[发明专利]感应加热装置、感应加热设备、感应加热方法以及热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对工件进行感应加热的感应加热装置、感应加热设备、感应加热方法以及热处理方法。

背景技术

通过加热线圈对设定了沿着一方向延伸的被加热区域的工件进行感应加热。例如提出有一种热处理装置，在对具有环形形状的大的工件进行加热时，使加热线圈与工件的沿着一方向延伸的被加热区域的一部分相向，通过例如使工件旋转，对该工件的被加热区域的全长进行加热。

在专利文献1（日本特开2005-325409号公报）中，公开了一种能够对大的轴承轨道轮那样的圆环状工件进行加热的高频热处理装置。在该技术中，通过以下方式进行热处理：将多个马蹄形的加热线圈配置于圆环状工件的圆周方向的多个位置，一边使圆环状工件旋转，一边通过多个加热线圈对该圆环状工件进行感应加热，在加热后使冷却液从马蹄形的加热线圈吐出并进行急速冷却。

在专利文献2（日本特开2009-287074号公报）中，公开了一种对环状部件整体进行高频热处理的装置。在该技术中，通过以下方式进行热处理：通过定位辊定位环状部件的外径面或内径面，在环状部件的内周面、外周面、侧面等的一部分上分别配置加热线圈，一边使环状部件旋转一边对该环状部件进行感应加热，之后进行急剧冷却。

在感应加热装置中，一般来讲，作为用于对加热线圈投入电力的感应加热装置而使用有以下这样的装置。即，感应加热装置包括：逆变器，将工业用电力先变换成直流后再变换成规定频率的交流电流；变压器，通过与该逆变器连接的一次绕组和二次绕组构成；阻抗匹配器，与一次绕组并联地连接；以及加热线圈，与二次绕组并联地连接，该感应加热装置使加热线圈和工件电感耦合，得到逆变器和加热线圈的匹配。

在专利文献3（日本特公昭63-42830号公报）中所公布的感应加热装置构成为，使作为电源的自控式晶闸管逆变器（thyristor inverter）与电容、匹配变压器连接，且使该匹配变压器与被加热体的在升温加热时的合适电压、合适频率选择用的端子群以及被加热体的在恒温加热时的合适电压、合适频率选择用的端子群连接，且通过切换开关将各自的端子群与加热线圈连接。

发明内容

<发明要解决的课题>

然而，在以往的利用感应加热的加热装置中，在对大型的工件进行淬火处理时，不易使被加热区域升温到期望的加热温度。在大型工件的情况，以与全部被加热区域相向的方式配置加热线圈会因成本显著增加而并不实用。当为此而使用与被加热区域的一部分相向的加热线圈进行加热时，由于相对于被加热区域的钢材量大，因此需要长时间加热，另外，工件的热膨胀的变形量随着时间增长会变大，难以确保最佳的加热条件。

尤其是，当在工件的沿着一方向连续的被加热区域的一方的缘侧和另一方的缘侧处加热时的热膨胀所引起的变形量不同时，工件会不均匀地变形。为此，在大型的工件中，利用加热线圈使被加热区域整体均匀地升温到规定的高温是困难的。

因此，本发明的第一目的在于，提供一种感应加热装置以及感应加热方法，即使是大型的工件，也能够使工件的被加热区域整体容易大致均匀地升温到规定的高温，且即使在加热时产生工件的不均匀的变形也能够均匀地加热。

另外，为了对半径为1m以上、例如为3m的所谓大型的工件进行感应加热，采用这样一种方法，即、通过一边对工件的加热区域的一部分局部地进行感应加热一边使工件自身进行旋转，对工件的加热区域整体进行加热。因此，无法在以往所谓的几秒的加热时间里使加热区域的温度上升，需要例如几分钟的加热时间。

然而，在长时间加热时，来自逆变器的输出阻抗随着时间一起变化，难以从逆变器经由阻抗匹配器以及变压器向加热线圈投入电力，无法使工件加热到规定的温度。

因此，本发明的第二目的是提供一种即使时间较长也能够将工件感应加热到规定的温度的加热装置、加热设备以及加热方法。

另外，在对设置成环状的被加热区域进行热处理中，通过对工件的整个表面或工件的整个被加热区域同时进行加热且使整体急剧冷却来进行热处理。在这样的热处理方法中，在对例如具有多个环状的被加热区域的工件进行热处理时，由于同时对多个被加热区域进行加热冷却，因此需要多个种类的与工件的形状和大小对应的加热线圈，另外，加热线圈的形状和结构、工件的支撑结构等变得复杂，装置结构变得复杂。

而且，在同时对多个被加热区域进行加热冷却的结构中，由于利用加热线圈进行加热的面积较广，因此需要较大电力。在大型工件的情况，如果无法供给足够的电力，则无法使被加热区域升温到期望的温度。如果供给足够的电力，则需要与工件的大小对应的大电力，而使电源设备大型化。