JP5565635B2 - 高周波熱処理装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1は本実施形態に係る高周波熱処理装置の概略平面図であり、図2は、図1のY−Y方向に沿って切断した状態の、被加工物と熱膨張変位測定手段との配置を説明するための部分側断面図である。
図1及び図2に示すように、本発明に係る実施形態の高周波熱処理装置10は、被加工物駆動手段11と、被加工物20を誘導加熱する誘導加熱コイル15と、誘導加熱コイル15を支持し移動する誘導加熱コイル支持移動手段14と、被加工物の膨張変位を測定する熱膨張変位測定手段40と、高周波熱処理装置の制御部30と、を備えて構成されている。熱膨張変位測定手段40は、被加工物20に対向する位置に誘導加熱コイル15とは離隔して配置されている。なお、図示の場合には、熱膨張変位測定手段40は一つだけ設けられているが、被加工物20に応じて複数の熱膨張変位測定手段40を設けてもよい。
この場合、演算手段60は高周波誘導加熱を開始する前の距離センサ41の検出信号を入力して基準値としたが、基準値をゼロ点に設定する場合も含まれる。
ここで、高周波誘導加熱による熱処理は、加熱後急速冷却する焼入れ、加熱後の冷却速度を変えて焼戻しや焼鈍する場合も含む。
図1、図2に示すように、上記高周波誘導加熱処理装置10を用いて、円周面(外周面)21を有するリング体20を回転させて円周面21に形成された被加熱局部22に高周波誘導加熱処理を行う。リング体20は、一例として鋼製の歯車で、精密円筒加工された円環体で成っており、円周面21の上半部を一周する断面形状が半円状の凹部である被加熱局部22を有している。
熱膨張変位測定手段40は、距離センサ41と、ボールスプライン42と、接触子43としての耐熱性のボールベアリングと、付勢手段として例えば圧縮コイルばね44を具備してなる。距離センサ41としては、接触式距離センサを用いることができる。
例えば、クレーンあるいはホイスト等で搬送してきたリング体20をリング体回転手段に載置しチャックして回転する。
次に、可動テーブル装置14A,14Bをリング体20に接近移動して、誘導加熱コイル15をリング体20の被加熱局部22に近接し、誘導加熱コイル15と被加熱局部22とのギャップを例えば2mmになるようにし、続いて、コイル用冷却液循環装置(図示しない)を稼動してコイル用冷却液を誘導加熱コイル15の内部に通流させて高周波電源装置(図示しない)により誘導加熱コイル15へ高周波電流を給電開始する。
次に、超耐熱性のボールベアリング43をリング体20に接触させる。ボールベアリング43は外輪をリング体20との摩擦により連れ回り回転するので、ボールベアリング43がリング体20の円周面(外周面)21を傷つけることはない。
次に、演算手段60に対して数秒、例えば2秒間経過する毎にラッチ信号を出力し、距離センサ41からの変位量検出信号を演算手段60を経由して入力して検出値をメモリにストアすることを例えば5回繰り返す。
前記ストアした検出値の平均値を算出し該平均値を基準値としてメモリに記憶する。
引き続いて、例えば2秒間経過する毎にラッチ信号を出力し、接触式距離センサ41からの変位量検出信号を演算手段60を経由して入力して検出値をメモリにストアし、前記基準値との差値を算出する。
差値が前回の差値よりも0.2mm以上大きく変化したか否かを判断する。
0.2mm以上大きく変化した時は、当該差値に対応するように可動テーブル装置14A,14Bをリング体20から離隔する方向に微小にステップ移動して誘導加熱コイル15を後退させる。
このような、被加熱局部22の変位に同調して誘導加熱コイル15が変位寸法にほぼ等しい後退を、リング体20が所定の熱処理温度(例えば、1000℃)になるまで反復する。リング体20が所定の熱処理温度になると、誘導加熱コイル15による加熱とリング体20の放熱とが平衡するように、誘導加熱コイル15への通電量が制御される。
リング体20の全周が所定の熱処理温度になり、例えば5秒間経過すると、可動テーブル装置14A,14Bを待機位置に移動すると共に、エアシリンダ装置52を縮小作動して、誘導加熱コイル15とボールベアリング43とを、リング体20から大きく離隔させる。
次に、回転軸11Aを引続いて回転したままで下降してリング体20を焼入れ位置に位置させて、噴射管16の噴射ノズルから焼入れ用冷却液を1000℃に加熱された被加熱局部22に5分間噴射して急冷し焼入れを行う。
その後、焼入れ用冷却液の噴射を停止し、回転軸11Aを回転停止して上昇させ、リング体20を上昇位置でチャック解除する。以上で、リング体20の焼入れを完了する。
被加工物20として鉄鋼製の直径が1200mm、厚みが80mmの旋回輪インナーレースの焼入れ熱処理を行った。旋回輪インナーレース20は、精密円筒加工された円環体であり、円周面21の上半部を一周する断面形状が半円状の凹部である被加熱局部22を有している。円弧状(角度120°)の誘導加熱コイル15を2組とし、熱膨張変位測定手段40を一つ配置した高周波熱処理装置10を用いた。
11:被加工物駆動手段(リング体回転手段)
11A:回転軸
12:回転テーブル
13a〜13d:手動操作式の内径チャック手段
13e〜13h:エアシリンダ駆動式の内径チャック手段
14:誘導加熱コイル支持移動手段
14A,14B:可動テーブル装置
14a:直動ガイド
14b:基台
14c:可動スタンド
14d:テーブル
15:円弧状誘導加熱コイル
16:噴射管
16a:噴射ノズル
20:大口径リング体
21:円周面
22:被加熱局部
30:制御部
40:熱膨張変位測定手段
41:距離センサ(接触式距離センサ)
41a:変位検出軸
42:ボールスプライン
42a:ボールスプライン本体
42b:ボールスプライン軸
43:耐熱性接触子(ボールベアリング)
44:付勢手段(コイルばね)
45:プレート
46:ブラケット
47:ボックスブラケット
48:フォークブラケット
49:シャフト
50:ナット
51:基台
52:エアシリンダ装置
53:カバー
54:焼入れ用冷却液回収タンク
60:演算手段
Claims (4)
- リング体の円周面に形成されて該リング体を一周する被加熱局部を熱処理する高周波熱処理装置であって、
上記リング体を回転駆動するリング体回転手段と、
上記被加熱局部の周方向における一部に近接状態に配置され、回転する上記リング体の上記被加熱局部を誘導加熱する誘導加熱コイルと、
該誘導加熱コイルを支持して移動させる誘導加熱コイル支持移動手段と、
該誘導加熱コイル支持移動手段を駆動する制御部と、
上記誘導加熱コイルと周方向に離隔した上記リング体に対向する位置で、該リング体の上記被加熱局部の変位を検出する距離センサと、を備え、
該制御部は、上記誘導加熱コイル支持移動手段を駆動することで、高周波誘導加熱の開始時から終了時までの間に、上記誘導加熱コイルと上記被加熱局部とのギャップを略一定に保つように、上記距離センサで検出された被加熱局部の変位に応じて上記誘導加熱コイルを上記リング体に対して移動させ、且つ、上記誘導加熱コイルへ給電しつつ上記リング体回転手段により上記リング体を複数回回転させることで、上記被加熱局部の全周を所定の熱処理温度に温度上昇させるようにした、高周波熱処理装置。 - リング体の円周面に形成されて該リング体を一周する被加熱局部を熱処理する高周波熱処理装置であって、
上記リング体を回転駆動するリング体回転手段と、
上記被加熱局部の周方向における一部に近接状態に配置され、回転する上記リング体の上記被加熱局部を誘導加熱する誘導加熱コイルと、
該誘導加熱コイルを支持して移動させる誘導加熱コイル支持移動手段と、
該誘導加熱コイル支持移動手段を駆動する制御部と、
上記誘導加熱コイルと周方向に離隔した上記リング体に対向する位置で、該リング体の上記被加熱局部の変位を検出する距離センサと、を備え、
該制御部は、上記誘導加熱コイル支持移動手段を駆動することで、高周波誘導加熱の開始時から終了時までの間に上記リング体が熱膨張したときに、上記誘導加熱コイルと上記被加熱局部とのギャップを略一定に保つように、上記距離センサで検出された被加熱局部の変位に応じて上記誘導加熱コイルを上記リング体に対して後退させ、且つ、上記誘導加熱コイルへ給電しつつ上記リング体回転手段により上記リング体を複数回回転させることで、上記被加熱局部の全周を所定の熱処理温度に温度上昇させるようにした、高周波熱処理装置。 - 上記距離センサと、該距離センサから入力される検出値から基準値を差し引いて差値を算出し、該差値に対応した信号を上記制御部に出力する演算手段と、を備え、
上記制御部は、上記差値の増減に合わせて上記誘導加熱コイル支持移動手段を駆動する、請求項1又は2に記載の高周波熱処理装置。 - リング体の円周面に形成されて該リング体を一周する被加熱局部を熱処理する高周波熱処理方法であって、
上記リング体を回転駆動し、
誘導加熱コイル支持移動手段により誘導加熱コイルを支持し、上記誘導加熱コイルを上記被加熱局部の周方向における一部に近接状態に配置して、回転する上記リング体の上記被加熱局部を誘導加熱し、
上記誘導加熱コイルと周方向に離隔した上記リング体に対向する位置で上記距離センサにより上記リング体の被加熱局部の変位を検出し、
制御部により、高周波誘導加熱の開始時から終了時までの間に、上記誘導加熱コイル支持移動手段を駆動して、上記誘導加熱コイルと上記被加熱局部とのギャップを略一定に保つように、上記距離センサで検出された被加熱局部の変位に応じて上記誘導加熱コイルを上記リング体に対して移動させ、且つ、上記誘導加熱コイルへ給電しつつ上記リング体回転手段により上記リング体を複数回回転させることで、上記被加熱局部の全周を所定の熱処理温度に温度上昇させる、高周波熱処理方法。
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