着轴线C方向连续性地感应加热小径部53，小径部53的表面的金相组织相变为奥氏体相。此外，在加热小径部53时，初级线圈11与轴状体51的距离成为最大，因此控制装置46控制变流器12，使得增大初级线圈11中流动的高频电流的振幅值。

在初级线圈11穿过小径部53的过程中，冷却环36也以接着初级线圈11的形式上升。因此，在感应加热小径部53后，通过来自冷却环36的冷却液L的喷射，沿着轴线C方向连续性地冷却小径部53。其结果，小径部53的表面的金相组织由奥氏体相相变为硬质的马氏体相。通过这样的方式，随着初级线圈11及冷却环36的上升，接着第二主体部52B，无缝地进行小径部53的淬火。

图11示出初级线圈11到达与小径部53的下端部对应的位置的状态。附图标记55表示直径从第二主体部52B向小径部53开始变化的部位即角部。如图11所示，在初级线圈11到达与小径部53的下端部对应的位置时，能够使初级线圈11的下端部远离轴状体51的角部55。其结果，能够抑制磁通集中在角部55，因此能够抑制在角部55产生的过加热现象。

图12示出初级线圈11到达与小径部53的上端部对应的位置的状态。附图标记54表示直径从第一主体部52A向小径部53开始变化的部位即角部。如图12所示，在初级线圈11到达与小径部53的上端部对应的位置时，能够使初级线圈11的上端部从轴状体51的角部54远离。其结果，能够抑制磁通集中在角部54，因此还能够抑制在角部54产生的过加热现象。

初级线圈11穿过小径部53后，接着，以轴状体51的第一主体部52A穿过初级线圈11的半径方向内侧的形式，初级线圈11向行进方向持续上升。由此，接着小径部53，沿着轴线C方向连续性地感应加热第一主体部52A，第一主体部52A的表面的金相组织相变为奥氏体相。此外，在加热第一主体部52A时，初级线圈11与轴状体51的距离回到最小，因此控制装置46控制变流器12，使得初级线圈11中流动的高频电流的振幅值返回原来的值。

在初级线圈11穿过第一主体部52A的过程中，冷却环36也以接着初级线圈11的形式上升。因此，在刚感应加热第一主体部52A后，通过来自冷却环36的冷却液L喷射，沿着轴线C方向连续性地冷却第一主体部52A。其结果，第一主体部52A的表面的金相组织由奥氏体相相变为硬质的马氏体相。通过这样的方式，伴随初级线圈11及冷却环36的上升，接着小径部53，无缝地进行第一主体部52A的淬火。

然后，如图13所示，控制装置46控制单轴致动器的电机40，使得初级线圈11最终上升到移动停止位置且初级线圈11在该移动停止位置停止，该移动停止位置被设定在从第一主体部52A向轴线C方向的一侧D1分开的位置。此外，控制装置46将变流器12及泵37与单轴致动器一起同步控制，使得在初级线圈11超过第一主体部52A的上端时停止高频电流的供给，另一方面继续向冷却环36供给冷却液L直至初级线圈11停止在移动停止位置为止。

通过上述的工艺，在初级线圈11到达移动停止位置时，结束整个轴状体51的淬火。

如以上说明，根据本实施方式，通过使用具有特定的截面形状的初级线圈11，即使不使用次级线圈等，也能够抑制在轴状体51的角部54和角部55产生的过加热现象。即，根据本实施方式，能够提供一种以相对简单的结构使得具有外径沿轴线变化的形状的轴状体51的淬火成为可能的移动淬火装置1、以及通过该移动淬火装置1能够实现的移动淬火方法。

以上，针对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，轴状体51也可以不是被配置成轴线C沿着上下方向(铅直方向)，而是被配置成轴线C相对于上下方向倾斜。此时，初级线圈11及冷却环36相对于上下方向倾斜地移动。

轴状体51假设为铁路车辆用的车轴，但也可以是滚珠丝杠等其他轴状体。

〔解析结果〕

图14示出通过模拟解析使用具有一般的截面形状的初级线圈100(参照图1A)感应加热轴状体51时的轴状体51的表面温度分布的结果。此外，在图14中，仅图示轴状体51的纵剖视图中的相比于轴线C靠右半部分的解析结果。

在该模拟中，将主体部52(第一主体部52A、第二主体部52B)的外径设为198mm，将小径部53的外径(最小径)设为181mm。此外，将轴状体51的材质设定为碳钢。将初级线圈100中流动的高频电流的频率设定为1kHz。此外，加热小径部53时的频率和加热主体部52时的频率是相同的。

然后，通过在将高频电流供给至初级线圈100的同时，使初级线圈100从轴状体51的轴线C方向的另一侧D2(下侧)向一侧D1(上侧)移动，从而沿着轴线C方向连续性地感应加热轴状体51。图14示出为了通过移动淬火对轴状体51进行一定深度的淬火而进行必要的加热时的、轴状体51的表面温度分布的最高值的解析结果。

图15示出通过模拟解析使用本实施方式的初级线圈11(即，使用上述实施方式的移动淬火装置1)感应加热轴状体51时的轴状体51的表面温度分布的结果。在图15中，仅图示出轴状体51的纵剖视图中的相比于轴线C靠右半部分的解析结果。

在该模拟中，也将主体部52(第一主体部52A、第二主体部52B)的外径设定为198mm，将小径部53的外径(最小径)设定为181mm。此外，将轴状体51的材质设定为碳钢。将初级线圈11中流动的高频电流的频率设定为1kHz。

然后，通过将高频电流供给至初级线圈11的同时，使初级线圈11从轴状体51的轴线C方向的另一侧D2(下侧)向一侧D1(上侧)移动，从而沿着轴线C方向连续性地感应加热轴状体51。图15示出为了通过移动淬火对轴状体51进行一定深度的淬火而进行必要的加热时的、轴状体51的表面温度分布的分析结果。

如图14所示，弄清楚了在使用具有一般的截面形状的初级线圈100来感应加热轴状体51的情况下(比较例的情况下)，在小径部53中，从表面至约3.5mm深度的区域被加热至800℃以上，表面温度分布的最高值为1225℃。

另一方面，如图15所示，弄清楚了在使用本实施方式的初级线圈11(即，使用上述的实施方式的移动淬火装置1及移动淬火方法)来对轴状体51感应加热的情况下(本发明例的情况下)，在小径部53中，从表面至约4.8mm深度的区域被加热至800℃以上，表面温度分布的最高值为1215℃。

由以上的分析结果可以确认，与比较例相比，根据本发明例，能够在距表面更深的区域中以800℃以上的高温加热整个轴状体51，能够以相对简单的结构对轴状体51进行必要充分的加热及淬火。此外，可以确认，与比较例相比，根据本发明例，能够降低轴状体51的表面温度的最高值，抑制过加热现象。

〔初级线圈的变形例〕

在上述实施方式中，例示了在与初级线圈11的周向正交的平面内，将初级线圈11的半径方向作为横轴且将与该半径方向正交的方向作为纵轴时，上述平面中显现的初级线圈11的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现的情况。本发明的初级线圈的截面形状并不限定于此，也可以是，上述平面中显现的初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个(m及n均为2以上的整数)的矩阵状的形式显现。

例如，如图16A所示，上述平面中显现的初级线圈的剖面像也可以是以被分割成纵3个×横2个的矩阵状的形式显现。或者，如图16B所示，上述平面中显现的初级线圈的剖面像也可以是以被分割成纵2个×横3个的矩阵状的形式显现。或者，如图16C所示，上述平面中显现的初级线圈的剖面像也可以是以被分割成纵3个×横3个的矩阵状的形式显现。

[工业上的可利用性]

根据本发明，能够提供一种以相对简单的结构使得具有直径沿轴线变化的形状的轴状体的淬火成为可能的移动淬火装置、及通过该移动淬火装置能够实现的移动淬火方法。因此，工业上的可利用性大。

[附图标记说明]

1 移动淬火装置

11 初级线圈

12 变流器(电流供给装置)

36 冷却环

37 泵(冷却液供给装置)

39 支承板(单轴致动器的机械元件)

40 电机(单轴致动器的机械元件)

42 齿条(单轴致动器的机械元件)

46 控制装置

51 轴状体

52 主体部

53 小径部

Claims (6)

1.一种移动淬火装置，用于对轴状体进行移动淬火，所述轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部位且外径比所述主体部小的小径部，所述移动淬火装置的特征在于，

所述移动淬火装置具备：

初级线圈，具有比所述主体部的外径大的内径且具有圆环形状；

电流供给装置，向所述初级线圈供给高频电流；

单轴致动器，被构成为能够在以所述轴状体穿过所述初级线圈的半径方向内侧的方式支承所述初级线圈的状态下，定位所述轴线方向上的所述初级线圈；以及

控制装置，控制所述电流供给装置以及所述单轴致动器，

在与所述初级线圈的周向正交的平面内，将所述初级线圈的半径方向作为横轴且将与所述半径方向正交的方向作为纵轴时，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个的矩阵状的形式显现，其中，m及n均为2以上的整数。

2.根据权利要求1所述的移动淬火装置，其特征在于，

所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

3.根据权利要求1或2所述的移动淬火装置，其特征在于，还具备：

冷却环，具有比所述主体部的外径大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面；以及

冷却液供给装置，向所述冷却环供给冷却液，

所述单轴致动器被构成为，能够在以所述轴状体穿过所述初级线圈及所述冷却环的半径方向内侧的方式且相对于所述冷却环在所述轴线方向的一侧配置所述初级线圈的方式支承所述初级线圈及所述冷却环的状态下，定位所述轴线方向上的所述初级线圈，

所述控制装置同步控制所述单轴致动器、所述电流供给装置及所述冷却液供给装置，使得向所述初级线圈供给所述高频电流且向所述冷却环供给所述冷却液的同时，所述初级线圈和所述冷却环从所述轴线方向的另一侧向所述一侧移动。

4.一种移动淬火方法，用于对轴状体进行移动淬火，所述轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部位且外径比所述主体部小的小径部，所述移动淬火方法的特征在于，具有：

第一工序，准备初级线圈，该初级线圈具有比所述主体部的外径大的内径且具有圆环形状；以及

第二工序，向所述初级线圈供给高频电流的同时，以所述轴状体穿过所述初级线圈的半径方向内侧的方式使所述初级线圈沿所述轴线方向移动，

在与所述初级线圈的周向正交的平面内，将所述初级线圈的半径方向作为横轴且将与所述半径方向正交的方向作为纵轴时，所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵m个×横n个的矩阵状的形式显现，其中，m及n均为2以上的整数。

5.根据权利要求4所述的移动淬火方法，其特征在于，

所述平面中显现的所述初级线圈的剖面像以被分割成纵2个×横2个的矩阵状的形式显现。

6.根据权利要求4或5所述的移动淬火方法，其特征在于，

在所述第一工序中，除所述初级线圈之外，还准备冷却环，该冷却环具有比所述主体部的外径大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面，

在所述第二工序中，在相对于所述冷却环在所述轴线方向的一侧配置所述初级线圈的状态下，向所述初级线圈供给所述高频电流且向所述冷却环供给冷却液的同时，使所述初级线圈及所述冷却环从所述轴线方向的另一侧向所述一侧移动，使得所述轴状体穿过所述初级线圈及所述冷却环的半径方向内侧。

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