CN100505956C - 多段形状轴部件的感应加热线圈和加热方法 - Google Patents

Abstract

在多段形状轴部件W的感应加热线圈中，将与被加热轴部件的加热部外周相隔规定间隙的内径的环状导体在轴方向上分割成多个而进行配设，设定每个环状导体(1、2、3)轴方向的长度，使分担的加热部的面积大致相等，串联连接该多个环状导体，均匀地升温被加热轴部件的各段轴部。上述多个环状导体，做成与轴部件的加热部的形状配合的形状，也可以做成跨越轴部件的外径不同的段的形状。另外，在对应环状导体的被加热轴部件的段的轴根的部分设置环状凸部而加热轴根。

Description

多段形状轴部件的感应加热线圈和加热方法

技术领域

本发明是关于用于感应加热淬火具有多个段部的轴部件等时的感应加热线圈和加热方法。

背景技术

以往，在多段形状轴部件的感应加热淬火中，分为每段，或者几段，进行使用对应各段的环状加热线圈加热，冷却淬火的方法。但是，在该以往方法中，费时，成本高，另外，具有段根部难以加热的问题。因此，作为解决该问题的感应加热线圈，公开有专利文献1的加热线圈。

上述专利文献1的加热线圈，通过在如图3所示的轴方向上延长的直线导体加热轴表面，用1个线圈，能够1次加热淬火多段，是很有效的。

但是，专利文献1的加热线圈，在加热时，由于每段轴温度升高产生差别，为了使温度均匀，具有需要增加加热时间的问题。并且，加热时间变长，会产生淬火变形增大的缺点。另外，由于通过轴方向导体加热，输入大功率困难，具有轴的长度变长，加热时间更长，加热效率下降的问题。此外，由于受加热线圈冷却水量的限制，产生加热线圈的温度升高，输入功率产生限制，具有结构上线圈强度容易降低，线圈寿命缩短的问题。

专利文献1：特开平11—162626号

发明内容

因此，有能够通过输入更大功率，迅速进行短时间加热，减小淬火变形，结构坚固，寿命长的线圈的要求。因此，本发明的目的在于，提供解决上述问题，提高加热热效率，能够输入大功率，通过迅速的短时间加热，减少淬火变形，寿命长的多段形状轴部件感应加热线圈。

为了实现上述目的，本发明的多段形状轴部件感应加热线圈和加热方法特征在于，将具有与被加热轴部件的加热部外周保持规定间隙的内径的环状导体在轴方向上分割成多个而设置，将各个环状导体轴方向的长度以使它们分担的加热部的面积大致相等的方式设置，将该多个环状导体串联连接，从而均匀升温被加热轴部件的各段轴部。

这样，多段形状轴部件的加热线圈中不是直线导体，通过使用环状导体加热，与专利文献1的使用轴方向直线导体的加热线圈相比，能够输入大功率，通过短时间加热能够减少淬火变形，另外，能够增加冷却水量，延长线圈寿命。

另一方面，如果用不分割为多段形状轴部件的各段轴部的1个环状导体加热，大径部比小径部难以加热，大径部的温度升高变慢。因此，本发明通过串联连接以使分担各环状导体的轴方向长度的加热部的面积几乎相等的方式设定的多个环状导体，谋求各段轴部均匀的温度升高。即，由于串联连接多个环状导体，各环状导体的电流相等，环状导体的轴方向长度，在大径部短，电流密度大，在小径部长，电流密度小，谋求均匀地温度升高。各环状导体的多个分割数和轴方向的长度，根据被加热轴部件的形状，由经验和实验值决定。

优选方式是，将所述多个环状导体的1个以上被设计成以下形状，即跨过被加热轴部件的外径不同的段轴的形状，从而均匀地升温被加热轴部件的各段轴部。如果这样，减少环状导体的数，能够均匀地加热多段数的轴材。

另外，优选方式是，在所述环状导体的与被加热轴部件的段的轴的根对应的部分设置环状凸部，从而一并加热该段的轴的根。如果这样，由于段的根部电流集中，能够加热淬火到根的底部。

这里所说的多段形状轴部件，不只是各段是平滑的轴，包括一部分段被加工成齿轮，锯齿状，齿条等形状的轴材。另外，所谓与轴部件加热部的形状和外径配合的形状、内径是指，例如轴部不是直的而是锥形时，环状导体的内径也做成锥形，而当跨越带有台阶的轴的台阶时，环状导体的内径也带有台阶等。

本发明的多段形状轴部件感应加热线圈，由于即使对多段轴材，也能均匀地升高各段的温度，能够减少加热时间。由此能够实现提高加热效率，节省电力。另外，由于能够大功率输入，短时间加热，可以减少淬火变形。另外，线圈形状机构上坚固，能够使用大量冷却水，线圈的温度升高减少，能够谋求延长线圈寿命，成本降低。

附图说明：

图1是本发明实施方式的串联连接的多段形状轴部件感应加热线圈的立体图。

图2是本发明实施方式的多段形状轴部件感应加热线圈的剖面图。

图3是以往的多段形状轴部件感应加热线圈的立体图。

图中：1—上环状导体，2—中环状导体，3—下环状导体，10—感应加热线圈，11，12，21，22，31，32，34—引线部，13，23，33—纵向引线部，W—工件(被加热轴部件)。

具体实施方式

以下，对本发明的多段形状轴部件感应加热线圈，对图示的1实施方式，进行具体的说明。图1是串联配设本发明的环状导体的感应加热线圈的立体图，图2是剖面图。

以下，使用这些附图，对加热3段的轴部件的本发明的感应加热线圈的结构进行说明。本实施方式的被加热轴部件(以下称工件)W是，如图2所示，具有小径部W1，中径部W2，大径部W3，具有各段的尺寸为d₁×h₁+d₂×h₂+d₃×h₃的直径和长度的3段轴部件。

在图2中，感应加热线圈10是由在轴方向上被分割成3部分的上，中，下3个环状导体1，2，3构成。3个环状导体1，2，3具有和工件W外周之间形成一定间隙G的内径，串联连接。上环状导体1加热图2中工件的小径部W1的长度方向为h₀₁的范围。中环状导体2用1个导体加热涉及小径部W1的下部和中径部W2的2段，加热图2中(h₁₁+h₂)的长度范围。因此，中环状导体2的内周，成为与加热部之间设置了间隙G的接近段的形状。另外，中环状导体2中，在对应小径部W1的根部W1a位置设置了凸部2a，在对应中径部W2的根部W2a位置设置了凸部2b。由此，防止轴的根部升温不充分。下环状导体3加热大径部W3的h₃的长度范围。

在图1的感应加热线圈10中，加热电流从上环状导体的引线部11绕过上环状导体1，通过上环状导体的引线部12，从纵向引线13通往中环状导体的引线部21。并且，绕过中环状导体2，通过中环状导体的引线部22，从纵向引线23通往下环状导体的引线部31，绕过下环状导体3。再通过下环状导体的引线部32，从纵向引线33导通到引线部34。由此，3个环状导体1，2，3串联连接，电流在各环状导体中沿同一方向流动。

图2各段轴部W₁、W₂、W₃的直径是d₁<d₂<d₃。如果分别各用1个环状导体加热该各段轴部，大径部W₃比中径部W₂难以加热，温度升高得慢。另一方面，小径部W₁直径d₁小，温度容易升高，如果做成对应轴部长度h₁的一个环状导体，由于轴部长度h₁长，电流密度变小，与中径部W₂相比，难以加热，温度难以升高。因此本发明，通过与被加热部的直径大致成比例设定环状导体的电流密度，谋求各段轴部均匀地温度升高。

作为其方法，本发明，改变各环状导体轴方向长度，使被加热部面积大致相等，谋求各段部均匀地温度升高。即，原理上，环状导体轴方向长度，大径部短，电流密度大，小径部长，电流密度小，谋求均匀温度升高，但是，加之还要考虑加热部的长度，决定环状导体轴方向长度。

本实施方式的，用3个环状导体加热图2工件W时，对应各段轴部直径d₁、d₂、d₃，规定各环状导体轴方向长度H₁，H₂，H₃。并且，3个各环状导体的加热分担范围，如图2所示，上环状导体为h₀₁，中环状导体2为(h₁₁+h₂)，下环状导体3为h₃。并且，中环状导体2的内径被做成，如图2所示，与工件各段外周具有规定间隙的段样式的形状的直径。由此，由各导体加热的轴的加热面积平均的付加功率量大致相等，加热时的温度升高变得均匀，加热效率提高。

另外，在对应图2的中环状导体2的工件W的段的根W_1a、W_2a的部分设置凸部2a、2b，来加热段的根W_1a、W_2a。图中凸部2a、2b与中环状导体2的内径相等而伸向下方，但也可以做成朝向段的根W_1a、W_2a的方向，向内周侧环状突出的形状。

实施例1

使用上述本发明的加热线圈，对图2的各尺寸为(φd₁×h₁)+(φd₂×h₂)+(φd₃×h₃)＝(φ50×80)+(φ80×18)+(φ130×22)mm的3段轴部件加热试验。

加热线圈串联连接如图2所示的3个环状导体加热。像表1那样设定其加热部长度和与其对应的各环状导体的长度H₁，H₂，H₃。

即，如图2所示，将中环状导体做成跨2段的段样式的形状，如表1所示3个环状导体的加热面积大致。另外，中环状导体2上设置了凸部2a、2b。

[表1]

                                                 (单位：mm)

使用如图3所示的以往加热线圈和上述本发明的加热线圈，对上述尺寸的轴材加热到淬火温度，进行比较加热实验。其结果如表2所示。

[表2]

 

	最大附加电力(kW)	达到均匀淬火温度的升温时间(sec)	冷却水量(1/min)
				本发明的线圈	360	1.8	20
以往的线圈	120	3.7	10

结果如表所示，达到均匀的淬火温度的时间变为约1/2，冷却水量能够增加2倍，可以降低线圈温度，由于该效果和结构上强度高，能够提高线圈寿命。并且，通过设置在中环状导体2上的凸部2a和2b，充分加热到轴根。

如以上说明的，本发明的多段形状轴部件感应加热线圈，由于通过配设在被加热轴部件外周的多个环状导体加热，与以往轴方向导体加热线圈相比，能够输入大功率，并且，由于能够增加冷却水量，能够抑制线圈温度升高，防止变形。另外，由于设定各环状导体轴方向的长度，使各环状导体分担的加热部面积相等，轴部件各段的加热温度升高变得均匀。因此，与以往的线圈相比，达到各部温度均匀的时间缩短，减少了所需要的电力量，提高了加热效率。同时，通过短时间加热，能降低淬火变形。

上述多个环状导体，通过形状，内径与轴部件加热部的形状和外径配合，做成跨越轴部件外径不同段的形状各段容易均匀地加热，并且，通过在对应环状导体轴部件的段根的部分设置环状凸部，具有到轴的根部都能均匀地加热的优点。

如以上所述的，本发明的多段形状轴部件感应加热线圈，由于能够迅速加热，缩短加热时间，能降低淬火变形，同时，提高加热效率，能够实现节省电力，提高生产率。另外，由于延长线圈寿命，降低成本，感应加热淬火等的生产成本的降低，成为可能，对产业的发展有贡献。

Claims (6)

1、一种多段形状轴部件的感应加热线圈，其特征在于，

将具有与被加热轴部件的加热部外周保持规定间隙的内径的环状导体在轴方向上分割成多个而设置，将各个环状导体轴方向的长度以使它们分担的加热部的面积相等的方式设置，将该多个环状导体串联连接，从而均匀升温被加热轴部件的各段轴部。

2、根据权利要求1所述的多段形状轴部件的感应加热线圈，其特征在于，

所述多个环状导体的1个以上被设计成以下形状，即跨过被加热轴部件的外径不同的段轴的形状，从而均匀地升温被加热轴部件的各段轴部。

3、根据权利要求1或者2所述的多段形状轴部件的感应加热线圈，其特征在于，在所述环状导体的与被加热轴部件的段的轴的根对应的部分设置环状凸部，从而一并加热该段的轴的根。

4、一种多段形状轴部件的感应加热方法，其特征在于，

在多段形状轴部件的感应加热中，使用以下的感应加热线圈均匀地升温被加热轴部件的各段轴部，该感应加热线圈是，将具有与被加热轴部件的加热部外周保持规定间隙的内径的环状导体在轴方向上分割成多个而设置，并将各个环状导体轴方向的长度以使它们分担的加热部的面积相等的方式设置，并将该多个环状导体串联连接而成。

5、根据权利要求4所述的多段形状轴部件的感应加热方法，其特征在于，

使用以下的感应加热线圈均匀地升温被加热轴部件的各段轴部，该感应加热线圈是，所述多个环状导体的1个以上被设计成跨过被加热轴部件的外径不同的段轴的形状。

6、根据权利要求4或5所述的多段形状轴部件的感应加热方法，其特征在于，

使用在所述环状导体的与被加热轴部件的段的轴的根对应的部分设有环状凸部的感应加热线圈，一并加热该段的轴的根。

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