(57)【要約】【課題】  ワークの部位による温度むらを防止しつつ、短時間で加熱が行え、焼入品質の向上、および生産性の向上が図れる高周波焼入装置を提供する。【解決手段】  ワークＷの全体焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置である。加熱中のワークＷの複数点の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段２８1 ，２８2 を設ける。これら温度測定手段２８1 ，２８2 の測定値に応じて高周波電源２により加熱コイル１に給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段２１を備える。この電源制御手段２１は、測定点間温度比較手段２６により比較した測定点間の温度勾配が所定値以上ある場合に、電力供給を制限する温度差対応処理手段２７を有するものとする。電力供給を制限は、比例ゲインを下げる処置、または電流供給を一時遮断する処置とする。【選択図】        図１
2005310645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの複数点の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、これら温度測定手段の測定値に応じて前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備え、この電源制御手段は、前記複数の温度測定手段の測定温度を比較する測定点間温度比較手段と、この測定点間温度比較手段により比較した測定点間の温度勾配が所定値以上ある場合に、前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段とを設けたことを特徴とする高周波焼入装置。
【請求項２】
請求項１において、前記温度差対応処理手段は、電力の供給の制限処置として、フィードバック制御の比例ゲインを下げるものとした高周波焼入装置。
【請求項３】
請求項１において、前記温度差対応処理手段は、電力の供給の制限処置として、電流供給を一時遮断するものとした高周波焼入装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記ワークがリング状品であって、前記加熱コイルが内周にワークを配置させて加熱を行う単巻きのものである高周波焼入装置。
【請求項５】
請求項４において、前記温度測定手段として、ワークの内周面を測定点とするものと、外周面を測定点とするものとを設け、電源制御手段は、内周面を測定点とする温度測定手段の測定値によってフィードバック制御を行うものとし、前記測定点間温度比較手段は、前記内周面を測定点とする温度測定手段と外周面を測定点とする温度測定手段との測定温度を比較するものとした高周波焼入装置。
【請求項６】
ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの加熱コイル対向面とこの対向面に対する裏面の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備え、この電源制御手段は、前記ワークの裏面の温度を測定する温度測定手段の測定値に応じてフィードバック制御するものとし、かつ前記ワークの前記対向面の温度を測定する温度測定手段の測定値が目標温度よりも所定値以上高くなると前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段を設けたことを特徴とする高周波焼入装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ワークがリング状品であって、前記加熱コイルが内周にワークを配置させて加熱を行う単巻きのものであり、前記電源制御手段は前記ワークの内周面の温度を測定する温度測定手段の測定値に従ってフィードバック制御を行うものであり、前記温度差対応処理手段は、前記ワークの外周の温度を測定する温度測定手段の測定値が目標温度よりも所定値以上高くなると前記高周波電源による電力の供給を制限するものとした高周波焼入装置。
【請求項８】
請求項４または請求項５または請求項７において、前記ワークが転がり軸受の軌道輪である高周波焼入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機械部品、例えば転がり軸受の軌道輪等につき、焼入に際する加熱を高周波誘導加熱により行う高周波焼入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品、例えばリング状のワークの表面硬化のための焼入に際する加熱方法として、単巻の加熱コイルを用い、その内周に同心にワークを配置し、高周波誘導加熱を行う方法がある（例えば非特許文献１）。
しかし、軸受軌道輪等の量産される機械部品の焼入、特に内部まで硬化させる焼入の場合は、雰囲気炉で全体焼入することが一般的である。軸受における高周波焼入は、車輪用軸受における軌道面のみの焼入等のように、局部的に焼入を施す場合に採用されている。      
【０００３】
高周波焼入の加熱時の温度制御方法として、鋼帯については、放射温度計でワーク温度を計測し、ワーク温度に応じて加熱コイルの電力をフィードバック制御することが提案されている（特許文献１）。
【非特許文献１】（社）日本熱処理技術協会／日本金属熱処理工業会編集、「熱処理技術入門」大河出版、平成１３年４月２５日発行、第２８５頁
【特許文献１】特開２００２−３７２３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸受軌道輪等の機械部品の全体焼入を行う場合の加熱は、上記のように炉内で行うことが一般的であるが、多品種少量生産の場合、炉による熱処理では、炉の処理可能個数に対して半端な個数となることがあり、効率が悪い。また、要求に応じて必要時に必要個数だけ焼入品をラインに供給したり、外部に納品するような場合は、炉による焼入れでは在庫を多く抱えることが必要となる。炉による加熱は、炉内に入れた機械部品の位置によっても、加熱温度がばらつくことがある。
このため、軸受軌道輪の焼入を、１個ずつ高周波焼入で行うことを試みた。高周波焼入によると、必要個数だけを処理することができ、また処理品間でのばらつきの少ない均一な熱処理が可能となる。
【０００５】
ところで、高周波焼入は、短時間で急速に加熱する焼入方法であるため、均質な焼入品質を得るためには温度管理が重要となる。わずかな条件変動が焼入品質に大きく影響することがある。例えば、高周波焼入では、オーステナイト化時間も短いため、オーステナイト化の加熱温度が炉加熱の場合と比べて高めに設定される。この加熱の温度が低いと、ワークの均一オーステナイト化が不十分となる。また、加熱温度が高くなったり、加熱時間が長くなると、オーステナイト粒の成長が進行するため、高周波焼入の利点である組織の微細化が十分に得られず、靱性等の種々の特性の低下を伴う。
【０００６】
従来の高周波焼入では、ワーク毎に加熱コイルの寸法と加熱パターン（時間，電流）を試行錯誤で選定しているのが現状である。この加熱パターンの選定による温度管理は、ワークの変更時には、加熱パターンの再検討が必要になるため、多品種少量生産の場合には向かない。また、昇温時間が長くかかると、１個ずつ処理を行う高周波焼入では、生産性への影響も大きい。
【０００７】
このような課題は、フィードバック制御を適切に行うことにより解消されると考えられる。鋼帯の高周波焼入においては、フィードバック制御を行うことが特許文献１に開示されている。
【０００８】
しかし、機械部品等のワークの全体焼入のための加熱を行うときに、表皮効果等のために、ワークの加熱コイルに対面する部分に比べて、裏面側等の温度の上昇が遅くなる。そのため、ワークの加熱コイル対向面などの１点を測定してフィードバック制御しても、ワークの温度むらが生じ、そのまま焼入れのための冷却を行うと、焼入品質がばらつくことがある。ワーク形状と加熱コイルとの関係により、温度上昇の遅くなる部位は判るため、温度上昇の遅くなる部位の測定温度で制御することを考えたが、その場合、ワークの加熱コイルとの対向面の温度が高くなり過ぎることがある。また、加熱をゆっくりと行うと、ワーク各部の温度差が小さくなるが、加熱に時間がかかり、効率的な焼入が行えない。
【０００９】
この発明の目的は、ワークの部位による温度むらを防止しつつ、短時間で加熱が行え、焼入品質の向上、および生産性の向上が図れる高周波焼入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明における第１の高周波焼入装置は、ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの複数点の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、これら温度測定手段の測定値に応じて前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備える。この電源制御手段は、前記複数の温度測定手段の測定温度を比較する測定点間温度比較手段と、この測定点間温度比較手段により比較した測定点間の温度勾配が所定値以上ある場合に、前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、加熱コイルでワークを加熱するときに、ワークの表面温度を温度測定手段で測定し、電源制御手段によりフィードバック制御を行う。この場合に、ワークの表面温度を多点で測定し、測定点間温度比較手段により、測定点間の温度勾配が所定値以上あるか否かを判定して、温度勾配が所定値以上あるときは、温度差対応処理手段によって電源制御手段による電力の供給を制限させる。この電力供給の制限により、加熱が弱められ、または停止されることで、ワークの高温部分の熱が低温部分に伝わり、ワーク全体の均熱化が得られる。温度勾配が所定値以上あるときのみ電力供給の制限を行うので、常に緩やかに加熱する場合に比べて短時間で加熱することができる。このように、温度むらを防止しつつ、短時間で加熱処理することができる。
【００１２】
温度勾配が所定値以上あるか否かは、例えば、単に測定点間の温度の差が一定以上あるか否かで判定しても良く、また測定温度に対する温度差の割合が所定値以上であるか否かで判定しても良い。この他に、温度帯によって、温度勾配が所定値以上であるか否かの判断基準とする所定値を異なる値としても良い。
なお、温度差対応処理手段は、電源制御手段による電力供給の制限を行った後、例えば温度勾配が所定値以内に収まることで、その制限を解除するものとしても良い。
また、複数の温度測定点は、ワークの互いに温度差が生じ易い部位に配置することが好ましい。
【００１３】
前記温度差対応処理手段は、電力供給の制限処置として、フィードバック制御の比例ゲインを下げるものとしても良い。この場合、加熱を止めずに緩やかにすることで温度むらを防止するため、加熱時間の長引きをできるだけ避けることができる。
【００１４】
また、前記温度差対応処理手段は、電力供給の制限処置として、電流供給を一時遮断するものとしても良い。この場合は、加熱を一時的に止めることで、高温部位の熱が低温部位に伝わって均熱化されるようにするため、温度むらの防止がより確実となる。
【００１５】
前記ワークがリング状品である場合は、前記加熱コイルとして、内周にワークを配置させて加熱を行う単巻きのものを用いることが好ましい。リング状品のワークは、例えば転がり軸受の内輪や外輪等の軌道輪であっても良い。
【００１６】
ワークがリング状品である場合は、温度測定手段として、ワークの内周面を測定点とするものと、外周面を測定点とするものとを設けることが好ましい。電源制御手段は、内周面を測定点とする温度測定手段の測定値によってフィードバック制御を行うものとする。前記測定点間温度比較手段は、前記内周面を測定点とする温度測定手段と外周面を測定点とする温度測定手段との測定温度を比較するものとし、温度差対応処理手段は、このワーク内周面の温度と外周面の温度との温度勾配が所定値以上ある場合に、前記高周波電源による電力の供給を制限するものとする。
【００１７】
ワークがリング状品の場合、加熱コイルに対面する外周面の温度が高くなり、その裏面となる内周面の温度上昇が遅れる。この場合に、外周面の温度に応じてフィードバック制御すると、内周面の温度が十分に上がらず、加熱不足となることがある。そのため、温度上昇の遅い内周面の温度によってフィードバック制御を行うことが、加熱不足の解消の面で好ましい。ただし、単に内周面の温度によってフィードバック制御を行うと、外周面の温度が目標温度よりも高くなるオーバシュートが生じる。このオーバシュートは、ある程度は許容できるが、目標温度よりも高くなり過ぎると、高焼入による靱性不足等の焼入品質の低下が生じる。これに対して、温度差対応処理手段により、ワーク内周面の温度と外周面の温度との温度勾配が所定値以上ある場合に、前記電源制御手段による電力の供給を制限するものとするため、過度のオーバシュートが防止される。したがって、リング状ワークの内周と外周間の温度むらを防止しつつ、短時間で加熱することができる。
【００１８】
この発明における第２の高周波焼入装置は、ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの加熱コイル対向面とこの対向面に対する裏面の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備える。この電源制御手段は、前記ワークの裏面の温度を測定する温度測定手段の測定値に応じてフィードバック制御するものとし、かつ前記ワークの前記対向面の温度を測定する温度測定手段の測定値が目標温度よりも所定値以上高くなると前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段を設けることを特徴とする。
【００１９】
ワークの加熱コイルに対する裏面部は、加熱コイルとの対向面部に比べて温度上昇が遅れる。そのため、裏面の温度に応じてフィードバック制御することにより、ワークの加熱不足部分を無くすことができる。この場合に、外周面の温度が目標温度よりも高くなるオーバシュートが生じる。このオーバシュートは、上記のようにある程度は許容できるが、目標温度よりも高くなり過ぎると、高焼入による靱性不足等の焼入品質の低下が生じる。これに対して、ワーク温度が高くなる加熱コイル対向面側の温度が目標温度よりも所定値以上高くなると、温度差対応処理手段によって、前記高周波電源による電力の供給を制限するため、過度のオーバシュートが防止される。これにより、ワークの加熱コイル側面と裏面との温度むらを防止しつつ、短時間で加熱することができる。
【００２０】
上記第２の高周波焼入装置において、前記ワークがリング状品であって、前記加熱コイルが内周にワークを配置させて加熱を行う単巻きのものであっても良い。その場合に、前記電源制御手段は前記ワークの内周面の温度を測定する温度測定手段の測定値に従ってフィードバック制御を行うものとする。前記温度差対応処理手段は、前記ワークの外周の温度を測定する温度測定手段の測定値が目標温度よりも所定値以上高くなると前記高周波電源による電力の供給を制限するものとする。
この構成の場合、リング状ワークの内周部と外周部間の温度むらを防止しつつ、短時間で加熱することができる。
【００２１】
これら第１および第２の高周波焼入装置において、前記ワークは転がり軸受の軌道輪であっても良い。
転がり軸受の軌道輪は、焼入品質が部品の転動寿命等に大きく影響する部品であり、また量産されるものであるため、この発明の高周波焼入装置を用いることによる均一な焼入品質の効果、および短時間による加熱の各利点が効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００２２】
この発明における第１の高周波焼入装置は、ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの複数点の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、これら温度測定手段の測定値に応じて前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備え、この電源制御手段は、前記複数の温度測定手段の測定温度を比較する測定点間温度比較手段と、この測定点間温度比較手段により比較した測定点間の温度勾配が所定値以上ある場合に、前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段とを設けたため、ワークの部位による温度むらを防止しつつ、短時間で加熱が行え、焼入品質の向上、および生産性の向上が達成できる。
【００２３】
この発明における第２の高周波焼入装置は、ワーク全体の焼入のための加熱を１個ずつ行う高周波焼入装置であって、加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を給電する高周波電源と、ワークを加熱コイルに対して支持するワーク支持手段と、加熱中のワークの加熱コイル対向面とこの対向面に対する裏面の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段と、前記高周波電源により加熱コイルに給電する電力をフィードバック制御する電源制御手段とを備え、この電源制御手段は、前記ワークの裏面の温度を測定する温度測定手段の測定値に応じてフィードバック制御するものとし、かつ前記ワークの前記対向面の温度を測定する温度測定手段の測定値が目標温度よりも所定値以上高くなると前記高周波電源による電力の供給を制限する温度差対応処理手段を設けたものであるため、ワークの部位による温度むらを防止しつつ、短時間で加熱が行え、焼入品質の向上、および生産性の向上が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は高周波焼入装置のブロック図を示す。この高周波焼入装置は、加熱コイル１と、この加熱コイル１に高周波電流を供給する高周波電源２と、被熱処理品であるワークＷを支持するワーク支持手段３と、焼入冷却液供給装置４と、焼入制御装置５とを備える。ワークＷは、リング状品であり、例えば転がり軸受の軌道輪である。図示の例では、ワークＷは玉軸受の内輪であり、外周に軌道溝Ｗａを有している。高周波電源２は、交流商用電源等から受電盤６を介して得た電流を、所定周波数の高周波に変換して加熱コイル１に供給する手段であり、サイリスタインバータ式やトランジスタインバータ式等のものが使用される。高周波電源２と加熱コイル１との間には電流変成器（図示せず）を介在させる。
【００２５】
加熱コイル１は、円筒形の単巻きのものであって、内部に焼入冷却液の流路７を有し、かつ内径側へ焼入冷却液を吐出させる吐出孔８が内径側の壁面に設けられている。加熱コイル１の断面形状は、同図に示すように長方形ないし正方形状とされる。加熱コイル１の外周面における周方向の複数箇所に、焼入冷却液入口となるパイプ状の接続口９が設けられている。この接続口９に、焼入冷却液供給装置４から加熱コイル１の冷却およびワークＷの冷却たのための焼入冷却液が、所定のタイミングで供給される。
【００２６】
加熱コイル１は、図２に斜視図で示すように、分割部分となる円周方向の両端に一対の端子板１０を有し、２枚の端子板１０の間に絶縁板１１を挟み込んだものとされている。これら端子板１０の間に、高周波電源２が前記電流変成器を介して接続される。
【００２７】
図１において、ワーク支持手段３は、ワークＷを載せる下側支持部材１３と、ワークＷの上面を押える上側支持部材１２とを有し、上下いずれかの支持部材１２，１３をモータ等の駆動源１４で回転させることにより、ワークＷを回転させる構成としてある。下側支持部材１３および上側支持部材１２は、加熱コイル１と同心位置で軸受（図示せず）等により回転自在に支持されている。上下の支持部材１２，１３は、ワークＷとの接触面積ができるだけ少なくできるように、円周方向の複数箇所（例えば３箇所）に等配された突部１２ａ，１３ａを介してワークＷを支持するものとしてある。ワーク支持手段１２，１３の材質は、セラミックス等である。
【００２８】
上下の支持部材１２，１３は、いずれか一方または双方が昇降可能とされ、互いに上下に離れることにより、ワークＷの出し入れが可能とされている。
なお、ワーク支持手段３に対してワークＷを自動で出し入れするローディク装置（図示せず）を設けても良い。
【００２９】
焼入制御装置５は、高周波熱処理装置の全体を制御する装置であり、コンピュータ，電子回路等により構成される。焼入制御装置５は、高周波電源２を制御する電源制御手段２１と、焼入冷却液供給装置４を制御する冷却液制御手段２２と、ワーク支持手段３を制御するワーク支持系制御手段２３とを備える。
【００３０】
電源制御手段２１は、温度設定手段２５に設定された目標温度ＴＭ（例えば８５０℃程度）まで加熱し、その温度を所定時間維持するように、高周波電源２の出力する電力を制御するものとされている。電源制御手段２１は、フィードバック制御部２４を有し、ワークＷの温度を実測する温度測定手段２８の測定温度に応じ、加熱コイル１の電力、つまり高周波電源２の出力する電力をフィードバック制御するものとされている。温度測定手段２８としては、加熱中のワークＷの表面の複数点の温度をそれぞれ測定する複数の温度測定手段２８1 ，２８2 が設けられている。これら温度測定手段２８には、放射温度計等が用いられる。ワークＷの温度測定手段２８1 ，２８2 による測定点は、それぞれワークＷの外周面と内周面とされている。温度測定手段２８による温度検出は、連続的に行うようにしても、また所定のサンプリング周期で離散的に行うようにしても良い。
【００３１】
なお、温度測定手段２８の温度測定範囲が不十分な場合は、高温用と低温用の温度測定手段を設け、これら高温用と低温用の温度測定手段を切り換えて使用するようにしても良い。また、フィードバック制御を、低温時は行わず、ある程度の温度以上になってからフィードバック制御を開始するようにしても良い。
【００３２】
フィードバック制御部２４による制御の形態は、比例制御、比例微分制御、ＰＩＤ制御等が採用できるが、これらの制御を温度によって変更するものとしても良い。例えば、加熱開始からＡ１変態点付近までは比例制御、Ａ１変態点から目標温度ＴＭの手前までは比例微分制御、その後はＰＩＤ制御とする。
【００３３】
複数の温度測定手段２８1 ，２８2 の温度測定値は、測定値前処理手段２５で所定の処理を行ってフィードバック制御部２４に入力される。測定値前処理手段２５は、例えば、複数の温度測定手段２８1 ，２８2 の温度測定値を平均化するものであっても、また個々の温度測定手段２８1 ，２８2 の温度測定値に対して所定の重みを付けて平均化するもの等であっても良い。この他に、いずれか一つの温度測定手段２８1 ，２８2 の測定値のみをフィードバック制御部２４に入力するものとしても良い。一つの測定値のみを用いる場合は、ワークＷの内周面の温度を測定する温度測定手段２８2 の測定値をフィードバック制御部２４に入力するようにすることが好ましい。なお、温度測定をサンプリングする場合に、そのサンプリング値のアナログデータへの変換や、平均化等の処理も、測定値前処理手段２５で行うようにしても良い。
【００３４】
電源制御手段２１は、前記フィードバック制御部２４および測定値前処理手段２５の他に、測定点間温度比較手段２６および温度差対応処理手段２７を有している。測定点間温度比較手段２６は、前記複数の温度測定手段２８1 ，２８2 の測定温度を比較する手段である。温度差対応処理手段２７は、測定点間温度比較手段２６により比較した測定点間の温度勾配が所定値以上ある場合に、電源制御手段２１による電力の供給を制限する手段である。温度差対応処理手段２７による上記電力供給の制限の処置としては、フィードバック制御部２４による制御の比例ゲインを下げるものとしている。電力供給の制限の処置として、比例ゲインを下げる代わりに、電流を一時遮断するものとしても良い。この電流の一時遮断は、例えば設定時間だけ行うようにしても良く、また測定点間温度比較手段２６で比較される温度差が給電復帰用の所定値に達するまで遮断を続けるようにしても良い。温度差対応処理手段２７において、比例ゲインを下げる場合は、その下げた状態を加熱終了または制御形態の変更まで維持するようにしても、また上記温度差が供給復帰用の所定値に達すると比例ゲインを元の値に復元するようにしても良い。
【００３５】
上記構成の高周波焼入装置による熱処理過程を説明する。加熱コイル１内に、ワーク支持手段３の上下の支持部材１２，１３で挟み込むようにワークＷを設置し、支持部材１２，１３と共に駆動源１４でワークＷを回転させながら、加熱コイル１に高周波電源２から高周波電力を供給する。加熱コイル１に高周波電流が流れることにより、交番磁束が発生し、ワークＷが誘導加熱される。すなわち、ワークＷを通る磁束の変化によるヒステリシス損や渦電流損等により発熱現象が生じる。ワークＷの温度が目標温度ＴＭまで昇温すると、その温度ＴＭを一定時間維持した後、加熱コイル１内に焼入冷却液を供給して吐出孔８から吐出させ、ワークＷを急冷する。これによりワークＷが焼入される。この焼入は、例えばワークＷの表面部だけでなく芯まで全体に渡るように行う。
【００３６】
ワークＷの加熱時は、電源制御手段２１により次のように温度制御される。加熱時は温度測定手段２８1 ，２８2 によりワークＷの外周面および内周面の温度が測定される。この測定値により、フィードバック制御部２４により高周波電源２の出力となる電力が制御される。温度測定手段２８1 ，２８2 の測定値は、前記のように平均化してフィードバック制御部２４に入力するようにしても良く、また内周面の温度を測定する温度測定手段２８2 の測定値のみをフィードバック制御に用いるようにしても良い。
【００３７】
各温度測定手段２８1 ，２８2 により測定されるワーク温度は、それぞれ図３に温度変化曲線Ｔ１，Ｔ２で示すように変化する。加熱コイル１に対面するワーク外周の温度Ｔ１の上昇に比べて、裏面側となるワーク内周の温度Ｔ２の上昇は緩やかになる。両温度測定手段２８1 ，２８2 の測定値を平均化してフィードバックする場合、および内周側の温度測定手段２８2 の測定値のみをフィードバックする場合は、同図に示す傾向となるような温度制御が好ましい。つまり、ワーク外周の温度Ｔ１は、目標温度ＴＭを超えるオーバシュート部分ａが生じる曲線とする。加熱不足となる場合に比べて、多少のオーバシュートは許容できる。
【００３８】
このように加熱する間に、各温度測定手段２８1 ，２８2 の測定値は測定点間温度比較手段２６で常に比較され、両温度測定手段２８1 ，２８2 の測定温度間の温度勾配が所定値を超えると、温度差対応処理手段２７によって、高周波電源２による電力の供給を制限する。この供給制限として、フィードバック制御部２４による制御の比例ゲインを下げるか、または電流供給を一時遮断する。比例ゲインを下げると、加熱が緩やかになり、温度差が小さくなる。電流供給を一時遮断した場合は、その遮断の間に、ワークＷの高温部位となる外周部の熱が、低温部位となる内周部に伝達し、温度差が小さくなる。このため、ワークＷの部位による温度むらが防止される。
この電力供給の制限は、温度勾配が所定値以上あるときのみ行うので、常に緩やかに加熱する場合に比べて短時間で加熱することができる。このように、ワークＷの外周部と内周部間の温度むらを防止しながら、短時間で加熱処理することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、ワークＷの外周面と内周面の温度むらの防止を図るようにしたが、多点の温度測定することにより、ワークＷの形状による温度むらを防止するようにしても良い。例えば、ワークＷが図４に示すような軸受内輪であって、軌道溝Ｗａを有する場合、加熱コイル１に近いワーク外径面Ｓｏに比べて、軌道溝Ｗａの底面の温度上昇が低くなる。そのため、外径面Ｓｏの温度でフィードバック制御すると、軌道溝Ｗａの底部の加熱が不足する。
【００４０】
この場合、同図に示すようにワークＷの外周面の温度を測定する温度測定手段２８3 と軌道溝Ｗａの底部の温度を測定する温度測定手段２８4 とを設け、両温度測定手段２８3 ，２８4 の平均または温度が低い方の温度測定手段２８4 の測定値を、図１のフィードバック制御部２４の入力として用いる。その他については、図１ないし図３と共に説明した第１の実施形態と同様とする。
これにより、軌道溝Ｗａの底部と外周面Ｓｏとの間の温度むらを防止しつつ、短時間で加熱することができる。
【００４１】
図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図３に示す第１の実施形態において、電源制御手段２１Ａを次のように構成したものである。この例では、電源制御手段２１Ａは、ワークＷの内周面の温度を測定する温度測定手段２８2 の測定値に従って、フィードバック制御部２４によるフィードバック制御を行うものとする。また温度差対応処理手段２７Ａは、ワークＷの外周の温度を測定する温度測定手段２８1 の測定値が目標温度ＴＭよりも所定値ｔａ以上高くなると、高周波電源２による電力の供給を制限するものとする。この電力供給の制限は、第１の実施形態と同じく、比例ゲインの低減、または電流供給の一時遮断とする。所定値ｔａは、例えば１０５０℃  程度とする。なお、第１の実施形態における測定点間温度比較手段２６は設けない。
この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
この実施形態の場合、ワークＷの温度上昇の遅れる内周面の温度でフィードバック制御を行うため、内周部の加熱不足が防止される。また、ワークＷの外周の温度が目標温度ＴＭよりも所定値ｔａ以上高くなると、高周波電源２による電力の供給を制限するため、過度のオーバシュートが防止される。これらのため、ワークＷの外周部と内周部間の温度むらを防止しつつ、短時間で加熱することができる。
【００４３】
なお、上記実施形態は、ワークＷを外周から加熱する場合につき説明したが、この発明の高周波焼入装置は、例えば図６に示すように、ワークＷＡに内周から加熱する装置としても良い。この場合のワークＷＡは、例えば転がり軸受の外輪である。加熱コイル１Ａには、図７に示すように内側に端子部１０Ａが設けられた単巻きコイルを使用する。
また、この発明は、ワークＷがリング状品の場合に限らず、鋼製の機械部品一般や、そ他の鋼材の焼入に適用することができる。
さらに、上記各実施形態は、加熱コイル１，１Ａから焼入冷却液を吐出して一発焼入を行うようにしたが、加熱コイル１，１ＡではワークＷの加熱だけを行い、焼入冷却液による冷却は加熱コイル１，１Ａの外部で行うようにしても良い。これとは逆に、焼入後の焼戻しも同じ加熱コイル１で行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる高周波焼入装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】その加熱コイルの斜視図である。
【図３】同高周波焼入装置により加熱するワークの温度変化の説明図である。
【図４】この発明の他の実施形態における加熱コイルとワークと温度測定手段の関係を示す部分断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる高周波焼入装置の概念構成を示すブロック図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態における加熱コイルとリング状品とスリーブの関係を示す断面図である。
【図７】その加熱コイルの斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ…加熱コイル
２…高周波電源
３…ワーク支持手段
４…焼入冷却液供給装置
５…焼入制御装置
２１…電源制御手段
２４…フィードバック制御部
２６…測定点間温度比較手段
２７，２７Ａ…温度差対応処理手段
Ｗ，ＷＡ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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