JP2006144126A

JP2006144126A - 高周波焼入れ工程監視回路

Info

Publication number: JP2006144126A
Application number: JP2005322232A
Authority: JP
Inventors: Vladimir Frankfurt; フランクフルトウラジミール
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20060102620A1

Abstract

【課題】本発明は高周波焼入れ装置を監視する装置を提供する。
【解決手段】本発明の装置は、インダクションコイル１６、制御回路１２、監視回路１４、焼入れ装置１８からなる。インダクションコイルはワークピース２２を加熱する。制御回路はインダクションコイルと接続されており、インダクションコイルに電気エネルギーを供給する。焼入れ装置はインダクションコイルで加熱された後のワークピースを焼入れする。監視回路はインダクションコイルと焼入れ回路に接続されており、加熱パラメータと焼入れパラメータを監視し、加熱パラメータと焼入れパラメータに基づきワークピースの状態を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は工業工程を監視する回路に関する。より具体的には、本発明は高周波焼入れ工程を監視する回路に関する。

高周波焼入れ装置は、例えば軸受の構成部材である転動体といった金属部品を熱処理するために用いられる。熱処理は部品に目標の位相特性と硬度を与えるために利用される。また熱処理により内部応力を軽減することができる。高周波焼入れ処理では、インダクションコイルの磁場によって部品中に渦電流が発生し、渦電流の誘導損失が抵抗熱を発生させることによって部品が加熱される。一般的に、各部品は加熱炉の場合のように一度に加熱されるのではなく、個別に加熱される。インダクションコイルと加熱対象の部品は、磁場によって一体化されているので、加熱時に加熱対象の部品に少しでも変化が生じると、コイルのシグネチャーに反映される。したがって、コイルのシグネチャーは加熱処理工程に関する重要な情報を発する。加熱対象の部品の加熱後、加熱対象の部品（ワークピース）は焼入れされる。焼入れはワークピースを液浴に沈めることによって行われる。ワークピースを加熱し、焼入れすることによって、結果としてワークピースの硬度が決まる。

製造業者の多くは、電源を制御すれば、誘導加熱の各サイクルにおいて同量のエネルギーと同量の電力を供給することができると単純に考えている。しかし、実際には多くの場合、ワークピースに実際に伝えられるエネルギー、ひいてはワークピースの品質は、接触抵抗の変化、誘導損失、コイル部分の位置、電磁特性の変化、およびその他の要因によって容易に影響を受ける。また、気温の変化やワークピースの焼入れ時間も、誘導加熱工程とワークピースの品質に大きな影響を与える。

上述の説明から明らかなように、高周波焼入れ工程を監視する装置を改良する必要があり、本発明はそれを提供する。

上述の必要を満たし、上述の従来技術の欠点及びその他の限界を克服するために、本発明は高周波焼入れ工程を監視する装置を提供する。

本発明の装置は、インダクションコイル、制御回路、監視回路、焼入れ装置を備えている。インダクションコイルはワークピースを加熱する。制御回路はインダクションコイルと接続されており、インダクションコイルに電気エネルギーを供給する。焼入れ装置はインダクションコイルで加熱されたワークピースを焼入れする。監視回路はインダクションコイルと焼入れ装置に接続されており、加熱パラメータと焼入れパラメータを監視し、加熱パラメータと焼入れパラメータに基づきワークピースの状態を判断する。ワークピースの状態は焼入れ工程の質に対応しており、したがってワークピースの硬度に対応している。

監視回路は、測定した加熱パラメータ及び焼入れパラメータを評価基準と比較して、ワークピースの状態を判断する。加熱パラメータと焼入れパラメータには、焼入れ温度、インダクションコイルに供給されるエネルギー量、インダクションコイルに供給される電力量、供給電流の履歴、誘導電圧の履歴、加熱時間、焼入れ液の流動開始時点、焼入れ液の流動終了時点、焼入れ液の流速、焼入れ圧が含まれるが、これらだけに限られるものではない。ワークピースの評価基準としては、焼入れ温度、電力、エネルギー、供給電流の履歴、誘導電圧の履歴、加熱時間、焼入れ液の流動開始時点・流動終了時点、焼入れ圧の上限と下限が含まれるが、これらだけに限られるものではない。

また、監視回路にはワークピースの複数の評価基準が記憶されている。監視装置はワークピースの識別子を受け取り、前記識別子に基づき、複数の評価基準の１つによってワークピースの状態を判断する。

また、監視している加熱パラメータ及び焼入れパラメータに基づき、制御回路がプロセスパラメータを調節する。

本発明の他の目的と特徴と長所は、当業者であれば、添付の図面を参照しながら、後述の本発明の好適な実施例の説明とクレームを読めば容易に明らかになる。

図１に本発明の装置全体を、参照番号１０で示す。この装置１０は主要な構成要素として、制御回路１２と監視回路１４とインダクションコイル１６と焼入れ装置１８を含む。

誘導加熱のための電気エネルギーを供給するために、制御回路１２は電気的にインダクションコイル１６に接続されている。ワークピース２２はインダクションコイル１６の磁場によって加熱される。制御回路１２は、エネルギー量と電力量と誘導電圧の履歴と供給電流の履歴と加熱時間を調整して、誘導加熱工程を制御する。監視回路１４はインダクションコイル１６に接続されており、電圧と電流を誘導加熱工程の間、時間ごとに監視する。また監視回路１４は、電力、エネルギー量、誘電加熱工程の加熱時間を監視する。これらのパラメータは誘導電圧の履歴と供給電流の履歴とから得られる。制御回路１２は焼入れ装置１８にも接続されており、焼入れ液の流動の開始・終了、焼入れ液の温度、焼入れ液の流量、焼入れ圧などの焼入れに関するパラメータを制御する。また、監視回路１４は焼入れ装置１８と制御回路１２の両方に接続されており、焼入れ工程におけるパラメータを監視する。監視回路１４は制御回路１２に接続されているため、制御回路１２は監視しているパラメータが評価基準を超えた際にフィードバック信号を発し、加熱と焼入れの工程を調整するか、オペレータに警告を発することができる。

ワークピース２２を加熱後、焼入れ装置１８は容器２０の中に液体を注ぎ込み、ワークピース２２を液の中に沈める。前記液体は液体戻り流路２４を介して焼入れ装置１８に戻される。焼入れ装置１８には、ポンプ２５と、流速センサ２６、圧力センサ２８、温度センサ３０が設けられている。ポンプ２５は液体をワークピース２２に供給する。流速センサ２６は容器２０に流入する液体の流速を測定する。圧力センサ２８は容器２０に流入する液体の圧力を測定する。温度センサ３０は前記液体がワークピース２２を焼入れした後、液体戻り流路２４を流れている液体の温度を測定する。監視回路１４は流速センサ２６、圧力センサ２８、温度センサ３０に接続されており、熱処理時の焼入れ工程における焼入れパラメータを監視する。

図２に高周波焼入れ装置を制御・監視する工程５０を示す。工程５０は制御回路１２がワークピース識別子を受け取るブロック５２から始まる。ブロック５４では、制御回路１２がワークピース識別子に基づいてワークピースの評価基準をロードする。制御回路１２はブロック５５で、インダクションコイル１６に電力を供給することで加熱を開始する。監視回路１４はブロック５６で、電力、エネルギー、誘導電圧の履歴と供給電流の履歴、加熱時間などの加熱パラメータを監視する。監視しているパラメータがワークピースの評価基準によって定義された許容範囲を超えた場合、ブロック７２で警告が発せられる。ワークピース２２の加熱後、制御回路１２は焼入れ装置１８に信号を送り、ブロック５７で焼入れが始まる。

ワークピース２２に対して複数回、焼入れと加熱が行われる。急冷焼き入れと加熱を同時に行うこともある。加熱時には加熱パラメータがブロック５８で引き続き監視される。同様に焼入れ時には、焼入れ液の流動の開始・終了、焼入れ温度、焼入れ液の流量、焼入れ圧などの焼入れパラメータがブロック５９で継続して監視される。加熱パラメータと同様に、監視しているパラメータがワークピースの評価基準によって定義された許容範囲を超えた場合、ブロック７２で警告が発せられる。

焼入れ液の流動の開始は、冷却のために液体がワークピース２２に供給された時点である。一般的に、ワークピース２２を加熱状態から急冷状態に迅速に移行させることによりワークピース２２を十分に硬化させるために、焼入れ液の流動の開始は加熱の終了直後とする。焼入れ液の流動の終了とは、ワークピース２２への焼入れ液の供給を停止した時点のことである。焼入れ温度は、ワークピース２２の焼入れ後の焼入れ液の温度である。焼入れ液の流量は、任意の時点でワークピース２２に供給される焼入れ液の流速を指す。一般的に流速はガロン毎分で表す。焼入れ圧はワークピース２２に供給される焼入れ液の圧力を指す。ブロック６０において加熱が完了すると、本発明の装置では、ワークピース２２が冷却されるまで焼入れを続ける。したがって焼入れパラメータはブロック６４において監視され続ける。この場合も、監視しているパラメータがワークピースの評価基準によって定義された許容範囲を超えた場合、ブロック７２で警告が発せられる。ブロック６６では制御回路１２は焼入れ装置１８に信号を送り、ワークピース２２の焼入れを終了する。

ブロック６８で監視回路１４は焼入れ液の温度を比較評価する。焼入れ液の温度が評価基準の範囲外にある場合、つまり下限温度を下回っているか、上限温度を上回っている場合は、矢印７０からブロック７２に進んで、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。焼入れ液の温度が焼入れ液の温度の評価基準の範囲内に収まっている場合は、矢印７４からブロック７６に進む。

ブロック７６で監視回路１４は加熱コイルに供給される電力量を比較評価する。電力量が加熱力の評価基準の範囲外にある場合、つまり上限を上回っているか、下限を下回っている場合、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。電力量が加熱力の評価基準の範囲内に収まっている場合は、矢印８０からブロック８２に進む。

ブロック８２で監視回路１４はインダクションコイルに供給される加熱エネルギーの量を比較評価する。加熱エネルギーの量が評価基準の範囲内であれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印８６からブロック８８に進む。加熱エネルギーの量が評価基準から外れると、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック８８で監視回路１４はインダクションコイルに供給される電流の履歴を比較評価する。供給電流の履歴が評価基準の範囲内であれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印９２からブロック９４に進む。供給電流の履歴が評価基準から外れると、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック９４で監視回路１４はインダクションコイルを流れる電流の誘導電圧の履歴を比較評価する。誘導電圧の履歴が評価基準の範囲内であれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印９８からブロック１００に進む。誘導電圧の履歴が評価基準から外れると、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック１００で監視回路１４はインダクションコイルの加熱時間を比較評価する。加熱時間が評価基準の範囲内であれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印１０４からブロック１０６に進む。加熱時間が評価基準から外れると、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック１０６で監視回路１４は焼入れ液の流動の開始時点を比較評価する。焼入れ液の流動開始時点が評価基準の範囲内であれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印１１０からブロック１１２に進む。焼入れ液の流動開始時点が評価基準の範囲外であれば、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック１１２で監視回路１４は焼入れ液の流動終了時点が比較評価される。焼入れ液の流動終了時点が評価基準の範囲内であれば、流動終了時点が評価基準の上限と下限の間にあれば、矢印１１６からブロック１１８に進む。焼入れ液の流動終了時点が評価基準の範囲外であれば、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック１１８で監視回路１４は焼入れ液の流速を比較評価する。焼入れ液の流速が評価基準の範囲内にあれば、つまり上限と下限の間にあれば、矢印１２２からブロック１２４に進む。焼入れ液の流速が評価基準の範囲外にあれば、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

ブロック１２４では監視回路１４は焼入れ液の圧力を比較評価する。焼入れ液の圧力が評価基準の範囲内にあれば、つまり上限と下限の間にあれば、ブロック１２８に進み、本工程は終了する。焼入れ液の圧力が評価基準の範囲外にあれば、矢印７０からブロック７２に進み、警告が発せられ、本工程はブロック１２８で終了する。

工程５０は監視過程の１つが基準を外れれば、警告が発せられ終了する課程を示している。しかし、各監視過程が個別に警報を発し、１つの監視過程が基準を外れても、次の監視過程に進むようにすることもできる。

当業者であれば、上述の説明は本発明の原理の実施例の説明であることが容易に理解できるだろう。したがって、ここでの説明は本発明の範囲や応用に制限を加えるためのものではなく、以下の請求項に定義した本発明の本質から外れることなく、本発明に改良や変形・変更を加えることができる。

図１は本発明の高周波焼入れ装置の概略図である。図２は高周波焼入れ装置を制御し監視する本発明の方法のフローチャートである。

符号の説明

１０高周波焼入れ装置
１２制御回路
１４監視回路
１６インダクションコイル
１８焼入れ装置
２２ワークピース

Claims

ワークピースを加熱するためのインダクションコイルと、
前記インダクションコイルに電気エネルギーを供給するための監視回路と、
ワークピースを焼入れするための焼入れ装置と、
加熱と焼入れのパラメータを監視し、前記パラメータによってワークピースの状態を判断する監視回路とからなる誘導加熱の工程を監視するための監視装置。
監視回路が、ワークピースの加熱と焼入れパラメータを評価基準と比較してワークピースの状態を判断するようになっている、請求項１に記載の監視装置。
監視回路が、監視している加熱パラメータと焼入れパラメータに基づいて工程のパラメータを調整するようになっている、請求項１に記載の監視装置。
焼入れパラメータに焼入れ温度が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
焼入れ温度をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項４に記載の監視装置。
加熱パラメータにインダクションコイルに供給される電力が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
供給される電力量をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項６に記載の監視装置。
加熱パラメータにインダクションコイルに供給されるエネルギー量が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
加えられたエネルギー量をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項８に記載の監視装置。
加熱パラメータに供給電流の履歴が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
供給電流の履歴をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項１０に記載の監視装置。
加熱パラメータに誘導電圧の履歴が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
誘導電圧の履歴をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項１２に記載の監視装置。
加熱パラメータに加熱時間が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
加熱時間をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項１４に記載の監視装置。
焼入れパラメータに焼入れ液の流動開始時点が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
焼入れ液の流動開始時点をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項１６に記載の監視装置。
焼入れパラメータに焼入れ液の流動終了時点が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
焼入れ液の流動終了時点をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項１８に記載の監視装置。
焼入れパラメータに焼入れ液の流速が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
焼入れ液の流速をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項２０に記載の監視装置。
焼入れパラメータに焼入れ液の圧力が含まれる、請求項１に記載の監視装置。
焼入れ液の圧力をその上限値および下限値と比較することによりワークピースの状態を判断する、請求項２２に記載の監視装置。
ワークピースの複数の評価基準が監視回路に記憶されている、請求項１に記載の監視装置。
ワークピースの識別子を監視回路が受け取るようになっている、請求項２４に記載の監視装置。
監視回路がワークピースの状態を前記識別子に基づき、複数の評価基準の１つによって判断する、請求項２５に記載の監視装置。