JP4917819B2 - Induction heating method using step heating and induction heating apparatus using the heating - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、等速ジョイント外輪における誘導加熱を用いた戻し工程での肉厚不同による温度差を小さくして硬度の均一化を図るために段階加熱を用いた誘導加熱方法及びその加熱を用いた誘導加熱装置に関するものである。 The present invention provides, for example, an induction heating method using stepped heating and its heating in order to reduce the temperature difference due to thickness difference in the return process using induction heating in the constant velocity joint outer ring and to make the hardness uniform. It is related with the induction heating apparatus used.
等速ジョイント外輪の熱処理では、高周波誘導加熱を用いた焼戻し法が用いられている。 In the heat treatment of the constant velocity joint outer ring, a tempering method using high frequency induction heating is used.
このような等速ジョイント外輪の焼戻しでは、(特許文献1)に記載されているのと同様に、例えば図4のように、加熱用のソレノイドコイル(丸型)1の内部にワーク(外輪)2を置いたのち(冶具3、4などで固定する)、前記加熱コイル1に高周波電流を流すことでワーク2を誘導加熱する。このとき、前記コイル1に流す高周波電流の大きさ及び周波数は製品により様々な値となる。そして、誘導加熱によりワーク2が所定の温度まで上昇したところで高周波電流を止め、一定時間保持したのちワーク2を冷却水で冷却すれば焼戻しが完了する。
しかしながら、上記の焼戻し方法では、トリポード型等速ジョイント外輪に熱処理を行った場合、焼戻し後の硬度が肉厚の厚い箇所と薄い箇所、またはソレノイドコイルから近い箇所と遠い箇所で不均一になる問題がある。 However, in the above tempering method, when the tripod type constant velocity joint outer ring is subjected to heat treatment, the hardness after tempering becomes uneven at thick and thin portions, or near and far from the solenoid coil. There is.
すなわち、トリポード型等速ジョイント外輪は、図6のように、外輪の円筒形の内面に、軸方向に伸びる向かい合ったローラ案内面13でトラック溝12を構成しており、3本のトラック溝12が120度の間隔で形成されている。向かい合ったローラ案内面13は大内径部5によって結ばれており、それぞれのトラック溝12は小内径部6によって接続された形状となっている。
In other words, the tripod type constant velocity joint outer ring, as shown in FIG. 6, has a
ここで、この形状の外輪を加熱用のソレノイドコイル(丸型)1の中に置いた状態で誘導加熱して焼入れをすると、大内径部5の温度の方が、小内径部6に比べて高くなる。このように加熱ムラが生じるのは、例えばワークの肉厚が均一でないこと、また、ワークとソレノイドコイル1との距離が大内径部5と小内径部6で異なるためである。
Here, when the outer ring of this shape is placed in the heating solenoid coil (round shape) 1 and induction-heated and quenched, the temperature of the large
こうして、焼入れにより硬化した部分は、加熱時間が同じであれば、加熱温度が高いほど硬度の低下量は大きくなる。したがって、焼戻し後の大内径部5の硬度は小内径部6に比べて低くなる。
Thus, if the heating time is the same for the portion cured by quenching, the amount of decrease in hardness increases as the heating temperature increases. Therefore, the hardness of the large
そのため、小内径部6で規定の硬度を得ようとすると(等速ジョイント外輪では、製品の強度に基づいて焼戻し後の硬度を規定している)、小内径部6より大内径部5の温度が高くなるため、大内径部5の硬度が規定の下限であったり、または規定値を下回ったりする問題がある。
Therefore, when trying to obtain a specified hardness at the small inner diameter portion 6 (the constant velocity joint outer ring defines the hardness after tempering based on the strength of the product), the temperature of the larger
しかし、これ以外に、図7の電流−時間曲線に示すように、前記加熱コイル1への高周波電流の供給が連続して行なわれていることにも大きな原因がある。すなわち、前記加熱コイル1への高周波電流の供給が一度のオン・オフで行なわれているため、大内径部5と小内径部6の表面温度を比較すると、図8のような昇温曲線となる。このように、加熱終了時の温度差が非常に大きくなることから、小内径部6が必要な温度領域T1−T2に入ったときには、大内径部5は温度領域T1−T2から外れてしまうからである。
そこで、この発明の課題は、ワーク(特に、誘導加熱中に部位間で温度差を生じるトリポード型等速ジョイント外輪)2の温度差を小さくして、焼戻しによる部分的な硬度低下のばらつきを低減し、焼戻し後の硬度を均一に保てるようにすることである。
However, in addition to this, as shown in the current-time curve of FIG. 7, there is also a major cause that the high-frequency current is continuously supplied to the
Therefore, the object of the present invention is to reduce the temperature difference of the workpiece (particularly, tripod type constant velocity joint outer ring that generates a temperature difference between the parts during induction heating) 2 and to reduce variation in partial hardness reduction due to tempering. In other words, the hardness after tempering can be kept uniform.
上記の課題を解決するため、この発明では、ワークを加熱する誘導加熱コイルに、高周波電流を複数回に分けて供給し、前記ワークを焼戻し温度に段階的に加熱する段階加熱を用いた方法を採用したのである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method using step heating in which a high-frequency current is supplied to an induction heating coil for heating a workpiece in a plurality of times and the workpiece is heated stepwise to a tempering temperature. Adopted.
このような方法を採用し、連続して供給される高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイルへ供給し、複数回オン・オフを繰り返すようにしてワークへエネルギーを与える。こうすることで、例えば、オンの期間は、大内径部の温度が小内径部に比べて早く上昇するが、オフの期間は、大内径部が薄肉のため放熱して温度が下がる。このとき、小内径部は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部からの熱伝導もあって、大内径部との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、大内径部と小内径部の両方が焼戻しに必要な温度域へ入るようにする。 By adopting such a method, the high-frequency current continuously supplied is supplied to the induction heating coil in a plurality of times, and energy is given to the workpiece by repeating the on / off a plurality of times. By doing so, for example, the temperature of the large inner diameter portion rises faster than that of the small inner diameter portion during the on period, but during the off period, the large inner diameter portion is thin and the heat is dissipated to lower the temperature. At this time, since the small inner diameter portion is thick, it is difficult for the temperature to decrease, and there is also heat conduction from the large inner diameter portion, and the temperature difference from the large inner diameter portion is reduced. By repeating this several times, both the large inner diameter portion and the small inner diameter portion are brought into the temperature range necessary for tempering.
また、ワークを加熱する誘導加熱コイルへ高周波電流を供給する高周波電源と、前記電源から誘導加熱コイルへ供給する高周波電流を複数回に分けて供給させて、前記ワークを焼戻し温度に段階的に加熱する制御装置を備えた構成を採用することができる。 In addition, a high-frequency power source that supplies a high-frequency current to the induction heating coil that heats the workpiece, and a high-frequency current that is supplied from the power source to the induction heating coil are supplied in multiple steps, and the workpiece is heated stepwise to the tempering temperature. The structure provided with the control apparatus to perform can be employ | adopted.
このような構成を採用することにより、制御装置が高周波電源を制御して、高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイルへオン・オフを繰り返すように供給する。すると、例えば、オンの期間は、大内径部の温度が小内径部に比べて早く上昇するが、オフの期間は、大内径部が薄肉のため放熱して温度が下がる。このとき、小内径部は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部からの熱伝導もあって、大内径部との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、大内径部と小内径部の両方が焼戻しに必要な温度域へ入るようにする。 By adopting such a configuration, the control device controls the high frequency power supply, and supplies the high frequency current to the induction heating coil so as to be repeatedly turned on and off in a plurality of times. Then, for example, during the ON period, the temperature of the large inner diameter portion rises faster than that of the small inner diameter portion, but during the OFF period, the large inner diameter portion is thin, so that heat is released and the temperature decreases. At this time, since the small inner diameter portion is thick, it is difficult for the temperature to decrease, and there is also heat conduction from the large inner diameter portion, and the temperature difference from the large inner diameter portion is reduced. By repeating this several times, both the large inner diameter portion and the small inner diameter portion are brought into the temperature range necessary for tempering.
この発明は、以上のように構成したことにより、ワークの温度差、例えば、誘導加熱した等速ジョイント外輪のカップ内部の温度差を小さくできるため、焼戻しによる部分的な硬度低下量のばらつきを低減することができ、その結果、焼戻し後の硬度を均一に保つことができる。これにより製品(例えば外輪の大内径部と小内径部)の硬度規格を十分に満足するようにできるため、この段階加熱を用いずに焼戻しをした場合に比べて製品強度を高めることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to reduce the temperature difference of the workpiece, for example, the temperature difference inside the cup of the constant velocity joint outer ring that is induction-heated, thereby reducing variation in the amount of partial hardness reduction due to tempering. As a result, the hardness after tempering can be kept uniform. As a result, the hardness standard of the product (for example, the large inner diameter portion and the small inner diameter portion of the outer ring) can be sufficiently satisfied, so that the strength of the product can be increased as compared with the case of tempering without using this stage heating.
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)に示すように、この形態の誘導加熱装置は、誘導加熱コイル1と高周波電源10及び制御装置11で構成されている。
As shown in FIG. 1A, the induction heating device of this embodiment includes an
誘導加熱コイル1は、この形態では、丸型のコイルを螺旋状に巻回して筒状に形成したソレノイドコイルで、図1(a)のように、コイル1内にワーク2を配置できるように形成されている。この誘導加熱コイル1は、高周波電源10と接続する。
In this embodiment, the
高周波電源10は、トランジスタ式インバータのもので、主回路と制御回路とで構成されており、主回路の制御用素子に、例えば、IGBT、MOS−FETなどのトランジスタを使用したものである。
The high-
制御回路は、例えば、PLC(シーケンサ)回路、ドライブ回路を備えており、予めPLCにプログラムされた周波数や電力の設定値とその作動時間に基づいて、ドライブ回路でインバータのトランジスタを駆動する。 The control circuit includes, for example, a PLC (sequencer) circuit and a drive circuit, and drives a transistor of the inverter by the drive circuit based on a preset value of frequency and power programmed in the PLC and an operation time thereof.
制御装置11は、ここでは、シーケンサなどのプログラム可能な装置を使用して、図2のようなオン・オフ加熱サイクルに対応して高周波電源10を制御する。
Here, the control device 11 uses a programmable device such as a sequencer to control the high-
この形態は、上記のように構成されており、この誘導加熱装置に、トリポード型等速ジョイント外輪をワーク2としてセットし、焼戻し加工サイクルの動作を述べることにより、本願の誘導加熱方法を説明する。
This embodiment is configured as described above, and the induction heating method of the present application will be described by setting the tripod type constant velocity joint outer ring as the
ワーク2は、図1(b)、図6の断面図に示すように、向かい合ったローラ案内面13でトラック溝12を構成しており、3本のトラック溝12が120度の間隔で形成されている。向かい合ったローラ案内面13は大内径部5によって結ばれており、それぞれのトラック溝12は小内径部6によって接続された形状となっている。
As shown in the cross-sectional views of FIG. 1B and FIG. 6, the
このワーク2は、図1(a)に示すように、下治具4と上センター治具3で支持し、誘導加熱コイル1の内部へセットする。
As shown in FIG. 1A, the
次に、制御装置11のプログラムに従って高周波電源10から前記コイル1に高周波電流を供給して誘導加熱する。
Next, a high frequency current is supplied from the high
すなわち、図2に示すように、高周波電流を複数回に分けて誘導加熱コイル1へ供給する。つまり、複数回オン・オフを繰り返すようにしてワーク2へエネルギーを与える。こうすることで、オンの期間は、大内径部5の温度が小内径部6に比べて早く上昇するが、オフの間は、大内径部5は薄肉のため放熱して温度が下がる。一方、小内径部6は、厚肉のため温度は下がり難く、また、大内径部5からの熱拡散もあって、大内径部5との温度差が縮まる。これを数回繰り返すことにより、図3のように、大内径部5と小内径部6の両方が焼戻しに必要な温度域T1−T2へ入るように加熱することができる。
That is, as shown in FIG. 2, the high-frequency current is supplied to the
このようにして、均一な温度に加熱したワーク2は、加熱が終了したのち、所定の時間冷却し加工を終了する。こうして焼戻しを行なったワーク(外輪)2は、外輪のカップ内部の温度差を小さくできるため、部分的な硬度低下量のばらつきを低減できる。また、その結果、焼戻し後の硬度を均一に保つことができる。これにより製品の硬度規格を十分に満足することができるため、この段階加熱を用いずに焼戻しをした場合に比べて製品強度を高めることができる。
In this way, the
なお、電流−時間曲線は、製品の種類や形状により様々となり、実験やテストなどにより適宜設定されるものである。 The current-time curve varies depending on the type and shape of the product, and is set as appropriate through experiments and tests.
1 誘導加熱コイル
2 ワーク
5 大内径部
6 小内径部
10 高周波電源
11 制御装置
12 トラック溝
13 ローラ案内面
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