[发明专利]高频淬火监视装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种监视是否恰当地执行了对工件的高频淬火(Hardening)处理的高频淬火监视装置。 

背景技术

为了提高工件的硬度等物理特性，利用高频电力对工件实施淬火处理。图24是示意性地表示通常的淬火处理的情形的外观图。例如如图所示，作为加热对象的工件50构成为在棒状基部51上以同轴形状具备鼓出部52，因此由于棒状基部51和鼓出部52而截面为大致L字形状。加热线圈61是鞍形线圈，在半圆周部61a的两端连接一对直线部61b、61b而形成加热线圈61。当进行淬火处理时，首先，将工件50保持在未图示的保持单元上，并以加热线圈61的半圆周部61a位置于鼓出部52的上面侧并且加热线圈61的直线部61b平行于棒状基部51的方式将加热线圈61配置在工件50上。此时，确认加热线圈61和鼓出部52之间的距离是否在规定范围内。之后，一边旋转工件50，一边从高频逆变器62向加热线圈61提供高频电力。由此，实施淬火处理。此外，图中的63是与加热线圈61构成并联谐振电路的匹配用电容器。 

在淬火处理中使用的公知的高频淬火装置，在等效电路上电路构成为在高频逆变器的输出端子之间并联连接匹配用的电容器和加热线圈。为了保证淬火质量，理想情况下最好是实际测量提供到加热线圈的有效功率(kW)并以该有效功率为基准进行管理。加热线圈的等效电路以电感和电阻的串联连接来表示。并且，被加热线圈加热的工件为阻性负载。有效功率的监视方法是如下方法：测定在加热线圈两端产生的电压(V_coil)和流经加热线圈的线圈电流(I_coil)之间的相位差，根据式P_kw＝cosφV_coilI_coil求出有效功率。此外，cosφ为功率因数(φ为功率因数角)。 

然而，在高频淬火的情况下，功率因数低的负载多，成为测量对象的线圈电压和线圈电流之间的相位差大。具体地说，电容器和加热线圈的并联电路的Q为10左右。功率因数能够估计为Q的倒数，在Q为10的情况下，功率因数为0.1，此时的功率因数角φ为84°。因而，测定V_coil和I_coil，并由运算电路对这些值进行乘法运算而求出的有效功率小。另外，该运算电路容易受温度漂移的影响、频率、相位差变动的影响，因此现状是无法根据运算电路的算出值来高精确度地监视高频淬火处理的有效功率。 

专利文献1：日本特开2002-317224号公报 

专利文献2：日本特开2000-150126号公报 

专利文献3：日本特开2003-231923号公报 

发明内容

发明要解决的问题

因此，以往，在以将来自高频振荡器的电压控制为恒定的方式进行输出控制的情况下，考虑检测加热线圈的电流并求出平均电流来监视功率(例如专利文献1)。然而，线圈电流确切地说是具有线圈所具有的电感成分和电阻成分的合成电流。因此，即使负载变动，线圈电流的变动也小，灵敏度低。因而，无法进行有效的功率监视。 

另外，也考虑了通过检测来自高频逆变器的输出电压和输出电流、或者检测输出功率来进行监视(例如专利文献2以及3)。 在该输出功率的检测中，也包括检测输出电压以及输出电流并对它们的有效值进行乘法运算。然而，在该监视方法中，监视对象为来自高频逆变器的输出功率、换句话说是从高频逆变器的输出端子之间看时为提供到负载的有效功率，因此受到匹配电路引起的损耗、功率的传输损耗的影响，无法敏感地检测负载变动，灵敏度差。特别是，当从高频逆变器到加热线圈的距离长时，由于功率的传输损耗而导致负载变动的检测灵敏度下降。 

另一方面，还存在如下问题：当成为淬火对象的工件与加热线圈之间的位置关系在规定范围之外时，由于负载变动而无法进行恰当的淬火处理。下面具体地进行说明。在图24所示的淬火处理中，工件50并非都是相同尺寸，而是具有一定程度的允许范围内的尺寸，因此不能保证即使在如下情况下也执行恰当的淬火处理：尽管工件50与加热线圈61之间的位置关系有可能按每个工件而不同，但是与工件50无关地提供相同的高频电力。即，在工件50和加热线圈61之间的位置关系中，特别是当鼓出部52的上表面53与加热线圈61的半圆周部61a之间的距离变大时，工件50和加热线圈61之间的间隙(gap)增加，变得难以向工件50提供高频。因此，现状是没有充分保证每个工件的淬火处理的质量。