JP4713757B2

JP4713757B2 - Induction hardening method

Info

Publication number: JP4713757B2
Application number: JP2001122063A
Authority: JP
Inventors: 横尾　　敏浩; 秀明片沼
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002317224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被焼入体としてのワーク、例えばクランクシャフト、またはカムシャフト等を高周波焼入する高周波焼入方法に関し、特に複数の箇所を同時に高周波加熱するとき、加熱中の高周波誘導加熱コイルの異常を判定する高周波焼入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、例えば、ガソリンエンジン（またはディーゼルエンジン）用の４気筒のクランクシャフト（ワーク）１００は、鍛造加工によりピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０とが一体成型されている。従来、前記クランクシャフト（ワーク）１００のピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の高周波焼入れは、該クランクシャフト（ワーク）１００を中心軸Ｘのまわりに回転させながら、該ピン部１２０，１４０，１６０，１８０とジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０に、それぞれ高周波誘導加熱コイル(以下、単に高周波誘導加熱コイルという)を載置し、前記回転に追従して加熱、冷却を行い高周波焼入れを施工している。
【０００３】
前記ピン部１２０，１４０，１６０，１８０と前記ジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の形状は、該ピン部同士およびジャーナル部同士は同じため、該ピン部１２０とジャーナル部１１０を例に説明する。前記ピン部１２０とジャーナル部１１０の形状は、図９に示すように該ジャーナル部１１０の円柱部１１１と、該円柱部１１１に続くＲ部１１２と、該Ｒ部１１２に続き前記クランクシャフト（ワーク）１００の軸方向に直角に形成されたスラスト部１１３から成り、前記ピン部１２０の円柱部１２１に続く。図９に示す硬化層１１７，１２７は、前記円柱部１１１，１２１に対する焼入れによって得られたものである。このような焼入れの仕方を平焼入れと称している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、前記クランクシャフト（ワーク）１００の平焼入れにおいて、通常、高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱された円柱部、例えば１１１，１２１の硬化層１１７，１２７の深さが浅く、表面硬度がＨｖ６００を満足できないものが生じることがある。該クランクシャフト（ワーク）１００の前記円柱部には、メタル部品が嵌め合わされて使用されることから、該円柱部の表面硬度が低いものは、メタル部品との接触面の嵌合に問題を引き起こすため使用することができないという問題点があった。
【０００５】
また、図１０に示すように、クランクシャフト平焼入する半開放殼形高周波誘導加熱コイル６０は、高周波誘導加熱コイル頭部４を有する。該高周波誘導加熱コイル頭部４は、２個の電極である加熱導体６１，６２からなり、互いに並行して配置される。該高周波誘導加熱コイル頭部４により前記クランクシャフト（ワーク）１００の円柱部、すなわちワークを高周波焼入れする場合、高周波誘導加熱コイル頭部４を円柱部の上に一定の隙間をもって配置される。前記加熱導体６１，６２は、互いに反対方向の高周波電流が流れる構造となることから、該加熱導体６１，６２間の加熱効率が低下するため、珪素鋼板やダストコア等の磁性材からなる鉄心６３，６４使用して、その磁束密度を大きくし前記ワークに対する加熱を増加させている。
【０００６】
通常、前記加熱導体６１，６２は、銅材を中空にした銅角パイプからなり、中空部に冷却水を流すことで該加熱導体６１，６２の発熱を減少させている。磁性材からなる前記鉄心６３，６４自体も誘導加熱されるため、該加熱導体６１，６２の冷却水により発熱を減少させている。しかし、誘導加熱されるワークと近い該鉄心６３，６４の部位は、ワークの輻射熱を大きく受けるため、冷却が足りず昇温する傾向にある。生産数の増加とともに、昇温した該鉄心６３，６４は、ワークに磁束を集中させる効果が弱くなる。結果として、焼入硬化層の深さが浅くなり、所定の表面硬度を満足させることができないうえ、磁性材からなる該鉄心６３，６４の効果をチェックする機構がなく、連続生産において、焼入品質が不良のまま加工されることがあるという問題点があった。
【０００７】
しかし、これは電気的に、前記鉄心６３，６４の珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合、高周波電圧の一定制御にて出力制御をしている場合には、監視対象として、高周波誘導加熱コイル電圧を測定する手段があるが、ほとんど変化の度合いは表れにくく監視対象としては難しいものがある。その他、高周波電源としての高周波発振機の発振周波数または高周波出力電圧の監視があるが、これらの値もほとんど変化しにくいという問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる点を鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、加熱中の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の、磁性材からなる前記鉄心の状態を監視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め判定する高周波焼入方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入する方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１０】
本発明は、クランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する方法において、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１１】
本発明は、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力を検出し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定する方法である。
【００１２】
本発明は、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、入力電力量を検出し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定する方法である。
【００１３】
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出される方法である。
【００１４】
本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる並列共振回路で形成される方法である。
【００１５】
本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電流に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる直列共振回路で形成される方法である。
【００１６】
本発明は、前記ロゴスキーコイル形の前記電流検出手段は、前記整合部のディスク形変成器に装着されて、前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出する方法である。
【００１７】
前記高周波誘導加熱コイルを監視するとき、高周波発振機からの電圧一定制御にて出力制御をしている場合、大きな変化を示すのが高周波電流、特に高周波誘導加熱コイル電流であり、その他、高周波電力、または加熱時の電力量が挙げられる。高周波電流一定制御の場合には、高周波電圧が変数となり、高周波電力一定制御の場合には、高周波電圧や高周波電流が変数となる。しかし、高周波電力一定制御の場合、高周波電圧や高周波電流の変動分は、前記電圧制御や電流制御の場合よりも少なく、高周波一定電圧または高周波一定電流の方が、変化の度合いは大きい。
【００１８】
また、加熱時の前記高周波電流、高周波電圧および高周波電力の状態変化は、常に変動しており、この変動幅を観測してパターン判定する方法では、監視制御として複雑となり回路設計上、難しい。
【００１９】
このことから、被焼入体として、例えばクランクシャフトの複数箇所の同時加熱において、高周波一定電圧制御または高周波一定電流制御をしているときに、前記加熱導体の鉄心の、珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合、平均の高周波電流、加熱コイル電流、高周波電力、または高周波電力量を比較することで、高周波誘導加熱コイルの効率を判定することが可能となる。
【００２０】
以上、前記鉄心の、珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合の判定を解決するために、本発明は、前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御されるとき、以下の項目を監視測定することで高周波誘導加熱コイルの判定を行い、安定した焼入品質の物を生産することが可能となる。
１）高周波発振機の平均出力電流または整合部平均入力電流。
２）高周波発振機の平均出力電力または整合部平均入力電力。
３）高周波発振機の平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
４）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立している場合）。
５）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部平均高周波誘導加熱コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の高周波焼入方法の一実施の形態における第１実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電流を監視する図、図２は、図１中の該コイル電流判定回路部の構成回路図、図３は、前記それぞれの整合部と前記高周波誘導加熱コイルとを示す構成外観図、図４は、ワークであるクランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れする半開放殼形高周波誘導加熱コイル（以下、高周波誘導加熱コイルと略す）単体の構成図、図５（ａ）は、高周波誘導加熱コイルへの入力電流を検出するロゴスキープローブを有するロゴスキーコイル形電流検出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出器の使用状態を示す図である。
【００２２】
本高周波焼入方法の実施の形態である高周波焼入装置は、被加工物で、材質が鋼材または炭素鋼材からなる４気筒エンジンのクランクシャフトである、前記クランクシャフト（ワーク）１００の各ピン部１２０，１４０，１６０，１８０およびジャーナル部１１０，１３０，１５０，１７０，１９０の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイル群２を載置し、該クランクシャフト（ワーク）１００をその中心軸Ｘを中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイル群２を前記円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部（または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部）を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する装置である。
【００２３】
図１の前記回路図は、１台の高周波発振機６から出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加熱コイル群２の４個の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続されるとともに、それぞれの高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流を監視するため、図２に示す高周波加熱コイル電流判定回路部３０が接続されている。
【００２４】
前記４個の切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ以後は、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ピン部および前記ジャーナル部を加熱するため、図１および図３に示すように、それぞれ、整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔからなる整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記４個の前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。ここでは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについては、４個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。
【００２５】
そして、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれへの入力電流を検出するため、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれの出力側に、図５（ａ）に示すロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、それぞれ配設、接続されており、該ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから得られる、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへのコイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを、前記高周波加熱コイル電流判定回路部３０に出力する。
【００２６】
前記高周波加熱コイル電流判定回路部３０は、図２に示すように、前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのほか、加熱時間信号も入力されており、前記入力電流の平均コイル電流検出回路３１とコイル電流判定回路３２とで構成されている。
それぞれの前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは前記平均コイル電流検出回路３１に入力されて、平均コイル電流検出回路３１からそれぞれの前記コイル入力電流信号２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの平均コイル入力電流信号２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉを出力する。（該平均コイル入力電流信号は、前記コイル入力電流信号のある設定された時間内における平均値を示すコイル入力電流信号である。）
そして、出力された前記平均コイル入力電流信号２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ，２１ｉは、前記コイル電流判定回路３２に入力される。このコイル電流判定回路３２には、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに上下限設定信号が入力、設定され、上限設定値を超えるとき、または下限設定値未満のときは、該コイル電流判定回路３２からそれぞれアラーム信号が出力される。なお、このコイル電流判定回路３２は、シーケンサ等での構成も可能である。
【００２７】
次いで、前記クランクシャフト（ワーク）１００のピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れするため、該円柱部を高周波誘導加熱に使用される前記高周波誘導加熱コイル群２のそれぞれ単体としての前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを、図４に示す。この代表例としての高周波誘導加熱コイル２ａは、黄銅製の一対の側板（保持板）１２ａ，１２ｂと、この側板（保持板）１２ａ，１２ｂ間に取付けられた半開放殻形の高周波誘導加熱コイル頭部４，４と、該高周波誘導加熱コイル頭部４，４に前記高周波発振機６からの１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ高周波電力を供給するため、給電線５を介して接続される図３に示す整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（図１に示す整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔとからなる）と、前記側板（保持板）１２ａ，１２ｂの下端に取付られて前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４の下方位置に配置された焼入冷却用の一対の冷却液噴射環７，７と、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと前記給電線５とを接続するための一対の接続端子８，８と、該接続端子８，８および給電線５，５を保持するために前記側板（保持板）１２ａ，１２ｂの上端側に取付けられた絶縁性材料からなるブロック９と、前記クランクシャフト（ワーク）１００の誘導加熱される円柱部（前記ピン部またはジャーナル部の円柱部）と前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４との間を、僅かな隙間で保つための複数箇所（本実施の形態では、３箇所で、前記高周波誘導加熱コイル頭部４，４のほぼ真上の中央部分と、それらの両端部分）に添うように装着される、セラミック製または超硬製の接触部（またはチップ部材という）１０，１０とをそれぞれ具備している。
【００２８】
ここで、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれの上方で、図示しない支持機構によって直下状態で保持されている。そして、前記クランクシャフト（ワーク）１００の中心軸Ｘを中心に回転されるのに伴い、図示しないワーク追従機構により、高周波誘導加熱コイル頭部４，４が、前記誘導加熱される円柱部の上に載置された状態のまま、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが前記ピン部またはジャーナル部の円柱部に追従して移動し得るように構成されている。
【００２９】
なお、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ジャーナル部の円柱部外周面には、例えば３箇所に前記接触部１０が当接され、これにより高周波誘導加熱コイル頭部４，４の半円状部と、該円柱部の外周面とが、僅かな所定間隔を隔てられており、この状態で、該円柱部が高周波誘導加熱コイル頭部４，４により高周波誘導加熱されるようになっている。
【００３０】
また、前記一対の冷却液噴射環７，７には、冷却液供給用パイプ１４がそれぞれ接続されており、図示しない冷却供給源から、これらの前記冷却液供給用パイプ１４を通してそれぞれの冷却液噴射環７，７に供給され、該冷却液噴射環７，７から所定のタイミングで冷却液が、加熱された前記ジャーナル部およびピン部に向けて噴射されるように構成されている。
【００３１】
次に、図５（ａ）に示す前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流を検出するロゴスキー式プローブ２２をそれぞれ有し、該ロゴスキー式プローブ２２は、図５（ｂ）に示すように、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの給電線５に１回巻き付けられている。それぞれの前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、１本の細い長い可撓性の中空チューブ２２ａ内に導電線２３を貫通し、該中空チューブ２２ａの貫通端２２ｂから、該導電線２３により該中空チューブ２２ａの外周面に一定な間隔でコイル状に巻回されたロゴスキー式プローブ２２を有するものである。使用される前記中空チューブ２２ａの材質は絶縁性の高いものを使用し、該中空チューブ２２ａの外周面に巻回される前記導電線２３も、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの電圧値のよりも高い電圧に対して十分な耐電圧値を有するものが使用される。
【００３２】
前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、前記ロゴスキー式プローブ２２の出力端に５０Ωの同軸ケーブル２４を接続するとともに、５０Ωの終端抵抗を接続して、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流値を電圧値に変換している。前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流と電圧の変換比率は、前記中空チューブ２２ａに巻回されるコイルの回数で決定される。また、前記ロゴスキー式プローブ２２を、図５（ｂ）に示すように、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへのそれぞれの給電線５に１回巻き付けるため、前記中空チューブ２２ａと前記同軸ケープル２４の一端との接続点に、該中空チューブ２２ａの巻き始めの先端部分を機械的に接続するための筒状の保持部材２６が設けられている。前記同軸ケープル２４の他端には、ＢＮＣコネクタ２５が接続されている。ここで、使用される前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図３に示す前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのディスク形変成器Ｔ内に設置することも可能であり、この場合、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの取り替え時の、前記ロゴスキー式プローブ２２の取り替えも必要がなくなる。
【００３３】
［第２実施例］
図６は、本発明の高周波焼入方法の第２実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電力、または入力電力量を監視する図、図７は、図６のなかの該高周波誘導加熱コイルへ入力された電力または電力量判定回路の構成回路図であり、その他の図については、前記第１実施例で説明した図とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００３４】
図６および図７は、図１の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄへの入力電流検出、および図２の高周波加熱コイル電流判定回路部３０に代えて、高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電力と入力電力量のそれぞれの検出、および前記入力電力と入力電力量のそれぞれの整合部入力判定回路部４０を示す図である。
【００３５】
図６の回路図は、前記高周波発振機６から出力される高周波加熱電力を、前記高周波誘導加熱コイル群２の４個の高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれに対し、それぞれ接続される整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、図示しない制御装置により切り替えられるそれぞれの切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを経て、供給するように接続され、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの入力電力および入力電力量を監視するとともに、図７に示す整合部入力判定回路部４０が接続されている。
【００３６】
前記４個の切替器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ以後は、前記クランクシャフト（ワーク）１００の前記ピン部および前記ジャーナル部を加熱するため、図６に示すような、それぞれ、整合コンデンサＣとディスク形変成器Ｔからなる整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、前記４個の前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。ここでは、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそれぞれ接続される前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについては、４個、すなわち４加熱箇所としているがこれはいくつでも構わない。
【００３７】
図６において、それぞれの前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの入力側に、それぞれ前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを配設するとともに、前記高周波発振機６の出力側に高周波電圧変圧器形の高周波電圧検出器５０を設ける。そして、それらのロゴスキーコイル形の電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび高周波電圧検出器５０から得られる高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと高周波電圧信号５１を整合部入力信号判定回路部４０に入力する。
【００３８】
前記整合部入力判定回路部４０には、図７に示すように、前記高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと前記高周波電圧信号５１のほか、加熱時間信号も入力されている。そして、該整合部入力判定回路部４０は、高周波電力検出回路４１、平均電力検出回路４２、平均電力判定回路４３、電力量検出回路４４、電力量判定回路４５のほか、平均電流検出回路４６、平均電流判定回路４７の７回路で構成されている。
【００３９】
前記ロゴスキーコイル形の高周波電流検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからの高周波電流信号７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄと、前記高周波電圧検出器５０からの高周波電圧信号５１は、前記整合部入力判定回路部４０の高周波電力検出回路４１と平均電流検出回路４６に入力される。該高周波電力検出回路４１は、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの高周波入力電力信号を出力し、平均電流検出回路４６はそれぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの平均入力電流信号を出力する。（該平均入力電流信号は、前記入力電流信号のある設定された時間内における平均値を示す電流信号である。）
【００４０】
出力された高周波入力電力信号のそれぞれは平均電力検出回路４２と電力量検出回路４４に入力され、それぞれの整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへの平均入力電力信号と入力電力量信号を出力する。（該平均入力電力信号は、前記入力電力信号のある設定された時間内における平均値を示す電力信号である。）
【００４１】
前記平均電力信号および前記入力電力量信号は、それぞれ平均電力判定回路４３および電力量判定回路４５に入力され、前記平均電流信号は、平均電流判定回路４７に入力される。これらの平均電力判定回路４３，電力量判定回路４５，平均電流判定回路４７には、それぞれの前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに、上下限設定信号が入力、設定されており、前記平均電力信号、前記入力電力量信号および前記平均入力電流信号が、それぞれの上限設定値を超えるとき、または下限設定値未満のときは、それぞれの前記判定回路からアラーム信号(平均電力アラーム、入力電力量アラームおよび平均電流アラーム)が出力される。なお、これらの平均電力判定回路４３，電力量判定回路４５，平均電流判定回路４７は、シーケンサ等での構成も可能である。
【００４２】
本実施例における確認データを表１に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１によれば、前記高周波発振機６の出力は高周波一定電圧制御で行い、前記整合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの整合コンデンサＣの静電容量およびディスク形変成器Ｔの変成比も同じとし、加熱時間、空冷時間、冷却時間は同一条件として、前記高周波誘導加熱コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに使用する、鉄心の磁性材としての珪素鋼板の形状を変えて、見かけ上、鉄心の磁性材が脱落した状態での加熱条件を示す表である。この確認データより、前記高周波発振機６の駆動周波数（発振周波数）および高周波誘導加熱コイル電圧の変化の割合は小さく、高周波電流と高周波出力の変化の方が、判定が容易であるということが分かる。
【００４５】
本実施の形態では、前記高周波発振機６の出力電圧を一定制御した場合を示したが、該高周波発振機６の出力電流を一定制御(または該高周波発振機の直流入力電流一定制御)では、以下の項目が監視対象となる。
１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電圧。
２）高周波発振機平均直流入力電圧。
３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
５）各々の整合部平均入力電圧（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合)。
８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００４６】
また、本実施の形態において、前記整合部に並列共振回路を適用し、前記高周波発振機６の出力の制御に、高周波出力電圧一定制御を例にとって説明したが、前記高周波発振機６の出力の制御に高周波出力電流一定制御を適用している場合は以下の項目が監視対象に当てはまる。
１）高周波発振機平均出力電圧または整合部平均入力電圧。
２）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
３）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
４）各々の整合部平均入力電流(整合部が各々独立している場合）。
５）各々の整合部平均入力電力(整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部入力電力量(整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部平均コイル入力電流(整合部が各々独立している場合）。
【００４７】
さらに、本実施の形態において、前記整合部に並列共振回路を例にとって説明しているが、これは直列共振回路でも同様である。その場合においても、高周波出力電圧一定制御（または高周波発振機直流入力電圧一定制御）の場合は、以下の項目が監視対象に当てはまる。
１）高周波発振機平均出力電流または整合部平均入力電流。
２）高周波発振機平均直流入力電流。
３）高周波発振機平均出力電力または整合部平均入力電力。
４）高周波発振機平均出力電力量または整合部平均入力電力量。
５）各々の整合部平均入力電流（整合部が各々独立している場合）。
６）各々の整合部平均入力電力（整合部が各々独立している場合）。
７）各々の整合部入力電力量（整合部が各々独立している場合）。
８）各々の整合部平均コイル入力電流（整合部が各々独立している場合）。
【００４８】
以上、本発明の技術は、前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また、本発明の技術は、前記構成の範囲内において、種々の変更、付加が可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の高周波焼入方法によれば、高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入するに際して、高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定するので、加熱中の高周波誘導加熱コイルの加熱導体の、磁性材からなる鉄心の状態を監視しながら、連続生産における焼入品質の不良品を予め判定することができる。
【００５０】
すなわち、前記高周波誘導加熱コイルにおける、鉄心である珪素鋼板やダストコア等の磁性材が脱落または特性が劣化した場合に対し、容易に該高周波誘導加熱コイルの効率の判定を行うことが可能となり、安定した焼入品質のものを生産することができる。このため、生産効率を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波焼入方法の一実施の形態における第１実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電流を監視する図である。
【図２】図１のなかの高周波誘導加熱コイル電流判定回路の構成回路図である。
【図３】それぞれの整合部と高周波誘導加熱コイルとを示す構成外観図である。
【図４】ワークであるクランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部を平焼入れする半開放殼形高周波誘導加熱コイル単体の構成図である。
【図５】図５（ａ）は、高周波誘導加熱コイルへの入力電流を検出するロゴスキーコイル形プローブを有する電流検出器の外観図、図５（ｂ）は、該電流検出器の使用状態を示す図である。
【図６】本発明の高周波焼入方法の第２実施例を示す回路図で、それぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルへの入力電力、または入力電力量を監視する図である。
【図７】図６のなかのそれぞれの整合部を経て高周波誘導加熱コイルの入力された電力または電力量判定回路の構成回路図である。
【図８】４気筒エンジンのクランクシャフトの正面図である。
【図９】図８のクランクシャフトの焼入部の形状と平焼入れの硬化層を示す一部断面図である。
【図１０】図８のクランクシャフトと高周波誘導加熱コイルの加熱導体との位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
２高周波誘導加熱コイル群
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ高周波誘導加熱コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ整合部
４高周波誘導加熱コイル頭部
５給電線
６高周波発振機
７冷却液噴射環
８接続端子
９ブロック
１０接触部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ切替器
１２ａ，１２ｂ側板(保持板)
１４冷却液供給用パイプ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ高周波電流検出器（ロゴスキーコイル形）
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄコイル入力電流信号
２２ロゴスキー式プローブ
２２ａ中空チューブ
２２ｂ中空チューブの貫通端
２３導電線
２４同軸ケーブル
２５ＢＮＣコネクタ
２６保持部材
３０高周波加熱コイル電流判定回路部
３１平均コイル電流検出回路
３２コイル電流判定回路
４０整合部入力信号判定回路部
４１高周波電力検出回路
４２平均電力検出回路
４３平均電力判定回路
４４電力量検出回路
４５電力量判定回路
４６平均電流検出回路
４７平均電流判定回路
５０高周波電圧検出器（高周波電圧変圧器形）
５１高周波電圧信号
６０半開放殼形高周波誘導加熱コイル
６１，６２加熱導体
６３，６４鉄心
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ高周波電流信号
１００クランクシャフト（ワーク）
Ｃ整合コンデンサ
Ｔディスク形変成器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an induction hardening method for induction hardening of a workpiece as a workpiece to be hardened, such as a crankshaft or a camshaft, and more particularly, when a plurality of places are simultaneously induction heated, The present invention relates to an induction hardening method for judging abnormality.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 8, for example, a gasoline engine (orDi4 cylinder crankshaft(work)In 100,

pin portions

120, 140, 160, 180 and

journal portions

110, 130, 150, 170, 190 are integrally formed by forging. Conventionally, the crankshaft(work)Induction hardening of 100

pin portions

120, 140, 160, 180 and

journal portions

110, 130, 150, 170, 190 is performed by the crankshaft.(work)While rotating 100 around the central axis X, a high-frequency induction heating coil (hereinafter simply referred to as a high-frequency induction coil) is applied to the

pin portions

120, 140, 160, 180 and the

journal portions

110, 130, 150, 170, 190, respectively.GuidanceA heating coil) is placed, and induction hardening is performed by heating and cooling following the rotation.
[0003]
The shape of the

pin portions

120, 140, 160, 180 and the

journal portions

110, 130, 150, 170, 190 is the same between the pin portions and the journal portions.ClosedTherefore, the pin part 120 and the journal part 110 will be described as an example. As shown in FIG. 9, the shape of the pin portion 120 and the journal portion 110 includes a cylindrical portion 111 of the journal portion 110, an R portion 112 following the cylindrical portion 111, and the crankshaft following the R portion 112.(work)The thrust portion 113 is formed at right angles to the axial direction of 100 and continues to the cylindrical portion 121 of the pin portion 120. The hardened

layers

117 and 127 shown in FIG.AgainstIt was obtained by quenching. Such a quenching method is called flat quenching.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, conventionally, the crankshaft(work)In the case of 100 flat quenching, usually high frequencyGuidanceThere may be a case where the cylindrical portion heated by induction by the heating coil, for example, the hardened

layers

117 and 127 of 111 and 121 are shallow and the surface hardness cannot satisfy Hv600. The crankshaft(work)Since the metal part is fitted to the cylindrical part of 100 and used, a part with a low surface hardness of the cylindrical part cannot be used because it causes a problem in fitting the contact surface with the metal part. There was a problem.
[0005]
  In addition, as shown in FIG.DoHalf openformhigh frequencyGuidanceHeating coil60The high frequencyGuidanceIt has a heating coil head 4. The high frequencyGuidanceThe heating coil head 4 is a heating conductor that is two electrodes.61, 62And are arranged in parallel to each other. The high frequencyGuidanceThe crankshaft is heated by the heating coil head 4.(work)100 cylindrical parts, that is, when induction hardening the work,GuidanceThe heating coil head 4 is disposed on the cylindrical portion with a certain gap. Heating conductor61, 62Has a structure in which high-frequency currents in opposite directions flow, so that the heating conductor61, 62Iron core made of magnetic material such as silicon steel plate and dust core63, 64In use, the magnetic flux density is increased to increase the heating of the workpiece.
[0006]
  Usually the heating conductor61, 62Consists of a copper square pipe made of a hollow copper material, and the cooling conductor is allowed to flow through the hollow portion to provide the heating conductor.61, 62Reduces fever. The iron core made of magnetic material63, 64The heating conductor itself is also induction-heated.61, 62Heat generation is reduced by the cooling water. However, the iron core close to the workpiece that is induction-heated63, 64Since this part receives a large amount of radiant heat of the workpiece, the temperature tends to rise due to insufficient cooling. As the number of production increases, the temperature of the core increases63, 64Reduces the effect of concentrating the magnetic flux on the workpiece. As a result, the depth of the hardened hardened layer becomes shallow, the predetermined surface hardness cannot be satisfied, and the iron core made of a magnetic material is used.63, 64Effect ofChoiThere is a problem that there is no mechanism for locking, and in continuous production, the quenching quality may be processed with poor quality.
[0007]
  However, this is electrically63, 64When magnetic materials such as silicon steel plates and dust cores fall off or their characteristics deteriorate, or when output control is performed with constant control of high frequency voltage,GuidanceThere is a means for measuring the heating coil voltage, but the degree of change hardly appears and it is difficult to monitor. In addition, there is a monitoring of the oscillation frequency or high-frequency output voltage of a high-frequency oscillator as a high-frequency power source, but there is a problem that these values hardly change.
[0008]
  The present invention has been made in view of the above points, and its object is to eliminate the above-mentioned problems and to provide high frequency during heating.GuidanceAn object of the present invention is to propose a high-frequency quenching method for preliminarily determining defective products of quenching quality in continuous production while monitoring the state of the iron core made of a magnetic material of the heating conductor of the heating coil.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the structure of the present invention is a high frequency induction heating coil for high frequency induction heating of a workpiece as a workpiece to be hardened, and then cooling the workpiece by a cooling means to burn the surface of the workpiece. In this method, electric power is supplied from the high frequency oscillator to the high frequency induction heating coil via the matching unit, and the workpiece is input to the matching unit or the high frequency induction heating coil during high frequency induction heating. An input current is detected, and when the average input current value exceeds the upper limit of the current value preset by the input determination means, or less than the lower limit, it is determined as abnormal.The input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil is detected by a Rogowski coil-type current detection means.Is the method.
[0010]
  The present inventionA high-frequency induction heating coil is placed on the outer periphery of the pin portion of the crankshaft and the cylindrical portion of the journal portion, and the crankshaft is rotated about its central axis so that the high-frequency induction heating coil follows the outer periphery of the cylindrical portion. Meanwhile, the cylindrical portion, or the cylindrical portion, fillet R portion and fillet portion are heated by high frequency induction, and then the pin portion and the journal portion are cooled by cooling means to quench the surfaces of the pin portion and the journal portion. In this method, power is supplied to the high-frequency induction heating coil from the high-frequency oscillator through the matching unit, and the input is input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil during high-frequency induction heating of the workpiece. When the current is detected and the average input current value exceeds the upper limit of the current value preset by the input determination means, When less than the lower limit, abnormal determinationThe input current input to the matching section or the high frequency induction heating coil is detected by a Rogowski coil type current detection means.It is a method.
[0011]
  The present inventionWhen the input power is detected instead of the input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil, and the average input power value exceeds the upper limit of the power value preset by the input determination unit, or When less than the lower limit, it is judged as abnormalTheIt is a method.
[0012]
  The present inventionWhen the input power amount is detected instead of the input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil, and the input power amount value exceeds the upper limit of the power amount value preset by the input determination unit Or if it is less than the lower limit, it is judged as abnormalTheIt is a method.
[0013]
  The input current input to the matching unit or the high frequency induction heating coil is detected by a Rogowski coil type current detection means.
[0014]
  The present inventionIn the method, the high-frequency oscillator is controlled to a high-frequency constant voltage, and the matching unit is formed of a parallel resonant circuit including a matching capacitor and a disk-type transformer.
[0015]
  The present inventionIn the method, the high-frequency oscillator is controlled to a high-frequency constant current, and the matching unit is formed of a series resonance circuit including a matching capacitor and a disk-type transformer.
[0016]
  The present inventionRogowski coilShapedThe current detecting means is a disk of the matching unit.Shape transformerAttached toInput to the high frequency induction heating coilInput powerFlowIt is a method of detection.
[0017]
  High frequencyGuidanceWhen monitoring the heating coil, if the output is controlled by constant voltage control from the high-frequency oscillator, a large change is shown, especially high-frequency current.GuidanceThis is the heating coil current, and other examples include high-frequency power or the amount of power during heating. In the case of constant high-frequency current control, the high-frequency voltage becomes a variable, and in the case of constant high-frequency power control, the high-frequency voltage and the high-frequency current become variables. However, in the case of constant high-frequency power control, the fluctuation amount of the high-frequency voltage or high-frequency current is smaller than that in the case of the voltage control or current control, and the degree of change is greater in the high-frequency constant voltage or high-frequency constant current.
[0018]
  In addition, the state changes of the high-frequency current, high-frequency voltage, and high-frequency power during heating constantly fluctuate, and the pattern determination method by observing the fluctuation range is complicated as monitoring control and difficult in circuit design.
[0019]
  From this, as the object to be hardened, for example, in simultaneous heating of a plurality of locations of the crankshaft, when performing high frequency constant voltage control or high frequency constant current control, the iron core of the heating conductor, such as a silicon steel plate or a dust core If the magnetic material falls off or its characteristics deteriorate, the average high-frequency current, heating coil current, high-frequency power, or high-frequency power amount can be compared.GuidanceIt becomes possible to determine the efficiency of the heating coil.
[0020]
  As described above, in order to solve the determination when the magnetic material of the iron core such as the silicon steel plate or the dust core is dropped or the characteristics are deteriorated, the present invention provides the following when the high-frequency oscillator is controlled to a high-frequency constant voltage: By monitoring and measuring items of high frequencyGuidanceIt is possible to determine the heating coil and produce a product with stable quenching quality.
  1) Average output current of high frequency oscillator or matching section average input current.
  2) Average output power or matching unit average input power of the high-frequency oscillator.
  3) The average output energy of the high-frequency oscillator or the matching unit average input energy.
  4) Average input current of each matching section (when matching sections are independent from each other).
  5) Average input power of each matching section (when matching sections are independent from each other).
  6) Each matching unit input electric energy (when the matching units are independent).
  7) Average high frequency of each matching partGuidanceHeating coil input current (when matching parts are independent).
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
  FIG. 1 is a circuit diagram showing a first example in one embodiment of the induction hardening method of the present invention.Guidance2 is a diagram for monitoring the input current to the heating coil, FIG. 2 is a configuration circuit diagram of the coil current determination circuit unit in FIG. 1, and FIG. 3 is the matching unit and the high-frequency unit.GuidanceFIG. 4 is a semi-open saddle type high frequency induction heating coil that flat quenches the pin portion of the crankshaft that is a workpiece and the column portion of the journal portion.(Hereafter abbreviated as high frequency induction heating coil)The configuration diagram of a single unit, FIG.GuidanceAn external view of a Rogowski coil type current detector having a Rogowski probe for detecting an input current to the heating coil, FIG. 5B is a diagram showing a use state of the current detector.
[0022]
  Induction hardening which is an embodiment of this induction hardening methodIsThe workpiece is a crankshaft of a four-cylinder engine made of steel or carbon steel.Crankshaft (work)High frequency on the outer periphery of the cylindrical portion of each of the 100

pin portions

120, 140, 160, 180 and the

journal portions

110, 130, 150, 170, 190GuidancePlace the heating coil group 2 andCrankshaft (work)100 is rotated about its central axis X, and the high frequencyGuidanceThe cylindrical portion (or the cylindrical portion, fillet R portion and fillet portion) is heated by high frequency induction while causing the heating coil group 2 to follow the outer periphery of the cylindrical portion, and then the pin portion and the journal portion are cooled by cooling means. And quenching the surfaces of the pin portion and the journal portion.
[0023]
In the circuit diagram of FIG. 1, the high frequency heating power output from one high frequency oscillator 6 is converted into four high frequency induction heating coil groups 2.GuidanceFor each of the

heating coils

2a, 2b, 2c, and 2d, the respective switches 11a, 11b, 11c, and 11d that are switched by a control device (not shown) are respectively connected through the

matching portions

3a, 3b, 3c, and 3d connected thereto. And then connected to supply, each

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,In order to monitor the input current to 2d, the high frequency heating coil current determination circuit unit 30 shown in FIG. 2 is connected.
[0024]
The four switches 11a,11b, 11c, 11d and thereafterCrankshaft (work)In order to heat the pin portion and the journal portion of 100, as shown in FIGS. 1 and 3, respectively, a matching capacitor C and a diskformA matching section 3a comprising a transformer T,3b, 3c, 3d and the four

high frequenciesGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,2d is connected. Here, the

matching section

3a,3b, 3c, 3d connected to the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,About 2d, it is set as four pieces, ie, four heating locations, but this may be any number.
[0025]
And the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,In order to detect the input current to each of 2d, the matching

sections

3a,3b, 3c, 3d are respectively arranged and connected to Rogowski coil-shaped high-frequency

current detectors

20a, 20b, 20c, 20d shown in FIG.Rogowski coil shaped

high frequency

Current detector

20a,20b, 20c, 20d, the respective

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,To 2dcoilInput powerPrestige21a, 21b, 21c, 21dHigh frequency heatingIt outputs to the coil current determination circuit unit 30.
[0026]
AboveHigh frequency heatingAs shown in FIG.coilInput current signal 21a,21b, 21c, 21d, a heating time signal is also input, and is composed of an average coil current detection circuit 31 and a coil current determination circuit 32 for the input current.
Each coilinputCurrent signal 21a,21b, 21c, 21 d are input to the average coil current detection circuit 31, and each coil is supplied from the average coil current detection circuit 31.

input

Current signal 21a,21b, 21c, 21d average coilinputCurrent signals 21f, 21g, 21h, and 21i are output. (The average coilinputThe current signal is the coilinputCoil showing the average value of a current signal over a set timeinputIt is a current signal. )
And the output average coilinputCurrent signal 21f,21g, 21h, 21 i are input to the coil current determination circuit 32. thisCoil currentThe determination circuit 32 includes the high frequency

signal.GuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d, an upper / lower limit setting signal is input and set, and when the upper limit set value is exceeded or less than the lower limit set value, an alarm signal is output from the coil current determination circuit 32, respectively. The coil current determination circuit 32 can be configured with a sequencer or the like.
[0027]
Then saidCrankshaft (work)In order to flat quench the cylindrical portion of the 100 pin portion and the journal portion, the cylindrical portion is used for high frequency induction heating.GuidanceThe high frequency as a single unit of the heating coil group

2GuidanceThe heating coils

2a, 2b, 2c and 2d are shown in FIG. High frequency as a representative exampleGuidanceThe heating coil 2a includes a pair of side plates (holding plates) 12a and 12b made of brass and the side plates.(Holding plate)Semi-open shell-shaped high frequency mounted between 12a and 12bGuidanceHeating coil heads 4 and 4 and the

high frequencyGuidanceMatching portions

3a, 3b, 3c, and 3d shown in FIG. 3 connected to the heating coil heads 4 and 4 through the feeder 5 in order to supply 1 kHz to 30 kHz high frequency power from the high frequency oscillator 6 (FIG. 1). Matching capacitor C and disk shown informA transformer T) and the side plate(Holding plate)12a and 12b are attached to the lower end of the high frequencyGuidanceA pair of cooling liquid injection rings 7 and 7 for quenching cooling disposed at positions below the heating coil heads 4 and 4, and the matching

portion

3a,3b, 3c, 3d and a pair of

connection terminals

8, 8 for connecting the power supply line 5, and the side plate for holding the

connection terminals

8, 8 and the power supply lines 5, 5(Holding plate)A block 9 made of an insulating material attached to the upper ends of 12a and 12b;Crankshaft (work)100 induction heated cylindrical portions (the pin portion or the cylindrical portion of the journal portion) and the high frequencyGuidanceA plurality of locations for maintaining a slight gap between the heating coil heads 4 and 4 (in the present embodiment, the high frequencyGuidanceCeramic or cemented carbide contact portions (or chip members) 10 and 10 that are attached so as to follow the central portions almost directly above the heating

coil head portions

4 and 4 and both end portions thereof, respectively. It has.
[0028]
Where the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d are held directly below each other by a support mechanism (not shown). And saidCrankshaft (work)The workpiece follow-up mechanism (not shown)GuidanceWhile the heating coil heads 4 and 4 are placed on the cylindrical part to be induction-heated, the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d can move following the cylindrical portion of the pin portion or the journal portion.
[0029]
  In addition, the aboveCrankshaft (work)For example, the contact portion 10 is brought into contact with the outer peripheral surface of the columnar portion of the journal portion 100 at three locations, for example.GuidanceThe semicircular parts of the heating coil heads 4 and 4 and the outer peripheral surface of the cylindrical part are separated by a slight predetermined interval. In this state, the cylindrical partButhigh frequencyGuidanceHigh frequency induction heating is performed by the heating coil heads 4 and 4.
[0030]
  The pair of cooling liquid injection rings 7 and 7 includes a cooling liquid supply.pipe14 are connected to each other from a cooling source (not shown).Pipe for coolant supply14 is supplied to each of the cooling liquid injection rings 7 and 7, and the cooling liquid is injected from the cooling liquid injection rings 7 and 7 toward the heated journal portion and pin portion at a predetermined timing. Has been.
[0031]
  Next, the Rogowski coil shape shown in FIG.ofThe high-frequency

current detectors

20a, 20b, 20c,

20dGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d, each having a Rogowski probe 22 for detecting the input current toRogowski typeAs shown in FIG. 5 (b), the

probe 22GuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d is wound around the power supply line 5 once. Each saidRogowski coil shaped

high frequency

Current detector

20a,20b, 20c, 20d penetrates the conductive wire 23 into one thin long flexible hollow tube 22a, and is fixed to the outer peripheral surface of the hollow tube 22a from the through end 22b of the hollow tube 22a by the conductive wire 23. Wound in a coil at intervalsRogowski typeA probe 22 is provided. UsedRuThe hollow tube 22a is made of a highly insulating material,HollowThe conductive wire 23 wound around the outer peripheral surface of the tube 22a also has the high

frequency.GuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d having a sufficient withstand voltage value for a voltage higher than the voltage value of 2d is used.
[0032]
AboveRogowski coil shaped

high frequency

Current detector

20a,20b, 20c, 20dRogowski typeA 50Ω coaxial cable 24 is connected to the output end of the probe 22 and a 50Ω termination resistor is connected to the high

frequency.GuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d are converted into voltage values.

High frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d is determined by the number of coils wound around the hollow tube 22a. In addition,Rogowski typeAs shown in FIG. 5B, the probe 22

isGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d for winding once on each feeder 5 to mechanically connect the leading end portion of the hollow tube 22a to the connection point between the hollow tube 22a and one end of the coaxial cable 24. A cylindrical holding member 26 is provided. A BNC connector 25 is connected to the other end of the coaxial cable 24. The Rogowski coil shape used hereofHigh-frequency

current detector

20a,20b, 20c, 20d are the matching

portions

3a, 3d shown in FIG.3b, 3c, 3d discformIt is also possible to install in the transformer T. In this case, the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d at the time of replacementRogowski typeIt is not necessary to replace the probe 22.
[0033]
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the induction hardening method of the present invention.GuidanceFIG. 7 is a diagram for monitoring the input power to the heating coil, or the amount of input power, and FIG.GuidanceFIG. 4 is a configuration circuit diagram of the power or power amount determination circuit input to the heating coil, and the other diagrams are substantially the same as the diagrams described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0034]
6 and 7 show the high frequency of

FIG.GuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d input current detection, and FIG.High frequency heatingInstead of the coil current determination circuit unit 30, a

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,

2d matching section

3a,3b, 3c, 3d detection of input power and input power amount, and matching unit input determination circuit unit 40 of the input power and input power amount.
[0035]
The circuit diagram of FIG. 6 shows the high frequency heating power output from the high frequency oscillator 6 as the four high frequency induction heating coil groups 2.GuidanceHeating carpLe2a,2b, 2c, 2d, respectively, matching

sections

3a,3b, 3c, 3d, each switch 11a, which is switched by a control device (not shown).11b, 11c, 11d, connected to supply, each

matching section

3a,3b, 3c, 3d, and the matching unit input determination circuit unit 40 shown in FIG. 7 are connected.
[0036]
The four switches 11a,11b, 11c, 11d and thereafterCrankshaft (work)In order to heat the 100 pin portions and the journal portion, a matching capacitor C and a disk, respectively, as shown in FIG.

form

A matching section 3a comprising a transformer T,3b, 3c, 3d and the four

high frequenciesGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d are connected. Here, the

matching section

3a,3b, 3c, 3d connected to the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d are four, that is, four heating locations, but any number is possible.
[0037]
In FIG. 6, each of the

matching portions

3a,3b, 3c, 3d on the input side of the Rogowski coilofHigh-frequency

current detector

20a,20b, 20c, 20d and a high frequency voltage change on the output side of the high frequency oscillator 6.PressureA container-shaped high-frequency voltage detector 50 is provided. And thoseRogowski

coil shape

Current detector

20a,20b, 20c, 20d andhigh frequencyHigh frequency current signal obtained from

voltage detector

5071a, 71b, 71c, 71dAnd the high-frequency voltage signal 51 are input to the matching unit input signal determination circuit unit 40.
[0038]
As shown in FIG. 7, the matching unit input determination circuit unit 40 includes the high-frequency current signal.71a, 71b, 71c, 71dIn addition to the high-frequency voltage signal 51, a heating time signal is also input. The matching unit input determination circuit unit 40 includes a high frequency power detection circuit 41, an average power detection circuit 42, an average power determination circuit 43, a power amount detection circuit 44, a power amount determination circuit 45, an average current detection circuit 46, The average current determination circuit 47 is composed of seven circuits.
[0039]
AboveRogowski coil shapeHigh-frequency

current detector

20a,20b, 20c, 20d high frequency current signal71a, 71b, 71c, 71dThe high frequency voltage signal 51 from the high frequency voltage detector 50 is input to the high frequency power detection circuit 41 and the average current detection circuit 46 of the matching unit input determination circuit unit 40. The high frequency power detection circuit 41

includesAdjustmentJoint part

3a,3b, 3c, 3d to output a high frequency input power signal, and the average current detection circuit 46 has a

matching unit

3a,3b, 3c, 3d, the average input current signal is output. (The average input current signal is a current signal indicating an average value of the input current signal within a set time.)
[0040]
Each of the output high frequency input power signals is input to the average power detection circuit 42 and the power amount detection circuit 44, and the

matching units

3a,3b, 3c, 3d, an average input power signal and an input power amount signal are output. (The average input power signal is a power signal indicating an average value of the input power signal within a set time.)
[0041]
The average power signal and the input power amount signal are input to an average power determination circuit 43 and a power amount determination circuit 45, respectively, and the average current signal is input to an average current determination circuit 47. theseAverage powerDetermination circuit 43,Electricity determination circuit45,Average current judgment circuit47, each of the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c, 2d, an upper / lower limit setting signal is input and set, and when the average power signal, the input power amount signal and the average input current signal exceed the respective upper limit set values, or less than the lower limit set values. In such a case, alarm signals (average power alarm, input power amount alarm, and average current alarm) are output from each of the determination circuits. In addition, theseAverage powerDetermination circuit 43,Electricity determination circuit45,Average current judgment circuit47 can be configured with a sequencer or the like.
[0042]
The confirmation data in this example is shown in Table 1.
[0043]
[Table 1]

[0044]
According to Table 1, the output of the high-frequency oscillator 6 is performed by high-frequency constant voltage control, and the

matching unit

3a,3b, 3c, 3d matching capacitor C and the transformation ratio of disk transformer T are the same, and heating time, air cooling time and cooling time are the same, and the

high frequencyGuidanceHeating coil

2a,2b, 2c,It is a table | surface which shows the heating conditions in the state which changed the shape of the silicon steel plate as a magnetic material of an iron core used for 2d, and the magnetic material of an iron core fell. From this confirmation data, the driving frequency (oscillation frequency) and high frequency of the high frequency oscillator 6 are determined.GuidanceIt can be seen that the rate of change of the heating coil voltage is small, and the determination of the change of the high-frequency current and the high-frequency output is easier.
[0045]
  In the present embodiment, the case where the output voltage of the high-frequency oscillator 6 is controlled to be constant is shown, but in the case where the output current of the high-frequency oscillator 6 is controlled to be constant (or the DC input current constant control of the high-frequency oscillator), The following items are monitored.
  1) High frequency oscillator average output voltage or matching unit average input voltage.
  2) High frequency oscillator average DC input voltage.
  3) High frequency oscillator average output power or matching unit average input power.
  4) High frequency oscillator average output energy or matching unit average input energy.
  5) Each matching part average input voltage (when the matching parts are independent from each other).
  6) Each matching unit average input power (when the matching units are independent).
  7) Each matching unit input electric energy (when the matching units are independent).
  8) Each matching portion average coil input current (when matching portions are independent from each other).
[0046]
  Further, in the present embodiment, the matching section has a parallel resonance.circuitIn the above description, the high frequency output voltage constant control is described as an example for the control of the output of the high frequency oscillator 6, but when the high frequency output current constant control is applied to the control of the output of the high frequency oscillator 6, the following is applied. This item applies to the monitoring target.
  1) High frequency oscillator average output voltage or matching unit average input voltage.
  2) High frequency oscillator average output power or matching unit average input power.
  3) High frequency oscillator average output energy or matching unit average input energy.
  4) Each matching section average input current (when matching sections are independent from each other).
  5) Each matching part average input power (when the matching parts are independent).
  6) Each matching unit input electric energy (when the matching units are independent).
  7) Average coil input current for each matching section (when matching sections are independent of each other).
[0047]
  Further, in the present embodiment, the matching section has a parallel resonance.circuitIs described as an example, but this is a series resonancecircuitBut the same is true. On the spotTogetherHowever, in the case of high-frequency output voltage constant control (or high-frequency oscillator DC input voltage constant control), the following items apply to the monitoring target.
  1) High frequency oscillator average output current or matching unit average input current.
  2) High frequency oscillator average DC input current.
  3) High frequency oscillator average output power or matching unit average input power.
  4) High frequency oscillator average output energy or matching unit average input energy.
  5) Each matching portion average input current (when matching portions are independent from each other).
  6) Average input power of each matching section (when matching sections are independent from each other).
  7) Each matching unit input electric energy (when the matching units are independent).
  8) Each matching portion average coil input current (when matching portions are independent from each other).
[0048]
  As described above, the technology of the present invention is not limited to the technology in the above-described embodiment, and may be a means of another aspect that performs the same function, and the technology of the present invention is within the scope of the above configuration. Various modifications and additions are possible.
[0049]
【The invention's effect】
  As is clear from the above explanation,According to the induction hardening method of the present invention, a workpiece as a material to be hardened is induction induction heated by a high frequency induction heating coil, and then the workpiece is cooled by a cooling means to quench the surface of the workpiece. At this time, power is supplied to the high-frequency induction heating coil from the high-frequency oscillator via the matching unit, and an input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil is supplied to the work during high-frequency induction heating. Detected and determined as abnormal when the average input current value exceeds the upper limit of the current value preset by the input determination means or less than the lower limitTheSo high frequency during heatingGuidanceWhile monitoring the state of the iron core made of a magnetic material of the heating conductor of the heating coil, it is possible to determine in advance a defective product with quenching quality in continuous production.
[0050]
  That is, the high frequencyGuidanceWhen a magnetic material such as a silicon steel plate or dust core that is an iron core in a heating coil falls off or its characteristics deteriorate,GuidanceIt is possible to determine the efficiency of the heating coil, and it is possible to produce a product with stable quenching quality. For this reason, there exists an outstanding effect that production efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first example in one embodiment of an induction hardening method of the present invention, and a high-frequency wave passing through each matching unit;GuidanceIt is a figure which monitors the input current to a heating coil.
FIG. 2 shows a high frequency in FIG.GuidanceIt is a circuit diagram of a heating coil current determination circuit.
[Fig. 3] Each matching section and high frequencyGuidanceIt is a structure external view which shows a heating coil.
FIG. 4 is a configuration diagram of a single half-open saddle type high frequency induction heating coil that quenches flatly a pin portion of a crankshaft as a workpiece and a cylindrical portion of a journal portion.
FIG. 5 (a) shows high frequencyGuidanceFIG. 5B is an external view of a current detector having a Rogowski coil probe for detecting an input current to the heating coil, and FIG. 5B is a diagram showing a usage state of the current detector.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the induction hardening method of the present invention.GuidanceIt is a figure which monitors the input electric power to a heating coil, or input electric energy.
7 shows a high frequency signal through each matching section in FIG.GuidanceIt is a structure circuit diagram of the electric power or electric energy determination circuit into which the heating coil was input.
FIG. 8 is a front view of a crankshaft of a four-cylinder engine.
9 is a partial cross-sectional view showing a shape of a quenching portion of the crankshaft of FIG. 8 and a hardened layer of flat quenching.
FIG. 10 shows the crankshaft and the high frequency shown in FIG.GuidanceIt is sectional drawing which shows the positional relationship with the heating conductor of a heating coil.
[Explanation of symbols]
2  high frequencyGuidanceHeating coil group
2a, 2b, 2c, 2dGuidanceHeating coil
3a, 3b, 3c, 3d matching part
4 high frequencyGuidanceHeating coil head
5 Power supply line
6 High frequency oscillator
7 Coolant jet ring
8 connection terminals
9 blocks
10 Contact area
11a, 11b, 11c, 11d switcher
12a, 12b Side plate (holding plate)
14 Coolant supplypipe
20a, 20b, 20c, 20d High-frequency current detector (Rogowski coil type)
21a, 21b, 21c, 21dcoilInput current signal
22 Rogowski probe
22a Hollow tube
22b Through end of hollow tube
23 Conductive wire
24 Coaxial cable
25 BNC connector
26 Holding member
30 High frequency heating coil current judgment circuit part
31 Average coil current detection circuit
32 Coil current judgment circuit
40 Matching section input signal determination circuit section
41 High frequency power detection circuit
42 Average power detection circuit
43 Average power judgment circuit
44 Electricity detection circuit
45 Electricity determination circuit
46 Average current detection circuit
47 Average current judgment circuit
50 High-frequency voltage detector (high-frequency voltage changePressureVessel type)
51 High frequency voltage signal
60 Semi-open saddle type high frequency induction heating coil
61, 62 Heating conductor
63,64 iron core
71a, 71b, 71c, 71d High-frequency current signal
100 Crankshaft (work)
C matching capacitor
T diskformTransformer

Claims

高周波誘導加熱コイルにより、被焼入体としてのワークを高周波誘導加熱し、しかる後に該ワークを冷却手段により冷却して、前記ワークの表面を焼入する方法において、
高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出されることを特徴とする高周波焼入方法。In the method of quenching the surface of the workpiece by high-frequency induction heating the workpiece as the object to be hardened by the high-frequency induction heating coil, and then cooling the workpiece by a cooling means,
Power is supplied from the high frequency oscillator to the high frequency induction heating coil via the matching unit, and the input current input to the matching unit or the high frequency induction heating coil is detected while the work is being subjected to high frequency induction heating. When the average input current value exceeds the upper limit of the current value preset by the input determination means, or less than the lower limit, it is determined as abnormal,
An induction hardening method, wherein an input current input to the matching section or the high frequency induction heating coil is detected by a Rogowski coil type current detection means.

クランクシャフトのピン部およびジャーナル部の円柱部の外周上に高周波誘導加熱コイルを載置し、前記クランクシャフトをその中心軸を中心に回転せしめて前記高周波誘導加熱コイルを前記円柱部外周に追従させつつ、前記円柱部、または該円柱部、フィレットＲ部およびフィレット部を高周波誘導加熱し、しかる後に前記ピン部およびジャーナル部を冷却手段により冷却して、前記ピン部およびジャーナル部の表面を焼入する方法において、
高周波発振機から整合部を介して、前記高周波誘導加熱コイルに電力を供給して、前記ワークを高周波誘導加熱中に、前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出し、その平均入力電流値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電流値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定し、
前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流は、ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出されることを特徴とする高周波焼入方法。A high frequency induction heating coil is placed on the outer periphery of the pin portion of the crankshaft and the cylindrical portion of the journal portion, and the crankshaft is rotated around its central axis so that the high frequency induction heating coil follows the outer periphery of the cylindrical portion. Meanwhile, the cylindrical portion, or the cylindrical portion, fillet R portion and fillet portion are heated by high frequency induction, and then the pin portion and the journal portion are cooled by cooling means to quench the surfaces of the pin portion and the journal portion. In the way to
Power is supplied from the high frequency oscillator to the high frequency induction heating coil via the matching unit, and the input current input to the matching unit or the high frequency induction heating coil is detected while the work is being subjected to high frequency induction heating. When the average input current value exceeds the upper limit of the current value preset by the input determination means, or less than the lower limit, it is determined as abnormal,
An induction hardening method, wherein an input current input to the matching section or the high frequency induction heating coil is detected by a Rogowski coil type current detection means.

前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出された入力電流値と、電圧検出手段により検出された電圧値とを積算することによって求められる入力電力を検出し、その平均入力電力値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。Instead of the input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil, the input current value detected by the Rogowski coil-type current detection means and the voltage value detected by the voltage detection means are integrated. detects the input power is determined by an average input power value, when exceeding the upper limit of the preset power value by the input determining means, or when less than the lower limit, claims and judging an abnormality The induction hardening method of Claim 1 or Claim 2.

前記整合部、または前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流に代えて、前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段により検出された入力電流値と、電圧検出手段により検出された電圧値と、加熱時間とを積算することによって求められる入力電力量を検出し、該入力電力量値が、入力判定手段によりあらかじめ設定された電力量値の上限を超えるとき、または下限未満のとき、異常と判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。Instead of the input current input to the matching unit or the high-frequency induction heating coil, the input current value detected by the Rogowski coil-type current detection means, the voltage value detected by the voltage detection means, and heating The input power amount obtained by integrating the time is detected, and when the input power amount value exceeds the upper limit of the power amount value set in advance by the input determination means, or is less than the lower limit, it is determined as abnormal. The induction hardening method according to claim 1 or 2, characterized in that.

前記高周波発振機が、高周波一定電圧に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる並列共振回路で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。 3. The high-frequency oscillator is controlled to a high-frequency constant voltage, and the matching unit is formed by a parallel resonant circuit including a matching capacitor and a disk-type transformer. Induction hardening method.

前記高周波発振機が、高周波一定電流に制御され、かつ前記整合部が、整合コンデンサとディスク形変成器からなる直列共振回路で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。 The said high frequency oscillator is controlled by the high frequency constant current, and the said matching part is formed with the series resonance circuit which consists of a matching capacitor and a disk type transformer. Induction hardening method.

前記ロゴスキーコイル形の電流検出手段は、前記整合部のディスク形変成器に装着されて、前記高周波誘導加熱コイルに入力される入力電流を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波焼入方法。 3. The Rogowski coil-type current detection means is mounted on a disk-type transformer of the matching section and detects an input current input to the high-frequency induction heating coil. The induction hardening method described in 1.