JPH0738316B2 - 高周波加熱用コイル及び同コイルを用いた高周波熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕高周波誘導加熱によって、加熱を
行なっている産業部門すべてで活用出来る。特に、高周
波焼入を行なっている熱処理分野、高周波加熱による接
合を行なう分野で有用である。 〔従来の技術〕高周波焼入は、以前から機械部品の表面
硬化熱処理として、広く活用されてきている。疲労強度
を要求されるシャフト類、摺動摩耗に対する耐久性を要
求されるカム類、さらにはこの両者の性能を要求される
ギャーやカプリング等の動力伝達部品の表面硬化熱処理
として、自動車、工作機、建設機械、油圧機械、及び造
船業界のあらゆる産業分野に、その活用事例は枚挙にい
とまの無い程である。高周波焼入は、部品単体の１また
は、数個を、極短時間で焼入出来る上に、この後に続く
加工ラインとインラインで直結出来るので、生産性の高
い熱処理として、従来の加熱炉を用いる方法から代っ
て、ますゝ広い分野で活用される様になってきている。
とくに、生産性向上を部品原価低減追求の主要ファクタ
としている自動車業界では、高周波焼入の採用は、近
年、急を告げている。一方、自動車部品に要求される品
質の安定性はますゝ厳しくなり、高周波焼入した部品に
対しても同様に苛酷な品質保証の要求がなされている。
しかし、高周波焼入は、本来簡易表面硬化処理として、
発展した熱処理であり、硬化深さや表面硬度値の管理限
界値は、浸炭硬化熱処理に比べて劣るものとされてい
る。それは、浸炭処理の場合には、炉内に挿入した測温
用の熱電対によって、炉内温度をじっくりと管理出来る
利点があり、この方法により被加熱材の加熱温度、特
に、焼入温度を管理し、精度の良い熱処理が行なわれ
る。一方、高周波焼入の場合には、被加熱材の温度を直
接精度良く測定する方法が存在しない為、高周波電源の
出力値を管理する方法によるか、被加熱材の熱的特性及
び高周波装置の出力とから予め求めておいた目標加熱温
度に達する迄の加熱時間をタイマーを用いて管理する事
により熱処理温度を管理して熱処理を行なっている。最
近の高周波電源の発達は目覚ましく、従来の真空管方式
に、サイリスタ方式、さらには、トラジスタ方式と発展
し、高周波電源の出力制御と加熱時間管理とによって、
特に高周波焼入れの際の被加熱材の焼入温度を相当精度
良く制御出来る様になったものの、熱処理品質の信頼性
としては、未だ浸炭処理には及ばないのが現状である。
さらに、高周波熱処理の場合は、高周波電源の出力に関
するデータは記録保管できるものの、その際の被加熱材
の加熱温度が直接測定記録出来ないという欠点がある。
熱処理材の品質は、最高加熱温度と焼入温度に支配され
るので、浸炭処理材の熱処理品質は、熱処理時の温度記
録から、即確度良く推定できるので品質管理の為の記録
として保管して、後日に役立てる事が出来る。しかし、
高周波電源の出力値と加熱時間とを介して、被加熱材の
最高加熱温度及び焼入温度を推測するので、品質管理の
あらゆる面で不満と不安が存在する。いいかえれば、高
周波焼入の際、被加熱材の必要な部位の温度が、リアル
タイムに、測定出来る事が、高周波焼入を行なう業界で
求められているニーズである。 〔解決しようとする問題点〕高周波熱処理の熱処理品質
の信頼性を、浸炭熱処理のそれに近づける為に、高周波
加熱の際に被加熱材の温度をリアルタイムに直接測定す
る事によって解決出来る。熱電対による直接測定、放射
温度計による被加熱材の幅射熱の測定、等種々の方法が
試みられているが、被加熱材に誘導起電力が生ずる事、
被加熱材を誘導加熱用のコイルが取り囲んでいる事から
適切な方法は実用に供されていない。 〔問題点を解決する為の手段〕以下に説明するコイルを
用いる事により高周波による被加熱材の温度が直接測定
出来る様になり従来の問題点が解決出来る。高周波誘導
電流により加熱された被加熱材の発する赤外線を、コイ
ルの求心方向に向けて、コイルに貫通・埋設したセラミ
ック等の非磁性でかつ耐熱性に優れた材料で構成し、か
つ、両端が開口したパイブから成る赤外線導入部の、受
光部先端に装着した集光レンズを介し集光し、次に、こ
の赤外線を、主に、光ファイバーで構成する光移送部を
通じ、シリコンフォトセルから成る光量検出部に移送
し、これにより検出部で出力される電気的信号力を電気
信号増幅部により増幅してから、Ａ／Ｄ変換器、リニア
ライズ回路およびＤ／Ａ変換器を介して、デジタル表示
又は／及びアナログ出力する事を特長とする被加熱材の
温度測定装置を組込んだ高周波誘導加熱用コイル。な
お、上記において、集光レンズの片面又は両面に、露点
を調整した気体を吹付ける為の気体パージ管、気体パー
ジ管から、集光レンズまでに加圧気体を導く気体誘導管
を配設する事によりさらに精度の良い測定が可能にな
る。さらに、被加熱材の温度を、上記に記載した本発明
の測温部を有する加熱用コイルで直接測定し、その測温
値が設定値に達した際に、被加熱材に所定の水冷を行な
う事によって精度の高い高周波熱処理が出来る。さら
に、被熱処理材のＥ．Ｃ．Ｄ測定値から被加熱材の加熱
温度又は焼入温度を直接測温しつつ制御する事により、
さらに精度の高い高周波熱処理が可能となる。なお、測
温結果を、記録紙あるいは磁気記録媒体等に記録させ
て、後日の為に保管する事も容易に行なえる。また、高
周波焼入材に、適当な記号又は番号等を印字し、これと
と対応させて、測温記録を保管する事により、信頼性の
高いトレーサビリティが確保出来る。 ［実施例〕第１図に、本発明の高周波加熱用コイルの実
施例を示す。コイル（３）の求心方向に向けて、セラミ
ック等の非磁性でかつ耐熱性に優れた材料で構成し、か
つ、両端が開口したパイブから成る赤外線導入部（４）
の先端部をコイル（３）に貫通・埋没させる。コイル
（３）に貫通・埋没させる赤外線導入部（４）の数は単
数でも、複数でも良く、かつ、複数設置の際の相対的位
置関係は任意で、被加熱材（１）の測温要求位置に合わ
せるようにする。赤外線導入部（４）から導入した赤外
線（２）を受光部（５）の先端に配設した集光レンズ
（６）を介し集光する。次に、この赤外線（２）を、主
に、光ファイバーで構成する光移送部（７）を通じ、シ
リコンフォトセルから成る光量検出部（８）に移送す
る。光量検出部（８）で出力された電気的信号力を電気
信号増幅部（９）により増幅してから、Ａ／Ｄ変換器
（１０）、リニアライズ回路（１１）およびＤ／Ａ変換
器（１２）を介して、デジタル表示又は／及びアナログ
出力するようにする。さらに、集光レンズ（６）の片面
又は両面に、露点を調整した気体を吹付ける事により、
集光レンズ（６）の曇りを防止する為に気体パージ管
（１３）、気体パージ管（１３）から、集光レンズまで
に加圧気体を導く気体誘導管（１４）を配設する。第２
図で、本発明のコイルを用いた高周波焼入装置の実施例
を説明する。本発明の高周波焼入装置は、本発明の高周
波加熱用コイル部（Ａ）、冷却剤噴射量制御バルブ（１
７）、冷却剤噴出ノズル（１８）、熱処理材のＥ．Ｃ．
Ｄ測定装置（１９）、Ｅ．Ｃ．Ｄ値演算制御装置（２
１）、Ｅ．Ｃ．Ｄ値設定装置（２０）、焼入温度演算制
御装置（１６Ｂ），焼入温度設定装置（１５Ｂ），焼入
温度再設定装置（２２），焼入温度演算制御装置（１６
Ｂ）から主に構成される高周波焼入材（Ｗ）のＥ．Ｃ．
Ｄ．値をＥ．Ｃ．Ｄ．測定装置（１９）により測定す
る。目標のＥ．Ｃ．Ｄ．値と測定値との差分を、Ｅ．
Ｃ．Ｄ．値設定装置（２０）とＥ．Ｃ．Ｄ．値演算制御
装置（２１）とによって求め、電気信号として、焼入温
度再設定装置（２２）に出力する。Ｅ．Ｃ．Ｄ．値と焼
入温度との関係は、鋼材の材質、内質や加熱速度等を特
定化すれば、一次相関にあり、この相関関係をブログラ
ム化して、焼入温度再設定装置（１５Ｂ）に組み込んで
おく。焼入温度再設定装置（２２）で演算し、適正な焼
入温度の再設定値を、焼入温度演算制御装置（１６Ｂ）
に入力し、既に設定されている焼入温度を修正する。引
き続き、高周波焼入を実施し、Ｅ．Ｃ．Ｄ．値を比較
し、同様に演算制御を行ない高周波焼入温度を更に修正
する。目標とするＥ．Ｃ．Ｄ．値の得られるまで条件の
繰返し設定を実施する。焼入温度演算制御装置（１６
Ｂ）は、本発明の高周波加熱用コイル部（Ａ）からの出
力を取込み、設定値との差分を演算し、所定差分値に達
すると、電気信号を出力し、冷却剤噴射量制御バルブ
（１７）を作動して冷却剤を噴射ノズル（１８）から被
加熱材（１）所定個所に向けて噴射し焼入を行なう。 〔発明の効果〕本発明により、高周波焼入が精度良く行
なう事が出来る様になると共に、品質保証の立場から格
段の信頼性向上が期待出来る。

【図面の簡単な説明】 第１図、本発明の高周波加熱用コイルの説明図である。
第２図は、本発明の高周波熱処理装置の実施例の１例と
して、高周波焼入装置に関する説明図である。 １：被加熱材 ２：赤外線 ３：高周波誘導加熱用コイ
ル ４：赤外線導入部 ５：受光部 ６：集光レンズ ７：光移送部 ８：光量
検出部 ９：信号増幅部 １０：Ａ／Ｄ変換器 １１：リニアライズ回路 １２：
Ｄ／Ａ変換器 １３：気体パージ管 １４：気体誘導管
１５Ａ：１加熱温度設定装置 １５Ｂ：焼入温度設定
装置 １６Ａ：加熱温度演算制御装置 １６Ｂ：焼入温
度演算制御装置 １７：冷却剤噴射量制御バルブ １８：冷却剤噴射ノズ
ル １９：Ｅ．Ｃ．Ｄ．測定装置 ２０：Ｅ．Ｃ．Ｄ値
設定装置 ２１：Ｅ．Ｃ．Ｄ．値演算制御装置 ２２：焼入温度再設定装置 Ａ：高周波加熱用コイル部 Ｈ：高周波加熱用電源
Ｗ：高周波焼入材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）高周波誘導電流により加熱された被加熱材（１）
   の発する赤外線（２）を、高周波誘導加熱用コイル（以
   下コイル）（３）の求心方向に向けて、コイルに貫通・
   埋設したセラミック等の非磁性でかつ耐熱性に優れた材
   料で構成し、かつ、両端が開口したパイプから成る赤外
   線導入部（４）の、受光部（５）先端に装着した集光レ
   ンズ（６）を介し集光し、次に、この赤外線（２）を、
   主に、光ファイバーで構成する光移送部（７）を通じ、
   シリコンフォトセルから成る光量検出部（８）に移送
   し、これにより検出部（８）で出力される電気的信号力
   を電気信号増幅部（９）により増幅してから、Ａ／Ｄ変
   換器（１０）、リニアライズ回路（１１）およびＤ／Ａ
   変換器（１２）を介して、デジタル表示又は／及びアナ
   ログ出力する事を特長とする被加熱材の温度測定装置を
   組込んだ高周波誘導加熱用コイル。 （２）特許請求範囲（１）において、集光レンズ（６）
   の片面又は両面に、露点を調整した気体を吹付ける為の
   気体パージ管（１３）、気体パージ管（１３）から、集
   光レンズまでに加圧気体を導く気体誘導管（１４）を配
   設する事を特徴とする高周波誘導加熱用コイル。 （３）特許請求範囲（１）及び（２）の出力部から出力
   した電気信号を取込み、加熱温度設定装置（１５Ａ）
   に、予め設定したておいた設定値と比較し、その差分を
   演算し、差分が適正値となった際に、次ぎの工程を実施
   する為の電気信号を出力する加熱温度制御演算装置（１
   ６Ａ）を配設する事を特徴する高周波加熱装置。 （４）特許請求範囲（１）及び（２）の出力部から出力
   した電気信号を取込み、焼入温度設定装置（１５Ｂ）
   に、予め設定したておいた設定値と比較し、その差分を
   演算し、差分が適正値となった際に、被加熱材（１）を
   焼入れする冷却剤を噴射する様電気信号を出力する焼入
   温度制御演算装置（１６Ｂ）と、焼入温度制御演算装置
   （１６Ｂ）から出力された信号に基ずいて自在に開閉す
   る冷却剤噴射量制御バルブ（１７）を、冷却剤噴射ノズ
   ル（１８）近傍に配設する事を特徴する高周波焼入装
   置。 （５）特許請求範囲（４）に、焼入された被加熱材
   （１）の焼入硬化深さ（以下、Ｅ．Ｃ．Ｄ．と呼ぶ）を
   測定するＥ．Ｃ．Ｄ．測定装置（１９）、Ｅ．Ｃ．Ｄ．
   測定装置（１９）により測定されたＥ．Ｃ．Ｄ．値と、
   予め目標とするＥ．Ｃ．Ｄ．値を設定するＥ．Ｃ．Ｄ．
   設定装置（２０）、Ｅ．Ｃ．Ｄ．測定値と設定値とを比
   較演算しその差分を電気信号として出力するＥ．Ｃ．Ｄ
   値演算制御装置（２１）、及びＥ．Ｃ．Ｄ．値演算制御
   装置（２１）からの信号に基ずいて最適焼入温度を再設
   定する焼入温度再設定装置（２２）を配置し、焼入温度
   再設定装置（２２）から出力 される電気信号に基ずい
   て、特許請求範囲（４）に於る、焼入温度設定装置（１
   ５Ｂ）の既設定焼入温度を再設定する事を特長とする高
   周波焼入装置。