JP2019061833A - Induction heating method and induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導加熱方法および誘導加熱装置に関する。 The present invention relates to an induction heating method and an induction heating apparatus.
例えば、転がり軸受の軌道輪のように、SUJ2等の鋼材からなる機械部品の製造過程においては、機械部品に必要とされる機械的強度等を付与するための熱処理(焼入硬化処理)が実施される。この焼入硬化処理は、機械部品(ワーク)の要焼入領域を狙い温度に加熱する加熱工程、および要焼入領域を冷却して焼入れする冷却工程などを含む。 For example, in the manufacturing process of mechanical parts made of steel such as SUJ2 like bearing rings of rolling bearings, heat treatment (quench hardening) is performed to give the mechanical parts etc. required for the mechanical parts. Be done. The hardening and hardening process includes a heating step of heating the necessary region of machine parts (workpieces) to a target temperature, and a cooling step of cooling and quenching the required region.
ところで、ワークの焼入れは、ワーク全体を焼入れする全体焼入れと、ワークの表面のみを焼入れし、ワークの表層部に硬化層を形成する表面焼入れとに大別される。全体焼入れを実施する際の加熱方法としては、ワーク全体を均一に加熱し易い雰囲気加熱を、また、表面焼入れを実施する際の加熱方法としては、ワークを部分加熱し易い誘導加熱を採用するのが一般的であったが、近時においては、全体焼入れを実施する際にも誘導加熱を採用することが検討されている。その理由としては、誘導加熱(誘導加熱装置)が以下のような様々な利点を有するからである。
・ワークのみを直接加熱することができるため、高いエネルギー効率を達成できる。
・雰囲気加熱炉に比べて格段にコンパクトな加熱装置を実現できる。
・加熱装置の立上げおよび停止を瞬時に完了できるため、生産性を高めることができる。
・雰囲気管理が不要なため、加熱装置(加熱工程)を簡素化することができる。
By the way, hardening of a work is roughly classified into whole hardening which hardens the whole work and hardening which hardens only the surface of the work and forms a hardened layer on the surface layer of the work. As the heating method when carrying out the entire hardening, adopt the atmosphere heating which easily heats the whole work uniformly, and as the heating method when carrying out the surface hardening, use the induction heating which easily makes the work partial heating However, in recent years, it has been considered to adopt induction heating also when carrying out the entire hardening. The reason is that induction heating (induction heating apparatus) has various advantages as follows.
・ Because only the work can be heated directly, high energy efficiency can be achieved.
-A much more compact heating device can be realized compared to an atmosphere heating furnace.
-Productivity can be improved because start-up and shut-down of the heating device can be completed in an instant.
-Since the atmosphere control is unnecessary, the heating device (heating step) can be simplified.
但し、特に上記軌道輪のように、一般に大ロットとされるワークを全体焼入れするにあたり、ワークを誘導加熱する場合には、複数のワークをいかにして効率良く加熱するかが課題となる。このような課題を解決するための技術手段として、同軸配置された複数のワークと通電状態の加熱コイルとを軸方向に相対移動させ、複数のワークを加熱コイルの対向領域を順次通過させることにより、複数のワークのそれぞれを順次狙い温度に誘導加熱する、いわゆる連続加熱法が知られている(例えば、特許文献1)。 However, particularly in the case of generally quenching a large-lot workpiece such as the above-mentioned raceway ring, when inductively heating the workpiece, how to efficiently heat a plurality of workpieces becomes an issue. As technical means for solving such a problem, a plurality of coaxially arranged workpieces and a heating coil in an energized state are relatively moved in the axial direction, and the plurality of workpieces are sequentially passed through the opposing regions of the heating coil. A so-called continuous heating method is known in which each of a plurality of workpieces is induction-heated sequentially to a target temperature (for example, Patent Document 1).
連続加熱法を採用するにあたっては、焼入れ後のワークが所望の機械的特性を獲得できるようなヒートパターン(温度履歴)でワークを誘導加熱可能な加熱コイルを設計・使用する必要がある。ヒートパターンはワークの形状や材質等によって異なるが、いかなるパターンの場合においても、加熱完了時のワーク(加熱済ワーク)内での温度のばらつきをできるだけ小さくすることが求められる。温度のばらつきが大きくなると、焼入れ時のマルテンサイト変態開始温度(Ms点)に到達するタイミングの相違により、ワークの焼入れに伴ってワークが変形し易くなるからである。 In adopting the continuous heating method, it is necessary to design and use a heating coil capable of inductively heating a workpiece with a heat pattern (temperature history) such that the workpiece after quenching can obtain desired mechanical properties. The heat pattern differs depending on the shape, material and the like of the work, but in any case, it is required to minimize the variation in temperature in the work (heated work) at the completion of heating. If the variation in temperature becomes large, the work is likely to be deformed along with the hardening of the work due to the difference in the timing of reaching the martensitic transformation start temperature (Ms point) at the time of hardening.
焼入れに伴うワークの変形を可及的に防止するには、加熱済ワーク内での温度のばらつきを5℃以内にするのが好ましい。しかしながら、これを実現できるような加熱コイルの形状(コイルピッチ)は、一義的に設定することができず、ワークの形状、大きさ(質量)および材質等に応じて試行錯誤を繰り返して設定しているのが実情である。 In order to prevent as much as possible deformation of the workpiece accompanying hardening, it is preferable to make the temperature variation within the heated workpiece within 5 ° C. However, the shape (coil pitch) of the heating coil that can realize this can not be set uniquely, and trial and error are repeatedly set according to the shape, size (mass), material, etc. of the work. The fact is that
以上の実情に鑑み、本発明は、連続加熱法によってワーク(環状ワーク)を狙い温度に誘導加熱する場合において、ワークの加熱精度を容易に高めることを可能とし、もって所望の機械的特性を具備した機械部品を低コストにかつ安定的に量産可能とすることを目的とする。 In view of the above situation, the present invention makes it possible to easily enhance the heating accuracy of the work when induction heating the work (annular work) to the target temperature by the continuous heating method, thereby having the desired mechanical characteristics. The purpose is to make it possible to mass-produce the machine parts at low cost and stably.
上記の目的を達成するため、本発明では、同軸配置された複数の環状ワークをその軸方向一方側から軸方向他方側に向けて間欠送りして通電状態の加熱コイルの対向領域を通過させることにより、複数の環状ワークのそれぞれを順次狙い温度に誘導加熱するに際し、加熱コイルの軸方向他方側の端部を、加熱コイルの対向領域に位置する複数の環状ワークのうち、加熱完了直前位置に位置する環状ワークの軸方向他方側の端部よりも軸方向他方側に位置させることを特徴とする誘導加熱方法を提供する。なお、ここでいう「加熱完了直前位置」とは、複数の環状ワークが次に間欠送りされた時に加熱コイルの対向領域外に排出される位置、と同義である。 In order to achieve the above object, in the present invention, a plurality of coaxially arranged annular workpieces are intermittently fed from one side to the other side in the axial direction to pass through the opposing region of the heating coil in the energized state. Thus, when induction heating each of the plurality of annular workpieces sequentially to the target temperature, the other axial end of the heating coil is located at a position immediately before the heating is completed among the plurality of annular workpieces located in the opposing region of the heating coil. There is provided an induction heating method characterized in that it is positioned on the other side in the axial direction than the end on the other side in the axial direction of the annular work to be positioned. In addition, "a position just before the completion of heating" here is synonymous with the position discharged | emitted out of the opposing area | region of a heating coil, when several cyclic | annular workpieces are intermittently fed next.
このような誘導加熱方法によれば、加熱完了後の環状ワーク(加熱済ワーク)内での温度ばらつきを5℃以内に抑えることができ、しかもこのような作用効果を、同軸配置された複数の環状ワークと加熱コイルの軸方向相対位置を適切に設定するだけで享受することができる。従って、連続加熱法によって複数の環状ワークを順次狙い温度に誘導加熱する場合であっても環状ワークの加熱精度を容易にかつ低コストに高めることができる。 According to such an induction heating method, temperature variation in the annular work (heated work) after completion of heating can be suppressed to within 5 ° C. Furthermore, such effects can be realized by a plurality of coaxially arranged It can be enjoyed only by appropriately setting the axial relative position of the annular work and the heating coil. Therefore, even when the plurality of annular works are sequentially inductively heated to the target temperature by the continuous heating method, the heating accuracy of the annular works can be easily and inexpensively improved.
上記構成において、段積み状態で同軸配置された複数の環状ワークを下方側から支持する支持部材と、支持部材に隣接する環状ワークとの間に常温の環状ワーク(加熱対象の後続のワーク)が供給されるのに伴って、複数の環状ワークを間欠送りするのが好ましい。このようにすれば、連続加熱を実行するために使用する誘導加熱装置の装置構成を簡素化しつつ、多数の環状ワークに対する加熱処理を効率良く行うことができる。 In the above configuration, the annular work (following work to be heated) at a normal temperature is between the support member for supporting the plurality of annular works coaxially arranged in a stacked state from the lower side and the annular work adjacent to the support member. It is preferable to intermittently feed a plurality of annular works as they are supplied. In this way, the heat treatment can be efficiently performed on a large number of annular works while simplifying the apparatus configuration of the induction heating apparatus used to perform the continuous heating.
また、上記の目的を達成するため、本発明では、同軸配置された複数の環状ワークをその軸方向一方側から軸方向他方側に向けて間欠送りする送り手段と、複数の環状ワークと同軸に配置され、間欠送りされる複数の環状ワークのそれぞれを順次狙い温度に誘導加熱する加熱コイルとを備えた誘導加熱装置であって、加熱コイルの軸方向他方側の端部を、加熱コイルの対向領域に位置する複数の環状ワークのうち、加熱完了直前位置に位置する環状ワークの軸方向他方側の端部よりも軸方向他方側に位置させたことを特徴とする誘導加熱装置を提供する。 Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, a feeding means for intermittently feeding a plurality of coaxially arranged annular works from one side in the axial direction toward the other side in the axial direction, and a plurality of annular works coaxially It is an induction heating apparatus provided with a heating coil which arranges and inductively heats each of a plurality of annular works intermittently fed to a target temperature sequentially, the other end of the heating coil in the axial direction being opposed to the heating coil An induction heating device is provided, which is positioned on the other axial direction side of an end portion on the other axial direction side of an annular work located on a position immediately before completion of heating among a plurality of annular works located on a region.
上記の構成を有する誘導加熱装置であっても、上述した本発明に係る誘導加熱方法と同様の作用効果を享受することができる。 Even in the induction heating apparatus having the above configuration, the same effects as those of the above-described induction heating method according to the present invention can be obtained.
送り手段は、段積み状態で同軸配置された複数の環状ワークを下方側から支持する支持部材と、支持部材に隣接する環状ワークとの間に常温の環状ワークを供給するワーク供給手段で構成することができる。 The feed means comprises a support member for supporting from a lower side a plurality of annular works coaxially arranged in a stacked state, and a work supply means for supplying an annular work at a normal temperature between the annular works adjacent to the support member. be able to.
本発明に係る誘導加熱方法および誘導加熱装置は、例えば、転がり軸受の軌道輪(外輪又は内輪)のように、大ロットであることが一般的な環状ワークを誘導加熱する際に好ましく適用することができる。 The induction heating method and the induction heating apparatus according to the present invention should preferably be applied, for example, to induction heating an annular work which is generally a large lot such as a race (ring or outer ring) of a rolling bearing. Can.
以上から、本発明に係る誘導加熱方法および誘導加熱装置によれば、連続加熱法によって複数の環状ワークを順次狙い温度に誘導加熱する場合であっても、ワークの加熱精度を容易に高めることができる。これにより、所望の機械的特性を具備した高品質の機械部品を低コストにかつ安定的に量産することが可能となる。 From the above, according to the induction heating method and the induction heating apparatus according to the present invention, it is possible to easily increase the heating accuracy of the work even when the plurality of annular works are sequentially induction heated to the target temperature by the continuous heating method. it can. This makes it possible to mass-produce high-quality machine parts having desired mechanical properties at low cost and stably.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置の概要図を示す。同図に示す誘導加熱装置1は、SUJ2等の鋼材からなる環状ワークW(例えば転がり軸受の内輪)に全体焼入れを施すために使用される熱処理装置の加熱部を構成するものであって、加熱コイル3と、加熱コイル3の対向領域(内周)に配置された加熱対象の環状ワークWを支持可能な支持部材2と、支持部材2の下方側に配設され、加熱対象の環状ワークWを軸方向に間欠送りするワーク送り手段としても機能するワーク供給手段4と、加熱コイル3と電気的に接続された図示外の高周波電源とを備える。
FIG. 1 shows a schematic view of an induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention. The induction heating apparatus 1 shown in the figure constitutes a heating portion of a heat treatment apparatus used to totally quench an annular work W (for example, the inner ring of a rolling bearing) made of steel such as SUJ 2 A
加熱コイル3は、例えば銅管を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイル(マルチターンコイル)で構成され、その中心軸を鉛直方向に沿わせた垂直姿勢で保持されている。加熱コイル3としては、その内周に同軸配置された複数の環状ワークWを軸方向に間欠送りしながら順次狙い温度(例えば、A1変態点以上の温度域)に誘導加熱することができるように、環状ワークWの軸方向寸法をLとしたとき、L×n(但し、n≧2)の軸方向寸法を有するものが使用される。加熱コイル3の出力は、軸方向一方側(本実施形態では下側)から軸方向他方側(上側)に向けて間欠送りされる環状ワークWが通電状態の加熱コイル3の内周を通過して加熱コイル3の上側に排出されたとき(加熱完了位置P3に到達したとき)に、環状ワークW全体が狙い温度に誘導加熱されるように設定される。なお、加熱コイル3の出力は、加熱コイル3の形状(コイルピッチ)や、高周波電源から加熱コイル3に供給される高周波電流量によって調整される。
The
図2(a)(b)にも示すように、支持部材2は、加熱対象の環状ワークWの周方向に離間した複数箇所(図示例では3箇所)に配設され、環状ワークW(段積み状態で同軸配置された複数の環状ワークW)を下方側から支持する。各支持部材2は、図1および図2(a)に示すように、3つの支持部材2の径方向内側の端部を結んで形成される円軌道Tの直径R1が環状ワークWの直径R2よりも小さく、環状ワークWを下方側から支持可能な第1位置と、図2(b)に示すように、上記円軌道Tの直径R1が環状ワークWの直径R2よりも大きく、支持部材2の下方側に配設されたワーク供給手段4から供給される環状ワークW(常温の環状ワークW’)を通過させ得る第2位置との間を相互に移行するように、環状ワークWの径方向に沿って進退移動可能に設けられている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
ワーク供給手段4は、加熱対象の環状ワークWと同軸に配置された伸縮自在のシリンダロッド4aを有する動力シリンダ(油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ)で構成される。シリンダロッド4aの先端には、図示外のパーツフィーダ等から供給される常温の環状ワークW’を載置可能なフランジ部4bが設けられている。
The work supply means 4 is constituted by a power cylinder (hydraulic cylinder, air cylinder, or electric cylinder) having a
本実施形態の誘導加熱装置1の基本的な構成は以上のとおりであり、環状ワークWは以下のようにして狙い温度に誘導加熱される。 The basic configuration of the induction heating device 1 of the present embodiment is as described above, and the annular work W is induction-heated to a target temperature as follows.
まず、図3(a)に示すように、図示外のパーツフィーダ等から供給された常温の環状ワークW’がワーク供給手段4のフランジ部4bに載置されると、図3(b)に示すように、ワーク供給手段4のシリンダロッド4aが伸長移動し、フランジ部4bに載置された常温の環状ワークW’が上昇移動する。これに伴い、各支持部材2は、上記の第1位置から上記の第2位置に移行するように径方向外側に移動し、常温の環状ワークW’が通電状態の加熱コイル3の下端内周(加熱開始位置P1。図1を参照)に導入される。
First, as shown in FIG. 3 (a), when the annular work W 'at normal temperature supplied from a parts feeder etc. not shown is placed on the
図示は省略しているが、常温の環状ワークW’が加熱開始位置P1に導入された後、シリンダロッド4aが短縮移動し、ワーク供給手段4が原点復帰する。このとき、フランジ部4bの上端面が支持部材2の上端面よりも下側に位置する程度にまでシリンダロッド4aが短縮移動すると、各支持部材2は、上記の第2位置から上記の第1位置に移行するように径方向内側に移動し、加熱開始位置P1に導入された常温の環状ワークW’を下方側から支持する。以上のようにして、加熱開始位置P1に導入され、支持部材2によって下方側から支持された常温の環状ワークW’は自己発熱を開始する。
Although illustration is abbreviate | omitted, after cyclic | annular workpiece | work W 'of normal temperature is introduce | transduced to the heating start position P1, the
以降、以上の動作が繰り返され、加熱開始位置P1に常温の環状ワークW’が導入される(支持部材2と、支持部材2に隣接する加熱中の環状ワークWとの間に常温の環状ワークW’が供給される)ことにより、加熱コイル3の内周に環状ワークWが段積みされていくのと同時に、加熱コイル3の内周に配置された加熱中の環状ワークWが下側から上側に向けて間欠送りされる。
Thereafter, the above operation is repeated, and the annular work W 'at normal temperature is introduced to the heating start position P1 (an annular work at normal temperature between the
そして、図3(c)に示すように、加熱コイル3の内周が所定個数(図示例では8個)の環状ワークWで充足された後(段積み状態で同軸配置された加熱中の複数の環状ワークWのうち、最上段の環状ワークWが図1に示す加熱完了直前位置P2に配置された後)、図3(d)および図3(e)に示すように、加熱開始位置P1に常温の環状ワークW’が導入されると、最上段の環状ワークW(狙い温度に誘導加熱された加熱済ワークW”)が加熱コイル3の上側(加熱完了位置P3。図1参照)に排出される。
Then, as shown in FIG. 3C, after the inner circumference of the
加熱完了位置P3に排出された環状ワークW(加熱済ワークW”)は、図1および図3(f)に示すように、動力シリンダ等の払い出し手段5によって加熱コイル3の径方向外側(誘導加熱装置1外)に払い出される。誘導加熱装置1外に払い出された加熱済ワークW”は、図示外の冷却部に移送されて冷却・焼入れされる。なお、加熱済ワークW”の払い出しに伴って、加熱済ワークW”が加熱コイル3と干渉するのを防止するため、ワーク供給手段4(のシリンダロッド4a)は、加熱済ワークW”の略全体が加熱コイル3の径方向外側に払い出されてから短縮移動を開始するように構成されている。換言すれば、ワーク供給手段4は、フランジ部4bが上昇限に到達したときに所定時間静止するように構成されている。
The annular work W (heated work W ′ ′) discharged to the heating completion position P3 is radially outside (induction of the heating coil 3) by the discharge means 5 such as a power cylinder as shown in FIGS. 1 and 3 (f). The heated work W ′ ′ discharged to the outside of the induction heating device 1 is transferred to a cooling unit (not shown) and cooled and hardened. In addition, in order to prevent the heated work W ′ ′ from interfering with the
以降、図3(c)〜図3(f)に示す動作が繰り返されることにより、通電状態の加熱コイル3の内周に段積み状態で同軸配置された複数の環状ワークWは、下側から上側に向けて間欠送りされながら順次狙い温度に誘導加熱され、その後、冷却・焼入れされる。
Thereafter, by repeating the operations shown in FIG. 3C to FIG. 3F, the plurality of annular works W coaxially arranged in a stacked state on the inner periphery of the
以上で説明した誘導加熱装置1の特徴的な構成は、加熱コイル3の軸方向他方側の端部(上端部)3aと、加熱コイル3の内周に同軸配置された複数の環状ワークWのうち、加熱完了直前位置P2(最上段)に位置する環状ワークWの上端部Waとの軸方向の位置関係に格別の配慮を払った点にある。具体的には、図1に示すように、加熱コイル3の上端部3aを、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waよりも上側に位置させるようにしている。換言すると、加熱コイル3の上端部3aの座標をZC、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waの座標をZWとしたとき、ZC−ZW>0の関係式が成立するようにしている。
The characteristic configuration of the induction heating device 1 described above is the end (upper end) 3 a on the other side in the axial direction of the
係る構成を採用することにより、加熱完了後の環状ワークW内(加熱完了位置P3に排出された加熱済ワークW”内)での温度ばらつきを5℃以内に抑えることができる。そのため、加熱完了後の環状ワークW(加熱済ワークW”)を冷却・焼入れする際には、ワーク内での温度ばらつきに起因した焼入れ変形が生じる可能性を効果的に低減して、所望の機械的特性を具備する高品質の環状の機械部品(本実施形態では転がり軸受の内輪)を得ることができる。また、このような作用効果は、加熱コイル3と、加熱コイル3の内周に同軸配置された複数の環状ワークWとの軸方向相対位置を適切に設定するだけで享受することができる。以上より、本発明によれば、連続加熱法によって複数の環状ワークWを順次狙い温度に誘導加熱する場合であっても環状ワークWの加熱精度を容易にかつ低コストに高めることが可能となり、もって所望の機械的特性を具備した環状の機械部品を低コストにかつ安定的に量産することができる。
By adopting such a configuration, temperature variation within the annular work W after heating completion (within the heated work W ′ ′ discharged to the heating completion position P3) can be suppressed to within 5 ° C. Therefore, the heating completion is completed. When cooling and hardening the subsequent annular work W (heated work W ′ ′), the possibility of occurrence of hardening deformation due to temperature variation in the work is effectively reduced, and desired mechanical characteristics are obtained. It is possible to obtain a high quality annular machine part (in the present embodiment, an inner ring of a rolling bearing). Moreover, such an effect can be enjoyed only by appropriately setting the axial relative position of the
なお、本発明により奏される上記の作用効果は、後述する実施例によって明らかになる。 The above-described effects exerted by the present invention will become apparent from the examples described later.
以上、本発明の一実施形態に係る誘導加熱装置1およびこれを用いた誘導加熱方法について説明したが、本発明の実施の形態はこれに限られない。 As mentioned above, although the induction heating apparatus 1 which concerns on one Embodiment of this invention and the induction heating method using the same were demonstrated, embodiment of this invention is not limited to this.
例えば、以上で説明した実施形態では、軸方向に送られる環状ワークWの径方向外側に加熱コイル3を配置したが、これは、例示した環状ワークWが転がり軸受の内輪であるからである。すなわち、転がり軸受の内輪は、その外径面に転動体が転動する内側軌道面を有し、この内側軌道面は内輪の中でも特に高い機械的特性を要求される面であるからである。従って、加熱対象の環状ワークWの種類によっては、加熱コイル3が、環状ワークWの径方向内側、あるいは、径方向外側および径方向内側の双方に配置される場合もあり、このような場合であっても本発明は好ましく適用できる。
For example, in the embodiment described above, the
また、以上では、同軸配置された複数の環状ワークWの送り方向を鉛直方向としたが、同軸配置された複数の環状ワークWの送り方向を水平方向とする場合にも本発明は好ましく適用することができる。 Further, although the feed direction of the plurality of annular work W coaxially arranged is the vertical direction in the above, the present invention is preferably applied to the case where the feed direction of the plurality annular work W coaxially arranged is the horizontal direction. be able to.
また、以上では、環状ワークWとして転がり軸受の内輪を例示したが、本発明は、焼入れ可能な鋼材からなるその他の環状ワーク、例えば、転がり軸受の外輪、すべり軸受、等速自在継手の内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器等を誘導加熱する場合にも好ましく使用することができる。 In the above, the inner ring of the rolling bearing is exemplified as the annular work W, but the present invention is not limited to other annular works made of hardenable steel, such as outer ring of rolling bearing, slide bearing, inner joint of constant velocity universal joint It can be preferably used also for induction heating of a member, a rolling bearing, a cage incorporated in a constant velocity universal joint, and the like.
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and may be embodied in various forms without departing from the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is indicated by the claims, and further includes the equivalent meaning described in the claims and all the modifications within the scope.
本発明の有用性を実証するため、図1等に示す誘導加熱装置1を用いて環状ワークWを狙い温度に誘導加熱する、という前提のもとで確認試験としての解析試験を実施した。確認試験は、加熱コイル3の軸方向他方側の端部(図1では上端部)3aと、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの軸方向他方側の端部Waとの軸方向相対位置が、環状ワークW(環状ワークWの被加熱領域であり、当該試験では環状ワークWの外径面)の温度ばらつきにどのような影響を及ぼすかを確認(評価)する、というものである。試験体(加熱対象の環状ワークW)、加熱条件および評価方法の詳細を以下に示す。
In order to demonstrate the usefulness of the present invention, an analysis test as a confirmation test was conducted under the premise that the annular work W is inductively heated to a target temperature using the induction heating device 1 shown in FIG. The confirmation test is an axial relative between the other end (upper end in FIG. 1) 3a of the
[環状ワークW]
SUJ2で形成されたNTN株式会社の円すいころ軸受22208の内輪(内径:40 mm、外径:53 mm、軸方向寸法:23 mm)。
[Circle work W]
The inner ring (inner diameter: 40 mm, outer diameter: 53 mm, axial dimension: 23 mm) of NTN's tapered roller bearing 22208 formed of SUJ2.
[加熱条件]
加熱コイル3の形状(コイルピッチ。換言すると、隣り合う2つのターン間の間隔)および加熱コイル3に流す高周波電流量を調整し、加熱完了直前位置P2における環状ワークWの加熱が完了したとき(環状ワークWが加熱コイル3の上側に排出される直前段階)の外径面の残留炭化物の面積率が8〜10%となるように設定した。ここで、残留炭化物の面積率とは、焼入れ後のSUJ2材の機械的性質、すなわちSUJ2製のワークの加熱温度と相関があるパラメータであり、ヒートパターンから計算される。なお、その他の条件は以下のとおりである。
・環状ワークWに対する送り力の付与間隔(常温の環状ワークWの供給間隔):17秒
・加熱コイル3の内周に配置可能なワーク個数:8個
・加熱コイル3のターン数:6
・加熱コイル3と環状ワークWの間の径方向隙間幅(半径値):30mm
・高周波電源から加熱コイル3に供給する高周波電流の周波数:3kHz
・その他:図3(d)〜図3(f)に示す常温の環状ワークW”の供給〜加熱済ワークW”の払い出し、すなわち、ワーク供給手段4の1サイクル動作(シリンダロッド4aの上昇移動開始〜原点復帰)は、瞬時に完了すると仮定。
[Heating condition]
Adjust the shape of the heating coil 3 (coil pitch; in other words, the distance between two adjacent turns) and the amount of high frequency current to be supplied to the
・ Applying interval of feed force to annular work W (supply interval of annular work W at normal temperature): 17 seconds ・ Number of work pieces that can be arranged on the inner circumference of heating coil 3: 8 ・ Number of turns of heating coil 3: 6
· Radial gap width (radial value) between
· Frequency of high frequency current supplied to
Others: Supply of annular work W ′ ′ at normal temperature shown in FIGS. 3D to 3F to removal of heated work W ′ ′, that is, one cycle operation of work supply means 4 (upward movement of
[評価方法]
加熱コイル3の上端部3aと、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waの軸方向相対位置を段階的に変化させ、各段階で環状ワークWの要加熱領域の温度ばらつきを評価した。なお、温度ばらつきは、加熱コイル3の上側に排出される直前段階での環状ワークWの外径面の7点の温度の標準偏差で評価した。
[Evaluation method]
The axial relative position of the
確認(評価)試験の試験結果を、縦軸のパラメータを上記の温度ばらつき[単位:℃]とし、横軸のパラメータをZC−ZW[単位:mm]とした図4に示す。なお、ZCは、加熱コイル3の上端部3aの座標であり、ZWは、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waの座標である。従って、ZC−ZW=0の場合は、加熱コイル3の上端部3aと、加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waとが同一平面上に位置していることを意味し、ZC−ZW>0の場合は、加熱コイル3の上端部3aが加熱完了直前位置P2に位置する環状ワークWの上端部Waよりも上側に位置していることを意味する。
The test results of the verification (evaluation) test are shown in FIG. 4 in which the parameter of the vertical axis is the above-mentioned temperature variation [unit: ° C.] and the parameter of the horizontal axis is Z C -Z W [unit: mm]. Incidentally, Z C is the coordinate of the
図4からも明らかなように、ZC−ZW=0の場合は、温度ばらつき(温度の標準偏差)が5℃程度であり、ZC−ZWの値が大きくなるにつれて、温度ばらつきが小さくなっている。従って、本発明のように、加熱コイル3の軸方向他方側(環状ワークWの送り方向前方側)の端部3aを、加熱コイル3の対向領域に位置する複数の環状ワークWのうち、加熱完了直前位置Pに位置する環状ワークWの軸方向他方側の端部Waよりも軸方向他方側に位置させることが、いわゆる連続加熱方式で環状ワークWを狙い温度に誘導加熱する際の環状ワークWの要加熱領域の温度ばらつきを抑制する上で有効であることがわかる。
As apparent from FIG. 4, in the case of Z C −Z W = 0, the temperature variation (standard deviation of temperature) is about 5 ° C., and as the value of Z C −Z W increases, the temperature variation becomes larger. It is getting smaller. Therefore, as in the present invention, the
1 誘導加熱装置
2 支持部材
3 加熱コイル
3a 上端部(軸方向他方側の端部)
4 ワーク供給手段(ワーク送り手段)
P2 加熱完了直前位置
W 環状ワーク
Wa 上端部(軸方向他方側の端部)
W’ 常温の環状ワーク
W” 加熱済ワーク
1
4 Work supply means (work feed means)
P2 Immediately before heating completion position W annular work Wa upper end (end on the other side in the axial direction)
Annular work W "at normal temperature
Claims (4)
加熱コイルの軸方向他方側の端部を、加熱コイルの対向領域に位置する前記複数の環状ワークのうち、加熱完了直前位置に位置する環状ワークの軸方向他方側の端部よりも軸方向他方側に位置させることを特徴とする誘導加熱方法。 The plurality of annular works coaxially arranged are intermittently fed from one side to the other side in the axial direction to pass through the opposing region of the heating coil in the energized state, thereby sequentially aiming each of the plurality of annular works In induction heating to temperature,
The other axial end of the heating coil is the axial direction other than the axial other end of the annular work positioned at a position immediately before completion of heating among the plurality of annular works located in the opposing region of the heating coil An induction heating method characterized in that it is located on the side.
加熱コイルの軸方向他方側の端部を、加熱コイルの対向領域に位置する前記複数の環状ワークのうち、加熱完了直前位置に位置する環状ワークの軸方向他方側の端部よりも軸方向他方側に位置させたことを特徴とする誘導加熱装置。 Workpiece feeding means for intermittently feeding a plurality of annular workpieces coaxially arranged from one side in the axial direction toward the other side in the axial direction, and the plurality of annular workpieces coaxially arranged with the plurality of annular workpieces and intermittently fed An induction heating device including a heating coil for induction heating each to a target temperature sequentially,
The other axial end of the heating coil is the axial direction other than the axial other end of the annular work positioned at a position immediately before completion of heating among the plurality of annular works located in the opposing region of the heating coil An induction heating device characterized in that it is located on the side.
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