CN114072529B - 移动淬火装置及移动淬火方法 - Google Patents

Abstract

该移动淬火装置包括初级线圈、次级线圈、单轴驱动器、多轴驱动器、以及控制装置。所述控制装置对单轴驱动器及多轴驱动器进行控制，使得至少在小径部的两端间所包含的轴线方向的特定区间中，在多个次级线圈被围绕小径部的轴线圆环状地相对于初级线圈形成于轴线方向的一侧的位置，且多个次级线圈将与初级线圈之间的轴线方向上的空隙维持一定的状态下，多个次级线圈及初级线圈向轴线方向的一侧移动。

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7月9日于日本国申请的特愿2019-127495号来主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

以往，通过感应加热来对轴状体进行移动淬火，从而提高轴状体的疲劳强度。此处所说的所谓移动淬火，意味着一边使线圈构件等相对于轴状体沿轴状体的轴线方向移动一边进行淬火。

在感应加热中，向被形成为环状的初级线圈构件内插入轴状体，并使高频电流流过初级线圈构件，通过感应加热来加热轴状体。在感应加热中，轴状体与初级线圈构件的距离越短，轴状体就越会被以高温加热。因此，会存在如下这样的问题：在轴状体包括主体部、以及被设置于主体部且外径比主体部更小的小径部的情况下，与主体部相比，小径部难以被加热。

针对该问题，提出了一种移动淬火装置，其在初级线圈构件的内侧包括次级线圈构件，该次级线圈构件具有比初级线圈构件的内径更小的外径(例如参照下述专利文献1～3)。次级线圈构件被形成为“O”字形或“C”字形。在使用被提出的次级线圈的装置中，轴状体与接近轴状体的线圈构件的距离在主体部和小径部中几乎不变，因此能够将主体部与小径部同等地加热。

在这些移动淬火装置中，多个线圈构件被配置为同心圆状，因此轴状体与接近轴状体的线圈构件的距离在周向的各位置处会变得均匀。因为能够使用使匝数增多的电流效率较佳的线圈构件，所以能够以较少的电流均匀地、有效地加热轴状体。

先行技术文献

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：日本特开2015-108188号公报

专利文献3：日本特开2000-87134号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在像上述现有技术那样，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而相对移动期间(即，移动淬火中)，无法将次级线圈自由地配置于初级线圈与轴状体(尤其是小径部)之间的空隙或将其取出。为了将其实现，需要将复杂的机构导入到移动淬火装置中，因此会招致开发成本等的増加。

因此，以往，一直需要开发能够以比较简易的构成来将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够以比较简易的构成来将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置、以及一种可通过该移动淬火装置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问题以达成上述目的，采用以下手段。

(1)本发明的一个方案的移动淬火装置为一种用于对轴状体进行移动淬火的移动淬火装置，该轴状体具有主体部、以及被设置于所述主体部的轴线方向的中间部且直径比所述主体部更小的小径部；该移动淬火装置包括：初级线圈，其具有比所述主体部的外径更大的内径且具有圆环形状，多个次级线圈，其具有比所述小径部的外径更大的内径且具有圆弧形状，单轴驱动器，其被构成为能够在以所述轴状体从所述初级线圈的半径方向内侧通过的方式支撑所述初级线圈的状态下进行所述轴线方向上的所述初级线圈的定位，多轴驱动器，其被构成为能够在以所述次级线圈的中心轴分别与所述轴线方向平行的方式分别单独地支撑所述次级线圈的状态下，分别单独地进行包含所述轴线方向及所述轴状体的径向的正交坐标系中的所述次级线圈的定位，以及控制装置，其对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制。

在该移动淬火装置中，所述控制装置对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制，使得至少在所述小径部的两端间所包含的所述轴线方向的特定区间中，在所述多个次级线圈被围绕所述小径部的轴线圆环状地相对于所述初级线圈形成于所述轴线方向的一侧的位置、且所述多个次级线圈将与所述初级线圈之间的所述轴线方向上的空隙维持一定的状态下，所述多个次级线圈及所述初级线圈向所述轴线方向的所述一侧移动。

(2)也可以是，在上述(1)所述的移动淬火装置中，所述控制装置在对所述多轴驱动器进行控制，使得在所述多个次级线圈到达所述特定区间的所述一侧的端部时，被形成为圆环状的所述多个次级线圈分别向所述主体部的径向外侧退避，此后，所述控制装置对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制，使得在所述轴线方向上的所述多个次级线圈与所述初级线圈之间的空隙被维持一定的状态下，所述多个次级线圈及所述初级线圈移动到移动停止位置为止，该移动停止位置被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的所述一侧离开的位置。

(3)也可以是，在上述(1)或(2)所述的移动淬火装置中，所述控制装置作为初始设定处理，对所述单轴驱动器进行控制，使得所述初级线圈在被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的另一侧离开的位置的移动开始位置处等待，并且对所述多轴驱动器进行控制，使得在所述特定区间中被形成为圆环状且所述多个次级线圈在所述特定区间的所述另一侧的端部处等待，此后，对所述单轴驱动器进行控制，使得所述初级线圈从所述移动开始位置向所述特定区间移动。

(4)也可以是，上述(1)～(3)的任意一项所述的移动淬火装置还包括：冷却环，其具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面；冷却液供给装置，其向所述冷却环供给冷却液；以及电流供给装置，其向所述初级线圈供给高频电流。

也可以是，在该情况下，所述单轴驱动器被构成为能够以如下状态来进行所述轴线方向上的所述初级线圈的定位，即以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径向内侧通过的方式，且以所述初级线圈相对于所述冷却环被配置于所述轴线方向的所述一侧的方式，支撑所述初级线圈及所述冷却环的状态。

此外，也可以是，所述控制装置对所述单轴驱动器、所述冷却液供给装置及所述电流供给装置进行同步控制，使得在所述初级线圈及所述冷却环的移动中，所述高频电流被供给到所述初级线圈且所述冷却液被供给到所述冷却环。

(5)本发明的一个方案的移动淬火方法为一种用于对轴状体进行移动淬火的移动淬火方法，该轴状体具有主体部、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更小的小径部；该移动淬火方法具有：第1工序，准备出初级线圈和多个次级线圈，该初级线圈具有比所述主体部的外径更大的内径且具有圆环形状，该多个次级线圈具有比所述小径部的外径更大的内径且具有圆弧形状；以及第2工序，一边向所述初级线圈供给高频电流，一边以所述轴状体从所述初级线圈的半径方向内侧通过的方式使所述初级线圈向所述轴线方向的一侧移动。

在所述第2工序中，至少在所述小径部的两端间所包含的所述轴线方向的特定区间中，在将所述多个次级线圈围绕所述小径部的轴线圆环状地相对于所述初级线圈形成于所述轴线方向的所述一侧的位置、且所述多个次级线圈将与所述初级线圈之间的所述轴线方向上的空隙维持一定的状态下，使所述多个次级线圈及所述初级线圈向所述轴线方向的所述一侧移动。

(6)也可以是，在上述(5)所述的移动淬火方法的所述第2工序中，在所述多个次级线圈到达所述特定区间的所述一侧的端部时，使被形成为圆环状的所述多个次级线圈分别向所述主体部的径向外侧退避，此后，在将所述轴线方向上的所述多个次级线圈与所述初级线圈之间的空隙维持一定的状态下，使所述多个次级线圈及所述初级线圈移动到移动停止位置为止，该移动停止位置被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的所述一侧离开的位置。

(7)也可以是，在上述(5)或(6)所述的移动淬火方法的所述第2工序中，作为初始设定处理，使所述初级线圈在被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的另一侧离开的位置的移动开始位置处等待，并且在所述特定区间中形成为圆环状且在所述特定区间的所述另一侧的端部处使所述多个次级线圈等待后，使所述初级线圈从所述移动开始位置向所述特定区间移动。

(8)也可以是，在上述(5)～(7)的任意一项所述的移动淬火方法的所述第1工序中，除了所述初级线圈及所述次级线圈以外，还准备出冷却环，该冷却环具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面。也可以是，在该情况下的所述第2工序中，在将所述初级线圈相对于所述冷却环配置在所述轴线方向的所述一侧的状态下，一边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，一边以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径方向内侧通过的方式使所述初级线圈及所述冷却环向所述轴线方向的所述一侧移动。

发明效果

根据本发明的上述各方案，可提供一种能够以比较简易的构成，在具有主体部、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更小的小径部的轴状体的加热时，将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置、以及一种可通过该移动淬火装置实现的移动淬火方法。

附图说明

图1是示意性地表示在本发明的一个实施方式中被用作次级线圈的一对具有圆弧形状的次级线圈的立体图。

图2是将该实施方式的移动淬火装置的一部分切断并示意性地示出的侧视图。

图3是图2中的IV－IV线向视剖视图。

图4是与同实施方式的移动淬火方法有关的第1说明图。

图5是与同实施方式的移动淬火方法有关的第2说明图。

图6是与同实施方式的移动淬火方法有关的第3说明图。

图7是与同实施方式的移动淬火方法有关的第4说明图。

图8是与同实施方式的移动淬火方法有关的第5说明图。

图9是与同实施方式的移动淬火方法有关的第6说明图。

图10是表示通过仿真来对不使用次级线圈，仅使用初级线圈对轴状体进行感应加热的情况下(比较例的情况下)的轴状体的表面温度分布进行分析的结果的图。

图11是表示通过仿真来对使用圆弧型次级线圈和初级线圈对轴状体进行感应加热的情况下(本发明例的情况下)的轴状体的表面温度分布进行分析的结果的图。

具体实施方式

本申请的发明人以使用加热效率较佳的次级线圈的方法为基础，专心研究了对具有各种外半径或台阶的轴状体进行移动淬火的方法。

次级线圈的优点在于：由于在其周向存在缺损部，因而次级线圈中所产生的涡电流不会沿周向闭合，而会从次级线圈的外周面绕入到内周面，并能够通过绕入到其内周面的涡电流来对轴状体的表面进行感应加热。另一方面，在像以往那样使用被形成为“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而相对移动期间(即移动淬火中)，无法在初级线圈与轴状体之间的空隙自由地配置次级线圈或将其取出。

因此，本申请的发明人们提出了如下方法：如图1所示，预先准备出多个具有比轴状体的小径部的外径更大的内径R10且具有圆弧形状的次级线圈100，并在对轴状体的小径部进行感应加热时，将这些次级线圈100围绕小径部的轴线来配置。根据该方法，因为在将多个次级线圈100视为一体的环形线圈时，在其周向形成有多个缺损部110，所以能够保持着通过绕入到各次级线圈100的内周面的涡电流来对轴状体的表面进行感应加热这样的功能地，在移动淬火中，将次级线圈100自由地配置于初级线圈与轴状体(小径部)之间的空隙或将其取出。

在图1中，作为一例，图示了使用2个(一对)次级线圈100的情况，因此也形成了2个缺损部110。然而，次级线圈100的数量不限于2个，3个也好，4个也好，准备出所需的数量即可。另外，在图1中，附图标记C10指示各次级线圈100的中心轴。

如上所述，通过利用具有圆弧形状的次级线圈100，从而将次级线圈100自由地配置于初级线圈与轴状体(小径部)之间的空隙或将其取出在理论上是可能的，但为了将其实现，需要将非常复杂的机械机构导入到移动淬火装置中，其开发成本及运转成本会是巨大的。

因此，本申请的发明人对能够以比较简易的构成来将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置进行了专心研究。结果发现：能够通过采用在将圆弧型次级线圈相对于初级线圈配置于行进方向侧的邻近位置，并将轴状体的轴线方向上的初级线圈与圆弧型次级线圈之间的空隙维持一定的状态下，使两线圈向行进方向侧移动的方法，从而实现能够以比较简易的构成来将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置。

本发明基于上述认识而完成，以下，针对本发明的一个实施方式，参照附图详细进行说明。

〔移动淬火装置〕

参照图2及图3，针对本发明的一个实施方式的移动淬火装置1进行说明。图2是将本实施方式的移动淬火装置1的一部分切断并示意性地示出的侧视图。图3是图2中的IV－IV线向视剖视图。如图2及图3所示，移动淬火装置1为用于用高频电流对铁路车辆用的车轴等轴状体51进行移动淬火的装置。

首先，针对轴状体51进行说明。轴状体51包括：主体部52；以及小径部53，其被设置于主体部52的轴线C方向的中间部。主体部52及小径部53分别被形成为圆柱状，小径部53的轴线与主体部52的轴线C一致。

以下，将主体部52中的、相对于小径部53而被配置于轴线C方向的一侧D1的部分称为第1主体部52A。将相对于小径部53而被配置于轴线C方向的另一侧D2的部分称为第2主体部52B。

第1主体部52A、小径部53及第2主体部52B分别被形成为圆柱状，并被配置在共通的轴线C上。小径部53的外径分别比第1主体部52A及第2主体部52B的外径更小。

轴状体51由铁素体相的碳素钢、含有95重量％以上铁(Fe)的低合金钢等具有导电性的材料形成。

移动淬火装置1包括：支撑构件6、初级线圈11、电流互感器12(电流供给装置)、一对(2个)次级线圈16A、16B、多轴驱动器(19A、19B、23A、23B)、冷却环36、泵37(冷却液供给装置)、单轴驱动器(39、40、42)、以及控制装置46。

如图2所示，支撑构件6包括下方顶尖7和上方顶尖8。下方顶尖7从第2主体部52B的下方支撑轴状体51的第2主体部52B。上方顶尖8从第1主体部52A的上方支撑轴状体51的第1主体部52A。上方顶尖7及下方顶尖8的轴线C沿着上下方向，以轴线C方向的一侧D1为上方且另一侧D2为下方的方式支撑轴状体51。

初级线圈11为具有圆环形状的线圈，由被卷绕为螺旋状的线圈的线材形成。初级线圈11的内径比第1主体部52A及第2主体部52B的外径更大。在初级线圈11的半径方向内侧，插入有轴状体51。初级线圈11的各端部被电连接及机械连接于电流互感器12。电流互感器12为在控制装置46的控制下，向初级线圈11供给高频电流的电流供给装置。

如图3所示，次级线圈16A、16B在沿轴线C方向观察的俯视下，具有圆弧形状。次级线圈16A、16B被沿轴状体51的周向(以下，简称为周向)彼此分离地并排配置。该周向与初级线圈11的周向等一致。在本实施方式中，如图2所示，次级线圈16A、16B的轴线C方向的长度比轴状体51的小径部53的轴线C方向的长度短得多。

另外，在本实施方式中，例示了使用2个(一对)次级线圈16A、16B的情况，但圆弧型次级线圈的数量不限于2个，3个也好，4个也好，准备出所需的数量即可。

如图3所示，与次级线圈16A、16B的与轴线C相对的各外表面相接的内接圆的直径R1(即次级线圈16A、16B的内径R1)大于轴状体51的小径部53的外径。次级线圈16A、16B的内径R1优选小于第1主体部52A及第2主体部52B的外径。在图3中，图示为与次级线圈16A、16B的与轴线C的相反侧的各外表面相接的外接圆的直径R2(即次级线圈16A、16B的外径R2)小于初级线圈11的内径，但次级线圈16A、16B的外径R2不被限定于此，也可以大于初级线圈11的内径。

如图2及图3所示，在次级线圈16A、16B上固定有第1支撑部19A、19B。

第1支撑部19A包括：第1支撑片20A，其从次级线圈16A向轴线C方向的一侧D1延伸；以及第1连结片21A，其从第1支撑片20A向轴状体51的径向外侧延伸。第1支撑片20A被配置于次级线圈16A的周向上的中央部。优选将第1支撑片20A安装于次级线圈16A的径向外侧的端部且比第1主体部52A及第2主体部52B靠径向外侧的位置，以避免第1支撑片20A与第1主体部52A及第2主体部52B的干扰。第1连结片21A从第1支撑片20A中的固定有次级线圈16A的端部的相反的端部向径向外侧延伸。

与第1支撑部19A同样，第1支撑部19B包括第1支撑片20B、以及第1连结片21B。第1连结片21A、21B被配置在同一直线上。第1支撑部19A、19B例如通过将具有电绝缘性的棒状构件弯折的方式来形成。

如图2及图3所示，在第1连结片21A、21B上分别连接有第1移动部23A、23B。第1移动部23A、23B例如包括未图示的3轴工作台及驱动电机，能够介由第1支撑部19A、19B而使次级线圈16A、16B在上下方向(轴线C方向)及沿着水平面(与轴线C正交的平面)的方向上移动。

上述第1支撑部19A、19B和第1移动部23A、23B为构成本发明的多轴驱动器的机械要素。即，由这些机械要素构成的多轴驱动器被构成为能够在以次级线圈16A、16B的中心轴分别与轴线C方向平行的方式分别单独地支撑次级线圈16A、16B的状态下，分别单独地进行包含轴线C方向及轴状体51的径向的正交坐标系中的次级线圈16A、16B的定位。

如图2所示，冷却环36为具有比主体部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，沿周向彼此分离地形成有与内部空间36a连通的多个喷嘴36b。在冷却环36的半径方向内侧，插入有轴状体51。冷却环36被配置于比初级线圈11靠轴线C方向的另一侧D2。

在冷却环36上介由送水管37a而连结有泵37。泵37为在控制装置46的控制下，将水等冷却液L介由送水管37a供给到冷却环36的内部空间36a内的冷却液供给装置。被供给到冷却环36的内部空间36a的冷却液L通过多个喷嘴36b来向轴状体51的外周面喷出，对轴状体51进行冷却。

如图2所示，初级线圈11、电流互感器12、冷却环36及泵37被固定于支板39。在支板3上形成有小齿轮39a。在支板39上安装有驱动小齿轮39a的电机40。

支板39的小齿轮39a与齿条42啮合。当驱动电机40时，小齿轮39a会正转或反转，因此支板39会相对于齿条42而向上方或下方(即，轴线C方向)移动。

另外，齿条42也可以为滚珠丝杠。在该情况下，小齿轮39a也可以被夹着滚珠丝杠地配置多个。

具有上述小齿轮39a的支板39、电机40、以及齿条42为构成本发明的单轴驱动器的机械要素。即，由这些机械要素构成的单轴驱动器被构成为能够在以轴状体51从初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧通过的方式且初级线圈11相对于冷却环36被配置于轴线C方向的一侧D1的方式支撑初级线圈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。

虽未图示，但控制装置46包括运算电路和存储器。在存储器中，存储有用于驱动运算电路的控制程序等。

控制装置46被连接于电流互感器12、第1移动部23A、23B(多轴驱动器的机械要素)、泵37及电机40(单轴驱动器的机械要素)，并按照控制程序来同步控制它们的动作。

〔移动淬火方法〕

接着，针对用被如上所述地构成的移动淬火装置1实现的移动淬火方法，参照图4～图9进行说明。作为基本的工艺，本实施方式的移动淬火方法具有准备工艺(第1工序)和淬火工艺(第2工序)。

在准备工艺中，准备出作为被加热体的轴状体51和具备上述构成的移动淬火装置1，以轴状体51的轴线C相对于水平面而垂直的方式，通过上方顶尖8来支撑第1主体部52A的上方侧(轴线C方向的一侧D1)的端部面，并且通过下方顶尖7来支撑第2主体部52B的下方侧(轴线C方向的另一侧D2)的端部面(参照图2)。在该情况下，轴线C方向的一侧D1(上方侧)会成为初级线圈11及冷却环36的行进方向。

在淬火工艺中，首先，作为初始设定处理，移动淬火装置1的控制装置46进行用于使初级线圈11与次级线圈16A、16B移动到分别预先设定的初始位置并等待的处理。

具体而言，如图4所示，作为初始设定处理，控制装置46对多轴驱动器的第1移动部23A、23B进行控制，使得在小径部53的两端间所包含的轴线C方向的特定区间W中，2个次级线圈16A、16B被围绕小径部53的轴线圆环状地(参照图1及图3)形成，且该多个次级线圈16A、16B在被设定于特定区间W的下方侧的端部的初始位置处等待。

如上所述，包括第1支撑部19A、19B、以及第1移动部23A、23B的多轴驱动器被构成为能够在以次级线圈16A、16B的中心轴分别与轴线C方向平行的方式分别单独地支撑次级线圈16A、16B的状态下，分别单独地进行包含轴线C方向及轴状体51的径向的正交坐标系中的次级线圈16A、16B的定位。因此，通过对由这些机械要素构成的多轴驱动器进行控制，从而能够如上所述地将多个次级线圈16A、16B容易地形成为圆环状，并能够使该多个次级线圈16A、16B移动到初始位置并等待。

此外，如图4所示，作为初始设定处理，控制装置46对单轴驱动器的电机40进行控制，使得初级线圈11在被设定于从特定区间W向轴线方向C的另一侧D2离开的位置的移动开始位置处等待。该初级线圈11的移动开始位置如图4所示，既可以被设定于与第2主体部52B的下端部对应的位置，或者也可以被设定于从第2主体部52B的下端部进一步向轴线C方向的另一侧D2离开比与初级线圈11的半径方向正交的方向的线圈宽度更短的距离的位置。换言之，移动开始位置被设定在可通过初级线圈11的移动(上升)来对整个第2主体部52B进行感应加热的位置即可。

如上所述，包括支板39、电机40及齿条42的单轴驱动器被构成为能够在以轴状体51从初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧通过的方式且初级线圈11相对于冷却环36被配置于轴线C方向的一侧D1(上方侧)的方式支撑初级线圈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，通过对由这些机械要素构成的多轴驱动器进行控制，从而能够以初级线圈11相对于冷却环36被配置在上方侧(行进方向侧)的状态来使初级线圈11移动到移动开始位置并等待。

接着，控制装置46在如上所述的初始设定处理结束后，如图5所示，对单轴驱动器的电机40进行控制，使得初级线圈11从移动开始位置向特定区间W移动(上升)。此时，在维持着初级线圈11相对于冷却环36被配置在上方侧(行进方向侧)的状态下，冷却环36也与初级线圈11一同上升。控制装置46对电流互感器12、泵37及单轴驱动器的电机40进行同步控制，使得在初级线圈11及冷却环36向行进方向侧移动期间，高频电流被供给到初级线圈11且冷却液L被供给到冷却环36。

如此，通过对电流互感器12、泵37及单轴驱动器的电机40进行同步控制，从而能够在将初级线圈11相对于冷却环36配置在行进方向侧的状态下，一边向初级线圈11供给高频电流且向冷却环36供给冷却液L，一边以轴状体51(第2主体部52B)从初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧通过的方式使初级线圈11及冷却环36向行进方向侧上升。

通过初级线圈11一边接受高频电流的供给一边沿轴线C方向上升，从而第2主体部52B被沿轴线C方向连续地感应加热，第2主体部52B的表面的金属组织相变为奥氏体相。此时，因为冷却环36也以跟随初级线圈11的形式上升，所以在第2主体部52B刚被感应加热后，第2主体部52B会由于来自冷却环36的冷却液L的喷射而沿轴线C方向连续地冷却。结果，第2主体部52B的表面的金属组织会从奥氏体相相变为硬质的马氏体相。通过这样去做，伴随初级线圈11及冷却环36的上升，第2主体部52B的淬火会被无缝地进行。

接着，在初级线圈11到达特定区间W的邻近位置(即多个次级线圈16A、16B的邻近位置)后，如图6所示，控制装置46对多轴驱动器的第1移动部23A、23B和单轴驱动器的电机40进行同步控制，使得在多个次级线圈16A、16B相对于初级线圈11被形成于行进方向侧的位置且轴线C方向上的多个次级线圈16A、16B与初级线圈11之间的空隙g被维持一定的状态下，多个次级线圈16A、16B及初级线圈11向轴线C方向的一侧D1(行进方向侧)移动(上升)。

另外，控制装置46对电流互感器12及泵37与单轴驱动器及多轴驱动器一同地进行同步控制，使得高频电流被继续供给到初级线圈11且冷却液L被供给到冷却环36。

通过像这样对各装置进行同步控制，从而能够在从行进方向侧看去，在将多个次级线圈16A、16B、初级线圈11及冷却环36以该顺序相对于轴状体51配置且将多个次级线圈16A、16B与初级线圈11之间的空隙g维持一定的状态下，一边向初级线圈11供给高频电流且向冷却环36供给冷却液L，一边以轴状体51(小径部53)从多个次级线圈16A、16B、初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧通过的方式，使多个次级线圈16A、16B、初级线圈11及冷却环36向行进方向侧上升。

如上所述，在多个次级线圈16A、16B与初级线圈11之间的空隙g被维持一定的状态下，在两线圈在特定区间W内向行进方向侧移动时，小径部53会被初级线圈11直接感应加热，并且也会被多个次级线圈16A、16B感应加热。具体而言，如图3所示，当电流沿初级线圈11的方向E1流动时，方向E2、E3的涡电流会因电磁感应而流过次级线圈16A、16B的外表面，进而方向E4的涡电流会流过小径部53的外表面。结果，小径部53会被初级线圈11及多个次级线圈16A、16B沿轴线C方向连续地感应加热。

为了通过初级线圈11的电磁感应来使多个次级线圈16A、16B有效地生成涡电流，优选使多个次级线圈16A、16B与初级线圈11之间的空隙g的大小(长度)尽可能地小。换言之，优选使多个次级线圈16A、16B与初级线圈11尽可能地接近。

接着，如图7所示，在多个次级线圈16A、16B到达特定区间W的上方侧的端部时，控制装置46对多轴驱动器的第1移动部23A、23B进行控制，使得被形成为圆环状的次级线圈16A、16B分别向主体部52的径向外侧退避。

如此，通过在多个次级线圈16A、16B到达特定区间W的上方侧的端部时，使被形成为圆环状的次级线圈16A、16B分别向主体部52的径向外侧退避，从而能够防止在使次级线圈16A、16B向比特定区间W靠轴线C方向的一侧D1(上方侧)上升时，次级线圈16A、16B与主体部52(第1主体部52A)碰撞的情况。

在使次级线圈16A、16B分别向主体部52的径向外侧退避后，如图8所示，控制装置46对多轴驱动器的第1移动部23A、23B与单轴驱动器的电机40进行同步控制，使得在次级线圈16A、16B与初级线圈1之间的空隙g被维持一定的状态下，次级线圈16A、16B及初级线圈11再次向行进方向侧上升。

然后，如图9所示，控制装置46对多轴驱动器的第1移动部23A、23B与单轴驱动器的电机40进行同步控制，使得最终，次级线圈16A、16B及初级线圈11移动到被设定于从特定区间W向轴线C方向的一侧D1离开的位置的移动停止位置为止。

另外，控制装置46对电流互感器12及泵37与单轴驱动器及多轴驱动器一同地进行同步控制，使得在初级线圈11超过第1主体部52A的上端时，停止高频电流的供给，而到初级线圈11从特定区间W移动到移动停止位置为止，继续向冷却环36供给冷却液L。

像这样，通过对各装置进行同步控制，从而能够在将次级线圈16A、16B与初级线圈11之间的空隙g维持一定的状态下，一边向初级线圈11供给高频电流且向冷却环36供给冷却液L，一边以轴状体51(第1主体部52A)从次级线圈16A、16B、初级线圈11及冷却环36的半径方向内侧通过的方式，使次级线圈16A、16B、初级线圈11及冷却环36从特定区间W上升到移动停止位置为止。

如图9所示，移动停止位置被设定于从第1主体部52A的上端部进一步向轴线C方向的一侧D1离开的位置。换言之，移动停止位置需要被设定在可通过初级线圈11及冷却环36的移动(上升)来对整个第1主体部52A进行感应加热及冷却的位置。

如图9所示，在次级线圈16A、16B、初级线圈11上升到移动停止位置为止的过程中，小径部53及第1主体部52A被沿轴线C方向连续地感应加热，小径部53及第1主体部52A的表面的金属组织相变为奥氏体相。此时，因为冷却环36也以接续初级线圈11的形式上升，所以在小径部53及第1主体部52A刚被感应加热后，小径部53及第1主体部52A由于来自冷却环36的冷却液L的喷射而沿轴线C方向连续地冷却。结果，小径部53及第1主体部52A的表面的金属组织会从奥氏体相相变为硬质的马氏体相。

通过以上这样的工艺，在次级线圈16A、16B、初级线圈11到达移动停止位置时，整个轴状体51的淬火会完成。

如以上说明的那样，根据本实施方式，不采用将次级线圈16A、16B配置于初级线圈11与轴状体51(小径部53)之间的空隙或将其取出的构成，而是通过采用在将次级线圈16A、16B相对于初级线圈11配置在行进方向侧的邻近位置，并将轴线C方向上的初级线圈11与次级线圈16A、16B(被形成为圆环状的线圈)之间的空隙g维持一定的状态下，使两线圈向行进方向侧移动的方法，从而可提供一种能够以比较简易的构成来将次级线圈16A、16B利用于轴状体51的加热的移动淬火装置1、以及可通过该移动淬火装置1来实现的移动淬火方法。

以上，针对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不被限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，轴状体51也可以不以轴线C沿上下方向(铅垂方向)的方式配置，也可以以轴线C相对于上下方向而倾斜的方式配置。在该情况下，初级线圈11及冷却环36会相对于上下方向倾斜地移动。

轴状体51为铁路车辆用的车轴，但也可以为滚珠丝杠等其他轴状体。

〔分析结果〕

图10表示通过仿真来对不使用次级线圈16A、16B，仅使用初级线圈11来对轴状体51进行感应加热的情况下的轴状体51的表面温度分布进行分析的结果。另外，在图10中，仅图示了轴状体51的纵剖视图的右半部分的分析结果。

在该仿真中，将主体部52(第1主体部52A、第2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。将流过初级线圈11的高频电流的频率设为1kHz。

然后，通过一边使高频电流供给到初级线圈11，一边使初级线圈11从轴状体51的轴线C方向的另一侧D2(下方侧)向一侧D1(上方侧)移动，从而沿轴线C方向对轴状体51连续地进行感应加热。图10表示在通过移动淬火来进行对轴状体51进行一定深度的淬火所需的加热时，轴状体51的表面温度分布的最高值的分析结果。

图11表示通过仿真来对使用具有圆弧形状的次级线圈16A、16B和初级线圈11(即，使用上述实施方式的移动淬火装置1)来对轴状体51进行感应加热的情况下的轴状体51的表面温度分布进行分析的结果。在图11中，仅图示了轴状体51的纵剖视图的右半部分的分析结果。因此，仅图示了次级线圈16A、16B中的次级线圈16A。

在该仿真中，也将主体部52(第1主体部52A、第2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。将流过初级线圈11的高频电流的频率设为1kHz。然后，通过一边使高频电流供给到初级线圈11，一边使初级线圈11从轴状体51的轴线C方向的另一侧D2(下方侧)向一侧D1(上方侧)移动，从而沿轴线C方向对轴状体51连续地进行感应加热。此时，也按照在上述实施方式中说明的移动淬火方法控制了次级线圈16A的位置。图11表示在通过移动淬火来进行对轴状体51进行一定深度的淬火所需的加热时，轴状体51的表面温度分布的最高值的分析结果。

如图10所示，在不使用次级线圈16A、16B，仅使用初级线圈11来对轴状体51进行感应加热的情况下(比较例的情况下)，判明了在小径部53中，到距表面约3.5mm的深度区域为止以800℃以上进行加热，表面温度分布的最高值为1225℃。

另一方面，如图11所示，在使用次级线圈16A、16B和初级线圈11(即，使用上述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进行感应加热的情况下(本发明例的情况下)，判明了在小径部53中，到距表面约4.2mm的深度区域为止以800℃以上进行加热，表面温度分布的最高值为与图10的比较例同等的1232℃。

根据以上这样的分析结果，确认了：与比较例相比，根据本发明例，能够遍及整个轴状体51地在距表面更深的区域中以800℃以上的高温进行加热，并能够以比较简易的构成来对轴状体51必要且充分地进行加热及淬火。

工业可利用性

根据本发明，可提供一种能够以比较简易的构成，在加热具有主体部、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更小的小径部的轴状体时，将次级线圈利用于轴状体的加热的移动淬火装置、以及一种可通过该移动淬火装置实现的移动淬火方法。因此，工业可利用性较大。

附图标记说明

1 移动淬火装置

11 初级线圈

16A、16B 次级线圈

12 电流互感器(电流供给装置)

19A、19B 第1支撑部(多轴驱动器的机械要素)

23A、23B 第1移动部(多轴驱动器的机械要素)

36 冷却环

37 泵(冷却液供给装置)

39 支撑板(单轴驱动器的机械要素)

40 电机(单轴驱动器的机械要素)

42 齿条(单轴驱动器的机械要素)

46 控制装置

51 轴状体

52 主体部

53 小径部

Claims (10)

1.一种移动淬火装置，其用于对轴状体进行移动淬火，该轴状体具有主体部、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更小的小径部；

该移动淬火装置的特征在于，包括：

初级线圈，其具有比所述主体部的外径更大的内径且具有圆环形状，

多个次级线圈，其具有比所述小径部的外径更大的内径且具有圆弧形状，

单轴驱动器，其被构成为能够在以所述轴状体从所述初级线圈的半径方向内侧通过的方式支撑所述初级线圈的状态下，进行所述轴线方向上的所述初级线圈的定位，

多轴驱动器，其被构成为能够在以所述次级线圈的中心轴分别与所述轴线方向平行的方式分别单独地支撑所述次级线圈的状态下，分别单独地进行包含所述轴线方向及所述轴状体的径向的正交坐标系中的所述次级线圈的定位，以及

控制装置，其对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制；

所述控制装置对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制，使得至少在所述小径部的两端间所包含的所述轴线方向的特定区间中，在所述多个次级线圈被围绕所述小径部的轴线圆环状地相对于所述初级线圈形成于所述轴线方向的一侧的位置，且在所述多个次级线圈将与所述初级线圈之间的所述轴线方向上的空隙维持一定的状态下，所述多个次级线圈及所述初级线圈向所述轴线方向的所述一侧移动。

2.如权利要求1所述的移动淬火装置，其特征在于，

所述控制装置对所述多轴驱动器进行控制，使得在所述多个次级线圈到达所述特定区间的所述一侧的端部时，被形成为圆环状的所述多个次级线圈分别向所述主体部的径向外侧退避，此后，

所述控制装置对所述单轴驱动器及所述多轴驱动器进行控制，使得在所述轴线方向上的所述多个次级线圈与所述初级线圈之间的空隙被维持一定的状态下，所述多个次级线圈及所述初级线圈移动到移动停止位置为止，该移动停止位置被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的所述一侧离开的位置。

3.如权利要求1或2所述的移动淬火装置，其特征在于，

所述控制装置作为初始设定处理，对所述单轴驱动器进行控制，使得所述初级线圈在被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的另一侧离开的位置的移动开始位置处等待，并且对所述多轴驱动器进行控制，使得在所述特定区间中被形成为圆环状且所述多个次级线圈在所述特定区间的所述另一侧的端部处等待，此后，

所述控制装置对所述单轴驱动器进行控制，使得所述初级线圈从所述移动开始位置向所述特定区间移动。

4.如权利要求1或2所述的移动淬火装置，其特征在于，还包括：

冷却环，其具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面，

冷却液供给装置，其向所述冷却环供给冷却液，以及

电流供给装置，其向所述初级线圈供给高频电流；

所述单轴驱动器被构成为能够以如下状态来进行所述轴线方向上的所述初级线圈的定位，即以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径向内侧通过的方式，且以所述初级线圈相对于所述冷却环被配置于所述轴线方向的所述一侧的方式，支撑所述初级线圈及所述冷却环的状态；

所述控制装置对所述单轴驱动器、所述冷却液供给装置及所述电流供给装置进行同步控制，使得在所述初级线圈及所述冷却环的移动中，所述高频电流被供给到所述初级线圈且所述冷却液被供给到所述冷却环。

5.如权利要求3所述的移动淬火装置，其特征在于，还包括：

冷却环，其具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面，

冷却液供给装置，其向所述冷却环供给冷却液，以及

电流供给装置，其向所述初级线圈供给高频电流；

所述单轴驱动器被构成为能够以如下状态来进行所述轴线方向上的所述初级线圈的定位，即以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径向内侧通过的方式，且以所述初级线圈相对于所述冷却环被配置于所述轴线方向的所述一侧的方式，支撑所述初级线圈及所述冷却环的状态；

所述控制装置对所述单轴驱动器、所述冷却液供给装置及所述电流供给装置进行同步控制，使得在所述初级线圈及所述冷却环的移动中，所述高频电流被供给到所述初级线圈且所述冷却液被供给到所述冷却环。

6.一种移动淬火方法，其用于对轴状体进行移动淬火，该轴状体具有主体部、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更小的小径部；

该移动淬火方法具有：

第1工序，准备初级线圈和多个次级线圈，该初级线圈具有比所述主体部的外径更大的内径且具有圆环形状，该多个次级线圈具有比所述小径部的外径更大的内径且具有圆弧形状，以及

第2工序，一边向所述初级线圈供给高频电流，一边以所述轴状体从所述初级线圈的半径方向内侧通过的方式使所述初级线圈向所述轴线方向的一侧移动；

在所述第2工序中，至少在所述小径部的两端间所包含的所述轴线方向的特定区间中，在将所述多个次级线圈围绕所述小径部的轴线圆环状地相对于所述初级线圈形成于所述轴线方向的所述一侧的位置，且所述多个次级线圈将与所述初级线圈之间的所述轴线方向上的空隙维持一定的状态下，使所述多个次级线圈及所述初级线圈向所述轴线方向的所述一侧移动。

7.如权利要求6所述的移动淬火方法，其特征在于，

在所述第2工序中，

在所述多个次级线圈到达所述特定区间的所述一侧的端部时，使被形成为圆环状的所述多个次级线圈分别向所述主体部的径向外侧退避，此后，

在将所述轴线方向上的所述多个次级线圈与所述初级线圈之间的空隙维持一定的状态下，使所述多个次级线圈及所述初级线圈移动到移动停止位置为止，该移动停止位置被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的所述一侧离开的位置。

8.如权利要求6或7所述的移动淬火方法，其特征在于，

在所述第2工序中，

作为初始设定处理，使所述初级线圈在被设定于从所述特定区间向所述轴线方向的另一侧离开的位置的移动开始位置处等待，并且在所述特定区间中形成为圆环状且在所述特定区间的所述另一侧的端部处使所述多个次级线圈等待，此后，

使所述初级线圈从所述移动开始位置向所述特定区间移动。

9.如权利要求6或7所述的移动淬火方法，其特征在于，

在所述第1工序中，除了所述初级线圈及所述次级线圈之外，还准备冷却环，该冷却环具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面；

在所述第2工序中，在将所述初级线圈相对于所述冷却环配置在所述轴线方向的所述一侧的状态下，一边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，一边以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径方向内侧通过的方式使所述初级线圈及所述冷却环向所述轴线方向的所述一侧移动。

10.如权利要求8所述的移动淬火方法，其特征在于，

在所述第1工序中，除了所述初级线圈及所述次级线圈之外，还准备冷却环，该冷却环具有比所述主体部的外径更大的内径且具有设置有多个喷嘴的内周面；

在所述第2工序中，在将所述初级线圈相对于所述冷却环配置在所述轴线方向的所述一侧的状态下，一边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，一边以所述轴状体从所述初级线圈及所述冷却环的半径方向内侧通过的方式使所述初级线圈及所述冷却环向所述轴线方向的所述一侧移动。