專利名稱：多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱線圈和加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用于感應(yīng)加熱淬火具有多個段部的軸部件等時的感應(yīng)加熱線圈和加熱方法。
背景技術(shù)：
以往，在多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱淬火中，分為每段，或者幾段，進(jìn)行使用對應(yīng)各段的環(huán)狀加熱線圈加熱，冷卻淬火的方法。但是，在該以往方法中，費時，成本高，另外，具有段根部難以加熱的問題。因此，作為解決該問題的感應(yīng)加熱線圈，公開有專利文獻(xiàn)1的加熱線圈。
上述專利文獻(xiàn)1的加熱線圈，通過在如圖3所示的軸方向上延長的直線導(dǎo)體加熱軸表面，用1個線圈，能夠1次加熱淬火多段，是很有效的。
但是，專利文獻(xiàn)1的加熱線圈，在加熱時，由于每段軸溫度升高產(chǎn)生差別，為了使溫度均勻，具有需要增加加熱時間的問題。并且，加熱時間變長，會產(chǎn)生淬火變形增大的缺點。另外，由于通過軸方向?qū)w加熱，輸入大功率困難，具有軸的長度變長，加熱時間更長，加熱效率下降的問題。此外，由于受加熱線圈冷卻水量的限制，產(chǎn)生加熱線圈的溫度升高，輸入功率產(chǎn)生限制，具有結(jié)構(gòu)上線圈強(qiáng)度容易降低，線圈壽命縮短的問題。
專利文獻(xiàn)1特開平11-162626號發(fā)明內(nèi)容因此，有能夠通過輸入更大功率，迅速進(jìn)行短時間加熱，減小淬火變形，結(jié)構(gòu)堅固，壽命長的線圈的要求。因此，本發(fā)明的目的在于，提供解決上述問題，提高加熱熱效率，能夠輸入大功率，通過迅速的短時間加熱，減少淬火變形，壽命長的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈和加熱方法特征在于，將具有與被加熱軸部件的加熱部外周保持規(guī)定間隙的內(nèi)徑的環(huán)狀導(dǎo)體在軸方向上分割成多個而設(shè)置，將各個環(huán)狀導(dǎo)體軸方向的長度以使它們分擔(dān)的加熱部的面積大致相等的方式設(shè)置，將該多個環(huán)狀導(dǎo)體串聯(lián)連接，從而均勻升溫被加熱軸部件的各段軸部。
這樣，多段形狀軸部件的加熱線圈中不是直線導(dǎo)體，通過使用環(huán)狀導(dǎo)體加熱，與專利文獻(xiàn)1的使用軸方向直線導(dǎo)體的加熱線圈相比，能夠輸入大功率，通過短時間加熱能夠減少淬火變形，另外，能夠增加冷卻水量，延長線圈壽命。
另一方面，如果用不分割為多段形狀軸部件的各段軸部的1個環(huán)狀導(dǎo)體加熱，大徑部比小徑部難以加熱，大徑部的溫度升高變慢。因此，本發(fā)明通過串聯(lián)連接以使分擔(dān)各環(huán)狀導(dǎo)體的軸方向長度的加熱部的面積幾乎相等的方式設(shè)定的多個環(huán)狀導(dǎo)體，謀求各段軸部均勻的溫度升高。即，由于串聯(lián)連接多個環(huán)狀導(dǎo)體，各環(huán)狀導(dǎo)體的電流相等，環(huán)狀導(dǎo)體的軸方向長度，在大徑部短，電流密度大，在小徑部長，電流密度小，謀求均勻地溫度升高。各環(huán)狀導(dǎo)體的多個分割數(shù)和軸方向的長度，根據(jù)被加熱軸部件的形狀，由經(jīng)驗和實驗值決定。
優(yōu)選方式是，將所述多個環(huán)狀導(dǎo)體的1個以上被設(shè)計成以下形狀，即跨過被加熱軸部件的外徑不同的段軸的形狀，從而均勻地升溫被加熱軸部件的各段軸部。如果這樣，減少環(huán)狀導(dǎo)體的數(shù)，能夠均勻地加熱多段數(shù)的軸材。
另外，優(yōu)選方式是，在所述環(huán)狀導(dǎo)體的與被加熱軸部件的段的軸的根對應(yīng)的部分設(shè)置環(huán)狀凸部，從而一并加熱該段的軸的根。如果這樣，由于段的根部電流集中，能夠加熱淬火到根的底部。
這里所說的多段形狀軸部件，不只是各段是平滑的軸，包括一部分段被加工成齒輪，鋸齒狀，齒條等形狀的軸材。另外，所謂與軸部件加熱部的形狀和外徑配合的形狀、內(nèi)徑是指，例如軸部不是直的而是錐形時，環(huán)狀導(dǎo)體的內(nèi)徑也做成錐形，而當(dāng)跨越帶有臺階的軸的臺階時，環(huán)狀導(dǎo)體的內(nèi)徑也帶有臺階等。
本發(fā)明的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈，由于即使對多段軸材，也能均勻地升高各段的溫度，能夠減少加熱時間。由此能夠?qū)崿F(xiàn)提高加熱效率，節(jié)省電力。另外，由于能夠大功率輸入，短時間加熱，可以減少淬火變形。另外，線圈形狀機(jī)構(gòu)上堅固，能夠使用大量冷卻水，線圈的溫度升高減少，能夠謀求延長線圈壽命，成本降低。


圖1是本發(fā)明實施方式的串聯(lián)連接的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈的立體圖。
圖2是本發(fā)明實施方式的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈的剖面圖。
圖3是以往的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈的立體圖。
圖中1-上環(huán)狀導(dǎo)體，2-中環(huán)狀導(dǎo)體，3-下環(huán)狀導(dǎo)體，10-感應(yīng)加熱線圈，11，12，21，22，31，32，34-引線部，13，23，33-縱向引線部，W-工件(被加熱軸部件)。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈，對圖示的1實施方式，進(jìn)行具體的說明。圖1是串聯(lián)配設(shè)本發(fā)明的環(huán)狀導(dǎo)體的感應(yīng)加熱線圈的立體圖，圖2是剖面圖。
以下，使用這些附圖，對加熱3段的軸部件的本發(fā)明的感應(yīng)加熱線圈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。本實施方式的被加熱軸部件(以下稱工件)W是，如圖2所示，具有小徑部W1，中徑部W2，大徑部W3，具有各段的尺寸為d1×h1+d2×h2+d3×h3的直徑和長度的3段軸部件。
在圖2中，感應(yīng)加熱線圈10是由在軸方向上被分割成3部分的上，中，下3個環(huán)狀導(dǎo)體1，2，3構(gòu)成。3個環(huán)狀導(dǎo)體1，2，3具有和工件W外周之間形成一定間隙G的內(nèi)徑，串聯(lián)連接。上環(huán)狀導(dǎo)體1加熱圖2中工件的小徑部W1的長度方向為h01的范圍。中環(huán)狀導(dǎo)體2用1個導(dǎo)體加熱涉及小徑部W1的下部和中徑部W2的2段，加熱圖2中(h11+h2)的長度范圍。因此，中環(huán)狀導(dǎo)體2的內(nèi)周，成為與加熱部之間設(shè)置了間隙G的接近段的形狀。另外，中環(huán)狀導(dǎo)體2中，在對應(yīng)小徑部W1的根部W1a位置設(shè)置了凸部2a，在對應(yīng)中徑部W2的根部W2a位置設(shè)置了凸部2b。由此，防止軸的根部升溫不充分。下環(huán)狀導(dǎo)體3加熱大徑部W3的h3的長度范圍。
在圖1的感應(yīng)加熱線圈10中，加熱電流從上環(huán)狀導(dǎo)體的引線部11繞過上環(huán)狀導(dǎo)體1，通過上環(huán)狀導(dǎo)體的引線部12，從縱向引線13通往中環(huán)狀導(dǎo)體的引線部21。并且，繞過中環(huán)狀導(dǎo)體2，通過中環(huán)狀導(dǎo)體的引線部22，從縱向引線23通往下環(huán)狀導(dǎo)體的引線部31，繞過下環(huán)狀導(dǎo)體3。再通過下環(huán)狀導(dǎo)體的引線部32，從縱向引線33導(dǎo)通到引線部34。由此，3個環(huán)狀導(dǎo)體1，2，3串聯(lián)連接，電流在各環(huán)狀導(dǎo)體中沿同一方向流動。
圖2各段軸部W1、W2、W3的直徑是d1＜d2＜d3。如果分別各用1個環(huán)狀導(dǎo)體加熱該各段軸部，大徑部W3比中徑部W2難以加熱，溫度升高得慢。另一方面，小徑部W1直徑d1小，溫度容易升高，如果做成對應(yīng)軸部長度h1的一個環(huán)狀導(dǎo)體，由于軸部長度h1長，電流密度變小，與中徑部W2相比，難以加熱，溫度難以升高。因此本發(fā)明，通過與被加熱部的直徑大致成比例設(shè)定環(huán)狀導(dǎo)體的電流密度，謀求各段軸部均勻地溫度升高。
作為其方法，本發(fā)明，改變各環(huán)狀導(dǎo)體軸方向長度，使被加熱部面積大致相等，謀求各段部均勻地溫度升高。即，原理上，環(huán)狀導(dǎo)體軸方向長度，大徑部短，電流密度大，小徑部長，電流密度小，謀求均勻溫度升高，但是，加之還要考慮加熱部的長度，決定環(huán)狀導(dǎo)體軸方向長度。
本實施方式的，用3個環(huán)狀導(dǎo)體加熱圖2工件W時，對應(yīng)各段軸部直徑d1、d2、d3，規(guī)定各環(huán)狀導(dǎo)體軸方向長度H1，H2，H3。并且，3個各環(huán)狀導(dǎo)體的加熱分擔(dān)范圍，如圖2所示，上環(huán)狀導(dǎo)體為h01，中環(huán)狀導(dǎo)體2為(h11+h2)，下環(huán)狀導(dǎo)體3為h3。并且，中環(huán)狀導(dǎo)體2的內(nèi)徑被做成，如圖2所示，與工件各段外周具有規(guī)定間隙的段樣式的形狀的直徑。由此，由各導(dǎo)體加熱的軸的加熱面積平均的付加功率量大致相等，加熱時的溫度升高變得均勻，加熱效率提高。
另外，在對應(yīng)圖2的中環(huán)狀導(dǎo)體2的工件W的段的根W1a、W2a的部分設(shè)置凸部2a、2b，來加熱段的根W1a、W2a。圖中凸部2a、2b與中環(huán)狀導(dǎo)體2的內(nèi)徑相等而伸向下方，但也可以做成朝向段的根W1a、W2a的方向，向內(nèi)周側(cè)環(huán)狀突出的形狀。
實施例1使用上述本發(fā)明的加熱線圈，對圖2的各尺寸為(φd1×h1)+(φd2×h2)+(φd3×h3)＝(φ50×80)+(φ80×18)+(φ130×22)mm的3段軸部件加熱試驗。
加熱線圈串聯(lián)連接如圖2所示的3個環(huán)狀導(dǎo)體加熱。像表1那樣設(shè)定其加熱部長度和與其對應(yīng)的各環(huán)狀導(dǎo)體的長度H1，H2，H3。
即，如圖2所示，將中環(huán)狀導(dǎo)體做成跨2段的段樣式的形狀，如表1所示3個環(huán)狀導(dǎo)體的加熱面積大致。另外，中環(huán)狀導(dǎo)體2上設(shè)置了凸部2a、2b。
(單位mm)

使用如圖3所示的以往加熱線圈和上述本發(fā)明的加熱線圈，對上述尺寸的軸材加熱到淬火溫度，進(jìn)行比較加熱實驗。其結(jié)果如表2所示。


結(jié)果如表所示，達(dá)到均勻的淬火溫度的時間變?yōu)榧s1/2，冷卻水量能夠增加2倍，可以降低線圈溫度，由于該效果和結(jié)構(gòu)上強(qiáng)度高，能夠提高線圈壽命。并且，通過設(shè)置在中環(huán)狀導(dǎo)體2上的凸部2a和2b，充分加熱到軸根。
如以上說明的，本發(fā)明的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈，由于通過配設(shè)在被加熱軸部件外周的多個環(huán)狀導(dǎo)體加熱，與以往軸方向?qū)w加熱線圈相比，能夠輸入大功率，并且，由于能夠增加冷卻水量，能夠抑制線圈溫度升高，防止變形。另外，由于設(shè)定各環(huán)狀導(dǎo)體軸方向的長度，使各環(huán)狀導(dǎo)體分擔(dān)的加熱部面積相等，軸部件各段的加熱溫度升高變得均勻。因此，與以往的線圈相比，達(dá)到各部溫度均勻的時間縮短，減少了所需要的電力量，提高了加熱效率。同時，通過短時間加熱，能降低淬火變形。
上述多個環(huán)狀導(dǎo)體，通過形狀，內(nèi)徑與軸部件加熱部的形狀和外徑配合，做成跨越軸部件外徑不同段的形狀各段容易均勻地加熱，并且，通過在對應(yīng)環(huán)狀導(dǎo)體軸部件的段根的部分設(shè)置環(huán)狀凸部，具有到軸的根部都能均勻地加熱的優(yōu)點。
如以上所述的，本發(fā)明的多段形狀軸部件感應(yīng)加熱線圈，由于能夠迅速加熱，縮短加熱時間，能降低淬火變形，同時，提高加熱效率，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省電力，提高生產(chǎn)率。另外，由于延長線圈壽命，降低成本，感應(yīng)加熱淬火等的生產(chǎn)成本的降低，成為可能，對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱線圈，其特征在于，將具有與被加熱軸部件的加熱部外周保持規(guī)定間隙的內(nèi)徑的環(huán)狀導(dǎo)體在軸方向上分割成多個而設(shè)置，將各個環(huán)狀導(dǎo)體軸方向的長度以使它們分擔(dān)的加熱部的面積大致相等的方式設(shè)置，將該多個環(huán)狀導(dǎo)體串聯(lián)連接，從而均勻升溫被加熱軸部件的各段軸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱線圈，其特征在于，所述多個環(huán)狀導(dǎo)體的1個以上被設(shè)計成以下形狀，即跨過被加熱軸部件的外徑不同的段軸的形狀，從而均勻地升溫被加熱軸部件的各段軸部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱線圈，其特征在于，在所述環(huán)狀導(dǎo)體的與被加熱軸部件的段的軸的根對應(yīng)的部分設(shè)置環(huán)狀凸部，從而一并加熱該段的軸的根。
4.一種多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱方法，其特征在于，在多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱中，使用以下的感應(yīng)加熱線圈均勻地升溫被加熱軸部件的各段軸部，該感應(yīng)加熱線圈是，將具有與被加熱軸部件的加熱部外周保持規(guī)定間隙的內(nèi)徑的環(huán)狀導(dǎo)體在軸方向上分割成多個而設(shè)置，并將各個環(huán)狀導(dǎo)體軸方向的長度以使它們分擔(dān)的加熱部的面積大致相等的方式設(shè)置，并將該多個環(huán)狀導(dǎo)體串聯(lián)連接而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱方法，其特征在于，使用以下的感應(yīng)加熱線圈均勻地升溫被加熱軸部件的各段軸部，該感應(yīng)加熱線圈是，所述多個環(huán)狀導(dǎo)體的1個以上被設(shè)計成跨過被加熱軸部件的外徑不同的段軸的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多段形狀軸部件的感應(yīng)加熱方法，其特征在于，使用在所述環(huán)狀導(dǎo)體的與被加熱軸部件的段的軸的根對應(yīng)的部分設(shè)有環(huán)狀凸部的感應(yīng)加熱線圈，一并加熱該段的軸的根。
全文摘要
在多段形狀軸部件W的感應(yīng)加熱線圈中，將與被加熱軸部件的加熱部外周相隔規(guī)定間隙的內(nèi)徑的環(huán)狀導(dǎo)體在軸方向上分割成多個而進(jìn)行配設(shè)，設(shè)定每個環(huán)狀導(dǎo)體1、2、3軸方向的長度，使分擔(dān)的加熱部的面積大致相等，串聯(lián)連接該多個環(huán)狀導(dǎo)體，均勻地升溫被加熱軸部件的各段軸部。上述多個環(huán)狀導(dǎo)體，做成與軸部件的加熱部的形狀配合的形狀，也可以做成跨越軸部件的外徑不同的段的形狀。另外，在對應(yīng)環(huán)狀導(dǎo)體的被加熱軸部件的段的軸根的部分設(shè)置環(huán)狀凸部而加熱軸根。
文檔編號H05B6/40GK1771764SQ200580000190
公開日2006年5月10日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者田中嘉昌, 遠(yuǎn)藤武, 清澤裕, 生田文昭, 堀野孝, 小松正幸, 藤江潤, 吉川毅 申請人:高周波熱煉株式會社