[發明專利]高頻淬火管理系統

有效

• 申請號: 200980158059.0
• 申請日: 2009-03-12
• 公開（公告）號: CN102356167A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 伊藤圭介;楊躍;生田文昭;北村太一;小野徹也;干場謙一
• 申請（專利權）人: 高周波熱煉株式會社
• 主分類號: C21D1/10
• 分類號: C21D1/10;H05B6/06
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種能夠確認是否按照規定的設定條件對工件進行了淬火(Hardening)的高頻淬火管理系統。

背景技術

為了提高工件的硬度等物理特性，利用高頻電力對工件實施淬火處理。圖29是示意性地表示通常的淬火處理的情形的外觀圖。例如如圖所示，作為加熱對象的工件50構成為在棒狀基部51上以同軸形狀具備鼓出部52，由于棒狀基部51和鼓出部52而截面為大致L字形狀。加熱線圈61是鞍形線圈，在半圓周部61a的兩端連接一對直線部61b、61b而形成加熱線圈61。當進行淬火處理時，首先，將工件50保持在未圖示的保持單元上，并以加熱線圈61的半圓周部61a位置于鼓出部52的上面側并且加熱線圈61的直線部61b平行于棒狀基部51的方式將加熱線圈61配置在工件50上。此時，確認加熱線圈61和鼓出部52之間的距離是否在規定范圍內。之后，一邊旋轉工件50，一邊從高頻逆變器62向加熱線圈61提供高頻電力，實施淬火處理。此外，圖中的63是與加熱線圈61構成并聯諧振電路的匹配用電容器。

在淬火處理中使用的公知的高頻淬火裝置，在等效電路上電路構成為在高頻逆變器的輸出端子之間并聯連接匹配用的電容器和加熱線圈。為了保證淬火質量，理想情況下最好是實際測量提供給加熱線圈的有效功率(kW)并以該有效功率為基準進行管理。加熱線圈的等效電路以電感和串聯電阻的串聯連接來表示。被加熱線圈加熱的工件成為阻性負載。有效功率的監視方法是如下方法：測定在加熱線圈兩端產生的電壓(V_coil)和流經加熱線圈的線圈電流(I_coil)之間的相位差，根據式R_kw＝cosφV_coilI_coil求出有效功率。此外，cosφ為功率因數(φ為功率因數角)。

然而，在高頻淬火的情況下，功率因數低的負載多，成為測量對象的線圈電壓和線圈電流之間的相位差大。具體地說，電容器和加熱線圈的并聯電路的Q為10左右。功率因數能夠估計為Q的倒數，在Q為10的情況下，功率因數為0.1，此時的功率因數角φ為84°。因而，測定V_coil和I_coil，并由運算電路對這些值進行乘法運算而求出的有效功率小。另外，該運算電路容易受溫度漂移的影響、頻率、相位差變動的影響，因此現狀是無法根據運算電路的算出值來高精確度地監視高頻淬火處理的有效功率。

專利文獻1：日本特開2002-317224號公報

專利文獻2：日本特開2000-150126號公報

專利文獻3：日本特開2003-231923號公報

發明內容

發明要解決的問題

因此，以往，在以將來自高頻振蕩器的電壓控制為恒定的方式進行輸出控制的情況下，考慮檢測加熱線圈的電流并求出平均電流來監視功率(例如專利文獻1)。然而，線圈電流確切地說是具有線圈所具有的電感成分和電阻成分的合成電流，因此，即使負載變動，線圈電流的變動也小，靈敏度低。因此，無法進行有效的功率監視。

也考慮了通過檢測來自高頻逆變器的輸出電壓和輸出電流、或者檢測輸出功率來進行監視(例如專利文獻2以及3)。在該輸出功率的檢測中，也包括檢測輸出電壓以及輸出電流并對它們的有效值進行乘法運算。然而，在該監視方法中，監視對象為來自高頻逆變器的輸出功率、換句話說是從高頻逆變器的輸出端子之間看時為提供到負載的有效功率，因此受到匹配電路引起的損耗、功率的傳輸損耗的影響，無法敏感地檢測負載變動，靈敏度差。特別是，當從高頻逆變器到加熱線圈的距離長時，由于功率的傳輸損耗而導致負載變動的檢測靈敏度下降。

另一方面，還存在如下問題：當成為淬火對象的工件與加熱線圈之間的位置關系在規定范圍之外時，由于負載變動而無法進行恰當的淬火處理。下面具體地進行說明。在圖29所示的淬火處理中，工件50并非都是相同尺寸，而是具有一定程度的允許范圍內的尺寸，工件50與加熱線圈61之間的位置關系有可能按每個工件而不同，因此不能保證即使與工件50無關地提供相同的高頻電力也執行恰當的淬火處理。即，在工件50和加熱線圈61之間的位置關系中、特別是鼓出部52的上表面53與加熱線圈61的半圓周部61a之間的距離變大時，工件50和加熱線圈61之間的間隙(gap)增加，變得難以向工件50提供高頻。因此，現狀是沒有充分保證每個工件的淬火處理的質量。